個人通信課件第一章

12023/2/4個人通信趙婧haojh@2023/2/42目錄第一章個人通信概述第二章個人通信的技術基礎第三章個人通信的空中接口第四章動態(tài)無線資源管理第五章網(wǎng)絡結構和智能網(wǎng)絡管理第六章個人通信的業(yè)務、業(yè)務量與頻譜分配第七章典型系統(tǒng)2023/2/43第一章個人通信概述1.1個人通信基本概念1.2個人通信提出的背景1.3無線個人通信的主要系統(tǒng)1.4無線個人通信的主要技術2023/2/441.1個人通信基本概念概念：Schilling教授：OnePhoneFCC:3AITU:5W

無論任何人(Whoever)在任何時候(Whenever)和任何地點(Wherever)都能和另一個人(Whomever)進行任何方式(Whatever)的通信。它是以個人為對象的通信技術。要素：個人通信碼大容量數(shù)據(jù)庫共同的用戶接口2023/2/45個人通信碼(PTN)

Universalpersonaltelecommunicationnumber唯一識別一個UPT用戶并用來將呼叫接到或轉接到該用戶的號碼。與網(wǎng)絡無關的邏輯號碼，不是標志用戶終端的實際網(wǎng)絡地址的物理號碼，因此可以不受地理區(qū)域限制地跨過多個網(wǎng)絡建立連接和計費。1.1個人通信基本概念2023/2/461．個人通信系統(tǒng)功能（1）位置登記：當用戶從一地移動到另一地時，應在網(wǎng)絡內自動登記其新位置。（2）跟蹤交換局：根據(jù)用戶位置自動選擇通達用戶所在交換局的路由。（3）號碼轉換：將個人通信中分配給用戶的邏輯號碼，轉換為標志用戶終端實際網(wǎng)絡地址的物理號碼。（4）靈活計費：由于個人通信是根據(jù)個人號碼向個人計費，而不是向終端計費，所以計費功能必須靈活。（5）存儲巨量數(shù)據(jù)：要有超大容量的巨型數(shù)據(jù)庫，來隨時存儲數(shù)量巨大的動態(tài)用戶信息。1.1個人通信基本概念2023/2/47（6）安全保密：系統(tǒng)能夠可靠識別主叫用戶和被叫用戶，還要求用戶提供必要的口令和有權碼，確保有權用戶安全入網(wǎng)，并能提供用戶語音通信的保密性。（7）信令系統(tǒng):支持通信的控制和管理、跨網(wǎng)連接、尋呼用戶及出入數(shù)據(jù)庫等操作。

1.1個人通信基本概念2023/2/482．個人通信系統(tǒng)的典型應用話音傳輸2.4~32kbps數(shù)字音頻128~512kbps電話會議64~384kbps電子郵件9.6~128kbps多媒體通信1~6Mbps數(shù)字HDTV15~20Mbps高速數(shù)據(jù)1~10Mbps1.1個人通信基本概念2023/2/49（1）網(wǎng)絡技術和智能網(wǎng)技術（2）多址接入技術（3）成本問題1.1個人通信基本概念3．影響其發(fā)展的主要技術因素和市場因素2023/2/410

未來個人通信必將是多種通信手段的綜合運用，作為將發(fā)展的個人通信網(wǎng)必須達到下列基本要求：1.必須是全數(shù)字化；2.要和PSTN（公共交換電信網(wǎng)）、PDN（公共數(shù)據(jù)網(wǎng)）和ISDN（綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)）相連接；3.具有用戶定位、越區(qū)、漫游等現(xiàn)代移動通信的各種功能；4.單位面積所提供業(yè)務量可根據(jù)用戶密度進行調整；5.用戶設備體積小、重量輕、價廉、可靠等。1.2個人通信提出的背景2023/2/411銅線無線光纖繼電器電子管TrICLSIVLSIOEIC模擬電話用戶電話電路交換數(shù)據(jù)網(wǎng)分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)數(shù)字電話ISDN蜂窩移動通信B-ISDNSDH/SONETSTMATMINTMNPCN網(wǎng)絡能力基礎技術1900195019601970198019902000年1.2個人通信提出的背景2023/2/412

作為邁向個人通信的重要步驟，就是建立一個全球移動通信網(wǎng)，該網(wǎng)在ITU中稱為FPLMTS（thepubliclandmobiletelecommunications），在歐洲稱為UMTS（universalmobiletelecommunicationsystem）。這是一種以全球個人通信為目標的系統(tǒng)，它的主要特征是以最終實現(xiàn)與ISDN、PSDN等固定網(wǎng)結合成一個世界規(guī)模的整體為前提，把數(shù)字無繩電話系統(tǒng)和數(shù)字蜂窩汽車電話系統(tǒng)綜合為一體，實現(xiàn)任何地方均可以用的地面系統(tǒng)，并通過衛(wèi)星系統(tǒng)實現(xiàn)在船上和飛機上的用戶通信。衛(wèi)星系統(tǒng)可以是對地靜止，或傾斜的橢圓軌道，或對地球低軌道的衛(wèi)星。因此可以認為它是一個以蜂窩網(wǎng)、無繩電話系統(tǒng)和移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)為基礎的個人通信系統(tǒng)。1.3

個人通信的主要系統(tǒng)2023/2/413

CT2CT2+

DECT

PHSPACS

地區(qū)

歐洲

加拿大

歐洲

日本

美國

雙工方式

TDDTDD

TDD

TDD

FDD

頻段(MHz)

864-868944-948

1880-1900

1895-1918

1850-1910／1930-1990

載波數(shù)

40

10

77

16對／10MHz

每載波承載信道數(shù)

1

12

4

8／對

信道速率

72kbit/s

1152kbit／s

384kbit／s

384kbit,／s

調制方式

GFSK

GFSK

π／4DQPSK

π/4DQPSK

語音編碼速率

32kbit/s

32kbit／s

32kbit/s

32kbit／s

平均手機發(fā)射功率(mW)

5

10

10

25

峰值手機發(fā)射功率(mW)

10

250

80

200

幀長度(rns)

2

10

5

2．5

1.3.1

低功率系統(tǒng)

目前已投入運營或已制定標準的低功率系統(tǒng)有：歐洲的CT-2，瑞典的DCT900(CT一3)，歐洲的DECT，日本的PHS，北美的WACS，以及綜合PHS和WACS優(yōu)點的標準PACS，如表1-1所示。這些系統(tǒng)主要用來提供公用無繩電話業(yè)務。

2023/2/4141．CT2系統(tǒng)

CT2是公認的世界上第一個數(shù)字無繩電話標準。該標準由英國提出，1991年正式被CEPT和ETSI作為數(shù)字無繩電話標準。

CT2系統(tǒng)使用時分雙工（TDD）技術，收發(fā)使用同一載頻，在864.1～868.1MHz的4MHz帶寬內，給出40個間隔均為100kHz的頻分信道。與頻分雙工（FDD）相比，具有較高的頻譜效率。2．DECT系統(tǒng)

DECT的最初含義是歐洲數(shù)字無繩電話（DigitalEuropeanCordlessTelephone）。早在1988年，CEPT就開始進行該系統(tǒng)的研究。1.3.1

低功率系統(tǒng)

2023/2/4153．PHS系統(tǒng)

PHS系統(tǒng)是日本提出的個人便攜電話系統(tǒng)（PersonalHandyphoneSystem），它可以與DECT系統(tǒng)相媲美。1993年，日本提出發(fā)展能夠提供PCS的個人手持電話系統(tǒng)，由電信系統(tǒng)組織通信行業(yè)的各大公司、研究機構共同開發(fā)。4．CDCT系統(tǒng)

CDCT（ChineseDigitalCordlessTelecommunication）是中國的無繩電信系統(tǒng)。該系統(tǒng)由前郵電部（現(xiàn)信息產業(yè)部）提出，并列入國家“863”計劃的研究課題。

1.3.1

低功率系統(tǒng)

2023/2/4161.3.2

數(shù)字蜂窩系統(tǒng)

數(shù)字蜂窩系統(tǒng)主要有：歐洲的GSM、英國的DCS-1800、北美的IS-95、日本的PDC。

系統(tǒng)名稱GSMDCS-1800IS-54Is-95PDC

多址方式TDMA／FDMA

TDMA／FDMA

TDMA／FDMA

CDMA／FDMATDMA／FDMA

工作頻帶

(MHz)935～960890～915

1805～1880l710～1785

869～894824～849

869～894824～849

810～826940～9561429～1453或1477～1501

雙工方式FDDFDDFDDFDDFDD射頻信道間隔

(kHz)

200

200

30

1250

25

調制方式GMSK

GMSK

π/4DQPSKQPSK

π/4QPSK

手機發(fā)射功率

(最大值／平均值)1W／

125mWlW／

125mW600mW/

200mW

600mW

話音編碼

RPE一LPE

(13kbit/s)RPE一LTP

(13kbit/s)VSELP

(7.95kbps)QCEILP

(8kbps)VSELP(6．7kbips)每個射頻載波的話音信道數(shù)8(16)

8(16)

3(6)

~3(6)

信道速率

(kbit／s)

270．833

270．833

48．6

~

42

2023/2/417

WCDMAcdma2000雙工方式FDDFDD

多址方式DS-CDMAMCCDMA

所需帶寬5MHzN×1.25MHz,

N=1,3(可擴展6,9,12）

碼片速率3.84McpsN×1.2288Mcps,

N=1,3(可擴展6,9,12)

幀（frame）

長度10ms5，10，20，40，80ms

導頻結構前向:公用或專用導頻

反向:專用導頻前向:公用\專用輔助導頻

反向:專用導頻

調制方式QPSK(前向)/BPSK(反向)QPSK(前向)/BPSK(反向)

基帶濾波平方根升余弦，

滾降系數(shù)0.22同IS-95

功率控制快速閉環(huán),開環(huán),外環(huán),

速率:1500Hz

功率調整步長:0.25-4dB開環(huán)

閉環(huán)(800Hz或

50Hz)功率調整步長:

1.0,0.5,0.25dB

基站間

精確同步不需要(同步可選)需要

是否跳頻否否

語音編碼自適應多速率可變速率

1.3.2

數(shù)字蜂窩系統(tǒng)2023/2/4181.3.3

移動衛(wèi)星系統(tǒng)1.衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的分類

衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的性質、用途不同，所采用的技術手段也不同，因此存在多種分類方法，它們各自反映了衛(wèi)星移動通信的不同側面。具體分類如下。（1）按衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的衛(wèi)星軌道進行劃分:同步（靜止）軌道移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)：同步衛(wèi)星是指衛(wèi)星的運行軌道在赤道平面內。其系統(tǒng)衛(wèi)星位于地球赤道上空約35786km附近的地球同步軌道上，衛(wèi)星繞地球公轉與地球自轉的周期和方向相同。2023/2/419圖1-1同步衛(wèi)星的配置1.3.3

移動衛(wèi)星系統(tǒng)2023/2/420圖1-2衛(wèi)星通信示意圖1.3.3

移動衛(wèi)星系統(tǒng)2023/2/421中低軌道移動衛(wèi)星系統(tǒng)：銥星系統(tǒng)MEO和LEO衛(wèi)星的缺點：①為了使地球上的任一點都能保證24小時不間斷的通信，需要在多條軌道上配置多個衛(wèi)星，使通信系統(tǒng)龐大又復雜；②當信道從一顆衛(wèi)星切換到另一顆衛(wèi)星時，需采取電路中斷保護措施；③需采用信號的星上處理及星間鏈路等技術。1.3.3

移動衛(wèi)星系統(tǒng)2023/2/422（2）按衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的業(yè)務進行劃分:

有海事衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)（MMSS）、航空衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)（AMSS）和陸地衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)（LMSS）。（3）按衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的通信覆蓋區(qū)域進行劃分:

有國際衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)、區(qū)域衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)和國內衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。（4）按用戶的性質分:

有公用衛(wèi)星通信系統(tǒng)、專用衛(wèi)星通信系統(tǒng)和軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)。1.3.3

移動衛(wèi)星系統(tǒng)2023/2/4232.衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的組成

通常衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由地球站、通信衛(wèi)星、跟蹤遙測及指令系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)4大部分組成的，如圖1-3所示。

圖1-3衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成1.3.3

移動衛(wèi)星系統(tǒng)2023/2/4243.衛(wèi)星移動通信的特點

（1）通信距離遠，具有全球覆蓋能力，能滿足陸地上、海洋中、空中立體化的、全方位的多址通信的需求，從而實現(xiàn)真正意義上的全球通信和個人通信。（2）系統(tǒng)容量大，可提供多種通信業(yè)務，從而使通信業(yè)務向多樣化和綜合化方向發(fā)展，滿足用戶多方面的需求。（3）在使用靜止軌道的同時，也可使用中、低軌道衛(wèi)星，使業(yè)務性能更優(yōu)良，但在星座設計和技術上更為復雜。1.3.3

移動衛(wèi)星系統(tǒng)2023/2/4254.功率控制在衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中，一個衛(wèi)星發(fā)射天線覆蓋區(qū)中的衛(wèi)星傳輸分為上行鏈路和下行鏈路。下行鏈路是指由衛(wèi)星至衛(wèi)星移動終端或關口站的鏈路為下行鏈路。一般衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中的下行鏈路無需采用功率控制方式，功率控制使用于上行鏈路之中。（1）采用功率控制的原因由于通信衛(wèi)星處于外層空間，衛(wèi)星移動通信環(huán)境十分復雜，并隨時會發(fā)生變化。當?shù)孛姘l(fā)射機以固定功率發(fā)射時，無論通信衛(wèi)星使用哪種轉發(fā)器，其接收信號都存在不同程度的衰落現(xiàn)象。1.3.3

移動衛(wèi)星系統(tǒng)2023/2/426（2）上行鏈路功率控制方法與特點目前在上行鏈路中所采用的功率控制方法分為三類。開環(huán)法：即根據(jù)所接收的下行衛(wèi)星鏈路信號或導頻信號功率來決定發(fā)射功率。這種方法簡單，但精度不高。閉環(huán)法：地面通信終端首先發(fā)射信號，相應的接收機將所接收的信號電平大小通知關口站或網(wǎng)絡操作中心，由其進行分析，并經下行鏈路給地面通信終端發(fā)出指令，要求其調整發(fā)射功率，地面發(fā)射機則按此指令進行發(fā)射功率調整?；旌戏ǎ夯旌戏▽嶋H上是上述兩種方法的綜合，即首先以開環(huán)法確定初始功率電平，隨后系統(tǒng)按閉環(huán)法的思路工作。1.3.3

移動衛(wèi)星系統(tǒng)2023/2/4271.3.4

無線接入網(wǎng)無線接入是指從公用電信網(wǎng)的交換節(jié)點到用戶終端之間的全部或部分傳輸設備采用無線手段的接入技術，即用無線傳輸代替接入網(wǎng)的全部或部分，向用戶終端提供電話和數(shù)據(jù)服務。無線接入按其數(shù)據(jù)傳輸速率，一般分為窄帶、中寬帶和寬帶系統(tǒng)，其相應的數(shù)據(jù)速率為小于64kbit/s，大于64kbit/s但小于2Mbit/s以及大于2Mbit/s。無線接入按終端是否移動又分為固定無線接入、移動無線接入。與有線接入網(wǎng)相比，無線接入網(wǎng)具有如下主要特點：（1）建設周期短。（2）在通信距離較長時，采用無線接入鏈路具有較好的經濟性。（3）抗災變能力強。（4）能同時向用戶提供固定接入和移動接入。2023/2/428固定無線接入網(wǎng)通常是一種點到多點的結構。中心站（CS）分為中心控制站（CCS）和中心射頻站（CRS），中心控制站完成業(yè)務匯聚，并提供一個面向業(yè)務節(jié)點的標準V5接口；中心射頻站是中心基帶/射頻收發(fā)設備，提供面向終端站的空中接口。終端站可服務于一個或多個用戶終端設備。網(wǎng)管系統(tǒng)完成故障處理、設備配置、計費、安全管理、性能監(jiān)測等基本管理功能。接力站是系統(tǒng)的可選項，用來轉發(fā)中心站和終端站之間的信號，以延長中心站和終端站之間的距離。一個接力站可服務于多個終端站。1.3.4

無線接入網(wǎng)2023/2/429固定無線接入模型1.3.4

無線接入網(wǎng)2023/2/4302．本地多點分配業(yè)務系統(tǒng)（LMDS）

LMDS系統(tǒng)由四部分組成，：本地光纖骨干網(wǎng)、網(wǎng)絡運營中心(NOC)、基站系統(tǒng)、用戶端設備(CPE)。（1）可提供極高的通信帶寬（達1GHz以上）。

（2）蜂窩式的結構配置可覆蓋整個城域范圍。

（3）LMDS可提供多種業(yè)務。它在理論上可以支持現(xiàn)有的各種語音和數(shù)據(jù)通信業(yè)務。

（4）LMDS能提供模擬和數(shù)字視頻業(yè)務。1.3.4

無線接入網(wǎng)2023/2/4311.3.5無線局域網(wǎng)（WLAN）1無線局域網(wǎng)的概念凡是通過無線傳輸媒體連接的信息設備共同構成的局域網(wǎng)絡都可稱為無線局域網(wǎng)。2無線局域網(wǎng)的傳輸方式與網(wǎng)絡拓撲1．傳輸方式 無線局域網(wǎng)的傳輸方式主要涉及無線局域網(wǎng)所采用的傳輸媒體、所選擇的頻段及調制方式。目前，無線局域網(wǎng)采用的傳輸媒體主要有兩種，即無線電波與紅外線。2．網(wǎng)絡拓撲 無線局域網(wǎng)的拓撲結構可以分為兩種：對等方式（或無中心）（PeertoPeer）和中心控制方式（HubBased）。2023/2/4323無線局域網(wǎng)協(xié)議-IEEE802.11IEEE802.11MAC的基礎是CSMA/CA，在它之上可配置無競爭信道訪問的接入機制，這就是中心協(xié)調方式（PCF）。4無線局域網(wǎng)設備

無線局域網(wǎng)產品很多，一般來說，移動臺使用的設備稱為無線網(wǎng)卡，而基站使用的有無線接入站和無線網(wǎng)橋等。

1．無線網(wǎng)卡無線網(wǎng)卡的作用類似于以太網(wǎng)卡，作為無線網(wǎng)絡的接口，實現(xiàn)計算機與無線網(wǎng)絡的連接。1.3.5無線局域網(wǎng)（WLAN）2023/2/4332．無線接入點（AP）無線接入點（AP）是移動臺進入有線局域網(wǎng)的接入點。3．無線網(wǎng)橋普通無線網(wǎng)橋可以實現(xiàn)兩個局域網(wǎng)的互連，無線網(wǎng)橋則用無線鏈路實現(xiàn)兩個有線局域網(wǎng)的互連。5無線局域網(wǎng)的技術要求 可靠性 兼容性 數(shù)據(jù)速度 通信保密 移動性 節(jié)能管理 小型化、低價格 電磁環(huán)境、無線電頻段的使用規(guī)范1.3.5無線局域網(wǎng)（WLAN）2023/2/434

6無線局域網(wǎng)的應用無線局域網(wǎng)多用于以下場合：（1）無線接入網(wǎng)絡信息系統(tǒng)：收發(fā)電子郵件、文件傳輸?shù)?；?）難于布線的環(huán)境：如大樓內部布線以及樓宇之間的通信；（3）頻繁變化的環(huán)境：如醫(yī)院、餐飲店、零售店等；（4）專門工程或高峰時間所需臨時局域網(wǎng)：例如會議中心、展覽館、休閑娛樂中心等；（5）流動工作者需隨時獲得信息的區(qū)域。1.3.5無線局域網(wǎng)（WLAN）2023/2/4351.3.5無線局域網(wǎng)（WLAN）2023/2/4361.4.1多址接入技術一、頻分多址（FDMA）頻分多址（FrequencyDivisionMultipleAccess，F(xiàn)DMA）是把通信系統(tǒng)的總頻段劃分成若干個等間隔的頻道（或稱信道），分配給不同的用戶使用。頻分多址方式是最基本的多址方式，其最突出的特點是簡單、可靠和易于實現(xiàn)。其特點可進一步歸納如下：（1）要求解決好信號功率和帶寬之間的關系。（2）必須嚴格控制功率。（3）設置適當?shù)谋Ｗo頻帶。（4）盡量減少互調的影響。1.4

無線個人通信的主要技術2023/2/437二、時分多址（TDMA）時分多址（TimeDivisionMultipleAccess