現(xiàn)代通信新技術(shù)第四次

現(xiàn)代通信新技術(shù)第四次第1頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/222講座內(nèi)容：第一章緒論第二章信息處理的原理和技術(shù)基礎(chǔ)第三章無線通信技術(shù)第四章光通信技術(shù)第五章接入網(wǎng)技術(shù)第六章IP通信網(wǎng)第七章數(shù)字電視系統(tǒng)

現(xiàn)代通信新技術(shù)第2頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/223無線通信的概述無線通信的信道特性第二代移動(dòng)通信技術(shù)GSM、CDMA第三代無線通信系統(tǒng)TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000無線數(shù)字接入系統(tǒng)WLAN、Wi-Max移動(dòng)通信網(wǎng)第3頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/22420世紀(jì)五個(gè)W的概念：

“任何人（Whoever）在任何地方（Wherever）任何時(shí)間（Whenever）可以同任何人（Whomever）進(jìn)行任何形式（Whatever）的通信”。20世紀(jì)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“任何地方、任何時(shí)候、任何人”（anywhere,anytime,anyone)的通信；21世紀(jì)的目標(biāo)應(yīng)該是實(shí)現(xiàn)“處處、時(shí)時(shí)、人人”（everywhere,all-the-time,everyone）的通信（甚至任何電器產(chǎn)品）移動(dòng)通信的概述第4頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/225實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信發(fā)展的前提：大容量:網(wǎng)絡(luò)可支持世界范圍的所有人所需要的通信全覆蓋：網(wǎng)絡(luò)能夠覆蓋全球幾乎任何地點(diǎn)終端地址豐富：每個(gè)終端都有自己的地址作為標(biāo)識(shí)和尋址移動(dòng)性：網(wǎng)絡(luò)支持用戶在移動(dòng)中的各種通信需求智能化：網(wǎng)絡(luò)和終端智能化，為用戶提供智能化服務(wù)低費(fèi)用：任何人都可以支付通信所需要的費(fèi)用移動(dòng)通信的概述第5頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/226移動(dòng)通信的種類：集群通信—警察、出租車調(diào)度蜂窩移動(dòng)電話—車載、手持機(jī)無線尋呼—數(shù)顯、漢顯、雙向無繩電話—家用、公共無線接入點(diǎn)，發(fā)展成為小靈通衛(wèi)星移動(dòng)通信—“銥”、全球星等WLAN—IEEE802.11a,11b,11g，16gAd-Hoc網(wǎng)絡(luò)：構(gòu)成一種特殊的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式，一群計(jì)算機(jī)接上無線網(wǎng)絡(luò)卡，即可相互連接。移動(dòng)通信的概述第6頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/227移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成第7頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/228移動(dòng)通信的特點(diǎn)和難點(diǎn)：終端以無線方式接入網(wǎng)絡(luò)無線傳輸?shù)拈_放性導(dǎo)致信號(hào)的衰落與干擾無線傳輸環(huán)境復(fù)雜沒有準(zhǔn)確的模型描述設(shè)備移動(dòng)性引起傳輸環(huán)境的時(shí)變性用戶的移動(dòng)性導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜移動(dòng)通信的特點(diǎn)第8頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/229對(duì)移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的一般要求無線資源的利用率（下頁）是解決高密度用戶需求、降低頻率使用費(fèi)的關(guān)鍵通信距離/發(fā)射功率是降低成本(設(shè)備成本與網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)用)的關(guān)鍵設(shè)備價(jià)格系統(tǒng)設(shè)備、終端設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)用應(yīng)當(dāng)不高于有線系統(tǒng)組網(wǎng)能力與現(xiàn)有移動(dòng)通信網(wǎng)的兼容性及與未來網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)能力可能提供的業(yè)務(wù)話音、傳真、數(shù)據(jù)、多媒體、增值業(yè)務(wù)、移動(dòng)性等等移動(dòng)通信的特點(diǎn)第9頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2210與之相關(guān)的：無線資源頻率、碼、功率、導(dǎo)頻等。無線資源管理無線資源的分配和調(diào)度，主要包括信道分配和包調(diào)度技術(shù)。面向網(wǎng)絡(luò)的無線資源管理，主要包括呼叫接入控制和負(fù)載控制。面向連接的無線資源管理，主要包括功率控制，速率控制、切換技術(shù)和自適應(yīng)技術(shù)。

移動(dòng)通信的特點(diǎn)第10頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2211影響頻譜利用率的因素頻譜分配（全球由全球無線大會(huì)決定，各國由無線電管理委員會(huì)決定）無線傳輸技術(shù)（信源與信道編碼、調(diào)制及各種抗衰落抗干擾技術(shù)）多址技術(shù)和雙工技術(shù)無線資源管理技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù)移動(dòng)通信的特點(diǎn)第11頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2212長波 30－300KHz 10-1km 中波 0.3-1.5MHz 1000-200m短波 1.5-30MHz 100-10m超短波:米波 30-300MHz 10-1m微波：分米波 0.3－3GHz 100-10cm厘米波 3-30GHz 10-1cm毫米波 30-300GHz 10-1mm亞毫米波 300-3000GHz 1-0.1mm光波：紅外光 3103-3105GHz 100-1m

可見光 3105-3106GHz 0.8-0.4m

無線通信的頻譜第12頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2213我國陸地蜂窩移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的頻率分配中國聯(lián)通CDMA800MHz

825—835

870—880

中國移動(dòng)GSM900

890—909

935—954

聯(lián)通GSM900

909—915

954—960

中國移動(dòng)GSM1800

1710—17201805—1815

中國聯(lián)通GSM18001730—1740

1825—1835第13頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2214移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展過程第一代：模擬系統(tǒng)80年代開始發(fā)展，使用到21世紀(jì)初，共有5,000萬用戶多標(biāo)準(zhǔn)，區(qū)域性系統(tǒng)第二代：數(shù)字系統(tǒng)90年代開始發(fā)展，使用到2010年左右，預(yù)計(jì)將有40,000萬用戶標(biāo)準(zhǔn)化改善，接近全球系統(tǒng)第三代：多媒體系統(tǒng)2002年開始使用，使用到2020年左右，預(yù)計(jì)有200,000萬用戶爭取統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，全球系統(tǒng)第四、五代？兩個(gè)驅(qū)動(dòng)力：市場和技術(shù)移動(dòng)通信的特點(diǎn)第14頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2215移動(dòng)通信家族的演進(jìn)和發(fā)展模擬移動(dòng)通信（AMPS、TACS等)模擬無繩電話移動(dòng)衛(wèi)星TDMA(GSM,IS136)數(shù)字無繩電話第三代移動(dòng)通信(IMT2000)199020002010IS-95CDMAWLL小靈通移動(dòng)通信的特點(diǎn)IS-95CDMA第15頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2216我國移動(dòng)通信市場全球最大規(guī)模的移動(dòng)用戶數(shù)：總計(jì)N億多移動(dòng)用戶，預(yù)計(jì)2010年達(dá)到6M億移動(dòng)通信用戶數(shù)已經(jīng)超過固定電話用戶數(shù)（高Q萬）短信業(yè)務(wù)世界第一將成為三個(gè)超萬億產(chǎn)值的行業(yè)之一全國移動(dòng)通信發(fā)展不平衡，發(fā)達(dá)地區(qū)用戶數(shù)明顯高于不發(fā)達(dá)地區(qū)移動(dòng)通信的特點(diǎn)第16頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2217移動(dòng)通信發(fā)展全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展和信息化社會(huì)的要求通信設(shè)備移動(dòng)性和個(gè)人化的要求有限頻率資源和人口集中的矛盾Internet的異軍突起非話業(yè)務(wù)的快速增長技術(shù)進(jìn)步提供的可能全球經(jīng)濟(jì)和技術(shù)競爭的產(chǎn)物移動(dòng)通信的特點(diǎn)第17頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2218無線傳播環(huán)境的復(fù)雜性：天波（電離層、對(duì)流層）、地波（直射、反射、繞射）無線傳播的分類 －帶寬受限信道和功率受限信道 －色散信道和非色散信道（時(shí)間和頻率） －恒參信道和變參信道 －點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道和多址信道*無線通信的傳播第18頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2219什么叫自由空間？ 無任何衰減、無任何阻擋、無任何多徑的傳播空間。無線電波在自由空間傳播時(shí)，其單位面積中的能量會(huì)因?yàn)閿U(kuò)散而減少。這種減少，稱為自由空間的傳播損耗Ls。

LS=(4d/

)2=(4fd/c

)2

以分貝數(shù)表示：

LS=92.4+20lgf(GHz)+20lgd(km)dB*無線電波傳播特性第19頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2220*無線電波傳播特性第20頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2221DirectpathReflectedpath1230-100m2kmormore1istheincidentofthedirectwave,alsocalledtheelevationangle.2istheincidentofthereflectedwave.*無線電波傳播特性第21頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2222無線移動(dòng)通信信道由長期慢衰落和短期快衰落效應(yīng)來表征的。忽略熱噪聲時(shí)，接收機(jī)接收的信號(hào)可以表示為m(t)表示長期慢衰落，即本地平均或?qū)?shù)正態(tài)衰落分量，其的幅度是對(duì)數(shù)正態(tài)功率密度函數(shù)，r0(t)表示短期快衰落(快衰落），即多徑或瑞利(Rayleigh)衰落分量。兩種衰落都與接收機(jī)天線的位移有關(guān)。信道表征第22頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2223長期衰落m(t)快衰落r0(t)信道表征第23頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2224多普勒(Doppler)效應(yīng)

當(dāng)移動(dòng)體在x軸上以速度v移動(dòng)時(shí)引起多普勒（Doppler）頻率漂移。多普勒效應(yīng)引起的多普勒頻移表示為式中，為移動(dòng)速度

為波長信道表征第24頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2225分集技術(shù)分集的目的信號(hào)傳輸方式獲得多路信號(hào)的方式宏觀分集（抗長期衰落）微觀分集（抗短期衰落）顯分集隱分集交織和編碼技術(shù)調(diào)頻技術(shù)直接序列擴(kuò)頻技術(shù)空間位置分集(多天線宏分集)空間角度分集(智能天線)時(shí)間分集(T>Tc)頻率分集(調(diào)頻或DSSS)極化分集*克服衰落信道影響的方法第25頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2226主要制式GSM

CDMAIS-95IS95AIS95C TDMA/CDMA數(shù)字無繩電話和WLL 繼續(xù)發(fā)展的可能性基本滿足了話音通信的要求都將提供低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)成本和價(jià)格能被市場所接受在頻率資源容許時(shí)，在2010年前將繼續(xù)發(fā)展第二代移動(dòng)通信的現(xiàn)狀和未來第26頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2227GSM世界上最大、最成功的第二代移動(dòng)通信網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化程度最好設(shè)備價(jià)格能被運(yùn)營商和用戶所接受DCS1800提供更多頻率資源使用的技術(shù)相對(duì)落后，如：為滿足數(shù)據(jù)通信的要求的改進(jìn)話音質(zhì)量等方面是向第三代移動(dòng)通信發(fā)展的主要起點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，在2010年前將繼續(xù)獲得發(fā)展第二代移動(dòng)通信的現(xiàn)狀和未來第27頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2228工作頻段：

905～915（移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收）

950～960（基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收）隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，可使用1800MHz頻段：

1710～1785（移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收）

1805～1880（基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收）第二代移動(dòng)通信的現(xiàn)狀和未來手機(jī)發(fā)高頻基站發(fā)低頻第28頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2229蜂窩的概念：無線覆蓋區(qū)域的一種理論化的模型六邊形理論化理想化實(shí)際化第二代移動(dòng)通信的現(xiàn)狀和未來第29頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2230蜂窩小區(qū)的覆蓋鏈狀覆蓋二頻組三頻組面狀覆蓋f1f2f1f2f1f2f1f1f2f3f1f2f3f1第二代移動(dòng)通信的現(xiàn)狀和未來第30頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2231宏區(qū)微區(qū)微區(qū)微微區(qū)蜂窩小區(qū)的覆蓋嵌套覆蓋(HCS)第二代移動(dòng)通信的現(xiàn)狀和未來第31頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2232CellularSystems-cellradiusupto20km-cellsiteantenna350m-around900MHzPCSEnvironments-txrangeof300-500m-txantenna<10m-around2GHzMacrocellMicrocellsPicocell第二代移動(dòng)通信的現(xiàn)狀和未來第32頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2233頻分多址（FDMA）/時(shí)分多址技術(shù)（TDMA）在傳統(tǒng)的無線電廣播中，均采用頻分多址（FDMA）方式，每個(gè)廣播信道都有一個(gè)頻點(diǎn)，如果你要收聽某一廣播信道，則必須把你的收音機(jī)調(diào)諧到這一頻點(diǎn)上。模擬蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)也采用了此技術(shù)，某一小區(qū)中的某一客戶呼叫占用了一個(gè)頻點(diǎn)，即一個(gè)信道（實(shí)際上是占用兩個(gè)，因?yàn)槭请p向連接，即雙工通信），則其它呼叫就不能再占用。

在GSM中，無線路徑上是采用時(shí)分多址（TDMA）方式。每一頻點(diǎn)（頻道或叫載頻TRX）上可分成8個(gè)時(shí)隙，每一時(shí)隙為一個(gè)信道，因此，一個(gè)TRX最多可有8個(gè)移動(dòng)客戶同時(shí)使用，第二代移動(dòng)通信的現(xiàn)狀和未來第33頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/223425MHz（124個(gè)ARFCN）890MHz915MHz25MHz（124個(gè)ARFCN）935MHz960MHz45MHz890.1MHz890.3MHz890.2MHz200KHz914.7MHz914.9MHz914.8MHz200KHz100KHz100KHz第二代移動(dòng)通信的現(xiàn)狀和未來第34頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2235第二代移動(dòng)通信的現(xiàn)狀和未來GSM系統(tǒng)的時(shí)分多址(TDMA)：在頻分多址的基礎(chǔ)上時(shí)分多址頻分帶寬200KHz第35頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/22360123456701234567TDMA幀2TDMA幀10123456701234567TDMA幀2TDMA幀1UplinkDownlinkTS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7第二代移動(dòng)通信的現(xiàn)狀和未來第36頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2237邏輯信道又分為兩大類，業(yè)務(wù)信道和控制信道。①業(yè)務(wù)信道（TCH）：用于傳送編碼后的話音或客戶數(shù)據(jù)，在上行和下行信道上，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（BTS對(duì)一個(gè)MS，或反之）方式傳播。②控制信道：用于傳送信令或同步數(shù)據(jù)。根據(jù)所需完成的功能又把控制信道定義成廣播、公共及專用三種控制信道第二代移動(dòng)通信的現(xiàn)狀和未來第37頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2238切換（Handover/Handoff）移動(dòng)通信系統(tǒng)的切換第38頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2239軟切換移動(dòng)臺(tái)合并功率各自小區(qū)的接收能量移動(dòng)通信系統(tǒng)的切換第39頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2240呼吸效應(yīng)容量充裕小區(qū)容量非飽和小區(qū)減少呼損，合理分布用戶負(fù)載充分利用網(wǎng)絡(luò)資源充分滿足用戶動(dòng)態(tài)調(diào)整帶寬需求移動(dòng)通信系統(tǒng)的切換第40頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2241每個(gè)用戶對(duì)于其他用戶都相當(dāng)于干擾，遠(yuǎn)近效應(yīng)嚴(yán)重影響系統(tǒng)容量采用功控技術(shù)減少了用戶間的相互干擾，提高了系統(tǒng)整體容量遠(yuǎn)近效應(yīng)－－功率控制PowerfPowerf移動(dòng)通信系統(tǒng)的功率控制第41頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2242前向功率控制小區(qū)發(fā)射功率上報(bào)功率控制比特手機(jī)發(fā)射信號(hào)功率控制命令反向功率控制

克服遠(yuǎn)近效應(yīng)和多徑衰落減小多址干擾，保證網(wǎng)絡(luò)容量延長電池使用時(shí)間

移動(dòng)通信系統(tǒng)的功率控制第42頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2243注冊(cè)（登記）移動(dòng)臺(tái)（MS）注冊(cè)是將MS的特征如位置或狀態(tài)報(bào)告給網(wǎng)絡(luò)。MS和網(wǎng)絡(luò)可以使注冊(cè)初始化。注冊(cè)是MS通知服務(wù)提供者它的存在和希望得到服務(wù)。無線系統(tǒng)（RS）通知移動(dòng)交換中心（MSC）和所需要的其它網(wǎng)絡(luò)單元。MSC和其它網(wǎng)絡(luò)單元完成需要的注冊(cè)功能。當(dāng)MS穿越一個(gè)或多個(gè)服務(wù)商的區(qū)域時(shí)也發(fā)生注冊(cè)。作為MS的地理位置被注冊(cè)后，網(wǎng)絡(luò)可以給它傳遞呼叫漫游當(dāng)移動(dòng)用戶離開登記注冊(cè)的HLR進(jìn)入其他HLR時(shí)稱為漫游。移動(dòng)通信系統(tǒng)的移動(dòng)性管理第43頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2244無線信號(hào)通過空中傳播開放式環(huán)境，信號(hào)可以被截獲，竊聽，信息泄漏(移動(dòng)商務(wù))PCS安全管理對(duì)網(wǎng)絡(luò)、承載和信令信道的保密性、用戶數(shù)據(jù)的安全性、用戶授權(quán)和PCS業(yè)務(wù)提供者之間的內(nèi)部可操作性進(jìn)行處理。網(wǎng)絡(luò)和終端共同操作支持用戶鑒權(quán)和信息加密鑒權(quán)：確認(rèn)用戶具有的各種權(quán)利用戶對(duì)基站鑒權(quán)基站對(duì)終端鑒權(quán)基站對(duì)用戶鑒權(quán)基站用戶相互鑒權(quán)加密：對(duì)信息進(jìn)行加擾，防止第三者竊聽原始信息加密空中傳輸信息加密使用TMSI*移動(dòng)通信系統(tǒng)的安全性管理第44頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2245基本概念指在通信網(wǎng)中傳輸，與通信有關(guān)的一系列控制信號(hào)信令：不同于用戶信息