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2023/7/241講座內(nèi)容:第二章信息處理的原理和技術(shù)基礎(chǔ)第三章無(wú)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第七章數(shù)字電視系統(tǒng)

現(xiàn)代通信新技術(shù)2023/7/242無(wú)線通信的概述無(wú)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(wú)線通信系統(tǒng)TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000無(wú)線數(shù)字接入系統(tǒng)WLAN、Wi-Max移動(dòng)通信網(wǎng)2023/7/24320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2023/7/244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2023/7/245移動(dòng)通信的種類(lèi):集群通信—警察、出租車(chē)調(diào)度蜂窩移動(dòng)電話—車(chē)載、手持機(jī)無(wú)線尋呼—數(shù)顯、漢顯、雙向無(wú)繩電話—家用、公共無(wú)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式,一群計(jì)算機(jī)接上無(wú)線網(wǎng)絡(luò)卡,即可相互連接。移動(dòng)通信的概述2023/7/246移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成2023/7/247移動(dòng)通信的特點(diǎn)和難點(diǎn):終端以無(wú)線方式接入網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳輸?shù)拈_(kāi)放性導(dǎo)致信號(hào)的衰落與干擾無(wú)線傳輸環(huán)境復(fù)雜沒(méi)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)2023/7/248對(duì)移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的一般要求無(wú)線資源的利用率(下頁(yè))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(lái)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)2023/7/249與之相關(guān)的:無(wú)線資源頻率、碼、功率、導(dǎo)頻等。無(wú)線資源管理無(wú)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(wú)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(wú)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)2023/7/2410影響頻譜利用率的因素頻譜分配(全球由全球無(wú)線大會(huì)決定,各國(guó)由無(wú)線電管理委員會(huì)決定)無(wú)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(wú)線資源管理技術(shù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù)移動(dòng)通信的特點(diǎn)2023/7/2411長(zhǎng)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(jiàn)光 3105-3106GHz 0.8-0.4m

無(wú)線通信的頻譜2023/7/2412我國(guó)陸地蜂窩移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的頻率分配中國(guó)聯(lián)通CDMA800MHz

825—835

870—880

中國(guó)移動(dòng)GSM900

890—909

935—954

聯(lián)通GSM900

909—915

954—960

中國(guó)移動(dòng)GSM1800

1710—17201805—1815

中國(guó)聯(lián)通GSM18001730—1740

1825—18352023/7/2413移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展過(guò)程第一代:模擬系統(tǒng)80年代開(kāi)始發(fā)展,使用到21世紀(jì)初,共有5,000萬(wàn)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(kāi)始發(fā)展,使用到2010年左右,預(yù)計(jì)將有40,000萬(wàn)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(kāi)始使用,使用到2020年左右,預(yù)計(jì)有200,000萬(wàn)用戶爭(zhēng)取統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),全球系統(tǒng)第四、五代??jī)蓚€(gè)驅(qū)動(dòng)力:市場(chǎng)和技術(shù)移動(dòng)通信的特點(diǎn)2023/7/2414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(wú)繩電話移動(dòng)衛(wèi)星TDMA(GSM,IS136)數(shù)字無(wú)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-95CDMA2023/7/2415我國(guó)移動(dòng)通信市場(chǎng)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(guò)固定電話用戶數(shù)(高Q萬(wàn))短信業(yè)務(wù)世界第一將成為三個(gè)超萬(wàn)億產(chǎn)值的行業(yè)之一全國(guó)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)2023/7/2416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(zhǎng)技術(shù)進(jìn)步提供的可能全球經(jīng)濟(jì)和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的產(chǎn)物移動(dòng)通信的特點(diǎn)2023/7/2417無(wú)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(wú)線傳播的分類(lèi) -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(wú)線通信的傳播2023/7/2418什么叫自由空間? 無(wú)任何衰減、無(wú)任何阻擋、無(wú)任何多徑的傳播空間。無(wú)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(chēng)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(wú)線電波傳播特性2023/7/2419*無(wú)線電波傳播特性2023/7/2420DirectpathReflectedpath1230-100m2kmormore1istheincidentofthedirectwave,alsocalledtheelevationangle.2istheincidentofthereflectedwave.*無(wú)線電波傳播特性2023/7/2421無(wú)線移動(dòng)通信信道由長(zhǎng)期慢衰落和短期快衰落效應(yīng)來(lái)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(zhǎng)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2023/7/2422長(zhǎng)期衰落m(t)快衰落r0(t)信道表征2023/7/2423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(zhǎng)信道表征2023/7/2424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(zhǎng)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2023/7/2425主要制式GSM

CDMAIS-95IS95AIS95C TDMA/CDMA數(shù)字無(wú)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(chǎng)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(lái)2023/7/2426GSM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(yíng)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(lái)2023/7/2427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(lái)手機(jī)發(fā)高頻基站發(fā)低頻2023/7/2428蜂窩的概念:無(wú)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(lái)2023/7/2429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(lái)2023/7/2430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(lái)2023/7/2431CellularSystems-cellradiusupto20km-cellsiteantenna350m-around900MHzPCSEnvironments-txrangeof300-500m-txantenna<10m-around2GHzMacrocellMicrocellsPicocell第二代移動(dòng)通信的現(xiàn)狀和未來(lái)2023/7/2432頻分多址(FDMA)/時(shí)分多址技術(shù)(TDMA)在傳統(tǒng)的無(wú)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(tīng)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(wú)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(lái)2023/7/243325MHz(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(lái)2023/7/2434第二代移動(dòng)通信的現(xiàn)狀和未來(lái)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200KHz2023/7/24350123456701234567TDMA幀2TDMA幀10123456701234567TDMA幀2TDMA幀1UplinkDownlinkTS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7第二代移動(dòng)通信的現(xiàn)狀和未來(lái)2023/7/2436邏輯信道又分為兩大類(lèi),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(zhuān)用三種控制信道第二代移動(dòng)通信的現(xiàn)狀和未來(lái)2023/7/2437切換(Handover/Handoff)移動(dòng)通信系統(tǒng)的切換2023/7/2438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2023/7/2439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2023/7/2440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2023/7/2441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(zhǎng)電池使用時(shí)間

移動(dòng)通信系統(tǒng)的功率控制2023/7/2442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(wú)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(kāi)登記注冊(cè)的HLR進(jìn)入其他HLR

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