移動(dòng)通信基本原理

移動(dòng)通信基本原理匯報(bào)人：AA2024-01-25移動(dòng)通信概述電磁波與天線調(diào)制與解調(diào)技術(shù)信道編碼與差錯(cuò)控制多址接入與復(fù)用技術(shù)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與協(xié)議contents目錄移動(dòng)通信概述01移動(dòng)通信是指通信雙方或至少有一方處于運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行信息交換的通信方式，包括蜂窩移動(dòng)通信、衛(wèi)星移動(dòng)通信等。定義從第一代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)（1G）到第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)（2G），再到第三代（3G）、第四代（4G）和最新的第五代（5G）移動(dòng)通信系統(tǒng)，移動(dòng)通信技術(shù)不斷演進(jìn)，數(shù)據(jù)傳輸速率和用戶體驗(yàn)不斷提升。發(fā)展歷程移動(dòng)通信的定義與發(fā)展移動(dòng)通信系統(tǒng)主要由移動(dòng)臺(tái)（MS）、基臺(tái)（BS）、移動(dòng)交換局（MSC）及與市話網(wǎng)（PSTN）相連的接口等部分組成。組成根據(jù)信號(hào)覆蓋范圍和移動(dòng)性管理方式，移動(dòng)通信系統(tǒng)可分為宏蜂窩、微蜂窩、微微蜂窩和移動(dòng)衛(wèi)星通信等類型。分類移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成與分類移動(dòng)通信的特點(diǎn)與挑戰(zhàn)移動(dòng)通信具有移動(dòng)性、電波傳播條件復(fù)雜、噪聲和干擾嚴(yán)重、系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)。特點(diǎn)移動(dòng)通信面臨的主要挑戰(zhàn)包括多普勒頻移、多徑傳播引起的快衰落、移動(dòng)臺(tái)的隨機(jī)移動(dòng)性、信道特性的時(shí)變性和用戶之間的干擾等。為了克服這些挑戰(zhàn)，需要采用一系列關(guān)鍵技術(shù)，如調(diào)制技術(shù)、信道編碼技術(shù)、分集接收技術(shù)、功率控制技術(shù)和多址技術(shù)等。挑戰(zhàn)電磁波與天線02123電磁波在自由空間中沿直線傳播，其傳播速度等于光速。電磁波在自由空間中的傳播當(dāng)電磁波遇到不同媒質(zhì)的分界面時(shí)，會(huì)發(fā)生反射、折射和衍射現(xiàn)象，這些現(xiàn)象遵循斯涅爾定律和菲涅爾公式。電磁波的反射、折射和衍射電磁波在傳播過程中，由于媒質(zhì)的吸收和散射作用，其幅度會(huì)逐漸減小，即發(fā)生衰減。電磁波的衰減與吸收電磁波的傳播特性天線的基本原理天線是一種將傳輸線上的導(dǎo)行波變換為自由空間中的電磁波，或者進(jìn)行相反變換的裝置。它是移動(dòng)通信系統(tǒng)中的重要組成部分，用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的發(fā)送和接收。天線的類型根據(jù)天線的方向性、增益、極化方式等特性，可以將天線分為多種類型，如偶極子天線、微帶天線、陣列天線等。天線的基本原理與類型天線的性能參數(shù)天線的性能參數(shù)包括方向性、增益、輸入阻抗、駐波比、極化方式等。這些參數(shù)決定了天線的輻射特性和接收特性，對(duì)于移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能具有重要影響。天線的選擇在選擇天線時(shí)，需要根據(jù)移動(dòng)通信系統(tǒng)的具體需求和場(chǎng)景來綜合考慮天線的各項(xiàng)性能參數(shù)。例如，對(duì)于需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信的系統(tǒng)，應(yīng)選擇具有高增益的天線；對(duì)于需要實(shí)現(xiàn)多徑分集接收的系統(tǒng)，應(yīng)選擇具有寬波束的天線。天線的性能參數(shù)與選擇調(diào)制與解調(diào)技術(shù)0303相位調(diào)制（PM）通過改變載波的相位來傳遞信息，如角度調(diào)制、脈沖調(diào)相等。01振幅調(diào)制（AM）通過改變載波的振幅來傳遞信息，如普通調(diào)幅、雙邊帶調(diào)幅等。02頻率調(diào)制（FM）通過改變載波的頻率來傳遞信息，如窄帶調(diào)頻、寬帶調(diào)頻等。模擬調(diào)制與解調(diào)方法

數(shù)字調(diào)制與解調(diào)方法振幅鍵控（ASK）通過載波的振幅變化來表示二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)“1”和“0”。頻移鍵控（FSK）通過載波的頻率變化來表示二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)“1”和“0”。相移鍵控（PSK）通過載波的相位變化來表示二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)“1”和“0”，如BPSK、QPSK等。衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸質(zhì)量的重要指標(biāo)，表示接收端錯(cuò)誤接收的碼元數(shù)與總傳輸碼元數(shù)之比。誤碼率（BER）信噪比（SNR）頻帶利用率調(diào)制效率信號(hào)功率與噪聲功率之比，用于衡量通信系統(tǒng)的抗干擾能力。單位頻帶內(nèi)所能傳輸?shù)男畔⑺俾?，用于衡量通信系統(tǒng)的頻帶利用效率。調(diào)制信號(hào)所攜帶的信息量與所占用的頻帶寬度之比，用于衡量調(diào)制方式的效率。調(diào)制與解調(diào)的性能指標(biāo)信道編碼與差錯(cuò)控制04通過增加信息的冗余度來提高抗干擾能力和糾錯(cuò)能力。增加冗余度采用線性分組碼、卷積碼等編碼方式，對(duì)信息進(jìn)行編碼處理。編碼方式在接收端通過解碼器進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，恢復(fù)原始信息。檢錯(cuò)與糾錯(cuò)信道編碼的基本原理自動(dòng)重傳請(qǐng)求（ARQ）接收端在發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，向發(fā)送端發(fā)送重傳請(qǐng)求，發(fā)送端重新發(fā)送數(shù)據(jù)?；旌霞m錯(cuò)（HEC）結(jié)合前向糾錯(cuò)和自動(dòng)重傳請(qǐng)求的優(yōu)點(diǎn)，提高糾錯(cuò)能力和系統(tǒng)效率。前向糾錯(cuò)（FEC）發(fā)送端在數(shù)據(jù)中加入冗余信息，接收端利用這些冗余信息進(jìn)行糾錯(cuò)。差錯(cuò)控制的方法與分類誤碼率（BER）吞吐量時(shí)延復(fù)雜度信道編碼的性能評(píng)估衡量系統(tǒng)傳輸錯(cuò)誤的概率，BER越低表示系統(tǒng)性能越好。數(shù)據(jù)從發(fā)送到接收所需的時(shí)間，影響系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。單位時(shí)間內(nèi)成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，反映系統(tǒng)傳輸效率。編碼和解碼算法的復(fù)雜程度，影響系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成本和功耗。多址接入與復(fù)用技術(shù)05頻分多址（FDMA）01將通信系統(tǒng)的總頻段劃分成若干等間隔的頻道，分配給不同的用戶使用。時(shí)分多址（TDMA）02把時(shí)間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙，然后根據(jù)一定的時(shí)隙分配原則，使各個(gè)移動(dòng)臺(tái)在每幀內(nèi)只能按指定的時(shí)隙向基站發(fā)送信號(hào)。碼分多址（CDMA）03利用擴(kuò)頻技術(shù)，使所有用戶共用同一頻段，通過不同的編碼來區(qū)分用戶。多址接入的基本原理頻分復(fù)用（FDM）將用于傳輸信道的總帶寬劃分成若干個(gè)子頻帶，每一個(gè)子頻帶傳輸一路信號(hào)。時(shí)分復(fù)用（TDM）將一條物理信道按時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)間片輪流地分配給多個(gè)信號(hào)使用。碼分復(fù)用（CDM）靠不同的編碼來區(qū)分各路原始信號(hào)的一種復(fù)用方式。復(fù)用技術(shù)的類型與應(yīng)用FDMA系統(tǒng)頻帶利用率低，TDMA系統(tǒng)頻帶利用率較高，CDMA系統(tǒng)頻帶利用率最高。頻帶利用率FDMA系統(tǒng)抗干擾能力最差，TDMA系統(tǒng)抗干擾能力一般，CDMA系統(tǒng)抗干擾能力最強(qiáng)。抗干擾能力FDMA和TDMA系統(tǒng)容量有限，CDMA系統(tǒng)容量較大。系統(tǒng)容量FDMA設(shè)備簡(jiǎn)單，TDMA設(shè)備較復(fù)雜，CDMA設(shè)備最復(fù)雜。設(shè)備復(fù)雜性多址接入與復(fù)用技術(shù)的性能比較移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與協(xié)議06移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的組成與架構(gòu)基站子系統(tǒng)（BSS）包括基站控制器（BSC）和基站收發(fā)信臺(tái)（BTS），負(fù)責(zé)無線信號(hào)的收發(fā)和基站的控制管理。移動(dòng)交換中心（MSC）是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的核心，負(fù)責(zé)呼叫建立、保持和釋放等控制功能。歸屬位置寄存器（HLR）和訪問位置寄存器…分別存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)和臨時(shí)用戶數(shù)據(jù)，支持用戶位置管理和呼叫路由。移動(dòng)臺(tái)（MS）即用戶設(shè)備，如手機(jī)、平板電腦等，通過無線接口與基站通信。數(shù)據(jù)鏈路層包括媒體訪問控制（MAC）子層和無線鏈路控制（RLC）子層，分別負(fù)責(zé)信道訪問控制和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議處理。物理層負(fù)責(zé)無線信號(hào)的調(diào)制、解調(diào)、發(fā)送和接收等物理層處理。網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)路由選擇和數(shù)據(jù)傳輸，通常采用IP協(xié)議。應(yīng)用層提供各種應(yīng)用服務(wù)，如語(yǔ)音通話、短信、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等。傳輸層提供可靠的端到端數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，通常采用TCP或UDP協(xié)議。移動(dòng)通信協(xié)議棧的層次結(jié)構(gòu)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵協(xié)議與技術(shù)3GPP協(xié)議第三代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）是制定移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際組織，其制定的標(biāo)準(zhǔn)包括WCDMA、TD-SCDMA和LTE等。CDMA協(xié)議碼分多址（CDMA）是一種擴(kuò)頻通信技術(shù)，通過不同的編碼區(qū)分不同的用戶。GSM協(xié)議全球移動(dòng)通信