智能網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù) 課件 任務(wù)4.1移動(dòng)通信技術(shù)概述

移動(dòng)通信概述工業(yè)與信息化系

TheDepartmentofindustryandinformationlization內(nèi)容內(nèi)容：移動(dòng)通信的概念、特點(diǎn)和系統(tǒng)的構(gòu)成、分類及工作方式移動(dòng)通信的多址技術(shù)、編碼與調(diào)制技術(shù)重難點(diǎn)重點(diǎn)：移動(dòng)通信的概念、特點(diǎn)移動(dòng)通信系統(tǒng)的構(gòu)成移動(dòng)通信系統(tǒng)的多址技術(shù)難點(diǎn)：移動(dòng)通信的工作方式移動(dòng)通信的編碼與調(diào)制1移動(dòng)通信的基本概念什么是移動(dòng)通信移動(dòng)通信是指通信雙方（多方）至少有一方可在移動(dòng)環(huán)境中進(jìn)行信息交換的通信方式。至少有一方能移動(dòng)；一種有線和無(wú)線相結(jié)合的通信方式；區(qū)域內(nèi)可隨時(shí)隨地進(jìn)行；為個(gè)人通信打下基礎(chǔ)；移動(dòng)通信可以是雙向的，也可以是單向的。2移動(dòng)通信的發(fā)展移動(dòng)通信發(fā)展經(jīng)歷了五個(gè)階段：共用汽車電話第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)（1G）第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)（2G）第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)（4G）目前開始進(jìn)入第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)（5G）2移動(dòng)通信的發(fā)展移動(dòng)通信發(fā)展2G包括現(xiàn)在的GSM、CDMA和PAS。3G在中國(guó)目前有TD-SCDMA、CDMA2000和WCDMA三種標(biāo)準(zhǔn)，分別由運(yùn)營(yíng)商中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通運(yùn)營(yíng)。4G、5G主要是在數(shù)據(jù)速率上有了質(zhì)的飛躍，讓用戶體驗(yàn)快速數(shù)據(jù)上傳、下載及下載，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信，為快速定位，萬(wàn)物互聯(lián)提供了便利。其中5G已經(jīng)進(jìn)入商用，還在進(jìn)一步建設(shè)及優(yōu)化完善中。3移動(dòng)通信的特點(diǎn)及系統(tǒng)構(gòu)成特點(diǎn)：1.必須利用無(wú)線電波進(jìn)行信息傳輸；2.通信環(huán)境存在十分復(fù)雜的干擾；3.可利用的頻譜資源有限；4.網(wǎng)絡(luò)管理控制復(fù)雜；5.移動(dòng)設(shè)備必須適用于可變的移動(dòng)環(huán)境。3移動(dòng)通信的特點(diǎn)及系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)構(gòu)成蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)主要由基站子系統(tǒng)（BSS）、移動(dòng)臺(tái)（MS）、交換子系統(tǒng)（NSS）、操作與支持子系統(tǒng)（OSS）構(gòu)成4移動(dòng)通信的分類分類按使用環(huán)境分：1）陸地移動(dòng)通信：指地面基地臺(tái)與陸地上（包括河、湖）的移動(dòng)物體（人、車、船）等所攜帶的（裝載）的移動(dòng)電臺(tái)間的通信。特點(diǎn)是：移動(dòng)臺(tái)的高度低，其電波的傳播經(jīng)常受到附近建筑物等的反射或阻擾。2）空中移動(dòng)通信：近地空間中的航空器（飛機(jī)、飛艇等）上移動(dòng)臺(tái)與地面基地臺(tái)間的通信。特點(diǎn)是：兩通信地點(diǎn)間一般沒(méi)有反射和阻擾，而是接近自由空間。3）海上移動(dòng)通信：指陸地上基地臺(tái)與海洋移動(dòng)船體上的電臺(tái)間組成的通信。特點(diǎn)是：移動(dòng)臺(tái)與基地臺(tái)間大部分為水面覆蓋，存在海面反射。4移動(dòng)通信的分類分類按服務(wù)對(duì)象分類：1）民用移動(dòng)通信：是一種用戶終端移動(dòng)，基地臺(tái)相對(duì)固定，應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉ钪械耐ㄐ畔到y(tǒng)。特點(diǎn)是：自由移動(dòng)性、終端的無(wú)線通信、寬覆蓋面及較高的性價(jià)比。2）軍用移動(dòng)通信：是一種用戶終端移動(dòng)，基地臺(tái)相對(duì)隱蔽或機(jī)動(dòng)，應(yīng)用于部隊(duì)的通信系統(tǒng)。特點(diǎn)是：機(jī)動(dòng)性、抗毀性、保密性、技術(shù)復(fù)雜、價(jià)格昂貴等。4移動(dòng)通信的分類分類移動(dòng)通信系統(tǒng)的分類1）公用移動(dòng)通信系統(tǒng)：是為廣大人民提供移動(dòng)通信服務(wù)。包括：包括蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)、無(wú)線尋呼系統(tǒng)、無(wú)繩電話系統(tǒng)等。2）專用移動(dòng)通信系統(tǒng)：是為特定人群提供移動(dòng)通信服務(wù)。包括：包括集群移動(dòng)通信系統(tǒng)和衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。5移動(dòng)通信的工作方式移動(dòng)通信的工作方式分為單工制、半雙工制和雙工制三種方式1）單工制：是一種通信雙方只能輪流地進(jìn)行收信和發(fā)信的按鍵通信方式。

分為：同頻單工和異頻單工5移動(dòng)通信的工作方式5移動(dòng)通信的工作方式移動(dòng)通信的工作方式分為單工制、半雙工制和雙工制三種方式2）半雙工制：指收、發(fā)信機(jī)分別使用兩個(gè)不同頻率的按鍵通話方式。

優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、省電、成體低、維護(hù)方便，而且受鄰近移動(dòng)臺(tái)干擾少；有利于頻率協(xié)調(diào)和配置；利于移動(dòng)臺(tái)緊急呼叫。

缺點(diǎn)：使用不方便，有丟失信息的可能5移動(dòng)通信的工作方式5移動(dòng)通信的工作方式3）雙工制：指通信的雙方在通話時(shí)收發(fā)信機(jī)均同時(shí)工作，即任意一方在講話的同時(shí)，也能收聽到對(duì)方的信息，有時(shí)也稱全雙工通信。5移動(dòng)通信的工作方式時(shí)分雙工（TDD）：信號(hào)的接收和傳送是在同一頻率信道的不同時(shí)隙，用時(shí)間來(lái)分離接收與傳輸信道，某個(gè)時(shí)間段由基站發(fā)送信號(hào)給移動(dòng)臺(tái)，另外時(shí)間段由移動(dòng)臺(tái)發(fā)送信號(hào)給基站。

頻分雙工（FDD）：指收、發(fā)信機(jī)所用頻率不同，一般雙工頻差為幾兆赫茲到幾十兆赫茲。5移動(dòng)通信的工作方式時(shí)分雙工（TDD）優(yōu)點(diǎn)：1）頻譜靈活性高；2）頻譜利用率高；3）支持不對(duì)稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；4）有利于采用新技術(shù)；5）成本低。缺點(diǎn)：1）對(duì)定時(shí)和同步要求嚴(yán)格，上、下行鏈路之間需要保護(hù)時(shí)隙；2）帶外輻射較大。6移動(dòng)通信的多址技術(shù)移動(dòng)通信中的多址技術(shù)分為：頻分多址、時(shí)分多址和碼分多址1）頻分多址是以傳輸信號(hào)的載波頻率的不同劃分來(lái)建立多址接入。特點(diǎn)：（1）單路單載波傳輸；（2）信號(hào)連續(xù)傳輸；（3）需要周密的頻率規(guī)劃；（4）信道帶寬相對(duì)較窄；（5）基站需要多個(gè)收發(fā)信道設(shè)備；（6）頻率利用率低，系統(tǒng)容量小。6移動(dòng)通信的多址技術(shù)2）時(shí)分多址是以傳輸信號(hào)存在的時(shí)間不同劃分來(lái)建立多址接入。特點(diǎn)：（1）多個(gè)用戶共享一個(gè)載頻，并占據(jù)相同的帶寬（2）系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)發(fā)射不是連續(xù)的而是以突發(fā)的方式發(fā)射，耗電較低；（3）時(shí)分多址傳輸速率較高，需采用自適應(yīng)均衡（4）利于加強(qiáng)通信網(wǎng)絡(luò)控制和保證移動(dòng)臺(tái)的越區(qū)切換；（5）各時(shí)隙間必須留有一定的保護(hù)時(shí)間；（6）時(shí)分多址必須有精確的定時(shí)和同步；(7)系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，頻率利用率高，容量大6移動(dòng)通信的多址技術(shù)3）碼分多址是以傳輸信號(hào)的碼型不同劃分來(lái)建立多址接入。特點(diǎn)：（1）抗干擾、抗多徑衰落能力強(qiáng)。（2）保密安全性高。（3）系統(tǒng)容量大。（4）系統(tǒng)容量配置靈活。（5）通信質(zhì)量更佳。（6）頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單。7移動(dòng)通信中的編碼與調(diào)制技術(shù)1）移動(dòng)通信的編碼技術(shù)（1）信源編碼

在發(fā)送端，把經(jīng)過(guò)采樣和量化后的模擬信號(hào)變換成數(shù)字脈沖信號(hào)的過(guò)程，稱為信源編碼。信源編碼分為三類：

1）波形編碼

2）參量編碼

3）混合編碼7移動(dòng)通信中的編碼與調(diào)制技術(shù)波形編碼。波形編碼直接對(duì)模擬語(yǔ)音取樣、量化，并用代碼表示，脈沖編碼調(diào)制PCM和增量調(diào)制DM是波形編碼的代表。優(yōu)點(diǎn)：①具有很寬范圍的語(yǔ)音特性，對(duì)各類模擬話音波形信號(hào)進(jìn)行編碼均可達(dá)到很好的效果；②抗干擾能力強(qiáng)，具有優(yōu)良的的話音質(zhì)量；③技術(shù)成熟、復(fù)雜度不高；④費(fèi)用適中。缺點(diǎn)有：編碼速率要求高，一般要求在16~64kbit/s之間，所占用的頻帶較寬，只適用于有線通信系統(tǒng)中。7移動(dòng)通信中的編碼與調(diào)制技術(shù)參量編碼是以發(fā)音機(jī)制的模型作為基礎(chǔ)，用一套模擬聲帶頻譜特性的濾波器系數(shù)和若干聲源參數(shù)來(lái)描述這個(gè)模型，在發(fā)送端從模擬語(yǔ)音信號(hào)中提取各個(gè)特征參量并進(jìn)行量化編碼。包括線性預(yù)測(cè)編碼（LPC）及各種改進(jìn)型。目前移動(dòng)通信系統(tǒng)的語(yǔ)音編碼技術(shù)大多采用這種類型技術(shù)為基礎(chǔ)。優(yōu)點(diǎn)是：由于只需傳輸話音特征參量，因而語(yǔ)音編碼速率可以很低，一般在2～4.8kbit/s之間，并且對(duì)話音可懂性沒(méi)有多少影響。缺點(diǎn)是：話音有明顯的失真，并且對(duì)噪聲較為敏感，話音質(zhì)量一般，不能滿足商用話音質(zhì)量的要求。7移動(dòng)通信中的編碼與調(diào)制技術(shù)混合編碼將波形編碼和參量編碼結(jié)合起來(lái)，力圖保持波形編碼話音的高質(zhì)量與參量編碼的低速率。目前移動(dòng)通信中使用的混合編碼包括規(guī)則脈沖激勵(lì)長(zhǎng)期預(yù)測(cè)編碼（RPE—LTP）和碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（CELP）。特點(diǎn)是：數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)中既包括若干話音特征參量又包括部分波形編碼信息，因而綜合了參量編碼和質(zhì)量波形編碼各自的優(yōu)點(diǎn)。7移動(dòng)通信中的編碼與調(diào)制技術(shù)（2）信道編碼信道編碼是發(fā)送方和接收方通過(guò)一定的信道收發(fā)信息時(shí)采用的雙方協(xié)議的編碼方式，以便保證傳輸信息的完整性、可靠性和安全性。包括：奇偶校驗(yàn)碼；重復(fù)碼；循環(huán)冗余校驗(yàn)碼；卷積碼；交織。7移動(dòng)通信中的編碼與調(diào)制技術(shù)奇偶校驗(yàn)碼方法：首先把信源編碼后的信息數(shù)據(jù)流分成等長(zhǎng)碼組，在每一信息碼組之后加入一位（1比特）校驗(yàn)碼元作為“奇偶檢驗(yàn)位”，使得總碼長(zhǎng)n（包括信息位n－1和校驗(yàn)位1）中的碼重為偶數(shù)（稱為偶校驗(yàn)碼）或?yàn)槠鏀?shù)（稱為奇校驗(yàn)碼）。特點(diǎn)：編碼速率較高；只能發(fā)現(xiàn)奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤，無(wú)糾錯(cuò)功能。7移動(dòng)通信中的編碼與調(diào)制技術(shù)重復(fù)碼方法：將信息重復(fù)傳幾次，只要正確傳輸?shù)拇螖?shù)多于傳錯(cuò)的次數(shù)，就可用少數(shù)服從多數(shù)的原則排除差錯(cuò)。特點(diǎn)：編碼/解碼速率較高；信道有效利用率低。7移動(dòng)通信中的編碼與調(diào)制技術(shù)循環(huán)冗余校驗(yàn)碼是專門用于檢錯(cuò)的循環(huán)碼，優(yōu)點(diǎn)：可以檢測(cè)出多種可能的組合型差錯(cuò)；比較容易實(shí)現(xiàn)編碼和譯碼電路。可以檢測(cè)出以下幾種格式的錯(cuò)誤：（1）突發(fā)長(zhǎng)度不超過(guò)（n－k）的全部錯(cuò)誤格式。（2）當(dāng)突發(fā)性差錯(cuò)位達(dá)到（n－k＋1）位時(shí)，可以部分檢錯(cuò)。（3）當(dāng)突發(fā)性差錯(cuò)位超過(guò)（n－k＋1）位時(shí)，檢錯(cuò)比例為（1－2－（ｎ－ｋ－１））。（4）當(dāng)生成多項(xiàng)式含有偶數(shù)個(gè)非“０”元素時(shí)，CRC可以檢出碼字的全部奇數(shù)個(gè)誤差格式的錯(cuò)誤。7移動(dòng)通信中的編碼與調(diào)制技術(shù)卷積碼卷積碼在它的信碼元中也有插入的校驗(yàn)碼元但并不實(shí)行分組校驗(yàn)，每一個(gè)檢驗(yàn)碼元都要對(duì)前后的信息單元起校驗(yàn)作用，整個(gè)編解碼過(guò)程也是一環(huán)扣一環(huán)，連鎖地進(jìn)行下去。特點(diǎn)：編碼簡(jiǎn)單；設(shè)備簡(jiǎn)單；性能高；適合解離散的差錯(cuò)，對(duì)于連續(xù)的差錯(cuò)效果不理想。7移動(dòng)通信中的編碼與調(diào)制技術(shù)交織實(shí)現(xiàn)方法：在發(fā)送端，編碼序列在送入信道傳輸之前先通過(guò)一個(gè)“交織寄存器矩陣”。將輸入序列逐行存入寄存器矩陣，存滿以后，按列的次序取出，再送入傳輸信道。接收端收到后先將序列存到一個(gè)與發(fā)端相同的交織寄存器矩陣，按列的次序存入，存滿以后，按行的次序取出然后送進(jìn)解碼器。7移動(dòng)通信中的編碼與調(diào)制技術(shù)2）移動(dòng)通信的調(diào)制技術(shù)是將信號(hào)變換成適合于傳輸和記錄的形式，其目的：便于信息的傳輸；改變信號(hào)占據(jù)的帶寬，改善系統(tǒng)的性能；便于多路多址傳輸。調(diào)制分為：模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制模擬調(diào)制：是利用輸入的模擬信號(hào)直接調(diào)制（或改變）載波的振幅、頻率或相位，從而得到調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）、或調(diào)相（PM）信號(hào)。數(shù)字調(diào)制：是利用數(shù)字信號(hào)來(lái)控制載波的振幅、頻率或相位。包括幅移鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）等。7移動(dòng)通信中的編碼與調(diào)制技術(shù)高斯濾波最小頻移鍵控（GMSK）是將基帶信號(hào)先經(jīng)過(guò)高斯濾波器濾波，使基帶信號(hào)形成高斯脈沖，之后進(jìn)行最小頻移鍵控（MSK）調(diào)制。優(yōu)點(diǎn)：功耗小、重量輕、收發(fā)信機(jī)成本低等。能夠滿足數(shù)字移動(dòng)通信中進(jìn)行高速率數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，鄰道帶外輻射功率低于-80～-60dB的指標(biāo)。7移動(dòng)通信中的編碼與調(diào)制技術(shù)四相相移鍵控（QPSK）特點(diǎn)：（1）可以壓縮信號(hào)的頻帶，提高了信道的利用率；（