通信工程專業(yè)導論 課件 第三章 當代通信系統(tǒng)

第三章

當代通信系統(tǒng)x3.1移動通信系統(tǒng)標題21世紀以后，人們逐步和手機“打上了交道”，進入移動互聯(lián)網(wǎng)時代。1973年，美國摩托羅拉工程師馬丁·庫帕（MartinLawrenceCooper）發(fā)明了第一臺商業(yè)化手機。1986年，第一代移動通信技術(shù)的誕生，拉開了當代的通信體系發(fā)展的帷幕。其演進過程如圖3-1所示。

x標題（1）第一代（1G）移動通信系統(tǒng)：早期的蜂窩移動通信系統(tǒng)后來也被稱為第一代移動通信系統(tǒng)，也就是我們現(xiàn)在所說的1G（TheFirstGeneration）。蜂窩移動通信系統(tǒng)的核心思想是頻譜資源的空間復(fù)用，即把無線系統(tǒng)按蜂窩的方式劃分為小區(qū)，形成區(qū)群。通過控制每個小區(qū)的發(fā)射功率，同一個的頻率資源可以被在空間上保持一定的距離的在不同區(qū)群的不同用戶使用，同時保證相互之間的信號干擾不影響信號傳輸質(zhì)量。3.1移動通信系統(tǒng)在如圖3-3所示的頻率復(fù)用模式中，每7個小區(qū)構(gòu)成一個區(qū)群，頻率的復(fù)用率為1/7。假定總共需490個信道，每個小區(qū)則需要490/7=70個信道。在整個大區(qū)域范圍內(nèi)，由于可以劃分為很多小區(qū)，可支持的用戶數(shù)量大大地增加。與此同時，由于小區(qū)的區(qū)域范圍變小，用戶終端的發(fā)射功率和耗電量也隨之大幅降低。x標題（2）第二代（2G）移動通信系統(tǒng)：2G通信系統(tǒng)主要采用時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）技術(shù)，以語音通信為主，主要提供數(shù)字化語音業(yè)務(wù)和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，又被稱為窄帶數(shù)字通信系統(tǒng)。TDMA簡單來講就是將信道在不同的時間分配給不同的用戶。CDMA簡單來講就是所有用戶在同一時間、同一頻段上，根據(jù)不同的編碼區(qū)分業(yè)務(wù)信道。碼分多址系統(tǒng)給每個用戶分配了特定的地址碼，利用公共信道傳輸信息，同時也具有多址接入能力強、抗多徑干擾、保密性能好等優(yōu)點。（3）第三代（3G）移動通信系統(tǒng)：為提升聲音和數(shù)據(jù)的傳輸速度，解決無線漫游等問題，3G移動通信技術(shù)應(yīng)運而生。3G能夠在全球范圍內(nèi)更好地實現(xiàn)漫游，并能傳輸圖像、音樂、視頻等多媒體信號。

3.1移動通信系統(tǒng)x標題（4）第四代（4G）移動通信系統(tǒng)：4G有兩大技術(shù)根基：LTE和IEEE802.16m（WiMax2），LTE即長期演進（LongTermEvolution），在3G基礎(chǔ)上通過技術(shù)迭代慢慢達到４G。LTE技術(shù)是以正交頻分復(fù)用（OFDM）為核心的技術(shù)，為了降低用戶延遲，取消了無線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC），采用了扁平網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。LTE改進增強了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和多輸入多輸出（MIMO）作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進的唯一標準。WiMax技術(shù)是基于IEEE802.16標準集的寬帶無線接入城域網(wǎng)技術(shù)，它采用了OFDM+MIMO技術(shù)，解決了多徑干擾，提升了頻譜效率，大幅地提高了系統(tǒng)吞吐量及傳送距離。3.1移動通信系統(tǒng)x標題（5）第五代（5G）移動通信系統(tǒng)：與4G相比，5G的許多指標得到全面提升，主要體現(xiàn)在峰值速率、用戶體驗數(shù)據(jù)速率、頻譜效率、移動性管理、連接數(shù)密度以及網(wǎng)絡(luò)指標等方面。中國IMT-2020（5G）推進的5G關(guān)鍵技術(shù)指標要求如圖3-13所示。5G技術(shù)主要有三大應(yīng)用場景，分別是增強型移動寬帶（enhancedMobileBroadband，eMBB）、海量機器類通信（massiveMachineTypeofCommunication，mMTC）以及超高可靠和低時延通信（UltraReliableLowLatencyCommunication，uRLLC）。3.1移動通信系統(tǒng)x3.2光纖通信系統(tǒng)標題光纖的結(jié)構(gòu)：光纖呈圓柱形，由纖芯、包層與涂敷層三大部分組成，如圖3-17所示。光纖的分類：光纖的種類繁多，其主要分類方法有三種，即按光纖橫截面折射率分布分類，按傳播模式分類，按工作波長分類等。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)：數(shù)字光纖通信系統(tǒng)主要由光發(fā)射、光傳輸和光接收三部分組成。要使光波成為攜帶信息的載體，必須對它進行調(diào)制，在接收端再把信息從光波中檢測出來。典型的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)框圖如圖3-19所示。x標題衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號，在兩個或多個地面站之間進行的通信。衛(wèi)星通信系統(tǒng)因傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)不同，組成也不盡相同。一般的衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要由空間段和地面段兩部分組成，如圖3-20所示。上行鏈路是指從地球站到衛(wèi)星之間的通信鏈路；下行鏈路是指從衛(wèi)星到地球站之間的通信鏈路。在這一系統(tǒng)中，通信衛(wèi)星實際上就是一個懸掛在空中的通信中繼站，只要在它的覆蓋照射區(qū)以內(nèi)，不論距離遠近都可以通信，通過它轉(zhuǎn)發(fā)和反射電報、電視、廣播和數(shù)據(jù)等無線信號。3.3衛(wèi)星通信系統(tǒng)x標題利用微波作為傳輸媒介的通信方式，稱為微波中繼通信。由于微波具有與光波相似的沿直線傳播的特性，通常只能在兩個沒有障礙的點間（視線距離內(nèi)）建立點對點通信，