无线维护岗位认证教材_移动通信基本原理

2
学习完此课程，您将会： – 移动通信的组成、特点、 分类及工作方式 – 移动通信信道的电波传输 – CDMA技术标准的发展、 CDMA2000的发展趋势等 – 第三代移动通信的新技术、 业务及其特征,等
3
第1章 第 2章 第 3章 第 4章 第5章 第 6章 第 7章
无线电波传播基本理论 移动通信的发展简史 CDMA的特点及基本原理 CDMA频段的划分 CDMA网络基本架构 编号计划 常用名称解释
3G

3G－多媒体数据通信（CDMA-DS/MC/TDD、TDMA）
话音通信、数据通信、移动多媒体 ：2Mbps 主要系统：W-CDMA、cdma2000 EV、TD-SCDMA
30

移动通信技术的发展历程
• 第一代移动通信系统
– 采用频分多址（FDMA），模拟系统
• 代表系统：美国的AMPS、欧洲的TACS
11
移动通信电波的三种基本传播方式－绕射
产生 的二次波散布于空间，甚至于阻挡体的背 面。当接收机和发射机之间不存在视距路 径，围绕阻挡体也产生波弯曲。在高频波 段，绕射与反射一样，依赖于物体的形状， 以及绕射点入射波振幅、相位和极化的情 况。
27
移动信道研究的基本方法
（1）理论分析，即用电磁场理论或统计理论分析电波在移 动环境个中的传播特性，并用各种数学模型来描述移动信 道。往往要提出一些假设条件使信道数学模型简化，所以 数学模型对信道的描述都是近似的。 （2）现场电波传播实测，即在不同的传播环境中，做电波 传播实测试验。测试参数包括接收信号幅度、延时以及其 它反映信道特征的参数。对实测数据进行统计分析，可以 得出一些有用的结果。 （3）移动信道的计算机模拟，计算机具有很强的计算能力， 能灵活快速地模拟各种移动环境。
• 频谱利用率提高 （CDMA） • 业务种类增加 • 窄带数据业务 • 保密性较好 • 减小了设备成本 降低 －提高了2倍（GSM）或10倍 －提供了较丰富的电信业务 －提供了低速数据业务（最大64Kbit/s） －具有良好的保密性能 －设备（尤其是终端设备）成本大大 体积、重量也大大减少
4
无线信号的传输的简单模型
• 信源（发射机）－－信道－－信宿（接收 机） • 空中接口的信道是开放的，很容易引入干 扰。
5
无线电波的传播速率、频率
• 无线电波是电磁波，在真空中的传播速度 是每秒30万千米。 • 无线电波的波长 波长＝无线电波的速率/无线电波的频率。 800M电波的波长：约37.5CM 1900M电波的波长：约15.8CM
26
菲涅耳区
• 菲涅耳区一个直接环绕在可见视距传播路径周围 的椭球区域，其半径会因信号传播路径长度和信号频 率的不同而有所变化。 • 当发射机和接收机处于视距时，可以建立直达的 传播路径。如果路径中有凸出障碍物进入了菲涅 耳区，尽管其高度不足以阻挡信号的传播，但无 线电波的衍射仍会使部分信号偏转，致使其到达 接收机的时间略晚于直达信号。由于这些绕射的 信号与直达信号有相位差，叠加的时候就会削弱 直达信号，干扰了直达信号。总而言之，尽管发 射机能够看到接收机，但这并不意味着发射机就 能够建立到接收机良好的信号传输路径。
6
无线传播概述
• 传播特性直接关系到通信设备的能力、天线 高度的确定、通信距离的计算、以及为实现 优质可靠的通信所必须采用的技术措施等一 系列系统设计问题。 • 移动通信系统的无线信道环境比固定无线通 信的信道环境更复杂，必须根据移动通信的 特点按照不同的传播环境和地理特征进行分 析和仿真。
7
电波的各种传播方式
14
空间波传播环境
覆盖区大小与天线的高度和增益成比例。在 蜂窝系统中，基站天线高度从20m～100m不等， 其具体取值由环境确定，例如城市中天线高 度约为30m，郊区高度取50m，乡村取80m。天 线增益的取值同样依赖于环境
15
各个波段的传播特点
长波传播（波长1000米以上） 以表面波或天波的形式传播。 对其他接受台干扰很强烈；天电干扰对长波的接 收的影响严重，特别是雷雨较多的夏季 中波传播（波长100-1000米） 以表面波或天波的形式传播 波长在2000－200米的中短波主要用于广播 短波传播（波长10-100米） 靠表面波和天波传播。
9
移动通信电波的三种基本传播方式
• 在移动通信中，影响传播的三种最基本的 机制为反射、绕射和散射。 • （接收功率或它的反面，路径损耗）是基 于反射、散射和绕射的大尺度传播模型预 测的最重要的参数。 • 这三种传播机制也描述了小尺度衰弱和多 径传播。
10
移动通信电波的三种基本传播方式－反射
• 当电磁波遇到比波长大得多的物体时发生 反射，反射发生于地球表面、建筑物和墙 壁表面。 • 反射波和传输波的电场强度取决于费涅尔 Fresnel）反射系数G。反射系数为材料的 函数，并与极性、入射角和频率有关。
8
电波的各种传播方式
• 天波传播 籍此电离层的反射作用，电波在地面与电离层 之间来回反射传播至较远的地方。我们把经过电 离层反射到地面的电波叫作天波。 • 散射传播 当天线辐射出去的电波，投射到那些不均匀体 的时候，类似于光的散射和反射现象，电波发生 散射或反射，一部分能量传播到接收点，这种传 播称为散射传播。
中国电信无线维护 岗位认证培训教材
技术原理篇系列教材之
——移动通信基本原理
1
通信技术的发展日新月异，移动业 务渗入了人们生活的方方面面，给人们 生活带来了极大便利。 CDMA 是移动通信领域中发展最快 的数字无线技术之一，它提供的各类业 务在信号质量、安全性、功耗和可靠性 等方面都表现出很强的技术优势。 随着全球第三代移动通信系统的开 通运营，移动通信新时代正在来临并蓬 勃发展，本课程介绍移动通信基本原理。
23
时延扩展
由于电波通过各个路径的距离不同，因而各个路 径来的反射波到达时间不同，也就是各信号的时 延不同。当发送端发送一个极窄的脉冲信号时， 移动台接收的信号由许多不同时延的脉冲组成， 我们称为时延扩展。
24
多普勒频移－1
在移动通信中，当移动台移向基站时，频
率变高，远离基站时，频率变低，所以我们在 移动通信中要充分考虑“多普勒效应”,这也 加大了移动通信的复杂性。
17
传播性能的指标
• 传送的功率指的是发射机所发射的能量。拥有较高 的传输功率将有助于压制它的频带内其他的干扰信 号，但是拥有较高传输功率的设备也将可能耗电较 多，同时对别的信号的干扰也加强。 • 灵敏性指的是在信道中可以被接收机接受的最弱信 号的测量。数值愈低的那台接收机的设备就愈好。 但是这要求所有的制造商和标准都用相同的参考值 （如包丢失率）来定义灵敏度。 • 信道是对无线通信中发送端和接收端之间的通路的 一种形象比喻，信道有一定的带宽。
16
各个波段的传播特点
• 超短波和微波（波长为10米以下）的频率很高，表 面波衰减很大；电波穿入电离层很深，甚至不能反 射回来，所以超短波、微波一般不用表面波、天波 的传播方式，而只能用空间波、散射波和穿透外层 空间的传播方式。 • 超短波和微波的频带很宽。超短波广泛应用于电视， 调频广播，雷达等方面。利用微波可同时传送几千 路电话或几套电视节目。 • 超短波和微波的传播特点基本上相同，主要是在低 空大气层做视距传播。因此，为了增大通信距离， 一般把天线架高。
最大多普勒频移fm与载波频率fc及接收机最 大移动速度vm相关： fm= fc vm/C
其中c为无线电波传播速度。
发射机的载波频率为910MHz，
25
多普勒频移－2
• 以步行速度1.33m/s移动由此引起的最大多普勒频 移为±4Hz；
• 以60英里/小时的速度移动，则多普勒频移将增加 到±120Hz左右。
19
阴影效应
• 由于高频的无线电波以直射波为主，高大建筑和 山峰会成为无线电波的阻碍，这就象阳光被高大 建筑的阻挡，会产生阴影一样。 • 在高大建筑背后，接收信号的强度大幅度下降， 这种效应称为阴影衰弱效应。 • 阴影衰弱是慢衰弱的一种，也就是接收信号的强 度主要随空间变化而变化随时间变化不大。 • 阴影衰弱服从对数正态分布。
• 表面波传播 电波是紧靠着地面传播的，地面的性质， 地貌，地物等的情况都会影响电波的传播。 一方面使电波发生变化和引起电波的吸收。 另一方面由于地球表面是球型，使沿它传播 的电波发生绕射。 • 外层空间传播 电磁波由地面发出，经低空大气层和电 离层而到达外层空间的传播，如卫星传播、 宇宙探测等均属于这种远距离传播。宇宙空 间近似于真空状态，传输特性比较稳定。
2G
2.5G

2G－数字蜂窝（TDMA、CDMA）
话音通信、低速数据通信：9.6Kbps

主要系统：GSM、IS-95 CDMA、TDMA IS-136、PDC



2.5G－数据通信（TDMA、CDMA）
话音通信、数据通信：115Kbps/144Kbps
主要系统：GPRS、cdma2000 1X
21
多径衰落－2
• 多径传播使接收端的信号近似于一种叫做 Rayleigh瑞利分布的数学分布，故多径快 衰落又称为 Rayleigh瑞利衰落。 • 在城市环境中，一辆快速行驶车辆上的移 动台的接收信号在一秒钟之内的显著衰落 可达数十次。
22
慢衰落
• 接收信号除瞬时值出现快衰落之外，场强平 均值也会出现缓慢变化。这种由阴影效应和 气象原因引起的信号变化称为慢衰落。慢衰 落接收信号近似服从一种叫做对数正态分布 的数学分布，变化幅度取决于障碍物状况、 工作频率、障碍物和移动台移动速度等。 • 快衰落和慢衰落是由相互独立的原因产生， 随着移动台的移动，这二者构成移动通信接 收信号不稳定的因素。
20
多径衰落－1
• 由于电波通过各个路径的距离不同，因而各个路径 来的反射波到达时间不同，相位也就不同。不同相 位的多个信号在接收端迭加，有时迭加而加强（方 向相同），有时迭加而减弱（方向相反）。这样， 接收信号的幅度将急剧变化，即产生了快衰落。 • 多径衰弱，可以从时间和空间两个方面来描述和测 试。 • 多径衰弱是产生小尺寸衰弱的重要原因。