CH1 移动通信概述(1)

移动通信
信息工程学院通信工程系
2008.9
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主要内容
移动通信系统概述 移动通信信道特性 移动通信系统的关键技术 扩频调制、同步、编码、接入技术 抗衰落与抗干扰技术、
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参考书
郭梯云 等编著 《移动通信》西安电子科技大学出版社 赵荣黎编著 《数字蜂窝移动通信系统》电子工业出版社 蒋同泽著 《现代移动通信系统》电子工业出版社 周文安 等译 《无线通信原理与应用》电子工业出版社
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第1章 移动通信概述
早期大区制通信系统 在其覆盖区域中心 设置大功率发送机 ，采用高架天线把 信号发送到整个覆 盖地区（半径可达 几十公里） 它提 供给用户使用信道 数极为有限。 28
第1章 移动通信概述
多区制蜂窝系统 是提高无线电话系统频带利用率的重要方法 将每个基站发射的覆盖 范围在一小块地里区域 （称为“小区”cell） 相距不远的另一个基站 可以使用相同的信道， 提高容量。
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第1章 移动通信概述
4G系统已广泛展开研究： 更先进的技术、更宽的带宽 更高的数据速率、更广泛的业务 候选技术：OFDM、MIMO 特征： 全IP、高速多媒体业务、自组织网络 速率：>20Mbps
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第1章 移动通信概述
5G系统速率预计将超过100Mbps， 超宽带（ultra-wideband,UWB) 无线局域网 采用自适应调制技术，信道质量决定速率 IEEE802.11b：单载波 、DSSS、工 作频段2.4GHz 、用户速率高达 11Mbps和5.5Mbps
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第1章 移动通信概述
每个移动用户通过无线链路和某个基站 通信，在通话中，可能会切换到另一个基 站，移动台包括收发器、天线和控制电路。 基站包括几个同时处理全双工通信的 收、发信机，将小区中所有用户的通话通过 电话线或微波线路连接到MSC。由MSC 协 调所有基站的操作，并将整过蜂窝系统连接 到公用电话交换网（PSTN）。
TDMA、CDMA
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Байду номын сангаас
3G通信系统是移动通信发展的必由之路 持续高速发展的移动通信，需要 新的频段 频谱利用率更高的技术 正在培育和崛起移动Internet业务， 需要支持高速分组数据的技术； 竞争需要
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第一代：模拟移动通信 话音业务（模拟） 欧洲TACS 北美AMPS 中国 TACS/AMPS… 话音（数字） 第二代：数字移动通信 中低速率数据业务 北美 AMP/GSM/CDMA 多媒体业务 第三代：宽带移动通信 WCDMA/ cdma2000/TDSCDMA
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第1章 移动通信概述
IEEE802.11a：多载波、OFDM，工作 频段5GHz 、用户速率高达54Mbps IEEE802.11g：<54Mbps，兼容 11a/11b 考虑电磁兼容，限制发射功率，通常小于 100mw，室内通信距离达100m，用于室 内或建筑物之间。
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第1章 移动通信概述
基站发/收系统
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例：用户A要通过卫星与用户B打电话
public switched telephone network/ Public Land Mobile Network
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通话过程：用户A要通过长途电话局，由 它把用户电话线路与卫星通信系统中的 北京地面站连通，地面站把电话信号发 射到卫星，卫星接到这个信号后通过功 率放大器，将信号放大再转发到大西洋 彼岸的地面站，地面站把电话信号取出 来，送到受话人所在的城市长途电话局 转接用户。
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第1章 移动通信概述
1.3 现代移动通信系统 公众蜂窝移动通信 在无线覆盖内，对任何地点的用户 提供公用电话交换网的无线接入。 蜂窝系统的组成： 移动台、基站和移动交换中心（MSC）
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第1章 移动通信概述
BTS
MT 移动台
公用电话网
BTS
BSC
MSC
PSTN
BTS
基站控制器 移动交换中心
MT
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第1章 移动通信概述
切换策略 每个移动台测量从周围基站中接收到 的信号功率，并将测量结果连续地报告 给所在的基站。当从相邻小区的基战中 接收到的信号强度比当前基站高出一定 的电平并维持一定的时间时，就准备切 换。 不同的系统用不同的切换策略和方 法。如图3.4 伞状小区设置
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第1章 移动通信概述
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同频干扰： 同一组频率小区之间的干扰 邻频干扰： 接收滤波器不理想，邻频信号干扰
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第1章 移动通信概述
信道分配策略：固定和动态 固定信道分配策略： 每个小区分配一组事先确定好的话音信 道，小区中的任何呼叫只能使用该小区的 空闲信道。 动态信道分配策略： 话音信道不固定分配给每个小区。每次呼 叫到来，有其基站向MSC 请求一个信道。
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第1章 移动通信概述
1.1 移动通信系统概述 移动通信系统实例 手机 : GSM、CDMA、PHS（小灵通） WLAN（无线局域网） 蓝牙、超宽带UWB 非接触式IC卡 ……
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第1章 移动通信概述
移动通信特点 一端移动、或两端都移动 利用无线电波进行信息传输 在复杂的干扰环境中运行 网络结构多种多样 移动台适合在移动环境中使用
1980 1990 2000 2010
年代
欧洲/中国GSM
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第1章 移动通信概述
3G系统 宽带、中高速数据、多媒体 体制：cdma2000、WCDMA、 TD-SCDMA 特点：高频谱效率、高安全性、高服务质量 速率：快速移动：144kbps~384kbps 慢速移动：384kbps~2Mbps 固定：2Mbps~8Mbps 频段：2GHz 44
第1章 移动通信概述
cdma2000沿用IS-95的方式，用 GPS使基站之间严格同步；采用公共导 频方式。 W-CDMA基站同步方式采用异步方 式；采用专用导频符号，与业务数据流时 分复用。
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第1章 移动通信概述
TD—SCDMA使用直接序列扩频码 分多址技术（DS—CDMA），传输带宽 为1.6MHZ, 码片速率为1.28chip/s， 采用时分双工（TDD）的方式，前向和 反向链路可以用相同的频率，信息在物 理信道的不同时隙相互发送。
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第1章 移动通信概述
在一些特殊的地理位置（邻近水域， 同频干扰大）采用所谓的f1/f2小区规划， 用硬切换方式（换信道），如同TDMA、 FDMA 一样。 3、呼吸小区： CDMA 系统动态、时变覆盖区域，其可 变性依赖于无线信道中的实时用户数。
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第1章 移动通信概述
2G系统： 支持话音、低速数据 北美AMPS、日本PHS、 欧洲GSM、北美IS-95 频段：824~894M、1895~1907M 890~960M、1800~2000M 多址接入：FDMA、TDMA、
原理：用不同高度的天线（经常是在同一 个建筑物上）和不同强度的功率，在一 个站点上设置“大的”和“小的”覆盖 区域，对于高速移动用户提供大面积的 覆盖，为低速移动用户提供小面积的覆 盖。 尤其是在为提高系统容量，增加 小区站点（微小区）的地方，利用伞状 小区设置可以减少切换次数。
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第1章 移动通信概述
CDMA 蜂窝扩频系统特性： 1、 簇的大小N=1，每个小区都共享相 同的信道，频带利用率高（一个 1.25MHz 的无线信道可以承载单个控 制信道及多达64个话音信道）。
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2、软切换： 在同一频率的信道间进行，移动 台切换时，先与新的基站连通再与原 基站切断联系。同时计算多个基站接 收的一个用户信号，MSC及时判断 用户在那个基站的信号最好（利用了 不同位置的基站所提供的宏分集）。
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移动通信实现个人通信目标——5W 无论任何人（Whoever） 在任何时间（Whenever） 在任何地方（Wherever） 与另一个人（Whomever） 进行任何形式（Whatever）
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第1章 移动通信概述
移动通信发展 1897年，马可尼（Marconi ）用 长波传输无线电报，在英格兰海峡实现 了行使船只之间的通信，第一次向世人 展示了无线通信的威力。 从此移动物体之间的通信就得到了 举世瞩目的发展。
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第1章 移动通信概述
基本特征：无中心控制、动态拓扑结 构、基于分组、 节点的多功能性： 终端、路由器、中继器、网关
A B
C D
A B
C D
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工作方式 单工系统： 发送时不接收，接收不发 送。 接收信息但不确认，如寻呼… f1 (f1) 发射机 接收机 电台甲 f1 (f2) f1 (f1) f1 (f2) 发射机 接收机 电台乙
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全工系统： 用户和基站之间同时进行发送和接收
f1
发射机 接收机 基站
f2
双工器
f2 f1
发射机 接收机 移动台
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数字通信系统的主要优点： • 频谱利用率高，有利于提高系统容量； • 能提供多种业务服务，提高通信系统的通 用性 • 抗噪声、抗干扰和抗多经衰落的能力强 • 能实现更有效、灵活的网络管理和控制 • 便于实现通信的保密 • 降低设备成本、减小手机的体积和重量。
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第1章 移动通信概述
通信业务 话音通信：传统业务是电话通信 数据通信：提供综合业务服务，把话音 图像和数据传输融合于一体。如： 第二代移动通信系统：短消息、低速的 Internet 接入等业务； 第三代移动通信系统：再加多媒体业务。
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•时分双工（TDD）：分时收、发 •频分复用双工（FDD）：每个上行 链路和下行链路使用不同的频段。 半双工系统： 收发使用相同的无线信道， 在任意指定的时刻用户只能发或收
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第1章 移动通信概述
信号形式 模拟通信系统：称为第一代通信产品 模拟蜂窝网、模拟无绳电话 数字通信系统：称为第二代通信产品 数字蜂窝网、数字无绳电话、 移动卫星通信系统等。