移动通信原理PPT第1章 概论

第1章 概论
1.3 移动通信系统的分类
移动通信有以下多种分类方法： ① 按使用对象可分为民用设备和军用设备； ② 按使用环境可分为陆地通信、 海上通信和空中 通信； ③ 按多址方式可分为频分多址(FDMA)、 时分多
址(TDMA)和码分多址(CDMA)等；
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④ 按覆盖范围可分为广域网和局域网； ⑤ 按业务类型可分为电话网、 数据网和多媒体网； ⑥ 按工作方式可分为同频单工、 异频单工、 异频 双工和半双工；
f.话音激活技术
g.频率再用及扇区化 h.低的信噪比或载干比 软容量
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3G的目标主要有：
（1）全球漫游，以低成本的多模手机来实现。
（2）适应多种环境，采用多层小区结构；与不同网络 互通；提供无缝漫游和业务一致性，网络终端具有多
样性；与第二代系统共存和互通，开放结构，易于引
入新技术。 （3）能提供高质量的多媒体业务。 （4）足够的系统容量，强大的多种用户管理能力，高 保密性能和服务质量。
802.16d (WiMAX)
802.16e (WiMAX)
802.16m
移动通信的进一步演进方向是IMT-Advangced或称
第四代移动通信系统4G. 具备宽带接入和具有分布式特
征的网络，采用全IP的网络结构。
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INTERNET
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2 基站 1 4 3 MSC 7 5
6
至公用电话网
图
蜂窝移动通信系统的示意图
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当移动用户在蜂窝服务区中快速运动时， 用户之
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七小区群 F
G B A 小区1 D G F 离 E B B A 小区8 D
E
再用距
C G
相同字母小区使用 相同频率组
图 蜂窝系统的频率再用
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下图所示是蜂窝移动通信系统。 图中七个小区构
成一个区群。 小区编号代表不同的频率组。 小区与移 动交换中心(MSC)相连。 MSC在网中起控制和管理作 用， 对所在地区已注册登记的用户实施频道分配， 建 立呼叫， 进行频道切换， 提供系统维护和性能测试， 并存储计费信息等。 MTSO是移动通信网和公共电话 交换网的接口单元， 既保证网中移动用户之间的通信， 又保证移动用户和有线用户之间的通信。
和控制必须有效
根据通信地区的不同需要， 移动通信网络可以组 成带状(如铁路公路沿线)、 面状(如覆盖一城市或地区) 或立体状(如地面通信设施与中、 低轨道卫星通信网络 的综合系统)等， 可以单网运行， 也可以多网并行并
实现互连互通。
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5. 移动通信设备 ( 主要是移动台 ) 必须适于在移动 环境中使用 对手机的主要要求是体积小、 重量轻、 省电、 操作简单和携带方便。 车载台和机载台除要求操作简 单和维修方便外， 还应保证在震动、 冲击、 高低温变 化等恶劣环境中正常工作。
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IMTS系统：单个大功率 发射机覆盖整个市区 蜂窝系统：位于各个小区 的许多小功率发射机覆盖 相同的地区
(a)
(b)
图
大区覆盖与小区覆盖
(a) 大区覆盖； (b) 小区覆盖
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通常， 相邻小区不允许使用相同的频道， 否则会
发生相互干扰(称同道干扰)。 但由于各小区在通信时
所使用的功率较小， 因而任意两个小区只要相互之间 的空间距离大于某一数值， 即使使用相同的频道， 也
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发射台 公用 电话网 无线电寻呼 控制中心及 主发射台 用户回路
发射台
图
无线电寻呼系统示意图
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1.4.2 蜂窝移动通信系统
早期的移动通信系统在其覆盖区域中心设置大功 率的发射机， 采用高架天线把信号发送到整个覆盖地 区(半径可达几十千米)。 这种系统的主要矛盾是它同 时能提供给用户使用的信道数极为有限， 远远满足不 了移动通信业务迅速增长的需要。 例如， 在20世纪70 年代于美国纽约开通的IMTS(Improved Mobile Telephone Service)系统(如下图(a)所示)， 仅能提供12
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注：2.5G GPRS 及 CDMA20001X
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2. 第三代移动通信系统（3G） CDMA码分多址接入方式的独特之处： a. 系统区分地址时在频率、时间和空间上是重叠的 b. 使用相互准正交的地址码来完成对用户的识别
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CDMA技术的优势：
a.多种形式的分集
b.低发射功率 c.保密性 d.软切换 e.大容量
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1.3.2 模拟网和数字网
数字通信系统的主要优点可归纳如下：
(1) 频谱利用率高， 有利于提高系统容量。 采用 高效的信源编码技术、 高频谱效率的数字调制解调技
术、 先进的信号处理技术和多址方式以及高效动态资
源分配技术等， 可以在不增加系统带宽的条件下增多 系统同时通信的用户数。
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(3) 抗噪声、 抗干扰和抗多径衰落的能力强。 这 些优点有利于提高信息传输的可靠性， 或者说保证通 信质量。 采用纠错编码、 交织编码、 自适应均衡、
分集接收以及扩跳频技术等， 可以控制由任何干扰和
不良环境产生的损害， 使传输差错率低于规定的阈值。
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(4) 能实现更有效、 灵活的网络管理和控制。 数字系 统可以设置专门的控制信道用来传输信令信息， 也可以 把控制指令插入业务信道的比特流中， 进行控制信息的 传输， 因而便于实现多种可靠的控制功能。 (5) 便于实现通信的安全保密。
对信道。 也就是说， 网中只允许12对用户同时通话，
倘若同时出现第13对用户要求通话， 就会发生阻塞。
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蜂窝通信网络把整个服务区域划分成若干个较小 的区域(Cell, 在蜂窝系统中称为小区)， 各小区均用小 功率的发射机(即基站发射机)进行覆盖， 许多小区像 蜂窝一样能布满(即覆盖)任意形状的服务地区， 如下 图 (b)所示。
而且信号经过多点反射，
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会从多条路径到达接收地点， 这种多径信号的幅度、 相位和到达时间都不一样， 它们相互叠加会产生电平
衰落和时延扩展； 其次， 移动通信常常在快速移动中
进行， 这不仅会引起多普勒（Doppler）频移， 产生 随机调频， 而且会使得电波传播特性发生快速的随机
起伏， 严重影响通信质量。 因此， 移动通信系统必须
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3. 移动通信可以利用的频谱资源非常有限， 而移
动通信业务量的需求却与日俱增 如何提高通信系统的通信容量， 始终是移动通信 发展中的焦点。 为了解决这一矛盾， 一方面要开辟和 启用新的频段； 另一方面要研究各种新技术和新措施， 以压缩信号所占的频带宽度和提高频谱利用率。
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4. 移动通信系统的网络结构多种多样， 网络管理
(6) 可降低设备成本以及减小用户手机的体积和重量。
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1.4 常用移动通信系统
1.4.1 无线电寻呼系统 无线电寻呼系统是一种单向通信系统。 无线电寻 呼系统的用户设备是袖珍式接收机， 称作袖珍铃， 俗 称“BB机”， 这是由于它的振铃声近似于“B…B…”声 音之故。 无线电寻呼系统的组成如下图所示。
⑦ 按服务范围可分为专用网和公用网；
⑧ 按信号形式可分为模拟网和数字网。
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1.3.1工作方式
1. 单工通信 所谓单工通信， 是指通信双方电台交替地进行收信 和发信。 根据收、 发频率的异同， 又可分为同频单工 和异频单工。 单工通信常用于点到点通信。
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发 射 机
f1(f1)
f1(f2)
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1.2 移动通信的主要特点
1. 移动通信必须利用无线电波进行信息传输 这种传播媒质允许通信中的用户可以在一定范围 内自由活动， 其位置不受束缚， 不过无线电波的传播 特性一般都很差。 首先， 移动通信的运行环境十分复 杂， 电波不仅会随着传播距离的增加而发生弥散损耗，
并且会受到地形、 地物的遮蔽而发生“阴影效应”，
(2) 能提供多种业务服务， 提高通信系统的通用性。 数字系统传输的是“1”、 “0”形式的数字信号。 话音、 图像、 音乐或数据等数字信息在传输和交换设备中的 表现形式都是相同的， 信号的处理和控制方法也是相 似的， 因而用同一设备来传送任何类型的数字信息都 是可能的。 利用单一通信网络来提供综合业务服务正 是未来通信系统的发展方向。
器的按讲开关(PTT)， 一方面关掉接收机， 另一方面
将天线接至发射机的输出端， 接通发射机开始工作。 当确知电台乙接收到载频为 f1的信号时， 即可进行信 息传输。
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2. 双工通信
所谓双工通信， 是指通信双方可同时进行传输消
息的工作方式， 有时亦称全双工通信， 如图所示。 图 中， 基站的发射机和接收机分别使用一副天线， 而移 动台通过双工器共用一副天线。 双工通信一般使用一 对频道， 以实施频分双工(FDD)工作方式。 这种工作 方式使用方便， 同普通有线电话相似， 接收和发射可 同时进行。
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随着3G逐渐走向商用，3G技术也在不断演进。 从两大标准化组织3GPP和3GPP2的发展进程可以看出 3G演进路线：
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3. 下一代移动通信系统
CDMA2000 -1X CDMA2000 EV-DO CDMA2000 EV-DO RevA CDMA2000 EV-DO RevB CDMA2000 EV-DO RevC UMB
根据移动信道的特征， 进行合理的设计。
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2. 移动通信是在复杂的干扰环境中运行的
除去一些常见的外部干扰， 如天电干扰、 工业干
扰和信道噪声外， 系统本身和不同系统之间， 还会产 生这样或那样的干扰。 因为在移动通信系统中， 常常 有多部用户电台在同一地区工作， 基站还会有多部收 发信机在同一地点上工作， 这些电台之间会产生干扰。
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送话器 发射机
f1 f1 f2 接收机 f2 f2 双工器 f1 接收机 发射机
送话器
受话器 基站
受话器 移动台
图 双工通信
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3. 半双工通信 半双工通信， 移动台采用单工的“按讲”方式， 即按下按讲开关， 发射机才工作， 而接收机总是工作 的。 基站工作情况与半双工方式完全相同。
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1.1 移动通信发展简述
1.2 移动通信的主要特点
1.3 移动通信系统的分类
1.4 常用移动通信系统
思考题与 习题
第1章 概论
1.1 移动通信发展简述
1. 第一代及第二代移动通信系统 1G（模拟通信系统） FDMA频分多址接入方式 美国的AMPS方式、欧洲的TACS方式 2G（数字蜂窝移动通信系统） GSM系统：TDMA时分多址接入方式 CDMA系统：CDMA码分多址接入方式
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为实现上述目标，对无线传输技术提出了以下要求： （1）高速传输以支持多媒体业务。 （2）传输速率按需分配。 （3）上下行链路能适应不对称业务的需求。
（4）简单的小区结构和易于管理的信道结构。
（5）灵活的频率和无线资源的管理、系统配置和服务设 施。 当前，3G技术标准主要有3个：欧洲WCDMA系统， 北美CDMA2000系统，我国的TD-SCDMA系统。
不会产生显著的同道干扰(保证信干比高于某一门限)。
为此， 把若干相邻的小区按一定的数目划分成区群 (Cluster), 并把可供使用的无线频道分成若干个(等于区
群中的小区数)频率组， 区群内各小区均使用不同的频
率组， 而任一小区所使用的频率组， 在其它区群相应 的小区中还可以再用， 这就是频率再用， 如下图所示。
MN (Movable network)
4G RAN （4G无线接 入网）
网关
路由器 4G RAN （4G无线接 入网）
IP核心网
4G RAN （4G无线接 入网）
MT (移动终端)
网关
WLAN (无线局域网）
MT (移动终端)
2G、3G RAN （2G、3G无线接 入网）
MT (移动终端)
MT (移动终端)
发 射 机
PTT 接 收 机 送 受 话 器 电 台 甲 f1(f2)
PTT f1(f1) 接 收 机 送 受 话 器 电 台 乙
图 单工通信
第1章 概论
同频单工是指通信双方(如上图的电台甲和电台乙)
使用相同的频率f1工作， 发送时不接收， 接收时不发
送。 平常各接收机均处于守候状态， 即把天线接至接 收机等候被呼。 当电台甲要发话时， 它就按下其送话