移动通信第1课

教学计划（1）
第一课：移动通信的一般概述 第二课：移动环境下的电波传播 第三课：移动通信信道模型 第四课：移动通信信道仿真实验 第五课：移动通信的信源编码 第六课：移动通信的调制技术 第七课：分集与信道编码、交织技术 第八课：均衡、扩频多载波传输和 UWB 技术
教学计划（2）
第九课：多用户检测和空时信号处理技术 第十课：移动通信的体系结构 第十一课：移动通信的数据链路层技术 第十二课：移动通信的无线资源管理 第十三课：移动通信的移动性管理 第十四课：移动通信的安全性管理 第十五课：移动通信的 QoS 保障 第十六课：蜂窝移动通信的网络规划
移动通信特点 1
——信号的衰落
Cellular station
Cn
αn V
移动通信特点 2
——环境的时变性
时延扩展
t0 t1 t1+τ11 t1+τ12
t0
t2 t2+τ21
t2+τ22
频率扩展
t0+α
t3
t3+τ31
t3+τ32
移动通信环境没有准确的模型
移动通信特点 3
——噪声与干扰
噪声 邻道干扰与同频道干扰 CDMA 中的 MAI
1980～2010（上行）和 2170～2200 第三代移动通信系统的 （下行） 卫星移动业务。
新的趋势 目前又将 5GHz、17GHz 以 及 28～60GHz 频段开放给 WLAN（802.11a 和 HyperLAN）、WMAN （WiMax、LMDS 等）应 用。
移动通信的主要特点
无线通信使用无线电波开放地传播信息，以信 道的时变性和随机性（信道动态）换取了开放 式传输的灵活性； 移动通信在无线通信的基础上引入了用户的移 动性，即在一重信道动态的基础上加入了第二 重用户的动态性。 多媒体移动通信进一步引入了第三重动态性— —业务类型动态选择。 移动通信技术的发展就是围绕如何适用以上三 重动态性来进行的。
移动通信的标准化
移动通信定义
至少有一方处于移动状态下进行 信息交换的通信就叫做移动通 信。换句话说，移动通信解决因 为人的移动而产生的动中通问 题。
终端的移动性：手机、车载台。 个人的移动性：SIM/UIM 卡方式 Hz 甚低频（VLF） 电离层波导（wave guide）
移动通信的主要特点归纳
必须利用无线电波传输信息，传播特性差。
传播环境复杂：多径效应和阴影效应造成电波传播的 幅度衰落和时延扩展； 用户高速移动：多普勒频移造成电波传播特性的快速 随机变化。
工作于复杂的干扰环境。
外部干扰：天电、机电和信道热噪声； 系统内部和不同系统之间的干扰：邻道、同信道、互 调、多址和远近效应。
网络结构多种多样，网络管理复杂。
用户注册和登记，鉴权和计费，安全和保密。
可利用的频谱资源有限，而通信业务量的需求 与日俱增。
用户容量问题，业务容量问题。
用户终端成为个人消费品。
移动通信的分类
双工
按工作方式分类---单工、双工（TDD或FDD）、 半 按多址方式分类---FDMA、TDMA、CDMA、 按信号形式分类---模拟网和数字网 按覆盖范围分类---城域网（MAN）、局域网
移动通信
授课老师：王捷
移动通信国家重点实验室
电话：83242774 转 629 分机 EMAIL：wangjie@
开场白 教学目标 教学计划 参考书 考核
教学目标
【教学目标】讲授现代移动通信系统的基 本概念、基本原理和关键技术。 【教学重点】移动通信信道分析、现代移 动通信系统的关键技术和网络构成。 【教学要求】掌握现代移动通信的基本概 念，初步了解其发展史和发展现状，掌握 移动信道的一些基本概念和初步定量分析 方法，理解现代移动通信的关键技术和网 络构成。
SDMA
（LAN）和个域网（PAN）、车域网（VAN） 按业务类型分类---电话网、数据网、综合业务网、 多媒体 按服务特性分类---专用网、公用网 按使用环境分类---陆地通信、海上通信、空中通信 按使用对象分类---民用系统、军用系统
双工的概念
上、下行链路的概念
移动系统分类
移动通信网络构成 网络构成可以是：
编码技术：分组码、卷积码、Turbo 码和 LDPC。 自适应技术：AMC、功率控制技术、自适应资源分配、 网络自适应。
选择性衰落对策
均衡技术：用于解决符号间干扰（ISI）问题
时域均衡（使总的冲击响应满足无 ISI 条件）和频 域均衡（使总的传输函数满足无失真条件）。 线性均衡（数字移动通信信道具有频率选择性衰 落，若用线性均衡补偿这些衰落会明显放大这些位 置的噪声，使输出信噪比恶化，故一般不采用）和 非线性均衡（判决反馈均衡——DFE 和最大似然序 列估计均衡“又叫 Viterbi 均衡”——MLSE）。
邻道干扰与同频道干扰
邻道干扰：相 邻或邻近频道 的信号相互干 扰。 同频道干扰： 蜂窝技术实现 了频率的复 用，也引入了 同频道干扰。
移动通信特点 4
——网络管理复杂
网络提供归属位置寄存器 （HLR）和访问位置寄存器 （VLR）纪录用户的行踪。 提供相邻基站之间的越区切换。 提供不同地区和不同运营者之间 的漫游。 用户安全与网络安全鉴权。
移动通信系统的多层次覆盖
信道建模和调制方案折中
信道建模：
链路测量（信道估计）； 一直是移动无线设计的一个难点，其研究只能在统 计意义上进行。
调制方案折中（目标：高数据速率，低成本、 低能耗实现，抗干扰、抗衰落能力强）。
线性与非线性； 恒包络与非恒包络； 相干检测与差分检测； 高频谱效率与高能量效率。
平坦衰落对策
衰落冗余：在做无线覆盖设计时，分析衰落特性，设置 衰落冗余量。 分集技术：一方面是分散传输，使接收端获得多个统计 独立的、携带相同信息的衰落信号；另一方面是集中处 理，即接收机把收到的多个统计独立的衰落进行合并， 以降低衰落的影响。
显分集（如空间分集、天线极化分集、频率分集、时间分集） 和隐分集（如编码交织、直接序列扩频）； 宏分集（主要用于蜂窝系统，也称多基站分集，可减少慢衰落 影响）和微分集（传统意义的分集技术，用于减少快衰落影 响）。
WARC’92 新的频谱分配方案
未来陆地移动通信频段（MHz）
1700～2690 在世界范围灵活应用，鼓励移动业务发展。 1885～2025 和 用于 IMT2000 系统和发展世界范围的移动通 信。 2110～2200
卫星移动通信频段（MHz）
137～138、 400.15～401（均用于下 用于小低轨道卫星移动 行）和 148～149.9（上行） 业务。 1610～1626.5（上行）和 2483.5～ 2500（下行） 用于大低轨道卫星移动 业务。
以空间波为主 传播受地平线限制 反射 & 绕射 FM 无线电 & 电视频道，等... 当前移动通信使用的主要频段
3-30 GHz 极高频 （微波：15–30 GHz）
需视线（LOS）传播 高增益天线
卫星通信 点对点陆地链路 雷达 超短距通信
30-300 GHz 特（Extra）高频 （即 毫米波）
移动通信协议分层简单模型
应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 网络层 数据链路层 物理层 网络层 数据链路层 物理层 传输媒介
应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
无线电
OSI 协议模型
应用层：包括文件传输、虚拟终端及 Web 浏览等。 表示层：为了对数据的表示取得一致，如浮 点的表示、ASN.1 等。 会话层：比如对话控制（实现系统间的特殊 通信模式）和链接实现系统间的特殊通信模 式。 运输层：运输层在两个系统之间建立一条可 靠的通信链路，处理包丢失和重复包等。 网络层：使得网络中的任何一对系统间都可 以相互通信。 链路层：通过物理链路来传输成块的信息 物理层：通过链路来传送比特信息。
噪声---分类与特性 内部噪声 人为噪声 自然噪声
各种噪声功率与频率的关系
人为噪声
移动信道 中的人为 噪声主要 是车辆的 点火噪 声。统计 测试表 明，噪声 强度随地 点的分布 近似地服 从对数正 态分布。
典型环境人为噪声系数平均值
人为噪声系数的标准偏差
噪声环境下语音质量的恶化
噪声环境下，语音服务质量将恶化。 车辆行进时的动态条件下，恶化量为达到静态条件下一 样的语音质量所需的接收电平增加量如下图所示：
电报 导航系统 潜水艇通信
30 kHz-3 MHz 低频（LM） 和中频（MF）
LM：表面波
长距离通信 导航
MF：地面波和空中波
⇒ 干扰 & 衰落 商业 AM 无线电
3-30 MHz 高频（HF） 存在地面波 以空中波为主 全球通信 通过电离层反射 商业 AM 无线电 没有用于民用移动通信
30 MHz--3 GHz 甚高频（VHF） 和超高频（UHF）
考核
认真完成每次作业。
认真完成移动通信信道仿真实验。 认真完成两篇论文：
1、新兴的移动通信系统（技术） 。要求 3000 字以上，11 月 30 日之前交。 2、Ad hoc 网络的选路算法。要求 5000 字以 上，12 月 31 日之前交。
注：发 EMAIL 提交电子版 Word 文档
移动通信---第一课
应用层 表示层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
物理层
Ad hoc 网络自适应跨层协议栈
应用层
系 统 约 束 条 件
传输层
网络层
跨 层 自 适 应
链路层
物理层
典型的移动通信系统
集群通信---警察、出租车调度 1G、2G、3G 蜂窝移动通信系统---车载、手持 机 无线寻呼---数显、汉显、双向 无绳电话---家用、公共无线接入点 卫星移动通信---铱、全球星等 无线局域网（WLAN）---802.11、 HyperLAN 游牧无线接入系统（WPAN/WVAN）---蓝牙 固定无线接入系统（WMAN）---WLL、 LMDS、WiMax 无线广播系统---DAB、DVB
移动通信的一般概述
内容
移动通信的基础知识
移动通信的工作频段 移动通信的主要特点 移动通信系统的分类 蜂窝移动通信系统的 组成结构 典型的移动通信系统 移动通信的关键技术
移动通信的发展史、发 展现状和发展方向
萌芽阶段 开拓阶段 商业阶段 蜂窝思想 第一代移动通信系统 第二代移动通信系统 第三代移动通信系统 Beyond 3G 移动通信 系统 个人移动通信
集中式的基础结构网络，如蜂 窝移动通信网络； 分布式或 Ad hoc 网络。
蜂窝移动通信系统构成
Ad hoc 网络构成
Ad hoc 网络一般采用分布式控制结构， 即完全分布式网络结构（平面结构）和分 层分布式网络结构（分级结构），不存在 任何预定结构或基础设施； 服务覆盖和网络连通性由节点的 proximity（以及 RF 特性）单独定义； 节点也能起到路由器作用，使相距很远的 节点之间实现通信。
有很多适用频段 视线通信 存在雾、水、和氧气吸收（e.g. 60 GHz）
突发散射通信 甚短距保密通信 卫星之间的通信
ITU 陆地移动通信的工作频段
29.7～47 68～74.88 138～144 156.8375～174 335.4～339.9 470～960 （与广播共用） 1700～2690 单位：MHz 47～50 （与广播共用） 75.2～87 148～149.9 174～223 （与广播共用） 406.1～430 （陆地为主） 1427～1525 3500～4200 54～68 （与广播共用） 87～100 （与广播共用） 150.05～156.7625 223～328.6 440～470 1668.4～1690 4400～5000
教材特点
教材——《无线网络通信原理与应用》
综述当前无线网络的所有方面的问题，给出 了面向语音和数据无线网络的统一的基本原 则； 重点在较高层技术，强调了各种无线网络中 隐含的相似之处。
重点补充的内容：
物理层关键技术 Ad hoc 网络关键技术
参考书
吴伟陵等编著，《移动通信原理》，电子工业 出版社 2005 年 1 月第一版 裴昌幸等译，《移动通信原理（第二版）》， 电子工业出版社 2004 年 4 月第一版 蔡涛等译，《无线通信原理与应用》，电子工 业出版社1999 年 11 月第一版 杨大成等编著，《移动传播环境——理论基 础、分析方法和建模技术》，机械工业出版社 2003 年 8 月第一版 郑少仁等编著，《Ad hoc 网络技术》，人民邮 电出版社 2005 年 1 月第一版