1_移动通信概论

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移动通信的发展历程
第一代（1G) 上世纪 80年代 第二代（2G) 上世纪 90年代 第三代（3G) 本世纪初期
模拟
数字
(l)
IMT-2000
AMPS
数字技术 模拟技术
GSM CDMA IS95 TDMA IS-136 PDC UMTS WCDMA cdma 2000 TDSCDMA
话音业务 宽带业务
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移动通信使用的频段（续）
移动卫星通信频段
小低轨道移动卫星通信：
148~149.9MHz (上行)； 137~138MHz、400.15~401MHz (下行)。 大低轨道移动卫星通信： 1610~1626.25MHz(上行)；2483.5~2500MHz(下行)。
第三代移动卫星通信：
蜂窝概念 蜂窝小区的形状 频率复用 区群的组成 中心激励与顶点激励 小区分裂
典型移动通信系统
集群通信 无线寻呼 无绳电话 卫星移动通信 无线网
多址技术
频分多址 时分多址 码分多址 空分多址 频分双工 时分双工
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五光十色的通信世界
机场
W-LAN
通信中心 移动 长途台 互联网 国际站
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邻道干扰与同道干扰
邻 道 干 扰
Channel1 Channel2
Power
f1
f2
Frequency
同 道 干 扰
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几个重要的定量参数
SNR . Signal to Interference Ratio in dB
SNR =received power of reference user in dBm/received power of all interferers in dBm
1
主要教学参考书
王华奎、李艳萍等编著，《移动通信原理与技术》，清华大
学出版社，2009年1月第一版
啜钢、王文博等编著，《移动通信原理与系统》，北京邮电
大学出版社，2005年9月第一版
郭梯云，邬国扬等编著，《移动通信》，西安电子科技大学
出版社，2007年3月第三版
韦惠民编著，《蜂窝移动通信技术 》，西安电子科技大学
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干 扰
邻道干扰 ，是相邻的或邻近频道的信号相互干扰。目前，移动 通信系统广泛使用的VHF、UHF电台，频道间隔是25kHz。然 而，调频信号的频谱是很宽的，理论上说，调频信号含有无穷 多个边频分量，当其中某些边频分量落入邻道接收机的通带内， 就会造成邻道干扰。 同道干扰，也称同频干扰，是指相同载频电台之间的干扰，是 移动通信在组网中出现的一种干扰。在移动台密集之处，若频 率管理或系统设计不当，就会造成同频干扰。在移动通信中， 为了提高频率利用率，在相隔一定距离以外，可以使用相同的 频率，称为同信道复用。显然，同信道小区相距愈远，同频道 干扰就愈小，但频率利用率降低。因此，两者要兼顾考虑。 互调干扰，是指两个或多个信号作用在通信设备的非线性器件 上，产生有用信号频率相近的组合频率，从而对通信系统构成 干扰的现象。
教学目标
【教学目标】讲授现代移动通信系统的基本概念、基本技术 和基本原理，内容新、范围广而，非理论基础 。 【教学重点】现代移动通信的基本概念、移动通信系统的组 成、现代移动通信系统组网技术；GSM系统、窄带CDMA 移动通信系统、WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA移动通 信系统 。 【教学要求】掌握现代移动通信的基本概念、了解其发展历 史和发展现状、掌握移动的一些定量分析方法、了解第三代 移动通信新技术，如：智能天线、软件无线电、多用户检测 、MIMO技术、OFDM技术、功率控制和分集技术等。
所谓半双工通信，是指移动台采用单工的“按讲”方 式，基站工作情况与双工方式完全相同。
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无线环境
噪声
多径
衰落
多址干扰
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移动通信的电波传播
在移动通信中，由于移动体来往于地面的建筑群和各种障碍物之 中, 电波传播会发生直射、折射、绕射等各种情况，从而使电波传 播的路径不同。使接收端收到的信号是这些信号的合成波。 移动体(汽车)在不同位置, 不同的方向接收到的合成波信号强度会 有起伏, 而且相差很大, 可达30 dB以上。这种现象称为衰落, 它严 10 重地影响着通话质量。 0 dB With Respect
VLR/HLR BS BS BS
BSC
PSTN
MSC
BSC
BS BS NMMC MS
MSC: Mobile Service and Switching Centre, BS: Base Station, MS: Mobile Station , BSC: Base Station Controller
发射机
f1( f2 )
发射机
接收机 送受话器 电台（甲）
PTT f1( f2 )
通话方式
直接方式

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中继方式
转发方式
双工、半双工通信
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。
f1 送话器 发射机 f1 f2 发射机 双工器 接收机 受话器 基站 f2 f1 移动台 接收机 受话器 送话器
wenku.baidu.comAeffective
l2
4π
2 2
From EM Theory:
Therefore,
c l PR PT PT 4πRf 4πR
Higher frequencies loose more power 24
路径损耗
自由空间路径损耗计算公式：


2.5G




话音通信、数据通信：115kbps / 144kbps / 153 kbps
主要系统：GPRS、cdma2000 1X 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：WCDMA、cdma 2000 EV、TD-SCDMA
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3G


移动通信使用的频段
根据ITU的规定，我国国家无线电管理委员会制定出陆 地移动通信使用的频段如下。 集群移动通信: 806~821 MHz(上行); 851~866 MHz(下行)。 中国人民解放军: 825~845 MHz(上行); 870~890 MHz(下行)。 大容量公用陆地移动通信: 890~915MHz(上行); 935~960MHz(下行)。 第三代移动卫星通信: 1980~2025 MHz(上行); 2160~2200 MHz(下行)。
-10 -20 to RMS Value
接收信号出现 严重的衰落现 象，是移动通 信电波传播的 一个基本特点
0.5l
-30
0
0.5
1 t, in seconds 20 x, in wavelength
1.5
0
10
30
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衰落的原因
接收机运动→多普勒频移
信号多条路径传播→多径效应
多径信号相位相反→合成信号的幅度快速变化
出版社，2006年3月第一版
吴伟陵，牛凯编著，《移动通信原理》，电子工业出版社,
2005年1月第一版
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第1章 移动通信概论
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主要内容
移动通信的基本概念
移动通信系统的组成 移动通信的发展历程 移动通信系统的分类 蜂窝移动通信系统的组成 移动通信的电磁环境 移动通信的主要特点
小区制区域覆盖
ICT 大厦
市民 大厦
住宅区
微波
国家网
旅店
Enterprises
卫星 微波 网管 微波 网管
局域网
商业
互联网
微波
城域网
城域网
视频会议
通信中心
通信中心
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何谓移动通信
通信的双 方或一方 处于移动 中的通信 就叫做移 动通信。 移动通信 解决了因 为人的移 动而产生 的动中通 问题。
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移动通信系统的组成
1980~2025MHz (上行)； 2160~2200MHz (下行)。
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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。
f1( f1 ) PTT 接收机 f1( f1 ) 送受话器 电台（乙）
–PTT switch (Push To Talk) 15
E-mail Client
E-purse
Authentication Device
Share dealing, etc.
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一机在手天下事尽知
Networked Home Satellite
Tourism Car, Steamship,Aircraft
Sports
Public building
Meetings Office
MS2
BS
MS1
Received signal strength
Distance
0
Distance
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MS2
d2
BS d1 MS1
Attentuation of EM Waves through Free Space
PT
T R
PR
We have:
P PR T 2 Aeffective 4πR
多径信号传播路径不同→时延散布
无线电波散射→路径损耗
建筑物阻挡→阴影效应
强信号抑制弱信号→远近效应
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电波传播特性
多径传输
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多普勒频移(效应)
多普勒效应：运动中的移动
台所接收的信号频率将随运动 速度而变化，产生不同的频移， 称为“多普勒效应”。
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远近效应
移动通信是在运动过程 中进行的，移动台之间 会出现近处移动台干扰 远处移动台的现象，称 为远近效应。因此，一 般要求移动台的发射功 率具有自动调整的能 力，同时移动台的接收 机需要具有自动增益控 制的能力，当通信距离 迅速改变时能自动进行 信号调整。
IP
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移动通信系统的网络结构
基站子系统 MS 网络子系统 VLR BSC TE MS BTS MSC HLR AUC OMC BTS BSC EIR ISDN PDN PSTN
8
Mobile phone today = multipurpose terminal for ...
Internet Browser Information Client
TACS NMT 其它
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移动通信的发展历程（续）
1G 2G



1G－模拟蜂窝（FDMA） 话音通信
主要系统：AMPS、TACS、NMT、J-TACS、其它 2G－数字蜂窝（TDMA、CDMA） 话音通信、低速数据通信：9.6 kbps 主要系统：GSM、IS-95 CDMA、TDMA IS-136、PDC 2.5G－数据通信（TDMA、CDMA）
Lf
dB 32.45 20log10
fc (MHz) 20log10 d (km)
1500 MHz
150 MHz
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移动通信的场强特征
移动通信环境下场强变化剧烈
场强变化的平均值随距离增加而衰减——路径损耗
由地形引起，场强特性曲线呈慢速变化——慢衰落（阴影效应） 由移动体周围的局部散射体引起的多径传播，引起场强特性曲线 的瞬时值呈快速变化——快衰落（多径效应）
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各种噪声功率与频率的关系
3×108 3×107
dB
60 50 40 30 20 10 0 -10
大气噪声 夏天 冬天 效区人为噪声 市区人为噪声
3×106
Ta / K Ta
3×104 3×103 T0=290 3×10
Fa=10 lg
T0
3×105
银河噪声 典型接收机热噪声 太阳噪声 (安静期) 2 4 6 8 100 2 4 6 8 1 000 2 4 6 8 10 000 f / MHz
C/I . Carrier over Interference in dB
Carrier Power (dBm) / received power of all interferers in dBm
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Intersymbol interference (ISI)
Received Signal Power (dB)
path loss shadow fading Rayleigh fading
log (distance)
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噪 声
移动信道中噪声(简称噪声)的来源是多方面的， 一般可 分为：① 内部噪声；②自然噪声；③ 人为噪声。 内部 噪声是系统设备本身产生的各种噪声。不能预测的噪声 统称为随机噪声。自然噪声及人为噪声为外部噪声，它 们也属于随机噪声。依据噪声特征又可分为脉冲噪声和 起伏噪声。脉冲噪声是在时间上无规则的突发噪声，例 如，汽车发动机所产生的点火噪声，这种噪声的主要特 点是其突发的脉冲幅度较大，而持续时间较短；从频谱 上看，脉冲噪声通常有较宽频带；热噪声、散弹噪声及 宇宙噪声是典型的起伏噪声。