移动通信基础知识

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• oscilloscope generates persistent trace • if there is no ISI – edge transitions are aligned “eye” is open
• as ISI increases – edge transitions become misaligned “eye starts to close”
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移动通信技术概述
接收信号强度 • 移动终端接入所需的最低信号强度称为接收灵敏度（Receiver Sensitivity Level），为接收信息，移动终端接收的信号强度必须要高于 此值，如果接收的信号强度低于此值，信息将丢失，并出现掉话。为保 证正确接收信息，若瑞利衰减造成的最大衰减值（Fading Dip）是ndb， 则平均信号强度要高于接收灵敏度n db，我们称此值为Fading Margin
30 dB以上。这种现象称为衰落, 它严重地影响着通话质量。
0.5l
10 0 dB With Respect
-10 to RMS Value -20 -30
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
0.5
1
1.5
t, in seconds
0
10
20
30
x, in wavelength
Tourism
Satellite
Sports
Meetings
Office
Networked Home Car, Steamship,Aircraft
Public building
移动通信技术概述
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。
大区制移动通信
• 大区制移动通信系统
– 覆盖范围30~50km； – 发射功率50~200W ； – 天线很高(>30m) ; – 通信距离有限; – 网络结构简单； – 直接与PSTN相连 。
Received Signal Power (dB)
path loss
shadow fading Rayleigh fading
log (distance)
移动通信技术概述
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。
• 多媒体业务 • >> 100kbps • 分组数据业务 • 动态无线资源管理
无处不在的业务环 境
• 随时随地的无线接入 • 无缝业务提供 • 网络融合与重用 • 多媒体终端 • >> 10Mbps 数据速率 • 基于全IP核心网
GSM IS-136
PDC IS-95A
HSCSD/GPRS WCDMA HSPA/HSPA+ IMT-Advanced !
移动通信技术概述
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、同道、互调和多址干扰。
f1
送话器
f1
发射机
接收机
受话器
f2
f2 双工器
f1
发射机 接收机
送话器 受话器
基站
移动台
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。
移动通信技术概述
话务量
话务量的概念 定义: T时间内发生平均呼叫次数和平均占用时 长的乘积
A = CT·t
A为T时间里的话务量 t为平均占用时长 CT为 T时间内一群话源所产生的平均呼叫次数 话务量单位：爱尔兰erl
• C/I . Carrier over Interference in dB
Carrier Power (dBm) / received power of all interferers in dBm
移动通信技术概述
Intersymbol interference (ISI) Eye Diagram: Analysis tool to measure ISI 10 1101 0 1 0
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。
Distance MS2
BS MS1
Received signal strength
0
d2 BS d1 MS1
Distance
移动通信技术概述
时间色散 • 时间色散也是多径衰落的一种，然而，和瑞利衰落相比，天线接收到的
• 极化分集：极化分集接收技术使用的是一根双极化天线，这个天线的尺 寸和普通天线没有区别，但包括两个不同极化方向的天线阵列，最常用 的是垂直/水平阵列和±45度斜向阵列。这两个阵列分别和小区中相应的 接收分支（Rx Branches）相连，这两个阵列也可既用作接收，又用作 发射。在大部分应用中，空间分极接收和极化分极接收所带来增益的差 别是可以忽略的，但极化分集接收占用的空间小。
IS-136+(PRS) TD-SCDMA CDMA2000 1X EV 3GPP LTE
EDGE CDMA2000-1X
IS-95B
Wibro
3GPP2 AIE
9.6kbps~14.4 kbps 0.144 ~2 Mbps
~ 10 Mbps ~ 100 Mbps/1Gbps
2
移动通信技术概述
一机在手天下事尽知
移动通信技术概述
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
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”。
移动通信技术概述
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，
MS2
一般要求移动台的发射功
率具有自动调整的能力，同
• 网络结构多种多样，网络管理等都比较复杂，技术难度大；
– 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 。
• 移动通信设备(主要是移动台)必须适于在移动环境中使用，对设备的可靠性和 工作条件要求高。
香农公式
___=___________
移动通信技术概述
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 – 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
移动通信技术概述
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移动通信技术概述
天线分集接收
• 天线分天线分集接收充分利用了无线电波固有的特性，使接收信号的强 度得以增强。两种主要的分集接收方法：空间分集和极化分集集接收
• 空间分集：如果使用两根接收天线，并且这两根天线间有一定的间距， 则它们同时受较大衰落波谷影响的可能性是很小的，可在一定程度上减 小衰落带来的影响。小区的接收设备可以比较这两个天线的信号，从中 选择较好的一个作为接收信号，这样与仅使用一个接收天线相比，接收 信号的强度得到了提高
发射机 f1( f1 )
f1( f2 ) 发射机
接收机 送受话器
PTT f1( f2 )
PTT f1( f1 )
接收机
送受话器
电台（甲） –PTT switch (Push To Talk)电台（乙）
移动通信技术概述
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。
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移动通信技术概述
路径损耗
• 自由空间路径损耗计算公式：
Lf dB 32.45 20log10 fc (MHz) 20log10 d(km)
1500 M Hz
150 M Hz
移动通信技术概述
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）
2
4 68
2
100
4 6 18000 2
4 6 180 000
移动通信技术概述
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。
C S/N W
S/N W
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香农公式
传输技术——总览
增加覆盖
增加信道
增加带宽
增加SINR
覆盖增强技术
超密异构组网 D2D、M2M
频效提升技术
大规模天线、 FBMC、空间调制
频谱拓展技术
认知无线电、 毫米波、可见光
能效提升技术
绿色通信 干扰管理
多址技术、用户调度、资源分配、用户/网络协作
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蜂窝网络结构概述
移动通信技术概述
邻道干扰与同道干扰
邻
Channel Channel2
道
1
Power
干
扰
f1
f2
Frequency
同 道 干 扰
移动通信技术概述
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
移动源自文库信技术概述
各种噪声功率与频率的关系
Ta / K
3×108 3×107 3×106 3×105 3×104 3×103 T0=290
3×10
Ta
Fa=10 lg T0
dB
60
大气噪声
夏天
50
冬天
效区人为噪声
40
市区人为噪声
30
20
银河噪声
10
典型接收机热噪声
0
太阳噪声
(安静期)
-10
f / MHz
反射信号来自于和天线相距较远的物体。时间色散导致了码间串扰(InterSymbol Interference，ISI）现象的产生，即同一个bit的信息经过不同的 路径传输后，到达接收天线的时间是不同的，这样接收方无法判断哪一个 是正确的信息
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移动通信技术概述
时间对齐（Time Alignment） • TDMA帧给每个移动终端分配了一个时隙，在这个时间段内移动终端可 发送信息。信息必须在这个时间段内到达小区，如果部分信息没有在指 定的时隙到达，而是在下一个时隙到达，就会给使用这个时隙的其他信 息带来干扰。
移动通信基础知识
2017年3月
移动通信技术概述
移动通信系统发展
1G
模拟通信
• 模拟调制技术 • 小区制 • 硬切换 • 网络规划
AMPS TACS NMT-450 NTT ~kbps
2G
3G
4G
数字通信
• 数字调制技术 • 数据压缩 • 软切换 • 差错控制 • 短消息 • 高质量语音业务
多媒体业务