北京邮电大学 移动通信原理课件完整版
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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；
第1章 概论
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
第1章 概论
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。
第1章 概论 network)
INTERNET
第1章 概论
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
第1章 概论
当移动用户在蜂窝服务区中快速运动时， 用户之
第1章 概论
七小区群 F
G B A 小区1 D G F 离 E B B A 小区8 D
北邮通信原理课件A-1绪论
信宿/ 收信者
接收设备 传输系统 信道
1.2 通信系统的分类与通信方式
一、通信系统分类 二、通信方式
一、通信系统分类
按消息分：电报系统、电话系统、数据系统、图 象系统 按调制方式分：基带传输、载波传输
连续载波：调幅、调频、调相 脉冲载波：脉幅、脉宽、脉位
按工作波段分：长波、中波、短波、红外 媒质上的信号分：模拟系统、数字系统 传输媒质（信道）分：有线系统（架空明线、对 称电缆、同轴电缆、光纤、波导）、无线系统 （长波、中波、短波、微波、卫星） 按复用方式分：频分复用、时分复用、码分复用
电子电路、数字电路、概率论与随机过程 考核方式：作业15%、小测验25%、期末考试60% 作业：自觉独立完成 基于Matlab的演示实验：自愿学习
课程主要内容
绪论 确知信号分析 随机过程分析 信道 模拟调制系统 数字基带传输系统 数字带通传输系统 信源编码 差错控制编码
五、数字通信系统
信
息 源
信源
编码 器 基 带 数 字 序 列
加
密 器 基 带 数 字 序 列
信道
编码 器 基 带 数 字 信 号
调
制 器
模
拟 信 号
已
调 信 号 道 信
噪 声 源
受
信 者
信源
解码 器
解
密 器
信道
解码 器
解
调 器 同步 系统
信源编/译码器——模数转换；数据压缩；提高传输效率 加/解密器——保密传输 信道编/译码器——差错控制，提高抗干扰能力 调制/解调器——传输、复用 同步——保证收发两端的信号在时间上步调一致 以上各个功能框可根据需要设置（同步必须有）。数字通 信系统的主要内容就是研究这些功能框的实现方法。
北邮通信原理课件 (9)(全)
a. 在检测的前后窗口的参考音能量大 小,若两窗口能量均大于某个门限时,同 步处于跟踪模糊区内,就自动向固定方向 调一个样点,使同步头脱离跟踪模糊区. b. 在条件①不满足的条件下,检测两 窗口内参考音能量差值,依据前述准则判 别.
(3) Doppler
在通信过程中,由于多种因素的影响 会导致频率漂移,若不对此进行校正,将
在误码率为10 -2 的情况下采用该种校 验方式后,其误码率小于10 -11,可以认为 是无差错传输.另外采用了 S-ARQ技术, 即重发有错的小组,大大地提高了通过率. 另外在ARQ工作方式下,实现了自动 降速的功能,共分为两档:300bit/s以上及 150bit/s以下.在每一挡下,通信速率可以 根据信道的实际情况实现自动的速率升降, 以获得大的通过率.
(1) 电离层的衰耗随时间变化及多 径效应所引起的衰落. (2) 多径效应所引起的波形展宽.
(3) 电离层快速运动和反射层高度 变化所引起的多普勒频移.
一般情况下,短波高速数字通信系统
框图如图9-1所示.
图9-1 短波无线数字通信系统框图
9.2 TCT-301短波高速调制解 调器的基本原理
图9-2和图9-3分别是短波高速 调制解调器的发送端和接收端的 原理框图.
3. 群同步建立,位同步跟踪,
(1)
这里所指的群同步是指译码同步.在 位同步建立之后,抽样的位置确定了.
(2)
在通信过程中,由于时钟等各种因素 的影响,位同步的位置会发生变化,如果 不跟踪其变化,则在通信建立一段时间之 后因同步位置丢失而导致通信中断.
① 上下帧相位突跳点附近有比较好的 线性关系, Diff>0, Diff=0, Diff<0,同步滞后. ② 上,下帧相位突跳点同时位于两窗 口内,则存在一个同步跟踪的模糊区.
北邮移动通信第五章PPT课件
6 ×
×
4
1
5
6
×
×
×
可见频率利用率与同频干扰是一对矛盾
图5－3 N=7 频率复用设计示例
Mobile Communication Theory
14
推导载波干扰比与小区簇的关系
假定小区的大小相同，移动台的接收功率门限按小区的大小调
节。若设L为同频干扰小区数，则移动台的接收载波干扰比可表示
为
C
I
5
5.1.2 蜂窝式组网理论
多信道共用 由若干无线信道组成的移动通信系统，为大量
的用户共同使用并且仍能满足服务质量的信道利用 技术 越区切换
当正在通话的移动台进入相邻无线小区时，业务 信道自动切换到相邻小区基站，从而不中断通信过 程
Mobile Communication Theory
6
5.2 频率复用和蜂窝小区
实际形状
由于地形地貌、传播环境、衰落形式的多样性，小区的实 际无线覆盖是一个不规则的形状
Mobile Communication Theory
11
同频干扰
小区簇的意义 频率复用距离与小区簇的关系 载波干扰比与小区簇的关系
Mobile Communication Theory
12
小区簇的意义
一个共有S个双向信道的蜂窝系统，如果每簇含N个 小区，每个小区分配K个信道（k<S）
切换和位置管理
Mobile Communication Theory
7
5.2.1 大容量的小区制
频率复用和覆盖方式
带状服务覆盖区 面状服务覆盖区
•簇 • 小区的覆盖形状 • 同频干扰
同频相邻小区的找法
Mobile Communication Theory
【可编辑全文】移动通信原理与系统-PPT
18
电波传输方式
散射波 :由天线辐射出去得电磁波投射到 低空大气层或电离层中不均匀介质时产 生散射,其中一部份到达接收点。散射传 播距离远,但就是效率低,不易操作,使用 并不广泛。
19
移动通信信号得衰落
20
移动通信环境得时变性
衰落(Fading) 分为慢衰落和快衰落。 慢衰落:由阴影效应产生,一般服从正态
移动通信原理与系统
2
教学重点和学习难点
教学重点:现代移动通信得基本概念、移 动信道得电波传播和信道分析、现代移 动通信系统得基本技术和网络构成、 GSM系统、窄带CDMA移动通信系统、 宽带CDMA(第三代)移动通信系统。
学习难点:
蜂窝移动通信系统得概念和建模
移动信道得基本概念和建模分析方法
互不兼容、不利于漫游、覆盖受限、业 务受限、易被窃听、不能于ISDN兼容
38
移动通信得发展——数字化
模拟移动通信系统频谱利用率低、设备复杂、 价格昂贵、业务种类受限、保密性差
80年代中期～90年代末,欧洲、美国、日本等发 达国家和地区先后推出了数字移动通信系统— —第二代移动通信系统:
1992年欧洲推出商用得GSM 1991美提出得IS-54 1993日本提出得PDC 1993美国提出得IS-95(N-CDMA)
1897年,马可尼在陆地和一艘拖船上完成 莫尔斯电码无线通信实验,标志无线电通 信得开始,开创了海上通信业。
1909年马可尼获得诺贝尔物理学奖,后来享 有“无线电之父”得美誉。
30
TITANIC & Mobile munication
TITANIC Tragedy Spawns Wireless 31 Advancements
6
北邮通信工程专业大三课程《移动通信》课件
实现方式
网络切片可以通过软件定义网络 （SDN）、网络功能虚拟化（ NFV）等技术实现。
边缘计算技术在核心网中应用
边缘计算概念
边缘计算是一种将计算、存储和网络等资源部署在网络边 缘的技术，以减少数据传输时延和提高处理效率。
01
在核心网中应用
通过边缘计算技术，可以将部分核心网 功能下沉到网络边缘，降低数据传输时 延和减少网络拥塞。
传统核心网架构回顾
基于TDM的PSTN/ISDN网络
01
采用时分复用技术，提供语音和低速数据业务。
基于ATM的B-ISDN网络
02 采用异步传输模式，支持多媒体业务，但因复杂性高
而未得到广泛应用。
基于IP的软交换网络
03
采用分组交换技术，实现语音、数据和视频业务的融
合。
EPC/5GC核心网架构演进趋势
多用户检测技术
介绍多用户检测的基本原理和 方法，如最大比合并（MRC） 、最小均方误差（MMSE）等 算法。
多址接入技术性能分析
分析不同多址接入技术的性能 特点和应用场景，如吞吐量、 时延、抗干扰能力等。
03
CATALOGUE
蜂窝网络规划与优化
蜂窝网络拓扑结构
蜂窝网络的基本概念
由基站和移动台组成，基站负责提供无线覆盖，移动台在基站覆盖 范围内进行通信。
LTE-Advanced系统原理
在LTE基础上引入载波聚合（CA）、多用户MIMO（MU-MIMO）、协同多点传输（CoMP）等先进技术，进一步 提高数据传输速率和系统性能。
特点
LTE/LTE-Advanced系统具有高速数据传输、低时延、高可靠性等优点，支持丰富的移动应用和智能终端 设备，是未来移动通信的主流技术之一。
2024版北邮通信原理课件第7章
多址技术
06
CHAPTER
差错控制编码
通过添加冗余信息，使得接收端能够检测出传输过程中出现的错误。
检错原理
在检错的基础上，通过一定的算法对错误进行定位和纠正。
纠错原理
检错和纠错原理
将信息序列划分为等长的组，每组独立进行编码，编码后的码字具有线性关系。
定义
编码方法
解码方法
通过生成矩阵将信息序列映射为码字序列。
01
02
03
新型数字带通调制技术
05
CHAPTER
信道复用和多址技术
频分复用是将信道的可用频带划分成若干互不交叠的频段，每路信号经过频率调制后占用一个频段，以实现多路不同频率的信号在同一信道上同时传输。
定义
各路信号互不干扰，易于实现和管理。
优点
需要占用较宽的频带，且对频率资源的利用率不高。
缺点
频分复用（FDM）
二进制数字调制原理
03
MPSK（多进制相移键控）调制原理
通过控制载波的多个不同相位来表示多进制数字信号，不同的相位偏移对应不同的数字信号。
01
MASK（多进制振幅键控）调制原理
通过控制载波的多个不同振幅来表示多进制数字信号，不同的振幅对应不同的数字信号。
02
MFSK（多进制频移键控）调制原理
用多个不同频率的载波来分别表示多进制数字信号，载波的频率随多进制数字信号的变化而变化。
04
探讨了信道编码与差错控制的基本原理和方法，包括线性分组码、卷积码等。
05
将介绍无线通信系统的基本原理和技术，包括无线信道特性、无线传输技术等。
将探讨通信网络的基本原理和技术，包括网络协议、网络拓扑结构等。
将深入讲解数字通信系统中的信号传输和处理技术，包括数字信号的基带传输、数字调制与解调等。
《移动通信原理》课件
GSM（全球移动通信系统）是最早的数字移动通信系统之一，采用TDMA（时分多址）技术。GPRS（通用分组 无线服务）是GSM的升级，提供了基于分组的较小数据传输。EDGE（增强数据速率GSM演进）是GPRS的升级 ，提高了数据传输速率。
WCDMA/HSPA/HSPA+
总结词
第三代移动通信技术
详细描述
技术发展趋势
未来物联网与移动互联网将进一步融合，形成更加智能化的网络环 境，推动各行业的数字化转型。
安全与隐私保护的挑战与解决方案
安全与隐私挑战
随着移动通信技术的发展，网络安全和隐私保护的挑战也日益突出，需要采取 有效的措施来保障用户的安全和隐私。
解决方案
采用加密技术、访问控制、数据匿名化等技术手段来提高网络安全和隐私保护 水平。同时，也需要加强法律法规的建设，规范网络行为，保障用户权益。
无线资源管理
01
无线资源管理是移动通信系统中的重要技术之一，负责对无线 资源进行分配和调度，确保系统的稳定性和效率。
02
Байду номын сангаас
无线资源管理主要包括频率管理、功率管理、信道分配、拥塞
控制等功能。
随着用户规模的不断扩大和业务需求的不断增加，无线资源管
03
理技术面临着越来越大的挑战。
03
移动通信关键技术
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
多媒体业务
如音乐、视频、游戏等，提供 更加丰富多彩的娱乐体验。
物联网应用
如智能家居、智能交通、智能 农业等，通过移动通信技术实
现万物互联。
02
移动通信系统组成
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
WCDMA/HSPA/HSPA+
总结词
第三代移动通信技术
详细描述
技术发展趋势
未来物联网与移动互联网将进一步融合，形成更加智能化的网络环 境，推动各行业的数字化转型。
安全与隐私保护的挑战与解决方案
安全与隐私挑战
随着移动通信技术的发展，网络安全和隐私保护的挑战也日益突出，需要采取 有效的措施来保障用户的安全和隐私。
解决方案
采用加密技术、访问控制、数据匿名化等技术手段来提高网络安全和隐私保护 水平。同时，也需要加强法律法规的建设，规范网络行为，保障用户权益。
无线资源管理
01
无线资源管理是移动通信系统中的重要技术之一，负责对无线 资源进行分配和调度，确保系统的稳定性和效率。
02
Байду номын сангаас
无线资源管理主要包括频率管理、功率管理、信道分配、拥塞
控制等功能。
随着用户规模的不断扩大和业务需求的不断增加，无线资源管
03
理技术面临着越来越大的挑战。
03
移动通信关键技术
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
多媒体业务
如音乐、视频、游戏等，提供 更加丰富多彩的娱乐体验。
物联网应用
如智能家居、智能交通、智能 农业等，通过移动通信技术实
现万物互联。
02
移动通信系统组成
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
北邮通信原理课件(第7章)
北邮通信原理课件(第7章)一、教学内容本节课的教学内容选自北京邮电大学出版社的《通信原理》一书，具体为第7章“数字通信系统”。
本章主要介绍了数字通信系统的基本概念、原理和技术，包括数字通信系统的基本组成、数字信号的传输、数字信号的调制与解调、数字信号的编码与解码等内容。
二、教学目标1. 使学生了解数字通信系统的基本概念和原理，理解数字通信系统与模拟通信系统的区别。
2. 使学生掌握数字信号的传输方法，了解数字信号的调制与解调技术。
3. 使学生了解数字信号的编码与解码方法，理解编码与解码的作用和意义。
三、教学难点与重点重点：数字通信系统的基本概念、原理和技术。
难点：数字信号的调制与解调技术，数字信号的编码与解码方法。
四、教具与学具准备教具：投影仪、电脑、通信原理课件。
学具：教材、笔记本、签字笔。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过一个简单的数字通信系统实例，让学生了解数字通信系统的基本组成和原理。
2. 讲解数字通信系统的基本概念和原理，包括数字通信系统的定义、组成、特点等。
3. 讲解数字信号的传输方法，包括基带传输和带通传输两种方式。
4. 讲解数字信号的调制与解调技术，包括调幅、调频、调相三种基本调制方式。
5. 讲解数字信号的编码与解码方法，包括单字符编码、多字符编码两种方式。
6. 例题讲解：通过几个典型的例题，让学生理解并掌握数字通信系统的原理和技术。
7. 随堂练习：让学生根据所学内容，完成一些相关的练习题，巩固所学知识。
六、板书设计板书设计如下：数字通信系统1. 基本概念定义：以数字信号作为传输对象的通信系统组成：发送端、传输介质、接收端特点：抗干扰能力强、信号传输稳定2. 数字信号传输基带传输：直接传输数字信号带通传输：通过调制将数字信号转换为模拟信号，再进行传输3. 调制与解调调制：调整载波信号的某个参数，使其与数字信号相对应解调：在接收端将调制后的信号还原为数字信号4. 编码与解码单字符编码：将每个字符转换为唯一的数字编码多字符编码：将多个字符组合成一个编码，提高传输效率七、作业设计1. 简述数字通信系统的基本组成。
移动通信系统的基本原理与概念(北邮课件)
PSTN相连
大区系统的局限性
覆盖范围有限 服务的用户容量有限 服务性能较差 频谱利用率低
1974 Bell实验室提出蜂窝概念
蜂窝的概念和分类
蜂窝系统---“小区制”系统
将所要覆盖的地区划分为若干个小区每个小区的半径 可视用户的分布密度在1~10km左右在每个小区设立 一个基站为本小区范围内的用户服务
GSM系统的工作频带和载频间隔
GSM系统工作在如下射频频带 上行（移动台发，基站收）890－915MHz 下行（基站发，移动台收）935－960MHz 双工间隔为45MHz 载频间隔为200kHz 频道编号 GSM系统整个工作频段为124对载频，其序号用n表示，
则上、下两频段中序号为n的载频频率可用下式计算： Fl(n) = (890＋0.2n) MHz （下频段） Fu(n) = Fl(n)＋45 = (935＋0.2n) MHz （上频段） 式中 n=1~124
90年代初，相继推出了第二代数字移动通信 系统DAMPS、GSM、CDMA系统；
90年代中期以后，开始研究第三代移动通信 系统。
蜂窝移动通信的发展历程
第一代移动通信系统
第一代移动通信系统的特点
蜂窝小区系统设计——频率复用 解决大容量需求与有限频谱资源的矛盾 模拟系统——语音信号 FM传输 FDMA
?光传输技术?应用软件技术测试方法标准化国际标准化组织itu国际无线电标准化工作由国际电信联盟itu负责itu原由综合秘书处国际频率登记局ifrb国际无线电咨询委员会ccir研究国际电话电报咨询委员会ccitt四个常设机构组无线通信组ccirifrbitur工作组电信标准化组ccittitut工作组电信开发组bdt其它标准化组织欧洲邮电管理协会cept曾是欧洲通信设施的主要标准化组织现逐渐被其它组织替代欧洲电信标准协会etsi成立于1988年gsmdecthiperlan等ieeelan等大区制系统覆盖范围3050km发射功率50200w具有网络结构简单频道数目少无需无线交换直接与pstn相连1974bell实验室提出蜂窝概念蜂窝的概念和分类将所要覆盖的地区划分为若干个小区每个小区的半径可视用户的分布密度在110km左右在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务特点用户容量大服务性能较好频谱利用率较高用户终端小巧且电池使用时间长辐射小等新的问题系统复杂越区切换漫游位置登记更新和管理以及系统鉴权等蜂窝的概念和分类宏蜂窝macrocell220km微蜂窝microcell042km皮蜂窝picocell400m分层蜂窝由多种蜂窝组成各类蜂窝的比较蜂房类型蜂房半径km10050035终端速度kmh1500500100安装地点leoheogeo建筑物塔的顶部灯杆建筑物运行环境所有乡村郊区市区业务量密度适用系统卫星蜂窝蜂窝无绳蜂窝小区的形状蜂窝通信的频率复用小区分裂与扇区化扇区化小区用户密度不同的小区结构gsmgsm是完全依据欧洲通信标准化委员会etsi制定的gsm技术规范研制而成的任何一家厂商提供的gsm数字蜂窝移动通信系统都必须符合gsm技术规范
大区系统的局限性
覆盖范围有限 服务的用户容量有限 服务性能较差 频谱利用率低
1974 Bell实验室提出蜂窝概念
蜂窝的概念和分类
蜂窝系统---“小区制”系统
将所要覆盖的地区划分为若干个小区每个小区的半径 可视用户的分布密度在1~10km左右在每个小区设立 一个基站为本小区范围内的用户服务
GSM系统的工作频带和载频间隔
GSM系统工作在如下射频频带 上行（移动台发，基站收）890－915MHz 下行（基站发，移动台收）935－960MHz 双工间隔为45MHz 载频间隔为200kHz 频道编号 GSM系统整个工作频段为124对载频，其序号用n表示，
则上、下两频段中序号为n的载频频率可用下式计算： Fl(n) = (890＋0.2n) MHz （下频段） Fu(n) = Fl(n)＋45 = (935＋0.2n) MHz （上频段） 式中 n=1~124
90年代初，相继推出了第二代数字移动通信 系统DAMPS、GSM、CDMA系统；
90年代中期以后，开始研究第三代移动通信 系统。
蜂窝移动通信的发展历程
第一代移动通信系统
第一代移动通信系统的特点
蜂窝小区系统设计——频率复用 解决大容量需求与有限频谱资源的矛盾 模拟系统——语音信号 FM传输 FDMA
?光传输技术?应用软件技术测试方法标准化国际标准化组织itu国际无线电标准化工作由国际电信联盟itu负责itu原由综合秘书处国际频率登记局ifrb国际无线电咨询委员会ccir研究国际电话电报咨询委员会ccitt四个常设机构组无线通信组ccirifrbitur工作组电信标准化组ccittitut工作组电信开发组bdt其它标准化组织欧洲邮电管理协会cept曾是欧洲通信设施的主要标准化组织现逐渐被其它组织替代欧洲电信标准协会etsi成立于1988年gsmdecthiperlan等ieeelan等大区制系统覆盖范围3050km发射功率50200w具有网络结构简单频道数目少无需无线交换直接与pstn相连1974bell实验室提出蜂窝概念蜂窝的概念和分类将所要覆盖的地区划分为若干个小区每个小区的半径可视用户的分布密度在110km左右在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务特点用户容量大服务性能较好频谱利用率较高用户终端小巧且电池使用时间长辐射小等新的问题系统复杂越区切换漫游位置登记更新和管理以及系统鉴权等蜂窝的概念和分类宏蜂窝macrocell220km微蜂窝microcell042km皮蜂窝picocell400m分层蜂窝由多种蜂窝组成各类蜂窝的比较蜂房类型蜂房半径km10050035终端速度kmh1500500100安装地点leoheogeo建筑物塔的顶部灯杆建筑物运行环境所有乡村郊区市区业务量密度适用系统卫星蜂窝蜂窝无绳蜂窝小区的形状蜂窝通信的频率复用小区分裂与扇区化扇区化小区用户密度不同的小区结构gsmgsm是完全依据欧洲通信标准化委员会etsi制定的gsm技术规范研制而成的任何一家厂商提供的gsm数字蜂窝移动通信系统都必须符合gsm技术规范
通信原理ppt北邮资源
随着计算机和数字化技术的发展，数字通信逐渐取代模 拟通信成为主流。
3 移动通信的飞速发展
移动通信技术的出现和发展，使得人们可以随时随地进 行通信，极大地改变了人们的生活方式。
4 未来通信的趋势
未来通信将朝着更高速度、更低时延、更广覆盖的方向 发展，同时还将融合人工智能、大数据等技术，实现更 加智能化和个性化的通信服务。
05
信号的检测与估计
信号检测的基本原理
信号检测的基本概念
阐述信号检测的定义、目的和意义，以及信号检测在通信系统中 的作用。
信号检测的基本原理
介绍信号检测的基本原理，包括假设检验、似然比检验、贝叶斯准 则等。
信号检测的性能指标
分析信号检测的性能指标，如虚警概率、漏警概率、检测概率等， 以及它们之间的关系。
TCP/IP协议族
包括TCP、UDP、IP等协议，用于实现不同网络之间的互连和通 信。
HTTP协议
用于Web浏览器和服务器之间的通信，实现网页的浏览和数据 的传输。
SSL/TLS协议
提供安全的数据传输通道，保护数据在传输过程中的安全性和完 整性。
通信网络的安全与可靠性
防火墙技术
通过设置访问控制规则， 防止未经授权的访问和数 据泄露。
01
02
信源
产生和发送信息的设备或实体， 如话筒、摄像头等。
03
04
信宿
接收和处理信息的设备或实体， 如扬声器、显示器等。
通信原理的研究对象
信号与噪声
研究信号的特性、噪声的来源和性质，以及 信号在噪声干扰下的传输性能。
编码与调制
研究信道的传输特性、信道容量和信道编码 等问题，以提高通信系统的可靠性和有效性
传输媒介
3 移动通信的飞速发展
移动通信技术的出现和发展，使得人们可以随时随地进 行通信，极大地改变了人们的生活方式。
4 未来通信的趋势
未来通信将朝着更高速度、更低时延、更广覆盖的方向 发展，同时还将融合人工智能、大数据等技术，实现更 加智能化和个性化的通信服务。
05
信号的检测与估计
信号检测的基本原理
信号检测的基本概念
阐述信号检测的定义、目的和意义，以及信号检测在通信系统中 的作用。
信号检测的基本原理
介绍信号检测的基本原理，包括假设检验、似然比检验、贝叶斯准 则等。
信号检测的性能指标
分析信号检测的性能指标，如虚警概率、漏警概率、检测概率等， 以及它们之间的关系。
TCP/IP协议族
包括TCP、UDP、IP等协议，用于实现不同网络之间的互连和通 信。
HTTP协议
用于Web浏览器和服务器之间的通信，实现网页的浏览和数据 的传输。
SSL/TLS协议
提供安全的数据传输通道，保护数据在传输过程中的安全性和完 整性。
通信网络的安全与可靠性
防火墙技术
通过设置访问控制规则， 防止未经授权的访问和数 据泄露。
01
02
信源
产生和发送信息的设备或实体， 如话筒、摄像头等。
03
04
信宿
接收和处理信息的设备或实体， 如扬声器、显示器等。
通信原理的研究对象
信号与噪声
研究信号的特性、噪声的来源和性质，以及 信号在噪声干扰下的传输性能。
编码与调制
研究信道的传输特性、信道容量和信道编码 等问题，以提高通信系统的可靠性和有效性
传输媒介
北邮通信原理课件(第一章)
I log a 1 p(x) log a p ( x )
（1.4-1）
《通信原理课件》
28
I代表两种含义：当事件x发生以前，表示事件x发生的 不确定性；当事件x发生以后，表示事件x所含有（或所提 供）的信息量。 信息量的单位由对数底的取值决定。若对数以2为底时 单位是“比特”（bit — binary unit的缩写）；若以e为 底时单位是“奈特”（nat—nature unit的缩写）；若以 10为底时单位是“哈特”（Hart — Hartley的缩写）。 通常采用“比特”作为信息量的实用单位。
《通信原理课件》
32
1.5.1模拟通信系统的主要性能指标
模拟通信系统的有效性指标用所传信号的有效传输带宽 来表征。当信道容许传输带宽一定，而进行多路频分复用 时，每路信号所需的有效带宽越窄，信道内复用的路数就 越多。显然，信道复用的程度越高，信号传输的有效性就 越好。信号的有效传输带宽与系统采用的调制方法有关。 同样的信号用不同的方法调制得到的有效传输带宽是不一 样的。 模拟通信系统的可靠性指标用整个通信系统的输出信噪 比来衡量。信噪比是信号的平均功率S与噪声的平均功率N 之比。信噪比越高，说明噪声对信号的影响越小。显然， 信噪比越高，通信质量就越好。输出信噪比一方面与信道 内噪声的大小和信号的功率有关，同时又和调制方式有很 大关系。例如宽带调频系统的有效性不如调幅系统，但是 调频系统的可靠性往往比调幅系统好。
《通信原理课件》
10
1.2.3 数字通信系统模型
数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信 系统。数字通信系统可进一步细分为数字频带传输 通信系统和数字基带传输通信系统。 一、数字频带传输通信系统 数字频带传输通信系统如图1-3 所示。 图1-3中，变换器的作用是把信息转换成数字基带 信号。信源编码的主要任务是提高数字信号传输的 有效性。信源编码器的输出就是信息码元,此外，话 音和图像压缩编码等都是在信源编码器内完成。接 收端信源译码则是信源编码的逆过程
（1.4-1）
《通信原理课件》
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I代表两种含义：当事件x发生以前，表示事件x发生的 不确定性；当事件x发生以后，表示事件x所含有（或所提 供）的信息量。 信息量的单位由对数底的取值决定。若对数以2为底时 单位是“比特”（bit — binary unit的缩写）；若以e为 底时单位是“奈特”（nat—nature unit的缩写）；若以 10为底时单位是“哈特”（Hart — Hartley的缩写）。 通常采用“比特”作为信息量的实用单位。
《通信原理课件》
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1.5.1模拟通信系统的主要性能指标
模拟通信系统的有效性指标用所传信号的有效传输带宽 来表征。当信道容许传输带宽一定，而进行多路频分复用 时，每路信号所需的有效带宽越窄，信道内复用的路数就 越多。显然，信道复用的程度越高，信号传输的有效性就 越好。信号的有效传输带宽与系统采用的调制方法有关。 同样的信号用不同的方法调制得到的有效传输带宽是不一 样的。 模拟通信系统的可靠性指标用整个通信系统的输出信噪 比来衡量。信噪比是信号的平均功率S与噪声的平均功率N 之比。信噪比越高，说明噪声对信号的影响越小。显然， 信噪比越高，通信质量就越好。输出信噪比一方面与信道 内噪声的大小和信号的功率有关，同时又和调制方式有很 大关系。例如宽带调频系统的有效性不如调幅系统，但是 调频系统的可靠性往往比调幅系统好。
《通信原理课件》
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1.2.3 数字通信系统模型
数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信 系统。数字通信系统可进一步细分为数字频带传输 通信系统和数字基带传输通信系统。 一、数字频带传输通信系统 数字频带传输通信系统如图1-3 所示。 图1-3中，变换器的作用是把信息转换成数字基带 信号。信源编码的主要任务是提高数字信号传输的 有效性。信源编码器的输出就是信息码元,此外，话 音和图像压缩编码等都是在信源编码器内完成。接 收端信源译码则是信源编码的逆过程
(完整版)移动通信原理课件第一章.
信的起步阶段。在此期间, 主要完成了通信实验和电 波传播试验工作, 在短波频段(3～30 MHz)上实现了 小容量专用移动通信系统, 其代表是美国底特律市警 察使用的车载无线电系统。这种系统话音质量差, 自 动化程度低, 仅限于专用, 不能与公众网相连。
简史回顾
第二阶段是从20世纪40年代中期至60年代初期。 在 此期间, 各种公用移动通信系统相继建立。首先是 1946年, 美国贝尔系统在圣路易斯城建立的称为“城 市系统”的公用汽车电话网, 这是世界上第一个公用 移动通信系统。继而, 西德、法国、英国等国也陆续 研制出了公用移动电话系统。 这一阶段的特点是开 始从专用移动网向公用移动网过渡, 自动化程度有所 提高。
移动通信的重要地位 通信的理想目标是5个W:
任何人（Whoever）在任何时间（Whenever）、 任何地点（Wherever）与任何他人（Whomever） 、 进行任何类型的（Whatever）的信息交换。
2.移动通信系统的组成：
移动通信系统一般由移动台（MS）、基站（BS）、 移动业务交换中心（MSC）及与市话网（PSTN） 相连的中继线等组成。
第一代移动通信(1G)
模拟移动电话系统主要采用模拟和频分多址 （FDMA）技术，属于第一代移动通信技术。
模拟方式：通过电波所传输的信号模拟人讲话声 音的高低起伏变化的通信方式。
模拟移动电话系统的质量完全可以与固定电话媲美， 使通话双方能够清晰地听出对方的声音。
传输速率：1.2kb/s~10kb/s.
S0
S
v
θ
BS
MS
移动产生的多普勒频偏为：
fd
v
cos
v为移动速度， 为工作波长， 为电波入射角。
简史回顾
第二阶段是从20世纪40年代中期至60年代初期。 在 此期间, 各种公用移动通信系统相继建立。首先是 1946年, 美国贝尔系统在圣路易斯城建立的称为“城 市系统”的公用汽车电话网, 这是世界上第一个公用 移动通信系统。继而, 西德、法国、英国等国也陆续 研制出了公用移动电话系统。 这一阶段的特点是开 始从专用移动网向公用移动网过渡, 自动化程度有所 提高。
移动通信的重要地位 通信的理想目标是5个W:
任何人（Whoever）在任何时间（Whenever）、 任何地点（Wherever）与任何他人（Whomever） 、 进行任何类型的（Whatever）的信息交换。
2.移动通信系统的组成：
移动通信系统一般由移动台（MS）、基站（BS）、 移动业务交换中心（MSC）及与市话网（PSTN） 相连的中继线等组成。
第一代移动通信(1G)
模拟移动电话系统主要采用模拟和频分多址 （FDMA）技术，属于第一代移动通信技术。
模拟方式：通过电波所传输的信号模拟人讲话声 音的高低起伏变化的通信方式。
模拟移动电话系统的质量完全可以与固定电话媲美， 使通话双方能够清晰地听出对方的声音。
传输速率：1.2kb/s~10kb/s.
S0
S
v
θ
BS
MS
移动产生的多普勒频偏为：
fd
v
cos
v为移动速度， 为工作波长， 为电波入射角。
移动通信原理课件第一章
相位调制（PM）
通过改变载波的相位来传 递信息，如角度调制等。
数字调制与解调技术
振幅键控（ASK）
相移键控（PSK）
利用载波的振幅变化来表示二进制数 字信号“1”和“0”。
利用载波的相位变化来表示二进制数 字信号，如BPSK、QPSK等。
频移键控（FSK）
利用载波的频率变化来表示二进制数 字信号，如2FSK、4FSK等。
电磁波在自由空间中的传播损 耗与频率的平方和传播距离的 平方成正比。
为了减小传播损耗，可以采用 高增益的天线和高效的调制技 术。
电磁波在移动信道中的传播特性
移动信道具有多径效应，即电磁波经过多条路径到达接收端，导致信号的时延和幅 度发生变化。
移动信道存在多普勒效应，即由于移动台和基站的相对运动，导致接收信号的频率 发生变化。
04 移动通信中的多址技术
频分多址（FDMA）
原理
01
将通信系统的总频段划分成若干等间隔的频道（或称信道）分
配给不同的用户使用。
优点
02
技术成熟，实现简单。
缺点
03
频谱利用率低，且易产生互调干扰。
时分多址（TDMA）
原理
优点
把时间分割成周期性的帧，每一帧再 分割成若干个时隙（无论帧或时隙都 是互不重叠的），再根据一定的时隙 分配原则，使各个移动台在每帧内只 能按指定的时隙向基站发送信号，在 满足定时和同步的条件下，基站可以 分别在各时隙中接收到各移动台的信 号而不混扰。
为了克服移动信道的传播特性对通信质量的影响，可以采用分集接收、信道编码和 均衡等技术。
03 移动通信中的调制与解调技术
模拟调制与解调技术
01
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• 就接入网而言，客观上看可分为有线接入与无 线接入，这里仅讨论无线接入，再细致一些无 线接入又可分为室内无线接入比如红外、蓝牙 等；小范围的无线局域网接入比如IEEE802.11 系列等；中等及大范围的蜂窝移动接入和覆盖 全球的卫星接入。 • 本书讨论内容仅限于陆地系统的蜂窝移动网， 它是实现宏伟的个人通信蓝图的第一步，仅这 一步目前已经历了第一代(1G)、第二代(2G)系 统，正在向第三代(3G)系统过渡。
第一章 绪 论
• §1.1 移动通信的主要特点
• 移动通信是通信领域中最具有活力，最具有发 展前途的一种通信方式。它是当今信息社会中 最具有个性化特征的通信手段。它的发展与普 及改变了社会也改变了人类的生活方式，它让 人们领悟到现代化与信息化的气息。 • 移动通信，顾名思义其最本质的特色是“移动” 二字，就是说这类通信不是传统静态的固定式 通信，而是动态的移动式通信。
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• 传统的固定式通信，又称为有线通信。它的最 大特点是静态的，信道是封闭的，且是人造 的，从而是优质的。它的最大缺点是缺乏动态 性，不适应现代人快节奏的生活需求，特别是 快速移动的需求。 • 无线通信针对上述静态的缺点，以开放式传播 来传递信息，它的代价是牺牲了全封闭式的优 质人造信道，换取了无需采用固体介质专用线 路的开放式传输的灵活性，但是信道的开放性 必然引起了信道的时变性和随机性，从而大大 降低了通信容量和质量。
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• 就功能而言，主要指业务服务功能，它 有: • 1)第一代与第二代的通话功能。 • 2)第二代半增加了因特网业务和定位业 务。 • 3)第三代发展成具有会话型、数据流 型、互动型与后台类型的综合服务多媒 体业务功能。
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1.2 移动通信的发展
•移动通信，确切地说蜂窝式移动通信，就正式商业运营 而言，至今也不过只有20多年的历史，就其发展历程 看，大约每十年更新一代。目前正处于第二代(2G)与第三 代(3G)交接期。 •自上世纪八十年代我国引入模拟式(TACS)移动通信网以 来，经过短短二十多年的发展，截止2002年底，我国已 拥有2亿以上的移动通信用户，成为全球头号移动用户大 国。我国的第一代移动通信TACS系统目前已完成其历史 任务而被淘汰；第二代移动通信GSM系统是全球第一， 规模最大、用户最多，CDMA系统目前也是数一数二， 并即将成为全球第一；第三代移动通信，我国目前还处 于即将投入运营的阶段。
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• 其主要实现措施有： • （1）继续采用第二代(2G)中所采用的所有行之有效的措 施； • （2）对CDMA扩频方式应一分为二，一方面扩频提高了抗 干扰性，提高了通信容量；另一方面由于扩频码互相关性能 的不理想，使多址干扰、远近效应影响增大，并且对功率控 制提出了更高要求等； • （3）为了克服CDMA中的多址干扰，3G系统中，上行链路 建议采用多用户检测与智能天线技术；下行链路采用发端分 集、空时编码技术； • （4）为了实现与业务动态特性的匹配，3G中采用了可实现 对不同速率业务(不同扩频比)间仍具有正交性能的OVSF(可 变扩频比正交码)多址码； • （5）针对数据业务要求误码率低且实时性要求不高的特 点，3G中对数据业务采用了性能更优良的Turbo码。
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• 2)基于移动因特网业务上、下行严重的 不对称性，一般下行的下载业务量远远 大于上行的业务量。因此在基本通信体 制方面，可能要打破传统的上下行遵循 同一通信体制的桎梏。目前在第三代(3G) 中，3GPP2已运营的HDR在下行采用了 时隙码分多址方式，以适应高速数据传 送，它与上行的码分多址是不完全对称 的。3GPP所采用的HSDPA (高速下行数 据传送)也与HDR基本类似。
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• 第三代(3G)以多媒体业务为主要特征，它是本世纪初 刚刚投入商业化运营。其中最具有代表性的有北美的 CDMA2000、欧洲与日本的WCDMA、以及我国提出 的TD-SCDMA三大系统，另外还有欧洲DECT以及北 美的UMC-136。 • 第三代(3G)从技术上看，它是在2G系统适配信道与用 户二重动态特性的基础上又引入了业务的动态性，即 在3G系统中，用户业务既可是单一的话音、数据、图 像，也可以是多媒体业务，且用户选择业务是随的,这 个第三重动态性的引入使系统大大复杂化。所以第三 代是在二代数字化基础上的以业务多媒体化为主要目 标，全面考虑并完善对信道、用户二重动态特性匹配 特性，并适当考虑到业务的动态性能，尽力采用相应 措施予以实现。
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• 在前三代移动通信中，除了上述物理层关键技术的不 断发展外，在网络层其功能也在逐步完善。它主要体 现有： • 1)网络协议逐步走向规范化，到了第三代(3G)已初步形 成了横向三层：物理层、链路层、网络高层；纵向两 个平面：用户业务平面与控制平面的初步规范结构。 • 2)逐步增强并完善网络层辅助物理层实现对三重动态 性的匹配功能，加强并完善对无线资源管理、移动性 管理以及接入分配、调度算法的实现。 • 3)第二代(2G)开始逐步引入智能网，实现交换与控制的 分离，并通过业务生成系统快速生成新业务。
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• 展望未来移动通信的发展是离不开其客观上应 遵循的规律，这个规律主要决定于两方面的因 素：第一是用户的需求，第二是实现时所受的 环境和条件的限制。 • 1)从用户需求看，移动通信应当从第一代 (1G)、第二代(2G)以话音为主逐步转移到以数 据为主，特别是以分组交换IP数据为主的综合 业务和多媒体业务。在这个转移过程中，以 IPv6为基础的移动因特网业务将是未来的主流 业务。
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• 在对信道动态特性的匹配上采用了一系列措施： • (1)采用抗干扰性能优良的数字式调制： GMSK(GSM)、QPSK(IS-95)，性能优良的抗干扰纠 错编码：卷积码(GSM、IS-95)、级联码(GSM)； • (2)采用功率控制技术抵抗慢衰落与远近效应，它对 CDMA方式的IS-95尤为重要； • (3)采用自适应均衡(GSM)和Rake接收(IS-95)抗频率 选择性衰落与多径干扰； • (4)采用信道交织编码，如采用帧间交织方式(GSM) 和块交织方式(IS-95)抗时间选择性衰落。 • (5)基站采用空间或极化分集方式抗空间选择性衰 落。
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• 第二代(2G)以数字化为主要特征，构成数字式蜂窝移 动通信系统，它是上世纪九十年代初正式走向商用。 其中最具代表性的有欧洲的时分多址 (TDMA)GSM(GSM原意为Group Special Mobile，89年 以后改为Global System for Mobile Communications)、 北美的码分多址(CDMA)的IS-95两大系统，另外还有 日本的PDC系统等。 • 第二代(2G)从技术特色上看，它是以数字化为基础， 较全面考虑信道与用户的二重动态特性及相应的匹配 措施。主要实现措施有：采用TDMA(GSM)、 CDMA(IS-95)方式实现对用户的动态寻址功能，并以 数字式蜂窝网络结构和频率(相位)规划实现载频(相位) 再用方式，从而扩大覆盖、服务范围和满足用户数量 增长的需求。
移 动 通 信 原 理
主讲人: 牛 凯
BUPT Information Theory & Technology Education & Research CenterLeabharlann 北邮信息理论 与技术教研中心
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1.3 移动通信的发展趋势与展望
• 就未来通信而言，发展方向是个人通信。即在全 球范围内逐步实现全球一网(统一的网络结构)， 每人一号(一个身份号码)，在任何时间、任何地 点(海、陆、空)以任何通信方式与任何对象(人或 机器)进行任何业务(话音、数据、图象等)的无缝 隙、不间断通信。 • 实现它主要包含两大部分。一个是全球性骨干核 心网络平台，另一个是无时无处不在的灵活接入 手段，对移动通信发展而言重点是探讨后者。