移动通信(第4版)大学本科教材 移动通信第一章-2007-02
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随机多址方式： 9 ALOHA、时隙ALOHA、DSMA/CD(CDPD)、 CSMA/CA(无线局域网）
同济大学 徐娟
38
1.5.4 抗干扰措施
¾利用信道编码(如卷积码等前向纠错FEC和自动请求 重传ARQ)进行检错和纠错－－－－－抗随机干扰
¾利用交织编码技术－－－－－抗突发干扰
¾利用微分集技术（空间分集、频率分集、时间分集 以及RAKE接收机等）和自适应均衡技术以及选用具有 抗码间干扰的调制技术－－－－克服由多径传播而引 起的多径衰落
40
¾ 网络结构
1.5.5 组网技术（二）
¾ 网络接口
电路交换业务通道
GMSC
VLR
MSC
BTS
BSC
PCU
HLR AUC
PSTN
ISP 163
SGSN
分组交换业务通道
GGSN
GPRS系统结构图
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数据网络
41
1.5.5 组网技术（三）
¾网络的管理与控制 9 连接控制（或管理）功能
呼叫接续过程
集群调度系统：
移动台
总调度台
公共电话网 PSTN
分调度台
基地台
中央控制器
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28
1.3 常用移动通信系统
蜂窝移动通信系统：
BTS
MSC
公共电话网 PSTN
MS
同济大学 徐娟
29
1.3 常用移动通信系统
卫星移动通信系统：
铱（Iridium）星系统 全球星（Global star）系统
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24
1.3 常用移动通信系统
无线电寻呼系统（单向传输） 蜂窝移动通信系统（频率再用、小区分裂、越区切
换）
无绳电话系统（家用、公共无线接入点） 集群移动通信系统（警察、出租车调度） 移动卫星通信系统（“铱”、全球星等） 分组无线网（CDPD、Mobitex、无线局域网、蓝
5 移动通信的基本技术
6 移动通信的发展历史、现状和未来
7 未来移动通信的关键技术
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7
1.0 移动通信的基本概念和目标（一）
¾ 基本概念—“动中通” 通信双方至少有一方处在移动情况下（或临时静
止）的相互信息传输和交换。
¾ 终端的移动性 （特定的“终端号码”，手持机、车载台） ¾ 个人的移动性 （特定的“个人号码”，SIM卡方式支持的业 务）
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18
1.2.1 半双工
¾ 指通信的双方在通信的过程中既能发射信号也能接收信号，而
另一方只能是单工工作。
¾ 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。 ¾ 目前集群移动通信系统大多数采用半双工方式工作。
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19
1.2.1 双工制(full-duplex）
是指通信双方可同时进行传输消息的工作方式，即双工通 的任一方在发话的同时也能听到对方讲话，而且不用按键 实现收发同时进行的一种方式。 特点：不管是否发话，发射机总是工作的，故电能消耗大， 这对以电池为电源的移动台不利。 蜂窝电话系统采用准双工方式工作，即移动台只是在工作 才打开发射机，而接收机总是工作的。 目前可分为频分双工（FDD）和时分双工（TDD）
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14
1.2 移动通信系统的分类
同济大学 徐娟
15
1.2 通信系统的分类
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16
1.2.1 移动通信的工作方式
按通信状态和频率使用方法划分，移动通信系统 工作方式分为：
单工制(half-duplex or simplex)
半双工 双工制(full-duplex or dumplex)
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30
1.4 移动通信系统组成
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31
1.4 蜂窝移动通信系统结构
¾ 基站分系统(BSS)：基站收发信机(BTS)、基站控 制器(BSC) ¾ 移动分系统(MS)：手持台、车载台 ¾ 交换分系统(MSS)：移动交换机(MSC)、位置寄存 器(HLR、VLR)、鉴权中心(AUC)等 ¾ 操作与支持系统(OSS)：操作维护中心(OMC)、网 络管理中心(NMC)等
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11
1.1 移动通信的主要特点（3）
¾移动通信可以利用的频谱资源有限，而移动通 信业务量却与日俱增
9开辟和启用新的频段 9提高频谱利用率 9有限频谱资源的合理分配和严格管理 ¾移动通信系统的网络结构多种多样，网络的控 制与管理必须有效 9网络结构的形状：带状、面状和立体状
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研究方法：
9 理论分析 根据直射、折射、反射、散射和透射等波动现象，用电
磁波理论计算电波传播电路径损耗及有关信道参数 9 根据实测数据进行统计分析，以建立预测模型
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37
1.5.3 多址方式
¾多址方式的基本类型： 9 FDMA、TDMA、CDMA、SDMA以及这些基本类型的 混合多址方式
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34
1.5.1 调制技术（1）
模拟移动通信系统：FM 数字移动通信系统：数字调制技术，其要求：
9 已调信号的频谱窄和带外衰减快（即所占频带窄） 9 抗干扰和抗噪声能力强 9 适宜在衰落信道中传输 9 易于采用相干解调和非相干解调
实际应用的数字调制技术
9 线性调制技术：QPSK(IS-95CDMA)、π/4QPSK(D-AMPS) 频谱利用率高，但要求有线性功率放大器
9 频分双工（FDD） 9 时分双工 (TDD)
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17
1.2.1 单工制(half-duplex or simplex)
收发不能同时进行的通信方式。即通信双方同时只能有一 方发送信号，而另一方接收信号。由（PTT键）转换收、发。 根据收、发频率的异同，又可分为同频单工和异频单工。 （以下仅讨论同频单工）
教学参考书（一）
¾ 李建东等著，《移动通信》（第四版），西安电子 工业出版社。（主要参考书）
¾ 邬国扬等著，《蜂窝通信》，西安电子工业出版社。 ¾蔡涛等译，《无线通信原理与应用》，电子工业出版 社。
¾郭梯云编，《数字移动通信》（修订本），人民邮电 出版社
¾许希斌等著，《CDMA系统工程手册》，人民邮电出 版社。
9 移动管理功能
在漫游和越区过程
9 无线资源管理
为尽可能地提高通信系统的频谱利用率和通 信容量
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42
1.6 移动通信的发展概况
¾1.6.1 移动通信的发展历史 ¾1.6.2 移动通信市场 ¾1.6.3 第一代移动通信简介 ¾1.6.4 第二代移动通信简介 ¾1.6.5 第三代移动通信简介 ¾1.6.6 未来移动通信的发展趋向 ¾1.6.7 移动通信的发展目标—个人通信 ¾1.6.8 标准化组织
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2
教学目标
¾ [教学目标]:以现代移动通信系统为背景，主要讲 述蜂窝移动通信的基本概念和典型移动通信系统 （GSM,GPRS,IS-95,WCDMA）的基本原理。
¾ [教学重点]：移动通信中的基本概念，蜂窝移 动通信的组网原理和移动通信系统结构。
¾ [教学要求]：强调基本概念、基本原理，内容新， 范围广，主要为现有、正在发展和未来技术为主。
¾ 通信网的智能化和无线化使两者统一起来： 个人通信网或个人1.0 移动通信的基本概念和目标（二）
同济大学 徐娟
9
1.1 移动通信的主要特点（1）
同济大学 徐娟
10
1.1 移动通信的主要特点（2）
¾ 移动通信必须利用无线电波进行信息传输 9 传输载体：无线电波，位置不受束缚
牙）
陆地公众蜂窝移动通信系统是移动通信系统的代表，也 是发展最快的系统。
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25
1.3 常用移动通信系统 寻呼移动通信系统：
公共电话网 PSTN
自动寻呼终端 寻呼数据处理中心
发射塔
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26
1.3 常用移动通信系统
无绳移动通信系统：
基站
市话程控制交换机
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27
1.3 常用移动通信系统
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32
1.4 上/下行链路
空中接口
前向信道
BTS
MS 反向信道
上行链路 BTS
下行链路
BSC
MSC
公网
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33
1.5 移动通信的基本技术
¾ 1.5.1 调制技术 ¾ 1.5.2 移动信道中的电波传播特性 ¾ 1.5.3 多址方式 ¾ 1.5.4 抗干扰措施 ¾ 1.5.5 组网技术
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20
1.2.1 双工制－－ 频分双工（FDD)
频 分 双 工 ( FDD)： 就 是 收 与 发 用 两 个 不 同 的 频 率 （有一定频率间隔要求）来实现双工通信.
图 频同分济大双学工徐娟制式
21
1.2.1 双工制－－频分双工制的优缺点
FDD的优点为： 使用方便，不需收发控制操作，特别适用于无线电 话系统使用，便于与公众电话网接口。 适用于模拟的系统也适用于数字的系统
9 无线电波的传播特性一般都很差
• 扩散损耗 • 多径传播引起的多径衰落和时延扩展 • 阴影衰落 • Dopple频移，产生随机调频
¾ 移动通信在复杂的干扰环境下运行的
9 外部干扰：天电干扰、工业干扰和信道噪声
9 系统本身和不同系统之间产生的干扰：邻道干扰、 互调干扰、共道干扰、多址干扰和远近效应等
9 CDMA的扩频调制方式：
• OFDM-CDMA(正交频分复用-码分多址) • MC-CDMA(根据业务需求提供不同的传输速率) • VSG-CDMA（可变扩频增益的码分多址）
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36
1.5.2 移动信道中的电波传播特性
移动信道中电波传播特性：
9 自由空间传播所引起的扩散损耗 9 多径传播所引起的多径衰落 9 阴影效应引起的慢衰落 9 多普勒效应引起的随机调频
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35
1.5.1 调制技术（2）
9 恒包络（连续相位）调制技术：GMSK(GSM)
频谱利用率低于线性调制技术，但对功率放大器没有线性 要求
9 振幅和相位联合调制(QAM)技术
• VR-QAM(根据移动信道特性的好坏可自适应地改变QAM 的电平数）
• MC-QAM(减少码间干扰和时延扩展的影响)
频率
时间
23
1.2.1 双工制－－时分双工的优点
TDD方式不需要双工器，这就减少了用户单元和 基站的费用。 TDD使收发信道的宽度可变。因此可以满足不同 速率的信息传送。 TDD占用不用成对相隔45M的频率信道，不但频 率利用率高，而且不会为找不到成对的频率带来 频率管理上的麻烦。 只适用于数字系统。因为数字系统才能进行时隙 上的划分。
学有所获！
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3
教学内容
第一章：移动通信概述
（4课时）
第二章：调制解调
（4课时）
第三章：移动信道的传播特性
（6课时）
第四章：抗衰落技术
（4课时）
第五章：组网技术
（4课时）
第六章：时分多址(TDMA)数字蜂窝网 （6课时）
第七章：码分多址(CDMA)移动通信系统 （6课时）
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4
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5
教学参考书（二）
¾孙立新等编，《第三代移动通信技术》，人民邮电 出版社 ¾啜 钢等编，《移动通信原理与应用》，北京邮电 出版社
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6
第一章 移动通信概述
¾ 主要内容：
0 移动通信的基本概念和目标
1 移动通信的主要特点
2 移动通信系统的分类
3 常用移动通信系统
4 移动通信系统组成
12
1.1 移动通信的主要特点（4）
9 网络的管理与控制：
9 用户的登记、定位和跟踪 9 通信链路的建立和拆除 9 信道的分配和管理 9 通信的计费、鉴权、安全和保密管理
¾ 移动通信设备必须适用于移动环境中使用,移 动终端成为个人消费品。
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13
1.1 移动通信面临的核心问题（5）
在满足用户服务质量的前提下，提高频谱利用 率，提高系统容量，提供多种服务是公众移动 通信的核心问题。
移动通信
第一章 移动通信概论
徐娟 同济大学电子信息学院
2007年9月
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1
有关本课程的几个问题
¾ 为什么选本课程：
移动通信与IP技术（因特网）是近年来信息技术领域的
两大热点。
感兴趣想了解一些有关知识。 ¾如何讲课：
非理论基础，注重基本概念和基本原理。 目标：“内容最新、范围广泛”
¾利用跳频（如GSM)和扩频(CDMA)提高通信系统的综 合抗干扰能力
¾采用扇形天线、多波束天线和自适应天线阵列－－ －－减少蜂窝网络中的共道干扰
¾干扰抵消和多用户信号检测技术－－减少CDMA通信 系统中的多址干扰
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39
¾ 网络结构 ¾ 网络接口
1.5.5 组网技术（一）
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其缺点为 移动台不能互相直接通话，而要通过基站转接。 由于发射机通常处于连续发射状态，电源耗电量较 大。
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22
1.2.1 双工制－－ 时分双工（TDD）
即基站和移动台的上行和下行信道分别用不同的 时隙来收发信息，以实现双工通信。
反向信道
前向信道
频率分隔 FDD
反向信道 前向信道
时间分隔 同济大T学DD徐娟
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1.5.4 抗干扰措施
¾利用信道编码(如卷积码等前向纠错FEC和自动请求 重传ARQ)进行检错和纠错－－－－－抗随机干扰
¾利用交织编码技术－－－－－抗突发干扰
¾利用微分集技术（空间分集、频率分集、时间分集 以及RAKE接收机等）和自适应均衡技术以及选用具有 抗码间干扰的调制技术－－－－克服由多径传播而引 起的多径衰落
40
¾ 网络结构
1.5.5 组网技术（二）
¾ 网络接口
电路交换业务通道
GMSC
VLR
MSC
BTS
BSC
PCU
HLR AUC
PSTN
ISP 163
SGSN
分组交换业务通道
GGSN
GPRS系统结构图
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数据网络
41
1.5.5 组网技术（三）
¾网络的管理与控制 9 连接控制（或管理）功能
呼叫接续过程
集群调度系统：
移动台
总调度台
公共电话网 PSTN
分调度台
基地台
中央控制器
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1.3 常用移动通信系统
蜂窝移动通信系统：
BTS
MSC
公共电话网 PSTN
MS
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1.3 常用移动通信系统
卫星移动通信系统：
铱（Iridium）星系统 全球星（Global star）系统
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1.3 常用移动通信系统
无线电寻呼系统（单向传输） 蜂窝移动通信系统（频率再用、小区分裂、越区切
换）
无绳电话系统（家用、公共无线接入点） 集群移动通信系统（警察、出租车调度） 移动卫星通信系统（“铱”、全球星等） 分组无线网（CDPD、Mobitex、无线局域网、蓝
5 移动通信的基本技术
6 移动通信的发展历史、现状和未来
7 未来移动通信的关键技术
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7
1.0 移动通信的基本概念和目标（一）
¾ 基本概念—“动中通” 通信双方至少有一方处在移动情况下（或临时静
止）的相互信息传输和交换。
¾ 终端的移动性 （特定的“终端号码”，手持机、车载台） ¾ 个人的移动性 （特定的“个人号码”，SIM卡方式支持的业 务）
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1.2.1 半双工
¾ 指通信的双方在通信的过程中既能发射信号也能接收信号，而
另一方只能是单工工作。
¾ 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。 ¾ 目前集群移动通信系统大多数采用半双工方式工作。
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19
1.2.1 双工制(full-duplex）
是指通信双方可同时进行传输消息的工作方式，即双工通 的任一方在发话的同时也能听到对方讲话，而且不用按键 实现收发同时进行的一种方式。 特点：不管是否发话，发射机总是工作的，故电能消耗大， 这对以电池为电源的移动台不利。 蜂窝电话系统采用准双工方式工作，即移动台只是在工作 才打开发射机，而接收机总是工作的。 目前可分为频分双工（FDD）和时分双工（TDD）
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14
1.2 移动通信系统的分类
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15
1.2 通信系统的分类
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16
1.2.1 移动通信的工作方式
按通信状态和频率使用方法划分，移动通信系统 工作方式分为：
单工制(half-duplex or simplex)
半双工 双工制(full-duplex or dumplex)
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30
1.4 移动通信系统组成
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31
1.4 蜂窝移动通信系统结构
¾ 基站分系统(BSS)：基站收发信机(BTS)、基站控 制器(BSC) ¾ 移动分系统(MS)：手持台、车载台 ¾ 交换分系统(MSS)：移动交换机(MSC)、位置寄存 器(HLR、VLR)、鉴权中心(AUC)等 ¾ 操作与支持系统(OSS)：操作维护中心(OMC)、网 络管理中心(NMC)等
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11
1.1 移动通信的主要特点（3）
¾移动通信可以利用的频谱资源有限，而移动通 信业务量却与日俱增
9开辟和启用新的频段 9提高频谱利用率 9有限频谱资源的合理分配和严格管理 ¾移动通信系统的网络结构多种多样，网络的控 制与管理必须有效 9网络结构的形状：带状、面状和立体状
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研究方法：
9 理论分析 根据直射、折射、反射、散射和透射等波动现象，用电
磁波理论计算电波传播电路径损耗及有关信道参数 9 根据实测数据进行统计分析，以建立预测模型
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1.5.3 多址方式
¾多址方式的基本类型： 9 FDMA、TDMA、CDMA、SDMA以及这些基本类型的 混合多址方式
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1.5.1 调制技术（1）
模拟移动通信系统：FM 数字移动通信系统：数字调制技术，其要求：
9 已调信号的频谱窄和带外衰减快（即所占频带窄） 9 抗干扰和抗噪声能力强 9 适宜在衰落信道中传输 9 易于采用相干解调和非相干解调
实际应用的数字调制技术
9 线性调制技术：QPSK(IS-95CDMA)、π/4QPSK(D-AMPS) 频谱利用率高，但要求有线性功率放大器
9 频分双工（FDD） 9 时分双工 (TDD)
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1.2.1 单工制(half-duplex or simplex)
收发不能同时进行的通信方式。即通信双方同时只能有一 方发送信号，而另一方接收信号。由（PTT键）转换收、发。 根据收、发频率的异同，又可分为同频单工和异频单工。 （以下仅讨论同频单工）
教学参考书（一）
¾ 李建东等著，《移动通信》（第四版），西安电子 工业出版社。（主要参考书）
¾ 邬国扬等著，《蜂窝通信》，西安电子工业出版社。 ¾蔡涛等译，《无线通信原理与应用》，电子工业出版 社。
¾郭梯云编，《数字移动通信》（修订本），人民邮电 出版社
¾许希斌等著，《CDMA系统工程手册》，人民邮电出 版社。
9 移动管理功能
在漫游和越区过程
9 无线资源管理
为尽可能地提高通信系统的频谱利用率和通 信容量
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1.6 移动通信的发展概况
¾1.6.1 移动通信的发展历史 ¾1.6.2 移动通信市场 ¾1.6.3 第一代移动通信简介 ¾1.6.4 第二代移动通信简介 ¾1.6.5 第三代移动通信简介 ¾1.6.6 未来移动通信的发展趋向 ¾1.6.7 移动通信的发展目标—个人通信 ¾1.6.8 标准化组织
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2
教学目标
¾ [教学目标]:以现代移动通信系统为背景，主要讲 述蜂窝移动通信的基本概念和典型移动通信系统 （GSM,GPRS,IS-95,WCDMA）的基本原理。
¾ [教学重点]：移动通信中的基本概念，蜂窝移 动通信的组网原理和移动通信系统结构。
¾ [教学要求]：强调基本概念、基本原理，内容新， 范围广，主要为现有、正在发展和未来技术为主。
¾ 通信网的智能化和无线化使两者统一起来： 个人通信网或个人1.0 移动通信的基本概念和目标（二）
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9
1.1 移动通信的主要特点（1）
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10
1.1 移动通信的主要特点（2）
¾ 移动通信必须利用无线电波进行信息传输 9 传输载体：无线电波，位置不受束缚
牙）
陆地公众蜂窝移动通信系统是移动通信系统的代表，也 是发展最快的系统。
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1.3 常用移动通信系统 寻呼移动通信系统：
公共电话网 PSTN
自动寻呼终端 寻呼数据处理中心
发射塔
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1.3 常用移动通信系统
无绳移动通信系统：
基站
市话程控制交换机
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1.3 常用移动通信系统
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1.4 上/下行链路
空中接口
前向信道
BTS
MS 反向信道
上行链路 BTS
下行链路
BSC
MSC
公网
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33
1.5 移动通信的基本技术
¾ 1.5.1 调制技术 ¾ 1.5.2 移动信道中的电波传播特性 ¾ 1.5.3 多址方式 ¾ 1.5.4 抗干扰措施 ¾ 1.5.5 组网技术
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20
1.2.1 双工制－－ 频分双工（FDD)
频 分 双 工 ( FDD)： 就 是 收 与 发 用 两 个 不 同 的 频 率 （有一定频率间隔要求）来实现双工通信.
图 频同分济大双学工徐娟制式
21
1.2.1 双工制－－频分双工制的优缺点
FDD的优点为： 使用方便，不需收发控制操作，特别适用于无线电 话系统使用，便于与公众电话网接口。 适用于模拟的系统也适用于数字的系统
9 无线电波的传播特性一般都很差
• 扩散损耗 • 多径传播引起的多径衰落和时延扩展 • 阴影衰落 • Dopple频移，产生随机调频
¾ 移动通信在复杂的干扰环境下运行的
9 外部干扰：天电干扰、工业干扰和信道噪声
9 系统本身和不同系统之间产生的干扰：邻道干扰、 互调干扰、共道干扰、多址干扰和远近效应等
9 CDMA的扩频调制方式：
• OFDM-CDMA(正交频分复用-码分多址) • MC-CDMA(根据业务需求提供不同的传输速率) • VSG-CDMA（可变扩频增益的码分多址）
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1.5.2 移动信道中的电波传播特性
移动信道中电波传播特性：
9 自由空间传播所引起的扩散损耗 9 多径传播所引起的多径衰落 9 阴影效应引起的慢衰落 9 多普勒效应引起的随机调频
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35
1.5.1 调制技术（2）
9 恒包络（连续相位）调制技术：GMSK(GSM)
频谱利用率低于线性调制技术，但对功率放大器没有线性 要求
9 振幅和相位联合调制(QAM)技术
• VR-QAM(根据移动信道特性的好坏可自适应地改变QAM 的电平数）
• MC-QAM(减少码间干扰和时延扩展的影响)
频率
时间
23
1.2.1 双工制－－时分双工的优点
TDD方式不需要双工器，这就减少了用户单元和 基站的费用。 TDD使收发信道的宽度可变。因此可以满足不同 速率的信息传送。 TDD占用不用成对相隔45M的频率信道，不但频 率利用率高，而且不会为找不到成对的频率带来 频率管理上的麻烦。 只适用于数字系统。因为数字系统才能进行时隙 上的划分。
学有所获！
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3
教学内容
第一章：移动通信概述
（4课时）
第二章：调制解调
（4课时）
第三章：移动信道的传播特性
（6课时）
第四章：抗衰落技术
（4课时）
第五章：组网技术
（4课时）
第六章：时分多址(TDMA)数字蜂窝网 （6课时）
第七章：码分多址(CDMA)移动通信系统 （6课时）
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4
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5
教学参考书（二）
¾孙立新等编，《第三代移动通信技术》，人民邮电 出版社 ¾啜 钢等编，《移动通信原理与应用》，北京邮电 出版社
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6
第一章 移动通信概述
¾ 主要内容：
0 移动通信的基本概念和目标
1 移动通信的主要特点
2 移动通信系统的分类
3 常用移动通信系统
4 移动通信系统组成
12
1.1 移动通信的主要特点（4）
9 网络的管理与控制：
9 用户的登记、定位和跟踪 9 通信链路的建立和拆除 9 信道的分配和管理 9 通信的计费、鉴权、安全和保密管理
¾ 移动通信设备必须适用于移动环境中使用,移 动终端成为个人消费品。
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13
1.1 移动通信面临的核心问题（5）
在满足用户服务质量的前提下，提高频谱利用 率，提高系统容量，提供多种服务是公众移动 通信的核心问题。
移动通信
第一章 移动通信概论
徐娟 同济大学电子信息学院
2007年9月
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1
有关本课程的几个问题
¾ 为什么选本课程：
移动通信与IP技术（因特网）是近年来信息技术领域的
两大热点。
感兴趣想了解一些有关知识。 ¾如何讲课：
非理论基础，注重基本概念和基本原理。 目标：“内容最新、范围广泛”
¾利用跳频（如GSM)和扩频(CDMA)提高通信系统的综 合抗干扰能力
¾采用扇形天线、多波束天线和自适应天线阵列－－ －－减少蜂窝网络中的共道干扰
¾干扰抵消和多用户信号检测技术－－减少CDMA通信 系统中的多址干扰
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39
¾ 网络结构 ¾ 网络接口
1.5.5 组网技术（一）
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其缺点为 移动台不能互相直接通话，而要通过基站转接。 由于发射机通常处于连续发射状态，电源耗电量较 大。
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1.2.1 双工制－－ 时分双工（TDD）
即基站和移动台的上行和下行信道分别用不同的 时隙来收发信息，以实现双工通信。
反向信道
前向信道
频率分隔 FDD
反向信道 前向信道
时间分隔 同济大T学DD徐娟