移动通信技术第一章概述

1.4.1 蜂窝移动通信系统
• 早期的移动通信系统的大区覆盖和蜂窝通 信系统的小区覆盖
小区半径R，同频小区中心距离D；同频复用比 Q=D/R=sqrt(3N),N簇的大小，通常4,7,12,19
• 蜂窝通信网络把整个服务区域划分成若干个小区， 各小区均用基站发射机进行覆盖。 • 相邻小区不允许使用相同的频道，否则会发生同 道干扰。 • 把若干相邻的小区按一定的数目划分成区群，并 把可供使用的无线频道分成若干个（等于区群中 的小区数）频率组，区群内各小区均使用不同的 频率组，而任一小区所使用的频率组，在其他区 群相应的小区中还可以再利用。
• 第二阶段从20世纪40年代中期至60年代初 期。
– 公用移动通信业务开始问世。 – 美国贝尔实验室完成了人工交换系统的接续问 题。 – 特点是从专用移动网向公用移动网过渡，接续 方式为人工，网络的容量较小。
• 第三阶段从20世纪60年代中期至70年代中 期。
– 美国推出了改进型移动电话系统（IMTS），采 用大区制、中小容量，实现了无线频道自动选 择并能够自动接续到公用电话网。 – 这一阶段是移动通信系统改进与完善的阶段， 其特点是采用大区制、中小容量，实现了自动 选频与自动接续。
第三代(3G)以多媒体业务为主要特征。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。引入了多用户检测、智能天线和Turbo编码等新技术。 第四代移动通信技术4G，采用OFDM,MIMO为核心，广泛采用自适应调制编码 AMC AMC和混合自动重传HARQ。下图为3GPP的演进进程。 HARQ 3GPP
移动通信系统的构成
HLR/AUC C、D BTS
(基站控制器) A (基站收发信台)
BSC MSC/VLR
BTS
(基站收发信台) (基站控制 器)
ISDN(综综综综综综综) PLMN(公公公公公公综) PSTN(公公公公公公综) PSPDN(分分公公公公综分综) SC
(短信息业务中心)
BTS
(基站收发信台)
AMPS（先进移动电话系统）
• 1979年，美国开始AMPS汽车电话实验，83年开通业务， 使用800/900MHz频段，年增长率30%-40%；采用FDMA接 入技术、调频模拟电话信号和蜂窝技术，乃第一代模拟蜂 窝系统。之后英国的TACS（全接入系统），北欧的NMT， 日本的NAMTS 项目 频段/MHz AMPS 825-845 870-890 30 FDMA 10k/s TACS 890-915 935-960 25 FDMA 8k/s
0.2参考书 目录
1 张传福等，第三代移动通信，电子工业出版社 2 陈威兵等，移动通信系统，清华大学出版社 3 张海君，大话移动通信，清华大学出版社 4 Wireless Communications, Andreas F. Molisch,电子版社 5 畷 刚等，移动通信原理与应用，北京邮电大学出版社
1.3.2 传输信号模式类别
• 从信号模式的角度，移动通信系统分为模 拟网和数字网。 • 数字通信系统的主要优点可归纳如下：
– （1）频谱利用率高，有利于提高系统容量。 – （2）能提供多种业务服务，提高通信系统的通 用性。 – （3）可采用编码、均衡、分集接收等技术措施 提高抗噪声、抗干扰和抗多径衰落的能力
1.4.2 无绳电话系统
• 无绳电话机是把普通的电话单机分成座机和手机 两部分，座机与有线电话网连接，手机与座机之 间利用无线方式进行连接，这样允许携带手机的 用户可以在一定范围内自由活动时进行通话。功 率下、省电、方便和价格低廉。
CT0/CT1 一主一副/多副 形式 一主一副 多副 调制方式 模拟 作用区域 室内 发射功率(mW) 20/25 发射功率 50米/200米 覆盖半径 米 米 信道数 10 频率范围(MHz) 频率范围 45.250-45.475
3
0.3课程考核方法
• 作业 20% • 研究报告 10% • 考试 70%
0.4移动通信的概念
• 古老通信方式
• • • • • • • 烽火通信 信鸽 长跑 旗语 通信塔 书信 电报
移动通信
蜂窝移动通信 无绳电话。。 。移动卫星通信
无线通信
移动通信
宽带无线接入 IEEE802.11 802.16等
电 磁 波 谱 图
1.3 移动通信的分类
• 从传输方式的角度，无线通信分单向传输 （广播式）和双向传输（应答式）。
– 单向传输主要用于无线电寻呼系统。 – 双向传输有单工、双工和半双工三种工作方式。
• 单工通信是指通信双方电台交替地进行收 信和发信。
• 单工通信常用于点到点通信，如图所示。 • 单工通信根据收、发频率的异同，又可分 为同频单工和异频单工。
频道间隔/kHz 接入方式 控制信号传输速率
• 第五阶段从20世纪80年代中期开始。
– 数字移动通信系统发展和成熟的时期。 – 以AMPS和TACS为代表的第一代蜂窝移动通信网 是模拟系统，暴露了一些问题。例如，频谱利 用率低，移动设备复杂，费用较高，业务种类 受限制，以及通话易被窃听等，最主要的问题 是其容量已不能满足日益增长的移动用户需求。 – 解决这些问题的方法是开发新一代数字蜂窝移 动通信系统，即第二代移动通信系统。
– 第二代移动通信以GSM（Groupe Speciale Mobile）和窄 带CDMA（N-CDMA）两大移动通信系统（标准）为代 表。 • 欧洲首先推的GSM，又称全球移动通信系统的体系。 始于1982年，90年代实施。 • 1991年美国Qualcomm提议的一个系统被TIA采纳， 正式颁布的窄带CDMA（N-CDMA）标准，这就是IS95A。IS-95A进一步发展为新的标准IS-95B。 – 在这一阶段的后期已经开始着手于第三代移动通信系 统的讨论。
• 移动通信基本上围绕基于语音业务的通信网络和基于数据 传输的通信网络发展。 • 前者又分为以蜂窝网为代表的高功率宽域网和以无绳电话 网为代表的低功率局域网。 • 后者又可分为宽带LAN之类的高速局域网和移动数据网之 类的低速宽域网。
常用移动通信系统
• • • • • • • • 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.4 1.4.5 1.4.6 1.4.7 1.4.8 蜂窝移动通信系统 无绳电话系统 集群移动通信系统 移动卫星通信系统 分组无线网 GPRS通信系统 N-CDMA系统 第三代移动通信
移动通信在3GPP中的演进进程
4G
• 第四代(4G)以宽带高速数据传输为主要特征，目前正在IMT-Advanced框架下进 行标准化。其中3GPP组织提出的LTE/LTE-Advanced、IEEE组织提出的WiMax 802.16m以及3GPP2组织提出的UMB是代表性的标准草案。
• 信道继续采用第三代(3G)中所采用的所有行之有效的措施； • 为了支持高速数据传输，采用了OFDMA/SC-FDMA高效多 址接入技术，可以灵活动态地支持从低速VoIP业务到超高 速的视频业务； • 全面引入了MIMO技术，通过与OFDMA技术结合，进一步 提高了系统频谱效率； • 广泛采用了自适应编码调制(AMC)与混合自动重传(HARQ) 技术，更好地动态适配变化； • 采用小区间干扰协调技术，有效克服同频干扰
1.3.3 通信承载业务类别
• 从承载业务的角度，移动通信可以分为语 音通信和数据通信。 • 不同类型的业务通常有不同的要求。
– 语音业务对传输时延比较敏感，而在数据通信 中用户可以接受一定的时延。 – 电话通信建立时间对通话者来说，没有明显的 影响；数据业务服务不允许存在长的建立时间。 – 分组语音可允许相对较大的误码和分组丢失； 数据分组则要求比较严格。
BSC E A bis OMC
(操作和维修中心)
F MSC/VLR EIR
(设备识别寄存器)
第1章 移动通信概述 章
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1.1 移动通信发展概况
• 现代移动通信技术经历了六个阶段。 • 第一阶段从20世纪20年代至40年代，为早 期发展阶段。
– 在短波几个频段上开发出专用移动通信系统 。 – 这个阶段可以认为是现代移动通信的起步阶段， 特点是由专用系统开发，工作频率较低。
1.2 移动通信的特点
• 移动通信特点：
– （1）移动通信必须利用无线电波进行信息传输， 存在阴影效应、多径效应和多普勒频移 阴影效应、 阴影效应 多径效应和多普勒频移。 – （2）移动通信是在复杂的干扰环境中运行。 – （3）可以利用的频谱资源有限 – （4）系统网络必须具有好的管理和控制功能， 如用户的登记、计费鉴权、安全和保密管理； 信道的分配管理，以及切换和漫游的控制。
2种数字移动通信系统的主要参数
参数 欧洲GSM 890-915；935-960 1710-1785；1805-1880 200 TDMA/FDMA 8 16 美国CDMA 824-849 869-894 1250 CDMA/FDMA 61
工作频段/MHz
射频间隔/KHZ
接入方式
每频道业务信道数
• 第六阶段，国际电信联盟ITU1994年未来陆地移动通信系统FPLMTS的 建议，就是3G,内容涵盖1.所支持的业务框架；2.网络结构、无线接口、 频谱考虑、语音、语音频带数据性要求。1995年更名为IMT-2000。 IMT-2000对无线传输技术RTT的要求: • 高传输速度，支持多媒体业务 • 传输速率按需分配 • 上/下行链路适应不对称要求 • ITU提交的10个提案经过多次融合，形成5个地面无线传输标准： • IMT-2000 CDMA DS, 即WCDMA，即欧洲的通用移动通信系统UMTS • IMT-2000 CDMA TDD,TD-SCDMA • IMT-2000 CDMA MC, cdma 2000
– （4）能实现更有效、灵活的网络管理和控制。 – （5）便于实现通信的安全保密。 – （6）可降低设备成本，同时减小用户手机的体 积和重量。
• 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，如 图所示。 • 半双工通信的组成与上图相似，移动台采 用类似单工的“按讲”方式，即按下按讲 开关，发射机才工作，而接收机总是工作 的。
无线传感 器网络
北邮莫尔斯电报码校训：厚德博学，敬业乐群
0.5 历史是如何开始的？
• 无线通信的奠基者
马可尼
赫兹
麦克斯韦“电磁场的动力理论”
1901年27岁马可尼进行了跨大西洋的，英格兰到加拿大纽芬兰的无 线通信。1909年获诺贝尔物理学奖，由于无线电报做出的贡献
06 移动通信及其系统组成
移动通信系统实现whenever, wherever, whoever与 whomever进行任何形式（whatever）的通信
第0章 移动通信引言 章
信息科学技术学院 通信工程系
宋利民 slm@
特别感谢：王旭东 何荣希 吴楠老师
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0.1教材
• 移动通信基础 • Mobile Radio Foundations
• 西安电子科技大学信息科学研究所 杨家玮，盛敏 刘勤 编著 • 电子工业出版社
移动通信之中国
• 自1987年上海开通TACS制式的900MHz的模拟蜂窝 移动电话系统(TACS) ，高塔，大功率发射机， 50km半径、120KHz带宽，半双工语音服务 • 1994年，广东GSM数字移动通信网，初期容量5万 • 2009年5月底，全国移动电话用户数已达到6.8亿， 成为全球头号移动用户大国。第二代移动通信 GSM系统是全球第一，规模最大、用户最多 • 2008年12月31日，批准发放3G牌照，第三代移动 通信，中国移动运营TD-SCDMA、中国电信运营 cdma2000、中国联通运营WCDMA，我国已经进 入3G移动通信的全面运营阶段

• 第四阶段从20世纪70年代中期至80年代中 期。
– 代表系统包括：美国贝尔实验室成功研制出先 进移动电话系统（AMPS） ，日本推出800 MHz 汽车电话系统（HAMTS） ，英国开发出全地址 通信系统（TACS）。 – 这一阶段的特点是蜂窝状移动通信网成为实用 系统，并在世界各地迅速发展，形成了所谓的 第一代移动通信系统。