511移动通信网络基础

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511移动通信网络基础
世界移动通信的发展：
第一阶段：二十世纪20年代至40年代初 第二阶段：40年代中至60年代末 第三阶段：70年代至80年代 第四阶段：90年代至今 中国移动通信的发展
第一代、第二代、第2.5代、第三代 第一阶段：运用在专用系统和军事通信
使用频段主要是短波段 人工交换和人工切换频率
移动通信设备采用电子管，又大又笨重，效果很差 代表：美国底特律警察局。

第二阶段：开始运用于民用系统，采用大区制覆盖
主要使用VHF （甚高频）频段150MHZ ，后期400MHZ 从人工交换到专用自动交换系统
移动通信设备小型化
代表：1946年圣路易斯城建立了世界第一个公共汽车交网城市系统。

国家：美国、英国、日本、德国、韩国、北欧，开始应用汽车公用无线电话（MTS 或IMTS ）
第三阶段：开始运用于个人领域，使用频段为800/900MHZ 集成交换系统，移动设备小型化 系统大容量化，信息传输实时化 第一代移动通信系统（1G ）时代 美国bell 实验室推出的蜂窝系统的概念 1973年提出1G 、1978年试验成功。

1983年商用 典型系统：
通信系统（3G ）的具体的设计，规划和实施阶段。

2G 是以数字传输，时分多址或码分多址为主体技术的通信系统
典型的2G 系统：欧洲的GSM 、美国的DAMPS 、IS －95ACDMA
日本的JDC
典型的3G 系统：北美的CDMA2000、欧洲的WCDMA
中国的TD-SCDMA
传输数据提升：速率低 覆盖面：大区制 蜂窝系统
用户量：小 大 带宽：窄带 宽带
ITU ：国际电信联盟 IMT-2000：国际移动电话系统-2000 IMT-2000规范、目标和特征
标准全球性、频带全球性、终端全球性、漫游全球性、移动
业务质量更高，频率使用效率更高，数据传输速率更高。

高速的分组数据传输速率：
固定位置：2Mbps 、步行384Kbps 、高速运行：144Kbps 第三代移动通信系统是国际电信联盟（ITU ）在1985年首
先提出的，当时被称为未来公众陆地移动通信系统FPLMTS ，1996
年ITU 正式将其更名为全球移动通信系统IMT-2000，意即工作在2000MHZ 频段。

移动通信网络的演进线路：
无线数据传输速率随着移动通信网络的演进而提高：
中国移动通信的发展：
第一代（
1G ）：80年代，90年代初，只支持话音业务，采
用英国TACS 体制。

中国第一个宏蜂窝公用移动通信系统（150MHZ ）由邮电部第一研究所研制，于1980年在上海建立试用。

1987年冬，11月18日中国第一个蜂窝制移动网络在广州市开通蜂窝移动电话业务。

第一代（1G ）移动通讯的特点：
易受干扰、保密性差、系统容量小，提供有限的业务
手机体积大价格昂贵
第二代（2G ）移动通信网络： 1992
年在嘉兴地区引入第二代数字移动蜂窝网GSM 系统开始运转
第二代（2G ）移动通信的提点：
◆ 系统容量提高，话音质量更好，便于实现通信安全 ◆ 能提供多种业务服务，提高通信系统的通用性 ◆ 能实现更有效灵活的网络管理和控制 ◆ 可降低设备成本和减小用户手机的体积和重量 第三代（
3G ）移动听信网络特点：
◆ 数字制式、语音质量更好、通信安全保密性好
◆ 系统容量大、采用包交换技术
◆ 支持高速的数据业务
中国的移动电话用户增长量：
2001年突破1亿，1.3亿用户 2000年2亿用户
2006年6月突破4亿，4.2亿用户
移动通信的复杂性：
发射信号传播方式的多样式
◆直射、反射、绕射、漫反射（多经效应）
◆移动产生的特殊效应（远近、阴影、多普勒）
移动通信的分类：
按工作方式分类：单工、双工、半双工
按多趾方式分类：FDMA频分多趾、TDMA时分多趾、CDMA码分多趾按信号形式分类：模拟网、数字网
移动通信系统主要功能部件：
□移动台（MS）、基站系统（BSS）、网络交换中心（NSS）
□操作维护系统（OMS）
大区制移动通信系统：
◇信号传输损耗通信距离有限
◇覆盖范围30-50km、发射频率20-200W、天线很高（>30m）
◇网络构简单、频道数目少、没有无线交换机、直接与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
◇频率利用率低。

1974年Bell提出蜂窝（Cell）的概念
蜂窝系统种类：宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝、智能蜂窝
宏蜂窝：
◇每小区的覆盖半径大多为1～25km
◇用于大面积覆盖、基站天线置于相对较高的地方
◇基站的发射功率较强、存在热点和盲点问题
微蜂窝：
◇覆盖半径大约为30～300m
◇发射功率相对较小，一般在1～2W
◇基站天线置于相对低的地方、用于解决热点和盲点问题
微微蜂窝：
◇微蜂窝的一种、覆盖半径更小、一般只有几十米
◇基站发射功率更小、用于解决热点和盲点问题
切换：
◇在通话过程中
◇从一个小区覆盖区域移动到另外一个小区的覆盖区域发生切换原因：信号强度问题或干扰问题
漫游：子网络与子网络之间的通信链路、漫游协议
OSI七层结构：（从下至上）
物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层应用层
OSI参考模型每一层的功能是独立的。

它利用下一层提供的服务为
其上一层服务，每一层都与其它层的具体实现无关
原语：请求、指示、相应、确认
逻辑网络的概念：物理网络：物理层和数据链路层
逻辑网络：物理网络和网络层移动通信标准化的重要性和内容：
◇没有标准化，通信技术会呈现多样性
◇没有标准化，，网络缺乏互联设备，互通困难
◇没有标准化，无法大规模生产，通信设备价格因此而昂贵
欧洲电信标准协会（ETSI）
北美地区的标准化组织：电子工业协会（EIA）
电信工业协会（TIA）
美国电气及电子工程师学会（IEEE）IEEE802 传输介质：
□同轴电缆：易受低频干扰
□双绞线：传输数字信号和模拟信号，易受高频电波干扰,误码率高□光线：抗雷击，不能自由弯曲、抗拉性差
无线电波：它克服了有线电缆铺设的即昂贵又费时的缺点，而且解决了一些特殊地点的网络覆盖，但易受干扰。

ITU对波段取了正式名称：
LF：低频、 MF：中频、 HF：高频、
VHF：甚高频、 UHF：特高频 SHF:超高频 EHF：极高频THF：
传送方式分为：单工、半双工、双工
双工又分为：频分双工（FDD）、时分双工（TDD）
传输方式分为：串序传输、并序传输、同步传输、异步传输传输速率有两种表示方式：码元速率（波特B）
信息速率（比特/秒 bps）
换算N进制：设信息速率为R
b
（bit/s）,码元速率为R
BN
(B)
信息速率为R
b
＝R
BN
log
2
N （bit/s）
码元速率为R
BN
= R
b
/log
2
N (B)
数字编码分为：
□信源编码
□信道编码
移动通信对语音编码的要求如下：
□速率较低，纯编码速率应低于16kbps
□在一定编码速率下，音质应尽可能高
□编码时延应较短，控制在几十毫秒以内
□算法复杂程度适中，易于大规模集成
□在强噪声环境中，算法应具有较好的抗误码率，保证话音质量
信源编码技术：波形编码、参量编码、混合编码
波形编码特点：适应能力强、语音质量好；
编码速率高，对宽带要求高
脉冲编码调制（PCM）、增量调制（△M）
脉冲编码调制（PCM）：
□采样：8000次/秒有采样频率
□量化：每个采样用8比特表示
□编码：64kbps速率
参量编码特点：实现低速率语音编码；话音质量只能达到中等
比特率可压缩到2Kbit/s ～ 4.8Kbit/s
自然度较低，线性预测编码（LPC）
混合编码特点：低速率(0.8kbps～16kbps),高语音合成质量
规则脉冲激励长期预测编码（RPE-LTP）GSM
码激励线性预测编码（CELP）CDMA
多脉冲激励线性预测编码（MPLPC）
2
规则脉冲激励长期预测编码（RPE-LTP）
按时间分组，每20ms一组，260bps数字信号，信源编码速率13kbps
码激励线性预测编码（CELP）
原始波形存在码本中，对应波形，编码后的速率不固定1.2～9.6kbps
差错控制方式：反馈纠错、前向纠错、混合纠错
移动通信中常用的信道编码：
奇偶校验码、重复码、循环冗余校验码、卷积码、交织◇奇偶校验码特点：
编码速率较高
只能发现奇数个错误，平衡奇偶
查码重（非零直）个数
错误过多，加冗余过少
◇重复码特点：
编码和解码速率较高
信道有效利用率低
平衡数率
◇循环冗余校验码（CRC）特点：
严密的数学理论基础
编码和解码设备都中等复杂
检错和纠错能力较强。

数据信息M（x）、生成式G（x）、R＝G（x）－1
待发送的编码T（x）
◇卷积码特点：
编码简单、编码设备简单、性能高
解码远比编码复杂，限制了编码的相关长度
适合解离散的差错，对于连续的差错效果不理想
K约束长度、R编码效率
◇交织特点：
不增加冗余信息
配合卷积码一起完成对连续错误的纠错
编码和解码简单
调制方式分为：基带传输（数字）、频带传输（模拟）
调制的目的：
便于信息的传输
改变信号占据的带宽，改善系统性能
便于多路多址传输
模拟信号的调制方式：
调幅方式（AM）、调频方式（FM）、调相方式（PM）
基本的数字调制方式：
移幅键控（ASK）、移频键控（FSK）、移相键控（PSK）移相键控调制（PSK）：
二相移相键控（BPSK）、四相移相键控（QPSK）
交错四相移相键控（OQPSK）
π/4四相移相键控（π/4QPSK）
移频键控（FSK）
最小移频键控（MSK）、高斯最小移频键控（GMSK）
◇由传输距离引起的路径损耗
◇由阴影效应引起的损耗
◇由多经传播引起的信号衰落
◇由其它发射机发射的干扰信号
◇由外部环境中的噪声引起的干扰
传输距离引起的路径损耗：
距离越远损耗越大
信号频率低时的传输损耗小
信号频率高时的传输损耗大
衰落的分类：
慢衰弱、快衰弱、空间衰弱（减少衰弱的用分集接收）干扰的种类：
互调干扰、同频干扰、邻频干扰
噪声的种类：
内部噪声（热噪声、散弹噪声、闪烁噪声）
外部噪声（大气噪声、银河系噪声、人为噪声）
分集技术的分类：
空间分集、极化分集、路径分集
空间分集：用2个以上的天线收同一个信号>3.3m
克服了多经衰弱、接收需要多个接收天线
空间分集是利用场强随空间的随机变化而实现的，空间距离越大多经传播的差异越大所接收场强的相关性越小
扩展频谱通信系统的概念：
简称扩谱或扩频，是指需要传输信号的频谱用某个特定的扩频函数扩展后成为宽频信号，送入信道中传输；接收时，再利用一定技术将其还原，从而获取高质量传输信号的通信系统
扩展频谱系统必须满足以下两条准则：
1、传输带宽远远大于被传送的原始信息的带宽
2、传输带宽主要由扩频函数决定，扩频函数常用伪随机编码信号
对信源编码扩大128倍 CDMA
≥1～2倍窄带 GSM、≥50倍宽带、≥100倍扩频系统
解扩频要求接收端和发射端要有同样的扩频码
扩展频谱通信的分类：
直接序列扩频频谱系统（DS－SS）伪随机码在调制之前
跳频扩展频谱系统（FH－SS）、跳时扩展频谱系统（TH－SS）扩展频谱通信的主要优点：
抗干扰性能好、保密性好
低通量密度（单位频段上的能量大小，可以防止对地面通信的干扰）
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功率单位： 分贝瓦（dBW ） 10L g PO/1W=dBW 、 10L g 2=3 dB 与dB 不能运算
分贝毫瓦（dBm ） 10L g PO/1mW=dBm 10mW ＝10dBm 100mW ＝20dBm
GSM 手机的最大发射功率2W 换算成分贝值为33dBm 、CDMA 手机的最大发射功率200mW 换算成分贝值为23dBm 差错率： 误帧率、误码率、误信率 相对强度：载干比、信噪比 dBW ±dBW ＝dB dBm ±dBm ＝dB 重点：
传输介质：有线/无线， 无线介质：电磁波的频率（ƒ） 电磁波的传输特性：衰落（d 、ƒ）噪声、干扰、多经、环境 衰落：快/慢衰落，与频率有关 干扰：同频、邻频 噪声：内、外 多址方式：FDMA 、TDMA 、CDMA
控制方式：单工、双工、半双工 多工方式：FDD 、TDD 质量衡量方法：dB 、S/N 、C/I
质量衡量单位：dBW 、dBm 扩频：DS －SS 、FH －
SS。