无线通信导论20101117
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——无线通信无处不在
…… S-UMTS Satellite Broadband Zigbee UWB DVB-T DAB SDH UMTS ++ UMTS GPRS/EDGE TETRA CDMA GSM GSM-R RFID Broadband W-LAN Bluetooth Personal Area Networks DECT IR xMDS Body LANs
分类
AMPS GSM\CDMA TD-SCDMA\WCDMA\CDMA2000 ……
特点
信息流双向 用户可以位于网络的任何地方 用户可以主呼可以被呼
微波通信系统
微波通信
微波通信是利用微波作为载波来携带信息并通过电波空间进行传输的一 种无线通信方式。
分类
地面微波中继通信 一点对多点微波通信 微波散射通信
144/384Kbps
5/10Mbps
100M~1Gbps
高速电路交换数据(HSCSD) 通用分组无线电业务(GPRS)
CDMA2000单载波增强方案( Cdma20001xEV) 高速下行链路分组接入 (HSDPA)
移动通信的发展
——宽带移动化
RAN
WAN
40 km 3-45 km
“Regional Area Network”
Satellite/HAPS
DVB-H
DVB-S
Broadcasting Microwave
Indoor
Local Area Networks Wireless Local Loop
Cellular mobile
蜂窝移动通信系统
蜂窝移动通信系统
蜂窝是指把一个通信服务区域分为若干个小无线覆盖区, 每个小区的半 径在0.5~20 km左右,用户容量可达上千个。每个小区设置一个基站, 负责本区移动台的联系和控制, 各个基站通过移动业务交换中心相互联 系, 并与市话局连接。
无线通信面临的问题
无线通信面临的问题
——同频道干扰和邻频道干扰
无线通信面临的问题
——频率资源受限
频谱有限wenku.baidu.com指配应用 特性不同,不同应用
无线通信面临的问题
----覆盖范围和频率的关系
Los = 32.44 + 20lg d(Km) + 20lg f(MHz)
频率和距离成反比
移动通信面临的问题
vertical: handover betw een system s
B3G/4G的目标
——可重构终端(Reconfigurable terminal)
((((( )))))
B3G/4G的关键技术
——未来移动通信系统(FuTURE)
研制完成宽带（20MHz）4G技术演示平台； 在载频3.4GHz、4×8天线配置，实现峰值传输 速率大于100Mbps，频谱利用率大于5bit/s/Hz； 支持多小区、多用户、多业务、切换、同频组 网等； 完成宽带4G技术演示平台，支持VoIP、流媒体、 高速数据下载、Internet、HDTV等业务。 FuTURE 4G
内容提要
无线通信的发展
B3G/4G/LTE的目标
无线通信面临的问题
B3G/4G/LTE关键技术
学习方法
无线通信面临的问题
——传输的开放性导致信号的衰落和干扰
无线通信面临的问题
——时间扩展和频率扩展
∆l
θ
无线通信面临的问题
——频率选择性和时间选择性衰落
无线通信面临的问题
——角度扩展带来空间选择性衰落
B3G/4G/LTE物理层的关键技术
——低密度奇偶校验码LDPC码
H=
c1 1 1 0 1 0 c1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 c2 c3 0 1 1 1 0 0 0 0 c1 03 c 2 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 c4 c5 c6 c7 c8 c9 c10 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 10 c4 c5 c6 c7 c8 c9 c0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 c11 0 1 0 1 1 c11 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 c12 0 1 0 0 1 c12 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 c13 0 1 0 0 0 c13 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 c14 0 1 0 0 c0 14 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 c15 c16 c17 c18 c19Gallager c20 0 0 0 0 1 1 1 1 10 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 c15 c16 c17 c18 c19 c20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0
D ig ita l B ro ad cast
P ossible R eturn C hannels
? full coverage ? global access ? full m obility ? not necessarily individual link s
P re-IM T-2000 C ellular Layer IM T-2000
B3G/4G/LTE物理层的关键技术
——软件无线电(SDR)
B3G/4G/LTE物理层的关键技术
——软件无线电(SDR)
B3G/4G/LTE物理层的关键技术
软件无线电(SDR)
低密度奇偶校验码(LDPC)
正交频分复用(OFDM) 智能天线(SA) 多输入多输出天线(MIMO) 宽带射频天线 自适应调制和编码 …
Satellite S-UMTS Broadband
Wireless IP Society 4th Generation
Cellular
Quasi-Cellular
Wireless Local Loop
B3G/4G的目标
——复合网(Composite network)
D istribution Layer
手机2w 手机0.2w
内容提要
无线通信的发展
B3G/4G/LTE的目标 无线通信面临的问题
B3G/4G/LTE关键技术 学习方法
B3G/4G/LTE的关键技术
软件无线电(SDR) 低密度奇偶校验码(LDPC) 正交频分复用(OFDM) 智能天线(SA) 多输入多输出天线(MIMO) 宽带射频天线 自适应调制和编码 … 无线资源管理 分组调度 接入管理控制 网络资源分配 IPv6 …
特点
抗干扰能力强，线路噪声不累积 保密性好 设备体积小，功耗低 组网灵活，建设周期短、成本低 对于地面远距离通信，采用“中继”传输
广播/电视通信系统
广播/电视
通过无线电波或通过导线向广大地区播送音响、图像节目的传播媒介， 统称为广播。只播送声音的，称为声音广播；播送图像和声音的，称为 电视广播。
分类
IEEE802.20
IEEE 802.22
54 - 862 MHz
移动通信的发展 ——移动通信的发展进程
移动通信的发展 ——移动通信的发展进程
Nationwide
Mobility
3.5G
Citywide
4G IMT-advanced
(-2015?) 2015
2G
3G
IMT-2000
(2001)
Low mobility
demodulate
Channel
Decrypt
Frequency despread
Multiple access
RCV
B3G/4G/LTE物理层的关键技术
软件无线电(SDR)
低密度奇偶校验码(LDPC) 正交频分复用(OFDM) 智能天线(SA) 多输入多输出天线(MIMO) (MIMO) 宽带射频天线 自适应调制和编码 ……
Nomadic Wireless Access (2002)
B3G
Millimeter-wave LAN 100 1000
Indoor/ FWA
0.1 1 10
Information Speed (Mbit/s)
移动通信的发展 ——移动通信的发展进程
The PAN The Immediate Environment Instant Partners
Radio Accesses
Interconnectivity
6 CyberWorld
内容提要
无线通信的发展 B3G/4G/LTE的目标
无线通信面临的问题 B3G/4G/LTE关键技术
学习方法
B3G/4G的目标 ——速率/业务
4G概念始于90年代末,2002年至今目标逐步明确 4G的目标 通信速率
B3G/4G/LTE物理层的关键技术
Source encode Format Encrypt Channel encode Multi plex Digital modulate Frequency spread Multiple access XMT
Synch ronization
Format Source decode Channel decode Demulti plex Digital
广播
调幅(中波,短波) 调频
电视
特点
信息单向传输 所有用户接收的相同 信息连续发送
卫星通信系统
卫星通信
利用人造地球卫星作为中继站转发无线 电波，在两个或多个地球站之间进行的 通信。
分类
静止轨道卫星(GEO)： 低轨道卫星（LEO）： LEO 中轨道卫星（MEO）：
700-1500km
低椭圆轨道
地球同步轨道
10000km MEO
特点
通信距离远，建站成本与通信距离无关 以广播方式工作，便于实现多址连接 通信容量大，传输的业务类型多 可以自发自收进行监测
高椭圆轨道
中椭圆轨道
??
无线局域网
无线局域网（WLAN）
WLAN是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，用无线方式 将计算机连接到因特网。
特点
传输数据率高 分组数据传输 802.11b、802.11a、802.11g
? full coverage and "hot spots" ? global roam ing ? full m obility ? individual link s
"H ot S pot" Layer
? local coverage ? "hot spots" ? global roam ing ? local m obility ? individual link s ? short range com m unication ? global roam ing ? individual link s
无线本地环
无线本地环（MMDS/LMDS）
本地多点分配业务（LMDS） 多信道多点分配业务（MMDS）
短距离无线通信系统
DECT IR Bluetooth RFID Zigbee UWB Ad-hoc
移动通信的发展
——移动宽带化
TD-SCDMA
4G B3G
7~14.4Kbps
57~115Kbps
无线与移动通信导论
姚冬苹
dpyao@bjtu.edu.cn
现代通信研究所
内容提要
无线通信的发展
B3G/4G/LTE的目标 无线通信面临的问题 B3G/4G/LTE关键技术
学习方法
内容提要
无线通信的发展
B3G/4G/LTE的目标 无线通信面临的问题 B3G/4G/LTE关键技术
学习方法
无线通信的发展
演示场景
移动台
FuTURE 4G试验网外场（校园平面图） 试验网外场（校园平面图）
基站
B3G/4G的关键技术
——未来移动通信系统(FuTURE)
网络采用 全IP通信新 体制，包括 核心网的IP 化及无线接 入部分的IP 化。
B3G/4G的关键技术
——未来移动通信系统(FuTURE)
网络结构方面，采用全新的 “多点分布式多天线”广义蜂 窝网络结构，分布式的接入方 式，实现网络分集和分集越区 切换，依靠多点分布式天线构 成虚拟基站。
----低的发射功率
下一代无线通信系统的要求 信息速率高达100Mbps～1Gbps 工作频率提高到5GHz或更高 传统传输方式无法满足 2GHz、2Mbps 2GHz 2Mbps GSM 基站43dbm(19-20w), Cdma 基站38dbm(6-7w), 5GHz、100Mbps——基站30W？
室内:100Mbps—1Gbps 室外步行:数10Mbps—数100Mbps 城区车速:数10Mbps
通信业务
移动实时多媒体 多种业务
基于IP的异构网络
B3G/4G的目标
——基于IP的复合可重构的网络
Broadband W-LAN Bluetooth DVB-S Personal Satellite/HAPS DECT DVB-T Area Networks IR DAB UMTS ++ Body LANs Indoor Broadband UMTS Broadcasting WFA GPRS/EDGE Local Area Networks MBS 60 MWS GSM MBS 40 xMDS
P ers onal N etwork Layer
F ixed (W ired) Layer
X X X X
X X X X
X X X
X X X X
? no m obility ? global roam ing ? individual link s
horizontal: handover w ithin a system
…… S-UMTS Satellite Broadband Zigbee UWB DVB-T DAB SDH UMTS ++ UMTS GPRS/EDGE TETRA CDMA GSM GSM-R RFID Broadband W-LAN Bluetooth Personal Area Networks DECT IR xMDS Body LANs
分类
AMPS GSM\CDMA TD-SCDMA\WCDMA\CDMA2000 ……
特点
信息流双向 用户可以位于网络的任何地方 用户可以主呼可以被呼
微波通信系统
微波通信
微波通信是利用微波作为载波来携带信息并通过电波空间进行传输的一 种无线通信方式。
分类
地面微波中继通信 一点对多点微波通信 微波散射通信
144/384Kbps
5/10Mbps
100M~1Gbps
高速电路交换数据(HSCSD) 通用分组无线电业务(GPRS)
CDMA2000单载波增强方案( Cdma20001xEV) 高速下行链路分组接入 (HSDPA)
移动通信的发展
——宽带移动化
RAN
WAN
40 km 3-45 km
“Regional Area Network”
Satellite/HAPS
DVB-H
DVB-S
Broadcasting Microwave
Indoor
Local Area Networks Wireless Local Loop
Cellular mobile
蜂窝移动通信系统
蜂窝移动通信系统
蜂窝是指把一个通信服务区域分为若干个小无线覆盖区, 每个小区的半 径在0.5~20 km左右,用户容量可达上千个。每个小区设置一个基站, 负责本区移动台的联系和控制, 各个基站通过移动业务交换中心相互联 系, 并与市话局连接。
无线通信面临的问题
无线通信面临的问题
——同频道干扰和邻频道干扰
无线通信面临的问题
——频率资源受限
频谱有限wenku.baidu.com指配应用 特性不同,不同应用
无线通信面临的问题
----覆盖范围和频率的关系
Los = 32.44 + 20lg d(Km) + 20lg f(MHz)
频率和距离成反比
移动通信面临的问题
vertical: handover betw een system s
B3G/4G的目标
——可重构终端(Reconfigurable terminal)
((((( )))))
B3G/4G的关键技术
——未来移动通信系统(FuTURE)
研制完成宽带（20MHz）4G技术演示平台； 在载频3.4GHz、4×8天线配置，实现峰值传输 速率大于100Mbps，频谱利用率大于5bit/s/Hz； 支持多小区、多用户、多业务、切换、同频组 网等； 完成宽带4G技术演示平台，支持VoIP、流媒体、 高速数据下载、Internet、HDTV等业务。 FuTURE 4G
内容提要
无线通信的发展
B3G/4G/LTE的目标
无线通信面临的问题
B3G/4G/LTE关键技术
学习方法
无线通信面临的问题
——传输的开放性导致信号的衰落和干扰
无线通信面临的问题
——时间扩展和频率扩展
∆l
θ
无线通信面临的问题
——频率选择性和时间选择性衰落
无线通信面临的问题
——角度扩展带来空间选择性衰落
B3G/4G/LTE物理层的关键技术
——低密度奇偶校验码LDPC码
H=
c1 1 1 0 1 0 c1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 c2 c3 0 1 1 1 0 0 0 0 c1 03 c 2 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 c4 c5 c6 c7 c8 c9 c10 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 10 c4 c5 c6 c7 c8 c9 c0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 c11 0 1 0 1 1 c11 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 c12 0 1 0 0 1 c12 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 c13 0 1 0 0 0 c13 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 c14 0 1 0 0 c0 14 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 c15 c16 c17 c18 c19Gallager c20 0 0 0 0 1 1 1 1 10 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 c15 c16 c17 c18 c19 c20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0
D ig ita l B ro ad cast
P ossible R eturn C hannels
? full coverage ? global access ? full m obility ? not necessarily individual link s
P re-IM T-2000 C ellular Layer IM T-2000
B3G/4G/LTE物理层的关键技术
——软件无线电(SDR)
B3G/4G/LTE物理层的关键技术
——软件无线电(SDR)
B3G/4G/LTE物理层的关键技术
软件无线电(SDR)
低密度奇偶校验码(LDPC)
正交频分复用(OFDM) 智能天线(SA) 多输入多输出天线(MIMO) 宽带射频天线 自适应调制和编码 …
Satellite S-UMTS Broadband
Wireless IP Society 4th Generation
Cellular
Quasi-Cellular
Wireless Local Loop
B3G/4G的目标
——复合网(Composite network)
D istribution Layer
手机2w 手机0.2w
内容提要
无线通信的发展
B3G/4G/LTE的目标 无线通信面临的问题
B3G/4G/LTE关键技术 学习方法
B3G/4G/LTE的关键技术
软件无线电(SDR) 低密度奇偶校验码(LDPC) 正交频分复用(OFDM) 智能天线(SA) 多输入多输出天线(MIMO) 宽带射频天线 自适应调制和编码 … 无线资源管理 分组调度 接入管理控制 网络资源分配 IPv6 …
特点
抗干扰能力强，线路噪声不累积 保密性好 设备体积小，功耗低 组网灵活，建设周期短、成本低 对于地面远距离通信，采用“中继”传输
广播/电视通信系统
广播/电视
通过无线电波或通过导线向广大地区播送音响、图像节目的传播媒介， 统称为广播。只播送声音的，称为声音广播；播送图像和声音的，称为 电视广播。
分类
IEEE802.20
IEEE 802.22
54 - 862 MHz
移动通信的发展 ——移动通信的发展进程
移动通信的发展 ——移动通信的发展进程
Nationwide
Mobility
3.5G
Citywide
4G IMT-advanced
(-2015?) 2015
2G
3G
IMT-2000
(2001)
Low mobility
demodulate
Channel
Decrypt
Frequency despread
Multiple access
RCV
B3G/4G/LTE物理层的关键技术
软件无线电(SDR)
低密度奇偶校验码(LDPC) 正交频分复用(OFDM) 智能天线(SA) 多输入多输出天线(MIMO) (MIMO) 宽带射频天线 自适应调制和编码 ……
Nomadic Wireless Access (2002)
B3G
Millimeter-wave LAN 100 1000
Indoor/ FWA
0.1 1 10
Information Speed (Mbit/s)
移动通信的发展 ——移动通信的发展进程
The PAN The Immediate Environment Instant Partners
Radio Accesses
Interconnectivity
6 CyberWorld
内容提要
无线通信的发展 B3G/4G/LTE的目标
无线通信面临的问题 B3G/4G/LTE关键技术
学习方法
B3G/4G的目标 ——速率/业务
4G概念始于90年代末,2002年至今目标逐步明确 4G的目标 通信速率
B3G/4G/LTE物理层的关键技术
Source encode Format Encrypt Channel encode Multi plex Digital modulate Frequency spread Multiple access XMT
Synch ronization
Format Source decode Channel decode Demulti plex Digital
广播
调幅(中波,短波) 调频
电视
特点
信息单向传输 所有用户接收的相同 信息连续发送
卫星通信系统
卫星通信
利用人造地球卫星作为中继站转发无线 电波，在两个或多个地球站之间进行的 通信。
分类
静止轨道卫星(GEO)： 低轨道卫星（LEO）： LEO 中轨道卫星（MEO）：
700-1500km
低椭圆轨道
地球同步轨道
10000km MEO
特点
通信距离远，建站成本与通信距离无关 以广播方式工作，便于实现多址连接 通信容量大，传输的业务类型多 可以自发自收进行监测
高椭圆轨道
中椭圆轨道
??
无线局域网
无线局域网（WLAN）
WLAN是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，用无线方式 将计算机连接到因特网。
特点
传输数据率高 分组数据传输 802.11b、802.11a、802.11g
? full coverage and "hot spots" ? global roam ing ? full m obility ? individual link s
"H ot S pot" Layer
? local coverage ? "hot spots" ? global roam ing ? local m obility ? individual link s ? short range com m unication ? global roam ing ? individual link s
无线本地环
无线本地环（MMDS/LMDS）
本地多点分配业务（LMDS） 多信道多点分配业务（MMDS）
短距离无线通信系统
DECT IR Bluetooth RFID Zigbee UWB Ad-hoc
移动通信的发展
——移动宽带化
TD-SCDMA
4G B3G
7~14.4Kbps
57~115Kbps
无线与移动通信导论
姚冬苹
dpyao@bjtu.edu.cn
现代通信研究所
内容提要
无线通信的发展
B3G/4G/LTE的目标 无线通信面临的问题 B3G/4G/LTE关键技术
学习方法
内容提要
无线通信的发展
B3G/4G/LTE的目标 无线通信面临的问题 B3G/4G/LTE关键技术
学习方法
无线通信的发展
演示场景
移动台
FuTURE 4G试验网外场（校园平面图） 试验网外场（校园平面图）
基站
B3G/4G的关键技术
——未来移动通信系统(FuTURE)
网络采用 全IP通信新 体制，包括 核心网的IP 化及无线接 入部分的IP 化。
B3G/4G的关键技术
——未来移动通信系统(FuTURE)
网络结构方面，采用全新的 “多点分布式多天线”广义蜂 窝网络结构，分布式的接入方 式，实现网络分集和分集越区 切换，依靠多点分布式天线构 成虚拟基站。
----低的发射功率
下一代无线通信系统的要求 信息速率高达100Mbps～1Gbps 工作频率提高到5GHz或更高 传统传输方式无法满足 2GHz、2Mbps 2GHz 2Mbps GSM 基站43dbm(19-20w), Cdma 基站38dbm(6-7w), 5GHz、100Mbps——基站30W？
室内:100Mbps—1Gbps 室外步行:数10Mbps—数100Mbps 城区车速:数10Mbps
通信业务
移动实时多媒体 多种业务
基于IP的异构网络
B3G/4G的目标
——基于IP的复合可重构的网络
Broadband W-LAN Bluetooth DVB-S Personal Satellite/HAPS DECT DVB-T Area Networks IR DAB UMTS ++ Body LANs Indoor Broadband UMTS Broadcasting WFA GPRS/EDGE Local Area Networks MBS 60 MWS GSM MBS 40 xMDS
P ers onal N etwork Layer
F ixed (W ired) Layer
X X X X
X X X X
X X X
X X X X
? no m obility ? global roam ing ? individual link s
horizontal: handover w ithin a system