移动通信原理与应用.ppt

移动通信的概念移动通信的概念移动通信的基本特点移动通信的基本特点移动通信的发展移动通信的发展工作频段工作频段分类及应用系统分类及应用系统发展趋势发展趋势n移动通信移动通信系指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息交换的通信系指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息交换的通信方式。方式。u包括固定点与移动体（车辆、船舶、飞机）之间、移动体之间、移动的包括固定点与移动体（车辆、船舶、飞机）之间、移动体之间、移动的人之间的通信，都属于移动通信的范畴人之间的通信，都属于移动通信的范畴 。u移动通信涵义的关键点就在于移动通信涵义的关键点就在于“动中通动中通”，它的突出特点是移动性，主，它的突出特点是移动性，主要表现在终端的移动性、业务的移动性以及个人身份（如要表现在终端的移动性、业务的移动性以及个人身份（如SIMSIM卡）的移动卡）的移动性上。性上。n移动通信是有线、无线相结合的通信方式移动通信是有线、无线相结合的通信方式u无线接入无线接入u有线或无线传输有线或无线传输u计算机控制计算机控制 移动通信的范畴移动通信的范畴n移动通信系统包括无绳电话、无线寻呼、陆地蜂窝移动通信、卫星移移动通信系统包括无绳电话、无线寻呼、陆地蜂窝移动通信、卫星移动通信等。动通信等。n现代通信技术的进步和发展基于微电子学的发展，特别是微处理器、现代通信技术的进步和发展基于微电子学的发展，特别是微处理器、大规模和超大规模集成电路、数字信号处理器和专用集芯片等，为通大规模和超大规模集成电路、数字信号处理器和专用集芯片等，为通信设备的数字化和小型通信服务的综合化奠定了基础。信设备的数字化和小型通信服务的综合化奠定了基础。n移动通信和卫星通信、光纤通信一起被列为现代通信领域的三大新兴移动通信和卫星通信、光纤通信一起被列为现代通信领域的三大新兴的通信技术手段。的通信技术手段。移动通信与其他通信方式相比，主要有以下特点：移动通信与其他通信方式相比，主要有以下特点：1.1.无线电波传播复杂无线电波传播复杂2. 2. 多普勒频移产生调制噪声多普勒频移产生调制噪声3. 3. 移动台受噪声的骚扰并在强干扰情况下工作移动台受噪声的骚扰并在强干扰情况下工作4. 4. 对移动台的要求高对移动台的要求高5. 5. 通道容量有限通道容量有限6. 6. 通信系统复杂通信系统复杂n无线电波传播复杂u移动通信的频率范围：移动通信的频率范围： 高频（高频（VHF，30300MHz）；）； 特高频特高频（UHF，3003000MHz）内。）内。u 这个频段的特点是：这个频段的特点是：u 传播距离在视距范围内，通常为几十千米；传播距离在视距范围内，通常为几十千米；u 天线短，抗干扰能力强；天线短，抗干扰能力强；u 以地表面波、电离层反射波、直射波和散射波等以地表面波、电离层反射波、直射波和散射波等 方式传播，受方式传播，受地形地物影响很大地形地物影响很大.n电波传播条件恶劣，存在严重的多径衰落电波传播条件恶劣，存在严重的多径衰落 u多径传播多径传播条件：地形、地物（建筑物）条件：地形、地物（建筑物）u多径衰落多径衰落传播的途径不同，到达接收点时的幅度和相位都不一样，移动传播的途径不同，到达接收点时的幅度和相位都不一样，移动台在行进途中接收信号的电平起伏不定可能严重地影响通话质台在行进途中接收信号的电平起伏不定可能严重地影响通话质量量 u要求：要求：在移动通信系统设计时，必须具有一定的抗衰落能力和储在移动通信系统设计时，必须具有一定的抗衰落能力和储备备 n阴影效应u类似于阳光受到建筑物的阻挡产生阴影一样，电磁波在传输过程类似于阳光受到建筑物的阻挡产生阴影一样，电磁波在传输过程中，受到建筑物的阻挡，信号只有少部分传送到接收地点，使接中，受到建筑物的阻挡，信号只有少部分传送到接收地点，使接收信号的电平起伏变化，即产生阴影效应。收信号的电平起伏变化，即产生阴影效应。n具有多普勒效应具有多普勒效应u由于移动台的不断运动，当达到一定速度时，如超音速飞机，固定点接收到由于移动台的不断运动，当达到一定速度时，如超音速飞机，固定点接收到的载波频率将随运动速度的载波频率将随运动速度v v的不同，产生不同的频移，即产生多普勒效的不同，产生不同的频移，即产生多普勒效应，使接收点的信号场强振幅、相位随时间、地点而不断地变化应，使接收点的信号场强振幅、相位随时间、地点而不断地变化式中式中 v v 移动速度移动速度 波长波长 入射波与移动台移动方向之间的夹角入射波与移动台移动方向之间的夹角nMSMS运动方向面向地面站，运动方向面向地面站，fdfd为正值，反之为负。为正值，反之为负。n信号经过不同方向传播，其多径分量造成接收机信号的多普勒扩散，因而增加了信号经过不同方向传播，其多径分量造成接收机信号的多普勒扩散，因而增加了信号带宽。工作频率越高，频移越大对信号传输的影响也越大。信号带宽。工作频率越高，频移越大对信号传输的影响也越大。n要求：为防止多普勒效应对通信系统的影响，对地面设备的接收机采用锁相技术要求：为防止多普勒效应对通信系统的影响，对地面设备的接收机采用锁相技术（VCOVCO）cosdvf两个或多个信号作用在通信设备的非线性器件上，产生同有用信号频率两个或多个信号作用在通信设备的非线性器件上，产生同有用信号频率相近的组合频率，从而构成干扰相近的组合频率，从而构成干扰;要求：要求：移动通信设备必须具有良好的选择性移动通信设备必须具有良好的选择性相邻或邻近的信道（或频道）之间，相邻或邻近的信道（或频道）之间，由于一个强信号串扰弱信号而造成由于一个强信号串扰弱信号而造成的干扰的干扰;要求：要求：移动设备中使用自动功率控制电路（移动设备中使用自动功率控制电路（APCAPC）相同载频电台之间的干扰相同载频电台之间的干扰;要求：在组网时予以充分重视频率配置要求：在组网时予以充分重视频率配置 n通信系统复杂通信系统复杂u用户经常移动，与用户经常移动，与BSBS无固定联系无固定联系u要求：采用跟踪交换技术要求：采用跟踪交换技术位置登记、越区切换、漫游位置登记、越区切换、漫游1. 无线蜂窝式小区覆盖和小功率发射无线蜂窝式小区覆盖和小功率发射n 蜂窝式组网放弃了点对点传输和广播覆盖模式，将一个移动蜂窝式组网放弃了点对点传输和广播覆盖模式，将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图形的覆盖区通信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图形的覆盖区域，称为蜂窝小区。域，称为蜂窝小区。n基本的小区类型有：基本的小区类型有：u超小区：小区半径超小区：小区半径r20kmr20km，适于人口稀少的农村地区。，适于人口稀少的农村地区。u宏小区：小区半径宏小区：小区半径r r1 120km20km，适于高速公路和人口稠密的地区。，适于高速公路和人口稠密的地区。 u微小区：小区半径微小区：小区半径r r0.10.11km1km，适于城市繁华区段。，适于城市繁华区段。u微微小区：小区半径微微小区：小区半径r0.1kmr0.1km，适于办公室、家庭等移动应用环境。，适于办公室、家庭等移动应用环境。2. 频率覆盖频率覆盖n蜂窝系统的基站工作频率，由于传播损耗提供足够的隔离度，在相隔一蜂窝系统的基站工作频率，由于传播损耗提供足够的隔离度，在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一组工作频率，称为频率复用。定距离的另一个基站可以重复使用同一组工作频率，称为频率复用。 3. 多信道共用和越区切换多信道共用和越区切换n多信道共用技术利用信道占用的间断性，使许多用户能够任意地、合理多信道共用技术利用信道占用的间断性，使许多用户能够任意地、合理地选择信道，以提高信道的使用效率，这与市话用户共同享有中继线相地选择信道，以提高信道的使用效率，这与市话用户共同享有中继线相类似。类似。4. 无线通信优势与有线网络优势的理想互联无线通信优势与有线网络优势的理想互联n移动信息通过基站和移动业务交换中心进入公众电信网或其他移动网，移动信息通过基站和移动业务交换中心进入公众电信网或其他移动网，实现移动用户与市话用户、移动用户与移动用户，以及移动用户与长途实现移动用户与市话用户、移动用户与移动用户，以及移动用户与长途用户之间的通信。用户之间的通信。n移动通信系统是移动体之间、移动体和固定用户之间，以及固移动通信系统是移动体之间、移动体和固定用户之间，以及固定用户与移动体之间，能够建立许多信息传输通道的通信系统。定用户与移动体之间，能够建立许多信息传输通道的通信系统。基站基站基站基站SS7MSC2（访问（访问MSCMSC）用户变成用户变成 漫游者漫游者BSSBSSSSOMSPSTNMSC1（归属移动交换中心）（归属移动交换中心）SSSSn图图1-4示出了典型的蜂窝移动通信系统。移动通信无线服务区由示出了典型的蜂窝移动通信系统。移动通信无线服务区由许多正六边形小区覆盖而成，呈蜂窝状，通过接口与公众通信许多正六边形小区覆盖而成，呈蜂窝状，通过接口与公众通信网（网（PSTN、PSDN）互联。移动通信系统包括移动交换子系统）互联。移动通信系统包括移动交换子系统（SS）、操作维护管理子系（）、操作维护管理子系（OMS）和基站子系统）和基站子系统BSS(通常包通常包括移动台括移动台(MS)，是一个完整的信息传输实体。，是一个完整的信息传输实体。n移动通信中建立一个呼叫是由移动通信中建立一个呼叫是由BSS和和SS共同完成的；共同完成的；BSS提供并提供并管理管理MS和和SS之间的无线传输通道，之间的无线传输通道，SS负责呼叫控制功能，所有负责呼叫控制功能，所有的呼叫都是经由的呼叫都是经由SS建立连接的；建立连接的；OMS负责管理控制整个移动网。负责管理控制整个移动网。nMS也是一个子系统。它实际上是由移动终端设备和用户数据两也是一个子系统。它实际上是由移动终端设备和用户数据两部分组成的，移动终端设备称为移动设备；用户数据存放在一部分组成的，移动终端设备称为移动设备；用户数据存放在一个与移动设备可分离的数据模块中，此数据模块称为用户识别个与移动设备可分离的数据模块中，此数据模块称为用户识别卡（卡（SIM）。）。1.2.1 移动通信的发展历程移动通信的发展历程先驱者先驱者：1946年第一个推出移动电话年第一个推出移动电话AT&T A/D接入方式接入方式 典型代表典型代表第一代（第一代（1G）模拟蜂窝系统模拟蜂窝系统 FDMA美国美国AMPS系统，欧洲系统，欧洲TACS系统系统第二代（第二代（2G）数字蜂窝系统数字蜂窝系统 TDMAGSM系统系统 CDMAN-CDMA系统系统 目标目标典型代表典型代表过渡代（过渡代（2.5G）高速传输高速传输GPRS, CDMA20001X系统系统第三代（第三代（3G）全球漫游，高质量多媒体业务，全球漫游，高质量多媒体业务，系统容量、管理能力、保密性系统容量、管理能力、保密性和服务质量均有很大改善和服务质量均有很大改善欧洲欧洲WCDMA系统，北美系统，北美CDMA2000系统，中国系统，中国TD-SCDMA系统系统第四代（第四代（4G）高速率，各种数据话音业务，全高速率，各种数据话音业务，全IP，多协议，新技术多协议，新技术目前还没有一个目前还没有一个4G网络的标网络的标准结构准结构 技术驱动技术驱动AMPSTACSNMT其它第一代 80年代模拟模拟调频模拟调频频分多址频分多址业务驱动业务驱动GSMCDMA IS95TDMAIS-136PDC第二代 90年代数字数字调制数字调制时分时分/码分多址码分多址第三代 IMT-2000UMTSWCDMAcdma2000TD-SCDMA宽带数字宽带数字码分码分 / 时分多址时分多址第四代2015 LTE OFDM/MIMO第一代模拟蜂窝通信系统123121312313213123232频分复用n1G代表系统：u北美的北美的AMPS（高级移动电话业务）（高级移动电话业务）u英国英国TACS(全接入通信系统全接入通信系统)u北欧北欧NMT（北欧移动电话）（北欧移动电话）n缺点：u各系统间没有公共接口。各系统间没有公共接口。