01第一講 移動通信概述

1、信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信技術移動通信技術 主講人：王彬 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 o 本課程的目標本課程的目標 o 重點與難點重點與難點 o 教學計劃及學習方法教學計劃及學習方法 o 參考資料參考資料 o 考試問題考試問題 課程介紹 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 o 掌握移動通信系統(tǒng)的基本概念 o 熟悉無線通信的基本技術和原理 o 認真實驗，掌握初步的測試和系統(tǒng)分析方法 學習目標學習目標 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 o重點： 現(xiàn)代移動通信的基本概念 移動信道的電波傳播和信道分析 蜂窩移動通信系統(tǒng)的組網(wǎng)原理 現(xiàn)代移

2、動通信系統(tǒng)的關鍵技術 移動通信的系統(tǒng)結構 第三代移動通信系統(tǒng) p難點： 現(xiàn)代移動通信的基本概念、發(fā)展及現(xiàn)狀 移動信道的基本概念和初步定量分析方法 現(xiàn)代移動通信GSM、CDMA的相關技術 重點和難點 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 教學計劃教學計劃 內容學時安排 無線技術概論2 信道特性4 抗衰落技術4 編碼、調制4 蜂窩通信技術4 組網(wǎng)技術FDMA、TDMA、CDMA、SDMA4 GSM特征及其結構/信道特性2 數(shù)字傳輸2 信令協(xié)議2 移動性管理4 GRPS2 CDMAIS-95 CDMA與蜂窩6 CDMA的功率控制與切換技術 接口與信令 3GTD-SCDMA2 WCDMA,

3、CDMA20002 未來通信的展望未來移動通信2 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 o學時有限，學好移動通信以自學為主（圖書館、報紙、雜志、網(wǎng)絡等途徑） o按時到課、認真聽課，不提前請假無任何理由缺席 o勤于思考，尋找規(guī)律 o認真完成作業(yè)，禁止抄襲 學習方法學習方法 o現(xiàn)代通信原理，各種編碼調制技術。 o復變函數(shù) o信號與系統(tǒng) n付氏和拉氏變換 n信號的時域和頻域表示 n卷積 n自相關函數(shù)、互相關函數(shù)、功率譜等 o電路原理/高頻電子電路 基礎知識要求基礎知識要求 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 o移動通信原理與應用 啜鋼等編著，北京郵電大學出版社。（主要參考書

4、） o3G移動網(wǎng)W-CDMA AND cdma2000 for 3G Mobile Networks 粟欣譯，人民郵電出版社 oTD-SCDMA第三代移動通信系統(tǒng)技術與實現(xiàn) 謝顯中著，電子工業(yè)出版社。 o蜂窩網(wǎng)絡規(guī)劃與優(yōu)化基礎 Ajay R.Mishra 著，電子工業(yè)出版社。 o移動通信原理 吳偉陵等著，電子工業(yè)出版社。 更多內容請通過互聯(lián)網(wǎng)學習。 參考書目 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 參考書目參考書目 o現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)，祁玉生等著，通信工程叢書，人民郵電出版社。 o數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)，趙榮黎編著，電子工業(yè)出版社。 o無線通信原理與應用，蔡濤等譯，電子工業(yè)出版社。 o

5、CDMA擴頻通信原理，美A. J. 維特比著，李世鶴等譯，人民郵電出 版社 oGSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)，駱健霞等譯，電子工業(yè)出版社。 oCDMA系統(tǒng)工程手冊，許希斌等著，人民郵電出版社。 o第三代移動通信系統(tǒng)原理與工程設計， IS-95 CDMA和cdma2000， 美Vijay K. Garg等，于鵬等譯，電子工業(yè)出版社 o第三代移動通信技術，孫立新等編，人民郵電出版社 o移動通信在線 http:/ o通信專業(yè)網(wǎng) http:/ 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 o 期末考試70%，實驗課20%，平時成績10% o 缺課按10分/次扣期末成績，扣分下限為0分 o 答疑時間和地點另

6、行通知 關于答疑和考試 信息與電子工程學院 通信工程系 第一課 概述 移動通信技術 移動通信移動通信 指通信的雙方，或至少有一方處于移動狀態(tài)下進行信 息交換的通信就叫做移動通信。換句話說，移動通信解 決因為人的移動而產生的”動中通”的問題。 問題問題1：什么是移動通信？：什么是移動通信？ 如何理解如何理解“移動移動” 終端移動：手持機、車載機 個人移動：在SIM卡的支持下用任何手機都可以入網(wǎng) 業(yè)務移動：200/300業(yè)務等 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 移動通信概述移動通信概述 通信網(wǎng)的智能化和無線化使三者統(tǒng)一起來：個人通信網(wǎng)或者個 人通信業(yè)務。 信息與電子工程學院 通信工

7、程系 移動通信移動通信 移動通信的網(wǎng)絡構成移動通信的網(wǎng)絡構成 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 通信發(fā)展歷程通信發(fā)展歷程 最早的通信方式？ 烽火臺 書信等 電話 電 空間受到限制 電磁波 1897年馬可尼 第一次嘗試無線通信 移動通信發(fā)展歷程：移動通信發(fā)展歷程： u第一代模擬移動通信第一代模擬移動通信 u第二代數(shù)字移動通信第二代數(shù)字移動通信 u第三代移動通信第三代移動通信 本部分內容請閱讀參考書第七至第十二頁本部分內容請閱讀參考書第七至第十二頁 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 移動通信發(fā)展歷程移動通信發(fā)展歷程 o1897年，馬可尼在陸地和一艘拖船上完成無線通信

8、實驗，標志無線通 信的開始（電報？沒有話音通信） o1928年，美國警用車輛的車載無線電系統(tǒng)，標志無線通信開始進入實 用 o1946年，BELL實驗室在圣路易斯建立第一個公用汽車電話網(wǎng) o1974年，BELL實驗室提出蜂窩移動通信的概念 o1980s，第一代移動通信系統(tǒng)，1983年美國的AMPS，1980年北歐 的NMT，1979年日本的NAMTS，1985年英國的TACS o1990s，第二代移動通信系統(tǒng)，1992歐洲的GSM系統(tǒng)標準（同時， 第三代移動通信開始研發(fā)），1991年美國提出的IS-54，1993年日 本提出的PDC。1993年美國提出IS-95 o2000s，第三代移動通信系統(tǒng)

9、，DS-CDMA(WCDMA),MC-CDMA(美 國的cdma2000).TD- SCDMA,非主流：UMC-136,E-DECT 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 中國移動通信的發(fā)展中國移動通信的發(fā)展 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 中國移動通信的現(xiàn)狀中國移動通信的現(xiàn)狀 o2006年8月21，信息產業(yè)部發(fā)布統(tǒng)計，中國手機用戶已超過4.317億 o美國某公司預計，2010年中國手機用戶6.35億 普及率50% 欣欣向榮欣欣向榮？ 中國在中國在GSMGSM系統(tǒng)中并沒有占有多少市場分系統(tǒng)中并沒有占有多少市場分 額額 為什么？ 協(xié)議協(xié)議-知識產權知識產權 所以中國

10、要研發(fā)自己的通信協(xié)議標準所以中國要研發(fā)自己的通信協(xié)議標準 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 第一代移動通信系統(tǒng)第一代移動通信系統(tǒng) o 蜂窩小區(qū)系統(tǒng)設計-頻率再用（復用？） o 把軍用系統(tǒng)轉為民用系統(tǒng)，解決了大容量需求與有限 頻譜資源之間的矛盾 o 模擬系統(tǒng)-語音信號 o FM傳輸 o FDMA多址方式 以模擬通信為特征的移動通信系統(tǒng)以模擬通信為特征的移動通信系統(tǒng) 主要代表：美國主要代表：美國AMPSAMPS，英國，英國TACSTACS系統(tǒng)系統(tǒng) 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 第二代移動通信系統(tǒng)第二代移動通信系統(tǒng) o 以數(shù)字通信為特征 o 主要制式有： 歐洲的G

11、SM TDMA制式 北美的CDMAONE（IS-95CDMA） CDMA制式 北美的DAMPS(IS-54) TDMA制式 日本的PDC TDMA制式 o 特點： n微蜂窩小區(qū)結構 n更優(yōu)的空分復用，提高用戶數(shù)量 n數(shù)字化技術語音信號數(shù)字化 n新的調制方式，GSSK,QPSK等， nTDMA,CDMA 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 第二代移動通信系統(tǒng)第二代移動通信系統(tǒng) o 優(yōu)點 n頻譜利用率高，系統(tǒng)容量大 n能提供多種業(yè)務服務，提高通信系統(tǒng)的通用性 n抗噪聲、抗干擾、抗多徑衰落能力強 n能實現(xiàn)更有效、靈活的網(wǎng)絡管理和控制 n便于實現(xiàn)通信安全保密 n可降低設備成本，減小用戶手

12、機的體積和重量 o 技術 nGPRS技術（通用無線分組業(yè)務）為GSM系統(tǒng)無線業(yè)務提供了高速數(shù)據(jù)通道 nCDMA在中國已經比較成熟 n日本在移動通信上實現(xiàn)無線互聯(lián)網(wǎng)應用，開創(chuàng)了無線數(shù)據(jù)業(yè)務的新時代 n中國在無線數(shù)據(jù)應用領域已經得到發(fā)展 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 o缺陷 n 沒有形成全球統(tǒng)一的標準系統(tǒng) n 業(yè)務單一（特別是對數(shù)據(jù)業(yè)務的支持） n 無法實現(xiàn)全球漫游 n 通信容量不足 第二代移動通信系統(tǒng)第二代移動通信系統(tǒng) 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 上次課回顧上次課回顧 o移動通信的基本概念 o移動通信的發(fā)展歷程 n 第一代移動通信：模擬通信為特征 n 第

13、二代移動通信：數(shù)字通信為特征 n 第三代移動通信：IMT2000 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 本次課主要內容本次課主要內容 o 第三代移動通信：IMT2000 o 移動通信的分類 o 移動通信的主要性能指標 o 移動通信的特征 o 下次課內容 蜂窩移動通信的組網(wǎng)原理，請同學們預習 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 第三代移動通信系統(tǒng)為 IMT-2000 International Mobile Telecommunication 2000 o 標準已經確定 TD-SCDMA,WCDMA,CDMA2000 o 2001年

14、日本商用，中國香港地區(qū)也已經開始商用 o 中國大陸即將投入商用 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 第三代移動通信的目標第三代移動通信的目標 “IMT-2000”：第三代移動通信系統(tǒng)的總目標 工作在2GHz頻段，2000左右商用，支持的速率2000kbps o全球化 要求多種技術在多種環(huán)境下統(tǒng)一標準、統(tǒng)一頻率。以實現(xiàn)全球無縫覆蓋 o綜合化 傳輸業(yè)務的綜合化，要求系統(tǒng)能傳輸話音、寬帶數(shù)據(jù)、視頻圖像等多種 業(yè)務，滿足信息化社會的需要 o個人化 系統(tǒng)具有足夠的容量潛力和多種用戶管理能力，支持個人的移動性，滿 足巨大的個人通信的需求 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 第三

15、代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) o 特點 n微蜂窩結構 n寬帶CDMA技術 n調制方式，QPSK/自適應調制 nFDMA/TDMA/CDMA n電路交換-分組交換 n從媒體（media）到多媒體（multi-media） 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) o 標準 WCDMA IMT-DS Direct Spread CDMA2000 IMT-MS Multi Carrier TD-SCDMA IMT-TS Time-Code CDMA Paired Spectrum TDMA Unpaired Spectrum Freedom of M

16、obile multimedia Access 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) o兩種寬帶CDMA技術的比較 CDMA2000WCDMA 最小寬帶1.25MHz的.11倍5MHz 采用技術類型多載波（MC）單載波的寬帶直接序列擴頻 碼片速率1.2288Mcps的.11倍3.8MCPS 基站間同步同步，需要GPS異步，不需要GPS 下行信道導頻采用獨立的連續(xù)導頻，業(yè)務碼道共 用（CM） 采用連續(xù)導頻附加導頻符號與 業(yè)務數(shù)據(jù)流時分復用（TM） 幀長20ms10ms 話音編碼可變速率固定速率 功率控制速度800160

17、0 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 第三代移動通信終端第三代移動通信終端 o中國3G終端 2003年重慶郵電學院研發(fā)制造中國第一部3G手機 2005年研發(fā)3G手機核心芯片 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 移動通信的發(fā)展目標：個人通信移動通信的發(fā)展目標：個人通信 o Whoever 無論任何人 o Whenever 在任何時候 o Wherever 在任何地方 o Whomever 與任何人 o Whatever 通過任何一種方式 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 三代移動通信之比較三代移動通信之比較 第一代第二代第三代 模擬（蜂窩）數(shù)字（雙模

18、，雙頻）多模式，多頻 話音通信話音和數(shù)據(jù)通信（低速 數(shù)據(jù)通信9.6Kbps， GPRS170Kbps左右） 各種通信新業(yè)務2mbps左右 宏小區(qū)220KM宏/微小區(qū)衛(wèi)星/宏/微/微微小區(qū)（網(wǎng)絡規(guī)劃更 為復雜） 與PSTN完全不同固定PSTN的補充與PSTN綜合，作為信息技術的業(yè) 務的補充 以企業(yè)用戶為中心企事業(yè)和消費者通信用戶 主要接入技術 FDMA TDMA,N-CDMA,MC- CDMA WCDMA, MC-CDMA NMT,AMPS,TACSGSM,IS-136,PDCWCDMA,TD-SCDMA,CDMA2000 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 移動通信的分類移動通信

19、的分類 o 按工作方式分類-單工、雙工(TDD,FDD) 半雙工 o 按多址方式分類-FDMA、TDMA、CDMA、SDMA o 按信號形式分類-模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng) o 按覆蓋范圍分類-城域網(wǎng)，局域網(wǎng)，個域網(wǎng) o 按業(yè)務類型分類-電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、綜合業(yè)務網(wǎng)、多媒體 o 按服務特性分類-專用網(wǎng)，公用網(wǎng) o 按使用環(huán)境分類-陸地通信、海上通信、空中通信 o 按使用對象分類-民用系統(tǒng)、軍用系統(tǒng) 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 移動通信的分類移動通信的分類 o 蜂窩移動電話網(wǎng) o 集群通信系統(tǒng) o 衛(wèi)星移動通信 o 無線尋呼 o 無繩電話 o 廣播電視網(wǎng) 信息與電子工程學院 通信工程系

20、移動通信移動通信 通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類 通信網(wǎng)核心網(wǎng) 接入網(wǎng) 無線接入有線接入 光纖接入 PON、APON 混合光纖同軸網(wǎng) Cable Modem DSL（ADSL、HDSL） 接入方式 衛(wèi)星接入 高空平臺接入 蜂窩接入 微波接入 FWA、WLL WLAN PAN 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 移動通信的工作方式移動通信的工作方式 發(fā) 射 機發(fā) 射 機 接 收 機接 收 機 發(fā) 射 機發(fā) 射 機 接 收 機接 收 機 f1f1 f1f1 f1f1 f1f1 f1f1 A AB B f2f2 f1f1 f2f2 發(fā) 射 機發(fā) 射 機 接 收 機接 收 機 發(fā) 射 機發(fā)

21、 射 機 接 收 機接 收 機 f1f1 f1f1 f2f2 移 動 臺 A移 動 臺 A 基 站 B基 站 B f2f2 f1f1 f2f2 發(fā) 射 機發(fā) 射 機 接 收 機接 收 機 發(fā) 射 機發(fā) 射 機 接 收 機接 收 機 f1f1 f1f1 f2f2 移 動 臺 A移 動 臺 A 基 站 B基 站 B 雙雙 工工 器器 單工方式：收發(fā)交替進行 同頻單工、雙頻單工 半雙工方式：一方雙工，一方單工 全雙工方式：一方雙工，一方單工 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 移動通信的基本概念移動通信的基本概念 o 最基本通信系統(tǒng)結構 o 對一個可用的公用通信系統(tǒng)來說，應該增加控制環(huán)

22、節(jié) 發(fā)送端信道 信道接收端 交換機 控制/中繼等 o 單工通信變?yōu)槿p工，那么我們可以得到如下的系統(tǒng) 終端A信道 信道終端B 交換機 控制/中繼等 問題問題2 2：考慮移動通信有哪些特殊情況：考慮移動通信有哪些特殊情況 發(fā)送端傳播介質接收端 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 移動通信的特殊之處移動通信的特殊之處 移動臺 （終端A） 移動臺 （終端B） 信道 無線基站 （無線交換機） 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 PSTN BTS MSC BTS IP網(wǎng)關網(wǎng)關 移動通信的特殊之處移動通信的特殊之處 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 移動通信的特

23、殊之處移動通信的特殊之處 針對一般意義上的通信系統(tǒng)而言，移動通信的主要特點有： o 信道 無線環(huán)境-傳輸方式電磁波，介質為大氣 o 終端 安全（抗震等）、便攜（體積、重量）、低耗、美觀 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 由無線環(huán)境決定的移動通信特點由無線環(huán)境決定的移動通信特點 o 根據(jù)傳輸距離的平方與信號強度成反比，隨距離的增大， 信號衰減嚴重，導致彌散損失； o 傳輸介質中地形錯綜復雜，電磁波多方向反射。導致接收 端接收信號之幅度、相位到達時間之不同，產生多徑衰減； o 大氣介質中的多種干擾 外部干擾：天電、工業(yè)，瘋子們 內部干擾：鄰道干擾、互調干擾、共道干擾、多址干擾、 遠

24、近效應等。 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 由無線環(huán)境決定的移動通信特點由無線環(huán)境決定的移動通信特點 o 有限的頻譜資源和日益增長的用戶數(shù)量之間的矛盾： 模擬-數(shù)字 擴展新頻段 提高信道利用率（信號壓縮，合理的信道分配等） p 區(qū)域人群密度要求有效的網(wǎng)絡管理（覆蓋） 如帶狀分布的鐵路、公路等，還有航線(?) p 開放的傳輸模式，要求有效的安全控制機制 登記、定位、鑒權、保密，當然還有計費 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 由終端（移動臺）決定的特點由終端（移動臺）決定的特點 o 手機 體積、重量、低耗、操作方便 o 車載或者機載移動臺 保證抗震動、抗沖擊、耐高

25、溫等 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信網(wǎng)的性能指標 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 話音質量和信噪比要求話音質量和信噪比要求 o 話音傳輸質量以接收機輸出端音頻頻帶內的信噪比 S/N或載噪比C/N來表示，業(yè)務種類不同，要求不同 （公網(wǎng)高，專網(wǎng)低）。 o 移動數(shù)據(jù)傳輸常用誤碼率，一般只有10-4左右，常 用糾錯等方法提高。 o 誤碼率一般用Eb/No（歸一化信噪比）作為常數(shù)來 計算，Eb/No為折合到接收機輸入端的比特能量Eb與 噪聲的單邊功率譜密度No之比值。 信息與電子工程學院 通信工程系 移動通信移動通信 話音質量和信噪比要求話音質量和信噪比要求 話音質量的評定往往采用主觀評定的辦法，CCITT將評 分質量分為五級