個(gè)人通信章節(jié)件一章節(jié)課件

1、個(gè) 人 通 信趙婧華9/22/20221目 錄第一章 個(gè)人通信概述第二章 個(gè)人通信的技術(shù)基礎(chǔ)第三章 個(gè)人通信的空中接口第四章 動(dòng)態(tài)無(wú)線資源管理第五章 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和智能網(wǎng)絡(luò)管理第六章 個(gè)人通信的業(yè)務(wù)、業(yè)務(wù)量與頻譜分配第七章 典型系統(tǒng)9/22/20222第一章 個(gè)人通信概述1.1 個(gè)人通信基本概念1.2 個(gè)人通信提出的背景1.3 無(wú)線個(gè)人通信的主要系統(tǒng)1.4 無(wú)線個(gè)人通信的主要技術(shù)9/22/202231.1 個(gè)人通信基本概念概念：Schilling 教授：One PhoneFCC:3A ITU:5W 無(wú)論任何人(Whoever)在任何時(shí)候(Whenever)和任何地點(diǎn)(Wherever)都能和另一個(gè)

2、人(Whomever)進(jìn)行任何方式(Whatever)的通信。它是以個(gè)人為對(duì)象的通信技術(shù)。要素：個(gè)人通信碼大容量數(shù)據(jù)庫(kù) 共同的用戶接口9/22/202241個(gè)人通信系統(tǒng)功能（1）位置登記：當(dāng)用戶從一地移動(dòng)到另一地時(shí)，應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)自動(dòng)登記其新位置。（2）跟蹤交換局：根據(jù)用戶位置自動(dòng)選擇通達(dá)用戶所在交換局的路由。（3）號(hào)碼轉(zhuǎn)換：將個(gè)人通信中分配給用戶的邏輯號(hào)碼，轉(zhuǎn)換為標(biāo)志用戶終端實(shí)際網(wǎng)絡(luò)地址的物理號(hào)碼。（4）靈活計(jì)費(fèi)：由于個(gè)人通信是根據(jù)個(gè)人號(hào)碼向個(gè)人計(jì)費(fèi)，而不是向終端計(jì)費(fèi)，所以計(jì)費(fèi)功能必須靈活。（5）存儲(chǔ)巨量數(shù)據(jù)：要有超大容量的巨型數(shù)據(jù)庫(kù)，來(lái)隨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)量巨大的動(dòng)態(tài)用戶信息。1.1 個(gè)人通信基本概念9

3、/22/20226（6）安全保密：系統(tǒng)能夠可靠識(shí)別主叫用戶和被叫用戶，還要求用戶提供必要的口令和有權(quán)碼，確保有權(quán)用戶安全入網(wǎng)，并能提供用戶語(yǔ)音通信的保密性。（7）信令系統(tǒng):支持通信的控制和管理、跨網(wǎng)連接、尋呼用戶及出入數(shù)據(jù)庫(kù)等操作。 1.1 個(gè)人通信基本概念9/22/20227（1）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能網(wǎng)技術(shù)（2）多址接入技術(shù)（3）成本問題1.1 個(gè)人通信基本概念3影響其發(fā)展的主要技術(shù)因素和市場(chǎng)因素9/22/20229未來(lái)個(gè)人通信必將是多種通信手段的綜合運(yùn)用，作為將發(fā)展的個(gè)人通信網(wǎng)必須達(dá)到下列基本要求：1.必須是全數(shù)字化；2.要和PSTN（公共交換電信網(wǎng)）、PDN（公共數(shù)據(jù)網(wǎng)）和ISDN（綜合業(yè)務(wù)數(shù)

4、字網(wǎng)）相連接；3.具有用戶定位、越區(qū)、漫游等現(xiàn)代移動(dòng)通信的各種功能；4.單位面積所提供業(yè)務(wù)量可根據(jù)用戶密度進(jìn)行調(diào)整；5.用戶設(shè)備體積小、重量輕、價(jià)廉、可靠等。1.2 個(gè)人通信提出的背景9/22/202210銅線無(wú)線光纖繼電器電子管TrICLSIVLSIOEIC模擬電話用戶電話電路交換數(shù)據(jù)網(wǎng)分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)數(shù)字電話ISDN蜂窩移動(dòng)通信B-ISDNSDH/SONETSTMATMIN TMNPCN網(wǎng)絡(luò)能力基礎(chǔ)技術(shù)1900195019601970198019902000年1.2 個(gè)人通信提出的背景9/22/202211作為邁向個(gè)人通信的重要步驟，就是建立一個(gè)全球移動(dòng)通信網(wǎng)，該網(wǎng)在ITU中稱為FPLMTS

5、（the public land mobile telecommunications），在歐洲稱為UMTS（universal mobile telecommunication system）。這是一種以全球個(gè)人通信為目標(biāo)的系統(tǒng)，它的主要特征是以最終實(shí)現(xiàn)與ISDN、PSDN等固定網(wǎng)結(jié)合成一個(gè)世界規(guī)模的整體為前提，把數(shù)字無(wú)繩電話系統(tǒng)和數(shù)字蜂窩汽車電話系統(tǒng)綜合為一體，實(shí)現(xiàn)任何地方均可以用的地面系統(tǒng)，并通過(guò)衛(wèi)星系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在船上和飛機(jī)上的用戶通信。衛(wèi)星系統(tǒng)可以是對(duì)地靜止，或傾斜的橢圓軌道，或?qū)Φ厍虻蛙壍赖男l(wèi)星。因此可以認(rèn)為它是一個(gè)以蜂窩網(wǎng)、無(wú)繩電話系統(tǒng)和移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)為基礎(chǔ)的個(gè)人通信系統(tǒng)。1.3 個(gè)人

6、通信的主要系統(tǒng)9/22/202212 CT2 CT2+ DECT PHS PACS地區(qū)歐洲 加拿大 歐洲 日本 美國(guó)雙工方式 IDD TDD TDD TDD FDD頻段(MHz)864-868 944-9481880-19001895-19181850-19101930-1990載波數(shù) 40 10 77 16對(duì)10 MHz每載波承載信道數(shù) 1 12 4 8對(duì)信道速率 72 kbit/s1152 kbits 384 kbits 384 kbit,s調(diào)制方式 GFSK GFSK4DQPSK /4DQPSK語(yǔ)音編碼速率 32 kbit/s 32 kbits 32 kbit/s 32 kbits平均手

7、機(jī)發(fā)射功率(mW) 5 10 10 25峰值手機(jī)發(fā)射功率(mW) 10 250 80 200幀長(zhǎng)度(rns) 2 10 5 251.3.1 低功率系統(tǒng) 目前已投入運(yùn)營(yíng)或已制定標(biāo)準(zhǔn)的低功率系統(tǒng)有：歐洲的CT-2，瑞典的DCT900(CT一3)，歐洲的DECT，日本的PHS，北美的WACS，以及綜合PHS和WACS優(yōu)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)PACS，如表1-1所示。這些系統(tǒng)主要用來(lái)提供公用無(wú)繩電話業(yè)務(wù)。 9/22/2022131CT2系統(tǒng) CT2是公認(rèn)的世界上第一個(gè)數(shù)字無(wú)繩電話標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)由英國(guó)提出，1991年正式被CEPT和ETSI作為數(shù)字無(wú)繩電話標(biāo)準(zhǔn)。 CT2系統(tǒng)使用時(shí)分雙工（TDD）技術(shù)，收發(fā)使用同一載頻，

8、在864.1868.1MHz的4MHz帶寬內(nèi)，給出40個(gè)間隔均為100kHz的頻分信道。與頻分雙工（FDD）相比，具有較高的頻譜效率。2DECT系統(tǒng) DECT的最初含義是歐洲數(shù)字無(wú)繩電話（Digital European Cordless Telephone）。早在1988年，CEPT就開始進(jìn)行該系統(tǒng)的研究。1.3.1 低功率系統(tǒng) 9/22/2022141.3.2 數(shù)字蜂窩系統(tǒng) 數(shù)字蜂窩系統(tǒng)主要有：歐洲的GSM、英國(guó)的DCS-1800、北美的IS-95、日本的PDC。 系統(tǒng)名稱 GSM DCS-1800 IS-54 Is-95 PDC 多址方式TDMAFDMA TDMAFDMA TDMA FD

9、MA CDMA FDMATDMAFDMA 工作頻帶 (MHz) 935960 890915 18051880 l7101785 869894 824849 869894 824849 810826 940956 14291453或 14771501 雙工方式 FDD FDD FDD FDD FDD射頻信道間隔 (kHz) 200 200 30 1250 25 調(diào)制方式 GMSK GMSK /4DQPSK QPSK /4QPSK 手機(jī)發(fā)射功率(最大值平均值) 1 W 125 mW l W 125 mW 600 mW/ 200 mW 600 mW 話音編碼 RPE一LPE (13kbit/s)RP

10、E一LTP(13kbit/s) VSELP(7.95kbps) QCEILP (8 kbps) VSELP(67 kbips)每個(gè)射頻載波的 話音信道數(shù) 8(16) 8(16) 3(6) 3(6) 信道速率 (kbits) 270833 270833 486 429/22/202216WCDMAcdma2000雙工方式FDDFDD多址方式DS-CDMAMCCDMA所需帶寬5MHzN1.25MHz,N=1,3(可擴(kuò)展6,9,12）碼片速率3.84McpsN1.2288Mcps,N=1, 3 (可擴(kuò)展6,9,12)幀（frame）長(zhǎng)度10ms5，10，20，40，80ms導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)前向:公用或?qū)Ｓ脤?dǎo)

11、頻反向:專用導(dǎo)頻前向:公用專用輔助導(dǎo)頻反向:專用導(dǎo)頻調(diào)制方式QPSK(前向)/BPSK(反向)QPSK(前向) /BPSK(反向)基帶濾波平方根升余弦，滾降系數(shù)0.22同IS-95功率控制快速閉環(huán),開環(huán),外環(huán),速率:1500Hz功率調(diào)整步長(zhǎng):0.25-4dB開環(huán) 閉環(huán)(800Hz或50Hz)功率調(diào)整步長(zhǎng):1.0,0.5,0.25dB基站間精確同步不需要(同步可選)需要是否跳頻否否語(yǔ)音編碼自適應(yīng)多速率可變速率1.3.2 數(shù)字蜂窩系統(tǒng)9/22/202217圖1-1 同步衛(wèi)星的配置1.3.3 移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)9/22/202219圖1-2 衛(wèi)星通信示意圖1.3.3 移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)9/22/202220中低

12、軌道移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)： 銥星系統(tǒng)MEO 和LEO 衛(wèi)星的缺點(diǎn)： 為了使地球上的任一點(diǎn)都能保證24 小時(shí)不間斷的通信，需要在多條軌道上配置多個(gè)衛(wèi)星，使通信系統(tǒng)龐大又復(fù)雜； 當(dāng)信道從一顆衛(wèi)星切換到另一顆衛(wèi)星時(shí)，需采取電路中斷保護(hù)措施； 需采用信號(hào)的星上處理及星間鏈路等技術(shù)。1.3.3 移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)9/22/202221（2）按衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)進(jìn)行劃分: 有海事衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)（MMSS）、 航空衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)（AMSS）和陸地衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)（LMSS）。（3）按衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的通信覆蓋區(qū)域進(jìn)行劃分:有國(guó)際衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)、區(qū)域衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)和國(guó)內(nèi)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。（4）按用戶的性質(zhì)分:有

13、公用衛(wèi)星通信系統(tǒng)、專用衛(wèi)星通信系統(tǒng)和軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)。1.3.3 移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)9/22/2022222.衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成通常衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由地球站、通信衛(wèi)星、跟蹤遙測(cè)及指令系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)4大部分組成的，如圖1-3所示。 圖1-3 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成1.3.3 移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)9/22/2022233.衛(wèi)星移動(dòng)通信的特點(diǎn) （1）通信距離遠(yuǎn)，具有全球覆蓋能力，能滿足陸地上、海洋中、空中立體化的、全方位的多址通信的需求，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的全球通信和個(gè)人通信。 （2）系統(tǒng)容量大，可提供多種通信業(yè)務(wù)，從而使通信業(yè)務(wù)向多樣化和綜合化方向發(fā)展，滿足用戶多方面的需求。 （3）在使用靜止軌道的同時(shí)，也可

14、使用中、低軌道衛(wèi)星，使業(yè)務(wù)性能更優(yōu)良，但在星座設(shè)計(jì)和技術(shù)上更為復(fù)雜。1.3.3 移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)9/22/202224（2） 上行鏈路功率控制方法與特點(diǎn)目前在上行鏈路中所采用的功率控制方法分為三類。開環(huán)法：即根據(jù)所接收的下行衛(wèi)星鏈路信號(hào)或?qū)ьl信號(hào)功率來(lái)決定發(fā)射功率。這種方法簡(jiǎn)單，但精度不高。閉環(huán)法：地面通信終端首先發(fā)射信號(hào)，相應(yīng)的接收機(jī)將所接收的信號(hào)電平大小通知關(guān)口站或網(wǎng)絡(luò)操作中心，由其進(jìn)行分析，并經(jīng)下行鏈路給地面通信終端發(fā)出指令，要求其調(diào)整發(fā)射功率，地面發(fā)射機(jī)則按此指令進(jìn)行發(fā)射功率調(diào)整?；旌戏ǎ夯旌戏▽?shí)際上是上述兩種方法的綜合，即首先以開環(huán)法確定初始功率電平，隨后系統(tǒng)按閉環(huán)法的思路工作。1.3.

15、3 移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)9/22/2022261.3.4 無(wú)線接入網(wǎng)無(wú)線接入是指從公用電信網(wǎng)的交換節(jié)點(diǎn)到用戶終端之間的全部或部分傳輸設(shè)備采用無(wú)線手段的接入技術(shù)，即用無(wú)線傳輸代替接入網(wǎng)的全部或部分，向用戶終端提供電話和數(shù)據(jù)服務(wù)。無(wú)線接入按其數(shù)據(jù)傳輸速率，一般分為窄帶、中寬帶和寬帶系統(tǒng)，其相應(yīng)的數(shù)據(jù)速率為小于64kbit/s，大于64kbit/s但小于2Mbit/s以及大于2Mbit/s。無(wú)線接入按終端是否移動(dòng)又分為固定無(wú)線接入、移動(dòng)無(wú)線接入。與有線接入網(wǎng)相比，無(wú)線接入網(wǎng)具有如下主要特點(diǎn)：（1）建設(shè)周期短。（2）在通信距離較長(zhǎng)時(shí)，采用無(wú)線接入鏈路具有較好的經(jīng)濟(jì)性。（3）抗災(zāi)變能力強(qiáng)。（4）能同時(shí)向用戶提供

16、固定接入和移動(dòng)接入。9/22/202227固定無(wú)線接入模型1.3.4 無(wú)線接入網(wǎng)9/22/2022292本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)系統(tǒng)（LMDS） LMDS系統(tǒng)由四部分組成，：本地光纖骨干網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)中心(NOC)、基站系統(tǒng)、用戶端設(shè)備(CPE)。 （1）可提供極高的通信帶寬（達(dá)1GHz以上） 。 （2）蜂窩式的結(jié)構(gòu)配置可覆蓋整個(gè)城域范圍。 （3）LMDS可提供多種業(yè)務(wù)。它在理論上可以支持現(xiàn)有的各種語(yǔ)音和數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。 （4）LMDS能提供模擬和數(shù)字視頻業(yè)務(wù)。1.3.4 無(wú)線接入網(wǎng)9/22/2022301.3.5 無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）1 無(wú)線局域網(wǎng)的概念 凡是通過(guò)無(wú)線傳輸媒體連接的信息設(shè)備共同構(gòu)成的局

17、域網(wǎng)絡(luò)都可稱為無(wú)線局域網(wǎng)。2 無(wú)線局域網(wǎng)的傳輸方式與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?傳輸方式無(wú)線局域網(wǎng)的傳輸方式主要涉及無(wú)線局域網(wǎng)所采用的傳輸媒體、所選擇的頻段及調(diào)制方式。目前，無(wú)線局域網(wǎng)采用的傳輸媒體主要有兩種，即無(wú)線電波與紅外線。2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錈o(wú)線局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以分為兩種：對(duì)等方式（或無(wú)中心）（Peer to Peer）和中心控制方式（Hub Based）。9/22/2022313 無(wú)線局域網(wǎng)協(xié)議-IEEE802.11IEEE802.11 MAC的基礎(chǔ)是CSMA/CA，在它之上可配置無(wú)競(jìng)爭(zhēng)信道訪問的接入機(jī)制，這就是中心協(xié)調(diào)方式（PCF）。4 無(wú)線局域網(wǎng)設(shè)備 無(wú)線局域網(wǎng)產(chǎn)品很多，一般來(lái)說(shuō)，移動(dòng)臺(tái)使用的設(shè)備稱為無(wú)線

18、網(wǎng)卡，而基站使用的有無(wú)線接入站和無(wú)線網(wǎng)橋等。 1無(wú)線網(wǎng)卡 無(wú)線網(wǎng)卡的作用類似于以太網(wǎng)卡，作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的接口，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的連接。1.3.5 無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）9/22/2022322無(wú)線接入點(diǎn)（AP） 無(wú)線接入點(diǎn)（AP）是移動(dòng)臺(tái)進(jìn)入有線局域網(wǎng)的接入點(diǎn)。3無(wú)線網(wǎng)橋 普通無(wú)線網(wǎng)橋可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)局域網(wǎng)的互連，無(wú)線網(wǎng)橋則用無(wú)線鏈路實(shí)現(xiàn)兩個(gè)有線局域網(wǎng)的互連。5 無(wú)線局域網(wǎng)的技術(shù)要求可靠性兼容性數(shù)據(jù)速度通信保密移動(dòng)性節(jié)能管理小型化、低價(jià)格電磁環(huán)境、無(wú)線電頻段的使用規(guī)范1.3.5 無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）9/22/202233 6 無(wú)線局域網(wǎng)的應(yīng)用無(wú)線局域網(wǎng)多用于以下場(chǎng)合：（1）無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)

19、：收發(fā)電子郵件、文件傳輸?shù)?；?）難于布線的環(huán)境：如大樓內(nèi)部布線以及樓宇之間的通信;（3）頻繁變化的環(huán)境：如醫(yī)院、餐飲店、零售店等；（4）專門工程或高峰時(shí)間所需臨時(shí)局域網(wǎng)：例如會(huì)議中心、展覽館、休閑娛樂中心等；（5）流動(dòng)工作者需隨時(shí)獲得信息的區(qū)域。1.3.5 無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）9/22/2022341.3.5 無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）9/22/2022351.4.1 多址接入技術(shù)一、頻分多址（FDMA） 頻分多址（Frequency Division Multiple Access，F(xiàn)DMA）是把通信系統(tǒng)的總頻段劃分成若干個(gè)等間隔的頻道（或稱信道），分配給不同的用戶使用。 頻分多址方式是最基

20、本的多址方式，其最突出的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、可靠和易于實(shí)現(xiàn)。 其特點(diǎn)可進(jìn)一步歸納如下：（1）要求解決好信號(hào)功率和帶寬之間的關(guān)系。（2）必須嚴(yán)格控制功率。（3）設(shè)置適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)頻帶。（4）盡量減少互調(diào)的影響。1.4 無(wú)線個(gè)人通信的主要技術(shù)9/22/202236二、時(shí)分多址（TDMA） 時(shí)分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）是把無(wú)線頻譜按時(shí)隙劃分，若干個(gè)時(shí)隙組成一幀。TDMA技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)。 （1）不存在FDMA中的互調(diào)問題。 （2）系統(tǒng)容量大。 （3）提高信號(hào)傳輸質(zhì)量，有利于綜合業(yè)務(wù)的接入。 （4）使用靈活。1.4.1 多址接入技術(shù)9/22/202237三、碼分多址（CDMA） 碼分多址（Code Division Multiple Acc