第1章 無線通信概述

無線通信授課教師：劉勁喬布斯傳奇人生開場(chǎng)白

教學(xué)目標(biāo)參考書目教學(xué)計(jì)劃考試問題教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)：講授移動(dòng)無線通信的基本概念、基本技術(shù)和移動(dòng)無線通信系統(tǒng)基本構(gòu)成和工作原理。教學(xué)要求：掌握現(xiàn)代無線通信的基本概念、初步了解其發(fā)展史和發(fā)展現(xiàn)狀、掌握移動(dòng)信道的一些基本概念和初步定量分析方法、了解現(xiàn)代移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)、了解重要的移動(dòng)無線通信系統(tǒng)。教材《無線通信》[美]MischaSchwartz著，許希斌、李云洲譯，電子工業(yè)出版社“國(guó)外電子與通信教材系列”價(jià)格：39元參考書目1《無線通信與網(wǎng)絡(luò)》

李鏘、郭繼昌等譯，電子工業(yè)出版社全書將蜂窩移動(dòng)通信與網(wǎng)絡(luò)的基本內(nèi)容（信號(hào)設(shè)計(jì)，信道特性，接收機(jī)結(jié)構(gòu)，多址接入技術(shù)，移動(dòng)蜂窩網(wǎng)，系統(tǒng)容量的增加，移動(dòng)性管理，無線/有線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)）融合交織在一起，進(jìn)行了統(tǒng)一且系統(tǒng)的講述，并附有大量的說明性實(shí)例。價(jià)格：28.0參考書目2《無線通信原理與應(yīng)用》第二版；周文安、付秀花等譯，電子工業(yè)出版社特點(diǎn)：國(guó)外電子與通信教材系列(（美）拉帕波特（Rappaport,T.S.），本書是一本高等學(xué)校無線通信課程的權(quán)威教材。全書深入淺出地討論了無線通信技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容，包括無線網(wǎng)絡(luò)涉及的所有基本課題（特別是3G系統(tǒng)和無線局域網(wǎng)），并且講解了無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新發(fā)展和全球主要的無線通信標(biāo)準(zhǔn)。價(jià)格：49.0參考書目3《蜂窩通信》

鄔國(guó)揚(yáng)、孫獻(xiàn)璞編著，西安電子科技大學(xué)出版社特點(diǎn)：系統(tǒng)地闡述了蜂窩網(wǎng)通信的基本原理、關(guān)鍵技術(shù)和典型的蜂窩網(wǎng)通信系統(tǒng)，較充分地反映了當(dāng)代蜂窩網(wǎng)通信的現(xiàn)狀和發(fā)展趨向。價(jià)格：23.0考試問題

平時(shí)成績(jī)30分：出勤15分作業(yè)15分試卷成績(jī)70分：開卷考試移動(dòng)無線通信基礎(chǔ)第一章概述主要內(nèi)容

研究對(duì)象

移動(dòng)無線通信的基礎(chǔ)知識(shí)

-定義

-發(fā)展概況

-特點(diǎn)

-分類

-常用移動(dòng)無線通信系統(tǒng)與頻譜資源管理

-基本技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化組織

本書概述思考題研究對(duì)象

無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)：局域網(wǎng)、個(gè)域網(wǎng)返回定義

無線通信

-以“無線電波”作為媒體進(jìn)行信息交換的通信稱為無線通信。

-例如：無線電波、紅外線、激光等。

移動(dòng)無線通信

-通信的一方或雙方在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中進(jìn)行信息傳遞的通信方式。換句話說，移動(dòng)通信要解決因?yàn)槿说囊苿?dòng)而產(chǎn)生的動(dòng)中通信問題。

-終端的移動(dòng)性：手機(jī)、車載臺(tái)第一章概述返回發(fā)展概況——發(fā)端塞繆爾·莫爾斯（SamuelFinleyBreeseMorse，1791-1872）1837年，莫爾斯發(fā)明了第一臺(tái)電報(bào)機(jī)。1876年，貝爾發(fā)明了有線電話。貝爾（1847-1922）發(fā)展概況——發(fā)端麥克斯韋在物理學(xué)中的最大貢獻(xiàn)是建立了統(tǒng)一的經(jīng)典電磁場(chǎng)理論和光的電磁理論，預(yù)言了電磁波的存在。麥克斯韋(JamesClerkMaxwel1831～1879)英國(guó)物理學(xué)家發(fā)展概況——發(fā)端第一章概述1887年，赫茲建立了第一個(gè)無線電實(shí)驗(yàn)室。赫茲（1857-1894）德國(guó)物理學(xué)家發(fā)展概況——發(fā)端第一章概述馬可尼（1874-1937）意大利科學(xué)家馬可尼正在調(diào)試無線電裝置

馬可尼在1899年和1901年分別實(shí)現(xiàn)了橫跨英吉利海峽和大西洋的通信。這些成功使無線電被廣泛用于船只和船只之間以及船只海岸之間利用莫爾斯電碼進(jìn)行的通信。人們稱其為“無線電之父”。發(fā)展概況——發(fā)端

早期的無線系統(tǒng)使用的是原始但功率很強(qiáng)的間歇放電發(fā)射器，它僅適用于無線電報(bào)。德福雷斯特(DoForest)在1906年發(fā)明了真空三極管，它允許對(duì)連續(xù)波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，并可用于語(yǔ)音傳輸。1920年商業(yè)化的無線廣播在美國(guó)和加拿大開始運(yùn)營(yíng)。早期的無線發(fā)射器過于笨重，不便于安裝在運(yùn)輸工具上。第一章概述發(fā)展概況——發(fā)端1.第一階段：起步階段（20~40年代）

1928年，美國(guó)底特律警察使用的車載無線電系統(tǒng)（單向），工作頻率為2MHz，標(biāo)志著移動(dòng)無線通信的開始。

30年代初，第一個(gè)雙向移動(dòng)系統(tǒng)在新澤西的貝尼爾警察局投入運(yùn)行（半雙工）。1935年，阿姆斯特朗發(fā)明了FM方式無線電，是移動(dòng)通信中第一個(gè)大分水嶺，大大提高了靈敏度，具有“捕獲效應(yīng)”能更有效地對(duì)抗“快衰落”或波動(dòng)性，因此很快便取代了AM方式，獲得廣泛應(yīng)用。特點(diǎn)：主要使用短波頻段，電子管設(shè)備，專用系統(tǒng)第一章概述發(fā)展概況——發(fā)展史2.第二階段：公用網(wǎng)初期階段（40中-60初）在此階段，移動(dòng)電話需求強(qiáng)烈，專用移動(dòng)無線電話系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于警察、出租車、新聞、調(diào)度等方面，并開始出現(xiàn)公用汽車移動(dòng)無線電話系統(tǒng)。1946年，Bell實(shí)驗(yàn)室在圣路易斯建立第一個(gè)公用汽車電話網(wǎng)，稱為“城市系統(tǒng)”，頻率150MHz。特點(diǎn)：專用網(wǎng)過渡至公用移動(dòng)網(wǎng)；半雙工方式；人工接續(xù)；網(wǎng)絡(luò)容量小。1947年，Bell實(shí)驗(yàn)室提出了蜂窩的構(gòu)想。第一章概述發(fā)展概況——發(fā)展史3.第三階段：公用網(wǎng)改善與完善階段（60中~70中）60年代中期，美國(guó)推出了先進(jìn)移動(dòng)電話業(yè)務(wù)——IMTS，使用150MHz和450MHz頻段，采用大區(qū)制，實(shí)現(xiàn)了無線頻道自動(dòng)選擇，并能夠自動(dòng)接續(xù)到公用電話，是模擬FM技術(shù)達(dá)到了30年發(fā)展的頂峰。德國(guó)也推出了具有相同技術(shù)水平的B網(wǎng)。特點(diǎn)：大區(qū)制、中小容量、自動(dòng)選頻、自動(dòng)接續(xù)第一章概述發(fā)展概況——發(fā)展史4.第四階段：公用網(wǎng)蓬勃發(fā)展的階段（70中~80中）1978年底，Bell實(shí)驗(yàn)室研制成功了模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)-“高級(jí)移動(dòng)電話業(yè)務(wù)AMPS”，大大提高了系統(tǒng)的容量。第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)：1983年美國(guó)芝加哥的AMPS，1980年北歐的NMT，1979年日本東京、神戶、大阪的HAMTS、1985年英國(guó)倫敦的TACS等。使用頻段為800/900MHz。第一章概述發(fā)展概況——發(fā)展史4.第四階段：公用網(wǎng)蓬勃發(fā)展的階段（70中~80中）特點(diǎn)：蜂窩網(wǎng)、大容量、模擬網(wǎng)缺點(diǎn)：各系統(tǒng)間沒有公共接口；業(yè)務(wù)種類單一；頻譜利用率低；安全保密性差

第一章概述發(fā)展概況——發(fā)展史5.第五階段：數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展和成熟時(shí)期（20世紀(jì)80年代中至90年代末）特點(diǎn)：傳輸?shù)乃袠I(yè)務(wù)信息均采用數(shù)字的形式，并且還發(fā)展了一些新的多址方式，如時(shí)分多址／頻分雙工（TDMA/FDD）、CDMA等，提供除話音外的多種業(yè)務(wù)。第二代數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)（2G）

-2個(gè)TDMA標(biāo)準(zhǔn)：

IS-136：D-AMPSGSM：全球移動(dòng)通信系統(tǒng)

-1個(gè)CDMA標(biāo)準(zhǔn)：IS-95第一章概述發(fā)展概況——發(fā)展史6.第六階段：3G（2000年至今）2.5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)

-特點(diǎn)：更高速的數(shù)據(jù)傳輸；無線應(yīng)用協(xié)議WAP-標(biāo)準(zhǔn)：GSM——通用無線分組業(yè)務(wù)GPRS、高速電路交換數(shù)據(jù)HSCSD、演進(jìn)的增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸速率的通用分組無線業(yè)務(wù)EDGEIS136、PDC——GPRS、EDGEIS-95——IS-95B3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)

與2G根本的不同：CDMA與分組交換技術(shù)第一章概述發(fā)展概況——發(fā)展史6.第六階段：3G（2000年至今）4GorBeyond3G-廣帶接入(broadband)和分布網(wǎng)絡(luò)

-超過2Mb/s的非對(duì)稱數(shù)據(jù)傳輸能力

-廣帶無線固定接入、廣帶無線局域網(wǎng)、移動(dòng)廣帶系統(tǒng)和互操作廣播網(wǎng)絡(luò)第一章概述返回發(fā)展概況——發(fā)展史移動(dòng)無線通信的挑戰(zhàn)無線信道第一章概述用戶的移動(dòng)性主要特點(diǎn)1.電波傳播條件惡劣第一章概述兩種衰落模型：大尺度衰落小尺度衰落原因：高層建筑的繞射損耗多徑衰落距離影響主要特點(diǎn)2.具有多譜勒效應(yīng)移動(dòng)臺(tái)處于運(yùn)動(dòng)中時(shí)，接收信號(hào)會(huì)產(chǎn)生附加頻率變化，即多普勒頻移。多普勒頻移與移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度、工作頻率及電波與移動(dòng)方向夾角的關(guān)系：第一章概述3.噪聲與干擾

噪聲：內(nèi)部噪聲、人為噪聲、環(huán)境噪聲

同頻干擾與鄰頻干擾第一章概述主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)4.頻譜資源緊缺頻譜管理中國(guó)移動(dòng)通信公司GSM使用的頻段

-900MHz（上行905-915；下行950-960）

-1800MHz（1710-1785；1805-1880）解決辦法：

-開辟和啟用新頻段

-研究新技術(shù)提高頻譜利用率第一章概述主要特點(diǎn)5.建網(wǎng)技術(shù)復(fù)雜位置登記：歸屬位置寄存器（HLR）與訪問位置寄存器（VLR）記錄用戶行蹤。過區(qū)切換提供不同地區(qū)、不同運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)之間的漫游。用戶安全與網(wǎng)絡(luò)安全的鑒權(quán)。6.移動(dòng)通信設(shè)備需適于在移動(dòng)環(huán)境中使用第一章概述返回移動(dòng)通信的分類按通信工作方式：?jiǎn)喂?、雙工（FDD、TDD）、半雙工（同頻、異頻）按多址方式：FDMA、TDMA、CDMA等按信號(hào)形式：模擬網(wǎng)、數(shù)字網(wǎng)按組網(wǎng)形式：大區(qū)制、小區(qū)制按覆蓋范圍：城域網(wǎng)（MAN）、局域網(wǎng)（LAN）、個(gè)域網(wǎng)（PAN）、車域網(wǎng)（VAN）第一章概述移動(dòng)無線通信的分類按承載業(yè)務(wù)類型：電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)、多媒體按服務(wù)特性：專用網(wǎng)、公共網(wǎng)按使用環(huán)境：陸地、海上、空中按使用對(duì)象：民用、軍用按系統(tǒng)應(yīng)用：無線尋呼、無繩電話、公用電話/數(shù)字、調(diào)度（集群）第一章概述返回單工通信發(fā)射機(jī)接收機(jī)送受話器發(fā)射機(jī)接收機(jī)送受話器電臺(tái)甲電臺(tái)乙f1(f1)f1(f2)f1(f1)f1(f2)同頻單工和異頻單工雙工通信f1f2f1f2基站移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)接收機(jī)送受話器發(fā)射機(jī)接收機(jī)送受話器雙工器雙工通信發(fā)送接收收發(fā)保護(hù)頻段f頻分雙工（FDD）時(shí)分雙工（TDD）發(fā)送發(fā)送接收接收t保護(hù)時(shí)間間隔……上下行鏈路的概念由于移動(dòng)性的要求，移動(dòng)臺(tái)的天線高度和發(fā)射功率都要受到限制，為了保證用戶之間能夠有足夠的通信距離，同時(shí)也為了便于系統(tǒng)的管理和交換，通常采用基站轉(zhuǎn)發(fā)的工作模式?；旧闲墟溌废滦墟溌废滦墟溌飞闲墟溌贩祷卮髤^(qū)制與小區(qū)制的概念大區(qū)制：采用一個(gè)基站覆蓋整個(gè)服務(wù)范圍基站：高架天線（數(shù)十米~數(shù)百米）大功率發(fā)射機(jī)（幾十~幾百瓦）移動(dòng)臺(tái)：幾十~幾百部、天線低、發(fā)射功率小覆蓋半徑：幾十公里問題：上行信號(hào)差解決辦法：分集接收特點(diǎn)：系統(tǒng)簡(jiǎn)單、容量小第一章概述BS大區(qū)制與小區(qū)制的概念大區(qū)制：采用一個(gè)基站覆蓋整個(gè)服務(wù)范圍基站：高架天線（數(shù)十米~數(shù)百米）大功率發(fā)射機(jī)（幾十~幾百瓦）移動(dòng)臺(tái)：幾十~幾百部、天線低、發(fā)射功率小覆蓋半徑：幾十公里問題：上行信號(hào)差解決辦法：分集接收特點(diǎn)：系統(tǒng)簡(jiǎn)單、容量小第一章概述BSRRRR大區(qū)制與小區(qū)制的概念小區(qū)制：多個(gè)基站增大覆蓋面積，頻率復(fù)用基站：小功率發(fā)射機(jī)（5~10W）形式：帶狀、面狀、立體狀特點(diǎn)：系統(tǒng)復(fù)雜、容量大返回常用移動(dòng)通信系統(tǒng)1.蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)常用移動(dòng)通信系統(tǒng)2.無繩電話系統(tǒng)

CordlessTelephone（CT）普通話機(jī)座機(jī)用戶線市話局PHS個(gè)人手持電話系統(tǒng)常用移動(dòng)通信系統(tǒng)3.集群移動(dòng)通信系統(tǒng)屬于調(diào)度系統(tǒng)的專用通信網(wǎng)半雙工工作方式與有線用戶無接口4.移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)MSS

覆蓋海上、空中和地形復(fù)雜而人口稀疏的地區(qū)以低軌道通信衛(wèi)星（LEO）為主如：Motorola公司的銥星系統(tǒng)、Global-star、Ddyssey、ELLIPSO、Aries等。常用移動(dòng)通信系統(tǒng)5.分組無線網(wǎng)利用無線信道進(jìn)行分組交換的通信網(wǎng)絡(luò)。分組傳輸方式是一種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，網(wǎng)絡(luò)中傳送的信息以“分組”(Packet)為基本單元。適用于實(shí)時(shí)性要求不高的數(shù)據(jù)通信。如：ARDIS系統(tǒng)（先進(jìn)的無線電數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)）

Mobitex系統(tǒng)（全國(guó)性互連的集群無線電網(wǎng)絡(luò)）

CDPD系統(tǒng)（蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)）

TETRA系統(tǒng)（全歐集群無線電）

IS-54和IS-95系統(tǒng)（第二代北美數(shù)字蜂窩）頻譜資源的管理國(guó)際電聯(lián)定義3000GHz以下的電磁頻譜為無線電磁波的頻譜；ITU當(dāng)前只劃分了9kHz-400GHz范圍，實(shí)際使用的在幾十GHz以下，蜂窩移動(dòng)通信工作在3GHz以下；今天的移動(dòng)通信頻譜利用率較早期的提高了上100倍。頻譜資源的管理

幾個(gè)代表性系統(tǒng)所占的頻譜

1.蜂窩移動(dòng)電話系統(tǒng)系統(tǒng)上行頻率/MHz下行頻率/MHzTACS(1G模擬)890~905935~950GSM900905~915950~960DCS18001710~17851805~1880N-CDMA824~849869~894頻譜資源的管理2.衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)WARC-92為衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)劃分的頻率空到地鏈路頻率/MHz1525~15302170~22002483.5~25002500~25201613.8~1626.5共84.2地到空鏈路頻率/MHz1610~1626.51980~20102670~2690共66.5頻譜資源的管理3.無繩電話系統(tǒng)頻率/MHz雙工方式載頻間隔/kHzDECT(歐洲)1880~1990TDD1728PHS(日本)1895~1919TDD300PACS(美國(guó))1850~1910/1930~1990FDD300PHS(中國(guó))1900~1915TDD300頻譜資源的管理4.GPRS

GSM900、1800和1900MHz三個(gè)頻段。5.3G1992年：230MHz1885~2025MHz，2110~2200MHz

其中語(yǔ)音162MHz（71%），非語(yǔ)音65MHz（29%）2000年：世界無線電大會(huì)針對(duì)未來數(shù)據(jù)發(fā)展需求進(jìn)行了擴(kuò)展

806~960MHz，1710~1885MHz，2500~2690MHz返回移動(dòng)通信基本技術(shù)1.移動(dòng)信道中電波傳播特性2.調(diào)制技術(shù)3.多址技術(shù)4.抗干擾措施5.組網(wǎng)技術(shù)返回標(biāo)準(zhǔn)化組織1.國(guó)際無線電標(biāo)準(zhǔn)化組織國(guó)際電信聯(lián)盟ITU綜合秘書處國(guó)際頻率登記委員會(huì)IFRB國(guó)際無線電咨詢委員會(huì)CCIR國(guó)際電話電報(bào)咨詢委員會(huì)CCITT1993年改組后的ITU無線通信組（前CCIR和IFRB）ITU-R電信標(biāo)準(zhǔn)化組（前CCITT）ITU-T電信開發(fā)組（BDT）標(biāo)準(zhǔn)化組織2.歐洲共同體（EC）的通信標(biāo)準(zhǔn)化組織歐洲郵電管理協(xié)會(huì)CEPT歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)ETSI標(biāo)準(zhǔn)化組織3.北美地區(qū)的通信標(biāo)準(zhǔn)化組織電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA電信工業(yè)協(xié)會(huì)TIATR45、TR45.3、TR45.5美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)ANSI的電信委員會(huì)TI返回組網(wǎng)形狀第一章概述帶狀網(wǎng)蜂窩網(wǎng)特點(diǎn)：有向天線，小區(qū)形狀扁圓形；頻率復(fù)用（雙頻制、三頻制）；小區(qū)呈線狀排列特點(diǎn)：小區(qū)形狀正六邊形；網(wǎng)絡(luò)覆蓋類似于蜂窩；頻率復(fù)用。返回本書概述第1章介紹與綜述第2章無線介質(zhì)中傳播現(xiàn)象的特性第3章小區(qū)基本概念和信道分配第4章動(dòng)態(tài)信道分配和功率控制第5章調(diào)制技術(shù)第6章多址接入技術(shù)：

FDMA,TDMA,CDMA系統(tǒng)容量比較第一章概述本書概述第7章檢錯(cuò)糾錯(cuò)編碼第8章第二代數(shù)字無線系統(tǒng)幀第9章性能分析：準(zhǔn)入控制和切換第10章2.5G/3G無線移動(dòng)通信：分組數(shù)據(jù)交換第11章蜂窩系統(tǒng)接入和調(diào)度技術(shù)第12章無線局域網(wǎng)和個(gè)域網(wǎng)絡(luò)第一章概述思考題簡(jiǎn)述移動(dòng)無線通信的特點(diǎn)。簡(jiǎn)述移動(dòng)無線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)。了解中國(guó)移動(dòng)通信的發(fā)展歷程。第一章概述鄰頻干擾與同頻干擾

鄰頻干擾是指相鄰頻道或鄰近頻道信號(hào)之間的相互干擾。同頻干擾：頻率再用引起的相互干擾。第一章概述返回我國(guó)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率第一章概述系統(tǒng)或使用部門上行頻率/MHz下行頻率/MHz中國(guó)聯(lián)通CDMA825~835870~880中國(guó)移動(dòng)GSM室內(nèi)分布系統(tǒng)