第一章 移動(dòng)通信概述

移動(dòng)通信原理陳月芬臺(tái)州學(xué)院物理＆電子工程學(xué)院E-mail:chen_yuefen@163.comTel：6602941關(guān)于本課程為什么選修本課程無線移動(dòng)通信和IP(因特網(wǎng))是信息技術(shù)領(lǐng)域的兩大熱點(diǎn)感興趣想了解一些相關(guān)知識(shí)如何講課非理論基礎(chǔ)，注重基本概念和基本原理講授現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本概念、基本技術(shù)和基本原理。2教學(xué)重點(diǎn)現(xiàn)代移動(dòng)通信的基本概念、移動(dòng)信道的電波傳播和信道分析、現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成、GSM系統(tǒng)、窄帶CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)、寬帶CDMA（第三代）移動(dòng)通信系統(tǒng)。3第一章移動(dòng)通信概述1.1

移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)述1.2

移動(dòng)通信的特點(diǎn)1.3移動(dòng)通信的工作方式1.4移動(dòng)通信的分類及應(yīng)用系統(tǒng)4§1.1移動(dòng)通信的發(fā)展概述移動(dòng)通信是指通信的雙方，或至少有一方處于移動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行信息交換的通信。換句話說，移動(dòng)通信解決因?yàn)槿说囊苿?dòng)而產(chǎn)生的動(dòng)中通問題。終端的移動(dòng)性：手機(jī)、車載臺(tái)個(gè)人的移動(dòng)性：SIM卡方式支持的業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)的移動(dòng)性：200\300通信網(wǎng)的智能化和無線化使三者統(tǒng)一起來------個(gè)人通信網(wǎng)

它與無線通信的關(guān)系：被包含與包含關(guān)系5移動(dòng)用戶如何與通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系；通信網(wǎng)絡(luò)如何找到移動(dòng)的用戶；通信網(wǎng)絡(luò)如何為移動(dòng)的用戶提供恰當(dāng)?shù)姆?wù)；通信網(wǎng)絡(luò)如何保證移動(dòng)的用戶通信的可靠性；通信網(wǎng)絡(luò)如何保證移動(dòng)的用戶通信的連續(xù)性。移動(dòng)通信系統(tǒng)的工作需求移動(dòng)通信旨在解決在固定的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的基礎(chǔ)上，如何在多點(diǎn)間利用無線電波進(jìn)行非固定位置的通信。§1.1移動(dòng)通信的發(fā)展概述6發(fā)展最為迅速的通信手段過去：難以想象移動(dòng)通信有什么用處將來：難以想象沒有移動(dòng)通信怎么生活移動(dòng)通信進(jìn)入千家萬戶珠峰基站海內(nèi)存知己，天涯若比鄰！移動(dòng)通信的發(fā)展史7移動(dòng)通信的發(fā)展史19世紀(jì)末，赫茲發(fā)現(xiàn)電磁波輻射。1897年，馬可尼在陸地和一艘拖船上完成莫爾斯電碼無線通信實(shí)驗(yàn)，標(biāo)志無線電通信的開始，開創(chuàng)了海上通信業(yè)。

----并無話音1905年，費(fèi)森堡首次進(jìn)行無線電傳輸話音及音樂的實(shí)驗(yàn)。1928年，美國(guó)警用車輛的車載無線電系統(tǒng)，標(biāo)志著移動(dòng)通信開始進(jìn)入實(shí)用。－－－大區(qū)制8移動(dòng)通信的發(fā)展史1946年，Bell實(shí)驗(yàn)室在圣路易斯建立第一個(gè)公用汽車話網(wǎng)，不久就出現(xiàn)長(zhǎng)期的頻譜資源短缺問題。

－－－專用到公用早在40年代末，美國(guó)Bell實(shí)驗(yàn)室提出蜂窩構(gòu)想；60年代出臺(tái)研究計(jì)劃；1974年正式提出了蜂窩移動(dòng)通信的概念。－－－頻率復(fù)用1980s,第一代移動(dòng)通信。1983年，美國(guó)AMPS，1980年北歐的NMT，1979年日本的NAMTS，1985年英國(guó)的TACS。9移動(dòng)通信的發(fā)展1990s，第二代移動(dòng)通信。1992年商用的GSM.1991年美國(guó)IS-54.1993年日本的PDC.1993年美國(guó)的IS-95.2000s,第三代移動(dòng)通信.DS-CDMA,MC-CDMA,TD-SCDMA,UMC-136,E-DECT.10第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)

以模擬通信為特征的移動(dòng)通信為第一代移動(dòng)通信。主要代表：美國(guó)的AMPS

英國(guó)的TACS特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)-技術(shù)簡(jiǎn)單缺點(diǎn)-技術(shù)落后“手機(jī)之父”之稱馬丁·庫(kù)珀11第一代移動(dòng)通信的特點(diǎn)蜂窩小區(qū)系統(tǒng)設(shè)計(jì)----頻率復(fù)用解決大容量需求與有限頻譜資源的矛盾模擬系統(tǒng)---語音信號(hào)FM傳輸FDMA缺點(diǎn)：頻譜利用率低、容量有限、制式相互不兼容、不利于漫游、覆蓋受限、業(yè)務(wù)受限、易被竊聽、不能于ISDN兼容12第一代移動(dòng)通信技術(shù)參數(shù)13移動(dòng)通信的發(fā)展——數(shù)字化模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)頻譜利用率低、設(shè)備復(fù)雜、價(jià)格昂貴、業(yè)務(wù)種類受限、保密性差80年代中期～90年代末，歐洲、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)先后推出了數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)——第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)：1992年歐洲推出商用的GSM1991美提出的IS-54（DAMPS）1993日本提出的PDC1993美國(guó)提出的IS-95(N-CDMA)14第二代移動(dòng)通信的特點(diǎn)微蜂窩小區(qū)結(jié)構(gòu)：更優(yōu)的空分復(fù)用提高用戶數(shù)量數(shù)字化技術(shù)：語音信號(hào)數(shù)字化新的調(diào)制方式：GMSK、QPSK等TDMA、CDMA頻譜利用率高、系統(tǒng)容量大能提供多種業(yè)務(wù)服務(wù)，提高通信系統(tǒng)的通用性抗噪聲、抗干擾和抗多徑衰落能力強(qiáng)能實(shí)現(xiàn)更有效、靈活的網(wǎng)絡(luò)管理和控制便于實(shí)現(xiàn)通信安全保密可降低設(shè)備成本和減小用戶手機(jī)的體積和重量15第二代移動(dòng)通信未完成的目標(biāo)沒有形成全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)單一無法實(shí)現(xiàn)全球漫游通信容量不足16IMT-2000:InternationalMobileTelecommunication2000“未來公眾陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)”第三代移動(dòng)通信的特點(diǎn)IMT-2000:－－工作在2000MHz頻段－－在2000年左右商用－－支持最高速率2000kbps3G的商用在2001年10月面世（日本）17第三代移動(dòng)通信的特點(diǎn)微蜂窩結(jié)構(gòu)（分層小區(qū)）寬帶CDMA技術(shù)調(diào)制方式QPSK/自適應(yīng)調(diào)制FDMA/TDMA/CDMA電路交換→分組交換從媒體(media)→多媒體(Multimedia)18第四代移動(dòng)通信隨著人們對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的各種需求與日俱增，2G和3G也不能滿足現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)日益增長(zhǎng)的高速多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，許多國(guó)家投入到對(duì)4G的研究和開發(fā)194G特點(diǎn)高速率以數(shù)字帶寬技術(shù)為主良好的兼容性較強(qiáng)的靈活性多類型用戶共存多種業(yè)務(wù)的融合先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用高度自組織、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)204G的關(guān)鍵技術(shù)接入方式和多址方案：OFDM新的調(diào)制與編碼技術(shù)軟件無線電技術(shù)高性能的接收機(jī)智能天線技術(shù)MIMO技術(shù)21移動(dòng)通信的發(fā)展目標(biāo)---5W目標(biāo)是無論任何人(Whoever)在任何時(shí)候(Whenever)在任何地方(Wherever)與另一個(gè)人(Whomever)進(jìn)行任何類型(Whatever)的個(gè)人通信。22§1.2移動(dòng)通信的特點(diǎn)1、利用無線電波進(jìn)行信息傳輸復(fù)雜的無線傳播環(huán)境導(dǎo)致信號(hào)衰落什么是衰落現(xiàn)象？什么是陰影效應(yīng)和多徑傳播?23移動(dòng)通信信號(hào)的衰落與干擾24移動(dòng)通信環(huán)境的時(shí)變性衰落(Fading)分為慢衰落和快衰落。慢衰落：由陰影效應(yīng)產(chǎn)生，一般服從正態(tài)分布。快衰落：由多徑效應(yīng)產(chǎn)生，一般服從瑞利分布。因而要求移動(dòng)通信系統(tǒng)必須具有抗衰落性能。25移動(dòng)通信環(huán)境沒有準(zhǔn)確的模型傳播損耗采用實(shí)驗(yàn)圖表計(jì)算法26移動(dòng)通信的特點(diǎn)2、多普勒頻移導(dǎo)致調(diào)制噪聲是運(yùn)動(dòng)速度，是波長(zhǎng)，是夾角運(yùn)動(dòng)方向面向接收站，為正值。反之為負(fù)值。多普勒頻移產(chǎn)生頻率擴(kuò)展。采用“鎖相技術(shù)”以抵抗多譜勒效應(yīng)。27移動(dòng)通信的特點(diǎn)3、移動(dòng)臺(tái)受噪聲影響，并在強(qiáng)干擾下工作互調(diào)干擾兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)作用在通信設(shè)備的非線性器件上，產(chǎn)生同有用信號(hào)頻率相近的組合頻率，從而構(gòu)成干擾鄰道干擾相鄰或鄰近的信道（或頻道）之間，由于一個(gè)強(qiáng)信號(hào)串?dāng)_弱信號(hào)而造成的干擾同頻干擾（蜂窩系統(tǒng)特有）相同載頻電臺(tái)之間的干擾28移動(dòng)通信的特點(diǎn)4、對(duì)移動(dòng)臺(tái)的要求高要求移動(dòng)臺(tái)具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力；要求性能可靠、攜帶方便，小型，低功耗，及耐高、低溫；要求操作使用方便，可適應(yīng)不同人群使用5、通道容量有限增加用戶容量是移動(dòng)通信的重要研究課題。296、通信系統(tǒng)復(fù)雜移動(dòng)性使得系統(tǒng)需要對(duì)無線信道進(jìn)行頻率和功率的控制。提供相鄰基站之間的越區(qū)切換網(wǎng)絡(luò)提供歸屬位置寄存器（HLR）和訪問位置寄存器（VLR）記錄用戶的行蹤提供不同地區(qū)和不同運(yùn)營(yíng)者之間的漫游用戶安全與網(wǎng)絡(luò)安全鑒權(quán)移動(dòng)通信的特點(diǎn)30

1.3移動(dòng)通信的工作方式單工通信雙工通信半雙工通信移動(dòng)中繼方式311.3.1雙工通信雙工通信通信雙方均同時(shí)進(jìn)行收發(fā)工作。即任一方講話時(shí)，可以聽到對(duì)方的話音。play321.3.2半雙工通信半雙工通信通信雙方中，一方使用雙頻雙工方式，即收發(fā)信機(jī)同時(shí)工作；另一方使用雙頻單工方式，即收發(fā)信機(jī)交替工作。Play331.3.3單工通信單工通信

通信雙方電臺(tái)交替地進(jìn)行收信和發(fā)信。方式

同頻單工雙頻單工

Play341.3.4移動(dòng)中繼方式

目的增加通信距離基本方式單工中繼雙工中繼351.4移動(dòng)通信的分類及應(yīng)用系統(tǒng)民用設(shè)備陸地通信使用對(duì)象使用環(huán)境海上通信軍用設(shè)備空中通信頻分多址（FDMA）寬域網(wǎng)多址方式時(shí)分多址（TDMA）覆蓋范圍碼分多址（CDMA）局域網(wǎng)電話網(wǎng)專用網(wǎng)業(yè)務(wù)類型數(shù)據(jù)網(wǎng)服務(wù)范圍綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)公用網(wǎng)同頻單