現(xiàn)代通信新技術(shù)-第四次課件

2023/7/241講座內(nèi)容：第二章信息處理的原理和技術(shù)基礎(chǔ)第三章無線通信技術(shù)第四章光通信技術(shù)第五章接入網(wǎng)技術(shù)第六章IP第七章數(shù)字電視系統(tǒng)

現(xiàn)代通信新技術(shù)2023/7/242無線通信的概述無線通信的信道特性第二代移動通信技術(shù)GSM、CDMA第三代無線通信系統(tǒng)TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000無線數(shù)字接入系統(tǒng)WLAN、Wi-Max移動通信網(wǎng)2023/7/24320世紀五個W的概念：

“任何人（Whoever）在任何地方（Wherever）任何時間（Whenever）可以同任何人（Whomever）進行任何形式（Whatever）的通信”。20世紀的目標是實現(xiàn)“任何地方、任何時候、任何人”（anywhere,anytime,anyone)的通信；21世紀的目標應(yīng)該是實現(xiàn)“處處、時時、人人”（everywhere,all-the-time,everyone）的通信（甚至任何電器產(chǎn)品）移動通信的概述2023/7/244實現(xiàn)個人通信發(fā)展的前提：大容量:網(wǎng)絡(luò)可支持世界范圍的所有人所需要的通信全覆蓋：網(wǎng)絡(luò)能夠覆蓋全球幾乎任何地點終端地址豐富：每個終端都有自己的地址作為標識和尋址移動性：網(wǎng)絡(luò)支持用戶在移動中的各種通信需求智能化：網(wǎng)絡(luò)和終端智能化，為用戶提供智能化服務(wù)低費用：任何人都可以支付通信所需要的費用移動通信的概述2023/7/245移動通信的種類：集群通信—警察、出租車調(diào)度蜂窩移動電話—車載、手持機無線尋呼—數(shù)顯、漢顯、雙向無繩電話—家用、公共無線接入點，發(fā)展成為小靈通衛(wèi)星移動通信—“銥”、全球星等WLAN—IEEE802.11a,11b,11g，16gAd-Hoc網(wǎng)絡(luò)：構(gòu)成一種特殊的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式，一群計算機接上無線網(wǎng)絡(luò)卡，即可相互連接。移動通信的概述2023/7/246移動通信系統(tǒng)的組成2023/7/247移動通信的特點和難點：終端以無線方式接入網(wǎng)絡(luò)無線傳輸?shù)拈_放性導(dǎo)致信號的衰落與干擾無線傳輸環(huán)境復(fù)雜沒有準確的模型描述設(shè)備移動性引起傳輸環(huán)境的時變性用戶的移動性導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜移動通信的特點2023/7/248對移動通信技術(shù)發(fā)展的一般要求無線資源的利用率（下頁）是解決高密度用戶需求、降低頻率使用費的關(guān)鍵通信距離/發(fā)射功率是降低成本(設(shè)備成本與網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費用)的關(guān)鍵設(shè)備價格系統(tǒng)設(shè)備、終端設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費用應(yīng)當不高于有線系統(tǒng)組網(wǎng)能力與現(xiàn)有移動通信網(wǎng)的兼容性及與未來網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)能力可能提供的業(yè)務(wù)話音、傳真、數(shù)據(jù)、多媒體、增值業(yè)務(wù)、移動性等等移動通信的特點2023/7/249與之相關(guān)的：無線資源頻率、碼、功率、導(dǎo)頻等。無線資源管理無線資源的分配和調(diào)度，主要包括信道分配和包調(diào)度技術(shù)。面向網(wǎng)絡(luò)的無線資源管理，主要包括呼叫接入控制和負載控制。面向連接的無線資源管理，主要包括功率控制，速率控制、切換技術(shù)和自適應(yīng)技術(shù)。

移動通信的特點2023/7/2410影響頻譜利用率的因素頻譜分配（全球由全球無線大會決定，各國由無線電管理委員會決定）無線傳輸技術(shù)（信源與信道編碼、調(diào)制及各種抗衰落抗干擾技術(shù)）多址技術(shù)和雙工技術(shù)無線資源管理技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù)移動通信的特點2023/7/2411長波 30－300KHz 10-1km 中波 0.3-1.5MHz 1000-200m短波 1.5-30MHz 100-10m超短波:米波 30-300MHz 10-1m微波：分米波 0.3－3GHz 100-10cm厘米波 3-30GHz 10-1cm毫米波 30-300GHz 10-1mm亞毫米波 300-3000GHz 1-0.1mm光波：紅外光 3103-3105GHz 100-1m

可見光 3105-3106GHz 0.8-0.4m

無線通信的頻譜2023/7/2412我國陸地蜂窩移動通信業(yè)務(wù)的頻率分配中國聯(lián)通CDMA800MHz

825—835

870—880

中國移動GSM900

890—909

935—954

聯(lián)通GSM900

909—915

954—960

中國移動GSM1800

1710—17201805—1815

中國聯(lián)通GSM18001730—1740

1825—18352023/7/2413移動通信技術(shù)發(fā)展過程第一代：模擬系統(tǒng)80年代開始發(fā)展，使用到21世紀初，共有5,000萬用戶多標準，區(qū)域性系統(tǒng)第二代：數(shù)字系統(tǒng)90年代開始發(fā)展，使用到2010年左右，預(yù)計將有40,000萬用戶標準化改善，接近全球系統(tǒng)第三代：多媒體系統(tǒng)2002年開始使用，使用到2020年左右，預(yù)計有200,000萬用戶爭取統(tǒng)一標準，全球系統(tǒng)第四、五代？兩個驅(qū)動力：市場和技術(shù)移動通信的特點2023/7/2414移動通信家族的演進和發(fā)展模擬移動通信（AMPS、TACS等)模擬無繩電話移動衛(wèi)星TDMA(GSM,IS136)數(shù)字無繩電話第三代移動通信(IMT2000)199020002010IS-95CDMAWLL小靈通移動通信的特點IS-95CDMA2023/7/2415我國移動通信市場全球最大規(guī)模的移動用戶數(shù)：總計N億多移動用戶，預(yù)計2010年達到6M億移動通信用戶數(shù)已經(jīng)超過固定電話用戶數(shù)（高Q萬）短信業(yè)務(wù)世界第一將成為三個超萬億產(chǎn)值的行業(yè)之一全國移動通信發(fā)展不平衡，發(fā)達地區(qū)用戶數(shù)明顯高于不發(fā)達地區(qū)移動通信的特點2023/7/2416移動通信發(fā)展全球經(jīng)濟發(fā)展和信息化社會的要求通信設(shè)備移動性和個人化的要求有限頻率資源和人口集中的矛盾Internet的異軍突起非話業(yè)務(wù)的快速增長技術(shù)進步提供的可能全球經(jīng)濟和技術(shù)競爭的產(chǎn)物移動通信的特點2023/7/2417無線傳播環(huán)境的復(fù)雜性：天波（電離層、對流層）、地波（直射、反射、繞射）無線傳播的分類 －帶寬受限信道和功率受限信道 －色散信道和非色散信道（時間和頻率） －恒參信道和變參信道 －點對點信道和多址信道*無線通信的傳播2023/7/2418什么叫自由空間？ 無任何衰減、無任何阻擋、無任何多徑的傳播空間。無線電波在自由空間傳播時，其單位面積中的能量會因為擴散而減少。這種減少，稱為自由空間的傳播損耗Ls。

LS=(4d/

)2=(4fd/c

)2

以分貝數(shù)表示：

LS=92.4+20lgf(GHz)+20lgd(km)dB*無線電波傳播特性2023/7/2419*無線電波傳播特性2023/7/2420DirectpathReflectedpath1230-100m2kmormore1istheincidentofthedirectwave,alsocalledtheelevationangle.2istheincidentofthereflectedwave.*無線電波傳播特性2023/7/2421無線移動通信信道由長期慢衰落和短期快衰落效應(yīng)來表征的。忽略熱噪聲時，接收機接收的信號可以表示為m(t)表示長期慢衰落，即本地平均或?qū)?shù)正態(tài)衰落分量，其的幅度是對數(shù)正態(tài)功率密度函數(shù)，r0(t)表示短期快衰落(快衰落），即多徑或瑞利(Rayleigh)衰落分量。兩種衰落都與接收機天線的位移有關(guān)。信道表征2023/7/2422長期衰落m(t)快衰落r0(t)信道表征2023/7/2423多普勒(Doppler)效應(yīng)

當移動體在x軸上以速度v移動時引起多普勒（Doppler）頻率漂移。多普勒效應(yīng)引起的多普勒頻移表示為式中，為移動速度

為波長信道表征2023/7/2424分集技術(shù)分集的目的信號傳輸方式獲得多路信號的方式宏觀分集（抗長期衰落）微觀分集（抗短期衰落）顯分集隱分集交織和編碼技術(shù)調(diào)頻技術(shù)直接序列擴頻技術(shù)空間位置分集(多天線宏分集)空間角度分集(智能天線)時間分集(T>Tc)頻率分集(調(diào)頻或DSSS)極化分集*克服衰落信道影響的方法2023/7/2425主要制式GSM

CDMAIS-95IS95AIS95C TDMA/CDMA數(shù)字無繩電話和WLL 繼續(xù)發(fā)展的可能性基本滿足了話音通信的要求都將提供低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)成本和價格能被市場所接受在頻率資源容許時，在2010年前將繼續(xù)發(fā)展第二代移動通信的現(xiàn)狀和未來2023/7/2426GSM世界上最大、最成功的第二代移動通信網(wǎng)標準化程度最好設(shè)備價格能被運營商和用戶所接受DCS1800提供更多頻率資源使用的技術(shù)相對落后，如：為滿足數(shù)據(jù)通信的要求的改進話音質(zhì)量等方面是向第三代移動通信發(fā)展的主要起點和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，在2010年前將繼續(xù)獲得發(fā)展第二代移動通信的現(xiàn)狀和未來2023/7/2427工作頻段：

905～915（移動臺發(fā)、基站收）

950～960（基站發(fā)、移動臺收）隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，可使用1800MHz頻段：

1710～1785（移動臺發(fā)、基站收）

1805～1880（基站發(fā)、移動臺收）第二代移動通信的現(xiàn)狀和未來手機發(fā)高頻基站發(fā)低頻2023/7/2428蜂窩的概念：無線覆蓋區(qū)域的一種理論化的模型六邊形理論化理想化實際化第二代移動通信的現(xiàn)狀和未來2023/7/2429蜂窩小區(qū)的覆蓋鏈狀覆蓋二頻組三頻組面狀覆蓋f1f2f1f2f1f2f1f1f2f3f1f2f3f1第二代移動通信的現(xiàn)狀和未來2023/7/2430宏區(qū)微區(qū)微區(qū)微微區(qū)蜂窩小區(qū)的覆蓋嵌套覆蓋(HCS)第二代移動通信的現(xiàn)狀和未來2023/7/2431CellularSystems-cellradiusupto20km-cellsiteantenna350m-around900MHzPCSEnvironments-txrangeof300-500m-txantenna<10m-around2GHzMacrocellMicrocellsPicocell第二代移動通信的現(xiàn)狀和未來2023/7/2432頻分多址（FDMA）/時分多址技術(shù)（TDMA）在傳統(tǒng)的無線電廣播中，均采用頻分多址（FDMA）方式，每個廣播信道都有一個頻點，如果你要收聽某一廣播信道，則必須把你的收音機調(diào)諧到這一頻點上。模擬蜂窩移動系統(tǒng)也采用了此技術(shù)，某一小區(qū)中的某一客戶呼叫占用了一個頻點，即一個信道（實際上是占用兩個，因為是雙向連接，即雙工通信），則其它呼叫就不能再占用。

在GSM中，無線路徑上是采用時分多址（TDMA）方式。每一頻點（頻道或叫載頻TRX）上可分成8個時隙，每一時隙為一個信道，因此，一個TRX最多可有8個移動客戶同時使用，第二代移動通信的現(xiàn)狀和未來2023/7/243325MHz（124個ARFCN）890MHz915MHz25MHz（124個ARFCN）935MHz960MHz45MHz890.1MHz890.3MHz890.2MHz200KHz914.7MHz914.9MHz914.8MHz200KHz100KHz100KHz第二代移動通信的現(xiàn)狀和未來2023/7/2434第二代移動通信的現(xiàn)狀和未來GSM系統(tǒng)的時分多址(TDMA)：在頻分多址的基礎(chǔ)上時分多址頻分帶寬200KHz2023/7/24350123456701234567TDMA幀2TDMA幀10123456701234567TDMA幀2TDMA幀1UplinkDownlinkTS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7第二代移動通信的現(xiàn)狀和未來2023/7/2436邏輯信道又分為兩大類，業(yè)務(wù)信道和控制信道。①業(yè)務(wù)信道（TCH）：用于傳送編碼后的話音或客戶數(shù)據(jù)，在上行和下行信道上，點對點（BTS對一個MS，或反之）方式傳播。②控制信道：用于傳送信令或同步數(shù)據(jù)。根據(jù)所需完成的功能又把控制信道定義成廣播、公共及專用三種控制信道第二代移動通信的現(xiàn)狀和未來2023/7/2437切換（Handover/Handoff）移動通信系統(tǒng)的切換2023/7/2438軟切換移動臺合并功率各自小區(qū)的接收能量移動通信系統(tǒng)的切換2023/7/2439呼吸效應(yīng)容量充裕小區(qū)容量非飽和小區(qū)減少呼損，合理分布用戶負載充分利用網(wǎng)絡(luò)資源充分滿足用戶動態(tài)調(diào)整帶寬需求移動通信系統(tǒng)的切換2023/7/2440每個用戶對于其他用戶都相當于干擾，遠近效應(yīng)嚴重影響系統(tǒng)容量采用功控技術(shù)減少了用戶間的相互干擾，提高了系統(tǒng)整體容量遠近效應(yīng)－－功率控制PowerfPowerf移動通信系統(tǒng)的功率控制2023/7/2441前向功率控制小區(qū)發(fā)射功率上報功率控制比特手機發(fā)射信號功率控制命令反向功率控制

克服遠近效應(yīng)和多徑衰落減小多址干擾，保證網(wǎng)絡(luò)容量延長電池使用時間

移動通信系統(tǒng)的功率控制2023/7/2442注冊（登記）移動臺（MS）注冊是將MS的特征如位置或狀態(tài)報告給網(wǎng)絡(luò)。MS和網(wǎng)絡(luò)可以使注冊初始化。注冊是MS通知服務(wù)提供者它的存在和希望得到服務(wù)。無線系統(tǒng)（RS）通知移動交換中心（MSC）和所需要的其它網(wǎng)絡(luò)單元。MSC和其它網(wǎng)絡(luò)單元完成需要的注冊功能。當MS穿越一個或多個服務(wù)商的區(qū)域時也發(fā)生注冊。作為MS的地理位置被注冊后，網(wǎng)絡(luò)可以給它傳遞呼叫漫游當移動用戶離開登記注冊的HLR進入其他HLR