1、移 动 通 信,主讲人：杨彩虹Email：办公室：南五楼317电信系通信软件与交换技术中心,课程考核,1.考试占6070% 书面考核，闭卷 2.平时成绩占3040% 到课占10% 课程报告（2-3次）占2030%,移动通信课程与其他课程的关系,移动通信属于信息与通信专业的专业课程，本书偏工程领域。 信息与通信专业的课程分类： 基础课：数学理论，概率论与随机过程等 技术基础课：信息论、信号与系统、电路技术、数字信号处理、锁相、计算机技术等 专业基础课：通信原理 专业课：移动通信、现代通信网、计算机网络、现代交换技术等,基础知识要求,现代通信原理：无线信道与各种编码数字调制技术。 信号与线性系统
2、电路原理 现代通信网络,课程特点与学习,讲授现代移动通信系统的基本概念、基本技术和基本原理。 非理论基础，内容贴近实际，范围广。 自学为主，课堂为辅（学时） 教材、网络和参考书 认真听课 理解概念、领会难点 勤于思考，勇于提问 发现问题，提出问题，解决问题,参考书,1.移动通信：章坚武，西安电子科技大学出版社; 2.移动通信系统：郭梯云等，西安电子科技大学出版社; 3.移动通信原理与技术：啜刚等，北京邮电大学出版社; 4. 现代移动通信系统，祁玉生等，人民邮电出版社。,讲授内容（1）,1. 绪论 什么移动通信 移动通信的组成、工作方式、特点 移动通信的发展历史、现状和问题 2.移动通信 移动通
3、信体制 移动通信信道及技术、环境和频率规划,3. 移动通信的电波传输 电波传播特性 传播通信的工程计算 4. 数字调制技术 线性调制、恒包络调制技术极其结合调制技术 扩频调制 多径衰落信道中的调制,讲授内容（2）,5. GSM通信系统与GPRS GSM的电信业务 GSM的结构 GSM的网络接口、编号与安全、无线信道和呼叫方案 GPRS 6. CDMA通信系统 CDMA空中接口与信道,功率控制与RAKE接收 CDMA系统容量 CDMA登记与切换过程 7. 3G与未来移动通信系统 IMT-2000 我国的3G通信发展 3G的演变与4G 3网融合,第1章 概述,1.1 移动通信及其特点 1.2 移动
4、通信的工作方式（懂） 1.3 移动通信系统的组成（懂） 1.4 移动通信系统的频段使用（懂） 1.5 多址方式（掌握） 1.6 移动通信系统的发展史（懂） 1.7 我国移动通信发展现状（懂） 1.8 移动通信发展的主要技术问题及发展方向,1.1 移动通信及其特点,什么是通信？ “通”交互，“信”信息，信息的交互 通信的基本组成：发送、传输、接收 2. 什么是移动通信 移动通信是指移动用户之间， 或移动用户与固定用户之间进行的通信。,3. 与其它通信方式相比，移动通信具有如下特点：(1) 电波传播条件恶劣。 (2) 具有多普勒效应。移动台在运动中产生多普勒频移效应，频移值fd与移动台运动速度v、
5、工作频率f（或波长）及电波到达角有关，即 多普勒频移导致附加调频噪声。在cos=1时，最大多普勒频移fD=v/。(3) 干扰严重。 (4) 接收设备应具有较大的动态范围。 (5) 需要采用位置登记、 过境切换等移动性管理技术。(6) 综合了交换、计算和传输等多种技术。(7) 对设备要求苛刻。,移动通信的衰落与干扰,移动通信环境：将恶劣进行到底,1.2 移动通信的工作方式,按工作制式分 单工制 半双工制 双工制 按频率分 单频（同频） 双频（异频）,1.单工制 同频单工：同频是指通信双方 使用相同的工作频率（f1）； 单工是指双方采用“按讲”（push to talk， PTT）方式。平时，双方
6、均处于接收收听状态。 代表性应用：小区保安使用的步话机。,单工通信方式,同频单工的优点： 设备简单； 直接通话，无须基站转接； 功耗小，不按键时发射机不工作。 缺点: 只适用于组建简单和小容量通信网； 多个移动台同时发射会出现同频干扰；频谱利用率低：为了避免邻近频率的电台干扰，相邻频率的间隔应大于4 MHz； 使用不便“按键发话，松键受话。 异频单工-通信双方使用两个不同频率：f1和f2，操作仍采用“按讲”方式。无中心转发台，电台需配对使用，它更适合有中心台转发的情况。代表性应用：有控制中心的商务大楼。,2. 半双工制中心转发台（A）使用一组频率，而移动台（B）采用单工制，主要用于有中心转信台
7、的无线调度系统，如图1-2。 优点： 移动台设备简单，价格低， 耗电少； 收发采用不同频率，提高了频谱利用率； 移动台受邻近电台干扰小。 缺点：移动台仍需按键发话， 松键受话。 由于收发使用不同的频率，同一部电台的收发信机可以交替工作，也可以收常开，只控制发，即按下PTT发射。在中心台转发的系统中， 移动台必须使用该方式。代表性应用：出租车车载电台。,半双工通信方式,3. 双工制 如图1 - 3，通信双方的收发信机均同时工作，无需按PTT开关， 类似于平时打市话。双工制也可分为同频双工和异频双工。 异频双工制优点： 收发频率分开可大大减小干扰； 用户使用方便。缺点： 功耗大：移动台总是处于发射
8、状态； 移动台之间通话需占用两个频道； 设备较复杂， 价格较贵。在无中心台转发时，电台需配对使用， 否则双方无法通话。 代表性应用：GSM系统 同频双工：采用时分双工(TDD)技术， 是前些年来移动通信发展的一个方向，主要是应用于低功耗系统，如PHS小灵通。,双工通信方式,1.3 移动通信系统的组成,GSM 蜂窝移动通信系统的基本结构,1.4 移动通信系统的频段使用,早期的移动通信主要使用甚高频VHF和特高频UHF，属于超短波:(1) VHF/UHF频段较适合移动通信。 (2) 天线较短， 便于携带和移动。 (3) 抗干扰能力强。比如800 MHz频段(CDMA)， 900 MHz频段(AMP
9、S、TACS、GSM)，1800 MHz频段(GSM1800/DCS1800)， 但该频段主要用于微蜂窝(Microcell)系统。,我国3G频段的分配（ 18802145MHz ）,中国电信：CDMA2000 上行：1920-1935MHz 下行：2110-2125MHz 中国联通：WCDMA 上行：1940-1955MHz 下行：2130-2145MHz 中国移动：TD-SCDMA（多5MHz带宽） 频段1：1880-1900MHz 频段2：2010-2025MHz,1.5 多 址 方 式,1.5.1 移动通信系统中的多址方式,1. FDMA：使用它的主要蜂窝系统有北美的AMPS和英国的T
10、ACS，我国AMPS和TACS这两种制式也都有应用，但TACS占绝大多数。所谓FDMA，就是不同信号被分配到不同频率的信道里，发往和来自邻近信道的干扰用带通滤波器进行限制，在规定的窄带里只能通过有用信号的能量，其他频率的信号被排斥在外。模拟的FM蜂窝系统都采用FDMA。,多址方式,2. TDMA：当前应用它的有北美的DAMPS和欧洲的GSM，在我国这两种制式也都有应用，但GSM占绝大多数。现在使用的TDMA蜂窝系统都是FDMA和TDMA的组合，所谓TDMA，就是一个信道由一连串周期性的时隙构成。以GSM为例，一个频点（或载频TRx）被分为8个时隙，每一时隙为一个信道。 3. CDMA：当前应用
11、它的主要有北美的IS-95 CDMA系统。所谓CDMA，就是每一路信号被分配一个伪随机二进制序列进行扩频，不同路的信号被分配到不同的伪随机序列里。在接收机端采用相关器分离各路信号。,1.5.2 移动通信系统中不同多址方式的频谱效率,FDMA蜂窝系统中，频谱效率取决于每赫兹带宽信息比特率和频率复用系数。以AMPS系统为例，频谱被分成30 kHz带宽的多个信道，使用窄带FM调制，调制效率为每30 kHz/话路。由于干扰，同一频率不能在同一小区中重复作用，为提供可靠的通话质量，载干比（C/I）需要18 dB或更高。根据推算和经验表明，这个C/I值通常需要在频率复用系数为1/7时才能达到。频率复用系数
12、是表示相同频率是如何被复用的数目。因此, 每个小区中必须占用210 kHz的频谱才能获得一条话路。虽然通过减小小区面积增加小区数从理论上能取得任意高的话路容量，但需要增加设备费用。此外，由于小区覆盖范围减小，也增加了基站间的切换次数。切换次数的增加将导致两个坏处：一是容易掉话；二是加重了交换机的负担。,TDMA频谱效率的计算基本上和FDMA相同。 由于目前被认可的频率复用准则和模拟系统相似，可以算出对于DAMPS， 每个小区必须占用70 kHz的频谱才有一条话路，即它的容量是模拟AMPS的三倍。 同样可以算出，GSM的系统容量约是模拟TACS的两倍。,CDMA频谱效率的算法和上面两种制式不大相
13、同： 1. 前面两种制式中，通过每条话路的频谱宽度和频率复用系数就可以确定 每个小区的话路容量。 2. CDMA 是通过不同的地址码来区分用户的，所有用户都共用一个频率。决定CDMA系统容量的主要参数有处理增益、所需的Eb/N0值、话音激活系数、 频率复用效率和扇区数目等。而且即使上述参数都确定，容量还要受具体的地理环境、 背景噪声和外部干扰等条件的影响。所以，在CDMA中，每条话路所需占用的频谱宽度是不确定的。通过试验和理论计算，IS-95CDMA的容量可达到AMPS的8至10倍，每个小区中只占用20kHz的频谱就可有一条话路。,实际的CDMA蜂窝系统中实际上都是FDMA和CDMA的组合。处
14、在同一载频的CDMA用户共用同一频率，所以它的频率复用系数可以被看作是1，但由于受邻近小区中用户干扰的影响，CDMA实际的频率复用系数应为2/3。CDMA系统容量大的原因：1. 它的频率复用系数远远超过其他制式的蜂窝系统；2. 它使用了话音激活技术，有信息时才占用信道。,1.6 移动通信系统的发展史,移动通信的发展大致经历了以下几个发展阶段： 1. 20世纪2030年代：警车无线电调度电话（AM调幅），使用频率为2 MHz。 2. 20世纪4050年代：人工接续的移动电话（FM调频），单工工作方式， 使用频段为150 MHz及450 MHz。 特别值得一提的是1947年Bell实验室提出了蜂窝
15、的概念。 3. 20世纪60年代：自动拨号移动电话，全双工工作方式，使用频段为150 MHz及450 MHz。1964年美国开始研究更先进的移动电话系统（IMTS）。,如果有了移动通信， Tragedy？,4. 20世纪7080年代：模拟蜂窝系统，AMPS、TACS分别在美国、英国投入使用。 使用频段为800/900 MHz（早期曾使用450 MHz），全自动拨号，全双工工作，具有越区频道转换，自动漫游通信功能。频谱利用率、系统容量和话音质量都有明显的提高。 5. 20世纪90年代：数字蜂窝系统，GSM数字移动通信系统和窄带CDMA（IS-95A）数字移动通信系统及卫星移动通信系统。,6. 2
16、1世纪初：3G时代。基于窄带IS-95 CDMA技术的宽带cdma2000、欧洲电信标准协会（ETSI）制定的的W-CDMA、和由我国提出的时分同步CDMA（TD-SCDMA）等第三代系统（IMT-2000）陆续开始投入使用或建立试验网。3G系统使用的频段为18852025 MHz， 21102200 MHz，全球统一标准。在其它频段系统中，具体的收发频率间隔分别为: 150 MHz频段的收发频率间隔为5.7 MHz；450 MHz频段 的收发频率间隔为10 MHz；900 MHz频段的收发频率间隔为45 MHz。,按蜂窝系统的发展来划分： 1.第一代移动通信系统：20世纪80年代发展起来的模
17、拟蜂窝移动电话系统。其主要技术是模拟调频、频分多址， 主要业务是电话。代表系统有美国的AMPS，英国的TACS，北欧的NMT-900及日本HCNTS等。 主要缺点是：频谱利用率低，不能与ISDN兼容，保密性差，以及移动终端笨重、功耗高、价格昂贵等。 下表对AMPS和TCAS两种系统进行了简要比较,AMPS制式与TACS制式的主要差别,2.第二代移动通信系统：20世纪90年代发展起来的数字蜂窝移动通信系统，代表是GSM和IS-95的CDMA。GPRS是2.5G。其中，CDMA数字蜂窝移动通信系统具有以下优点：（1） 系统容量大：为GSM的5.6倍，TACS的11.2倍；（2） 抗衰落能力及抗干扰
18、性能强； （3） 话音质量高； （4） 保密性及安全性优于GSM系统； （5） 移动台发射功率低（约10 mW）； （6） 具有软切换和软容量特性； （7） 频率复用模式理论上可达到1。本区和邻区可共用同一频道， 因而不需要频率动态分配； （8） 可实现宽带数据传输。,3.第三代移动通信系统：由国际电信联盟ITU-T提出的第三代移动通信系统UMTS/FPLMT（简称IMT-2000），是工作在2 GHz频段上的宽带移动通信系统。IMT-2000由以下两个系统结合演变而来： (1） 未来公用陆地移动通信系统（FPLMTS）。 (2） 通用移动通信系统（UMTS）。,蜂窝移动通信的发展过程发展时间
19、与系统,蜂窝移动通信的发展趋势,低功率系统的主要参数,数字蜂窝系统的主要参数,1.7 我国移动通信发展现状,我国移动通信的发展分为三个阶段： 引进阶段：第一代模拟和第二代数字蜂窝系统； 跟踪和仿制阶段：第二代数字蜂窝系统后期和第三代移动通信系统初期； 独立研发阶段：第三代移动通信系统后期到现在，从TD-SCDMA（技术）的到LTE（长期演进，Long Time Evolution）系统，再到4G标准。,IMT-2000以及Beyond IMT-2000系统的通信能力,全球移动通信用户增长预期,蜂窝移动通信的发展趋势,IMT-2000的系统特性如下： 采用1.82.2 GHz频带； 在多种无线环
20、境下工作（蜂窝系统、 无绳系统、 卫星系统和固定的无线系统环境）； 使用多模式终端， 提供漫游能力； 提供广泛的电信业务； 具有与固定网络业务可比的高质量和完整性； 具有国际漫游和系统内部越区切换的能力； 使用智能网（IN）技术进行移动性管理和业务控制； 具有高水平的安全和保密能力； 具有灵活开放的网络结构。,1.8 移动通信发展的主要技术问题及发展方向,更高的频谱利用率， 开拓更高频带的利用； 2) 开发卫星移动通信系统； 3) 新体制的研究：目前是多种通信体制并存； 全球一网，每人一号，三网融合：无论何人（Whoever）都 可以在任何时间（Whenever）、任何地点（Wherever）和任何 人 （Whomever）进行任意信息（Whatever）交互。,
