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无线通信系统 第一章 概述 1 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 内 容 ? 移动通信的基础知识 内 容 ? 移动通信的发展史、现状和趋势? 移动通信的基础知识 移动通信的工作频段 移动通信的主要特点 ? 移动通信的发展史、现状和趋势 发展历程 用户增长和业务需求及预期及应用市场 现状和趋势 移动通信系统的分类 典型的移动通信系统 移动通信的关键技术 现状和趋势 第一代移动通信系统 第二代移动通信系统 移动通信的关键技术 物理层关键技术 多址接入方式 第代移动通信系统 第三代移动通信系统 Beyond 3G 移动通信系统 个人移动通信 多接方式 数据链路层关键技术 网络层关键技术 个人移动通信 ? 移动通信的标准化 2 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 定 义 无线通信 定 义 无线通信： 以“无线电波”做为媒体进行信息交换的通以无线电波做为媒体进行信息交换的通 信称为无线通信。 引申：通过“无形”的媒体进行信息交换的通信 称为无线通信。称为无线通信。 例如：无线电波、红外线、紫外线、激光等。 3 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 定 义定 义 移动通信： 至少有一方处于移动状态下进行信息交换的通至少有方处于移动状态下进行信息交换的通 信就叫做移动通信。 换句话说移动通信要解决因为通信双方的相换句话说，移动通信要解决因为通信双方的相 对移动而产生的动中通问题。 终端的移动性：手机车载台终端的移动性：手机、车载台。 个人的移动性：SIM/UIM 卡方式支持的业务。 可见其基础为无线通信但环境更复杂对设可见，其基础为无线通信，但环境更复杂，对设 备的要求更苛刻。 4 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 双工的概念双工的概念 发 送接 收 频分双工(FDD) f 收发保护频段 发 送接 收发 送接 收. 时分双工（TDD） t 保护时间间隔 时分双工（TDD） 5 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 上下行链路的概念上、下行链路的概念 由于移动性的要求， 移动台的天线高度和 发射功率都要受到限 制。为了保证用户之 间能够有足够的通信间能够有足够的通信 距离，同时也为了便 于系统的管理和交换，于系统的管理和交换， 通常采用基站(中心 站)转发的工作方式。 6 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 信道的特性信道的特性 1. 信信 号 大尺度衰落 号 的 小尺度衰落 衰 落落 7 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 信道的特性信道的特性 2. 时 变 0 t 111 t+ 1 t 112 t+ 变 性 0 t 111 t+ 1 t 112 t+ 时延扩展 频率扩展性 0 t 221 t+ 2 t 222 t+ 频率扩展 0 t 221 t 2 t 222 t 8 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 大区制与小区制的概念大区制与小区制的概念 ?大区制：采用一个基站覆盖整个服务范围?大区制：采用个基站覆盖整个服务范围 ? 基站：高架天线(数十米数百米) 大功率发射机(几十几百瓦) ? 移动台：几十几百部、天线低、发射功率小移动台几十几百部天线低发射功率小 ? 覆盖半径：几十公里 ? 问题上行信号差? 问题：上行信号差 ? 解决办法：分集接收 ? 特点：系统简单、容量小 9 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 大区制与小区制的概念大区制与小区制的概念 ?小区制：多个基站增大覆盖范围，多采用频率再用?小区制：多个基站增大覆盖范围，多采用频率再用 ? 形式：带状、面状、立体状 ? 问题：小区半径 r单位面积用户数过区切换频繁? 问题：小区半径 r单位面积用户数过区切换频繁 模拟网：r2km；数字网： r0.5km ? 区群的概念：共同使用全部可用频率的n个相邻小区组成区群的概念共同使用全部可用频率的 个相邻小区组成 区群 。 n小区频道数每个小区的容量 但n共道再用距离共道干扰 模拟网：7；数字网：3或4 特点系统复杂容量大? 特点：系统复杂、容量大 10 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 蜂窝网的概念蜂窝网的概念 1.3r2 2r2 2.6r2 小区的形状网络覆盖的形状 由于网络覆盖的形状类似于蜂窝故称为蜂窝网由于网络覆盖的形状类似于蜂窝，故称为蜂窝网 11 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 对通信质量影响的主要因素对通信质量影响的主要因素 噪声与干扰 噪声 邻道干扰与同频道干扰 邻道干扰与同频道干扰 CDMA中的多址干扰（MAI） 12 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 噪声的分类与特性噪声的分类与特性 ?内部噪声内部噪声 ?人为噪声 ?环境噪声?环境噪声 13 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 各种噪声功率与频率的关系各种噪声功率与频率的关系 14 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 人为噪声 ? 移动信道的 人为噪声 ? 移动信道的 人为噪声主 要是车辆的要是车辆的 点火噪声。 统计测试表 声面，噪声强 度随地点的 分布近似服分布近似服 从对数正态 分布。分布 15 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 典型环境人为噪声系数平均值典型环境人为噪声系数平均值 16 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 人为噪声的标准偏差人为噪声的标准偏差 17 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 噪声环境下语音质量的恶化量噪声环境下语音质量的恶化量 ?噪声环境下语音服务质量将恶化?噪声环境下语音服务质量将恶化 ?在移动条件下，恶化量为到达静态条件下的 语音质量所需的接收电平的增加量语音质量所需的接收电平的增加量 18 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 邻道干扰与同频道干扰邻道干扰与同频道干扰 ? 邻道干扰： 相邻频道或 邻近频道信邻近频道信 号之间的相 互干扰。互干扰。 ? 共道干扰： 频率再用引 起的相互干 扰 19 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 目录上一页 第一章：概述第一章：概述 频段划分频段划分 3 310 9 3 10 12 3 10 6 3 10 15 3 10 18 3 1030 21 3 10 5 1 10 m 1 m 4 10nm Cf= 20 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 330kH 甚低频（VLF）330kHz甚低频（VLF） 电离层波导（wave guide）g 电报电报 导航系统 潜艇通信潜艇通信 21 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 30kHz3MHz30kHz3MHz 低频（LF）和中频（MF） LF：表面波LF：表面波 长距离通信 导航导航 MF：地面波和空中波MF：地面波和空中波 干扰&衰落 商业AM无线电 商业AM无线电 22 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 330MH 高频（HF）330MHz高频（HF） 存在地面波 以空中波为主以空中波为主 通过电离层反射 全球通信全球通信 没有用于民用移动通信 23 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 30MHz300MHz甚高频 ?视线（LOS）传播为主?视线（LOS）传播为主 ?具有一定的散射和绕射能力 广播 广播 电视 雷达 雷达 陆地通信 24 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 300MH30GH 极高频300MHz30GHz 极高频 （微波：1530GHz） ?需视线（LOS）传播 （微波：1530GHz） ?需视线（LOS）传播 ?高增益天线 卫星通信 卫星通信 点对点陆地链路 雷达 雷达 超短距通信 25 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 无线电波的频（波）段划分表无线电波的频（波）段划分表 26 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 ITU陆地移动通信工作频段（MH ）ITU陆地移动通信工作频段（MHz） 29.747 4750 （与广播共用） 5468 （与广播共用） 29.7 47 （与广播共用）（与广播共用） 6874.8875.287 87100 （与广播共用）（与广播共用） 138144148149.9150.05156.7625 156.8375174 174223 （与广播共用） 223328.6 406 1 430 335.4339.9 406.1430 （陆地为主） 440470 470 960470960 （与广播共用） 142715251668.41690 1700 26903500 42004400 5000 27 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 170026903500420044005000 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 WARC92新的频谱分配方案WARC 92新的频谱分配方案 ? 未来陆地移动通信频段（MHz） 17002690 在世界范围灵活应用，鼓励移动业务发展。 18852025 和 未来陆移动信频段 18852025 和 21102200 用于IMT2000 系统和发展世界范围的移动通信。 ? 卫星移动通信频段（MHz）? 卫星移动通信频段（MHz） 137138、400.15401（均用于 下行）和148149.9（上行） 用于小低轨道卫星移动业务。 下行）和（行） 16101626.5（上行） 和2483.52500（下行） 用于大低轨道卫星移动业务。 19802010（上行） 和21702200（下行） 第三代移动通信系统的卫星移动 业务。 28 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 目录上一页 第一章：概述第一章：概述 移动通信的主要特点移动通信的主要特点 ?必须利用无线电波传输信息，传播特性差 传播特性复杂：多径效应和阴影效应造成电波传 播的幅度衰落和时延扩展；播的幅度衰落和时延扩展； 用户的高速移动：多普勒频移造成电波传播的快 速随机变化和频率扩展；速随机变化和频率扩展； 只有充分研究移动信道的特性，才能设计出 合理的系统。合理的系统。 29 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 移动通信的主要特点移动通信的主要特点 ?工作于复杂的干扰环境?工作于复杂的干扰环境 除了与其它无线系统一样，会受到天电干扰、工 业干扰和各种噪声的干扰外，还会有以下干扰：业干扰和各种噪声的干扰外，还会有以下干扰： 远近效应：近处“无用”信号对远处“有用”信 号的干扰；号的干扰； 共道干扰：相同频率信号之间的相互干扰（频率 再用引起）；再用引起）； 邻道干扰：相邻或邻近频道的相互干扰； 互调干扰：非线性特性引起（特别是三阶互调干互调干扰：非线性特性引起（特别是三阶互调干 扰）。 此外，对于CDMA系统还存在MAI(多址干扰)。 30 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 此外，对于CDMA系统还存在MAI(多址干扰)。 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 移动通信的主要特点移动通信的主要特点 ?网络结构多样，网络管理复杂 大区制和小区制 用户注册和登记 鉴权和计费； 安全与保密 31 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 移动通信的主要特点移动通信的主要特点 ?用户量、业务量大，而频率资源有限用户量、务量大，而频率资源有限 用户容量问题； 业务容量问题。 32 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 移动通信的主要特点移动通信的主要特点 ?设备要求高，但终端成为个人消费品设备要求高，但终端成为个人消费品 体积小、重量轻、耗电少、抗震、防潮等。 成本低。 33 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 目录上一页 第一章：概述第一章：概述 移动通信的分类移动通信的分类 按工作方式：单工、双工（FDD、TDD）、半双工（同频、按工作方式：单工、双工（FDD、TDD）、半双工（同频、 异频） 按多址方式：FDMA、TDMA、CDMA、SDMA等 按信号形式：模拟网、数字网 按组网形式：大区制、小区制 按覆盖范围城域网（MAN）局域网（LAN）个域网 按覆盖范围：城域网（MAN）、局域网（LAN）、个域网 （PAN）、车域网（VAN） 按业务类型：电话网、数据网、综合业务网、多媒体按业务类型：电话网、数据网、综合业务网、多媒体 按服务特性：专用网、公共网 按使用环境：陆地、海上、空中 按使用对象：民用、军用 按系统应用：无线寻呼、无绳电话、公用电话/数字、调度 （集群） 34 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 （集群） 目录上一页 第一章：概述第一章：概述 典型的移动通信系统典型的移动通信系统 无线寻呼系统无线寻呼系统 无绳电话 公用移动电话系统公用移动电话系统 卫星移动通信铱、全球星等 集群系统集群系统 无线局域网(WLAN)802.11、HyperLAN(高性 能无线局域网)能无线局域网) 游牧无线接入系统(WPAN/WVAN)蓝牙 固定无线接入系统(WMAN)WLL(无线本地环固定无线接入系统(WMAN)WLL(无线本地环 路)、LDMS(本地多点分配业务) 无线广播系统DBA、DVB 35 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 无线广播系统DBA、DVB 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 无线寻呼系统 ?1948年，Bell Lab. 试制“Bell Boy”无线 无线寻呼系统 年，试制y无线 寻呼的开端； ?60，70年代，随着微电子技术的发展，欧、美、，年代，随着微电子技术的发展，欧、美、 日等研制各种寻呼系统；Packet Bell-BP机 ?我国80年代初引进，由于PSTN较落后，未受重视我国年代引进，由于较落后，未重视 ?寻呼一般用于通知用户回应某个电话，简短留言 或股票，标题新闻等；融入移动网中，SMS消息或股票，标题新闻等；移动网中，消息 ?按照用户类别： ?专用寻呼中心一般不与市话相连，仅于本单位交?专用寻呼中心般不与市话相连，仅于本单位交 换机连，发射功率小，独立，用于医院、港口等 ?公用与PSTN相连 36 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 第一章：概述第一章：概述 无线寻呼系统无线寻呼系统 ?典型的单向通信系统 ?组成：?组成： 37 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 无线寻呼系统无线寻呼系统 ?特点： ? 单向通信 ? 小巧、便于携带? 小巧、便于携带 ? 价格低廉 ? 较小的频率资源和较大的用户容量 38 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 无线寻呼系统无线寻呼系统 ?发展简史：?发展简史： ? 第一代：“主叫用户识别寻呼系统” ，代表：1968年，东京，100 万户万户 只能发出呼叫音，需到服务台查询、转接。 ? 第二代“语音型寻呼系统”? 第二代：语音型寻呼系统 调频语音选呼信号；一般重复两遍，总时间约10s（每遍5s） 系统容量小约千户系统容量小，约14千户。 ? 第三代：“数字型寻呼机”，POCSAG码（无线寻呼国际1号码， 512kb和1200kbBCH(31 21)+奇偶校验）格雷码512kbps和1200kbps，BCH(31,21)+奇偶校验）、格雷码。 ? 第四代：“字符型寻呼机” 39 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 ? 汉字型：数字代码型、全汉字型 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 集群移动通信系统集群移动通信系统 ?产生背景：调度通信对野外或流动作业部门重要，广?产生背景：调度通信对野外或流动作业部门重要，广 泛用于公车、出租车、大型企业、车站、机场等； ?集群的概念?集群的概念 ?将各部门分散建立的专用网集中起来，统一建网和管理， 各部门只建各自的调度台和配置相应的车台及手机各部门只建各自的调度台和配置相应的车台及手机 ?动态分配空闲信道， ?用户数 ?改进的频道共用， ?利用率 40 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 无绳电话系统无绳电话系统 ?基本组成：?基本组成： 家用型：座机、手机 网络型：电信点（基站）、 手机 ?特点： 必须以有线网络为依托 覆盖半径小（100300m） 低速移动（20km/h) 41 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 无绳电话系统无绳电话系统 ?早期无绳电话单机分成座机和手机，用无线电 连接FM模拟话音通信几十米主要用于室连接，FM，模拟话音，通信几十米，主要用于室 内，手机仅与某个座机通信，且座机连PSTN ?随后向数字化、网络化方向发展，室内?室外，专 用?公用，形成以PSTN为依托的多种结构； ?数字无绳电话泛欧标准DECT（微小区） ?32kb的ADPCM语音编码?32kbps的ADPCM语音编码 ?TDMA/FDMA，多址，每载波112路话音 ?GFSK或Pi/4-QPSK调制 ?手机功率 5 25m工作频率900M或1800MH 42 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 ?手机功率=525mw，工作频率900M或1800MHz 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 公用移动电话系统公用移动电话系统 ?大区制： 组成： 基站高架天线（数十数百米）大功率发射机（几十基站：高架天线（数十数百米）、大功率发射机（几十 几百瓦）、覆盖半径：几十公里 移动台几百几千部天线低发射功率小移动台：几百几千部，天线低发射功率小 分集接收：为了解决覆盖区边缘处上行信号弱，可设外围 接收机接收机 特点：系统简单、容量小。 43 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 公用移动电话系统公用移动电话系统 ?小区制?小区制： 为了提高系统容量， 采用频率再用技术 公共电话网 PSTN 手持机 HS MS 移动台 采用频率再用技术 典型系统：蜂窝网 基站 BTS 基站控制器 BSC PSTN 基站 BTS HS 组成：如右图 特点： BTS MS 移动台 系统复杂(漫游、过 区切换、频率分配) 数据库 网络管理 基站控制器 基站 BTS 基站 容量大 移动交换机 MSC 数据库 VLR/HLR 基站控制器 BSC 基站 BTS 44 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 卫星移动通信系统卫星移动通信系统 ?分类：?分类： 按用途： 事系海事移动卫星系统(MMSS) 航空移动卫星系统(AMSS) 陆地移动卫星系统(LMSS)陆地移动卫星系统(LMSS) 按卫星运行轨道 同步（高）轨道（GEO）同步（高）轨道（GEO） 长椭圆轨道（HEO） 中轨道（MEO） 低轨道（LEO） 45 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 卫星移动通信系统卫星移动通信系统 ?轨道划分准则： 高能辐射带（范艾伦带）：由高能电子和质子组成（地球磁场从太 阳风中俘获并禁锢而形成）。这些高能粒子撞击卫星回产生x射线和 附加的高能电子且穿透力强对星上电子设备损害较大附加的高能电子，且穿透力强，对星上电子设备损害较大。 内带：粒子密度高、辐射强度大且稳定。 1500km6000km（或 800km） 外带：辐射较弱，且界限比较模糊。15000km20000km 高轨道（GEO）：h36000km（赤道上），周期：24h（三颗星） 长椭圆轨道（HEO）：h40000km（远地点），周期:1224h长椭圆轨道（HEO）：h40000km（远地点），周期:12 24h 解决两极及高纬度地区的通信（23颗星） 中轨道（MEO）：h800012000km。 在10000km处周期56h1516颗星在10000km处，周期56h，1516颗星。 低轨道（LEO）：h5002000km（多在1500km以下）。 在1000km处，周期1小时45分，2030颗星。 46 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 卫星移动通信系统卫星移动通信系统 ?特点：?特点： 电波传播路径大部分在大气层以外的空间，传播损耗近似为 自由空间的条件； 传播距离远：损耗大，延迟也较大； 地球站仰角大(2056)：波束不易受地面发射影响，多径 效应小但高大建筑物仍会造成“阴影效应”效应小；但高大建筑物仍会造成“阴影效应”； f1GHz时，因雨、雪等气候原因，将产生附加的传输损耗。 综上所述：卫星中继信道具有传输距离远、覆盖地域宽 和传输特性比较稳定等优越性。因此，它对于建立覆盖全球 的移动通信网络极具吸引力特别是中低轨道的卫星通信的移动通信网络极具吸引力，特别是中、低轨道的卫星通信 系统，近年来备受关注。 47 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 卫星移动通信系统卫星移动通信系统 ?典型系统： 星状星座：“铱”系统 h780kmh780km 原规划：77星、7轨道，每星37个点波束 改进星轨道每星个点波束改进：66星、6轨道、每星48个点波束 网状星座：“Global Star” h1410km，周期：113分 48颗星、8轨道（6星/轨，一颗备用）48颗星、8轨道（6星/轨，颗备用） 轨道倾角：52 48 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 移动通信系统的多层次覆盖移动通信系统的多层次覆盖 49 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 目录上一页 第一章：概述第一章：概述 分组无线网分组无线网 ?最早的分组无线网是1968年，夏威夷大学的ALOHA?最早的分组无线网是1968年，夏威夷大学的ALOHA 系统：主要是为在4个岛上的7个分校的人员访问计算 机中心。在一节点欲发送，不论信道状态，立即占用，机中心。在节点欲发送，不论信道状态，立即占用， 规定时间未收到确认，则碰撞而失败，重发。 ?802 11X 无线局域网?802.11X 无线局域网。 ?802.16 无线城域网。 ?802.15.1蓝牙技术。 移动自组织网?移动自组织网ad-hoc。 50 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 802 11的协议栈802.11的协议栈 51 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 第一章：概述第一章：概述 802 11物理层802.11物理层 ?红外技术，使用0 85或0 95微米波段上的漫射?红外技术，使用0.85或0.95微米波段上的漫射 传输，允许速率为1Mbps和2Mbps 跳频扩频?跳频扩频FHSS（Frequency Hopping Spread Spectrum）跳频技术，使用79个信道，每个信道 带宽从频段向上使用个伪随1MHz带宽，从2.4GHz 频段向上，使用一个伪随 机数发生器产生跳频序列。 ?直接序列扩频DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)， 1MBps或2Mbps。原理和 CDMA类似Spectrum)， 1MBps或2Mbps。原理和 CDMA类似 每个比特被编码为11个时间片。使用1M波特的相 移调制。 52 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 移调制。 第一章：概述第一章：概述 常见的几种802.11无线局域网 标准频段数据 速率 物理层优缺点 速率 802.11b2.4 GHz最高为 11 Mb/s HR-DSSS最高数据率较低，价格最低，信 号传播距离最远，且不易受阻碍 802.11a5 GHz最高为 54 Mb/s OFDM最高数据率较高，支持更多用户 同时上网，价格最高，信号传播 距离较短且易受阻碍距离较短，且易受阻碍 802.11g2.4 GHz最高为 54 Mb/s OFDM最高数据率较高，支持更多用户 同时上网，信号传播距离最远，54 Mb/s同时上网，信号传播距离最远， 且不易受阻碍，价格比 802.11b 贵 53 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 第一章：概述第一章：概述 802.16 无线城域网服务范围示意图 U N I V E R S I T YU N I V E R S I T Y 802.11 WLAN 802 16802.16 因特网 802.11 热点 802.16 基站 ISP 802.11 WLAN 802.16 基站 电信网 54 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 第一章：概述第一章：概述 ?802 16工作频段特性?802.16工作频段特性 ?范围1066GHz，毫米波 ?按直线传播 ?基站可以有多个天线指向周边不同的扇形区域?基站可以有多个天线，指向周边不同的扇形区域 ?每个扇区有它自己的用户，与相邻扇区保持相对独立 55 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 第一章：概述第一章：概述 蓝牙技术蓝牙技术 1994，Ericsson和IBM，Intel，Nokia，和， Toshiba：将计算和通信设备或附加部件通过短 距离、低功耗、低成本的无线电波相互连接起 来，这个项目被称为蓝牙（bluetooth） IEEE的802.15：以蓝牙为基础，只规定了物理 层和数据链路层。 2002年IEEE批准了第一个802.15.1年批了第个 蓝牙系统的基本单元是微微网。 56 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 蓝牙系统的基本单元是微微网。 第一章：概述第一章：概述 移动自组织网 d h移动自组织网ad-hoc 络有定基施（有） 自组网络是没有固定基础设施（即没有AP）的无 线局域网。这种网络由一些处于平等状态的移动 成时络站之间相互通信组成的临时网络。 转发结点 转发结点 转发结点 转发结点 转发结点 自组网络 D CB 目的结点 转发结点 A E F 57 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 源结点 第一章：概述第一章：概述 Ad-hoc的应用 在军事领域中，携带了移动站的战士可利 时络用临时建立的移动自组网络进行通信。 这种组网方式也能够应用到作战的地面车这种组网方式也能够应用到作战的地面车 辆群和坦克群，以及海上的舰艇群、空中 的机群的机群。 当出现自然灾害时，在抢险救灾时利用移 动自组网络进行及时的通信往往很有效的 58 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 第一章：概述第一章：概述 几种无线网络的比较几种无线网络的比较 1 Gb/s 802.15.3 4G 100 Mb/s 802.15.3 超宽带 802.11g, a 4G 移动通信 Wi-Fi WiMAX 10 Mb/s 1 Mb/s 802.15.1 蓝牙 802.11b 802.16 3G 1 Mb/s 100 kb/s 802.15.4 ZigBee 蓝牙 2G 移动通信 移动通信 覆盖范围 10 kb/s PAN LAN MAN WAN 移动通信 59 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 第一章：概述第一章：概述 关键技术（物理层）关键技术（物理层） ? 调制解调? 调制解调： 基本要求： 频谱利率高带外衰减快 考虑问题： 线性与非线性； 频谱利用率高，带外衰减快； 易于实现； 线性与非线性； 恒包络与非恒包络； 低能耗； 抗噪声和抗干扰能力强； 相干检测与非相干检测； 高频谱效率与高能量效率。 抗噪声和抗干扰能力强； 适合于衰落信道。 常见调制方式： GMSKMFSK/4 QPSKGMSK、MFSK、/4-QPSK、 OFDM、OTDM等 60 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 关键技术（物理层）关键技术（物理层） ?电波传播特性与信道建模?电波传播特性与信道建模： 电波传播的基本特性：电波传播的基本特性： 阴影效应； 多径效应； 多普勒频移；多普勒频移； 信道建模：一直是个难点 方法理论分析与统计测试相结合 61 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 关键技术（物理层）关键技术（物理层） ?平坦衰落的对策：?平坦衰落的对策： 功率储备：增加发送功率、提高天线增益、 信离减少通信距离、降低噪声系数 分集技术：宏分集、微分集分集技术：宏分集、微分集 编码技术：分组码、卷积码、Turbo码等 自适应技术：功率控制、自适应调制等 62 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 关键技术（物理层）关键技术（物理层） ?选择性衰落的对策：?选择性衰落的对策： 均衡技术： 时域均衡和频域均衡 线性均衡和非线性均衡线性均衡和非线性均衡 扩频技术：直扩、跳频 多载波传输技术：OFDM、OTDM、MC-CDMA 等 天线解决方案：智能天线、天线分集、MIMO等 63 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 关键技术（物理层）关键技术（物理层） ?多用户检测技术?多用户检测技术： 主要在CDMA技术中降低MAI，提高系统容量。 ?超宽带（UWB）技术： 使用类似于噪声的非常窄的脉冲，在几个GHz上进行扩频通信 功率谱非常宽，处理增益较高，现有系统对其影响可忽略不计； 多径分量可分离，使得接收机的接收功率比较稳定，受衰落的影 响小； 发射机无需调制器，实现简单 功率谱密度非常低，与环境噪声相近，可与现有系统共存 64 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 关键技术（链路层）关键技术（链路层） ?多址技术?多址技术： 面向语言业务的多址方式： FDMA、TDMA、CDMA、 SDMA 面向数据业务的多址方式：面向数据业务的多址方式： 基于ALOHA：ALOHA时隙等 基于坚持非坚持坚持基于CSMA： 1-坚持CSMA、非坚持CSMA、p-坚持 CSMA等 面向多媒体的多址方式：GPRS等 65 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 关键技术（链路层）关键技术（链路层） ?链路控制?链路控制： 向网络层提供连接非连接业务的方法； 帧处理：拆帧、组帧，帧的识别与同步； 寻址点对点链路和多址网络 寻址：点对点链路和多址网络； 差错控制：对通信链路可能产生的差错进行控制；差错控制：对通信链路可能产生的差错进行控制； 流控：帧流调节。 66 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 关键技术（更高层）关键技术（更高层） ? 移动性管理（MM）：位置管理、过区切换 ? 无线资源管理（RRM），包括功率控制无线资源管包括功率控制 ? 授权、鉴权与计费（AAA） ? 网络组织和优化实现网络自组织和自适应网络优化? 网络组织和优化：实现网络自组织和自适应网络优化 ? 网络安全：安全机制、加密算法 ? 网络互通 ? 网络管理? 网络管理 67 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 目录上一页 第一章：概述第一章：概述 移动通信的发展历程 ?萌芽阶段： 移动通信的发展历程 ?萌芽阶段： 1880年，最初的无线传输设备“光话机”将反射光耦合到 光电硒接收器，通话距离700 英尺，比无线电方式早25年。后经光电硒接收器，通话距离700 英尺，比无线电方式早25年。后经 过改进，通话距离长达15km 。缺点：光线易受雨、雾、建筑物 等障碍物的阻挡。 19 世纪末，赫兹发现电磁波辐射，时称“以太”。 1897年，马可尼在陆地和一艘拖船上完成莫尔斯电码无线通信 实验，标志无线通信的开始，开创了海上通信业。1912年泰坦 尼克号的沉没，凸现了无线电通信在航海中的重要性，使海上 无线通信得到广泛应用无线通信得到广泛应用。 1905年，费森堡首次进行无线电传输话音及音乐的实验。 68 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 移动通信的发展历程 ?第一阶段：起步阶段（2040年代）： 移动通信的发展历程 ?第阶段：起步阶段（2040年代）： 主要使用短波频段，电子管设备，人工交换和人工切换频率的控制 和接续方式受军事或半军事（警察）应用限制和接续方式，受军事或半军事（警察）应用限制。 1928 年，美国底特律警察局率先使用装备贝茨发明的能适应移动车辆 震动影响的无线电收发信机超外差 AM 接收机的警用车辆无线电 移动系统（单向），标志移动通信开始。 30 年代初，第一个双向移动通信系统在新泽西的贝尼尔警察局投入运 行（半双工）行（半双工）。 1935 年，阿姆斯特朗发明了FM方式无线电，是移动通信中地第一个大 分水岭。特点：大大提高灵敏度或动态范围（3 倍）；具有“捕获效应”分水岭特点大大提高灵敏度或动态范围倍；具有捕获效应 能更有效地对抗“快衰落”或波动性。因此它很快便取代了AM方式， 获得广泛应用。 69 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 移动通信的发展历程 ? 第二阶段：公用网初级阶段（40中60初）： 移动通信的发展历程 ? 第二阶段：公用网初级阶段（40中60初）： 在此阶段，移动电话需求强烈，专用移动无线电话系统广泛应用于警 察、出租车、新闻、调度等方面，并开始出现公用汽车移动无线电话系察出租车新闻调度等方面并开始出现公用汽车移动无线电话系 统。 1946年，Bell 实验室在圣路易斯建立第一个公用汽车话网，不久就出现长 期的频谱资源短缺问题。因此技术研究主要集中在：期的频谱资源短缺问题。因此技术研究主要集中在： (1) 减小传输带宽频道分割。一开始，FM采用120kHz传输带宽仅3kHz 的话音（AM 只需3kHz 带宽），到60年代FM带宽减为30kHz/25kHZ。 (2) 将自动中继引入移动通信集群应用以增加系统容量提高频谱利(2) 将自动中继引入移动通信集群应用，以增加系统容量，提高频谱利 用率。 (3) 60 年代晶体管的出现，使移动台向小型化方向前进了一大步。 单工3频道3540MH50k单工、3频道、3540MHz、50km 55年：150Mhz、11频道，56年：45MHz、12频道 特点：公用网、大区制、人工接续、容量小 70 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 移动通信的发展历程移动通信的发展历程 ? 第三阶段：公用网改善与完善阶段（60中70中）? 第三阶段：公用网改善与完善阶段（60中70中） 在此阶段的显著特点是由人工接续改为自动接续，从而形在此阶段的显著特点是由人工接续改为自动接续，从而形 成了真正意义上的公用汽车移动无线电话系统。 60年代中期，开发出了“IMTS改进的移动电话服务系统” （模拟FM，大区制，使用150 / 450MHz 频段，实现无线频道 自动选择并与公用电话网自动拨号连接）使模拟FM技术自动选择，并与公用电话网自动拨号连接），使模拟FM技术 达到了30年发展的顶峰。 特点：大区制、中小容量、自动选频、自动接续特点：大区制、中小容量、自动选频、自动接续 71 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 移动通信的发展历程 ? 第四阶段：公用网蓬勃发展阶段（70中80中） 移动通信的发展历程 此阶段的显著标志是小区制网络的出现。其特点是低功率发射机和小覆盖区域 或蜂窝、频率集用、蜂窝裂变提高容量、越区切换和中央控制（自动化、私控化、 智能化）。智能化 早在40年代末，美国 Bell 实验室就提出了蜂窝构想；60 年代出台研究计划；1974 年正式提出了蜂窝移动通信的概念。 1978 年底，贝尔实验室研制成功模拟蜂窝移动通信系统 “先进移动电话系统 (AMPS)，比预期晚了整整10年，导致（模拟FM蜂窝系统）技术落后了，几乎丧失 了市场。原因是频段争夺（与广播）和工业政策（反垄断1982年AT& T分裂成7 块）。 同时期开通的第代移动通信系统有美国芝加哥的北欧的同时期开通的第一代移动通信系统有：1983美国芝加哥的AMPS，1980北欧的NMT， 1979 日本东京、神户、大阪的HAMTS、1985英国伦敦的TACS等。使用频段为800 / 900MHz 。 这段时期集成电路微型计算机和微处理器等微电子技术的长足发展使移动通这段时期，集成电路、微型计算机和微处理器等微电子技术的长足发展，使移动通 信设备的小型化、微型化、便携化成为可能，移动设备的耗电量、重量、体积大大 缩小，也是促进移动通信的发展一个重要原因。 特点蜂窝网大容量 72 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 特点：蜂窝网、大容量 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 移动通信的发展历程移动通信的发展历程 ? 第五阶段：数字化阶段（80中至今） 上个世纪80年代以后，随着数字化技术的不断 发展，移动通信也进入了数字化阶段。此阶段的显 著特点是传输的所有业务信息均采用数字的形式， 并且还发展出了一些新的多址方式，如TDMA、 CDMA等。这些技术的应用进一步提高了系统的容 量。 73 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 目录上一页 第一章：概述第一章：概述 移动通信的增长及预期移动通信的增长及预期 74 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 我国移动通信的发展（1）我国移动通信的发展（1） 1987年中国电信开始开办移动电话业务1987年中国电信开始开办移动电话业务 19871993年，用户每年的增长速度均在200%以上 1994年移动用户规模超过百万大关。 1997年7月17日，我国移动电话达1000万（江苏南京） 2001年8月，中国的移动通信用户数超过了1.2亿，已超过 美为世界第位美国跃居为世界第一位。 2003年6月底移动电话用户总数已达2.3447亿户。 2006年中国移动通信以392亿美元的品牌价值高居英国2006年，中国移动通信以392亿美元的品牌价值高居英国 金融时报“全球最强势100品牌”排名第四、世界品牌 实验室“亚洲品牌500强”排名第三、美国商业周刊 “中国最佳20品牌”排名第一。 75 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 我国移动通信的发展（2）我国移动通信的发展（2） 几个重要数字： ?我国移动电话用户增长到1000万户用了10年时间?我国移动电话用户增长到1000万户用了10年时间 ?从1000万户到1亿户用了不到4年时间 ?从1亿户到2亿户仅用了1年左右的时间 ?2003年10月，移动电话用户数首次超过固定电话用户数 （固定电话用户数2.55亿，移动电话用户2.56亿） ?据信息产部布的最数据截2007年份我?据信息产业部分布的最新数据，截至2007年一月份，我国 电话用户数有8.36亿户，其中： 固定电话用户3 69亿户所占比例分别为44 14%固定电话用户3.69亿户，所占比例分别为44.14% 移动电话用户数4.67亿户，所占比例分别为55.86%， 一月份移动电话用户新增632.7万户，为固定电话新增 用户的1.6倍 移动用户的强劲增长势头必将在很长一段时间内保持 76 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 业务需求的变化和发展 移动业 业务需求的变化和发展 移动业 务也正从话 音业务向以 IP接入和多 媒体业务为 主的方向发主的方向发 展，预计到 2009年，手2009年，手 持移动终端 将逐步成为 上网的主要 设备之一。 77 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 下一页上一页 第一章：概述第一章：概述 无线通信应用的市场 ?面向语音的市场：连接PSTN的无线网络 无线通信应用的市场 ?面向语音的市场：连接PSTN的无线网络 局域网市场：语音质量高的低功率、低移动性设备，包括 无绳电话PCS（个人通信业务）无线PBX (专用分组交无绳电话、PCS（个人通信业务） 、无线PBX (专用分组交 换)和无线电话直放站等。 广域网市场：语音质量较低的低功率、大范围覆盖的蜂窝广域网市场：语音质量较低的低功率、大范围覆盖的蜂窝 移动通信系统设备。 ?面向数据的市场：围绕着 Internet 和计算机 通信网络。 局域网与ad hoc市场：为用户提供高速无线接入Internet的市供线接 WLAN和WPAN设备。 广域网：为移动用户提供 Internet 接入的设备。 78 西安电子科技大学通信工程学院通信工程学院 目录上一页 第一章：概述第一章：概述 移动通信发展的现状和趋势移动通信发展的现状和趋势 198019902000201020201980s1990s200