第一章_移动通信概述(125).ppt

移动通信原理与应用 参考书 1 移动通信原理与系统 啜钢 王文博等编著 北京邮电大学出版社 2 移动通信原理与应用技术 啜钢 李卫东编著 人民邮电大学出版社3 第三代移动通信 张玉艳方莉编著 人民邮电大学出版社 2009 第一章移动通信概述 移动通信的概念移动通信的发展移动通信的基本特点工作频段分类及应用系统发展趋势 一 移动通信的概念 移动通信系指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息交换的通信方式 包括固定点与移动体 车辆 船舶 飞机 之间 移动体之间 移动的人之间的通信 都属于移动通信的范畴 移动通信涵义的关键点就在于 动中通 它的突出特点是移动性 主要表现在终端的移动性 业务的移动性以及个人身份 如SIM卡 的移动性上 移动通信是有线 无线相结合的通信方式无线接入有线或无线传输计算机控制 移动通信的基本概念 移动通信的范畴 移动通信系统结构 基站控制器 基站控制器 交换中心 用户部分 接入网部分 核心网 EIR VLR HLR AUC 基站 基站 基站 基站 用户 用户 基站的组成 一个基站的构成不是单纯的由BTS组成 还要包括 铁塔天馈系统 电源设备 电池组 空调设备 传输设备 环境监控等 二 移动通信的发展 先驱者 1946年第一个推出移动电话AT T 技术驱动 AMPS TACS NMT 其它 第一代80年代 模拟 模拟调频频分多址 第三代 IMT 2000 UMTS WCDMA cdma 2000 TD SCDMA 宽带数字码分 时分多址 二 移动通信的发展 第四代2015 LTE OFDM MIMO 第一代 模拟蜂窝通信系统 二 移动通信的发展 基本的小区类型 超小区 小区半径r 20km 适于人口稀少的农村地区 宏小区 小区半径r 1 20km 适于高速公路和人口稠密的地区 微小区 小区半径r 0 1 1km 适于城市繁华区段 微微小区 小区半径r 0 1km 适于办公室 家庭等移动应用环境 二 移动通信的发展 1G代表系统 北美的AMPS 高级移动电话业务 英国TACS 全接入通信系统 北欧NMT 北欧移动电话 缺点 各系统间没有公共接口 数字承载业务难于开展 频率利用率低 无法适应大容量的要求 安全利用率低 易于被窃听 优点 采用蜂窝技术 同频复用提高系统容量 组网方便 011100010100011001 011100010100011001 011100010100011001 011100010100011001 01110001010001100111100000001011 第二代 数字系统2G90年代登上舞台 二 移动通信发展历程 二 移动通信的发展 2G代表系统 TDMA泛欧GSM GroupSpecialMobile GlobalSystemforMobileCommunications 美国D AMPS日本PDCCDMA高通公司为首的基于IS 95的N CDMA 二 移动通信的发展 优点 频谱利用率高 话音质量高容量大 比TACS高3 5倍提供窄带ISDN业务标准化程度高 开放接口 安全性高 TMSI 鉴权 加密可以与ISDN PSTN互联可以在SIM卡基础上实现漫游缺点 数据功能差 不能支持多媒体业务 如使用GSM手机上网 理论上只能达到9 6k的上网速度 全球不同的第二代移动通信系统彼此间不能兼容 使用的频率也不一样 全球漫游比较困难 引入GPRS后 全面提升分组数据通信的速率 达到115Kbit s 最高可达171Kbit s 二 移动通信的发展 用户密度急剧增长数据业务需求不断提高2G系统受空中接口及网络能力的限制 难以满足市场的需求 二 移动通信的发展 二 移动通信的发展 IMT 2000的主要目标和要求IMT 2000 意指工作在2000MHz频段并在2000年左右投入商用的国际移动通信系统 InternationalMobileTelecomSystem 它既包括地面通信系统也包括卫星通信系统 基于IMT 2000的宽带移动通信系统称为第三代移动通信系统 简称为3G 它将支持速率高达2Mbps的业务 而且业务种类将涉及话音 数据 图像以及多媒体等业务 二 移动通信的发展 第三代IMT 2000的三大特点 无缝的全球漫游 高速传输 无缝业务传递 即在固定网 移动网和卫星网上均能互通 IMT 2000地面无线接口标准 5种 IMT 2000的发展 2000年5月 国际电信联盟 无线标准部 ITU R 最终通过IMT 2000无线接口规范 M 1457 包括 美国电信工业协会 TIA 提交的cdma2000 欧洲电信标准化协会 ETSI 提交的WCDMA 中国电信科学技术研究院 CATT 提交的TD SCDMA 最终形成最具代表性的IMT 2000的三种主流标准 WCDMA cdma2000和TD SCDMA 这三种标准均采用CDMA技术 IMT 2000的三种主流标准 二 移动通信的发展 MobileCommunicationTheory 二 移动通信的发展 二 移动通信的发展 图1 14G网络结构 二 移动通信的发展 军用 民用 低频 高频 窄带 宽带 单一业务 多业务1G 2G 2 5G 3G 4G 我国移动通信通信系统的发展 1989年 TACS1994年 GSM2001年 GPRS IS 95CDMA模拟网关闭2008年 3G商用建设阶段 GSM网络结构 BSC Radiointerface OSS SS 7BSSAP BSSMAP DTAP SS 7TUP ISUP SS 7MAP X25GSM12 20 SS 7ISUP MAP BSC GPRS网络结构 AuC GGSN OtherPLMN SGSN GGSN NodeB NodeB Iu CS RNC Iu PS Gb A Gs Gr Gn Gc C D Gp Iub Uu RNC Iur CS域 PS域 NodeB Iub Nb Nc MGW GMSCServer Mc MSCServer VLR Mc H HLR MGW Gi R4系统结构 三 移动通信的特点 利用无线电波进行信息传输复杂的无线传播环境导致信号衰落在强干扰环境 外部干扰 自身干扰 下工作通信容量有限有效利用频率的措施 窄带化 缩小频带间隔 频道重复利用等对移动台要求高通信系统复杂 电波传播条件恶劣 存在严重的多径衰落多径传播条件 地形 地物 建筑物 多径衰落传播的途径不同 到达接收点时的幅度和相位都不一样 移动台在行进途中接收信号的电平起伏不定可能严重地影响通话质量要求 在移动通信系统设计时 必须具有一定的抗衰落能力和储备 三 移动通信的特点 具有多普勒效应相对速度 相对频移要求 采用锁相技术 VCO 存在阴影 盲区 信号被吸收或反射要求 在网络规划设置基站时必须予以充分的考虑用户经常移动 与BS无固定联系要求 采用跟踪交换技术位置登记 越区切换 漫游 三 移动通信的特点 自身干扰 互调干扰 邻道干扰 同频干扰 蜂窝系统特有 三 移动通信的特点 阴影效应类似于阳光受到建筑物的阻挡产生阴影一样 电磁波在传输过程中 受到建筑物的阻挡 信号只有少部分传送到接收地点 使接收信号的电平起伏变化 即产生阴影效应 多普勒效应由于移动通信常常在快速移动中进行 当移动速度达到70km h以上时 接收信号的频率随着速度和信号入射角而变化 使接收信号的电平起伏变化 即出现多普勒效应 三 移动通信的特点 远近效应由于通信用户和接收设备的距离是随机变化的 当距离近时接收信号强 当距离远时接收信号弱 距离的变化会使接收信号的电平起伏 另外 由于通信系统是在强干扰下工作的 如果距离近处的信号是干扰信号 则在接收端会发生强干扰信号压制远处弱有用信号的现象 四 我国移动通信工作频段 原邮电部规定 IS 95CDMA 第三代移动通信工作频段 第三代移动通信系统主要工作在2000MHz频段上 世界各国和地区频率分配的方式各不相同 我国第三代移动通信系统的频率规划 五 移动通信的分类 五 移动通信的应用系统 蜂窝式公用移动通信系统集群调度移动通信系统无绳电话系统无线电寻呼系统卫星移动通信系统无线LAN WAN 1 蜂窝移动通信系统 美国贝尔实验室等单位提出了蜂窝系统的概念 即将整个服务区域划分成若干个较小的区域 cell 在蜂窝系统中称为小区 各小区均用小功率的发射机 即基站发射机 进行覆盖 许多小区像蜂窝一样能布满 即覆盖 任意形状的服务地区 此类系统主要由终端子系统 基站子系统 网络子系统以及与其他 如PSTN等 的网络相连的中继线所组成 特点 1 有频率复用功能 2 有越区切换功能 3 可信道分配与小区分裂 4 网络设备增多使系统的构成复杂 1 蜂窝移动通信系统 蜂窝移动系统组成示意图 1 蜂窝移动通信系统 2 无绳电话系统 最早美国于1973年推出的商用无绳电话CT0 俗称子母电话机 主要用于家庭 是把普通的电话单机分成座机和手机两部分 座机与有线电话网连接 手机与座机之间用无线电连接 属于单信道接入系统 1989年 英国提出了第二代数字无绳电话系统CT2 移动终端 CT 2基站 市话网 市话程控交换机 CT2系统示意图 2 无绳电话系统 3 无线电寻呼系统 寻呼通信是一种单向的移动通信系统 它以广大的程控电话网为依托 采用单向的无线电呼叫方式将主叫用户的信息传送给持机用户 多区制本地寻呼网结构示意图 4 集群移动通信系统 集群系统使用多个无线信道为众多的用户服务 相当于将有线电话中继线的工作方式运用到无线电通信系统中 把有限的信道动态地 自动地 迅速地和最佳地分配给整个系统的用户 从而在最大程度上利用了整个系统信道的频率资源 集群移动通信系统是一种特殊的用户程控交换机 其呼叫方式为PTT PushToTalk 集群通信系统示意图 4 集群移动通信系统 主要特点 1 公用频率 2 共用设施 3 共同建网 4 共享覆盖区 5 共享通信业务 6 改善服务 4 集群移动通信系统 集群移动通信系统与蜂窝移动通信系统的对比 5 移动卫星系统 卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发或反射无线电波 在两个或多个地球站之间进行的通信 由于作为中继站的卫星处于外层空间 这就使卫星通信方式不同于其他地面无线电通信方式 而属于宇宙无线电通信的范畴 通信卫星按其运转轨道可分为运动卫星 非同步卫星 和静止卫星 同步卫星 用三颗卫星来实现全球覆盖 5 移动卫星系统 卫星通信示意图 5 移动卫星系统 主要优点 1 通信距离远 且费用和通信距离无关 2 工作频段宽 通信容量大 适用于多种业务传输 3 通信线路稳定可靠 通信质量高 4 以广播方式工作 具有大面积覆盖能力而通信灵活机动 5 可以自发自收进行监测 5 移动卫星系统 6 无线局域网 无线局域网 WirelessLAN 简称WLAN 是一种利用无线方式 提供无线对等 如PC对PC PC对集线器或打印机对集线器 和点到点 如LAN到LAN 连接性的数据通信系统 WLAN有两种主要的拓扑结构 即自组织网络 也就是对等网络 即人们常称的Ad Hoc网络 和基础结构网络 InfrastructureNetwork 1 自组织型WLAN 自组织型WLAN是一种对等模型的网络 它的建立是为了满足暂时需求的服务 自组织网络是由一组有无线接口卡的无线终端 特别是移动电脑组成 6 无线局域网 自组织网络结构 6 无线局域网 2 基础结构型WLAN 基础结构型WLAN利用了高速的有线或无线骨干传输网络 在这种拓扑结构中 移动节点在基站 BS 的协调下接入到无线信道 如图所示 基础结构网络结构 6 无线局域网 WLAN利用电磁波在空气中发送和接收数据 而无需线缆介质 与有线网络相比 WLAN具有以下优点 1 移动性好 覆盖范围广 2 安装快速灵活 扩展能力强