通信概论第12章.ppt

1 第12章卫星和蜂窝移动通信 主要内容 1 卫星通信2 蜂窝移动通信 2 12 1卫星通信 一 卫星通信概述1 卫星通信的基本概念 概念卫星通信实际上也是一种微波通信 它以卫星作为中继站转发微波信号 在多个地面站之间通信 卫星通信的主要目的是实现对地面的 无缝隙 覆盖 3 结构 卫星段在空中起中继站的作用 即把地面段发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站 卫星星体包括星载设备和卫星母体 地面段卫星系统与地面公众网的接口 包括 卫星控制中心 及其跟踪遥测和指令站 用户段各种用户终端 4 卫星通信系统的结构 低轨道卫星 中轨道卫星 高轨道卫星 5 2 卫星通信系统的分类 按工作轨道分类 低轨道卫星通信系统 LEO 距地面500 2000km 传输时延和功耗都比较小 但每颗卫星的覆盖范围也比较小 典型系统有Motorola的铱星系统 低轨卫星通信系统的系统构成和控制复杂 技术风险大 建设成本也相对较高 6 中轨道卫星通信系统 MEO 距地面2000 20000km 传输延时要大于低轨道卫星 但覆盖范围也更大 典型的系统是国际海事卫星系统 从一定意义上说 中轨道系统可能是建立全球或区域性卫星移动通信系统较为优越的方案 高轨道卫星通信系统 GEO 距地面35800km 即同步静止轨道 理论上 用三颗高轨道卫星即可实现全球覆盖 7 按通信范围区分 国际通信卫星 区域性通信卫星 国内通信卫星 按照用途区分 综合业务通信卫星 军事通信卫星 海事通信卫星 电视直播卫星 8 按照转发能力区分 无星上处理能力卫星 有星上处理能力卫星3 卫星通信系统的特点 下行广播 覆盖范围广 工作频带宽150MHz 30GHz 通信质量好 网络建设速度快 成本低 信号传输时延大高轨道可达秒级 控制复杂 9 二 典型的卫星移动通信系统1 铱星系统铱星系统低轨道卫星移动通信系统 由分布在六个轨道平面上的66颗卫星组成 轨道高度为780km 铱星系统除了提供电话业务外 还提供传真 全球定位无线电定为及全球呼叫业务 2 Globalstar系统由48颗卫星组成 均匀分布在8个轨道面上 轨道高度1389km 10 3 ICO全球通信系统ICO全球通信系统ICO系统采用大卫星 运行于10390km的中轨道 共有10颗卫星和2颗备份星 提供的数据传输速率为140kbit s 有上升到384kbit s的能力 4 Ellipso系统Ellipso系统是一种混合轨道星座系统 它使用17颗卫星便可实现全球覆盖 11 5 Orbcomm系统轨道通信系统Orbcomm是只能实现数据业务全球通信的小卫星通信系统 该系统具有投资小 周期短 兼备通信和定为能力 卫星质量轻 用户终端为手机 系统运行自动化水平高和自主功能强等优点 该系统由36颗小卫星及地面部分 含地面信关站 网络控制中心和地面终端设施 组成 12 6 Teledesic系统Teledesic系统是一个着眼于宽带业务发展的低轨道卫星移动通信系统 由840颗卫星组成 均匀分布在21个轨道平面上 该系统不仅可以提供高质量的话音通信 同时还能支持电视会议 互交式多媒体通信 以及实现双向高速数据通信等宽带业务 13 三 甚小天线地球站 VSAT 系统1 概念VSAT verysmallapertureterminal 即 甚小孔径终端 2 组成VSAT由一个中心地面站 卫星和广泛分布在各地的VSAT小站组成 3 网络结构 星型结构 网状结构 混合型结构 14 VSAT的星型结构 VSAT的混合结构 VSAT的网状网结构 15 四 卫星通信系统的发展趋势 1 地球同步轨道通信卫星向多波束 大容量 智能化发展 2 低规卫星群蜂窝通信技术相结合 实现全球个人通信 3 小型卫星通信地面站将得到广泛应用 4 通过卫星通信系统承载数字视频直播 DVB 和数字音频广播 DAB 5 卫星通信系统与IP技术结合 用于提供多媒体通信和因特网接入 6 微小卫星和纳米卫星将广泛应用于数据存储转发通信以及星间组网通信 16 12 2蜂窝移动通信 一 蜂窝移动通信概述1 基本概念目前移动通信业务主要是话音业务和简单的数据业务 未来的移动通信的目标是能够提供包括多媒体业务在内的所有固定通信业务 2 基本特点 必须利用无线信道传输 17 在强干扰环境下工作 可供使用的频谱资源有限 移动性带来的复杂管理 网络结构多种多样3 移动通信网络的组成 移动交换中心 MSC 基站 BS 移动终端 MS 系统的管理功能一般由移动交换中心和基站分担实现 基站与移动终端之间是无线链路 移动交换中心与基站之间是有线传输链路 18 移动通信网络的基本组成 基站 移动终端 移动交换中心 19 4 蜂窝移动通信系统的分类 按双工方式分单工 双工 半双工一般为时分双工 TDD 和频分 FDD 按多址方式分FDMA TDMA CDMA 按信号类型分模拟移动通信系统 数字移动通信系统 20 按覆盖范围分城域 局域 全国 全球 按业务类型分电话网 数据网 综合业务网 按服务对象分可分为专用移动系统和公用移动系统 21 二 蜂窝移动通信的关键技术1 话音编码技术 目的 提高纠错能力 提高通话质量 对模拟信号的带宽进行压缩以提高频谱利用率 提高系统容量 要求 编码速率低 语音质量好 有较强的抗噪声干扰和抗误码性能 编译码过程的总延时小 22 编译码复杂度低 便于在手持设备中集成 功耗小 便于应用于依靠电池供电的手持设备 2 无线资源管理3 移动性管理三 GSM移动通信系统1 GSM概述 定义GSM全称是GlobalSystemofMobileCommunication 即全球移动通信系统 23 GSM的技术特点 采用时分多址 频分多址相结合的多址方式 采用数字化语音和数字化调制技术 采用基本速率为13kbit s的RPE LTP编码 采用最小高斯频移键控GMSK的调制方式 以话音业务为主 也支持数据业务 24 GSM系统的网络结构 基站子系统 网络子系统 Um接口 空中接口 25 3 GSM系统的空中接口 工作频段的分配 我国900MHz频段上行905 915MHz 下行950 960MHz1800MHz频段上行1710 1785MHz 下行1805 1880MHz 频道划分以900MHz频段为例 在上 下行的10MHz带宽内划分49个频点 相邻频道间隔为200kHz 每个频点又划分为8个时隙 相当于每个信道占用25kHz的带宽 26 频率复用方式频率复用是指在不同的地理区域上采用相同的频率进行覆盖 这些区域必须保持足够的间隔 以抑制干扰 时分多址帧结构五个层次 时隙 TDMA帧 复帧 超帧 超高帧 时隙是物理信道的基本单元 27 TDMA帧由8个时隙组成 是占据载频带宽的基本单元 即每个载频有8个时隙 复帧的两种类型由26个TDMA帧组成的复帧由51个TDMA帧组成的复帧 超帧是由51个由26个TDMA帧组成的复帧或26个由51个TDMA帧组成的复帧构成 其持续时间为6 12s 28 超高帧由2048个超帧组成 逻辑信道与物理信道 一个时隙即是一个物理信道 逻辑信道在物理信道之上 根据传输消息种类的不同而划分使用物理信道 并最终映射到物理信道 逻辑信道又可分为控制信道与业务信道 业务信道用于传送编码后的话音或数据 控制信道用于传递信令和同步信息 29 4 GSM系统的发展 GPRSGPRS GeneralPacketRadioService 通用无线分组业务是基于GSM系统的数据业务增强技术 1 GPRS的特点 永远在线GPRS采用分组交换技术 不需要用户进行额外的拨号连接 30 按流量计费 支持中 高速率数据传输 在同时捆绑同一频率的8个时隙时 可提供最高达160kbit s的传输速率 GPRS的核心网络层采用IP技术 底层则可使用多种传输技术 方便的实现与高速发展的IP网络的无缝连接 存在与话音业务挣抢信道资源的问题 31 GPRS的网络结构 记费网关 计费网关 边缘网关 动态主机配置 计费网关 网关GPRS支持点 服务GPRS支持点 32 GPRS的典型应用 承载业务 支持在用户与网络接入点之间的数据传输 点对点业务 PTP 点对多点业务 PTM 用户终端业务 也可以按照基于PTP或基于PTM分为两类 补充业务 与GSM基本相同 如计费提示 来话限制 呼出限制等 33 四 IS 95CDMA移动通信系统1 CDMA概述 CDMA的概念CDMA CodeDivisionMultipleAccess 码分多址 是用唯一的地址码来标识用户的多址通信方式 CDMA技术的特点 抗干扰性强 抗多径衰落 保密性好 34 系统容量大 系统配置灵活2 扩频通信原理 定义 扩频通信是这样一种传输方式 其信号所占用的带宽远大于所传送信息的最小带宽 香农公式 C 信道容量W 频带宽度S N 信噪比可见 C一定时 W与S N可以互换 C Wlog 1 S N 35 3 扩频通信系统的工作过程及信号变化 发送的是一个频带受限的基带信号 36 信号被调制后 频谱被搬移至载频f0处 对信号进行扩频处理 得到以载频f0为中心的带宽信号 信号在无线信道的传输过程中受到各种外来信号的干扰 图中表示叠加了一个全频带的白噪声 37 接收机收到了d中的信号之后 进行滤波得到同时包含有用信号与噪声的带宽信号 利用与发送端同步的伪随机码进行解扩处理 由于伪随机码的子相关性 因此只有有用信号得到恢复 而噪声信号则被进一步抑制 进行解调处理 得到基带的有用信号 噪声 38 4 CDMA移动通信系统的关键技术 功率控制技术 伪随机码的选择 软切换 RAKE 瑞克 接收技术 话音激活编码技术五 第三代移动通信系统1 第三代移动通信系统的特点 能实现全球漫游用户可以在整个系统 甚至全球范围内漫游 且可以在不同速率 不同状态下获得有质量的服务 39 能提供多种业务提供话音 可变速率的数据 移动视频会话等业务 特别是多媒体业务 能适应多种环境可以与公众电话交换 PSTN 综合业务数字网 无绳系统 地面移动通信系统 卫星通信系统进行互连互通 提供无缝隙的覆盖 足够的系统容量 强大的多种用户管理能力 高保密性能和高质量的服务 40 2 第三代移动通信系统的主流技术分类 WCDMA主要由欧洲厂商和日本联合提出 采用FDD方式 可兼容现有的GSM系统