简述移动通信系统的组成.ppt

1 移动通信系统原理与应用 电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室二 四年八月三十日 2 课程介绍 教学目标教学重点和学习难点教学计划和学习方法参考书考试问题 3 教学目标 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 内容新 范围广 4 教学重点和学习难点 教学重点 现代移动通信的基本概念 移动信道的电波传播和信道分析 现代移动通信系统的基本技术和网络构成 GSM系统 窄带CDMA移动通信系统 宽带CDMA 第三代 移动通信系统 学习难点 蜂窝移动通信系统的概念和建模移动信道的基本概念和建模分析方法现代移动通信新技术 GSM CDMA和OFDM等 5 教学计划 第一章 移动通信概述 2学时 第二章 蜂窝移动通信系统 6 8学时 第三章 无线移动通信信道 4学时 第四章 移动通信的调制技术 4学时 第五章 抗衰落技术 2学时 第六章 语音编码技术 2学时 第七章 移动通信中的多址接入技术 4学时 6 教学计划 续 第八章 移动通信网 1学时 第九章 GSM通信系统 10学时 第十章 CDMA移动通信系统 6 8学时 第十一章 3G移动通信及其标准 4学时 每章学时安排根据实际情况会略有调整 7 学习方法 自学为主教材 网络和期刊杂志主动听课理解概念 领会难点勤于思考发现提出问题轻松活泼 8 基础知识要求 现代通信原理 各种编码调制技术 信号与系统付氏和拉氏变换信号的时域和频域表示卷积自相关函数 互相关函数 功率谱等电路原理 9 参考书 一 移动通信原理与应用 啜钢等编著 北京邮电大学出版社 主要参考书 现代移动通信系统 祁玉生等著 通信工程丛书 人民邮电出版社 数字蜂窝移动通信系统 赵荣黎编著 电子工业出版社 无线通信原理与应用 蔡涛等译 电子工业出版社 GSM数字移动通信系统 骆健霞等译 电子工业出版社 10 参考书 二 CDMA系统工程手册 许希斌等著 人民邮电出版社 移动蜂窝通信 模拟和数字系统 第二版 美 李建业著 人民邮电出版社 CDMA扩频通信原理 美 A J 维特比著 李世鹤等译 人民邮电出版社 第三代移动通信系统原理与工程设计 IS 95CDMA和cdma2000 美 VijayK Garg等 于鹏等译 电子工业出版社 数字移动通信 修订本 郭梯云编 人民邮电出版社 11 参考书 三 第三代移动通信技术 孙立新等编 人民邮电出版社 12 考试问题 48个学时只能初步了解移动通信原理 要求主动听课 认真完成作业 期中考试 期末考试 作业 1 交手写的纸件 2 课堂演讲的方式 13 移动通信 第一章概述移动通信 14 主要内容 移动通信的基本概念移动通信系统的分类蜂窝移动通信系统的组成结构典型移动通信系统移动通信的主要特点移动通信的发展史 发展现状和发展方向第一代移动通信系统第二代移动通信系统第三代移动通信系统Beyond3G移动通信系统个人移动通信移动通信工作频段移动通信的分类及工作方式 15 移动通信的基本概念 移动通信是指通信的双方 或至少有一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 移动通信解决因为人的移动而产生的 动中通 问题 终端的移动性 手机 车载台个人的移动性 SIM UIM卡方式支持的业务业务的移动性 通信网的智能化和无线化使三者统一起来 16 移动通信的基本概念 移动通信系统包括无绳电话 无线寻呼 陆地蜂窝移动通信 卫星移动通信等 移动体之间的通信联系的传输手段只能依靠无线电通信 因而无线通信是移动通信的基础 除依靠无线通信技术之外 还依赖有线通信网络的支持 如公众电话网PSTN 公众数据网PDN 综合业务数字网ISDN 17 移动通信的特点 1 无线电波传播特性复杂通信频段 甚高频VHF和特高频UHF地表面波 电离层反射波 直射波和散射波什么是衰落现象 什么是阴影效应和多径传播 18 移动通信信号的衰落与干扰 19 移动通信环境的时变性 多径传播导致时延扩展 移动体的运动导致多普勒效应 接受的电波是直射波 绕射波 反射波 和散射波的叠加 造成接受的电波强度起伏不定 最大相差20 30dB 这种现象称为衰落 Fading 20 移动通信环境的时变性 衰落 Fading 分为慢衰落和快衰落 慢衰落 由阴影效应产生 一般服从正态分布 快衰落 由多径效应产生 一般服从瑞利分布 因而要求移动通信系统必须具有抗衰落性能 21 移动通信的特点 2 多普勒频移导致调制噪声是运动速度 是波长 是夹角运动方向面向接受站 为正值 反之为负值 多普勒频移产生频率扩展 采用 锁相技术 以抵抗多谱勒效应 22 移动通信的特点 3 移动台受噪声影响 并在强干扰下工作1 互调干扰2 邻道干扰3 同频干扰 23 移动通信的特点 4 对移动台的要求高 要求移动台具有很强的适应能力 要求性能可靠 携带方便 小型 低功耗 及耐高 低温 要求操作使用方便 可适应不同人群使用 24 移动通信的特点 5 通道容量有限 增加用户容量是移动通信的重要研究课题 25 移动通信网络管理复杂 6 通信系统复杂移动性使得系统需要对无线信道进行频率和功率的控制 提供相邻基站之间的越区切换网络提供归属位置寄存器 HLR 和访问位置寄存器 VLR 纪录用户的行踪提供不同地区和不同运营者之间的漫游用户安全与网络安全鉴权 26 移动通信的组网理论 美国贝尔实验室提出了蜂窝式组网理论 其目的是解决常规移动通信系统频谱匮乏 容量小 服务质量差及频谱利用率低的问题 蜂窝式组网理论的内容包括无线蜂窝式小区覆盖和小功率发射频率覆盖多信道共用和越区切换无线通信优势与有线网络优势的理想互联 27 移动通信系统的组成 蜂窝移动通信系统 28 主要内容 移动通信的基本概念移动通信系统的分类蜂窝移动通信系统的组成结构典型移动通信系统移动通信的主要特点移动通信的发展史 发展现状和发展方向第一代移动通信系统第二代移动通信系统第三代移动通信系统Beyond3G移动通信系统个人移动通信移动通信工作频段移动通信的分类及工作方式 29 移动通信的发展史 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 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 标志无线电通信的开始 开创了海上通信业 1912年泰坦尼克号底的沉没突出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 1905年 费森堡首次进行无线电传输话音及音乐的实验 30 TITANICTragedySpawnsWirelessAdvancements Radioroom RadioOfficers JackPhillipsHaroldBride 31 移动通信的发展史 开拓阶段 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 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 大大提高灵敏度或动态范围 3倍 具有 捕获效应 能更有效地对抗 快衰落 或波动性 32 移动通信的发展史 商业阶段 1946 1968 移动电话需求强烈 然而与电视相比 其发展速度非常缓慢 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 减小传输带宽 频道分割 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 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 在这些技术发展的基础上 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技术达到了30年发展的顶峰 33 移动通信的发展 蜂窝思想 1949 1982 低功率发射机和小覆盖区域或蜂窝 频率复用 蜂窝裂变提高容量 越区切换和中央控制 早在40年代末 美国Bell实验室提出蜂窝构想 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NAMTS 1985英国伦敦的TACS 我国的模拟系统 等 这段时期 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 也是促进移动通信的发展一个重要原因 34 第一代移动通信系统 世界各国 35 第一代移动通信的特点 蜂窝小区系统设计 频率复用解决大容量需求与有限频谱资源的矛盾模拟系统 语音信号FM传输FDMA缺点 频谱利用率低 容量有限 制式相互不兼容 不利于漫游 覆盖受限 业务受限 易被窃听 不能于ISDN兼容 36 移动通信的发展 数字化 模拟移动通信系统频谱利用率低 设备复杂 价格昂贵 业务种类受限 保密性差80年代中期 90年代末 欧洲 美国 日本等发达国家和地区先后推出了数字移动通信系统 第二代移动通信系统 1992年欧洲推出商用的GSM1991美提出的IS 541993日本提出的PDC1993美国提出的IS 95 N CDMA 37 第二代移动通信系统 数字移动通信系统 38 第二代移动通信的特点 微蜂窝小区结构 更优的空分复用提高用户数量数字化技术 语音信号数字化新的调制方式 GMSK QPSK等TDMA CDMA频谱利用率高 系统容量大能提供多种业务服务 提高通信系统的通用性抗噪声 抗干扰和抗多径衰落能力强能实现更有效 灵活的网络管理和控制便于实现通信安全保密可降低设备成本和减小用户手机的体积和重量 39 移动通信的发展 宽带 多媒体 90年代初 今 宽带 Wideband 最大数据传输速率2Mbps 多媒体业务 频谱利用率高1G 2G 模拟 数字 单一业务 话音 多种业务 话音 数据 2G 3G 单媒体业务 多媒体业务 人与人通信 人与机器之间和机器与机器之间通信 容量提高2 5倍ITU通过的第三代移动通信系统主流标准 WCDMA cdma2000 TDSCDMA DECT 40 第三代移动通信系统 CDMA移动通信系统 41 第三代移动通信的特点 微蜂窝结构 分层小区 宽带CDMA技术调制方式QPSK 自适应调制FDMA TDMA CDMA电路交换 分组交换从媒体 media 多媒体 Multimedia 42 第三代移动通信的局限性 采用DS CDMA技术难以向更高速业务领域扩展难以寻找更高速业务所需的正交扩频码集难以满足更高的传输带宽需求因而造成业务之间的干扰大 难以提供具有不同QoS和性能需求的全范围多媒体业务 这是IMT 2000空中接口标准强加给核心网的在2GHz频段分配给IMT 2000的带宽很快就会饱和 而标准中制定的频分与时分双工相结合的模式也约束了其在不同环境有效地服务 43 传输距离与速率的互相制约 44 移动通信的发展 广带IP多媒体 今 广带 Broadband 最大数据传输速率达100Mbps 多媒体业务 频谱利用率更高3G 各种系统互联互通 IP多媒体业务 容量提高5 10倍 45 BeyondIMT 2000的定义和研究框架 BeyondIMT 2000是指广泛用于各种电信环境的无线系统的总和 包括蜂窝 固定无线接入 游牧 Nomadic 接入系统等 能力将涵盖并远远超出3G系统及与其进行互连的无线系统的能力 涵盖了目前的IMT 2000 无线接入 数字广播等系统的能力 并将新增两个部分 能为高速移动的用户提供广带 Broadband 多媒体业务的BeyondIMT 2000蜂窝移动通信系统 支持约100Mbps 是未来研究的核心所在 支持高达几百Mbps以上速率的游牧 本地无线接入系统 46 IMT 2000以及BeyondIMT 2000系统的通信能力 47 BeyondIMT 2000研发时间表 48 未来一代移动通信系统示意 49 蜂窝移动通信的发展过程 发展时间和系统 50 移动通信用户增长预期 年 51 未来移动通信业务需求 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展 预计到2004年 手持移动终端将逐步成为上网的主要设备之一 52 蜂窝移动通信的发展趋势 53 移动通信的发展目标 5W 目标是无论任何人 Whoever 在任何时候 Whenever 在任何地方 Wherever 与另一个人 Whomever 进行任何类型 Whatever 的个人通信 54 移动通信的标准化 标准化工作的重要性通信技术的多样性 看似繁荣 实际阻碍技术发展 网络缺乏互联设备缺乏互通无法大规模生产价格昂贵移动通信的标准化内容技术体制标准化网络设备标准化测试方法标准化 55 国际标准化组织 ITU 国际无线电标准化工作由国际电信联盟 ITU 负责ITU原由综合秘书处 国际频率登记局 IFRB 国际无线电咨询委员会 CCIR 和国际电话电报咨询委员会 CCITT 四个常设机构组成1993年3月 ITU组织调整为 无线通信组CCIR IFRB ITU R工作组电信标准化组 CCITT ITU T工作组电信开发组 BDT 56 其它标准化组织 欧洲的标准化组织欧洲邮电管理协会 CEPT 曾是欧洲通信设施的主要标准化组织 现逐渐被其它组织替代欧洲电信标准协会 ETSI 成立于1988年 GSM DECT HiperLAN等北美地区的标准化组织电子工业协会 EIA 电信工业协会 TIA 蜂窝电信工业协会 CTIA 美国国家标准协会 ANSI IEEE LAN 等我国的标准化组织 CWTS 57 移动通信的工作频段 移动通信的一个重要基础是无线电波的传播 各个频段的电波传播特性不同 无线电波通过多种方式从发射天线传播到接收天线 通常按照无线电波的波长或频率人为地把电波进行分类 58 常见工作频段的划分 59 移动通信的工作频段 我国移动通信的工作频段 原规定 160MHz频段 450MHz频段 900MHz频段2001年 无委会增加了2000MHz频段蜂窝移动通信 1 1710一1755MHz和1805一1850MHz蜂窝移动通信 2 1865一188OMHz和l945一1960MHz无线接入 FDD方式 1800一1990MHz和1960一1980MHz无线接入 TDD方式 1900一1920MHz扩频数据通信 2400一2483 5MHz多路微波有线电视电视传输系统 MMDS 2533一2599MHz无线电定位 2300一2690MHz微波接力通信 2300一2690MHz工业 科学 医疗设备无线电磁波辐射频段 2400一2500MHz 60 移动通信的工作频段 第三代移动通信的工作频段ITU的频率规划1992年 WARC划分给FPLMTS频率范围为1885 2025MHz1995年 WARC确定了MSS的新频段2000年 ITU在WRC上规定了三个新的全球频段805 960MHz1710 1885MHz2500 2690MHz欧洲的频率规划 UMTS 1900 2025MHz 2110 2200MHz 61 移动通信的工作频段 第三代移动通信的工作频段日本 基本与UMTS相同美国 1900MHz频段 PCS中国的频率规划频分双工 FDD 方式 即1920 1980MHz 2110 2170MHz 时分双工 TDD 方式 即1880 1920MHz 2010 2025MHz 补充工作频率为频分双工 FDD 方式 1755 1785MH 1850 1880MHz 时分双工 TDD 方式 2300 2400MHz 与无线电定位业务共用 均为主要业务 共用标准另行制定 卫星移动通信系统工作频段为1980 2010MHz 2170 2200MHz 目前己规划给公众移动通信系统的825 835MHz 870 880MHz 885 915MHz 930 960MHz和1710 1755MHz 1805 1850MHz频段 同时规划为第三代公众移动通信系统FDD方式的扩展频段 上 下行频率使用方