数字蜂窝移动通信原理(w)

邮电部第一研究所 1 数字蜂窝移动通信基本原理 一 移动通信的发展简史与现状二 蜂窝移动通信的基本慨念三 移动信道四 语音编码技术五 数字调制解调技术六 抗衰落技术七 多址方式和系统容量八 第三代蜂窝移动通信展望 邮电部第一研究所 2 一 移动通信的发展简史与现状 1 现代移动通信的发展本世纪20 40年代专用网开发本世纪40中 60年代初公用移动通信业务问世本世纪60中 70年代中移动通信系统改进完善本世纪70中 80年代中第一代模拟蜂窝移动通信系统迅速发展本世纪80中 至今第二代数字蜂窝移动通信系统发展和成熟 邮电部第一研究所 3 一 移动通信的发展简史与现状 2 现状数字制式的蜂窝移动通信系统正逐步的替代模拟制式的蜂窝系统目前全球蜂窝移动电话超过1 5亿 其中GSM用户已超过1个亿到2000年底全球蜂窝移动电话将达到3亿 其中GSM用户将达到2 35亿数字蜂窝移动通信系统在快速发展的同时 不断的提高技术性能和发展新的业务对实现个人通信为目标的第三代移动通信已从评估和制定标准阶段提高到具体设计 规划和实施阶段 邮电部第一研究所 4 二 蜂窝移动通信的基本慨念 1 频率复用在不同的小区使用相同的频率 解决系统容量与频率有限的矛盾2 越区切换在通话过程中将移动台的工作频率和接续控制从其离开的小区交换给正在进入的小区3 小区分裂宏蜂窝微蜂窝微微蜂窝 邮电部第一研究所 5 三 移动信道 1 移动信道的特点移动信道传播条件的复杂性和恶劣性2 对移动信道的研究方法3 陆地移动无线电波传播移动信道是一种时变信道无线信号通过移动信道遭遇不同途径的衰减P d d n S d R d d n自由空间的传播损耗与弥散S d 阴影衰落R d 多径衰落 邮电部第一研究所 6 三 移动信道 4 电波传播的路径损耗预测 1 Okumura 奥村 模型用查图表求不同传播环境的中值路径损耗使用传播损耗的经验公式求中值路径损耗Lm 69 55 26 16log f 13 82log hb a hm 44 9 6 55log hb 根据Lm可得到移动台接收的信号功率 Pr dbm Pt Gb Gm Lb Lm Ld Lm 2 Egli模型Lm 117 20logf 20log h1h2 40logd 邮电部第一研究所 7 三 移动信道 5 多径传播对数字传输的影响 1 接收信号产生的时延扩展 引起码间串扰为避免码间串扰应使码元周期大于时延扩展Rb 1 2 相关带宽 Bc 当信号带宽小于 Bc 时 发生非频率选择性衰落当信号带宽大于 Bc 时 发生频率选择性衰落 3 随机调相由多径效应产生的多普勒频展 频率的这种随机变化称随机调相 4 抗多径衰落的技术分集 自适应均衡技术 差错控制编码 跳频 扩频 邮电部第一研究所 8 四 语音编码技术 1 语音编码的基本慨念 1 波形编码 2 参量编码 3 混合编码2 数字移动通信系统对语音编码的要求速率较低 纯编码速率应低于16Kbit s语音质量应尽可能高 MOS大于3 5 编解码延时较短 控制在几十毫秒内算法应有较好抗误码性能算法复杂程度适中 易于大规模电路集成 邮电部第一研究所 9 五 数字调制解调技术 性能优越的高效调制方式是数字移动通信的重要研究课题几种主要调制方式 1 MSK频移指数为0 5的最小频移键控调制2 GMSK 高斯滤波最小频移键控调制 优点是减小调制带宽 改善信道有效性3 4DQPSK较好抑制带外幅射 频谱利用率高 邮电部第一研究所 10 六 抗衰落技术 1 分集技术的基本慨念利用多条传输相同信息 但相互独立衰落特性的信号路径 在接收端对这些信号进行适当使合并 以降低多径衰落的影响空间分集 极化分集 频率分集 其它分集信号的合并技术2 编码 交织及跳频相结合的抗衰落 1 GSM交织编码通过语音块内和语音块之间的交织 将衰落引起的错误分散到各个语音块 2 GSM的慢跳频提供了传输链路上的分集 将干扰的影响分散到所有话路上 3 自适应均衡技术在发端插入训练比特序列 收端进行动态均衡提高传输质量 邮电部第一研究所 11 七 多址方式和系统容量 多址技术的关键是利用信号特征上的差异1 频分多址 FDMA 把系统的总频段分成若干个等间隔的频道分配给不同用户使用2 时分多址 TDMA 把时间分成帧 时隙 用户在每帧的指定时隙通信3 码分多址 CDMA 用户传输信息通过不同的编码序列来区分低功率谱密度传输 抗干扰 抗多径干扰能力强 具有 软容量 的过载特性4 系统容量的比较理论上CDMA的容量是FDMA的20倍 最TDMA的4 6倍 邮电部第一研究所 12 八 第三代移动通信展望 第三代移动通信系统是指国际电信联盟 ITU 正在组织进行研究的 未来公用陆地移动通信系统 FPLMTS 1996年更名为IMT 20001 第三代移动通信系统的主要目标提供全球无缝覆盖和漫游提供多媒体业务 速率可高达2Mb s 适应多种业务环境 蜂窝 无绳 卫星移动 PSTN 数据 IP具有单一的通信号码保证高的服务质量 按需分配带宽有多频 多模通用的手机频谱利用率高 容量大网络结构能适用无线 有线多种业务要求系统起始配置能充分利用第二代设备和设施 互联和兼容 随后可平滑升级 邮电部第一研究所 13 八 第三代移动通信展望 2 第三代移动通信系统的综合功能无线网与无线网的综合 首先是与第二代系统的互联和兼容移动网和固定网 数据网的融合 为用户提供统一的业务使用方式同一交换机能支持移动用户和固定用户的接入交换机都应采用ATM技术宽带无线接入网能和固定网 分组网 IP网连通建立统一的用户数据库建立统一的智能网平台陆地网与卫星网的综合IMT 2000的无线接口综合了卫星移动通信系统铱系统 全球星 ICO多种终端集成GSM900 DCS1800GSM DECT兼容多种制式多频 多模手机 邮电部第一研究所 14 八 第三代移动通信展望 多种业务的综合 向无线宽带业务拓展第三代移动通信系统可支持的速率为 室网静止2Mb s步行移动384Kb s车速移动144Kb s卫星移动9 6Kb s支持ISDN B ISDN 蜂窝 无绳 IP 卫星移动通信等各种频段的集合包括800MHz 900MHz 1800MHz 1900MHz 2GHz电磁兼容是多频段集合使用的关键 邮电部第一研究所 15 八 第三代移动通信展望 3 第三代移动通信系统网络结构框架可能包含核心网 接入网 终端设备 应用业务控制中心结构模型 接入网GSMBTSDECTIMT 2000BTSMSSISDNB ISDNLANWANIP 核心网 ATM多功能交换机 业务控制中心 移