北京邮电移动通信第三版第一章 概述

1、1移动通信原理与系统叶燕婷147591674292课程教学基本要求n 理解和掌握无线信道和传播、传播损耗模型；n掌握移动通信中的信源编码的基本概念和调制解调技术；n理解和掌握移动通信中的各种抗衰落抗干扰技术；n掌握移动通信系统的组网技术；n掌握GSM移动通信系统、理解GPRS系统的基本原理以及EDGE的基本原理；n掌握基于CDMA20001X系统、WCDMA系统和TDSCDMA系统的基本原理和应用；n了解未来移动通信的发展。3移动通信第一章 概述4参考书n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）n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。n数字蜂窝移

2、动通信系统，赵荣黎编著，电子工业出版社。n无线通信原理与应用，蔡涛等译，电子工业出版社。nGSM数字移动通信系统，骆健霞等译，电子工业出版社。nCDMA系统工程手册，许希斌等著，人民邮电出版社。n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nCDMA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n第三代移动通信系统原理与工程设计， IS-95 CDMA和cdma2000，美Vijay K. Garg等，于鹏等译，电子工业出版社n 数字移动通信（修订本），郭梯云编，人民邮电出版社n5主要内容n移动通信的基本概念n移动通信的发展史n第一代移动通信系统n第二代

3、移动通信系统n第三代移动通信系统（3G）n第四代移动通信系统（4G）n个人移动通信n移动通信工作频段n移动通信的工作方式n移动通信的分类及应用系统6移动通信的基本概念n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。7移动通信的基本概念n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。n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。n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

4、。1、移动通信利用无线电波进行信息传输n复杂的无线传播环境导致信号衰落信号衰落 移动通信中基站至用户间必须靠无线电波来传送信息，然而无线传播环境十分复杂，导致无线电波传播特性一般很差。表现在传播的电波一般是直射波和随时间变化的绕射波、反射波、散射波的叠加，造成所接收信号的电场强度起伏不定电场强度起伏不定。n多普勒频移多普勒频移 移动台不断运动，当达到一定速度时，固定点接收到的载波频率将随运动速度的不同产生不同的频移。8移动通信的特点9移动通信的特点2、移动台受噪声影响，并在强干扰下工作n1）互调干扰 所谓互调干扰是指两个或多个信号作用在通信设备的非线性器件上，产生同有用信号频率相近的组合频率，

5、从而对通信系统构成干扰的现象。n2）邻道干扰 邻道干扰是指相邻或邻近的信道或频道之间的干扰，是由于一个强信号串扰弱信号而造成的干扰。n3）同频干扰 同频干扰是指相同载频电台之间的干扰，由于蜂窝蜂窝式移动通信采用同频复用来规划小区，这就使系统中相同频率电台之间的同频干扰成为其特有的干扰。10移动通信的特点3、通道容量有限n频率资源紧张n在频率资源一定，信噪比一定的前提下，通信容量有限n增加用户容量是移动通信的重要研究课题11移动通信的特点4、通信系统复杂n移动性使得系统需要对无线信道进行频率和功率的控制。n提供相邻基站之间的越区切换n网络提供归属位置寄存器（HLR）和访问位置寄存器（VLR）纪录

6、用户的行踪n提供不同地区和不同运营者之间的漫游n用户安全与网络安全鉴权12移动通信的特点5、对移动台的要求高n要求移动台具有很强的适应能力；n要求性能可靠、携带方便，小型，低功耗，及耐高、低温；n要求操作使用方便，可适应不同人群使用13移动通信的发展史-萌芽阶段n1880年，贝尔发明了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.n通话距离700英尺，比无线电方式早25年。n后经过改进，通话距离长达15km。n缺点：光线易受雨、雾、建筑物等障碍物的阻挡。n19世纪末，赫兹发现电磁波辐射。14移动通信的发展史-萌芽阶段n1897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

7、志无线电通信的开始，开创了海上通信业。n1909年马可尼获得诺贝尔物理学奖，后来享有“无线电之父”的美誉。n1906年圣诞夜晚，费森堡从实验室用无线电波进行了首次广播，他从实验播送的一些圣经、朗诵节目被行使在大西洋上的轮船报务员接受到，一般认为这是广播的第一次发射成功，标志着人类利用无线电直接传送语言和音乐的开端。15移动通信的发展史-开拓阶段n1928年，美国底特律警察局率先装备AM接收机的警用车辆无线电移动系统（单向），标志移动通信的开始。n20世纪世纪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。n1935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

8、岭。n大大提高灵敏度或动态范围（3倍）n具有“捕获效应”n能更有效地对抗“快衰落”或波动性16移动通信的发展史-商业阶段n1946年，Bell实验室在圣路易斯建立第一个公用汽车话网，用于汽车移动电话。n60年代中期，贝尔系统开发出了“IMTS改进的移动电话服务”系统，使模拟FM技术达到了30年发展的顶峰。17移动通信的发展蜂窝思想n1978年底，贝尔实验室研制成功模拟蜂窝第一代移动通信系统先进移动电话系统（AMPS）。该系统于1983年正式投入商用。这是移动通信发展史上的重大发明。 n1980北欧的NMTn1979日本东京、神户、大阪的NAMTSn1985英国伦敦的TACS(我国的模拟系统我国

9、的模拟系统)18第一代移动通信系统n传输的无线信号为模拟量n蜂窝小区系统设计-频率复用n解决大容量需求与有限频谱资源的矛盾n模拟系统-语音信号nFM传输nFDMA（频分多址）（频分多址）n缺点：缺点：频谱利用率低、容量有限、制式频谱利用率低、容量有限、制式相互不兼容、不利于漫游、覆盖受限、相互不兼容、不利于漫游、覆盖受限、业务受限、易被窃听、不能于业务受限、易被窃听、不能于ISDN兼容兼容19移动通信的发展数字化n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n80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：n19

10、92年欧洲推出商用的GSMn1991美提出的IS-54n1993日本提出的PDCn1993美国提出的IS-95(N-CDMA)20第二代移动通信系统n数字移动通信系统21第二代移动通信的特点n微蜂窝小区结构：更优的空分复用提高用户数n数字化技术：语音信号数字化n新的调制方式：GMSK、QPSK等nTDMA、CDMAn频谱利用率高、系统容量大n能提供多种业务服务，提高通信系统的通用性n抗噪声、抗干扰和抗多径衰落能力强n能实现更有效、灵活的网络管理和控制n便于实现通信安全保密n可降低设备成本和减小用户手机的体积和重量第三代移动通信系统n移动通信网所提供的以话音为主的业务已不能满足人们的需要了，为此

11、移动通信业内的领军者们努力开发研究了适用于数据通信的移动系统-第三代移动通信系统n当前3G 技术标准主要有 欧洲的WCDMA 北美的cdma-2000 中国的TD-CDMA23第三代移动通信系统24第三代移动通信的特点n微蜂窝结构（分层小区）n宽带CDMA技术n调制方式QPSK/自适应调制nFDMA/TDMA/CDMAn电路交换分组交换n从媒体（media） 多媒体（Multimedia）25第三代移动通信的局限性n难以向更高速业务领域扩展n难以寻找更高速业务所需的正交扩频码集n难以满足更高的传输带宽需求n因而造成业务之间的干扰大。n难以提供具有不同QoS和性能需求的全范围多媒体业务。n这是I

12、MT-2000空中接口标准强加给核心网的n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。26第四代移动通信系统n4G的概念可分为宽带接入和分布网络，具有非对称的超过2Mb/s的数据传输能力。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网络。n第四代移动通信标准比第三代标准具有更多的功能。n第四代移动通信可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无线服务，可以在任何地方用宽带接入互联网（包括卫星通信和平流层通信），能够提供定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。此外，第四代移动通信系

13、统是集成多功能的宽带移动通信系统，是宽带接入IP系统。27第四代移动通信的特点n具有很高的传输速率和传输质量具有很高的传输速率和传输质量n灵活多样的业务功能灵活多样的业务功能 未来的移动通信网络应能使各类媒体、通信主机及网络之间进行“无缝”连接，使得用户能够自由的在各种网络环境间无缝漫游，并觉察不到业务质量上的变化，因此新的通信系统要具备媒体转换、网间移动管理及鉴权、Adhoc网络(自组网)、代理等功能； n开放的平台开放的平台 未来的移动通信系统应在移动终端、业务节点及移动网络机制上具有“开放性”，使得用户能够自由的选择协议、应用和网络； n高度智能化的网络高度智能化的网络 未来的移动通信网

14、将是一个高度自治、自适应的网络，具有很好的重构性、可变性、自组织性等，以便于满足不同用户在不同环境下的通信需求。28蜂窝移动通信的发展趋势29移动通信的发展目标-5Wn目标是n无论任何人(Whoever)n在任何时候(Whenever)n在任何地方(Wherever)n与另一个人(Whomever)n进行任何类型(Whatever)的个人通信。的个人通信。30移动通信的巨大挑战n任何时间：要求支持动中通无线通信是前提，传输环境恶劣n任何地点：要求无缝覆盖传输能力有限，覆盖范围与发射功率和干扰的矛盾n任何人：要求支持巨大的用户量频谱资源短缺n任何类型业务：要求支持多媒体业务处理能力有限31移动通

15、信的工作频段n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。n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。32常见工作频段的划分33移动通信的工作频段n我国移动通信的工作频段（原规定）n160MHz频段、450MHz频段、900MHz频段n2001年，无委会增加了2000MHz频段n中国的频率规划中国的频率规划n频分双工（FDD）方式，即19201980MHz/21102170MHz； n时分双工（TDD）方式， 即18801920MHz、20102025MHz；n补充工作频率为频分双工（FDD）方式，1755 1785

16、MHZ18501880MHz；时分双工（TDD）方式，23002400MHz，与无线电定位业务共用，均为主要业务，共用标准另行制定；n卫星移动通信系统工作频段为19802010MHz21702200MHz。n目前己规划给公众移动通信系统的825835MHz870880MHz、885915MHz930960MHz和17101755MHz18051850MHz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、下行频率使用方式不变。nFDD方式固定无线接入系统的工作频段：34003600MHz34移动通信的工作频段n第三代移动通信的工作频段nITU（国际电联）的频率规划n1992年，W

17、ARC划分给FPLMTS频率范围为18852025MHzn1995年，WARC确定了MSS的新频段n2000年，ITU在WRC上规定了三个新的全球频段n805960MHzn17101885MHzn25002690MHzn欧洲的频率规划(UMTS)，日本也基本相同。 19002025MHz，21102200MHZn美国：n1900MHz频段，PCS35第三代移动通信频谱分配矛盾nITU、欧洲、日本、美国关于3G的频谱分配均不相同n会导致什么问题？IMT-2000MSSIMT-2000MSS电联欧洲日本美国1850kHz1900kHz1950kHz2000kHz2050kHz2100kHz2150

18、kHz2200kHz2250kHzUMTSMSSUMTSMSSIMT-2000MSSPCSMSSMSSIMT-2000MSS 全球漫游的困难全球漫游的困难第四代移动通信的频率划分n国际电联给LTE划分四个频段： 3.4-3.6GHZ的200M带宽 2.3-2.4GHZ的100MHZ带宽 698-806MHZ的108MHZ带宽 450-470MHZ的20MHZ带宽n中国4G频段包括TD-LTE频段和FDD LTE频段 TD-LTE频段：频段： 中国移动130MHZ带宽； 中国联通40MHZ； 中国电信40MHZ FDD LTE频段频段：中国电信分配1.8GHZ频段 （1755-1785MHZ/1850-1880MHZ） 中国联通分配2.1GHZ频段 (1955-1980MHZ/2145-2170MHZ) 37移动通信的工作方式n依据通话状态和频率使用方法划分单工通信 通信双方电台交替地进行收信和发信。方式 同频单工双频单工 TRf1f1(f2)B同频单工：收发均采用 f1双频单工：收发分别采用 f1和 f2发话器受话器发射机接收机ATRf1f1(f2) 同频（双频）单工方式移动通信的工作