电信传输原理第7章 移动通信无线传输ppt课件

1、第第7 7章章 挪动通讯无线传输挪动通讯无线传输内容提要内容提要2挪动通讯概述挪动通讯概述挪动通讯的信道特征挪动通讯的信道特征挪动信道的噪声与干挪动信道的噪声与干扰扰挪动信道的传播模型挪动信道的传播模型蜂窝组网技术蜂窝组网技术7.1 挪动通讯概述 挪动通讯技术可以说从无线电通讯发明之日就产生了。而现代挪动通讯技术的开展始于上世纪20年代，历经了模拟挪动通讯1G和数字挪动通讯2G、3G、4G，目前5G正在研发阶段。 挪动通讯是指通讯双方至少有一方处于运动形状中，并且其中的一部分传输介质是无线的通讯方式，来进展信息的传送和交换。 按照挪动体所处的位置不同，挪动通讯可分为陆地挪动通讯系统、海上挪动通

2、讯系统和卫星挪动通讯系统。7.1.1 挪动通讯的开展挪动通讯的开展 1G 1G挪动通讯系统：从二十世纪七十年代中期至八十年代中期，称挪动通讯系统：从二十世纪七十年代中期至八十年代中期，称为为1G1G第一代挪动通讯技术，主要采用的是模拟技术和频分多第一代挪动通讯技术，主要采用的是模拟技术和频分多址址(FDMA)(FDMA)技术。技术。 2G 2G挪动通讯系统：挪动通讯系统：2G2G时代从二十世纪八十年代中期开场，时代从二十世纪八十年代中期开场， 主要主要采用的是数码的时分多址采用的是数码的时分多址(TDMA)(TDMA)技术和码分多址技术和码分多址(CDMA)(CDMA)技术，以技术，以GSMG

3、SM和和IS-95IS-95为代表。为代表。 3G 3G挪动通讯系统挪动通讯系统: 3G: 3G是英是英3rd Generation3rd Generation的缩写，是指支持高速的缩写，是指支持高速数据传输的第三代挪动通讯技术，第三代挪动通讯有更宽的带宽，数据传输的第三代挪动通讯技术，第三代挪动通讯有更宽的带宽，其传输速度最低为其传输速度最低为384K384K，最高为，最高为2000kbps 2000kbps ，带宽可达，带宽可达5MHz5MHz以上。以上。目前目前3G3G存在四种规范：存在四种规范：CDMA2000CDMA2000、WCDMAWCDMA、TD-SCDMATD-SCDMA、W

4、iMAXWiMAX。4G4G挪动通讯系统：挪动通讯系统：4G4G是第四代挪动通讯及其技术的简是第四代挪动通讯及其技术的简称，该技术包括称，该技术包括TD-LTETD-LTE和和FDD-LTEFDD-LTE两种制式，是集两种制式，是集3G3G与与WLANWLAN于一体，不仅音质明晰，并可以快速传输数据、于一体，不仅音质明晰，并可以快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等，支持交互式多媒体业高质量、音频、视频和图像等，支持交互式多媒体业务，如视频会议、无线因特网等，提供更广泛的效力务，如视频会议、无线因特网等，提供更广泛的效力和运用。和运用。 5G 5G挪动通讯系统挪动通讯系统: 国际电信联盟国际

5、电信联盟ITUITU从从20212021年开年开场组织全球业界开展场组织全球业界开展5G5G规范化前期研讨，继续推进全规范化前期研讨，继续推进全球球5G5G共识构成。共识构成。20212021年底启动年底启动5G5G候选提案征集，候选提案征集，20212021年底启动年底启动5G5G技术评价和规范化，并于技术评价和规范化，并于20202020年底完成规年底完成规范制定。范制定。7.1.2 挪动通讯网络构造挪动通讯网络构造 用户终端经过基用户终端经过基站经传输链路与中心站经传输链路与中心网相连，这样就可以网相连，这样就可以构成挪动台构成挪动台 基站基站 中心网中心网 固定用户固定用户或挪动台或挪

6、动台 基站基站 中心网中心网 挪动用户挪动用户等不同情况的通讯链等不同情况的通讯链路路, ,如图如图7-17-1所示。所示。图7-1 挪动通讯网络构造简图7.1.3 挪动通讯的特点挪动通讯的特点信道特性差：挪动通讯中的用户可以在一定范围内自在活信道特性差：挪动通讯中的用户可以在一定范围内自在活动，无线电波的传播特性普通要遭到诸多要素的影响使电动，无线电波的传播特性普通要遭到诸多要素的影响使电波会随着传输间隔的添加而出现衰减，这些衰减和影响还波会随着传输间隔的添加而出现衰减，这些衰减和影响还是不断变化的，严重影响通讯质量。是不断变化的，严重影响通讯质量。传播环境干扰严重：由于挪动通讯开放式的传输

7、环境，系传播环境干扰严重：由于挪动通讯开放式的传输环境，系统运转在复杂的干扰环境中，如外部噪声干扰、系统内干统运转在复杂的干扰环境中，如外部噪声干扰、系统内干扰和系统间干扰。如何减少这些噪声和干扰的影响，也是扰和系统间干扰。如何减少这些噪声和干扰的影响，也是挪动通讯系统要处理的重要问题。挪动通讯系统要处理的重要问题。挪动通讯的频谱资源非常有限：由于挪动通讯可利用的频挪动通讯的频谱资源非常有限：由于挪动通讯可利用的频率资源有限，如何提高挪动通讯系统的通讯容量，一直是率资源有限，如何提高挪动通讯系统的通讯容量，一直是挪动通讯开展中的焦点。为理处理这一矛盾，一方面要开挪动通讯开展中的焦点。为理处理这

8、一矛盾，一方面要开辟和启用新的频段；另一方面，要研讨各种新技术和新措辟和启用新的频段；另一方面，要研讨各种新技术和新措施，以紧缩信号所占的频带宽度和提高频率利用率。施，以紧缩信号所占的频带宽度和提高频率利用率。通讯系统复杂：由于挪动台处于挪动形状，是一个复杂的通讯系统复杂：由于挪动台处于挪动形状，是一个复杂的系统。系统。对挪动终端的要求高：挪动通讯终端长期处于位置不固定对挪动终端的要求高：挪动通讯终端长期处于位置不固定的挪动形状，外界的影响时辰存在，这就要求挪动终端要的挪动形状，外界的影响时辰存在，这就要求挪动终端要有很强的顺应才干。有很强的顺应才干。内容提要内容提要9挪动通讯概述挪动通讯概述

9、挪动通讯的信道特征挪动通讯的信道特征挪动信道的噪声与干扰挪动信道的噪声与干扰挪动信道的传播模型挪动信道的传播模型蜂窝组网技术蜂窝组网技术 信道是信号的传输介质，可分为有线信道和无线信道两类。有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆及光缆。无线信道有地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫星以及各种散射信道等。挪动通讯采用无线通讯方式。因此系统性能主要受无线信道的制约。 无线信号传播的开放性，接纳点地理环境的复杂性和多样性，以及挪动用户的随机挪动性是挪动无线信道的固有特征。7.2 挪动通讯的信道特征7.2.1 表征衰落特性的常用数字特征表征衰落特性的常用数字特征场强中值：在挪动通讯中，

10、接纳信号的强弱值称为场场强中值：在挪动通讯中，接纳信号的强弱值称为场强，为了表征电波传播的特性，那么在强，为了表征电波传播的特性，那么在T T时间内超越时间内超越 的概率为的概率为 ，在上式统计时间，在上式统计时间T T内，内，当超越值的百分比为当超越值的百分比为50%50%时，即称为场强中值。时，即称为场强中值。衰落深度：这是电波衰落程度的一种量度，用电平表衰落深度：这是电波衰落程度的一种量度，用电平表示为：衰落深度示为：衰落深度/ / ， 为接纳电平值，为接纳电平值， 为场强中值。普通在挪动通讯系统中，衰落深度可达为场强中值。普通在挪动通讯系统中，衰落深度可达20302030分贝。分贝。0

11、E1%100%niitPT020lgiEdBEiE0E衰落速率：衰落速率描画接纳信号场强变化快慢，即衰落衰落速率：衰落速率描画接纳信号场强变化快慢，即衰落的频繁程度。挪动台挪动速度越快，衰落越快，其平均衰的频繁程度。挪动台挪动速度越快，衰落越快，其平均衰落率表示为：落率表示为： HzHz 式中，式中，N N为衰落率；为衰落率； 为挪动台挪动速度，单位为为挪动台挪动速度，单位为km/hkm/h； 为波长，应与同单位为波长，应与同单位kmkm;f;f为频率，普通以为频率，普通以MHzMHz为单位为单位。 衰落继续时间：衰落继续时间是指场强低于某一给定电衰落继续时间：衰落继续时间是指场强低于某一给定

12、电平值的继续时间。在挪动通讯中，常会出现挪动台收不到平值的继续时间。在挪动通讯中，常会出现挪动台收不到基站信号或信号中断的情况。这种情况是由于接纳到的信基站信号或信号中断的情况。这种情况是由于接纳到的信号电平值低于接纳机门限电平所致。号电平值低于接纳机门限电平所致。31.85 102Nf7.2.2 挪动通讯中无线电波传播的特性挪动通讯中无线电波传播的特性1.1.无线电波传播特性无线电波传播特性直线传播直线传播反射与折射反射与折射绕射绕射干涉干涉2.2.无线电波传播特性无线电波传播特性传播的开放性传播的开放性接纳点地理环境的复杂性与多样性接纳点地理环境的复杂性与多样性通讯誉户的随机挪动性通讯誉户

13、的随机挪动性7.2.3 挪动信号传播的四种效应挪动信号传播的四种效应阴影效应：随挪动台位置的不断变化而引起的接纳点场强平均阴影效应：随挪动台位置的不断变化而引起的接纳点场强平均值的起伏变化叫做阴影效应。值的起伏变化叫做阴影效应。远近效应：由于各挪动台与基站之间的间隔远近不同导致在基远近效应：由于各挪动台与基站之间的间隔远近不同导致在基站接纳端，信号以强压弱，使离基站较远的挪动台产生通讯中站接纳端，信号以强压弱，使离基站较远的挪动台产生通讯中断的景象称为远近效应。断的景象称为远近效应。多径效应：在挪动传播环境中，到达挪动台天线的信号不是单多径效应：在挪动传播环境中，到达挪动台天线的信号不是单一途

14、径来的，这种干扰或衰落是由于多径景象所引起的，故称一途径来的，这种干扰或衰落是由于多径景象所引起的，故称这类干扰或衰落为多径效应。这类干扰或衰落为多径效应。多普勒效应：由于挪动台的高速运动而产生的传播信号频率的多普勒效应：由于挪动台的高速运动而产生的传播信号频率的分散，称为多普勒效应。分散，称为多普勒效应。7.2.4 挪动信号传播的挪动信号传播的3类衰落损耗类衰落损耗 在挪动信道电波传播的特点、电波的传播方式及信号的四种效应下，信号从发射端经过无线信道到达接纳端，功率会发生衰减，主要表现为以下3类衰落损耗:途径传播损耗、大尺度衰落、小尺度衰落。途径传播损耗：途径传播损耗，是指电波在空间传播所产

15、生的损耗，即在发射端和接纳端之间由传播环境引入的损耗的量。大尺度衰落损耗：大尺度衰落损耗又称慢衰落，主大尺度衰落损耗：大尺度衰落损耗又称慢衰落，主要是指信号由于阴影效应而产生的损耗或由于大气要是指信号由于阴影效应而产生的损耗或由于大气参数变化引起折射率的缓慢变化还构成另一种慢衰参数变化引起折射率的缓慢变化还构成另一种慢衰落。落。小尺度衰落损耗：它反映了在微观范围小尺度衰落损耗：它反映了在微观范围( (数十波长以数十波长以下量级下量级) )内接纳信号电平的平均值随机起伏变化的趋内接纳信号电平的平均值随机起伏变化的趋势，又称快衰落。主要是由于多径效应和多普勒效势，又称快衰落。主要是由于多径效应和多

16、普勒效应而引起的损耗。应而引起的损耗。7.2.5 挪动信道参数挪动信道参数1.1.空间选择性空间选择性角度扩展：角度扩展的倒数就是相关间隔，描画空域角度扩展：角度扩展的倒数就是相关间隔，描画空域的相关性。空间选择性衰落用相关间隔表示的相关性。空间选择性衰落用相关间隔表示相关间隔：相关间隔为两根天线上的信道呼应应坚持相关间隔：相关间隔为两根天线上的信道呼应应坚持强相关时的最大空间间隔。强相关时的最大空间间隔。 2.2.频率选择性频率选择性时延展宽：挪动信道的多径环境引起的信号多径衰落时延展宽：挪动信道的多径环境引起的信号多径衰落从时域角度方面进展描画。频率选择性衰落用相关带从时域角度方面进展描画

17、。频率选择性衰落用相关带宽描画，宽描画， 其中，其中，TmTm为最大时延扩展。为最大时延扩展。R1cmBT相关带宽：相关带宽为信道在两个频移处的频率呼应坚持强相关带宽：相关带宽为信道在两个频移处的频率呼应坚持强相关时的最大频率差。相关带宽越小，时延扩展越大；反之相关时的最大频率差。相关带宽越小，时延扩展越大；反之相关带宽越大，时延扩展越小。相关带宽越大，时延扩展越小。3.3.时间选择性衰落时间选择性衰落 时间选择性衰落是指不同的时间衰落特性不同。时间选择性衰落是指不同的时间衰落特性不同。频率分散：用户的快速挪动，在频域上产生多普勒效应而引频率分散：用户的快速挪动，在频域上产生多普勒效应而引起频

18、率分散，频率分散引起时间选择性衰落。时间选择性衰起频率分散，频率分散引起时间选择性衰落。时间选择性衰落用相关时间落用相关时间 描画，描画， 其中其中B B为最大多普勒扩展为最大多普勒扩展。相关时间：相关时间为两个瞬时时间的信道冲击呼应坚持强相关时间：相关时间为两个瞬时时间的信道冲击呼应坚持强相关时的最大时间间隔，相关时的最大时间间隔，T1TB内容提要内容提要19挪动通讯概述挪动通讯概述挪动通讯的信道特征挪动通讯的信道特征挪动信道的噪声与干扰挪动信道的噪声与干扰挪动信道的传播模型挪动信道的传播模型蜂窝组网技术蜂窝组网技术 无线信道对信号传输的限制除了损耗和衰减外，另一个重要的限制要素是噪声和干扰

19、，当噪声和干扰严重时，会使有用信号出现损伤，甚至无法恢复，导致通讯质量下降。 在通讯系统中，任何不需求的随机自发脉冲信号都称为噪声，噪声可分为内部噪声和外部噪声。无线电台如基站与挪动台接纳机之间的相互关扰那么统称为干扰。干扰主要有邻道干扰、同频道干扰、互调干扰等。7.3 挪动信道的噪声与干扰7.3.1 挪动信道的噪声挪动信道的噪声噪声的分类与特性：噪声的分类与特性： 挪动通讯中，根据噪声来源的不同，挪动通讯中，根据噪声来源的不同，可分为内部噪声和外部噪声。可分为内部噪声和外部噪声。内部噪声：内部噪声是指系统设备如电台本身电气元内部噪声：内部噪声是指系统设备如电台本身电气元件产生的各种噪声。它们

20、的瞬时特降服从高斯分布，又称件产生的各种噪声。它们的瞬时特降服从高斯分布，又称为高斯噪声。为高斯噪声。外部噪声：自然噪声和人为噪声统称为外部噪声。外部噪声：自然噪声和人为噪声统称为外部噪声。7.3.2 挪动信道的干扰挪动信道的干扰 在挪动通讯系统中，基站或挪动台的接纳机必需能在其它通讯系统产生的众多较强的干扰信号中检测出有用信号。在蜂窝挪动通讯网中，存在邻道干扰、同道干扰、互调干扰等问题，这些都是在组网过程中产生的干扰。邻道干扰：邻频道干扰是指相邻的或临近的信道之间的相互关扰。同频道干扰：同频道干扰是指一切落到接纳机通带内的，与有用信号频率一样或相近的无用信号的干扰。互调干扰：互调干扰是由传输

21、信道中的非线性电路产生的。内容提要内容提要23挪动通讯概述挪动通讯概述挪动通讯的信道特征挪动通讯的信道特征挪动信道的噪声与干扰挪动信道的噪声与干扰挪动信道的传播模型挪动信道的传播模型蜂窝组网技术蜂窝组网技术 传播模型是非常重要的。传播模型是挪动通讯网小区规划的根底。在规划某-区域的蜂窝系统之前,选择信号覆盖区的蜂窝站址使其互不干扰，是一个重要的义务。所以传播环境对无线传播模型的建立起关键作用。 无线传播模型-般分为：室外传播模型和室内传播模型。7.4 挪动信道的传播模型7.4.1 室外传播模型室外传播模型 室外传播模型分为两类：宏蜂窝模型和微蜂窝模型。 宏蜂窝模型 普通是指适用于覆盖半径1km

22、以外的传播模型，常用的宏蜂窝模型包括：Okumura-Hata模型、Walfisch-Ikegami模型； 微蜂窝模型普通是指适用于覆盖半径1km以内的传播模型，常用的微蜂窝模型包括LEE微蜂窝模型、规范微蜂窝模型。7.4.2 室内无线传播模型室内无线传播模型 室内传播模型是指无线电波经过介质在室内分布系统进展传播采用的一种模型。普通说来，室内信道分为视距(LOS)和阻挠(OBS)两种，并且随着环境杂乱程度而不断变化。 常用的室内传播模型有: 分隔损耗同楼层模型、楼层间分隔损耗模型、对数间隔途径损耗模型、Ericsson多重断点模型、衰减因子模型。内容提要内容提要27挪动通讯概述挪动通讯概述挪

23、动通讯的信道特征挪动通讯的信道特征挪动信道的噪声与干扰挪动信道的噪声与干扰挪动信道的传播模型挪动信道的传播模型蜂窝组网技术蜂窝组网技术7.5.1 挪动通讯网的体制挪动通讯网的体制 普通来说，挪动通讯网的效力区覆盖方式可分为两类：一是小容量的大区制；二是大容量的小区制。大区制：大区制是挪动通讯网的区域覆盖方式之一，普通在较大的效力区内设一个基站，担任挪动通讯的联络与控制。其覆盖范围半径为30km50km，天线高度约为几十米至百余米。小区制：小区制将所要覆盖挪动通讯网络的地域划分为假设干小区，每个小区的半径可视用户的分布密度在110公里左右，在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户效力。7.5

24、蜂窝组网技术7.5.2 组网方式组网方式 为了使得效力区到达无缝覆盖，提高系统的容量，就需求采用多个基站来覆盖给定的效力区。每个基站的覆盖区域称为一个小区。小区的外形：正六边形小区的外形最接近理想的圆形用它覆盖整个效力区所需的基站数最少，也就最经济。将小区外形为正六边形的小区制挪动通讯网称为蜂窝网。区群中的小区数目：区群的组成满足两个条件：一是区群之间可以邻接，且无空隙无重叠地进展覆盖；二是邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之间的间隔相等。同频信道小区的间隔：在不同小区组区群之间可以同频信道小区的间隔：在不同小区组区群之间可以反复运用同一频率方式，称为频率重用。在频率重用时，为反复运用同一

25、频率方式，称为频率重用。在频率重用时，为了防止产生同频道干扰，应使同频信道小区中心间的间隔足了防止产生同频道干扰，应使同频信道小区中心间的间隔足够大。设小区的辐射半径即六边形外接圆的半径，可以够大。设小区的辐射半径即六边形外接圆的半径，可以计算出同频信道小区中心间的间隔计算出同频信道小区中心间的间隔D D为为 小区数小区数N N越大，同频小区的间隔越远，抗同频干扰性能越好越大，同频小区的间隔越远，抗同频干扰性能越好。中心鼓励与顶点鼓励：在每个小区中基站设在小区的中心，中心鼓励与顶点鼓励：在每个小区中基站设在小区的中心，并采用全向天线对小区进展覆盖，通常称为中心鼓励。也可并采用全向天线对小区进展覆盖，通常称为中心鼓励。也可将基站设在每个正六边形小区相隔开的三个顶点上，并采用将基站设在每个正六边形小区相隔开的三个顶点上，并采用三副扇形定向天线来覆盖整个小区，这就是顶点鼓励。三副扇形定向天线来覆盖整个小区，这就是顶点鼓励。2222333322aaDRbaabbRN R小区的分裂：小区普通分为巨区、宏区、微区、悄然区几类小区的分裂：小区普通分为巨区、宏区、微区、悄然区几类。