《移动通信期末总结》

1、第一章 绪论整理课件第一节 移动通信的定义和应用一、移动通信的概念1定义：是指通信双方至少有一方在移动中（或者停留在某一非预定的位置上）所进行的信息传输和交换。移动体与固定点之间、移动体之间信息的交换都可以称为移动通信。移动体可以是人，也可以是车、船、飞机等处在移动状态中的物体。2移动性的两种类型：用户移动性：用户可以随便走动，服务会跟随。设备便携性：保证设备在移动时仍可进行通信。整理课件3、区分：无线通信和移动通信无线通信移动通信举例台式计算机酒店中的笔记本历史建筑物的无线局域网移动电话整理课件二移动通信的主要特点（1）移动通信必须利用无线电波进行传输（2）移动通信是在复杂的干扰环境中进行的

2、（3）移动通信可以利用的频谱资源非常有限，而移动通信业务量的需求却与日俱增（4）移动通信系统的网络结构多种多样、网络管理和控制必须有效（5）移动通信设备（主要是移动台）必须适于在移动环境中使用整理课件三无线通信的工作方式（1）单工通信：是指通信双方电台交替地进行收信和发信的工作方式。常用于点对点通信。分为：同频单工、异频单工（差异仅仅是收发频点不同）整理课件优点：收发信机轮流工作，故收发天线可共用、收发信机中的某些电路也可共用。电台设备简单、省电。缺点：不灵活，一方发送时另一方只能接收，而且无法通知其停止发送整理课件（2）双工通信：是指通信双方可同时传输消息的工作方式，也称为全双工通信。基站的

3、发射机和接收机分别使用一副天线，移动台限于尺寸，通过双工器共用一副天线。双工器又称天线共用器，既要将发射和接收相隔离，将微弱信号耦合进来，又要将较大的发射功率馈送出去。结构：2个输入，1个输出整理课件优点：工作方式方便（和普通电话类似），接收和发送可同时进行。缺点：发射机总是工作，电源消耗大，这对以电池为能源的移动台是很不利的。此问题的解决方案：要求移动台的接收机始终保持工作状态，而发射机仅在发话时才工作。这样构成的系统称为准双工系统。这种准双工方式目前在移动通信系统中获得了广泛的应用。整理课件（3）半双工通信：移动台采用单工的“按-讲”方式（即按下“按-讲”开关，发射机工作，接收机则一直工作

4、），基站采用双工方式。半双工通信是介于单工通信和全双工通信之间的一种通信方式。移动台的工作情况与单工通信时相似，采用“按-讲”方式，即按下“按讲”开关，发射机才工作，而接收机总是在工作。基站的工作情况与全双工通信时相似，只是可以采用双工器，使收发信机共用一副天线。整理课件半双工通信的特点是：设备简单，功耗小，克服了单工通信断断续续的现象， 但操作仍不太方便。半双工方式主要用于专业移动通信系统中，如汽车调度等。 整理课件第二节 无线通信简史一、通信的产生二、标准化组织国际电信联盟是联合国的一个专门机构，也是联合国机构中历史最长的一个国际组织，简称“国际电联”或“ITU”，Internationa

5、l Telecommunication Union。这个国际组织成立于1865年5月17日，起初名为“国际电报联盟”。那今天的“517国际电信日”就是这样来的。国际电信联盟的实质性工作由三大部门承担，它们是：（1）ITU标准化部门（ITU-T），主要职责是完成国际电信联盟有关电信标准化的目标、使全世界的电信标准化。（2）ITU无线电通信部门（ITU-R），主要职责是无线领域的标准化。ITU-R定期召开世界无线电会议，讨论频率规划。（3）ITU电信发展部门整理课件三、发展历程总结（每个阶段代表体制及特点）第一阶段：20世纪20年代至40年代 现代移动通信的起步阶段第二阶段：20世纪40年代中期至

6、60年代初期，各种公用移动通信系统相继建立第三阶段：20世纪60年代中期至80年代中期 改进和完善的阶段第四阶段：20世纪80年代中期至20世纪末 2G发展和成熟的时期第五阶段：20世纪末至今 3G时代到来整理课件运营商合并方式：为了迎接到来的3G实施，08年中国电信运营商实施了第三次历史性的重组中国铁通并入中国移动中国移动中国电信购买中国联通的C网，并将卫通并入新电信中国联通与中国网通合并新联通牌照发放时间：2009年1月7日下午2：30，工业和信息化部在内部举办小型牌照发放仪式，即中国移动获得国产3G标准TD-SCDMA运营牌照新联通获得欧美大规模成功实施的WCDMA运营牌照新电信获得日韩

7、成功实施过的cdma2000运营牌照整理课件第二章 无线传输整理课件第一节 无线传输的频谱无线传输可以使用许多不同的频段，每一个频段都有其有利和不利的因素。频谱划分（从300Hz略高于300THz）整理课件信号的传输、检测和干扰范围和有线网络一样，无线网络也有发射机和接收机。但是一旦和信号传播相联系，这两种网络就会有明显的区别。传输范围：接收机可以检测到信号，并且可以通信（达到了通信允许的低误码率）检测范围：接收机可以检测出信号，但难以通信（误码率太高）干扰范围：接收机检测不到信号（但夹杂在背景噪声中，干扰其他信号）由此产生“蜂窝”概念，接收机到达传输范围外时要切换到新的基站整理课件自由空间传

8、播大尺度路径损耗直射波传播可按自由空间传播来考虑。所谓自由空间传播系指天线周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条件。电波在自由空间里传播不受阻挡，不产生反射、 折射、绕射、散射和吸收。但是，当电波经过一段路径传播之后，能量仍会受到衰减，这是由辐射能量的扩散而引起的解释：（发射机以一定能量发射信号，以光速传播，作为一种波信号又具有球的形状。随着传输距离的增大，球体体积不断增大。如果没有障碍物，发射能量均匀分布在这个不断扩大的球面上。接收机在某一点收到的能量是衰减）称自由空间传播损耗整理课件整理课件整理课件三、无线电波传播的小尺度衰落1、三种基本传播机制存在多种波的特性和机制，发生与频率/波

9、长相关（1）反射：障碍物尺寸远大于电磁波波长时，发生在地表、建筑物和墙壁表面。（2）散射：障碍物尺寸接近于或小于电磁波波长，并且单位体积内障碍物个数非常巨大时。（3）绕射：收发信机之间无线路径被尖锐的边缘阻挡时将发生绕射整理课件2、多径传播小尺度衰落三种基本机制无法避免，最终导致了无线传播中最严重的无线信道损耗，称为多径传播，也是无线通信的特色。（1）定义：沿不同路径传输的信号由于经历不同长度，因而在不同时间到达接收机的现象。整理课件（2）时域观点时延扩展定义：假设发射端发射的是一个时间宽度极窄的脉冲信号，经过多径信道后，由于各信道时延的不同，接收端接收到的信号为一串脉冲，即接收信号的波形比原

10、脉冲展宽了。这种由于信道时延引起的信号波形的展宽称为时延扩展。（3）频域观点多径引起频率选择性衰落从频域观点而言，多径现象将导致频率选择性衰落，即信道对不同频率成分有不同的响应。3、终端移动性多普勒频移（计算）整理课件整理课件小区形状的讨论（1）带状网：只能用于覆盖铁路、公路和海岸线等（2）正多边形在服务区域一定的情况下，用正六边形小区所需的基站最少。蜂窝网：小区形状为正六边形的移动通信网第三节 蜂窝网频率规划整理课件（2）区群：若干相邻的小区按一定的数目划分成区群，区群内各小区使用不同的频率，此频率在其它区群相应的小区中还可以再用。并称之为“频率复用”。区群内的小区数计算公式：i，j分别是正

11、整数，可以包括零，但不能同时为零整理课件（3）同频小区的确定方法从某一个小区A出发，先沿边的垂线方向跨j个小区，再向左/右转60度（相对于行进方向），再跨i个小区，就到达同频小区。以此类推每个边6个边找到6个小区（4）小区分裂：服务区的区群大小相同时，适应均匀密度。例如城市中心商业区用户密度高，可以采用小区分裂。更小的区域，更低功率的基站。整理课件第四节 数字调制和模拟调制一、概念数字调制和模拟调制模拟调制的目的1）保证天线的有效性 天线要想有效就必须有近似于信号波长数量级的尺寸。2）频分复用模拟调制将基带信号搬移到不同的载频上，载频越高就可以为许多基带信号提供更大的带宽3）媒质的特征链路损耗

12、、障碍物穿透能力等都由信号波长决定，需要根据应用来选择具有相应特性的正确载频。长波用于海底、短波用于手持移动终端、超短波用于卫星传输等。整理课件第五节 扩展频谱调制（简称扩频）香农公式：C=Blog2（1S/N）香农公式给出了连续信道中存在加性高斯噪声时，信号传输的极限速率。它以比特每秒（bps）的形式给出一个链路速度的上限，表示为链路信噪比的一个函数。举例：28.8kbps modem的由来通常音频电话连接支持的频率范围为300Hz到3400Hz，则B=3300Hz300Hz=3100Hz，而一般链路典型的信噪比是30dB，即S/N=1000，因此我们有C=3100log2（1001），近似

13、等于30Kbps，是28.8Kbps调制解调器的极限。香农公式指出：增加频带可以降低接收的信噪比门限值，这就是扩频通信的基本原理，即用频带来换取信噪比。我们把用扩展频谱的方法来换取信噪比的系统称为扩频通信系统。整理课件二、扩频的概念1、定义：扩展频谱（SS，Spread Spectrum）通信简称为扩频通信。扩频是一种信息传输方式，在发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于传输信息所必须的带宽，在收端采用相同的扩频码进行解扩以恢复所传数据。2、扩频系统的框图（其实是DS框图）注：扩频和调制的顺序可以互换在0、1时为模二加法器，+1、-1时为乘法器，二者等效整理课件三、扩频通信系统的工作方

14、式主要有直接序列扩频、跳频扩频和跳时扩频。整理课件（1）发端的信息码元：二进制0、1，宽度Tb（2）扩频码：设码元宽度为Tp，令Tb=6Tp（3）通常在DS系统中，扩频码的速率Rp远远大于信息码速率Rb，也就是说扩频码的宽度Tp远远小于信息码的宽度Tb（4）用扩频码对信息码进行扩频的结果：即“模二和”（5）发端载波相位：对（3）进行调制（6）通常载波速率很高，即载波周期Tc很小，远小于扩频码的宽度Tp，为了画图的方便，令Tc=Tp（7）收端载波相位：根据收端的扩频码产生来解调（8）相关运算，得到中频相位（9）积分、判决，解调出二进制0、1整理课件2、跳频扩频（FH，Frequency Hopp

15、ing）所谓跳频，是用扩频码序列进行选择的多频率频移键控。也就是说，要进行一个特殊的FSK，FSK的频率由扩频码序列来控制，使载波频率不断地跳变，因此称为跳频。跳频扩频的基本思想是：在频率域中，不断地改变发射频率，进行收、发双方预先约定好的通信，而对未约定的接收机无法寻找到所使用的工作频率，因此，这种系统很难被截获、窃听和干扰。分类：快速跳频和慢速跳频整理课件四、扩频通信系统的性能1、扩频处理增益定义扩频处理增益为整理课件整理课件抗干扰容限注意：单位的统一整理课件扩频通信系统的优点：（1）抗窄带干扰能力强，特别是对付有意的干扰（2）信号的功率谱密度很低，信号隐蔽有利于防止窃听（3）多址通信时频

16、谱利用率高。对于单个用户来说，扩频系统频谱利用率很低，但是当采用码分多址工作时，很多用户在同一个频带中同时工作而不会相互产生明显的干扰，扩频系统的频谱效率就变得较高。（4）抗多径干扰能力强。利用PN码的自相关特性，只要延迟半个PN码片，其相关性就很小，可作为噪声对待；另外采用不同时延的匹配滤波器，可把多径信号分离出来。（5）提供测距能力。测量扩频信号的自相关特性的峰值出现时刻，可以从信号传输时间的大小计算出传输的距离。整理课件整理课件第一章 绪论整理课件第三章 媒质接入技术第一节 多路复用和多址接入的关系（举例）日常生活中的一个例子就是有几条车道的高速公路。很多用户（汽车司机）希望无干扰地（即

17、无事故）使用相同的介质（高速公路）。由于使用了几条车道（空分复用）来分流交通，使这成为可能。另外的例子是，不同的汽车在不同的时间点使用相同的介质（即相同的车道）（时分复用）这个简单的例子描述了日常生活中使用的多路复用，控制多路复用和将媒质分配给用户的机制（交通规则）属于媒质接入控制，即多址接入。整理课件三、远近效应（1）终端A和B发送，C接收（2）由于信号的衰减与距离的平方成正比，因此B的信号掩盖了A的信号（3）C不能接收到A的信号（4）由于B在物理层就淹没了A，不能运用一个公平机制对发射权进行仲裁 解决方法：进行功率控制，分为慢速功率控制和快速功率控制整理课件第三节 多路复用一、定义1、多路

18、复用：是指在同一个信道上同时传输多路信号而互不干扰的一种技术。由于信号直接来自话路，区分信号和区分话路是一致的2、分类：最常用的多路复用方式是频分复用（FDM）、时分复用（TDM）和码分复用（CDM）3、频分复用复用后总带宽的计算整理课件整理课件（一）GSM网络结构由图可见，GSM蜂窝系统的主要组成部分可分为移动台、基站子系统和网络子系统。第四章 无线通信系统整理课件基站子系统（简称基站BS）由基站收发台（BTS）和基站控制器（BSC）组成；网络子系统由移动交换中心（MSC）、操作维护中心（OMC）、原籍位置寄存器（HLR）、访问位置寄存器（VLR）、鉴权中心（AUC）和移动设备识别寄存器（E

19、IR）等组成。一个MSC可管理多达几十个基站控制器，一个基站控制器最多可控制256个BTS。由MS、BS和网络子系统构成公用陆地移动通信网，该网络由MSC与公用交换电话网（PSTN）、 综合业务数字网（ISDN）和公用数据网（PDN）进行互连。整理课件GSM系统各部分之间的接口如图 所示。（1） 主要接口。GSM系统的主要接口是指A接口、 Abis接口和Um接口。 这三种主要接口的定义和标准化可保证不同厂家生产的移动台、 基站子系统和网络子系统设备能够纳入同一个GSM移动通信网运行和使用。A接口。 A接口定义为网络子系统（NSS）与基站子系统（BSS）之间的通信接口。 Abis接口。 Abis

20、接口定义为基站子系统的基站控制器（BSC）与基站收发信机两个功能实体之间的通信接口， 用于BTS（不与BSC放在一处）与BSC之间的远端互连方式。Um接口（空中接口）。 Um接口（空中接口）定义为移动台（MS）与基站收发信机（BTS）之间的无线通信接口， 它是GSM系统中最重要、 最复杂的接口。 整理课件2. 号码与识别 各种号码的定义及用途如下： （1） 移动用户识别码。在GSM系统中，每个用户均分配一个惟一的国际移动用户识别码（IMSI）。此码在所有位置（包括在漫游区）都是有效的。 通常在呼叫建立和位置更新时，需要使用IMSI。IMSI的组成如图所示。IMSI的总长不超过 15 位数字，每

21、位数字仅使用 09 的数字。MCC: 移动用户所属国家代号，占3 位数字，中国的MCC规定为 460。 MNC： 移动网号码，最多由两位数字组成，用于识别移动用户所归属的移动通信网。MSIN: 移动用户识别码，用以识别某一移动通信网（PLMN）中的移动用户。由MNC和MSIN两部分组成国内移动用户识别码（NMSI）。整理课件 （2） 国际移动设备识别码。国际移动设备识别码（IMEI）是区别移动台设备的标志，可用于监控被窃或无效的移动设备。IMEI的格式如图所示。 TAC: 型号批准码，由欧洲型号标准中心分配。 FAC: 装配厂家号码。 SNR: 产品序号，用于区别同一个TAC和FAC中的每台移

22、动设备。 SP: 备用。整理课件二、GSM系统的无线接口（一）GSM系统无线传输特征表 7 - 3 给出了GSM系统的主要参数，为便于比较，表中还列出了另外两种时分多址数字蜂窝网的对应参数。整理课件1. TDMA/FDMA接入方式 GSM系统中，由若干个小区（3个、4个或7个）构成一个区群，区群内不能使用相同的频道，同频道距离保持相等，每个小区含有多个载频，每个载频上含有8个时隙，即每个载频有8个物理信道，因此，GSM系统是时分多址/频分多址的接入方式，参见图 7 - 9 所示。 整理课件2. 频率与频道序号GSM系统工作在以下射频频段：上行（移动台发、 基站收） 890915 MHz下行（基

23、站发、 移动台收） 935960 MHz收、发频率间隔为 45 MHz。移动台采用较低频段发射，传播损耗较低，有利于补偿上、下行功率不平衡的问题。 由于载频间隔是0.2 MHz，因此GSM系统整个工作频段分为124对载频，其频道序号用n表示，则上、下两频段中序号为n的载频可用下式计算： 上频段 fl（n）=（890+0.2 n） MHz 下频段 fh（n）=（935+0.2 n） MHz 整理课件（二）信道类型及组合 1. 帧结构图 7 - 10 给出了GSM系统各种帧及时隙的格式。整理课件每一个TDMA帧分07共8个时隙，帧长度为120/264.615 ms。每个时隙含156.25个码元，占

24、15/260.577 ms。由若干个TDMA帧构成复帧， 其结构有两种：一种是由 26 帧组成的复帧， 这种复帧长 120 ms，主要用于业务信息的传输，也称作业务复帧；另一种是由 51 帧组成的复帧，这种复帧长235.385 ms，专用于传输控制信息，也称作控制复帧。由51个业务复帧或26个控制复帧均可组成一个超帧，超帧的周期为 1326 个TDMA帧，超帧长 51264.61510-36.12 s。由2048个超帧组成超高帧，超高帧的周期为20481326=2 715 648个TDMA 帧，即 12 533.76 秒，也即3小时28分53秒760 毫秒。帧的编号（FN）以超高帧为周期，从

25、0 到 2 715 647整理课件3. 时隙的格式 在GSM系统中，每帧含8个时隙，时隙的宽度为 0.577 ms，其中包含156.25 bit。TDMA信道上一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列。根据所传信息的不同，时隙所含的具体内容及其组成的格式也不相同。 整理课件 （1） 常规突发（NB, Normal Burst）脉冲序列。常规突发脉冲序列亦称普通突发脉冲序列，用于业务信道及专用控制信道，其组成格式如图所示。（2） 频率校正突发（FB, Frequency Correction Burst）脉冲序列。频率校正突发脉冲序列用于校正移动台的载波频率，其格式比较简单，参见所示。（3） 同步突

26、发（SB，Synchronisation Burst）脉冲序列。同步突发脉冲序列用于移动台的时间同步。其格式参见图，主要组成包括 64 bit的同步信号（扩展的训练序列），以及两段各 39 bit的数据，用于传输TDMA帧号和基站识别码（BSIC）。整理课件三、GSM系统的控制与管理（一）位置登记/位置更新GSM系统的位置更新包括三个方面的内容：移动台的位置登记：（举例说明区别）一般移动手机的信息存放在本地的HLR上，开机时在当地的VLR上进行登记（包括信息验证，归属和权限），这就是位置登记。当移动台进行运动，跨越VLR后，要重新进行位置登记（注意没有关机）位置更新：当移动台从一个位置区域进入一个新的位置区域时，移动系统所进行的通常意义下的位置更新。周期性位置更新：在一定的特定时间内，网络与移动台没有发生联系时，移动台自动地、周期地（以网络在广播信道发给移动台的特定时间为周期）与网络取得联系，核对