移动通信与卫星通信chapt课件

移动通信与卫星通信王有政微波与数字通信国家重点实验室宇航技术研究中心课程介绍2023/7/153自我介绍王有政微波与数字通信国家重点实验室宇航技术研究中心办公地点：FIT大楼4-405办公电话：62781398-5118Email：yzhwang@WWW：2023/7/154成绩评定方法小测验(40%)(13周--12月10日，开卷)论文(50%)(下列中任选一个)给定论文题目中任选一题完成根据给定文章的完成读书报告要求：报告或论文>2000字，16周(12月31日)之前交交作业或论文：电子版Email给我每个Email我都会回。2天内如果未收到回信确认，应尽快与我联系，电话，Email，网络学堂等等。印象分，包括回答问题，课上讨论，网络讨论等2023/7/155给定的论文题目综述MIMO天线技术讨论“802.11”技术实现Adhoc系统的方案及问题，和解决方法。综述OFDM实现频率同步的方法综述4G移动通信中的网络结构与演变分析MIMO无线通信系统的信道容量综述卫星IP网络技术2023/7/156文献阅读读书报告/class/mobile/2002/reference.htmTurboCode信道编码多载波CDMA技术比较多用户检测技术(MUD)比较动态信道分配(DCA)技术综述天线阵列在移动通信中的应用OFDM介绍2023/7/157电子信息工程专业课程关系图2023/7/158如何讲课专业任选课的讲授？非理论基础课程，侧重点是强调基本概念和最新的技术介绍32个学时不可能掌握该领域的方方面面建立起整个领域的研究框架和基本概念，作为未来学习、工作和研究的基础目标“内容最新，范围很广”利用网络教学，展开讨论2023/7/159讲课的思路见“移动通信与卫星通信大纲”--网络学堂讲课思路(两种)：围绕移动通信面临的问题进行讲授和讨论提出问题，分析问题提出解决问题的技术和方法根据这些方法设计系统并介绍一些典型系统分析为了通信系统的关键技术介绍卫星通信中的基本概念和技术2023/7/1510如何听课如何听课学习方法：(1)主动学习，(2)多看参考书和文献，(3)比较、归纳和总结，(4)无权威论，敢于发表自己的观点和看法本学期的讲义将在每次课前上载每次课后的推荐阅读书目和文献也将上载每次课后会有一些思考题“轻松、活泼、学有所获”2023/7/1511教学目标【教学目标】将以现代移动通信系统和卫星通信系统为背景，讲述移动与卫星通信的基本概念和典型移动通信与卫星通信系统的基本原理。【教学重点】是移动通信与卫星通信中的基本概念，通信信道的分析，移动通信中的关键技术和典型移动通信系统与卫星通信系统结构。【教学要求】强调基本概念，内容新、范围广，主要为现有、正在发展和未来技术为主。2023/7/1512教学内容第一章：移动通信与卫星通信概述(9月17日)第二章：移动环境下的信号传播

(9月24日)第三章：信号处理技术(10月8日/10月15日)第四章：信号传输技术

(10月22日)第五章：移动通信系统网络结构

(10月29日)第六章：GSM蜂窝系统(11月5日)第七章：CDMA移动通信系统(11月12日)第八章：无线局域网(11月19日)第九章：未来个人通信系统(11月19日)2023/7/1513教学内容(2)第十章：卫星通信概论(11月26日)第十一章：基本概念和链路分析(12月3日)第十二章：卫星移动通信与宽带通信(12月10日)第十三章：卫星Internet发展(12月17日)第十四章：DVB与GPS导航卫星(12月24日)第十五章：现代微小卫星技术(12月31日)2023/7/1514教学参考书(1)(略)移动通信还没有一本合适的教材，因为发展太快郭梯云等，《移动通信》，西安电子科技大学出版社---内容全面赵荣黎编著，《数字蜂房移动通信系统》，电子工业出版社---概念清晰蒋同泽著，《现代移动通信系统》，电子工业出版社---一般蔡涛等译，《无线通信原理与应用》，电子工业出版社---概念清晰易懂许希斌等译，《CDMA系统工程手册》，人民邮电出版社---CDMA的工具书2023/7/1515教学参考书(2)(略)吕海寰,陈九治等，《卫星通信系统》(修订本)，人民邮电出版社杨运年，《VSAT卫星通信系统》，人民邮电出版社斯国新，《卫星通信系统》，北京宇航出版社张乃通，张中兆等，《卫星移动通信系统》第一章

移动通信概论王有政微波与数字通信国家重点实验室提起移动通信，人们首先想到的是什么？2023/7/1518思考?什么是移动通信？与有线通信有什么不同？移动通信与无线广播有什么不同？GSM是什么单词的缩称？CDMA是什么意思？GSM与CDMA如何比较？BP是移动通信系统吗？第四代移动通信系统表示什么概念？绿色手机环保吗？2023/7/1519内容移动通信的基本概念和主要特点移动通信系统的分类和组成结构典型移动通信系统峰窝的基本概念移动通信的标准化蜂窝移动通信的过去、现在和未来2023/7/15201.1移动通信的基本概念基本概念---“动中通”通信双方至少有一方处在移动情况下(或临时静止)的相互信息传输和交换移动通信解决因为人的移动产生的动中通问题通信网的智能化和无线化使三者统一起来个人通信网或个人通信业务终端的移动性手持机、车载台个人的移动性SIM卡方式支持的业务业务的移动性200号等业务2023/7/15211.2移动通信的主要特点必须利用无线电波进行信息传输运行环境复杂，电波多路径传播用户高速移动工作于复杂的干扰环境开放式环境，受到多种干扰，邻道，同信道，互调可利用的频谱资源有限，而通信业务量的需求与日俱增用户容量问题，业务容量问题网络结构多种多样，网络管理复杂用户注册和登记，鉴权和计费，安全和保密2023/7/15222.1移动通信的分类(略)按工作方式分类---单工，双工(TDD,FDD)，半双工按多址方式分类---FDMA,TDMA,CDMA,SDMA按信号形式分类---模拟网和数字网按覆盖范围分类---城域网，局域网和个域网按业务类型分类---电话网，数据网，综合业务网，多媒体按服务特性分类---专用网，公用网按使用环境分类---陆地通信，海上通信，空中通信按使用对象分类---民用系统，军用系统2023/7/15232.2通信系统的分类接入网核心网有线接入无线接入卫星接入高空平台蜂窝接入微波接入FWA,WLLWLANPAN通信网光纤接入PON，APONFTTB/C/H/R混合光纤同轴网CableModemDSL(ADSL,HDSL)广义的移动通信系统：与无线接入具有相似的内涵狭义的移动通信系统：指蜂窝移动通信系统2023/7/15242.3移动通信系统的组成---以蜂窝移动通信系统为例2023/7/15253.1典型移动通信系统集群通信---警察、出租车调度蜂窝移动电话---车载、手持机无线寻呼---数显、汉显、双向无绳电话---家用、公共无线接入点卫星移动通信---“铱”、全球星等无线局域网---LMDS，802.11，蓝牙侧重点为：蜂窝移动通信与卫星通信2023/7/15263.2移动通信系统的多层次覆盖蜂窝概念2023/7/15284.1蜂窝概念的引入大区制移动通信系统信号传输损耗，通信距离有限大区制系统：覆盖范围30~50km，发射功率50~200W，天线很高(>30m)具有网络结构简单，频道数目少大区系统的局限性覆盖范围有限服务的用户容量有限服务性能较差频谱利用率低1974，Bell实验室提出蜂窝概念2023/7/15294.2蜂窝的概念蜂窝系统---“小区制”系统将所要覆盖的地区划分为若干个小区，每个小区的半径可视用户的分布密度在1~10km左右。在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务。“频率复用”的概念特点：用户容量大，服务性能较好，频谱利用率较高，用户终端小巧且电池使用时间长，辐射小等。新的问题：系统网络复杂，越区切换，漫游，位置登记、更新和管理以及系统鉴权等。网络频率规划。2023/7/15304.3蜂窝的分类蜂窝分类：宏蜂窝(Macro-cell)2~20km微蜂窝(Micro-cell)0.4~2km皮蜂窝(Pico-cell)<400m分层蜂窝(HCS由多种蜂窝组成)2023/7/15314.4蜂窝系统的容量系统的容量包括两方面的概念：用户容量，即系统同时接纳的用户数目业务容量，即系统允许同时传输的数据量(满足一定的QoS要求)对于单蜂窝系统，在加性高斯白噪声下，FDMA/TDMA/CDMA具有相同容量，CDMA容量大的原因是从多蜂窝的角度2023/7/15325.1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2023/7/15335.2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)研究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)2023/7/1534思考重述?什么是移动通信？与有线通信有什么不同？移动通信与无线广播有什么不同？GSM是什么单词的缩称？CDMA是什么意思？GSM与CDMA如何比较？BP是移动通信系统吗？第四代移动通信系统表示什么概念？绿色手机环保吗？蜂窝移动通信

过去、现在和未来1.移动通信的发展历史2023/7/15371.1移动通信的发展史1897年，马可尼在陆地和一艘拖船上完成无线通信实验，标志无线通信的开始1928年，美国警用车辆的车载无线电系统，标志移动通信开始1946年，Bell实验室在圣路易斯建立第一个公用汽车电话网，1960s，实现无线频道自动选择域公用电话网自动拨号连接。1974年，美国Bell实验室提出蜂窝移动通信的概念1980s，第一代移动通信系统，1983美国的AMPS，1980北欧的NMT，1979日本的NAMTS，1985英国的TACS1990s，第二代移动通信系统，1992年商用的GSM，1991美国提出的IS-54，1993日本提出的PDC，1993美国提出的IS-95(N-CDMA)，2000s，第三代移动通信，DS-WCDMA，MC-WCDMA，TD-WCDMA，IS-136，E-DECT2023/7/15381.2蜂窝移动通信的演进过程第一代(80年代)模拟第三代（3G）多媒体GSM900/1800/1900CDMAIS-95TDMAIS-136PDC

NMT

AMPS

TACS

J-TACS其他第二代(90年代)数字

IMT-2000WCDMAFDDCDMA2000TDS-CDMA

?第四代（4G）PIS2023/7/15391.3第一代移动通信系统蜂窝小区系统设计---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FDMA2023/7/15401.4第二代移动通信系统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2023/7/15411.5第三代移动通信系统微蜂窝结构宽带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(Multi-media)2.移动通信的现状2023/7/15432.1发展现况---中国大陆蜂窝移动电话数据来源：2023/7/15442.2最近无线通信的发展方向高速步行静止室内移动性10k 100k 1M 10M 100M寻呼机蜂窝电话公用无绳电话家用无绳电话无线LAN超高速LAN高速无线接入1995年 2001年IMT2000(FPLMTS)第一阶段IMT200第二阶段传输容量(bps)2023/7/15452.3蜂窝移动通信现状第一代蜂窝系统已退出市场第二代正处于成熟期第三代基本成熟，在日本和韩国已经开展了3G业务，现欧洲已有十几个网络开始运营，我国将在明年开始第四代进入算法研究期3.移动通信的未来2023/7/1547OurQuestionsonBeyond3GWhytalkabout3Gbeyond?HowtodoresearchonB3G?VisiononBeyond3G?Whatarethechallengesaccordingtoourtarget?Proposalsforthesechallenges?2023/7/15483.1移动通信的发展目标---个人通信目标是实现：个人通信系统(PCN)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)2023/7/15493.2个人通信是新的挑战个人通信(PC)：任何人在任何时间与任何地点以任何形式的通信“任何时间”要求支持动中通:无线通信是前提

“任何人”要求支持巨大用户量:频谱资源有限

“任何地点”要求无缝覆盖:传输能力有限

“任何形式”要求多媒体:处理能力有限

2023/7/15503.3后3G的动力来自IP和用户3G2GRevolutionfromsubscriberserviceexpectationsEvolutionfrom2GsystemsIPRevolutionfromIPinfrastructureandBeyond2023/7/15513.4下一代蜂窝系统是什么19902000198020102020?Beyond3GWhatshouldthecellularmobilebe?At2012+……1stGenerationAnalogspeechNMT,AMPS,TACS2ndGenerationDigitalspeech+

low-ratedata

(64kbps)GSM,PDC,

IS-136,IS-95Highdatarates2->10.8MbpsMultimediaServices+2ndgen.services3rdGenerationUMTS/IMT-20002023/7/15523.54G构想2023/7/15533.6面临的最主要问题频谱资源问题与功率效率问题频谱资源问题从蜂窝的角度从多用户的角度从无线链路的角度功率效率问题从蜂窝的角度从无线链路的角度从多天线的角度2023/7/15543.7后3G具有什么特点和功能?后3G具有什么特点和功能？

覆盖范围：全球、无缝

核心网络：AllIP灵活的多业务：全会聚服务融合通信,信息系统,广播,娱乐,商务等支持高速多媒体业务根据用户需求进行分配满足不同的QoS要求

从信息传输上看支持大范围的速率变化速率：广域高速：100Mbps

室内低速：1Gbps频谱效率：单小区：5~10bits/Hz，多小区：>2bits/Hz普遍的移动接入种类繁多的用户器件自动化智能化网络软件化设备和终端开放式的平台多体制并存和兼容无缝的网络互联2023/7/15553.8B3G的挑战挑战1.

全球无缝覆盖(withrequiredserviceandQoS)挑战2.

无缝的网络互联和兼容挑战3.

支持全业务挑战4.

大范围速率变化+极高的峰值速率+功率受限挑战5.

极大的系统容量：用户数+业务容量产生的原因：利用无线电波进行传输(多径衰落+多普勒频移+能量分散)工作于复杂的干扰环境(开放式干扰环境，邻道，同信道，互调)频谱资源有限，而通信业务量的需求与日俱增用户容量问题，业务容量问题网络结构多种多样，网络管理复杂用户注册和登记，鉴权和计费，安全和保密2023/7/15563.9后3G无线传输关键技术高速数据传输技术多天线技术(Smartantenna,MIMO,分布式天线)调制技术(自适应调制编码，高价调制，新调制技术)多载波技术(OFDM，MC-CDMA，MC-DS-CDMA)多址接入技术多维多址接入技术(空-时-频-码)新型正交波形变换技术(新型码，新型波形)自适应技术适应信源，业务质量，速率可变适应信道，传输环境，用户位置软件技术是自适应技术的基础硬件软件化和可重构，软件无线电，嵌入式无线电服务，控制，管理和通信协议等软件信号处理软件和信道分配，无线资源管理多模、多速率、多系统并存和互联技术自适应调制技术自适应信源编码自适应比特分配自适应载波分配自适应……2023/7/15573.10后3G的网络ServicesandapplicationsIPbasedcorenetworkMedia