移动通信概论课件分解

1、第1章引言，1.1移动通信的主要特征1.2移动通信系统的分类1.3普通移动通信系统1.4移动通信的基本技术问题和练习，1.1移动通信的主要特征，1。移动通信必须使用无线电波进行信息传输。这种传播媒介允许通信中的用户在一定范围内自由移动，并且他们的位置不受限制，但是无线电波的传播特性通常很差。首先，移动通信的运行环境非常复杂。随着传播距离的增加，无线电波不仅会遭受色散损失，还会受到地形和地面目标的遮挡，产生“阴影效应”。此外，在多点反射之后，信号将从多条路径到达接收位置。这种多径信号的幅度、相位和到达时间是不同的，它们的叠加将导致电平衰落和时延扩展。其次，移动通信往往是在快速运动中进行的，这不仅

2、会引起多普勒频移和随机频率调制，还会引起无线电波传播特性的快速随机波动，严重影响通信质量。因此，必须根据移动信道的特点合理设计移动通信系统。2.移动通信在复杂的干扰环境中运行。除了一些常见的外部干扰，如天电干扰、工业干扰和信道噪声，系统本身和不同系统之间还会存在某种干扰。因为在移动通信系统中，经常有多个用户站在同一区域工作，并且基站也有多个收发信机在同一位置工作，这将导致这些站之间的干扰。总而言之，这些干扰包括相邻信道干扰、互调干扰、同信道干扰、多址干扰和远近效应(即弱信号被地面附近的无用信号抑制的现象)等。在移动通信中，对抗和减少这些有害干扰是非常重要的。可用于移动通信的频谱资源非常有限，但

3、是对移动通信业务的需求日益增加。如何提高通信系统的通信能力一直是移动通信发展的焦点。为了解决这一矛盾，一方面，我们应该开放和启用新的频段；另一方面，我们应该研究各种新的技术和措施来减少信号占用的带宽，提高频谱利用率。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。根据通信区域的不同需求，移动通信网络可以由带状(如沿铁路和公路)、带状(如覆盖城市或地区)或三维(如地面通信设施和中低轨道卫星通信网络的综合系统)等组成。它可以由单个网络操作，也可以由多个网络并行连接。因此，需要强大的管理和控制功能，例如用户注册和定位、通信链路的建立和移除、信道分配和管理、通信飞行、认证、安全和保密管理、漫游

4、和转接交换等。移动通信设备(主要是移动站)必须适用于移动环境。手机的主要要求是体积小、重量轻、省电、操作简单、携带方便。除了操作简单、维护方便外，车载和机载站还应在振动、冲击、高低温变化等恶劣环境下正常工作。1.2移动通信系统的分类，移动通信有以下分类方法：它可以根据使用对象分为民用设备和军用设备；根据使用环境，可分为陆上通信、海上通信和空中通信；根据多址接入方式，可分为频分多址接入(FDMA)、时分多址接入(时分多址)和码分多址接入(码分多址)。根据覆盖范围，可分为广域网和局域网；根据业务类型可分为电话网、数据网和多媒体网。根据工作模式，它可以分为通常，每个接收器都处于等待状态，即，将天线连

5、接到接收器并等待被叫。当收音机A想说话时，它按下接收器的PTT开关，一方面关闭接收器，另一方面将天线连接到发射器的输出，并打开发射器开始工作。当已知无线电设备B接收到载频为f1的信号时，它可以发送信息。不同频率的单工通信方式，收发信机使用不同的频率分别发送和接收。例如，无线电A的发射频率和无线电B的接收频率是f1，无线电B的发射频率和无线电A的接收频率是f2。然而，同一个无线电台的发射机和接收机仍然交替工作，这与同一个频率上的单工相同。不同频率单工和同一个频率单工之间的区别仅仅是发射和接收频率的相似和不同。双工通信所谓的双工通信是指双方可以同时传输消息的工作模式，有时称为全双工通信，如图1-2

6、所示。在图中，基站的发射机和接收机分别使用一对天线，而移动站通过双工器共享一对天线。双工通信通常使用一对信道来实现频分双工(FDD)操作。这种操作方式很容易使用，类似于普通有线电话，接收和发送可以同时进行。图1-2双工通信3。半双工通信半双工通信的组成类似于图1-2。移动台采用单工“即按即说”模式，即发射机仅在按下即按即说开关时工作，而接收机始终工作。基站的工作方式与双工模式完全相同。1.2.2数字网络的优势数字通信系统的主要优势可以概括如下：(1)高频谱利用率有利于提高系统容量。通过采用高效的信源编码技术、高频谱效率的数字调制和解调技术、先进的信号处理技术、多址接入模式和高效的动态资源分配技

7、术，可以在不增加系统带宽的情况下增加同时通信用户的数量。(2)可以提供多种业务服务，提高通信系统的通用性。数字系统以“1”和“0”的形式传输数字信号。语音、图像、音乐或数据等数字信息在传输和交换设备中具有相同的表达形式，并且信号处理和控制方法相似，因此可以用相同的设备传输任何类型的数字信息。使用单一通信网络提供综合业务服务是未来通信系统的发展方向。(3)抗噪声、干扰和多径衰落能力强。这些优点有利于提高信息传输的可靠性，或保证通信质量。通过采用纠错编码、交织编码、自适应均衡、分集接收和扩频跳频技术，可以控制任何干扰和不利环境造成的损害，并且传输差错率可以低于规定的阈值。(4)可以实现更加有效和灵

8、活的网络管理和控制。数字系统可以建立专门的控制信道来传输信令信息，也可以在业务信道的比特流中插入控制指令来传输控制信息，从而便于实现多种可靠的控制功能。(5)便于实现通信的安全性和保密性。(6)可以降低设备成本和用户手机的体积和重量。1.2.3通信业务移动通信的传统业务是电话通信。近10年来，随着计算机的飞速发展和人们信息交流的日益频繁和多样化，对数据传输的需求日益增加。目前，移动通信多媒体业务的数据量约占总业务量的70%。在第二代移动通信系统中，虽然主要服务是语音服务，但也可以提供丰富的数据服务，如短消息、低速互联网接入等。在第三代移动通信系统中，由于其传输速率的提高，传输速率可以被降低根据

9、不同的运营环境和市场需求，前者分为以蜂窝网为代表的大功率广域网和以无绳电话网为代表的小功率局域网；后者可分为高速局域网如宽带局域网和低速广域网如移动数据网。图1-3是移动通信网络分类的示意图。图1-3移动通信网络的分类，1.3普通移动通信系统，1.3.1无线寻呼系统无线寻呼系统是一种单向通信系统。无线寻呼系统的用户设备是袖珍接收机，称为袖珍铃，俗称“BB机”，因为它的铃声类似于“BB”声。图1-4示出了无线寻呼系统的组成。图1-4无线寻呼系统示意图1.3.2蜂窝移动通信系统的早期移动通信系统在其覆盖区域的中心设置大功率发射机，并使用架空天线向整个覆盖区域(半径数十公里)发送信号。该系统的主要矛

10、盾在于，它能同时向用户提供的信道数量极其有限，远远不能满足移动通信业务快速增长的需求。例如，20世纪70年代在美国纽约开放的IMTS(改进的移动电话服务)系统(如图1-5(a)所示)只能提供12对信道。也就是说，只有12对用户被允许在网络中同时通话。如果第13对用户同时请求通话，就会出现拥塞。蜂窝通信网络将整个服务区域分成几个较小的区域(小区，在蜂窝系统中称为小区)。每个小区由一个低功率发射机(即基站发射机)覆盖，许多小区可以覆盖(即覆盖)任何形状的服务区，如图1-5(b)所示。图1-5大面积覆盖和小区覆盖(a)大面积覆盖；小区覆盖范围。通常，相邻小区不允许使用同一信道，否则会发生相互干扰(称

11、为同信道干扰)。然而，因为每个小区在通信中使用较少的功率，所以只要任意两个小区之间的空间距离大于某个值，即使使用相同的信道，也不会有明显的同信道干扰(以确保信号干扰比高于某个阈值)。因此，几个相邻的小区按照一定的数量被分成簇，并且可用的无线电信道被分成几个频率组(等于簇中的小区数量)。集群中的每个小区使用不同的频率组，任何小区使用的频率组都可以在其他集群的相应小区中重用，这就是频率重用，如图1-6所示。图1-6是蜂窝系统的频率复用，图1-7是蜂窝移动通信系统的示意图。图中的七个细胞组成一个簇。小区号代表不同的频率组。蜂窝移动交换中心。MSC在网络中起着控制和管理的作用，实现信道分配、建立呼叫、

12、交换信道、提供系统维护和性能测试以及存储计费信息等。MTSO是移动通信网络和公共交换电话网络之间的接口单元，它不仅保证了网络中移动用户之间的通信，也保证了移动用户和有线用户之间的通信。图1-7是蜂窝移动通信系统的示意图。当移动用户在蜂窝服务区域快速移动时，用户之间的对话通常不会在一个蜂窝内结束。一辆快速行驶的汽车可能在一次通话中穿越多个小区。当移动台从一个小区进入另一个相邻小区时，其工作频率和基站与移动交换中心之间的连接链路必须从它离开的小区切换到它正在进入的小区。这个过程称为移交。控制机制如下：当通信中的移动站到达小区的边界时，小区的基站可以检测到移动站的信号变弱，而相邻小区的基站可以检测到

13、移动站的信号变强。系统从这些相关基站收集检测信息并做出决定。当需要执行切换时，它将发出相应的指令，使跨越边界的移动站将其工作频率和通信链路从离开小区切换到进入小区。整个过程是自动的图1-8是切换示意图，表1-1显示了几个模拟蜂窝移动通信系统的性能参数。这些系统包括：AMPS、TACS、NMT、C-450、NTT等。我们将在第6章和第7章讨论第二代数字蜂窝移动通信系统，包括全球移动通信系统、信息系统-54、信息系统-95、JDC(后更名为PDC)等。其性能参数见表7-4。第八章和第九章还将讨论第三代数字蜂窝移动通信系统，主要包括WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA等。其性能参数见表9-

14、4。表1-1几种模拟蜂窝移动通信系统，1.3.3无绳电话系统简单的无绳电话将普通电话分为固定电话和移动电话。座机与有线电话网络相连，手机通过无线电与座机相连。这样，拥有手机的用户可以在一定范围内自由交谈，如图1-9所示。因为不需要将电话与座机连接，所以它被称为“无绳”电话。图1-9无绳电话系统示意图。无绳电话的手机、座机和通信点发射的功率低于10mW，无线覆盖半径约为100米。表1-2给出了几种模拟无绳电话系统的主要参数。表中给出了日本、美国和欧洲的标准。中国的模拟无绳电话系统采用45兆赫/48兆赫的频带。在第七章中，我们将讨论数字无绳电话系统和低功率无线系统，包括CT-2、DECT、小灵通和

15、PACS。表1-2几种无绳电话系统的主要参数。无绳电话是一种依靠有线电话网络的通信方式，或者可以说是有线电话网络的无线延伸。它具有传输功率低、省电、设备简单、价格低廉、使用方便等优点，因此发展非常迅速。目前，数字无绳电话系统(低功率无线系统)已在中国广泛使用(小灵通是中国使用的标准)。1.3.4集群移动通信系统1。集群的概念集群移动通信系统采用的基本技术是频率共享技术。其主要方法是：集中一些分散在各部门的专用通信网络，统一建设和管理，并动态利用分配给它们的有限信道来容纳更多的用户；为了改进频道共享的方式，即在通信过程中，移动用户不是固定占用某个频道，而是只在按下PTT开关时才能占用一个频道；一

16、旦PTT被释放，该信道将被释放并成为空闲信道，并且允许其他用户占用该信道。2.集群系统的用途和特点集群系统主要基于无线用户，即调度站和移动站之间的呼叫。集群系统和蜂窝通信系统在技术上有许多相似之处，但在主要用途、网络组成和工作模式上有许多不同。集群通信系统是一种特殊的移动通信网络，适用于各行各业(或多个行业)之间的调度和指挥，通常会对网络中的不同用户给予不同的优先级。蜂窝通信系统属于公共移动通信网络，适用于各行各业的个人之间的通信，一般不考虑优先级。根据调度业务的特点，集群通信系统通常具有一定的限时功能，一次呼叫的限时时间约为1560秒(可根据业务情况进行调整)。在蜂窝通信系统中，通信时间通常

17、不受限制。集群通信系统的主要业务是无线用户之间的通信，而蜂窝通信系统有大量无线用户和有线用户之间的呼叫。集群通信系统一般采用半双工(现在有全双工产品)工作模式，因此，一对移动用户之间的通信只需要占用一对信道。蜂窝通信系统都采用全双工操作模式，因此一对移动用户之间的通信必须占用两对信道。在蜂窝通信系统中，可以采用信道复用技术来提高系统的频率利用率；在集群系统中，主要通过改进信道共享技术来提高系统的频率利用率。3.集群系统的组成所有集群系统根据覆盖范围和地形条件，基本系统可以由单个基站或多个基站组成。集群系统有两种控制模式，即专用控制信道的集中控制模式和关联信令的分布式控制模式，分别如图1-10(a)和(b)所示。图1-10集群网络的基本结构(一)集中