移动通信原理ppt课件第一章.ppt

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1、第第1章章移动通信概述移动通信概述主要内容主要内容n n1.1移动通信的移动通信的基本概念基本概念n n1.2移动通信移动通信的发展的发展n n1.3移动通信移动通信的分类的分类n n1.4移动通信的移动通信的电波传播电波传播n n1.5移动通信的噪声干扰移动通信的噪声干扰1.1移动通信的基本概念移动通信的基本概念1.1.移动通信的含义：移动通信的含义：通信双方至少有一方在移动状态（或可移动）通信双方至少有一方在移动状态（或可移动），并且其中的一部分传输介质是无线的通信，并且其中的一部分传输介质是无线的通信方式。方式。例：例：GSMGSM及及CDMA(IS-95)CDMA(IS-95)蜂窝移动

2、通信系统，蜂窝移动通信系统，其移动台称为手机。其移动台称为手机。移动通信的重要地位移动通信的重要地位 通信的理想目标是通信的理想目标是5 5个个W:W:任何人（任何人（WhoeverWhoever）在任何时间（）在任何时间（WheneverWhenever）、）、任何地点（任何地点（WhereverWherever）与任何他人（）与任何他人（WhomeverWhomever）、进行任何类型的（进行任何类型的（WhateverWhatever）的信息交换。）的信息交换。2.2.移动通信系统的组成：移动通信系统的组成：移动通信系统一般由移动台（移动台（MSMS）、基站（）、基站（BSBS）、）、移

3、动业务交换中心（移动业务交换中心（MSCMSC）及与市话网（市话网（PSTNPSTN）相连的中继线相连的中继线等组成。移动台（移动台（MSMS）：）：是是整个系统的终端设备，是用户唯一能够接触到的设备。MS的类型有车载台、便携台和手提式。MS通过无线方式接入通信网络，使用户获接入通信网络，使用户获得网络所提供的通信服务。得网络所提供的通信服务。基站（基站（BSBS）：）：BS一方面以无线方式与MS相连，负责无线发送、接收和无线资源管理；一方面以有线或无线方式与MSC相连，完成用户之间的通信连接和信息传递。移动通信系统一般由移动台（移动台（MSMS）、基站（）、基站（BSBS）、）、移动业务交换

4、中心（移动业务交换中心（MSCMSC）及与市话网（市话网（PSTNPSTN）相连的中继线相连的中继线等组成。移动业务交换中心（移动业务交换中心（MSCMSC）：）：MSC是整个系统的核心，对本区域内的移动用户进行通信控制与管理。其主要完成呼叫处理、信道管理、越区切换、位置登记、鉴权等功能。MSC还负责移动网络与其他网络的互联。相连的中继线：相连的中继线：是指连接各设备之间的中继线，目前MSC到BS之间的传输主要采用小微波及光缆等方式。3.3.移动通信的特点移动通信的特点n1设备性能要求高（即对移动台的要求高）设备性能要求高（即对移动台的要求高）n2.电波传播有严重的衰落现象电波传播有严重的衰落

5、现象n3.存在远近效应存在远近效应n4移动通信是在复杂的干扰环境中工作移动通信是在复杂的干扰环境中工作n5存在存在多普勒效应多普勒效应n6技术复杂技术复杂n多普勒（多普勒（Doppler）效应）效应BSS0MSvS 多普勒效应指的是当移动台具有一定速度多普勒效应指的是当移动台具有一定速度v的时候，的时候，基站接收到移动台的载波频率将随基站接收到移动台的载波频率将随v的不同而产生不同的不同而产生不同的频移。的频移。v v为移动速度，为移动速度，为移动速度，为移动速度，为工作波长，为工作波长，为工作波长，为工作波长，为电波入射角。为电波入射角。为电波入射角。为电波入射角。例例1.已知载波频率为已知

6、载波频率为960MHz，移动台，移动台速度速度v=60km/h。求最大多普勒频移。求最大多普勒频移。移动产生的多普勒频偏为：移动产生的多普勒频偏为：移动产生的多普勒频偏为：移动产生的多普勒频偏为：1.2移动通信的发展移动通信的发展简史回顾简史回顾现代移动通信技术的发展历史可以追溯到现代移动通信技术的发展历史可以追溯到20世纪世纪20年代年代,到目前为止到目前为止,大致经历了以下大致经历了以下五个发展阶段五个发展阶段：n第一阶段第一阶段从从20世纪世纪20年代至年代至40年代年代,为现代移动通为现代移动通信的起步阶段。在此期间信的起步阶段。在此期间,主要完成了通信实验和电主要完成了通信实验和电波

7、传播试验工作波传播试验工作,在短波频段在短波频段(330MHz)上实现了上实现了小容量专用移动通信系统小容量专用移动通信系统,其其代表代表是美国底特律市警是美国底特律市警察使用的车载无线电系统。这种系统话音质量差察使用的车载无线电系统。这种系统话音质量差,自自动化程度低动化程度低,仅限于专用仅限于专用,不能与公众网相连不能与公众网相连。简史回顾简史回顾n第二阶段第二阶段是从是从20世纪世纪40年代中期至年代中期至60年代初期。年代初期。在在此期间此期间,各种公用移动通信系统相继建立。首先是各种公用移动通信系统相继建立。首先是1946年年,美国贝尔系统在圣路易斯城建立的称为美国贝尔系统在圣路易斯

8、城建立的称为“城城市系统市系统”的公用汽车电话网的公用汽车电话网,这是这是世界上第一个公用世界上第一个公用移动通信系统移动通信系统。继而。继而,西德、法国、英国等国也陆续西德、法国、英国等国也陆续研制出了公用移动电话系统。研制出了公用移动电话系统。这一阶段的特点是开这一阶段的特点是开始从专用移动网向公用移动网过渡始从专用移动网向公用移动网过渡,自动化程度有所自动化程度有所提高。提高。简史回顾简史回顾n第三阶段第三阶段是从是从20世纪世纪60年代中期至年代中期至70年代中期。这一年代中期。这一阶段是移动通信系统改进和完善的阶段。在此期间阶段是移动通信系统改进和完善的阶段。在此期间,各国陆续推出了

9、改进的移动通信系统各国陆续推出了改进的移动通信系统,其代表是美国其代表是美国的改进型移动电话系统的改进型移动电话系统IMTS。这一阶段的特点。这一阶段的特点是使用了新频段是使用了新频段,采用大区制采用大区制,实现了系统的中小容实现了系统的中小容量量,自动化程度进一步提高。自动化程度进一步提高。简史回顾简史回顾n第四阶段第四阶段是从是从20世纪世纪70年代中期至年代中期至80年代初期。年代初期。在此期间在此期间,由于微电子技术及计算机技术的长足发由于微电子技术及计算机技术的长足发展和移动用户数量的急剧增加展和移动用户数量的急剧增加,促使移动通信得到促使移动通信得到了蓬勃发展了蓬勃发展。简史回顾简

10、史回顾n第五阶段第五阶段是从是从20世纪世纪80年代中期到现在。这是数年代中期到现在。这是数字移动通信发展和成熟的时期。字移动通信发展和成熟的时期。在此期间在此期间,用户数用户数量急剧增加量急剧增加,频率资源相对紧缺频率资源相对紧缺,第一代模拟蜂窝第一代模拟蜂窝移动通信系统的缺陷日益暴露出来。移动通信系统的缺陷日益暴露出来。针对这些问题针对这些问题,新一代的数字蜂窝移动通信系统被开发出来并得以新一代的数字蜂窝移动通信系统被开发出来并得以广泛应用。最典型的数字蜂窝移动通信系统是欧洲广泛应用。最典型的数字蜂窝移动通信系统是欧洲基于时分多址基于时分多址(TDMA)技术的全球通移动通信系统技术的全球通

11、移动通信系统GSM。另外还有北美的另外还有北美的DAMPS(IS-54)和日本和日本的的PDC等。这一阶段的特点是用户数急剧增加等。这一阶段的特点是用户数急剧增加,频频率资源日益紧缺率资源日益紧缺,新体制、新技术、新业务层出不新体制、新技术、新业务层出不穷。穷。第一代移动通信第一代移动通信(1G)n模拟移动电话系统主要采用模拟和频分多址模拟移动电话系统主要采用模拟和频分多址（FDMA）技术，属于第一代移动通信技术。）技术，属于第一代移动通信技术。n 模拟方式：通过电波所传输的信号模拟人讲话声模拟方式：通过电波所传输的信号模拟人讲话声音的高低起伏变化的通信方式。音的高低起伏变化的通信方式。n模拟

12、移动电话系统的质量完全可以与固定电话媲美，模拟移动电话系统的质量完全可以与固定电话媲美，使通话双方能够清晰地听出对方的声音。使通话双方能够清晰地听出对方的声音。n传输速率：传输速率：1.2kb/s10kb/s.缺点：频分多址技术造成频率资源不足；保密性较差，缺点：频分多址技术造成频率资源不足；保密性较差，极易被并机盗打；只能实现话音业务，无法提供丰极易被并机盗打；只能实现话音业务，无法提供丰富多彩的增值业务；网络覆盖范围小且漫游功能差；富多彩的增值业务；网络覆盖范围小且漫游功能差；模拟手机体积大、重量沉、样式陈旧。模拟手机体积大、重量沉、样式陈旧。发展现状：发展现状：目前手机供应商已停止生产模

13、拟手机，中国移动目前手机供应商已停止生产模拟手机，中国移动通信集团公司于通信集团公司于2001年年12月月31日后关闭模拟移动日后关闭模拟移动电话网，停止经营模拟移动电话业务。电话网，停止经营模拟移动电话业务。80808080年代后期，大规模集成电路、微型计算机、微年代后期，大规模集成电路、微型计算机、微年代后期，大规模集成电路、微型计算机、微年代后期，大规模集成电路、微型计算机、微处理器和数字信号处理技术的大量应用，为开发数字处理器和数字信号处理技术的大量应用，为开发数字处理器和数字信号处理技术的大量应用，为开发数字处理器和数字信号处理技术的大量应用，为开发数字移动通信系统提供了技术保障，数

14、字移动通信系统移动通信系统提供了技术保障，数字移动通信系统移动通信系统提供了技术保障，数字移动通信系统移动通信系统提供了技术保障，数字移动通信系统-GSM-GSM-GSM-GSM诞生，诞生，诞生，诞生，GSMGSMGSMGSM是第二代移动通信，简称是第二代移动通信，简称是第二代移动通信，简称是第二代移动通信，简称 “2G2G2G2G”。1993199319931993年年年年9 9 9 9月月月月18181818日，日，日，日，浙江嘉兴浙江嘉兴浙江嘉兴浙江嘉兴首先开通了我国第一首先开通了我国第一首先开通了我国第一首先开通了我国第一个数字移动通信网。个数字移动通信网。个数字移动通信网。个数字移动

15、通信网。1994199419941994年年年年10101010月，月，月，月，第一个省级数字移第一个省级数字移第一个省级数字移第一个省级数字移动通信网在广东省开通。动通信网在广东省开通。动通信网在广东省开通。动通信网在广东省开通。第二代移动通信（第二代移动通信（2G）GSMGSM是欧洲成立的一个移动通信小组的简称。是欧洲成立的一个移动通信小组的简称。GSM移动电话系统采用时分多址技术移动电话系统采用时分多址技术(TDMA)，对，对频谱利用率高、容量大，同时可以自动漫游和自频谱利用率高、容量大，同时可以自动漫游和自动切换，通信质量好，加上其业务种类多、易于动切换，通信质量好，加上其业务种类多、

16、易于加密、抗干扰能力强、用户设备小、成本低等优加密、抗干扰能力强、用户设备小、成本低等优点。点。传输速率传输速率:8kb/s.nGSMGSM以它相对于第一代移动通信的以它相对于第一代移动通信的优势优势，目前广泛，目前广泛地占有市场。同时，在地占有市场。同时，在GSMGSM基础上，增加了一些新基础上，增加了一些新技术，如通用分组无线技术（技术，如通用分组无线技术（GPRSGPRS)、无线应用协、无线应用协议议(WAP)(WAP)和无线接口技术和无线接口技术(蓝牙技术蓝牙技术)，增加了多媒，增加了多媒体功能。如体功能。如上网，聊天，传送彩色图片，发电子邮上网，聊天，传送彩色图片，发电子邮件，数码照

17、相机，语音拨号彩色显示，称之为第二件，数码照相机，语音拨号彩色显示，称之为第二代向第三代过渡的代向第三代过渡的“2.5G”。n窄带窄带CDMACDMA采用的是码分多址技术，窄带采用的是码分多址技术，窄带CDMA（码分多址）遵循的（码分多址）遵循的标准为标准为IS-95，中国从，中国从1996年开始引入年开始引入IS-95A系统，从性系统，从性能上看，能上看，CDMA蜂窝系统是由扩频、多址接入、蜂窝组网蜂窝系统是由扩频、多址接入、蜂窝组网和频率再用几种技术结合形成，是含用频域、时域和码三维和频率再用几种技术结合形成，是含用频域、时域和码三维信号处理的一种运作系统。与模拟系统（信号处理的一种运作系

18、统。与模拟系统（FDMA）和数字蜂）和数字蜂窝区系统（窝区系统（TDMA）相比，）相比，CDMA系统具有容量更大、基站系统具有容量更大、基站覆盖范围更广、手机功耗更小、话音质量更高的优点。覆盖范围更广、手机功耗更小、话音质量更高的优点。第三代移动通信第三代移动通信(3G)n国际电联国际电联ITU-R提出了第三代移动通信的基本要求：提出了第三代移动通信的基本要求：（1）数据速率可从几）数据速率可从几kb/s到到2Mb/s；（；（2）高速移）高速移动时最高数据速率可达动时最高数据速率可达144kb/s，慢速移动时最高数，慢速移动时最高数据速率可达据速率可达384kb/s，静止时最高数据速率可达，静

19、止时最高数据速率可达2Mb/s。n第三代移动通信系统具有如下特点：（第三代移动通信系统具有如下特点：（1）具备支持）具备支持从话音到多媒体业务的能力，特别是支持从话音到多媒体业务的能力，特别是支持Internet业业务；（务；（2）全球无缝覆盖；（）全球无缝覆盖；（3）高频谱利用率；）高频谱利用率；（4）高服务质量；（）高服务质量；（5）高保密性；（）高保密性；（6）低成本。）低成本。n信息产业部正式通过信息产业部正式通过3G三大国标：三大国标：WCMDA、CDMA2000、TD-SCDMA，标志着，标志着TD-SCDMA作为作为我国第一个具有自主知识产权的通信行业标准我国第一个具有自主知识产

20、权的通信行业标准已经成熟，能够指导企业进行研发制造生产。已经成熟，能够指导企业进行研发制造生产。第四代移动通信第四代移动通信(4G)n特点：高容量、更强的多媒体的传输。将特点：高容量、更强的多媒体的传输。将多媒体包括语音、数据、影像等大量信息多媒体包括语音、数据、影像等大量信息透过宽频的信道传输，提高传输质量。透过宽频的信道传输，提高传输质量。n核心技术：核心技术：OFDM(正交多任务正交多任务)。n其它技术：其它技术：CDMA、无线区域环路、无线区域环路(WLL)和和数字音讯广播数字音讯广播(DAB)等等n传输速率：最高可达到传输速率：最高可达到10Mb/s至至20Mb/s移动通信发展趋势：

21、移动通信发展趋势：第四代通信技术的主要优势第四代通信技术的主要优势n1、通信速度更快、通信速度更快n2、网络频谱更宽、网络频谱更宽n3、通信更加灵活、通信更加灵活n4、智能性能更高、智能性能更高n5、兼容性能更平滑、兼容性能更平滑n6、提供各种增殖服务、提供各种增殖服务n7、实现更高质量的多媒体通信、实现更高质量的多媒体通信n8、频率使用效率更高、频率使用效率更高第四代通信技术存在的问题第四代通信技术存在的问题 n1、标准难以统一、标准难以统一n2、技术难以实现、技术难以实现n3、容量受到限制、容量受到限制n4、市场难以消化、市场难以消化n6、其他相关困难、其他相关困难n5、设施难以更新、设施

22、难以更新1.3移动通信的分类移动通信的分类1.3.1 1.3.1 按使用要求和工作场合按使用要求和工作场合1.1.集群移动通信集群移动通信 集群就是集合各部门专用调度网的频道集群就是集合各部门专用调度网的频道(信道信道)，实行，实行多信道共用多信道共用及系统共用，信道动态分配给用及系统共用，信道动态分配给用户使用。户使用。特点：特点：资源共享、费用分担、服务优良、效率高、资源共享、费用分担、服务优良、效率高、造价低。造价低。几种实际应用中的类型：几种实际应用中的类型：（1）单区、多点、单中心网络）单区、多点、单中心网络（2）多区、多中心、多层次网络多区、多中心、多层次网络集群移动通信系统集群移

23、动通信系统属于调度系统的专用通信网，它一般由控制中心、总属于调度系统的专用通信网，它一般由控制中心、总调度台、分调度台、基地台和移动台组成，适用指挥调度台、分调度台、基地台和移动台组成，适用指挥调度。调度。1.3移动通信的分类移动通信的分类1.3.1 1.3.1 按使用要求和工作场合按使用要求和工作场合2.2.蜂窝移动通信蜂窝移动通信 陆地公众移动通信系统主要形式，具有陆地公众移动通信系统主要形式，具有越区切换、自动或人工漫游、计费及业务量越区切换、自动或人工漫游、计费及业务量统计等功能。统计等功能。陆地蜂窝移动通信系统陆地蜂窝移动通信系统陆地蜂窝移动通信系统也称陆地蜂窝移动通信系统也称小区制

24、小区制移动通信系移动通信系统统,在移动通信中处于统治地位在移动通信中处于统治地位,是目前应用最广是目前应用最广泛、用户数量最多、与人们日常生活最紧密的移动泛、用户数量最多、与人们日常生活最紧密的移动通信系统。陆地蜂窝移动通信系统的通信系统。陆地蜂窝移动通信系统的特点特点是把整个是把整个大范围的无线服务区划分成许多小区大范围的无线服务区划分成许多小区,每个小区设每个小区设置一个基站置一个基站,负责本小区各个移动台的联络与控制负责本小区各个移动台的联络与控制,各个基站通过移动业务交换中心相互联系各个基站通过移动业务交换中心相互联系,并与市并与市话局连接。陆地蜂窝移动通信系统利用超短波电波话局连接。

25、陆地蜂窝移动通信系统利用超短波电波传播距离有限的特性及蜂窝状结构传播距离有限的特性及蜂窝状结构,可有效实现信可有效实现信道复用道复用,在提高频率利用率的同时在提高频率利用率的同时,可保证通信的可保证通信的质量。质量。陆地蜂窝移动通信系统陆地蜂窝移动通信系统陆地蜂窝移动通信系统陆地蜂窝移动通信系统n小区小区是采用基站识别码是采用基站识别码(BSIC)或全球小区识别码或全球小区识别码(CGIC)进行进行标识的无线覆盖区域。标识的无线覆盖区域。在采用全向天线结构的模拟网中在采用全向天线结构的模拟网中,小小区即为基站区区即为基站区;在采用在采用120角天线结构的角天线结构的GSM数字蜂窝移数字蜂窝移动

26、网中动网中,小区是每个小区是每个120角的天线所覆盖的正六边形区域角的天线所覆盖的正六边形区域的三分之一。的三分之一。n基站区基站区指的是一个基站所覆盖的区域。一个基站区可包含一指的是一个基站所覆盖的区域。一个基站区可包含一个或多个小区个或多个小区,故不是所有的小区都设有一个专有的基站故不是所有的小区都设有一个专有的基站,但必须为一个特定的基站所覆盖。但必须为一个特定的基站所覆盖。n位置区位置区指的是一个移动台可以自动移动而不必重新指的是一个移动台可以自动移动而不必重新“登记登记”其位置其位置(位置更新位置更新)的区域的区域,一个位置区由一个或若干个小区一个位置区由一个或若干个小区(或基站区或

27、基站区)组成。组成。要想向一个位置区中的某个移动台发出要想向一个位置区中的某个移动台发出呼叫呼叫,可以在这个位置区中向所有基站同时发出寻呼信号。可以在这个位置区中向所有基站同时发出寻呼信号。陆地蜂窝移动通信系统陆地蜂窝移动通信系统n移动业务交换中心简称移动业务交换中心简称MSC,一个一个MSC区指的是由一个区指的是由一个MSC覆盖的区域。一个覆盖的区域。一个MSC区可由若干个位置区组成。区可由若干个位置区组成。nPLMN(PublicLandMobileNetwork)是公用陆地移动网是公用陆地移动网的简称的简称,即陆地蜂窝移动通信系统。在该系统内具有共同的编即陆地蜂窝移动通信系统。在该系统内

28、具有共同的编号制度号制度(比如相同的国内地区号比如相同的国内地区号)和共同的路由计划。例如和共同的路由计划。例如,整整个天津市的移动通信网就是一个个天津市的移动通信网就是一个PLMN。一个。一个PLMN可以由若可以由若干个干个MSC组成。组成。MSC构成固定网与构成固定网与PLMN移动网之间的功能移动网之间的功能接口接口,用于呼叫接续等。用于呼叫接续等。n业务区业务区指的是由一个或多个移动通信网所组成的区域。只要指的是由一个或多个移动通信网所组成的区域。只要移动台在业务区中移动台在业务区中,就可以被另一个网络的用户找到就可以被另一个网络的用户找到,而该用而该用户也无需知道这个移动台在该区内的具

29、体位置。这里的另一户也无需知道这个移动台在该区内的具体位置。这里的另一个网络可以是另一个个网络可以是另一个PLMN、PSTN(市话网市话网)或或ISDN(综合业综合业务数字网务数字网)。一个业务区可由若干个。一个业务区可由若干个PLMN组成组成,也可由一个也可由一个或若干个国家组成或若干个国家组成,也可能是一个国家的一部分。也可能是一个国家的一部分。1.3移动通信的分类移动通信的分类1.3.1 1.3.1 按使用要求和工作场合按使用要求和工作场合3.3.移动卫星通信移动卫星通信移移动动卫卫星星通通信信是是移移动动通通信信和和卫卫星星通通信信相相结结合合的的产产物物,兼兼具具卫卫星星通通信信覆覆

30、盖盖面面宽宽和和移移动动通通信信服服务务灵灵活活的的优优点点,是是实实现现未未来来个个人人移移动动通通信信系系统统和和真真正正的的信信息高速公路的重要手段之一。息高速公路的重要手段之一。移动卫星通信移动卫星通信特点：特点：覆盖区域大、通信距离远、通信机动灵活、线覆盖区域大、通信距离远、通信机动灵活、线路稳定可靠等。路稳定可靠等。1.3移动通信的分类移动通信的分类1.3.1 1.3.1 按使用要求和工作场合按使用要求和工作场合4.4.无绳电话无绳电话无无绳绳电电话话系系统统指指的的是是以以无无线线电电波波(主主要要是是微微波波波波段段的的电电磁磁波波)、激激光光、红红外外线线等等作作为为主主要要

31、传传输输媒媒介介,利利用用无无线线终终端端、基基站站和和各各种种公公共共通通信信网网(如如PSTN、ISDN等等),在限定的业务区域内进行全双工通信的系统。在限定的业务区域内进行全双工通信的系统。无绳电话系统无绳电话系统特点：特点：容量大、发射功率小、技术简单、应用灵活、容量大、发射功率小、技术简单、应用灵活、成本低廉等。成本低廉等。1.3移动通信的分类移动通信的分类1.3.2 1.3.2 按工作方式按工作方式1.1.单工通信单工通信所谓单工通信是指通信双方交替进行收所谓单工通信是指通信双方交替进行收信和发信的通信方式信和发信的通信方式,发送时不接收发送时不接收,接收时接收时不发送。单工通信常

32、用于点到点的通信不发送。单工通信常用于点到点的通信,如如图所示。根据收发频率的异同图所示。根据收发频率的异同,单工通信可单工通信可分为同频单工和异频单工。分为同频单工和异频单工。单工通信单工通信1.3移动通信的分类移动通信的分类1.3.2 1.3.2 按工作方式按工作方式2.2.双工通信双工通信双工通信的特点是双工通信的特点是:同普通有线电话很相似同普通有线电话很相似,使用方便。使用方便。其其缺点缺点是是:在使用过程中在使用过程中,不管是否发不管是否发话话,发射机总是工作的发射机总是工作的,故电能消耗很大故电能消耗很大,这对以电这对以电池为能源的移动台是很不利的。针对此问题的解决池为能源的移动

33、台是很不利的。针对此问题的解决办法是办法是:要求移动台接收机始终保持在工作状态要求移动台接收机始终保持在工作状态,而令发射机仅在发话时才工作。这样构成的系统称而令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为准双工系统,也可以和双工系统兼容。这种准双也可以和双工系统兼容。这种准双工系统目前在移动通信系统中获得了广泛的应用。工系统目前在移动通信系统中获得了广泛的应用。双工通信双工通信1.3移动通信的分类移动通信的分类1.3.2 1.3.2 按工作方式按工作方式3.3.半双工通信半双工通信n半双工通信是介于单工通信和全双工通信之间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。其中

34、的一种通信方式。其中,移动台的工作情况与单工移动台的工作情况与单工通信时相似通信时相似:采用采用“按按-讲讲”方式方式,即按下按讲开关即按下按讲开关,发射机才工作发射机才工作,而接收机总是在工作。基站的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情况与全双工通信时相似,只是可以采用双工器只是可以采用双工器,使收发信机共用一副天线。使收发信机共用一副天线。n半双工通信的特点是半双工通信的特点是:设备简单，功耗小，克设备简单，功耗小，克服了单工通信断断续续的现象服了单工通信断断续续的现象,但操作仍不太方便。但操作仍不太方便。所以半双工方式主要用于专业移动通信系统中所以半双工方式主要用于

35、专业移动通信系统中,如如汽车调度等。汽车调度等。半双工通信半双工通信接收机发射机接收机发射机基站 (BS)移动台 (MS)PTT1.4移动通信的电波传播移动通信的电波传播频率段的划分 标识与符号标识与符号 频率范围频率范围 甚低频（甚低频（VLFVLF）3-3-30kHz-30kHz 低频（低频（LFLF）30-30-300kHz-300kHz 中频（中频（MFMF）300-300-3000kHz-3000kHz 高频（高频（HFHF）3 3-30MHz-30MHz 甚高频（甚高频（VHFVHF）30-30-300MHz-300MHz 特高频（特高频（UHFUHF）300-300-3000MH

36、z3000MHz 超高频（超高频（SHFSHF）3-3-30GHz-30GHz 极高频（极高频（EHFEHF）30-30-300GHz300GHz 至高频（至高频（THFTHF）300-300-3000GHz3000GHz1.4移动通信的电波传播移动通信的电波传播1.电波传播的电波传播的基本方式基本方式:天波天波传播又称电离层波传播，主要用于中波和短波；传播又称电离层波传播，主要用于中波和短波；地波地波传播主要用于长波、中波和短波；传播主要用于长波、中波和短波；直射波直射波传播又称视距传播，主要用于超短波和微波；传播又称视距传播，主要用于超短波和微波；散射波散射波传播，分为电离层散射和对流层散

37、射，前者用传播，分为电离层散射和对流层散射，前者用于于30MHz100MHz频段，后者用于频段，后者用于100MHz频段以上。频段以上。VHF、UHF电波传播方式电波传播方式 移动通信常用频段为移动通信常用频段为 150MHz(VHF)450MHz、900MHz、1.8GHZ、2.4GHz等(UHF)该频段频率高，地表波传输损耗大；天波穿透电离该频段频率高，地表波传输损耗大；天波穿透电离层而去；主要传播方式为直线传播层而去；主要传播方式为直线传播(与光线传播方式一与光线传播方式一样样)，包括直射、反射及散射，包括直射、反射及散射：RX地面地面TX反射反射/散射波散射波。物体物体直射波直射波反射

38、波反射波接收信号为多径传播信号矢量相加，发生接收信号为多径传播信号矢量相加，发生接收信号为多径传播信号矢量相加，发生接收信号为多径传播信号矢量相加，发生干涉：接收信号幅度（包络）在空间分布上的干涉：接收信号幅度（包络）在空间分布上的干涉：接收信号幅度（包络）在空间分布上的干涉：接收信号幅度（包络）在空间分布上的起伏、衰落，移动台运动中收到的信号幅度起伏、衰落，移动台运动中收到的信号幅度起伏、衰落，移动台运动中收到的信号幅度起伏、衰落，移动台运动中收到的信号幅度（包络）在时间上起伏、衰落，称为（包络）在时间上起伏、衰落，称为（包络）在时间上起伏、衰落，称为（包络）在时间上起伏、衰落，称为多径衰落

39、多径衰落多径衰落多径衰落。对移动通信信号接收产生极不利的影响。对移动通信信号接收产生极不利的影响。对移动通信信号接收产生极不利的影响。对移动通信信号接收产生极不利的影响。1.4移动通信的电波传播移动通信的电波传播2.电波的电波的衰落特性衰落特性:（1）多径传输与快衰落）多径传输与快衰落（2）阴影效应与慢衰落）阴影效应与慢衰落 （1）多径传播与快衰落多径传播与快衰落i移动通信的多径传播BSMSS0反射/散射波直射波反射波diSid1S1d2S2Sv无线电波在传输过程中会受到地形、地物的影无线电波在传输过程中会受到地形、地物的影响而产生反射、绕射、散射等响而产生反射、绕射、散射等,从而使电波沿着各

40、从而使电波沿着各种不同的路径传播种不同的路径传播,这称为这称为多径传播多径传播。由于多径传播使得部分电波不能到达接收端由于多径传播使得部分电波不能到达接收端,而接收端接收到的信号也是在幅度、相位、频率和而接收端接收到的信号也是在幅度、相位、频率和到达时间上都不尽相同的多条路径上信号的叠加信到达时间上都不尽相同的多条路径上信号的叠加信号，有时信号会因为叠加而加强，有时会因为叠加号，有时信号会因为叠加而加强，有时会因为叠加而减弱，所以接收信号的幅度将急剧变化，即产生而减弱，所以接收信号的幅度将急剧变化，即产生了了快衰落快衰落。这种衰落是多径引起的，又称为。这种衰落是多径引起的，又称为多径衰多径衰落

41、；落；它使接收端的信号近似于瑞利分布，所以也称它使接收端的信号近似于瑞利分布，所以也称为为瑞利衰落。瑞利衰落。瑞利分布概率密度函数 MSMS移动时地形、地物大幅度慢变化会引起接收移动时地形、地物大幅度慢变化会引起接收移动时地形、地物大幅度慢变化会引起接收移动时地形、地物大幅度慢变化会引起接收信号电平中值存在周期为秒级的信号电平中值存在周期为秒级的信号电平中值存在周期为秒级的信号电平中值存在周期为秒级的慢衰落慢衰落慢衰落慢衰落。d/m (d=vt)t/s-30-10010相对电平/dB中值信号快衰落及慢衰落特性信号快衰落及慢衰落特性信号快衰落及慢衰落特性信号快衰落及慢衰落特性（2）阴影效应与慢衰

42、落）阴影效应与慢衰落 当当MS移动到山岳或高楼屏蔽电波所造成的阴影区时移动到山岳或高楼屏蔽电波所造成的阴影区时,接收信号减小接收信号减小,反之增大。反之增大。BSS大S小S大山/大建筑物TXMSu 最典型的情况是下图所示地形、地物的最典型的情况是下图所示地形、地物的最典型的情况是下图所示地形、地物的最典型的情况是下图所示地形、地物的阴影阴影阴影阴影效应：效应：效应：效应：慢衰落的统计特性为慢衰落的统计特性为慢衰落的统计特性为慢衰落的统计特性为对数正态分布对数正态分布对数正态分布对数正态分布 d/m (d=vt)t/s-30-10010相对电平/dB中值信号快衰落及慢衰落特性信号快衰落及慢衰落特

43、性1.4移动通信的电波传播移动通信的电波传播3.典型电波传播的分析典型电波传播的分析:（1）自由空间电波传播）自由空间电波传播自由空间是指相对介电常数和导磁率为自由空间是指相对介电常数和导磁率为1的均匀介质的均匀介质所存在的空间所存在的空间,该空间具有各向同性、电导率为零的特该空间具有各向同性、电导率为零的特点点,它是一种理想的传播环境。它是一种理想的传播环境。电波在自由空间传播时电波在自由空间传播时与在真空中传播一样与在真空中传播一样,只有直线传播的扩散损耗。只有直线传播的扩散损耗。1.4移动通信的电波传播移动通信的电波传播对于移动通信系统而言对于移动通信系统而言,其自由空间路径损耗其自由空

44、间路径损耗Lbs仅仅与传输距离与传输距离d和电波频率和电波频率f有关有关,而与收、发天线增益无而与收、发天线增益无关。可用下式来表示关。可用下式来表示:Lbs=32.44+20lgd+20 lgf 式式中中,传传输输距距离离d的的单单位位为为km,电电波波频频率率f的的单单位位为为MHz，Lbs单位为单位为dB。1.4移动通信的电波传播移动通信的电波传播3.典型电波传播的分析典型电波传播的分析:（2）由建筑物外部向内部的穿透传播）由建筑物外部向内部的穿透传播发射机在建筑物外部时，电磁波可能会在穿透建筑发射机在建筑物外部时，电磁波可能会在穿透建筑物后继续传播，成为穿透传播。穿透传播会造成穿透损物

45、后继续传播，成为穿透传播。穿透传播会造成穿透损耗。耗。例：钢筋混凝土结构的穿透损耗大于砖石或土结构的例：钢筋混凝土结构的穿透损耗大于砖石或土结构的穿透损耗。穿透损耗。1.4移动通信的电波传播移动通信的电波传播4.电波传播损耗预测模型与中值路径损耗电波传播损耗预测模型与中值路径损耗预测预测n设计无线通信系统时，首要的问题是在设计无线通信系统时，首要的问题是在给定条件下如何算出接收信号的场强，给定条件下如何算出接收信号的场强，或接收信号中值。或接收信号中值。n这些给定条件包括发射机天线高度、位这些给定条件包括发射机天线高度、位置、工作频率、接收天线高度、收发信置、工作频率、接收天线高度、收发信机之

46、间距离等。机之间距离等。n这就是电波传播的这就是电波传播的路径损耗预测问题路径损耗预测问题，又称为信号中值预测。又称为信号中值预测。从地形的角度来看从地形的角度来看n实际地形虽然千差万别，但从电波传播实际地形虽然千差万别，但从电波传播的角度考虑，可分为两大类，即的角度考虑，可分为两大类，即准平坦准平坦地形和不规则地形地形和不规则地形。传播环境分类传播环境分类n开阔地区开阔地区n郊区郊区n中小城市地区中小城市地区n大城市地区大城市地区(奥村奥村)Okumura模型模型 nOkumura模型提供的数据较齐全，应用模型提供的数据较齐全，应用较广泛，适用于较广泛，适用于VHF和和UHF频段。频段。n该

47、模型的特点是：以准平坦地形大城市该模型的特点是：以准平坦地形大城市地区的场强中值路径损耗作为基准，对地区的场强中值路径损耗作为基准，对于不同的传播环境和地形条件等因素用于不同的传播环境和地形条件等因素用校正因子加以修正。校正因子加以修正。Okumura模型 n1准平坦地形大城市地区的中值路径损准平坦地形大城市地区的中值路径损耗耗nOkumura模型中准平坦地形大城市地区模型中准平坦地形大城市地区的中值路径损耗（的中值路径损耗（dB）由下式给出）由下式给出LT=Lbs+Am(f,d)Hb(hb,d)Hm(hm,f)1准平坦地形大城市地区的中值路径损耗准平坦地形大城市地区的中值路径损耗LT=Lbs

48、+Am(f,d)Hb(hb,d)Hm(hm,f)n式中，式中，Lbs为自由空间路径损耗；为自由空间路径损耗；nAm(f，d)为在大城市地区当基站天线高度为在大城市地区当基站天线高度hb=200m、移动台天线高度、移动台天线高度hm=3m时相对于自时相对于自由空间的中值损耗，又称基本中值损耗由空间的中值损耗，又称基本中值损耗.nHb(hb，d)为基站天线高度增益因子（为基站天线高度增益因子（dB），即实），即实际基站天线高度相对于以标准天线高度际基站天线高度相对于以标准天线高度hb=200m的增益，为距离的函数；的增益，为距离的函数；nHm(hm，f)为移动台天线高度增益因子（为移动台天线高度增

49、益因子（dB），），即实际移动台天线高度相对于以标准天线高度即实际移动台天线高度相对于以标准天线高度hm=3m的增益的增益,为频率的函数。为频率的函数。1准平坦地形大城市地区的中值路径损耗准平坦地形大城市地区的中值路径损耗 准平坦地形市区相对于自由空间的基本中值损耗准平坦地形市区相对于自由空间的基本中值损耗 1准平坦地形大城市地区的中值路径损耗准平坦地形大城市地区的中值路径损耗基站天线高度增益因子基站天线高度增益因子 1准平坦地形大城市地区的中值路径损耗准平坦地形大城市地区的中值路径损耗移动台天线高度增益因子移动台天线高度增益因子 2不规则地形及不同环境中的中值路径损耗不规则地形及不同环境中的

50、中值路径损耗 n以准平坦地形中的中值路径损耗作为基以准平坦地形中的中值路径损耗作为基础，针对不同传播环境和不规则地形中础，针对不同传播环境和不规则地形中的各种因素，用修正因子加以修正，就的各种因素，用修正因子加以修正，就可得到不规则地形及不同环境中的中值可得到不规则地形及不同环境中的中值路径损耗路径损耗2.不规则地形及不同环境中的中值路径损耗不规则地形及不同环境中的中值路径损耗 L=LT Ki 1.丘陵地修正因子丘陵地修正因子 Kh.2.孤立山岳修正因子孤立山岳修正因子 Kjs.3.斜坡地形修正因子斜坡地形修正因子 Ksp.4.水陆混合路径修正因子水陆混合路径修正因子 Ks.u说明：说明：若若