移动通信原理与应用.ppt
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1、移动通信原理与应用移动通信原理与应用吉林大学珠海学院吉林大学珠海学院徐丽娜徐丽娜2023/2/201目目 录录n第一章第一章 概概 述述n第二章第二章 蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统n第三章第三章 无线移动通信信道无线移动通信信道n第四章第四章 移动通信的调制技术移动通信的调制技术n第五章第五章 抗衰落技术抗衰落技术n第六章第六章 语音编码技术语音编码技术n第七章第七章 移动通信中的多址接入技术移动通信中的多址接入技术n第八章第八章 移动通信网移动通信网n第九章第九章 GSM通信系统通信系统n第十章第十章 IS-95 CDMA移动通信及其标准介绍移动通信及其标准介绍n第十一章第十一章 第三代
2、移动通信及其标准介绍第三代移动通信及其标准介绍2第一章第一章 概概 述述n1.1 1.1 移动通信的基本概念移动通信的基本概念q1.1.1 1.1.1 移动通信的特点移动通信的特点q1.1.2 1.1.2 移动通信的组网理论移动通信的组网理论q1.1.3 1.1.3 移动通信系统的组成移动通信系统的组成n1.21.2移动通信的发展和比较移动通信的发展和比较q1.2.1 1.2.1 移动通信的发展历程移动通信的发展历程q1.2.2 1.2.2 我国移动通信的发展我国移动通信的发展n1.3 1.3 移动通信工作频段移动通信工作频段q1.3.1 1.3.1 我国移动通信的工作频段我国移动通信的工作频
3、段q1.3.2 1.3.2 第三代移动通信的工作频段第三代移动通信的工作频段n1.41.4移动通信的分类移动通信的分类q1.4.1 1.4.1 移动通信的工作方式移动通信的工作方式q1.4.2 1.4.2 模拟网和数字网模拟网和数字网3第一章第一章 概概 述述q1.4.3 1.4.3 语音通信和数据通信语音通信和数据通信n1.5 1.5 移动通信网的发展趋势移动通信网的发展趋势q移动通信网的发展趋势概述移动通信网的发展趋势概述q第三代移动通信系统的结构第三代移动通信系统的结构q未来的网络结构未来的网络结构n1.61.6移动通信的应用系统移动通信的应用系统q蜂窝式公用移动通信系统蜂窝式公用移动通
4、信系统q集群调度移动通信系统集群调度移动通信系统q无绳电话系统无绳电话系统q无线电寻呼系统无线电寻呼系统q卫星移动通信系统卫星移动通信系统q分组无线网分组无线网4无线通信系统模型无线通信系统模型信源信源编码信道编码 射频与天线消息的估计接收信号已调发射信号无线无线信道信道信源变换器复用调制多址天线与射频多址解调解复用信道解码 信源编码信宿信宿变换器黄色块为发送器黄色块为接收器51.1 移动通信的基本概念移动通信的基本概念n移动通信移动通信(Mobile Communication)指通信双方或至少有一方处于指通信双方或至少有一方处于运动中运动中进行信息交换的进行信息交换的通信方式。通信方式。图
5、图1.1 移动通信的范畴移动通信的范畴61.1.1 移动通信的特点移动通信的特点n移动通信与其他通信方式相比,主要具有以下特移动通信与其他通信方式相比,主要具有以下特点:点:q1、无线电波传播复杂、无线电波传播复杂移动通信的频率范围移动通信的频率范围高频(高频(VHF,30300MHz)特高频(特高频(UHF,3003400MHz)内。)内。这个频段的特点是:这个频段的特点是:a)传播距离在视距范围内,通常为几十千米;传播距离在视距范围内,通常为几十千米;b)天线短,抗干扰能力强;天线短,抗干扰能力强;c)以地表面波、电离层反射波、直射波和散射波等以地表面波、电离层反射波、直射波和散射波等 方
6、式传播,受方式传播,受地形地物影响很大地形地物影响很大.71.1.1 移动通信的特点移动通信的特点图图1.2 电波的多径传播电波的多径传播时间接收信号强度发射信号81.1.1 移动通信的特点移动通信的特点q2.多普勒频移产生调制噪声多普勒频移产生调制噪声由于移动台的不断运动,当达到一定速由于移动台的不断运动,当达到一定速度时,如超音速飞机,固定点接收到的度时,如超音速飞机,固定点接收到的载波频率将随运动速度载波频率将随运动速度v的不同,产生的不同,产生不同的频移,即产生多普勒效应,使接不同的频移,即产生多普勒效应,使接收点的信号场强振幅、相位随时间、地收点的信号场强振幅、相位随时间、地点而不断
7、地变化点而不断地变化图图1.3 多普勒效应多普勒效应91.1.1 移动通信的特点移动通信的特点q3.移动台受噪声的骚扰并在强干扰情况下工作移动台受噪声的骚扰并在强干扰情况下工作移动台所受到的噪声影响主要来自于城市噪声、各种车辆移动台所受到的噪声影响主要来自于城市噪声、各种车辆发动机点火噪声、微波炉干扰噪声等;发动机点火噪声、微波炉干扰噪声等;l(1)互调干扰互调干扰l(2)邻道干扰邻道干扰l(3)同频干扰同频干扰q4.对移动台的要求高对移动台的要求高q5.通道容量有限通道容量有限q6.通信系统复杂通信系统复杂101.1.2 移动通信的组网理论移动通信的组网理论n蜂窝式组网理论蜂窝式组网理论n1
8、.无线无线蜂窝式小区(蜂窝式小区(cell)覆盖和小功率发射覆盖和小功率发射q蜂窝式组网将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形蜂窝式组网将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图形的覆盖区域,每个小区域称为一个蜂窝小为基本几何图形的覆盖区域,每个小区域称为一个蜂窝小区,用一个小功率发射机覆盖。区,用一个小功率发射机覆盖。q基本的小区类型有:基本的小区类型有:超小区:小区半径超小区:小区半径r20km,适于人口稀少的农村地区。,适于人口稀少的农村地区。宏小区:小区半径宏小区:小区半径r120km,适于高速公路和人口稠密的地,适于高速公路和人口稠密的地区。区。微小区:小区半径微小区:小
9、区半径r0.11km,适于城市繁华区段。,适于城市繁华区段。微微小区:小区半径微微小区:小区半径r0.1km,适于办公室、家庭等移动应用,适于办公室、家庭等移动应用环境。环境。111.1.2 移动通信的组网理论移动通信的组网理论无线蜂窝无线蜂窝小区(小区(cell)覆盖覆盖12123456712345672112345671234567111.1.2 移动通信的组网理论移动通信的组网理论n2.频率覆盖频率覆盖q蜂窝系统的基站工作频率,蜂窝系统的基站工作频率,在相隔一定距离的另一个在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一组基站可以重复使用同一组工作频率,称为工作频率,称为频率复用频率复用(fr
10、equency reuse)。使用。使用同一组频率的这些小区叫同一组频率的这些小区叫做同频小区。做同频小区。q好处:大大缓解频率资源好处:大大缓解频率资源紧缺的矛盾,增加了用户紧缺的矛盾,增加了用户数目或系统容量。数目或系统容量。q问题:带来同频干扰问题:带来同频干扰131.1.2 移动通信的组网理论移动通信的组网理论n3.多信道共用和越区切换多信道共用和越区切换q由若干无线信道组成的移动通信系统,为大量的用户共同使由若干无线信道组成的移动通信系统,为大量的用户共同使用并且仍能够满足服务质量的信道利用技术,称为多信道共用并且仍能够满足服务质量的信道利用技术,称为多信道共用技术。用技术。q在通话
11、期间,当移动台从一个小区移动到另一个小区时,网在通话期间,当移动台从一个小区移动到另一个小区时,网络能进行实时控制,把移动台从原小区所用的信道切换到新络能进行实时控制,把移动台从原小区所用的信道切换到新小区的某一信道,并保证通话不间断(用户无感觉)。小区的某一信道,并保证通话不间断(用户无感觉)。n4.无线通信优势与有线网络优势的理想互联无线通信优势与有线网络优势的理想互联q移动信息通过基站和移动业务交换中心进入公众电信网或其移动信息通过基站和移动业务交换中心进入公众电信网或其他移动网,实现移动用户与市话用户、移动用户与移动用户,他移动网,实现移动用户与市话用户、移动用户与移动用户,以及移动用
12、户与长途用户之间的通信。以及移动用户与长途用户之间的通信。14 移动通信系统的组成移动通信系统的组成n移动通信系统是移动体之间、移动体和固定用户之间,以及固定用户移动通信系统是移动体之间、移动体和固定用户之间,以及固定用户与移动体之间,能够建立许多信息传输通道的通信系统。与移动体之间,能够建立许多信息传输通道的通信系统。图图1.4 移移动动通通信信系系统统的的组组成成n 移动交换子系统移动交换子系统SS(mobile switching subnetwork)n 操作维护管理子系统操作维护管理子系统OMS(Operating Maintenance Sub-system)n 基站子系统基站子系
13、统BSS(Base Station Subsystem)15 移动通信系统的组成移动通信系统的组成MSC:(Mobile Switching Center)移动交换中心移动交换中心BSC:(Base Station Controller)基站控制器基站控制器BTS:(Base Station Transceiver)基站收发信机基站收发信机MS:(Mobile Station)移动台)移动台BSSBSSSSOMS16GSM基站基站nBTS主要功能:主要功能:进行无线信号发射接收,天线和所有无线接口的信号处理进行无线信号发射接收,天线和所有无线接口的信号处理。n一个基站的构成不是单纯一个基站的构
14、成不是单纯的由的由BTS组成,还要包括:组成,还要包括:铁塔天馈系统,电源设备,铁塔天馈系统,电源设备,电池组,空调设备,传输电池组,空调设备,传输设备,环境监控等。设备,环境监控等。17基站天线基站天线n基站天线是基站与外届传媒(手机)之间的接口。它可以基站天线是基站与外届传媒(手机)之间的接口。它可以同时发射和接收无线电波;发射时,天线将高频电流转换同时发射和接收无线电波;发射时,天线将高频电流转换为电磁波;接收时,天线将电磁波转换为高频电流。为电磁波;接收时,天线将电磁波转换为高频电流。18GSM网络结构网络结构BTSBSCMSC VLRHLRRadio interfaceOMSSS#7
15、BSSAP(BSSMAP,DTAP)SS#7TUP,ISUPSS#7MAPX25GSM12.20SS#7ISUP,MAPBTSBTSMSC VLRBSC19 移动通信系统的组成移动通信系统的组成n移动通信无线服务区由许多正六边形小区覆盖而成,呈蜂窝状,通移动通信无线服务区由许多正六边形小区覆盖而成,呈蜂窝状,通过接口与公众通信网(过接口与公众通信网(PSTN、PSDN)互联。移动通信系统包括)互联。移动通信系统包括移移动交换子系统(动交换子系统(SS)、操作维护管理子系()、操作维护管理子系(OMS)和基站子系统)和基站子系统BSS(通常包括移动台通常包括移动台(MS),是一个完整的信息传输实
16、体。,是一个完整的信息传输实体。n移动通信中建立一个呼叫是由移动通信中建立一个呼叫是由BSS和和SS共同完成的;共同完成的;BSS提供并管提供并管理理MS和和SS之间的无线传输通道,之间的无线传输通道,SS负责呼叫控制功能,所有的呼负责呼叫控制功能,所有的呼叫都是经由叫都是经由SS建立连接的;建立连接的;OMS负责管理控制整个移动网。负责管理控制整个移动网。nMS也是一个子系统。它实际上是由移动终端设备和用户数据两部也是一个子系统。它实际上是由移动终端设备和用户数据两部分组成的,移动终端设备称为移动设备;用户数据存放在一个与移分组成的,移动终端设备称为移动设备;用户数据存放在一个与移动设备可分
17、离的数据模块中,此数据模块称为用户识别卡(动设备可分离的数据模块中,此数据模块称为用户识别卡(SIM)。)。201.2 移动通信的发展和比较移动通信的发展和比较n1.2.1 移动通信的发展历程移动通信的发展历程技术驱动技术驱动AMPSTACSNMT其它其它第一代80年代模拟模拟调频,模拟调频,FDMA业务驱动业务驱动GSMGSMN-CDMAN-CDMA (IS-95)(IS-95)D-AMPSD-AMPS(IS-136)(IS-136)PDCPDC第二代90年代数字数字调制,数字调制,TDMA/CDMA第三代2000年以后 IMT-2000UMTSUMTSWCDMAWCDMAcdmacdma2
18、0002000宽带带业务TD-TD-SCDMASCDMA宽带数字,宽带数字,CDMA211.2 移动通信的发展和比较移动通信的发展和比较q1.第一代模拟移动通信系统第一代模拟移动通信系统20世纪世纪70年代末至年代末至80年代年代模拟调频、频分多址,以模拟方式工作模拟调频、频分多址,以模拟方式工作q2.第二代数字移动通信系统第二代数字移动通信系统第二代移动通信系统是以数字传输、时分多址、码分多址第二代移动通信系统是以数字传输、时分多址、码分多址(CDMA)为主体技术为主体技术q3.第三代移动通信系统第三代移动通信系统多速率数据的传输多速率数据的传输,除了语音和数据传输外除了语音和数据传输外,还
19、能传送高达还能传送高达2Mbit/s的高质量的活动图像的高质量的活动图像221.2 移动通信的发展和比较移动通信的发展和比较3G的主流标准:的主流标准:lWCDMA(Wideband Code Division Multiple Access):欧洲欧洲ETSI提出,核心网基于提出,核心网基于GSM-MAP,同时提供在基于,同时提供在基于ANSI-41的核心网上运行的能力。的核心网上运行的能力。lcdma 2000:美国美国TIA TR45.5向向ITU提出的提出的RTT方案。其核心是由朗讯、方案。其核心是由朗讯、motorola、北方电讯和高通联合提出的宽带、北方电讯和高通联合提出的宽带cd
20、maOne技术。与现有的技术。与现有的IS-95B后向兼容,核心网基于后向兼容,核心网基于ANSI-41,同时提供在基于,同时提供在基于GSM-MAP的核心网上运行的能力。的核心网上运行的能力。lTD-SCDMA:第三代移动通信业务的中国标准,由中国标准协会中国无线通信第三代移动通信业务的中国标准,由中国标准协会中国无线通信标准组织(标准组织(CWTS)制订的标准,已被)制订的标准,已被ITU和和3GPP接受。接受。231.2 移动通信的发展和比较移动通信的发展和比较频率时间TDMA时间频率FDMA码分多址技术码分多址技术(直接扩频方式)(直接扩频方式)频率时间码字CDMA频分多址:频分多址:
21、FDMA(frequency division multiple access)时分多址:时分多址:TDMA(Time Division Multiple Access)码分多址:码分多址:CDMA(Code Division Multiple Access)241.2 移动通信的发展和比较移动通信的发展和比较q4.未来移动通信业务未来移动通信业务未来移动通信的发展在移动网络上的业务将逐步呈未来移动通信的发展在移动网络上的业务将逐步呈现分组化特征,而网络结构将逐步实现以现分组化特征,而网络结构将逐步实现以IP方式为方式为核心的模式。核心的模式。未来的移动通信系统将由以下三大主体结构支撑:未来的
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