移动通信第1章.

信息科学与工程学院中心实验室郑佑轩移动通信讲授内容与时间安排(共48课时)第1章绪论6第2章调制解调6第3章移动信道的传播特性6第4章抗衰落技术6第5章组网技术6第7章时分多址(TDMA）数字蜂窝网6第8章码分多址（CDMA）移动通信系统（一）6第9章码分多址（CDMA）移动通信系统（二）61.啜钢.移动通信原理与系统.北京：北京邮电大学出版社2.吴伟陵,牛凯.移动通信原理.北京：电子工业出版社3.章坚武.移动通信.西安:西安电子科技大学出版社6.杨家玮.移动通信基础.北京：电子工业出版社.7.陆德学.数字移动通信系统.北京：北京邮电大学出版社.4.移动通信论坛http：//通信人家园http：//bbs.c114.net/frum.php6.李仲令等.现代无线与移动通信技术.北京:科学出版社参考文献第1章学习要点：1.了解移动通信的基本概念、特点;2.熟悉常用移动通信系统、分类和基本工作过程;3.理解单工、双工和半双工通信的特点；4.熟悉移动通信的基本技术及蜂窝网络接口。第1章概论移动通信与发展简述就通信而言，个人通信（PersonalCommunications）是其最高目标，它是用各种可能的网络技术实现任何人（Whoever）、在任何时间（Whenever）、任何地点（Wherever）与任何人（Whoever）进行任何种类（Whatever）的交换信息。移动通信是指通信的双方至少有一方是在移动中进行信息传输和交换。包括移动体（车辆、船舶、飞机或行人）和移动体之间的通信移动体和固定体之间的通信。移动通信是最有可能实现个人通信的一种通信方式，而陆地蜂窝移动通信是当今移动通信发展的主流和热点。移动通信示意图第1章概论1.1移动通信主要特点（1）与其他通信方式相比，移动通信具有以下基本特点：1．移动通信必须利用无线电波进行信息传输移动通信具有允许通信中的用户可在一定范围内自由活动，位置不受束缚的优点。但在移动通信时会受到各种快慢衰落及多普勒效应影响,其无线电波的传播特性一般都很差。2．移动通信是在复杂的干扰环境中运行的,会受到各种干扰除会受到如天电、工业和信道噪声等外部干扰外，系统本身和不同系统之间，也会产生邻道干扰、互调干扰、共道干扰、多址干扰，以及近地无用强信号压制远地有用弱信号产生的远近效应、多普勒效应等。3．可以利用的频谱资源非常有限，而通信业务需求却与日俱增移动通信网络的通信业务量的需求与日俱增，而网络可使用频率，特别是公用移动通信网的可利用频谱资源有限，要求在频率的利用上采用新的技术与措施。如何提高频谱的利用率，对有限频谱的合理分配和严格管理是当前移动通信管理的重要内容。4．网络结构多种多样，网络管理和控制必须有效移动通信的多种系统及不同的网络组织以及对各种信号、信令的接入与控制，不同的网络管理具有的复杂性，必须有效的对网络进行管理和控制。1.1移动通信主要特点（2）5．移动通信设备必须适于在移动环境中使用对移动台手持机的主要要求是体积小、重量轻、省电、操作简单和携带方便及一般性的防潮、防磕碰等。对车载台与机载台除要求操作简单和维修方便外，还应保证在震动、冲击、高低温变化和光线变化、电磁、雷电等恶劣环境中正常使用或工作，基站(基地台)设备必须能适应在高低温度（温差大）、高湿、干躁及无人值守等复杂环境下的工作。1.1移动通信主要特点（3）*移动通信使用的频段无线电磁波以频率或波长来分类，无线电频段的划分如下表频段频率范围波长范围长波30~300kHz10000~1000m中波300~3000kHz1000~100m短波3~30MHz100~10m超短波（特高频）30~300MHz10~1m微波分米波300~3000MHz100~10cm厘米波3G~30GHz10~1cm毫米波30G~300GHz10~1mm红外线（光波）300GHz1mm电磁波频率(或波长)不同，其空间传播的特性也不一样，因而用途也有不同:长波绕射能力最强，靠地波传播，长波电台主要用于海上通信。中波较稳定，主要用于短距离通信与电台广播。短波利用电离层反射进行远距离传播，主要用于短波通信和短波广播。微波波长短，接近于光波，是直线传播，要求两个通信点、（信号转接点）间无阻挡，即所谓的视距通信无线电的频谱是宝贵资源，在频率的分配和使用上必须服从国际和国内的统一管理。中国公用移动通信网络工作频段（原邮电部规定）150MHz频段138~149.9MHz（移动台发、基站收）150.05~167MHz（基站发、移动台收）450MHz频段403~420MHz（移动台发、基站收）450~470MHz（基站发、移动台收）900MHz频段890~915MHz（移动台发、基站收）935~960MHz（基站发、移动台收）800MHz频段824~849MHz（移动台发、基站收）869~894MHz（基站发、移动台收）IS-95CDMA中国电信CDMA20001920-1935MHz2110-2125MHz中国联通WCDMA1940-1955MHz2130-2145MHz中国移动TD-SCDMA1880-1900MHz2010-2025MHzLTE2500MHz～2690MHz频段划为TDD工作频率2300MHz～2400MHz频段主要用于室内中国国家移动通信使用的3G与4G无线频段分配第1章概论1.2.1工作方式无线通信的传输方式分单向传输(广播式)和双向传输(应答式)。单向传输只用于无线电寻呼系统。双向传输有单工、双工和半双工三种工作方式。1.单工通信是指通信双方电台交替地进行收信和发信。双方的操作采用“按-讲”（pushtotalk，PTT）方式。平时，双方接收机均处于守听状态。如果A方需要发话，可按下PTT开关，本方发射机工作，并将接收机关闭。这时由于B方接收机处于守听状态，即可实现由A至B(方向)的通话；同理，也可实现B至A(方向)的通话。在该方式中，电台的收发信机是交替工作的，故收发信机不需要使用天线共用器，而是使用同一副天线。单工通信常用于点到点的通信，见后图示。TRTRf1f1(f2)f1(f2)f1R—接收机T—发射机电台A电台B送话器受话器受话器送话器PPTPPT单工通信方式图1-1单工通信根据收、发频率的异同又可分为同频单工和异频单工。同频是指通信双方，使用相同工作频率（f1）；异频单工。是指通信双方使用两个不同频率f1和f2，而操作仍采用“按—讲”方式。同频单工的优点：①设备简单；②移动台之间可直接通话，不需基站转接；③不按键时发射机不工作，因此功耗小。同频单工的缺点：①只适用于组建简单和较小容量的通信网；②当有两个以上移动台同时发射时就会出现同频干扰；③当附近有邻近频率的电台发射时，易造成强干扰。为避免干扰，要求相邻频率的间隔大于4MHz，因而频谱利用率低；④按键发话，松键受话，使用者不很习惯。异频单工优缺点与同频单工基本相同,由于收发使用不同的频率，同一部电台的收发信机可以交替工作，也可以收常开，只控制发，即按下PTT发射。在无基地台转发的情况下，电台频率需配对使用，否则通信双方无法通话。故这种方式主要用于有基地台转发（单工转发或双工转发）的情况。所谓单工转发，即基地台使用一组频率（如收用f1，发用f2），一旦接收到载波信号即转去发送。所谓双工转发,即基地台使用两组频率（一组收用f1，发用f2；另一组收用f3，发用f4），任一路一旦接收有载波信号即转去发送。2.双工通信是指通信的双方可同时进行传输消息的工作方式，也称全双工通信。如后图1-2示，图中基地台发射机与接收机分别各使用一副天线，移动台通过双工器共用一副天线。双工通信一般使用一对频道来实施频分双工（FDD）工作方式。这种工作方式使用方便，类同于平时打有线市话，接收和发射同时进行。异频双工制的优点：①收发频率分开可大大减小干扰；②用户使用方便。异频双工制的缺点：①移动台在通话过程中总是处于发射状态，因此功耗大；②移动台之间通话需占用两个频道；③设备较复杂，价格较贵。在无基地台转发的情况下，异频双工电台需配对使用，否则通信双方无法通话。双工通信方式T基地台RT移动台Rf1f2f2f1双工器送话器受话器送话器受话器图1-2双工通信3.半双工制与双工组成图相似，移动台采用单工的按讲模式,即按下PTT键,发射机才工作,而基地台接收机总是工作，基地台工作情况与双工方式完全相似。后图示基地台（A）使用一组频率，而移动台（B）采用单工制，主要用于有基地台的无线调度系统。半双工制的优点：①移动台设备简单，价格低，耗电少；②收发采用不同频率，提高了频谱利用率；③移动台受邻近电台干扰小。其缺点是移动台仍需按键发话，松键受话，使用不方便。由于收发使用不同的频率，同一部电台的收发信机可以交替工作，也可以收常开，只控制发，即按下PTT发射。在基地台转发的系统中，移动台必须使用该方式。半双工通信方式TARTBRf1f2f2f1天线共用器送话器受话器发射机接收机基地台移动台PTT图1-3半双工通信1.2.2模拟网和数字网习惯上人们把模拟通信系统(包括模拟蜂窝网、模拟无绳电话与模拟集群调度系统等)称作第一代通信产品，而把数字通信系统(包括数字蜂窝网、数字无绳电话、移动数据系统以及移动卫星通信系统等)称作第二代通信产品。(1)频谱利用率高，有利于提高系统容量。(2)能提供多种业务服务，提高通信系统的通用性。(3)抗噪声、抗干扰和抗多径衰落的能力强。(4)能实现更有效、灵活的网络管理和控制。(5)(6)可降低设备成本和减小用户手机的体积和重量。第1章概论1.3常用移动通信系统典型移动通信系统可分为下述五种：无线寻呼系统（BB机）；蜂窝移动通信系统；无绳电话系统；集群移动通信系统；移动卫星通信系统。1.3.1无线电寻呼系统无线寻呼系统：是自动电话网的延伸，通过电话网和无线寻呼，实现自动电话对单个寻呼用户或群体寻呼用户的单向寻呼。缺点是通信双方不能直接利用它对话,优点是袖珍接收机小巧玲珑,价格低廉,携带方便,在发展中国家有一定市场。公用电话网无线寻呼控制中心及主发射台用户回路发射台发射台图1-4无线电寻呼系统示意图1.3.2蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统是将整个服务区划分成若干个较小的区域，并进行无缝隙衔接覆盖。各个小区(基站)均用较小功率的发射机。当前有公用模拟、数字式两种蜂窝电话系统。蜂窝系统：位于各个小区的许多小功率发射机覆盖相同的地区图1-5小区覆盖示意图BGA小区8FBCEDBGDAGFE再用距离七小区群相同字母小区使用相同频率族小区1124MSC3675基站至公众电话网图1-6蜂窝系统的频率再用图1-7蜂窝移动通信系统示意图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机是把普通的电话单机分成座机和手机两部分，座机与有线电话网连接，手机与座机之间用无线电连接，可允许携带手机的用户在一定范围内活动时进行通话。它是有线电话网的无线延伸,具有发射功率小、省电、设备简单、价格低廉，使用方便等优点。市话局用户线座机普通话机图1-9无绳电话系统示意图几种无绳电话系统的主要参数1.集群的概念①把一些由各部门分散建立的专用通信网集中起来，统一建网和管理，并动态地利用分配给它们的有限个频道，以达到容纳更多的用户目的；②改进频道共用的方式，即移动用户在通信的过程中，不是固定地占用某一个频道，而是在按下其“按讲开关”(PTT)时，才能占用一个频道；一旦松开PTT，频道将被释放，变成空闲频道，并允许其它用户占用该频道。1.3.4集群移动通信系统2.集群系统的用途和特点①集群通信系统属于专用移动通信网，适用于在各个行业(或几个行业合用)中间进行调度和指挥，对网中的不同用户常常赋予不同的优先等级。而蜂窝通信系统属于公众移动通信网，适用于各阶层和各行业中个人之间通信，一般不分优先等级。②集群通信系统根据调度业务的特征，通常具有一定的限时功能，一次通话的限定时间大约为15~60秒(可根据业务情况调整)。而蜂窝通信系统对通信时间一般不进行限制。③集群通信系统的主要服务业务