移动通信课件第1章第四版.

第1章概述移动通信第1章概述目的与考核•掌握移动通信的基本概念、基本原理、主要技术、网络组成及典型系统，了解移动通信的发展历史和移动通信未来的发展趋势。•课堂听课为主，并积极主动自学。•考核方式：平时（作业、出勤、听课情况等）成绩占30％，考试成绩占70％。第1章概述课程安排•第1章概述•第2章移动通信网•第3章移动信道的电波传播•第4章数字调制技术•第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS•第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统•第7章第三代移动通信系统及LTE第1章概述第1章概述1.1移动通信及其特点1.2移动通信的工作方式1.3移动通信系统的组成1.4移动通信系统的频段使用1.5多址方式1.6其他常用技术1.7移动通信系统的发展1.8第四代移动通信(4G)标准及现状第1章概述•移动通信是通信领域中最具有活力，最具有发展前途的一种通信方式。•移动通信，顾名思义，其最本质的特色是“移动”二字，就是说这类通信不是传统静态的固定式通信，而是动态的移动式通信。第1章概述•传统的固定式通信，又称为有线通信。最大特点是静态的，信道是封闭的，且是人造的，从而是优质的。最大缺点是缺乏动态性，不适应现代人快节奏的生活需求，特别是快速移动的需求。•无线通信针对上述静态的缺点，以开放式传播来传递信息，代价是牺牲了全封闭式的优质人造信道，换取了无需采用固体介质专用线路的开放式传输的灵活性，但是信道的开放性必然引起了信道的时变性和随机性，从而大大降低了通信容量和质量。第1章概述•移动通信则是在无线通信的基础上又进一步引入了用户的移动性,在无线通信的第一重信道动态的基础上又加入了第二重用户的动态性，这实质是两重动态性。•在第三代(3G)移动通信技术中进一步引入第三重动态性——业务类型动态选择特性。•在移动通信中，终端是移动的，传输线路是随终端移动而分配的动态无线链路，网络则是适应动态用户终端、动态线路的动态型交换网络第1章概述1.1移动通信及其特点移动通信的基本概念：至少有一方处于移动状态下进行信息交换的通信。包括：移动用户（车辆、船舶、飞机、行人等）和移动用户，或移动用户和固定用户（固定电台或有线用户）之间的通信。就正式商业运营而言，至今也不过只有30余年的历史，就其发展历程看，大约每十年更新一代。目前正处于第四代(4G)初期。第1章概述移动通信具有以下基本特点：(1)电波传播条件恶劣。多径传播---多径衰落？(2)具有多普勒效应。多普勒频移？(3)干扰严重。(4)接收设备应具有很大的动态范围。(5)需要采用位置登记、过境切换等移动性管理技术。(6)综合了各种技术。交换、计算机、传输(7)对设备要求苛刻。第1章概述多径传播：1.电波在移动通信系统中的传播基本机制有：直射、反射、绕射、散射、以及它们的合成。反射---发生于地球表面、建筑物、墙壁表面。反射式产生多径衰落的主要因素。绕射----当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时会发生反射。房屋尖顶散射----产生于粗糙表面，小物体或者不规则物体。树叶、灯柱等多径衰落（瑞利衰落）：电波发生反射、绕射、散射后，产生许多路径的信号，因为电波通过各个路径的距离不同，所以各个路径电波到达接收机的时间不同，则相位不同。不同相位的多个信号在接收机进行叠加，有时同相叠加而加强，有时反相叠加而减弱。使得接收信号的幅度急剧变化，发生多径衰落。第1章概述由于移动台在运动中，所以产生多普勒频移效应，频移值fd与移动台运动速度v、工作频率f（或波长λ）及电波到达角θ有关，即多普勒频移cosdf第1章概述移动通信系统的分类：按使用对象可分为：民用设备和军用设备；按用途区域可分为：陆地通信、海上通信和空中通信；按多址方式可分为：频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)、空分多址（SDMA)等；按覆盖范围可分为：宽域网和局域网；按业务类型可分为：电话网、数据网和综合业务网；按工作方式可分为：同频单工、异频单工、异频双工和半双工；按经营方式或用户性质可分为：专用网和公用网；按信号形式可分为：模拟网和数字网。第1章概述1.2移动通信的工作方式一.单工通信三.半双工通信二.双工通信频分双工（FDD）时分双工（TDD）同频单工异频单工132019/12/20第1章概述一.单工通信用PTT单工通信是指通信双方电台交替地进行收信和发信。1.定义送话器T发射机AR接收机受话器TBRf1f1(f2)f1(f2)f12.原理图图1-2单工通信1.2.4移动通信的工作方式142019/12/20第1章概述3.分类根据收、发频率的异同，又可分为：同频单工异频单工需要用到转发器同频是指通信的双方，使用相同工作频率（f1）；操作采用“按—讲”（pushtotalk，PTT）方式。平时,双方的接收机均处于守听状态。是指通信的双方使用两个不同频率为f1和f2，而操作仍采用“按—讲”方式。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。单工通信152019/12/20第1章概述4.特点同频单工的优点是：缺点是: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。③当附近有邻近频率的电台发射时，容易造成强干扰。①只适用于组建简单和甚小容量的通信网；②当有两个以上移动台同时发射时就会出现同频干扰；单工通信162019/12/20第1章概述f1终端2f2终端2终端1终端1是指通信的双方，收发信机均同时工作，即任一方在发话的同时，也能收听到对方的话音。二.双工通信频分双工（FDD）1.定义2.分类t终端1终端3终端1终端2终端2终端4时分双工（TDD）1.2.4移动通信的工作方式172019/12/20第1章概述3.频分双工原理图TARTBRf1f2f2f1天线共用器送话器受话器发射机接收机图1-3频分双工通信双工通信182019/12/20第1章概述双工制：通信的双方，收发信机均同时工作，即任一方在发话的同时，也能收听到对方的话音，无需按PTT开关，类同于平时打市话，使用自然，操作方便。分为同频双工和异频双工。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。在无中心台转发的情况下，异频双工电台需配对使用，否则通信双方无法通话。同频双工采用时分双工(TDD)技术，是近年来发展起来的新技术。第1章概述TDD对同步要求严格。PHS,TD-SCDMA均采用了TDD技术。TDD具有以下三个显著特点：省去双工器；可使用不对称频率，频率利用率提高；上、下行时隙灵活分配；第1章概述移动台采用类似单工的“按讲”方式，即按下按讲开关，发射机才工作，而接收机总是工作的。基站工作情况与双工方式完全相同。三.半双工通信全双工+PTT1.定义TARTBRf1f2f2f1天线共用器送话器受话器发射机接收机2.原理图图1-4半双工通信212019/12/20第1章概述3.特点优点是：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。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。在中心台转发的系统中，移动台必须使用该方式。半双工通信222019/12/20第1章概述图1-3双工通信方式第1章概述1.3移动通信系统的组成移动通信系统按其经营方式或用户性质可分为专用移动通信系统（专网）和公共移动通信系统（公网）。专网的最大功能要求是调度。集群（Trunking）移动通信是传统的专用无线调度系统的高级发展阶段，是专用移动通信的发展方向。专用移动通信的网络结构与公共移动通信系统越来越相像。数字集群移动通信系统，其本身就是在数字蜂窝移动通信系统上加上了调度功能。第1章概述．集群通信系统概念集群通信系统可以定义为系统所具有的可用信道可为系统的全体用户共用，具有自动选择信道功能，是一种共享资源、分担费用、共用信道设备及服务的多用途、高效能的无线调度通信系统。主要面向各专业部门如公安、铁道、水利、军队等，以各专业部门用户为服务对象。在抢险救灾、处理各种突发事件等场景可以及时准确的调度指挥通信。可以提供单呼、组呼、广播呼叫、短信息等业务。用户之间存在一定的关系和不同的呼叫级别。252019/12/20第1章概述．集群系统的组成集群系统一般由终端设备、基站、调度台和控制中心等组成。中央控制器基站分调度台移动台总调度台公共电话网PSTN图1-7集群移动通信系统示意图262019/12/20第1章概述蜂窝移动通信系统的基本系统结构如图1-4所示。一个交换区由一个移动交换中心MSC（MobileServiceSwitchingCentre）、一个或若干个归属位置寄存器HLR（HomeLocationRegister）和访问者位置寄存器VLR（VisitorLocationRegister)（有时几个MSC合用一个VLR）、设备识别寄存器EIR（EquipmentIdentityRegister）、鉴权中心AuC（AuthenticationCentre）、操作维护中心OMC（OperationandMaintenanceCentre）、基站BS（BaseStation）和移动台MS（MobileStation）等功能实体组成。第1章概述图1-4蜂窝移动通信系统的基本结构第1章概述MSC对位于其服务区内的MS进行交换和控制，同时提供移动网与固定公众电信网的接口。MSC是移动网的核心。作为交换设备，MSC具有完成呼叫接续与控制的功能，这点与固定网交换中心相同。作为移动交换中心，MSC又具有无线资源管理和移动性管理等功能，例如移动台位置登记与更新、越区切换等。为了建立从固定网至某个移动台的呼叫路由，固定网就近进入关口MSC（GMSC），由该GMSC查询有关的HLR，并建立至移动台当前所属的MSC的呼叫路由。第1章概述HLR是用于移动用户管理的数据库。每个移动用户必须在某个HLR中登记注册。HLR所存储的用户信息分为两类：一类是有关用户参数的信息，例如用户类别，向用户所提供的服务，用户的各种号码、识别码以及用户的保密参数等；另一类是有关用户当前位置的信息，例如移动台漫游号码、VLR地址等，用于建立至移动台的呼叫路由。第1章概述VLR是存储用户位置信息的动态数据库。当漫游用户进入某个MSC区域时，必须向该MSC相关的VLR登记，并被分配一个移动用户漫游号（MSRN），在VLR中建立该用户的有关信息，其中包括移动用户识别码（MSI）、移动用户漫游号（MSRN），所在位置区的标志以及向用户提供的服务等参数，这些信息是从相应的HLR中传递过来的。MSC在处理入网、出网呼叫时需要查询VLR中的有关信息。一个VLR可以负责一个或若干个MSC区域。EIR是存储有关移动台设备参数的数据库。EIR实现对移动设备的识别、监视、闭锁等功能。第1章概述1.4移动通信系统的频段使用早期的移动通信主要使用VHF和UHF频段，其主要原因有以下三点：(1)VHF/UHF频段较适合移动通信。(2)天线较短，便于携带和移动。(3)抗干扰能力强。目前，大容量移动通信系统均使用800MHz频段(CDMA)，900MHz频段(AMPS、TACS、GSM)，并开始使用1800MHz频段(GSM1800/DCS1800)，该频段用于微蜂窝(Microcell)系统。第1章概述我国移动通信工作频段原邮电部规定IS-95CDMA160MHz频段：138~149.9MHz150.05~167MHz450MHz频段：403~420MHz450~470MHz900MHz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、