通信概论 移动通信-08年新

通信概论第三章移动通信2008本章讲解的内容固定电话网内容已经安排大家自学。固定电话网相对应的是移动通信。由于移动通信网采用了有线和无线通信技术，以及多种通信系统，有必要首先简单介绍目前的通信系统。讲解移动通信技术。对移动通信所使用的技术作较深入的认识各种通信系统概述光纤通信系统数字微波通信系统卫星通信系统移动通信系统光纤——依靠光脉冲传输数据特点传输带宽高，通信容量大传输损耗小，适合长距离传输抗干扰性能极好，保密性好轻便光纤传输原理光从一种介质入射到另一种介质时会产生折射。折射量取决于两种介质的折射率。当入射角≥临界值时产生全反射，不会泄漏。光纤：纤芯-折射率高、玻璃包层-折射率低亮度调制，有脉冲1，无脉冲0光源:发光二极管/激光二极管光检测器:光电二极管/雪崩二极管光纤分为：多模MMF、单模SMF多模光纤——纤芯较粗多束光线以不同的反射角传播，因此到达目的地的时间不同，造成光脉冲逐渐展宽、失真可使用发光二极管作为光源输入脉冲输出脉冲多模光纤MMF单模光纤——纤芯较细单束光线沿直线传播输入脉冲输出脉冲单模光纤SMF典型的光缆玻璃封套塑料外套玻璃内芯单芯光缆多芯光缆玻璃内芯塑料外套玻璃封套外壳芯封套外套加强芯光纤外鞘加强芯光纤束高密度多芯光缆光纤通信传输系统的构成PCM复用设备光端机光端机光中继器PCM复用设备光缆光缆光通信系统光发射机的基本原理均衡码型变换扰码编码时钟驱动光源光监测告警输出APCATC输入盘发送盘光纤光接收机的基本原理电端机光电检测器前置放大器主放大器均衡器时钟恢复电路判决器接收盘输出盘自动增益控制电路解码解扰编码光纤微波通信系统微波通信的概念电磁波频谱排列频率3~30kHz30~300kHz300~3000kHz频段名称VLF甚低频LF低频MF中频频率3~30MHz30~300MHz300~3000MHz频段名称HF高频VHF甚高频UHF特高频3~30GHz30~300GHzSHF超高频EHF极高频微波是指频率为300MHz~300GHz的电磁波，其对应的的波长为1m~1mm。微波通信：利用微波波段的电磁波进行通信的一种通信方式，数字微波通信则是利用微波波段的电磁波传输数字信息的一种通信方式。1.特点（1）频带宽，通信容量大（2）适于传送宽频带信号（3）采用中继传输方式数字微波通信系统的构成数字微波中继通信线路是由线路两端的终端站、若干中继站及分路站构成，如图示。数字微波通信系统的基本构成原理如图所示，从图中可以看出，数字微波通信系统由两端的终端站、天线馈线系统以及中继站构成。两个地面站之间直线传送距离：50-100km地球地面站之间的直视线路微波传送塔地面微波接力收信发信微波收发信设备调制-解调设备时分复用设备市内电话局用户终端微波收发信设备调制-解调设备时分复用设备市内电话局用户终端终端站终端站天线馈线系统中间站长途电信局或微波站长途电信局或微波站甲地乙地数字微波通信系统方框图时延均衡中放发信混频射频功放单向器分路滤波发信本振中频入射频出发信机原理放框图收信机原理放框图分路滤波低噪声放大收信混频中频滤波前置中放时延均衡收信本振射频入中频出边带滤波主中放卫星移动通信系统卫星通信的概念所谓卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站，转发地球上任意两个或多个地球站之间用于进行通信的无线电波。1、通信卫星的分类：（1）无源卫星和有源卫星（2）同步卫星和非同步卫星目前，通信中最为广泛应用的是有源同步卫星。2、同步卫星在赤道上空35800km附近圆形轨道上的卫星，运动方向和地球一致，且绕地球一周的时间与地球自转周期相同。地球同步卫星与地面站相对固定位置使用3个卫星可覆盖全球传输延迟时间长适用于海洋、山区、沙漠等地区的通信35,800公里地球3、卫星通信系统的组成一个完整的卫星通信系统是由空间分系统、地球站群、跟踪遥测以及指令系统和监控管理系统四部分组成。空间分系统跟踪遥测指令分系统地球站通信业务控制中心通信遥测监控管理分系统卫星通信系统的基本组成卫星移动通信卫星移动通信是指利用卫星转接移动用户间或移动用户与固定用户间的相互通信。1、卫星移动通信系统的结构卫星移动通信系统通常包括空间段和地面段两部分。①空间段是指卫星星座；②地面段是指包括卫星监控中心、网络操作中心、关口站和卫星移动终端在内的地面设备。2、卫星通信系统的工作过程在卫星A下的一个移动终端（主叫终端）将呼叫处于卫星B下的一个移动终端或呼叫与卫星B下的某个关口站相连的固定网用户。其呼叫过程如下：（1）卫星移动终端开机后，便自动向其归属关口站发出移动终端开机通知信息，并告知其具体所在位置。如果该机是处于备用（等待呼叫）状态，或移动至一个偏远地区，则需要向归属关口站送一个更新信息，更新存储在归属关口站中的此移动终端的位置信息。（2）移动用户向卫星移动终端（主叫终端）输入被叫号码。（3）卫星移动终端向该终端视线内的卫星发出一个包含该终端注册号码和被叫终端号码的请求服务信息，并通过卫星将此信息传递到本地服务关口站，以建立呼叫。（4）本地关口站又通过卫星线路分别向主叫终端和被叫终端的归属关口站发出询问信息。如主叫和被叫终端是否有权使用此系统及其权限。（5）如双方都拥有使用权限，则系统将卫星信道分配给此主叫终端和被叫终端，以供链接，并同时向被叫终端发起呼叫。如被叫是卫星移动通信系统中的一个卫星移动终端，则由相应的卫星在卫星移动终端所在区间进行呼叫（6）通话完毕后，主叫和被叫终端释放通信链路，并由本地关口站通过卫星链路向双方的归属关口站发送相应的通信记录，以供主叫和被叫终端的归属关口站使用。卫星通信的最大特点就是，通信覆盖范围大，对于海洋，沙漠等不便架设基站的地方，卫星通信的优势无可替代。但是最大的问题就是通信费用十分昂贵。移动通信移动通信的基本概念：移动通信是指通信双方或至少其中一方在运动状态中进行信息传递的通信方式。移动通信与固定通信方式不同，具有如下特点：1、传输信道增加了无线信道2、电磁传播环境极其恶劣√3、组网和接入方式灵活但是控制过程复杂√4、对移动设备的要求非常高5、用户数量巨大，但是频带资源十分贫乏√移动通信系统发展史历史回顾：1978年，美国的贝尔实验室成功开发了AMPS（AdvanceMobilePhoneService）系统，实现了真正意义上的可以随时随地通信的大容量的蜂窝移动通信系统。1987年，中国首个TACS制式模拟移动电话系统建成商用，之后AMPS也曾被引入中国。主要标准：美国的AMPS、欧洲的TACS、英国的ETACS、欧洲的NMT-450和NMT-900、日本的NTT和JTACS/NTACS第一代模拟蜂窝移动通信系统主要特点：用户的接入方式采用频分多址（FDMA），当一个呼叫建立后，该用户在其呼叫结束以前一直占用一个频段调制方式：FM业务的种类单一，主要是话音业务系统的保密性较差频谱效率较低，有限频谱资源和无限用户容量之间的矛盾十分突出第二代数字蜂窝移动通信系统-GSM历史回顾：1992年，第一个数字蜂窝移动通信系统——欧洲的GSM（GlobalSystemforMobileCommunication）网络在欧洲开始铺设，由于其优越的性能，在全球范围内以惊人的速度得以扩张，目前已是全球最大的蜂窝通信系统。1993年，中国的第一个全数字移动电话GSM系统建成开通，之后中国电信和中国联通都采用了GSM。主要特点：微蜂窝小区结构数字化技术---语音信号数字化新的调制方式---GMSK、QPSK等FDMA/TDMA频谱利用率高，系统容量大便于实现通信安全保密第二代数字蜂窝移动通信系统-CDMA历史回顾：1995年，美国的高通公司（Qualcomm）提出了一种采用码分多址（CDMA)方式的数字蜂窝系统技术解决方案（IS-95CDMA)，目前已分别在中国香港、韩国、北美等国家和地区投入使用，用户反映良好。CDMA系统的主要特点：用户的接入方式采用码分多址（CDMA）软容量、软切换，系统容量大抗多径衰落可运用话音激活、分集接收等先进技术第三代移动通信系统第三代移动和个人通信系统需要有更大的系统容量和更灵活的高速率、多速率数据的传输，除了语音和数据传输外，还能传送高达2Mbit／s的高质量的活动图像。最具代表性的IMT-2000技术标准，其中所涉及的CDMA技术分为三类：WCDMA技术，cdma2000技术，TD-SCDMA技术。第三代数字蜂窝移动通信系统3G的主要特点：支持移动多媒体业务宽带CDMA技术高频谱效率FDMA/TDMA/CDMA从电路交换到分组交换从媒体(media)到多媒体(Multi-media)高保密性全球范围无缝漫游系统微蜂窝结构主流技术：WCDMAcdma2000TD-SCDMA蜂窝移动通信的发展1G2G3G模拟系统GSMWCDMAIS-95CDMA2000TD-SCDMAGPRS一、移动通信系统的组成移动通信系统是指移动体之间、移动体与固定用户之间用于建立信息传输通道的通信系统，因而移动通信涉及到无线传输、有线传输以及信息的采集、处理和存储等内容，其主要设备包括移动通信交换局（MTX）、基站（BS）和移动台（MS）以及站间中继线等。公共电话网中继线移动通信交换局（MTX）基站（BS）基站（BS）基站（BS）基站（BS）移动台（MS）移动台（MS）移动电话通信系统组成示意图1、交换分系统交换分系统包括移动交换中心、归属位置登记处、被访问位置登记处、设备识别登记处、鉴权中心和操作管理中心等基本部分。它是移动通信的控制交换中心，同时又是与公众通信的接口。2、基站分系统基站分系统包括一个基站控制器和由其控制的若干个基站收发信系统。其中基站控制器单元负责与移动交换中心进行数据通信，同时还通过无线信道实现与移动终端的数据通信，在基站与移动交换中心之间通常采用光缆传输中继方式实现数据信号传输，在基站与移动终端的连接中采用无线方式，通常基站通话频道数量可达几十条，甚至数百条。3、移动台移动台有车载式、手提式、携带式等类型。在数字蜂窝移动通信系统中，移动台除提供电话业务外，还可以为用户提供各种非话业务。当两个处于不同基站覆盖区中的移动用户MS1和MS2进行通话时，他们之间的通路是MS1—BS1—MSC1—MSC2—BS2—MS2蜂窝移动通信的基本概念大区大区制移动通信，尽可能的增加基站覆盖范围。因此要增加天线的高度，增加发射机功率，覆盖面积可以达到30-50km。特点：网络简单，成本低。但是容量不大，频道资源有限，容量不大。蜂窝系统---“小区制”系统-将所要覆盖的地区划分为若干个小区，每个小区的半径可视用户的分布密度在1-10km左右,在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务。-特点：可以频率复用用户容量大，服务性能较好，频谱利用率较高，用户终端小巧且电池使用时间长，辐射小等-“频率复用”的概念-问题：系统复杂，越区切换，漫游，位置登记；更新和管理以及系统鉴权等蜂窝分类-宏蜂窝(Macro-cell)2-20km-微蜂窝(Micro-cell)0.4－2km-微微蜂窝(Pico-cell)400m-分层蜂窝(由多种蜂窝组成)蜂窝通信的基本原理小区覆盖-小区形状的确定基站发射电磁波，覆盖的区域实际上是个圆，但是圆形的覆盖面会出现多重覆盖或无覆盖区。因此在服务区设计时采用一个平面的规则多边形。而六边形结构无疑是覆盖面积最大，而且重叠区域最小的一种。多个六边形结构形成的覆盖结构如同蜂窝（cell）结构.所以手机不再是原来的mobilephone了而更准确的是应该翻译成cellphone频率复用：处在不同位置(不同小区)上的用户可以同时使用相同频率的信道可以极大地提高频谱利用率如果系统设计得不好，将产生严重的干扰C1C1f1P0f1P0RRD(D/R)2=3×kD—频率复用距离R—小区半径K—频率复用模式频率复用信道总数和频率复用67543216754321675