移动通信技术电子教案

移动通信技术电子教案本章要点：第一章概述移动通信系统的组成及特点移动通信的工作方式及使用频段数字移动通信的相关技术1.1移动通信的发展概况1.1.1移动通信的发展历史第一阶段：20世纪20年代~40年代，使用对象：船舶、航空、警车等专用无线电通信及军事通信。代表：美底特律车载无线电系统第二阶段：20世纪40年代~60年代，使用对象;公用移动通信业务问世。代表：美圣路易斯公用汽车电话网第三阶段：20世纪60年代~70年代代表：美改进型移动电话系统第四阶段：20世纪70年代~80年代代表：美贝尔实验室先进移动电话系统第五阶段：20世纪80年代~20世纪末代表：GSMCDMA第六阶段：21世纪始代表：宽带多媒体1.1.2我国移动通信的发展概况我国移动通信事业起步于军事移动通信即战术通信，它经历了电子管、晶体管和集成电路三个时代。1、A网和B网模拟网2、G网GSM全球通3、D网DCS1800系统4、C网CDMA系统1.2移动通信的特点及分类1.2.1移动通信的特点1、衰落现象在移动通信中，各接收点的信号是由直射波和各反射波叠加而成，这些波都是从同一天线发射出来，由于到达接收点的途径不同，且移动台处于运动中，所以其接收信号合成的强度是不同的，这就是所谓的衰落。2、强干扰情况下工作移动通信的质量不仅取决与设备本身的性能，而且与外界的干扰和噪声有关3、多卜勒效应当载体运动速度达到一定程度时，固定点接收到的信号载波频率将随着载体运动速度而改变，产生不同的频移，这就是多卜勒效应4、交换跟踪技术1.2.2移动通信的分类1、按使用环境分;陆地移动通信水上移动通信航空移动通信2、按其服务对象分：军事移动通信专业移动通信公众移动通信3、按交通工具分：汽车、坦克、火车、船舶、飞机和航天飞行器等4、按工作方式分：单工、半双工和全双工工作方式5、按组网方式及业务性质分：公用自动拨号移动电话系统无线电寻呼系统专用调度系统无线市话系统卫星移动通信系统1.3移动通信系统组成1、移动系统由移动台（MS）、基地站（BS）、移动业务交换中心（MSC）及与市话网相连的中继线。2、基站的作用是为移动台提供一个双向的无线链路。3、无限小区的大小由基地站天线的高度和发射功率决定。4、移动业务交换中心主要用来处理信息的交换和整个系统的集中控制管理。1.4移动通信的工作方式1.4.1单工制单工方式：同时只能单方向工作，发信时需“按-讲”操作同频单工异频单工1.4.2半双工制半双工方式：只有一方可收发同时进行；另一方同时只能单方向工作1.4.3双工制双工方式：通信双方均可同时收发工作准双工方式：移动台仅在发信时开启发射机，而接收机常开。1.5移动通信系统的频段使用1、GSM900：890～915MHZ上行频率935～960MHZ下行频率双工间隔为45MHZ，工作带宽为25MHZ，载频间隔200KHZ。2、GSM（DCS）1800：1710～1785MHZ上行频率1805～1880MHZ下行频率双工间隔为95MHZ，工作带宽为75MHZ，载频同隔为200kHZ.3、EGSM900：880～915MHZ（上行）925～960MHZ（下行）1.6数字移动通信的相关技术1.6.1多址技术多址技术就是基站能从众多的用户信号中区分出是哪一个用户发来的信号，而移动台能从基站发来的众多的信号中识别出哪一个是发给自己的，避免用户间的多址干扰。1、频分多址频分多址技术：是把移动通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道，每个频道就是一个无线信道。频分多址的频道划分2、时分多址时分多址技术（TDMA）：是把一个频道按等时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙，一个时隙就是一个信道。移动交换中心MSCBSMS1MS2MSnF1f1F2Fnf2fn...FDMA系统的工作原理3、码分多址码分多址技术（CDMA）是通过不同的地址码来区分用户的，系统为每个用户分配了各自特定的地址码。帧帧帧基站BST1T2T5T1T1T2T2T5T5时隙T1T1T1移动台MST5T5T2T2T2帧帧帧T1T2T5T1T1T2T2T5T5时隙(a)基站BST1T5T2移动台MS(b)时分多址通信系统的工作示意图1.6.2调制技术1、调制：是为了使信号特性与信道特性相匹配。2、数字调制：是用基带数字信号改变高频载波信号的某一参数来传递数字信号的过程。3、在数字蜂窝系统中，多采用线性调制和恒定包络调制1.6.3分集接收技术分集技术：就是研究如何利用多径信号来改善系统的性能。利用多条具有近似平等的平均信号强度和相互独立衰落特性的信号路径来传输相同的信息，并在接收端对这些信号进行适当的合并以便大大降低多径衰落的影响，从而改善传输的可靠性。1、分集技术（1）空间分集（2）时间分集（3）频率分集码分多址方式示意图2合并技术选择式合并最大比合并等增益合并开关式合并1.6.4语音编码技术波形编码技术参量编码技术混合编码技术1.7移动通信的发展趋势1、移动通信设备正朝着数字化、宽带化、小型化的方向发展2、移动通信网络正朝着综合化、智能化、全球化、个人化的方向发展本章要点：第2章移动通信的组网技术移动通信网的体制及服务区域的划分方法正六边形无线区群的构成条件及无线小区的激励方式移动通信网络的构成及进入市话网的方式2.1移动通信的体制2.1.1大区制1、大区制是指在一个地区内只设置一个基站，由它负责这个地区移动用户的通信联络和控制。2、每个基站都有一个服务区，即无线电波的覆盖范围，服务区的大小是由基站的天线高度和发射功率决定，一般发射机输出功率为200W左右，覆盖半径大约为30～50km。3、由于大区制的基站天线架设较高、发射功率大，移动台接收信号容易，但移动台不能用较大的发射功率，所以移动台在服务区的边缘时，基站的所接收的信号效果不太好，为了解决这个问题，也可以在服务区建立一些分集接收站，为基站提供良好的接收效果。4、大区制的特点：大区制虽然有组网简单、投资少、见效快的优势，但由于一个地区只有一个基站，服务范围有限，服务区内所有信道不能重复使用。一因此大区制通信容量较小，一般只能容纳数百至数千个用户。2.1.2小区制1、小区制是指将整个服务区划分成若干个小区，每个小区分别设置一个基站，由它负责本区移动通信的联络和控制。同时又可在移动业务交换中心（MSC）的统一控制下，实现小区间移动通信的转接及以及移动用户与市话用户的联系。2、每个基站的服务区称为一个无线小区。3、移动台和基站的发射功率减小，同时也减小了相互干扰；服务区内所有频率能重复利用，即同频复用，提高了频率利用率，增大了通信容量，有效地解决有限的频率资源和日益增长的通信用户数的矛盾；组网灵活，小区范围可根据用户数灵活确定，当小区内用户数增加到一定程度，可进行“小区分裂”。接收机接收机接收机接收机基站BSMS1MS2服务区f1f3f4f2大区制移动通信示意图2.2服务区域的划分方法2.2.1带状服务区带状服务区：服务区是一狭长的区域，如，铁路、公路、海岸等，无线小区需采用定向天线，按狭长的区域形成带状网络，相邻小区可进行频率再用。2.2.2面状服务区1、面状服务区：服务区的地形是一宽广的平面2、假设无线小区半径都是r，将这三种圆内接正多边形的邻区中心间距、小区面积、重叠区面积三种参数。比较后发现：正六边形小区的邻区中心间距最大、小区面积最大也最接近理想的圆形、重叠区面积却最小。这意基站BS1MS1f1f2基站BS5MS5f5f65基站BS2f3f4MS2基站BS3f1f2MS3基站BS4f3f4MS41234无线小区小区制移动通信示意图F1F2F1F2带状服务区频率复用味着对于同样面积的服务区域，采用正六边形构成小区所需的小区数最少、基站数最少也最经济、所需信道数最少，频率利用率较高。所以服务区的无线小区采用正六边形结构是最佳选择。小区形状正三角形正方形正六边形邻区中心间距rrr小区面积1.3r22r22.6r2重叠区面积1.2r20.73r20.35r22.3正六边形无线区群的构成2.3.1构成条件1、单位无线区群：若干个彼此相邻的正六边形无线小区组成无线区群。2、若干个无线区群彼此邻接形成整个覆盖区。3、构成条件：（1）无线区群能彼此邻接，且无缝隙、无重叠地覆盖整个服务区。（2）相邻单位无线区群中各使用相同频率的无线小区的中心间距一定相等。4、满足上述条件的单位无线区群内的无线小区个数为：N=a2+ab+b2式中，a、b为≧0的整数，但不能同时为0，N为无线区群中的小区数。5、设r是无线小区的半径(即正六边形外接圆的半径)，Dg是邻接的无线区群中同频无线小区的中心间隔距离，可见无线区群中的小区数N越大，Dg越大；r越大时，Dg也越大。Dg越大同频干扰就越小。例如：N=3，Dg/r=3；N=7，Dg/r=4.6；N=9，Dg/r=5.2，在实际应用中，只要同频干扰在允许范围内，N取值越小，频率复用率就越高。2.3.2激励方式1、中心激励方式：无线小区中的基站如果设在小区的中心位置，采用圆形辐射的全向天线覆盖无线小区，这就是所谓的“中心激励”方式2、顶点激励：如果基站设在每个正六边形小区的三个顶点上，并且每个基站采用三副辐射角是120°的扇形定向天线，分别覆盖三个相邻无线小区的各三分之一区域，每个三分之一区域称作扇区，既一个无线小区分为三个扇区，这就是“顶点激励”方式，由于采用了定向天线，天线发射功率小，对同频区群示意图干扰有一定的抑制作用，且同频复用距离小，频率复用率较高，但是由于每个基站覆盖面积减小，使频率切换次数增加。顶点激励方式也可以用六副辐射角是60°的扇形定向天线。2.3.3小区模式1、无线小区模型2、小区的裂变（1）小区分裂就是一种将拥塞的小区分成更小的小区的方法，分裂后的每个小区都有自己的基站并相应地降低天线高度和减小发射机功率。（2）小区分裂能提高信道的复用次数，从而提高系统容量。常用的方式有1：3分裂方式和1：4分裂方式（3）如果整个服务区的地理环境一致，用户密度分布均匀，则所采用的无线小区大小相同。而实际上在整个服务区内，建筑物分布复杂，用户密度也是不均匀的，例如，在城市中心，用户密度高，话务量大，而城市郊区的用户密度相对较低，所以小区的划分应随外界环境而灵活变化，例如，在用户密度高的市中心，可使无线小区的面积小一些。在用户密度低的城市郊区可使无线小区的面积大一些。2.3.4直放站1、盲区：服务区的地形起伏变化复杂，加之移动通信的阴影效应，这两个原因都会使得服务区存在信号很弱或基站覆盖范围达不到的地方，这些1：3分裂方式和1：4分裂方式用户分布密度不等时的区域划分地方称之为盲区2、为了使信号有效地到达盲区，最大限度地满足用户对于通话服务的要求，通常在适当的地方建立直放站，用来对移动通信基站起延伸距离范围和覆盖重要盲区的作用。直放站是具有小型基站功能的设备，它的成本低、架设简单，所以广泛应用于隧道、偏远的矿区、建筑物内部。2.4移动通信网的组成1、本地网结构2、联网的网络结构2.5移动通信网进入市话网的方式2.5.1用户线接入方式直接把移动用户作为市话局的一个用户。系统常采用单个基地站，利用无线用户集中器通过市话用户线接入市话网。2.5.3市话中继线接入方式一些专业移动通信系统的通信业务主要集中在系统内部，而与市话网的话务量不大，故可通过小交换机接入市话网。2.5.3移动电话汇接中心移动电话汇接中心就是将某个大地区或全国的各移动电话局汇接起来构成一个区域性的或全国性的移动电话汇接中心本章要点：第3章蜂窝移动通信系统及设备蜂窝移动通信系统结构及其相关知识通用分组无线业务接入技术第三代移动通信系统移动台的基本原理及信号流程3.1GSM数字蜂窝移动通信系统3.1.1GSM系统结构GSM系统主要由四个子系统组成：移动台子系统（MS）、基站子系统(BSS)、网络子系统(NSS)和操作支持系统（OSS）。1、移动台MS移动台是GSM移动通信网中用户使用的设备，它是通过无线接口接入GSM系统的，所以移动台是用户能够直接接触的整个GSM系统中的唯一设备,它分为车载型、便携型和手