多媒体网络通信技术徐正全

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1、3S集成与多媒体网络通信技术,多媒体网络通信技术,徐 正 全,多媒体网络通信技术,现代数字通信技术 宽带通信网络 多媒体通信,现 代 数 字 通 信 技 术,概述 数字移动通信 数字光纤通信 数字卫星通信 数据与计算机通信,现代数字通信技术概述,现代数字通信系统是指以数字技术为核心构成的各种现代通信系统，包括：数字光纤通信系统、数字微波通信系统、数字卫星通信系统、数字移动通信系统等。 数字技术的优点： 1）便于存储、（计算机）处理 2）便于交换和传输 3）便于组成多路通信 4）便于组成数字网 5）便于设备小型化、微型化 6）抗干扰性强,现代数字通信技术概述,现代数字通信的主要特点： 综合化：技

2、术综合化，数字传输与数字交换的综合 业务综合化，多种通信业务的综合 宽带化：网络、业务、服务的日益宽带化 智能化：计算机和软件技术的应用使之日益智能化 个人化：在任何地方、任何时间进行个人各种业务 的交流 全球化：全球网络、全球服务,现代数字通信技术概述,交换是电信网络中至关重要的一部分，是完成电信网络任意两点之间的通信的保证。交换从最初的人工交换、步进制交换、纵横交换到后来的程控交换，从电信网络（广域网）中时分、空分交换发展到局域网中的总线、令牌交换。,现代数字通信技术概述,数字交换技术：对数字信号进行交换处理的技术，主要分为：电路交换技术和分组交换技术。 电路交换：将信息表示为由若干时序组

3、成的帧周期，以一定周期重复出现的时序组成信道通路，通过时序的分配和切换实现交换。主要指数字程控交换。 分组交换：将信息分成一些可变长度的信息包（分组），在每个包的前面是包头以指明传送的地址，通过包头的指示将信息包转发至目的地实现交换。主要包括：分组交换、IP交换、ATM交换等,现代数字通信技术概述,数字通信系统模型,信息源,信道,数字解调器,信道解码器,数字调制器,信道编码器,信源编码器,受信者,信源解码器,数字传输系统,噪声源,数字通信系统：完成数字信号产生、变换、传递及接受全过程的系统,数字移动通信,概述 蜂窝模拟移动通信系统 GSM移动通信系统 CDMA移动通信系统 第三代移动通信,数字

4、移动通信概述,移动通信概念 移动通信是指通信的双方，至少有一方在移动中进行信息的交换。这里的信息应包括：数据、语音、文字、图像、视频或多媒体信息。这里的双方应包括人与交通工具之间、人与机器之间或人与人之间,移动通信图,数字移动通信概述,移动通信系统的组成,数字移动通信概述,小区制移动通信 将整个业务区划分为若干小区，在小区中分别设置基站，负责本小区移动通信的联络控制。小区制通信中各基站的频率组配备，一定要使相邻基站间的频率互不相同以免引起干扰。,小区制移动通信示意图,数字移动通信概述,蜂窝无线区移动通信网 通常在陆地公用无线移动通信网，都是由若干正六边邻接小区组成一个无线覆盖区群，再由若干无线

5、区群构成整个服务区。单位无线区群构成应有两个基本条件： 1）若干个单位无线区群正六边形彼此邻接组成蜂窝式服务区 2）邻接单位无线区群中的同频无线小区的中心间距相等,1,2,3,4,5,7,6,1,2,3,4,5,7,6,1,2,3,4,5,7,6,1,2,3,4,5,7,6,数字移动通信概述,移动通信中的切换、交接与漫游 切换、交接：当移动台在运动中，从一个小区向另一个小区运动时，信道要发生转换，这就是移动通信中的切换，或称交接。切换可发生在同一基区的不同小区，也可发生在不同移动小区的不同频率组，也可发生在不同的移动交换区。 漫游：是指移动在某地登记进网后，可在异地同样进行呼叫处理通信。但是，

6、这种漫游的无线信号，其覆盖还是小区制的蜂窝移动通信系统，由移动通信网来实现的。,3,1,2,3,4,5,7,6,3,数字移动通信概述,移动通信分类 1）寻呼系统 2）集群移动通信：在一定范围内使用的专用移动通信系统，通常采用 大区制覆盖的独立系统如公安、交警使用的系统。 3）无绳电话系统：市话网延伸的双工无线通信系统，如小灵通等。 4）陆地蜂窝移动通信系统 5）卫星移动通信系统 6）其他移动通信系统,蜂窝模拟移动通信系统,第一代移动通信（TACS）系统，目前在我国已停止使用，其特点是： 话音采用模拟制式，带宽为3kHz，FM方式调制； 数字公共控制通道，速率为8kb/s，FSK频移键控方式调制

7、； 三频监控音（SAT），单频，分别为5970Hz，6000Hz，6030Hz； 频段900MHz，信道间隔为25MHz。,蜂窝模拟移动通信系统,语音信道,控制信道,TACS制式信道结构 TACS无线信道包含话音信道（VC）(模拟方式)、共控制信道（CC）（数字方式）。每个小区配制1530条VC信道，每个小区内只有一条CC。,蜂窝模拟移动通信系统,模拟移动通信的优缺点 优点： 技术成熟，成本低，价格便宜 缺点： 保密性与抗干扰性差，频谱利用率低，容量小，与数字网难兼容,蜂窝数字移动通信系统,蜂窝数字移动通信（GSM）系统 目前的数字移动通信系统都是蜂窝式的系统，主要有D-NIT、GSM、D-A

8、MPS三种制式。GSM标准制式的蜂窝数字移动制式主要在欧洲开发和使用，1992年开始投入商用，我国也采用了这一制式。,蜂窝数字移动通信系统,G S M 系 统 组 成,HLR：本地用户位置寄存器 VLR：外来用户位置寄存器 OMC：操作维护中心 SC：短信中心 EIR：设备识别寄存器 BSC：基站控制器 BTS：基站收/发信台 AUC：鉴权中心,A,A,C,D,E,F,蜂窝数字移动通信系统,GSM系统的接口 GSM系统的陆地移动通信网（PLMN）接口分为： A接口：MSC与BSS之间的接口 B接口：MSC与VLR之间的接口 C接口：MSC与HRC、HLR之间的接口 D接口：HLR与VLR之间的

9、接口 E接口：MSC之间的接口 F接口：MSC与EIR之间的接口 G接口：VLR之间的接口 U接口：无线接口 MS接口：移动用户与移动网络接口（SIM卡）,蜂窝数字移动通信系统,GSM制式的特点 900/1800MHz频段，基站发：935960M，移动台发：890915M 频带宽度为25MHz（对900M），全双工通信，收发间隔45M 信道数字结构为TDMA时分多址帧结构。每帧即为一个载波，分为8个时序，全速率信道为8个，半速率信道为16个 高斯低通最小相移键控GMSK调制 数字语音标准为规则脉冲激励长线性预测编码RPE-LPT，速率13kb/s 每时序信道速率为22.8kb/s，信道总速率为

10、270kb/s 数据速率为9.6kb/s 信令采用公共控制信令，无线7号信令（No.7）,蜂窝数字移动通信系统,TDMA结构 GSM系统的传输结构为TDMA时分多址结构。其帧结构组成为：一帧为8个时序，每时序为一个载波，每个时序为577us,每帧为4.63ms,信道0：11101001,信道1：00111010,信道2：10100000,信道3：10010111,信道4：00101101,信道5：00110110,信道6：10100100,信道7：01101001,帧、时序、信道的关系,蜂窝数字移动通信系统,分级的帧结构 GSM的帧结构采用分级的帧结构，分别为帧、复帧、超帧、超高帧 复帧： 2

11、6个帧，用于传送业务信道的用户信息、线路控制信道的控制信息 52个帧，用于控制信道 超帧： 1326个帧（26X52） 超高帧：2048个超帧，2715648帧。 对每个帧进行循环编号，循环周期为一个超高帧。,蜂窝数字移动通信系统,GSM系统的信道结构 GSM的无线信道分为物理信道和逻辑信道。 物理信道：一个载频上的TDMA帧中的一个时序称为一个物理信道。每个用户通过一系列频率（跳频）的一个信道接入系统。每个载频有8个物理信道。 逻辑信道：物理信道中传送的信息根据需要定义为不同的逻辑信道用来传送不同性质的各种信息。逻辑信道又划分为业务信道和控制信道。逻辑信道的组成结构如图所示：,逻辑信道,业务

12、信道(TCH),逻辑信道(CCH),广播信道 FCCH/SCH/BCCH,公共控制信道 PCH/RACH/AGCH,专用控制信道 SDCCH/SACCH/FACCH,蜂窝数字移动通信系统,GSM系统的主要设备 GSM系统主要由移动交换中心MSC、基站系统BSS及移动终端设备组成。 移动交换中心MSC：用户控制和管理中心，完成移动通信中的用户信号交换、位置更新和切换、鉴权、加密、设备识别 基站系统BSS ：无线覆盖设备，实现移动用户与移动信息交换之间的信息传递。 移动终端设备：由无线部分、基带信号处理和控制部分、接口部分组成。,CDMA移动通信系统,CDMA移动通信概念 码分多址（CDMA）就是

13、利用不同的地址码型来区分用户的一种移动通信系统。各用户用不相同的、相互正交的地址调制其发送信号，在接受端利用地址标识（相关检测），从传输的信号中选出相应的各自信号。,d1,w1,s1,d2,w2,s2,d3,w3,s3,s,w2,d2,w3,w1,d3,d1,CDMA移动通信系统,CDMA移动通信特点 CDMA是利用码型区分用户，要达到多路多用户，必须由足够多的地址码，这些码必须要有良好的自相关和互相关特性，这是码分的基础 接受端必须有本地地址码，且结构与发端一致，并与发端同步才能在收端对全部信号进行相关检测并取出所需信号 在一个小区可使用同一频率，各用户可同时发送和接收信号，这是其他移动系统

14、无法做到的。各用户在频率上复用，还可克服同频干扰 CDMA各个用户在同一频带占用相同带宽，要使各用户之间干扰降低到最低，码分系统必须与扩频技术相结合,CDMA移动通信系统,CDMA 扩 频 通 信 扩频通信是指系统占用的频率带宽远大于要传输的原始信号的带宽，且与原始带宽无关。 扩频通信的优点主要体现在：提高接受信噪比，增强抗干扰能力；增加信道容量，提高传输质量；降低接受终端功率；频率复用，频率规划简单。 扩频通信系统主要类型有：直接序列（DS）扩频系统、跳频（FH）扩频系统、跳时（TH）扩频系统、脉冲线性调频系统。 码分多址（CDMA）与直接序列扩频技术相结合，就构成了码分多址直接扩频通信系统

15、,CDMA移动通信系统,CDMA通信中地址码和扩频码 在CDMA通信中，地址码和扩频码设计是关键技术，其直接关系到系统的多址能力，抗干扰能力和抗截获能力。还关系到信息的隐蔽和保密，收端同步接受能力。对地址码和扩频码的要求为： 生成的地址码要足够多 有尖锐的自相关特性 有处处为零的互相关特性 不同码元素平衡相等 有尽可能大的复杂度 通常采用沃尔什码作为地址码，用m序列伪随机码做扩频码,CDMA移动通信系统,CDMA系统主要技术 1）语音激活技术 2）扇区划分技术 3）软切换技术 4）功率控制技术 5）分集技术 6）同步及跟踪技术,CDMA移动通信系统,N-CDMA（IS-95）系统 IS-95窄

16、带码分多址蜂窝移动通信标准是由美国电信工业协会（TIA）制定的标准，目前世界各国都采用这一标准，我国联通也使用该系统 IS-95又称双模式系统，即它既能以现行的频分多址（FDMA）方式工作，也能以码分扩频方式工作。其优点在于： 1）两种制式可以在频率上兼容； 2）在建立码分多址过程中，已有FDMA系统可以照常工作，有利过渡,CDMA移动通信系统,CDMA标准的发展 CDMA技术的标准化经历了几个阶段。IS-95是CDMA系列标准中最先发布的标准，真正在全球得到广泛应用的第一个CDMA标准是IS-95A，这一标准支持8K编码话音服务。其后又分别出版了13K话音编码器的TSB74标准，支持1.9GHz的CDMA PCS系统的STD-008标准，其中13K编码话音服务质量已非常接近有线电话的话音质量。随后，IS-95B可提供对64kbps数据业务的支持。其后，cdma2000成为窄带CDMA系统向第三代系统过渡的标准。cdma