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1、4.1 移动通信概述 4.2 无线传播环境及其特性 4.3 无线传输技术 4.4 GSM系统 4.5 IS-95 CDMA系统 第4章 移动通信技术 参考书目： 移动通信原理与应用 啜钢 王文博 常永宇编著 北京邮电大学出版社 现代移动通信系统 祁玉生、邵世祥编著 人民邮电出版社 参考书目： 4.1.1 移动通信的发展历程 4.1.2 移动通信系统的分类与基本构成 4.1.3 移动通信的特点 4.1 移动通信概述 l马可尼（18741937）意大利人 1894年 在父亲的庄园试验 1896年 去伦敦 1897年 建立无线电报公司 1899年 首次实现英法无线通信 1916年 实现短波无线电通信
2、 1929年 建立世界性无线通信网 l曾获诺贝尔奖金 无线电的发明者马可尼 4.1.1 移动通信的发展历程 1. 第一代模拟移动通信系统 是以FDMA技术为基础的模拟移动通信系统 ，如AMPS、TACS、NMT等 缺点： 频谱利用率低、容量有限 制式太多，互不兼容 不能传送数据信息 容易窃听 4.1.1 无线通信的发展历程 1. 第一代模拟移动通信系统 2. 第二代数字移动通信系统 以数字传输、时分多址、码分多址为主体 技术，如GSM、D-AMPS、PDC、CDMA等 4.1.1 无线通信的发展历程 1. 第一代模拟移动通信系统 2. 第二代数字移动通信系统 3. 第三代移动通信系统 真正实现
3、“任何人在任何地点、任何时间可以同任 何对方进行任何形式的通信”的这样一个目标 第三代移动通信的无线传输技术方案 序号提交技术双工方式应用环境多址技术提交者 1J:WCDMAFDD、TDD所有环境CDMA日本：ARTB 2ETSI-UTRA-UMTSFDD、TDD所有环境CDMA欧洲：ETSI 3WIMS WCDMAFDD所有环境CDMA美国：TIA 4WCDMA/NAFDD所有环境CDMA美国：T1P1 5Global CDMA FDD所有环境CDMA韩国：TTA 6TD-SCDMATDD所有环境CDMA中国：CATI 7CDMA2000FDD、TDD所有环境CDMA美国：TIA 8Glob
4、al CDMA FDD所有环境CDMA韩国：TTA 9UWC-136FDD所有环境CDMA美国：TIA 10EP-DECTTDD所有环境CDMA欧洲：ETSI IMT-2000标准 4.1.2 移动通信系统的分类与基本构成 1. 移动通信系统分类 （1）蜂窝公用陆地移动通信系统 是基于“蜂窝”的概念建立的移动通信系统 如：GSM系统、IS-95 CDMA系统、第三代移动通信系统 公众蜂窝移动通信系统组成示意图 BS MS BS MS BS MS BS MS MSC1 MSC2 P S T N 移动通信网公用通信网 Internet PSTN: 公用电话网 MSC：移动交换中心 BS：基站 MS
5、：移动终端 是具有单呼、组呼、全呼、紧急告警/呼叫、多级优先及 私密电话等适合调度业务专用的功能。 如TETRA系统、IDEN系统等。 4.1.2 移动通信系统的分类与基本构成 1. 移动通信系统分类 （1）蜂窝公用陆地移动通信系统 （2）集群调度移动通信系统 集群调度移动通信系统 PABX电话接口 中央 控制器 基 地 台 总调 度台 控制中心 用户交换机 4.1.2 移动通信系统的分类与基本构成 1. 移动通信系统分类 （1）蜂窝公用陆地移动通信系统 （2）集群调度移动通信系统 （3）无绳电话系统 座 机 市话局 用户线 最初的无绳电话系统应用于家庭 CT2基站 第二代无绳电话系统 手持机
6、 市话程控交换机 市话网 是一种单向通信系统，随着手机的进一步发展，寻 呼事业基本完结 4.1.2 移动通信系统的分类与基本构成 1. 移动通信系统分类 （1）蜂窝公用陆地移动通信系统 （2）集群调度移动通信系统 （3）无绳电话系统 （4）无线寻呼系统 无线寻呼系统组成示意图 寻呼控制中心 P S T N BS BS BS BP机 BP机 BP机 4.1.2 移动通信系统的分类与基本构成 1. 移动通信系统分类 （1）蜂窝公用陆地移动通信系统 （2）集群调度移动通信系统 （3）无绳电话系统 （4）无线寻呼系统 （5）卫星移动通信系统 4.1.2 移动通信系统的分类与基本构成 1. 移动通信系统
7、分类 （1）蜂窝公用陆地移动通信系统 （2）集群调度移动通信系统 （3）无绳电话系统 （4）无线寻呼系统 （5）卫星移动通信系统 （6）短波、超短波通信 短波电离层通信 n特点：超远距离、灵活机 动；容量小、质量差 n用途： 海外使馆 远洋船队 边防哨所 应急通信 短波/超短波地面通信 n特点：绕射能力、灵活 机动、隐蔽性好；容量 较小、质量较差 n用途： 陆军电台 对空电台 特种通信(武警、公安 ) 无绳电话 4.1.2 移动通信系统的分类与基本构成 1. 移动通信系统分类 （1）蜂窝公用陆地移动通信系统 （2）集群调度移动通信系统 （3）无绳电话系统 （4）无线寻呼系统 （5）卫星移动通信
8、系统 （6）短波、超短波通信 （7）微波通信 微波接力 n特点：容量大、质量好、 视距传播条件 n用途： 中小容量微波 SDH大容量微波 扩频微波 高频段微波 点对多点微波 n用途：无线集中器 无线用户环 散射微波通信 n衰落时变信道，距离远， 频带较窄，质量较差 n用途 军用 民用 网络 基地站 图10.27 移动通信系统的组成 移动台 4.1.2 移动通信系统的分类与基本构成 1. 移动通信系统分类 2. 移动通信系统的基本组成 1. 无线电传播复杂 4.1.3 移动通信的特点 1. 无线电传播复杂 2. 无线频谱范围有限 4.1.3 移动通信的特点 无线电微波红外线 可见光紫外线 X射线
9、 射线 双绞线 同轴电缆 卫星 地面微波 调幅 无线电 调频 无线电 海事 无线电 光纤 电视 (Hz)f (Hz)f LFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF 波段 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移动 无线电 电信领域使用的电磁波的频谱 1. 无线电传播复杂 2. 无线频谱范围有限 3. 用户和网络管理复杂 4.1.3 移动通信的特点 4.2 无线传播环境及其特性 4.2.1 电波
10、的自由空间传播 4.2.2 电波传播的几何模型 4.2.3 电波的多径传播和衰落 4.2.1 电波的自由空间传播 1. 自由空间 是指在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播， 电波不发生反射、折射、绕射、散射和吸收现象，只存 在由电磁波能量扩散而引起的传播损耗 实质是因电波扩散损失的能量，其基本特点是接收 电平与距离的平方以及频率的平方均成反比。 4.2.1 电波的自由空间传播 1. 自由空间 2. 自由空间损耗 T R d T：发射天线，无方向性天线 R：接收天线，无方向性天线 D：T、R之间距离 Pt：发送端的发送功率 图10.1 自由空间传播 在接收天线的位置上，每单位面积上的功率为：
11、接收天线的有效面积： 接收到的功率： T R d T：发射天线，无方向性天线 R：接收天线，无方向性天线 D：T、R之间距离 Pt：发送端的发送功率 图10.1 自由空间传播 接收到的功率： 路径损耗： 4.2.2 电波传播的几何模型 1. 大气折射与等效地球半径 （1）大气折射对电波传输的影响通常可用地球等效半径来表征 （2）k=re/ro k称为地球等效半径系数，r0=6370km为地球实际半径 re为地球等效半径。 （3）在标准大气折射情况下， 地球等效半径系数k=4/3 4.2.2 电波传播的几何模型 1. 大气折射与等效地球半径 2. 电波的反射 d r1 r2 h1 h2 T R
12、图10.2 电波的反射 直射波的行程： 反射波的行程： 行程差： A 直射波的行程： 反射波的行程： 行程差： 假设dh1,h2 则有 所以 设地面反射波的反射系数为，行程差引起的相位差为： 接收到的合成电场的强度为： 因为r1r2d，所以： 总的损耗为： 假设行程差远远小于波长，进一步化简上式，得： 0时： 1时： 自由空间模型 平面大地模型 L(dB)=120+40lgd(km)-20lgh1(m)-20lgh2(m) 4.2.2 电波传播的几何模型 1. 大气折射与等效地球半径 2. 电波的反射 3. 刃型遮挡的影响 TR hc H0=0.577F1 hc：余隙，障碍物顶点至TR连线的垂
13、直距离 h0：自由空间余隙 图10.3 电波传播的刃型阻挡 TR 图10.5 电波传播的菲涅尔区 d d2 d1 P Q Fn 第n菲涅尔区： 满足（TQ+QR)-TR n/2（n为整数）的所有Q点 的集合 第n费涅尔区半径Fn： 第n菲涅尔区边界上 的某个点P到TR连线的距离 当P处于椭圆的正中位置时，Fn达到最大值Fmax，叫做第n菲涅尔区的最大半径 菲涅尔椭球体 图10.4 路径余隙造成的阻挡效应 4.2.2 电波传播的几何模型 1. 大气折射与等效地球半径 2. 电波的反射 3. 刃型遮挡的影响 4. 电波传播的路径损耗预测 （1）Okumura-Hata模型 系统工作频率，单 位：M
14、Hz 基站天线高度， 单位：m 移动台天线高度， 单位：m 移动天线 修正因子 4.2.2 电波传播的几何模型 1. 大气折射与等效地球半径 2. 电波的反射 3. 刃型遮挡的影响 4. 电波传播的路径损耗预测 （1）Okumura-Hata模型 （2）COST-231 Hata模型 4.2.3 电波的多径传播与衰落 1. 衰落的基本概念 （1）什么是衰落？ 在无线通信的传输过程中，由于大气及地面的影响 而发生传播损耗及传播延时随时间、空间、频率变化的现 象叫做衰落 慢衰落 快衰落 空间选择性衰落 时间选择性衰落 频率选择性衰落 4.2.3 电波的多径传播与衰落 1. 衰落的基本概念 （1）什
15、么是衰落？ （2）衰落的分类 接收电平降低 接收波形畸变 传播延时变化 4.2.3 电波的多径传播与衰落 1. 衰落的基本概念 （1）什么是衰落？ （2）衰落的分类 （3）衰落会造成什么影响？ 4.2.3 电波的多径传播与衰落 1. 衰落的基本概念 （1）什么是衰落？ （2）衰落的分类 （3）衰落会造成什么影响？ （4）如何对抗衰落？ 减少通信距离；增加发送功率；调整天线高度；选择合 适路由 在移动通信中采用微蜂窝、直放站 采用分集技术、均衡技术、瑞克技术、纠错技术等 4.2.3 电波的多径传播与衰落 （1）引起长期慢衰落的原因 由传播路径上的固定障碍物的阴影引起的，也称为阴影衰落 1. 衰落
16、的基本概念 2. 电波传播的长期慢衰落 4.2.3 电波的多径传播与衰落 （2）长期慢衰落的特点 衰落变化率缓慢 衰落速率与频率无关 反映接收信号的长期变化 衰落深度服从正态分布 2. 电波传播的长期慢衰落 距离因素造成的 电波损耗 满足正态分布的 随机变量 4.2.3 电波的多径传播与衰落 1. 衰落的基本概念 2. 电波传播的长期慢衰落 3. 电波传播的短期快衰落 （1）引起短期快衰落的原因 无线电波的多径传播 4.2.3 电波的多径传播与衰落 3. 电波传播的短期快衰落 （1）引起短期快衰落的原因 （2）短期快衰落的特点 衰落变化率快 反映接收信号的短期变化 衰落深度服从瑞利分布或莱斯分布 空间选择性衰落 多径信号到达天线阵列的到达角度的展宽称为角 度扩展，角度展宽产
