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1、1,技术原理篇系列教材之 移动通信基本原理,中国电信无线维护岗位认证培训教材,2,通信技术的发展日新月异，移动业务渗入了人们生活的方方面面，给人们生活带来了极大便利。CDMA是移动通信领域中发展最快的数字无线技术之一，它提供的各类业务在信号质量、安全性、功耗和可靠性等方面都表现出很强的技术优势。随着全球第三代移动通信系统的开通运营，移动通信新时代正在来临并蓬勃发展，本课程介绍移动通信基本原理。,前 言,3,学习完此课程，您将会：移动通信的组成、特点、分类及工作方式移动通信信道的电波传输CDMA技术标准的发展、CDMA2000的发展趋势等第三代移动通信的新技术、业务及其特征,等,目 标,4,内容
2、介绍,第1章 无线电波传播基本理论第2章 移动通信的发展简史第3章 CDMA的特点及基本原理第4章 CDMA频段的划分第5章 CDMA网络基本架构第6章 编号计划第7章 常用名称解释,5,无线信号的传输的简单模型,信源（发射机）信道信宿（接收机）空中接口的信道是开放的，很容易引入干扰。,6,无线电波的传播速率、频率,无线电波是电磁波，在真空中的传播速度是每秒30万千米。无线电波的波长 波长无线电波的速率/无线电波的频率。 800M电波的波长：约37.5CM 1900M电波的波长：约15.8CM,7,传播特性直接关系到通信设备的能力、天线高度的确定、通信距离的计算、以及为实现优质可靠的通信所必须
3、采用的技术措施等一系列系统设计问题。移动通信系统的无线信道环境比固定无线通信的信道环境更复杂，必须根据移动通信的特点按照不同的传播环境和地理特征进行分析和仿真。,无线传播概述,8,表面波传播电波是紧靠着地面传播的，地面的性质，地貌，地物等的情况都会影响电波的传播。一方面使电波发生变化和引起电波的吸收。另一方面由于地球表面是球型，使沿它传播的电波发生绕射。外层空间传播电磁波由地面发出，经低空大气层和电离层而到达外层空间的传播，如卫星传播、宇宙探测等均属于这种远距离传播。宇宙空间近似于真空状态，传输特性比较稳定。,电波的各种传播方式,9,天波传播籍此电离层的反射作用，电波在地面与电离层之间来回反射
4、传播至较远的地方。我们把经过电离层反射到地面的电波叫作天波。散射传播当天线辐射出去的电波，投射到那些不均匀体的时候，类似于光的散射和反射现象，电波发生散射或反射，一部分能量传播到接收点，这种传播称为散射传播。,电波的各种传播方式,10,移动通信电波的三种基本传播方式,在移动通信中，影响传播的三种最基本的机制为反射、绕射和散射。（接收功率或它的反面，路径损耗）是基于反射、散射和绕射的大尺度传播模型预测的最重要的参数。这三种传播机制也描述了小尺度衰弱和多径传播。,11,移动通信电波的三种基本传播方式反射,当电磁波遇到比波长大得多的物体时发生反射，反射发生于地球表面、建筑物和墙壁表面。反射波和传输波
5、的电场强度取决于费涅尔Fresnel）反射系数G。反射系数为材料的函数，并与极性、入射角和频率有关。,12,移动通信电波的三种基本传播方式绕射,当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射。由阻挡表面产生的二次波散布于空间，甚至于阻挡体的背面。当接收机和发射机之间不存在视距路径，围绕阻挡体也产生波弯曲。在高频波段，绕射与反射一样，依赖于物体的形状，以及绕射点入射波振幅、相位和极化的情况。,13,移动通信电波的三种基本传播方式散射,当电磁波穿行的介质中存在小于或等于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，发生散射。散射波产生于粗糙表面、小物体或其它不规则物体。在实际通信系统中
6、，树叶、街道标志和灯柱都会引发散射。,14,电磁波直接从发射天线传播到接收天线，另外还可以经地面反射及其他物体的散射而到达接收天线。所以接收天线处的场强是直接波和反射波、散射波的合成场强，直接波不受地面影响，地面反射波要经过地面的反射，因此要受到反射点地质地形的影响。空间波在大气的底层传播，传播的距离受到地球曲率和低空大气层的影响。收，发天线之间的最大距离被限制在视线范围内，要扩大通信距离，就必须增加天线高度。一般地说，视线距离可以达到50km左右。,移动通信电波的三种基本传播方式,15,覆盖区大小与天线的高度和增益成比例。在蜂窝系统中，基站天线高度从20m100m不等，其具体取值由环境确定，
7、例如城市中天线高度约为30m，郊区高度取50m，乡村取80m。天线增益的取值同样依赖于环境,空间波传播环境,16,长波传播（波长1000米以上）以表面波或天波的形式传播。对其他接受台干扰很强烈；天电干扰对长波的接收的影响严重，特别是雷雨较多的夏季中波传播（波长100-1000米）以表面波或天波的形式传播波长在2000200米的中短波主要用于广播短波传播（波长10-100米）靠表面波和天波传播。,各个波段的传播特点,17,超短波和微波（波长为10米以下）的频率很高，表面波衰减很大；电波穿入电离层很深，甚至不能反射回来，所以超短波、微波一般不用表面波、天波的传播方式，而只能用空间波、散射波和穿透外
8、层空间的传播方式。超短波和微波的频带很宽。超短波广泛应用于电视，调频广播，雷达等方面。利用微波可同时传送几千路电话或几套电视节目。超短波和微波的传播特点基本上相同，主要是在低空大气层做视距传播。因此，为了增大通信距离，一般把天线架高。,各个波段的传播特点,18,传送的功率指的是发射机所发射的能量。拥有较高的传输功率将有助于压制它的频带内其他的干扰信号，但是拥有较高传输功率的设备也将可能耗电较多，同时对别的信号的干扰也加强。灵敏性指的是在信道中可以被接收机接受的最弱信号的测量。数值愈低的那台接收机的设备就愈好。但是这要求所有的制造商和标准都用相同的参考值（如包丢失率）来定义灵敏度。信道是对无线通
9、信中发送端和接收端之间的通路的一种形象比喻，信道有一定的带宽。,传播性能的指标,19,易衰弱。移动信道中信号的强度与距离的高次幂成反比。而在有线信道中，信号的强度与距离成反比干扰强。自然环境中的干扰，工业干扰、系统内干扰。不稳定。陆地移动系统中，移动台处于城市建筑群之中或处于地形复杂的区域，其天线将接收从多条路径传来的信号，再加移动台本身的运动，使得移动台和基站之间的无线信道多变且难以控制。衰落是经常发生的，衰落深度可达30dB。无线信道包括了电波的多径传播，时延扩展，衰落特性以及多普勒效应,移动信道的复杂性（特点）,20,阴影效应,由于高频的无线电波以直射波为主，高大建筑和山峰会成为无线电波
10、的阻碍，这就象阳光被高大建筑的阻挡，会产生阴影一样。在高大建筑背后，接收信号的强度大幅度下降，这种效应称为阴影衰弱效应。阴影衰弱是慢衰弱的一种，也就是接收信号的强度主要随空间变化而变化随时间变化不大。阴影衰弱服从对数正态分布。,21,由于电波通过各个路径的距离不同，因而各个路径来的反射波到达时间不同，相位也就不同。不同相位的多个信号在接收端迭加，有时迭加而加强（方向相同），有时迭加而减弱（方向相反）。这样，接收信号的幅度将急剧变化，即产生了快衰落。多径衰弱，可以从时间和空间两个方面来描述和测试。多径衰弱是产生小尺寸衰弱的重要原因。,多径衰落1,22,多径衰落2,多径传播使接收端的信号近似于一种
11、叫做Rayleigh瑞利分布的数学分布，故多径快衰落又称为 Rayleigh瑞利衰落。在城市环境中，一辆快速行驶车辆上的移动台的接收信号在一秒钟之内的显著衰落可达数十次。,23,接收信号除瞬时值出现快衰落之外，场强平均值也会出现缓慢变化。这种由阴影效应和气象原因引起的信号变化称为慢衰落。慢衰落接收信号近似服从一种叫做对数正态分布的数学分布，变化幅度取决于障碍物状况、工作频率、障碍物和移动台移动速度等。快衰落和慢衰落是由相互独立的原因产生，随着移动台的移动，这二者构成移动通信接收信号不稳定的因素。,慢衰落,24,由于电波通过各个路径的距离不同，因而各个路径来的反射波到达时间不同，也就是各信号的时
12、延不同。当发送端发送一个极窄的脉冲信号时，移动台接收的信号由许多不同时延的脉冲组成，我们称为时延扩展。,时延扩展,25,在移动通信中，当移动台移向基站时，频率变高，远离基站时，频率变低，所以我们在移动通信中要充分考虑“多普勒效应”,这也加大了移动通信的复杂性。最大多普勒频移fm与载波频率fc及接收机最大移动速度vm相关：fm= fc vm/C 其中c为无线电波传播速度。发射机的载波频率为910MHz，,多普勒频移1,26,多普勒频移2,以步行速度1.33m/s移动由此引起的最大多普勒频移为4Hz；以60英里/小时的速度移动，则多普勒频移将增加到120Hz左右。,27,菲涅耳区,菲涅耳区一个直接
13、环绕在可见视距传播路径周围的椭球区域，其半径会因信号传播路径长度和信号频率的不同而有所变化。当发射机和接收机处于视距时，可以建立直达的传播路径。如果路径中有凸出障碍物进入了菲涅耳区，尽管其高度不足以阻挡信号的传播，但无线电波的衍射仍会使部分信号偏转，致使其到达接收机的时间略晚于直达信号。由于这些绕射的信号与直达信号有相位差，叠加的时候就会削弱直达信号，干扰了直达信号。总而言之，尽管发射机能够看到接收机，但这并不意味着发射机就能够建立到接收机良好的信号传输路径。,28,（1）理论分析，即用电磁场理论或统计理论分析电波在移动环境个中的传播特性，并用各种数学模型来描述移动信道。往往要提出一些假设条件
14、使信道数学模型简化，所以数学模型对信道的描述都是近似的。（2）现场电波传播实测，即在不同的传播环境中，做电波传播实测试验。测试参数包括接收信号幅度、延时以及其它反映信道特征的参数。对实测数据进行统计分析，可以得出一些有用的结果。（3）移动信道的计算机模拟，计算机具有很强的计算能力，能灵活快速地模拟各种移动环境。,相辅相成，可用于研究进程的不同阶段,移动信道研究的基本方法,29,内容介绍,第1章 无线电波传播基本理论第2章 移动通信的发展简史第3章 CDMA的特点及基本原理第4章 CDMA频段的划分第5章 CDMA网络基本架构第6章 编号计划,30,移动通信技术的发展历程,3G多媒体数据通信（C
15、DMA-DS/MC/TDD、TDMA）,31,移动通信技术的发展历程,第一代移动通信系统采用频分多址（FDMA），模拟系统代表系统：美国的AMPS、欧洲的TACS主要缺点频谱利用率低采用FDMA所致业务种类有限采用模拟方式所致无数据业务采用模拟方式所致保密性差采用模拟方式所致设备成本高、体积、重量大采用模拟方式所致,32,移动通信技术的发展历程,第二代移动通信系统（2G）采用时分多址（TDMA）或窄带码分多址（CDMA），数字系统代表系统：美国的IS95A（CDMA）、欧洲的GSM（TDMA）、日本的JDC对第一代移动通信系统缺点的改善频谱利用率提高提高了2倍（GSM）或10倍（CDMA）业务
16、种类增加提供了较丰富的电信业务窄带数据业务提供了低速数据业务（最大64Kbit/s）保密性较好具有良好的保密性能减小了设备成本设备（尤其是终端设备）成本大大降低 体积、重量也大大减少,33,移动通信技术的发展历程,第三代移动通信系统（3G）：IMT2000采用宽带码分多址（CDMA），实现移动宽带多媒体通信IMT2000：2000年，在2000M频段实现2000K的数据通信3G对数据通信速率的要求室内环境至少2Mbps室内外步行环境至少384kbps室外车辆运动中至少144kbps卫星移动环境至少9.6kbpsIMT2000推荐的3种制式：WCDMA（欧洲）、CDMA2000（美国）、TDSCDMA（中国）TDSCDMA：中国的第一个国际通信标准,
