移动通信原理及应用

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1、移动通信原理与应用移动通信原理与应用关于本课程 第一章 概述 11 移动通信的基本概念12 发展和比较 13 工作频段 14 移动通信的分类 15 移动通信网的发展趋势16 移动通信的应用系统 第二章 蜂窝移动通信系统 21 蜂窝小区的概念和特点22 信道切换策略 23 干扰和信道容量 24 电信业务流量与服务等级 第三章 无线一定通信信道 31 概述32 自由空间的无线电传播 33 阴影衰落传播的基本特性 34 多径衰落的基本特性 35 电波传播损耗预测模型 第四章 移动通信的调制技术 41 调制的基本概念42 数字调制技术 43 扩频调制技术第五章 抗衰落技术 51 概述52 分集技术 5

2、3 隐分集技术 54 自适应均衡技术及其应用 55 信道编码 第六章 语音编码技术 61 概述62 语音波形编码 63 参量编码 64 激励线性预测和矢量编码 第七章 移动通信中的多址接入技术 71 概述72 FDMA 方式 73 TDMA 方式 74 CDMA 方式 75 SDMA 方式 76 系统容量 第八章 移动通信网 81 概述 82 移动通信网和固定通信网 83 移动通信网的构成 84 信令系统 第九章 GSM 通信系统 91 GSM 系统的业务及其特征 92 GSM 系统的结构 93 GSM 系统的信道 94 GSM 系统的无线数字传输 95 GSM 系统的信令协议 96 接续和移

3、动性管理 97 通用分组无线业务 第十章 IS-95CDMA 移动通信系统和 CDMA1X 介绍 101 概述 102 IS-95 CDMA 与蜂窝结构的关系 103 无线链路 104 IS-95 CDMA 系统的同步与定时 105 CDMA 系统的功率控制 106 CDMA 的软切换技术及其漫游 107 系统接口和信令协议 108 CDMA1X 简介 第十一章 第三代移动通信及其标准 111 概述112 第三代移动通信业务及其特征 113 第三代移动通信标准的融合 114 IMT-2000 标准介绍 第一章第一章 概述概述11 移动通信的基本概念 12 发展和比较 13 工作频段 14 4

4、移动通信的分类15 5 移动通信网的发展趋势 16 移动通信的应用系统11 移动通信的基本概念1.11.1 移动通信的基本概念移动通信的基本概念通信双方至少有一方处于移动的概念信息交换移动通信系统包括：无绳电话、无线寻呼、陆地蜂窝移动通信、卫星通信等。 移动通信的特点移动通信的特点1 1、电波传播复杂，条件恶劣、电波传播复杂，条件恶劣 移动通信至少有一段采用无线通信（可先采用有线信道基站移动台）。无线通信电波传播为固定点对点。eg：微波、短波等。移动通信电波传播为点对任意移动的目标。汽车在行进途中接收到的电波为各个波的合成矢量，各个波的相位和幅度均不同， 所以合成强度不同。造成电平起伏不定。电

5、波传播电波传播衰落（严重衰落（严重 30dB）2、具有多普勒效应、具有多普勒效应当运动物体达到一定速度时，固定点收到的载波频率将随运动速度的不同产生不同的频 移。：接收信号载波的波长：电波到达时的入射角3、强干扰情况下工作、强干扰情况下工作 外界：认为噪声（电磁干扰：汽车点火噪声）内部：系统内部的干扰1、 互调干扰由系统内部的非线性元件造成，例如功放。（以后章节介绍）2、 邻道干扰由于信道间隔有限，大量相邻信道之间造成干扰。（以后章节介绍）3、同频干扰相同频率产生的干扰。 由于频率资源有限，用户数量增加很快，实际应用中需要频率复用，会产生同频干扰。频率利用率和同频干扰是一对矛盾，要求在尽可能频

6、率利用率高的情况下，同频干扰小。4、移动台要求高、移动台要求高体积小，适应各种外界环境。5、通道容量有限、通道容量有限频率资源有限，用户数急剧增加，需要合理规划和分配。6、通信系统复杂、通信系统复杂位置登记、越区切换、漫游访问等跟踪交换技术移动通信的组网理论移动通信的组网理论大区制、小区制。大区制：大区制：采用大功率发射机，覆盖半径大。适用于用户少地区。 小区制：小区制：采用物理间隔隔开的办法来提供频率利用率。以管理和设备的复杂为代价换来高的频率利用率。现在普遍采用小区制。以管理和设备的复杂为代价换来高的频率利用率。现在普遍采用小区制。（因为频率是不可 再生的）eg：小区：北京 1 公里左右。

7、小区越小，频率利用率越高。 基本的小区类型：基本的小区类型：超小区（r20Km，适用于农村）宏小区（r=1-20Km，适用于高速公路和人口稠密区域）微小区（r=0.1-1Km，适用于城市繁华区域）微微小区（r普通固定电话数。（内蒙用外省拆下的设备装模拟网，用于本地通）最主要的问题是其容量已不能满足日益增长的移动用户需求。模拟网极限容量：1024 万。模拟网市话网的延伸及扩展。 （市话汇接专线移动汇接）二、数字蜂窝系统发展状况二、数字蜂窝系统发展状况 GSM 数字移动通信系统史源于欧洲。早在 1982 年，欧洲已有几大模拟蜂窝移动系统 在运营，例如北欧多国的 NMT（北欧移动电话）和英国的 TA

8、CS（全接入通信系统）， 西欧其它各国也提供移动业务。当时这些系统是国内系统，不可能在国外使用。为了方 便全欧洲统一使用移动电话，需要一种公共的系统，1982 年北欧国家向 CEPT（欧洲邮电 行政大）提交了一份建议书，要求制定 900MHz 频段的公共欧洲电信业务规范。在这次 大会上就成立了一个在欧洲电信标准学会（ETSI）技术委员会下的“移动特别小组 Group SpecialMobile）简称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。 1986 年在巴黎，该小组对欧洲各国及各公司经大量研究和实验后所提出的 8 个建议系 统进行了现场实验。 1987 年 5 月 GSM 成员国就数字系统采用窄

9、带时分多址 TDMA、规则脉冲激励线性预 测 RPE 一 LTP 话音编码和高斯滤波最小移频键控 GMSK 调制方式达成一致意见。同年， 欧洲 17 个国家的运营者和管理者签署了谅解备忘录（MoU），相互达成履行规范的协议。 与此同时还成立了 MoU 组织，致力于 GSM 标准的发展。 1990 年完成了 GSM900 的规范，共产生大约 130 项的全面建议书，不同建议书经分组 而成为一套 12 系列。 1991 年在欧洲开通了第一个系统，同时 MoU 组织为该系统设计和注册了市场商标， 将 GSM 更名为“全球移动通信系统”（Globa1 system for Mobile communi

10、cations）。从 此移动通信跨入了第二代数字移动通信系统。同年，移动特别小组还完成了制定 1800MHz 频段的公共欧洲电信业务的规范，名为 DCSI800 系统。该系统与 GSM900 具有同样的基本功能特性，因而该规范只占 GSM 建议的很小一部分，仅将 GSM900 和 DCSI800 之间的差别加以描述，绝大部分二者是通用的，二系统均可通称为 GSM 系统。 1992 年大多数欧洲 GSM 运营者开始商用业务。到 1994 年 5 月已有 50 个 GSM 网在世 界上运营，10 月总客户数已超过 400 万，国际漫游客户每月呼叫次数超过 500 万，客户 平均增长超过 50。 1

11、993 年欧洲第一个 DCSI800 系统投入运营。到 1994 年已有 6 个运营者采用了该系统。13 工作频段 一、工作频段的分配一、工作频段的分配 150MHz 左右450MHz 左右900MHz 左右 （1800MHz 左右 现在双频手机）Bp 机集群通信等其他 移动电话主要工作范围主要工作范围：VHFUHF 移动通信使用范围1 、此频段适合于移动通信：电波不能传得太远，VHFUHF 为视距传播、且有一定的绕射 能力（市区建筑物遮挡）。1、 天线尺寸：天线的几何尺寸与工作波长 要相近。/4 天线：900MHz 为8cm（C/f）2、 抗干扰问题：f 提高外界干扰下降1 1、 工作频段工

12、作频段 GSM900GSM900 GSM1800GSM1800 上行上行 MS-BSMS-BS 890890915915 1710171017851785 下行下行 BS-MSBS-MS 935935960960 1805180518801880 频带带宽频带带宽 25MHz25MHz 75MHz75MHz 相邻频道间隔相邻频道间隔 200KHz200KHz 200KHz200KHz 全双工载频间隔全双工载频间隔 45MHz45MHz 95MHz95MHz 调制方式调制方式 GMSKGMSK GMSKGMSK *900M 和 1800M 关系就象为缓解城市交通拥塞而设的高架桥一样，在业务密集区

13、域插入 1800M 网，来缓解矛盾。1800M 的灵敏度要高于 900M，手机会优先选择 1800M 网。制式问题：制式问题： 美国 AMPS英国 TACS-我国邮电采用AMPS 制式与 TACS 制式区别项目AMPSTACS 工作频段（MHz）MSBSBSMS825845870890890915935960 频道间隔（KHz）3025 话音频道调制峰值频偏 （KHz）129.5控制频道调制峰值频偏 （KHz）86.4控制信号传输速率（kbit/s）10 8 模拟移动通信系统实际上是数模混合的。话音：角度调制 话音信道信令：数字 FSK 控制信道现在美国依然大量采用模拟移动通信系统，所以选购设

14、备时要注意制式.2 2、频道间隔、频道间隔 相邻两频道间隔为 200kHz，每个频道采用时分多址接入（TDMA）方式，分为 8 个时 隙，即 8 个信道（全速率）。 每信道占用带宽 200kHz8=25kHz，同模拟网 TACS 制式每个信道占用的频率带宽。 将来 GSM 采用半速率话音编码后，每个频道可容纳 16 个半速率信道。 3 3、第三代移动通信频谱分配、第三代移动通信频谱分配 14 移动通信的分类多种分类方法：多种分类方法： 按使用对象：民用、军用； 按使用环境：陆地、海上、空中； 按多址方式：FDMA、TDMA、CDMA； 按覆盖范围：宽域网、局域网； 按业务类型：电话网、数据网、

15、综合业务网； 按工作方式：同频单工、双频单工、双频双工、半双工； 按服务范围：专用网、公用网； 按信号形式：模拟网、数字网； 工作方式：工作方式：P16-17P16-17 按通话状态分类：1、单工 2、双工 3、半双工1、 单工单工：收、发交替收、发交替单频单工：收发用一个频率双频单工：收发各用一个频率2、半双工半双工：一方双工，另一方单工 例如：调度车载台 调度（双工） 车载台（单工）3 3、双工、双工：收发同时工作，必须双频。（最复杂）准双工：接收机总工作，发射机只在工作时才工作。语音通信和数字通信语音通信和数字通信为了适应各种用户和市场对数据服务的不同需求，语音、图象、数据都要求可以进行移动传 输。移动通信网络分类示意图：15 移动通信网的发展趋势发展趋势发展趋势网络业务数据化、分组化；个