无线通信-移动通信基本概念

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1、1,中国电信维护岗位认证培训教材,移动通信基本概念系列教材之移动通信基本概念,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： 掌握移动通信的组成、特点、分类及工作方式 了解移动通信信道的电波传输 了解CDMA技术标准的发展、CDMA2000的发展趋势等 了解第三代移动通信的新技术、业务及其特

2、征,目 标,4,目录,第一章 移动通信概述 第二章 移动通信信道的电波传输 第三章 CDMA蜂窝移动通信的发展史 第四章 CDMA蜂窝移动通信的特征及业务 第五章 CDMA基本原理 第六章 CDMA频段的划分 第七章 CDMA网络基本架构 第八章 编号计划 第九章 常用名称解释,5,目录,第1章 移动通信概述 第1节 移动通信的组成 第2节 移动通信的特点 第3节 移动通信的分类 第4节 移动通信的工作方式,6,1.1 无线通信系统组成,发基带 单元,发中频 单元,发射频 单元,发天线 单元,收基带 单元,收中频 单元,收射频 单元,收天线 单元,无线传播 信道,7,发端接 口处理,发端信 道

3、处理,发端调 制映射,发端基 带滤波,收端接 口处理,收端信 道处理,收端解 调映射,收端基 带滤波,比特流及 时钟输入,比特流及 时钟输出,复接、分接 扰码、去扰,纠错、交织 均衡、去干扰,扩频映射 二进/多进映射,基带成形 匹配滤波,基带复矢量 信号输出,基带复矢量 信号输入,1.1 无线通信系统组成：基带单元框图,8,1.1 无线通信系统组成：中频单元框图,复数 调制器,中频放 大滤波,复数 解调器,中频信 道处理,AGC 中频放大,收端 中频滤波,发送中频 信号输出,接收中频 信号输入,基带复矢量 信号输入,基带复矢量 信号输出,发端中 频本振,载波时 钟同步,9,1.1 无线通信系统

4、组成：射频单元框图,上 变频器,射频功 率放大,下 变频器,射频信 道处理,射频前 置放大,收端 射频滤波,发送射频 信号输出,接收射频 信号输入,接收中频 信号输出,发端射 频本振,收端射 频本振,发送中频 信号输入,发端 射频滤波,频率 控制,10,1.1 移动通信网络结构,11,1.1 移动通信的组成,12,1.1 移动通信的组成,移动通信系统是移动体之间、移动体和固定用户之间以及固定用户与移动体之间，能够建立许多信息传输通道的通信系统。移动通信包括无线传输、有线传输，信息的收集、处理和存储等，使用的主要设备有无线收发信机、移动交换控制设备和移动终端设备。 移动通信无线服务区由许多正六边

5、形小区覆盖而成，呈蜂窝状，通过接口与公众通信网（PSTN、ISDN、PDN）互联。移动通信系统包括移动交换子系统（SS）、操作维护管理子系统（OMS）、基站子系统（BSS） 和移动台（MS），是一个完整的信息传输实体。,13,1.1 移动通信的组成,移动通信中建立一个呼叫是由BSS和SS共同完成的；BSS提供并管理MS和SS之间的无线传输通道，SS负责呼叫控制功能，所有的呼叫都是经由SS建立连接的；OMS负责管理控制整个移动网。 MS也是一个子系统。它实际上是由移动终端设备和用户数据两部分组成的，移动终端设备称为移动设备；用户数据存放在一个与移动设备可分离的数据模块中，此数据模块称为用户识别卡

6、（SIM）。,14,内容介绍,第1章 移动通信概述 第1节 移动通信的组成 第2节 移动通信的特点 第3节 移动通信的分类 第4节 移动通信的工作方式,15,1.2 移动通信的特点(1/3),移动通信必须利用无线电波进行信息传输 由于在通信中至少有一方处于运动状态，只能通过无线电波进行联络，因此移动通信也称为移动无线电通信方式。具有复杂的电波传播环境 由于电波受到城市高大建筑物的阻挡等原因，移动台接收到的是多径信号，即同一信号通过各种途径到达接收天线。这种信号的幅度会发生快速和剧烈的变化，称为快衰落。因此，当出现严重的衰落现象，而移动台又处于高速运动中的时候，就会加快衰落现象，其衰落深度可达3

7、0dB左右。此时，就要求移动台具有良好的抗衰落的技术指标。另外，移动通信是在运动过程中进行的，移动台之间会出现近处移动台干扰远处移动台的现象，称为远近效应。因此，一般要求移动台的发射功率具有自动调整的能力，同时移动台的接收机需要具有自动增益控制的能力，当通信距离迅速改变时能自动进行信号调整。,16,1.2 移动通信的特点(2/3),干扰大，需采用抗干扰措施 移动台通信环境变化是很大的，经常处于强干扰区。例如，移动台附近的发射机可能对正在通信的移动台形成强干扰。又如，汽车在公路上行驶，本车和其它车辆的噪声所形成的干扰也相当严重。因此，要求移动通信具备很强的抗干扰能力。对移动台的要求高 移动台长期

8、处于运动中，尘土、振动、日晒雨淋的情况时常遇到，这就要求它必须有防振、防尘、防潮、抗冲击等能力，还要求性能稳定可靠、携带方便、低功耗等。同时，为了方便用户使用，要求操作方便、坚固耐用，这就给移动台的设计和制造带来很多困难。,17,1.2 移动通信的特点(3/3),通道容量有限 有限的频率资源决定了有限的信道数目，这和日益增长的用户量形成了一对矛盾。为了解决这个矛盾，除了开辟新的频段，缩小频道间隔之外，研究各种有效利用频率的技术和新的体制是移动通信面临的重要课题。多普勒效应 运动中的移动台所接收的信号频率将随运动速度而变化，产生不同的频移（称为“多普勒效应”），从而造成接收点的信号场强不断变化，

9、其变化范围可达2030dB。,18,内容介绍,第1章 移动通信概述 第1节 移动通信的组成 第2节 移动通信的特点 第3节 移动通信的分类 第4节 移动通信的工作方式,19,按使用对象可分为民用设备和军用设备； 按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信； 按多址方式可分为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）等； 按覆盖范围可分为广域网和局域网； 按业务类型可分为电话网、数据网和综合业务网； 按工作方式可分为同频单工、异频单工、异频双工和半双工； 按服务范围可分为专用网和公用网； 按信号形式可分为模拟网和数字网。,1.3 移动通信的分类,20,1.3 多址接入方式

10、,FDMA、TDMA和CDMA的示意图,21,1.3 FDMA系统原理,FDMA为每一个用户指定了特定信道，这些信道按要求分配给请求服务的用户。 在呼叫的整个过程中，其他用户不能共享这一频段。,22,1.3 FDMA系统中的干扰问题,互调干扰 互调干扰是指系统内由于非线性器件产生的各种组合频率成分落入本频道接收机通带内造成的对有用信号的干扰。 邻道干扰 邻道干扰是指相邻频道信号中存在的寄生辐射落入本频道接收机带内造成的对有用信号的干扰。 同频道干扰 同频道干扰一般是指相同频率电台之间的干扰。在蜂窝系统中，同频道干扰是指相邻区群中同信道信号之间造成的干扰。它与蜂窝结构和频率规划密切相关。,23,

11、1.3 FDMA系统的特点,FDMA信道每次只能传送一路电话。 每信道占用一个载频，相邻载频之间的间隔应满足传输信号带宽的要求。 符号时间与平均延迟扩展相比较是很大的。 移动台较简单，和模拟的较接近。 基站复杂庞大，重复设置收发信设备。 FDMA系统每载波单个信道的设计，使得在接收设备中必须使用带通滤波器允许指定信道里的信号通过，滤除其他频率的信号，从而限制邻近信道间的相互干扰。 越区切换较为复杂和困难。,24,1.3 TDMA系统原理,TDMA是在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的），每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户。,25

12、,1.3 TDMA系统的特点,突发传输的速率高，远大于语音编码速率，每路编码速率设为Rbit/s，共N个时隙，则在这个载波上传输的速率将大于NRbit/s。 发射信号速率随N的增大而提高。 TDMA用不同的时隙来发射和接收，因此不需双工器。 基站复杂性减小。 抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大。 越区切换简单。,26,1.3 CDMA系统原理,CDMA系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息。 CDMA系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间和空间上都可能重叠。,27,1.3 CDMA技术特点,CDMA系统的许多用户共享同一频率，不管使用的是TDD还是F

13、DD技术。 容量的软特性。 由于信号被扩展在一较宽频谱上从而可以减小多径衰落。 在CDMA系统中，信道数据速率很高。,28,1.3 CDMA系统存在的问题,CDMA系统存在着两个重要的问题： 一个问题是来自非同步CDMA网中不同用户的扩频序列不完全是正交的，这种扩频码集的非零互相关系数会引起各用户间的相互干扰，即多址干扰（MAI），在异步传输信道以及多径传播环境中多址干扰将更为严重。 另一个问题是“远近”效应。,29,内容介绍,第1章 移动通信概述 第1节 移动通信的组成 第2节 移动通信的特点 第3节 移动通信的分类 第4节 移动通信的工作方式,30,1.4 移动通信的工作方式,单工通信：单

14、工通信是指通信双方电台交替地进行收信和发信，根据收、发频率的异同，又可分为同频单工和异频单工。,双工通信：是指通信双方可用同时进行传输消息的工作方式，有时也称全双工通信。半双工通信与双工通信相似，移动台采用单工的“按讲”方式，即按下按讲开关，发射机才工作，而接收机总是工作的。,31,1.4 双工技术,上行数据,下行数据,时分/ TDD 频分/ FDD,对于数字移动通信而言，双向通信可以用频率或时间分开，前者称为 FDD（频分双工），后者称为TDD（时分双工）。,EVDO的频率分配,32,1.4 TDD：时分双工,时分双工的优势,EVDO的频率分配,33,1.4 FDD：频分双工,频分双工FDD

15、的优势,EVDO的频率分配,34,目录,第一章 移动通信概述 第二章 移动通信信道的电波传输 第三章 CDMA蜂窝移动通信的发展史 第四章 CDMA蜂窝移动通信的特征及业务 第五章 CDMA基本原理 第六章 CDMA频段的划分 第七章 CDMA网络基本架构 第八章 编号计划 第九章 常用名称解释,35,内容介绍,第2章 移动通信信道的电波传输 第1节 无线电波基本概念 第2节 移动通信信道的传输特性,36,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

16、，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。,2.1 无线传播概述,37,2.1 无线电波概念, 无线电波什么叫无线电波？无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。,无线电波什么叫无线电波？无线电波是一种能量传输形式,在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。,38,2.1 无线电波频率划分,不同频段内的频率具有不同的传输特性,39,2.1 无线电波的传播特点,40,2.1 无线电波的传播示意图,41,2.1 无线电波的波长公式,42,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37.5CM1900M电波的波长：约15.8CM,43,2.1 无线电波传播途径,44,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。,