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1、第1章,移动通信概述,第1章 移动通信概述,1.1 引言 1.2 移动通信的发展历程 1.3 移动通信的电波传播 1.4 移动信道中的干扰 1.5 移动信道的场强估算,第1章 移动通信概述,1.1 引言 1.2 移动通信的发展历程 1.3 移动通信的电波传播 1.4 移动信道中的干扰 1.5 移动信道的场强估算,1.1 引言,移动通信是指通信的双方或至少有一方是在移动中进行信息传输和交换。 随着社会的发展和科学技术的进步，人们希望能随时随地、迅速可靠地与通信的另一方进行信息交流。这里所说的“信息交流”，不仅指双方的通话，还包括数据、传真和图像等通信业务。例如固定点与移动体（如汽车、轮船、飞机）
2、之间、移动体与移动体之间、人与运动中的人或人与移动体之间的信息传递，都属于移动通信。分别构成陆地移动通信、海上移动通信和空中移动通信。,1.1 引言,由于移动通信是移动体在运动中进行通信联系的，信号的传输必须依靠无线电波，因此无线电通信是移动通信的基础。 移动体与固定体之间通信联系时，除了要依靠无线通信技术之外，还要依赖于有线通信网络技术，例如公众电话网（PSTN，Public Services Telephone Network）、公众数据网（PDN, Public Digital Network）、综合业务数字网（ISDN, Integrated Services Digital Netw
3、ork）。,1.1 引言,通信系统是指包括双方通信设备在内的整体。 移动通信系统包括公用陆地蜂窝移动通信系统、无线寻呼系统、无绳电话系统、集群移动通信系统、卫星移动通信系统和无中心移动通信系统等。 目前应用最广泛的是公用蜂窝移动通信系统，它具有涉及的技术领域广、技术新、网络能力强等特点，它的发展代表着整个移动通信未来的方向。,1.1 引言 1.3 移动通信的电波传播 1.4 移动信道中的干扰 1.5 移动信道的场强估算,1.2 移动通信的发展历程,1.2.1 第一代模拟移动通信系统概述 1.2.2 第二代数字移动通信系统概述 1.2.3 第三代数字移动通信系统概述 1.2.4 第四代数字移动通
4、信系统概述,第1章 移动通信概述,1.2 移动通信的发展历程,1897年意大利科学家M马可尼在赫兹实验的基础上完成了陆地和一只拖船之间利用无线电波进行信息传输获得了成功，证明了在移动体之间以无线方式进行通信的可行性。但在此后相当长的一段时间内，移动通信的发展一直相当缓慢，只在短波的几个频段上开发出了专用移动通信系统，而且一般只用于军队和政府部门。但在近十几年以来，移动通信的发展极为迅速，已广泛应用于国民经济的各个领域和人民的日常生活之中。,1.2.1 第一代模拟移动通信系统,20世纪80年代发展起来的模拟蜂窝移动电话系统，人们把它称为第一代移动通信系统。 这是一种以微型计算机和移动通信相结合，
5、以频率复用、多信道共用技术和全自动地接入公共电话网的小区制、大容量蜂窝式移动通信系统，在美国、日本和瑞典等国家先后投入使用。其主要技术是模拟调频、频分多址，主要业务是电话。,系统称为北欧移动电话，该系统由丹麦、芬兰、挪威，瑞典于1970年开始研究，1981年研制成功并投入使用，其工作频段为450 MHz，信道间隔为25 kHz，基站发射功率2550 W。利用180个双向信道，但容量很快饱和接着1986年末引入NMT900，工作在900 MHz频段，有1999个双向信道，频率间隔12.5 kHz。,1.2.1 第一代模拟移动通信系统,代表性系统,AMPS （Advanced Mobile Pho
6、ne Service） TACS （Total Access Communications System） NMT （Nordic Mobile Telephone）,系统称为先进的移动电话系统，是美国贝尔实验室于1969年开始研究，1978年研制结束，1979年在芝加哥城组网试用，1983年投入使用。其工作频段为800 MHz，频率间隔30 kHz，基站发射功率45 W。,系统称为全向接续通信系统，是英国的TACS属AMPS系统的改进型。1982年底开始研究，1985年研制成功。其使用频段为900 MHz，信道间隔25 kHz，基站发射功率40 W。,模拟系统的主要缺点,频谱利用率低，容量有
7、限，系统扩容困难； 制式太多，互不兼容，不利于用户实现国际漫游，限制了用户覆盖面； 不能与ISDN兼容，提供的业务种类受限制，不能传输数据信息； 保密性差，以及移动终端要进一步实现小型化、低功耗、低价格的难度都较大。,1.2.2 第二代数字移动通信系统,第二代移动通信系统以数字信号传输、时分多址（TDMA，Time Division Multiple Access）、码分多址（CDMA, Code Division Multiple Access）为主体技术，频谱效率提高，系统容量增大，易于实现数字保密、通信设备的小型化和智能化，标准化程度大大提高等。制定了更加完善的呼叫处理和网络管理功能，克
8、服了第一代移动通信系统的不足之处，可与窄带综合业务数字网相兼容，除了传送语音外，还可传送数据业务，如传真和分组的数据业务等。,1.2.2.1 数字蜂窝移动通信系统,为了克服第一代模拟蜂窝移动通信系统的局限性，北美、欧洲和日本自80年代中期起相继开发第二代全数字蜂窝移动通信系统。 各国根据自己的技术条件和特点确定了各自的开发目标和任务，制定了各自不同的标准，有欧洲的全球移动通信系统（GSM, Global System for Mobile Communication），北美的D-AMPS和日本的个人数字蜂窝系统JDC。由于各国采用的制式不同，所以网络不能相互兼容，从而限制了国际联网和漫游的范围
9、。,1.2.2.2 码分多址（CDMA）数字蜂窝移动通信系统,1992年Qualcomm（高通）公司向CTIA提出了码分多址的数字蜂窝通信系统的建议和标准。 该建议于1993年被CTIA和TIA批准为中期标准IS-95。IS-95也是兼容AMPS模拟制式的双模标准。 1996年，CDMA系统投入运营。,码分多址（CDMA） 数字蜂窝移动通信系统特点,系统容量大：为GSM的5.6倍，TACS的11.2倍； 抗衰落能力及抗干扰性能强； 话音质量高； 保密性及安全性优于GSM系统； 移动台发射功率低（约10 mW）； 具有软切换和软容量特性； 频率复用模式可达到1，本区和邻区可共用同一信道，因而不需
10、要频率动态分配； 可实现宽带数据传输。,四种数字移动通信系统的主要参数,1.2.3 第三代数字移动通信系统,为了满足更多更高速率的业务以及更高频谱效率的要求，同时减少目前存在的各大网络之间的不兼容性，未来公用陆地移动电话系统FPLMTS（Future Public Land Mobile Telephone System）应运而生，1995年，又更名为国际移动通信2000（IMT-2000）。IMT-2000支持的网络被称为第三代移动通信系统，简称3G。 第三代移动通信系统IMT-2000为多功能、多业务和多用途的数字移动通信系统，是在全球范围内覆盖和使用的。它根据特定的环境提供从144 kb
11、/s到2 Mbit/s的个人通信业务，支持全球无缝漫游和提供宽带多媒体业务。,第三代数字移动通信系统的无线传输技术方案,1.2.4 第四代数字移动通信系统,第四代移动通信系统（4G）标准比第三代标准具有更多的功能。第四代移动通信系统可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无线服务，可以在任何地方宽带接入互联网（包括卫星通信），能够提供信息通信之外的定位定时、数据采集、远程控制等综合功能，是多功能集成的宽带移动通信系统或多媒体移动通信系统。第四代移动通信系统应该比第三代移动通信系统更接近个人通信。,1.1 引言 1.2 移动通信的发展历程 1.4 移动信道中的干扰 1.5 移动信道
12、的场强估算,1.3.1 直射波 1.3.2 视距传播的极限距离 1.3.3 绕射损耗 1.3.4 反射波 1.3.5 多径效应与端利损耗,1.3 移动通信的电波传播,第1章 移动通信概述,1.3 移动通信的电波传播,任何一个通信系统，信道是必不可少的组成部分。,信道,有线信道 无线信道,架空明线 电缆 光纤,中、长地表面波传播 短波电离层反射传播 超短波和微波直射传播 各种散射传播,按传输媒质,1.3 移动通信的电波传播,根据信道特性参数随外界各种因素的影响而变化的快慢，通常分为“恒参信道”和“变参信道”。 “恒参信道”是指其传输特性的变化量极微且变化速度极慢。 “变参信道”与此相反，其传输特
13、性随时间的变化较快。移动信道为典型的“变参信道”。,1.3 移动通信的电波传播,移动通信中的传播方式主要有直射波、反射波和地表面波等传播方式。 移动台接收点的场强，一般是直射波、反射波和地表面波的合成，但由于地表面波的传播损耗随着频率的增高而增大，传播距离有限，所以在分析移动通信信道时，主要考虑直射波和反射波的影响。,典型的移动信道电波传播路径示意图,1.3.1 直射波,在自由空间中，电波沿直线传播而不被吸收，也不发生反射、折射和散射等现象而直接到达接收点的传播方式称为直射波传播。 直射波传播损耗可看成自由空间的电波传播损耗Lbs, Lbs =32.45+20lgd+20lgf dB 自由空间
14、中的电波传播损耗（也称衰减）只与d和f有关，d或f增加一倍时， Lbs分别增大6dB。,d:传播距离km,f:工作频率MHz,1.3.2 视距传播的极限距离,由于地球是球形的，凸起的地表面会挡住视线。视线所能达到的最远距离称为视线距离d0，已知地球半径为6370km，设发射天线和接受天线为HT和HR（单位m），理论上可得视线传播的极限距离d0为 由此可见，视距决定于收、发天线的高度。天线架设越高，视线距离越远。,1.3.2 视距传播的极限距离,实际上，当考虑了空气的不匀称性对电波传播轨迹的影响后，在标准大气折射情况下，等效地球半径为R=8500km，可得修正后的视线传播的极限距离d0为,1.3
15、.2 视距传播的极限距离,1.3.3 绕射损耗,在实际情况下，电波的直射路径上存在各种障碍物，除了考虑在自由空间中的视距传输损耗外，还应考虑各种障碍物对电波传输所引起的损耗。 通常将这种由障碍物引起的附加传播损耗称为绕射损耗。,图1-3 菲涅尔余隙,a）负余隙 b）正余隙,X,障碍物定点P 至直射线TR的距离菲涅尔余隙,阻挡时 无阻挡时,P,T,R,图1-4 由障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙的关系,纵坐标：绕射引起的附加损耗，即相对于自由空间传播损耗的分贝数。 横坐标：x/x1 第一菲涅尔区在P点横截面的半径,图1-4 由障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙的关系,当x/x10.5时，附加损耗约
16、为0，障碍物对直射波传播基本上没有影响，为此在选择天线高度时，根据地形尽可能使服务区内处的菲涅尔余隙00.5x1； 当x0时，即直射线低于障碍物顶点时，损耗急剧增加； 当x=0时，即TR直射线从障碍物顶点擦过时，附加损耗约为6dB。,1.3.4 反射波,电波在传播过程中，遇到两种不同介质的光滑界面时，就会发生反射现象。,图1-5 从发射天线到接收天线的电波由反射波和直射波组成的情况,1.3.4 反射波,反射波与直射波的行距差为 由于反射波和直射波的起始相位是一致的，因此两路信号到达接收天线的时间换算成相位差 再加上地面反射时大都要发生一次反相，实际的两路点波相位差为,1.3.5 多径效应与瑞利损耗,设发射机发 后，接收机接收端收到的合成信号为,第i条路径的接收信号,第i条路径的传输时间,第i条路径的相位滞后,（1-8）,1.3.5 多径效应与瑞利损耗,经大量观察表明，Ri(t)和i(t)随时间的变化与发射信号的载频周期相比，通常
