现代通信技术及应用教材配套课件第五章移动通信

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1、第五章 移动通信系统,本章内容 移动通信概述 GSM移动通信系统 CDMA移动通信系统 第三代移动通信系统及标准比较 其它无线通信系统 移动通信业务及应用,本章重点、难点 移动通信的特点、多址方式及服务区体制 GSM移动通信系统的组成 码分多址和扩频通信的基本原理 3G移动通信的标准 3G系统的典型组成,5.1 移动通信概述,移动通信属于无线通信，通过空间传送信息。,用户在移动通信当中遇到的问题？ 手机没有信号 呼叫无法接通 通话过程中出现回音 短信会延时 ,5.1.1什么是移动通信,移动通信是指通信双方至少有一方是处在移动状态下进行信息交换的通信方式。通常是一个有线和无线相结合的通信系统。

2、按照移动体所处运动区域的不同，移动通信可分为 陆地移动通信 海上移动通信 空中移动通信 目前使用的移动通信系统有 航空航天通信系统 航海通信系统 国际卫星移动通信 陆地移动通信系统。 陆地移动通信系统应用最为广泛，主要是蜂窝移动通信系统。,无线通信系统的组成,移动通信系统中，信息是以无线信号的形式传输的，其信息的传送与接收都是以无线通信模型为基础的。 无线通信系统由发射机、接收机和相连接的天线（含馈线）构成。,发射机的主要作用 将所要传送的信号对高频载波进行调制，形成已调载波，已调载波信号经过上变频变成为射频载波信号，再经过功率放大器放大后送至天馈线。 天线主要作用 把射频载波信号转换成电磁波

3、，从天线发射出去，或者将接收的电磁波变成为射频载波信号。 馈线的主要作用 把发射机输出的射频载波信号送至天线。这就要求馈线的衰耗要小，又要求馈线的阻抗与发射机的输出阻抗和天线的输入阻抗相匹配。 接收机的主要作用 把天线接收下来的射频载波信号经过低噪声高频放大，再经过下变频、中频放大和解调后还原出原始信号，最后经低频放大器放大后输出。,5.1.2 移动通信的特点,1电磁波传播具有多径效应 2移动通信是在强干扰环境下工作 互调干扰 邻道干扰 同频干扰 3移动通信具有多普勒效应 4用户在经常地移动,电磁波由于传播的路径不同，到达接收点时的幅度和相位都不同；而且移动台又以各种不同的速度移动，它的方向也

4、在变化，所以移动台在不同的位置时，它接收信号合成的强度是不同的。这样就造成移动台在移动时接收信号的强度起伏不定，最大可相差几十分贝以上，这种现象称为衰落。,互调干扰 发信设备中器件的非线性引起的。如接收输入回路的选择性不好时，就会使不少干扰信号随有用信号一起进入混频级，从而形成对有用信号的干扰。 要求移动通信设备必须具有良好的选择性，对接收机高频和中频放大器的选择性要求更高。 邻道干扰 邻道干扰是指相邻或邻近的信道之间的干扰，邻近信道强的信号压倒邻近信道弱的信号。 为了解决这个问题，在移动通信设备中使用了功率控制电路。当移动台靠近基站台时，控制中心命令降低发射功率，而远离基站时，命令其升高发射

5、功率，这样就可以减少邻道干扰。 同频干扰 同频干扰是指相同载波频率移动台之间的干扰，它是蜂窝式移动通信所特有的，因为窝式的各个小区可以使用相同的载频。,当移动台达到一定速度时，基站台接收到的载波频率将随运动速度 的不同，产生不同的频移，通常把这种现象称为多普勒效应。 在移动台高速移动时，多普勒效应会导致快衰落，速度越高，衰落变换频率越高，衰落深度越深。 采用“锁相技术”解决。,多普勒效应,由于是移动通信，那么通信的双方（或一方）的位置必然不会固定在某一个地方，他会因实际需要而不断移动自己的位置。 发射机在不通话时又处于关闭状态，即没有一条音信道专门配备给一台移动电话机。 为了实现可靠有效的通信

6、，要求移动通信设备必须具位置登记、越区切换及漫游访问等跟踪交换技术。,用户的移动性,5.1.3 移动通信的工作方式,按照通话的状态和频率的使用方法可分为三种工作方式：单工、半双工和全双工。 在移动通信系统中，广泛采用准双工方式。 移动电话的发射机仅在发话时才工作，而移动电台的接收机总是时刻在工作，通常称这种系统为准双工系统 。,目前常见的双工方式有两种 一种是频分双工（FDD），即通过不同频率区分收发信号 另一种为时分双工（TDD），即通过不同时隙区分收发信号。 目前3G制式中WCDMA和CDMA2000使用的双工方式是FDD，TD-SCDMA使用的双工方式是TDD。,5.1.4 移动通信中的

7、多址方式,各移动台需经基站和其他用户进行通信，基站也需要与各移动台进行通信，这就必须赋于每个移动台一个“地址”，表明它的身份，这样基站才能从接收到的混合信号中正确识别哪个信号是哪个移动台发来的和发往那个移动台的，移动台也才能从接收到的混合信号中正确识别哪个信号是哪个站发往自己的，这就是多址连接方式。 频分多址(FDMA) 时分多址(TDMA) 码分多址(CDMA) 空分多址（SDMA）,1.频分多址(FDMA),把通信系统的总频段划分成若干等间隔的互不重叠的频道，分配给不同的用户使用。 为了实现双工通信，收、发使用不同的频率(称为双频双工)。早期时模拟移动通信系统采用频分多址方式。 FDMA的

8、缺点是频率利用率低。 频分多址连接的多址信道是不同的频道，它将工作频带划分为二个频带区，即高频频带区和低频频带区，二个频带区之间有一个收发保护频带，以防二个频带信号相互干扰。每个频带区又划分为若干组互不重叠的子频带，每组子频带就是一组频道，也叫信道。,2.时分多址(TDMA),时分多址是把时间分割成周期性帧，每一帧又分割成若干个时隙(无论帧或时隙都互不重叠)，然后根据一定的时隙分配原则，使移动台在每帧中按指定的时隙向基站发送信号，而基站可以分别在各时隙中接收到各移动台的信号而互不混扰，同时，基站向多个移动台发送的信号都按规定的时隙发射，各移动台在指定的时隙中接收，从各路的信号中提取发给它的信息

9、。 优点 频率利用率高，在同一频道可供几个移动台同时进行通信。抗干扰能力强。 缺点 时分多址移动通信系统需要全网同步，技术比较复杂。,3.码分多址(CDMA),码分多址是各发送端用各不相同、相互正(准)交的地址码调制其所发送的信号。在接收端利用码型的正(准)交性，通过地址识别(相关检测)，从混合信号中选出相符的信号。 在(CDMA)移动通信中，各移动用户传输信息所用的信号，不是靠频率的不同或时隙的不同来区分的，而是用各自不同的编码序列(地址码)来区分的。 特点 网内所有用户使用同一载波，共同占用整个带宽，各个用户可以同时发送或接收信号，所以各用户的发射信号，在时间上，频率上都可以互相重叠。,频

10、分多址、时分多址和码分多址的比较,在理论上，TDMA的通信容量是大于FDMA的，而CDMA的通信容量大于TDMA和FDMA。综合考虑各种因素，一般认为CDMA的通信容量是TDMA的46倍，是FDMA的20倍左右。,4空分多址（SDMA）,空分多址连接的多址信道是不同的窄波束，将电波在空间分割成不同的波束，与不同地址的移动台实现通信。空分多址连接应用在卫星通信中，利用卫星上具有不同指向的多个窄波束（又称点波束）和不同地址的地球站实现通信。,5.1.5 移动通信服务区体制,如何提高频率利用率？ 如何进行区域覆盖？ 如何进行通话控制？,探 讨,1.移动通信网体制,根据无线电波的传输特性一个基站台发射

11、的电磁波只能在有限的地理区域内被移动台接收，这个能为移动用户提供服务的范围称为无线覆盖区。 按照无线覆盖区的范围，移动通信网的体制分为小容量的大区制和大容量的小区制两大类。,（1）大区制,大区制，就是在一个服务区(如一个小城市)内，只设有一个基站，并由它负责移动通信的联络和控制 。 通常为了扩大服务区域的范围，基地站天线架设得很高，发射机输出功率也较大，覆盖半径大（服务区半径通常可为2050 km ）。 在服务区内的所有信道的频率都不能重复 。 优点 简单、投资少、见效快。 在客户较少的地区，或在开展移动通信业务的初期使用。 缺点 频率利用率低、通信容量小（容纳的用户数有限，通常只有几百用户

12、）。,（2）小区制,小区制 把整个服务区域划分为若干个小区，每个小区分别设置一个基地站，负责本区移动通信的联络和控制。 每个小区的半径可视用户的分布密度在一至数十公里左右。 每个小区和相隔较远的其他小区可再重复使用相同频率，称为频率复用。 优点 频率利用率高（不相邻小区频率重复使用）、整体容量大。,（3）小区制的形式,面状服务区 面状服务区有正三角形、正方形、正六边形等。 用正六边形无线小区邻接构成整个面状服务区是最好的，形状很像蜂窝，所以又称为蜂窝式网。 带状服务区 带状网主要用于覆盖公路、铁路、海岸等，其服务区内的用户呈带状分布。,2无线覆盖的区域结构,为便于控制和交换，公用移动电话一般包

13、括小区、基站区、位置区、移动业务交换区、服务区及系统区六个区域。 (1)小区：是一个基站或基站的一部分(120度扇形天线，一付天线)所覆盖的区域。 (2)基站区：是一个基站所覆盖的区域。 (3)位置区：可由几个基站区组成，移动台在该区内可自由移动而无需更新位置登记。 (4)移动业务交换区：是一个移动业务交换中心覆盖的网络中的一部分范围，可以由一个或几个位置区组成。 (5)服务区：由几个移动业务交换区组成，在该服务区内，固定客户无需知道移动台的实际位置即可与该移动台建立连接。如中国移动和中国联通分别属于两个服务区。 (6)系统区：由一个或几个服务区所组成，它可容纳全部制式相同的移动台。例如GSM

14、系统区包括中国移动GSM服务区和中国联通GSM服务区。,3越区切换技术,移动用户从一个基站覆盖区进入另一个基站覆盖区时，需要切换信道，这种过程称为切换。 在移动通信系统中，当处于连接状态的移动台从一个小区移动到另一个小区时，为了使通信不中断，通信网控制系统通常会启动切换过程（将与原服务小区的连接释放，并与新的服务小区产生连接来保证移动台的业务传输。常见的切换方式有：硬切换和软切换。 （1）硬切换：移动台先断掉与原基站的联系，然后再寻找新进入的覆盖区的基站进行联系，这就是通常所说的“先断后接”，称为硬切换。 （2）软切换：在越区切换时，移动台并不断掉与原基站的联系而同时与新基站联系，当移动台确认

15、已经和新基站联系后，才将与原基站的联系断掉，也就是“先接后断”，称为软切换。,4移动通信区域结构,蜂窝移动通信为扩大使用范围一般是要组网的，其网络结构如图5-11，其特征如下： （1）基站区由多个相邻的蜂窝式无线小区组成，每隔几个无线小区频道可以重复使用，以提高频谱利用率。 （2）允许利用小区分裂的办法扩充通信容量。 （3）无线覆盖区可以不断的向外延伸以扩大通信范围。 （4）可实现自动漫游。 （5）具有信道切换等功能。,5.1.6 我国蜂窝移动通信系统的频率分配,无线电频率是是全人类共享的有限自然资源。 1993年国务院中央军委颁布中华人民共和国无线电管理条例明确提出：“无线电管理实行统一领导

16、、统一规划、分工管理、分级负责的原则，贯彻科学管理、促进发展的方针。” 2002年，经国务院批准，信息产业部发布了中华人民共和国无线电频率划分规律该频率划分规定是参照国际电信联盟无线电规则，结合我国无线电技术应用的市场需求制定的，是我国使用无线电频率、从事无线电设备研制、生产、进口、销售、试验和设置使用的基础性和纲领性法规文件。,12G移动通信系统频率分配,（1）GSM900MHz频率分配,我国GSM900MHz系统可用频段规定为： 905 MHz915MHz 移动台发、基站收， 950 MHz960MHz 基站发、移动台收。 可用频段为10MHz。 双工间隔为45 MHz。 相邻频道间隔为200kHz。,（2）DCSl800频率分配,DCS1800使用1800MHz频段，频率范围是 1710 MHz1785MHz 移动台发、基站收， 1805 MHz1880MHz 基站发、移动台收。 可用频段为75MHz。 双工间隔为95MHz。 频道间隔为200kHz。,（3）CDMA频率分配,825 MHz