《移動通信概述》PPT課件

1、北郵信息理論北郵信息理論與技術(shù)教研中心與技術(shù)教研中心 BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center 挪動通訊概述挪動通訊概述北京郵電大學北京郵電大學吳偉陵吳偉陵BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center 從固定有線通訊到挪動 挪動通訊信道 特征、要求、義務(wù)與措施 3G以來的關(guān)鍵技術(shù)BUPT Information Theory & Technology Education & R

2、esearch Center 從固定從固定(有線有線)通訊到挪動通訊通訊到挪動通訊 固定(有線)通訊的主要特點 終端機是固定在某一地點房間不動的; 信道為傳輸線路是固定不動，全封鎖式傳輸線，比如雙絞線、電纜、光纜等；它是人造的優(yōu)質(zhì)信道，容量大，質(zhì)量高； 網(wǎng)絡(luò)是順應(yīng)固定式終端與固定式傳輸線的有線交換網(wǎng)絡(luò)； 總之，固定有線通訊最大特點是靜態(tài)的，它不能隨人的挪動而改動； 固定有線通訊的容量數(shù)量與質(zhì)量的瓶頸不在于傳輸信道而在于網(wǎng)絡(luò)，它主要決議于交換方式與網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造。BUPT Information Theory & Technology Education & Research Cent

3、er 普通無線通訊的主要特點 通訊終端和用戶從全靜態(tài)拓展至可挪動的準動態(tài)； 突破了由全封鎖式、固定傳輸線路、信道傳送信息的框框，采用開放式、無線傳播信道來傳輸信息； 網(wǎng)絡(luò)要順應(yīng)通訊終端和用戶的準動態(tài)特性，即滿足用戶異地遨游特性； 總之，無線通訊采用全開放式無線傳播信道替代了全封鎖式固體導線，并將全靜態(tài)的通訊方式推行至可挪動的準動態(tài)，其代價是犧牲了全封鎖式優(yōu)質(zhì)人造信道，換取了開放式、機動、靈敏的無線信道，從而必然引入信道的時變性和隨機性，大大降低了通訊的質(zhì)量與容量。BUPT Information Theory & Technology Education & Research

4、Center 挪動信道的主要特點 終端隨著用戶可以隨機挪動。它從上述無線通訊的根底上使終端可從挪動準動態(tài)開展到可隨機挪動的全動態(tài)； 信道，即傳輸線路是隨著變化的隨機挪動的用戶終端而暫時懇求與建立的一個動態(tài)無線鏈路，它是隨著用戶動態(tài)變化的； 網(wǎng)絡(luò)，它是順應(yīng)動態(tài)用戶、動態(tài)信道的動態(tài)型交換網(wǎng)絡(luò)。 總之，挪動通訊的最大特點是保證用戶在挪動中進展通訊，是全動態(tài)的，即從終端信道到網(wǎng)絡(luò)都要滿足動態(tài)特性。 挪動通訊的容量數(shù)量與質(zhì)量的瓶頸主要在于傳輸信道，即無線空中接口。BUPT Information Theory & Technology Education & Research Cente

5、r 挪動通訊信道挪動通訊信道 挪動通訊信道的主要特征：變參信道 傳播的主要特征 在接納端引起的景象與后果 BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center 挪動通訊信道的主要特征：變參信道挪動通訊信道的主要特征：變參信道 傳播的開放性：一切無線信道都是基于電傳播的開放性：一切無線信道都是基于電磁波在空間傳播來實現(xiàn)信息傳輸?shù)?。磁波在空間傳播來實現(xiàn)信息傳輸?shù)摹?接納點地理環(huán)境的復雜性與多樣性：普通接納點地理環(huán)境的復雜性與多樣性：普通可將地理環(huán)境劃分為以下三類典型區(qū)域：可將地理環(huán)境劃分為以下三類典型區(qū)域：

6、 高樓林立的城市中心繁華區(qū)；高樓林立的城市中心繁華區(qū)； 以普通性建筑物為主的近郊小城鎮(zhèn)區(qū)；以普通性建筑物為主的近郊小城鎮(zhèn)區(qū)； 以山丘、湖泊、平原為主的鄉(xiāng)村及遠郊區(qū)。以山丘、湖泊、平原為主的鄉(xiāng)村及遠郊區(qū)。 通訊譽戶的隨機挪動性：通訊譽戶的隨機挪動性： 慢速步行時的通訊；慢速步行時的通訊； 高速車載時的不延續(xù)通訊。高速車載時的不延續(xù)通訊。 BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center 傳播的主要特征傳播的主要特征 直射波：直射波： 指在視距覆蓋區(qū)內(nèi)無遮擋的傳播，直射波傳播指在視距覆蓋區(qū)內(nèi)無遮擋的傳播

7、，直射波傳播的信號最強。的信號最強。 多徑反射波：多徑反射波： 指從不同建筑物或其他物體反射后到達接納點指從不同建筑物或其他物體反射后到達接納點的傳播信號，其信號強度次之。的傳播信號，其信號強度次之。 繞射波：繞射波： 從較大的山丘或建筑物繞射后到達接納點的傳從較大的山丘或建筑物繞射后到達接納點的傳播信號，其強度與反射波相當。播信號，其強度與反射波相當。 散射波：散射波： 由空氣中離子受激后二次發(fā)射所引起的漫反射由空氣中離子受激后二次發(fā)射所引起的漫反射后到達接納點的傳播信號，其信號強度最弱。后到達接納點的傳播信號，其信號強度最弱。 BUPT Information Theory & T

8、echnology Education & Research Center 在接納端引起的景象與后果在接納端引起的景象與后果 衰耗衰落碼間干擾傳播損耗的初步定量分析 BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center 接納點信號大范圍間隔變化的損耗規(guī)律：接納點信號大范圍間隔變化的損耗規(guī)律： 其中：其中：d0d0為參考間隔遠場；為參考間隔遠場；n = 2n = 25 .55 .5衰衰 耗耗 0ndL dKdBUPT Information Theory & Technology Educ

9、ation & Research Center 衰落：接納點信號由于變參傳輸和多徑矢量疊加而引起的中小范圍間隔的隨機起伏。 衰落分類： 陰影衰落：它是由于在電波傳播途徑上遭到建筑物及山丘等的阻撓所產(chǎn)生的陰影效應(yīng)而產(chǎn)生的損耗。它反映了中等范圍內(nèi)數(shù)百波長量級接納電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，普通服從對數(shù)正態(tài)分布，其變化率較慢故又稱為慢衰落。衰衰 落落BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center 衰 落續(xù)BUPT Information Theory & Technology Educa

10、tion & Research Center 碼間干擾： 指傳輸碼元間的相互關(guān)擾，它可分為兩類: 一類是由于傳輸頻帶缺乏而導致的前一碼元拖尾,引起對下一碼元的干擾； 另一類是由于多徑傳輸疊加而引起的前后碼元間的干擾。 碼間干擾BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center 由上面分析，總傳播損耗分別由大范圍(公里量級)的途徑損耗、中范圍(數(shù)百波長)的陰影效應(yīng)所構(gòu)成的慢衰落和小范圍(數(shù)十波長)的快衰落共同決議: 其中： ：表示某時辰用戶與基站間的間隔矢量； ：表示大范圍的途徑損耗，n=25.

11、5； ：表示中范圍的慢衰落； ：表示小范圍的快衰落。 傳播損耗的初步定量分析( )( )( )( )nP d td tS d tR d t( )d t( )nd t( )S d t( )R d tBUPT Information Theory & Technology Education & Research Center BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center 挪動通訊的主要特征與根本要求、義務(wù)與措施 BUPT Information Theory & Techn

12、ology Education & Research Center 主要特征可歸納為下述三個動態(tài)主要特征可歸納為下述三個動態(tài)特性特性 信道的動態(tài)性 傳播的開放性 信道參量變化的時變性 用戶的動態(tài)性 接納環(huán)境的復雜性：市區(qū)、郊區(qū)與鄉(xiāng)村； 接納地點的隨機可變性； 業(yè)務(wù)的動態(tài)性 用戶可隨機自在選擇不同媒體的通訊方式； 各類用戶不同媒體業(yè)務(wù)要求互不干擾；BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center 根本要求根本要求 有效性：數(shù)量目的； 可靠性：質(zhì)量目的針對客觀干擾； 平安性：質(zhì)量目的針對人為干擾

13、。BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center 根本義務(wù)根本義務(wù) 在上述三個動態(tài)特性的條件下，如何滿足與實現(xiàn)三項根本要求，并逐漸到達系統(tǒng)優(yōu)化； BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center 實現(xiàn)的根本措施實現(xiàn)的根本措施 完成上述根本義務(wù)可以在以下三個不同層次來實現(xiàn)，并要求層次間相互協(xié)同配合，最終實現(xiàn)整體優(yōu)化；物理層完成實現(xiàn)鏈路傳輸一切的根本硬件設(shè)備與相應(yīng)軟件算法等；BUPT Information

14、 Theory & Technology Education & Research Center 網(wǎng)絡(luò)層提供不同業(yè)務(wù)的初始建立過程，含尋呼與接續(xù)等；提供主業(yè)務(wù)通訊的必要信令與協(xié)議的支持；提供對不同業(yè)務(wù)的QoS保證；提供全系統(tǒng)高層的無線資源管理與挪動性管理；BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center 實現(xiàn)的根本措施實現(xiàn)的根本措施( (繼續(xù)繼續(xù)) ) 整體規(guī)劃層 從全網(wǎng)宏觀角度給出網(wǎng)絡(luò)最正確拓撲構(gòu)造； 給出網(wǎng)絡(luò)整體規(guī)劃與設(shè)計； 逐漸實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。 BUPT Information

15、Theory & Technology Education & Research Center 3G以前采用的關(guān)鍵技術(shù) BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center 分階段逐漸實現(xiàn)與三個動態(tài)特性統(tǒng)分階段逐漸實現(xiàn)與三個動態(tài)特性統(tǒng)計匹配，以及性能的不斷改善計匹配，以及性能的不斷改善 1G是以處理用戶一個動態(tài)匹配為中心并適當思索到信道動態(tài)特性 FDMA動態(tài)尋址功能的實現(xiàn)； 以蜂窩構(gòu)造網(wǎng)為中心，利用頻率規(guī)劃實現(xiàn)用戶大范圍覆蓋，與用戶大數(shù)量增長； 采用順應(yīng)無線挪動傳輸?shù)恼{(diào)頻方式，并在基站采

16、用二重空間分集抗空間選擇性衰落。BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center 2G采用數(shù)字化，較全面思索用戶與信道二維動態(tài)特性及其匹配措施 采用TDMA(GSM)、CDMA(IS-95)實現(xiàn)動態(tài)尋址功能； 仍以蜂窩構(gòu)造網(wǎng)為中心，利用頻率規(guī)劃GSM和導頻相位規(guī)劃IS95實現(xiàn)用戶的大范圍覆蓋與用戶大數(shù)量增長； 采用性能優(yōu)良的數(shù)字式調(diào)制GMSK(GSM)、QPSK(IS-95)和性能優(yōu)良的糾錯編碼如卷積碼GSM、IS-95、級聯(lián)碼GSM抗白噪聲干擾；BUPT Information Theory &a

17、mp; Technology Education & Research Center 采用功率控制技術(shù)抗慢衰落與遠近效應(yīng)，這一點在IS-95中的CDMA體制中最為突出； 采用自順應(yīng)平衡GSM和Rake接納IS-95抗頻率選擇性衰落和多徑干擾； 采用信道交錯編碼，比如幀間交錯方式GSM、塊交錯方式IS-95抗時間選擇性衰落； 基站采用空間或極化分集抗空間選擇性衰落。BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center 3G全面思索并完善對用戶、信道二個動態(tài)特性的匹配，適當思索到業(yè)務(wù)的動態(tài)性能，并盡

18、力采用相應(yīng)措施予以實現(xiàn) 繼續(xù)采用2G中一切行之有效的措施； 應(yīng)對CDMA擴頻方式一分為二，擴頻提高了抗干擾性、增大通訊容量，但是也帶來了相應(yīng)的缺陷，其中最主要的是由于擴頻碼相互關(guān)性不理想從而增大了多用戶的多址干擾、遠近效應(yīng)干擾，以及提高了對功控的要求等一系列不利要素；BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center 為了改善下行性能，3G中采用發(fā)信端分集、空時編碼，并建議采用智能天線技術(shù)； 為了抑制CDMA中的多址干擾，在3G中建議上行采用多用戶檢測； 為了實現(xiàn)與業(yè)務(wù)動態(tài)特性的匹配，3G中采用了可實現(xiàn)不同速率不同擴頻比業(yè)務(wù)間正交性能的OVSF多址碼； 針對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)要求誤碼率低且實時性要求不高的特點，在3G中對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)采用性能更優(yōu)良的turbo碼。BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center 網(wǎng)絡(luò)功能逐漸完善 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議逐漸走向規(guī)范化，在3G中已初步構(gòu)成橫向三層：物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)高層，縱向兩個平面：用戶業(yè)務(wù)平面和控制平面的初步規(guī)范化構(gòu)造； 逐漸加強并完善輔助