通信概論---第8章移動通信(運(yùn)輸j)

1、2022-3-28現(xiàn)代通信概論 22022-3-28現(xiàn)代通信概論 38.1 移動通信的基本概念移動通信的基本概念2022-3-28現(xiàn)代通信概論 48.1 移動通信的基本概念移動通信的基本概念移動通信移動通信：通信的雙方至少有一方或雙通信的雙方至少有一方或雙方處在移動（或臨時(shí)靜止）情況下進(jìn)行方處在移動（或臨時(shí)靜止）情況下進(jìn)行信息傳輸和交換。信息傳輸和交換。移動移動通信通信無線無線通信通信計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)技術(shù)技術(shù)有線有線通信通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)技術(shù)2022-3-28現(xiàn)代通信概論 5 8.1.1 移動通信的發(fā)展歷史移動通信的發(fā)展歷史 移動通信可以說從無線電通信發(fā)明之日就產(chǎn)生了。早在1897年，馬可尼的無線通

2、信試驗(yàn)就是在固定站與一艘拖船之間進(jìn)行的，距離為18海里(1海里=1852米)。 現(xiàn)代移動通信的發(fā)展始于20世紀(jì)20年代，而公用移動通信是從20世紀(jì)60年代開始的。公用移動通信系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了第一代(1G)和第二代 (2G)，并將繼續(xù)朝著第三代(3G)和第四代(4G)的方向發(fā)展。 8.1 移動通信的基本概念移動通信的基本概念2022-3-28現(xiàn)代通信概論 68.1.2 移動通信的特點(diǎn)移動通信的特點(diǎn)電波傳播環(huán)境復(fù)雜電波傳播環(huán)境復(fù)雜2022-3-28現(xiàn)代通信概論 78.1.2 移動通信的特點(diǎn)移動通信的特點(diǎn)干擾和噪聲的影響大干擾和噪聲的影響大f1f3f2f1v同頻干擾：相同頻率間的相互干擾。同頻干

3、擾：相同頻率間的相互干擾。v鄰頻干擾：相鄰或相近頻率間的干擾。鄰頻干擾：相鄰或相近頻率間的干擾。v互調(diào)干擾：由于非線性失真而產(chǎn)生的干擾?；フ{(diào)干擾：由于非線性失真而產(chǎn)生的干擾。v各種噪聲各種噪聲2022-3-28現(xiàn)代通信概論 8同頻干擾示意同頻干擾示意2022-3-28現(xiàn)代通信概論 98.1.2 移動通信的特點(diǎn)移動通信的特點(diǎn)移動工作環(huán)境惡劣，塵土多，振動大，要求移動工作環(huán)境惡劣，塵土多，振動大，要求有一定的防范措施。移動臺操作簡便，可靠有一定的防范措施。移動臺操作簡便，可靠性高，小型化，低功耗。性高，小型化，低功耗。具有多普勒頻移當(dāng)物體運(yùn)動中通信時(shí)，其具有多普勒頻移當(dāng)物體運(yùn)動中通信時(shí)，其接收到的

4、載波頻率隨運(yùn)動速度的不同而產(chǎn)生接收到的載波頻率隨運(yùn)動速度的不同而產(chǎn)生不同的頻移。不同的頻移。cosvfdv2022-3-28現(xiàn)代通信概論 108.1.2 移動通信的特點(diǎn)移動通信的特點(diǎn)控制系統(tǒng)復(fù)雜?？刂葡到y(tǒng)復(fù)雜。交換機(jī)交換機(jī)至其他交換機(jī)至其他交換機(jī)服務(wù)區(qū)域服務(wù)區(qū)域PSTN至其他至其他 PSTN2022-3-28現(xiàn)代通信概論 118.1.3 移動通信的工作方式移動通信的工作方式單工制單工制v單工的定義單工的定義 收發(fā)使用同收發(fā)使用同一個(gè)（或不同）一個(gè)（或不同）頻率的按鍵通頻率的按鍵通信方式。信方式。即在即在同一時(shí)間里要同一時(shí)間里要么說，要么聽，么說，要么聽，只可選擇一樣。只可選擇一樣。 發(fā)射機(jī) 接

5、收機(jī) 發(fā)射機(jī) 接收機(jī) f1 f1 f1 f1 f1 B A f1f1f2f2f2f12022-3-28現(xiàn)代通信概論 128.1.3 移動通信的工作方式移動通信的工作方式單工制單工制v優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :不需要天線共用裝置。不需要天線共用裝置。 組網(wǎng)方便。組網(wǎng)方便。 耗電少，設(shè)備簡單，造價(jià)便宜。耗電少，設(shè)備簡單，造價(jià)便宜。v缺點(diǎn)：頻率利用率低。缺點(diǎn)：頻率利用率低。 操作不方便。操作不方便。 同頻基站間干擾較大。同頻基站間干擾較大。v適用范圍：適用于用戶少，專業(yè)性強(qiáng)的通信系統(tǒng)中。適用范圍：適用于用戶少，專業(yè)性強(qiáng)的通信系統(tǒng)中。 2022-3-28現(xiàn)代通信概論 138.1.3 移動通信的工作方式移動通信的工

6、作方式半雙工制半雙工制 發(fā)射機(jī) 接收機(jī) 發(fā)射機(jī) 接收機(jī) f1 f2 f2 f1 f1 基站B 移動臺A f2 雙 工 器 2022-3-28現(xiàn)代通信概論 148.1.3 移動通信的工作方式移動通信的工作方式半雙工制半雙工制 通信的雙方有一方使用雙工通信，即收發(fā)信機(jī)通信的雙方有一方使用雙工通信，即收發(fā)信機(jī)同時(shí)工作且使用不同的頻率，另一方采用雙頻同時(shí)工作且使用不同的頻率，另一方采用雙頻單工方式。單工方式。v優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，功耗小，克服了通話斷續(xù)優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，功耗小，克服了通話斷續(xù)的缺點(diǎn)。的缺點(diǎn)。v缺點(diǎn)：操作不方便。缺點(diǎn)：操作不方便。 v應(yīng)用：專用通信中。應(yīng)用：專用通信中。 2022-3-28現(xiàn)代

7、通信概論 158.1.3 移動通信的工作方式移動通信的工作方式雙工制雙工制 發(fā)射機(jī) 接收機(jī) 發(fā)射機(jī) 接收機(jī) f1 f2 f2 f1 f1 基站B 移動臺A f2 雙 工 器 雙工器2022-3-28現(xiàn)代通信概論 168.1.3 移動通信的工作方式移動通信的工作方式雙工制雙工制 通信雙方的收發(fā)信機(jī)均能同時(shí)工作。通信雙方的收發(fā)信機(jī)均能同時(shí)工作。v優(yōu)點(diǎn)：由于收發(fā)頻帶有一定的間隔，所以抗干優(yōu)點(diǎn)：由于收發(fā)頻帶有一定的間隔，所以抗干擾能力強(qiáng)。擾能力強(qiáng)。 使用方便。使用方便。v缺點(diǎn)：電源耗電量大。缺點(diǎn)：電源耗電量大。2022-3-28現(xiàn)代通信概論 178. 2 移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 2022-3-28現(xiàn)

8、代通信概論 188.2.1 移動通信系統(tǒng)的分類移動通信系統(tǒng)的分類公用移動通信系統(tǒng)公用移動通信系統(tǒng)至其他交換機(jī)至其他交換機(jī)服務(wù)區(qū)域服務(wù)區(qū)域交換機(jī)交換機(jī)PSTN至其他至其他PSTN移動臺移動臺基地臺基地臺移動交移動交換中心換中心2022-3-28現(xiàn)代通信概論 198.2.1 移動通信系統(tǒng)的分類移動通信系統(tǒng)的分類專用移動通信系統(tǒng)專用移動通信系統(tǒng) 在一定的范圍內(nèi)，為某些單位提供服務(wù)的移動通在一定的范圍內(nèi)，為某些單位提供服務(wù)的移動通信系統(tǒng)。信系統(tǒng)。v特點(diǎn)：容量小，大區(qū)制，半雙工制特點(diǎn)：容量小，大區(qū)制，半雙工制v典型系統(tǒng)：集群系統(tǒng)典型系統(tǒng)：集群系統(tǒng)2022-3-28現(xiàn)代通信概論 208.2.1 移動通信系

9、統(tǒng)的分類移動通信系統(tǒng)的分類專用移動通信系統(tǒng)專用移動通信系統(tǒng)v集群系統(tǒng)集群系統(tǒng)2022-3-28現(xiàn)代通信概論 218.2.1 移動通信系統(tǒng)的分類移動通信系統(tǒng)的分類無繩電話系統(tǒng)無繩電話系統(tǒng)v由座機(jī)（基站）和手機(jī)組成由座機(jī)（基站）和手機(jī)組成v典型系統(tǒng)：典型系統(tǒng)：CT-2，CT-3，小靈通，小靈通2022-3-28現(xiàn)代通信概論 228.2.2 移動通信系統(tǒng)的組成移動通信系統(tǒng)的組成移動交移動交換中心換中心移動通信系統(tǒng)PLMN中繼線中繼線至其他交換機(jī)至其他交換機(jī)服務(wù)區(qū)域服務(wù)區(qū)域MSCPSTN至其他至其他PSTN移動臺移動臺MS基地臺基地臺BS數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫2022-3-28現(xiàn)代通信概論 23 移動業(yè)務(wù)交換中

10、心MSC是蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的核心。負(fù)責(zé)本服務(wù)區(qū)內(nèi)所有用戶的移動業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn) 信息交換功能：為用戶提供終端業(yè)務(wù)、承載業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)的接續(xù)； 集中控制管理功能：無線資源的管理，移動用戶的位置登記、越區(qū)切換等； 通過關(guān)口MSC與公用電話網(wǎng)相連。8.2.2 移動通信系統(tǒng)的組成移動通信系統(tǒng)的組成2022-3-28現(xiàn)代通信概論 24 基站BS與MSC相連，負(fù)責(zé)和本小區(qū)內(nèi)移動臺之間通過無線電波進(jìn)行通信， 保證移動臺在不同小區(qū)之間移動時(shí)也可以進(jìn)行通信。 采用一定的多址方式可以區(qū)分一個(gè)小區(qū)內(nèi)的不同用戶。 移動臺MS即手機(jī)或車載臺，是移動網(wǎng)中的終端設(shè)備。作用：將用戶的話音信息進(jìn)行變換 以無線電波的方式傳輸信息8.2.2

11、 移動通信系統(tǒng)的組成移動通信系統(tǒng)的組成2022-3-28現(xiàn)代通信概論 25 在MSC之間、MSC和BS之間的傳輸線,一般采用有線方式。接口一般為 2 Mb/s數(shù)字接口。 數(shù)據(jù)庫是用來存儲用戶的有關(guān)信息的。 移動網(wǎng)中的用戶的位置是不確定的。要對用戶進(jìn)行接續(xù)，就必須要掌握用戶的位置及其他的信息，數(shù)字蜂窩移動網(wǎng)中的數(shù)據(jù)庫有歸屬位置寄存器(HLR)、訪問位置寄存器(VLR)、鑒權(quán)認(rèn)證中心(AUC)、設(shè)備識別寄存器(EIR)等。 8.2.2 移動通信系統(tǒng)的組成移動通信系統(tǒng)的組成2022-3-28現(xiàn)代通信概論 268.2.3 移動通信系統(tǒng)的頻率使用和配置移動通信系統(tǒng)的頻率使用和配置移動通信一般采用移動通信

12、一般采用VHF和和UHF頻段。頻段。原因：原因：v適用于移動通信適用于移動通信v抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng)v天線短，便于移動。天線短，便于移動。2022-3-28現(xiàn)代通信概論 278.2.3 移動通信系統(tǒng)的頻率使用和配置移動通信系統(tǒng)的頻率使用和配置VHF頻段頻段:v160MHz頻段頻段:138149.9MHz 150.05167MHzUHF頻段：頻段：v450MHz頻段頻段:403420MHz 450470MHzv900 MHz頻段頻段:890915MHz（移動臺發(fā)、基站收）（移動臺發(fā)、基站收） 935960MHz（移動臺收、基站發(fā)）（移動臺收、基站發(fā)）2022-3-28現(xiàn)代通信概論 288.3

13、 移動通信網(wǎng)移動通信網(wǎng)2022-3-28現(xiàn)代通信概論 298. 3 移動通信網(wǎng)移動通信網(wǎng)移動通信網(wǎng)的覆蓋方式可分為兩種：移動通信網(wǎng)的覆蓋方式可分為兩種： 大區(qū)制大區(qū)制和和小區(qū)制小區(qū)制大區(qū)制大區(qū)制 由一個(gè)基站(發(fā)射功率為50100 W)覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)，該基站負(fù)責(zé)服務(wù)區(qū)內(nèi)所有移動臺的通信與控制。大區(qū)制的覆蓋半徑一般為半徑一般為3050 km。市話交換局市話交換局PSTN8.3.1 移動通信網(wǎng)的覆蓋方式移動通信網(wǎng)的覆蓋方式2022-3-28現(xiàn)代通信概論 30v大區(qū)制特點(diǎn)：大區(qū)制特點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，頻道數(shù)目少，不需無線交換，與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，頻道數(shù)目少，不需無線交換，與PSTNPSTN網(wǎng)直接相連。網(wǎng)直接

14、相連。覆蓋范圍有限。覆蓋范圍有限。服務(wù)的用戶容量有限。服務(wù)的用戶容量有限。采用單基站制，沒有重復(fù)使用頻率的問題，頻率利用率低。采用單基站制，沒有重復(fù)使用頻率的問題，頻率利用率低。8.3.1 移動通信網(wǎng)的覆蓋方式移動通信網(wǎng)的覆蓋方式 由于采用單基站制，基站的天線需要架設(shè)得非常高，發(fā)由于采用單基站制，基站的天線需要架設(shè)得非常高，發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率也要很高。因此大區(qū)制通信網(wǎng)的覆蓋范圍射機(jī)的發(fā)射功率也要很高。因此大區(qū)制通信網(wǎng)的覆蓋范圍是有限的，只適用于小容量的網(wǎng)絡(luò)，如用戶較少的專用通是有限的，只適用于小容量的網(wǎng)絡(luò)，如用戶較少的專用通信網(wǎng)中，早期的模擬移動通信網(wǎng)中即采用大區(qū)制。信網(wǎng)中，早期的模擬移動通信網(wǎng)

15、中即采用大區(qū)制。2022-3-28現(xiàn)代通信概論 31小區(qū)制小區(qū)制 將所要覆蓋的地區(qū)劃分成若干個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)將所要覆蓋的地區(qū)劃分成若干個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)的半徑可以根據(jù)用戶的密度在的半徑可以根據(jù)用戶的密度在1 1至至10km10km左右。在每個(gè)左右。在每個(gè)小區(qū)內(nèi)設(shè)置一個(gè)基站為本小區(qū)范圍內(nèi)的用戶服務(wù)。小區(qū)內(nèi)設(shè)置一個(gè)基站為本小區(qū)范圍內(nèi)的用戶服務(wù)。小區(qū)制的目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)頻率復(fù)用，從而提高小區(qū)制的目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)頻率復(fù)用，從而提高頻率利用率，增加系統(tǒng)容量。頻率利用率，增加系統(tǒng)容量。8.3.1 移動通信網(wǎng)的覆蓋方式移動通信網(wǎng)的覆蓋方式2022-3-28現(xiàn)代通信概論 32小區(qū)制（蜂窩）小區(qū)制（蜂窩） 在小區(qū)制中，在小區(qū)

16、制中，為了避免為了避免同同頻干擾頻干擾，同，同一頻率必須間一頻率必須間隔一定距離后，隔一定距離后，才能再次使用。才能再次使用。 8.3.1 移動通信網(wǎng)的覆蓋方式移動通信網(wǎng)的覆蓋方式2022-3-28現(xiàn)代通信概論 33小區(qū)制（蜂窩）小區(qū)制（蜂窩）v小區(qū)制的特點(diǎn)小區(qū)制的特點(diǎn)低發(fā)射功率，小的覆蓋范圍低發(fā)射功率，小的覆蓋范圍頻率復(fù)用，用戶容量大，頻率利用率高，用頻率復(fù)用，用戶容量大，頻率利用率高，用戶終端也可以小巧。戶終端也可以小巧。蜂窩的分割和組合滿足特定環(huán)境的要求。蜂窩的分割和組合滿足特定環(huán)境的要求。新的問題：系統(tǒng)復(fù)雜，越區(qū)切換，漫游，位新的問題：系統(tǒng)復(fù)雜，越區(qū)切換，漫游，位置登記，更新，管理，系

17、統(tǒng)鑒權(quán)等。置登記，更新，管理，系統(tǒng)鑒權(quán)等。8.3.1 移動通信網(wǎng)的覆蓋方式移動通信網(wǎng)的覆蓋方式2022-3-28現(xiàn)代通信概論 34頻分多址頻分多址FDMA8.3.2 移動通信網(wǎng)的多址技術(shù)移動通信網(wǎng)的多址技術(shù)2022-3-28現(xiàn)代通信概論 35FDMA的信道每次只能傳遞一個(gè)電話接收設(shè)備中使用帶通濾波器只允許指定頻道里的能量通過由于基站要同時(shí)和多個(gè)用戶進(jìn)行通信，基站必須同時(shí)發(fā)射和接收多個(gè)不同頻率的信號任意兩個(gè)移動用戶之間進(jìn)行通信都必須經(jīng)過基站的中轉(zhuǎn)，因而必須占用四個(gè)頻道才能實(shí)現(xiàn)雙向通信。頻分多址頻分多址FDMA技術(shù)成熟，對信號功率的要求不嚴(yán)格?；拘枰嗖坎煌d波頻率的發(fā)射機(jī)同時(shí)工作，易產(chǎn)生信道間

18、的互調(diào)干擾沒有進(jìn)行信道復(fù)用，信道效率很低?，F(xiàn)在國際上蜂窩移動通信網(wǎng)已不再單獨(dú)使用FDMA，而是和其他多址技術(shù)結(jié)合使用。8.3.2 移動通信網(wǎng)的多址技術(shù)移動通信網(wǎng)的多址技術(shù)2022-3-28現(xiàn)代通信概論 36時(shí)分多址時(shí)分多址TDMA8.3.2 移動通信的多址技術(shù)移動通信的多址技術(shù)2022-3-28現(xiàn)代通信概論 37 把時(shí)間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干互不重疊的時(shí)隙，每一個(gè)時(shí)隙就是一個(gè)通信信道。每個(gè)用戶分配一個(gè)時(shí)隙，各個(gè)移動臺只能按指定的時(shí)隙向基站發(fā)射信號。基站按順序在預(yù)定的時(shí)隙中傳輸發(fā)向各個(gè)移動臺的信號，各移動臺在指定的時(shí)隙內(nèi)接收。同一個(gè)頻道就可以供幾個(gè)用戶同時(shí)進(jìn)行通信，相互沒有干擾。小區(qū)內(nèi)的多個(gè)用戶可以共享一個(gè)載波頻率，分享不同時(shí)隙，基站只需要一部發(fā)射機(jī)，可以避免像FDMA系統(tǒng)那樣因多部不同頻率的發(fā)射機(jī)同時(shí)工作而產(chǎn)生的互調(diào)干擾；但系統(tǒng)設(shè)備必須有精確的定時(shí)和同步來保證各移動臺發(fā)送的信號不會在基站發(fā)生重疊，并且能準(zhǔn)確地在指定的時(shí)