移動通信原理教學(xué)課件

1、移動通信課程簡介：本課程是通信工程專業(yè)的一門專業(yè)課,信息專業(yè)可選修，這門課主要概括介紹了現(xiàn)代移動通信根本概念、系統(tǒng)根本組成、根本原理、根本技術(shù)和典型系統(tǒng)等。學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí),能夠掌握關(guān)于移動通信技術(shù)的知識并了解其開展過程。教學(xué)目標(biāo) 力求較全面地講解現(xiàn)代移動通信所涉及到的根本概念和根本原理，重點(diǎn)介紹局部移動通信關(guān)鍵技術(shù)，為同學(xué)們建立一個有關(guān)移動通信系統(tǒng)的完整的根底框架，提供在此領(lǐng)域進(jìn)行后續(xù)研究或工作所需的入門知識。章 次教學(xué)內(nèi)容學(xué)時安排第一章緒論4學(xué)時第二章調(diào)制與解調(diào)6學(xué)時第三章移動信道中的電波傳播特性6學(xué)時第四章移動通信組網(wǎng)技術(shù)6學(xué)時第五章GSM系統(tǒng)TDMA與GPRS8學(xué)時第六章CDMA系

2、統(tǒng)8學(xué)時第七章實(shí)用現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)4學(xué)時第八章移動通信系統(tǒng)測試與評估4學(xué)時第九章移動通信展望2學(xué)時共計48學(xué)時章 次教學(xué)內(nèi)容 學(xué)時安排_第一章緒論 2學(xué)時第二章移動信道中的電波傳播特性4學(xué)時第三章調(diào)制與解調(diào) 4學(xué)時第四章移動通信組網(wǎng)技術(shù) 6學(xué)時第五章GSM系統(tǒng)TDMA與GPRS 6學(xué)時第六章CDMA系統(tǒng) 6學(xué)時第七章其他移動通信系統(tǒng) 2學(xué)時第八章移動通信新技術(shù)展望 2學(xué)時_ 共計 32學(xué)時第一章緒論一、移動通信特點(diǎn)、分類及主要性能指標(biāo)二、移動通信根本系統(tǒng)及根本技術(shù)三、移動通信技術(shù)的開展歷程四、國際無線電組織的職能和作用一.移動通信及其特點(diǎn)移動交換中心電話交換中心移動通信的定義 - “動中通 通

3、信雙方至少有一方處在移動的情況下或臨時靜止的相互信息傳輸和交換。 移動性表達(dá)在： 終端的移動性 業(yè)務(wù)的移動性 個人的移動性1.什么是移動通信？2.移動通信的特點(diǎn) 與固定點(diǎn)間通信相比1 傳輸媒介信道必須使用無線電波2 電波傳播特性復(fù)雜3組網(wǎng)方式靈活多樣4對設(shè)備要求更為苛刻5用戶量大而頻段有限 3.移動通信分類分類方法很多，如按照傳輸方式、按照通信系統(tǒng)等分類。一傳輸方式1.單工通信2.雙工通信3.半雙工通信單工通信方式半雙工通信方式 雙工通信方式 (4).比較：頻率/信道操作功耗單工1/2復(fù)雜小雙工2簡單大半雙工2復(fù)雜較大自動半雙工2復(fù)雜較大二按系統(tǒng)分類1、集群2、衛(wèi)星3、尋呼4、GSM5、CDM

4、A6、小靈通等等。三按多址方式分類1、頻分多址FDMA2、時分多址TDMA3、碼分多址CDMA4、性能指標(biāo)1：概述工作頻段及頻譜安排傳輸距離及傳輸方式傳輸容量傳輸質(zhì)量業(yè)務(wù)方式供電方式及耗電量環(huán)境條件可靠性多址方式雙工方式調(diào)制解調(diào)方式信道編碼方式信源編碼方式發(fā)送頻譜發(fā)送功率信道速率誤碼門限性能指標(biāo)2：工作頻段及頻譜安排工作頻段：根據(jù)頻譜規(guī)劃，劃分給該項業(yè)務(wù)的工作頻率范圍波道配置：根據(jù)頻譜規(guī)劃，在工作頻段內(nèi)劃分出假設(shè)干個波道，供用戶選用收發(fā)配置：根據(jù)頻譜規(guī)劃，在工作頻段內(nèi)劃分出發(fā)送和接收子頻段頻段寬度波道間隔收發(fā)頻差ffff1f1f1f2性能指標(biāo)3：傳輸容量傳輸容量指對用戶有效的傳輸信息容量傳輸容

5、量表示方法用有效傳輸?shù)谋忍芈蕘肀硎荆纾?Mb/s，8Mb/s傳輸容量有時還要考慮一些附加的信息 數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.有效性指標(biāo) 1)碼元傳輸速率:碼元傳輸速率通常又可稱為碼元速率、數(shù)碼率、傳碼率、碼率、信號速率或波形速率用符號來表示。碼元速率是指單位時間每秒鐘內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，單位為波特Baud，常用符號“B表示注意，不能用小寫數(shù)字信號一般有二進(jìn)制與多進(jìn)制之分，但碼元速率與信號的進(jìn)制數(shù)無關(guān)，只與碼元寬度 有關(guān)。 通常在給出系統(tǒng)碼元速率時，有必要說明碼元的進(jìn)制，多進(jìn)制N碼元速率 與二進(jìn)制碼元速率 之間， 在保證系統(tǒng)信息速率不變的情況下，相互可轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換關(guān)系式為數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指

6、標(biāo)2)信息傳輸速率 :信息傳輸速率簡稱信息速率，又可稱為傳信率、比特率等。信息傳輸速率用符號Rb表示。是指單位時間每秒鐘內(nèi)傳送的信息量。單位為比特/秒bit/s，簡記為b/s或bps。因為信息量與信號進(jìn)制數(shù)N有關(guān)，因此，也與N有關(guān)。 3) 與 之間的互換在二進(jìn)制中，碼元速率 同信息速率 的關(guān)系在數(shù)值上相等，但單位不同。在多進(jìn)制中， 與 之間數(shù)值不同，單位亦不同。它們之間在數(shù)值上有如下關(guān)系式 在碼元速率保持不變條件下，二進(jìn)制信息速率與多進(jìn)制信息速率之間的關(guān)系為 性能指標(biāo)4：發(fā)送頻譜和發(fā)送功率發(fā)送頻譜框架發(fā)送功率為了保證有一個較好的電磁環(huán)境，無線通信系統(tǒng)的發(fā)送功率有較嚴(yán)格的規(guī)定。發(fā)送功率的等級：無

7、繩 ：毫瓦級移動 ：瓦級微波通信：十瓦級衛(wèi)星通信：百瓦級f0f主瓣寬度：BB帶外輻射：LLdB二、根本移動通信系統(tǒng)及根本技術(shù)1、根本移動通信系統(tǒng) 集群系統(tǒng)-警察、出租車調(diào)度 蜂窩移動 - 車載、手持機(jī) 無線尋呼-數(shù)顯、漢顯、雙向 無繩 -家用、公共無線接入點(diǎn) 衛(wèi)星移動系統(tǒng)-銥、全球星 無線局域網(wǎng)、 藍(lán)牙相關(guān)知識 - 移動通信 無線通信 無線通信與移動通信雖然都是靠無線電波進(jìn)行通信的，但卻是兩個不同的概念：首先移動通信肯定是無線通信，無線通信有包含移動通信的意味；無線通信側(cè)重于無線，移動通信更注重于其移動性。但有時二者也并不太強(qiáng)調(diào)二者之間的區(qū)別。 無線通信還包括 -微波通信 -短波/超短波通信

8、-衛(wèi)星通信移動通信系統(tǒng)的組成移動通信系統(tǒng)的頻段使用 早期的移動通信主要使用VHF和UHF頻段， 其主要原因有以下三點(diǎn): (1) VHF/UHF頻段較適合移動通信。 (2) 天線較短， 便于攜帶和移動。 (3) 抗干擾能力強(qiáng)。目前，大容量移動通信系統(tǒng)均用800 MHz頻段(CDMA)， 900 MHz頻段(AMPS、TACS、GSM)，并開始使用1800 MHz頻段(GSM1800/DCS1800)， 該頻段用于微蜂窩(Microcell)系統(tǒng)2、移動通信根本技術(shù)1)、 調(diào)制技術(shù) a).模擬：AM、FM b).數(shù)字調(diào)制技術(shù)FSK PSKGMSK、16-QAM2)、抗衰落技術(shù)移動信道-隨參信道陸地

9、：傳播路徑十分復(fù)雜地形 地物-慢衰落多徑效應(yīng)-快衰落抗衰落：分集接收、擴(kuò)頻技術(shù)3)、 抗干擾技術(shù)比方：鄰道干擾與同頻道干擾鄰道干擾：相鄰或鄰近頻道的信號相互干擾 同頻道干擾：蜂窩技術(shù)實(shí)現(xiàn)了頻率的復(fù)用，也引入了同頻道干擾。4)、組網(wǎng)技術(shù)移動通信：用戶量大，頻道擁擠，干擾嚴(yán)重 解決重要方法：按一定標(biāo)準(zhǔn)/標(biāo)準(zhǔn)組成網(wǎng)絡(luò)-移動通信網(wǎng)涉及組網(wǎng)技術(shù)很多：目的：有效利用頻率資源到達(dá)業(yè)務(wù)要求多信道共用同頻復(fù)用網(wǎng)絡(luò)有/無線監(jiān)測 控制強(qiáng)大的交換控制功能5 )、多址技術(shù)：FDMA TDMA CDMA 6)、編碼技術(shù)7)、接口主要技術(shù)8)、核心網(wǎng)技術(shù)三、移動通信技術(shù)的開展歷程移動通信的開展大致經(jīng)歷了以下幾個開展階段：

10、20世紀(jì)2030年代：警車無線電調(diào)度 AM調(diào)幅，使用頻率為2 MHz。 20世紀(jì)4050年代：人工接續(xù)的移動 FM調(diào)頻， 20世紀(jì)60年代：自動撥號移動 ，全雙工工作方式，20世紀(jì)7080年代：AMPS、TACS分別在美國、英國投入使用。 使用頻段為800/900 MHz早期曾使用450 MHz。 20世紀(jì)90年代：GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)和窄帶CDMAIS-95A數(shù)字移動通信系統(tǒng)及衛(wèi)星移動通信投入使用。 第一代移動通信系統(tǒng)第一代移動通信系統(tǒng)特點(diǎn)蜂窩小區(qū)系統(tǒng)設(shè)計-頻率復(fù)用解決大容量需求與有限頻譜資源的矛盾模擬系統(tǒng)-語音信號 FM傳輸 FDMA第二代移動通信系統(tǒng) GSM IS-54 PDC IS-

11、95 引入年代 1990 1991 1993 1993 使用頻譜 (MHz) 890915 (反向) 935960 (前向) 824849 (反向) 869894 (前向) 810830 (反向) 14291453 (反向) 940960 (前向) 14771501 (前向) 824849 (反向) 869894 (前向) 調(diào)制方式 GMSK (BT=0.3) p/4 DQPSK p/4 DQPSK OQPSK (反向) QPSK (前向) 成形濾波器 高斯 開方升余弦 開方升余弦 開方升余弦 載波帶寬 200 kHz 30 kHz 25 kHz 1250 kHz 信道數(shù)據(jù)速率 270.8 k

12、bps 48.6 kbps 42 kbps 1228.8 kbps 語音編碼方式 RELP-LTP VSELP VSELP QCELP 語音編碼速率 13 kbps 8 kbps 6.7 kbps 8 kbps 信道編碼 CRC+卷積碼 (r =1/2，K=5) CRC+卷積碼 (r =1/2，K=6) CRC+卷積碼 CRC+卷積碼 (r =1/3，K=9 反向) (r =1/2，K=9 前向) 均衡器類型 自適應(yīng) 自適應(yīng) 自適應(yīng) 第二代移動通信系統(tǒng)特點(diǎn)微蜂窩小區(qū)結(jié)構(gòu) 提高用戶數(shù)量數(shù)字化技術(shù)-語音信號數(shù)字化新的調(diào)制方式，GMSK，QPSK等 TDMA，CDMA蜂窩移動通信現(xiàn)狀第一代蜂窩系統(tǒng)已

13、退出市場第二代正處于成熟期第三代正逐步走向成熟，在全球很多國家已經(jīng)開展了3G業(yè)務(wù)第四代進(jìn)入算法、概念研究期我國移動通信開展現(xiàn)狀 在1998年6月30日，國際電信聯(lián)盟(ITU)規(guī)定的提交無線傳輸技術(shù)(RTT)建議的最后期限里， 共有10個組織向ITU提交了候選RTT方案，中國也提交了自己的候選方案(TD-SCDMA)。1999年11月在芬蘭召開的ITU第18次會議上， TD-SCDMA技術(shù)正式作為IMT-2000的三種主流標(biāo)準(zhǔn)之一。移動通信開展的主要技術(shù)問題及開展方向 提高頻譜利用率， 開拓更高頻帶 2) 開發(fā)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng) 3) 新體制的研究 4) 全球一網(wǎng)， 每人一號， 實(shí)現(xiàn)人類通信理想目

14、標(biāo) IMT-2000的系統(tǒng)特性如下： 采用2.2 GHz頻帶的數(shù)字系統(tǒng)； 在多種無線環(huán)境下工作蜂窩系統(tǒng)、 無繩系統(tǒng)、 衛(wèi)星系統(tǒng)和固定的無線系統(tǒng)環(huán)境； 使用多模式終端， 提供漫游能力； 提供廣泛的電信業(yè)務(wù)； 具有與固定網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)可比的高質(zhì)量和完整性； 具有國際漫游和系統(tǒng)內(nèi)部越區(qū)切換的能力； 使用智能網(wǎng)IN技術(shù)進(jìn)行移動性管理和業(yè)務(wù)控制； 具有高水平的平安和保密能力； 具有靈活開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 四、國際無線電組織的職能和作用ITU 國際電信聯(lián)盟IFRB 國際頻率登記局CCITT國際電報 咨詢委員會 CCITT標(biāo)準(zhǔn)CCIR國際無線電咨詢委員會國際標(biāo)準(zhǔn)化組織一、 ITU國際電信聯(lián)盟是電信界最權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)制訂

15、機(jī)構(gòu)，成立于1865年5月17日，1947年10月15日成為聯(lián)合國的一個專門機(jī)構(gòu)，總部設(shè)在瑞士日內(nèi)瓦。ITU 國際電信聯(lián)盟組織結(jié)構(gòu)：IFRB 國際頻率登記局CCITT國際電報 咨詢委員會 CCITT標(biāo)準(zhǔn)CCIR國際無線電咨詢委員會 1993年3月，ITU組織調(diào)整為：無線通信組 (CCIR+IFRB)，ITU-R工作組電信標(biāo)準(zhǔn)化組 (CCITT)，ITU-T工作組電信開發(fā)組 (BDT) ITU每年召開1次理事會；每4年召開1次全權(quán)代表大會、世界電信標(biāo)準(zhǔn)大會和世界電信開展大會；每2年召開1次世界無線電通信大會。 二、歐洲的標(biāo)準(zhǔn)化組織歐洲郵電管理協(xié)會(CEPT)：曾是歐洲通信設(shè)施的主要標(biāo)準(zhǔn)化組織，現(xiàn)逐漸被其它組織替代。歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ETSI)：成立于1988