移动通信(第五版)(章坚武)第1章.ppt

第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院移移 动动 通通 信信 普通高等教育“十二五”国家级规划教材（第五版）（第五版）十一五十二五章坚武编著章坚武编著西西 安安 电电 子子 科科 技技 大大 学学 出出 版版 社社1课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院移动网络技术实验课安排移动网络技术实验课安排6个实验个实验分三组进行，单周第一、二组，双周第三组分三组进行，单周第一、二组，双周第三组请班长安排，用班费复印实验资料请班长安排，用班费复印实验资料 2课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院第第1章章 概述概述 第第2章章 移动通信网移动通信网 第第3章章 移动通信的电波传播移动通信的电波传播 第第4章章 数字调制技术数字调制技术 第第5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 第第6章章 CDMA数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统 第第7章章 第三代移动通信系统第三代移动通信系统(3G)第第8章章 第四代移动通信系统第四代移动通信系统(4G)目目 录录 3课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院第第1 1章章 概述概述 1.1 移动通信及其特点移动通信及其特点1.2 移动通信的工作方式移动通信的工作方式 1.3 移动通信系统的组成移动通信系统的组成 1.4 移动通信系统的频段使用移动通信系统的频段使用 1.5 多址方式多址方式1.6 其他常用技术其他常用技术 1.7 移动通信系统的发展移动通信系统的发展 1.8 第五代移动通信第五代移动通信(5G)标准及现状标准及现状 4课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院1.1 移动通信及其特点移动通信及其特点 移动通信是指移动用户之间或移动用户与固定用户之间进行的通信。与其他通信方式相比，移动通信具有以下基本特点：(1)电波传播条件恶劣。(2)具有多普勒效应。由于移动台在运动中，所以产生多普勒频移效应，频移值fd与移动台运动速度v、工作频率f（或波长）及电波到达角有关，即 (1-1)多普勒频移导致附加调频噪声。5课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院多普勒频移效应6课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院 (3)干扰严重。(4)接收设备动态范围大。(5)需要采用位置登记、过境切换等移动性管理技术。(6)综合了各种技术。(7)对设备要求苛刻。7课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院1.2 移动通信的工作方式移动通信的工作方式 移动通信按照用户的通话状态和频率使用的方法分，有三种工作方式：单工制、半双工制和双工制。单工制分单频（同频）单工和双频（异频）单工两种，见图1-1。8课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院图 1-1 单工通信方式 9课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院1）同频单工同频是指通信双方使用相同的工作频率(f1)；单工是指通信双方的操作采用“按讲”(PTT，Push To Talk)方式。平时，双方的接收机均处于守听状态。如果如果A A方需要发话，方需要发话，可按可按下下PTTPTT开关，开关，发射机工作，发射机工作，并使并使A A方接收机关闭。方接收机关闭。这时，这时，由由于于B B方接收机处于守听状态，方接收机处于守听状态，因此可实现由因此可实现由A A至至B B的通话的通话；同理，也可实现B至A的通话。在该方式中，电台的收发信机是交替工作的，故收发信机不需要使用天线共用器，而是使用同一副天线。10课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院这种工作方式的优优点点是：设备简单；移动台之间可直接通话，不需基站转接；不按键时发射机不工作，因此功耗小。其缺缺点点是:只适用于组建简单和甚小容量的通信网；当有两个以上移动台同时发射时就会出现同频干扰；当附近有邻近频率的电台发射时，容易造成强干扰，通常为了避免干扰,要求相邻频率的间隔大于4 MHz,因而频谱利用率低；按键发话，松键受话，使用者不习惯。11课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院2)异频单工异频是指通信双方使用两个不同频率异频是指通信双方使用两个不同频率f f1 1和和f f2 2。这种方式中通信双方的操作仍采用“按讲”方式。由于收发使用不同的频率，因此同一部电台的收发信机可以交替工作，也可以收常开，只控制发，即按下PTT发射。其优缺点与同频单工基本相同。在无中心转信台转发的情况下，电台需配对使用，否则通信双方无法通话，故异频单工方式主要异频单工方式主要用于有中心转信台转发用于有中心转信台转发(单工转发或双工转发单工转发或双工转发)的情况的情况。所谓单工转发，即中心转信台使用一组频率(如收用f1，发用f2)，一旦接收到载波信号即转去发送。所谓双工转发,即中心转信台使用两组频率(一组收用f1，发用f2；另一组收用f3，发用f4)，任一路一旦接收到载波信号即转去发送。12课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院由于收发频率有一定保护间隔，提高了抗干扰能力，中心转信台的加入使通信区域得到了有效扩大，因此，这种方式常用于组建有几个频道同时工作的专用网(专网)。13课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院2.半双工制半双工制图1-2中，通信一端通信一端(A)(A)采用双工制，而移动台采用双工制，而移动台(B)(B)采用单采用单工制，工制，这种方式称为半双工制这种方式称为半双工制。半双工制的优点优点是：移动台设备简单，价格低，耗电少；收发采用不同频率，提高了频谱利用率；移动台受邻近电台干扰小。其缺点是移动台仍需按键发话，松键受话，使用不方便。由于收发使用不同的频率，因此移动台(B)的收发信机可以交替工作，也可以收常开，只控制发，即按下PTT发射。半双工制主要用于移动台接入有线网(如市话网)，A作为有线网接入点。14课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院图图 1-2 半双工通信方式半双工通信方式 15课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院3.双工制双工制双工制有频分双工(FDD，也称异频双工)和时分双工(TDD，也称同频双工)两种方式。频分双工制如图1-3所示，是指通信的双方，即收发信机均同时工作，任一方在发话的同时，也能收听到对方的话音，无需按PTT开关，类同于平时打市话，使用自然，操作方便。频分双工制的优点优点是：收发频率分开，可大大减小干扰；用户使用方便。其缺点缺点是：移动台在通话过程中总是处于发射状态，因此功耗大；移动台之间通话需占用两个信道；需双工器，体积较大，价格较贵。在无中心转信台转发的情况下，采用频分双工制的电台需配对使用，否则通信双方无法通话。16课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院图图 1-3 双工通信方式双工通信方式 17课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院1.3 移动通信系统的组成移动通信系统的组成移动通信系统按其经营方式或用户性质可分为专专用用移移动动通通信信系系统统（专专网网）和和公公共共移移动动通通信信系系统统（公公网网）。专网的最大功能要求是调度，专网的发展经历了一对一的单机对讲系统，单信道一呼百应系统和选呼系统，后来又发展到多信道多用户共享的专用调度系统。集群（Trunking）移动通信是传统的专用无线调度系统的高级发展阶段，是专用移动通信的发展方向。随着电子技术、集成电路技术、计算机技术和交换技术的飞速发展，专用移动通信的网络结构与公共移动通信系统越来越相像，如Motorola的iDEN:Integnated Digital Enhanced Network，集群数字高效网络。数字集群移动通信系统，其本身就是在数字蜂窝移动通信系统上加上了调度功能。18课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院所以，我们将重点介绍公共移动通信系统的网络结构。公共移动通信系统，即蜂窝移动通信系统的基本系统结构如 图 1-4所 示。一 个 交 换 区 由 一 个 移 动 交 换 中 心MSC（Mobile Service Switching Centre）、一个或若干个归属位置寄存器HLR（Home Location Register）和访问者位置寄存器VLR（Visitor Location Register)，有时几个MSC合用一个VLR、设备识别寄存器EIR（Equipment Identity Register）、鉴权中心AuC（Authentication Centre）、操作维护中心OMC（Operation and Maintenance Centre）、基站BS（Base Station）和移动台MS（Mobile Station）等功能实体组成。19课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院图图1-4 蜂窝移动通信系统的基本结构蜂窝移动通信系统的基本结构 20课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院MSC对位于其服务区内的MS进行交换和控制，同时提供移动网与固定公众电信网的接口。MSC是移动网的核心。作为交换设备，MSC具有完成呼叫接续与控制的功能，这点与固定网交换中心相同。作为移动交换中心，MSC又具有无线资源管理和移动性管理等功能，例如移动台位置登记与更新、越区切换等。为了建立从固定网至某个移动台的呼叫路由，固定网就近进入关口MSC（GMSC），由该GMSC查询有关的HLR，并建立至移动台当前所属的MSC的呼叫路由。21课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院HLR是用于移动用户管理的数据库。每个移动用户必须在某个HLR中登记注册。HLR所存储的用户信息分为两类：一类是有关用户参数的信息，例如用户类别，向用户所提供的服务，用户的各种号码、识别码以及用户的保密参数等；另一类是有关用户当前位置的信息，例如移动台漫游号码、VLR地址等，用于建立至移动台的呼叫路由。22课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院VLR是存储用户位置信息的动态数据库。当漫游用户进入某个MSC区域时，必须向该MSC相关的VLR登记，并被分配一个移动用户漫游号（MSRN），在VLR中建立该用户的有关信息，其中包括移动用户识别码（MSI）、移动用户漫游号（MSRN），所在位置区的标志以及向用户提供的服务等参数，这些信息是从相应的HLR中传递过来的。MSC在处理入网、出网呼叫时需要查询VLR中的有关信息。一个VLR可以负责一个或若干个MSC区域。EIR是存储有关移动台设备参数的数据库。EIR实现对移动设备的识别、监视、闭锁等功能。23课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院1.4 移动通信系统的频段使用移动通信系统的频段使用 早期的移动通信主要使用VHF和UHF频段，其主要原因有以下三点:(1)VHF/UHF频段较适合移动通信。(2)天线较短，便于携带和移动。(3)抗干扰能力强。目前，大容量移动通信系统均使用800 MHz频段(CDMA)，900 MHz频段(AMPS、TACS、GSM)，并开始使用1800 MHz频段(GSM1800/DCS1800)，该频段用于微蜂窝(Microcell)系统。24课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院25课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院26课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院作业：1、P26 奇数题做在作业本上，偶数题做在书上。2、设计一个GSM网络，并简要说明各部分的作用。27课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院28课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院1.5 多多 址址 方方 式式 1.5.1 移动通信系统中的多址方式移动通信系统中的多址方式 （1）FDMA。当前应用这种多址方式的主要蜂窝系统有北美的AMPS和英国的TACS。在我国AMPS和TACS这两种制式都有应用，但TACS占绝大多数。所谓FDMA，就是在频域中一个相对窄带信道里，信号功率被集中起来传输，不同信号被分配到不同频率的信道里，发往和来自邻近信道的干扰用带通滤波器限制，这样在规定的窄带里只能通过有用信号的能量，而任何其他频率的信号被排斥在外。模拟的FM蜂窝系统都采用了29课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院30课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院 （2）TDMA。当前应用这种多址方式的主要蜂窝系统有北美的DAMPS和欧洲的GSM，在我国这两种制式也都有应用，但GSM占绝大多数。所谓TDMA，就是一个信道由一连串周期性的时隙构成。不同信号的能量被分配到不同的时隙里，利用定时选通来限制邻近信道的干扰，从而只让在规定时隙中有用的信号能量通过。实际上，现在使用的TDMA蜂窝系统都是FDMA和TDMA的组合，如美国TIA建议的DAMPS数字蜂窝系统就是先使用了30 kHz的频分信道，再把它分成6个时隙进行TDMA传输。31课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院 （3）CDMA。当前应用这种多址方式的主要蜂窝系统有北美的IS-95 CDMA系统。所谓CDMA，就是每一个信号被分配一个伪随机二进制序列进行扩频，不同信号的能量被分配到不同的伪随机序列里。在接收机里，信号用相关器加以分离，这种相关器只接收选定的二进制序列并压缩其频谱，凡不符合该用户二进制序列的信号，其带宽就不被压缩。结果只有有用信号的信息才被识别和提取出来。32课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院33课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院（4）SDMA。它是一种较新的多址技术，在由中国提出的第三代移动通信（3G）标准TD-SCDMA中就应用了SDMA技术。空分多址的原理如图1-5（d）所示。SDMA实现的核心技术是智能天线的应用，理想情况下它要求天线给每个用户分配一个点波束，这样根据用户的空间位置就可以区分每个用户的无线信号。换句话说，处于不同位置的用户可以在同一时间使用同一频率和同一码型，而不会相互干扰。实际上，SDMA通常都不是独立使用的，而是与其他多址方式(如FDMA、TDMA和CDMA等)结合使用。34课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院35课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院也就是说，对于处于同一波束内的不同用户再用这些多址方式加以区分。SDMA的优势是明显的：它可以提高天线增益，使得功功率率控控制制更加合理有效，显著地提升了系系统统容容量量；此外，一方面可以削弱来自外界的干扰，另一方面还可以降低对其他电子系统的干扰。SDMA实现的关键是智能天线技术，这也正是当前应用SDMA的难点。特别是对于移动用户，由于移动无线信道的复杂性，使得智能天线中关于多用户信号的动态捕获、识别与跟踪以及信道的辨识等算法极为复杂，从而对DSP（数字信号处理）提出了极高的要求，对于当前的技术水平是个严峻的挑战。所以，虽然人们对于智能天线的研究已经取得了不少鼓舞人心的进展，但由于存在上述一些目前难以克服的问题而未得到广泛应用。但可以预见，由于SDMA的诸多优点，SDMA的推广是必然的。36课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院37课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院图1-5 多址方式示意图(a)FDMA的频段划分方法；(b)TDMA示意图；(c)FH-CDMA和DS-CDMA示意图；(d)SDMA示意图38课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院1.5.2 移动通信系统中不同多址方式的频谱效率移动通信系统中不同多址方式的频谱效率 在FDMA蜂窝系统中，频谱效率取决于每每赫赫兹兹带带宽宽信信息息比比特特率率和和频频率率复复用用系系数数。美国模拟蜂窝系统AMPS将分配的频谱分成30 kHz带宽的许多信道，并使用窄带FM调制，调调制制效效率率为为每每30 30 kHzkHz一一条条话话路路。由于干扰，同一频率不能在每一小区中重复作用。为提供可靠的通话质量，载干比（C/I）需要18 dB或更高。根据推算和经验表明，在大多数情况下，这个C/I值需要在频率复用系数为1/7时才能达到。频频率率复复用用系系数数是是表表示示相相同同频频率率是是如如何何被被复复用用的的数数目目。因因此此,得得到到的的结结论论是是：每每个个小小区区中中必必须须占占用用210 210 kHzkHz的的频频谱谱才才有有一一条条话话路路。通过减小小区面积增加小区数，虽然从理论上能取得任意高的话路容量，但需要增加设备费用。此外，由于小区覆盖范围减小，也增加了基站间的切换次数。切换次数的增加将导致两个坏处：一是容易掉话；二是加重了交换机的负担。39课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院 TDMA频谱效率的计算基本上和FDMA相同。由于目前被认可的频率复用准则和模拟系统相似，我们可以算出对于DAMPS，每个小区必须占用70 kHz的频谱才有一条话路。换句话说，它的容量是模拟AMPS的三倍。同样可以算出，GSM的系统容量约是模拟TACS的两倍。40课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院 CDMA频谱效率的算法和上面两种制式不大相同，因为上面两种制式每条话路占用的频谱宽度是一定的，只要频率复用系数一定，每个小区的话路容量就确定下来。而CDMA 是通过不同的地址码来区分用户的，所有用户都共用一个频率。决定CDMA系统容量的主要参数有处理增益、所需的Eb/N0值、话音激活系数、频率复用效率和扇区数目等。而且即使上述参数都确定，容量还要受具体的地理环境、背景噪声和外部干扰等条件的影响。所以，在CDMA中，每条话路所需占用的频谱宽度是不确定的。通通过过试试验验和和理理论论计计算算，IS-95CDMAIS-95CDMA的的容容量量可可达达到到AMPSAMPS的的8 8至至1010倍倍，即即每每个个小小区区中中只只占占用用20kHz20kHz的的频频谱就可有一条话路。谱就可有一条话路。41课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院 目前的CDMA蜂窝系统实际上也都是FDMA和CDMA的组合。因为处在同一载频的CDMA用户共用同一频率，所以它的频率复用系数可以被看作是1，但由于受邻近小区中用户的干扰的影响，CDMA实际的频率复用系数应为2/3。CDMA系统的高容量很大一部分因素是由于它的频率复用系数远远超过其他制式的蜂窝系统，另外一个主要因素是它使用了话音激活技术。42课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院1.6其他常用技术其他常用技术 移动通信系统需要利利用用信信号号处处理理技技术术来来改改进进恶恶劣劣无无线线电电传传播播环环境境中中的的链链路路性性能能。均均衡衡、分分集集和和信信道道编编码码这三种技术，可以用来改改进进小小尺尺度度时时间间、空空间间中中接接收收信信号号的的质质量量和和链链路路性性能能。它们既可以单独使用，又可以组合使用。均均衡衡技技术术可可以以补补偿偿时时分分信信道道中中由由于于多多径径效效应应产产生生的的符符号号间间干干扰扰（ISIISI）。如果调制带宽超过了无线信道的相干带宽，将会产生符号间干扰，并且调制脉冲将会产生时域扩展，从而进入相邻符号。而接收机的均衡器可对信道中的幅度和延迟进行补偿。由于无线信道的未知性和时变性，因此均衡器需要是自适应的。43课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院分分集集技技术术是是另另外外一一种种用用来来补补偿偿信信道道衰衰落落的的技技术术，它通常使用两个或多个接收天线来实现。演进中的3G通用空中接口也利用了发射分集技术，基站通过空间分开的天线或频率发送多份信号的副本。同均衡器一样，分集技术改善了无线通信链路的质量，而且不用改变通用空中接口或者增加发射功率或者带宽。44课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院1.6.11.6.1均衡技术均衡技术 在带宽受限（频率选择性的）且时间扩散的信道中，由于多径影响而导致的符号间干扰会使被传输的信号产生失真，因而在接收机中产生误码。符号间干扰被认为是在无线信道中传输高速率数据时的主要障碍，而均衡正是克服符号间干扰的一种技术。从广义上讲，均衡可以指任何用来削弱符号间干扰的信号处理操作。在无线信道中，可以使用各种各样的均衡器来消除干扰，并同时提供分集。由于移动衰落信道具有随机性和时变性，这就要求均衡器必须能够实时地跟踪移动通信信道的时变特性，因此这种均衡器又称为自适应均衡器。45课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院自适应均衡器一般包括两种工作模式，即训练模式和跟踪模式。其工作过程如下：发射机发射一个已知的、定长的训练序列，以便接收机中的均衡器可以调整到恰当的设计，使误码率BER最小。典型的训练序列是一个二进制的伪随机信号或是一串预先指定的数据比特，而紧跟在训练序列之后被传送的是用户数据。46课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院 接收机中的自适应均衡器将通过递归算法来评估信道特性，并且修正滤波器系数，以对多径造成的失真做出补偿。在设计训练序列时，要求做到即使在最差的信道条件下，均衡器也能通过这个序列获得恰当的滤波系数。这样就可以在训练序列执行完之后，使得均衡器的滤波系数已经接近最佳值。而在接收用户数据时，均衡器的自适应算法就可以跟踪不断变化的信道。这样处理的结果就是：自适应滤波器将不断改变其滤波特性。当均衡器得到很好的训练后，就说它已经收敛。47课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院均衡器从调整系数至形成收敛，整个过程的时间跨度是均衡器算法、结构和多径无线信道变化率的函数。为了保证能有效地消除符号间干扰，均衡器需要周期性地做重复训练。均衡器通常用于数字通信系统中，因为在数字通信系统中用户数据被分为若干段，并被放入小的时间段或时隙中传送。时分多址（TDMA）无线通信系统特别适合于使用均衡器。TDMA系统在长度固定的时间段中传送数据，并且训练序列通常在一个分组的开始被传送。每次收到一个新的数据分组时，均衡器将用同样的训练序列进行修正。48课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院1.6.21.6.2分集技术分集技术 分集技术是通信中的一种用相对低廉的投资就可以大幅度改进无线链路性能的接收技术。与均衡技术不同，分集技术不需要训练序列，因此发射机不需要发送训练序列，从而节省了开销。分集技术的使用范围很广。分分集集的的概概念念是是：如如果果一一条条无无线线传传播播路路径径中中的的信信号号经经历历了了深深度度衰衰落落，那那么么另另一一条条相相对对独独立立的的路路径径中中可可能能包包含含着着较较强强的的信信号号。因此，接收机可以在多径信号中选择两个或两个以上的信号进行合并，这样做的好处是它在接收机中的瞬时信噪比和平均信噪比都有所提高，并且通常可以提高2030dB。分集技术是通过寻找无线传播环境中的独立（或至少是高度不相关的）多径信号来实现的。49课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院分集方案分为两种：一种称为“宏观分集方案”；另一种称为“微观分集方案”。宏宏观观分分集集方方案案用用于于合合并并两两个个或或多多个个长长时时限限对对数数正正态态信信号号，这些信号是经独立的衰落路径接收来自不同基站站址上的两个或多个不同天线发射的信号，显然，只要在各方向上的信号传播不是同时受到阴影效应或地形地貌的影响，这种方法能有效保持通信不会中断。微微观观分分集集方方案案用用于于合合并并两两个个或或多多个个短短时时限限瑞瑞利利信信号号，这些信号都是在同一个接收基站上经独立的衰落路径接收来自两个或多个不同天线发射的信号。50课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院常用的分集包括：空间分集、频率分集、时间分集、极化分集。空间分集，也称为天线分集，是无线通信中使用最多的分集形式之一。要想从不同的天线上获得非相关的接收信号，就要求天线间的间隔距离等于或大于半个波长。在基站的设计中，为了进行分集接收，在每个小区的中心，都装备了多个基站接收天线。但是由于移动台接近地面，容易产生严重的信号散射现象，因此基站处的分集天线之间必须相隔很远（通常是波长的几十倍），才能实现信号的非相关。空间分集既可用于基站，也可用于移动台，还可同时用于两者。目前，已有双天线手机面世。51课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院频率分集在多于一个的载频上传送信号。其工作原理是，在信道相干带宽之外的频率是不相关的，并且不会出现同样的衰落。在理论上，不相关信道产生同样衰落的概率是各自产生衰落概率的乘积。时间分集是指以超过信道相干时间的时间间隔重复发送信号，以便让再次收到的信号具有独立的衰落环境，从而产生分集效果。目前，时间分集技术已经大量地用于扩频CDMA的RAKE接收机中，由多径信道提供传输冗余信息。52课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院极化分集利用了空中的水平极化和垂直极化路径不相关的这一特性。由于在传输中进行了多次反射，使得信号在不同的极化方向上是不相关的。将极化天线用于多径环境中，当传输路径中有障碍物时，极化分集可以惊人地减少多径时延扩展，而不会明显地降低功率。在移动无线通信中，分集合并的方案是在几个信道上同时传输或者选择分集合并传输，以降低在接收端上过量的深衰落概率。在宏观分集中，选用选择分集合并是有效的。这样，可以减少长时限衰落。选择性分集合并是在两个或者多个信号中进行选择，而不是对信号进行合并。对于短时限衰落的微观分集，原则是通过分集方案获得相等平均功率的大量信号，其相应的分集合并方法包括选择性合并，最大比值合并和等增益合并。这些线性分集合并方法包含了多个接收信号简单的加权线性和。53课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院1.6.31.6.3信道编码技术信道编码技术 信道编码通过在传输数据中引引入入冗冗余余来来避避免免数数字字数数据据在在传传输输过过程程中中出出现现差差错错。用于检测差错的信道编码称为检错编码，而既可检错又可纠错的信道编码称为纠错编码。纠错和检错技术的基本目的是通过在无线链路的数据传输中引入冗余来改进信道的质量。冗余比特的引入增加了原始信号的传输速率。因此，在源数据速率固定的情况下，这增加了带宽要求，结果降低了高SNR情况下的带宽效率，却大大降低了低SNR情况下的BER。根据香农定理可知，只要SNR足够大，就可以用很宽的带宽来实现无差错通信。这就是3G应用宽带CDMA的部分原因。另一方面，差错控制编码的宽度是随编码长度的增加而增加的。因此，纠错编码在带宽受限的环境中是有一定优势的，并且在功率受限的环境中提供一定的链路保护。54课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院信道编码器把源信息变成编码序列，使其可用于信道传输，这就是它处理数字信息源的方法。检错码和纠错码有三种基本类型：分组码、卷积码和Turbo码。分组码是一种前向纠错（FEC）编码。它是一种不需要重复发送就可以检出并纠正有限个错误的编码。在分组码中，校验位被加到信息位之后，以形成新的码字（或码组）。在一个分组编码器中，k个信息位被编为n个比特，而n-k个校验位的作用就是检错和纠错。分组码以（n，k）表示，其编码速率定义为Rc=k/n，这也是原始信息速率与信道信息速率的比值。55课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院卷积码与分组码有根本的区别，它不是把信息序列分组后再进行单独编码，而是由连续输入的信息序列得到连续输出的已编码序列。已经证明，在同样的复杂度下，卷积码可以比分组码获得更大的编码增益。卷积码是在信息序列通过有限状态移位寄存器的过程中产生的。56课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院1.7 移动通信系统的发展史移动通信系统的发展史 1.7.1 全球移动通信的发展历程全球移动通信的发展历程 移动通信的发展大致经历了以下几个发展阶段：20世纪2030年代：警车无线电调度电话（AM调幅），使用频率为2 MHz。20世纪4050年代：人工接续的移动电话（FM调频），单工工作方式，使用频段为150 MHz及450 MHz。特别值得一提的是1947年Bell实验室提出了蜂窝的概念。20世纪60年代：自动拨号移动电话，全双工工作方式，使用频段为150 MHz及450 MHz。1964年美国开始研究更先进的移动电话系统（IMTS）。57课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院 20世纪7080年代：AMPS、TACS分别在美国、英国投入使用。使用频段为800/900 MHz（早期曾使用450 MHz），全自动拨号，全双工工作，具有越区频道转换，自动漫游通信功能。频谱利用率、系统容量和话音质量都有明显的提高。20世 纪 90年 代：GSM数 字 移 动 通 信 系 统 和 窄 带CDMA（IS-95A）数字移动通信系统及卫星移动通信投入使用。58课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院 21世纪初：基于窄带IS-95 CDMA技术的宽带CDMA技术的cdma2000、基于日本无线工业广播协会（ARIB）支持的纯W-CDMA和欧洲电信标准协会（ETSI）制定的UTRA 两个独立建 议 的 W-CDMA、由 我 国 提 出 的 时 分 同 步 CDMA（TD-SCDMA）等第三代（3G）系统（IMT-2000）陆续开始投入使用或建立试验网。其中，第三代（3G）系统使用频段为18852025 MHz，21102200 MHz，全球统一标准。在使用的150 MHz、450 MHz、900 MHz三个频段的具体收发频率间隔分别为:150 MHz的收发频率间隔为5.7 MHz；450 MHz 的收发频率间隔为10 MHz；900 MHz的收发频率间隔为45 MHz。59课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院 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。其主要技术是模拟调频、频分多址，主要业务是电话。代表这一系统的有美国的AMPS，英国的TACS，北欧的NMT-900及日本HCNTS等。模拟系统的主要缺点是：频谱利用率低，不能与ISDN兼容，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。美国的AMPS最早是由美国于1971年开始研制并投入军用的。1973年，美国Motorola公司向美国联邦通信委员会(FCC)提出申请AMPS(Advanced Mobile Phone Service)系统，经批准于1983年投入使用。60课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院 表表1-1 AMPS与与TACS的主要差别的主要差别 项 目 AMPS TACS 工作频段/MHz MSBS BSMS 825845 870890 890915 935960 频道间隔/kHz 30 25话音频道调制峰值频偏/kHz 12 9.5 控制信号传输速率/(kb/s)10 8 控制频道调制峰值频偏/kHz 8 6.4 61课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院使用的150 MHz、450 MHz、900 MHz三个频段的具体收发频率间隔分别为:150 MHz 的收发频率间隔为5.7 MHz；450 MHz 的收发频率间隔为10 MHz；900 MHz的收发频率间隔为45 MHz。AMPS系统和TACS系统均为采用FDMA方式的模拟蜂窝移动通信系统，属第一代(1G)移动通信系统。其缺点是容量小，不能满足飞速发展的移动通信业务量和业务种类的需要。第二代(2G)移动通信系统采用TDMA或CDMA数字蜂窝系统，如GSM/DCS-1800，D-AMPS(IS-54、IS-136)、CDMA(IS-95)等。其容量和功能都比模拟系统有了很大的提高，但其业务种类主要限于话音和低速数据(9.6 kb/s)。62课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院 表1-2列出了全球目前投入运营或曾经投入过运营的低功率系统的主要参数。表1-3列出了全球目前投入运营的第二代(2G)数字蜂窝系统的主要参数。63课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院64课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院65课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院值得一提的是，采用码分多址(CDMA)技术的IS-95数字蜂窝移动通信系统与其他蜂窝系统相比具有以下优点：(1)系统容量大，为GSM的5.6倍，为TACS的11.2倍。(2)抗衰落能力及抗干扰性能强。(3)话音质量高。(4)保密性及安全性优于GSM系统。(5)移动台发射功率低(约10 mW)。(6)具有软切换和软容量特性。(7)频率复用模式可达到1。本区和邻区可共用同一频道，因而不需要频率动态分配。(8)可实现宽带数据传输。66课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院1.7.2 从从2G向向3G 发展发展1.移动用户数发展的必然趋势移动用户数发展的必然趋势 随着移动用户数量的急剧增加，世界上一些发达地区已经出现了频率资源紧张、系统容量饱和的局面。移动通信所赖以生存的无线电频率是一种宝贵的资源，频谱资源是有限的，但随着移动通信的飞速发展，用户数量的急剧增加，有限的资源被“无限”地利用，矛盾越来越尖锐。由于采用了CDMA技术，相对于来说可以提供更大的系统容量，能有效缓解急剧增长的用户数量和有限的频率资源之间的矛盾。从这个角度分析，的无线技术必将被所取代。67课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院2.移动业务发展的必然趋势移动业务发展的必然趋势随着社会生产力的发展，人类已经逐渐步入信息化社会，人们对于移动通信也提出了越来越高的要求。在这种潮流下，分组交换、ATM、IP等技术与移动通信技术的融合已经成为移动通信的发展趋势，而且移动通信和互联网络的结合也越来越紧密。同时，信息技术的发展和用户的多样化、个性化需求要求移动通信系统提供更丰富、更个性化的业务，如图像、话音与数据相结合的多媒体业务和高速数据业务，但2G系统主要为用户提供话音业务和低速数据业务，QoS能力有限，无法满足用户多媒体、电子商务、移动上网等多种新兴通信的要求。3G能够达到高速车载环境下384 kb/s、低速或静止状态下2 Mb/s及以上的速率，因此可提供多样化、个性化业务，并向多媒体化、智能化、IP化方向发展。68课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课件制作：蔡彦物信学院3.运营商发展的必然趋势运营商发展的必然趋势从更深层次来说，随着终端价格和话费的下调、预付费业务的开展，手机消费已从奢侈品走向普及，大量低端用户的加入导致运营商的逐渐下降。一直是投资者衡量运营商核心竞争力的一个重要指标，因此如何有效提高就成为亟待解决的问题。由于话音业务的利润空间日益缩小，因此要提高，还需要开展丰富的差异化竞争业务。因为直接将业务本身标准化，所以同一种业务就只有一种标准实现方式，不利于第三方的快速引入和业务生成，生成新业务比较困难，无法充分满足用户多样化、个性化的业务需求。在中，某个特定业务可以抽象为多个业务能力特征的集合，每个业务能力特征可以根据承载网络的不同而由不同的业务能力具体实现，这表现了业务生成的多样化和灵活性。运营商只有充分利用平台来开展差异化竞争，才能在未来的激烈竞争中生存和发展。69课件制作：蔡彦第第1 1章章 概述概述 课