移动通信基础知识.pptx

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1/30/2020,#,移动通信基础,移动通信的发展,移动通信和蜂窝组网思想,无线电磁波理论,通信话务理论,通信双工技术,通信多址技术,通信信息处理流程,通信编码概念,噪声、干扰概念,抗噪声、抗干扰技术,1880年，,Hertz,向人们展示了第一个无线通信系统,随后，,Marconi(,马可尼,),建立了第一个商用无线通信系统,1921年，第一个陆上移动通信系统在美国底特律警察局得到使用,1946年，,AT&T,（美国电话电报公司）推出了第一个移动电话系统,60年代末、70年代初出现了第一个蜂窝电话系统,1980年代初，第一代蜂窝系统投入商用,美国的,AMPS(,高级电话系统,)、,欧洲的,TACS,（全接入通信系统）,1991,年，,GSM,系统在欧洲开通运行,1995年，,CDMA(IS-95),系统商用,1.0,移动通信发展,1.0,移动通信发展,1.1,第一代移动通信,第一代：模拟移动通信系统,1979:芝加哥,AMPS(Advance Mobile Phone Service),1981:,北 欧,NMT(Nordic Mobile Telephone),1985:,英 国,TACS(Total Access Communication Syst,em),业 务,语音,缺 点,频谱利用率低,终端笨重且昂贵,漫游范围小,安全性低,1.1,第一代移动通信,第一代移动通信,AMPS,工作频率：上行825845,MHz,下行870890,频道间隔与频道总数：30,KHz、666,双工频道间隔：45,MHz,移动台发射功率：8,W,多址方式：,FDMA,TACS,工作频率：上行890915,MHz,下行935960,频道间隔与频道总数：25,KHz、1000,双工频道间隔：45,MHz,移动台发射功率：37,W,多址方式：,FDMA,第二代：数字移动通信系统,第二代移动通信系统由于,TACS,等模拟制式存在的各种缺点，,90,年代开发出了以数字传输、时分多址和窄带码分多址为主体的移动电话系统，称之为第二代移动电话系统。,1992:欧 洲,GSM(Global System for Mobile communication),1995:,美 国,IS95,即,CDMA(Code Division Multiple Access),美 国,IS-136,即,D-AMPS(Digital-Advance Mobile Phone Service),日 本,PDC (Personal Digital Cellular),1.2,第二代移动通信系统,业 务特点,语音和低速率数据业务,频谱利用率,系统容量最大,用户能获得多种服务,(,话音或非话音服务,),能自动漫游,话音质量比第一代好,保密性好,与,ISDN,、,PSTN,等的互连,缺 点,容量不大,提高系统容量,多种制式不兼容,全球标准,数据传输速率低,多媒体应用,1.2,第二代移动通信系统,1.2,第二代移动通信系统,GSM900,工作频率：上行890915,MHz,下行935960,MHz,频道间隔与频道总数：200,KHz、124,双工频道间隔：45,MHz,移动台发射功率：0.252,W、0.6255W、18W,多址方式：,FDMA、TDMA,GSM DCS1800,工作频率：上行17101785,MHz,下行18051880,MHz,频道间隔与频道总数：200,KHz、374,双工频道间隔：95,MHz,移动台发射功率：0.10.8,W、0.250.631、0.1251,多址方式：,FDMA、TDMA,1.2,第二代移动通信系统,CDMA,工作频率,上行82,5,8,35MHz,下行8,70,8,80MHz,频道间隔与频道总数：1.25,MHz、20,双工频道间隔：45,MHz,移动台发射功率：0.010.2,W,多址方式：,FDMA、CDMA,1.2,第二代移动通信系统,GSM,业务的演进,GPRS(General Packet Radio Service),原理:分组交换技术,无线资源利用率高,速率:160,kbit/s,部分运营商已开始商用,EDGE(Enhancement Data rates for GSM Evolution,增强数据速率的,GSM,演进,),原理:分组交换技术,新的调制技术:8,PSK(,八进制相移键控,),速率:384,kbit/s,部分运营商已准备应用此技术,1.3,第三代移动通信系统,IMT2000(International Mobile Telecommunications-2000 3G,统称),1985年,ITU(,国际电联)提出,FPLMTS(,未来公众陆地移动通信系统),1996年正式更名为,IMT2000,UMTS,由,欧洲电信标准协会提出,UMTS(,通用移动通信系统,)UMTS,UMTS,与,IMT-2000,的概念和目的非常相似，均致力于在全球统一频段，按统一标准提供功能、质量与固定有线通信系统相当的多种服务。,定义：第三代移动通信系统是一种能提供多种类型、高质量多媒体业务，能,实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，与固定网络相兼容，并以小,型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类通信的通信系统,1.3,第三代移动通信系统,1.3,第三代移动通信系统,IMT2000,框架包含了一系列的无线技术及标准规范,IMT2000,主要要求:,高度一致的全球设计规划,统一“空中接口”,IMT-2000,及固定网之间的业务兼容,高质量服务,全世界漫游,多媒体应用，广泛的业务及终端设备,IMT2000,移动环境:,车速环境 144,Kbps,步行环境 384,Kbps,室内环境 2,Mbps,1.3,第三代移动通信系统,1.3,第三代移动通信系统,中国于,1999,年,4,月成立了无线通信标准研究组,CWTS,，并于,1999,年,5,月正式加入了,3GPP,和,3GPP2,。,现行的主要,3G,标准：,WCDMA(,欧洲,),:,带宽,5MHz,，其演进的,HSPDA,下行数据最大速率,14.4Mbps,，上行数据最大速率,5.76Mbps,，目前移动台最大支持,7.2Mbps,；,CDMA2000(,美国和日本,),:,带宽,1.25MHz,，由其演进的,1x EV-Do,系统在,Rev-A,版本下行数据最大速率,3.072Mbps,，上行数据最大速率,1.8432Mbps,；,TD-SCDMA(,中国,),:,带宽,1.6MHz,，由,TD_SCDMA,演进的,HSPDA,下行数据最大速率,2.8Mbps,，上行数据最大速率,2.2Mbps,；,ITU:,国际电联,International Telecommunication Union,1.4,第四代移动通信演进,1.4,第四代移动通信演进,LTE,LTE=Long Term Evolution,，又称,E-UTRA/E-UTRAN,，和,3GPP2 UMB,合称,E3G,（,Evolved 3G,）,LTE,是以,OFDM,为核心的技术，为了降低用户面延迟，取消了无线网络控制器（,RNC,）。与其说是,3G,技术的“演进”（,evolution,），不如说是“革命”（,revolution,）。,这场“革命”是系统不可避免的丧失了大部分后向兼容性，也就是说，从网络侧和终端侧都要做大规模的更新换代。因此从技术归属上，可以将,LTE,看作,4G,范畴。,在,2006,年,10,月以后，,WiMax,加入,3G,标准，它的,OFDMA,多址技术和,MIMO,关键技术实际上是,4G,技术。,课程目标,熟悉移动通信基础概念,了解电波传播特性,掌握移动通信抗干扰、抗衰落技术,2.1,无线电波传播方式,电磁波传播特性,直射：无线电波在自由空间传播的方式,反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时，就会发生反射,绕射：当发射机和接收机之间的传播路由被尖锐的边缘阻挡时，就会发生绕射,散射：当电磁波的传播路由存在小于波长的物体，并且单位体积内这种障碍物体的数目非常巨大时，就会发生散射,19,20,反射和散射,2.1,无线电波传播方式,21,绕射,2.1,无线电波传播方式,2.2,无线电波衰落,无线电波衰落,无线移动信道传播过程中会遇到各种建筑物、树木、植被以及起伏的地形，会引起能量的吸收和穿透以及电波的反射、散射和绕射等；,无线信号在传播时受到的多种途径衰减的损耗可以表示为：,22,2.2,无线电波衰落,无线电波衰落,P(d),为接收信号功率，是基站和移动台之间距离的函数；,d(-n),为空间传播损耗，,n,一般为,3,5,；,S(d),为阴影衰落，是由传播环境中的地形起伏、建筑物及其他障碍物对电波遮蔽所引起的衰落；,R(d),为多径衰落，是由移动传播环境的多径传播引起的衰落。,23,2.2,无线电波衰落,无线电波衰落,24,2.2,无线电波衰落,无线电波衰落,在数十波长的范围内，接收信号场强的瞬时值呈现快速变化的特征，这就是多径衰落，其衰落特性符合瑞利分布。这种衰落由于衰落速率较快，又可称为快衰落。在数十波长的范围内对信号求平均，可得到短区间中值。,在数百波长的区间内，信号的短区间中值也出现缓慢变动的特征。这就是阴影衰落。其衰落特性符合对数正态分布。在较大区间内对短区间中值求平均可得长区间中值。,长区间中值随基站的距离而变，其衰减特性一般服从率。它表明的是在以公里计的较大范围内接收信号的变化特性。,25,2.2,无线电波衰落,无线电波衰落,空间传播损耗：路径损耗,阴影效应：由地形结构引起，表现为慢衰落,多径效应：由移动体周围的局部散射体引起的多径传播，表现为快衰落,多普勒效应：由于移动体的运动速度和方向引起，多径条件下将引起多普勒频谱展宽,26,移动通信基础知识,移动通信基本概念,移动通信电波传播特性,移动通信抗干扰、抗衰落技术,27,28,28,蜂窝网络架构,蜂窝系统（“小区制”系统）：将所要覆盖的地区划分为若干个小区，每个小区的半径可视用户的分布密度在,1-10km,左右,在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务；,特点：用户容量大，服务性能较好，频谱利用率较高，用户终端小巧且电池使用时间长，辐射小等；,问题：系统复杂，越区切换，漫游，位置登记；更新和管理以及系统鉴权等。,蜂窝分类,宏蜂窝,(Macro-cell)2-20km,微蜂窝,(Micro-cell)0.4,2 km,微微蜂窝,(Pico-cell)400m,分层蜂窝,(,由多种蜂窝组成,),3.1,移动通信网络结构,29,29,蜂窝网络架构,引入“频率复用”的概念。,3.1,移动通信网络结构,30,30,话务理论,话务量,E,度量通信系统通话业务量或繁忙程度的指标,单位时间（1小时）内呼叫次数与每次呼叫的平均占用信道时间之积，即,E=Ct,单位：爱尔兰（,Erl）,1,Erl,表示一个小时内不断占用一个信道的话务量,完成话务量,Ec：,呼叫成功接通的话务量,损失话务量,El,3.2,移动通信话务理论,31,31,话务理论,呼损率,L,呼损：由于用户数大于信道数，当多个用户同时要求服务而信道数不够时，有部分用户因无空闲信道而不能通话，即为呼叫失败,呼损率：通信系统中，造成呼叫失败的概率,呼损率的物理意义：损失话务量与呼叫话务量之比的百分数（也可用呼叫次数表示）,L=（El/E,）,100%,=（,Cl/C）100%,呼损率越小，成功呼叫的概率越大，用户就越满意。因此呼损率也称为系统的服务等级。,呼损率与话务量是一对矛盾，服务等级与信道利用率也是矛盾的，必须选择一个合适的值,利用爱尔兰公式计算出的呼损率列表为爱尔兰呼损表，反映话务量、呼损率和共用信道数间的关系,工程上，常用查表的方式计算话务量,3.2,移动通信话务理论,32,32,话务理论,忙时集中率,K,忙时、非忙时,考虑用户数与信道数时应采用忙时话务量,忙时话务量：最繁忙的一小时的话务量,忙时集中率：忙时话务量与全日（24小时）话务量的比值,K=,忙时话务量/全日话务量,3.2,移动通信话务理论,33,33,话务理论,每用户忙时话务量,E,用户,E,用户=,CTK/3600（Erl/,用户）,C,为每天平均呼叫次数；,T,为每次呼叫平均占用时间(,s)；K,为繁忙小时集中率,E,用户是一个统计平均值,对专用移动通信系统，用户忙时的话务量可按0.06,Erl/,用户计算；,对于公用移动通信系统，用户忙时的话务量按0.01,Erl/,用户来计算。,3.2,移动通信话务理论,34,34,话务理论,每信道容纳的用户数,M,Ec=(E/n)/E,用户,E/n,为每信道平均话务量，,E,可由爱尔兰呼损表查得。,每个信道所容纳的用户数与在一定呼损条件下系统所能负载的话务量成正比，与每用户忙时话务量成反比。,3.2,移动通信话务理论,35,35,移动通信双工方式,根据信息的传送方向，通信可以分为单工、半双工和全双工三种方式,信息只能单向传送为单工；,信息能双向传送但不能同时双向传送称为半双工；,信息能够同时双向传送则称为全双工。,双工又可分为：时分双工（,TDD,），频分双工（,FDD,）；,时分双工（,TDD,）：上下行通信采用同一个频段，但以不同的时隙进行收发；,频分双工（,FDD,）：用频段的不同来区分上下行。,3.3,移动通信双工方式,36,36,3.3,移动通信双工方式,37,37,TDD,技术具有以下优势：,（,1,）频谱效率高，配置灵活。由于,TDD,方式采用非对称频谱，不需要成对的频率，能有效利用各种频率资源，满足,LTE,系统多种带宽灵活部署的需求。,（,2,）灵活地设置上下行转换时刻，实现不对称的上下行业务带宽。,TDD,系统可以根据不同类型业务的特点，调整上下行时隙比例，更加灵活地配置信道资源，特别适用于非对称的,IP,型数据业务。但是，这种转换时刻的设置必须与相邻基站协同进行。,（,3,）利用信道对称性特点，提升系统性能。在,TDD,系统中，上下行工作于同一频率，电波传播的对称特性有利于更好地实现信道估计、信道测量和多天线技术，达到提高系统性能的目的。,（,4,）设备成本相对较低。由于,TDD,模式移动通信系统的频谱利用率高，同样带宽可提供更多的移动用户和更大的容量，降低了移动通信系统运营商提供同样业务对基站的投资；另外，,TDD,模式的移动通信系统具有上下行信道的互惠性，基站的接收和发送可以共用一些电子设备，从而降低了基站的制造成本。因此，相比与,FDD,模式的基站，,TDD,模式的基站设备具有成本优势。,3.3,移动通信双工方式,38,38,除了这些独特的优势，,TDD,也存在一些明显的不足。表现在以下几个方面：,（,1,）终端移动速度受限。在高速移动时，多普勒效应会导致时间选择性衰落，速度越快，衰落深度越深，因此必须要求移动速度不能太高。以,3G,系统为例，在目前芯片处理速度和算法的基础上，使用,TDD,的,TD-SCDMA,系统中，当数据率为,144kbps,时，终端的最大移动速度可达,250km/h,，与,FDD,系统相比，还有一定的差距。一般,TDD,终端的移动速度只能达到,FDD,终端的一半甚至更低。,（,2,）干扰问题更加复杂。由于,TDD,系统收发信道同频，无法进行干扰隔离，系统内和系统间均存在干扰，干扰控制难度更大。,（,3,）同步要求高。由于上下行信道占用同一频段的不同时隙，为了保证上下行帧的准确接收，系统对终端和基站的同步要求更高。,未来移动通信系统对带宽的要求越来越高，频谱资源的紧缺会使,TDD,系统的重要性日益凸显，,TDD,双工方式将得到更为广泛的应用，可能发展为主流的双工方式。,3.3,移动通信双工方式,39,39,移动通信多址技术,多址技术是指能够使多用户共用公共通信信道的一种技术，也就是多用户区分技术。,频分多址,(FDMA)-,按频道划分用户，频带独享，时间共享；,时分多址,(TDMA)-,按时隙划分用户，时隙独享，频率共享；,码分多址,(CDMA)-,按码道划分用户，时隙,/,频率共享；,空分多址,(SDMA)-,按空间角度划分用户，频率,/,时隙,/,码道共享。,正交频分多址,(OFDMA),3.4,移动通信多址技术,40,40,频分多址技术,用户识别：频点,特点：,简单，适用于模拟和数字信号；,以频点区分用户地址，一个频点传输一路模拟,/,数字话路；,对功控的要求不严，硬件设备取决于频率规划和载波设置；,3.4,移动通信多址技术,41,41,频分多址技术,3.4,移动通信多址技术,42,42,时分多址技术,用户识别：时隙,特点：,以频率复用为基础，同一小区内以时隙区分用户；,每个时隙传输一路数字信号，软件对时隙动态配置；,系统要求严格的系统定时同步；,是时隙受限和干扰受限系统；,TDD,模式下，上下行信道信息,可以共享。,3.4,移动通信多址技术,43,43,时分多址技术,3.4,移动通信多址技术,44,44,码分多址技术,用户识别：码道,特点：,每个码传输一路数字信号；,用户共享时间和频率；,是干扰受限系统；,需要严格的功率控制；,需要定时同步；,软容量、软切换，系统容量大；,抗衰落、抗多径能力强。,3.4,移动通信多址技术,45,45,码分多址技术,3.4,移动通信多址技术,46,46,空分多址技术,用户识别：空间角度,特点：,采用智能天线波束赋形技术；,通过空间角度不同区分不同的用户数据；,用户共享时间、频率和码道资源；,抗衰落、抗多径能力强。,3.4,移动通信多址技术,47,47,空分多址技术,3.4,移动通信多址技术,48,48,3.4,移动通信多址技术,正交频分多址,将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输,49,49,移动通信无线传输技术,3.5,移动通信无线传输技术,50,信源（语音）编码技术,语音编码技术是数字移动通信的基础，是第一代与第二代移动通信的主要区别。,语音编码的作用：,提高通话质量（数字化信道编码纠错）,提高频谱利用率（低码率编码）,提高系统容量（低码率，语音激活技术）,移动通信对语音编码的要求：,编码速率低，话音质量好,抗噪声干扰和抗误码的能力强,编译码延时小,编译码器复杂度低，便于大规模集成,功耗小，以便应用于手持机,50,3.5,移动通信无线传输技术,51,在数字通信系统中，,信源和信宿,都是模拟信号（模拟信息），而信道传输的却是数字信号。可见在数字通信系统中的发信端必须要有一个将模拟信号变成数字信号的过程，同时在收信端也要有一个把数字信号还原成模拟信号的过程。,51,3.5,移动通信无线传输技术,模拟信号源,模,/,数转换,数字通信系统,数,/,模转换,模拟信号,数字信号,数字信号,模拟信号,52,通常我们用模拟信号（,Analogsignal,）和数字信号（,Digitalsignal,）的英文头一个字母把模拟信号变成数字信号的过程简称为,A/D,转换,，把数字信号变成模拟信号的过程简称为,D/A,转换,。,模拟数据：,是在某个区间内连续变化的值,数字数据：,是离散的值,52,3.5,移动通信无线传输技术,幅度,（,a,）模拟信号,幅度,（,b,）数字信号,模拟信号和数字信号的表示,53,信息是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识,;,数据是把事件的某些属性规范化后的表现形式,;,信号是数据的具体的物理表现,53,3.5,移动通信无线传输技术,54,要利用数字通信系统传输模拟信号，一般需要,三个步骤：,（,1,）把模拟信号数字化，即模数转换（,A/D,）；,（,2,）进行数字方式传输；,（,3,）把数字信号还原为模拟信号，即数模转（,D/A,）。,54,3.5,移动通信无线传输技术,55,55,3.5,移动通信无线传输技术,抽样：对信号在时间上离散。,量化：把抽样值在幅度上离散。,编码：用,M,进制代码表示量化后的抽样值。,56,模拟信号转换成为数字信号（,A/D,）通常需要三个步骤：,抽样的过程亦可看作是用信号对脉冲序列进行调制，因此，也称为脉冲调制。,56,3.5,移动通信无线传输技术,编 码,抽 样,量 化,57,57,3.5,移动通信无线传输技术,抽样,是指对模拟信号在时间域上的离散化过程，把一个时间上连续、幅度也连续的模拟信号变换成时间上离散、幅度连续的信号。,58,58,3.5,移动通信无线传输技术,抽样概念示意图,59,模拟信号经抽样后的样值序列，是在时间上离散、幅度上连续的模拟信号。如果用,N,位二进制码组来表示该样值的大小，,N,位二进制码组只能同,M=2N,个电平样值相对应。这就需要把取值连续的抽样值划分成有限的,M,个离散电平，此电平被称为量化电平。,59,3.5,移动通信无线传输技术,其目的 是将,PAM,信号幅度离散化,.,量化：利用预先规定好的有限个电平来表示每 一个模拟信号抽样值的过程,.,60,60,3.5,移动通信无线传输技术,把量化后的,N,个电平转化为二进制码的过程，称为编码。,模拟信号需要经过,抽样,、,量化,和,编码,，,将模拟信号变换成代码才能在信道上传输。,编码：,61,模拟信号数字化的方法大致可划分为,参量编码,和,波形编码,两类。,参量编码,是利用信号处理技术，提取语音信号的特征参量，再变换成数字代码，其比特率在,16kb/s,以下，但接收端重建,(,恢复,),信号的质量不够好。,波形编码,是直接把时域波形变换为数字代码序列，比特率通常在,16 kb/s64 kb/s,范围内，接收端重建信号的质量好，编码也相对简单，缺点是编码信号带宽比较宽。,61,3.5,移动通信无线传输技术,62,目前用的最普遍的波形编码方法有,脉冲编码调制,(PCM),62,3.5,移动通信无线传输技术,63,63,3.5,移动通信无线传输技术,抽样,是按抽样定理把时间上连续的模拟信号转换成时间上离散的抽样信号；,量化是把幅度上仍连续的抽样信号进行幅度离散，即指定,M,个规定的电平，把抽样值用最接近的电平表示；,编码,是用二进制码组表示量化后的样值脉冲,64,常见通信系统语音编码举例：,1,GSM,系统的语音编码,（,1,）语音编码：,RPE,LTP,（规则脉冲激励长期测）,（,2,）编码速率：,13kbps,2.WCDMA,（及,TD-SCDMA,）系统的语音编码,（,1,）语音编码方案：,AMR,（自适应话音编码器）,3,cdma2000,系统中的语音编码,（,1,）语音编码方案：,EVRC,（增强型可变速率语音编器）,（,2,）编码速率：全速率（,1,）,9.6kbps,、半速率（,1/2,）,4.8kbps,、八分之一速率（,1/8,）,12kbps,。,64,3.5,移动通信无线传输技术,65,信道编码技术,数字信号在传输中往往由于各种原因，使得在传送的数据流中产生误码，从而使接收端产生声音跳跃、不连续、出现失真等现象。所以通过信道编码这一环节，对信息流进行相应的处理，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，可极大地避免码流传送中误码的发生。误码的处理技术有纠错、交织等。,提高数据传输效率，降低误码率是信道编码的任务。信道编码的本质是增加通信的可靠性，提高系统纠错能力。,65,3.5,移动通信无线传输技术,66,通信中，接收的数据与发送数据不一致的现象称为传输差错。差错控制，就是检查是否出现差错以及如何纠正差错。,1.,差错产生的原因,造成传输差错的主要原因：,（,1,）信道上存在噪声，噪声与原始信号叠加，从而出现差错,（,2,）信道特性不理想使被传输的信号产生失真,66,3.5,移动通信无线传输技术,67,67,3.5,移动通信无线传输技术,68,68,3.5,移动通信无线传输技术,69,69,3.5,移动通信无线传输技术,发送端加入的冗余信息一般有检错码和纠错码两种,检错码只能检查出是否发生错误，不能定位错误的位置，因此也就无法更正错误。而纠错码既能发现错误，也能纠正错误，只是相对于检错码，一般要有更多的冗余信息。,检错码和纠错码有三种基本类型：分组码、卷积码和,Turbo,码。,70,70,3.5,移动通信无线传输技术,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。,71,卷积编码,卷积码将,k,个信息比特编成,n,个比特，但,k,和,n,通常很小，特别适合以串行形式进行传输，时延小。,71,3.5,移动通信无线传输技术,72,Turbo,编码,1993,年，由,C.Berrou,等提出；,Turbo,码巧妙地将两个简单分量码通过伪随机交织器并行级联来构造具有伪随机特性的长码，并通过在两个软入,/,软出,(SISO),译码器之间进行多次迭代实现了伪随机译码。他的性能远远超过了其他的编码方式,72,3.5,移动通信无线传输技术,73,73,3.5,移动通信无线传输技术,香农编码定理：在有噪声的环境下，只要信源的信息速率不超过信道容量，就可以找到一种编码方法，使信息的传输速率任意逼近于信道容量，而传输的错误概率任意逼近于零；,用于中、高速数据业务。,信道容量表征一个信道传输数据的能力,单位也用位,/,秒,(bps),。,信道容量,与,数据传输速率,的,区别,：,信道容量表示信道的最大数据传输速率,是信道传输数据能力的极限。,数据传输速率则表示实际的数据传输速率。,74,差错控制的基本方式有,3,种：前向纠错、检错重发、混合纠错,74,3.5,移动通信无线传输技术,75,（,1,）前向纠错方式（,FEC,）又叫自动纠错方式,这种方式中，发送端将信息码元按一定规则附加上监督码，构成需要发送的码字。当接收端收到码字，发现有差错且在其纠错能力之内时，能自动将码字纠正。该方式的主要优点是：可进行单向通信，或一对多的同时通信（广播），特别适合移动通信。它的控制电路简单，译码实时性好。主要缺点是编码效率低，编、译码设备复杂，成本高。目前，,FEC,方式广泛应用于太空和卫星通信中。,75,3.5,移动通信无线传输技术,76,（,2,）检错重发方式（,ARQ,）又称自动重传方式,在这种方式中，发送端发送的码元中加入了具有检错能力的监督码，接收端则按照给定的规则判决传输中有无错误产生。如果发现错误，就通过反向信道把这一判决结果反馈给发送端，该方式的主要优点是：译码设备简单，易于实现，对各种信道的不同差错有一定的适应能力，特别是对突发错误和信道干扰严重的情况更为有效。,ARQ,方式在计算机网络、计算机设备之间的通信中获得了广泛的应用。其缺点是：需要反馈信道，信息传输效率低,76,3.5,移动通信无线传输技术,77,（,3,）混合纠错方式（,HEC,）,混合纠错方式是前向纠错方式和检错重发方式的结合，其监督码既有检错能力，也有一定自动纠错能力。接收端检查差错情况，如果错误在码元的纠错能力范围以内，则自动纠错，如果超过了码元的纠错能力，但能检测出来，则经过反馈信道请求发送端重发。这种方式具有,FEC,和,ARQ,方式的优点，可达到较低的误码率，但需双向信道和较复杂的译码设备和控制系统。,77,3.5,移动通信无线传输技术,78,在陆地移动通信这种变参信道上，比特差错经常是成串发生的。这是由于持续较长的深衰落谷点会影响到相继一串的比特。然而，信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才有效。,为了解决这一问题，希望能找到把一条消息中的相继比特分散开的方法，这样在传输过程中即使发生了成串差错，恢复成一条相继比特串的消息时，差错也就变成单个,(,或长度很短,),，这时再用信道编码纠错功能纠正差错，恢复原消息。这种方法就是,交织技术,。,78,3.5,移动通信无线传输技术,79,交织技术,交织,目的：把一个较长的突发差错离散成随机差错，再利用纠正随机差错的编码技术消除随机差错,交织原因：深度衰落，较长时间人为干扰，大自然突发噪声,交织深度越大，抗突发差错能力越强,交织器结构：,79,3.5,移动通信无线传输技术,80,80,3.5,移动通信无线传输技术,81,调制技术,调制的目的：使传输的数字信号与信道特性相匹配，以便有效进行信息传输,调制在通信系统中有十分重要的作用。通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于传播的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输的可靠性有着很大的影响，调制方式往往决定了一个通信系统的性能,调制方式按照调制信号的性质分为模拟调制和数字调制两类；,模拟调制有调幅,(AM),、调频,(FM),和调相,(PM),。数字调制有振幅键控（,ASK,）、移频键控,(FSK),、移相键控,(PSK),和差分移相键控,(DPSK),等,按照载波的形式分为连续波调制和脉冲调制两类,脉冲调制有脉幅调制,(PAM),、脉宽调制（,PDM,）、脉频调制（,PFM,）、脉位调制,(PPM),、脉码调制,(PCM),和增量调制（,M,）,81,3.5,移动通信无线传输技术,82,振幅调制,幅移键控（,ASK,）,改变载波信号的振幅来表示二进制,0,和,1,，频率和相位保持不变,82,3.5,移动通信无线传输技术,83,频率调制,频移键控（,FSK,）,改变载波信号的频率来表示二进制,0,和,1,，振幅和相位保持不变,83,3.5,移动通信无线传输技术,84,相位调制,相移键控（,PSK,）,改变载波信号的相位来表示二进制,0,和,1,，振幅和频率保持不变,84,3.5,移动通信无线传输技术,85,调制技术,85,3.5,移动通信无线传输技术,86,基本呼叫,86,3.6,移动通信网络呼叫相关概念,MOC,(Mobile Originated Call),MTC,(Mobile Terminated Call),MMC,(Mobile to Mobile Call),87,移动主叫,87,3.6,移动通信网络呼叫相关概念,BSS:Base Station Subsystem,MSC:Mobile Switching Center,VLR:Visiting Location Register,HLR:Home Location Register,Core Network,BSS,MSC,VLR,HLR,PSTN,88,移动被叫,88,3.6,移动通信网络呼叫相关概念,MSC-B,VLR,HLR,BSS,MSC-A,VLR,HLR,PSTN,1,、,Home Location,与,Visting Loacation,2,、,MSC,与多个,BSS,3,、单个,BSS,与多个,UE,89,移动漫游,89,3.6,移动通信网络呼叫相关概念,MSC-B,VLR,HLR,BSS001,MSC-A,VLR,HLR,BSS100,漫游是蜂窝移动电话的用户在离开本地区或本国时，仍可以在其他一些地区或国家继续使用他们的移动电话手机。,90,漫游,(Roaming),功能，如同大哥大一般，可漫游在不同的基地台之间，无线网络工作站亦可漫游在不同的,AP,之间，只要,AP,（,访问接入点,）群的,ESSID,（,服务区别号,）定义一样，则自然无线网络工作站可自由的漫游于无线电波所能含盖之区域。,漫游是移动电话用户常用的一个术语。指的是蜂窝移动电话的用户在离开本地区或本国时，仍可以在其他一些地区或国家继续使用他们的移动电话手机。,漫游只能在网络制式兼容且已经联网的国内城市间或已经签署双边漫游协议的地区或国家之间进行。为实现漫游功能在技术上是相当复杂的。首先，要记录用户所在位置，在运营公司之间还要有一套利润结算的办法。,漫游分国内，国际漫游两种,90,3.6,移动通信网络呼叫相关概念,91,切换，是指当移动台在通话过程中从一个基站覆盖区移动到另一个基站覆盖区，或者由于外界干扰造成通话质量下降时，必须改变原有的话音信道而转接到一条新的空闲话音信道上，以继续保持通话的过程。,硬切换,软切换,接力切换,91,3.6,移动通信网络呼叫相关概念,源小区,目标小区,92,92,3.6,移动通信网络呼叫相关概念,硬切换,硬切换是不同频率的基站或小区之间的切换，在切换过程中，移动台必须在一指定时间内，先中断与原基站的联系，调谐到新的频率上，再与新基站取得联系。因此，硬切换是“先断开，后切换”。切换时，要在原话音信道上送切换指令，移动台需要暂时停止通话，然后调谐到新的信道频率上。,3.6,移动通信网络呼叫相关概念,BSS001,BSS100,交棒前,交棒中,交棒后,硬切换示意图,93,硬切换,“先断开、后切换”,94,94,3.6,移动通信网络呼叫相关概念,软切换,软切换是同一频率不同基站之间的切换，在切换过程中，移动台同时与原基站和新基站都保持着通信链路，一直到进入新基站并测量到新基站的传输质量满足基站的连接。因此，软切换是“先切换，后断开”，在切换过程中，移动台并不中断与原基站的联系，真正实现了“无缝”切换,。,BSS001,BSS100,95,3.6,移动通信网络呼叫相关概念,95,软切换,“先切换、后断开”,96,96,3.6,移动通信网络呼叫相关概念,接力切换,接力切换的设计思想是：利用终端上行预同步技术，预先取得与目标小区的同步参数，一旦网络判决切换，终端可迅速由原小区切换到目标小区，在切换过程中，终端从源小区接收下行数据，向目标小区发送上行数据，即上下行通信链路先后转移到目标小区。,接,力,切换示意图,交棒前,交棒中,交棒后,BSS001,BSS100,97,3.6,移动通信网络呼叫相关概念,97,接力切换,“先切上行、后切下行”,98,98,3.6,移动通信网络呼叫相关概念,硬切换同一时刻，移动节点只使用一个无线信道。硬切换的缺点是通信过程会出现短时的传输中断，因此在一定程度上会影响通话质量。会导致切换失败，引起掉话,软切换是一个终端可以同时接受多个小区的信号，从而减少了切换掉话，切换成功率非常高，但是这种方式对无线资源的浪费较大，并且会增加系统负荷。,接力切换与软切换的不同之处在于接力切换并不需要同时有多个基站为一个移动台服务，因而克服了软切换需要占用的信道资源比较多，信令复杂导致系统负荷加重，以及增加下行链路干扰等缺点；而与硬切换相比，接力切换克服了传统硬切换掉话率较高、切换成功率较低的缺点。接力切换突出了切换成功率高和信道高利用率的优点。,切换方式对比,99,3.7,移动通信网络编码规则,99,编号规划,PLMN,（,Public Land Mobile Network,，公共陆地移动网络），由政府或它所批准的经营者，为公众提供陆地移动通信业务目的而建立和经营的网络。该网路必须与公众交换电话网（,PSTN,）互连，形成整个地区或国家规模的通信网。,移动国家号码,(MCC),：中国为,460,移动网号,(MNC),：,移动：,00,，,02,，,07,联通：,01,，,06,电信：,03,，,05,MCC,MNC,100,3.7,移动通信网络编码规则,100,编号规划,LAI,（位置区识别码）,用于移动用户的位置更新,LAI,PLMN+LAC=MCC+MNC+LAC,LAC,：,位置区号码,LAC:,识别一个,GSM,网中的位置区。,LAC,最大长度为,16Bit,，理论上可以在一个,GSM/VLR,内定义,65536,个位置区。,RAI,（路由区标识）,RAI,LAI+RAC,RAC,：路由区码,其中：,RAC,为路由区域码，标识一个位置区内的一个路由区，在位置区中唯一。,101,3.7,移动通信网络编码规则,101,编号规划,MSISDN,（移动用户号码）是指主叫用户为呼叫,GSMPLMN,中的一个移动用户所需拨的号码，作用同于固定网,PSTN,号码，唯一能识别移动用户的号码,国家号码,(CC),：,中国为,86,NDC,：国内目的码；包括接入号,N1N2N3,和,HLR,的识别号,H0H1H2H3,H0H1H2H3,：,HLR,识别码，由总部统一分配到本地网,；,SN,：,移动用户号