移动通信入门第一章移动通信的概述.pptx

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1、第一章 移动通信技术概述目录1.3 移动通信的分类31.2 移动通信的发展概况21.1 移动通信的定义11.4 移动通信的工作方式41.5 移动通信的多址技术51.6 移动通信的组网技术61.7信令71.8 移动性管理81.1移动通信的定义 20世纪70年代前期，随着固定电话的普及，不拘泥于电话线束缚的移动通信应运而生。所谓移动通信，就是指进行信息传递和交换的一方或双方处于运动状态中。这里的信息传递不仅指语音通话，也包括数据、图像、视频等多媒体业务。未来移动通信的发展目标是任何人（任何人（Whoever）在任）在任何时候（何时候（Whenever）无论在任何地方（）无论在任何地方（Wherev

2、er）能够同任何人）能够同任何人（Whoever）进行任何方式（）进行任何方式（Whatever）的交流）的交流。相对于固定电话通信，移动通信技术有两个基本的特点：1. 移动通信是无线的，其信道是广阔的自由空间，具有随机性和时变特性；2. 移动通信的用户至少有一方处于运动状态中，这就要求移动通信网络能够对用户实现动态寻址。1.2移动通信的发展概况3.第三代移动通信（the Third Generation Communication System，3G） 第三代移动通信系统（IMT-2000）是国际电信联盟（ITU）制订的通信系统，意即该系统工作在2000MHz频段，最高业务速率可达2000k

3、b/s，预期在2000年左右得到商用。3G主要技术有多用户检测、智能天线和Turbo编码等，主要商用系统有欧洲和日本的WCDMA、北美的CDMA2000和中国的TD-SCDMA等。4. 第四代移动通信（the Fourth Generation Communication System，4G） 目前主要的4G标准有3GPP的LTE-Advanced和IEEE提出的移动WiMAX802.16m。投入商用的4G系统包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式。严格意义上来讲，LTE只是3.9G，尽管被宣传为4G无线标准，但它其实并未被3GPP认可为ITU所描述的下一代无线通讯标准IMT-Advance

4、d，因此在严格意义上其还未达到4G的标准，只有升级版的LTE Advanced才满足国际电信联盟对4G的要求。IMT-advanced是基于IMT演进的系统，提供了比IMT-2000更高的速率，在高移动应用中达到100Mbit/s，低移动或固定应用中达到1Gbit/s。4G采用的主要技术有OFDM（正交频分复用）、MIMO（多输入多输出）、AMC（自适应调制编码）和HARQ（混合自动重传）。1.2移动通信的发展概况 5. 第五代移动通信（the Fifth Generation Communications System，5G） 5G极限移动宽带（xMBB）服务满足人们面向2020年，对极高数

5、据速率的持续渴望。对视频业务的广泛需求和对诸如虚拟现实、高清视频的兴趣推动了高达若干吉比特每秒的速率要求。5G技术使无线网络获得当前只能由光纤接入实现的速率和服务。感知互联网进一步增加了对低时延的诉求。当低时延和高峰值速率需要同时满足时，就对网络能力提出了更高的要求。与以前的蜂窝系统相比，机器类和人机无线通信在众多经济领域的应用不断增多，对无线网络提出了大量而广泛的需求，具体表现在成本、复杂性、功耗、传输速率、移动性、时延和可靠性等方面。例如感知互联网要求无线时延降低到1ms。1.3移动通信的分类移动通信的种类繁多，常见的分类方法如下：1. 按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信；2.

6、按使用对象可分为民用设备和军用设备；3. 按多址方式可分为频分多址、时分多址和码分多址等；4. 按接入方式可分为频分双工和时分双工；5. 按覆盖范围可分为宽域网和局域网；6. 按业务类型可分为电话网、数据网和综合业务网；7. 按工作方式可分为单工、双工和半双工；8. 按服务范围可分为专用网和公用网；9. 按信号形式可分为模拟网和数字网。 常用的移动通信系统有蜂窝移动通信系统、无线寻呼系统、无绳电话系统、集群移动通信系统和卫星通信系统等。1. 蜂窝移动通信系统 蜂窝移动通信，也称小区制移动通信。它的特点是把整个大范围的服务区划分成许多小区，每个小区设置一个基站，负责本小区各个移动台的联络与控制，

7、各个基站通过移动交换中心相互联系，并与市话局连接。利用超短波电波传播距离有限的特点，离开一定距离的小区可以重复使用频率，使频率资源可以充分利用。每个小区的用户在1000以上，全部覆盖区最终的容量可达100万用户。2. 无线寻呼系统 这是一种没有话音的单向广播式无线选呼系统，将自动电话交换网送来的被寻呼用户的号码和主叫用户的消息，变换成一定码型和格式的数字信号，经数据电路传送到各基站，并由基站寻呼发射机发送给被叫寻呼机的系统。其接收端是多个可以由用户携带的高灵敏度收信机。1.3移动通信的分类 3. 无绳电话系统 无绳电话系统是用无线信道来代替普通电话机的绳线，从而能在限定的业务区内自由移动的电话

8、系统。它接入的是市话网，采用的是微蜂窝或微微蜂窝无线传输技术。4. 集群移动通信系统 集群移动通信，也称大区制移动通信。它的特点是只有一个基站，天线高度为几十米至百余米，覆盖半径为30公里，发射机功率可高达200瓦。用户数约为几十至几百，可以是车载台，也可是以手持台。它们可以与基站通信，也可通过基站与其它移动台及市话用户通信，基站与市站有线网连接。它是专用调度无线通信系统。5. 卫星移动通信系统 利用卫星通信的多址传输方式，为全球用户提供大跨度、大范围、远距离的漫游和机动、灵活的移动通信服务，是陆地蜂窝移动通信系统的扩展和延伸，在偏远的地区、山区、海岛、受灾区、远洋船只及远航飞机等通信方面更具

9、独特的优越性。1.3移动通信的分类1.4移动通信的工作方式1.4移动通信的工作方式2. 半双半双工工制制：一方使用双工通信方式，而另一方则使用单工方式，发信时要按下“按-讲”开关。优点：设备简单、省电、成体低、维护方便，而且受邻近移动台干扰少；有利于频率协调和配置 ；利于移动台紧急呼叫。缺点：使用不方便，有丢失信息的可能。半双工制主要用于无线调度系统。1.4移动通信的工作方式3. 双双工工制制：指通信的双方在通话时收发信机均同时工作，即任意一方在讲话的同时，也能收听到对方的信息，有时也称全双工通信。其可以又分为频分双工（FDD）和时分双工（TDD）两种方式。1.5移动通信的多址技术 多址传输是

10、指在一个信息传输网中不同地址的各用户之间通过一个共用的信道进行的传输，其理论基础仍然是信号分割理论。因此，多址传输方式也分为频分多址传输（FDMA）、时分多址传输（TDMA）和码分多址传输（CDMA）等几种。多址传输又称多址联接或多址通信，目前在移动通信和卫星通信中得到了广泛的应用。 多址的原理是利用信号参量的正交性来区分无线电信号的地址的，依据频率参量正交性来区分无线电信号的叫频分多址，依据时间参量正交性来区分无线电信号地址的叫时分多址，依据码型函数正交性来区分无线电信号地址的叫码分多址。下图分别给出了这三种多址方式的示意图。1.5移动通信的多址技术（1）频分多址（）频分多址（FDMA） F

11、DMA是将给定的频谱资源划分为若干个等间隔的频道（又称信道），供不同的用户使用。在FDMA系统中，每一个移动用户分配有一个地址，即在一个射频频带内，每个移动用户分配有一个频道，且这些频道在频域上互不重叠。利用频道和移动用户的一一对应关系，只要知道用户地址（频道号）即可实现选址通信。在蜂窝移动通信系统中，由于频道资源有限，不可能每个用户独占一个固定的频道，为此，多采用多频道共用的方式。即由基站通过信令信道给移动用户临时指配通信频道。 为了便于移动用户实现多信道共用（即动态分配信道）以提高信道利用率，在蜂窝移动通信系统中，其信道的频率分划与频道构成是采用一个频道只传送一路语音信号的方式，即属于频分

12、多址中单路单载波工作方式。 频分多址是应用最早的一种多址技术，AMPS、NAMPS、TACS等第一代移动通信系统所采用的的多址技术就是FDMA。以TACS为例：系统占用的频段为：上行频段为890915 MHz，下行为935960MHz。收发频段间隔为45MHz，以防止发送的强信号对接收的弱信号的影响。每个话音信道占用25kHz频带。TACS系统可支持的信道数约为1000个。FDMA具有如下特点：每个信道只传送一路信号。只要给移动台分配了信道，移动台与基站之间会连续不断收发信号。由于发射机与接收机同时工作，为了收发隔离，必须采用双工器。FDMA采用单载波（信道）单路方式，若一个基站有30个信道，

13、则每个基站需要30套收发信机设备，不能共用，即公用设备成本高。与TDMA相比，连续传输开销小、效率高，无需复杂组帧与同步，无需信道均衡。1.5移动通信的多址技术1.5移动通信的多址技术1.5移动通信的多址技术（4）空分多址（）空分多址（SDMA） SDMA技术利用空间资源分割构成不同的信道。利用空分多址接入的多个用户，可以使用完全相同的频率、时间和码道资源。事实上，蜂窝概念本身就是一种空分复用技术，不同小区中的用户可以使用完全相同的资源。另外SDMA也应用在智能天线中。 采用智能天线技术进行SDMA的技术，我们通常称为基于波束赋形的SDMA技术。基于波束赋形的SDMA技术的主要思想是，通过形成

14、不同的波束，对准不同的用户，不同用户可以使用相同的频率、时间和码道资源，仅仅存在空间上的隔离，因而有效提升了系统容量。1.5移动通信的多址技术（5）正交频分多址（）正交频分多址（OFDMA） 正交频分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）是在OFDM基数基础上的一种接入技术，它通过为每个用户提供部分可用子载波的方法来实现多用户接入。第四代移动通信技术（4G）采用OFDMA和MIMO（多输入多输出）作为其核心技术。OFDMA的优点如下：采用了子载波调制并行传输后，数据流速率明显降低，因此数据信号的码元周期相应增大，大大减小了

15、频率选择性衰落出现的概率。很好地解决了多径干扰对通信系统造成的负面影响。不需要在各个用户频率之间采用保护频段来区分不同的用户，大大提高了系统的频谱利用率。但是，OFDMA也存在一些缺点：峰平比（PAPR）较高。同频组网过程中的小区间干扰问题。时间同步与频率同步问题。1.6 移动通信的组网技术1.区域覆盖区域覆盖 由VHF和UHF的传播特性可知，一个基站只能在其天线高度的视距范围内为移动用户提供服务。基站发射电波的覆盖范围称为无线小区，简称小区。如果网络的服务范围很大或地形复杂，则需要几个小区才能覆盖整个服务区。无线电波按照服务区域覆盖方式的不同，可以将移动通信网划分为大区制和小区制。大区制采用

16、单无线小区结构，即采用一个基站覆盖某一范围的用户服务区，由它负责区内移动通信的联络和控制。像无线出租车、无线呼叫、MCA（Multi Channel Access）等方式都属于大区结构。这种方式的结构简单、投资少，它由移动台、基站的收发信设备、基站与业务处或电话交换机的联络线路组成。因此，为了确保有较宽范围的服务区，基站及移动台需要较大的输出功率，通常在25200W之间。覆盖区域半径一般为2550km，用户容量为几十到几百个。若服务区间没有足够距离，就不能重复使用同一频率，因而难以满足大容量通信要求，适用于中小城市、工矿以及专业部门，是发展专用移动通信网可选用的制式。1.6 移动通信的组网技术2. 小区形状小区形状公用移动电话系统也称为蜂窝移动通信系统，它采用了小区制覆盖方案，有效地解决了信道数量有限和用户数大量增加之间的矛盾。全向天线辐射的覆盖是个圆形，为了不留空隙地覆盖整个平面服务区，一个个圆形辐射区之间一定含有很多的交叠。在考虑交叠之后，实际上每个辐射区的有效覆盖区是一个多边形。根据交叠情况不同，若在周围相间120设置三个邻区，则有效覆盖区为正三角形；若相间90设置四个邻区，则有