移動通信第一章

參考教材1、李建東等，移動通信（第4版）.西安電子科技大學出版社2、RappaportTS，WirelessCommunicationsPrinciples&Practice.PrenticeHall電子工業(yè)出版社

3、吳偉陵等，移動通信原理（第2版）.

電子工業(yè)出版社1.1移動通信的主要特點1.2移動通信系統(tǒng)的分類1.3常用移動通信系統(tǒng)1.4移動通信的基本技術第1章概論移動通信的含義一般是指通信雙方至少有一方在移動的情況下進行的信息傳輸和交換。它也包括通信用戶的位置存在變化，但通信過程中用戶不處于運動狀態(tài)的情況。未來通信目標在全球范圍內逐步實現全球一網（統(tǒng)一的網絡結構），每人一號（一個身份號碼），在任何時間、任何地點（海、陸、空）以任何通信方式與任何對象（人或機器）進行任何業(yè)務（語音、數據、圖像等）的無縫隙、不間斷通信?！蛐怨歉珊诵木W絡平臺；——無時無處不在的靈活接入手段；實現它主要包含：我們的目標

移動通信發(fā)展概況經歷了六個階段：第一階段：20世紀20年代至40年代第二階段：20世紀40年代中期至60年代初期第三階段：20世紀60年代中期至70年代中期第四階段：從20世紀70年代中期至80年代中期第五階段：從20世紀80年代中期開始第六階段：從2000年前就已經開始（IMT-2000）正式開始算代

現代移動通信的起步階段。

☆

短波頻段

（工作于2MHz）;

☆

專用移動通信系統(tǒng);例：1934年，美國警察局采用AM制式的移動通信系統(tǒng)。1946年，美國貝爾系統(tǒng)建立了世界上第一個公用汽車電話網。

☆人工交換和人工切換頻率.第一階段：20世紀20年代至40年代

移動通信發(fā)展概況應用：船舶、汽車和飛機等專用無線通信系統(tǒng)及軍事通信系統(tǒng)。☆美國貝爾實驗室完成了人工交換系統(tǒng)的接續(xù)問題。特點：專用移動網向公用移動網過渡，接續(xù)方式為人工，網絡的容量較小。

第二階段：20世紀40年代中期至60年代初期公用移動通信業(yè)務開始問世。☆主要用150MHzVHF頻段;

移動通信發(fā)展概況☆美國推出IMTS系統(tǒng)；☆采用大區(qū)制、中小容量；☆無線頻道自動選擇并能自動接續(xù)到公用電話網。第三階段：20世紀60年代中期至70年代中期

移動通信發(fā)展概況第四階段：20世紀70年代中期至80年代中期

＊蜂窩狀的小區(qū)結構；

＊采用FDMA技術和頻率復用；實現越區(qū)切換；

＊調制方式為FM；

＊業(yè)務種類單一，主要是話音業(yè)務；

＊系統(tǒng)保密性差；

＊頻譜效率低。

☆代表：美國AMPS，英國TACS，北歐NMT。主要特點：蜂窩狀移動通信網！☆第一代移動通信系統(tǒng)（屬于模擬通信系統(tǒng)）。正式開始算代第五階段：20世紀80年代中期開始☆第二代移動通信系統(tǒng)（屬于數字通信系統(tǒng)）☆代表：歐洲GSM、美國窄帶CDMA（N-CDMA）主要特點：

＊頻譜效率高；采用GMSK、QPSK等調制技術；

＊業(yè)務范圍擴大，除話音外還提供數據、圖像等業(yè)務；

＊抗干擾強；

＊系統(tǒng)安全保密性好；容易實現國際漫游；

＊設備成本降低，用戶手機的體積和重量減少。不適合于傳輸高速數據及多媒體業(yè)務！

3G系統(tǒng)與2G的根本不同在于：

3G：采用CDMA技術和分組交換技術，

實現更高的傳輸速率—達2Mb/s。

2G：采用電路交換技術。第六階段：從2000年前開始（IMT-2000）☆

第三代移動通信系統(tǒng)：可提供移動寬帶多媒體業(yè)務！

話音、網頁瀏覽、收發(fā)電子郵件、可視電話、視頻點播等多媒體業(yè)務。☆3G的業(yè)務：☆

3G的標準：＊

WCDMA,歐洲；＊CDMA2000,美國高通公司；＊TD-SCDMA,中國大唐電信；IMT-2000的基本要求頻譜利用率高；服務質量好；高速傳輸支持多媒體業(yè)務

室內環(huán)境至少2Mbps；

步行環(huán)境至少384kbps；

車速環(huán)境至少144kbps；

衛(wèi)星移動環(huán)境至少9.6kbps；傳輸速率按需分配；支持上、下行鏈路的不對稱需求；易于從第二代系統(tǒng)過渡；支持全球無縫漫游。TD－SCDMA發(fā)展歷程WCDMA發(fā)展歷程第二代向第三代移動通信過渡1）GPRS（通用分組無線業(yè)務）＊

基于分組交換可接入基于TCP/IP的因特網和X.25網絡。＊

可提供收發(fā)電子郵件、瀏覽網頁等業(yè)務。2）EDGE（增強型數據速率的GSM演化方案）3）CDMA2000-1X技術AMPSTACSNMT其它GSMCDMAIS-95TDMAIS-136PDC第一代80年代模擬第二代90年代數字第三代IMT-2000WCDMAcdma2000需求驅動需求驅動模擬技術數字技術語音業(yè)務寬帶業(yè)務TD-SCDMA4G

標準—LTE☆

任何達到或超過100Mbps的無線數據網絡系統(tǒng)都可稱為4G?！?/p>

4G核心優(yōu)勢：高速率、低時延、大容量！國外4G發(fā)展情況諾西打通第一個準4G2009年5月18電信設備商諾基亞-西門子通過下一代移動通訊技術打了世界上第一個LTE電話。全球首個正式商用4G網絡2010年北歐TeliaSonera率先完成了4G網絡的建設，并宣布開始在瑞典首都斯德哥爾摩、挪威首都奧斯陸提供4G服務，這也是全球正式商用的第一個4G網絡。日本在2009年就把4G牌照分發(fā)給日本幾大移動運營商NTTDocomo、軟銀移動、KDDI和e-Mobile公司。歐洲英國和法國正計劃4GLTE無線網絡的實驗測試。而且法國已經完成價值12.6億美元的首批4G牌照拍賣。美國4G發(fā)展狀況國際上4G的發(fā)展以美國最為快速，看看這美國4G試點的分布圖，涵蓋了重點發(fā)達城市。關于5G

☆

5G與4G、3G、2G不同，5G并不是一個單一的無線接入技術，也不是幾個全新的無線接入技術，而是多種新型無線接入技術和現有無線接入技術（4G后向演進技術）集成后的解決方案總稱。從某種程度上講，5G是一個真正意義上的融合網絡，是傳輸速率可以達到10Gbps的移動通信技術。

☆與4G網絡相比，5G網絡不僅傳輸速率更高，而且在傳輸中呈現出低時延、高可靠、低功耗的特點，低功耗能更好地支持物聯網應用?！铌P于5G的研究全球是從2012年開始，中國于2013年4月啟動。

☆

5G何時能商用？

2020年！日本運營商NTTDoCoMo2013年10月表示，考慮在2020年東京奧運會前商用5G。

我國移動通信發(fā)展概況1）A網和B網（模擬網）的發(fā)展2）G網的發(fā)展3）D網的發(fā)展4）GPRS網的發(fā)展5）C網的發(fā)展6）3G的發(fā)展7）4G的發(fā)展我國移動通信發(fā)展概況（1）A網和B網（模擬網）的發(fā)展＊

1987年，采用愛立信和摩托羅拉移動電話系統(tǒng)，形成A網、B網兩個系統(tǒng)；

＊

1996年實現全國聯網；＊

2001年底，我國關閉了模擬網。＊全國只有700用戶，到了1995年躍升到520萬戶。我國移動通信發(fā)展概況（2）G網的發(fā)展＊

1993年，開始建“全球通（GSM）”數字移動通信網＊

工作于900MHz。（3）D網的發(fā)展指DCS1800系統(tǒng)，它的基本體制與GSM900完全一致，但工作于1800MHz頻段。（4）GPRS網的發(fā)展＊

2002年5月，中國移動正式開通GPRS網絡；＊

采用分組交換技術。（1）A網和B網（模擬網）的發(fā)展我國移動通信發(fā)展概況（5）C網的發(fā)展

CDMA網幾乎與G網同時建設的，早期稱為長城網。＊

2001年5月，聯通開始建設IS-95B系統(tǒng)；＊

2002年1月，正式放號開通；＊

2002年6月，又開始了1X的升級。我國移動通信發(fā)展概況（6）3G的發(fā)展＊2000年初開始3G的標準化工作;＊TD-SCDMA無線傳輸技術是我國第一項ITU接納的標準建議；

＊2009年1月7日，工業(yè)和信息化部發(fā)放3張3G牌照。TD-SCDMA：中國移動

CDMA2000：中國電信

WCDMA：中國聯通核心頻段120MHz：我國三家運營商的3G頻段補充頻段100MHz：2300-2400MHz。①

基于FDD模式（cdma2000和WCDMA）1755-1785MHz，1850-1880MHz。②

基于TDD模式（TD-SCDMA）核心頻段55MHz：1880-1920MHz，2110-2125MHz；補充頻段60MHz：1920-1980MHz，2110-2170MHz；（6）4G的發(fā)展中國移動，2013.12.4

中國聯通，2014.3.18

中國電信，2014.2.14TD-LTE牌照

2013年12月4日，工信部正式向三大運營商發(fā)放TD-LTE4G牌照，標志著中國4G時代的正式開啟。

2015年2月27日工業(yè)和信息化部正式向中國電信、中國聯通發(fā)放了FDD網絡制式的4G經營許可。至此，全球TD-LTE和LTE-FDD兩種4G網絡制式在我國全面鋪開，高速網絡時代隨之到來，同時三大運營商也全面進入4G時代。

LTE-FDD牌照中國電信中國聯通2015.2.27截至2014年底，我國已建成全球最大的4G網絡，擁有4G用戶達9728萬戶，其中90%以上是中國移動TD-LTE4G制式的用戶。

蜂窩電話系統(tǒng)的演進過程☆多普勒頻移：1.1移動通信的主要特點

1.移動通信必須利用無線電波進行信息傳輸

位置不受束縛，但無線電波的傳播特性一般都很差?！顝浬p耗：☆陰影效應：地形、地物的遮蔽?！?/p>

多徑效應：圖電波傳播路徑損耗和多徑衰落陰影效應、多徑效應當發(fā)射源與接收體之間存在相對運動時,接收體接收的發(fā)射源發(fā)射信息的頻率與發(fā)射源發(fā)射信息頻率不相同。多普勒效應與多普勒頻移多普勒效應：多普勒頻移：:接收頻率與發(fā)射頻率之差。2.移動通信是在復雜的干擾環(huán)境中運行的常見的外部干擾，有天電干擾、工業(yè)干擾和信道噪聲?！锑彽栏蓴_√

互調干擾√

共道干擾√

多址干擾

①由大氣放電現象產生的天電干擾；

②由各種能夠產生電火花或電弧的工業(yè)設備所造成的工業(yè)用電干擾。除此，還會有：√

遠近效應☆研究各種新技術和新措施，提高頻譜利用率。3.可利用的頻譜資源非常有限，而移動通信業(yè)務量的需求卻與日俱增?！铋_辟和啟用新的頻段；4.移動通信系統(tǒng)的網絡結構多種多樣，網絡管理和控制必須有效?！钣脩舻怯洝⒍ㄎ?，通信鏈路的建立和拆除，信道的分配和管理，通信的計費、鑒權、安全保密管理，用戶過區(qū)切換和漫游控制等。☆帶狀網、面狀網、立體狀網；5.移動通信設備(主要是移動臺)必須適于在移動環(huán)境中使用?！虒囕d臺和機載臺還應保證在震動、沖擊、高低溫變化等惡劣環(huán)境中正常工作。√

對手機的主要要求是體積小、重量輕、省電、操作簡單和攜帶方便。

1.2移動通信系統(tǒng)的分類單向傳輸雙向傳輸廣播式（無線電尋呼系統(tǒng)）應答式單工雙工半雙工

1.2.1工作方式1.單工通信是指通信雙方電臺交替地進行收信和發(fā)信。特點：設備簡單、功耗小，但操作不方便，會出現斷斷續(xù)續(xù)的現象。因此，適用于用戶少、專業(yè)性強的移動通信系統(tǒng)中。移動臺采用單工的“按講”方式，而接收機總是工作的?；竟ぷ髑闆r與雙工方式完全相同。

2.半雙工通信f1f1f2f2特點：設備簡單、功耗小，克服了通話斷斷續(xù)續(xù)的現象，但操作仍不太方便。因此屬于專業(yè)移動通信系統(tǒng)，如汽車調度系統(tǒng)。3.雙工通信：指通信雙方可同時進行傳輸消息的工作方式。雙工器：特點：使用方便，無須收發(fā)控制。由于收發(fā)信機同時工作，故電源耗電量較大。相當于一個濾波器，主要用來隔離收信機和發(fā)信機間的能量。雙工技術比較5MHz時間頻率下行上行下行上行下行信道時間頻率5MHz5MHz上行信道頻分雙工技術時分雙工技術

FDD

TDD：在同一時間提供兩條單工信道。：在同一頻率提供兩條單工信道。雙向通信，可以以頻率分開，也可以一時間分開！1.3常用移動通信系統(tǒng)無線電尋呼系統(tǒng)蜂窩移動通信系統(tǒng)無繩電話系統(tǒng)集群移動通信系統(tǒng)移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)分組無線網無線電尋呼系統(tǒng)是一種單向通信系統(tǒng)。1.3.1無線電尋呼系統(tǒng)無線電尋呼系統(tǒng)示意圖1.3.2蜂窩移動通信系統(tǒng)1.早期的移動通信系統(tǒng)：大區(qū)覆蓋√大功率的發(fā)射機；√采用高架天線；√

覆蓋半徑可達幾十公里；例如，20世紀70年代美國紐約開通的IMTS系統(tǒng)。僅能提供12對信道?！?/p>

只適用于小容量通信網。2.蜂窩通信網絡小區(qū)覆蓋大區(qū)覆蓋小區(qū)覆蓋的相關概念區(qū)群與頻率再用：把若干相鄰小區(qū)按一定數目劃分成區(qū)群，并把可供使用的無線頻道分成若干個頻率組，區(qū)群內各小區(qū)均使用不同的頻率組，而任一小區(qū)所使用的頻率組，在其它區(qū)群相應的小區(qū)中還可以再用，這就是頻率再用。越區(qū)切換的概念當MS從一個小區(qū)進入另一相鄰的小區(qū)時，其工作頻率及BS與MSC所用的接續(xù)鏈路必須從它離開的小區(qū)轉換到正在進入的小區(qū)，這個過程稱為越區(qū)切換。1、越區(qū)切換的定義越區(qū)切換的概念2、對越區(qū)切換的要求必須準確可靠，且不影響通信中的話音質量。是移動通信系統(tǒng)利用眾多小區(qū)實現大面積覆蓋的必要條件。3、越區(qū)切換的重要性蜂窩移動通信系統(tǒng)的示意圖MSC:在網中起控制和管理作用，具體：

MSC是移動通信網和PSTN網的接口單元，既保證網中移動用戶之間的通信，又保證移動用戶和有線用戶之間的通信。1）對所在地區(qū)已注冊登記的用戶實施頻道分配；2）建立呼叫；3）進行頻道切換；4）提供系統(tǒng)維護和性能測試；5）存儲計費信息等。幾種模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)1.3.3無繩電話系統(tǒng)早期無繩電話機：俗稱子母機。

無繩電話的手機、座機與電信點所發(fā)射的功率均在10mW以下，無線覆蓋半徑約在100m左右。1、無繩電話系統(tǒng)示意圖是一種以市話網為基礎的低功率小范圍傳輸系統(tǒng)。朝著網絡化的方向發(fā)展?！?/p>

CT1、CT1+模擬式的，屬第一代系統(tǒng)；★

CT2、CT2+、DECT、PHS、PACS數字式的，屬于第二代系統(tǒng)；★我國用以PHS技術為基礎的“小靈通”系統(tǒng)。2、無繩電話系統(tǒng)的發(fā)展3、公用無繩電話系統(tǒng)示意圖無繩電話的特點：設備復雜性較低、話音傳輸質量好，適用于步行等低速移動的用戶。缺點：所需基站數量多，且微小區(qū)制不能支持高速移動。幾種無繩電話系統(tǒng)的主要參數①把一些由各部門分散建立的專用通信網集中起來，統(tǒng)一建網和管理，并動態(tài)地利用分配給它們的有限個頻道，以容納數目更多的用戶；1.3.4集群移動通信系統(tǒng)1.集群的概念②改進頻道共用的方式?；炯夹g是頻率共用技術。其主要做法是：集群移動通信系統(tǒng)屬于調度系統(tǒng)的專用通信網。2、集群系統(tǒng)示意圖3、集群方式消息集群：傳輸集群：準傳輸集群：按通信占用頻道的方式，分為：

4.集群系統(tǒng)的用途和特點①屬專用移動通信網；②具有一定的限時功能；③主要業(yè)務是無線用戶和無線用戶之間的通信；④一般采用半雙工(現已有全雙工產品)方式；⑤主要以改進頻道共用技術提高系統(tǒng)的頻率利用率。集群移動通信系統(tǒng)蜂窩移動通信系統(tǒng)用途專用網，生產調度指揮用公眾網網絡種類大區(qū)制，一般半徑為20~30km小區(qū)制，一般半徑為0.5~10km工作頻段以800MHz為主除800/900MHz，還有1.8GHz通信方式單工、半雙工全雙工業(yè)務種類電話、傳真、數據等電話為主、低速數據，3G移動通信可提供多媒體業(yè)務聯網方式以本網為主，可與PSTN、PABX連接與PSTN連接，可實現全國、全球漫游調度功能有級別優(yōu)先、組呼、群呼、緊急呼叫、強拆、強插等無調度功能越區(qū)、漫游功能無越區(qū)切換功能，不聯網時無需自動漫游功能必須有越區(qū)、漫游功能1.3.5移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)利用衛(wèi)星中繼，在海上、空中和地形復雜而人口稀疏的地區(qū)中實現移動通信。1.3.5移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)第一類：同步軌道移動衛(wèi)星系統(tǒng)即衛(wèi)星在運行中和地球的自轉保持同步的一種方式。三顆衛(wèi)星實現全球覆蓋?！?/p>

主要分為兩大類第二類：中低軌道的移動衛(wèi)星系統(tǒng)☆“銥”系統(tǒng)用三顆衛(wèi)星來實現全球覆蓋☆“銥”(IRIDIUM)系統(tǒng)美國Motorola公司提出的。開始計劃設置7條圓形軌道均勻分布于地球的極地方向，每條軌道上有11顆衛(wèi)星，總共有77顆衛(wèi)星在地球上空運行。

☆銥系統(tǒng)能實現全球覆蓋，能為邊遠地區(qū)提供通信服務，也能為陸海空移動用戶提供立體通信服務。低軌道的移動衛(wèi)星系統(tǒng)——“銥”系統(tǒng)☆

2000年3月17日宣布破產!√衛(wèi)星軌道高度：780km，是同步軌道衛(wèi)星的1/46；√手持終端在L(1.0-2.0GHz)波段工作，功率0.4W；√

多址方式：TDMA√

雙工方式：TDD√

提供業(yè)務：話音、數據和尋呼?！绦l(wèi)星直徑1m，高2m，重341kg；平均工作壽命5年，1998年投入運行。低軌道的移動衛(wèi)星系統(tǒng)——“銥”系統(tǒng)主要參數：同步軌道移動衛(wèi)星系統(tǒng)低軌道移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)移動通信所涉及的基本技術多址技術調制解調技術信道編譯碼技術信源編碼技術抗干擾技術加密技術組網技術天線技術信道機射頻技術分集接收技術…….移動通信所涉及的應用技術電波傳播與信道建模系統(tǒng)級仿真數字信號處理(DSP)集成電路設計(SOC、FPGA)控制與通信協議軟件無線電高頻與微波無線資源管理網絡設計…………1.4移動通信的基本技術1.4.1調制技術①

線性調制技術②

恒定包絡(連續(xù)相位)調制技術包括PSK,QPSK,DQPSK,OK-QPSK,π/4–DQPSK和多電平PSK等。包括MSK、GMSK、GFSK和TFM等。其他有：QAM，OFDM等。要求通信設備從頻率變換到放大和發(fā)射的過程中保持充分的線性。優(yōu)點：已調信號具有相對窄的功率譜和對放大設備沒有線性要求。不足:

其頻譜利用率通常低于線性調制技術。

1.4.2移動信道中電波傳播特性的研究√理論分析方法√實測分析方法通常用射線表示電磁波束的傳播，在確定收發(fā)天線的高度、位置和周圍環(huán)境的具體特征后，根據直射、折射、反射、散射、透射等波動現象，用電磁波理論計算電波傳播的路徑損耗及有關信道參數。在典型的傳播環(huán)境中進行現場測試，并用計算機對大量實測數據進行統(tǒng)計分析，以建立預測模型(如沖擊響應模型)，進行傳播預測。1.4.3多址方式頻分多址(FDMA)時分多址(TDMA)碼分多址(CDMA)