第一章移动通信概述课件.ppt

1、先导案例先导案例 随着社会的快速发展，人们要求在移动中与别人进行语随着社会的快速发展，人们要求在移动中与别人进行语音、视频、图像、数据等信息的有效、可靠和安全地通信，音、视频、图像、数据等信息的有效、可靠和安全地通信，实现这种方式的通信系统称为移动通信系统，系统的基本构实现这种方式的通信系统称为移动通信系统，系统的基本构成如成如图图1-1所示，系统内的数据传输和处理流程如所示，系统内的数据传输和处理流程如图图1-2所示所示与有线通信系统相比，移动通信系统有什么特点与有线通信系统相比，移动通信系统有什么特点?采用什么方采用什么方式式?信号处理采用哪些技术信号处理采用哪些技术?如何组网如何组网?掌

2、握这些概念对于了解掌握这些概念对于了解移动通信有十分重要的意义。移动通信有十分重要的意义。下一页返回1.1 移动通信的特点移动通信的特点v 移动通信属于无线通信，通信终端设备是可移动的，传移动通信属于无线通信，通信终端设备是可移动的，传输信号以电磁波的形式在空间进行传输，传输线路不再固定。输信号以电磁波的形式在空间进行传输，传输线路不再固定。因为传输线路的开放性，移动通信的通话质量不如有线通信因为传输线路的开放性，移动通信的通话质量不如有线通信好，但移动通信带给人们生产和生活上的方便足以弥补其缺好，但移动通信带给人们生产和生活上的方便足以弥补其缺陷，加之随着移动通信技术的发展，其通信质量也不断

3、提高，陷，加之随着移动通信技术的发展，其通信质量也不断提高，手机已成为人们生活的一部分。我国目前拥有全世界最多的手机已成为人们生活的一部分。我国目前拥有全世界最多的移动用户，拥有覆盖范围广、最大的移动通信网，手机产量移动用户，拥有覆盖范围广、最大的移动通信网，手机产量约占全球的约占全球的1/3，是名副其实的手机生产大国。与其他通信方，是名副其实的手机生产大国。与其他通信方式相比，移动通信具有自身的特点。式相比，移动通信具有自身的特点。下一页返回1.1 移动通信的特点移动通信的特点1.电波传输条件恶劣，存在严重的多径衰落电波传输条件恶劣，存在严重的多径衰落现象现象v由于移动用户的通信地点可能处在

4、高楼林立的城市中心繁华区、以由于移动用户的通信地点可能处在高楼林立的城市中心繁华区、以一般性建筑物为主的近郊小城镇区和以山丘、湖泊、平原为主的农一般性建筑物为主的近郊小城镇区和以山丘、湖泊、平原为主的农村及远郊区三类典型区域，这会导致电磁波的传播由于受到地形、村及远郊区三类典型区域，这会导致电磁波的传播由于受到地形、各种地物的影响而产生绕射、发射和散射，使得到达接收端的信号各种地物的影响而产生绕射、发射和散射，使得到达接收端的信号是多路的合成，合成信号的幅度、相位和到达时间随机变化，从而是多路的合成，合成信号的幅度、相位和到达时间随机变化，从而严重影响通信的质量。这就是所谓的多径衰落现象，如严

5、重影响通信的质量。这就是所谓的多径衰落现象，如图图1-3所示所示在移动通信系统中，采用分集接收技术抗多径衰落。在移动通信系统中，采用分集接收技术抗多径衰落。v 上一页 下一页返回1.1 移动通信的特点移动通信的特点v2.具有多普勒效应具有多普勒效应v 由于移动用户可能在高速车载的运动中进行，当运动速度由于移动用户可能在高速车载的运动中进行，当运动速度达到达到70 km/h，接收信号的频率随着速度和入射角而变化，使，接收信号的频率随着速度和入射角而变化，使接收信号的电平起伏变化，即出现多普勒效应。在移动通信系接收信号的电平起伏变化，即出现多普勒效应。在移动通信系统中，使用锁相环技术可以降低多普勒

6、效应带来的信号不稳定统中，使用锁相环技术可以降低多普勒效应带来的信号不稳定的影响。的影响。上一页 下一页返回1.1 移动通信的特点移动通信的特点v3.存在远近效应存在远近效应v 由于移动用户和接收设备的距离是随机变化的，当距离由于移动用户和接收设备的距离是随机变化的，当距离近时接收信号强，当距离远时接收信号弱，距离的变化会使近时接收信号强，当距离远时接收信号弱，距离的变化会使接收信号的电平起伏变化接收信号的电平起伏变化;另外，由于通信系统是在强干扰下另外，由于通信系统是在强干扰下工作的，如果距离近处的信号是干扰信号，则在接收端会发工作的，如果距离近处的信号是干扰信号，则在接收端会发生强干扰信号

7、压制远处弱有用信号的现象。上述的两种情况生强干扰信号压制远处弱有用信号的现象。上述的两种情况统称为远近效应。解决远近效应的技术是功率控制技术。统称为远近效应。解决远近效应的技术是功率控制技术。v 4.用户经常移动用户经常移动v 由于移动用户在通信区域内是随机运动的，为了实现实由于移动用户在通信区域内是随机运动的，为了实现实时可靠的通信，要求移动通信系统必须具有位置登记、越区时可靠的通信，要求移动通信系统必须具有位置登记、越区切换及漫游访问等跟踪交换技术。切换及漫游访问等跟踪交换技术。上一页返回1.1 移动通信的特点移动通信的特点v5.组网方式灵活组网方式灵活v 由于通信环境的复杂，信号接收地点

8、可能是繁华的市区，由于通信环境的复杂，信号接收地点可能是繁华的市区，也可能是空旷的郊外或海域，所以移动通信的组网方式根据也可能是空旷的郊外或海域，所以移动通信的组网方式根据地形地貌灵活多样，如在用户密度不大的地区采用大区制，地形地貌灵活多样，如在用户密度不大的地区采用大区制，在繁华的市区采用小区制，而小区制移动通信网又分为带状在繁华的市区采用小区制，而小区制移动通信网又分为带状服务区和面状服务区。服务区和面状服务区。上一页返回1.2 移动通信的工作方式移动通信的工作方式v 按照通话的状态和频率使用的方法，移动通信可分为三按照通话的状态和频率使用的方法，移动通信可分为三种工作方式种工作方式:单工

9、、双工和半双工三种通信方式。单工、双工和半双工三种通信方式。v1.单工通信方式单工通信方式v所谓单工通信，是指通信双方交替进行收信和发信的通信方所谓单工通信，是指通信双方交替进行收信和发信的通信方式，发送时不接收，接收时不发送。单工通信常用于点到点式，发送时不接收，接收时不发送。单工通信常用于点到点的通信，如的通信，如图图1-4所示。根据收发频率的异同，单工通信可分所示。根据收发频率的异同，单工通信可分为同频单工和异频单工。为同频单工和异频单工。下一页返回1.2 移动通信的工作方式移动通信的工作方式v(1)同频单工同频单工v 同频单工是指通信的双方在相同频率同频单工是指通信的双方在相同频率f:

10、上由收上由收/发信机轮发信机轮流工作。通话的操作采用流工作。通话的操作采用“按一讲按一讲”方式。平时，双方的接方式。平时，双方的接收机均处于守听状态，如果收机均处于守听状态，如果A方需要发话，可按压方需要发话，可按压“按按-讲讲”开关，关掉自己的接收机，使其发射机工作，这时由于开关，关掉自己的接收机，使其发射机工作，这时由于B方方接收机处于守听状态，即可实现由接收机处于守听状态，即可实现由A至至B的通话的通话;同理，也可同理，也可实现由实现由B至至A的通话。在该方式中，同一部电台的通话。在该方式中，同一部电台(如如A方方)的收的收发信机是交替工作的，故收发信机可使用同一副天线，而不发信机是交替

11、工作的，故收发信机可使用同一副天线，而不需要使用天线共用器。需要使用天线共用器。v 这种工作方式，设备简单，功耗小，但操作不便。如果这种工作方式，设备简单，功耗小，但操作不便。如果配合不好，双方的通话就会出现断断续续的现象。此外，若配合不好，双方的通话就会出现断断续续的现象。此外，若在同一地区多部电台使用相邻的频率，相距较近的电台间将在同一地区多部电台使用相邻的频率，相距较近的电台间将产生严重的干扰。产生严重的干扰。上一页 下一页返回1.2 移动通信的工作方式移动通信的工作方式v(2)异频单工异频单工v 异频单工是指通信双方的收异频单工是指通信双方的收/发信机轮流工作，且工作在发信机轮流工作，

12、且工作在两个不同的频率两个不同的频率f1和和f2上，而操作仍采用上，而操作仍采用“按一讲按一讲”方式，如方式，如图图1-5所示。在移动通信中，基地站和移动台收、发使用两个所示。在移动通信中，基地站和移动台收、发使用两个频率实现双向通信，这两个频率通常称为一个信道若基地站频率实现双向通信，这两个频率通常称为一个信道若基地站设置多部发射机和多部接收机且同时工作，则可将接收机设设置多部发射机和多部接收机且同时工作，则可将接收机设在某一频率上，而将发射机设置在另一频率上，只要这两个在某一频率上，而将发射机设置在另一频率上，只要这两个频率有足够频差（或者称频距），借助于滤波器等选频器件频率有足够频差（或

13、者称频距），借助于滤波器等选频器件就能排除发射机对接收机的干扰。就能排除发射机对接收机的干扰。上一页 下一页返回1.2 移动通信的工作方式移动通信的工作方式v 2.半双工通信方式半双工通信方式v 半双工通信方式是指通信的双方有一方半双工通信方式是指通信的双方有一方(如如A方方)使用双工使用双工方式，即收方式，即收/发信机同时工作，且使用两个不同的频率发信机同时工作，且使用两个不同的频率f1和和f2;而另一方而另一方(如如B方方)则采用双频单工方式，即收则采用双频单工方式，即收/发信机交替工发信机交替工作，如作，如图图1-6所示。平时，所示。平时，B方是处于守听状态，仅在发话时方是处于守听状态，

14、仅在发话时才按压才按压“按一讲按一讲”开关，切断收信机使发信机工作。其优点开关，切断收信机使发信机工作。其优点是是:设备简单、功耗小、克服了通话断断续续的现象，但操作设备简单、功耗小、克服了通话断断续续的现象，但操作仍不太方便。所以半双工通信方式主要用于专业移动通信系仍不太方便。所以半双工通信方式主要用于专业移动通信系统中，如汽车调度等。统中，如汽车调度等。上一页 下一页返回1.2 移动通信的工作方式移动通信的工作方式v3.双工通信方式双工通信方式v 双工通信方式指通信的双方、收双工通信方式指通信的双方、收/发信机均同时工作，即发信机均同时工作，即任一方在发话的同时，也能收听到对方的话音，无需

15、任一方在发话的同时，也能收听到对方的话音，无需“按一按一讲讲”开关，与普通市内电话的使用情况类似，操作方便，如开关，与普通市内电话的使用情况类似，操作方便，如图图1-7所示。但是采用这种方式，在使用过程中，不管是否发所示。但是采用这种方式，在使用过程中，不管是否发话，发射机总是工作的，故电能消耗大。这一点对以电池为话，发射机总是工作的，故电能消耗大。这一点对以电池为能源的移动台是很不利的。为此，在某些系统中，移动台的能源的移动台是很不利的。为此，在某些系统中，移动台的发射机仅在发话时才工作，而移动台接收机总是工作的，通发射机仅在发话时才工作，而移动台接收机总是工作的，通常称这种系统为准双工系统

16、，它可以和双工系统相兼容，目常称这种系统为准双工系统，它可以和双工系统相兼容，目前，这种工作方式在移动通信系统中获得了广泛的应用。前，这种工作方式在移动通信系统中获得了广泛的应用。上一页返回1.3 移动通信系统的基本组成移动通信系统的基本组成v 1.移动通信系统的基本组成移动通信系统的基本组成v 移动通信网络一般由移动台移动通信网络一般由移动台(MS)、基站、基站(BS)、移动业务、移动业务交换中心交换中心(MSC)及与市话网及与市话网(PSTN)相连的中继线等组成，如相连的中继线等组成，如图图1-1所示。所示。v(1)移动台移动台v 移动台移动台(MS)是公用移动通信网中移动用户使用的设备，

17、是公用移动通信网中移动用户使用的设备，也是用户能够接触的整个系统中的唯一设备，它可以为车载也是用户能够接触的整个系统中的唯一设备，它可以为车载型、便携型和手持型。移动台提供两个接口，一个是接入系型、便携型和手持型。移动台提供两个接口，一个是接入系统的无线接口，另一个是使用者之间的接口，对于手机用户统的无线接口，另一个是使用者之间的接口，对于手机用户来讲用户接口指的是按键和显示屏。来讲用户接口指的是按键和显示屏。下一页返回1.3 移动通信系统的基本组成移动通信系统的基本组成v(2)基站基站v 基站基站(BS)通过无线接口直接与移动台相连，在移动台和通过无线接口直接与移动台相连，在移动台和网络之间

18、提供一个双向的无线链路网络之间提供一个双向的无线链路(信道信道)，负责无线信号的，负责无线信号的收发与无线资源管理，实现移动用户间或移动用户与固定网收发与无线资源管理，实现移动用户间或移动用户与固定网用户间的通信连接。基站本身只起转发作用，如何移动用户用户间的通信连接。基站本身只起转发作用，如何移动用户(移动台移动台)要通信，需将信息发给基站，再由基站转发给另一要通信，需将信息发给基站，再由基站转发给另一移动台。每个基站都有一个服务区，即无线电波的覆盖范围，移动台。每个基站都有一个服务区，即无线电波的覆盖范围，服务区的大小是由基站的天线高度和发射功率决定。下面我服务区的大小是由基站的天线高度和

19、发射功率决定。下面我们来对移动通信中常用的无线信道进行定义。们来对移动通信中常用的无线信道进行定义。v 信道是通信网络传递信息的通道。移动通信网的无线信信道是通信网络传递信息的通道。移动通信网的无线信道是移动台与基站间的一条双向传输通道。如果信号是移动道是移动台与基站间的一条双向传输通道。如果信号是移动台发，基站收，移动台到基站的无线链路称为上行链路台发，基站收，移动台到基站的无线链路称为上行链路(上行上行通道通道);如果信号是基站发，移动台收，基站到移动台的无线如果信号是基站发，移动台收，基站到移动台的无线链路称为下行链路链路称为下行链路(下行信道下行信道)。上一页 下一页返回1.3 移动通

20、信系统的基本组成移动通信系统的基本组成v(3)移动业务交换中心移动业务交换中心v 移动业务交换中心移动业务交换中心(MSC)是整个系统的核心，提供交换是整个系统的核心，提供交换功能及面向系统其他功能实体和固定网的接口功能，它对移功能及面向系统其他功能实体和固定网的接口功能，它对移动用户与移动用户之间通信、移动用户与固定网络用户之间动用户与移动用户之间通信、移动用户与固定网络用户之间通信起着交换、连接与集中控制管理的作用。通信起着交换、连接与集中控制管理的作用。上一页返回1.4 移动通信系统的发展历程移动通信系统的发展历程 现代通信技术的发展始于现代通信技术的发展始于20世纪世纪20年代，是年代

21、，是20世纪的重世纪的重大成就之一。在不到大成就之一。在不到100年的时间中，随着计算机和通信技术年的时间中，随着计算机和通信技术的发展，移动通信也得到了巨大的发展，其发展速度令人惊的发展，移动通信也得到了巨大的发展，其发展速度令人惊叹。移动通信已成为人们生活的一部分，移动用户的数量与叹。移动通信已成为人们生活的一部分，移动用户的数量与日俱增。移动通信系统的发展主要是围绕如何解决有限的频日俱增。移动通信系统的发展主要是围绕如何解决有限的频率资源与不断增长的通信容量和业务范围之间的矛盾而发展率资源与不断增长的通信容量和业务范围之间的矛盾而发展的，其发展历程如的，其发展历程如图图1-8所示。所示。

22、上一页 下一页返回1.4 移动通信系统的发展历程移动通信系统的发展历程v 1.第一代模拟蜂窝移动通信系统第一代模拟蜂窝移动通信系统(1G)v 1978年贝尔实验室研制成功采用频分多址技术的模拟蜂窝年贝尔实验室研制成功采用频分多址技术的模拟蜂窝移动通信系统，从此以后至移动通信系统，从此以后至20世纪世纪80年代中期，逐渐形成了以年代中期，逐渐形成了以北欧的北欧的NMT、北美的、北美的AMPS、英国的、英国的TAGS等几种典型的模拟等几种典型的模拟蜂窝移动通信系统，统称为第一代蜂窝移动通信系统，统称为第一代(1G)移动通信系统。移动通信系统。1G系统系统的主要缺点是的主要缺点是;频谱利用率低，容量

23、有限，系统扩容困难频谱利用率低，容量有限，系统扩容困难;制式太制式太多，互不兼容，不利于用户实现国际漫游，限制了用户覆盖面多，互不兼容，不利于用户实现国际漫游，限制了用户覆盖面;不能与不能与 ISDN兼容，提供的业务种类受限制，不能传输数据信息兼容，提供的业务种类受限制，不能传输数据信息;保密性差，以及移动终端要进一步实现小型化、低功耗、低价保密性差，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。格的难度都较大。上一页 下一页返回1.4 移动通信系统的发展历程移动通信系统的发展历程v 我国在我国在1986年投资建设模拟蜂窝式公用移动通信网，引进年投资建设模拟蜂窝式公用移动通信网，

24、引进了美国了美国MOTOROLA公司的公司的900 MHz TAGS标准的模拟蜂窝移标准的模拟蜂窝移动通信系统动通信系统(A网网)和瑞典和瑞典ERICSSON的公司的公司900 MHz TAGS标准标准的模拟蜂窝移动通信系统的模拟蜂窝移动通信系统(B网网)。1987年年11月，广东正式开通了月，广东正式开通了移动电话业务，移动电话用户实现了移动电话业务，移动电话用户实现了“零零”的突破。的突破。1996年实年实现了现了A网、网、B网的互联自动漫游。网的互联自动漫游。2001年，我国模拟网关闭。年，我国模拟网关闭。上一页 下一页返回1.4 移动通信系统的发展历程移动通信系统的发展历程v 2.第二

25、代第二代(2G)移动通信系统移动通信系统v 20世纪世纪80年代中期至年代中期至20世纪末，是第二代世纪末，是第二代(2G)移动通信系统移动通信系统数字式蜂窝移动通信系统发展和成熟阶段，推出了以欧洲的时分多数字式蜂窝移动通信系统发展和成熟阶段，推出了以欧洲的时分多址址GSM系统和北美的码分多址系统和北美的码分多址IS-95CDMA系统为代表的数字式蜂系统为代表的数字式蜂窝移动通信系统，窝移动通信系统，GSM系统的主要使用频段为系统的主要使用频段为900 MHz和和1 800 MHz，分别称作，分别称作GSM900和和DCS1800，一般在，一般在900 MHz频段无法满频段无法满足用户容量需求

26、时，会启用足用户容量需求时，会启用1 800 MHz频段。频段。IS-95系统的使用频段系统的使用频段主要为主要为800 MHz数字式蜂窝移动通信不但能克服模拟通信的一些弱数字式蜂窝移动通信不但能克服模拟通信的一些弱点，还能提供数字语音业务和最高速率为点，还能提供数字语音业务和最高速率为9.6 kbit/s的电路交换数据的电路交换数据业务，并与综合业务数字网业务，并与综合业务数字网(ISDN)相兼容。相兼容。v GPRS可以提供最高速率为可以提供最高速率为171.2kbit/s的分组交换数据业务。的分组交换数据业务。上一页 下一页返回1.4 移动通信系统的发展历程移动通信系统的发展历程v 20

27、世纪末欧洲电信标准协会世纪末欧洲电信标准协会(ETSI)推出了推出了GPRS通用分组通用分组无线业务。无线业务。GPRS是在现有第二代移动通信是在现有第二代移动通信GSM系统上发展系统上发展出来的分组交换系统，是出来的分组交换系统，是GSM系统的升级版，系统的升级版，GPRS系统与系统与GSM系统工作频率是一样的，允分利用了系统工作频率是一样的，允分利用了GSM系统中的设备，系统中的设备，只是在只是在GSM系统的基础之上增加了一些硬件设备和软件升级，系统的基础之上增加了一些硬件设备和软件升级，为为GSM系统向第三代系统向第三代(3G)移动通信系统提供了过渡性的网络移动通信系统提供了过渡性的网络

28、平台，所以平台，所以GPRS系统被称作系统被称作2.5G移动通信系统。移动通信系统。GPRS可以可以提供最高速率为提供最高速率为171.2kbit/s的分组交换数据业务。的分组交换数据业务。上一页 下一页返回1.4 移动通信系统的发展历程移动通信系统的发展历程v 我国的数字蜂窝移动通信网的大力发展是从我国的数字蜂窝移动通信网的大力发展是从20世纪末开世纪末开始的。始的。1994年，中国联通率先开始建设数字蜂窝移动通信网。年，中国联通率先开始建设数字蜂窝移动通信网。1994年底，广东首先开通年底，广东首先开通GSM数字移动电话网数字移动电话网(俗称俗称G网网)。G网工作频率是网工作频率是900

29、MHz，为了满足不断增长的通信容量，后，为了满足不断增长的通信容量，后来又建设了来又建设了DCS1800移动通信系统的网移动通信系统的网(即即D网网)。D网采用的网采用的是是GSM900标准，不同的是工作频率为标准，不同的是工作频率为1 800 MHz,使用双频使用双频手机就可以在手机就可以在G网和网和D网中漫游通话。在网中漫游通话。在2000年中国联通启动年中国联通启动了了CDMA移动电话网移动电话网(即即C网网)建设。建设。2004年出现了年出现了GSM/CDMA双模手机，双模手机用户可以自由选择使用双模手机，双模手机用户可以自由选择使用G网网和和C网进行通信。网进行通信。上一页 下一页返

30、回1.4 移动通信系统的发展历程移动通信系统的发展历程v 目前我国应用的移动通信网主要是目前我国应用的移动通信网主要是G网网(主要运营商是中主要运营商是中国移动与中国联通国移动与中国联通)和和C网网(主要由中国联通运营主要由中国联通运营)。2001年，年，中国移动开通中国移动开通GPRS业务，标志着中国无线通信进入业务，标志着中国无线通信进入2.5 G时时代。经过短短代。经过短短20年的发展，我国已成为全球移动通信用户最年的发展，我国已成为全球移动通信用户最多的国家，中国移动不仅是中国规模最大的移动通信运营商，多的国家，中国移动不仅是中国规模最大的移动通信运营商，也是拥有全球最大网络规模和用户

31、规模的移动通信运营商。也是拥有全球最大网络规模和用户规模的移动通信运营商。上一页 下一页返回1.4 移动通信系统的发展历程移动通信系统的发展历程v 3.第三代第三代(3G)移动通信系统移动通信系统v 由于第二代由于第二代(2G)移动通信系统难以提供高速数据业务，移动通信系统难以提供高速数据业务，无法实现全球覆盖和国际漫游，所以第三代无法实现全球覆盖和国际漫游，所以第三代(3G)移动通信系移动通信系统从统从20世纪世纪80年代开始研发时就成为通信技术的一大亮点。年代开始研发时就成为通信技术的一大亮点。第三代第三代(3G)移动通信系统可同时提供高质量的语音业务，最移动通信系统可同时提供高质量的语音

32、业务，最高传输速率为高传输速率为2Mbit/s数据、图像业务，同时支持多媒体业务数据、图像业务，同时支持多媒体业务;能够全球无线漫游。能够全球无线漫游。v 21世纪，第三代世纪，第三代(3G)移动通信系统进入快速发展时期，移动通信系统进入快速发展时期，其中最具有代表性的是基于其中最具有代表性的是基于GSM技术的欧洲与日本提出的技术的欧洲与日本提出的WCDNIA、北美提出的基于、北美提出的基于IS-95 CDMA技术的技术的CDMA2000和我国提出的和我国提出的TD-SCDMA。2001年我国启动了年我国启动了3G技术的试技术的试验，在验，在2006年我国将年我国将CDMA2000,WCDMA

33、及及TD-SCDMA颁颁布为中国通信行业标准，并进行了大规模的布为中国通信行业标准，并进行了大规模的3G网络试验。网络试验。上一页返回1.4 移动通信系统的发展历程移动通信系统的发展历程v 在在3G技术之后，人们又开始研发技术之后，人们又开始研发4G,5G技术。固定网、技术。固定网、移动网、计算机网络、广播电视网的融合成为发展的大趋势，移动网、计算机网络、广播电视网的融合成为发展的大趋势，以以IP为基础的移动互联网业务将是未来的主流业务。为基础的移动互联网业务将是未来的主流业务。上一页返回1.5 移动通信的基本技术移动通信的基本技术v 在移动通信中，由于传输信道和通信用户是动态的，不在移动通信

34、中，由于传输信道和通信用户是动态的，不固定的，所以，各种移动通信技术是围绕着如何适应信道和固定的，所以，各种移动通信技术是围绕着如何适应信道和用户的动态特性而发展的，主要的移动通信技术包括信号处用户的动态特性而发展的，主要的移动通信技术包括信号处理技术和组网技术。理技术和组网技术。v1.5.1 移动通信的信号处理技术移动通信的信号处理技术v 移动通信系统信号传输和处理的流程图如图移动通信系统信号传输和处理的流程图如图1-2所示，由所示，由信源信源(话音话音)编解码、信道编码与解码、数字调制与解调和无编解码、信道编码与解码、数字调制与解调和无线信道线信道5个单元组成。个单元组成。下一页返回1.5

35、 移动通信的基本技术移动通信的基本技术v1.话音编码技术话音编码技术v 信源编码的主要作用是将信源送出的模拟信号取样、量信源编码的主要作用是将信源送出的模拟信号取样、量化、编码，并对编码后的信号去掉信源多余的冗余信息，以化、编码，并对编码后的信号去掉信源多余的冗余信息，以达到压缩信源信息率，降低信号的传输速率、缩小信号带宽，达到压缩信源信息率，降低信号的传输速率、缩小信号带宽，从而提高通信的有效性。常用信源编码的方法有波形编码、从而提高通信的有效性。常用信源编码的方法有波形编码、参量编码和混合编码三种技术。参量编码和混合编码三种技术。下一页返回1.5 移动通信的基本技术移动通信的基本技术v(1

36、)波形编码波形编码v 波形编码是利用波形编码是利用A/D变换技术，通过对模拟的输入信号变换技术，通过对模拟的输入信号波形进行采样、量化，然后用二进制码表示出来的编码方式。波形进行采样、量化，然后用二进制码表示出来的编码方式。因为波形编码能够在接收端精确再现信源模拟信号的波形，因为波形编码能够在接收端精确再现信源模拟信号的波形，得到质量较好的信号，因而被经常采用。这种技术包括脉冲得到质量较好的信号，因而被经常采用。这种技术包括脉冲编码调制编码调制(PC M)、脉码增量调制、脉码增量调制(DPCM)和自适应增量调制和自适应增量调制(ADPCM)v PC M是基本的波形编码方法，具体步骤是对输入的信

37、号是基本的波形编码方法，具体步骤是对输入的信号抽样、量化和编码，输出的抽样、量化和编码，输出的PC M信号的数码率为信号的数码率为64 kbit/s。图图1-9是是PC M抽样、量化和编码的示意图。抽样、量化和编码的示意图。上一页 下一页返回1.5 移动通信的基本技术移动通信的基本技术v DPCM是对相邻抽样值的差值序列进行量化编码的方法，是对相邻抽样值的差值序列进行量化编码的方法，DPCM是在是在PCM的基础上发展起来的，但和的基础上发展起来的，但和PC M相比，因相比，因为是对相对较小的差值序列进行量化编码，所以每秒传输的为是对相对较小的差值序列进行量化编码，所以每秒传输的码元数码元数(或

38、数码率或数码率)可以降低，从而提高了传输效率可以降低，从而提高了传输效率v ADPCM是在是在DPCM的基础上，再采用自适应量化功能，的基础上，再采用自适应量化功能，把自适应技术和差分脉冲编码调制结合起来的波形编码技术，把自适应技术和差分脉冲编码调制结合起来的波形编码技术，可在保证通信质量的基础上，进一步压缩数码率。可在保证通信质量的基础上，进一步压缩数码率。ADPCM技术使信号的数码率降为技术使信号的数码率降为32 kbit/s，传输效率提高了一倍。，传输效率提高了一倍。上一页 下一页返回1.5 移动通信的基本技术移动通信的基本技术v(2)参量编码参量编码v 参量编码不是直接对语音波形进行编

39、码，而是在发送端参量编码不是直接对语音波形进行编码，而是在发送端直接提取模拟信号的一些特征参量，并对这些参量进行编码直接提取模拟信号的一些特征参量，并对这些参量进行编码的一种方式。参量编码的数码率比波形编码低，数码率常在的一种方式。参量编码的数码率比波形编码低，数码率常在4.8 kbit/s以下，但接收端重建的信号质量不好，有明显的失以下，但接收端重建的信号质量不好，有明显的失真，因为在接收端收到的信号是根据发送的特征参量人工合真，因为在接收端收到的信号是根据发送的特征参量人工合成得到的，实现参量编量的系统称为声码器。成得到的，实现参量编量的系统称为声码器。上一页 下一页返回1.5 移动通信的

40、基本技术移动通信的基本技术v(3)混合编码混合编码v 混合编码是波形编码技术和参量编码技术的混合，在参混合编码是波形编码技术和参量编码技术的混合，在参量编码技术的基础上附有一些波形编码的特征，吸取波形编量编码技术的基础上附有一些波形编码的特征，吸取波形编码的高质量与参量编码的低速率的优点。混合编码是通信系码的高质量与参量编码的低速率的优点。混合编码是通信系统使用最多的编码技术。统使用最多的编码技术。v 目前混合编码的改进方法有很多种，目前混合编码的改进方法有很多种，GSM系统、系统、IS-95CDMA,WCDMA和和CDMr12000系统就采用改进的混合编系统就采用改进的混合编码技术，如码技术

41、，如GSM系统采用的是规则脉冲长期预测混合编码系统采用的是规则脉冲长期预测混合编码(RPE-LTP),IS-95CDMA,WCDMA和和CDMr12000系统则采用系统则采用了受激线性预测混合编码了受激线性预测混合编码(QCELP)。上一页 下一页返回1.5 移动通信的基本技术移动通信的基本技术v 2.信道编码技术信道编码技术v 信道编码主要包括纠错编码和交织编码技术，主要目的信道编码主要包括纠错编码和交织编码技术，主要目的是提高通信的可靠性。是提高通信的可靠性。v 纠错编码的作用是检测和纠正信息在传输过程中的随机纠错编码的作用是检测和纠正信息在传输过程中的随机差错。基本方法是根据一定的校验关

42、系在发送端的信息码元差错。基本方法是根据一定的校验关系在发送端的信息码元中加入一些监督码元，在接收端根据信息码元和监督码元之中加入一些监督码元，在接收端根据信息码元和监督码元之间建立的这种校验关系来检错和纠错，从而提高数字信号传间建立的这种校验关系来检错和纠错，从而提高数字信号传输的可靠性，降低误码率。由于监督码元的加入，增加了信输的可靠性，降低误码率。由于监督码元的加入，增加了信号的冗余度，即可靠性的提高是以带宽为代价的，所以纠错号的冗余度，即可靠性的提高是以带宽为代价的，所以纠错编码技术的目的是如何以最少的监督码元，获得最大的纠错编码技术的目的是如何以最少的监督码元，获得最大的纠错和检错能

43、力。常用纠错编码技术有奇偶效验码、卷积码和和检错能力。常用纠错编码技术有奇偶效验码、卷积码和Turbo码。码。上一页 下一页返回1.5 移动通信的基本技术移动通信的基本技术v 上面所述的所有纠错编码都是用来纠正随机错误的，但上面所述的所有纠错编码都是用来纠正随机错误的，但在实际通信系统中常常存在突发性错误。突发错误一般是一在实际通信系统中常常存在突发性错误。突发错误一般是一个错误序列。纠正突发错误通常采用交织编码。交织编码的个错误序列。纠正突发错误通常采用交织编码。交织编码的基本思路是，将基本思路是，将i个能纠个能纠t个错的分组码个错的分组码(n,k)的中的码元比特的中的码元比特排列成排列成i

44、行行n列的方阵。每个码元比特记作列的方阵。每个码元比特记作B(i,n)。如。如图图1-10所所示，交织前如果遇到连续了个比特的突发错误示，交织前如果遇到连续了个比特的突发错误(用阴影方块表用阴影方块表示示)，且，且jt，对其中的连续两个码组而言，错误数已远远大，对其中的连续两个码组而言，错误数已远远大于纠错能力于纠错能力t，因而无法正确对出错码组进行纠错。交织后，因而无法正确对出错码组进行纠错。交织后，总的比特数不变，传输次序由原来的总的比特数不变，传输次序由原来的B (1,1),B(1，2)，B(1，3)B(1，n)，B(2，1)，B(2，2)，B(2，3)B(2，n)，B(i,1),B(i

45、,3),B(i,3).B(i,n)转变为转变为B(1,1),B(2,1),B(3,1).B(i，1)，B(1，2)，B(2，2)，B(3，2)B(i，2)B1，n)，B(2，n)，B(3，n)，.B(i,n)的次序。的次序。上一页 下一页返回1.5 移动通信的基本技术移动通信的基本技术 此时因干扰或衰落引起的突发错误图样正好落在分组码此时因干扰或衰落引起的突发错误图样正好落在分组码的纠错能力范围内。通常把码组数的纠错能力范围内。通常把码组数i称为交织度，用这种方法称为交织度，用这种方法构造的码称为交织码。使用交织编码的好处是提高了抗突发构造的码称为交织码。使用交织编码的好处是提高了抗突发错误的

46、能力但不增加新的监督码元，从而不会降低编码效率。错误的能力但不增加新的监督码元，从而不会降低编码效率。理论上交织度理论上交织度i越大，抗突发错误的能力就越强，但是要求译越大，抗突发错误的能力就越强，但是要求译码器的暂存区就越大，而且译码延时也相应加大因此，实际码器的暂存区就越大，而且译码延时也相应加大因此，实际系统中会根据设计成本和系统的延时要求选取合适的系统中会根据设计成本和系统的延时要求选取合适的i。上一页 下一页返回1.5 移动通信的基本技术移动通信的基本技术v 3.数字调制技术数字调制技术v 数字调制，即用数字信号来调制某一较高频率的正弦波，数字调制，即用数字信号来调制某一较高频率的正

47、弦波，使已调信号能通过带限信道传输。其主要作用是使已调信号能通过带限信道传输。其主要作用是:第一，频谱第一，频谱搬移，即将传送信息的基带信号搬移到相应频段的信道上传搬移，即将传送信息的基带信号搬移到相应频段的信道上传输，以解决信源信号通过天线转化为电磁波发送到自由空间输，以解决信源信号通过天线转化为电磁波发送到自由空间;第二，为了提高频带的利用率，即单位频带内传送尽可能高第二，为了提高频带的利用率，即单位频带内传送尽可能高的信息率。移动通信系统采用数字调制技术都是在基本数字的信息率。移动通信系统采用数字调制技术都是在基本数字调制技术的基础上进行改进的。调制技术的基础上进行改进的。v(1)基本的

48、数字调制技术基本的数字调制技术v 根据所控制的高频正弦波载波信号的参数不同，基本的根据所控制的高频正弦波载波信号的参数不同，基本的数字调制技术可分为频移键控数字调制技术可分为频移键控(FSK)调制、相移键控调制、相移键控(PSK)调制和振幅键控调制和振幅键控(ASK)调制三类调制三类上一页 下一页返回1.5 移动通信的基本技术移动通信的基本技术v 频移键控频移键控(FSK)调制。频移键控调制。频移键控(FSK)调制是指数字基带信调制是指数字基带信号控制的是载波的频率。若基带信号是二进制信号，号控制的是载波的频率。若基带信号是二进制信号，“1”和和“0”分别用两个不同载波频率的正弦载波来传送，而

49、载波振分别用两个不同载波频率的正弦载波来传送，而载波振幅不变，则频移键控记为幅不变，则频移键控记为2FSK，如，如图图1-11所示。若基带信号所示。若基带信号是多进制信号，则频移键控记为是多进制信号，则频移键控记为MFSK。v 相移键控相移键控(PSK)调制。相移键控调制。相移键控(PSK)调制是指数字基带信调制是指数字基带信号控制的是载波的相位，若基带信号是二进制信号，则相移号控制的是载波的相位，若基带信号是二进制信号，则相移键控记为键控记为2PSK，若基带信号是多进制信号，则相移键控记为，若基带信号是多进制信号，则相移键控记为MPSk。2PSK又分为绝对相移键控又分为绝对相移键控(2BPS

50、K)和相对相移键控和相对相移键控(2 DPSK)。绝对相移键控。绝对相移键控(2BPSK)调制方法是调制方法是:调制后的正弦调制后的正弦载波相位按照基带信号载波相位按照基带信号1”和和“0”变换而对应变化，当基带信变换而对应变化，当基带信号为号为“1”时，调制后的正弦波相位为。时，调制后的正弦波相位为。上一页 下一页返回1.5 移动通信的基本技术移动通信的基本技术v 当基带信号为当基带信号为“0”时，调制后的正弦波相位为时，调制后的正弦波相位为，其振幅，其振幅和频率保持不变和频率保持不变;相对相移键控相对相移键控(2 DPSK)调制方法是调制方法是:2DPSK调制后的正弦载波相位，即当基带信号