通信概论--第8章移动通信(运输j)课件.ppt

1、2022-12-17现代通信概论 22022-12-17现代通信概论 38.1 移动通信的基本概念移动通信的基本概念2022-12-17现代通信概论 48.1 移动通信的基本概念移动通信的基本概念移动通信移动通信：通信的双方至少有一方或双通信的双方至少有一方或双方处在移动（或临时静止）情况下进行方处在移动（或临时静止）情况下进行信息传输和交换。信息传输和交换。移动移动通信通信无线无线通信通信计算机计算机技术技术有线有线通信通信网络网络技术技术2022-12-17现代通信概论 5 8.1.1 移动通信的发展历史移动通信的发展历史 移动通信可以说从无线电通信发明之日就产生了。早在1897年，马可尼

2、的无线通信试验就是在固定站与一艘拖船之间进行的，距离为18海里(1海里=1852米)。现代移动通信的发展始于20世纪20年代，而公用移动通信是从20世纪60年代开始的。公用移动通信系统的发展已经经历了第一代(1G)和第二代(2G)，并将继续朝着第三代(3G)和第四代(4G)的方向发展。8.1 移动通信的基本概念移动通信的基本概念2022-12-17现代通信概论 68.1.2 移动通信的特点移动通信的特点电波传播环境复杂电波传播环境复杂2022-12-17现代通信概论 78.1.2 移动通信的特点移动通信的特点干扰和噪声的影响大干扰和噪声的影响大f1f3f2f1v同频干扰：相同频率间的相互干扰。

3、同频干扰：相同频率间的相互干扰。v邻频干扰：相邻或相近频率间的干扰。邻频干扰：相邻或相近频率间的干扰。v互调干扰：由于非线性失真而产生的干扰。互调干扰：由于非线性失真而产生的干扰。v各种噪声各种噪声2022-12-17现代通信概论 8同频干扰示意同频干扰示意2022-12-17现代通信概论 98.1.2 移动通信的特点移动通信的特点移动工作环境恶劣，尘土多，振动大，要求移动工作环境恶劣，尘土多，振动大，要求有一定的防范措施。移动台操作简便，可靠有一定的防范措施。移动台操作简便，可靠性高，小型化，低功耗。性高，小型化，低功耗。具有多普勒频移当物体运动中通信时，其具有多普勒频移当物体运动中通信时，

4、其接收到的载波频率随运动速度的不同而产生接收到的载波频率随运动速度的不同而产生不同的频移。不同的频移。cosvfdv2022-12-17现代通信概论 108.1.2 移动通信的特点移动通信的特点控制系统复杂。控制系统复杂。交换机交换机至其他交换机至其他交换机服务区域服务区域PSTN至其他至其他 PSTN2022-12-17现代通信概论 118.1.3 移动通信的工作方式移动通信的工作方式单工制单工制v单工的定义单工的定义 收发使用同收发使用同一个（或不同）一个（或不同）频率的按键通频率的按键通信方式。信方式。即在即在同一时间里要同一时间里要么说，要么听，么说，要么听，只可选择一样。只可选择一样

5、。发射机 接收机 发射机 接收机 f1 f1 f1 f1 f1 B A f1f1f2f2f2f12022-12-17现代通信概论 128.1.3 移动通信的工作方式移动通信的工作方式单工制单工制v优点优点:不需要天线共用装置。不需要天线共用装置。组网方便。组网方便。耗电少，设备简单，造价便宜。耗电少，设备简单，造价便宜。v缺点：频率利用率低。缺点：频率利用率低。操作不方便。操作不方便。同频基站间干扰较大。同频基站间干扰较大。v适用范围：适用于用户少，专业性强的通信系统中。适用范围：适用于用户少，专业性强的通信系统中。2022-12-17现代通信概论 138.1.3 移动通信的工作方式移动通信的

6、工作方式半双工制半双工制 发射机 接收机 发射机 接收机 f1 f2 f2 f1 f1 基站B 移动台A f2 双 工 器 2022-12-17现代通信概论 148.1.3 移动通信的工作方式移动通信的工作方式半双工制半双工制 通信的双方有一方使用双工通信，即收发信机通信的双方有一方使用双工通信，即收发信机同时工作且使用不同的频率，另一方采用双频同时工作且使用不同的频率，另一方采用双频单工方式。单工方式。v优点：设备简单，功耗小，克服了通话断续优点：设备简单，功耗小，克服了通话断续的缺点。的缺点。v缺点：操作不方便。缺点：操作不方便。v应用：专用通信中。应用：专用通信中。2022-12-17现

7、代通信概论 158.1.3 移动通信的工作方式移动通信的工作方式双工制双工制 发射机 接收机 发射机 接收机 f1 f2 f2 f1 f1 基站B 移动台A f2 双 工 器 双工器2022-12-17现代通信概论 168.1.3 移动通信的工作方式移动通信的工作方式双工制双工制 通信双方的收发信机均能同时工作。通信双方的收发信机均能同时工作。v优点：由于收发频带有一定的间隔，所以抗干优点：由于收发频带有一定的间隔，所以抗干扰能力强。扰能力强。使用方便。使用方便。v缺点：电源耗电量大。缺点：电源耗电量大。2022-12-17现代通信概论 178.2 移动通信系统移动通信系统 2022-12-1

8、7现代通信概论 188.2.1 移动通信系统的分类移动通信系统的分类公用移动通信系统公用移动通信系统至其他交换机至其他交换机服务区域服务区域交换机交换机PSTN至其他至其他PSTN移动台移动台基地台基地台移动交移动交换中心换中心2022-12-17现代通信概论 198.2.1 移动通信系统的分类移动通信系统的分类专用移动通信系统专用移动通信系统 在一定的范围内，为某些单位提供服务的移动通在一定的范围内，为某些单位提供服务的移动通信系统。信系统。v特点：容量小，大区制，半双工制特点：容量小，大区制，半双工制v典型系统：集群系统典型系统：集群系统2022-12-17现代通信概论 208.2.1 移

9、动通信系统的分类移动通信系统的分类专用移动通信系统专用移动通信系统v集群系统集群系统2022-12-17现代通信概论 218.2.1 移动通信系统的分类移动通信系统的分类无绳电话系统无绳电话系统v由座机（基站）和手机组成由座机（基站）和手机组成v典型系统：典型系统：CT-2，CT-3，小灵通，小灵通2022-12-17现代通信概论 228.2.2 移动通信系统的组成移动通信系统的组成移动交移动交换中心换中心移动通信系统PLMN中继线中继线至其他交换机至其他交换机服务区域服务区域MSCPSTN至其他至其他PSTN移动台移动台MS基地台基地台BS数据库数据库2022-12-17现代通信概论 23

10、移动业务交换中心MSC是蜂窝通信网络的核心。负责本服务区内所有用户的移动业务的实现 信息交换功能：为用户提供终端业务、承载业务、补充业务的接续；集中控制管理功能：无线资源的管理，移动用户的位置登记、越区切换等；通过关口MSC与公用电话网相连。8.2.2 移动通信系统的组成移动通信系统的组成2022-12-17现代通信概论 24 基站BS与MSC相连，负责和本小区内移动台之间通过无线电波进行通信，保证移动台在不同小区之间移动时也可以进行通信。采用一定的多址方式可以区分一个小区内的不同用户。移动台MS即手机或车载台，是移动网中的终端设备。作用：将用户的话音信息进行变换 以无线电波的方式传输信息8.

11、2.2 移动通信系统的组成移动通信系统的组成2022-12-17现代通信概论 25 在MSC之间、MSC和BS之间的传输线,一般采用有线方式。接口一般为 2 Mb/s数字接口。数据库是用来存储用户的有关信息的。移动网中的用户的位置是不确定的。要对用户进行接续，就必须要掌握用户的位置及其他的信息，数字蜂窝移动网中的数据库有归属位置寄存器(HLR)、访问位置寄存器(VLR)、鉴权认证中心(AUC)、设备识别寄存器(EIR)等。8.2.2 移动通信系统的组成移动通信系统的组成2022-12-17现代通信概论 268.2.3 移动通信系统的频率使用和配置移动通信系统的频率使用和配置移动通信一般采用移动

12、通信一般采用VHF和和UHF频段。频段。原因：原因：v适用于移动通信适用于移动通信v抗干扰能力强抗干扰能力强v天线短，便于移动。天线短，便于移动。2022-12-17现代通信概论 278.2.3 移动通信系统的频率使用和配置移动通信系统的频率使用和配置VHF频段频段:v160MHz频段频段:138149.9MHz 150.05167MHzUHF频段：频段：v450MHz频段频段:403420MHz 450470MHzv900 MHz频段频段:890915MHz（移动台发、基站收）（移动台发、基站收）935960MHz（移动台收、基站发）（移动台收、基站发）2022-12-17现代通信概论 28

13、8.3 移动通信网移动通信网2022-12-17现代通信概论 298.3 移动通信网移动通信网移动通信网的覆盖方式可分为两种：移动通信网的覆盖方式可分为两种：大区制大区制和和小区制小区制大区制大区制 由一个基站(发射功率为50100 W)覆盖整个服务区，该基站负责服务区内所有移动台的通信与控制。大区制的覆盖半径一般为半径一般为3050 km。市话交换局市话交换局PSTN8.3.1 移动通信网的覆盖方式移动通信网的覆盖方式2022-12-17现代通信概论 30v大区制特点：大区制特点：网络结构简单，频道数目少，不需无线交换，与网络结构简单，频道数目少，不需无线交换，与PSTNPSTN网直接相连。

14、网直接相连。覆盖范围有限。覆盖范围有限。服务的用户容量有限。服务的用户容量有限。采用单基站制，没有重复使用频率的问题，频率利用率低。采用单基站制，没有重复使用频率的问题，频率利用率低。8.3.1 移动通信网的覆盖方式移动通信网的覆盖方式 由于采用单基站制，基站的天线需要架设得非常高，发由于采用单基站制，基站的天线需要架设得非常高，发射机的发射功率也要很高。因此大区制通信网的覆盖范围射机的发射功率也要很高。因此大区制通信网的覆盖范围是有限的，只适用于小容量的网络，如用户较少的专用通是有限的，只适用于小容量的网络，如用户较少的专用通信网中，早期的模拟移动通信网中即采用大区制。信网中，早期的模拟移动

15、通信网中即采用大区制。2022-12-17现代通信概论 31小区制小区制 将所要覆盖的地区划分成若干个小区，每个小区将所要覆盖的地区划分成若干个小区，每个小区的半径可以根据用户的密度在的半径可以根据用户的密度在1 1至至10km10km左右。在每个左右。在每个小区内设置一个基站为本小区范围内的用户服务。小区内设置一个基站为本小区范围内的用户服务。小区制的目标：实现频率复用，从而提高小区制的目标：实现频率复用，从而提高频率利用率，增加系统容量。频率利用率，增加系统容量。8.3.1 移动通信网的覆盖方式移动通信网的覆盖方式2022-12-17现代通信概论 32小区制（蜂窝）小区制（蜂窝）在小区制中

16、，在小区制中，为了避免为了避免同同频干扰频干扰，同，同一频率必须间一频率必须间隔一定距离后，隔一定距离后，才能再次使用。才能再次使用。8.3.1 移动通信网的覆盖方式移动通信网的覆盖方式2022-12-17现代通信概论 33小区制（蜂窝）小区制（蜂窝）v小区制的特点小区制的特点低发射功率，小的覆盖范围低发射功率，小的覆盖范围频率复用，用户容量大，频率利用率高，用频率复用，用户容量大，频率利用率高，用户终端也可以小巧。户终端也可以小巧。蜂窝的分割和组合满足特定环境的要求。蜂窝的分割和组合满足特定环境的要求。新的问题：系统复杂，越区切换，漫游，位新的问题：系统复杂，越区切换，漫游，位置登记，更新，

17、管理，系统鉴权等。置登记，更新，管理，系统鉴权等。8.3.1 移动通信网的覆盖方式移动通信网的覆盖方式2022-12-17现代通信概论 34频分多址频分多址FDMA8.3.2 移动通信网的多址技术移动通信网的多址技术2022-12-17现代通信概论 35FDMA的信道每次只能传递一个电话接收设备中使用带通滤波器只允许指定频道里的能量通过由于基站要同时和多个用户进行通信，基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转，因而必须占用四个频道才能实现双向通信。频分多址频分多址FDMA技术成熟，对信号功率的要求不严格。基站需要多部不同载波频率的发射机同时工作，

18、易产生信道间的互调干扰没有进行信道复用，信道效率很低。现在国际上蜂窝移动通信网已不再单独使用FDMA，而是和其他多址技术结合使用。8.3.2 移动通信网的多址技术移动通信网的多址技术2022-12-17现代通信概论 36时分多址时分多址TDMA8.3.2 移动通信的多址技术移动通信的多址技术2022-12-17现代通信概论 37 把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干互不重叠的时隙，每一个时隙就是一个通信信道。每个用户分配一个时隙，各个移动台只能按指定的时隙向基站发射信号。基站按顺序在预定的时隙中传输发向各个移动台的信号，各移动台在指定的时隙内接收。同一个频道就可以供几个用户同时进行通信，相

19、互没有干扰。小区内的多个用户可以共享一个载波频率，分享不同时隙，基站只需要一部发射机，可以避免像FDMA系统那样因多部不同频率的发射机同时工作而产生的互调干扰；但系统设备必须有精确的定时和同步来保证各移动台发送的信号不会在基站发生重叠，并且能准确地在指定的时隙中接收基站发给它的信号。在实际应用中，综合采用FDMA和TDMA技术，先将总频带划分为多个频道，再将一个频道划分为多个时隙形成信道。例如GSM采用200 kHz的FDMA频道，并将其再分割成8个时隙，用于TDMA传输。时分多址时分多址TDMA2022-12-17现代通信概论 38码分多址码分多址CDMA8.3.2 移动通信的多址技术移动通

20、信的多址技术2022-12-17现代通信概论 39 CDMA通信系统中，所有用户使用所有频率和所有时间通信系统中，所有用户使用所有频率和所有时间上都是重叠的。系统用不同的正交编码序列来区分不同的用上都是重叠的。系统用不同的正交编码序列来区分不同的用户，这种多址技术因为是靠不同的码序列来区分不同的移动户，这种多址技术因为是靠不同的码序列来区分不同的移动台，所以叫做台，所以叫做。8.3.2 移动通信的多址技术移动通信的多址技术2022-12-17现代通信概论 40CDMA中各移动台共用一个频率，但每个移动台分配带有一个，在发送时，信号和用户的码序列相乘进行，在接收端使用与发端同样的码序列对信号进行解扩，恢复出原始信号。实际应用中综合采用FDMA和CDMA技术，先将总频带划分为多个频道，再将一个频道按码字分割形成信道。例如窄带CDMA中，采用1.25 MHz的FDMA频道，将其再进行码字的分割，形成CDMA信道。具有更大的系统容量更高的话音质量抗干扰更强、保密码分多址码分多址CDMA