《现代通信网》课件03第3章移动通信网.pptx

1、第第3 3章章 移动通信网移动通信网3.1 3.1 移动通信网概述移动通信网概述3.2 3.2 移动通信网关键技术移动通信网关键技术3.3 3.3 常用移动通信系统常用移动通信系统3.4 3.4 移动通信网发展趋势移动通信网发展趋势3.13.1 移动通信网概述移动通信网概述一、移动通信网的概念及特点一、移动通信网的概念及特点 P26P261.1.移动通信网的概念移动通信网的概念 移动通信就是指通信的一方或双方在移动中（或暂时停留移动通信就是指通信的一方或双方在移动中（或暂时停留在某一非预定的位置上）进行信息传输和交换的通信方式。在某一非预定的位置上）进行信息传输和交换的通信方式。包括移动用户（

2、车辆、船舶、飞机或行人）和移动用户之包括移动用户（车辆、船舶、飞机或行人）和移动用户之间间 的通信，以及移动用户和固定用户（固定无线电台或的通信，以及移动用户和固定用户（固定无线电台或有线用户）之间的通信。有线用户）之间的通信。支持移动通信功能的网络称为移动通信网。支持移动通信功能的网络称为移动通信网。3.13.1 移动通信网概述移动通信网概述一、移动通信网的概念及特点一、移动通信网的概念及特点2.2.移动通信网的特点移动通信网的特点 与固定通信网相比具有以下特点：与固定通信网相比具有以下特点：（1 1）电波传播环境复杂，传播条件十分恶劣。）电波传播环境复杂，传播条件十分恶劣。（2 2）移动通

3、信网的噪声和干扰比较严重。）移动通信网的噪声和干扰比较严重。（3 3）移动通信网可利用的频谱资源非常有限。）移动通信网可利用的频谱资源非常有限。（4 4）移动通信网络结构多种多样。）移动通信网络结构多种多样。（5 5）移动通信网的设备可靠性及工作条件要求较高。）移动通信网的设备可靠性及工作条件要求较高。3.13.1 移动通信网概述移动通信网概述二、移动通信网的分类二、移动通信网的分类 P27P27（1 1）按信号形式分：模拟移动通信网和数字移动通信网。）按信号形式分：模拟移动通信网和数字移动通信网。（2 2）按业务类型分：电话移动通信网、数据移动通信网和多媒体移）按业务类型分：电话移动通信网、

4、数据移动通信网和多媒体移动通信网。动通信网。（3 3）按多址方式分：频分多址移动通信网、时分多址移动通信网和）按多址方式分：频分多址移动通信网、时分多址移动通信网和码分多址移动通信网等。码分多址移动通信网等。（4 4）按工作方式分：单工移动通信网、半双工移动通信网、全双工）按工作方式分：单工移动通信网、半双工移动通信网、全双工移动通信网。移动通信网。（5 5）按使用对象分：民用移动通信网和军用移动通信网。）按使用对象分：民用移动通信网和军用移动通信网。（6 6）按使用环境分：陆地移动通信网、海上移动通信网和空中移动）按使用环境分：陆地移动通信网、海上移动通信网和空中移动通信网。通信网。（7 7

5、）按服务范围分：专用移动通信网和公用移动通信网。）按服务范围分：专用移动通信网和公用移动通信网。3.13.1 移动通信网概述移动通信网概述三、移动信道中的电磁波传播三、移动信道中的电磁波传播 P27P271.1.无线信道中的信号损耗无线信道中的信号损耗（1 1）路径传播损耗）路径传播损耗路径传播损耗指电磁波在空间传播时所产生的损耗，它反映在宏观大路径传播损耗指电磁波在空间传播时所产生的损耗，它反映在宏观大范围内（千米量级）的空间距离上的接收信号电平平均值变化的趋势。范围内（千米量级）的空间距离上的接收信号电平平均值变化的趋势。（2 2）慢衰落）慢衰落 慢衰落主要是指电磁波在传播路径上受到建筑物

6、等的阻挡产生阴影效慢衰落主要是指电磁波在传播路径上受到建筑物等的阻挡产生阴影效应而造成的损耗，反映了在中等范围内（数百波长量级）的接收信号应而造成的损耗，反映了在中等范围内（数百波长量级）的接收信号电平平均值变化的趋势。电平平均值变化的趋势。（3 3）快衰落）快衰落 快衰落反映微观小范围内（数十波长以下量级）接收信号电平平均值快衰落反映微观小范围内（数十波长以下量级）接收信号电平平均值的变化趋势，由于其变化速率比慢衰落大，所以称快衰落。的变化趋势，由于其变化速率比慢衰落大，所以称快衰落。3.13.1 移动通信网概述移动通信网概述三、移动信道中的电磁波传播三、移动信道中的电磁波传播2.2.影响移

7、动通信的主要效应影响移动通信的主要效应 影响移动通信的效应主要包括：影响移动通信的效应主要包括：阴影效应阴影效应 远近效应远近效应 多径效应多径效应 多普勒效应多普勒效应3.23.2 移动通信网关键技术移动通信网关键技术P29P29移动通信网应用的关键技术主要包括：移动通信网应用的关键技术主要包括：无线组网技术无线组网技术 双工技术双工技术 多址技术多址技术 抗干扰与抗衰落技术抗干扰与抗衰落技术 扩频技术扩频技术 调制技术调制技术 编码技术编码技术3.23.2 移动通信网关键技术移动通信网关键技术一、无线组网技术一、无线组网技术 P29P291.1.大区制大区制一般在较大的服务区内设一个基站，

8、负责一般在较大的服务区内设一个基站，负责移动通信的联络与控制，其覆盖范围半径移动通信的联络与控制，其覆盖范围半径为为30km30km50km50km，天线高度约为几十米至百，天线高度约为几十米至百余米，发射机输出功率也较高。余米，发射机输出功率也较高。在覆盖区内有许多车载台和手持台，它们在覆盖区内有许多车载台和手持台，它们可以与基站通信，也可直接通信或通过基可以与基站通信，也可直接通信或通过基站转接通信，如图站转接通信，如图3-5 3-5 所示。所示。图图3-5 大区制大区制3.23.2 移动通信网关键技术移动通信网关键技术一、无线组网技术一、无线组网技术2.2.小区制小区制小区制是把整个大范

9、围的服务区划分成许小区制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，各个基站小区各个移动台的联络与控制，各个基站通过移动交换中心相互联系。通过移动交换中心相互联系。小区制移动通信也称作蜂窝移动通信。小区制移动通信也称作蜂窝移动通信。在小区制中，可以应用频率再用技术。大在小区制中，可以应用频率再用技术。大容量移动通信系统通常采用小区制组网，容量移动通信系统通常采用小区制组网，即采用蜂窝移动通信系统。即采用蜂窝移动通信系统。图图3-6 小区制小区制3.23.2 移动通信网关键技术移动通信网关键技术二、双工与多址技

10、术二、双工与多址技术 P31P31双工技术和多址技术均为空间信道划分技术。双工技术和多址技术均为空间信道划分技术。双工技术解决收发（或上下行，或前后向）双向信道之双工技术解决收发（或上下行，或前后向）双向信道之间的区分；间的区分；多址技术解决多用户之间信道的区分。多址技术解决多用户之间信道的区分。1.1.双工技术双工技术无线通信的传输方式分单向传输和双向传输。根据发射和接收同时与无线通信的传输方式分单向传输和双向传输。根据发射和接收同时与否，又分为半双工和全双工两种工作方式。否，又分为半双工和全双工两种工作方式。3.23.2 移动通信网关键技术移动通信网关键技术二、双工与多址技术二、双工与多址

11、技术2.2.多址技术多址技术多址技术解决无线接入信道之间的划分方式，目前各移动通信网应用多址技术解决无线接入信道之间的划分方式，目前各移动通信网应用的多址技术主要有：频分多址的多址技术主要有：频分多址(FDMA)(FDMA)、时分多址、时分多址(TDMA)(TDMA)和码分多址和码分多址(CDMA)(CDMA)等。等。这些多址方式可以单独被使用，也可以被联合使用。这些多址方式可以单独被使用，也可以被联合使用。3.23.2 移动通信网关键技术移动通信网关键技术二、双工与多址技术二、双工与多址技术2.2.多址技术多址技术（1 1）频分多址）频分多址(FDMA)(FDMA)FDMAFDMA把传输频带

12、划分为若干个较窄的把传输频带划分为若干个较窄的且互不重叠的子频带，每个用户分配且互不重叠的子频带，每个用户分配到一个固定子频带，按频带区分用户。到一个固定子频带，按频带区分用户。信号调制到该子频带内，各用户信号信号调制到该子频带内，各用户信号同时传送，接收时分别按频带提取，同时传送，接收时分别按频带提取，从而实现多址通信，如图从而实现多址通信，如图3-103-10所示。所示。图图3-10 FDMA示意图示意图3.23.2 移动通信网关键技术移动通信网关键技术二、双工与多址技术二、双工与多址技术2.2.多址技术多址技术（2 2）时分多址）时分多址(TDMA)(TDMA)TDMATDMA是在给定频

13、带的最高数字信号传是在给定频带的最高数字信号传送速率的条件下，把传递时间划分为送速率的条件下，把传递时间划分为若干时间间隙，即时隙，用户的收发若干时间间隙，即时隙，用户的收发各使用一个指定的时隙，以突发脉冲各使用一个指定的时隙，以突发脉冲序列方式接收和发送信号。序列方式接收和发送信号。按时间区分用户，从而实现多址通信。按时间区分用户，从而实现多址通信。如图如图3-113-11所示。所示。图图3-11 TDMA示意图示意图3.23.2 移动通信网关键技术移动通信网关键技术二、双工与多址技术二、双工与多址技术2.2.多址技术多址技术（3 3）码分多址）码分多址(CDMA)(CDMA)CDMA方式是

14、用一个带宽远大于信号方式是用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机编码信号或其他扩带宽的高速伪随机编码信号或其他扩频码调制所需传送的信号，使原信号频码调制所需传送的信号，使原信号的带宽被拓宽，再经载波调制后发送的带宽被拓宽，再经载波调制后发送出去。出去。以不同的互相正交的码序列区分用户，以不同的互相正交的码序列区分用户，称为码分多址，如图称为码分多址，如图3-12所示。所示。图图3-12 CDMA示意图示意图3.23.2 移动通信网关键技术移动通信网关键技术三、分集技术三、分集技术 P34P34分集：是指接收端对所收到的多个衰落特性互相独立（携分集：是指接收端对所收到的多个衰落特性互相独立（携带同

15、一信息）的信号进行特定的处理，以降低信号衰落的带同一信息）的信号进行特定的处理，以降低信号衰落的技术。技术。分集有两重含义：分集有两重含义：一是分散传输，接收端能获得多个独立的、携带同一信息的衰落信号，一是分散传输，接收端能获得多个独立的、携带同一信息的衰落信号，有空间分集、频率分集、时间分集、极化分集和角度分集；有空间分集、频率分集、时间分集、极化分集和角度分集；二是集中处理，接收机把收到的多个独立的衰落信号进行合并（包括二是集中处理，接收机把收到的多个独立的衰落信号进行合并（包括选择与组合）以降低衰落的影响，有选择性合并、最大比值合并、等选择与组合）以降低衰落的影响，有选择性合并、最大比值

16、合并、等增益合并。增益合并。3.23.2 移动通信网关键技术移动通信网关键技术四、扩频技术四、扩频技术 P35P35扩频技术是一种信号带宽远大于信息传送带宽的传输方法。扩频技术是一种信号带宽远大于信息传送带宽的传输方法。发送端扩频时，信号带宽是受某一独立于传送信息的伪随发送端扩频时，信号带宽是受某一独立于传送信息的伪随机序列控制的，在接收端采用同步的伪随机序列进行解扩机序列控制的，在接收端采用同步的伪随机序列进行解扩及恢复信息。及恢复信息。扩频通信的技术有两种，即直接序列扩频技术（扩频通信的技术有两种，即直接序列扩频技术（DSSSDSSS）和）和跳频扩频技术（跳频扩频技术（FHSSFHSS）。

17、）。3.23.2 移动通信网关键技术移动通信网关键技术五、多输入多输出五、多输入多输出(MIMO)(MIMO)技术技术 P37P37MIMOMIMO技术是指在发送端和接收端分别使用多根发送天线和技术是指在发送端和接收端分别使用多根发送天线和接收天线，使信号通过发送端与接收端的多根天线传送和接收天线，使信号通过发送端与接收端的多根天线传送和接收，从而改善通信质量，成倍地提高系统信道容量。接收，从而改善通信质量，成倍地提高系统信道容量。3.23.2 移动通信网关键技术移动通信网关键技术六、正交频分复用（六、正交频分复用（OFDMOFDM）技术）技术 P38P38OFDMOFDM是一种多载波调制技术

18、，它在频域把信道分成许多正是一种多载波调制技术，它在频域把信道分成许多正交子信道，各子信道间保持正交，频谱相互重叠，这样减交子信道，各子信道间保持正交，频谱相互重叠，这样减少了子信道间干扰，可以大大提高频谱效率。少了子信道间干扰，可以大大提高频谱效率。3.23.2 移动通信网关键技术移动通信网关键技术七、链路自适应技术七、链路自适应技术 P40P40若要最大限度地利用信道容量，需使系统采用的调制编码若要最大限度地利用信道容量，需使系统采用的调制编码方式、差错控制方式等也能适应信道容量变化，这就是链方式、差错控制方式等也能适应信道容量变化，这就是链路自适应技术。路自适应技术。包括自适应编码调制技

19、术和混合自动重传请求。包括自适应编码调制技术和混合自动重传请求。3.33.3 常用移动通信系统常用移动通信系统应用比较广泛的几种蜂窝移动通信系统应用比较广泛的几种蜂窝移动通信系统：1.1.第一代移动通信系统第一代移动通信系统 P41P41美国贝尔实验室于美国贝尔实验室于2020世纪世纪7070年代初提出了蜂窝系统的理论。年代初提出了蜂窝系统的理论。在此基础上，美国首先研究出先进移动电话系统在此基础上，美国首先研究出先进移动电话系统(AMPS)(AMPS)。随后英国也于随后英国也于19831983年制定了年制定了TACSTACS（全接入通信系统）标准。（全接入通信系统）标准。其他的蜂窝移动通信系

20、统还有日本的其他的蜂窝移动通信系统还有日本的NTTNTT系统、西德的系统、西德的C-C-450450系统、瑞典等北欧四国的系统、瑞典等北欧四国的NMT-450NMT-450系统等，这些系统被系统等，这些系统被称为第一代蜂窝移动通信系统。称为第一代蜂窝移动通信系统。第一代蜂窝移动通信系统均为模拟蜂窝移动通信系统。第一代蜂窝移动通信系统均为模拟蜂窝移动通信系统。3.33.3 常用移动通信系统常用移动通信系统2 2.第二代移动通信系统第二代移动通信系统 P43P43应用范围最广泛的第二代移动通信系统是应用范围最广泛的第二代移动通信系统是GSMGSM数字蜂窝移动数字蜂窝移动通信系统，其主要组成部分有移

21、动台通信系统，其主要组成部分有移动台(MS)(MS)、基站子系统、基站子系统(BSS)(BSS)和网络子系统和网络子系统(NSS)(NSS)等。等。GSMGSM系统使用系统使用900MHz900MHz和和1800MHz1800MHz两个频段；采用时分多址两个频段；采用时分多址/频频分多址、频分双工分多址、频分双工(TDMA/FDMA/FDD)(TDMA/FDMA/FDD)制式。制式。GPRSGPRS网络在原网络在原GSMGSM网络的基础上叠加支持高速分组数据业务网络的基础上叠加支持高速分组数据业务的网络，利用现有的的网络，利用现有的GSMGSM无线覆盖提供高速分组数据业务。无线覆盖提供高速分组

22、数据业务。3.33.3 常用移动通信系统常用移动通信系统3 3.第三代移动通信系统第三代移动通信系统 P48P48第三代移动通信系统包括：第三代移动通信系统包括：WCDMAWCDMA、cdma2000cdma2000和和TD-SCDMATD-SCDMA。WCDMAWCDMA（UMTSUMTS）的网络结构包括：用户设备（）的网络结构包括：用户设备（UEUE）、通用地面无线接入）、通用地面无线接入网（网（UTRANUTRAN）、核心网。）、核心网。WCDMAWCDMA是一个宽带直扩码分多址系统，支持两是一个宽带直扩码分多址系统，支持两种基本的双工工作方式：种基本的双工工作方式：FDDFDD和和TD

23、DTDD。cdma2000 1xcdma2000 1x系统的网络结构包括系统的网络结构包括4 4部分：移动台部分：移动台(MS)(MS)、无线网络、无线网络（RNRN）、网络交换系统（）、网络交换系统（NSSNSS）、操作维护系统（）、操作维护系统（OMSOMS）。）。TD-SCDMATD-SCDMA核心网与核心网与WCDMAWCDMA核心网基本相同，主要区别在于无线接入网络核心网基本相同，主要区别在于无线接入网络部分。部分。TD-SCDMATD-SCDMA系统采用混合多址接入方式、系统采用混合多址接入方式、TDDTDD双工方式。双工方式。3.33.3 常用移动通信系统常用移动通信系统4 4.

24、第四代移动通信系统第四代移动通信系统 P52P52LTELTE是是3GPP3GPP主导的一种先进的空中接口技术，被认为是准主导的一种先进的空中接口技术，被认为是准4G4G技术。它区技术。它区别于以往的移动通信系统，完全是为了分组交换业务而优化设计的。别于以往的移动通信系统，完全是为了分组交换业务而优化设计的。LTE/SAELTE/SAE的整个网络结构包含了演进的分组核心网（的整个网络结构包含了演进的分组核心网（EPCEPC）和演进的通）和演进的通用地面无线接入网络（用地面无线接入网络（E-UTRANE-UTRAN）。）。3.33.3 常用移动通信系统常用移动通信系统5 5.第五代移动通信系统第

25、五代移动通信系统 P57P57第五代移动通信系统（第五代移动通信系统（5G5G）的主要特点有：）的主要特点有：数据传输速率远远高于以前的蜂窝网络，最高可达数据传输速率远远高于以前的蜂窝网络，最高可达10Gbit/s10Gbit/s；较低的网络延迟，空中接口时延低于较低的网络延迟，空中接口时延低于1 1毫秒；毫秒；超大网络容量，提供千亿设备的连接能力；超大网络容量，提供千亿设备的连接能力；频谱效率要比频谱效率要比LTELTE系统提升系统提升1010倍以上；倍以上；连续广域覆盖和高移动性下，用户体验速率达到连续广域覆盖和高移动性下，用户体验速率达到100Mbit/s100Mbit/s；流量密度和连接密度大幅度提高；流量密度和连接密度大幅度提高；系统协同化，智能化水平提升；系统协同化，智能化水平提升；能耗和运营成本降低。能耗和运营成本降低。3.43.4 移动通信网发展趋势移动通信网发展趋势主要体现在以下几个方面：主要体现在以下几个方面：P59P59 未来的网络构架未来的网络构架 个人多媒体通信个人多媒体通信 网络技术的宽带化网络技术的宽带化 网络技术的智能化网络技术的智能化