1、中國移動通信集團設計院有限公司通信基礎概述通信基礎概述2022年年4月月13日日第2頁第3頁移動通信的定義移動通信的分類移動通信的基本技術移動通信系統的基本要素陸地公眾蜂窩移動通信系統蜂窩系統的概念蜂窩系統的頻率復用蜂窩系統的容量第4頁 移動通信是指通信雙方或至少有一方在運動 中所進行的信息交換，如移動體（車輛、船 舶、飛行物或行人）與固定體之間，移動體 與移動體之間的通信，均屬于移動通信范疇。 信息的交換不僅指雙方的通信，還包括數據、 傳真、圖象等通信業務。第5頁按工作方式分類：單工，雙工（FDD,TDD)，半雙工按多址方式分類：FDMA、TDMA、CDMA、SDMA按信號形式分類：模擬網和

2、數字網按覆蓋范圍分類：城域網、局域網、廣域網按業務類型分類：電話網、數據網、綜合業務網、多媒體網按服務特性分類：專用網、公用網按使用環境分類：陸地通信、海上通信、空中通信按使用對象分類：民用系統、軍用系統第6頁第7頁多址技術目的：區分用戶多址技術使眾多的用戶共用公共的通信線路。為使信號多路化而實現多址的方法基本上有三種：它們分別采用頻率、時間或代碼分隔的多址連接方式，即頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）三種接入方式。特點：多用戶，多信道特點：多用戶，多信道第8頁FDMATDMACDMA多址技術多址技術第9頁基站：基站：移動系統中的固定站臺，用來和移動臺進行無線通信

3、。基站建在覆蓋區域中的中央和邊緣，包含無線信道和架在塔上的天線。控制信道：控制信道：用于呼叫建立、呼叫請求、呼叫初始化和其他標志及控制用途。前向信道：前向信道：用來從基站向用戶傳送信息的無線信道。切換：切換：將移動臺從一個信道或基站切換到另一個信道或基站的過程。移動臺：移動臺：計劃在不確定的地點并在移動中使用的終端。第10頁第一代(80年代)模擬第三代(2000) IMT-2000第二代(90年代)GSM900/1800/1900CDMA IS-95TDMA IS-136PDC NMT AMPS TACS J-TACS 其他第11頁引入蜂窩概念是無線移動通信的重大突破，其主要目的是為了在有限的

4、頻譜資源上提供更多的移動電話用戶服務。蜂窩的主要特點： 通過控制發射功率使得頻譜資源在一個大 區的不同小區間重復利用。 通過將小區劃分成更小的小區的方法（小 區分裂）來增大系統的容量。第12頁蜂窩概念第13頁頻率復用頻率復用v一個小區覆蓋網絡的一小部分v網絡中有很多小區v一個小區中使用的頻率可以在另一小區中使用v這就叫做 頻率復用頻率復用v若干鄰接小區組成1個無線區群無線區群v每個區群中小區不能不能使用相同頻率 F=1F=2F=3F=4,8F=5,9F=6,10F=7 F=1F=2F=3F=4,8F=5,9F=6,10F=7 F=1F=2F=3F=4,8F=5,9F=6,10F=7F= 1,2

5、,3,4,5,6,7,8,9,10第14頁蜂窩系統在幾何上可以看出由六邊形組成。形同蜂窩。頻率再用距離：D小區半徑：R頻率復用因子：QD/R不同多址體制的Q值：FDMA，Q7TDMA，Q3或4CDMA，Q1f1f2f3f1DR第15頁小區容量：小區容量：每個小區在給定工作頻段上所能支持的最大用戶數。系統容量：系統容量：整個系統在給定頻段上所能支持的用戶數。影響容量的因素：影響容量的因素：可用帶寬（載頻）；要求的載波-干擾比（載干比C/I）；頻率復用因子；小區大小等。第16頁第17頁第一代蜂窩系統第二代蜂窩系統GPRSEDGEGSM系統簡介重慶移動GSM網絡現狀第三代蜂窩系統WCDMA系統結構第

6、18頁模擬蜂窩系統：模擬蜂窩系統：歐洲的TACS和北美的AMPS多址方式：多址方式：FDMA/FDD信道帶寬：信道帶寬：30KHz（AMPS）、25KHz（TACS）使用頻率：使用頻率：800900MHz語音調制：語音調制：FM信道數：信道數：832（AMPS）、1000（TACS）第19頁基本上是兩大標準：基本上是兩大標準：歐洲的GSM和北美的CDMAIS-95。使用頻率：使用頻率：8001900MHz。多址方式：多址方式：TDMA/FDMA/FDD(GSM)，CDMA/FDMA/FDD(IS-95)。傳輸速率：傳輸速率：270.833kbps(GSM)，1.2288Mbps(IS-95)。

7、調制方式：調制方式：GMSK(GSM)，QPSK(IS95)。語音編碼：語音編碼：13kbps RPE-LTP(GSM)， 1200/2400/4800/9600bps變速率CELP(IS-95)。信道編碼：信道編碼：1/2卷積碼(GSM)， 1/2卷積碼/維特比譯碼（IS-95)。第20頁GPRS（General Packet Radio Service）通用分組無線業務。以分組技術為基礎的傳輸系統，能為用戶提供高達160kbits/s的數據速率。基于現有GSM系統，可根據需要對一個載頻的8個時隙進行捆綁。在初始階段，4個時隙作為一組進行捆綁，速率可以提高4倍。是由ETSI定義的一種分組數據

8、無線傳輸技術，其目的是在GSM等移動通信網絡上實現移動互聯網的中低速業務，使移動臺和終端設備可以通過GPRS訪問全球任何一個網絡。第21頁EDGE（Enhanced Data Rates for GSM Evolution）在GPRS基礎上提高速率的一種標準。主要技術措施：將GSM的四相調制改為八相調制，使每個信道的傳輸速率由14.4kbps提高到48kbps；再通過多時隙捆綁，最高傳輸速率可以達到384kbps。優點：只要在GSM原有系統的基礎上，對基站進行簡單的升級，就可以在兼容原有業務的情況下開通EDGE業務。第22頁交換子系統交換子系統基站子系統基站子系統移動臺移動臺：設備和SIM卡廣

9、義的移動臺是功能部件的總和：單純的移動設備、終端適配器和專用的終端設備從功能上移動臺可分為三種：1、只具備某種功能 2、帶有適配器 3、提供ISDN接口第23頁第24頁IMT2000是第三代移動通信系統標準,以支持移動多媒體通信為目標，多個標準并存（出現所謂IMT2000家族的概念），頻段為2000MHz，使用日期為2000年。傳輸速率：144kb/s（高速運動），384kb/s（步行速度），2Mb/s（室內環境）。三種代表性的RTT技術方案：歐洲和日本的WCDMA方案，北美的CDMA2000方案，中國CATT提出的TD-SCDMA方案。第25頁第三代移動通信系統頻譜資源劃分示意圖中移動聯通信

10、產部信產部 尚未發放尚未發放中國電信中國電信ITU標準標準DCS1800 Rx1710 1785DCS1800 Tx1805 1880CMCCDCS1800TDDTD-SCDMADCS 1800未發放聯通DCS1800DCS 1800未發放聯通DCS1800中移動DCS1800SCDMA中國電信CDMAWLL中移動DCS1800ITU MSS1980 - 2010PHS1805-18201900-19101840-18801880-19001960-19801710-17251745-17551755-17851785-18052010-20251980-20101910-1920CDMAPC

11、SITU IMT-2000 Rx1920 - 1980中國電信CDMAWLL2110-21702300-2400ITU IMT-2000 Tx2110 - 2170FDD 補充頻段補充頻段 TDDTDD主要主要FDD 補充頻段補充頻段 FDD 主要頻段主要頻段 FDD 主要頻段主要頻段 TDD 主要頻段主要頻段 TDDTDD補充補充信產部信產部 3G規劃規劃第26頁WCDMA網絡單元構成示意圖第27頁第28頁各種通信技術的關系示意圖第29頁3G主要標準的發展路線圖第30頁兩種網絡的融合示意圖第31頁3G、WiMAX的主要標準技術對比 WiMAXWiMAX3G3GIEEE 802.16eIEEE

12、 802.16eWCDMA/UMTSWCDMA/UMTSCDMA-2000CDMA-2000覆蓋范圍典型25km典型25km典型25km信道帶寬1.7520MHz5MHz1.25MHz物理層核心技術OFDMA、自適應調制編碼、支持自適應天線系統CDMA、自適應調制編碼CDMA、自適應調制編碼雙工方式FDD/TDDFDDFDD移動性=120km/h （全移動）支持高速移動支持高速移動第32頁標準標準雙工方式雙工方式載波帶寬載波帶寬系統理論系統理論峰值吞吐率峰值吞吐率系統理論最大用戶數系統理論最大用戶數（按碼道受限分析）（按碼道受限分析）802.16dFDD2*3.5MHz13Mbps2048個（

13、OFDMA），上下行帶寬共享WCDMA R99FDD2*5MHz2.7Mbps128個12.2K，32個64K，16個128K，7個384KWCDMA HSDPAFDD2*5MHz14.4Mbps64個（平均每用戶117.7kbps,SF=16,16QAM,R=3/4）TD-SCDMATDD1.6MHz2Mbps(1:5時隙劃分)3:3時隙劃分:18個12.2K，6個64K，3個128K，1個384KTD-SCDMA HSDPATDD1.6MHz2.8Mbps16個CDMA20001x EV-DOFDD2*1.25MHz2.4Mbps59個3G、WiMAX各標準容量對比 第33頁第34頁無線傳

14、播基本原理頻譜劃分頻譜特性傳播途徑無線傳播環境信號衰落時間色散無線傳播模型第35頁段號段號頻帶名稱頻帶名稱頻率范圍頻率范圍（含上限，不含（含上限，不含下限）下限）波段名稱波段名稱波長范圍波長范圍1極低頻3-30Hz極長波100kkm-10kkm2超低頻30-300Hz超長波10kkm-1kkm3特低頻300-3000Hz特長波1000km-100km4甚低頻（VLF）3-30KHz甚長波100k-10km5低頻（LF）30-300KHz長波10k-1km6中頻（MF）300-3000KHz中波1000-100m7高頻（HF）3-30MHz短波100-10m8甚高頻（VHF）30-300MHz米

15、波10-1m9特高頻（UHF）300-3000MHz分米波(微波)100-10cm10超高頻（SHF）3-30GHz厘米波(微波)10-1cm11極高頻（EHF）30-300GHz毫米波(微波)10-1mm12至高頻300-3000GHz絲米波(微波)1-0.1mm第36頁頻率越低，傳播損耗越小傳播損耗越小，覆蓋距離越遠覆蓋距離越遠；而且頻率越低，繞射能力越強，建筑物內覆蓋效果越好繞射能力越強，建筑物內覆蓋效果越好。但是，低頻段頻率資源緊張，系統容量有限，因此主要應用于廣播、電視、尋呼等系統。高頻段頻率資源豐富，系統容量大；但是頻率越高，傳播損耗越大，覆蓋距離越近傳播損耗越大，覆蓋距離越近；而

16、且頻率越高，繞繞射能力越弱，射能力越弱，建筑物內覆蓋效果越差。而且頻率越高，技術難度越大，系統的成本也相應提高。第37頁直射波及地面反射波（最一般的傳播形式）對流層反射波（傳播具有很大的隨機性）繞射波（陰影區域信號來源）電離層反射波（超視距通訊途徑）第38頁第39頁電波傳播受地形結構和人為環境的影響，無線傳播環境直接決定傳播模型的選取。影響環境的主要因素：自然地形（高山、丘陵、平原、水域）人工建筑的數量、分布、材料特性該區域植被特征天氣狀況自然和人為的電磁噪聲狀況第40頁 人為環境 - 鄉村地區 - 準郊區 - 郊區 - 市區 地形結構 - 開闊區 - 平滑地形 - 丘陵地形 - 山區 第41

17、頁距離距離(m)接收功率接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落慢衰落快衰落快衰落第42頁慢衰落： 由障礙物阻擋造成陰影效應，接收信號強度下 降，但該場強中值隨地理改變變化緩慢，故稱 慢衰落,又稱為陰影衰落。 慢衰落的場強中值服從對數正態分布，且與位 置/地點相關，衰落的速度取決于移動臺的速度快衰落： 合成波的振幅和相位隨移動臺的運動起伏變化 很大 ，稱為快衰落。 深衰落點在空間上的分布是近似的相隔半個波 長。因其場強服從瑞利分布，又稱為瑞利衰 落，衰落的振幅、相位、角度隨機。第43頁起源于反射，主要指到達接收機的主信號和其他多徑信號在空間傳輸時間差異而帶來的同頻干擾問題發射信號

18、來自遠離接收天線的物體解解 決決自適應均衡技術、站址調整自適應均衡技術、站址調整第44頁對傳播模型的完整描述應包括：路徑損耗的地理分布規律和其它額外的損耗（如穿透損耗等）陰影衰落特性時間分布特征：分布結構及統計特性多徑衰落特征：多普勒頻移，Rician vs. Rayleigh工作頻率通常說的傳播模型是指路徑損耗的地理分布模型地理分布模型第45頁適用于視距（幾十米以內）傳輸的情況。適合大于視距的傳播范圍，對有用信號的預測需要考慮地球的曲率。適用于以準平坦地形、大城市市區，適用于150MHz1500MHz的宏蜂窩預測。以中小城市的無線環境為基準， 適用于1500MHz2000MHz 的宏蜂窩預測

19、，天線高度在30m 200m，手持機的天線高度在1m 10m之間，適合于基站半徑在1d20 公里，校正后可以適用于100m 以內。適用于900和1800MHz 微蜂窩預測適用于室內環境預測第46頁常用于規劃軟件，適合于帶寬在150-2000MHz 和基站半徑 1d20 公里傳播的模型，適合于GSM 900 和1800 技術以及CDMA 技術。應用于室外宏蜂窩、室外微蜂窩和室內微蜂窩的一種非常精確的無線信號覆蓋預測方法。傳播途徑上的建筑物情況越精準，預測結果越好。 COST231 - HATA COST231 - HATA 模型：模型：dBloglog55. 69 .44log82.13log9

20、 .33 3 .46231dhCmhAhfLbmbHataCOST第47頁第48頁天線基本常識天線主要指標基站天饋系統第49頁 天線實質上是一種轉換器，在移動通信系統中使用的 基站天線一般多為由基本單元振子組成的天線陣列。單元振子饋電網絡饋電網絡天線接頭天線接頭單元振子饋電網絡定向天線全向天線第50頁通信天線基本功能 - 輻射和接收無線電波：發射時，把高頻電 流轉換為電磁波；接收時把電磁波轉換為 高頻電流。通信天線種類 - 按工作頻段：超長波、長波、中波、 短波、超短波、微波天線 - 按方向性：全向、定向天線 - 按結構特性：線天線、面天線第51頁 電壓駐波比（VSWR） - VSWR1.5；天線輸入阻抗與特性阻抗不一致時，產生 的反射波和入射波在饋線上疊加形成駐波，其相鄰電壓 最大值和最小值之比就是電壓駐波比。電壓駐波比過 大，將縮短通信距離，而且反射功率將返回發射機功 放部分，容易燒壞功放管，影響通信系統正常工作。 增益 - 增益是天線的主要指標之一，它是天線輻射能量集 束程度和能量轉換效率的總效益。以dBd、dBi表 示。dBi=dBd+2.15第52頁 半功率波束寬度（HPB