1、1移動通信原理與系統2課程特點n講授現代移動通信系統的基本概念、基本技術和基本原理。n非理論基礎，內容新、范圍廣。3教學重點和學習難點n教學重點：現代移動通信的基本概念、移動信道的電波傳播和信道分析、現代移動通信系統的基本技術和網絡構成、GSM系統、窄帶CDMA移動通信系統、寬帶CDMA（第三代）移動通信系統。n學習難點：n蜂窩移動通信系統的概念和建模n移動信道的基本概念和建模分析方法n現代移動通信新技術:GSM、CDMA和OFDM等4學習方法n自學為主n教材、網絡和參考書n認真聽課n理解概念、領會難點n勤于思考n發現提出問題n輕松活潑5基礎知識要求n現代通信原理，各種編碼調制技術。n信號與系

2、統n付氏和拉氏變換n信號的時域和頻域表示n卷積n自相關函數、互相關函數、功率譜等n電路原理6參考書（一）n移動通信原理與應用，啜鋼等編著，北京郵電大學出版社。（主要參考書）n現代移動通信系統，祁玉生等著，通信工程叢書，人民郵電出版社。n數字蜂窩移動通信系統，趙榮黎編著，電子工業出版社。n無線通信原理與應用，蔡濤等譯，電子工業出版社。nGSM數字移動通信系統，駱健霞等譯，電子工業出版社。7參考書（二）nCDMA系統工程手冊，許希斌等著，人民郵電出版社。n移動蜂窩通信，模擬和數字系統（第二版），美李建業著，人民郵電出版社nCDMA擴頻通信原理，美A. J. 維特比著，李世鶴等譯，人民郵電出版社nn

3、8參考書（三）n9考試問題n54個學時只能初步了解移動通信原理，要求主動聽課，認真完成作業，結業考試；n作業：交手寫的紙件, 每月交一次, 計入平時成績. 10移動通信第一章 概述11主要內容n移動通信的基本概念n移動通信系統的基本概念n蜂窩移動通信系統的特點n移動通信的發展史、發展現狀和發展方向n第一代移動通信系統n第二代移動通信系統n第三代移動通信系統nBeyond 3G移動通信系統n個人移動通信n移動通信工作頻段n移動通信的分類及工作方式12移動通信的基本概念n移動通信是指通信的雙方，或至少有一方處于移動狀態下進行信息交換的通信就叫做移動通信。換句話說，移動通信解決因為人的移動而產生的“

4、動中通”問題。100m/9.69s=10.32m/s=37.15km/h未來移動通信系統可以支持250km/h以上的移動速度13移動通信的基本概念n移動通信系統包括無繩電話，無線尋呼，陸地蜂窩移動通信，衛星移動通信等。n移動體之間的通信聯系的傳輸手段只能依靠無線電通信，因而無線通信是移動通信的基礎。n除依靠無線通信技術之外，還依賴有線通信網絡的支持，如公眾電話網PSTN，公眾數據網PDN， 綜合業務數字網ISDN。14移動通信的特點1、無線電波傳播特性復雜n通信頻段：甚高頻VHF和特高頻UHFn地表面波、電離層反射波、直射波和散射波n衰落現象n陰影效應和多徑傳播15電波傳輸方式n天波(電離層反

5、射波):由天線向高空輻射的電磁波遇到大氣電離層折射后返回地面的無線電波。電離層只對短波波段的電磁波產生反射作用，因此主要用于短波遠距離通信。16電波傳輸方式n地波(地表面波):沿大地與空氣的分界面傳播的電波叫地波。其傳播途徑主要取決于地面的電特性。地波在傳播過程中，由于能量逐漸被大地吸收，很快減弱，因而傳播距離不遠。但地波不受氣候影響，可靠性高。 17電波傳輸方式n直射波:是由發射點從空間直線傳播到接收點的無線電波。直射波傳播距離一般限于視距范圍。在傳播過程中，它的強度衰減較慢，超短波和微波通信就是利用直射波傳播的。 18電波傳輸方式n散射波 :由天線輻射出去的電磁波投射到低空大氣層或電離層中

6、不均勻介質時產生散射，其中一部份到達接收點。散射傳播距離遠，但是效率低，不易操作，使用并不廣泛。 19移動通信信號的衰落20移動通信環境的時變性n衰落(Fading) 分為慢衰落和快衰落。n慢衰落：由陰影效應產生，一般服從正態分布。n快衰落：由多徑效應產生，一般服從瑞利分布。n因而要求移動通信系統必須具有抗衰落性能。21移動通信的特點2、多普勒頻移導致調制噪聲n 是運動速度， 是波長， 是夾角 n運動方向面向接受站，為正值。反之為負值。多普勒頻移產生頻率擴展。n采用“鎖相技術”以抵抗多譜勒效應。c o sdvfv22移動通信的特點3、移動臺受噪聲影響，并在強干擾下工作n1）互調干擾n2）鄰道干

7、擾n3）同頻干擾23移動通信的特點4、對移動臺的要求高。n要求移動臺具有很強的適應能力；n要求性能可靠、攜帶方便，小型，低功耗，及耐高、低溫；n要求操作使用方便，可適應不同人群使用24移動通信的特點5、通道容量有限。n頻率資源緊張n在頻率資源一定，信噪比一定的前提下，通信容量有限.n增加用戶容量是移動通信的重要研究課題。25移動通信網絡管理復雜6、通信系統復雜n移動性使得系統需要對無線信道進行頻率和功率的控制。n提供相鄰基站之間的越區切換n網絡提供歸屬位置寄存器（HLR）和訪問位置寄存器（VLR）紀錄用戶的行蹤n提供不同地區和不同運營者之間的漫游n用戶安全與網絡安全鑒權26移動通信-將復雜進行

8、到底27主要內容n移動通信的基本概念n移動通信系統的基本概念n蜂窩移動通信系統的特點n移動通信的發展史、發展現狀和發展方向n第一代移動通信系統n第二代移動通信系統n第三代移動通信系統nBeyond 3G移動通信系統n個人移動通信n移動通信工作頻段n移動通信的分類及工作方式28移動通信的發展史-萌芽階段n1880年，貝爾發明了最初的無線傳輸設備“光話機”將反射光耦合到光電硒接收器.n通話距離700英尺，比無線電方式早25年。n后經過改進，通話距離長達15km。n缺點：光線易受雨、霧、建筑物等障礙物的阻擋。n19世紀末，赫茲發現電磁波輻射。29移動通信的發展史-萌芽階段n1897年，馬可尼在陸地和

9、一艘拖船上完成莫爾斯電碼無線通信實驗，標志無線電通信的開始，開創了海上通信業。n1909年馬可尼獲得諾貝爾物理學獎，后來享有“無線電之父”的美譽。 30TITANIC & Mobile Communication31TITANIC Tragedy Spawns Wireless Advancements nRadio room & Radio Officers Jack Phillips Harold Bride32移動通信的發展史-萌芽階段n1906年圣誕夜晚，費森堡從實驗室用無線電波進行了首次廣播，他從實驗播送的一些圣經、朗誦節目被行使在大西洋上的輪船報務員接受到，一般認為這是廣播的第一次

10、發射成功，標志著人類利用無線電直接傳誦語言和音樂的開端。 33移動通信的發展史-開拓階段n1928年，美國底特律警察局率先裝備AM接收機的警用車輛無線電移動系統（單向），標志移動通信開始。n20世紀世紀30年代初，第一個雙向移動通信系統在新澤西的貝尼爾警察局投入運行。n1935年，阿姆斯特朗發明了FM方式無線電，是移動通信中地第一個大分水嶺。n大大提高靈敏度或動態范圍（3倍）n具有“捕獲效應”n 能更有效地對抗“快衰落”或波動性34移動通信的發展史-商業階段n1946年，Bell實驗室在圣路易斯建立第一個公用汽車話網，用于汽車移動電話。n60年代中期，貝爾系統開發出了“IMTS改進的移動電話服

11、務”系統，使模擬FM技術達到了30年發展的頂峰。35移動通信的發展蜂窩思想n1978年底，貝爾實驗室研制成功模擬蜂窩第一代移動通信系統先進移動電話系統（AMPS）。該系統于1983年正式投入商用。這是移動通信發展史上的重大發明。 n1980北歐的NMTn1979日本東京、神戶、大阪的NAMTSn1985英國倫敦的TACS(我國的模擬系統我國的模擬系統)36第一代移動通信系統n世界各國37第一代移動通信的特點n蜂窩小區系統設計-頻率復用n解決大容量需求與有限頻譜資源的矛盾n模擬系統-語音信號nFM傳輸nFDMAn缺點：頻譜利用率低、容量有限、制式缺點：頻譜利用率低、容量有限、制式相互不兼容、不利

12、于漫游、覆蓋受限、相互不兼容、不利于漫游、覆蓋受限、業務受限、易被竊聽、不能于業務受限、易被竊聽、不能于ISDN兼容兼容38移動通信的發展數字化n模擬移動通信系統頻譜利用率低、設備復雜、價格昂貴、業務種類受限、保密性差n80年代中期90年代末，歐洲、美國、日本等發達國家和地區先后推出了數字移動通信系統第二代移動通信系統：n1992年歐洲推出商用的GSMn1991美提出的IS-54n1993日本提出的PDCn1993美國提出的IS-95(N-CDMA)39第二代移動通信系統n數字移動通信系統40第二代移動通信的特點n微蜂窩小區結構：更優的空分復用提高用戶n數量數字化技術：語音信號數字化n新的調制

13、方式：GMSK、QPSK等nTDMA、CDMAn頻譜利用率高、系統容量大n能提供多種業務服務，提高通信系統的通用性n抗噪聲、抗干擾和抗多徑衰落能力強n能實現更有效、靈活的網絡管理和控制n便于實現通信安全保密n可降低設備成本和減小用戶手機的體積和重量41移動通信的發展寬帶、多媒體n90年代初今：寬帶（Wideband，最大數據傳輸速率2Mbps）、多媒體業務、頻譜利用率高n1G2G：模擬數字，單一業務（話音）多種業務（話音、數據）n2G3G：單媒體業務多媒體業務，人與人通信人與機器之間和機器與機器之間通信，容量提高25倍nITU通過的第三代移動通信系統主流標準：WCDMA、cdma2000、TD

14、SCDMA、DECT42第三代移動通信系統nCDMA移動通信系統43第三代移動通信的特點n微蜂窩結構（分層小區）n寬帶CDMA技術n調制方式QPSK/自適應調制nFDMA/TDMA/CDMAn電路交換分組交換n從媒體（media） 多媒體（Multimedia）44第三代移動通信的局限性n采用DS-CDMA技術難以向更高速業務領域擴展n難以尋找更高速業務所需的正交擴頻碼集n難以滿足更高的傳輸帶寬需求n因而造成業務之間的干擾大。n難以提供具有不同QoS和性能需求的全范圍多媒體業務。n這是IMT-2000空中接口標準強加給核心網的n在2GHz頻段分配給IMT-2000的帶寬很快就會飽和，而標準中制

15、定的頻分與時分雙工相結合的模式也約束了其在不同環境有效地服務。45傳輸距離與速率的互相制約46移動通信的發展廣帶IP多媒體n今：廣帶（Broadband，最大數據傳輸速率達100Mbps ）、多媒體業務、頻譜利用率更高n3G ：各種系統互聯互通，IP多媒體業務，容量提高510倍47Beyond IMT-2000的定義和研究框架nBeyond IMT-2000是指廣泛用于各種電信環境的無線系統的總和，能力將涵蓋并遠遠超出3G系統及與其進行互連的無線系統的能力，涵蓋了目前的IMT-2000、無線接入、數字廣播等系統的能力，并將新增兩個部分：n能為高速移動的用戶提供廣帶（Broadband）多媒體業

16、務的Beyond IMT-2000蜂窩移動通信系統，支持約100Mbps，是未來研究的核心所在。n支持高達幾百Mbps以上速率的游牧/本地無線接入系統。48IMT-2000以及Beyond IMT-2000系統的通信能力49未來一代移動通信系統示意50蜂窩移動通信的發展過程n發展時間和系統51移動通信用戶增長預期年52未來移動通信業務需求n移動業務也正從話音業務向以IP接入和多媒體業務為主的方向發展，預計手持移動終端將逐步成為上網的主要設備之一53蜂窩移動通信的發展趨勢54移動通信的發展目標-5Wn目標是n無論任何人(Whoever)n在任何時候(Whenever)n在任何地方(Whereve

17、r)n與另一個人(Whomever)n進行任何類型(Whatever)的個人通信。的個人通信。2022-5-1共71頁55移動通信的巨大挑戰n任何時間任何時間：要求支持動中通無線通信是要求支持動中通無線通信是前提，傳輸環境惡劣前提，傳輸環境惡劣n任何地點任何地點：要求無縫覆蓋傳輸能力有限，要求無縫覆蓋傳輸能力有限，覆蓋范圍與發射功率和干擾的矛盾覆蓋范圍與發射功率和干擾的矛盾n任何人任何人：要求支持巨大的用戶量頻譜資：要求支持巨大的用戶量頻譜資源短缺源短缺n任何類型業務任何類型業務：要求支持多媒體業務處要求支持多媒體業務處理能力有限理能力有限56移動通信的工作頻段n移動通信的一個重要基礎是無線電

18、波的移動通信的一個重要基礎是無線電波的傳播，各個頻段的電波傳播特性不同。傳播，各個頻段的電波傳播特性不同。n無線電波通過多種方式從發射天線傳播無線電波通過多種方式從發射天線傳播到接收天線，通常按照無線電波的波長到接收天線，通常按照無線電波的波長或頻率人為地把電波進行分類或頻率人為地把電波進行分類57常見工作頻段的劃分常見工作頻段的劃分58移動通信的工作頻段n我國移動通信的工作頻段（原規定）n160MHz頻段、450MHz頻段、900MHz頻段n2001年，無委會增加了2000MHz頻段n蜂窩移動通信（1）: 1710一1755MHz和1805一1850MHzn蜂窩移動通信（2）: 1865一1

19、88OMHz和l945一1960MHzn無線接入（FDD方式）：1800一1990MHz和1960一1980MHzn無線接入（TDD方式）：1900一1920MHzn擴頻數據通信：2400一2483.5MHzn多路微波有線電視電視傳輸系統（MMDS）：2533一2599MHzn無線電定位：2300一2690MHzn微波接力通信：2300一2690MHzn工業、科學、醫療設備無線電磁波輻射頻段：2400一2500MHz59移動通信的工作頻段n第三代移動通信的工作頻段nITU的頻率規劃n1992年，WARC劃分給FPLMTS頻率范圍為18852025MHzn1995年，WARC確定了MSS的新頻段

20、n2000年，ITU在WRC上規定了三個新的全球頻段n805960MHzn17101885MHzn25002690MHzn歐洲的頻率規劃(UMTS)n19002025MHz，21102200MHz60移動通信的工作頻段n第三代移動通信的工作頻段n日本：基本與UMTS相同n美國：n1900MHz頻段，PCSn中國的頻率規劃n頻分雙工（FDD）方式，即19201980MHz/21102170MHz； n時分雙工（TDD）方式， 即18801920MHz、20102025MHz；n補充工作頻率為頻分雙工（FDD）方式，1755 1785MH18501880MHz；時分雙工（TDD）方式，230024

21、00MHz，與無線電定位業務共用，均為主要業務，共用標準另行制定；n衛星移動通信系統工作頻段為19802010MHz21702200MHz。n目前己規劃給公眾移動通信系統的825835MHz870880MHz、885915MHz930960MHz和17101755MHz18051850MHz頻段，同時規劃為第三代公眾移動通信系統FDD方式的擴展頻段，上、下行頻率使用方式不變。nFDD方式固定無線接入系統的工作頻段：34003600MHz61第三代移動通信頻譜分配矛盾nITU、歐洲、日本、美國關于3G的頻譜分配均不相同n會導致什么問題？IMT-2000MSSIMT-2000MSS電聯歐洲日本美國

22、1850kHz1900kHz1950kHz2000kHz2050kHz2100kHz2150kHz2200kHz2250kHzUMTSMSSUMTSMSSIMT-2000MSSPCSMSSMSSIMT-2000MSS62移動通信的分類n按工作方式分類-單工雙工(TDD,FDD) 半雙工n按多址方式分類-FDMA,TDMA,CDMA,SDMAn按信號形式分類-模擬網和數字網n按覆蓋范圍分類-城域網,局域網和個域網n按業務類型分類-電話網、數據網、綜合業務網、多媒體n按服務特性分類-專用網,公用網n按使用環境分類-陸地通信、海上通信、空中通信n按使用對象分類-民用系統、軍用系統63移動通信的工作方式n依據通話狀態和頻率使用方法，可分為n單向和雙向n單工和雙工64移動通信的工作方式