移動通信歡迎大家選修這門課任課教師：羅清龍MobileCommunication課程安排40學時；4個實驗，安排在十月份；開卷考試；第2頁2023/2/5課程內容移動通信的原理部分：

移動信道特性、抗衰落技術、組網技術等；移動通信的實例部分：GSM系統、CDMA系統等；第3頁2023/2/5第4頁2023/2/5參考教材第5頁2023/2/5目錄第1章概論(2)第2章調制解調第3章移動信道的傳播特性(3)第4章抗衰落技術(1)第5章組網技術(4)第6章頻分多址(FDMA)模擬蜂窩網

第7章時分多址(TDMA)數字蜂窩網(4)第8章

碼分多址(CDMA)移動通信系統(一)(4)

第9章碼分多址(CDMA)移動通信系統(二)(1)第10章移動通信的展望——個人通信(1)移動通信-----現代通信手段現代生活移動通信移動通信？與有線通信有何區別？應用？第8頁2023/2/5第一章概論1.1移動通信的主要特點1.2移動通信的分類1.3常用移動通信系統1.4移動通信的基本技術第9頁2023/2/5過去曾被用來區分任何在使用中可以移動的無線終端；近來用于描述可以在任何高速平臺上使用的無線終端。快速運動的汽車火車飛機艦船移動（Mobile）第10頁2023/2/5通信的一方或雙方在移動中進行信息傳輸和交換.

可描述為：移動終端固定基站固定骨干網絡的通信。→→→→移動通信第11頁2023/2/5移動無線系統范例家用電器遙控器無繩電話手持對講機尋呼機（BP機）蜂窩電話（手機或大哥大）集群通信第12頁2023/2/51.1移動通信的主要特點(1)無線電波傳輸信息(2)復雜的干擾環境(3)頻譜資源有限(4)多種多樣的網絡結構(5)移動的環境第13頁2023/2/51.1移動通信的主要特點(1)無線電波傳輸信息彌散損耗陰影效應多徑效應—電平衰落、時延擴展多普勒頻移—隨機調頻電波傳播特性快速隨機起伏—嚴重影響通信質量第14頁2023/2/51.1移動通信的主要特點(2)復雜的干擾環境外部干擾（天電、工業干擾、信道噪聲）鄰道干擾互調干擾共道干擾多址干擾遠近效應第15頁2023/2/51.1移動通信的主要特點(3)頻譜資源有限解決的方法開辟和啟用新的頻段。研究各種新技術和新措施，壓縮帶寬，提高頻譜利用率。有限頻譜的合理分配和嚴格管理。第16頁2023/2/51.1移動通信的主要特點(4)多種多樣的網絡結構帶狀（鐵路、公路沿線）面狀（城市或地區）立體狀（地面通信與衛星通信的綜合系統）單網多網

要求網絡管理和控制有效。第17頁2023/2/51.1移動通信的主要特點(5)移動的環境手機：體積小、重量輕、省電、操作簡單、便攜。車載/機載臺：抗震、抗沖擊、抗高低溫。第18頁2023/2/5按使用對象：民用（如蜂窩系統），軍用按經營方式：公用網，專用網按組網方式：大區制，小區制按信號方式：模擬，數字按多址連接：FDMA，TDMA，CDMA按頻道工作方式：單工，雙工，半雙工移動通信系統的分類1.2移動通信系統的分類第19頁2023/2/5

何謂單工,雙工,半雙工?……(1)

單工通信(onewaycommunication)

：單向通信。通信雙方交替進行收、發信。分同頻單工和異頻單工兩種。(圖1.1）(2)

雙工通信(full-duplexcommunication)：通信雙方同時發和收信息。使用一對同樣的、但又相互獨立的頻道（頻分雙工FDD）；或一條無線信道上相鄰的時隙（時分雙工TDD）的工作方式。(圖1.2)單工，雙工，半雙工?……1.2.1工作方式第20頁2023/2/5

何謂單工,雙工,半雙工?……1.2.1工作方式圖1.1單工通信第21頁2023/2/5

何謂單工,雙工,半雙工?……1.2.1工作方式圖1.2雙工通信第22頁2023/2/5第一章概論二、一些無線系統術語8.何謂單工,雙工,半雙工?……后向信道(BCC)前向信道(FCC)頻率時間頻率間隔時間間隔(a)FDD在同一時間提供兩個單工信道

(b)TDD在同一頻率信道提供兩個單工時隙后向信道(BCC)前向信道(FCC)第23頁2023/2/5

何謂單工,雙工,半雙工?……(3)

半雙工(half-duplexcommunication)

：移動臺采用單工的“按講”方式，即按下按講開關，發射機才工作，而接收機總是工作的。基站工作方式與雙工方式完全相同。

1.2.1工作方式第24頁2023/2/5第一代移動通信系統：模擬調頻、頻分多址蜂窩網（公用移動通信系統）集群（專用移動通信系統）無繩電話第二代移動通信系統：數字傳輸、時分多址/碼分多址數字蜂窩系統數字無繩電話系統數字集群系統1.2.2模擬網與數字網第25頁2023/2/5第三代移動通信系統：個人通信話音低速/高速數據多媒體接口支持面向電路和面向分組業務工作在各種通信環境更高的頻譜效率和更大的通信容量與固網兼容和現有移動通信網互連互通、全球漫游網絡結構可配置成不同形式高級移動性管理1.2.2模擬網與數字網第26頁2023/2/5數字通信系統的主要優點可歸納如下：(1)頻譜利用率高，有利于提高系統容量。(2)能提供多種業務服務，提高通信系統的通用性。(3)抗噪聲、抗干擾和抗多徑衰落的能力強。(4)能實現更有效、靈活的網絡管理和控制。(5)便于實現通信的安全保密。(6)可降低設備成本和減小用戶手機的體積和重量。1.2.2模擬網與數字網第27頁2023/2/51.2.3話音通信與數據通信圖1.3移動通信網絡的分類第28頁2023/2/51.3.1無線尋呼系統1.3.2蜂窩移動通信系統1.3.3無繩電話系統1.3.4集群移動通信系統1.3.5移動衛星通信系統1.3.6分組無線網1.3常用移動通信系統第29頁2023/2/51.3.2蜂窩移動通信系統一些無線系統術語基站(BS):

移動無線系統中的固定臺站，用來和移動臺進行無線通信。基站建在覆蓋區域的中央或邊沿,包括收、發信機和天線。移動交換中心(MSC):在大范圍服務區域中協調呼叫路由的交換中心。在蜂窩系統中,MSC將基站和用戶連到公用電話網上。(圖1.8）第30頁2023/2/51.3.2蜂窩移動通信系統一些無線系統術語移動交換中心(MSC):圖1.8越區切換示意圖第31頁2023/2/51.3.2蜂窩移動通信系統一些無線系統術語切換(switching)：將移動臺從一個信道切換到另一個信道的過程。漫游(roaming)：移動臺可以在不是最初登記的其他區域內通信。前向信道(FCC)：基站向移動用戶傳送信息的無線信道。后向信道(BCC)：移動用戶向基站傳送信息的無線信道。第32頁2023/2/51.3.2蜂窩移動通信系統(1)大區制與小區制早期的移動通信系統采用大區制，即由一個基站,通過高的天線塔(30m)，一個大功率(50--200W）發射機和一個接收機，復蓋較大服務區（半徑50km）。

大區制的特點是：基站設備簡單；無頻率切換；無線接入容易；但系統不能重復使用相同頻率。

如，70年代美國紐約開通的IMTS系統，網中只允許12對用戶同時通話.第33頁2023/2/51.3.2蜂窩移動通信系統(2)蜂窩系統

蜂窩（cellular）系統是解決頻率不足和用戶容量問題的一大突破。它能在有限頻譜上提供大容量，而不需做技術上重大修改。（圖1.5）第34頁2023/2/51.3.2蜂窩移動通信系統(2)蜂窩系統圖1.5大區覆蓋與小區覆蓋第35頁2023/2/51.3.2蜂窩移動通信系統(2)蜂窩系統蜂窩概念是一種系統的概念，其思想是：將一個大區劃分為若干六邊形小區（cell）,

每個小區設立基站

(BS)

,每個基站分配可用信道的一部分，其他小區使用另外不同的信道，這樣基站（小區）之間的干擾就最小。由若干個小區構成：“區群”

或

“簇”（cluster），結構似

“蜂窩”。因此稱作

蜂窩系統。第36頁2023/2/51.3.2蜂窩移動通信系統(3)頻率復用（FrequencyReuse）蜂窩移動系統依賴于整個復蓋區內信道的智能分配和復用（圖1.6）。頻率再用/復用：圖中標有相同字母的小區使用相同的頻率組，不同字母小區意味著使用的載頻不同。各小區所使用的頻率其他簇相應的小區還可以再用。第37頁2023/2/51.3.2蜂窩移動通信系統(3)頻率復用（FrequencyReuse）圖1.6蜂窩系統的頻率再用第38頁2023/2/51.3.2蜂窩移動通信系統(4)小區分裂（Cellsplitting）系統容量：小區（頻率組不變）↓；單位面積容納的用戶數↑；系統頻率利用率↑小區分裂：把小區分割成更小的蜂窩狀區域，減小新小區的發射功率、采用相同的頻率再用模式；分裂后的新小區支持和原小區同樣數量的用戶；提高了系統單位面積的用戶數。第39頁2023/2/51.3.2蜂窩移動通信系統(4)小區分裂（Cellsplitting）圖1.6-2小區分裂第40頁2023/2/51.3.2蜂窩移動通信系統(4)小區分裂（Cellsplitting）圖1.6-3蜂窩4分裂為更小的小區第41頁2023/2/51.3.2蜂窩移動通信系統(5)越區切換（handoff）越區切換：移動用戶在蜂窩區中快速運動時，用戶之間的通話常常不會在一個小區中結束，可能跨越多個小區。移動臺從一個小區進入另一個相鄰的小區時，其工作頻率及基站與移動交換中心的接續鏈路必須從它離開的小區轉換到正在進入的小區。

移動電話交換局(MTSO)/移動交換中心(MSC)：控制和管理網絡對所在地區已注冊登記的用戶頻道分配、建立呼叫、頻道切換、系統維護、性能測試、存儲計費信息等。

移動通信網和公共電話交換網的接口。保證移動用戶之間的通信，移動用戶和有線用戶的通信。第42頁2023/2/51.3.2蜂窩移動通信系統(5)越區切換（handoff）圖1.7蜂窩移動通信系統示意圖第43頁2023/2/51.3.3無繩電話系統簡單的無繩系統是將普通電話分成座機和手機兩部分,由于手機與座機之間不需要聯線，故稱之為無繩(wireless)。座機市話局圖1.9無繩電話系統示意圖第44頁2023/2/5無繩電話系統是使用無線鏈路來連接便攜手機和基站的全雙工系統。它是一種以有線電話網為依托的通信方式，也可以說是有線電話的無限延伸。無繩系統是從無繩電話開始的，圖1.9-2說明了無繩電話系統：圖1.9-2無繩電話系統圖例1.3.3無繩電話系統第45頁2023/2/5無繩電話發展歷程a.第一代模擬無繩電話(CT0,CT1)：早期的無繩電話是模擬系統，主要在室內使用，通信距離只能達到幾十米遠；頻譜利用率低，容量小，抗干擾能力和音質都較差。b.第二代數字無繩電話系統(CT2)：由于采用了語音編碼，時分雙工(TDD)等數字技術，同時采用了多頻道共用和信道動態分配技術，系統容量和抗干擾能力都大大提高。

1.3.3無繩電話系統第46頁2023/2/5無繩電話發展歷程b.第二代數字無繩電話系統(CT2)：英國最早將CT2投入商用。CT2可以用于室外，基站(Telepoint)能覆蓋幾百米的范圍。CT2無繩電話系統只有單向呼叫能力，不能被叫且無越區切換和漫游功能。Motorola

推出二合一“手機”：CT2+BP=蜂窩大哥大1.3.3無繩電話系統第47頁2023/2/5無繩電話發展歷程c.第三代無繩電話系統(DECT)：

1992年歐洲電信標準協會EITS公布了新的數字無繩通信標準:歐洲數字無繩電話系統

DECT(DigitalEuropeanCordlessTelephone)。它的技術更加先進，業務更加完善，系統容量更大，并且可實現雙向呼叫，漫游及切換功能，從而向個人通信業務又邁進了一大步。1.3.3無繩電話系統第48頁2023/2/5無繩電話發展歷程c.第三代無繩電話系統(DECT)：DECT的應用范圍：DECT提供的業務包括語音和數據業務住宅無繩電話；無繩PBX(PrivateBranchExchange)系統；公共無繩系統；無線本地環路。DECT的技術特性：1.3.3無繩電話系統專用小交換機第49頁2023/2/5無繩電話發展歷程d.其他標準：PHS（日本）PACS（美國）中國數字無繩電話（CDCT）：國家863高技術通信重大項目PAS（中國，小靈通）1.3.3無繩電話系統第50頁2023/2/5無繩電話發展歷程總之：無繩通信與蜂窩移動系統都是為用戶提供一定范圍的可移動性，但從組網上有很大差別。蜂窩移動通信具有自己獨立的組網能力，無繩系統強調其接入能力，依附于其他通訊網（公用電話網，蜂窩移動網，數據通信網等）這樣，系統造價低，便宜，用戶易于接受。在歐洲、日本和亞洲得到較大發展。1.3.3無繩電話系統第51頁2023/2/5(1)什么是集群系統？集群（Trunking中繼）系統屬調度性專用通信網，以無線用戶為主，即以調度臺與移動臺之間的通話為主。集群通信系統是一種高級移動調度系統，代表著通信體制之一的專用移動通信網發展方向。追溯它的產生：集群的概念確實是從有線電話通信中的“中繼”概念而來。1908年，E.C.Mo1ina發表的“中繼”曲線的概念等級，證明了一群用戶的若干中繼線路的概率可以大大提高中繼線的利用率。“集群”這一概念應用于無線電通信系統，把信道視為中繼。1.3.4集群移動通信系統第52頁2023/2/5(1)什么是集群系統？集群通信系統：系統所具有的可用信道可為系統的全體用戶共用，具有自動選擇信道功能，它是共享資源、分擔費用、共用信道設備及服務的多用途、高效能的無線調度通信系統.應用：出租汽車，工礦企業，車站,碼頭，機場，公安，電力系統等進行生產調度和指揮。由基站控制所屬移動臺構成專用無線電話系統。最初是眾多移動用戶共用一個頻道，任一用戶都能聽到調度臺的呼叫，即所謂“一呼百應”系統，而移動用戶之間不能直接通話。1.3.4集群移動通信系統第53頁2023/2/5(2)集群系統的特點（與蜂窩對比）：專用移動通信網，用戶賦予不同的優先等級；調度業務，限時（15~60秒）；無線用戶和無線用戶之間的通信；一般采用半雙工方式（已有全雙工產品）；主要是改進頻道共用技術，蜂窩系統主要是采用頻率再用技術。

說明：隨著通信技術的發展，兩種系統的特征都會不斷發生變化，許多技術可以互相借鑒，服務要求不同，運行環境不同。1.3.4集群移動通信系統第54頁2023/2/5(3)集群系統的組成

組成：基本系統，區域網，多區域網。

基本系統（單基站/多基站）

移動臺（車載臺和手機）

調度臺

基站轉發器

系統管理終端和控制部分

兩種基站結構

專用控制信道的集中控制方式

隨路信令的分布式控制方式1.3.4集群移動通信系統第55頁2023/2/5(3)集群系統的組成1.3.4集群移動通信系統圖1.10集群網絡的基本結構(a)集中控制方式PABX：專用自動小交換機PSTN：公共交換電話網第56頁2023/2/5(3)集群系統的組成1.3.4集群移動通信系統圖1.10集群網絡的基本結構(b)分布控制方式第57頁2023/2/5(4)集群方式消息集群傳輸集群準傳輸集群1.3.4集群移動通信系統第58頁2023/2/5移動衛星通信：在海上、空中、地形復雜而人口稀疏的地區就是利用不同地球軌道上的衛星進行通信的方式。衛星軌道分：赤道(同步)地球軌道(GEO)非赤道(同步)地球軌道（NGEO)中低軌道衛星移動通信系統：非同步、衛星緩慢移動，衛星軌道越高，所需衛星數目越少。目前提出的各種實現衛星移動個人通信的系統，以美國的中、低軌道衛星移動系統最具代表性。1.3.5移動衛星通信系統第59頁2023/2/5中低軌道衛星“銥”(Iridium)系統于1998年聯網運行,后失敗。

“全球星”(Globostar)系統于1999年提供服務；

“中國軌道衛星”(ICO)系統在近些年投入使用。1.3.5移動衛星通信系統第60頁2023/2/5“銥”系統簡介：原設計成77顆衛星分布在離地面785km上空的7個軌道上（類似銥原子結構）。后改為：66顆衛星，分布在6條軌道上；每顆衛星直徑1.2m,高2.3m，壽命5年。在地面上形成L波段的48個波束（即地面的48個蜂窩小區）每個小區直徑648km，總覆蓋面積達

4000km,

平均每個信道重用200次。1.3.5移動衛星通信系統第61頁2023/2/5“銥”系統簡介：銥系統采用了

FDMA/TDMA混合多址連接，L波段按FDMA方式劃分成12個信道，每個信道再用時分多址劃分若干時隙分配給用戶。這樣：每顆星提供48個小區，每個小區平均80個信道，因此，每個衛星：48×80＝3840個信道，按設計：小區數為2150個，則全球形成

172000

個信道。1.3.5移動衛星通信系統第62頁2023/2/5“銥”系統簡介：

衛星系統中用戶地面網絡中用戶主呼用戶

衛星衛星地面匯接站地面匯接站有關地面網絡

衛星系統中用戶衛星系統中用戶主呼用戶上空衛星上空衛星

被呼用戶上空衛星被呼用戶上空衛星被呼衛星用戶1.3.5移動衛星通信系統第63頁2023/2/5“銥”系統簡介：自動波束切換：正在服務的衛星移動/用戶移動，離開用戶所在地，另外一顆衛星進入該地區，自動由離開的衛星切換到進入的衛星，同蜂窩的越區切換。位置登記：地面所處的地區要區分歸屬區、訪問區，進行位置登記，支持漫游。1.3.5移動衛星通信系統第64頁2023/2/5衛星移動通信無論從經營市場或從產業市場考慮都將有十分廣闊的發展前景。國際電聯(ITU)制定第三代移動通信標準時，將衛星移動通信作為重要部分。道理很簡單,因為要真正實現全球漫游,離開衛星移動通信是辦不到的。中國地廣人多,地面移動通信相對落后,發展衛星移動通信非常必要。1.3.5移動衛星通信系統第65頁2023/2/5分組無線網是一種利用無線信道進行數據分組交換的通信網絡。網絡中的信息“分組”或打成“信包”傳送。分組傳輸能適應不同網絡結構，所有用戶終端均屬網絡中的節點,每個分組可以選擇傳輸路由，因此，即使網絡中發生故障只剩下一條通信路由，也可以通過迂回轉發，保持通信不中斷。最早的分組無線網是1968年由美國夏威夷大學開發的ALOHA系統，這是一種計算機數據通信系統。1.3.6

分組無線網第66頁2023/2/5移動數據通信發展的三個方面以電話為主的蜂窩移動通信系統中增加傳送數據能力。例如GPRS、CDMA-1X。移動Internet技術，包括移動IP、無線應用協議（WAP）、籃牙（Bluetooth）等。第三代寬帶移動通信技術：話音、文字、圖像、視頻在內的多媒體數據業務。1.3.6

分組無線網第67頁2023/2/51.4.1調制技術1.4.2移動信道電波傳播特性1.4.3多址方式1.4.4抗干擾測試1.4.5組網技術1.4

移動通信的基本技術第68頁2023/2/5現代數字調制技術(1)線性調制技術(2)恒定包絡（連續相位）調制技術(3)多進制1.4.1調制技術第69頁2023/2/5現代數字調制技術(1)線性調制技術PSKQPSKDQOSKOK-QPSKπ/4-DQPSK多電平PSK1.4.1調制技術第70頁2023/2/5現代數字調制技術(2)恒定包絡（連續相位）調制技術MSKGMSKGFSKTFM(3)多進制：QAM1.4.1調制技術第71頁2023/2/5給通信系統的規劃和設計提供依據理論分析根據實測數據進行統計分析理論分析和實測分析相結合1.4.2移動信道中電波傳播特性的研究第72頁2023/2/5FDMATDMACDMA混和方式1.4.3多址方式第73頁2023/2/5信道編碼分集技術、自適應均衡技術、具有抗碼間干擾和時延擴展能力的調制技術擴頻和跳頻技術扇區天線、多波束天線和自適應天線陣列等在CDMA通信系統中，為了減少多址干擾而使用干擾抵消和多用戶信號檢測器技術。1.4.4抗干擾措施第74頁2023/2/5(1)網絡結構數字蜂窩通信系統的網絡結構MSC—移動交換中心BSS—基站分系統BSC—基站控制器BTS—基站收發器MS—移動臺