北京邮电大学 移动通信原理课件完整版

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• 就接入网而言，客观上看可分为有线接入与无 线接入，这里仅讨论无线接入，再细致一些无 线接入又可分为室内无线接入比如红外、蓝牙 等；小范围的无线局域网接入比如IEEE802.11 系列等；中等及大范围的蜂窝移动接入和覆盖 全球的卫星接入。 • 本书讨论内容仅限于陆地系统的蜂窝移动网， 它是实现宏伟的个人通信蓝图的第一步，仅这 一步目前已经历了第一代(1G)、第二代(2G)系 统，正在向第三代(3G)系统过渡。
第一章 绪 论
• §1.1 移动通信的主要特点
• 移动通信是通信领域中最具有活力，最具有发 展前途的一种通信方式。它是当今信息社会中 最具有个性化特征的通信手段。它的发展与普 及改变了社会也改变了人类的生活方式，它让 人们领悟到现代化与信息化的气息。 • 移动通信，顾名思义其最本质的特色是“移动” 二字，就是说这类通信不是传统静态的固定式 通信，而是动态的移动式通信。
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• 传统的固定式通信，又称为有线通信。它的最 大特点是静态的，信道是封闭的，且是人造 的，从而是优质的。它的最大缺点是缺乏动态 性，不适应现代人快节奏的生活需求，特别是 快速移动的需求。 • 无线通信针对上述静态的缺点，以开放式传播 来传递信息，它的代价是牺牲了全封闭式的优 质人造信道，换取了无需采用固体介质专用线 路的开放式传输的灵活性，但是信道的开放性 必然引起了信道的时变性和随机性，从而大大 降低了通信容量和质量。
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• 就功能而言，主要指业务服务功能，它 有: • 1)第一代与第二代的通话功能。 • 2)第二代半增加了因特网业务和定位业 务。 • 3)第三代发展成具有会话型、数据流 型、互动型与后台类型的综合服务多媒 体业务功能。
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1.2 移动通信的发展
•移动通信，确切地说蜂窝式移动通信，就正式商业运营 而言，至今也不过只有20多年的历史，就其发展历程 看，大约每十年更新一代。目前正处于第二代(2G)与第三 代(3G)交接期。 •自上世纪八十年代我国引入模拟式(TACS)移动通信网以 来，经过短短二十多年的发展，截止2002年底，我国已 拥有2亿以上的移动通信用户，成为全球头号移动用户大 国。我国的第一代移动通信TACS系统目前已完成其历史 任务而被淘汰；第二代移动通信GSM系统是全球第一， 规模最大、用户最多，CDMA系统目前也是数一数二， 并即将成为全球第一；第三代移动通信，我国目前还处 于即将投入运营的阶段。
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• 其主要实现措施有： • （1）继续采用第二代(2G)中所采用的所有行之有效的措 施； • （2）对CDMA扩频方式应一分为二，一方面扩频提高了抗 干扰性，提高了通信容量；另一方面由于扩频码互相关性能 的不理想，使多址干扰、远近效应影响增大，并且对功率控 制提出了更高要求等； • （3）为了克服CDMA中的多址干扰，3G系统中，上行链路 建议采用多用户检测与智能天线技术；下行链路采用发端分 集、空时编码技术； • （4）为了实现与业务动态特性的匹配，3G中采用了可实现 对不同速率业务(不同扩频比)间仍具有正交性能的OVSF(可 变扩频比正交码)多址码； • （5）针对数据业务要求误码率低且实时性要求不高的特 点，3G中对数据业务采用了性能更优良的Turbo码。
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• 2)基于移动因特网业务上、下行严重的 不对称性，一般下行的下载业务量远远 大于上行的业务量。因此在基本通信体 制方面，可能要打破传统的上下行遵循 同一通信体制的桎梏。目前在第三代(3G) 中，3GPP2已运营的HDR在下行采用了 时隙码分多址方式，以适应高速数据传 送，它与上行的码分多址是不完全对称 的。3GPP所采用的HSDPA (高速下行数 据传送)也与HDR基本类似。
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• 第三代(3G)以多媒体业务为主要特征，它是本世纪初 刚刚投入商业化运营。其中最具有代表性的有北美的 CDMA2000、欧洲与日本的WCDMA、以及我国提出 的TD-SCDMA三大系统，另外还有欧洲DECT以及北 美的UMC-136。 • 第三代(3G)从技术上看，它是在2G系统适配信道与用 户二重动态特性的基础上又引入了业务的动态性，即 在3G系统中，用户业务既可是单一的话音、数据、图 像，也可以是多媒体业务，且用户选择业务是随的,这 个第三重动态性的引入使系统大大复杂化。所以第三 代是在二代数字化基础上的以业务多媒体化为主要目 标，全面考虑并完善对信道、用户二重动态特性匹配 特性，并适当考虑到业务的动态性能，尽力采用相应 措施予以实现。
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• 在前三代移动通信中，除了上述物理层关键技术的不 断发展外，在网络层其功能也在逐步完善。它主要体 现有： • 1)网络协议逐步走向规范化，到了第三代(3G)已初步形 成了横向三层：物理层、链路层、网络高层；纵向两 个平面：用户业务平面与控制平面的初步规范结构。 • 2)逐步增强并完善网络层辅助物理层实现对三重动态 性的匹配功能，加强并完善对无线资源管理、移动性 管理以及接入分配、调度算法的实现。 • 3)第二代(2G)开始逐步引入智能网，实现交换与控制的 分离，并通过业务生成系统快速生成新业务。
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• 展望未来移动通信的发展是离不开其客观上应 遵循的规律，这个规律主要决定于两方面的因 素：第一是用户的需求，第二是实现时所受的 环境和条件的限制。 • 1)从用户需求看，移动通信应当从第一代 (1G)、第二代(2G)以话音为主逐步转移到以数 据为主，特别是以分组交换IP数据为主的综合 业务和多媒体业务。在这个转移过程中，以 IPv6为基础的移动因特网业务将是未来的主流 业务。
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• 在对信道动态特性的匹配上采用了一系列措施： • (1)采用抗干扰性能优良的数字式调制： GMSK(GSM)、QPSK(IS-95)，性能优良的抗干扰纠 错编码：卷积码(GSM、IS-95)、级联码(GSM)； • (2)采用功率控制技术抵抗慢衰落与远近效应，它对 CDMA方式的IS-95尤为重要； • (3)采用自适应均衡(GSM)和Rake接收(IS-95)抗频率 选择性衰落与多径干扰； • (4)采用信道交织编码，如采用帧间交织方式(GSM) 和块交织方式(IS-95)抗时间选择性衰落。 • (5)基站采用空间或极化分集方式抗空间选择性衰 落。
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• 第二代(2G)以数字化为主要特征，构成数字式蜂窝移 动通信系统，它是上世纪九十年代初正式走向商用。 其中最具代表性的有欧洲的时分多址 (TDMA)GSM(GSM原意为Group Special Mobile，89年 以后改为Global System for Mobile Communications)、 北美的码分多址(CDMA)的IS-95两大系统，另外还有 日本的PDC系统等。 • 第二代(2G)从技术特色上看，它是以数字化为基础， 较全面考虑信道与用户的二重动态特性及相应的匹配 措施。主要实现措施有：采用TDMA(GSM)、 CDMA(IS-95)方式实现对用户的动态寻址功能，并以 数字式蜂窝网络结构和频率(相位)规划实现载频(相位) 再用方式，从而扩大覆盖、服务范围和满足用户数量 增长的需求。
移 动 通 信 原 理
主讲人: 牛 凯
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1.3 移动通信的发展趋势与展望
• 就未来通信而言，发展方向是个人通信。即在全 球范围内逐步实现全球一网(统一的网络结构)， 每人一号(一个身份号码)，在任何时间、任何地 点(海、陆、空)以任何通信方式与任何对象(人或 机器)进行任何业务(话音、数据、图象等)的无缝 隙、不间断通信。 • 实现它主要包含两大部分。一个是全球性骨干核 心网络平台，另一个是无时无处不在的灵活接入 手段，对移动通信发展而言重点是探讨后者。