《移动通信原理》课程课件ppt课件

sQ P S K (t)A c o sc tkk 1,2,3,4
kTs≤t＜(k + 1)Ts （3-10) 式中，Ts = 2Tb为四进制符号间隔； 为载波相 位，有4种可能状态。
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图3-6 QPSK的信号矢量图
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图3-7 QPSK调制器框图
1．QPSK信号的功率谱和带宽
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第3章 调制解调
3.1
概述
3.2
【案例5】百鸡问题
3.3
【案例6】彩票组合
3.4 实现网络功能的其他方法
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3.1 概述
调制是在发送端把要传输的模拟信号 或数字信号（信源信号或基带信号）变换 成适合信道传输的高频信号（带通信号） 的过程。其中，信源信号或基带信号称为 调制信号，调制完成后的带通信号称为已 调信号。解调是调制的反过程，在接收端 将已调信号还原成要传输的原始信号。
AAcocso(s(ctc)t)
a a
n n
1 1
nTb≤t＜(n + 1)Tb
（3-1）
式中，A表示载波幅度，c 2πfc为载波角频率， T b 为输入数据流的比特宽度。
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图3-2 2PSK信号的典型波形
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图3-3 2PSK信号的调制框图
1．2PSK的频谱和带宽
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偏移四相相移键控（OQPSK）是在QPSK基础 上发展起来的。随着输入数据的不同，QPSK信号 会发生相位跳变，跳变量可能为 或 ，如图3-15（a） 中的箭头所示。当发生对角过渡，即产生 的相移 时，经过带通滤波器之后所形成的包络起伏必然 达到最大。
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支持手机查询账户余额、转账汇款等金融 服务。
手机支付
允许用户使用手机完成购物支付。
位置服务
提供基于位置的信息查询、导航等服务。
移动互联网业务与应用
WAP业务
提供基于无线应用协议的手机上网服务。
移动互联网接入
支持手机通过3G/4G/5G网络接入互联网。
移动互联网业务与应用
微信/QQ等社交应用
支持手机聊天、语音通话、视频通话等社交功能。
常见的网络安全威胁
恶意软件、钓鱼攻击、DDoS攻击等
防护措施
防火墙、入侵检测系统、安全漏洞扫描等
网络安全协议
SSL/TLS、IPSec、WPA2等
身份认证与访问控制技术
1 2
身份认证方式 用户名/密码、数字证书、生物特征识别等
访问控制技术 基于角色的访问控制、基于属性的访问控制等
3
防止身份冒用和非法访问的措施 定期更换密码、多因素认证等
软件开发平台
Java ME、Android SDK、iOS SDK等。
安全性问题
恶意软件、数据泄露等。
移动终端的发展趋势与挑战
要点一
发展趋势
要点二
挑战
5G网络的应用、AI技术的融合、可穿戴设备的普及等。
电池续航能力的提升、数据安全性保障、用户体验优化等。
06
移动通信网络安全与隐私保护
网络安全威胁与防护措施
包括移动设备和SIM卡，用于提 供语音和数据服务。
包括基站控制器（BSC）和基站 收发信台（BTS），负责无线信 号的传输和接收。
包括移动交换中心（MSC）、 归属位置寄存器（HLR）、访问 位置寄存器（VLR）等，用于实 现呼叫建立、移动性管理和数 据交换等功能。

移动通信的应用领域
智能手机
智能手机的普及和移动应用的开发为移动通信提供了广阔的应用领域，从社交媒体到移动支 付。
物联网
移动通信技术的发展使得各种设备能够互联互通，实现智能家居、智慧城市等物联网应用。
远程医疗
通过移动通信技术，医生和患者可以进行远程医疗咨询、诊断和监护，提高医疗服务的效率 和便利性。
3
3G
basic data services.
2000s: The third generation brought
faster data speeds, enabling video
4G
4
calling and mobile internet access.
2010s: The fourth generation provided even faster data speeds, supporting high-quality video streaming and advanced mobile services.
5G
主要特点 数字化通信，支持短信功能，较低的数据传输速度。 更高的数据传输速度，支持视频通话和移动互联网。 更快的数据传输速度，支持高清视频播放和在线游 戏。 超高速数据传输，较低的延迟，大规模物联网支持。
未来移动通信的趋势
5G 技术
5G 技术将带来更高的数据传输速 度和更低的延迟，推动物联网、智 能交通等领域的发展。
移动通信的优势与挑战
1 优势
便捷性：移动通信使人们可以随时随地进行通信和获取信息。 扩展性：移动通信网络可以覆盖广大地区，提供全球范围的通信服务。
2 挑战
安全性：移动通信面临着数据泄漏和网络攻击等安全风险。 带宽限制：移动通信网络的带宽有限，可能会受到数据传输速度的限制。

03
标准影响
奠定了移动通信技术的基 础，促进了移动通信行业 的快速发展
3G移动通信标准
01 WCDMA标准
WCDMA采用直接序列扩频码分多址、频分双工方式， 载波带宽为5MHz
02 CDMA2000标准
CDMA2000是由窄带CDMA(CDMA IS95)技术发展而 来的宽带CDMA技术
03 TD-SCDMA标准
5G移动通信标准与未来趋势
5G移动通信标准
5G采用新的空中接口设计、新型网络架构和先进技术等，为 用户提供更高的数据传输速率、更低的时延和更大的连接数。
未来趋势
未来，5G将与物联网、云计算、人工智能等技术融合，推动 智慧城市、自动驾驶、远程医疗等领域的发展。
优势与挑战
5G虽然具有高速率、低时延、大连接等优势，但也面临着网 络安全、设备兼容性、能耗等方面的挑战。
网络智能化
5G及未来移动通信网络将越来越智能化，能够自动优化资源配 置，提高网络性能。
自适应技术
移动通信技术将越来越具备自适应能力，能够根据用户行为和环 境变化自动调整参数，提升用户体验。
AI与移动通信结合
随着人工智能技术的发展，移动通信将与AI深度融合，推动智能 化和自适应技术的发展和应用。
云计算与边缘计算
解决方案
采用先进的加密技术和隐私保护算法，加强网络安 全防护和用户隐私保护。
频谱资源与 管理
01
频谱资源有限性
移动通信需要占用大量频 谱资源，但频谱资源有限， 需高效利用。
02
频谱分配与管理
通过合理的频谱分配和管 理，可以减少干扰，提高 通信质量和效率。
03
频谱共享技术
采用频谱共享技术，可以 在不同运营商之间共享频 谱资源，进一步提高资源 利用率。

(3) GSM系统除了可以提供话音业务外， 还可以提供各种数字业务；
(4) GSM系统具有加密和鉴权功能， 能确保用户保密和网络安全； (5) GSM系统具有灵活和方便的组网结构， 频率重复利用率高， 业务 承担能力强，保证在话音和数据通信两个方面都能满足用户对大容量、 高 密度业务的要求； (6) GSM系统抗干扰能力强， 覆盖区域内的通信质量高等。
内部公开▲
GSM系统的主要性能和特点
1. 工作频率 GSM900系统：上行链路频率890～915MHz，下行链路
频率935～960 MHz，双工间隔为45 MHz，工作带宽为25 MHz， 载频间隔200 kHz。GSM1800系统：上行链路频率 1710～1785 MHz，下行链路频率1805～1880 MHz， 双工 间隔为95 MHz， 工作带宽为75 MHz， 载频间隔为200 kHz；EGSM900系统： 上行链路频率880～915 MHz， 下 行链路频率925～960 MHz。 EGSM900比GSM900在上/下 行频段向下扩展了10 MHz工作带宽，以解决目前 GSM900系统频道拥挤问题。
典型通信系统介绍
内部公开▲
GSM
移动通信系统出现在半个世纪以前，80年代以后得到了 迅速发展。数字程控交换技术的采用，综合业务数字网 （ISDN）的开发成功，智能网研究的新进展，为实现个人通 信打下了网络基础。特别是随着蜂窝组网技术的完善和大容 量系统的出现，移动通信已经成为发展速度最快、最受欢迎、 最灵活方便的通信技术之一。
内部公开▲
移动通信原理
内部公开▲
齐美德 2009年7月
<本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传>
目录
无线通信系统的基本工作原理 发射设备的基本原理和组成 接收设备的基本原理和组成 典型通信系统介绍

信的起步阶段。在此期间, 主要完成了通信实验和电 波传播试验工作, 在短波频段(3～30 MHz)上实现了 小容量专用移动通信系统, 其代表是美国底特律市警 察使用的车载无线电系统。这种系统话音质量差, 自 动化程度低, 仅限于专用, 不能与公众网相连。
简史回顾
第二阶段是从20世纪40年代中期至60年代初期。 在 此期间, 各种公用移动通信系统相继建立。首先是 1946年, 美国贝尔系统在圣路易斯城建立的称为“城 市系统”的公用汽车电话网, 这是世界上第一个公用 移动通信系统。继而, 西德、法国、英国等国也陆续 研制出了公用移动电话系统。 这一阶段的特点是开 始从专用移动网向公用移动网过渡, 自动化程度有所 提高。
移动通信的重要地位 通信的理想目标是5个W:
任何人（Whoever）在任何时间（Whenever）、 任何地点（Wherever）与任何他人（Whomever） 、 进行任何类型的（Whatever）的信息交换。
2.移动通信系统的组成：
移动通信系统一般由移动台（MS）、基站（BS）、 移动业务交换中心（MSC）及与市话网（PSTN） 相连的中继线等组成。
第一代移动通信(1G)
模拟移动电话系统主要采用模拟和频分多址 （FDMA）技术，属于第一代移动通信技术。
模拟方式：通过电波所传输的信号模拟人讲话声 音的高低起伏变化的通信方式。
模拟移动电话系统的质量完全可以与固定电话媲美， 使通话双方能够清晰地听出对方的声音。
传输速率：1.2kb/s~10kb/s.
S0
S
v
θ
BS
MS
移动产生的多普勒频偏为：
fd

v

cos
v为移动速度， 为工作波长， 为电波入射角。

2000s，第三代移动通信系统，欧洲、 的WCDMA ，北美 的CDMA-2000 ，中国的TD-SCDMA
6.1 移动通信概述
、移动通信的发展历程 5、移动通信的工作方式
3 （4）空分多址（SDMA）
CC：国家代号，中国为86； 物理信道：一个载频上的TDMA帧的一个时隙； （2）国际移动用户识别码（IMSI）
6.1 移动通信概述
3、移动通信的发展历程
1980s，第一代移动通信系统，1983年 的AMPS，1980 年北欧的NMT，1979年 的NAMTS,1985年英国TACS系统
1990s，第二代移动通信系统，1992年商用的GSM， 1991年北美的IS-54，1993年 的PDC,1993年 提出的IS-95 （N-CDMA）
因 与座机间不用电线相连， 故称为“无绳” 。
以有线 网为依托的通信方式，是有线 网的无线延伸
6.1 移动通信概述
集群移动通信系统
➢用于集团调度指挥； ➢可 用 信 道 为 系 统 的 全
体用户共用，具有自动 选择信道功能，是共享 资源、分担费用、共用 信道设备及服务的多用 途、高效能的无线调度 通信系统。
多址技术
频分多址 (FDMA)：按频道划分用户，频带独享，时间共享
时分多址 (TDMA)：按时隙划分用户，时隙独享，频率共享
码分多址 (CDMA)：按码型划分用户，时隙/频率共享
空分多址 (SDMA)：按空间角度划分用户，频率/时隙/码型共享
多址技术
（1）频分多址（FDMA）
Power
Time
区域覆盖技术
✓频率复用：处在不同位置(不同小区)上的用户可以同时使用相同
频率的信道 ✓可以极大地提高频谱利用率

无线移动信道的电波传播特性与传播环境— —地貌、人工建筑、气候特征、电磁干扰情况、 通信体移动速度和使用的频段等密切相关。无线 通信系统的通信能力和服务质量、无线通信设备 要采用的无线传输技术都与无线移动信道性能的 好坏密切相关。因此，要想在比较有限的频谱资 源上尽可能地高质量、大容量传输有用的信息， 就要求我们必须了解无线移动信道的特性。
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（3）dBmV和dBmV
dBmV和dBmV都是表征电压绝对值的 值，也可以认为以1mV和1mV电压为基准的 一个比值。计算公式为
U（dBmV）＝20log[U（mV）/（1mV）]（2-3） U（dB V）＝20log[U（ 11
（4）负载R两端电压与电阻上的功率P 的换算关系
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4．灵敏度
灵敏度是衡量物理仪器的一个标志，特别是 电学仪器尤其注重仪器灵敏度的提高。无线电接 收机的灵敏度可以理解为无线电接收机对输入电 波的反应程度。 严格地说，无线电接收机灵敏度定义为误码率或 误帧率不超过某个指定的值时的最小接收功率， 这个指标用来表征一个接收机能正确解调接收到 的信号时所需的最小功率，或者换句话说，保证 接收机仍能正常通信的最小功率，否则接收机是 无法正确地解调、解码的。
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2.1.1 无线移动信道对无线电信号 的影响
1．无线移动信道的损耗
（1）自由空间传播损耗与弥散 （2）阴影衰落 （3）多径衰落
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图2-1 接收信号场强变化图
2．小尺度衰落和大尺度衰落
（1）在数十倍波长的范围内，通常几个波长或 短时间（微秒级）内，接收信号场强的瞬时值呈 现快速变化的特征，这是由多径衰落引起的，又 称为快衰落。有些文献称这种衰落为小尺度衰落。 在数十倍波长范围内对信号求平均，可得到短区 间中心值。 基于多径时延扩展，将小尺度衰落分为平坦衰落 和频率选择性衰落；基于多普勒扩展，小尺度衰 落也被分为快衰落和慢衰落。

2.1.3 直射波传播
直射波传播按自由空间传播来考虑。自由空 间传播指的是天线周围为无限大真空时的电波传 播，是无线电波的理想传播模式。
在自由空间传播时，电波的能量既不会被障 碍物所吸收，也不会产生反射或散射。
如果地面上空的大气层是各向同性的均匀媒 质，其相对介电常数ε和相对导磁率μ都等于1， 传播路径上没有障碍物阻挡，到达接收天线的地 面反射信号场强也可以忽略不计，则电波可视作 在自由空间传播。
d1 2Reht
(2.15)
同理，由切点C到接收天线顶点B的距离为
d1 2Rehr
(2.16)
则视距传播的极限距离为d可以表示为 d d 1 d 22 R e(h th r) (2.17)
·在标准大气折射的情况下，Re=8500 km， 故上式可写为
d4.12( ht hr) （2.18）
—
1km～100m 300kHz～3MHz 调幅无线电广播
100m～10m 3MHz～30MHz
10m～1m 30MHz～300MHz 调频无线电广播
微波
分米波（UHF） 厘米波 毫米波
1m～0.1m 10cm～1cm 10mm～1mm
300MHz～3GHz
3GHz～30GHz
电视、雷达、 导航、移动通信
例2.1 电波传播路径如图所示，设菲涅尔余隙 x=-82m, d1=5km, d2=10km, 工作频率为150MHz 。试求出电波传播损耗。
解：自由空间传播的损耗Lbs为 ［Lbs］ = 32.45+ 20lg150 +20lg(5+10) = 99.5dB
第一菲涅尔区半径x1为
x 1d 1 d 1 d d 2 22 5 1 1 35 1 0 1 30 0 130 8.7 1 m

相位调制（PM）
通过改变载波的相位来传 递信息，如角度调制等。
数字调制与解调技术
振幅键控（ASK）
相移键控（PSK）
利用载波的振幅变化来表示二进制数 字信号“1”和“0”。
利用载波的相位变化来表示二进制数 字信号，如BPSK、QPSK等。
频移键控（FSK）
利用载波的频率变化来表示二进制数 字信号，如2FSK、4FSK等。
电磁波在自由空间中的传播损 耗与频率的平方和传播距离的 平方成正比。
为了减小传播损耗，可以采用 高增益的天线和高效的调制技 术。
电磁波在移动信道中的传播特性
移动信道具有多径效应，即电磁波经过多条路径到达接收端，导致信号的时延和幅 度发生变化。
移动信道存在多普勒效应，即由于移动台和基站的相对运动，导致接收信号的频率 发生变化。
04 移动通信中的多址技术
频分多址（FDMA）
原理
01
将通信系统的总频段划分成若干等间隔的频道（或称信道）分
配给不同的用户使用。
优点
02
技术成熟，实现简单。
缺点
03
频谱利用率低，且易产生互调干扰。
时分多址（TDMA）
原理
优点
把时间分割成周期性的帧，每一帧再 分割成若干个时隙（无论帧或时隙都 是互不重叠的），再根据一定的时隙 分配原则，使各个移动台在每帧内只 能按指定的时隙向基站发送信号，在 满足定时和同步的条件下，基站可以 分别在各时隙中接收到各移动台的信 号而不混扰。
为了克服移动信道的传播特性对通信质量的影响，可以采用分集接收、信道编码和 均衡等技术。
03 移动通信中的调制与解调技术
模拟调制与解调技术
01
பைடு நூலகம்

02 时分多址技术
该技术将时间划分为若干个小时间段，每个时间段分配 给一个用户，实现多路复用。
03 码分多址技术
该技术利用扩频技术将信号扩展到较宽的频带，同时使 用不同的编码方式区分不同用户。
移动通信的交换技术
电路交换
通话双方独占一条通信线路， 通信稳定，适用于语音通信。
分组交换
数据被分成多个小数据包进行 传输，提高了通信效率，适用
设备制造 01
移动通信产业链的设备制造环节，通过创新技术和降低成本， 为整个产业提供高质量的硬件设备。
02 网络建设 网络建设作为移动通信产业链的核心环节，为各种应用场景提 供稳定可靠的网络支持。
03 应用开发 应用开发环节，基于移动通信网络，开发出丰富多样的应用服 务，满足用户个性化需求。
04 服务运营 服务运营环节，为移动通信产业链提供全方位的运营服务，保 证产业的持续稳定发展。
移动通信的频谱资源紧张
频谱资源的重要性
移动通信的频谱资源是稀缺的， 是决定通信质量和容量的关键因
素。
频谱资源紧张的原 因
随着移动通信技术的发展和用户 数量的增长，频谱资源日益紧张。
解决方案与挑战
需采取创新技术和管理手段来解 决频谱资源紧张问题，同时面临
技术、经济和政策等挑战。
移动通信产业的链式发展机遇
第四代移动通信
4G技术的特点 高速的数据传输、更低的延迟和更高的可靠性。
4G技术的应用
广泛应用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑等终 端设备，以及物联网、智能家居等领域。
4G技术的影响
推动了移动互联网的快速发展，改变了人们的生活 方式和工作方式。
第五代移动通信
01
研发历程
第五代移动通信技术研发始于2013年， 2018年成为全球首个商用5G网络。