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移动通信基本知识培训教材移动通信基本知识第⼀章引⾔1.1移动通信概述随着社会的进步、经济和科技的发展，特别是计算机、程控交换、数字通信的发展，近些年来，移动通信系统以其显著的特点和优越性能得以迅猛发展，应⽤在社会的各个⽅⾯，到⽬前为⽌，全球移动⽤户超过 1亿，预计到本世纪末⽤户数将达到2亿。
⽆线通信的发展潜⼒⼤于有线通信的发展，它不仅仅提供普通的电话业务功能，并能提供或即将提供丰富的多种业务，满⾜⽤户的需求。
移动通信的主要⽬的是实现任何时间、任何地点和任何通信对象之间的通信。
从通信⽹的⾓度看，移动⽹可以看成是有线通信⽹的延伸，它由⽆线和有线两部分组成。
⽆线部分提供⽤户终端的接⼊，利⽤有限的频率资源在空中可靠地传送话⾳和数据；有线部分完成⽹络功能，包括交换、⽤户管理、漫游、鉴权等，构成公众陆地移动通信⽹PLMN。
从陆地移动通信的具体实现形式来分主要有模拟移动通信和数字移动通信这两部种。
移动通信系统从40年代发展⾄今，根据其发展历程和发展⽅向，可以划分为三个阶段：1.1.1第⼀代――模拟蜂窝通信系统第⼀代移动电话系统采⽤了蜂窝组⽹技术，蜂窝概念由贝尔实验室提出，70年代在世界许多地⽅得到研究，。
当第⼀个试运⾏⽹络在芝加哥开通时，美国第⼀个蜂窝系统AMPS （⾼级移动电话业务）在1979年成为现实。
现在存在于世界各地⽐较实⽤的、容量较⼤的系统主要有：（1）北美的AMPS；（2）北欧的NMT-450/900；（3）英国的TACS；其⼯作频带都在450MHz 和900MHz附近，载频间隔在30kHz以下。
鉴于移动通信⽤户的特点：⼀个移动通信系统不仅要满⾜区内，越区及越局⾃动转接信道的功能，还应具有处理漫游⽤户呼叫（包括主被叫）的功能。
因此移动通信系统不仅希望有⼀个与公众⽹之间开放的标准接⼝，还需要⼀个开放的开发接⼝。
由于移动通信是基于固定电话⽹的，因此由于各个模拟通信移动⽹的构成⽅式有很⼤差异，所以总的容量受着很⼤的限制。
移动通信原理移动通信原理是指在无线通信领域中，传输数据和信息的原理和技术。
移动通信是现代社会中不可或缺的通信方式之一，它利用无线电波进行信号传输，实现了人与人、人与物、物与物之间的无线连接。
本文将详细介绍移动通信原理的各个方面。
第一章移动通信概述1.1 什么是移动通信1.2 移动通信的应用领域1.3 移动通信的发展历程1.4 移动通信的基本要素第二章无线信号传播2.1 电磁波的基本概念2.2 无线信号传播路径损耗2.3 多径效应与多普勒效应2.4 反射、折射和散射信号的影响第三章移动通信网络结构3.1 移动通信系统的层次结构3.2 移动通信网络中的各个组成部分3.3 移动通信中的基站和无线电接入技术第四章移动通信标准与协议4.1 移动通信标准的分类和作用4.2 移动通信标准的发展历程4.3 GSM、CDMA、LTE等移动通信标准的比较4.4 移动通信协议与接口第五章移动通信的调制解调技术5.1 数字调制技术5.2 调制解调器的工作原理5.3 AM、FM、PM调制方式的比较5.4 OFDM技术在移动通信中的应用第六章移动通信中的信道编码与解码6.1 信道编码与纠错码6.2 信道编码的原理和分类6.3 移动通信中的信道编码技术第七章移动通信中的多址技术7.1 多址技术的基本概念7.2 分时复用技术7.3 频分复用技术7.4 码分复用技术7.5 OFDMA技术第八章无线接入技术8.1 蜂窝网络的组网方式8.2 频率复用与功率控制8.3 移动通信系统中的接入技术8.4 TDMA、CDMA、OFDMA等接入技术的比较第九章移动通信中的信号处理技术9.1 数字信号处理的基本概念9.2 信号处理在移动通信中的应用9.3 信号处理算法与技术的发展附件：________本文档涉及的相关案例分析、数据图表、实验结果等内容，请参阅附件。
法律名词及注释：________1.频率复用：________一种将频谱资源划分为多个频段，使不同用户可以同时使用而不互相干扰的技术。
移动通信教学大纲本教学大纲旨在为移动通信课程提供一个全面的指导框架，以确保学生在学习过程中获得最佳的教育效果。
教学大纲将涵盖课程的目标、内容、教学方法和评估方式等方面。
一、课程目标本课程旨在培养学生对移动通信的理解和技能发展。
通过该课程的学习，学生将能够：1. 了解移动通信的基本概念、原理和技术；2. 掌握移动通信网络的组成和运行机制；3. 理解无线信号传输、调制解调和多址技术等核心内容；4. 熟悉移动通信标准和相关技术发展趋势；5. 能够分析和解决移动通信网络中的问题。
二、课程内容1. 移动通信基础知识1.1 移动通信概述- 移动通信的定义和发展历程- 移动通信网络的分类和结构1.2 信号传输和调制解调- 无线信号传输的特点和基本原理- 调制解调技术及其分类1.3 多址技术- 多址技术的原理和分类- TDMA、CDMA和FDMA等多址技术的比较2. 移动通信网络2.1 移动通信网络的组成- 移动终端设备- 基站和基站控制器- 移动核心网和业务支撑系统2.2 移动通信网络的运行机制- 无线信号传输和接收- 移动呼叫建立和拆除- 信道管理和资源分配3. 移动通信标准和技术3.1 移动通信标准- GSM、UMTS和LTE等移动通信标准的介绍- 移动通信标准的发展趋势3.2 移动通信技术- 2G、3G和4G等移动通信技术的原理和应用- 移动通信技术的发展方向与挑战4. 移动通信网络的问题与解决4.1 移动通信网络的问题- 无线信号传输中的干扰和衰落- 网络拥塞和资源管理- 移动通信网络的安全性问题4.2 移动通信网络的解决方案- 无线信号增强技术- 网络优化和智能资源调度- 移动通信网络的加密和认证技术三、教学方法本课程将采用多种教学方法，包括但不限于：1. 讲座教学：教师通过讲解移动通信的基本理论和技术，帮助学生建立全面的知识框架；2. 实验室实践：学生通过实验操作，掌握移动通信技术的实际应用；3. 案例分析：教师通过实际案例的分析，引导学生运用所学知识解决实际问题；4. 小组讨论：学生分为小组进行讨论，加深对移动通信概念的理解和交流；5. 独立研究：学生通过阅读相关文献和网络资料，进行独立研究和学术探索。
第一章移动通信概述本章的要求：1．重点掌握移动通信的基本概念、移动通信的特点、移动通信的工作方式。
2．了解移动通信系统的分类、应用系统以及移动系统的组成。
3．了解移动通信的发展、理解三代移动通信系统的主要差别；4．认识移动通信相关的技术§1-1 移动通信的概述一、基本概念（P1）移动通信：通信双方或至少一方处于移动中或临时停留在某一非预定位置上，进行信息传递和交换的通信方式。
移动通信不受时间和空间的限制，交流信息机动灵活、迅速可靠。
其包括：移动体与固定点，移动体之间的信息传递。
很多人一提到移动通信，往往首先想到的是手机，其实移动这个概念不仅仅在于手机，它其实包括蜂窝移动，集群调度，无绳电话，寻呼系统和卫星系统。
⏹相关的流行语●大哥大、手机、全球通、小灵通、GSM、CDMA、3G、WLAN、WIMAX、…●切换、漫游、短信、彩铃、移动梦网、资费套餐，移动IP、…移动通信实际上就是动中通：支持至少有一方可处于移动状态的“无线”通信。
包括终端的移动性（手持机、车载台）、个人的移动性（SIM卡方式支持的业务）、业务的移动性（200业务等）。
通信网的智能化和无线化使三者统一起来：个人通信网或个人通信业务。
移动信道是对无线通信中发送端和接收端之间的通路的一种形象比喻。
对于无线电波而言，它从发送端传送到接收端，其间并没有一个有形的连接，它的传播路径也有可能不只一条（下面所说的电波的传播方式中将说明）。
信道有一定的频率带宽，正如公路有一定的宽度一样。
⏹移动通信vs 无线通信●由于移动通信是至少有一方处于移动状态下的通信，我们不可能再用一条电话线和他们相连了，所以必须使用无线信道--靠无线电波传送信息。
但它和无线通信是两个不同的概念，前者强调移动性，后者强调无线电波的传播。
⏹移动通信vs 数字移动通信●“数字”的含义：传输环节对承载信息的信号处理方式，是一种相对概念。
⏹蜂窝移动通信●一种特别而普及的公众移动通信系统，因蜂窝状多小区部站覆盖而得名。
二、移动通信的发展历程1.第一代移动通信系统（1G）以模拟蜂窝为主要特征的模拟蜂窝移动通信系统。
主要技术是模拟调频（FM）和频分多址(FDMA)，使用的频段为800／900MHz（早期曾使用450MHz）主要缺点是频谱利用率低，系统容量有限，抗干扰能力差，业务质量比有线电话差，而且当时国际标准化落后，有多种系统标准，跨国漫游很难，不能发送数字信息，不能与综合业务数字网（ISDN）兼容等。
目前1G已逐步被各国淘汰。
2.第二代移动通信系统（2G）以数字化为特征的数字蜂窝移动通信系统。
以数字传输(低比特率语音编码，采用GMSK/QPSK数字调制技术以及自适应均衡技术)、时分多址和码分多址为主体技术，主要业务包括电话和数据等窄带综合数字业务，可与窄带综合业务数字网（N-ISDN）相兼容。
时分多址（TDMA）体制主要有三种：欧洲的全球移动通信系统（GSM）、美国的数模兼容系统（D-AMPS，又称ADC）和日本的PDC(或称JDC)。
码分多址（CDMA）体制主要指美国的CDMA标准IS-95，又称CDMAOne。
2G系统的主要缺点是系统带宽有限，限制了数据业务的发展，也无法实现移动多媒体业务，而且由于各国的标准不统一，无法实现各种体制之间的全球漫游。
3.第三代移动通信系统（3G）以多媒体业务为主要特征。
IMT[CD*2]2000的目的是克服第二代系统因技术局限而无法提供宽带移动通信业务的缺陷。
IMT-2000的目标是全球统一频段，统一标准，全球无缝覆盖；实现高服务质量、高保密性能、高频谱效率；提供从低速率的语音到高达2Mb/s的多媒体业务。
真正实现“任何人(Whoever)在任何地点(Wherever)任何时间(Whenever)可以同任何（Whomever）进行任形式(Whatever)的通信”这样一个目标。
世界各地在开发第三代移动通信的进程中形成了北美、欧洲和日本三大区域性集团，它们分别推出了WCDMA、UTRA TDD和宽带CDMAOne的技术方案。
3G 系统于本世纪初投入商业运营。
我国于1998年6月向国际电联（ITU）提出了中国的RTT建议，即TD-SCDMA 方案，被国际电联吸纳，成为目前国际上的三个RTT建议之一。
2007年10月，ITU 批准WiMAX无线宽带接入技术以OFDMA WMAN TDD的名义成为继WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA后的第四个3G标准。
3G标准的局限性主要是IMT-2000中最关键的无线传输技术（RTT）以及核心网制式均未统一，因此很难达到原IMT-2000全球通用的标准。
此外，3G系统带宽对宽带多媒体业务的传输而言仍然不够宽，不适应互联网发展的要求，因此世界各国已经开始了后3G（4G）的研究计划。
4.我国移动通信的发展⏹我国移动通信的发展始于1987年，当时在上海首次开通了900MHz频段、TACS制式的模拟蜂窝移动通信系统⏹1994年广东省首先建成GSM数字移动通信网⏹1996年12月在广州建起第一个CDMA试验网⏹2001年8月，模拟蜂窝网在我国停止运营⏹2008年5月24日，电信重组方案：中国电信收购中国联通CDMA网(包括资产和用户)，中国联通与中国网通合并，中国卫通的基础电信业务并入中国电信，中国铁通并入中国移动。
三、移动通信的特点1．无线电波传播复杂移动通信系统多建于大中城市的市区，城市中的高楼林立、高低不平、疏密不同、形状各异，这些都使移动通信传播路径进一步复杂化，并导致其传输特性变化十分剧烈。
接收信号多为直射波、多径反射波、绕射波和散射波的合成波，叠加的场强起伏不定，最大可相差20~30dB。
2．多普勒频移会产生附加调制3．移动台受各种噪声的骚扰并在强干扰环境下运行移动通信网象其他通信网一样，受到各种噪声（如大气噪声/次要、城市噪声/主要）的影响。
然而它又是一个多频道、多电台同时工作的系统，因此，它将受到同频干扰（蜂窝通信系统特有）、邻道干扰（说的通俗一点，比如两个车道，你在左边，我在右边，大家的路宽是一样的，可是你的车太大，就影响了我的车道......）、互调干扰（主要是系统设备中的非线性引起的，如混频选择不好，使非有用信号混入，而造成干扰。
）。
4．对移动台的要求高①动态范围大：由于移动台位置不断变化，即接收机与发射机之间的距离不断变化，接收电平变化很大，所以接收设备应有很大的动态范围；②很强的适应性，性能稳定可靠：因为移动台长期处于不固定位置状态，外界的影响很难预料，所以要求移动台应具备很高的抗震、抗湿、抗日晒雨淋、具有耐高低温等能力；③适应新业务、新技术的发展：如宽频和可翻页等。
④低功耗、低成本、低辐射、易携带性、操作方便性；真有点：“限制马吃草，又让马儿跑得快。
”5．可利用的信道资源有限，通信业务容量需求日益增加由于政策、技术、使用的无线电设备等原因，ITU只划定了9KHz-400GHz的范围，目前使用较高频段只在几十GHz，受到无线传播特性的限制，蜂窝移动通信一般工作在3GHz 以下。
移动通信的频段仅限于VHF(甚高频)、UHF(超高频)，所以可用的信道容量是及其有限的。
为满足用户需求量的增加，需要开拓新频段和在有限的已有频段中采取有效利用频率的措施，如窄带化（就是每个用户占用的频率带宽较小）、缩小频带间隔（就是缩小用户频带之间的保护间隔）、频道重复利用、多波（信）道共用、多载波传输、MIMO技术等方法来解决。
欧洲3G运营频段曾拍出3000亿欧元天价。
6．建网技术复杂为了满足移动中通信的要求，所使用的技术复杂：由于移动台在通信区域内随时运动，需要随机选用无线信道，进行频率和功率控制、地址登记、越区切换及漫游等跟踪技术。
这就使其通信比固定网要复杂得多。
在入网和计费方式上也有特殊的要求，所以移动通信系统是比较复杂的。
三、移动通信的工作方式移动通信的工作方式由单项和双向。
其中单向（广播式）传输重要应用于无线寻呼系统中，而双向通信又可分为三类：单工、双工和半双工。
1. 单工通信所谓单工通信是指通信双方电台交替地进行收信和发信。
根据收、发频率的异同，又可分为同频单工和异频单工。
单工通信常用于点到点通信，参见图 1-1。
送受话器（）电台 甲 （）电台 乙图 1-1 单工通信优点：1）可直接通话，不用基站；2）不用天线共用装置；3）耗电少，设备简单，造价便宜缺点：①由于收、发信机使用同一个频率,当附近有邻近频率的电台工作时,就会造成强干扰，要避开强干扰的信道频率,就要允许工作信道的频率间隔较宽；②当有两个移动台同时发射时，会出现同频干扰；③操作不方便。
2. 双工通信所谓双工通信，有时亦称全双工通信，是指通信双方可同时进行传输消息的工作方式，即任何一方讲话时，也可以听到对方的语音。
如图 1-2 所示。
基站f 移动台图1-2 双工通信2）频分双工（TDD ）频分双工是指上行链路（移动台到基站）和下行链路（基站到移动台）采用两个分开的频率（有一定频率间隔要求）工作，该模式工作在对称频带上。
此时发射机和接收机能同时工作，能进行不需按键控制的双向对讲，移动台需要天线共用装置。
频分双工方式的优点是：①由于发送频带和接收频带有一定的间隔（10MHz或45MHz），因此可以大大提高抗干扰能力；②使用方便，不需控制收发的操作，特别适用于无线电话系统使用，便于与公众电话网接口；③适合于多频道同时工作的系统；④适合于宏小区、较大功率、高速移动覆盖。
频分双工方式的缺点是移动台不能互相直接通话，而要通过基站转接。
另外，由于发射机处于连续发射状态，因此电源耗电量大。
2）时分双工（TDD）时分双工是一种上行链路和下行链路通过使用不同的时隙来区分的在相同频率上工作的双工方式，该模式是工作在非对称频带上的，物理信道上的时隙分为发射和接收两个部分，通信双方的信息是交替发送的。
TDD模式工作于非对称时段；适合微小区、低功率、慢速移动覆盖；上、下行空间传输特性接近，较适合采用空分多址SDMA（智能天线）技术。
可见，FDD和TDD分别适合于不同的应用场合。
如果混合采用FDD和TDD两种模式，就可以保证在不同的环境下更有效地利用有限的频率。
ITU在第三代移动通信标准中就采纳了不同工作方式的标准。
3. 半双工通信半双工通信指通信双方，有一方使用双工方式，而另一方则采用单工方式，其组成与图1-2 相似，移动台采用单工的“按讲”方式，即按下按讲开关，发射机才工作，而接收机总是工作的。
基站工作情况与双工方式完全相同。
优点是：①受邻近电台干扰少；②有利于解决紧急呼叫问题；③可使基站载频常发，移动台就经常处于杂音被抑制状态，不需要静噪调整。
半双工制的缺点是也存在按键操作不便的问题。
一般专用移动通信系统（如调度、集群系统）采用此方式。
