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数据通信 第七章 移动通信技术

数据通信 第七章 移动通信技术. 手机能做什么？. 第七章 移动通信技术. 7.1 移动通信简介 7.2 GSM 通信技术 7.3 卫星通信技术 7.4 短距无线通信技术（ WI-FI 、蓝牙）. 7.1 移动通信简介. 移动通信的定义： 指通信的双方，至少有一方是在移动（或暂时静止）中进行信息交换的。其中，包括移动台（汽车、火车、飞机、船舰等移动体上）与固定台之间通信，移动台与移动台之间通信。. 个人通信的理想. 移动通信的飞速发展使人类实现个人通信的理想为期不远了。

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数据通信 第七章 移动通信技术

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Presentation Transcript

  1. 数据通信第七章 移动通信技术

  2. 手机能做什么？

  3. 第七章 移动通信技术 7.1 移动通信简介 7.2 GSM通信技术 7.3 卫星通信技术 7.4 短距无线通信技术（WI-FI、蓝牙）

  4. 7.1 移动通信简介 • 移动通信的定义： 指通信的双方，至少有一方是在移动（或暂时静止）中进行信息交换的。其中，包括移动台（汽车、火车、飞机、船舰等移动体上）与固定台之间通信，移动台与移动台之间通信。

  5. 个人通信的理想 • 移动通信的飞速发展使人类实现个人通信的理想为期不远了。 任何人在任何时间、任何地点、与任何一个人、实现任何一种媒体的通信。 每个人有唯一的通信号码，通信的个人性代替通信的终端性。

  6. 我们的目标

  7. 郊区 3G的目标 • 全球漫游 • 多种无线技术的融合/并存 • 网络技术的多元化/分层化发展 • 频率资源的一致性 • 业务的宽代化/智能化/个性化/多样化 • 便于过渡和演进 • 多频多模终端 全球 卫星系统 城区 室内 微微蜂窝 微蜂窝 宏蜂窝

  8. 移动通信是全球的热点 • 无线移动通信与IP技术（因特网）是近年来信息技术领域的两大热点. • 无线与移动通信正在与IP技术相结合 • 通信技术向宽带化、智能化、个人化方向发展，形成统一的综合宽带通信网

  9. 7.1 移动通信简介 一、无线与移动通信的种类 (按用途分类) • 陆地公众蜂窝移动通信系统（是移动通信系统的代表，也是发展最快的系统） • 无绳电话 • 集群通信 • 卫星移动通信 • 无线局域网（WI-FI) • 无线ATM • 无线接入 • 无线寻呼 • 蓝牙技术 • …… ……

  10. 无线与移动通信的种类 （按频段分类）： 7.1 移动通信简介 • 中长波通信 ＜1MHz • 短波通信 1MHz—30MHz • 超短波通信 30MHz----1GHz （陆地公众网） • 微波通信 1 GHz----几十GHz （卫星） • 毫米波通信 几十GHz • 红外光通信 • 大气激光通信 • …… ……

  11. 移动通信的其他分类方式： • 按使用对象可分为民用设备和军用设备； • 按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信； • 按多址方式可分为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）等； • 按覆盖范围可分为广域网和局域网； • 按业务类型可分为电话网、数据网和综合业务网； • 按工作方式可分为同频单工、异频单工、异频双工和半双工； • 按服务范围可分为专用网和公用网； • 按信号形式可分为模拟网和数字网。

  12. 移动通信发展 • 20世纪80年代，基于FDMA的第一代模拟系统(1G) 北美AMPS、N-AMPS； 英国TACS； 日本JTAC； 北欧NMT。

  13. 移动通信发展 • 20世纪90年代，基于TDMA和CDMA的第二代数字系统 北美D-AMPS (EIA/TIA IS-136)；欧洲GSM；日本JDC。(2G) 欧洲GSM/GPRS；基于CDMA的北美PCS(IS-95)。 (2G+)

  14. 移动通信发展 • 目前，基于WCDMA的数字第三代系统已经出现 (3G) 提供数据速率为2Mbps(静态环境)的多媒体业务。 ITU-T正在制定IMT(国际移动通信)建议标准，IMT2000参考建议有： • 欧洲根据GSM/GPRS演进的UMTS建议（WCDMA）； • 北美根据IS-95演进的cdma2000建议； • 北美根据IS-136演进的UWCC-136建议(TDMA)； • 中国综合根据2G多种标准提出的TD-SCDMA。 中国联通 中国电信 中国移动

  15. 数字通信流程

  16. 7.1 移动通信简介 二、在移动通信中，许多用户同时通话，以不同的移动信道分隔，防止相互干扰的技术方式称为多址方式，其理论基础仍然是信号分割理论。 • 频分多址 (FDMA, Frequency Division Multiple Access) • 时分多址 (TDMA, Time Division Multiple Access) • 码分多址 (CDMA, Code Division Multiple Access) • 空分多址 (SDMA, Space Division Multiple Access) • 包分多址 (PDMA, Packet Division Multiple Access) • 在移动通信和卫星通信中得到了广泛的应用。

  17. 3种常见的多址方式示意图

  18. 频分多址 (FDMA) • 以频率来区分信道，不同的信道占用不同的频段，互不重叠 • 特点： 使用简单，信号连续传输，满足模拟话音通信，技术成熟 • 缺点： 多频道信号互调干扰严重，频率利用率低，容量小

  19. FDMA的频道划分方法

  20. 频分多址 (FDMA) • 利用频道和移动用户的一一对应关系，只要知道用户地址（频道号）即可实现选址通信。 • 在蜂窝移动通信系统中，由于频道资源有限，不可能每个用户独占一个固定的频道，为此，多采用多频道共用的方式。即由基站通过信令信道给移动用户临时指配通信频道。 • 第一代移动通信系统

  21. 时分多址 (TDMA) • 在一个无线频道上，按时间分割为若干个时隙，每个信道占用一个时隙，在规定的时隙内收发信号 • 只传数字信息，信息需经压缩和缓冲存储的过程，在实际使用时常 FDMA/TDMA复分使用

  22. 时分多址 (TDMA) • 在TDMA系统中，每个移动用户分配有一个地址，即在一个时间段（时帧）内每个移动用户分配有一个时隙，如图所示，MS1占用时隙1，MS2占用时隙2，MSK占用时隙k，且这些时隙在时域上互不重叠。

  23. TDMA示意图

  24. 码分多址 (CDMA) • 以信号的波形、码型为参量来实现多址访问，在频率、时间、空间上重叠，码型是和信道号存在一一对应的关系 • 采用扩频通信技术 • 每个用户具有特定的地址码，利用地址码相互之间的正交性（或准正交性）完成信道分离的任务 • 优点：系统容量大，抗干扰、抗多径能力高。

  25. CDMA示意图

  26. 7.1 移动通信简介 三、移动通信工作方式: • 单工方式 • 频分双工方式 FDD • 时分双工方式 TDD

  27. 全双工通信 • 频分双工制式（FDD）：指下行信道（由基站到移动台）和上行信道（由移动台到基站）所用频率的双工频差为10MHz到几十MHz。 可以避免收发信机自身的干扰，缺点是双工频分信道需要占用频差为几十MHz的两个频段才能工作。当今的蜂窝移动通信系统仍采用频分双工制式。

  28. 全双工通信 • 时分双工制式（TDD）：指上、下行信道使用相同的频率，但工作在不同的时隙内。 优点是通信系统无需占用两段频带，且使用灵活方便，但是通信系统必须是时分多址接入系统。

  29. 移动通信系统的组成

  30. 固定电话网 移动通信系统 基站子系统BSS MS 交换子系统NSS 市话局 操作维护系统OMS 数字移动通信系统基本组成

  31. 全国GSM移动通信网的网络结构

  32. 第七章 移动通信技术 7.1 移动通信简介 7.2 GSM通信技术 7.3 卫星通信技术 7.4 短距无线通信技术（WI-FI、蓝牙）

  33. 7.2 GSM通信技术 • GSM数字移动通信系统是基于TDMA的数字移动通信系统。 • GPRS是基于GSM网无线接口所开发的分组数据传输业务，被称为2.5G技术。 是按需分配占用信道资源，频谱利用率高。 理论上数据传输速率最高可达到171.2kbit/s，适合各种突发性强的数据传输。

  34. 基站 移动用户台 MTSO 移动电话交换局 市话局 7.2 GSM通信技术 • 数字蜂窝移动通信系统是将通信范围分为若干相距一定距离的小区，移动用户可以从一个小区运动到另一个小区，依靠终端对基站的跟踪，从而使通信不中断。

  35. 7.2 GSM通信技术 • 目前广泛应用的是第二代移动通信系统： 采用窄带时分多址(TDMA)和窄带码分多址(CDMA) 已形成的国家和地区标准有欧洲的GSM系统、美国的IS-54系统和IS-95系统、日本的PDC系统。 我国主要采用欧洲的GSM系统。

  36. 基站 移动用户台 MTSO 移动电话交换局 数字蜂窝移动通信系统 主要由三部分组成：移动交换局、若干基站和诸多移动台 通过市话局进入公用有线电话网，从而实现移动电话与固定电话、移动电话与移动电话之间的通信。 市话局

  37. 蜂窝组网技术 • 宏蜂窝技术 ：基站天线高，每小区1～25Km，小区内易产生“盲点”和“热点”。 • 微蜂窝技术 ：基站天线低于房顶，小区覆盖30～300米，传输功率低，安装方便灵活。 • 智能蜂窝技术 ：基站采用具有高分辨率阵列信号处理能力的自适应天线系统，智能监测移动终端所处的位置，将确定的信号功率传递给移动终端的蜂窝小区。 • 蜂窝小区正向微型化发展，半径降至100m。

  38. 蜂窝技术 • 1969年，Bell实验室 • 把整个大范围的无线服务区划分成彼此相邻的正六边形小区，每个小区设置基站。 • 每个基站使用多个无线电频率作为通信信道，各相邻基站使用不同的无线电频率。

  39. 数字蜂窝移动通信系统 • 大区制移动通信网： • 早期的移动通信网一般是大区制：采用高架天线把信号发送到整个覆盖地区（半径可达几十公里）

  40. 数字蜂窝移动通信系统 • 大区制移动通信网： • 主要特点： • 基站天线很高：几十米至几百米 • 基站发射功率大：50~200W • 覆盖半径：30~50公里

  41. 数字蜂窝移动通信系统 • 大区制移动通信网： • 优点：网络结构简单、成本低 • 缺点：容量小（同时能提供给用户使用的信道数极为有限），一般用户几十至几百个，一般用于专网。

  42. 数字蜂窝移动通信系统 大区覆盖与小区覆盖

  43. 数字蜂窝移动通信系统 • 小区制移动通信网： • 把整个服务区域划分成若干个较小的区域（cell，在蜂窝系统中称为小区），各小区均用小功率的发射机（即基站发射机）进行覆盖。

  44. 数字蜂窝移动通信系统 • 小区制移动通信网： • 基本小区有：（r：小区半径） • 超小区： r＞20km（农村） • 宏小区： r＝1-20km（人口稠密地区） • 微小区： r＝0.1-1km（城市繁华区） • 微微小区： r＜0.1km（办公室、家庭）

  45. 数字蜂窝移动通信系统 • 小区制移动通信网： • 优点：提高频率利用率，组网灵活 • 缺点：网络复杂

  46. 数字蜂窝移动通信系统 • 频率复用是小区制网的核心问题。 • 频率复用：小区内基站的工作频率，由于电波传播损耗产生的隔离度，可以在相隔一定距离后的另一小区重复使用。 • 相邻小区不允许使用相同的频道，否则会发生相互干扰，称同道干扰（同频干扰） • 同频小区间的距离取决于能容的同频干扰。同频干扰又取决于话音质量要求的载噪比（C/N）或C/I（N、I均为干扰功率)。

  47. 同频复用技术 不同颜色代表不同频率载频小区

  48. 数字蜂窝移动通信系统 • 小区制的频率复用有条状、面状（常用）两种。 • 实际的面状小区的覆盖，基站天线全向辐射时为一个圆，实际为不规则，有重叠区。 • 为了理论分析和设计方便，用全覆盖的形状代表，可用全六边形、四面形、三角形，面积最大、最直接的为六边形。

  49. 小区 小区 河道 铁路 A A A A A B B B B B C C B B B A A A 带状网 • 用于覆盖公路、铁路、海岸等 • 基站天线若用全向辐射，覆盖区形状是圆形的。带状网宜采用有向天线，使每个小区呈扁圆形。

  50. 数字蜂窝移动通信系统 • 一个蜂窝系统构成的基本条件： • 基本图案能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积。 • 相邻单元中，同频道的小区间距离相等，且为最大。

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