現(xiàn)代通信技術(shù)_移動(dòng)通信

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1、第5章 移動(dòng)通信 人民郵電出版社 本章主要介紹移動(dòng)通信的基本概念、特點(diǎn)及組網(wǎng)原則，著重對(duì)數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中使用的話音編碼和信道編碼技術(shù)、GSM900以及Q-CDMA實(shí)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，最后簡(jiǎn)單介紹了個(gè)人通信的基本概念、第三代移動(dòng)通信的發(fā)展及其演進(jìn)等內(nèi)容。人民郵電出版社5.1 移動(dòng)通信概述5.2 數(shù)字移動(dòng)通信原理5.3 GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)5.4 CDMA數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)人民郵電出版社 5.1 移動(dòng)通信概述 5.1.1 移動(dòng)通信的基本概念 5.1.2 移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成及組網(wǎng)原則 5.1.3 移動(dòng)通信工作頻段人民郵電出版社 5.1.1 移動(dòng)通信的基本概念 移動(dòng)通信是指通信雙方或

2、至少其中一方在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中進(jìn)行信息傳遞的通信方式。5.1.2 移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成及組網(wǎng)原則 一、一、移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成 移動(dòng)通信系統(tǒng)是指移動(dòng)體之間、移動(dòng)體與固定用戶之間用于建立信息傳輸通道的通信系統(tǒng)。人民郵電出版社 下圖給出了一典型的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。人民郵電出版社 二、二、組網(wǎng)原則組網(wǎng)原則 1.蜂窩組網(wǎng)思路 隨著移動(dòng)通信用戶數(shù)量的不斷增加，業(yè)務(wù)范圍的不斷擴(kuò)大，頻率資源和可用頻道數(shù)之間的矛盾日益突出。采用蜂窩組網(wǎng)方式的目的在于解決常規(guī)移動(dòng)通信系統(tǒng)頻譜匱乏、容量小、服務(wù)質(zhì)量差和頻譜利用率低等問題。人民郵電出版社 2.組網(wǎng)原則 數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)的組網(wǎng)原則如下：(1)一般采用三級(jí)結(jié)構(gòu)，

3、即設(shè)置一、二級(jí)移動(dòng)業(yè)務(wù)匯接中心和移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心，并且在一級(jí)移動(dòng)業(yè)務(wù)匯接中心之間、省內(nèi)二級(jí)移動(dòng)業(yè)務(wù)匯接中心之間形成網(wǎng)狀網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)可靠互通。人民郵電出版社 (2)數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)的交換網(wǎng)絡(luò)與固定電話網(wǎng)之間的連接采用同一個(gè)本地網(wǎng)內(nèi)移動(dòng)業(yè)務(wù)匯接中心與固定網(wǎng)長(zhǎng)途交換中心及市話匯接局相連的方式，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶與固定用戶的通信。(3)數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)是一個(gè)整體，必須強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)管理的重要性。人民郵電出版社 5.1.3 移動(dòng)通信工作頻段 在陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)中，主要采用甚高頻(VHF)頻段(30300MHz)和特高頻(UHF)頻段(3003000MHz)作為其無線通信頻率。人民郵電出版社5.2 數(shù)字移動(dòng)通信原理5.2

4、.1 數(shù)字移動(dòng)通信中所采用的主要技術(shù)5.2.2 抗干擾技術(shù)人民郵電出版社 5.2.1 數(shù)字移動(dòng)通信中所采用的主要技術(shù) 主要對(duì)多址聯(lián)接技術(shù)、編碼技術(shù)以及調(diào)制與解調(diào)技術(shù)等進(jìn)行討論。一、一、多址聯(lián)接技術(shù)多址聯(lián)接技術(shù) 二、二、話音與信道的編碼技術(shù)話音與信道的編碼技術(shù) 三、三、調(diào)制與解調(diào)技術(shù)調(diào)制與解調(diào)技術(shù)人民郵電出版社一、一、多址聯(lián)接技術(shù)多址聯(lián)接技術(shù) 多址聯(lián)接方式有多種，即頻分多址(FDMA)、時(shí)分多址(TDMA)及碼分多址(CDMA)等。人民郵電出版社 二、二、話音與信道的編碼技術(shù)話音與信道的編碼技術(shù) 在數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中所傳輸?shù)男盘?hào)為數(shù)字信號(hào)，因而發(fā)送端必須首先將模擬話音信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，即進(jìn)行

5、話音編碼。而在接收端再將此數(shù)字信號(hào)還原成模擬信號(hào)。實(shí)用的話音編碼方案有多種，由于在GSM系統(tǒng)中是采用規(guī)則脈沖激勵(lì)長(zhǎng)期預(yù)測(cè)(RPE-LTP)編碼方案，而在CDMA系統(tǒng)中則采用Qualcomm碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)(QCELP)話音編碼技術(shù).人民郵電出版社 三、三、調(diào)制與解調(diào)技術(shù)調(diào)制與解調(diào)技術(shù) 1.數(shù)字移動(dòng)通信對(duì)數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)的要求 (1)采用盡量窄的功率譜信號(hào) (2)頻譜效率高 (3)傳輸質(zhì)量高 (4)采用差分檢測(cè)方案 人民郵電出版社 2.FSK、MSK和GMSK FSK、MSK以及GMSK都屬于相位調(diào)制，即在調(diào)制時(shí)，載波的頻率隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化，但信號(hào)碼變化時(shí)已調(diào)信號(hào)的相位卻是連續(xù)的，不存在相位

6、突變現(xiàn)象，所以相對(duì)于不連續(xù)相位的調(diào)制而言，其主瓣較窄，而且旁瓣較低，滿足移動(dòng)通信的要求。人民郵電出版社 3.GMSK GMSK是在MSK之前加一個(gè)高斯濾波器，這樣首先對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，因而經(jīng)濾波后輸出的數(shù)據(jù)脈沖已沒有陡峭的邊沿，再經(jīng)MSK調(diào)制后，其相位將進(jìn)一步得到平滑。因此其頻譜特性也得到進(jìn)一步改善。人民郵電出版社 5.2.2 抗干擾技術(shù) 在數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中，其傳輸通道由于包括有線和無線通道，因而通信環(huán)境中存在噪聲和干擾。噪聲包括外部噪聲和設(shè)備內(nèi)噪聲，干擾則包括同頻干擾、鄰道干擾、收發(fā)信機(jī)互調(diào)干擾、數(shù)字傳輸系統(tǒng)中的碼間干擾以及多址干擾。人民郵電出版社一、一、鄰道干擾鄰道干擾二、二、遠(yuǎn)近效應(yīng)

7、遠(yuǎn)近效應(yīng)三、三、同頻干擾同頻干擾四、四、互調(diào)干擾互調(diào)干擾人民郵電出版社 一、一、鄰道干擾鄰道干擾 鄰道干擾是指相鄰或相近的頻道信號(hào)所造成的干擾。二、二、遠(yuǎn)近效應(yīng)遠(yuǎn)近效應(yīng) 當(dāng)兩個(gè)移動(dòng)臺(tái)距基站的距離不同，而以相同的頻率和相同的功率發(fā)送信號(hào)時(shí)，則基站接收來自遠(yuǎn)端移動(dòng)臺(tái)的有用信號(hào)將淹沒在近端移動(dòng)臺(tái)所發(fā)送的信號(hào)之中，這種由于接收點(diǎn)位置不同，使得發(fā)信機(jī)與基站之間的路徑損耗不同，而引起的接收功率下降被稱之為遠(yuǎn)近效應(yīng)。人民郵電出版社 三、三、同頻干擾同頻干擾 同頻干擾是指所有落到接收機(jī)通帶內(nèi)的與有用信號(hào)頻率相同的無用信號(hào)的干擾，也稱為同信道干擾。四、四、互調(diào)干擾互調(diào)干擾 當(dāng)兩個(gè)以上的不同頻率作用于一個(gè)非線性電

8、路時(shí)，這兩個(gè)頻率將會(huì)互相調(diào)制，并產(chǎn)生一個(gè)新的頻率，如果該新頻率正好落在某一信道中，則工作于此信道的接收系統(tǒng)將會(huì)接收到該新頻率信號(hào)，由此構(gòu)成對(duì)該接收機(jī)的干擾，這種干擾稱之為互調(diào)干擾。人民郵電出版社5.3 GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)5.3.1 GSM數(shù)字移動(dòng)通信的組成5.3.2 GSM數(shù)字通信網(wǎng)5.3.3 GSM的頻率配置5.3.4 GSM的關(guān)鍵技術(shù)5.3.5 移動(dòng)管理 人民郵電出版社 5.3.1 GSM數(shù)字移動(dòng)通信的組成 數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是由交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)，無線基站子系統(tǒng)(BSS)和移動(dòng)臺(tái)(MS)三大部分組成，如下圖所示。人民郵電出版社人民郵電出版社 5.3.2 GSM數(shù)字通信網(wǎng) 我國(guó)

9、GSM數(shù)字移動(dòng)網(wǎng)是采用獨(dú)立網(wǎng)號(hào)方式來組網(wǎng)。5.3.3 GSM的頻率配置 一、工作頻段分配一、工作頻段分配 二、頻道間隔頻道間隔 三、三、雙工收發(fā)間隔雙工收發(fā)間隔 四、四、頻道配置頻道配置人民郵電出版社 一、工作頻段分配一、工作頻段分配 900MHz TDMA數(shù)字公用陸地蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)采用900MHz作為其工作頻段。移動(dòng)臺(tái)發(fā)送、基站接收的上行頻段：905915MHz；基站發(fā)送、移動(dòng)臺(tái)接收的下行頻段：950960MHz。人民郵電出版社 二、頻道間隔頻道間隔 相鄰頻道間隔為200kHz，每個(gè)頻道采用時(shí)分多址接入方式共分為8個(gè)時(shí)隙，即8個(gè)頻道(全 速 率)，那 么 每 個(gè) 信 道 占 用 帶 寬 為(

10、200kHz/8)=25kHz。如果將來GSM采用半速率話音編碼，那么每個(gè)頻道將能容納16個(gè)半速率頻道，從而可達(dá)到提高頻率利用率的目標(biāo)。人民郵電出版社 三、三、雙工收發(fā)間隔雙工收發(fā)間隔 雙工收發(fā)間隔為45MHz。四、四、頻道配置頻道配置 在900MHz頻段的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，采用了等間隔頻道配置方式。人民郵電出版社5.3.4 GSM的關(guān)鍵技術(shù)一、一、基站與移動(dòng)臺(tái)間的時(shí)間調(diào)整基站與移動(dòng)臺(tái)間的時(shí)間調(diào)整二、二、交織技術(shù)交織技術(shù)三、三、跳頻技術(shù)跳頻技術(shù)人民郵電出版社 5.3.5 移動(dòng)管理 一、一、位置更新位置更新 二、二、切換切換 三、三、漫游漫游 四、四、呼叫處理呼叫處理人民郵電出版社 5.4

11、 CDMA數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng) CDMA是近年來用于數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)的一種先進(jìn)的無線擴(kuò)頻通信技術(shù)。5.4.1 擴(kuò)頻通信 5.4.2 CDMA中的關(guān)鍵技術(shù)人民郵電出版社 5.4.1 擴(kuò)頻通信 擴(kuò)頻通信是一種新的信息傳輸方式，即在系統(tǒng)中所傳輸?shù)囊颜{(diào)信號(hào)帶寬遠(yuǎn)大于調(diào)制信息帶寬。通常我們以擴(kuò)頻信號(hào)帶寬BW與調(diào)制信號(hào)帶寬BS的比作為參考。只有當(dāng)BW/BS100時(shí)，才被稱之為擴(kuò)頻通信，否則只能是寬帶或窄帶通信。人民郵電出版社擴(kuò)頻通信主要特點(diǎn)：擴(kuò)頻通信主要特點(diǎn)：(1)擴(kuò)頻信號(hào)具有隱蔽性。(2)擴(kuò)頻信號(hào)具有保密性。(3)擴(kuò)頻信號(hào)具有很強(qiáng)的抗干擾能力。(4)提高系統(tǒng)容量。(5)系統(tǒng)復(fù)雜。人民郵電出版社 5.4.2

12、 CDMA中的關(guān)鍵技術(shù) 一、一、地址碼的選擇地址碼的選擇 二、二、直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的同步直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的同步 三、三、功率控制功率控制 四、四、軟切換軟切換人民郵電出版社一、一、地址碼的選擇地址碼的選擇理想的地址碼和擴(kuò)頻碼主要應(yīng)具有以下性能：(1)有足夠多的地址碼組碼；(2)有尖銳的自相關(guān)特性；(3)碼組彼此之間的互相關(guān)性為零；(4)不同的碼元數(shù)平衡相等；(5)盡可能大的復(fù)雜度。人民郵電出版社 二、二、直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的同步直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的同步 一般擴(kuò)頻系統(tǒng)的同步包括三方面的內(nèi)容：(1)載波同步 (2)位同步 (3)序列同步 三、三、功率控制功率控制 功率控制分為前向功率控制和后向功率控制，而后向功率控制又分為僅由移動(dòng)臺(tái)參與的開環(huán)功率控制和移動(dòng)臺(tái)、基站同時(shí)參與的閉環(huán)功率控制。人民郵電出版社 四、四、軟切換軟切換 軟切換是指當(dāng)一個(gè)移動(dòng)臺(tái)需要與新基站進(jìn)行通信時(shí)，并不先中斷與原有基站的聯(lián)系，因而軟切換只能在相同頻率的CDMA信道間進(jìn)行，這樣位于兩個(gè)基站覆蓋區(qū)交界處的移動(dòng)臺(tái)可以在不間斷通信的條件下實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)信道的切換，從而大大減少由于切換所帶來的掉話，保證了通信的可靠性。