移动通信概述.ppt

移动通信概述,北京邮电大学 吴伟陵,2019/5/2,2,从固定（有线）通信到移动 移动通信信道 特色、要求、任务与措施 3G以来的关键技术,2019/5/2,3,从固定(有线)通信到移动通信,固定(有线)通信的主要特点 终端（电话机）是固定在某一地点（房间）不动的; 信道为传输线路是固定不动，全封闭式传输线，比如双绞线、电缆、光缆等；它是人造的优质信道，容量大，质量高； 网络是适应固定式终端与固定式传输线的有线交换网络； 总之，固定（有线）通信最大特点是静态的，它不能随人的移动而改变； 固定（有线）通信的容量（数量）与质量的瓶颈不在于传输信道而在于网络，它主要决定于交换方式与网络结构。,2019/5/2,4,一般无线通信的主要特点 通信终端和用户从全静态拓展至可移动的准动态； 突破了由全封闭式、固定传输线路、信道传送信息的框框，采用开放式、无线传播信道来传输信息； 网络要适应通信终端和用户的准动态特性，即满足用户异地漫游特性； 总之，无线通信采用全开放式无线传播信道代替了全封闭式固体导线，并将全静态的通信方式推广至可移动的准动态，其代价是牺牲了全封闭式优质人造信道，换取了开放式、机动、灵活的无线信道，从而必然引入信道的时变性和随机性，大大降低了通信的质量与容量。,2019/5/2,5,移动信道的主要特点 终端随着用户可以随机移动。它从上述无线通信的基础上使终端可从移动准动态发展到可随机移动的全动态； 信道，即传输线路是随着变化的随机移动的用户终端而临时申请与建立的一个动态无线链路，它是随着用户动态变化的； 网络，它是适应动态用户、动态信道的动态型交换网络。 总之，移动通信的最大特点是保证用户在移动中进行通信，是全动态的，即从终端信道到网络都要满足动态特性。 移动通信的容量（数量）与质量的瓶颈主要在于传输信道，即无线空中接口。,2019/5/2,6,移动通信信道,移动通信信道的主要特征：变参信道 传播的主要特征 在接收端引起的现象与后果,2019/5/2,7,移动通信信道的主要特征：变参信道,传播的开放性：一切无线信道都是基于电磁波在空间传播来实现信息传输的。 接收点地理环境的复杂性与多样性：一般可将地理环境划分为下列三类典型区域： 高楼林立的城市中心繁华区； 以一般性建筑物为主的近郊小城镇区； 以山丘、湖泊、平原为主的农村及远郊区。 通信用户的随机移动性： 慢速步行时的通信； 高速车载时的不间断通信。,2019/5/2,8,传播的主要特征,直射波： 指在视距覆盖区内无遮挡的传播，直射波传播的信号最强。 多径反射波： 指从不同建筑物或其他物体反射后到达接收点的传播信号，其信号强度次之。 绕射波： 从较大的山丘或建筑物绕射后到达接收点的传播信号，其强度与反射波相当。 散射波： 由空气中离子受激后二次发射所引起的漫反射后到达接收点的传播信号，其信号强度最弱。,2019/5/2,9,在接收端引起的现象与后果,衰耗 衰落 码间干扰 传播损耗的初步定量分析,2019/5/2,10,接收点信号大范围距离变化的损耗规律： 其中：d0为参考距离（远场）；n = 25 .5,衰 耗,2019/5/2,11,衰落：接收点信号由于变参传输和多径矢量叠加而引起的中小范围距离的随机起伏。 衰落分类： 阴影衰落：它是由于在电波传播路径上受到建筑物及山丘等的阻挡所产生的阴影效应而产生的损耗。它反映了中等范围内数百波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗，一般遵从对数正态分布，其变化率较慢故又称为慢衰落。,衰 落,2019/5/2,12,选择性衰落：它主要是由于多径传播和用户的快速运动而产生的衰落，它反映微观小范围内数十波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗，一般遵从Rayleigh(瑞利)分布或Rician(莱斯)分布，其变化率比慢衰落快，故称它为快衰落。 选择性衰落又可分为以下三类： 空间选择性衰落 频率选择性衰落 时间选择性衰落,衰 落（续）,2019/5/2,13,码间干扰： 指传输码元间的相互干扰，它可分为两类: 一类是由于传输频带不足而导致的前一码元拖尾,引起对下一码元的干扰； 另一类是由于多径传输叠加而引起的前后码元间的干扰。,码间干扰,2019/5/2,14,由上面分析，总传播损耗分别由大范围(公里量级)的路径损耗、中范围(数百波长)的阴影效应所形成的慢衰落和小范围(数十波长)的快衰落共同决定: 其中： ：表示某时刻用户与基站间的距离矢量； ：表示大范围的路径损耗，n=25.5； ：表示中范围的慢衰落； ：表示小范围的快衰落。,传播损耗的初步定量分析,2019/5/2,15,2019/5/2,16,移动通信的主要特色与基本要求、任务与措施,2019/5/2,17,主要特色可归纳为下述三个动态特性,信道的动态性 传播的开放性 信道参量变化的时变性 用户的动态性 接收环境的复杂性：市区、郊区与农村； 接收地点的随机可变性； 业务的动态性 用户可随机自由选择不同媒体的通信方式； 各类用户不同媒体业务要求互不干扰；,2019/5/2,18,基本要求,有效性：数量指标； 可靠性：质量指标（针对客观干扰）； 安全性：质量指标（针对人为干扰）。,2019/5/2,19,基本任务,在上述三个动态特性的条件下，如何满足与实现三项基本要求，并逐步达到系统优化；,2019/5/2,20,实现的基本措施,完成上述基本任务可以在下列三个不同层次来实现，并要求层次间相互协同配合，最终实现整体优化； 物理层 完成实现链路传输所有的基本硬件设备与相应软件算法等；,2019/5/2,21,网络层 提供不同业务的初始建立过程，含寻呼与接续等； 提供主业务通信的必要信令与协议的支持； 提供对不同业务的QoS保证； 提供全系统高层的无线资源管理与移动性管理；,2019/5/2,22,实现的基本措施(继续),整体规划层 从全网宏观角度给出网络最佳拓扑结构； 给出网络整体规划与设计； 逐步实现网络优化。,2019/5/2,23,3G以前采用的关键技术,2019/5/2,24,分阶段逐步实现与三个动态特性统计匹配，以及性能的不断改善,1G是以解决用户（一个）动态匹配为核心并适当考虑到信道动态特性 FDMA动态寻址功能的实现； 以蜂窝结构网为核心，利用频率规划实现用户大范围覆盖，与用户大数量增长； 采用适应无线移动传输的调频方式，并在基站采用二重空间分集抗空间选择性衰落。,2019/5/2,25,2G采用数字化，较全面考虑用户与信道二维动态特性及其匹配措施 采用TDMA(GSM)、CDMA(IS-95)实现动态寻址功能； 仍以蜂窝结构网为核心，利用频率规划（GSM）和导频相位规划（IS95）实现用户的大范围覆盖与用户大数量增长； 采用性能优良的数字式调制GMSK(GSM)、QPSK(IS-95)和性能优良的纠错编码如卷积码（GSM、IS-95）、级联码（GSM）抗白噪声干扰；,2019/5/2,26,采用功率控制技术抗慢衰落与远近效应，这一点在IS-95中的CDMA体制中最为突出； 采用自适应均衡（GSM）和Rake接收（IS-95）抗频率选择性衰落和多径干扰； 采用信道交织编码，比如帧间交织方式（GSM）、块交织方式（IS-95）抗时间选择性衰落； 基站采用空间或极化分集抗空间选择性衰落。,2019/5/2,27,3G全面考虑并完善对用户、信道二个动态特性的匹配，适当考虑到业务的动态性能，并尽力采用相应措施予以实现 继续采用2G中所有行之有效的措施； 应对CDMA扩频方式一分为二，扩频提高了抗干扰性、增大通信容量，但是也带来了相应的缺点，其中最主要的是由于扩频码互相关性不理想从而增大了多用户的多址干扰、远近效应干扰，以及提高了对功控的要求等一系列不利因素；,2019/5/2,28,为了改善下行性能，3G中采用发信端分集、空时编码，并建议采用智能天线技术； 为了克服CDMA中的多址干扰，在3G中建议上行采用多用户检测； 为了实现与业务动态特性的匹配，3G中采用了可实现不同速率（不同扩频比）业务间正交性能的OVSF多址码； 针对数据业务要求误码率低且实时性要求不高的特点，在3G中对数据业务采用性能更优良的turbo码。,2019/5/2,29,网络功能逐步完善 网络协议逐步走向规范化，在3G中已初步形成横向三层：物理层、链路层、网络高层，纵向两个平面：用户业务平面和控制平面的初步规范化结构； 逐步增强并完善辅助物理层实现对三个动态特性的匹配功能，加强并完善对无线资源管理、移动性管理以及分配、调度算法的实现； 从2G开始逐步引入了智能网，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。,2019/5/2,30,3G业务不断拓广、功能不断扩充,业务的拓广 1G在单一模拟电路交换平台上，完成单一模拟话音业务； 2G在单一数字电路交换平台上，完成数字式话音与同一低速率电路交换的数据业务； 2.5G:建立两个平行的电路（CS）与分组（PS）交换平台，并在其基础上完成数字式话音和小于64kbps的电路交换、小于171.2bps的分组交换的各类数据业务服务； 3G：首先在2.5G基础上进行增强与改善，并在其基础上逐步改造成单一的分组交换的IP平台，提供小于2Mbps各类多媒体业务服务；,2019/5/2,31,功能的扩充（主要指业务服务功能） 1G与2G的通话功能； 2.5G新增上网功能、定位功能； 3G的综合业务服务功能（会话型、数据流型、互动型与后台类型）,2019/5/2,32,谢谢！,