现代无线跟移动通信系统资料课件

现代无线与移动通信系统第一章李少谦电子科技大学个人通信的理想n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 移动通信的发展与展望 电子科技大学 李少谦我们的目标移动通信是全球的热点n n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.n n无线与移动通信正在与IP技术相结合n n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 移动通信的发展与展望 电子科技大学 李少谦全球移动通信与因特网的发展趋势 移动通信的发展与展望 电子科技大学 李少谦一、无线与移动通信的种类(按用途分类)n n陆地公众蜂窝移动通信系统陆地公众蜂窝移动通信系统n n无绳电话无绳电话n n集群通信集群通信n n卫星移动通信卫星移动通信n n无线局域网无线局域网n n无线无线ATMATMn n无线接入无线接入n n无线寻呼无线寻呼n n蓝牙技术蓝牙技术n n 无线与移动通信的种类(按频段分类)n n中中长波通信长波通信 1MHz1MHzn n短波短波通信通信 1MHz30MHz1MHz30MHzn n超短波通信超短波通信 30MHz-1GHz30MHz-1GHzn n微波通信微波通信 1 GHz-1 GHz-几十几十GHzGHzn n毫米波毫米波通信通信 几十几十GHzGHzn n红外光红外光通信通信n n大气激光通信大气激光通信n n 二、基本概念与术语特点n n频谱拥挤、频谱需严格菅理n n电波传播存在衰落、多径等问题n n面临环境的干扰和噪声n n存在多普勒频移的影响和大动态范围的要求n n建网复杂，网络需有越区切换、漫游等功能对技术的基本要求n n高的频谱利用率n n好的话音和服务质量n n具有移动性和便携性n n灵活方便的组网n n抗干扰n n保密与信息安全现代公众移动通信技术面临的核心问题n n在满足用户服务质量的前提下，提高频谱利用率，提高系统容量，提供多种服务是公众移动通信的核心问题基本 技术 n n多址技术多址技术n n调制解调调制解调技术技术n n信道信道编编译码译码技术技术n n信源编码技术信源编码技术n n抗抗干扰干扰技术技术n n加密加密技术技术n n组网技术组网技术n n天线天线技术技术n n信道信道机射频技术机射频技术n n分集接收技术分集接收技术.应用技术n n电波电波传播传播与与信道信道建模建模n n系统级系统级仿真仿真n n数字信号处理数字信号处理(DSP)(DSP)n n集成电路设计集成电路设计(SOC(SOC、FPGA)FPGA)n n控制控制与与通信协议通信协议n n软件软件无线电无线电n n高频高频与与微波微波n n无线无线资源资源管理管理n n网络网络设计设计 影响无线通信的技术与经济思想n n支配数字无线通信网发展的四个定律(A.J.维特比)1.1.麦克斯威与赫兹电磁场理论2.2.香农信息论3.3.摩尔定律4.4.网络价值定律(迈卡夫)移动通信系统结构PSTNBTSMSCBTSIP NET GATEWAY系统结构n n基站分系统(BSS)：基站收发信机(BTS)、基站控制器(BSC)n n移动分系统(MS)：手持台、车载台n n交换分系统(MSS)：移动交换机(MSC)、位置寄存器(HLR、VLR)、鉴权中心(AUC)等n n操作与支持系统(OSS)：操作维护中心(OMC)、网络管理中心(NMC)等接口与链路n n空中接口(Um)：MS与BSSn nA接口：BSS与MSSn nAbis接口：BTS与BSCn nAi、Di接口：MSC与PSTN、ISDNn nMS发射：上行链路；反向信道n nBTS发射：下行链路；前向信道接口与链路多址方式 在在移移动动通通信信中中，许许多多用用户户同同时时通通话话，以以不不同同的的移移动动信信道道分分隔隔，防防止止相相互互干干扰扰的的技技术术方方式式称称为多址方式。为多址方式。n n频频分分多址多址(FDMA)FDMA)n n时分多址时分多址(TDMA)TDMA)n n码分多码分多址址(CDMA)CDMA)n n空分多空分多址址(SDMA)SDMA)n n包分多包分多址址(PDMA)PDMA)FDMAFDMAn n频分多址以频率来区分信道。n n特点：使用简单，信号连续传输，满足模拟话音通信，技术成熟。n n缺点：多频道信号互调干扰严重，频率利用率低，容量小。TDMATDMAn n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。n n时分多址只传数字信息，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。CDMACDMAn n采用扩频通信技术n n每个用户具有特定的地址码（相当于扩频中的PN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。n nCDMA在频率、时间、空间上重叠。n n优点：系统容量大，抗干扰、抗多径能力高。CDMA的技术基础：扩频通信扩频解调信息解调D1PN码发生器同步电路扩频调制信息调制信息PN码发生器B1B2B2+NB1N：噪音CDMA双工方式n n单工方式n n频分双工方式 FDDn n时分双工方式 TDDFDD TDD三、移动通信的发展与展望 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全球与中国移动通信市场飞速发展 n n20022002年年5 5月全球手机用户已超过月全球手机用户已超过1010亿亿n n20022002年底中国手机用户己超过年底中国手机用户己超过2 2亿部亿部 ，中国已成中国已成为全球第一大移动通信用户的国家。为全球第一大移动通信用户的国家。n n20052005年年左左右右中中国国手手机机用用户户可可能能将将超超过过三三亿亿，未未来来的的五五至至十十年年，中中国国将将是是全全球球移移动动通通信信领领域域需需求求最最大的市场。大的市场。n n全全球球移移动动通通信信的的用用户户数数将将超超过过固固定定电电话话的的用用户户数数。数据业务将飞速增长。数据业务将飞速增长。Mobile InternetsubscribersMobilesubscribers0200400600800100012001400160018001995200020052010Subscriptions worldwide(millions)MobileFixedMobile InternetFixed InternetWithin the next 5 years Internet access will happen mainly via mobile devices全球移动通信的发展预测用户数(亿)移动通信的发展与展望 电子科技大学 李少谦蜂窝移动电话用户增长USAChinaEstimatesIndiaJapanGermany Italy/UK第一代移动通信n n以模拟通信为特征的移动通信为第一代移动通信n n主要代表：美国AMPS系统 英国TACS系统n n特点：FDMA、模拟话音与传输、频谱利用率低、保密性差、技术简单、第二代移动通信n n以数字通信为特征的移动通信为第二代移动通信n n第二代移动通信主要制式有 欧洲的GSM，TDMA制式 北美的cdmaOne(IS-95CDMA)，CDMA制式 北美的DAMPS(IS-54)，TDMA制式 日本的PDC，TDMA制式 移动通信的发展与展望 电子科技大学 李少谦第二代移动通信n n特点：频谱利用率高、数字话音与传输、多种业务、多种先进技术、保密性好、集成度高、n n先进技术：TDMA和CDMA、语音编码、自适应均衡、数字调制、信道编码、交织、分集接收、功率控制、全球移动用户按技术种类分-至2001年7月第二代移动通信技术与应用正在发展中n nGPRS技术(通用无线分组业务)为GSM系统无线商务提供了高速数据通道;n nCDMA开始在中国大规模建设与应用；n n日本在移动通信上实现无线互联网应用(i-mode)的成功开创了无线数据业务的新时代；n n中国在无线数据应用领域正在起步。移动通信的发展与展望 电子科技大学 李少谦第一代模拟网第三代系统第三代系统提供高速多媒体业务提供高速多媒体业务2Mbps 业务功能时间1989 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 话音业务电路数据业务电路数据业务 9.6 kbps第二代GSM系统智能网业务GPRS115 kbps基于基于IP的分组数据业务的分组数据业务2.5代移动通信技术发展迅速移动通信应用服务业才刚刚起步 n n无线商务与个人信息服务出现和发展无线商务与个人信息服务出现和发展 -手机上网手机上网,电子邮件与商务电子邮件与商务 -实时股票买卖实时股票买卖 -交通、金融、就业等个人信息服务交通、金融、就业等个人信息服务n n无线多种功能将出现和发展无线多种功能将出现和发展 -无线定位、车辆调度菅理无线定位、车辆调度菅理 -报警与监控报警与监控 -自动售货、售票自动售货、售票 移动通信的发展与展望 电子科技大学 李少谦第三代移动通信向我们走来第三代移动通信为IMT-2000；第三代移动通信的标准已确定；第三代移动通信的商用已在2001年10月面世；第三代移动通信的大规模商业应用在2005年以后.移动通信的发展与展望 电子科技大学 李少谦第三代移动通信的总目标IMT-2000的名称为第三代移动通信系统制定了总目标：工作在2000MHz频段 在2000年左右商用全球化，要求多种技术在多种环境下统一标准、统一频率，以实现全球无缝覆盖。综合化，要求系统能传输话音、宽带数据、视频图像等多种业务，满足信息化社会的需要。个人化，系统具有足够的容量潜力和多种用户管理能力，支持个人的移动性，满足巨大的个人通信的需求。移动通信的发展与展望 电子科技大学 李少谦IMT-2000的基本要求 频谱利用率高 服务质量好 高速传输支持多媒体业务 室内环境至少2Mbps 步行环境至少384kbps 车速环境至少144kbps 卫星移动环境至少9.6kbps 传输速率按需分配 支持上、下行链路的不对称需求 易于从第二代系统过渡 支持全球无缝漫游 移动通信的发展与展望 电子科技大学 李少谦第三代移动通信的主流标准 WCDMA (欧洲、日本)FDD cdma2000(北美)FDD TD-SCDMA(中国)TDD 日本己开始首次3G系统商用服务n n20012001年年1010月月1 1日日本在东日日本在东京地区开始了全球首次京地区开始了全球首次WCDMAWCDMA系统商业应用。系统商业应用。n n系统提供可视电话、系统提供可视电话、384384KbpsKbps分组数据分组数据、6464KbpsKbps图象传输图象传输、i-modei-mode互互联网服务。联网服务。n n手机重手机重150150克，彩色液晶克，彩色液晶显示。显示。Announced WCDMA Launch DatesQ4 2001H1 2002H2 2002H1 2003H2 2003SKSources:operator web sites,interim reports,Dagens Industri,Cellular Express,Vision,Reuters,TotalTeleTele2EuropolitanEircellOmnitelVodafone UKJ-PhoneProximusLibertelSFRD2VodafoneVodafoneKPNOneHutchison TelecomHutch 3G UKH3GHI3GHutch 3G AustriaHutchison TelecomE-PlusGroup 3GQuamIPSETelfortCellnetViagT-Mobil?Mobilcom”2003”KTlaunchSoneraAT&TDoCoMo3G Technologies移动通信产业己形成龙头产业 n n移动通信产业是龙头产业，是正在发展的高技术产业n n移动通信产业可分为：服务业：电信营运商、业务提供商制造业：系统与网络制造商、终端产品制造商、辅助行业：网络设计与规划、基础建设、通信电源、移动通信制造业形成了巨大的产业链 n n系统制造(基站、交换机与网络、传输设备、维护设备)、手机制造、芯片设计与制造、通信软件开发、表面贴装元器件生产、宽带功率放大器与天线、电池与液晶显示屏、多层印制电路板、外壳设计与加工、接插件 以宽带无线IP接入为特征的无线局域网（WLAN）、无线个域网（WPAN）、无线城域网(WMAN)发展迅速无线局域网n n什么是无线局域网？什么是无线局域网？uu无线局域网是固定局域网的一种延伸。无线局域网是固定局域网的一种延伸。uu没有线缆限制的网络连接没有线缆限制的网络连接。uu对用户来说是完全透明的，与有线局域网一样。对用户来说是完全透明的，与有线局域网一样。n n无线局域网的特点无线局域网的特点uu灵活性和移动性灵活性和移动性t t简单的点对点技术简单的点对点技术t t基础架构网络提供分布式的数据连接和漫游基础架构网络提供分布式的数据连接和漫游uu与有线局域网相当的功能与有线局域网相当的功能t t但没有线缆的限制但没有线缆的限制t t有效局域网的有效延伸有效局域网的有效延伸uu便携式局域网便携式局域网t t容易设置容易设置 （会议室，小型办公室等）（会议室，小型办公室等）Access PointAir interfaceWLAN Card无线局域网标准的发展n nIEEE 802.11IEEE 802.11uu19971997年批准的第一个年批准的第一个“over the air”over the air”协议协议uu3 3种不兼容的实施种不兼容的实施t t1.61.6Mbps-Frequency Hopping Spread Spectrum(FHSS)Mbps-Frequency Hopping Spread Spectrum(FHSS)t t2Mbps-Direct Sequencing Spread Spectrum(DSSS)2Mbps-Direct Sequencing Spread Spectrum(DSSS)t tDiffused InfraredDiffused Infraredn nIEEE 802.11bIEEE 802.11buu使用使用2.42.4GHzGHz频宽频宽uu使用使用CSMA/CACSMA/CA技术技术uu支持高达支持高达1111MbpsMbps的传输速率的传输速率uuDirect Sequencing Spread Spectrum(DSSS)Direct Sequencing Spread Spectrum(DSSS)uu覆盖距离覆盖距离10-10010-100米米uuWEPWEP安全加密技术安全加密技术uuWECAWECA认证保证兼容性认证保证兼容性n nIEEE 802.11aIEEE 802.11auu将来的标准将来的标准uu5454MbpsMbps传输速率在传输速率在5 5GHzGHz频宽频宽uu使用使用Orthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM)Orthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM)无线局域网的应用n n无线局域网的无线局域网的横向横向应应用用uu无线办公室无线办公室uu公共场所（会议公共场所（会议室等）室等）uu租用的临时办公租用的临时办公室室uu热线服务热线服务uu家庭办公室家庭办公室n n无线局域网的无线局域网的纵向纵向应应用用uu仓储运输仓储运输uu制造业制造业uu零售业零售业uu酒店业酒店业uu金融金融uu医疗医疗802.11 热点区增长预测 BWCS17K37K65K98K144K7KSource:BWCS Ltd.2002Source:BWCS Ltd.2002彩虹计划n n VerizonVerizon,CingularCingular和和AT&T WirelessAT&T Wireless等几个美国移动等几个美国移动运营商运营商 正在和正在和Intel,IBM,Intel,IBM,等等讨论如何形成全国的讨论如何形成全国的802.11802.11b b 无线网络无线网络称为称为“彩虹计划彩虹计划 n n计划致力于建立全国计划致力于建立全国WLAN WLAN 热点区业务（热点区业务（11 11 MbpsMbps）n n本次讨论的领导者本次讨论的领导者 IntelIntel说他预计到说他预计到20032003年年WLAN WLAN 可可以装入以装入2 2千万台笔记本电脑，千万台笔记本电脑，20042004年达到年达到40004000万。万。n nIn-Stat/MDR In-Stat/MDR 认为移动运营商将持续发展认为移动运营商将持续发展WLANWLAN热点，热点，到到20062006年将拥有全世界年将拥有全世界 主要的主要的WLANWLAN用户。用户。韩国韩国 的的WLAN 梦梦:KT 电信推出世界最大的电信推出世界最大的 WLAN 计划计划 n nKTKT的的的的WLANWLAN推广中心向每个推广中心向每个推广中心向每个推广中心向每个DSLDSL用户加收用户加收用户加收用户加收1010美元美元美元美元/月，为其可以无限制使用在韩国境内所有月，为其可以无限制使用在韩国境内所有月，为其可以无限制使用在韩国境内所有月，为其可以无限制使用在韩国境内所有WALNWALN接接接接入区入区入区入区。n nKTKT计划在计划在计划在计划在20022002年之内年之内年之内年之内在在在在韩国建立韩国建立韩国建立韩国建立2500025000个接入区。个接入区。个接入区。个接入区。到到到到20022002年年年年7 7月已经建立了月已经建立了月已经建立了月已经建立了50005000个个个个WLANWLAN热点区。热点区。热点区。热点区。n nKTKT希望到希望到希望到希望到20022002年底有年底有年底有年底有5050万万万万DSLDSL用户登记使用用户登记使用用户登记使用用户登记使用WLANWLAN业务。计划到业务。计划到业务。计划到业务。计划到20032003年底再增加年底再增加年底再增加年底再增加200200万用户万用户万用户万用户n n KT KT 将其将其将其将其WLAN WLAN 公共接入计划命名为公共接入计划命名为公共接入计划命名为公共接入计划命名为NESPOT NESPOT NetworkNetwork移动移动IP的基本原理的基本原理Internet移动终端移动终端移动终端移动终端家代理家代理家代理家代理(HA)HA)外代理外代理外代理外代理(FA)FA)APAP路由器路由器路由器路由器漫游漫游漫游漫游固定用户固定用户固定用户固定用户移动用户移动用户移动用户移动用户IPinIPIPinIP隧道隧道隧道隧道WMAN无线接入的发展趋势n n全IP接入n n宽带、大容量接入n n更高频段接入n nIEEE802.16.1协议，工作频率30GHz，可提供155Mbps数据速率宽带IP无线接入系统WPAN与蓝牙技术(Bluetooth)移动通信的发展与展望 电子科技大学 李少谦n n蓝牙技术是在小范围内将移动通信设备、固定通信设备、蓝牙技术是在小范围内将移动通信设备、固定通信设备、计算机及终端设备、各种数字数据糸统甚至数字家电使计算机及终端设备、各种数字数据糸统甚至数字家电使用无线方法互联互通的技术。用无线方法互联互通的技术。n n蓝牙技术特点蓝牙技术特点:(1.0:(1.0版本标准版本标准)-工作在工作在2.42.4GHzGHz频段频段,-采用采用TDMATDMA多址方式一点对多点双工话音和数据多媒多址方式一点对多点双工话音和数据多媒 体传输体传输,双工方式双工方式TDD,TDD,一点可对七点一点可对七点,-采用高速跳频抗干扰技术采用高速跳频抗干扰技术,跳频速率可达跳频速率可达16001600跳跳/秒秒,-基带符号速率基带符号速率1 1Mbps.Mbps.Cellular accessBluetooth within PANPANPAN Personal Area NetworkComplementing Technologies1G2G3GWireless LANWireless ATMWireless IPWireless Modem?移动通信的发展趋势VoiceWide bandBroad bandAnalogDigitalIntegratedDataNarrow bandB3G/4G3G2GMulti-function1GMultimediaSmartPoint frequency未来移动通信的发展趋向移动通信的发展趋向Beyond 3G/4G的研究n n目前国际上有关超三代(第四代)移动通信的研究己经开始，远景描述已完成，其基本需求、频率、核心技术还处于前期研究阶段。但较为明确的一点是，第四代移动通信的实用期定在2012年以后。这符合移动通信技术每10-15年产生一代新体制的发展规律。超IMT-2000的Vision的新进展n nITUITU确定了确定了Systems Beyond IMT-2000Systems Beyond IMT-2000的的基本概基本概念念n nITUITU确定了确定了Systems Beyond IMT-2000Systems Beyond IMT-2000的的数据速数据速率率目标：在目标：在20102010年左右年左右数据速率数据速率达到达到uuup to approximately 100 up to approximately 100 MbitMbit/s for high/s for high mobilitymobility；uu up to approximately 1 up to approximately 1 GbitGbit/s for low mobility/s for low mobility such as nomadic/local wireless accesssuch as nomadic/local wireless access n nITU确定了基本时间表和进度安排超IMT-2000的基本定义(WP8F#6)n nBeyond Beyond IMT-2000IMT-2000是是指指广广泛泛用用于于各各种种电电信信环环境境的的无无线线系系统统的的总总和和，包包括括蜂蜂窝窝、固固定定无无线线接接入入、游游牧牧（NordicNordic）接接入入系系统统等等。Beyond Beyond IMT-IMT-20002000的的能能力力将将含含盖盖并并远远远远超超出出IMT-2000IMT-2000系系统统及及与与其其进进行行互互连连的的无无线线系系统统的的能能力力，含含盖盖了了目目前前的的IMT-2000IMT-2000、无无线线接接入入、数数字字广广播播等等系系统统的的能能力力，并并将将新新增增两两个个部部分分，即即支支持持约约100100MbpsMbps的的蜂蜂窝窝系系统统和和支支持持高高达达1 1G Gbpsbps以以上上速速率率的的游游牧牧/本本地无线接入系统等。地无线接入系统等。Source:ITU-R WP8F 7th Meeting,Queenstown,February 27 March 5,2002,TEMP 251r1eIMT-2000WLANtypeCellular2ndgen.Short RangeConnectivityWirelinexDSLotherentitiesDigitalBroadcastreturn channele.g.cellulardownload channelNew RadioInterfaceIMT-2000WLANtypeCellular2ndgen.Short RangeConnectivityWirelinexDSLotherentitiesDigitalBroadcastreturn channele.g.cellulardownload channelNew RadioInterfaceIP based Core Network Services andapplications各个阶段及预期的时间表概述：概述：FuTUREFuTURE计划是中国高技术研究发展计划（863863计划）通信主题关于未来无线通信通用环境研究的重大项目。主要目标是，面向未来10年无线通信领域的发展趋势和需求，建立一个集区位通信（包括WLAN/HAN/VAN/PANWLAN/HAN/VAN/PAN）与新一代蜂窝移动通信（Beyond Beyond 3G/4G3G/4G）为一体的通用无线电环境。支持人机互动、机器与机器互动、自动、自治等面向未来的多媒体新业务。研究Beyond Beyond 3G/4G3G/4G新一代蜂窝通信空中接口技术，建立关键技术验证系统，支持面向未来的无线通信新业务。推进国际合作，对形成新一代无线与移动通信知识产权和体制标准方面做出较大贡献，使中国移动通信技术研究与国际先进水平同步发展，为实现中国未来无线通信产业的跨越式发展创造条件。中国未来移动通信计划中国未来移动通信计划（FuTURE计划）计划）四、移动通信网性能指标 话音质量和信噪比要求 n n话话音音传传输输质质量量以以接接收收机机输输出出端端音音频频频频带带内内的的信信噪噪比比S/NS/N或或载载噪噪比比C/NC/N来来表表示示，业业务务种种类类不不同同，要求不同（公网高，专网低）。要求不同（公网高，专网低）。n n移移动动数数据据传传输输常常用用误误码码率率，一一般般只只有有1010-4-4左左右右，常用纠错等方法提高。常用纠错等方法提高。n n误误码码率率一一般般用用E Eb b/N/No o（归归一一化化信信噪噪比比）作作为为常常数数来来计计算算，E Eb b/N/No o为为折折合合到到接接收收机机输输入入端端的的比比特特能能量量E Eb b与噪声的单边功率谱密度与噪声的单边功率谱密度N No o之比值。之比值。话音质量和信噪比要求 话音质量的评定往往采用主观评定的办法，话音质量的评定往往采用主观评定的办法，CCITTCCITT将评分质量分为五级将评分质量分为五级 级别级别 评定类别评定类别 人的印象标准人的印象标准 5 5 优优 几乎无噪声和失真，细节清晰可辨几乎无噪声和失真，细节清晰可辨 4 4 良良 有可感觉的轻微噪声和失真有可感觉的轻微噪声和失真 3 3 中中 有令人烦恼的噪声和失真有令人烦恼的噪声和失真 2 2 差差 有令人非常烦恼的噪声和严重失真有令人非常烦恼的噪声和严重失真 1 1 劣劣 语言几乎不可懂语言几乎不可懂 话音质量和信噪比要求n n公网一般要求4级，专网3级 n n对于不同的移动业务，各国对S/N或C/N的规定不一样。n n中国：模拟通信，移动用户与固定市话、长话用户通话时，要求S/N为大于29dB或C/N为17dB，相当于4级话音。n n美国AMPS网要求C/N大于18dB，日本要求20dB，服务等级（GOS）n n服务等级用呼损率服务等级用呼损率B B表示表示n nB B：在一个正常运行的系统中，忙时呼叫被阻在一个正常运行的系统中，忙时呼叫被阻塞的概率，单位为塞的概率，单位为ErlangErlang。n n服务等级决定于系统中同时发出的呼叫数、总服务等级决定于系统中同时发出的呼叫数、总话务量、信道数量、系统设计等话务量、信道数量、系统设计等n n呼损率包括无线信道呼损和中继电路呼损。呼损率包括无线信道呼损和中继电路呼损。n n我国规定：无线信道我国规定：无线信道B0.05B0.05，在话务密度高的在话务密度高的地区地区B0.02B0.02，中继电路中继电路B B应更低。应更低。呼叫中断概率 n n在一个小时内建立的Q次呼叫中，若N次丢失，则呼叫中断概率为N/Q，呼叫中断概率跟系统设计、严重干扰、越区切换等有关。通信概率 n n移移动动通通信信由由于于受受地地形形的的影影响响和和无无线线信信号号传传播播裒裒落影响，不可能达到覆盖范围的落影响，不可能达到覆盖范围的100100。n n通通信信概概率率是是指指移移动动用用户户在在给给定定服服务务区区域域进进行行成成功功通通话话（达达到到规规定定通通话话质质量量）的的概概率率，它它包包括括位置概率和时间概率。位置概率和时间概率。n n我国公网规定：城市通信概率我国公网规定：城市通信概率90%90%，农村通信，农村通信概率概率50%50%n n专网则要求较高，如铁路通信要求通信概率专网则要求较高，如铁路通信要求通信概率(在在3 3级话音质量下级话音质量下)95%)95%，。，。，参考书 n n1.1.无无 线线 通通 信信 原原 理理 与与 应应 用用，美美 Theodore Theodore S.S.RappaportRappaport.Wireless Wireless Communications Communications principlesprinciples andpracticeandpractice.蔡涛等译，电子工业出版社蔡涛等译，电子工业出版社 2.2.移动蜂窝通信，模拟和数字系统（第二版），移动蜂窝通信，模拟和数字系统（第二版），美美 李建业著，人民邮电出版社李建业著，人民邮电出版社 3.3.CDMACDMA扩频通信原理，扩频通信原理，美美 A.J.A.J.维特比著，维特比著，李世鹤等译，人民邮电出版社李世鹤等译，人民邮电出版社 4.4.第第三三代代移移动动通通信信系系统统原原理理与与工工程程设设计计，IS-IS-95 95 CDMACDMA和和cdma2000cdma2000，美美 Vijay Vijay K.K.GargGarg等等，于鹏等译，电子工业出版社于鹏等译，电子工业出版社参考书 n n5.CDMA系统工程手册，Jhong Sam Lee等著，许希斌等译，人民邮电出版社 6.现代移动通信系统，祁玉生等编，人民邮电出版社 7.数字移动通信（修订本），郭梯云编，人民邮电出版社 8.第三代移动通信技术，孙立新等编，人民邮电出版社 现代无线与移动通信系统第二章李少谦电子科技大学第二章 移动通信组网与系统设计 1、大区制移动通信网 n n早期的移动通信网一般是大区制早期的移动通信网一般是大区制n n主要特点：主要特点：基站天线很高：几十米至几百米基站天线很高：几十米至几百米基站发射功率大：基站发射功率大：5020050200WW覆盖半径：覆盖半径：30503050公里公里n n优点：网络结构简单、成本低优点：网络结构简单、成本低n n缺缺点点：容容量量小小，一一般般用用户户几几十十至至几几百百个个，一一般用于专网般用于专网1、大区制移动通信网（续）n n提高覆盖半径是大区制需解决的问题n n决定覆盖半径的因素为：地球的曲率地形影响多径反射移动台发射功率小，上行信号传输距离有限（上下行差可达612dB）1、大区制移动通信网（续）n n解决上行信号问题的办法：设置分集接收台基站发射用全向天线 基站接收用定向天线（可有810dB增益）提高基站接收灵敏度同频转发2、小区制网构成方式n n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）n n优点：提高频率利用率，组网灵活n n缺点：网络复杂 同频干扰与同频复用比 n n频率复用是小区制网的核心问题。频率复用是小区制网的核心问题。n n频率复用：小区内基站的工作频率，由于电波频率复用：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。后的另一小区重复使用。n n研究同频干扰和同频小区间的距离是频率复用研究同频干扰和同频小区间的距离是频率复用的依据。的依据。n n同同频频小小区区间间的的距距离离取取决决于于能能容容的的同同频频干干扰扰。同同频频 干干 扰扰 又又 取取 决决 于于 话话 音音 质质 量量 要要 求求 的的 载载 噪噪 比比（C/NC/N）或或C/IC/I。同频干扰与同频复用比n nD：同频基站间的距离为同频复用距离n nR：小区半径 同频干扰与同频复用比n n定义：定义：Q=D/RQ=D/R为同频复用比为同频复用比 n n同频复用比告诉我们：同频复用比告诉我们：QQ复用次数越多，系统容量越大；复用次数越多，系统容量越大；Q Q 复用次数越少，话音质量好，干扰小。复用次数越少，话音质量好，干扰小。n nQ Q的的选选取取主主要要考考虑虑C/IC/I比比，C/IC/I取取决决于于同同频频干干扰扰射射频频防防卫卫度度，射射频频防防卫卫度度是是满满足足接接收收质质量量要要求求时时的的射射频频信信号号与与干干扰扰信信号号之之比比（射射频频防防卫卫度度，一一般定为话音般定为话音4 4级时为级时为1717dBdB、3 3级时为级时为1212dBdB）。）。同频干扰与同频复用比 同频干扰与同频复用比n n推导：同频干扰与同频复用比 条状服务区 n n可采用多个频率复用，二频复用，三频，四频可采用多个频率复用，二频复用，三频，四频n n复用时需确定重叠区：重叠区太大，越区干扰复用时需确定重叠区：重叠区太大，越区干扰大，重叠区小，弱电场区可能多。大，重叠区小，弱电场区可能多。条状服务区 面状服务区与蜂窝结构 n n实际的面状小区的覆盖，基站天线全向辐射时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。为一个圆，实际为不规则，有重叠区。n n为为了了理理论论分分析析和和设设计计方方便便，用用全全覆覆盖盖的的形形状状代代表表，可可用用全全六六边边形形、四四面面形形、三三角角形形，面面积积最最大、最直接的为六边形。大、最直接的为六边形。面状服务区与蜂窝结构 n n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。面状服务区与蜂窝结构 n n簇簇：共共同同使使用用全全部部可可用用频频率率的的N N个个小小区区叫叫做做一一簇簇，若若系系统统中中簇簇复复制制得得越越多多，则则系系统统容容量量越越大大，频率的利用率越高。频率的利用率越高。n n因因数数N N叫叫做做簇簇的的大大小小，典典型型值值3 3、4 4、7 7、9 9、12 12、面状服务区与蜂窝结构 n nN越大，则意味着同频小区间距离越远，同频干扰越小。n nN越小，则意味着一个系统中可有更多的簇，频率利用率高，有更多的容量。n nN的选取原则：从提高频率利用率的角度，在保持满意的通信质量的前提下，N应取最小值最好。面状服务区与蜂窝结构 面状服务区与蜂窝结构n n找某一小区的相距最近的同频相邻小区按下步进行：沿着任意一条六边形链移动a个小区，并时钟旋转60再移动b个小区 面状服务区与蜂窝结构 蜂窝系统的同频干扰 n n全向天线时全向天线时的同频干扰的同频干扰 蜂窝系统的同频干扰 蜂窝系统的同频干扰 蜂窝系统的同频干扰n n一般取n=4（城市环境）蜂窝系统的同频干扰 蜂窝系统的同频干扰邻频干扰 n n相邻频率的信号干扰产生的原因：发射信号的杂散、谐波接收机滤波问题 解决办法：采用信道分配不相邻的方法。3、提高系统容量的方法 小区分裂 n n小区分裂是频率复用外，提高蜂窝网容量及频谱效率的又一重要概念n n小区分裂是解决网中用户的增加，解决网中用户密度的不同的有效方法n n小区分裂为：在原小区的基础上增加新基站，如常用1：4方案，新小区半径是原小区的一半 划分扇区 n n利用定向天线来改变同频干扰，从而可选较小簇，一般用120扇区4、系统信道分配策略(小区间信道分配)n n固定信道分配：每小区频率固定 n n动态信道分配：按需分配 n n固定与动态相结合：借用信道分配 5、多信道共用技术与信道设计（1）小区内多信道共用的概念 n n独立信道方式：用户在指定信道上工作，信道利用率不充分。n n多信道共用：任何一个小区内的移动用户可选取小区内空闲信道，所有信道对用户共用。n n多信道共用提高了小区内信道利用率。n n（2）信道的自动选择方法n n多信道技术的主要问题是怎样自动选择信道n n传统方法（人工选择老式电话机）n n自动选择方法：四种方式 专用呼叫信道方式 n n在给定的多个共用信道中，选择一个信道专门作为呼叫信道，以完成建立通信联系的信道分配，而其余信道作为话务信道。n n适合：大系统、多信道、蜂窝移动通信系统采用此方式，一个小区内有几十个信道、一次呼叫在几百毫秒。循环定位方式 n n基站在空闲信道中可选择一个空闲信道，作为基站在空闲信道中可选择一个空闲信道，作为临时的呼叫信道，在此信道上基站发出呼叫信临时的呼叫信道，在此信道上基站发出呼叫信号在给定的多个共用信道中，没有专门指定的号在给定的多个共用信道中，没有专门指定的话务信道和呼叫信道，具体哪一个信道临时作话务信道和呼叫信道，具体哪一个信道临时作为呼叫信道使用由基站控制，每个信道都有机为呼叫信道使用由基站控制，每个信道都有机会临时担当呼叫信道。会临时担当呼叫信道。n n优优点点：信信道道利利用用率率高高，全全部部信信道道可可通通话话，适适用用于中小容量的系统于中小容量的系统n n缺点：处理时间长，有呼叫冲突现象。缺点：处理时间长，有呼叫冲突现象。循环不定位方式 n n基于循环定位方式，企图解决冲突现象。基于循环定位方式，企图解决冲突现象。n n基站在所有空闲信道上都发出空闲信号，通信基站在所有空闲信道上都发出空闲信号，通信双方随机地占据就近的空闲信道。双方随机地占据就近的空闲信道。n n用户须进行信道扫描，基站下行需发长信号。用户须进行信道扫描，基站下行需发长信号。n n移动用户不定位呼叫基站，基站发长信号定位移动用户不定位呼叫基站，基站发长信号定位移动台建立通信。移动台建立通信。n n只只适适合合信信道道很很少少的的系系统统，解解决决了了冲冲突突，但但接接续续时间长，系统的全信道都工作，互调干扰严重。时间长，系统的全信道都工作，互调干扰严重。循环分散定位方式n n上种方法的改进，基站下行时，在所有信道上发呼叫信号，等待应答 n n解决接续时间长，但接续控制复杂，多信道工作。（3）系统信道数的设计n n在移动通信怎样设计信道的数量，满足通信的服务质量，满足用户的需求，是设计中的一个重要问题。n n服务等级GOS，用呼损率B表示。（3）系统信道数的设计n n用户越满意，但B太小.如B=0，则需很多信道来满足B的要求，或意味着允许的用户数少，公网中一般取B=0.05n n在一个系统中，满足一定用户数U，选择合理的N个信道，达到B要求的服务质量是信道设计的要点。（3）系统信道数的设计n n在多信道共用中，存在两种中继方式：n n 不对呼叫请求进行排队 阻阻塞塞呼呼叫叫清清除除，如如果果有有空空闲闲信信道道则则立立即即进进入入，如果已没有空闲信道，则呼叫阻塞，拒绝进入。如果已没有空闲信道，则呼叫阻塞，拒绝进入。n n 对呼叫请求进行排队n n根据排队论可得到在第一种中继方式下服务等级B的公式为：N：信信道数，A提供的总话务量。根据上式可得到：B、A、N的三者关系。上式一般计算成表，方便使用。同时又根据用户数U、每用户的话务量，可得A与用户数的关系，一般在工程设计时，将每用户的话务量考虑为忙时话务量计算。C：用户每天平均呼叫的次数T：每次呼叫平均占用信信道的时间（秒/次）K：集中系数，忙时话务量对全日（24小时）话务量的比，一般选10%15%信道利用率：n n信道利用率表示在单位时间内，信道占用的话务量时间之比(常用%表示)，越大表示每信道越忙，空闲的时间越短，利用率越高。6、越区切换（1）什么叫越区切换 n n 越区切换：当前正在通信的移动台与基站之间的链路转移到另一个基站的过程。越区切换的种类n n越区切换从技术上可分硬切换和软切换：硬切换：新的连接建立前，先中断旧的连接。例如GSM系统。软切换：指既维持旧的连接，又同时建立新的连接。例如CDMA系统。越区切换的种类n n越区切换从小区的性质上可分：越区切换从小区的性质上可分：同一交换中心基站之间的越区切换同一交换中心基站之间的越区切换同一同一BSCBSC之间的切换之间的切换不同不同BSCBSC之间的切换之间的切换不同交换中心之间基站的越区切换，不同交换中心之间基站的越区切换，微小区与宏小区之间的切换微小区与宏小区之间的切换同基站内不同扇区的切换，同基站内不同扇区的切换，不同运营商之间的切换。不同运营商之间的切换。切换的研究包括三个方面：n n1.越区切换的准则，也就是何时需要进行越区切换n n2.越区切换如何控制，也就是系统完成切换的实施过程 3.越区切换时的信道分配。切换策略的目标：n n切换次数和中断次数最小 n n无明显干扰的快速通话转接n n对新呼叫阻塞的影响最小 主要性能指标包括：n n 越区切换的失败概率n n因越区失败而使通信中断的概率 n n越区切换的速率n n越区切换引起的中断的时间间隔与时延（2）越区切换的准则 n n决定何时需要进行越区切换，通常根据移动台处接收的平均信号强度，或信噪比、信干比、误比特率等参数。相对信号强度准则：n n在任何时间都选择具有最强接收信号的基站，如A处。n n缺点：在原基站信号强度仍满足要求的情况下，会引发太多不必要的越区切换，特别在衰落信道下。具有门限规定的相对信号强度准则：仅允许移动用户在当前基站的信号足够弱（低于某一门限），且新基站的信号强于本基站的信号情况下，才可能进行切换。门限Th2，B点切换。n n 此法选门限为关键，门限低，如Th3，会引越较大的越区时延，此时链路质量差，可能会导致信号中断。具有滞后余量的相对信号强度准则 n n仅允许移动用户在新基站的信号强度比原基站信号强很多（即大于滞后余量）的情况下切换。n nC点，h为滞后余量。具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则：n n将上述二准则结合。n n上述各准则中信号强度的测量需注意：，由于信号有衰落，需取窗口，对一段信号求平均值，窗口的宽度越大，平均后方差越小，但时延越大，时延越大，掉话可能性越大。（3）越区切换控制 n n过程控制主要有三种：移动台控制的越区切换 网络控制的越区切换 移动台辅助的越区切换 移动台控制的越区切换 n n移动台连续监测当前基站和几个越区时的候选基站的信号强度和质量，当满足某种越区切换准则后，移动台选择具有可用业务信道的最佳候选基站，并发送越区切换请求。n nDECT等小系统常采用，在大系统中容易引起切换冲突。网络控制的越区切换n n基站监测来自移动台的信号强度和质量，当信号低于某个门限后，网络开始安排向另一个基站的越区切换。n n缺点：若MS失去联系，将造成信号中断。n n第一代模拟系统采用此方法n n切换时间长，可达10S。移动台辅助的越区切换n n网络要求移动台测量其周围基站的信号并把结果报告给旧基站，网络根据测试结果决定何时进行越区切换以及切换到哪一个基站。n n第二代系统GSM，CDMA都采用此方法。n n特点：时间快，切换过程1s2s，信号中断1s。(4)越区切换时的信道分配 n n越区切换时的信道分配涉及切换优先问题。n n系统处理切换请求时常采用越区切换请求优先于初始呼叫请求。优先切换的方法 n nA.保留小区中所有信道中的一小部份，专门服务切换请求。缺点：信道利用率降低n nB.对切换请求进行排队。微小区高速移动切换的问题 n n在微小区，高速移动用户仅有很少时间就需切换，对系统压力太大，n n一种宏小区与微小区相结合的伞状小区结构，切换时采用宏小区信道可解决上述问题。