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1、Communication2022/12/281现代通信新技术现代通信新技术北京邮电大学北京邮电大学张永军张永军教三楼教三楼710房间房间 62281173-603Communication2022/12/282讲座内容讲座内容：第一章绪论第二章信息处理的原理和技术基础第三章无线通信技术第四章光通信技术第五章接入网技术第六章IP通信网第七章数字电视系统现代通信新技术现代通信新技术Communication2022/12/283u无线通信的概述无线通信的概述u无线通信的信道特性无线通信的信道特性u第二代移动通信技术第二代移动通信技术uGSM、CDMAu第三代无线通信系统第三代无线通信系统uTD-
2、SCDMA、WCDMA、CDMA2000u无线数字接入系统无线数字接入系统uWLAN、Wi-Max移动通信网移动通信网Communication2022/12/28420世纪五个W的概念：“任何人（Whoever）在任何地方（Wherever）任何时间（Whenever）可以同任何人（Whomever）进行任何形式（Whatever）的通信”。20世纪的目标是实现实现“任何地方、任何时候、任何人”（anywhere,anytime,anyone)的通信；21世纪的目标应该是实现“处处、时时、人人”（everywhere,all-the-time,everyone）的通信（甚至任何电器产品）移动
3、通信的概述移动通信的概述Communication2022/12/285实现个人通信发展的前提：大容量:网络可支持世界范围的所有人所需要的通信全覆盖：网络能够覆盖全球几乎任何地点终端地址丰富：每个终端都有自己的地址作为标识和寻址移动性：网络支持用户在移动中的各种通信需求智能化：网络和终端智能化，为用户提供智能化服务低费用：任何人都可以支付通信所需要的费用移动通信的概述移动通信的概述Communication2022/12/286移动通信的种类：集群通信警察、出租车调度蜂窝移动电话车载、手持机无线寻呼数显、汉显、双向无绳电话家用、公共无线接入点，发展成为小灵通卫星移动通信“铱”、全球星等WLAN
4、 IEEE802.11a,11b,11g，16g Ad-Hoc 网络：构成一种特殊的无线网络应用模式，一群计算机接上无线网络卡，即可相互连接。移动通信的概述移动通信的概述Communication2022/12/287移动通信系统的组成移动通信系统的组成Communication2022/12/288移动通信的特点和难点：终端以无线方式接入网络无线传输的开放性导致信号的衰落与干扰无线传输环境复杂没有准确的模型描述设备移动性引起传输环境的时变性用户的移动性导致网络管理复杂移动通信的特点移动通信的特点Communication2022/12/289对移动通信技术发展的一般要求无线资源的利用率（下页
5、）是解决高密度用户需求、降低频率使用费的关键通信距离/发射功率是降低成本(设备成本与网络建设费用)的关键设备价格 系统设备、终端设备与网络建设费用应当不高于有线系统组网能力与现有移动通信网的兼容性及与未来网络的适应能力可能提供的业务话音、传真、数据、多媒体、增值业务、移动性等等移动通信的特点移动通信的特点Communication2022/12/2810与之相关的：无线资源频率、码、功率、导频等。无线资源管理无线资源的分配和调度，主要包括信道分配和包调度技术。面向网络的无线资源管理，主要包括呼叫接入控制和负载控制。面向连接的无线资源管理，主要包括功率控制，速率控制、切换技术和自适应技术。移动通
6、信的特点移动通信的特点Communication2022/12/2811影响频谱利用率的频谱利用率的因素频谱分配（全球由全球无线大会决定，各国由无线电管理委员会决定）无线传输技术（信源与信道编码、调制及各种抗衰落抗干扰技术）多址技术和双工技术无线资源管理技术无线网络覆盖技术移动通信的特点移动通信的特点Communication2022/12/2812长波30300 KHz10-1km中波0.3-1.5 MHz1000-200m短波1.5-30 MHz100-10m超短波:米波30-300 MHz10-1m微波：分米波 0.33 GHz 100-10cm厘米波3-30 GHz 10-1cm毫米波
7、30-300 GHz 10-1mm亚毫米波300-3000 GHz1-0.1mm光波：红外光 3103-3105 GHz 100-1m可见光3105-3106 GHz 0.8-0.4m无线通信的频谱无线通信的频谱Communication2022/12/2813我国陆地蜂窝移动通信业务的频率分配中国联通中国联通CDMA 800MHz 825835 870880中国移动中国移动 GSM 900 890909 935954联通联通GSM 900 909915 954960中国移动中国移动GSM 1800 17101720 18051815中国联通中国联通GSM 1800 17301740 1825
8、1835Communication2022/12/2814移动通信技术发展过程第一代：模拟系统80年代开始发展，使用到21世纪初，共有5,000万用户多标准，区域性系统第二代：数字系统90年代开始发展，使用到2010年左右，预计将有40,000万用户标准化改善，接近全球系统第三代：多媒体系统2002年开始使用，使用到2020年左右，预计有200,000万用户争取统一标准，全球系统第四、五代？两个驱动力：市场和技术移动通信的特点移动通信的特点Communication2022/12/2815移动通信家族的演进和发展移动通信家族的演进和发展模拟移动通信（AMPS、TACS等)模拟无绳电话移动卫星T
9、DMA(GSM,IS136)数字无绳电话第三代移动通信(IMT2000)199020002010IS-95CDMAWLL小灵通移动通信的特点移动通信的特点IS-95CDMACommunication2022/12/2816我国移动通信市场全球最大规模的移动用户数：总计N亿多移动用户，预计2010年达到6M亿移动通信用户数已经超过固定电话用户数（高Q万）短信业务世界第一将成为三个超万亿产值的行业之一全国移动通信发展不平衡，发达地区用户数明显高于不发达地区移动通信的特点移动通信的特点Communication2022/12/2817移动通信发展全球经济发展和信息化社会的要求通信设备移动性和个人化的
10、要求有限频率资源和人口集中的矛盾Internet的异军突起非话业务的快速增长技术进步提供的可能全球经济和技术竞争的产物移动通信的特点移动通信的特点Communication2022/12/2818l无线传播环境的复杂性：天波（电离层、对流层）、地波（直射、反射、绕射）l无线传播的分类带宽受限信道和功率受限信道色散信道和非色散信道（时间和频率）恒参信道和变参信道点对点信道和多址信道*无线通信的传播无线通信的传播Communication2022/12/2819什么叫自由空间？无任何衰减、无任何阻挡、无任何多径的传播空间。无线电波在自由空间传播时，其单位面积中的能量会因为扩散而减少。这种减少，称为
11、自由空间的传播损耗Ls。LS=(4 d/)2 =(4 f d/c)2以分贝数表示：LS=92.4+20 lg f(GHz)+20 lg d(km)dB*无线电波传播特性无线电波传播特性Communication2022/12/2820*无线电波传播特性无线电波传播特性Communication2022/12/2821DirectpathReflectedpath1230-100m2kmormore1istheincidentofthedirectwave,alsocalledtheelevationangle.2istheincidentofthereflectedwave.*无线电波传播特性
12、无线电波传播特性Communication2022/12/2822无线移动通信信道由长期慢衰落和短期快衰落效应来表征的。忽略热噪声时，接收机接收的信号可以表示为m(t)表示长期慢衰落，即本地平均或对数正态衰落分量，其的幅度是对数正态功率密度函数，r0(t)表示短期快衰落(快衰落），即多径或瑞利(Rayleigh)衰落分量。两种衰落都与接收机天线的位移有关。信道表征信道表征Communication2022/12/2823长期衰落长期衰落m(t)快衰落快衰落r0(t)信道表征信道表征Communication2022/12/2824n多普勒(Doppler)效应 n当移动体在x轴上以速度v移动时
13、引起多普勒（Doppler）频率漂移。n多普勒效应引起的多普勒频移表示为式中，为移动速度 为波长信道表征信道表征Communication2022/12/2825分集技术分集的目的信号传输方式获得多路信号的方式宏观分集（抗长期衰落）微观分集（抗短期衰落）显分集隐分集交织和编码技术调频技术直接序列扩频技术空间位置分集(多天线宏分集)空间角度分集(智能天线)时间分集(TTc)频率分集(调频或DSSS)极化分集*克服衰落信道影响的方法克服衰落信道影响的方法Communication2022/12/2826主要制式GSMCDMA IS-95 IS95A IS95C TDMA/CDMA数字无绳电话和WL
14、L继续发展的可能性基本满足了话音通信的要求都将提供低速数据业务成本和价格能被市场所接受在频率资源容许时，在2010年前将继续发展第二代移动通信的现状和未来第二代移动通信的现状和未来Communication2022/12/2827GSM世界上最大、最成功的第二代移动通信网标准化程度最好设备价格能被运营商和用户所接受DCS1800提供更多频率资源使用的技术相对落后，如：为满足数据通信的要求的改进话音质量等方面是向第三代移动通信发展的主要起点和网络基础，在2010年前将继续获得发展第二代移动通信的现状和未来第二代移动通信的现状和未来Communication2022/12/2828工作频段：905
15、915（移动台发、基站收）950960（基站发、移动台收）随着业务的发展，可使用1800MHz频段：17101785（移动台发、基站收）18051880（基站发、移动台收）第二代移动通信的现状和未来第二代移动通信的现状和未来手机发高频基站发低频Communication2022/12/2829蜂窝的概念：无线覆盖区域的一种理论化的模型六边形理论化理想化实际化第二代移动通信的现状和未来第二代移动通信的现状和未来Communication2022/12/2830蜂窝小区的覆盖蜂窝小区的覆盖链状覆盖链状覆盖二频组二频组三频组三频组面状覆盖面状覆盖f1f2f1f2f1f2f1f1f2f3f1f2f3f
16、1第二代移动通信的现状和未来第二代移动通信的现状和未来Communication2022/12/2831宏区微区微区微微区蜂窝小区的覆盖蜂窝小区的覆盖嵌套覆盖嵌套覆盖(HCS)第二代移动通信的现状和未来第二代移动通信的现状和未来Communication2022/12/2832Cellular Systems-cell radius up to 20 km-cell site antenna 50 m-around 900 MHzPCS Environments-tx range of 300-500 m-tx antenna 10 m-around 2 GHzMacrocellMicroce
17、llsPicocell第二代移动通信的现状和未来第二代移动通信的现状和未来Communication2022/12/2833频分多址（频分多址（FDMA）/时分多址技术（时分多址技术（TDMA）在传统的无线电广播中，均采用频分多址（FDMA）方式，每个广播信道都有一个频点，如果你要收听某一广播信道，则必须把你的收音机调谐到这一频点上。模拟蜂窝移动系统也采用了此技术，某一小区中的某一客户呼叫占用了一个频点，即一个信道（实际上是占用两个，因为是双向连接，即双工通信），则其它呼叫就不能再占用。在GSM中，无线路径上是采用时分多址（TDMA）方式。每一频点（频道或叫载频TRX）上可分成8个时隙，每一时
18、隙为一个信道，因此，一个TRX最多可有8个移动客户同时使用，第二代移动通信的现状和未来第二代移动通信的现状和未来Communication2022/12/283425MHz（124个ARFCN）890MHz915MHz25MHz（124个ARFCN）935MHz960MHz45MHz890.1MHz890.3MHz890.2MHz200KHz914.7MHz914.9MHz914.8MHz200KHz100KHz100KHz第二代移动通信的现状和未来第二代移动通信的现状和未来Communication2022/12/2835第二代移动通信的现状和未来第二代移动通信的现状和未来GSM系统的时分多
19、址(TDMA)：在频分多址的基础上时分多址频分带宽200KHzCommunication2022/12/28360123456701234567TDMA 帧帧 2TDMA 帧帧 10123456701234567TDMA 帧帧 2TDMA 帧帧 1UplinkUplinkDownlinkDownlink第二代移动通信的现状和未来第二代移动通信的现状和未来Communication2022/12/2837逻辑信道又分为两大类，业务信道和控制信道。业务信道（TCH）：用于传送编码后的话音或客户数据，在上行和下行信道上，点对点（BTS对一个MS，或反之）方式传播。控制信道：用于传送信令或同步数据。根
20、据所需完成的功能又把控制信道定义成广播、公共及专用三种控制信道第二代移动通信的现状和未来第二代移动通信的现状和未来Communication2022/12/2838切换（Handover/Handoff）移动通信系统的切换移动通信系统的切换Communication2022/12/2839软切换移动台合并功率移动台合并功率各自小区的接收能量各自小区的接收能量移动通信系统的切换移动通信系统的切换Communication2022/12/2840呼吸效应容量充裕小区容量充裕小区容量非饱和小区容量非饱和小区减少呼损，合理分布用户负载充分利用网络资源充分满足用户动态调整带宽需求移动通信系统的切换移动通
21、信系统的切换Communication2022/12/2841每个用户对于其他用户都每个用户对于其他用户都相当于干扰，远近效应严相当于干扰，远近效应严重影响系统容量重影响系统容量采用功控技术减少了用采用功控技术减少了用户间的相互干扰，提高户间的相互干扰，提高了系统整体容量了系统整体容量远近效应功率控制PowerfPowerf移动通信系统的功率控制移动通信系统的功率控制Communication2022/12/2842前向功率控制前向功率控制小区发射功小区发射功率率上报功率控制比特上报功率控制比特手机发射信号手机发射信号功率控制命功率控制命令令反向功率控制反向功率控制 克服远近效应和多径衰落克服
22、远近效应和多径衰落 减小多址干扰，保证网络容量减小多址干扰，保证网络容量 延长电池使用时间延长电池使用时间 移动通信系统的功率控制移动通信系统的功率控制Communication2022/12/2843注册（登记）移动台（MS）注册是将MS的特征如位置或状态报告给网络。MS和网络可以使注册初始化。注册是MS通知服务提供者它的存在和希望得到服务。无线系统（RS）通知移动交换中心（MSC）和所需要的其它网络单元。MSC和其它网络单元完成需要的注册功能。当MS穿越一个或多个服务商的区域时也发生注册。作为MS的地理位置被注册后，网络可以给它传递呼叫漫游当移动用户离开登记注册的HLR进入其他HLR时称为
23、漫游。移动通信系统的移动性管理移动通信系统的移动性管理Communication2022/12/2844无线信号通过空中传播开放式环境，信号可以被截获，窃听，信息泄漏(移动商务)PCS安全管理对网络、承载和信令信道的保密性、用户数据的安全性、用户授权和PCS业务提供者之间的内部可操作性进行处理。网络和终端共同操作支持用户鉴权和信息加密鉴权：确认用户具有的各种权利用户对基站鉴权基站对终端鉴权基站对用户鉴权基站用户相互鉴权加密：对信息进行加扰，防止第三者窃听原始信息加密空中传输信息加密使用TMSI*移动通信系统的安全性管理移动通信系统的安全性管理Communication2022/12/2845基
24、本概念指在通信网中传输，与通信有关的一系列控制信号信令：不同于用户信息信令通常需要在通信网络的不同环节中传输，各环节进行分析处理并通过交互作用而形成一系列的操作和控制目的：是保证用户信息有效且可靠的传输信令的内容包括呼叫建立、监控、拆除、网络管理控制等信息信令分类接入信令：用户到网络节点间的信令网络信令：网络节点间的信令*移动通信系统的信令和协议移动通信系统的信令和协议Communication2022/12/2846GSM的的2.5代代GPRS GPRS是“通用分组无线业务（GeneralPacketRadioServer）”的英文简称，是在现有GSM网络基础上引入的一种新型的分组数据传输网
25、络，是公认的2.5代移动通信技术，是现行的GSM向3G系统演进的必然环节。通过GPRS可以实现：实时在线、快速登陆、高速传输、按流量计费、上网通话两不误等。有人说，GPRS是“移动的宽带”，的确如此，GPRS的理论传输速度可达171.2kbps，实际传输速度受网络编码方式和终端支持的影响，其接入速度大概为30kbps-40Kbps，速度的提升使多媒体应用成为可能。GPRS网络是按照客户接收和发送数据包的数量来收费，如果没有数据的传输，即使挂在网上，也是不收费的。Communication2022/12/2847GPRS的技术优势资源利用率高GPRS引入了分组交换的传输模式，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源传输速率高GPRS可提供高达115kbit/s的传输速率（最高值为171.2kbit/s，不包括FEC）。接入时间短分组交换接入时间缩短为少于1秒，能提供快速即时的连接，支持IP协议和X.25协议GPRS支持因特网上应用最广泛的IP协议和X.25协议。GPRS能提供Internet和其它分组网络无线接入。GPRS