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  • 移動通信基本概念-移動通信基本概念

  • 發布時間:2020-04-05 08:59
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  •   中國電信維護崗位認證教材編寫小組編制 精品資料 移動通信基本概念- - 移動通信基本概念. . 中國電信維護崗位認證教材編寫小組編制 精品資料 2 中國電信維護崗位認證培訓教材 移動通信基本概念系列教材之 移動通信基本概念 精品資料 3 通信技術的發展日新月異,移動業務滲入了人們生活的方方面面,給人們生活帶來了極大便利。 CDMA是移動通信領域中發展最快的數字無線技術之一,它提供的各類業務在信號質量、安全性、功耗和可靠性等方面都表現出很強的技術優勢。 隨著全球第三代移動通信系統的開通運營,移動通信新時代正在來臨并蓬勃發展,本課程...

      中國電信維護崗位認證教材編寫小組編制 精品資料 移動通信基本概念- - 移動通信基本概念. . 中國電信維護崗位認證教材編寫小組編制 精品資料 2 中國電信維護崗位認證培訓教材 移動通信基本概念系列教材之 移動通信基本概念 精品資料 3 通信技術的發展日新月異,移動業務滲入了人們生活的方方面面,給人們生活帶來了極大便利。 CDMA是移動通信領域中發展最快的數字無線技術之一,它提供的各類業務在信號質量、安全性、功耗和可靠性等方面都表現出很強的技術優勢。 隨著全球第三代移動通信系統的開通運營,移動通信新時代正在來臨并蓬勃發展,本課程介紹移動通信基本原理。 精品資料 4 學習完此課程,您將會: 掌握移動通信的組成、特點、分類及工作方式 了解移動通信信道的電波傳輸 了解CDMA技術標準的發展、CDMA2000的發展趨勢等 了解第三代移動通信的新技術、業務及其特征 精品資料 5 目錄 第一章 移動通信概述 第二章 移動通信信道的電波傳輸 第三章 CDMA 蜂窩移動通信 的發展史 第四章 CDMA 蜂窩移動通信 的特征及業務 第五章 CDMA基本原理 第六章 CDMA頻段的劃分 第七章 CDMA網絡基本架構 第八章 編號計劃 第九章 常用名稱解釋 精品資料 6 第 第1 章 移動通信概述 第 第1 節 移動通信的組成 第 第2 節 移動通信的特點 第 第3 節 移動通信的分類 第 第4 節 移動通信的工作方式 精品資料 7 1.1 無線通信系統組成 發基帶 單元 發中頻 單元 發射頻 單元 發天線 單元 收基帶 單元 收中頻 單元 收射頻 單元 收天線 單元 無線傳播 信道 精品資料 8 發端接 口處理 發端信 道處理 發端調 制映射 發端基 帶濾波 收端接 口處理 收端信 道處理 收端解 調映射 收端基 帶濾波 比特流及 時鐘輸入 比特流及 時鐘輸出 復接、分接 擾碼、去擾 糾錯、交織 均衡、去干擾 擴頻映射 二進/多進映射 基帶成形 匹配濾波 基帶復矢量 信號輸出 基帶復矢量 信號輸入 1.1 無線通信系統組成:基帶單元框圖 精品資料 9 1.1 無線通信系統組成:中頻單元框圖 復數 調制器 中頻放 大濾波 復數 解調器 中頻信 道處理 AGC 中頻放大 收端 中頻濾波 發送中頻 信號輸出 接收中頻 信號輸入 基帶復矢量 信號輸入 基帶復矢量 信號輸出 發端中 頻本振 載波時 鐘同步 精品資料 10 1.1 無線通信系統組成:射頻單元框圖 上 變頻器 射頻功 率放大 下 變頻器 射頻信 道處理 射頻前 置放大 收端 射頻濾波 發送射頻 信號輸出 接收射頻 信號輸入 接收中頻 信號輸出 發端射 頻本振 收端射 頻本振 發送中頻 信號輸入 發端 射頻濾波 頻率 控制 精品資料 11 MSBTSBTSEIRBSCMSC/VLRHLR/AUCGMSCOMCOSSPSTNPSPDNISDNBSSNSS1.1 移動通信網絡結構 精品資料 12 1.1 移動通信的組成 精品資料 13 1.1 移動通信的組成 移動通信系統是移動體之間、移動體和固定用戶之間以及固定用戶與移動體之間,能夠建立許多信息傳輸通道的通信系統。移動通信包括無線傳輸、有線傳輸,信息的收集、處理和存儲等,使用的主要設備有無線收發信機、移動交換控制設備和移動終端設備。 移動通信無線服務區由許多正六邊形小區覆蓋而成,呈蜂窩狀,通過接口與公眾通信網(PSTN、ISDN、PDN)互聯。移動通信系統包括移動交換子系統(SS)、操作維護管理子系統(OMS)、基站子系統(BSS) 和移動臺(MS),是一個完整的信息傳輸實體。 精品資料 14 1.1 移動通信的組成 移動通信中建立一個呼叫是由BSS和SS共同完成的;BSS提供并管理MS和SS之間的無線傳輸通道,SS負責呼叫控制功能,所有的呼叫都是經由SS建立連接的;OMS負責管理控制整個移動網。 MS也是一個子系統。它實際上是由移動終端設備和用戶數據兩部分組成的,移動終端設備稱為移動設備;用戶數據存放在一個與移動設備可分離的數據模塊中,此數據模塊稱為用戶識別卡(SIM)。 精品資料 15 第 第1 章 移動通信概述 第 第1 節 移動通信的組成 第 第2 節 移動通信的特點 第 第3 節 移動通信的分類 第 第4 節 移動通信的工作方式 精品資料 16 1.2 移動通信的特點(1/3) 1. 移動通信必須利用無線電波進行信息傳輸 由于在通信中至少有一方處于運動狀態,只能通過無線電波進行聯絡,因此移動通信也稱為移動無線. 具有復雜的電波傳播環境 由于電波受到城市高大建筑物的阻擋等原因,移動臺接收到的是多徑信號,即同一信號通過各種途徑到達接收天線。這種信號的幅度會發生快速和劇烈的變化,稱為快衰落。因此,當出現嚴重的衰落現象,而移動臺又處于高速運動中的時候,就會加快衰落現象,其衰落深度可達30dB左右。此時,就要求移動臺具有良好的抗衰落的技術指標。另外,移動通信是在運動過程中進行的,移動臺之間會出現近處移動臺干擾遠處移動臺的現象,稱為遠近效應。因此,一般要求移動臺的發射功率具有自動調整的能力,同時移動臺的接收機需要具有自動增益控制的能力,當通信距離迅速改變時能自動進行信號調整。 精品資料 17 1.2 移動通信的特點(2/3) 3. 干擾大,需采用抗干擾措施 移動臺通信環境變化是很大的,經常處于強干擾區。例如,移動臺附近的發射機可能對正在通信的移動臺形成強干擾。又如,汽車在公路上行駛,本車和車輛的噪聲所形成的干擾也相當嚴重。因此,要求移動通信具備很強的抗干擾能力。 4. 對移動臺的要求高 移動臺長期處于運動中,塵土、振動、日曬雨淋的情況時常遇到,這就要求它必須有防振、防塵、防潮、抗沖擊等能力,還要求性能穩定可靠、攜帶方便、低功耗等。同時,為了方便用戶使用,要求操作方便、堅固耐用,這就給移動臺的設計和制造帶來很多困難。 精品資料 18 1.2 移動通信的特點(3/3) 5. 通道容量有限 有限的頻率資源決定了有限的信道數目,這和日益增長的用戶量形成了一對矛盾。為了解決這個矛盾,除了開辟新的頻段,縮小頻道間隔之外,研究各種有效利用頻率的技術和新的體制是移動通信面臨的重要課題。 6. 多普勒效應 運動中的移動臺所接收的信號頻率將隨運動速度而變化,產生不同的頻移(稱為“多普勒效應”),從而造成接收點的信號場強不斷變化,其變化范圍可達20~30dB。 精品資料 19 第 第1 章 移動通信概述 第 第1 節 移動通信的組成 第 第2 節 移動通信的特點 第 第3 節 移動通信的分類 第 第4 節 移動通信的工作方式 精品資料 20 按使用對象可分為民用設備和軍用設備; 按使用環境可分為陸地通信、海上通信和空中通信; 按多址方式可分為頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)等; 按覆蓋范圍可分為廣域網和局域網; 按業務類型可分為電話網、數據網和綜合業務網; 按工作方式可分為同頻單工、異頻單工、異頻雙工和半雙工; 按服務范圍可分為專用網和公用網; 按信號形式可分為模擬網和數字網。 1.3 移動通信的分類 精品資料 21 1.3 多址接入方式 FDMA、TDMA和CDMA的示意圖 精品資料 22 1.3 FDMA 系統原理 FDMA為每一個用戶指定了特定信道,這些信道按要求分配給請求服務的用戶。 在呼叫的整個過程中,其他用戶不能共享這一頻段。 精品資料 23 1.3 FDMA 系統中的干擾問題 1. 互調干擾 互調干擾是指系統內由于非線性器件產生的各種組合頻率成分落入本頻道接收機通帶內造成的對有用信號的干擾。 2. 鄰道干擾 鄰道干擾是指相鄰頻道信號中存在的寄生輻射落入本頻道接收機帶內造成的對有用信號的干擾。 3. 同頻道干擾 同頻道干擾一般是指相同頻率電臺之間的干擾。在蜂窩系統中,同頻道干擾是指相鄰區群中同信道信號之間造成的干擾。它與蜂窩結構和頻率規劃密切相關。 精品資料 24 1.3 FDMA 系統的特點 1. FDMA信道每次只能傳送一路電線. 每信道占用一個載頻,相鄰載頻之間的間隔應滿足傳輸信號帶寬的要求。 3. 符號時間與平均延遲擴展相比較是很大的。 4. 移動臺較簡單,和模擬的較接近。 5. 基站復雜龐大,重復設置收發信設備。 6. FDMA系統每載波單個信道的設計,使得在接收設備中必須使用帶通濾波器允許指定信道里的信號通過,濾除其他頻率的信號,從而限制鄰近信道間的相互干擾。 7. 越區切換較為復雜和困難。 精品資料 25 1.3 TDMA 系統原理 TDMA是在一個寬帶的無線載波上,把時間分成周期性的幀,每一幀再分割成若干時隙(無論幀或時隙都是互不重疊的),每個時隙就是一個通信信道,分配給一個用戶。 精品資料 26 1.3 TDMA 系統的特點 1. 突發傳輸的速率高,遠大于語音編碼速率,每路編碼速率設為Rbit/s,共N個時隙,則在這個載波上傳輸的速率將大于NRbit/s。 2. 發射信號速率隨N的增大而提高。 3. TDMA用不同的時隙來發射和接收,因此不需雙工器。 4. 基站復雜性減小。 5. 抗干擾能力強,頻率利用率高,系統容量大。 6. 越區切換簡單。 精品資料 27 1.3 CDMA 系統原理 CDMA系統為每個用戶分配了各自特定的地址碼,利用公共信道來傳輸信息。 CDMA系統的地址碼相互具有準正交性,以區別地址,而在頻率、時間和空間上都可能重疊。 精品資料 28 1.3 CDMA 技術特點 1. CDMA系統的許多用戶共享同一頻率,不管使用的是TDD還是FDD技術。 2. 容量的軟特性。 3. 由于信號被擴展在一較寬頻譜上從而可以減小多徑衰落。 4. 在CDMA系統中,信道數據速率很高。 精品資料 29 1.3 CDMA 系統存在的問題 CDMA系統存在著兩個重要的問題: 一個問題是來自非同步CDMA網中不同用戶的擴頻序列不完全是正交的,這種擴頻碼集的非零互相關系數會引起各用戶間的相互干擾,即多址干擾(MAI),在異步傳輸信道以及多徑傳播環境中多址干擾將更為嚴重。 另一個問題是“遠近”效應。 精品資料 30 第 第1 章 移動通信概述 第 第1 節 移動通信的組成 第 第2 節 移動通信的特點 第 第3 節 移動通信的分類 第 第4 節 移動通信的工作方式 精品資料 31 1.4 移動通信的工作方式 單工通信:單工通信是指通信雙方電臺交替地進行收信和發信,根據收、發頻率的異同,又可分為同頻單工和異頻單工。 雙工通信:是指通信雙方可用同時進行傳輸消息的工作方式,有時也稱全雙工通信。半雙工通信與雙工通信相似,移動臺采用單工的“按講”方式,即按下按講開關,發射機才工作,而接收機總是工作的。 精品資料 32 1.4 雙工技術 上行數據 下行數據 時分/ TDD 頻分/ FDD 對于數字移動通信而言,雙向通信可以用頻率或時間分開,前者稱為 FDD(頻分雙工),后者稱為TDD(時分雙工)。 EVDO的頻率分配 精品資料 33 1.4 TDD :時分雙工 時分雙工的優勢 無須成對 頻率資源 適合非 對稱業務 上下行 特性相同 無須射頻 雙工器 EVDO的頻率分配 精品資料 34 1.4 FDD :頻分雙工 1 網絡不需要嚴格同步,不依賴 GPS 2 系統運行時沒有上下行干擾 3 網絡維護、優化相對簡單 頻分雙工 FDD 的優勢 EVDO的頻率分配 精品資料 35 目錄 第一章 移動通信概述 第二章 移動通信信道的電波傳輸 第三章 CDMA 蜂窩移動通信 的發展史 第四章 CDMA 蜂窩移動通信 的特征及業務 第五章 CDMA基本原理 第六章 CDMA頻段的劃分 第七章 CDMA網絡基本架構 第八章 編號計劃 第九章 常用名稱解釋 精品資料 36 第 第2 章 移動通信信道的電波傳輸 第 第1 節 無線 節 移動通信信道的傳輸特性 精品資料 37 傳播特性直接關系到通信設備的能力、天線高度的確定、通信距離的計算、以及為實現優質可靠的通信所必須采用的技術措施等一系列系統設計問題。 移動通信系統的無線信道環境比固定無線通信的信道環境更復雜,必須根據移動通信的特點按照不同的傳播環境和地理特征進行分析和仿線 無線電波 什么叫無線電波?無線電波是一種能量傳輸形式,在傳播過 什么叫無線電波?無線電波是一種能量傳輸形式,在傳播過程中,電場和磁場在空間是相互垂直的,同時這兩者又都垂直于傳播方向。 傳播方向。 無線電波 什么叫無線電波?無線電波是一種能量傳輸形式,在傳播過程中,電場和磁場在空間是相互垂直的,同時這兩者又都垂直于傳播方向。 精品資料 39 2.1 無線電波頻率劃分 不同頻段內的頻率具有不同的傳輸特性 精品資料 40 2.1 無線電波的傳播特點 精品資料 41 2.1 無線電波的傳播示意圖 精品資料 42 2.1 無線電波的波長公式 精品資料 43 無線電波的傳播速率、頻率 無線電波是電磁波,在線萬千米。 無線電波的波長 波長=無線M電波的波長:約15.8CM 精品資料 44 2.1 無線電波傳播途徑 精品資料 45 表面波傳播 電波是緊靠著地面傳播的,地面的性質,地貌,地物等的情況都會影響電波的傳播。一方面使電波發生變化和引起電波的吸收。另一方面由于地球表面是球型,使沿它傳播的電波發生繞射。 外層空間傳播 電磁波由地面發出,經低空大氣層和電離層而到達外層空間的傳播,如衛星傳播、宇宙探測等均屬于這種遠距離傳播。宇宙空間近似于真空狀態,傳輸特性比較穩定。 2.1 電波的各種傳播方式 精品資料 46 天波傳播 籍此電離層的反射作用,電波在地面與電離層之間來回反射傳播至較遠的地方。我們把經過電離層反射到地面的電波叫作天波。 散射傳播 當天線輻射出去的電波,投射到那些不均勻體的時候,類似于光的散射和反射現象,電波發生散射或反射,一部分能量傳播到接收點,這種傳播稱為散射傳播。 2.1 電波的各種傳播方式 精品資料 47 空間波傳播移動通信 電磁波直接從發射天線傳播到接收天線,另外還可以經地面反射而到達接收天線。所以接收天線處的場強是直接波和反射波的合成場強,直接波不受地面影響,地面反射波要經過地面的反射,因此要受到反射點地質地形的影響。 空間波在大氣的底層傳播,傳播的距離受到地球曲率和低空大氣層的影響。收,發天線之間的最大距離被限制在視線范圍內,要擴大通信距離,就必須增加天線高度。一般地說,視線 電波的各種傳播方式 精品資料 48 移動通信電波的三種基本傳播方式 在移動通信中,影響傳播的三種最基本的機制為反射、繞射和散射。 (接收功率或它的反面,路徑損耗)是基于反射、散射和繞射的大尺度傳播模型預測的最重要的參數。 這三種傳播機制也描述了小尺度衰弱和多徑傳播。 精品資料 49 移動通信電波的三種基本傳播方式-反射 當電磁波遇到比波長大得多的物體時發生反射,反射發生于地球表面、建筑物和墻壁表面。 反射波和傳輸波的電場強度取決于費涅爾Fresnel)反射系數G。反射系數為材料的函數,并與極性、入射角和頻率有關。 精品資料 50 移動通信電波的三種基本傳播方式-繞射 當接收機和發射機之間的無線路徑被尖利的邊緣阻擋時發生繞射。由阻擋表面產生的二次波散布于空間,甚至于阻擋體的背面。當接收機和發射機之間不存在視距路徑,圍繞阻擋體也產生波彎曲。在高頻波段,繞射與反射一樣,依賴于物體的形狀,以及繞射點入射波振幅、相位和極化的情況。 精品資料 51 移動通信電波的三種基本傳播方式-散射 當電磁波穿行的介質中存在小于或等于波長的物體并且單位體積內阻擋體的個數非常巨大時,發生散射。散射波產生于粗糙表面、小物體或不規則物體。在實際通信系統中,樹葉、街道標志和燈柱都會引發散射。 精品資料 52 電磁波直接從發射天線傳播到接收天線,另外還可以經地面反射及其他物體的散射而到達接收天線。所以接收天線處的場強是直接波和反射波、散射波的合成場強,直接波不受地面影響,地面反射波要經過地面的反射,因此要受到反射點地質地形的影響。 空間波在大氣的底層傳播,傳播的距離受到地球曲率和低空大氣層的影響。收,發天線之間的最大距離被限制在視線范圍內,要擴大通信距離,就必須增加天線高度。一般地說,視線km左右。 移動通信電波的三種基本傳播方式 精品資料 53 覆蓋區大小與天線的高度和增益成比例。在蜂窩系統中,基站天線m不等,其具體取值由環境確定,例如城市中天線m。天線增益的取值同樣依賴于環境 2.1 空間波傳播環境 精品資料 54 長波傳播(波長1000米以上) 以表面波或天波的形式傳播。 對其他接受臺干擾很強烈;天電干擾對長波的接收的影響嚴重,特別是雷雨較多的夏季 中波傳播(波長100-1000米) 以表面波或天波的形式傳播 波長在2000-200米的中短波主要用于廣播 短波傳播(波長10-100米) 靠表面波和天波傳播。 2.1 各個波段的傳播特點 精品資料 55 超短波和微波(波長為10米以下)的頻率很高,表面波衰減很大;電波穿入電離層很深,甚至不能反射回來,所以超短波、微波一般不用表面波、天波的傳播方式,而只能用空間波、散射波和穿透外層空間的傳播方式。 超短波和微波的頻帶很寬。超短波廣泛應用于電視,調頻廣播,雷達等方面。利用微波可同時傳送幾千路電話或幾套電視節目。 超短波和微波的傳播特點基本上相同,主要是在低空大氣層做視距傳播。因此,為了增大通信距離,一般把天線 各個波段的傳播特點 精品資料 56 傳送的功率指的是發射機所發射的能量。擁有較高的傳輸功率將有助于壓制它的頻帶內其他的干擾信號,但是擁有較高傳輸功率的設備也將可能耗電較多,同時對別的信號的干擾也加強。 靈敏性指的是在信道中可以被接收機接受的最弱信號的測量。數值愈低的那臺接收機的設備就愈好。但是這要求所有的制造商和標準都用相同的參考值(如包丟失率)來定義靈敏度。 信道是對無線通信中發送端和接收端之間的通路的一種形象比喻,信道有一定的帶寬。 2.1 傳播性能的指標 精品資料 57 第 第2 章 移動通信信道的電波傳輸 第 第1 節 無線 節 移動通信信道的傳輸特性 精品資料 58 模擬有線信道中典型的信噪比約為46dB。通過選擇合適的材料與精心加工,可以確保有一個相對穩定的電氣環境。信噪比的波動通常不超過l一2dB。 陸地移動系統中,移動臺處于城市建筑群之中或處于地形復雜的區域,其天線將接收從多條路徑傳來的信號,再加移動臺本身的運動,使得移動臺和基站之間的無線信道多變且難以控制。衰落是經常發生的,衰落深度可達30dB。 無線信道包括了電波的多徑傳播,時延擴展,衰落特性以及多普勒效應 2.2 移動信道的復雜性 精品資料 59 2.2 移動通信中的多徑傳播特性 移動信道環境 精品資料 60 2.2 移動通信中的多徑傳播特性 陸地移動信道的主要特征是多徑傳播。傳播過程中會遇到各種建筑物、樹木、植被以及起伏的地形,會引起電波的反射,如上圖所示。這樣,到達移動臺天線的信號不是單一路徑來的,而是許多路徑來的眾多反射波的合成。由于電波通過各個路徑的距離不同,因而各條反射波到達時間不同,相位也就不同。不同相位的多個信號在接收端疊加,有時同相疊加而增強,有時反相疊加而減弱。這樣,接收信號的幅度將急劇變化,即產生了衰落。這種衰落是由于多徑現象所引起的,稱為多徑衰落。 精品資料 61 2.2 移動通信中的多徑傳播特性 通常在移動通信系統中,基站用固定的高天線,移動臺用接近地面的低天線。 例如,基站天線m;移動臺天線m。移動臺周圍的區域稱為近端區域,該區域內的物體造成的反射是造成多徑效應的主要原因。 離移動臺較遠的區域稱為遠端區域,在遠端區域,只有高層建筑、較高的山峰等的反射才能對該移動臺構成多徑,而且這些路徑要比近端區域中建筑物所引起的多徑的長度要長。 精品資料 62 由于電波通過各個路徑的距離不同,因而各個路徑來的反射波到達時間不同,相位也就不同。不同相位的多個信號在接收端迭加,有時迭加而加強(方向相同),有時迭加而減弱(方向相反)。這樣,接收信號的幅度將急劇變化,即產生了快衰落。 在城市環境中,一輛快速行駛車輛上的移動臺的接收信號在一秒鐘之內的顯著衰落可達數十次。 多徑傳播使接收端的信號近似于一種叫做Rayleigh分布的數學分布,故多徑快衰落又稱為 Rayleigh衰落。 多徑衰弱,可以從時間和空間兩個方面來描述和測試。 多徑衰弱是產生小尺寸衰弱的重要原因。 2.2 多徑衰落 精品資料 63 2.2 移動通信中的陰影效應 當電波在傳播路徑上遇到起伏地形、建筑物、植被(高大的樹林)等障礙物的阻擋時,會產生電磁場的陰影。移動臺在運動中通過不同障礙物的陰影時,就構成接收天線處場強中值的變化,從而引起衰落,稱為陰影衰落。由于這種衰落的變化速率較慢,又稱為慢衰落。慢衰落是以較大的空間尺度來度量的衰落。 精品資料 64 2.2 移動通信中的陰影效應 慢衰落速率主要決定于傳播環境,即移動臺周圍地形,包括山丘起伏,建筑物的分布與高度,街道走向,基站天線的位置與高度,移動臺行進速度等,而與頻率無關。 慢衰落的深度,即接收信號局部中值電平變化的幅度取決于信號頻率與障礙物狀況。頻率較高的信號比頻率較低的信號容易穿透建筑物,而頻率較低的信號比頻率較高的信號更具有較強的繞射能力。慢衰落的特性是與環境特征密切相關的,可用電場實測的方法找出其統計規律。 精品資料 65 接收信號除瞬時值出現快衰落之外,場強平均值也會出現緩慢變化。這種由陰影效應和氣象原因引起的信號變化稱為慢衰落。慢衰落接收信號近似服從一種叫做對數正態分布的數學分布,變化幅度取決于障礙物狀況、工作頻率、障礙物和移動臺移動速度等。 快衰落和慢衰落是由相互獨立的原因產生,隨著移動臺的移動,這二者構成移動通信接收信號不穩定的因素。 2.2 慢衰落 精品資料 66 由于電波通過各個路徑的距離不同,因而各個路徑來的反射波到達時間不同,也就是各信號的時延不同。當發送端發送一個極窄的脈沖信號時,移動臺接收的信號由許多不同時延的脈沖組成,我們稱為時延擴展。 2.2 時延擴展 精品資料 67 在移動通信中,當移動臺移向基站時,頻率變高,遠離基站時,頻率變低,所以我們在移動通信中要充分考慮“多普勒效應”,這也加大了移動通信的復雜性。 最大多普勒頻移f m 與載波頻率f c 及接收機最大移動速度v m 相關: f m = f c v m /C 其中c為無線電波傳播速度。 發射機的載波頻率為910MHz, 以步行速度1.33m/s移動由此引起的最大多普勒頻移為4Hz; 以60英里/小時的速度移動,則多普勒頻移將增加到120Hz。 2.2 多普勒頻移 精品資料 68 菲涅耳區 菲涅耳區一個直接環繞在可見視距傳播路徑周圍的橢球區域,其半徑會 因信號傳播路徑長度和信號頻率的不同而有所變化 。 當發射機和接收機處于視距時,可以建立直達的傳播路徑。如果路徑中有凸出障礙物進入了菲涅耳區,盡管其高度不足以阻擋信號的傳播,但無線電波的衍射仍會使部分信號偏轉,致使其到達接收機的時間略晚于直達信號。由于這些繞射的信號與直達信號有相位差,疊加的時候就會削弱直達信號,干擾了直達信號。總而言之,盡管發射機能夠看到接收機,但這并不意味著發射機就能夠建立到接收機良好的信號傳輸路徑。 精品資料 69 (1)理論分析,即用電磁場理論或統計理論分析電波在移動環境個中的傳播特性,并用各種數學模型來描述移動信道。往往要提出一些假設條件使信道數學模型簡化,所以數學模型對信道的描述都是近似的。 (2)現場電波傳播實測,即在不同的傳播環境中,做電波傳播實測試驗。測試參數包括接收信號幅度、延時以及反映信道特征的參數。對實測數據進行統計分析,可以得出一些有用的結果。 (3)移動信道的計算機模擬,計算機具有很強的計算能力,能靈活快速地模擬各種移動環境。 相輔相成,可用于研究進程的不同階段 移動信道研究的基本方法 精品資料 70 目錄 第一章 移動通信概述 第二章 移動通信信道的電波傳輸 第三章 CDMA 蜂窩移動通信 的發展史 第四章 CDMA 蜂窩移動通信 的特征及業務 第五章 CDMA基本原理 第六章 CDMA頻段的劃分 第七章 CDMA網絡基本架構 第八章 編號計劃 第九章 常用名稱解釋 精品資料 71 第 第3 章 CDMA 蜂窩移動通信的發展史 第 第1 節 移動通信發展簡史 第 第2 節 CDMA 技術標準的發展 第 第3 節 CDMA2000 的發展趨勢 精品資料 72 3.1 移動通信技術的發展歷程 3G 1G 2G 2.5G 話音通信 主要系統:AMPS、TACS、NMT、J-TACS等  1G-模擬蜂窩(FDMA) 話音通信、低速數據通信:9.6Kbps 主要系統:GSM、CDMA IS-95 、TDMA IS-136、PDC  2G-數字蜂窩(TDMA、CDMA) 線Kbps 主要系統:GPRS、cdma2000 1X  2.5G-數據通信(TDMA、CDMA) 話音通信、數據通信、移動多媒體 :2Mbps 主要系統:W-CDMA、cdma2000 EV、TD-SCDMA  3G-多媒體數據通信(CDMA-DS/MC/TDD、TDMA) 精品資料 73 3.1 移動通信發展簡史 第一代移動通信系統 采用頻分多址(FDMA),模擬系統 代表系統:美國的AMPS、歐洲的TACS 主要缺點 頻譜利用率低 采用FDMA所致 業務種類有限 采用模擬方式所致 無數據業務 采用模擬方式所致 保密性差 采用模擬方式所致 設備成本高、體積、重量大 采用模擬方式所致 精品資料 74 3.1 移動通信的發展簡史 第二代移動通信系統(2G) 采用時分多址(TDMA)或窄帶碼分多址(CDMA),數字系統 代表系統:美國的IS-95A(CDMA)、歐洲的GSM(TDMA)、日本的JDC 對第一代移動通信系統缺點的改善 頻譜利用率提高 -提高了2倍(GSM)或10倍(CDMA) 業務種類增加 -提供了較豐富的電信業務 窄帶數據業務 -提供了低速數據業務(最大64Kbit/s) 保密性較好 -具有良好的保密性能 減小了設備成本 -設備(尤其是終端設備)成本大大降低 體積、重量也大大減少 精品資料 75 3.1 移動通信的發展簡史 第三代移動通信系統(3G):IMT2000 采用寬帶碼分多址(CDMA),實現移動寬帶多媒體通信 IMT2000:2000年,在2000M頻段實現2000K的數據通信 3G對數據通信速率的要求 室內環境至少2Mbps 室內外步行環境至少384kbps 室外車輛運動中至少144kbps 衛星移動環境至少9.6kbps IMT2000推薦的3種制式:WCDMA(歐洲)、CDMA2000(美國)、TD-SCDMA(中國) TD-SCDMA:中國的第一個國際通信標準 精品資料 76 制式 WCDMA CDMA2000 TD- - SCDMA 雙工方式 FDD/TDD FDD TDD 帶寬( M ) 5/10/20 1.25/5/10/20 1.2 擴頻方式 前向: WALSH (區分信道) +GOLD 序列2 2 18 (區分小區) 反向: WASLH (區分信道) +GOLD 序列2 2 41 (區分用戶) 前向: WALSH (區分信道) +M 序列2 2 15 (區分小區) 反向: WASLH (碼片轉換) +M 序列2 2 41 - -1 1 (區分用戶) 前向: WALSH (區分信道) +PN 序列(區分小區) 反向: WASLH (區分信道) +PN 序列(區分用戶) 基站間同步 異步/ / 同步 同步 同步 3.1 3G 三種制式比較(1 ) 精品資料 77 3.1 3G 三種制式比較(2 ) WCDMA CDMA2000 TD- - SCDMA 接收機結構 RAKE RAKE RAKE 閉環功率控制 支持 支持 支持 越區切換 軟、硬切換 軟、硬切換 軟、硬切換 解調方式 相干解調 相干解調 相干解調 碼片速率 ( Mcps ) 3.84 N*1.2288 1.28 發射分集方式 TSTD STTD FBTD OTD STS 無 同步方式 異步 同步 異步 核心網 GSM MAP ANSI- - 41 GSM MAP 制式 精品資料 78 第 第3 章 CDMA 蜂窩移動通信的發展 第 第1 節 移動通信發展簡史 第 第2 節 CDMA 技術標準的發展 第 第3 節 CDMA2000 的發展趨勢 精品資料 79 3.2 CDMA 技術標準的發展 精品資料 80 CDMA2000 空中接口演進 1995 1999 2000 2001 9.6kbps 64kbps 153.6/ 307.2kbps IS95A IS95B cdma2000 1x cdma2000 1xEV-DO cdma2000 1xEV-DV 2.4Mbps 4-6Mbps 精品資料 81 CDMA2000 1X 2001 2002 2003~2005 2006 2007 2008 CDMA2000 1xEV-DO CDMA CDMA/TDM OFDM 1xEV-DO Rev.A 1xEV-DO Rev.B UMB CDMA2000 路標 下行:153.6k 上行:153.6k 下行:2.4M 上行:153.6k 下行:3.1M 上行:1.8M 1.25M-20M 下行:46.5M 上行:27M R5 HSDPA R6 HSUPA WCDMA 路標 R99/R4 WCDMA R7 HSPA+ 下行:384k 上行:384k 下行:14.4M 上行:384k 下行:14.4M 上行:5.76M 下行:40M 上行:10M CDMA 網絡發展趨勢 2009 2010+ R8 HSPA+ 1.25M-20M 下行:280M + 上行:50~100M LTE 精品資料 82 3.2 CDMA 技術標準的發展 CDMA技術標準的發展經歷了兩個階段。 第一階段:融合IS-95CDMA標準的cdmaOne系統。 IS-95窄帶CDMA是cdmaOne系列標準中最先發布的標準,真正在全球得到廣泛應用的第一個CDMA標準是IS-95A,這一標準支持8k編碼話音服務。其后又分別出版了13k線GHz的CDMAPCS系統的STD-008標準,其中13k編碼話音服務質量已經非常接近有線 CDMA 技術標準的發展 隨著移動通信對數據業務需求的增長,1998年2月,美國高通公司宣布將IS-95B標準用于CDMA基礎平臺上。IS-95B在兼容IS-95A配置的基礎上,提高了CDMA系統性能,并增加用戶移動通信設備的數據流量,提供對64kbps數據業務的支持。 精品資料 84 3.2 CDMA 技術標準的發展 第二階段:從窄帶cdmaOne向第三代cdma2000過渡。 cdma2000成為窄帶CDMA系統向第三代系統過渡的標準。cdma2000在標準研究的前期,提出了1X和3X的發展策略。由于cdma2000-1x只能提供114kbit/s速率的數據業務,不能提供ITU要求的3G的2Mbit/s的高速數據和多媒體業務,因此提供了cdma2000-3x和cdma2000-1x-EV標準,以提供高速業務。但由于cdma2000-3x的優勢僅在于提高了數據業務,占用的頻譜相對較寬,難以實現,應用的可能性不大,故在今后相當長的時間內,運營商都不會考慮cdma2000-3x。目前cdma2000有由3GPP2制定的Release 0、A、B、C和D五個支持cdma2000-1x及其增強型技術的版本,由EIA/TIA發布的支持cdma2000 1x EV-DO的IS-856和IS-856A標準,以及cdma20001x EV-DV。 精品資料 85 第 第3 章 CDMA 蜂窩移動通信的發展 第 第1 節 移動通信發展簡史 第 第2 節 CDMA 技術標準的發展 第 第3 節 CDMA2000 的發展趨勢 精品資料 86 3.3 CDMA2000 的發展趨勢(1/2) cdma2000-1x是cdma2000的第一個階段,是1999年6月由ITU確立的標準,稱之為2.75G移動通信系統。 Cdma2000-1x采用直接序列擴頻碼分多址DS-CDMA、頻分雙工FDD方式,碼片速率為1.2288Mcps,載波帶寬為1.25MHz。 cdma2000-1x-EV的標準是在cdma2000-1x基礎上制定的演進技術。 第一階段:1x-EV-DO(Data Only)。 Cdma2000-1x-EV-DO(也稱為HRPD)技術,主要對數據業務進行了增強,不支持語音,在1.25MHz的帶寬內可提供最高2.4Mbps的下行數據傳輸速率。DO Rev 0版本已經在韓國、美國和日本等國家商用。DO Rev A版本在1.25MHz的帶寬內可提供最高3.1Mbps的下行數據傳輸速率。在DO Rev A的基礎上,采用多載波的方式進一步提高數據速率,形成了DO Rev B標準,也稱為空中接口演進AIE Phase 1,該標準已經發布。 精品資料 87 3.3 CDMA2000 的發展趨勢(2/2) cdma2000-1x-EV的標準是在cdma2000-1x基礎上制定的演進技術。 第二階段:1x-EV-DV(Data and Voice)。 Cdma2000-1x-EV-DV即1x演進數據話音業務,通過引入一系列新技術,提高了數據業務和語音業務的性能。 LTE(Long Term Evolution,長期演進)項目是3G的演進,始于2004年3GPP的多倫多會議。 LTE并非人們普遍誤解的4G技術,而是3G與4G技術之間的一個過渡,是3.9G的全球標準,它改進并增強了3G的空中接入技術,采用OFDM和MIMO作為其無線網絡演進的唯一標準。在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行326Mbit/s與上行86Mbit/s的峰值速率。改善了小區邊緣用戶的性能,提高小區容量和降低系統延遲。 精品資料 88 目錄 第一章 移動通信概述 第二章 移動通信信道的電波傳輸 第三章 CDMA 蜂窩移動通信 的發展史 第四章 CDMA 蜂窩移動通信 的特征及業務 第五章 CDMA基本原理 第六章 CDMA頻段的劃分 第七章 CDMA網絡基本架構 第八章 編號計劃 第九章 常用名稱解釋 精品資料 89 第 第4 章 第三代CDMA 移動通信的特征及業務 第 第1 節 第三代CDMA 移動通信的新技術 第 第2 節 第三代CDMA 移動通信的業務及其特征 精品資料 2019/5/8 BSS Package 90 擴頻/ / 編碼 功率控制 軟切換/ / 更軟切換 可變速編碼器 為運營商 帶來的好處 容量高 節省設備投資 提高頻率利用率 話音質量高 提高服務質量 爭取用戶 覆蓋大 節省設備投資 網絡頻率 規劃簡單 減少工程設計 工作量,擴容 方便 增強的私密 和安全性 提高網絡的安全性,為用戶提供安全保障 減少掉話 提高服務質量 爭取用戶 延長手機電 池使用時間 提高用戶的方便性和通話可靠性 減少對電子系統的干擾 ) ) “綠色 ”手機 技術 特點 4.1 第三代移動通信特點 精品資料 91 多址技術* 糾錯編碼技術* 功率控制技術* 軟切換技術* 調制技術 多用戶檢測* RAKE 接收機* 智能天線* 軟件無線電* 。。。。。  高速率傳輸以支持多媒體業務傳輸  速率能夠按需分配  上下行鏈路能適應不對稱要求  提供不同 QoS 要求的多種業務  高頻譜利用率  高容量  高抗干擾能力 4.1 第三代移動通信關鍵技術 精品資料 92 4.1 第三代移動通信的新技術(1/6) 1 .高效信道編譯碼技術 在第三代移動通信系統中都采用了卷積碼和Turbo碼兩種糾錯編碼。在高速率、對譯碼時延要求不高的數據鏈路中使用Turbo碼以利于其優異的糾錯性能;考慮到Turbo碼譯碼的復雜度、時延的原因,在語音和低速率、對譯碼時延要求比較苛刻的數據鏈路中使用卷積碼,在其他邏輯信道中也使用卷積碼。 精品資料 93 4.1 第三代移動通信的新技術(2/6) 2 .軟件無線電技術 軟件無線電技術的基本思想是高速模/數(A/D)和數/模(D/A)轉換器盡可能靠天線處理,所有基帶信號處理都用軟件方式替代硬件實施。 第三代移動通信系統需要很多關鍵性技術,軟件無線電技術基于同一硬件平臺,通過加載不同的軟件,就可以獲得不同的業務特性,這對于系統升級、網絡平滑過渡、多頻多模的運行情況來講,相對簡單容易、成本低廉,因此對于第三代移動通信系統的多模式、多頻段、多速率、多業務、多環境的特殊要求特別重要。 精品資料 94 4.1 第三代移動通信的新技術(3/6) 3 .智能天線技術 無線覆蓋范圍、系統容量、業務質量、阻塞和掉話等問題一直困擾著蜂窩移動通信系統,采用智能天線陣(Adaptive Antenna Arrays)技術可以提高第三代移動通信系統的容量及服務質量。 智能天線陣技術是基于自適應天線陣列原理,利用天線陣列的波束合成和指向,產生多個獨立的波束,自適應地調整其方向圖以跟蹤信號變化;對干擾方向調零以減少甚至抵消干擾信號,提高接收信號的載干比(C/I),以增加系統的容量和頻譜效率。其特點在于以較低的代價換得無線覆蓋范圍、系統容量、業務質量、抗阻塞和掉話等性能的顯著提高。 智能天線陣由N單元天線陣、A/D轉換器、波束形成器(Beam-former)、波束方向估計及跟蹤器等幾部分組成。 精品資料 95 4.1 第三代移動通信的新技術(46) 4 .多用戶檢測和干擾消除技術 多用戶檢測的基本思想是把所有用戶的信號都當做有用信號,而不是當做干擾信號。經過近20年的發展,CDMA系統多址干擾抑制或多用戶檢測技術,已慢慢走向成熟及實用。考慮到復雜度及成本等的原因,目前的多用戶檢測實用化研究,主要圍繞基站進行。 精品資料 96 4.1 第三代移動通信的新技術(5/6) 5 .向全IP 網過渡 第三代移動通信系統的應用和服務將在數據速率和帶寬方面提出更多的要求,唯一的辦法就是過渡到全IP網絡。它將真正實現語音和和數據的業務融和。移動IP的目標就是將無線語音和無線數據綜合到一個技術平臺上傳輸,這一平臺就是IP協議。 全IP網絡可節約成本,提高可擴展性、靈活性和使網絡運作更有效率等;基于移動IP技術,為用戶快速、高效、方便地部署豐富的應用服務成為可能。 精品資料 97 4.1 第三代移動通信的新技術(6/6) 6 .IMT-2000 無線協議分層模型 在IMT-2000中將Um接口分成4層:物理層、介質接入層、鏈路接入層和網絡層(包括呼叫控制、移動性管理和無線電資源管理)。在此無線接口基礎上可為網絡運營者設計各種業務提供靈活的開發環境。 精品資料 98 第 第4 章 第三代移動通信的特征及業務 第 第1 節 第三代移動通信的新技術 第 第2 節 第三代移動通信的業務及其特征 精品資料 99 Mobility Entertainment Network Apps Voice Internet Game Music Communication Entertainment M-Bank E-Payment Financial Service TV Cable TV TV VOD IP-TV BCMCS Video Telephone Mobile TV 4.2 移動數據用戶想要 精品資料 100 154 131 62 46 39 19 7 7 6 6 5 5 摘自: 3G today 運營商部署的業務統計 娛樂與媒體 多媒體消息 Web連接 個人定制 定位業務 移動廣告 社區 一鍵通 其他 移動電視 音樂 游戲 Email 即時信息 視頻信息 博客 Internet 接入 移動 web 瀏覽 彩鈴 移動 portal 導航 用戶位置 位置搜索 移動交易 拍賣 廣告 調研 比賽 社交 一鍵通語音 一鍵通視頻 生產 遠程理療 公共安全 4 4 .2 第三代移動通信的數據業務 精品資料 101 4.2 第三代移動通信的業務及其特征 3G業務實現的演進 3G的業務完全包含2G的業務,對于2G上原有的電路交換型業務初期主要在CS域實現,而PS域上主要實現數據業務。隨著網絡的演進,各種業務逐步在PS域上實現。 3G業務特征 3G的業務從2G繼承而來,在新的體系結構下,又產生了一些新的業務能力,所以其支持的業務種類繁多,業務特性差異很大,總體上有如下特征: 對于語音等實時業務,普遍有QoS的要求;向后兼容GSM上所有的業務;引入多媒體業務的概念。 精品資料 102 4.2 第三代移動通信的業務及其特征 3G業務分類 基本電信業務 補充業務 承載業務 智能業務 位置業務 多媒體業務 精品資料 103 4.2 第三代移動通信的業務及其特征 基本電信業務 語音業務,對于電路交換語音業務,其QoS有保證,不需另外提供保障機制,對于分組交換語音業務,需要提供專門的QoS保障機制。 緊急呼叫,屬于傳統業務,用戶可以不受網絡鑒權的限制,發起對特定緊急服務號碼的呼叫。 短消息業務,包括點對點移動終止短消息業務,點對點發起短消息業務,小區廣播型短消息業務。 電路型傳真業務,包括交替線 第三代移動通信的業務及其特征 補充業務 呼叫偏轉:呼叫偏轉是一種特殊的呼叫前轉,是一種由用戶而不是網絡決定的移動用戶忙呼叫前轉。 號碼標識:主叫顯示,主叫限制,連接號顯示,連接限制。 呼叫前轉:無條件呼叫前轉,移動用戶忙呼叫前轉,無應答呼叫前轉,移動用戶不可及前轉 呼叫完成:呼叫等待,呼叫保持。 多方會話:多方會話MPTY 選擇通信:緊密用戶群CUG。 精品資料 105 4.2 第三代移動通信的業務及其特征 補充業務 呼叫限制:呼出限制(BAOC),國際呼出限制(BOIC),歸屬國外國際呼出限制(BOIC-EXHC),呼入限制(BAIC),國外漫游呼入限制(BIC-ROAM)。 直接呼叫轉移:直接呼叫轉移同呼叫前轉不同的是直接呼叫轉移在呼叫中發生轉移,而呼叫前轉是在呼叫前發生轉移;直接呼叫轉移同呼叫等待、呼叫保持不同的是直接呼叫轉移在呼叫轉移后原有的呼叫結束,而呼叫等待、呼叫保持在轉移后不結束原有呼叫,處于保持狀態。 用戶忙呼叫完成:CCBS 名字標識:主叫名顯示(CNAP) 精品資料 106 4.2 第三代移動通信的業務及其特征 承載業務 基本電路型數據承載業務 異步電路型數據承載業務 同步電路型數據承載業務 分組電路型數據承載業務 精品資料 107 4.2 第三代移動通信的業務及其特征 智能業務 基于電路交換呼叫的CAMEL控制業務可以實現對呼叫的計費,鑒權等功能。 GPRS的CAMEL控制業務可以實現GPRS承載的計費,鑒權等功能 USSD的CAMEL控制業務 SMS的CAMEL控制業務可以實現對短消息的鑒權,計費,轉移等功能 移動性管理的CAMEL控制業務 位置信息的CAMEL控制業務 精品資料 108 4.2 第三代移動通信的業務及其特征 位置業務: 位置業務是一種比較特殊的業務,是移動網上的一種特色服務,商業價值很大。包括: 公共安全業務 基于位置的計費 特定用戶計費 接近位置計費 特定區域計費 跟蹤業務 資產管理業務 增強呼叫路由(Enhanced Call Routing) 基于位置的信息業務(Location Based Information Services) 移動黃頁 網絡增強業務(Network Enhancing Services) 精品資料 109 4 .2 第三代移動通信的業務及其特征 多媒體業務:在3G中的多媒體業務首先發展的將是分布式的多媒體業務。業務的分類描述: 電路型實時多媒體業務:在電路域上實現的多媒體業務,主要使用H.324協議實現。 分組型實時多媒體業務:在分組域上實現的多媒體業務,主要使用SIP協議實現。 非實時多媒體消息業務:此種業務稱MMS,屬于短消息業務的自然發展,它使用戶可以發送或接收由文字、圖像、動畫、音樂等組成的多媒體消息,為了保持互操作性,它必須兼容現有的多媒體格式。 精品資料 110 第一章 移動通信概述 第二章 移動通信信道的電波傳輸 第三章 CDMA 蜂窩移動通信 的發展史 第四章 CDMA 蜂窩移動通信 的特征及業務 第五章 CDMA 基本原理 第六章 CDMA 頻段的劃分 第七章 CDMA 網絡基本架構 第八章 編號計劃 第九章 常用名稱解釋 精品資料 111 無線網絡規劃簡單,頻率復用系數高,工程設計簡單,擴容方便 CDMA 移動通信的特點 AMPS, D-AMPS, N-AMPS CDMA 30 30 10 kHz 200 kHz 1250 kHz 1 3 1 Users 8 Users 20 Users 1 1 1 1 1 1 1 1 1...

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