北邮移动通信第五章PPT课件
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移动通信系统原理ppt课件
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数字传输技术
数字调制技术
通过改变载波的振幅、频 率或相位来传输数字信号， 如ASK、FSK、PSK等。
数字复用技术
将多个低速数字信号合并 成一个高速数字信号进行 传输，如TDM、WDM等。
数字编码技术
通过编码提高数字信号的 抗干扰能力和传输效率， 如线性编码、卷积编码等。
扩频传输技术
直接序列扩频
信道
在移动通信中，信道是传输信息的媒介，包括物理信道和逻辑信道。物理信道 是实际传输信息的通道，而逻辑信道则是用于描述和控制物理信道的信息通道。
02
移动通信中的关键技术
多址技术
01
频分多址（FDMA）
将通信系统的总频段划分成若干等间隔的频道，分配给不同的用户使用。
02 03
时分多址（TDMA）
把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙，然后根据一定 的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发送 信号。
包括移动交换中心（MSC）、 拜访位置寄存器（VLR）、归属 位置寄存器（HLR）、鉴权中心 （AUC）和设备识别寄存器 （EIR）。
包括操作维护中心（OMC）。
CDMA网络架构
移动台（MS） 基站收发信系统（BTS）
基站控制器（BSC）
CDMA网络架构
移动交换中心（MSC） 访问位置寄存器（VLR）
移动通信系统原理ppt课件
目 录
• 移动通信概述 • 移动通信中的关键技术 • 移动通信网络架构 • 移动通信中的信号处理 • 移动通信中的传输技术 • 移动通信中的无线资源管理
01
移动通信概述
移动通信的定义与发展
定义
移动通信是指通信双方或至少有一 方在移动中进行信息交换的通信方 式。
精品课件-移动通信-第5章
第5章 GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS 图5-1 电信业务和承载业务
第5章 GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS
(1) 承载业务。这类业务主要用于保证用户在两个接入点 之间传输有关信号所需的带宽容量， 以使用户之间实时、 可 靠地传递信息（话音、 数据等等）。 这类业务与OSI模型的 低三层有关。 承载业务定义了对网络功能的需求。
第5章 GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS
2. 短信息业务（SMS） GSM可以提供给用户的短消息业务，使GSM用户无需同 时携带寻呼机。GSM设计者还允许移动用户发送短消息，即开展 双向短消息业务。对于MO/PP和MT/PP两类短消息业务 业务中心 是作为存储转发中心，该业务中心在功能上与GSM网络分开。所 有GSM点对点短消息都来自或去向该业务中心。 GSM允许短消息 在一次呼叫中发送或空闲时发送。
(2) 电信业务。这类业务主要用于提供给用户足够的容 量， 包括终端设备功能、与其他用户的通信。 电信业务结合 了与信息处理功能相关的传输功能， 使用承载业务来传送数 据及提供更高层的功能。这些更高层的功能与OSI模型中的4~7 层相对应。 电信业务包括网络及终端（如电话、传真等）容 量。与承载业务将用于携带包括话音的数据传给终端不同，电 信业务将这些数据转换成用户可以听到的声音。
第5章 GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS
5.1 引 言
20世纪70年代末到80年代初， 欧洲经历了无线通信的 飞速发展，每天都有大量用户加入无线网络，网络覆盖面积 不断扩大。无线网络的爆炸性扩大虽然给营运者带来了赢利， 但同时由于各网络增长情况不同，使用的频段也不同，技术 上又互不兼容， 并缺乏一个中心组织来协调发展，而且全 都是模拟的， 欧洲的营运商意识到这些模拟网容量已接近 极限，原因如下：
北邮通信工程专业大三课程《移动通信》课件
实现方式
网络切片可以通过软件定义网络 （SDN）、网络功能虚拟化（ NFV）等技术实现。
边缘计算技术在核心网中应用
边缘计算概念
边缘计算是一种将计算、存储和网络等资源部署在网络边 缘的技术，以减少数据传输时延和提高处理效率。
01
在核心网中应用
通过边缘计算技术，可以将部分核心网 功能下沉到网络边缘，降低数据传输时 延和减少网络拥塞。
传统核心网架构回顾
基于TDM的PSTN/ISDN网络
01
采用时分复用技术，提供语音和低速数据业务。
基于ATM的B-ISDN网络
02 采用异步传输模式，支持多媒体业务，但因复杂性高
而未得到广泛应用。
基于IP的软交换网络
03
采用分组交换技术，实现语音、数据和视频业务的融
合。
EPC/5GC核心网架构演进趋势
多用户检测技术
介绍多用户检测的基本原理和 方法，如最大比合并（MRC） 、最小均方误差（MMSE）等 算法。
多址接入技术性能分析
分析不同多址接入技术的性能 特点和应用场景，如吞吐量、 时延、抗干扰能力等。
03
CATALOGUE
蜂窝网络规划与优化
蜂窝网络拓扑结构
蜂窝网络的基本概念
由基站和移动台组成，基站负责提供无线覆盖，移动台在基站覆盖 范围内进行通信。
LTE-Advanced系统原理
在LTE基础上引入载波聚合（CA）、多用户MIMO（MU-MIMO）、协同多点传输（CoMP）等先进技术，进一步 提高数据传输速率和系统性能。
特点
LTE/LTE-Advanced系统具有高速数据传输、低时延、高可靠性等优点，支持丰富的移动应用和智能终端 设备，是未来移动通信的主流技术之一。
北邮无线移动通信第五章(1).
考虑调制解调的可实现性
6
© 2004, CCID Consulting(HK8235) All Rights Reserved
概述（续）
调制解调技术研究的主要内容 调制解调技术 究的主 内容
调制的原理及其实现方法 已调信号的频谱特性 解调的原理和实现方法 解调后的信噪比或误码率性能
7
© 2004, CCID Consulting(HK8235) All Rights Reserved
概述（续）
第 第一代蜂窝移动通信系统采用模拟调频（FM）传输模拟语 代蜂窝移动通信系统采用模拟调频（FM）传输模拟语 音，其信令系统采用2FSK数字调制。 第二代数字蜂窝移动通信系统传送的语音都是经过语音编 码和信道编码后的数字信号。
第四代蜂窝移动通信系统采用多载波调制方式
8
© 2004, CCID Consulting(HK8235) All Rights Reserved
主要内容
模拟调制解调
FM
数字频率调制
FSK、MSK、GMSK
数字相位调制
PSK、QPSK 、 OQPSK 、/4 DQPSK
正交振幅调制
GSM系统采用GMSK调制； IS-54系统和PDC系统采用 IS 54系统和PDC系统采用/4 DQPSK调制； DQPSK调制 IS-95 CDMA系统的下行信道采用QPSK调制，其上行信道采用 OQPSK调制。
第三代蜂窝移动通信系统多采用MQAM、扩展频谱调制
由于带宽资源受限，传统调制技术的主要设计思路就是最小化传输 带宽 相反 扩频技术使用的传输带宽比要求的最小信号带宽大几 带宽。相反，扩频技术使用的传输带宽比要求的最小信号带宽大几 个数量级，扩展频谱调制能获得很高的频谱利用率。
北邮通信原理课件-第五章1
如果一个数字通信系统的信息传输速率是Rb ， 该系统所占用的带宽是B，则其频带利用率是 Rb/B （bit/s/Hz）。
信息速率 带宽
或者按波特率来衡量：如果一个数字通信系统 的符号输速率是 Rs，该系统所占用的带宽是B， 则其频带利用率是 Rs/B （Baud/Hz）。
符号速率 带宽
12
5.2 数字基带信号波形及其功率谱密度
j 2 fmTs
m0 m0
Pa f m
2 a
2 a
m
e j 2 fmTs
m j 2 fmTs j 2 fmTs f T e T e T s m s m m s
Pa f m
2
连续谱 若MPAM信号均值为零，则：
Ps f
2 a
线谱
T
2 s
GT f
2
31
例题
求单极性不归零二元码的功率密度谱。
32
5.2.4 常用线路码型
同轴电缆： 60KHz
P( f )
单极性不归零码：
0
Rb
2Rb
f
33
5.2.4 常用线路码型
概述：基带传输时，采用的一些基带数字信号，主要用于 基带设备连接（如交换机连接传输设备、网卡连接hub 等）、磁记录、以及其它用途。 设计原则 符合信道的特性 高频分量少 便于提取符号同步信号 减少误码扩散 便于误码检测：内在的检错能力 尽量高的编码效率
半占空脉冲
传号交替反转
36
AMI
0.25
主瓣占81%的能量，92%的能量在2Rb内
0.2
移动通信原理人民邮电出版社电子课件(标准版)第05章
（1）空间分集。 空间分集。 极化分集。 （2）极化分集。 角度分集。 （3）角度分集。 频率分集。 （4）频率分集。 时间分集。 （5）时间分集。
5.1.2 接收分集系统模型
接收分集将多个接收天线上的独立衰落信号按 一定规则合并为一路，再送给解调器解调。 一定规则合并为一路，再送给解调器解调。合并 的方式有多种， 的方式有多种，不同合并方式的复杂度和性能各 不相同。目前，大多数合并方式都是线性合并， 不相同。目前，大多数合并方式都是线性合并， 即合并输出的是各个不同支路的加权和， 即合并输出的是各个不同支路的加权和，图5-1所 所 示的是M支路分集合并原理 在图5-1中 支路分集合并原理。 示的是 支路分集合并原理。在图 中，如果所 有的系数中只有一个不为零时， 有的系数中只有一个不为零时，合并输出的结果 则为只有此支路的接收信号； 则为只有此支路的接收信号；如果有多个支路的 系数非零， 系数非零，合并输出的结果则是多条支路接收信 号的加权和。 号的加权和。
5.1 分集 5.1.1 独立衰落路径的实现 5.1.2 接收分集系统模型 5.1.3 选择合并 5.1.4 门限合并 5.1.5 最大比合并 5.1.6 等增益合并 5.1.7 分集方式比较
5.1.1 独立衰落路径的实现
在无线通信系统中有多种实现独立衰落路径的 方法。理论和实践都表明，在空间、频率、极化、 方法。理论和实践都表明，在空间、频率、极化、 场分量、角度及时间等方面分离的无线信号， 场分量、角度及时间等方面分离的无线信号，都 呈现互相独立的衰落特性。据此， 呈现互相独立的衰落特性。据此，微分集又可分 为下列6种 为下列 种。
例如，一个装有两根发送或接收天线的系统， 例如，一个装有两根发送或接收天线的系统， 如果天线间距足够远， 如果天线间距足够远，那么两根天线同时经历深 衰落的可能性很小， 衰落的可能性很小，如果我们选择信号最强的那 个天线，就能获得比单天线时更好的信号， 个天线，就能获得比单天线时更好的信号，此即 选择合并（ 选择合并（Selection Combining）技术。 ）技术。
移动通信(第五版) 第5章
5.1 引 言
20世纪70年代末到80年代初， 欧洲经历了无线通信 的飞速发展，每天都有大量用户加入无线网络，网络覆盖 面积不断扩大。无线网络的爆炸性扩大虽然给营运者带来 了赢利，但同时由于各网络增长情况不同，使用的频段也 不同，技术上又互不兼容， 并缺乏一个中心组织来协调发 展，而且全都是模拟的， 欧洲的营运商意识到这些模拟网 容量已接近极限，原因如下：
图5-2 GSMBiblioteka 络结构5.3.1 移动台（MS） 典型的移动台包括车载台、 便携式移动台及手机。 不同类
型移动台的功率不同。 表5-5 和表5-6分别给出了它们的功率等级。
一个GSM移动台可以分成两部分：一部分包括与无线电接 口有关的硬件和软件；另一部分包括用户特有的数据：用户识 别模块（SIM），SIM是GSM最有吸引力的组成部分。SIM有着 与信用卡相同的尺寸，或者是尺寸更小的内插卸式SIM卡（俗称 小卡），小卡在许多手机中得到应用。SIM卡支持用个人移动性， 用户可以只带SIM卡旅游，在新的目的地只需将SIM卡插入GSM 移动台即可得到服务。SIM卡包括有关移动用户指定的GSM业 务和网络信息。它存储有用户识别号、位置信息和有关保密数 据（如密钥）、禁止GSM网络和参考语言。SIM卡支持用个人 身份码（PIN）来鉴别卡的用户，以防非法卡的使用。PIN由4到 8位数字组成，在SIM卡出售时写入。移动台如无SIM卡只能进 行紧急呼叫。
5.2.1 承载业务 为了提供各种承载业务(BearerServices)，GSM用户应能
够发送和接收速率高达9600b/s 的数据。由于GSM是数字 网，因此在用户和GSM网络之间不需Modem，但在GSM和 PSTN接口方面仍然需要话音Modem。表5－2列出了GSM的 承载业务。
现代通信技术课件_五_移动通信
蜂窝网通信系统
蜂窝移动通信系统
主要有三部分组成 交换网路子系统（NSS） 无线基站子系统 (BS) 移动台（MS）
MSC
便携电脑
MSC
MSC
5.2.2 移动电话的编号方式
国际设备识别码IMEI(International Mobile Equipment Identity)
在手机上输入 *#06# 输完这5 个键符后，手机屏幕上会出 现一行阿拉伯数字，即为该 手机的串号。
有关扩频通信技术的观点是在1941 年由好莱坞女演员Hedy Lamarr 和钢 琴家George Antheil提出的。基于对 鱼雷控制的安全无线通信的思路， 他们申请了美国专利#2.292.387。不 幸的是，当时该技术并没有引起美 国军方的重视，
扩频技术
扩频通信技术是一种信息传输方 式，其 信号所占有的频带宽度远大于所传信息 必需的最小带宽；频带的扩展是通过一 个独立的码序列来完成，用编码及调制 的方法来实现的，与所传信息数据无关； 在接收端则用同样的码进行相关同步接 收、解扩及恢复所传信息数据
2、系统容量的配置灵活
在CDMA系统中，用户数的增 加会造成话音质量的下降。操作 者可在容量和话音质量之间折衷 考虑，多小区之间可根据话务量 和干扰情况自动均衡。
3、通话质量更佳
TDMA的信道结构最多只能支持 4Kb的语音编码器，它不能支持8Kb 以上的语音编码器。而CDMA的结构 可以支持13kb的语音编码器。因此 可以提供更好的通话质量。
GSM 1800
随着业务的发展，向1.8GHz频段 的GSM1800过渡，即1800MHz频段： 1710～1785（上行） 1805～1880（下行）
TDMA/FDD
GSM900的每个载频上按时间分 为8个时间段， 一个载频上连续的8个时隙 组成一个TDMA帧，即一个载频 上可提供8个物理信道。
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可见频率利用率与同频干扰是一对矛盾
图5－3 N=7 频率复用设计示例
Mobile Communication Theory
14
推导载波干扰比与小区簇的关系
假定小区的大小相同，移动台的接收功率门限按小区的大小调
节。若设L为同频干扰小区数，则移动台的接收载波干扰比可表示
为
C
I
5
5.1.2 蜂窝式组网理论
多信道共用 由若干无线信道组成的移动通信系统，为大量
的用户共同使用并且仍能满足服务质量的信道利用 技术 越区切换
当正在通话的移动台进入相邻无线小区时，业务 信道自动切换到相邻小区基站，从而不中断通信过 程
Mobile Communication Theory
6
5.2 频率复用和蜂窝小区
实际形状
由于地形地貌、传播环境、衰落形式的多样性，小区的实 际无线覆盖是一个不规则的形状
Mobile Communication Theory
11
同频干扰
小区簇的意义 频率复用距离与小区簇的关系 载波干扰比与小区簇的关系
Mobile Communication Theory
12
小区簇的意义
一个共有S个双向信道的蜂窝系统，如果每簇含N个 小区，每个小区分配K个信道（k<S）
切换和位置管理
Mobile Communication Theory
7
5.2.1 大容量的小区制
频率复用和覆盖方式
带状服务覆盖区 面状服务覆盖区
•簇 • 小区的覆盖形状 • 同频干扰
同频相邻小区的找法
Mobile Communication Theory
8
带状服务覆盖区
双频组频率配置
f1 f2 f1 f2 f1 f2 f1
小功率发射
一个较低功率的发射机服务一个蜂窝小区，在较小的区域 内设置相当数量的用户
频率复用
蜂窝系统的基站工作频率，由于传播损耗提供足够的隔离度， 在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一组工作频率
优点：缓解了频率资源紧缺，增加了系统容量 缺点：同频干扰
Mobile Communication Theory
三频组频率配置
f1 f2 f3 f1 f2 f3 f1
Mobile Communication Theory
9
面状服务覆盖区簇
共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇 同一个小区簇内，要使用不同的频率 不同的小区簇间使用对应的相同频率
2 13 24 2 1 313 42 4 13
4
12 12 34 5 34 56712 6 7 1 2 34 5 12 3 4 5 67 345671 2 67 12 3 45
实现系统在其覆盖区内良好的语音和数据 通信，这样的通信网就是移动通信网
学习的内容包括：
1. 移动通信网络结构 2. 蜂窝式组网理论 3. 移动通信网的基本组成
•蜂窝移动通信系统图示 •各子系统功能
Mobile Communication Theory
3
5.1.1 移动通信网络结构
sdA,h 空中t网络
C
L
Il
l1
式中，C为最小载波强度；I l 为第l个同频干扰小区所在基站引起的
干扰功率
移动无线信道的传播特性表明:
❖ 小区中移动台接收到的最小载波强度C与小区半径的 R 成n 正比
❖ 设 是第l个干扰源与移动台的间距，则移动台接收到的来自第l 如果个每干D 个l扰基小站区的的发载射波功功率率相与等，整成(个正D l )覆比 n 盖。区n为域衰内落的指路数径，衰一落般指取数4
用来解决频率资源有限和用户容量问题 区域覆盖方式
小容量的大区制 • 一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大 • 利用分集接收等技术来保证上行链路的通信质量 • 只能适用于小容量的通信网
大容量的小区制
• 频率复用
将覆盖区域划分为若干小区 ，每个小区设立一个基站服务于本 小区，但各小区可重复使用频率
• 带来同频干扰的问题
移动通信技术
第五章 蜂窝组网技术
目录
5.1
移动通信网的基本概念
5.2
频率复用和蜂窝技术
5.3
多址接入技术
5.4
码分多址关键技术
5.5 蜂窝移动通信系统的容量分析
5.6 CDMA系统中的功率控制
5.7
切换、位置更新
5.8
移动通信网络结构
Mobile Communication Theory
2
5.1 移动通信网的基本概念
345 67
67
q=D/R=4.6 N=7
图5－2 蜂窝系统的频率复用和小区面状覆盖图示
Mobile Communication Theory
10
小区的覆盖形状
采用六边形的原因
用最小的小区数就能覆盖整个地理区域 最接近于全向的基站天线和自由空间传播的全向辐射模 式
基站发射机位置
中心激励小区：安置在小区的中心 顶点激励小区：安置在六边形顶点之中的三个上
那么 SK N
如果簇在系统中共同复制了M次，则信道的总数C可
作为容量的一个度量 CMK M NS
N叫做簇的大小，典型值为4、7或12。 N的值表现了移动台或基站在保证通信质量的同时， 可以承受的干扰（主要是同频干扰）
Mobile Communication Theory
13
频率复用距离与小区簇的关系
多址接入
4d
20 log
频率复用和蜂窝小区 4D
20 log
切换和位置更新
A ,h t 地 面网 络 服务区内各基站的相2 互连接0 lo
2 0 lo
基站与固定网络
Mobile Communication Theory
4
5.1.2 蜂窝式组网理论
无线蜂窝式小区覆盖
将一个移动通信服务划分成许多以正六边形为基本几何 图形的覆盖区域
频率复用距离（即同频距离）D是指最近的两个频点小区中心之间的距离
在小区中心作两条与小区的边界垂直的直线，其夹角为120º。此两条直线
分别连接到最近的两个同频点小区中心，其长度分别为I和J，于是
（＊）
令： D I2 = 2iHI ，2 J=J 22 jH 2 I J c o s 1 2 0 I 2 I J J 2
H 3R
式中H为小2区中心到边的距离
I 3iR J 3 jR
其中，R是小区的半径。这样，
代入（＊）式得
其中
D 3NR
N又称N为频i2 率ij复用j2因子
N越大，则D越大，这样同频干扰越小，
× × 1I
6
4
2
5D J
7
3
×
×
1
7
×
但是频率利用率越低； N越小，则D越大，这样频率利用率越高， 但是同频干扰越大。