課程名稱《移動(dòng)通信技術(shù)》

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1、 一、課程名稱：《移動(dòng)通信技術(shù)》 二、授課題目： 未來的移動(dòng)通信系統(tǒng) 三、課型：講授 四、授課時(shí)間： 個(gè)課時(shí) 五、授課班級(jí)： 通信（）、（）、（）、電本班 六、課前準(zhǔn)備： ①學(xué)生課前準(zhǔn)備：認(rèn)真預(yù)習(xí)，準(zhǔn)備老師的提問。②老師課前準(zhǔn)備：認(rèn)真做好備課，準(zhǔn)備好備課本以及電子課件及相關(guān)視頻 資料。 七、教學(xué)目標(biāo)：通過本章的學(xué)習(xí)讓學(xué)生了解未來移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)、 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、 關(guān)健技術(shù)。 八、教學(xué)重點(diǎn)： 未來移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 九、教學(xué)難點(diǎn)： 未來移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)健技術(shù)。 十、 教學(xué)內(nèi)容與過程 移動(dòng)通信系統(tǒng)的簡

2、介 的定義 第四代移動(dòng)通信技術(shù)的概念可稱為廣帶 () 接入和分布網(wǎng)絡(luò)，具有非對(duì)稱超過 的數(shù)據(jù)傳 輸能力，對(duì)全速移動(dòng)用戶能提供 的高質(zhì)量影像服務(wù)，將首次實(shí)現(xiàn)三維圖像的高質(zhì)量傳輸。 它包括廣帶無線固定接入、廣帶無線局域網(wǎng)、移動(dòng)廣帶系統(tǒng)和互操作的廣播網(wǎng)絡(luò) ( 基于地面 和衛(wèi)星系統(tǒng) ) 。此外，廣帶無線局域網(wǎng) () 與和兼容，實(shí)現(xiàn)了廣帶多媒體通信，并可形成綜合廣帶通信網(wǎng) () ，通過進(jìn)行通信第四代移動(dòng)通信可以在不固定的無線平臺(tái)和跨越不同頻帶的網(wǎng) 絡(luò)中提供無線服務(wù)， 可以在任何地方寬帶接入互聯(lián)網(wǎng) ( 包括衛(wèi)星通信 ) ，能夠提供信息通信之 外的定位定時(shí)、數(shù)據(jù)采集

3、、遠(yuǎn)程控制等綜合功能。 的主要技術(shù)指標(biāo) . 數(shù)據(jù)速率從的 提高到 ，移動(dòng)速率從步行到車速，甚至更快。 在覆蓋范圍， 通信質(zhì)量， 系統(tǒng)造價(jià)上滿足所不能達(dá)到支持高速率數(shù)據(jù)和高分辨率多媒 體的服務(wù)的需要。廣帶局域網(wǎng)應(yīng)能與寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù) () 和異步傳輸模式 ( ) 兼容，實(shí)現(xiàn)廣 帶多媒體通信，形成綜合廣帶通信網(wǎng)。 對(duì)全速移動(dòng)用戶能夠提供 的高質(zhì)量的影像多媒體業(yè)務(wù)。 較之于的優(yōu)點(diǎn) 與移動(dòng)通信服務(wù)相比， 將比更接近于個(gè)人通信。 即在任何人， 任何時(shí)間和任何地點(diǎn)的基 礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)任何形式的通信。 無論在通信范圍、 通信質(zhì)量以及其他任何方面， 都應(yīng)該比有

4、一個(gè) 質(zhì)的提高。技術(shù)較移動(dòng)通信技術(shù)有許多超越之處，其特點(diǎn)主要有 : 移動(dòng)通信技術(shù)的信息傳輸速率要比高一個(gè)等級(jí)， 要超過 , 即從 提高到 ，其最大的傳輸 速度將是目前“”服務(wù)的 倍。 它將是一個(gè)全數(shù)字通信網(wǎng)，具有更高的帶寬和更高的比特率，下載速率最高可 。而 且其對(duì)無線頻率的使用效率將比第二代和第三代系統(tǒng)都高得多。 雖然的速率已有很大的提高，但仍不能很好的動(dòng)態(tài)分配資源，大流量時(shí)系統(tǒng)利用率 低。而系統(tǒng)采用智能技術(shù)使其能自適應(yīng)地進(jìn)行資源分配， 能夠調(diào)整系統(tǒng)對(duì)通信過程中變化的 業(yè)務(wù)流量大小進(jìn)行相應(yīng)處理而滿足通信要求， 采用智能信號(hào)處理技術(shù)對(duì)信道條件不

5、同的各種 復(fù)雜環(huán)境都能進(jìn)行信號(hào)的正常發(fā)送與接收，有很強(qiáng)的智能性、適應(yīng)性和靈活性。的初衷是希望統(tǒng)一全球紛雜的移動(dòng)通信技術(shù)，但是，因?yàn)楦鱾€(gè)商家的利益得不到很 1 / 4 好的協(xié)調(diào)而分化成如今三大陣營。 目前承認(rèn)的、 在全球已有相當(dāng)規(guī)模的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)共有 , 和三大分支，每個(gè)分支都在搶占市場。這大分支， 取消哪個(gè)也不可能， 只有通過第四代移動(dòng) 通信標(biāo)準(zhǔn)的制定來解決兼容問題。 在容量方面， 將可能在的基礎(chǔ)上引入空分多址 () 。這里的空分多址將會(huì)采取自適應(yīng)波 束，如同無線電波一樣連接到每一個(gè)用戶，從

6、而使無線系統(tǒng)容量比現(xiàn)在提高個(gè)數(shù)量級(jí)。 在未來的全球通信中，人們所需的是多媒體通信。個(gè)人通信、信息系統(tǒng)、廣播和娛樂 等各行業(yè)將會(huì)結(jié)合成一個(gè)整體， 提供給用戶比以往更廣泛的服務(wù)與應(yīng)用。 將支持交互式多媒 體業(yè)務(wù)，如視頻會(huì)議，無線因特網(wǎng)等，且具有極高的安全性。 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)完全自治、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。蜂窩組網(wǎng)的概念將被突破， 以達(dá)到更 完美的覆蓋。核心網(wǎng)將全面采用分組交換 ( 信元交換 ) ，使得網(wǎng)絡(luò)根據(jù)用戶的需要分配帶寬， 以滿足系統(tǒng)變化和發(fā)展的要求。 . . 的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

7、 在第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)中， 為了滿足不同用戶對(duì)不同業(yè)務(wù)的需求， 將針對(duì)各種不同業(yè)務(wù) 的接入系統(tǒng)通過多媒體接入系統(tǒng)連接到基于的核心網(wǎng)中， 形成一個(gè)公共的、 靈活的、 可擴(kuò)展 的平臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)的連接如圖所示。 從圖中可看出基于技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)使得用戶在 , , , 固定網(wǎng)之間無縫漫游可以實(shí)現(xiàn)。我 們可將系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分為三層，如圖所示。 從圖可看出，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)可以由下而上分為 : 物理層、網(wǎng)絡(luò)業(yè) 務(wù)執(zhí)行技術(shù)層、 應(yīng)用層等層。 物理層提供接入和選路功能， 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)執(zhí)行

8、技術(shù)層作為橋接層 提供映射、地址轉(zhuǎn)換、即插即用、安全管理、有源網(wǎng)絡(luò)。物理層與網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)執(zhí)行技術(shù)層提供 開放式接口應(yīng)用層與網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)執(zhí)行技術(shù)層之間也是開放式接口， 用于第三方開發(fā)和提供新業(yè) 務(wù)。 結(jié)合移動(dòng)通信市場發(fā)展和用戶需求， 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的根本任務(wù)是能夠接收、 獲取到終端的呼 叫，在多個(gè)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò) ( 平臺(tái) ) 之間或者多個(gè)無線接口之間， 建立起最有效的通信路徑， 并對(duì)其 進(jìn)行實(shí)時(shí)的定位和跟蹤。 在移動(dòng)通信過程中， 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)還要保持良好的無縫連接能力， 保證 數(shù)據(jù)傳輸?shù)母哔|(zhì)量、 高速率。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將基于多層蜂窩結(jié)構(gòu)，

9、 通過多個(gè)無線接口， 由多個(gè)業(yè) 務(wù)提供者和眾多網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營者提供多媒體業(yè)務(wù)。 同時(shí)， 隨著技術(shù)的發(fā)展和市場的需求，將加快并實(shí)現(xiàn)目前的計(jì)算機(jī)網(wǎng)、 電信網(wǎng)、廣播電 視網(wǎng)和衛(wèi)星通信網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)融為一體， 寬帶技術(shù)和光網(wǎng)絡(luò)將成為多網(wǎng)融合的支撐和結(jié)合點(diǎn)。 數(shù) 字化數(shù)據(jù)交易點(diǎn)是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要技術(shù)。它用于預(yù)處理各個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)之間的呼叫。 在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)之間的特定協(xié)議條件下， 幫助業(yè)務(wù)供應(yīng)者提供高質(zhì)量、 低費(fèi)用的業(yè)務(wù)應(yīng)用。 例如， 兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)之間傳送電視數(shù)據(jù)信息， 首先經(jīng)由數(shù)字化數(shù)據(jù)交易所處理。 在數(shù)字化數(shù)據(jù)交易 所里， 這個(gè)電視數(shù)據(jù)信息將被分離

10、成視頻信號(hào)和音頻信號(hào)， 經(jīng)由不同信道傳送。 音頻信號(hào)將 由覆蓋廣泛的網(wǎng)絡(luò)傳送， 視頻信號(hào)將由只能處理、 接收視頻信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)傳送， 從而達(dá)到降低 通信成本和有效利用傳輸信道的目的。 未來的全球互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和骨干網(wǎng)系統(tǒng)， 將以結(jié)合寬帶 技術(shù)和光纖網(wǎng)技術(shù)為主。 . . 移動(dòng)通信的接入系統(tǒng) 移動(dòng)通信接入系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)是， 智能化多模式終端基于公共平臺(tái)， 通過各種接入技術(shù)， 在各種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) ( 平臺(tái) ) 之間實(shí)現(xiàn)無縫連接和協(xié)作。 在移動(dòng)通信中， 各種專門的接入系統(tǒng)都基 于一個(gè)公共平臺(tái)，

11、相互協(xié)作，以最優(yōu)化的方式工作，來滿足不同用戶的通信需求。 當(dāng)多模式 終端接入系統(tǒng)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)自適應(yīng)分配頻帶，給出最優(yōu)化路由，以達(dá)到最佳通信效果。目前， 移動(dòng)通信的主要接入技術(shù)有 : 無線蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) ( 例如 , ) 、無繩系統(tǒng) ( 如 ) 、短距離連接 系統(tǒng) ( 如藍(lán)牙 ) 、系統(tǒng)、固定無線接入系統(tǒng)、 衛(wèi)星系統(tǒng)、平流層通信 () 、廣播電視接入系統(tǒng) ( 如 , , ) 。隨著技術(shù)發(fā)展和市場需求變化，新的接入技術(shù)將不斷出現(xiàn)。 2 / 4 網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)在整個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中處于十分重要的位置。 未來的接入系統(tǒng)將主要在以下

12、三 個(gè)方面進(jìn)行技術(shù)革新和突破 : 為最大限度開發(fā)利用有限的頻率資源， 在接入系統(tǒng)的物理層，優(yōu)化調(diào)制、信道編碼和 信號(hào)傳輸技術(shù)， 提高信號(hào)處理算法、 信號(hào)檢測和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)， 并在頻譜共享和新型大線方 面做進(jìn)一步研究。 為提高網(wǎng)絡(luò)性能，在接入系統(tǒng)的高層協(xié)議方面，研究網(wǎng)絡(luò)自我優(yōu)化和自動(dòng)重構(gòu)技術(shù)， 動(dòng)態(tài)頻譜分配和資源分配技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)管理和不同接入系統(tǒng)間協(xié)作。 提高和擴(kuò)展技術(shù)在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用 ; 加強(qiáng)軟件無線電技術(shù) ; 優(yōu)化無線電傳輸技術(shù)， 如 支持實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、無縫連接和網(wǎng)絡(luò)安全。 . . 移動(dòng)通信的軟件系統(tǒng) 移動(dòng)通信的軟件系統(tǒng)趨于標(biāo)準(zhǔn)

13、化、復(fù)雜化、智能化。 軟件系統(tǒng)的首要任務(wù)是， 創(chuàng)建一個(gè) 公共的軟件平臺(tái)，使不同通信系統(tǒng)和終端的應(yīng)用軟件，通過此平臺(tái)“互聯(lián)互通” ; 并且，通 過此軟件平臺(tái)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)不同通信系統(tǒng)和終端的管理和監(jiān)控。 因此，建立一個(gè)統(tǒng)一的軟件標(biāo)準(zhǔn) 和互聯(lián)協(xié)議， 是移動(dòng)通信軟件系統(tǒng)的關(guān)鍵。 軟件系統(tǒng)將逐步采用服務(wù)模式， 以代替現(xiàn)行的客 戶服務(wù)器模式。新的計(jì)算機(jī)語言如，將用于未來的這種基于 的分布式服務(wù)。另一方面，軟 件系統(tǒng)還將在網(wǎng)絡(luò)安全上做進(jìn)一步研究， 以保障通信網(wǎng)絡(luò)的正常工作、 數(shù)據(jù)完整和其他特殊 需要。 的關(guān)鍵技術(shù) . . 調(diào)制技術(shù) 在高頻段高速移動(dòng)傳輸會(huì)產(chǎn)

14、生嚴(yán)重的頻率選擇性衰落， 實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)的魯棒性可以克服這種頻率選擇性衰落， 并且新的調(diào)制技術(shù)如多載波正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)以及單載波帶自適 應(yīng)均衡技術(shù)都將提供很高的頻譜效率。 若從技術(shù)層面來看， 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是以為核心技術(shù)，而第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)則以最受矚目。 是一種多載波調(diào)制技術(shù)。 其核心是將信道分成若干個(gè)正交子信道， 在每個(gè)子信道上進(jìn)行窄帶調(diào)制和傳輸， 這樣減少了子信道之間的相互干擾。 每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子信道上的頻率選擇性衰落是平坦的，大大消除了符號(hào)間干擾。另外， 由于在系統(tǒng)中各個(gè)子信道的載波相互正交， 于是它們的頻譜是相互重疊

15、的， 這樣不但減小了子載波間的相互干擾， 同時(shí)又提高了頻譜利用率。 在各個(gè)子信道中的這種正交調(diào)制和解調(diào)可以采用一對(duì)傅立葉變換 ( 和 ) 方法來實(shí)現(xiàn)如圖所示。 . . 軟件無線電 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中， 移動(dòng)終端將會(huì)變得非常繁雜。 為此， 專家們提議引入軟件無線電技 術(shù)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端的多?；?。 所謂軟件無線電技術(shù)就是采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)， 在可編程控 制的通用硬件平臺(tái)上， 利用軟件來實(shí)現(xiàn)無線電臺(tái)的各部分功能， 包括前端接收、 中頻處理以 及信號(hào)的基帶處理等。 即整個(gè)無線電臺(tái)從高頻、 中頻、基帶直到控制協(xié)議部分全部由軟件編 程來實(shí)現(xiàn)。 其核心技術(shù)就是盡可能接近天線的

16、地方使用 和轉(zhuǎn)換器， 盡早完成信號(hào)的數(shù)字化。 因此， 應(yīng)用軟件無線電技術(shù)，一個(gè)移動(dòng)終端， 就可以實(shí)現(xiàn)在不同系統(tǒng)和平臺(tái)之間， 暢通無阻 的使用。目前比較成熟的軟件無線電技術(shù)有參數(shù)控制軟件無線電系統(tǒng)。 . .網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與協(xié)議 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)包括了適用于分組傳輸?shù)目罩薪涌凇? 位置寄存、 基站網(wǎng)絡(luò)配置、 無線 控制、網(wǎng)絡(luò)配置和集成式 無縫業(yè)務(wù)控制等功能模塊。為了解決城區(qū)密集業(yè)務(wù)，頻率復(fù)用是 關(guān)鍵，而且用微蜂窩實(shí)現(xiàn)無縫覆蓋要比熱點(diǎn)覆蓋策略好， 因?yàn)榍罢呖梢员苊獾乩砦恢蒙系臉I(yè) 務(wù)集中。 在處理多媒體業(yè)務(wù)時(shí)， 智能無線資源

17、管理是關(guān)鍵技術(shù)， 無線系統(tǒng)資源 ( 頻率和發(fā)射功率 ) 是有限的且易受阻塞的困擾， 因此，有必要采用無線資源控制， 以保證業(yè)務(wù)質(zhì)量和支持各種 3 / 4 的 用。 由系 支持的 用 將依據(jù) 的特點(diǎn) 行分 ( 如分 和非 ) ，無 源控制方式要既能支持 性 用， 也能支持非 性 用。 無 源管理者首先 可用 源、 前后向 路 量、 用 以及 用 ， 然后再指配適當(dāng)?shù)那昂笙?路速 率和 射功率。 系 中基于技 的網(wǎng) 構(gòu)可以 理包， 方便提供全向功能， 關(guān) 是 路切 和 策略。

18、 . . 定位技 定位是指移 端位置的 量方法和 算方法。 它主要分 基于移 端定位、 基于移 網(wǎng) 定位以及混合定位三種方式。在移 通信系 中，移 端可能在不同系 ( 平臺(tái) ) 行移 通信。 因此， 移 端的定位和跟蹤， 是 移 端在不同系 ( 平臺(tái) ) 無 接和系 中高速率和高 量的移 通信的前提和保障。 切 技 切 技 適用于移 端在不同移 小區(qū)之 、 不同 率之 通信或者信號(hào)降低信道 等情況。 切 技 是未來移 端在眾多通信系 、 移 小區(qū)之 建立可靠移 通信的基 和重要技 。它主要有 切 和硬切

19、。在通信系 中，切 技 的適用范 更 廣泛， 并朝著 切 和硬切 相 合的方向 展。 . . 技 ( ) 技 最早是由于年提出的，它充分開 空 源利用，利用多個(gè)天 多 多 收，在不需要增加 源和天 送功率的情況下， 可以成倍地提高信道容量。 如 所示。 信息流 () 空 形成個(gè)信息子流 () ，, ??，。 個(gè)子流由個(gè)天 射出去， 經(jīng)空 信道后由個(gè)接收天 接收。 多天 接收機(jī)利用先 的空 理能 些數(shù)據(jù)流 行分離和解 ，從而 最佳的 理。 特 是當(dāng) 個(gè)子流同 送到信道， 各 射信號(hào)占用同一 ， 因而并未增加 。 若

20、 各 射接收天 構(gòu)筑多條相互獨(dú)立的通道， 系 可以 造多個(gè)并行空 信道。 將多徑無 信道與 射、 接收 一個(gè)整體 行 化， 從而可 高的通信容量和 利用率， 是一種近于最 的空域 域 合的分集和干 消 理。 十二、課后習(xí)題： 、題。 十三、教學(xué)后記 很多同學(xué)對(duì)我過未來移動(dòng)通信系統(tǒng)都提出了大膽的想法， 但是無論是用哪種通信系統(tǒng)，都必須遵循在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，本課程學(xué)生的參與程度比較大。 4 / 4