現代通信技術_移動通信

第5章 移動通信 人民郵電出版社 本章主要介紹移動通信的基本概念、特點及組網原則，著重對數字移動通信系統中使用的話音編碼和信道編碼技術、GSM900以及Q-CDMA實用系統結構和特點進行了詳細的分析，最后簡單介紹了個人通信的基本概念、第三代移動通信的發(fā)展及其演進等內容。人民郵電出版社5.1 移動通信概述5.2 數字移動通信原理5.3 GSM數字移動通信系統5.4 CDMA數字移動通信系統人民郵電出版社 5.1 移動通信概述 5.1.1 移動通信的基本概念 5.1.2 移動通信系統的組成及組網原則 5.1.3 移動通信工作頻段人民郵電出版社 5.1.1 移動通信的基本概念 移動通信是指通信雙方或至少其中一方在運動狀態(tài)中進行信息傳遞的通信方式。5.1.2 移動通信系統的組成及組網原則 一、一、移動通信系統的組成移動通信系統的組成 移動通信系統是指移動體之間、移動體與固定用戶之間用于建立信息傳輸通道的通信系統。人民郵電出版社 下圖給出了一典型的蜂窩移動通信系統。人民郵電出版社 二、二、組網原則組網原則 1.蜂窩組網思路 隨著移動通信用戶數量的不斷增加，業(yè)務范圍的不斷擴大，頻率資源和可用頻道數之間的矛盾日益突出。采用蜂窩組網方式的目的在于解決常規(guī)移動通信系統頻譜匱乏、容量小、服務質量差和頻譜利用率低等問題。人民郵電出版社 2.組網原則 數字移動通信網的組網原則如下：(1)一般采用三級結構，即設置一、二級移動業(yè)務匯接中心和移動業(yè)務交換中心，并且在一級移動業(yè)務匯接中心之間、省內二級移動業(yè)務匯接中心之間形成網狀網，實現可靠互通。人民郵電出版社 (2)數字移動通信網的交換網絡與固定電話網之間的連接采用同一個本地網內移動業(yè)務匯接中心與固定網長途交換中心及市話匯接局相連的方式，實現移動用戶與固定用戶的通信。(3)數字移動通信網是一個整體，必須強調實現全網管理的重要性。人民郵電出版社 5.1.3 移動通信工作頻段 在陸地移動通信系統中，主要采用甚高頻(VHF)頻段(30300MHz)和特高頻(UHF)頻段(3003000MHz)作為其無線通信頻率。人民郵電出版社5.2 數字移動通信原理5.2.1 數字移動通信中所采用的主要技術5.2.2 抗干擾技術人民郵電出版社 5.2.1 數字移動通信中所采用的主要技術 主要對多址聯接技術、編碼技術以及調制與解調技術等進行討論。一、一、多址聯接技術多址聯接技術 二、二、話音與信道的編碼技術話音與信道的編碼技術 三、三、調制與解調技術調制與解調技術人民郵電出版社一、一、多址聯接技術多址聯接技術 多址聯接方式有多種，即頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)及碼分多址(CDMA)等。人民郵電出版社 二、二、話音與信道的編碼技術話音與信道的編碼技術 在數字移動通信系統中所傳輸的信號為數字信號，因而發(fā)送端必須首先將模擬話音信號轉換成為數字信號，即進行話音編碼。而在接收端再將此數字信號還原成模擬信號。實用的話音編碼方案有多種，由于在GSM系統中是采用規(guī)則脈沖激勵長期預測(RPE-LTP)編碼方案，而在CDMA系統中則采用Qualcomm碼激勵線性預測(QCELP)話音編碼技術.人民郵電出版社 三、三、調制與解調技術調制與解調技術 1.數字移動通信對數字調制解調技術的要求 (1)采用盡量窄的功率譜信號 (2)頻譜效率高 (3)傳輸質量高 (4)采用差分檢測方案 人民郵電出版社 2.FSK、MSK和GMSK FSK、MSK以及GMSK都屬于相位調制，即在調制時，載波的頻率隨調制信號的變化而變化，但信號碼變化時已調信號的相位卻是連續(xù)的，不存在相位突變現象，所以相對于不連續(xù)相位的調制而言，其主瓣較窄，而且旁瓣較低，滿足移動通信的要求。人民郵電出版社 3.GMSK GMSK是在MSK之前加一個高斯濾波器，這樣首先對輸入數據進行濾波，因而經濾波后輸出的數據脈沖已沒有陡峭的邊沿，再經MSK調制后，其相位將進一步得到平滑。因此其頻譜特性也得到進一步改善。人民郵電出版社 5.2.2 抗干擾技術 在數字移動通信系統中，其傳輸通道由于包括有線和無線通道，因而通信環(huán)境中存在噪聲和干擾。噪聲包括外部噪聲和設備內噪聲，干擾則包括同頻干擾、鄰道干擾、收發(fā)信機互調干擾、數字傳輸系統中的碼間干擾以及多址干擾。人民郵電出版社一、一、鄰道干擾鄰道干擾二、二、遠近效應遠近效應三、三、同頻干擾同頻干擾四、四、互調干擾互調干擾人民郵電出版社 一、一、鄰道干擾鄰道干擾 鄰道干擾是指相鄰或相近的頻道信號所造成的干擾。二、二、遠近效應遠近效應 當兩個移動臺距基站的距離不同，而以相同的頻率和相同的功率發(fā)送信號時，則基站接收來自遠端移動臺的有用信號將淹沒在近端移動臺所發(fā)送的信號之中，這種由于接收點位置不同，使得發(fā)信機與基站之間的路徑損耗不同，而引起的接收功率下降被稱之為遠近效應。人民郵電出版社 三、三、同頻干擾同頻干擾 同頻干擾是指所有落到接收機通帶內的與有用信號頻率相同的無用信號的干擾，也稱為同信道干擾。四、四、互調干擾互調干擾 當兩個以上的不同頻率作用于一個非線性電路時，這兩個頻率將會互相調制，并產生一個新的頻率，如果該新頻率正好落在某一信道中，則工作于此信道的接收系統將會接收到該新頻率信號，由此構成對該接收機的干擾，這種干擾稱之為互調干擾。人民郵電出版社5.3 GSM數字移動通信系統5.3.1 GSM數字移動通信的組成5.3.2 GSM數字通信網5.3.3 GSM的頻率配置5.3.4 GSM的關鍵技術5.3.5 移動管理 人民郵電出版社 5.3.1 GSM數字移動通信的組成 數字移動通信系統主要是由交換網絡子系統(NSS)，無線基站子系統(BSS)和移動臺(MS)三大部分組成，如下圖所示。人民郵電出版社人民郵電出版社 5.3.2 GSM數字通信網 我國GSM數字移動網是采用獨立網號方式來組網。5.3.3 GSM的頻率配置 一、工作頻段分配一、工作頻段分配 二、頻道間隔頻道間隔 三、三、雙工收發(fā)間隔雙工收發(fā)間隔 四、四、頻道配置頻道配置人民郵電出版社 一、工作頻段分配一、工作頻段分配 900MHz TDMA數字公用陸地蜂窩移動通信網采用900MHz作為其工作頻段。移動臺發(fā)送、基站接收的上行頻段：905915MHz；基站發(fā)送、移動臺接收的下行頻段：950960MHz。人民郵電出版社 二、頻道間隔頻道間隔 相鄰頻道間隔為200kHz，每個頻道采用時分多址接入方式共分為8個時隙，即8個頻道(全 速 率)，那 么 每 個 信 道 占 用 帶 寬 為(200kHz/8)=25kHz。如果將來GSM采用半速率話音編碼，那么每個頻道將能容納16個半速率頻道，從而可達到提高頻率利用率的目標。人民郵電出版社 三、三、雙工收發(fā)間隔雙工收發(fā)間隔 雙工收發(fā)間隔為45MHz。四、四、頻道配置頻道配置 在900MHz頻段的數字蜂窩移動通信系統中，采用了等間隔頻道配置方式。人民郵電出版社5.3.4 GSM的關鍵技術一、一、基站與移動臺間的時間調整基站與移動臺間的時間調整二、二、交織技術交織技術三、三、跳頻技術跳頻技術人民郵電出版社 5.3.5 移動管理 一、一、位置更新位置更新 二、二、切換切換 三、三、漫游漫游 四、四、呼叫處理呼叫處理人民郵電出版社 5.4 CDMA數字移動通信系統 CDMA是近年來用于數字蜂窩移動通信網的一種先進的無線擴頻通信技術。5.4.1 擴頻通信 5.4.2 CDMA中的關鍵技術人民郵電出版社 5.4.1 擴頻通信 擴頻通信是一種新的信息傳輸方式，即在系統中所傳輸的已調信號帶寬遠大于調制信息帶寬。通常我們以擴頻信號帶寬BW與調制信號帶寬BS的比作為參考。只有當BW/BS100時，才被稱之為擴頻通信，否則只能是寬帶或窄帶通信。人民郵電出版社擴頻通信主要特點：擴頻通信主要特點：(1)擴頻信號具有隱蔽性。(2)擴頻信號具有保密性。(3)擴頻信號具有很強的抗干擾能力。(4)提高系統容量。(5)系統復雜。人民郵電出版社 5.4.2 CDMA中的關鍵技術 一、一、地址碼的選擇地址碼的選擇 二、二、直接擴頻系統的同步直接擴頻系統的同步 三、三、功率控制功率控制 四、四、軟切換軟切換人民郵電出版社一、一、地址碼的選擇地址碼的選擇理想的地址碼和擴頻碼主要應具有以下性能：(1)有足夠多的地址碼組碼；(2)有尖銳的自相關特性；(3)碼組彼此之間的互相關性為零；(4)不同的碼元數平衡相等；(5)盡可能大的復雜度。人民郵電出版社 二、二、直接擴頻系統的同步直接擴頻系統的同步 一般擴頻系統的同步包括三方面的內容：(1)載波同步 (2)位同步 (3)序列同步 三、三、功率控制功率控制 功率控制分為前向功率控制和后向功率控制，而后向功率控制又分為僅由移動臺參與的開環(huán)功率控制和移動臺、基站同時參與的閉環(huán)功率控制。人民郵電出版社 四、四、軟切換軟切換 軟切換是指當一個移動臺需要與新基站進行通信時，并不先中斷與原有基站的聯系，因而軟切換只能在相同頻率的CDMA信道間進行，這樣位于兩個基站覆蓋區(qū)交界處的移動臺可以在不間斷通信的條件下實現業(yè)務信道的切換，從而大大減少由于切換所帶來的掉話，保證了通信的可靠性。