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现代无线与移动通信系统 期末考试复习,李少谦,胡苏 通信抗干扰技术国家级重点实验室,什么是移动通信?,广义移动通信概念 通信双方或至少其中一方在运动状态中(或临时静止状态)进行信息交互的通信方式。 移动通信是移动体之间的通信,或移动体与固定体之间的通信。 移动体可以是人,也可以是汽车、火车、轮船、收音机等在移动状态中的物体。 采用电磁波为传输媒介的无线通信 狭义移动通信概念 蜂窝移动通信系统,第一章 概述,无线与移动通信系统的分类,民用设备和军用设备(使用对象) 陆地通信、海上通信和空中通信(使用环境) 专用网和公用网(服务范围) 局域网和广域网(覆盖范围) FDMA、TDMA、CDMA、OFDMA(多址方式) 单工、双工(TDD和FDD)(工作方式) 1G、2G、3G、4G、5G(代特征) ,第一章 概述,2019/11/7,4,移动通信系统的特点,频谱拥挤、频谱需严格菅理 电波传播存在衰落、多径等问题 面临干扰和噪声 存在高速移动和大动态范围的要求 对移动台体积、重量、功耗的要求高 系统复杂,系统需组网,网络需有越区切换、漫游等功能,2019/11/7,5,对技术的基本要求,高的频谱利用率 好的服务质量 具有移动性和便携性 灵活方便的组网 抗干扰 保密与信息安全,2019/11/7,6,多址方式,在移动通信中,许多用户同时通话,以不同的移动信道分隔,防止相互干扰的技术方式称为多址方式。 频分多址(FDMA) 时分多址(TDMA) 码分多址(CDMA) 空分多址(SDMA) 包分多址(PDMA),2019/11/7,7,FDMA,频分多址以频率来区分信道。 特点:使用简单,信号连续传输,满足模拟话音通信,技术成熟。 缺点:多频道信号互调干扰严重,频率利用率低,容量小。,2019/11/7,8,TDMA,在一个无线频道上,按时间分割为若干个时隙,每个信道占用一个时隙,在规定的时隙内收发信号。 时分多址只传数字信息,信息需经压缩和缓冲存储的过程,在实际使用时常 FDMA/TDMA复分使用。,2019/11/7,9,CDMA,采用扩频通信技术 每个用户具有特定的地址码(相当于扩频中的PN码),利用地址码相互之间的正交性(或准正交性)完成信道分离的任务。 CDMA在频率、时间、空间上重叠。 优点:系统容量大,抗干扰、抗多径能力高。,2019/11/7,10,双工方式,单工方式 频分双工方式 FDD 时分双工方式 TDD,第一代移动通信,以模拟通信为特征的移动通信 模拟话音与传输 仅为宏小区 频谱利用率低 保密性差、通话质量差 主要接入技术: FDMA 主要代表:AMPS(美国) 、TACS(欧洲),第一章 概述,第二代移动通信,以数字通信为特征的移动通信 数字话音和数据通信 宏/微小区 频谱利用率高、容量大 多种业务、多种先进技术 保密性好主要接入技术:TDMA、CDMA 数据速率:9.6k32Kbps 主要标准:欧洲的GSM,TDMA制式 北美的(IS-95CDMA),CDMA制式 北美的DAMPS(IS-54),TDMA制式 日本的PDC,TDMA制式,第一章 概述,2.5代移动通信,第二代提供的以话音为主的业务无法满足人们的需求。 在第二代移动通信基础上,通过增加网络和数据业务的协议,研发出来适用于数据通信的移动系统。 典型:GPRS,CDMA2000 1x 缺点:基于第二代系统,先天不足,无法从根本上提高系统容量和频谱效率。,第一章 概述,2019/11/7,14,第三代移动通信,第三代移动通信为IMT-2000; 1998年,第三代移动通信的标准确定; 2001年10月,首次第三代移动通信的商用在; 2005年以后,第三代移动通信开始大规模商业应用。,移动通信的发展与展望 电子科技大学 李少谦,第三代移动通信特点,频谱利用率高 高速传输支持多媒体业务 室内环境至少2Mbps 步行环境至少384kbps 车速环境至少144kbps 传输速率按需分配 支持上、下行链路的不对称需求 3G增强技术使3G系统信息传输速率达到10Mbps左右,第一章 概述,第三代移动通信系统3大标准,WCDMA (CDMA、FDD) cdma2000 (CDMA、FDD) TD-SCDMA (CDMA/TDMA、TDD),第一章 概述,2019/11/7,17,3G增强技术,3G增强技术 高速下行分组接入(HSDPA)技术, 高速上行分组接入(HUDPA)技术, 3G增强技术可使3G系统信息传输速率达到10Mbps左右,2019/11/7,18,B3G/4G新名称: “IMT-Advanced”,2005年10月12日到19日在芬兰,赫尔辛基召开的ITU-R WP8F第17次会议上定义了新一代移动通信的名称: “IMT-Advanced” “IMT-Advanced”是B3G新部分,即支持100Mbps以上速率的蜂窝系统和支持高达1Gbps以上速率的游牧/本地无线接入系统等。,2019/11/7,19,IMT-Advanced候选技术提交,2009年10月,ITU-R WP5D#6收到5个国家和标准化组织的6项技术提案,技术上为LTE-Advanced和802.16m.,2019/11/7,20,LTE及其演进成为宽带无线发展共识 新一代技术以OFDMA为特征 LTE-Advanced及802.16m成为4G技术,IMT-A发展路径: 4G即LTE,2019/11/7,21,中国主导了TD-LTE-Advanced标准,3GPP FDD,WCDMA,LTE FDD,LCR TDD (TD-SCDMA),LTE TDD Type2,HCR TDD,LTE TDD Type1,LTE-Advanced FDD,LTE TDD (TD-LTE),3GPP TDD,LTE-Advanced TDD,3G,演进3G (4G),IMT-Advanced,融合,在中国主导下,经半年多策略谋划、协调努力,于2007年11月将LTE TDD 融合为一个,即TD-LTE。,GSM数字移动通信系统,GSM系统结构,移动台,移动台(MS:Mobile Station): 用户端的设备总称。 可以是手持机、车载台、便携式台。 组成: 移动设备(ME) SIM卡 移动台的功能 无线接入数字蜂窝移动通信网 完成各种控制功能并支持各种基本业务(电信业务和承载业务)和补充业务 支持人机接口各种功能,呼叫过程的提示,SIM(Subscriber Identity Module)特点: 客户与设备分离 通信安全可靠 用户个人身份号码PIN 鉴权过程: GSM网络和SIM卡之间进行的,以验证用户身份的合法化 加密: SIM含加密参数 成本低,经久耐用,移动台,基站子系统,基站子系统(BSS:Base Station Subsystem) 在一定的无线覆盖区中,由MSC控制,与MS进行通信的设备。 一个BSS可为一个或多个小区服务。 由两部分组成: 基站收发设备(BTS:Base Transceiver Station):为一个小区服务的无线收发设备。 基站控制器(BSC: Base Station Controller):无线资源管理,对1个或多个BTS进行控制。,网络子系统,网络子系统/交换子系统 GSM系统的交换功能 用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库。 组成: 移动业务交换中心MSC 访问位置寄存器VLR 归属位置寄存器HLR 鉴权中心AUC 移动设备识别寄存器EIR,系统结构:设备间的接口,三、空中接口 (Um接口),空中接口是系统的最重要的接口,它决定了系统的主要特征和功能 空中接口包含了下述特性: 信道结构和接入能力 MS-BS通信协议 维护和操作特性 性能特性 业务特性,GSM的多址方式: FDMA与TDMA混合方式,物理信道与逻辑信道,GSM信道分为物理信道与逻辑信道 物理信道:用来传送信号或数据的物理通路,一个时隙(TS) 占有25MHz带宽,包含124对频道,频道间隔200kHz (124200K=24.8MHz) 每个载频按时间分为8个时间段,每个时隙段称为一个时隙(slot),这样的时隙称为信道,或为物理信道; 一个载频可提供8个物理信道,共992(1248)个物理信道,物理信道与逻辑信道,GSM信道分为物理信道与逻辑信道 逻辑信道: 在物理信道基础上,根据BTS与MS之间传递的信息种类的不同而定义为不同的逻辑信道。 根据其传输方向,分上行信道和下行信道。,物理信道与逻辑信道,逻辑信道,物理信道与逻辑信道,广播信道(BCH, Broadcast CHannel): 概念: 下行信道 “一点对多点”的单方向控制信道; 用于基站向移动台广播公用的信息; 传输的内容主要是移动台入网和呼叫建立所需要的有关信息;,物理信道与逻辑信道,广播信道(BCH, Broadcast Channel)分类: 频率校正信道(FCCH):传输用于校正移动台工作频率的信息。 同步信道(SCH):传输移动台的帧同步(TDMA帧号)和BTS的识别码(BSIC)的信息,供移动台进行同步和对基站进行识别。 广播控制信道(BCCH):广播每个BTS的通用信息(小区特定信息)。,物理信道与逻辑信道,公共控制信道CCCH(Common Control CHannel): 概念: 双向控制信道 用于呼叫接续阶段传输链路连接所需要的控制信令。,寻呼信道(PCH):传输基站寻呼移动台的信息。 下行信道,点对多点方式传播; 随机接入信道(RACH):用于移动台随机提出的入网申请,即请求分配一个独立专用控制信道,可作为对寻呼的响应或MS主叫/登记时的接入。 上行信道,点对点方式传播。 允许接入信道(AGCH):用于基站对移动台的入网申请作出应答,即给用户分配一个独立专用控制信道。 下行信道,点对点方式传播。,专用控制信道DCCH(Dedicated Control CHannel):,物理信道与逻辑信道,物理信道与逻辑信道,专用控制信道DCCH(Dedicated Control CHannel): 概念: 一种“点对点”的双向控制信道 在呼叫接续阶段以及在通信进行当中,在移动台和基站之间传输必须的控制信息。,物理信道与逻辑信道,专用控制信道DCCH(Dedicated Control CHannel)分类 独立专用控制信道(SDCCH):用于在分配业务信道之前呼叫建立过程中传送系统信令。例如登记、鉴权等信令。 慢速辅助控制信道(SACCH):基站用此信道向移动台传送功率控制信息、帧调整信息;同时接收移动台发来的移动台接收的信号强度报告和链路质量报告。 与一个业务信道TCH或一个独立专用控制信道SDCCH联用,物理信道与逻辑信道,快速辅助控制信道(FACCH): 主要用于传送基站与移动台间的越区切换的信令消息 在话音传输过程中如果突然需要以比SACCH所能处理的高得多的速度传送信令信息,则要中断业务信息,借用18.5ms的语音(数据)突发脉冲序列来传送信令。一般在切换时发生。由于语音译码器会重复上一个18.5ms的话音,补偿删除的话音,所以这种中断是不被用户察觉的。,时隙 一个TDMA帧分为8个时隙,每个时隙长约576.9us,含156.25个码元。 TDMA帧 一个TDMA帧长为约4.612ms,含8个时隙。 复帧 业务复帧:26帧组成,长120ms。 控制复帧:51帧组成,长235.385ms。 超帧 由51个业务复帧或26个控制复帧组成。周期:51264.61510-3 6.12s 超高帧 由2048个超帧组成。2715648个TDMA帧。约3.5小时。,逻辑信道到物理信道的映射,映射方式 下行BCH和CCCH在C0上的TS0上的复用 上行RACH在C0上的TS0上的复用 SDCCH和SACCH在C0上的TS1上的复用 其余( C0上的
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