《移动通信技术》电子教案全doc.docx

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《移动通信技术》电子教案全doc

《移动通信技术》电子教案（全）

、移动通信简介（3学时）

1、课程定位：

（1）掌握移动通信系统的基本概念和构成移动通信网

的基木要素（Graspbasicconceptandelementsofmobilecommunication）,

（2）掌握移动通信网络系统关键技术基本原理（graspkeytech・andbasicprinciplcofcommunication.System）・

2、课程目标：

（1）为在网络运营商和ISP从事移动网络和关技术规

划、建设、维护和优化奠定基础（Providefound,forconstruction>plan>maintenanceandoptimizationinnetworkoperators）。

（2）为相关设备供应商开发维护等奠定基础（Providefound,fordevelopmentandmaintenanceinequipmentsupplies）o（3）掌握移动通信系统中的关键技术（location,charging,trans,andWlantechnologies）o（4）掌握移动通信系统关键技术原理的英语表达。

3、教学重点：

移动通信系统基本概念（basicconceptsofmobilesystem）>蜂窝移动通信组网原理（networkingprincipleofmobilecellularcommunication）>移动通信系统关键技术（keytechnologiesofmob订ecommunication）>移动通信系统结构（systemstructureofmobi1esystem）

4、参考书

《移动通信》，西安电子科技人学出版社，郭梯云等。

《现代移动通信系统》，人民邮电出版社，祁玉生等。

《GSM网络与GPRS》电子工业出版社，XavierLagrange等，翻译:

顾肇基。

《第三代移动通信系统原理与工程设计，IS-95cdma和CDMA2000》,美vijayk.garg

《WCDMA蜂窝移动通信》，北京邮电大学出版社，袁超伟等。

《CDMA2000lx移动通信系统》，机械工业出版社，扬大成等。

《7号信令系统（修订本）》人民邮电出版社，纪红。

5、讲解内容

引言（introduction）^蜂窝概念（cellular）、蜂窝系统结构（cellularsysteminfrastructure）、信令技术（signalingtechnology）、移动管理技术（mobilitymanagementtechnology）、无线传输技术

（wirelesstransmissiontechnology）、其他无线组网技术（otherwirelesstechnologiessuchasadhoc）。

6、通信网的基本构成（constructionoftelecommunication）

Telecommunicationnetwork=mux（multiplexer）+switch+transmission+userterminals

通信网络由复用、交换、传输与用户终端构成。

仃）复用：

实现不同类型数据在同一通道内的复用、传输，复用能提高网络资源利用率，有效节约通信网络建设成本。

（realizemultiplexandtransmissioninasamechannelfordifferenttypesofdata）

（2）交换：

在两个用户间建立临时电路，通信结束后撤除该电路。

（Temporarycircuitisbuiltforcommunicationusers,andwillbecancelledaftercomm・・）

（3）传输：

传输完成信息的传递，一般有有线、无线传输。

（Informationistransmittedfromonesidetoanotherside）

（4）终端：

完成人与通信系统接口的设备（referredtodeviceswhichrealizeinterfacebetweenusersandcommunicationsystem）

7、通信网分类（communicationnetworkclassification）

（1）按传输的内容分类（classificationonthebasisof

transmissioncontents）:

电话网（telephonenetwork）、计算机网（computernetwork）、电视网（televisionnetwork）；

（2）按复用方式分类（multiplexing）:

频分多址（frequencydivisionmultiplexingaccessFDMA）、时分多址（timedivision

multiplexingaccessTDMA）、码分多址（codedivision

multiplexingaccessCDMA）；（3）按交换方式分类（switching）:

电路（circuit）、分组（packet）、帧中继（frane）、IP（internetpacket）等;（4）按传输方式分类（transmission）:

模拟/数字（analog/digital）>有线/无线（wired/wireless）等

8、通信网络的性能指标（performancemetersforcommunication）

（1）延迟delay1ransmissiontimefromonepointtoanother

point；

（2）延迟抖动jitterdifferencebetweendelay；（3）

容量（信道发送信息的能力）capacity---maximumtransmission

ab订ityforachannel；（4）吞吐量（单位时间内成功地传送数据的数量）throughputthenumberofsuccessfultransmission

data；（5）可靠性（一定吋间一定条件下无故障完成指定功能的能力）reliabilitytheabilityofperformingspecific

functioninacertaintimeandcondition；（6）便携性（方便用户使用的程度）conveniencetheabilityforuseof

convenience。

9、移动通信的基本概念（basicconceptsofmobilecommunication）

（1）通信一方或双方处于移动过程屮的信息交换（referredtoinformationcommunicationwhenonesideorbothsidesaremoving）；

（2）themobilecommunicationismisunderstoodasmobilephoneduetoitspopularity；（3）终端移动性mobility

ofterminals；（4）个人移动性personal

mobilitysubscriberidentitymoduleSIMsupportpersonal

mobility；（5）无线接入支持移动业务wirelessaccess

supportmob订eservice；（6）通信网的智能化与无线化实现移动业务theintelligenceandwirelesscharacteristicrealize

mobileservice.:

（7）无线传输的基本原理，信源产生信息发送给

变换器，变换器把信息转换成适合发射机发射的信息，发射机把信息通过无线发射机向空中发射，接收机收到无线信号后，发送给变换器,变换器把接收到的信息转换，发送给新宿。

Theprinciple:

informationsourcecreatesinformationandsendsthemtoconverter・Theconvertertransformstheinformationandconveytotransceiver・Transceiverreceivestheinformationandsendstoconverter,andtheconvertertransformtheinformationtodestination.

Source:

supplyinformationneededtransmission

Converter:

transformstheserviceinformationtoelectronicsignal.

Transceiver:

transformstheelectronicsignaltohighfrequencysignalorviceversa・

Transmissionmedia:

thetransmissionchannel.

Destination:

receiverofinformation

（8）移动通信的特点（thecharacteristicsofmob订ecommunication）

1）transmissionchanneliswirelessspectrum；

（2）thewirelessenvironmentexperiencesinterference；（3）wirelessspectrumisverycrowded；（4）thetransmissionpowerofterminalislimited；

（5）Terminalsremdomlymove；（6）thecontentiseasytobedisclosed

（9）移动通信的技术要求（technicalrequirements）

（1）Highspectrumefficiency；

（2）Highqualityofservicetraffic；（3）Highmobilityandportability；（4）Highflexibilityofnetworking；（5）Anti-interferenee；（6）Informationsecurity10移动通信技术的关键问题（thekeyissuesofmobilecommunicationtechnology）

（1）Improvequalityofservicetraffic；

（2）improvespectrumefficiency；（3）increasecapacityofmobilesystem；（4）providemanytypesofservices；（5）provideintel1igencetomobilesystem

11移动通信基本业务应用范围（applicationareaofmob订ecommunicaiton）

（1）蜂窝移动电话系统cellularmobilephonesystem；集群通

信系统privatemobileradionetworkPMRN；无线寻呼

wirelesspaging；无绳电话cordlessphone；卫星网satellitenetworkslongcommunication,bigcoverage,highcapacity,highconvenience,stableandreliablecoinmunication.

（2）无线移动数据网———wirelessdatanetworkssuchaswxan,adhoc,etc・

Packetisakindoftransmissionunitwhichconsistsofbitflow.Thepacketincludesheaderanddata,andtheheadusuallycomprisessourceaddress,destinationaddressandrelativeroutinginformation.Thedataisserviceinformation・

12公共陆地移动网PLMNpubliclandmob订enetworks

PLMNincludesnetworkbasedonbothvoiceanddata・Thevoicenetworkcomprisescordlessphone,cellulardigitphone・Thedatanetworkmainlyconsistsofwimaxandmobiledatanetwork・

13.蜂窝网络系统（cellularsystem）包含接入网络（access

networks）和核心网络（corenetworks）.核心网络的关键部分（mainelementsofthecorenetworks）mobi1itymanagement,traffic

switching,charging,networkcontrolandmanagement,

transmission,signalingnetwork.

14.蜂窝移动通信系统的特点（characteristics）,整个服务区被划分为若干个较小区域，俗称"蜂窝小区”（thewholeserviceareaisdividedintoanumberofsmal1area,referredtoascellularcell）；蜂窝小区乂被分为“扇区”（cellularcellalsoasector）；每个小区使用较小功率的发射机进行覆盖（eachcelluseslowpowertocover）。

Cellularcommunicationcanrealizefrequencyreuse,accessofthesubscriberandhandoff・

15.蜂窝结构（cellulararchitecture）:

macro-cell,micro-cell,pico-cell,hybridarchitecture・

16.移动通信的发展形成了巨大的产业链（thedevelopmentofmobilecommunicationcreateshugeproductionchain）:

系统制造（基站basestation>交换机switcher>传输设备transmissiondevices、maintenaneedevices,etc・）・终玄橋需ij造（terminalproduction）.各种芯片设计与制造（chipdesignandproduction）.通信软件开发，应用软件开发（communicationsoftwaredevelopmentandapplicationsoftwaredevelopment）。

17.第一代模拟蜂窝通信系统

第一代移动电话系统采用了蜂窝组网技术，蜂窝概念由贝尔实验室提出，70年代在世界许多地方得到研究。

当笫一个试运行网络在芝加哥开通时，美国第一个蜂窝系统AMPS（高级移动电话业务）在1979年成为现实。

现在存在于世界各地比较实用的、容量较大的系统主要有：

（1）北美的AMPS；

（2）北欧的NMT-450/900；（3）英国的TACS；

其工作频带都在450MHz和900MHz附近，载频间隔在30kHz以下。

鉴于移动通信用户的特点：

一个移动通信系统不仅要满足区内，越区及越局自动转接信道的功能，还应具有处理漫游用户呼叫（包括主被叫）的功能。

因此移动通信系统不仅希望有一个与公众网之间开放的标准接口，还需要一个开放的开发接口。

由于移动通信是基于固定电话网的，因此由于各个模拟通信移动网的构成方式有很大差异，所以总的容量受着很大的限制。

鉴于模拟移动通信的局限性，因此尽管模拟蜂窝移动通信系统还会以一定的增长率在近几年内继续发展，但是它有着下列致命的弱点：

A）各系统间没有公共接口。

B）无法与固定网迅速向数字化推进相适应，数字承载业务很难开展。

0频率利用率低，无法适应大容量的要求。

D）安全•利用率低，易于被窃听，易做〃假机〃。

这些致命的弱点将妨碍其进一步发展，因此模拟蜂窝移动通信将逐步被数字蜂窝移动通信所替代。

然而，在模拟系统屮的组网技术仍将在数字系统中应用。

第二代—数字蜂窝移动通信系统

由于TACS等模拟制式存在的各种缺点,90年代开发出了以数字传输、时分多址和窄带码分多址为主体的移动电话系统，称之为第二代移动电话系统。

代表产品分为两类：

TDMA系统

TDMA系列中比较成熟和最有代表性的制式有：

泛欧GSM、美国D-AMPS和口本PDC。

（1）D-AMPS是在1989年由美国电子工业协会ETA完成技术标准制定工作，1993年正式投入商用。

它是在AMPS的基础商改造成的，数模兼容，基站和移动台比较复杂。

（2）日本的JDC（现已更名为PDC）技术标准在1990年制定，93年使用，只限于本国使用。

（3）欧洲邮电联合会CEPT的移动通信特别小组（SMG）在88年制定了GSM第一阶段标准phasel,工作频带为900MIIz左右，90年投入商用；同年，应英国耍求，工作频带为1800MHz的GSM规范产生。

上述三种产品的共同点是数字化，时分多址、话音质量比第一代好,保密性好、可传送数据、能自动漫游等。

三种不同制式各有其优点，PDC系统频谱利用率很高，而D-AMPS系统容量最大，但GSM技术最成熟，而且它以0SI为基础，技术标准公开，发展规模最大。

N-CDMA系统

N-CDMA（码分多址）系列主要是以高通公司为首研制的基于1S-95的N-CDMA（窄带CDMA）。

北美数字蜂窝系统的规范是由美国电信工业协会制定的，1987年开始系统研究，1990年被美国电子工业协会接受，由于北美地区已经有统一的AMPS模拟系统，该系统按双模式设计。

随后频带扩展到1900MHz,即基于N-CDMA的PCS1900。

第三代一一IMT-2000

随着用户的不断增长和数字通信的发展，第二代移动电话系统逐渐显示出它的不足之处。

首先是频带太窄，不能提供如高速数据、慢速图像与电视图像等的各种宽带信息业务;其次是GSM虽然号称“全球通”,实际耒能实现真正的全球漫游，尤其是在移动电话用户较多的国家如美国，日本均未得到大规模的应用。

而随着科学技术和通信业务的发展，需要的将是一个综合现有移动电话系统功能和提供多种服务的综合业务系统，所以国际电联要求在2000年实现商用化的第三代移动通信系统，即TMT-2000,它的关键特性有：

（1）包含多种系统；

（2）世界范围设计的高度一致性；

（3）IMT-2000内业务与固定网络的兼容；

（4）高质量；

（5）世界范围内使用小型便携式终端。

具有代表性的第三代移动通信系统技术：

主要有三个标准：

（1）以Qualcomm公司为代表提岀的与IS-95系统反向兼容的宽带cdmaOnc建议。

建议采用多级DS-CDMA,射频信道带宽1.25/10/20MIIz,PN码片率为

1.288/3.6864/7.3728/14.7456Mbps。

采用多级的目的在于将5MHz分为3个1.25MHz带宽的信道，以便于IS-95后向兼容，可以共享或重叠。

美国考虑在IMT-2000网络发展目标上，支持宽带分组交换网为核心，将当前的从功能上分层的网络模式演变成端到端的客户-服务器模式。

（2）专门开发与GSM系统反向兼容的UMTS标准，包括两个子方案：

日本的W-CDMA

日本最大的移动电话运营商NTTDoCoMo提出的建议为相干多码率宽带CDMA（W-CDMA）o由于日本的第二代移动电话系统并没有成为全球化标准，而在第三代IMT-2000网络技术方案上，日本决心走全球化合作的道路。

在支持ITU的IMT-2000家族及接口概念基础上，有意参照无线传输技术的合作方式，支持欧洲的GSMUMTS的网络概念。

现在爱立信等公司以与NTTDoCoMo公司合作，共同提出无线传输技术采用W-CDMA,而核心网路则沿用GSM网络平台，其目的在于能从GSM演进到第三代IMT-2000o欧洲的TD-CDMA

欧洲西门子和阿尔卡特等公司提出了一种TD-CDMAo该方案将FDMA/TDMA/CDMA组合在一起。

其特点它的帧结构和吋隙结构与GSM相同，可支持每时隙8个用户。

移动台采用双模手机，以便在网络、信令层与GSM兼容。

此方案便于由GSM平滑过渡到第三代，故受到很多GSM供应商支持。

（3）TD-SCDMA

该标准是屮国制定的3G标准。

原标准研究方为西门子。

为了独立出WCDMA,西门子将其核心专利卖给了大唐电信。

之后在加入3G标准时,信息产业部（现工业信息部）官员以爱立信，诺基亚等电信设备制造厂商在中国的市场为条件，要求他们给予支持。

1998年6月29日，原中国邮电部电信科学技术研究院（现大唐电信科技产业集团）向ITU提出了该标准。

该标准将智能天线、同步CDMA和软件无线电（SDR）等技术融于其中。

另外，由于中国庞大的通信市场，该标准受到各大主要电信设备制造厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以生产支持TD-SCDMA标准的电信设备。

TD-SCDMA在频谱利用率、频率灵活性、对业务支持具有多样性及成本等方面有独特优势。

TD-SCDMA由于采用时分双工，上行和下行信道特性基本一致,因此，基站根据接收信号估计上行和下行信道特性比较容易。

此外,TD-SCDMA使用智能天线技术有先天的优势，而智能天线技术的使用又引入了SDMA的优点，可以减少用户间干扰，从而提高频谱利用率。

软件无线电：

通过软件编程来实现无线电台的各种功能，在公共硬件平台上利用可编程的软件方法实现所需要的无线电系统一一灵活、低成本。

（realizeswirelessfunctionsthroughsoftwareprogramming）认知无线电（cognitiveradio）,具有学习能力，能与周围环境交互信息，以感知和利用在该空间的可用频谱，能降低冲突的发生。

产生CR的背景：

传统无线频谱的使用方式是由管理部门颁发无线频谱使用牌照，但其利用率较低，由此当授权频谱利用率较低时，非授权用户暂时借用授权频谱。

认知无线电网络（cognitiveradionetworks）,无线网络具有认知能力，根据