个人通信章节件一章节

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个人通信赵婧华13151588345zhaojh@njupt.edu.cn9/20/20211 目录第一章个人通信概述第二章个人通信的技术基础第三章个人通信的空中接口第四章动态无线资源管理第五章网络结构和智能网络管理第六章个人通信的业务、业务量与频谱分配第七章典型系统9/20/20212 第一章个人通信概述1.1个人通信基本概念1.2个人通信提出的背景1.3无线个人通信的主要系统1.4无线个人通信的主要技术9/20/20213 1.1个人通信基本概念概念：Schilling教授：OnePhoneFCC:3AITU:5W无论任何人(Whoever)在任何时候(Whenever)和任何地点(Wherever)都能和另一个人(Whomever)进行任何方式(Whatever)的通信。它是以个人为对象的通信技术。要素：个人通信码大容量数据库共同的用户接口9/20/20214 个人通信码(PTN)Universalpersonaltelecommunicationnumber唯一识别一个UPT用户并用来将呼叫接到或转接到该用户的号码。与网络无关的逻辑号码，不是标志用户终端的实际网络地址的物理号码，因此可以不受地理区域限制地跨过多个网络建立连接和计费。1.1个人通信基本概念9/20/20215 1．个人通信系统功能（1）位置登记：当用户从一地移动到另一地时，应在网络内自动登记其新位置。（2）跟踪交换局：根据用户位置自动选择通达用户所在交换局的路由。（3）号码转换：将个人通信中分配给用户的逻辑号码，转换为标志用户终端实际网络地址的物理号码。（4）灵活计费：由于个人通信是根据个人号码向个人计费，而不是向终端计费，所以计费功能必须灵活。（5）存储巨量数据：要有超大容量的巨型数据库，来随时存储数量巨大的动态用户信息。1.1个人通信基本概念9/20/20216 （6）安全保密：系统能够可靠识别主叫用户和被叫用户，还要求用户提供必要的口令和有权码，确保有权用户安全入网，并能提供用户语音通信的保密性。（7）信令系统:支持通信的控制和管理、跨网连接、寻呼用户及出入数据库等操作。1.1个人通信基本概念9/20/20217 2．个人通信系统的典型应用话音传输2.4~32kbps数字音频128~512kbps电话会议64~384kbps电子邮件9.6~128kbps多媒体通信1~6Mbps数字HDTV15~20Mbps高速数据1~10Mbps1.1个人通信基本概念9/20/20218 （1）网络技术和智能网技术（2）多址接入技术（3）成本问题1.1个人通信基本概念3．影响其发展的主要技术因素和市场因素9/20/20219 未来个人通信必将是多种通信手段的综合运用，作为将发展的个人通信网必须达到下列基本要求：1.必须是全数字化；2.要和PSTN（公共交换电信网）、PDN（公共数据网）和ISDN（综合业务数字网）相连接；3.具有用户定位、越区、漫游等现代移动通信的各种功能；4.单位面积所提供业务量可根据用户密度进行调整；5.用户设备体积小、重量轻、价廉、可靠等。1.2个人通信提出的背景9/20/202110 铜线无线光纤继电器电子管TrICLSIVLSIOEIC模拟电话用户电话电路交换数据网分组交换数据网数字电话ISDN蜂窝移动通信B-ISDNSDH/SONETSTMATMINTMNPCN网络能力基础技术1900195019601970198019902000年1.2个人通信提出的背景9/20/202111 作为迈向个人通信的重要步骤，就是建立一个全球移动通信网，该网在ITU中称为FPLMTS（thepubliclandmobiletelecommunications），在欧洲称为UMTS（universalmobiletelecommunicationsystem）。这是一种以全球个人通信为目标的系统，它的主要特征是以最终实现与ISDN、PSDN等固定网结合成一个世界规模的整体为前提，把数字无绳电话系统和数字蜂窝汽车电话系统综合为一体，实现任何地方均可以用的地面系统，并通过卫星系统实现在船上和飞机上的用户通信。卫星系统可以是对地静止，或倾斜的椭圆轨道，或对地球低轨道的卫星。因此可以认为它是一个以蜂窝网、无绳电话系统和移动卫星通信系统为基础的个人通信系统。1.3个人通信的主要系统9/20/202112 CT2CT2+DECTPHSPACS地区欧洲加拿大欧洲日本美国双工方式IDDTDDTDDTDDFDD频段(MHz)864-868944-9481880-19001895-19181850-1910／1930-1990载波数40107716对／10MHz每载波承载信道数11248／对信道速率72kbit/s1152kbit／s384kbit／s384kbit,／s调制方式GFSKGFSKπ／4DQPSKπ/4DQPSK语音编码速率32kbit/s32kbit／s32kbit/s32kbit／s平均手机发射功率(mW)5101025峰值手机发射功率(mW)1025080200帧长度(rns)21052．51.3.1低功率系统目前已投入运营或已制定标准的低功率系统有：欧洲的CT-2，瑞典的DCT900(CT一3)，欧洲的DECT，日本的PHS，北美的WACS，以及综合PHS和WACS优点的标准PACS，如表1-1所示。这些系统主要用来提供公用无绳电话业务。9/20/202113 1．CT2系统CT2是公认的世界上第一个数字无绳电话标准。该标准由英国提出，1991年正式被CEPT和ETSI作为数字无绳电话标准。CT2系统使用时分双工（TDD）技术，收发使用同一载频，在864.1～868.1MHz的4MHz带宽内，给出40个间隔均为100kHz的频分信道。与频分双工（FDD）相比，具有较高的频谱效率。2．DECT系统DECT的最初含义是欧洲数字无绳电话（DigitalEuropeanCordlessTelephone）。早在1988年，CEPT就开始进行该系统的研究。1.3.1低功率系统9/20/202114 3．PHS系统PHS系统是日本提出的个人便携电话系统（PersonalHandyphoneSystem），它可以与DECT系统相媲美。1993年，日本提出发展能够提供PCS的个人手持电话系统，由电信系统组织通信行业的各大公司、研究机构共同开发。4．CDCT系统CDCT（ChineseDigitalCordlessTelecommunication）是中国的无绳电信系统。该系统由前邮电部（现信息产业部）提出，并列入国家“863”计划的研究课题。1.3.1低功率系统9/20/202115 1.3.2数字蜂窝系统数字蜂窝系统主要有：欧洲的GSM、英国的DCS-1800、北美的IS-95、日本的PDC。系统名称GSMDCS-1800IS-54Is-95PDC多址方式TDMA／FDMATDMA／FDMATDMA／FDMACDMA／FDMATDMA／FDMA工作频带(MHz)935～960890～9151805～1880l710～1785869～894824～849869～894824～849810～826940～9561429～1453或1477～1501双工方式FDDFDDFDDFDDFDD射频信道间隔(kHz)20020030125025调制方式GMSKGMSKπ/4DQPSKQPSKπ/4QPSK手机发射功率(最大值／平均值)1W／125mWlW／125mW600mW/200mW600mW话音编码RPE一LPE(13kbit/s)RPE一LTP(13kbit/s)VSELP(7.95kbps)QCEILP(8kbps)VSELP(6．7kbips)每个射频载波的话音信道数8(16)8(16)3(6)~3(6)信道速率(kbit／s)270．833270．83348．6~429/20/202116 WCDMAcdma2000双工方式FDDFDD多址方式DS-CDMAMCCDMA所需带宽5MHzN×1.25MHz,N=1,3(可扩展6,9,12）码片速率3.84McpsN×1.2288Mcps,N=1,3(可扩展6,9,12)帧（frame）长度10ms5，10，20，40，80ms导频结构前向:公用或专用导频反向:专用导频前向:公用专用辅助导频反向:专用导频调制方式QPSK(前向)/BPSK(反向)QPSK(前向)/BPSK(反向)基带滤波平方根升余弦，滚降系数0.22同IS-95功率控制快速闭环,开环,外环,速率:1500Hz功率调整步长:0.25-4dB开环闭环(800Hz或50Hz)功率调整步长:1.0,0.5,0.25dB基站间精确同步不需要(同步可选)需要是否跳频否否语音编码自适应多速率可变速率1.3.2数字蜂窝系统9/20/202117 1.3.3移动卫星系统1.卫星移动通信系统的分类卫星移动通信系统的性质、用途不同，所采用的技术手段也不同，因此存在多种分类方法，它们各自反映了卫星移动通信的不同侧面。具体分类如下。（1）按卫星移动通信系统的卫星轨道进行划分:同步（静止）轨道移动卫星通信系统：同步卫星是指卫星的运行轨道在赤道平面内。其系统卫星位于地球赤道上空约35786km附近的地球同步轨道上，卫星绕地球公转与地球自转的周期和方向相同。9/20/202118 图1-1同步卫星的配置1.3.3移动卫星系统9/20/202119 图1-2卫星通信示意图1.3.3移动卫星系统9/20/202120 中低轨道移动卫星系统：铱星系统MEO和LEO卫星的缺点：①为了使地球上的任一点都能保证24小时不间断的通信，需要在多条轨道上配置多个卫星，使通信系统庞大又复杂；②当信道从一颗卫星切换到另一颗卫星时，需采取电路中断保护措施；③需采用信号的星上处理及星间链路等技术。1.3.3移动卫星系统9/20/202121 （2）按卫星移动通信系统的业务进行划分:有海事卫星移动通信系统（MMSS）、航空卫星移动通信系统（AMSS）和陆地卫星移动通信系统（LMSS）。（3）按卫星移动通信系统的通信覆盖区域进行划分:有国际卫星移动通信系统、区域卫星移动通信系统和国内卫星移动通信系统。（4）按用户的性质分:有公用卫星通信系统、专用卫星通信系统和军用卫星通信系统。1.3.3移动卫星系统9/20/202122 2.卫星移动通信系统的组成通常卫星通信系统是由地球站、通信卫星、跟踪遥测及指令系统和监控管理系统4大部分组成的，如图1-3所示。图1-3卫星通信系统的组成1.3.3移动卫星系统9/20/202123 3.卫星移动通信的特点（1）通信距离远，具有全球覆盖能力，能满足陆地上、海洋中、空中立体化的、全方位的多址通信的需求，从而实现真正意义上的全球通信和个人通信。（2）系统容量大，可提供多种通信业务，从而使通信业务向多样化和综合化方向发展，满足用户多方面的需求。（3）在使用静止轨道的同时，也可使用中、低轨道卫星，使业务性能更优良，但在星座设计和技术上更为复杂。1.3.3移动卫星系统9/20/202124 4.功率控制在卫星移动通信系统中，一个卫星发射天线覆盖区中的卫星传输分为上行链路和下行链路。下行链路是指由卫星至卫星移动终端或关口站的链路为下行链路。一般卫星移动通信系统中的下行链路无需采用功率控制方式，功率控制使用于上行链路之中。（1）采用功率控制的原因由于通信卫星处于外层空间，卫星移动通信环境十分复杂，并随时会发生变化。当地面发射机以固定功率发射时，无论通信卫星使用哪种转发器，其接收信号都存在不同程度的衰落现象。1.3.3移动卫星系统9/20/202125 （2）上行链路功率控制方法与特点目前在上行链路中所采用的功率控制方法分为三类。开环法：即根据所接收的下行卫星链路信号或导频信号功率来决定发射功率。这种方法简单，但精度不高。闭环法：地面通信终端首先发射信号，相应的接收机将所接收的信号电平大小通知关口站或网络操作中心，由其进行分析，并经下行链路给地面通信终端发出指令，要求其调整发射功率，地面发射机则按此指令进行发射功率调整。混合法：混合法实际上是上述两种方法的综合，即首先以开环法确定初始功率电平，随后系统按闭环法的思路工作。1.3.3移动卫星系统9/20/202126 1.3.4无线接入网无线接入是指从公用电信网的交换节点到用户终端之间的全部或部分传输设备采用无线手段的接入技术，即用无线传输代替接入网的全部或部分，向用户终端提供电话和数据服务。无线接入按其数据传输速率，一般分为窄带、中宽带和宽带系统，其相应的数据速率为小于64kbit/s，大于64kbit/s但小于2Mbit/s以及大于2Mbit/s。无线接入按终端是否移动又分为固定无线接入、移动无线接入。与有线接入网相比，无线接入网具有如下主要特点：（1）建设周期短。（2）在通信距离较长时，采用无线接入链路具有较好的经济性。（3）抗灾变能力强。（4）能同时向用户提供固定接入和移动接入。9/20/202127 固定无线接入网通常是一种点到多点的结构。中心站（CS）分为中心控制站（CCS）和中心射频站（CRS），中心控制站完成业务汇聚，并提供一个面向业务节点的标准V5接口；中心射频站是中心基带/射频收发设备，提供面向终端站的空中接口。终端站可服务于一个或多个用户终端设备。网管系统完成故障处理、设备配置、计费、安全管理、性能监测等基本管理功能。接力站是系统的可选项，用来转发中心站和终端站之间的信号，以延长中心站和终端站之间的距离。一个接力站可服务于多个终端站。1.3.4无线接入网9/20/202128 固定无线接入模型1.3.4无线接入网9/20/202129 2．本地多点分配业务系统（LMDS）LMDS系统由四部分组成，：本地光纤骨干网、网络运营中心(NOC)、基站系统、用户端设备(CPE)。（1）可提供极高的通信带宽（达1GHz以上）。（2）蜂窝式的结构配置可覆盖整个城域范围。（3）LMDS可提供多种业务。它在理论上可以支持现有的各种语音和数据通信业务。（4）LMDS能提供模拟和数字视频业务。1.3.4无线接入网9/20/202130 1.3.5无线局域网（WLAN）1无线局域网的概念凡是通过无线传输媒体连接的信息设备共同构成的局域网络都可称为无线局域网。2无线局域网的传输方式与网络拓扑1．传输方式无线局域网的传输方式主要涉及无线局域网所采用的传输媒体、所选择的频段及调制方式。目前，无线局域网采用的传输媒体主要有两种，即无线电波与红外线。2．网络拓扑无线局域网的拓扑结构可以分为两种：对等方式（或无中心）（PeertoPeer）和中心控制方式（HubBased）。9/20/202131 3无线局域网协议-IEEE802.11IEEE802.11MAC的基础是CSMA/CA，在它之上可配置无竞争信道访问的接入机制，这就是中心协调方式（PCF）。4无线局域网设备无线局域网产品很多，一般来说，移动台使用的设备称为无线网卡，而基站使用的有无线接入站和无线网桥等。1．无线网卡无线网卡的作用类似于以太网卡，作为无线网络的接口，实现计算机与无线网络的连接。1.3.5无线局域网（WLAN）9/20/202132 2．无线接入点（AP）无线接入点（AP）是移动台进入有线局域网的接入点。3．无线网桥普通无线网桥可以实现两个局域网的互连，无线网桥则用无线链路实现两个有线局域网的互连。5无线局域网的技术要求可靠性兼容性数据速度通信保密移动性节能管理小型化、低价格电磁环境、无线电频段的使用规范1.3.5无线局域网（WLAN）9/20/202133 6无线局域网的应用无线局域网多用于以下场合：（1）无线接入网络信息系统：收发电子邮件、文件传输等；（2）难于布线的环境：如大楼内部布线以及楼宇之间的通信;（3）频繁变化的环境：如医院、餐饮店、零售店等；（4）专门工程或高峰时间所需临时局域网：例如会议中心、展览馆、休闲娱乐中心等；（5）流动工作者需随时获得信息的区域。1.3.5无线局域网（WLAN）9/20/202134 1.3.5无线局域网（WLAN）9/20/202135 1.4.1多址接入技术一、频分多址（FDMA）频分多址（FrequencyDivisionMultipleAccess，FDMA）是把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道（或称信道），分配给不同的用户使用。频分多址方式是最基本的多址方式，其最突出的特点是简单、可靠和易于实现。其特点可进一步归纳如下：（1）要求解决好信号功率和带宽之间的关系。（2）必须严格控制功率。（3）设置适当的保护频带。（4）尽量减少互调的影响。1.4无线个人通信的主要技术9/20/202136 二、时分多址（TDMA）时分多址（TimeDivisionMultipleAccess，TDMA）是把无线频谱按时隙划分，若干个时隙组成一帧。TDMA技术有如下优点。（1）不存在FDMA中的互调问题。（2）系统容量大。（3）提高信号传输质量，有利于综合业务的接入。（4）使用灵活。1.4.1多址接入技术9/20/202137 三、码分多址（CDMA）码分多址（CodeDivisionMultipleAccess，CDMA）是使用扩展频谱技术的一种多址技术。1.4.1多址接入技术图1-20FDMA，TDMA和CDMA的比较示意图9/20/202138 四、空分多址（SDMA）空分多址（SpaceDivisionMultipleAccess，SDMA）是通过控制用户的空间辐射能量来提供多址接入能力的，通过分割空间信道分离同一时隙和同一频道上的多个用户信号。1.4.1多址接入技术9/20/202139 1.4.2蜂窝结构混合蜂窝结构：宏蜂窝微蜂窝微微蜂窝9/20/202140 1.4.3卫星和陆地系统的综合9/20/202141 1.4.3卫星和陆地系统的综合地理位置综合卫星系统可以覆盖陆地系统不能覆盖的地区业务综合相同终端可以接入卫星系统和陆地系统网络综合“盲”网络技术综合系统综合9/20/202142 （1）固定信道分配策略固定信道分配策略（FCA）是指将一组频道重复分配给若干波束，但其中要求相同频道之间的复用距离足够大，这样才能将同频干扰限制在允许的范围之内。（2）动态信道分配策略在动态信道分配（DCA）中，只要满足同频复用距离的要求，所有频道都可以使用于任何一个波束之中，可见信道分配工作必须由网络控制中心进行集中调配。（3）灵活信道分配策略灵活信道分配策略是结合了FCA和DCA策略的特点，首先将系统的总信道分为两组：一组采用固定分配策略，另一组采用灵活信道分配策略。1.4.4动态信道分配9/20/202143 动态信道分类：业务自适应系统干扰自适应系统1.4.4动态信道分配end9/20/202144