蜂窝移动通信篇（一建通信与实务）重要考点
2024-08-02 17:04:36 0 举报AI智能生成
蜂窝移动通信，一建通信与实务的重要考点
作者其他创作
大纲/内容
移动通信关键技术和系统发展
移动通信的特点和影响效应
移动通信的主要特点
概念定义
是指通信双方至少有一方在移动中进行信息交换的通信方式
是有线通信网的延伸它由无线和有线两部分组成
无线部分提供用户终端的接入，利用有限的频率资源在空中可靠地传送语音和数据
有线部分完成网络功能
交换
用户管理
漫游
鉴权
四大特点
传播复杂
接收到的信号是由多条不同路径的信号叠加而成的
强干扰条件
移动台在强干扰条件下工作
外部干扰
互调干扰
邻道干扰
同频干扰
特有
容量有限
移动通信可以利用的频谱资源非常有限，而需求却与俱增，所以必须做好规划、合理分配频率
系统复杂
网络搜索
位置登记
越区切换
自动漫游
影响移动通信的主要效应
阴影效应
大型建筑物和其他物体的阻挡，在电磁传播的接收区域中产生传播半盲区
远近效应
移动台离基站的距离不等，那么到达基站时信号的强弱将不同
离基站近的信号强，离基站远的信号弱。出现了以强压弱的现象，并使弱者产生掉话现象
多径效应
移动台接收到的信号有多条不同路径信号，而且它们到达时的信号强度、到达时间及到达时的载波相位都是不一样的
所接收到的信号是上述各路径信号的矢量和，各路径之间可能产坐自干扰)这类自干扰称为多径干扰或多径效应
多普勒效应
移动台高速移动时传播频率的扩散而引起的，其扩散程度与用户运动速度成正比
移动通信的抗干扰与衰落技术
分集技术
分散传输
在接收端获得多个独立的，携带同一信息的衰落信号
集中处理
接收机把收到的多个独立的衰落信号进行合并，以降低衰落的影响
均衡技术
通过均衡滤波器，增强小振幅的频率分量，并衰减大振幅的频率分量
从而获得平坦的接收频率响应和线性相对，以消除频率选择失真
扩频技术
扩频系统将发送的信息扩展到一个很宽的频带上，以很宽的信道传送信息:在接收端通过相关检测从很宽的频带信号恢复出基带信号
扩频通信系统有直接扩频和跳频两种工作方式
扩频系统允许很多用户信号在同一个频道传输，这样频率利用率的问题就可以解决
扩频系统的特点有:抗干扰和抗衰落、抗阻塞能力强;采用码分多址通信时，频谱利用率高;信号功率谱密度很低，有利于信号的隐蔽。
子主题
数字移动通信的关键技术
无线组网技术
大区制工作方式:服务半径达到几十公里，容量有限通常只有几百个用户
小区制工作方式:服务半径在1~10km左右，在每个小区设置一个基站为本小区范围内的用户服务
小区采用正六边形形状时，覆盖整个服务区域所需的基站数量最少、最经济，形象地称为蜂窝网
基站设置在每个小区六边形的3个顶点上，采用3幅120度扇形辐射的定向天线，分别覆盖3个相邻小区的1/3区域
在小区制中，可以应用频率再用技术，即在相邻小区中使用不同的载波频率，而在非相邻且距离较远的小区中使用相同的载波频率。
由于相距较远，基站功率有限使用相同的频率不会造成明显的同频干扰，这样就提高了频带利用率
理论上，小区越小，小区数目越多，整个通信系统容量就越大
双工技术
根据发射和接收的是否同时
分单工
半双工
全双工
按频率分开分
频分双工（FDD）
时分双工（TDD）
FDD（频分双工）
DD采用两个独立的频率信道分别进行向下传送和向上传送信息，且两个相互通信的电台之间收发信频率正好对应相反
为了防止同一电台的发射信号干扰接收机工作，在两个双向信道之间存在一个保护频段
TDD（时分双工）
TDD的发射和接收信号可以在同一频率信道的不同附隙中进行，彼此之间采用一定的保证时间矛以分离
它不需要分配对称频段的频率，并可在每信道内灵活控制、改变发送和接收时段的长短比例
在进行不对称的敞据传输时，可充分利用有限的无线电频谱资源
多址技术
FDMA（频分多址）
区分信道
载波频率
特点
信道每次只能传送一个用户信号，每信道占用一个载频
与模拟系统兼容，对信号功率控制要求不严格
需要周密的频率规划，基站需要多部不同载波频率发射机同时工作，设备多且容易产生信道间的互调干扰
越区切换较为复杂和困难
TDMA（时分多址）
区分信道
存在的时间
特点
每载频分为多个时隙通路
每个用户信号组成突发脉冲序列在规定的时隙内发射(移动台信号功率的发射是不连续的
数字传输带来的时间色散，使时延扩展量加大，必须采用自适应均衡技术
为了把一个时隙和另一个时隙分开!保护时间也是必需的
CDMA（码分多址）
区分信道
正交性的码序列
特点
多个CDMA信号是互相重叠的
接收机的相关器件可在多个CDMA信号选出使用预定码序列信号，其他使用不同码序列信号因为和接收机本地产生的码序列不同而不能被解调;
每个码序列标志传输一路数字信号
每个用户共享时间和频率，是多址干扰受限系统，需要严格的功率控制和定时同步
可以实现软容量、软切换，系统容量大
抗衰落、抗多径能力强
移动通信的发展
第一代通信系统（1G）
蜂窝语音通信
第二代通信系统（2G）
网络构成
移动交换子系统(NSS)
基站子系统(BSS)
移动台(MS)
操作维护子系统(OSS)
采用频率
GSM系统
采用900MHz和1800MHz两个频段
相邻两频道间隔为200kHz
每个频道采用时分多址接入(TDMA)方式，分为8个时隙，即8个信道(全速率)每个用户使用一个频道中的一个时隙传送信息
频率分类
900M
上行带宽：890~915M
下行带宽935~960M
双工间隔：45M
工作宽带：25M
1800M
上行带宽：1710~1785M
下行带宽1805~1880M
双工间隔：95M
工作宽带：75M
800M
上行带宽：824~835M
下行带宽870~880M
双工间隔：49M
工作宽带：10M
CDMA系统
系统容量大
系统通信质量更佳
频率规划灵活
频带利用率高
第三代移动通信系统（3G）
主要分类
WCDMA
CDMA2000
TD-SCDMA.
中国标准
侧重无线接入网和终端部分
基本特征
三种环境下能提供的传输速率分别为
行车或快速移动环境下最高144kbit/s
室外或步行环境下最高384kbit/s
室内环境下2Mbit/s
网络结构
主要由用户设备(UE)、无线接入网(UTRAN)和核心网(CORE Network)三部分组成
工作模式
频分数字双工(FDD)
FDD是上行和下行的传输分别使用分离的两个对称频带的双工模式，需要成对的频率，通过频率区分上、下行
时分数字双工(TDD)
TDD是上行和下行的传输使用同一频带的双工模式,根据时间来区分上、下行并进行切换，特别适用于非对称的分组交换数据业务(互联网)
扩频制式
WCDMA
扩频码速率：3.84Mchip/s
载波宽带5MHz
基站间同步：可选/非必需
CDMA2000
扩频码速率：1.2288Mchip/s
载波宽带1.25MHz
基站间同步：必需
TD—SCDMA
扩频码速率：1.28Mchip/s
载波宽带1.6MHz
基站间同步：必需
第四代移动通信系统（4G）
4G以正交频分复用(ODFM)和多输入多输出(MIMO)为核心，大大增强了空中接口技术
主要特点是在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s、上行50Mbit/s的峰值速率，提高了小区容量、降低了网络延迟。
LTE定义了时分双工(TD-LTE或LTE-TDD)和频分双工(LTE-FDD)两种方式，二者的关键技术基本一致
主要区别在于无线接入部分的空中接口标准不同
第五代移动通信系统（5G）
四个技术场景
连续广域覆盖
热点高容量
低功耗大连接
低时延高可靠
技术创新
无线技术领域
大规模天线阵列
超密集组网
新型多址
全频谱接入
网络技术领域
基于软件定义网络(SDN)
网络功能虚拟化(NFV)
第六代移动通信系统（6G）前瞻
6G的七大目标
连接，可持续性，创新性，安全性，隐私性和弹性，标准化、互操作和互通性等
6G的六个典型场景
沉浸式通信
超大规模连接
极高可靠低时延
人工智能与通信的融合
感知与通信的融合
泛在连接
第四代移动通信网络
4G的主要特征
具有更高的宽带个容量
支持多种宽带分配：1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz和20MHz
具有更高的数据传输速率
叉更大的覆盖范围
半径5KM以内，为最佳
5~30KM范围，可接受
最远支持100KM范围内小区
具有更稳定的移动性支持
低于15KM/h的环境，保持稳定，不受速率影响
15~20km/h，中高速能保持高性能
120~350km/h，甚至500km/h，超高速保持连通
具有更低的传输时延
用户面延迟（单向）小于5ms
控制面时延小于100ms
具有更低的运营成本
支持IPV6和全IP网络，所需设备更加轻便，建网成本更低
传输网络扁平化
4G的网络结构
4G E-UTRAN由多个éNodeB组成，不再具有3G中的RNC网元，4G接入网取消了RNC节点
4G EPC由MME、SGW、PGW、PCRF组成，EPC和E-UTRAN之间使用S1接口
4G EPC（核心网）组成结构
MME
负责处理与UE相关的信令消息
实现控制面功能
SGW
是一个终止于E-UTRAN接口的网关
实现用户面功能
PGW
是连接外部数据网的网关
PCRF
是策略计费控制单元
4G EPC分离技术
实现了控制面和用户面分离
4G的关键技术
正交频分复用（OFDM）
基本原理
将信号分割为NG子信号，然后用N个子信号分别调制N个相互正交的子载波
技术特点
频谱效率高
宽带扩展性强
信号宽带取决于使用的子载波数量
抗多径衰落
频谱资源灵活分配
实现MIMO技术简单
多输入多输出（MIMO）
基本原理
在发送端和接收端分别使用多根发送天线和接收天线，使信号通过发送端与接收端的多根天线传送和接收，从而改善通信质量
技术特点
分为空间分集和空间复用两类
提高信道和容量，可靠性
智能天线
抑制干扰
节省发送功率
抑制延迟扩展和多径衰落
软件无线电
核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器，并尽可能多地用软件来定义无线功能，各种功能和信号处理都尽可能用软件实现
基于IP的核心网
基于全IP的网络，实现不同网络之间的无缝互联
第五代移动通信网络
5G的业务需求
云业务的需求
虚拟现实的需求
高清视频的需求
物联网的需求
5G的技术需求
峰值速率，时延，同时连接数，移动性，小区频谱效率，小区边缘吞吐量，Bit成本效率
中国的5G
关键指标
设备密集度达到600万个/km∧2
流量密度在20Tbs/km∧2
移动性达到500km/h
用户体验达到Gbit/s量级
端到端时延降低到4G的1/10，或1/5，达到毫秒级水平
主要场景
连续广域覆盖场景
面向大范围覆盖及移动环境下用户的基本业务需求
热点高容量场景
主要面向热点区域的超高速率、超高流量密度的业务需求
低功耗大连接场景
面向低成本、低功耗、海量连接的业务需求
低时延高可靠场景
主要满足车联网、工业控制等对时延和可靠性要求高的业务需求
5G的技术发展
网络构架的发展
部署场景
室外
借助分布式天线(DAS)和大规模MIMO配备基站，天线元件分散放置在小区
通过光纤与基站连接部署虚拟蜂窝作为宏蜂窝的补充，提升了室外覆盖率
室内
用户只需要与安装在室外建筑的大型天线阵列的室内AP进行通信
利用多种适用于短距离通信的技术实现高速率传输，可以解决频谱稀缺问题
接入网
异构多接入技术的融合
基站资源的虚拟化
内容边缘缓存和投递，将内容存储和分发能力下沉到接入网，基于对用户的感知，按需推送内容，提升用户业务体验
传输路径优化，数据平面扁平化
核心网
控制欲转发分离
物理硬件与逻辑分离
对业务的感知，支持动态的数据传输策略
数据平面扁平化
关键技术的发展
超密集异构网络
在5G的网络架构中，将会采用“三朵云”的新兴网络架构，即接入云、控制云和转发云。
SDN和NFV作为其中的重要技术基础，可以支持多种无线接入方式及集中统一控制管理与大容量业务数据传输功能。
SDN是实现控制云与转发云连接的关键
以灵活、高效、开放等为原则来实现5G网络在新构架下的转发分离化、功能模块化、网络虚拟化和部署分布化特性。
D2D通信
是一种短距离通信，自能够实现数据在终端间的直接传输。与异构网络有关的内容至少包括了小小区(SC)的部署和D2D通信这两方面的技术问题。
大规模的MIMO系统
大规模MIMO可以在不增加带宽或总发送功率耗损的情况下大幅增加系统的吞吐量及传送距离
绿色通信
智能化的引入，能够在保障用户体验的前提下为异构网络的部署提供节能的解决方案
绿色通信体现在三方面
降低单个基站的能耗
使网络可以根据服务区域内业务量的变化，动态地进行资源调度及功率控制
优化网络部署及网络拓扑结构
新空口
原理
接入网构建以户为中心的接入网络
特点
UE与小区解耦
精细化的QoS管理
业务下沉
轻切换
通过MAC实时调度实现空口链路的无缝切换
网络动态切片
网络切片与网络虚拟化NFV密切相关，主要有切片管理和切片选择两大功能
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