移動通信概述

1、/ 1172 / 642/ 52/ 1173 / 643/ 52/ 1174 / 644/ 52幾個名詞與概念：/ 1175 / 645/ 52 固網(wǎng)設(shè)備 交換網(wǎng)絡(luò) 無線基站 移動終端/ 1176 / 646/ 52繁榮背后面臨巨大技術(shù)挑戰(zhàn)!/ 1177 / 647/ 52現(xiàn)代通信：通過電磁波傳輸信息?，F(xiàn)代通信：通過電磁波傳輸信息。電信號的數(shù)學(xué)表示：電信號的數(shù)學(xué)表示：( )sin2( )cS tAftt 幅度頻率時間相位信息是利用電信號的特征參數(shù)變化來表征的，這個過程叫編碼與調(diào)制，經(jīng)過編碼與調(diào)制的電信號再經(jīng)過頻率變換以電磁波形式發(fā)送出去。主要特征參數(shù)/ 1178 / 648/ 52/ 1179

2、 / 649/ 52n 電波傳播環(huán)境復(fù)雜電波傳播環(huán)境復(fù)雜 頻率范圍：頻率范圍：短波（短波（RF RF 3 330MHz30MHz ）甚高頻（甚高頻（VHFVHF，3030300MHz300MHz） 和特高頻（和特高頻（UHFUHF，3003003000MHz3000MHz）內(nèi)）內(nèi) ，由利用更高，由利用更高 頻段的趨勢。頻段的趨勢。 多徑傳輸：多徑傳輸： 直射直射 反射反射 散射散射 開放環(huán)境開放環(huán)境/ 11710 / 6410/ 52n 易受干擾易受干擾 系統(tǒng)（設(shè)備）內(nèi)系統(tǒng)（設(shè)備）內(nèi)/ /間干擾：間干擾：共道干擾、鄰道干擾、共道干擾、鄰道干擾、互調(diào)干擾、多址干擾，以及近地?zé)o用強(qiáng)信號壓制遠(yuǎn)地有互

3、調(diào)干擾、多址干擾，以及近地?zé)o用強(qiáng)信號壓制遠(yuǎn)地有用弱信號的現(xiàn)象等用弱信號的現(xiàn)象等 。 自然環(huán)境干擾自然環(huán)境干擾：天氣、氣候、天文異動、自然災(zāi)害等：天氣、氣候、天文異動、自然災(zāi)害等 工業(yè)（電器）干擾工業(yè)（電器）干擾：城市噪聲、電機(jī)點(diǎn)火、電器開：城市噪聲、電機(jī)點(diǎn)火、電器開關(guān)等。關(guān)等。 人為干擾人為干擾：惡意干擾：惡意干擾/ 11711 / 6411/ 52n 頻譜資源稀缺頻譜資源稀缺n歐洲歐洲3G3G運(yùn)營頻段曾拍出運(yùn)營頻段曾拍出30003000億歐元天價億歐元天價n 移動設(shè)備要求高移動設(shè)備要求高l低功耗低功耗l便攜靈活便攜靈活l低成本（復(fù)雜度）低成本（復(fù)雜度）l低輻射低輻射l高性能（業(yè)務(wù)能力強(qiáng)）高性

4、能（業(yè)務(wù)能力強(qiáng)）真有點(diǎn)：真有點(diǎn)：“限制馬吃草，又讓馬兒跑得快。限制馬吃草，又讓馬兒跑得快?！? 11712 / 6412/ 52/ 11713 / 6413/ 52n 系統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)復(fù)雜：以以3GPP R43GPP R4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為例網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為例Co-operatingNetworksUser Equipment Radio Access NetworkCore NetworkNote: Not all interfaces areshown and namedBSCBTSUmAbisBSSFHLRDCEIRAUCEAGMSCGfGnSGSNGbGrGnSGSNGGSNGsGcGiGdIuCSMS

5、C/VLRGHGpIuPSRNCNode BUuIurIubRNCNode BIubRNSRNSUTRANIurMECuorSIM-ME i/fUSIMSIMMSISDNPSTNPSPDNCSPDNPDN:- Intranet- Extranet- Internet- X.25SMSMSC/VLRSCFMESIM-ME i/fSIMMS/ 11714 / 6414/ 52/ 11715 / 6415/ 52n 系統(tǒng)組成因類別而有差異系統(tǒng)組成因類別而有差異n 主要組成部分（顯性）主要組成部分（顯性）l移動終端移動終端l基站（接入點(diǎn)）基站（接入點(diǎn)）l控制與交換中心控制與交換中心l對外接口對外接口n

6、 網(wǎng)絡(luò)、接口與協(xié)議（陰性）網(wǎng)絡(luò)、接口與協(xié)議（陰性）l系統(tǒng)部件是通過接口互連系統(tǒng)部件是通過接口互連l系統(tǒng)往往是一個分層規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)往往是一個分層規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)l接口根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)接口根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)l傳輸與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是規(guī)范的主體傳輸與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是規(guī)范的主體典型移動通信系統(tǒng)示意圖典型移動通信系統(tǒng)示意圖Radio towerRadio towerRadio towerMobile Switching Center (MSC)or Mobile Telephone SwitchingOffice (MTSO)Voice and data links(landline or microwave links)Radi

7、o link(air interface)PSTNNetworkManagement &Operation SystemOther Networks/ 11716 / 6416/ 52Radio towerRadio towerRadio towerRadio towerRadio towerRadio towerRadio towerRadio towerRadio towerMSC1(Home MSC)MSC2(Home MSC)PSTNPSTNHLRAuCVLRHLRAuCVLRUser becomesa roamerHLR: Home Location RegisterVLR:

8、 Visitor Location RegisterAuC: Authentication CenterVisitor MSCDatabaseHome MSCDatabase/ 11717 / 6417/ 52BTS: 基站BSC:基站控制器GMSC: 移動交換中心網(wǎng)關(guān)GSM: 全球移動通信系統(tǒng)HLR: 歸屬位置寄存器VLR:訪問位置寄存器MSC：移動交換中心AuC：鑒權(quán)中心EIR: 設(shè)備識別寄存器 基站子系統(tǒng)基站子系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)與交換子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與交換子系統(tǒng) 手機(jī)手機(jī)公共電話公共電話/ /數(shù)據(jù)交換網(wǎng)數(shù)據(jù)交換網(wǎng)/ 11718 / 6418/ 52qIMT-2000 接口q由GSM 核心網(wǎng)演進(jìn)的3G

9、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)/ 11719 / 6419/ 52 L3 控制 控制 控制 控制 邏輯信道 傳輸信道 C-平面 信令 U-平面 信息 PHY L2/MAC L1 RLC DC Nt GC L2/RLC MAC RLC RLC RLC RLC RLC RLC RLC 避免重復(fù) UuS 界 BMC L2/BMC RRC 控制 PDCP PDCP L2/PDCP DC Nt GC / 11720 / 6420/ 52銥星全球移動通信系統(tǒng)示意圖銥星全球移動通信系統(tǒng)示意圖/ 11721 / 6421/ 52/ 11722 / 6422/ 52/ 11723 / 6423/ 52/ 11724 / 6424/

10、52q信道測量與參數(shù)提取信道測量與參數(shù)提取l多徑數(shù)量與傳播損耗多徑數(shù)量與傳播損耗l多普勒頻移多普勒頻移l干擾干擾l時間與頻率選擇性時間與頻率選擇性q信道質(zhì)量分析信道質(zhì)量分析l傳輸損耗規(guī)律分析（衰落傳輸損耗規(guī)律分析（衰落 類型分析）類型分析）l信號、噪聲與干擾強(qiáng)度分析信號、噪聲與干擾強(qiáng)度分析q信道建模信道建模l信號傳輸衰減指數(shù)信號傳輸衰減指數(shù)l多徑信號數(shù)量與強(qiáng)度多徑信號數(shù)量與強(qiáng)度l多天線模型與工作機(jī)理多天線模型與工作機(jī)理q鏈路計(jì)算鏈路計(jì)算l根據(jù)信道模型、傳輸方案做鏈路預(yù)算根據(jù)信道模型、傳輸方案做鏈路預(yù)算/ 11725 / 6425/ 52q多用戶接入（多址）技術(shù)多用戶接入（多址）技術(shù)l多址方式多

11、址方式l越區(qū)切換與漫游（移動性管理）越區(qū)切換與漫游（移動性管理）q多小區(qū)配置與干擾抑制技術(shù)多小區(qū)配置與干擾抑制技術(shù)l頻率復(fù)用頻率復(fù)用l鄰小區(qū)干擾抑制鄰小區(qū)干擾抑制l信道配置信道配置q多信道共用技術(shù)多信道共用技術(shù)l宏分集宏分集l多用戶信道共享多用戶信道共享q網(wǎng)結(jié)構(gòu)與信令網(wǎng)結(jié)構(gòu)與信令l核心網(wǎng)：電路、分組、核心網(wǎng)：電路、分組、IPl網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)內(nèi)/間互連間互連l信令：信令：No.7/ 11726 / 6426/ 52q鏈路體制設(shè)計(jì)鏈路體制設(shè)計(jì)l雙工復(fù)用方式：雙工復(fù)用方式：TDD、FDDl信道配置：單信道配置：單/多天線、對稱多天線、對稱/非對稱非對稱q信號波形設(shè)計(jì)信號波形設(shè)計(jì)l載波：多載波、單載波載波：多

12、載波、單載波l調(diào)制：模擬調(diào)制：模擬/ /數(shù)字、恒波絡(luò)數(shù)字、恒波絡(luò)/ /非恒波絡(luò)、高階調(diào)制非恒波絡(luò)、高階調(diào)制q抗抗衰落衰落技術(shù)技術(shù)l分集：時間、頻率、空間、極化、角度、發(fā)送分集等分集：時間、頻率、空間、極化、角度、發(fā)送分集等l均衡：時均衡：時/頻域均衡、干擾抵消、頻域均衡、干擾抵消、Rake接收接收l交織與編碼：交織與編碼：Turbo編碼編碼lMIMIO與空時頻編碼與空時頻編碼l智能天線智能天線q抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù)l跳跳/擴(kuò)頻（時）技術(shù)擴(kuò)頻（時）技術(shù)l認(rèn)知無線電認(rèn)知無線電/ 11727 / 6427/ 52單工移動通信單工移動通信雙工移動通信雙工移動通信/ 11728 / 6428/ 52/

13、11729 / 6429/ 52 按使用對象可分為民用設(shè)備和軍用設(shè)備； 按使用環(huán)境可分為陸地通信、海上通信和空中通信； 按多址方式可分為頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）等； 按覆蓋范圍可分為廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)和個域網(wǎng)； 按業(yè)務(wù)類型可分為電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)； 按工作方式可分為同頻單工、同頻雙工、異頻單工、異頻雙工和半雙工； 按服務(wù)范圍可分為專用網(wǎng)和公用網(wǎng)； 按信號形式可分為模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)。幾種主要分類方法：幾種主要分類方法：/ 11730 / 6430/ 52q蜂窩移動通信系統(tǒng)蜂窩移動通信系統(tǒng)l陸地公眾移動通信系統(tǒng)主要形式，陸地公眾移動通信系統(tǒng)主要形式

14、，具有越區(qū)切換、自動或人工漫游、具有越區(qū)切換、自動或人工漫游、計(jì)費(fèi)及業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)等功能。計(jì)費(fèi)及業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)等功能。 q集群移動通信系統(tǒng)集群移動通信系統(tǒng)l屬于調(diào)度系統(tǒng)的專用通信網(wǎng)，它一般由控制中心、總調(diào)度臺、分調(diào)度臺、屬于調(diào)度系統(tǒng)的專用通信網(wǎng)，它一般由控制中心、總調(diào)度臺、分調(diào)度臺、基地臺和移動臺組成，適用指揮調(diào)度?；嘏_和移動臺組成，適用指揮調(diào)度。 q無繩電話系統(tǒng)無繩電話系統(tǒng)lPTSN的終端無繩接入方案，是的終端無繩接入方案，是PTSN的增強(qiáng)應(yīng)用。最新形式的增強(qiáng)應(yīng)用。最新形式“小靈通小靈通”。q無線尋呼系統(tǒng)無線尋呼系統(tǒng)l通過無線傳輸方式實(shí)現(xiàn)信息廣播、組播、點(diǎn)播通過無線傳輸方式實(shí)現(xiàn)信息廣播、組播、點(diǎn)播

15、q 衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)l LEO、GEOq 無線因特網(wǎng)接入系統(tǒng)無線因特網(wǎng)接入系統(tǒng)lWBAN、WPAN、WLAN、WMAN、WWAN、WRAN/ 11731 / 6431/ 52/ 11732 / 6432/ 52q幾個重要的里程碑幾個重要的里程碑l1898年：年：M.G.馬可尼完成第一次無線通信試驗(yàn)；馬可尼完成第一次無線通信試驗(yàn)；l20世紀(jì)世紀(jì)20年代：美國底特律市警察使用的短波頻段（年代：美國底特律市警察使用的短波頻段（2MHz）車載無線）車載無線電系統(tǒng)電系統(tǒng) ；l20世紀(jì)世紀(jì)40年年 ：貝爾電話實(shí)驗(yàn)室在圣路易斯城建立了世界上第一個公用汽：貝爾電話實(shí)驗(yàn)室在圣路易斯城建立了世界上

16、第一個公用汽車電話網(wǎng)，稱為車電話網(wǎng)，稱為“城市系統(tǒng)城市系統(tǒng)” ；（人工、公網(wǎng)）；（人工、公網(wǎng)）l20世紀(jì)世紀(jì)60年年 ：美國推出了改進(jìn)型移動電話系統(tǒng)（：美國推出了改進(jìn)型移動電話系統(tǒng)（IMTS），采用大區(qū)制、），采用大區(qū)制、中小容量，頻道自動選擇、能自動接續(xù)到公用電話網(wǎng)中小容量，頻道自動選擇、能自動接續(xù)到公用電話網(wǎng) ；（自動交換）；（自動交換）l20世紀(jì)世紀(jì)70年年 ：提出蜂窩移動通信（小區(qū)制）概念，并陸續(xù)實(shí)現(xiàn)：提出蜂窩移動通信（小區(qū)制）概念，并陸續(xù)實(shí)現(xiàn)AMPS等等第一代蜂窩移動通信系統(tǒng)；（模擬蜂窩）第一代蜂窩移動通信系統(tǒng)；（模擬蜂窩）l20世紀(jì)世紀(jì)80年代中期起：年代中期起：GSM、D-AMP

17、S、IS-95等研制；（數(shù)字蜂窩）等研制；（數(shù)字蜂窩）l20世紀(jì)世紀(jì)90年代初：衛(wèi)星移動通信研究熱潮，（真正的全球覆蓋）；年代初：衛(wèi)星移動通信研究熱潮，（真正的全球覆蓋）；l1998年前后：年前后：IMT-2000系統(tǒng)研制啟動；系統(tǒng)研制啟動；WLAN的推廣，（寬帶的推廣，（寬帶CDMA、分組交換）；分組交換）；l2000年前后：啟動年前后：啟動B3G研究；研究；l2004年前底：年前底：3G-LTE啟動；啟動；l2005年年8月：月：ITU啟動啟動IMT-Advanced（B3G/4G）標(biāo)準(zhǔn)化工作。）標(biāo)準(zhǔn)化工作。/ 11733 / 6433/ 52E3GGSMUS-TDMAGPRSWCDMAc

18、dmaOnecdma2000-1X1XEV-DV 1XEV-DO10s of kb/s(2G) 100s of kb/s 2 Mb/s (3G) 5 Mb/s 30 Mb/s 100-1000Mb/sHSDPAHSUPATD-SCDMAEDGEPDC3GPP3GPP2B3G 2010- 2015LTEAIE2006-20072003-20052006-20072000-20022001-2003標(biāo)準(zhǔn)完成標(biāo)準(zhǔn)完成 開始商用開始商用Specifications completed and become commercial100M10MWiMAX/ 11734 / 6434/ 52北美北美D-AM

19、PS、IS-136IS-136+、IS-95GPRS/ EDGE cdma2000、UMTS/ DoCoMo-WCDMAEV-DO,EVDV歐洲歐洲NMT、TACSGSMUMTS WCDMA (F2)Hybrid TDMA/ CDMA (F1)GPRS/ EDGEWideband-cdmaOneHSDPA,HSUPA亞太亞太NMT、NTTGSM、IS-95、PDCDoCoMo/ UMTS-WCDMAWideband-cdma2000GPRS/ EDGEETRI-CDMAChina-specific TDS-CDMAHSD/UPA/ 11735 / 6435/ 52/ 11736 / 6436/

20、 52勞勞工工老幼老幼護(hù)護(hù)理理農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)醫(yī)醫(yī)療療食品食品金融金融科學(xué)研究科學(xué)研究教育教育家用家用電電器器機(jī)器人作機(jī)器人作業(yè)業(yè)交通運(yùn)交通運(yùn)輸輸分配分配環(huán)環(huán)境境泛在網(wǎng)絡(luò)世界連接所有的人和物 任何時間任何地點(diǎn)為任何人辦任何事的便捷網(wǎng)絡(luò) 人與人+人與物+物與物 / 11737 / 6437/ 52n 經(jīng)典描述經(jīng)典描述l任何人、在任何時間、任何地點(diǎn)、利用任何設(shè)備與任何人通信。n 個人通信的特征個人通信的特征l以個人為中心取代以設(shè)備為中心l通信不受環(huán)境或設(shè)備限制l通信建立“因人而易”，個人可以充分享受通信的快樂與自由l是通信發(fā)展的最高境界ln 無線移動通信的作用無線移動通信的作用l必要也是必然手段l但可定不

21、是充分手段l/ 11738 / 6438/ 52“技術(shù)專利化、專利標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)國際化技術(shù)專利化、專利標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)國際化”成了知識產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域新的游戲規(guī)則成了知識產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域新的游戲規(guī)則。 q主要國際標(biāo)準(zhǔn)化組織主要國際標(biāo)準(zhǔn)化組織l國際電信聯(lián)盟（國際電信聯(lián)盟（ITU）國際頻率登記局（國際頻率登記局（IFRB）國際電話電報咨詢委員會（國際電話電報咨詢委員會（CCIT）國際無線電咨詢委員會（國際無線電咨詢委員會（CCIR）l歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ETSI） l電氣和電子工程師學(xué)會（電氣和電子工程師學(xué)會（IEEE） q國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化組織國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化組織lCCSA / 11739 / 6439/ 52 統(tǒng)

22、一命名統(tǒng)一命名: IMT-Advanced: IMT-Advanced 設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)目標(biāo)峰值速率峰值速率: :低速移動、熱點(diǎn)覆蓋場景低速移動、熱點(diǎn)覆蓋場景下下1Gbps1Gbps以上以上 , ,高速移動、廣域覆蓋場高速移動、廣域覆蓋場景下景下100Mbps100Mbps 支持泛在通信支持泛在通信帶中繼的熱點(diǎn)覆蓋分層多模覆蓋/ 11740 / 6440/ 52n第一代蜂窩移動通信第一代蜂窩移動通信基本退出基本退出歷史舞臺；歷史舞臺；n第二代蜂窩移動通信取得第二代蜂窩移動通信取得空前輝煌空前輝煌；n第二代演進(jìn)系統(tǒng)第二代演進(jìn)系統(tǒng) (2.5G/2.75G) (2.5G/2.75G) 提供提供3G3G延遲帶來的延遲帶來的業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)空檔；空檔；n第三代蜂窩移動通信在經(jīng)歷不斷延期后第三代蜂窩移動通信在經(jīng)歷不斷延期后逐步進(jìn)入商用逐步進(jìn)入商用，市場前景不明朗；，市場前景不明朗；n無線無線 PAN/LAN/MAN/WAN PAN/LAN/MAN/WAN 特有方式雄心勃勃地為互聯(lián)網(wǎng)用戶等提供數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)，特有方式雄心勃勃地為互聯(lián)網(wǎng)用戶等提供數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)，給未來蜂窩移動通信構(gòu)成很大沖擊給未來蜂窩移動通信構(gòu)成很大沖擊；n為了應(yīng)對為了應(yīng)對WLANWLAN等帶來壓力，等帶來壓力，3G3G增強(qiáng)系統(tǒng)增強(qiáng)系統(tǒng) (3G (3