第9章_移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)v1.1

1、內(nèi)容提要移動(dòng)通信移動(dòng)通信，特別是3G，將成為“全面、隨時(shí)、隨地”傳輸信息的有效平臺(tái)。本章將介紹移動(dòng)通信的發(fā)展歷程，重點(diǎn)討論3G通信技術(shù)以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)應(yīng)用。第8章介紹了無(wú)線低速網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及無(wú)線傳感網(wǎng)的組網(wǎng)技術(shù)。藍(lán)牙、紅外等傳統(tǒng)低速網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的特點(diǎn)802.15.4/ZigBee協(xié)議無(wú)線傳感網(wǎng)組網(wǎng)需要注意的問(wèn)題本章將介紹三代移動(dòng)通信的發(fā)展歷程，重點(diǎn)討論3G技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)（TD-SCDMA，W-CDMA，CDMA2000），并討論移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用（視頻電話，手機(jī)電視），簡(jiǎn)單討論4G的發(fā)展。內(nèi)容回顧9.1 移動(dòng)通信發(fā)展歷史移動(dòng)通信發(fā)展歷史9.2 3G通信技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)9.3 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)9.4 關(guān)于4G三

2、代移動(dòng)通信技術(shù)的代表有哪些？本章內(nèi)容9.1 第一代移動(dòng)通信：模擬語(yǔ)音 1928年，美國(guó)普度(Purdue University)大學(xué)的學(xué)生發(fā)明了超外差無(wú)線電接收機(jī)，隨后被美國(guó)底特律警察局利用并建立了世界上第一個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)(車載無(wú)線電系統(tǒng))。 1946年，貝爾系統(tǒng)在圣路易斯建立起了第一個(gè)可用于汽車的電話系統(tǒng)。 西德、法國(guó)和英國(guó)分別于1950年、1956年和1959年完成了公用移動(dòng)電話系統(tǒng)的研制。9.1 第一代移動(dòng)通信：模擬語(yǔ)音20世紀(jì)60年代，美國(guó)開(kāi)始使用中小容量的改進(jìn)移動(dòng)電話系統(tǒng)IMTS。IMTS有兩個(gè)頻率分別用于接收和發(fā)送功能。IMTS支持23個(gè)信道，頻率范圍為150450MHz。在一個(gè)大

3、區(qū)域中只用一個(gè)基站覆蓋的設(shè)計(jì)被成為大區(qū)制。大區(qū)制有以下特點(diǎn)特點(diǎn)：基站覆蓋面積大發(fā)射功率大可用頻率帶寬有限，系統(tǒng)容量小適用于專業(yè)網(wǎng)，不適合商用9.1 第一代移動(dòng)通信：模擬語(yǔ)音1982年，為了解決大區(qū)制容量飽和的問(wèn)題，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)AMPS。AMPS提出了“小區(qū)制小區(qū)制”，“蜂窩單元蜂窩單元”的概念，是第一種真正意義上的“蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)”，同時(shí)采用頻率復(fù)用（Frequency Division Multiplexing, FDM）技術(shù)，解決了公用移動(dòng)通信系統(tǒng)所需要的大容量要求和頻譜資源限制的矛盾。100千米范圍之內(nèi)，IMTS每個(gè)頻率上只允許一個(gè)電話呼叫；AM

4、PS以允許100個(gè)10千米的蜂窩單元，從而可以保證每個(gè)頻率上有1015個(gè)電話呼叫。蜂窩系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)每一個(gè)蜂窩單元有一個(gè)基站負(fù)責(zé)接收該單元中電話的信息。基站連接到移動(dòng)電話交換局（Mobile Telephone Switching Office, MTSO）。MTSO采用分層機(jī)制，一級(jí)MTSO負(fù)責(zé)與基站之間的直接通信；高級(jí)MTSO則負(fù)責(zé)低級(jí)MTSO之間的業(yè)務(wù)處理。移交：移交：當(dāng)電話在蜂窩單元之間移動(dòng)的時(shí)候，基站之間會(huì)通信，從而交換控制權(quán)，避免信道分配不錯(cuò)導(dǎo)致信號(hào)沖突?；緦?duì)于電話用戶控制權(quán)的轉(zhuǎn)換也稱為“移交”。 “軟移交”：用戶通話保持連貫。 “硬移交”：老的基站需要停止用戶通話。蜂窩系

5、統(tǒng)（續(xù)）9.1 第二代移動(dòng)通信： 數(shù)字語(yǔ)音第二代移動(dòng)通信技術(shù)：第二代移動(dòng)通信技術(shù)：數(shù)字制式數(shù)字制式支持傳統(tǒng)語(yǔ)音通信、文字和多媒體短信支持一些無(wú)線應(yīng)用協(xié)議900/1800MHz GSM移動(dòng)通信工作在900/1800MHz頻段無(wú)線接口采用TDMA技術(shù)，核心網(wǎng)移動(dòng)性管理協(xié)議采用MAP協(xié)議800MHz CDMA移動(dòng)通信工作在800MHz頻段，核心網(wǎng)移動(dòng)性管理協(xié)議采用IS-41協(xié)議無(wú)線接口采用窄帶碼分多址（CDMA）技術(shù)GSM系統(tǒng)GSM是一種蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，蜂窩單元按照半徑可以分為：宏蜂窩宏蜂窩：覆蓋面積最廣，基站通常在較高的位置，例如山峰微蜂窩微蜂窩：基站高度普遍低于平均建筑高度，適用于市區(qū)內(nèi)微微蜂窩微

6、微蜂窩：室內(nèi)，影響范圍在幾十米以內(nèi)傘蜂窩傘蜂窩：填補(bǔ)蜂窩間的信號(hào)空白區(qū)域GSM后臺(tái)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括以下模塊系統(tǒng)：基站系統(tǒng)基站系統(tǒng)，包括基站和相關(guān)控制器網(wǎng)絡(luò)和交換系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和交換系統(tǒng)，也稱為核心網(wǎng)，負(fù)責(zé)銜接各個(gè)部分GPRS核心網(wǎng)核心網(wǎng)，可用于基于報(bào)文的互聯(lián)網(wǎng)連接，為可選部分身份識(shí)別模塊身份識(shí)別模塊，也稱為SIM卡，主要用于保存手機(jī)用戶數(shù)據(jù)CDMA系統(tǒng)CDMA在蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用容量在理論上可以達(dá)到AMPS容量的20倍。CDMA可以同時(shí)區(qū)分并分離多個(gè)同時(shí)傳輸?shù)男盘?hào)。CDMA有以下特點(diǎn)特點(diǎn)：抗干擾性好抗多徑衰落保密安全性高容量質(zhì)量之間可以權(quán)衡取舍同頻率可在多個(gè)小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用9.1 第三代移動(dòng)通信：數(shù)

7、字語(yǔ)音與數(shù)據(jù) 第三代移動(dòng)通信（第三代移動(dòng)通信（3G）可以提供所有2G的信息業(yè)務(wù)，同時(shí)保證更快的速度，以及更全面的業(yè)務(wù)內(nèi)容，如移動(dòng)辦公，視頻流服務(wù)等。 3G的主要特征是可提供移動(dòng)寬帶多媒體業(yè)務(wù)，包括高速移動(dòng)環(huán)境下支持144Kbps速率，步行和慢速移動(dòng)環(huán)境下支持384Kbps速率，室內(nèi)環(huán)境則應(yīng)達(dá)到2Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，同時(shí)保證高可靠服務(wù)質(zhì)量。 人們發(fā)現(xiàn)從2G直接跳躍到3G存在較大的難度，于是出現(xiàn)了一個(gè)2.5G（也有人稱后期2.5G為2.75G）的過(guò)渡階段。3G的發(fā)展歷程2G邁向3G的過(guò)渡產(chǎn)業(yè)HSCSDGSM網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)版本透過(guò)多重時(shí)分并行傳輸，速率比GSM網(wǎng)絡(luò)快5倍動(dòng)態(tài)提供不同的糾錯(cuò)方式GPRS

8、基于傳統(tǒng)GSM的產(chǎn)物改造現(xiàn)有基站系統(tǒng)，利用GSM網(wǎng)絡(luò)中未使用的TDMA信道，速率可以達(dá)到114Kbps立即聯(lián)機(jī)EDGE俗稱2.75G，是GPRS到3G之間的過(guò)渡產(chǎn)業(yè)傳輸速率可以達(dá)到384Kbps主張利用現(xiàn)有的GSM資源IMT-2000 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)最早于1985年由ITU TG8/1提出，最初名為FPLMTS（Future Public Land Mobile Telecommunication System），后在1996年更改為“IMT-2000”。 數(shù)字2000蘊(yùn)含了三層含義： 希望該系統(tǒng)能在2000年全面應(yīng)用到市場(chǎng)； 希望3G能在2000MHz的頻率上運(yùn)行； 希望可以3G保證20

9、00KHz的帶寬。 1999年，IMT-2000無(wú)線接口技術(shù)規(guī)范建議被通過(guò)。3G無(wú)線接口標(biāo)準(zhǔn)傳統(tǒng)的窄帶TDMA技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足3G系統(tǒng)的高帶寬要求，而CDMA的編碼方式才是現(xiàn)行3G通信標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。圖中關(guān)于CDMA技術(shù)的3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分別是：IMT-DS，對(duì)應(yīng)于W-CDMAIMT-MC，對(duì)應(yīng)于CDMA2000IMT-TD，對(duì)應(yīng)于TD-SCDMA和UTRA-TDD9.1 移動(dòng)通信發(fā)展歷史9.2 3G通信技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)通信技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)9.3 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)9.4 關(guān)于4G我國(guó)采用的三種3G標(biāo)準(zhǔn)是什么？各有哪些特點(diǎn)？本章內(nèi)容9.2 3G通信技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)3G發(fā)展歷程回顧：發(fā)展歷程回顧：1985年FPLTMS概念被提出。1

10、991年國(guó)際電聯(lián)正式成立TG8/1任務(wù)組，專門負(fù)責(zé)FPLTMS的標(biāo)準(zhǔn)定制工作。1996年FPLTMS更名為IMT-2000。1997年ITU向各國(guó)發(fā)出通函，要求各國(guó)在1998年6月之前提交關(guān)于IMT-2000無(wú)線接口技術(shù)的候選方案，一共收到15份有關(guān)3G接口的技術(shù)方案，其中包括我國(guó)自主研究制定的TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)。2000年5月，國(guó)際電聯(lián)正式公布了第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，CDMA技術(shù)以其特有的優(yōu)勢(shì)為眾多標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。我國(guó)采用的三種3G標(biāo)準(zhǔn)分別是TD-SCDMA，W-CDMA和CDMA2000。TD-SCDMATDSCDMA（ Time Division Synchronous Code Divis

11、ion Multiple Access ）相比于W-CDMA和CDMA2000起步較晚，1998年6月由原郵電部電信科學(xué)技術(shù)研究院向ITU提出。TD-SCDMA將眾多技術(shù)融合：SCDMACDMA和軟件無(wú)線電同步TDMA，F(xiàn)DMATD分為：TD-SCDMA：提供話音和視頻電話等最高下行頻率為384Kb/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)TD-HSDPA：數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增強(qiáng)技術(shù)，可提供2.8Mb/s的下行速率TD-CDMA解決的移動(dòng)通信問(wèn)題呼吸效應(yīng)：呼吸效應(yīng)：在CDMA系統(tǒng)中，基站的實(shí)際有效覆蓋面積會(huì)隨著干擾信號(hào)的增強(qiáng)而縮小，反之則會(huì)增大。這種覆蓋面積隨用戶數(shù)目的增加而收縮的現(xiàn)象為“呼吸效應(yīng)”。干擾信號(hào)同移動(dòng)用戶的數(shù)目是密切

12、相關(guān)的；導(dǎo)致“呼吸效應(yīng)”的主要原因是CDMA系統(tǒng)是一個(gè)自干擾系統(tǒng)；CDMA2000和W-CDMA屬于同頻自干擾系統(tǒng)，鄰近用戶間自干擾現(xiàn)象明顯，從而降低了實(shí)際傳輸速率。TD-SCDMA利用低帶寬的FDMA和TDMA限制了系統(tǒng)的最大干擾；在單時(shí)隙中應(yīng)用CDMA技術(shù)提高系統(tǒng)容量；利用聯(lián)合檢測(cè)和SDMA技術(shù)對(duì)客戶終端的信號(hào)跟蹤；充分利用下行信號(hào)能量，最大程度上抑制了客戶之間的干擾。TD-SCDMA系統(tǒng)不再是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，“呼吸效應(yīng)”基本被消除。TD-CDMA解決的移動(dòng)通信問(wèn)題（續(xù)）“遠(yuǎn)近效應(yīng)遠(yuǎn)近效應(yīng)”：移動(dòng)通信干擾的另一問(wèn)題。手機(jī)用戶到基站的距離不斷變化；固定的通信功率不僅會(huì)造成嚴(yán)重的功率過(guò)剩，且可

13、能形成有害的電磁輻射。如何解決？如何解決？動(dòng)態(tài)調(diào)控功率：手機(jī)終端依據(jù)自己到基站的通信距離動(dòng)態(tài)的調(diào)整自己的傳輸功率，從而盡可能的減少過(guò)剩，且依然保證可連通性。TD-SCDMA采用動(dòng)態(tài)信道分配的方式，即根據(jù)用戶的需求進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)資源分配，包括頻率，時(shí)隙和碼字等。動(dòng)態(tài)信道分配不僅提高了信道資源的利用率，且增強(qiáng)了對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載和干擾變化的適應(yīng)能力。W-CDMAW-CDMA（ Wideband Code Division Multiple Access ）是由愛(ài)立信公司提出，3GPP具體制定的基于GSM MAP核心網(wǎng)，UTRAN為無(wú)線接口的3G系統(tǒng)。第一個(gè)商用W-CDMA網(wǎng)絡(luò)由日本NTT DoCoMo

14、于2001年推出，也是世界上第一個(gè)3G移動(dòng)電話服務(wù)。中國(guó)聯(lián)通于2009年在中國(guó)大陸提供W-CDMA服務(wù)，并開(kāi)始提供HSDPA服務(wù)（在部分地區(qū)還提供HSUPA服務(wù)）。中國(guó)香港移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商SUNDAY等也都已經(jīng)架構(gòu)了W-CDMA商用網(wǎng)絡(luò)。中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)3G服務(wù)從2005年開(kāi)始，其中中華電信、臺(tái)灣大哥大、遠(yuǎn)傳電信等都使用W-CDMA系統(tǒng)。W-CDMA技術(shù)介紹上行技術(shù)參數(shù)主要基于歐洲FMA2方案。下行技術(shù)參數(shù)主要基于日本ARIB W-CDMA方案。W-CDMA技術(shù)主要包括FDD和TDD：FDD：工作在覆蓋面積較大的范圍內(nèi)，可以在兩個(gè)對(duì)稱頻率信道上進(jìn)行接收和傳送工作TDD：側(cè)重于業(yè)務(wù)繁重的小范圍內(nèi)W-CDM

15、A定義了3條可利用的公共控制信道及2條專用信道：廣播公共控制信道（BCCH），尋呼信道（PCH），前向接入信道（FACH）主專用控制信道（SDCCH），輔助專用控制信道CDMA2000CDMA2000也稱為CDMA Multi-Carrier,由美國(guó)高通北美公司為主導(dǎo)提出。W-CDMA和TD-SCDMA是由標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP制定，CDMA2000則是由標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP2制定。CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)路線：CDMA2000技術(shù)介紹CDMA2000 1x：即1x 或者 1xRTT， 是3G CDMA2000技術(shù)的核心。標(biāo)志1x 指使用一對(duì)1.25MHz無(wú)線電信道的CDMA2000無(wú)線技術(shù)。CDMA2

16、000 1xRTT：CDMA2000 1xRTT（RTT 無(wú)線電傳輸技術(shù)）是CDMA2000一個(gè)基礎(chǔ)層。通常被認(rèn)為是2.5G技術(shù)，因其傳輸速率不及其他3G技術(shù)。支持最高144kbps數(shù)據(jù)速率。CDMA2000 1xEV：CDMA2000 1x 附加高數(shù)據(jù)速率（HDR）能力。CDMA2000 1xEV 第一階段（CDMA2000 1xEV-DO）支持下行數(shù)據(jù)速率最高3.1Mbps，上行速率最高1.8Mbps。CDMA2000 1xEV 第二階段（CDMA2000 1xEV-DV）還能支持1x語(yǔ)音用戶，1xRTT數(shù)據(jù)用戶和高速1xEV-DV數(shù)據(jù)用戶使用同一信道。三種3G標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)差別9.1 移

17、動(dòng)通信發(fā)展歷史9.2 3G通信技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)9.3 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)9.4 關(guān)于4G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)有哪些具體典型應(yīng)用？本章內(nèi)容9.3 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)3G網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸多元化：多元化：視頻信息、流數(shù)據(jù)、音樂(lè)電視即時(shí)性：即時(shí)性：室內(nèi)固定環(huán)境下2Mb/s室外快速移動(dòng)環(huán)境下144Kb/s地域性：地域性：手機(jī)信號(hào)可以覆蓋Wi-Fi等無(wú)線信號(hào)難以遍及的地方移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)：移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)：將移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)二者結(jié)合，提供網(wǎng)頁(yè)瀏覽、視頻會(huì)議等互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)3G與物聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)：3G是物聯(lián)網(wǎng)信息傳送的有效平臺(tái)。視頻電話視頻電話技術(shù)視頻電話技術(shù)是其他綜合服務(wù)業(yè)務(wù)的基本要求： 保證時(shí)延與語(yǔ)音業(yè)務(wù)接近 提供更為豐富

18、的數(shù)據(jù)交流方式 提高對(duì)移動(dòng)用戶的服務(wù)質(zhì)量?jī)煞N視頻編解碼器：兩種視頻編解碼器：H.263編解碼器 基于64Kb/s速率， 用于視頻呼叫H.264編解碼器 應(yīng)用于視頻流 廣泛應(yīng)用于電影電視中手機(jī)電視從技術(shù)上手機(jī)電視手機(jī)電視分為兩大類：以地面廣播網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)松耦合或相對(duì)獨(dú)立組網(wǎng) 歐洲的DVB-H、韓國(guó)的T-DMB、日本的ISDB-T、中國(guó)的CMMB以移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)不能獨(dú)立組網(wǎng) MBMS，BCMCSCMMB （中國(guó)移動(dòng)多媒體廣播）面向手機(jī)、PDA、MP4、GPS導(dǎo)航儀、筆記本電腦等移動(dòng)終端“天體一體、星網(wǎng)組合、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、全國(guó)漫游”頻段范圍：470798MHz；傳播衰耗小；覆蓋范圍：40千米難以支持點(diǎn)播和雙向互動(dòng)與3G視頻技術(shù)互補(bǔ)其他應(yīng)用手機(jī)郵件：手機(jī)郵件：手機(jī)與郵箱帳號(hào)綁定，實(shí)時(shí)接收郵件，進(jìn)行回復(fù)刪除等管理。WAP：將Internet內(nèi)容和數(shù)據(jù)服務(wù)帶入移動(dòng)電話終端。移動(dòng)支付：移動(dòng)支付：允許用戶通過(guò)手機(jī)支付商品，進(jìn)行遠(yuǎn)程購(gòu)物。手機(jī)廣告：手機(jī)廣告：針對(duì)目標(biāo)人群，向特定地理區(qū)域提供直接的、個(gè)性化的廣告。手機(jī)博客