移動通信網(wǎng)絡(luò)

第9章移動通信網(wǎng)絡(luò)12/25/20221通信與信息工程學(xué)院第9章移動通信網(wǎng)絡(luò)移動通信，特別是3G移動通信，將成為“全面、隨時、隨地”傳輸信息的有效平臺介紹移動通信的發(fā)展歷程、3G通信技術(shù)以及移動互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)應(yīng)用9.1移動通信發(fā)展歷史9.23G通信技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)9.3移動互聯(lián)網(wǎng)9.4關(guān)于4G12/25/20222通信與信息工程學(xué)院第9章移動通信網(wǎng)絡(luò)截止2013年1月，我國電話用戶數(shù)量超過14億其中移動電話用戶達11.2億3G用戶達2.46億“我們夢想，有哪一天人出去了，什么都可以不拿，錢包可以不拿，鑰匙可以不拿，錢也可以不拿，任何東西都不用拿，你只要有個手機，所有問題都可以解決”——中國移動集團前董事長王建宙12/25/20223通信與信息工程學(xué)院9.1移動通信發(fā)展歷史12/25/20224通信與信息工程學(xué)院1864年，英國物理學(xué)家麥克斯韋證明了電磁波的理論1876年，德國物理學(xué)家赫茲實驗證明了電磁波的存在1896年5月，意大利發(fā)明家馬可尼發(fā)明第一臺可用無線電臺兩種無線電話：無繩電話（短距，無法接入互聯(lián)網(wǎng)）移動電話（長距離，可接入互聯(lián)網(wǎng)）9.1移動通信發(fā)展歷史12/25/20225通信與信息工程學(xué)院意大利古格利埃莫·馬可尼（Gugliemo.M.Marconi）1896年5月發(fā)明第一臺可用無線電臺橫跨布里斯托海峽14公里

1909年獲諾貝爾物理學(xué)獎俄國亞歷山大·波波夫（Александр.С.Попов）1896年3月首次展示無線電收發(fā)機圣彼得堡250米傳輸

“海因里?！ず掌潯?.1移動通信發(fā)展歷史12/25/20226通信與信息工程學(xué)院9.1.1第一代移動通信：模擬語音1928年，美國普度（PurdueUniversity）大學(xué)學(xué)生發(fā)明的超外差無線電接收機，美國底特律警察局利用該發(fā)明建立了世界上第一個移動通信系統(tǒng)（車載無線電系統(tǒng)）1946年，貝爾系統(tǒng)在圣路易斯建立起了第一個可用于汽車的電話系統(tǒng)前聯(lián)邦德國、法國和英國分別于1950年、1956年和1959年完成了公用移動電話系統(tǒng)的研制9.1移動通信發(fā)展歷史12/25/20227通信與信息工程學(xué)院20世紀(jì)60年代，美國開始使用中小容量的改進移動電話系統(tǒng)（IMTS：ImprovedMobileTelephoneSystem）兩個獨立頻率分別用于接收和發(fā)送功能支持23個信道，頻率范圍為150MHz～450MHz在一個大區(qū)域中只用一個基站覆蓋的設(shè)計，稱為大區(qū)制基站覆蓋面積大發(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移動通信發(fā)展歷史12/25/20228通信與信息工程學(xué)院1982年，為解決大區(qū)制容量飽和的問題，美國貝爾實驗室發(fā)明高級移動電話系統(tǒng)（AMPS：AdvancedMobilePhoneSystem）AMPS提出“小區(qū)制”與“蜂窩單元”的概念，是第一種“蜂窩移動通信系統(tǒng)”采用頻分復(fù)用（FDM）技術(shù)，解決公用移動通信系統(tǒng)所需要的大容量與頻譜資源限制的矛盾100千米半徑范圍內(nèi)，IMTS每個頻率上只允許一個電話呼叫AMPS則允許100個10千米半徑的蜂窩單元，可保證每個頻率上有10～15個電話呼叫9.1移動通信發(fā)展歷史12/25/20229通信與信息工程學(xué)院系統(tǒng)結(jié)構(gòu)每個蜂窩單元有一個基站負責(zé)接收該單元中的電話信息基站連接至移動電話交換局移交：當(dāng)電話在蜂窩單元之間移動時，基站之間會進行通信，并從而交換控制權(quán)，避免信道分配不均導(dǎo)致信號沖突?；緦τ陔娫捰脩艨刂茩?quán)的轉(zhuǎn)換稱為“移交”，時延300ms硬移交：原基站需要停止用戶通話軟移交：用戶通話保持連貫9.1移動通信發(fā)展歷史12/25/202210通信與信息工程學(xué)院9.1移動動通信發(fā)展歷歷史12/19/202211通信與信息工工程學(xué)院第一代移動通通信（1G））—20世紀(jì)紀(jì)80年代后后期采用模擬技術(shù)與頻分多址(FDMA)技術(shù)無法進行長途途漫游，通話話質(zhì)量較差1987年，摩托羅拉3200成為第一部進入中中國的手機—“大哥大”身份、財富與與地位的象征征9.1移動動通信發(fā)展歷歷史12/19/202212通信與信息工工程學(xué)院9.1.2第第二代移動動通信：數(shù)字字語音（20世紀(jì)90年年代中期）支持傳統(tǒng)語音音通信、文字字和多媒體短短信全球移動通信系統(tǒng)統(tǒng)（GSM：GlobalSystemforMobileCommunication）工作頻段：900MHZ與1800MHz采用時分多址址（TDMA）技術(shù)800MHzCDMA移動通信采用碼分多址址（CDMA）技術(shù)9.1移動動通信發(fā)展歷歷史12/19/202213通信與信息工工程學(xué)院1、GSM系系統(tǒng)為蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，蜂窩單單元按照半徑徑可分為宏蜂窩：覆蓋蓋面積最廣，，基站通常在在較高的位置置，如山峰微蜂窩：基站站高度普遍低低于平均建筑筑高度，適用用于市區(qū)內(nèi)微微蜂窩：室室內(nèi)，影響范范圍在幾十米米以內(nèi)傘蜂窩：填補補蜂窩間的信信號空白區(qū)域域后臺網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)統(tǒng)基站、網(wǎng)絡(luò)和和交換系統(tǒng)通用分組無線線服務(wù)（GPRS：GeneralPacketRadioService）用戶識別模塊塊（SIM：：SubscriberIdentityModule）9.1移動動通信發(fā)展歷歷史12/19/202214通信與信息工工程學(xué)院2、CDMA系統(tǒng)由美國高通（（Qualcomm）于于1989年年提出理論容量無上上限可區(qū)分并分離離多個同時傳傳輸?shù)男盘朇DMA特點點抗干擾性好、、抗多徑衰落落、保密安全全性高、容量量質(zhì)量之間可可權(quán)衡取舍、同頻頻率可在多個個小區(qū)內(nèi)重復(fù)復(fù)使用9.1移動動通信發(fā)展歷歷史12/19/202215通信與信息工工程學(xué)院9.1.3第第三代移動動通信：數(shù)字字語音與數(shù)據(jù)據(jù)可提供所有2G信息業(yè)務(wù)務(wù)，同時保證證更快的速度度，以及更全全面的業(yè)務(wù)內(nèi)容，，如移動辦公公，視頻流服服務(wù)等可提供移動寬寬帶多媒體業(yè)業(yè)務(wù)，包括高高速移動環(huán)境境下支持144kbps速率率，慢速移動動環(huán)境下支持持384kbps速率率，室內(nèi)環(huán)境境則達到2Mbps速率，同同時保證高可可靠服務(wù)質(zhì)量量從2G直接跳躍到3G存在較大的難難度，于是出出現(xiàn)2.5G（也稱后期2.5G為2.75G）的過渡階段段9.1移動動通信發(fā)展歷歷史12/19/202216通信與信息工工程學(xué)院9.1移動動通信發(fā)展歷歷史12/19/202217通信與信息息工程學(xué)院院第2.5代代移動通信信（2.5G）—本本世紀(jì)初2G通信技技術(shù)向3G通信技術(shù)術(shù)的過渡撥號上網(wǎng)、、發(fā)送圖片片、收發(fā)電電子郵件等等1XCDMAGPRS基于GSM網(wǎng)絡(luò)與TDMA技技術(shù)提供中速數(shù)數(shù)據(jù)傳遞實現(xiàn)分組交交換訪問速度可可達171.2kb/s減少手機間間干擾增加用戶的的容量降低手機功功率抗干擾能力力強網(wǎng)絡(luò)綠色環(huán)環(huán)保基于CDMA技術(shù)既可作為話話音業(yè)務(wù)的承載平臺臺，也可無線接入互互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)容量顯顯著提升峰值速率153.6kb/s9.1移移動通信發(fā)發(fā)展歷史12/19/202218通信與信息息工程學(xué)院院第三代移動動通信（3G）—正正在推廣IMT-2000（（InternationalMobileTelecommunications-2000）2000年年全面應(yīng)用用、3G在在2000MHz頻率上運運行、3G保證2000kHz的帶帶寬支持高速數(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡囊苿油ㄐ判偶夹g(shù)，傳傳輸速度384kb/s~2Mb/s無線通信與與互聯(lián)網(wǎng)相相結(jié)合處理圖像、、音樂、視視頻等多種種媒體形式式提供網(wǎng)頁瀏瀏覽、電子子商務(wù)、電話會議等等多種服務(wù)務(wù)9.1移移動通信發(fā)發(fā)展歷史12/19/202219通信與信息息工程學(xué)院院現(xiàn)行3G移動通信的的標(biāo)準(zhǔn)時分同步CDMA（（TD-SCDMA）我國大唐電電信自主研研發(fā)—中國國移動通信信CDMA2000CDMA1x的升升級，北美美標(biāo)準(zhǔn)—中中國電信寬帶CDMA（WCDMA））GSM的升升級，歐洲洲標(biāo)準(zhǔn)—中中國聯(lián)合通通信黑莓（Blackberry）手機蘋果（iPhone）手機定制9.1移移動通信發(fā)發(fā)展歷史9.1移移動通信發(fā)發(fā)展歷史12/19/202220通信與信息息工程學(xué)院院3G手機及視頻頻通話3G無線上網(wǎng)卡卡3G通信設(shè)備3G無線路由器器9.1移移動通信發(fā)發(fā)展歷史12/19/202221通信與信息息工程學(xué)院院9.23G通信技技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)12/19/202222通信與信息息工程學(xué)院院9.23G通信技技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)3G發(fā)展歷歷程回顧1985年年，提出未來公共陸陸地移動通通信系統(tǒng)（（FPLMTS）概念1991年年，ITU成立TG8/1任任務(wù)組，負負責(zé)FPLTMS標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)定制工工作1996年，F(xiàn)PLTMS更更名為IMT-20001997年年，ITU要求各國國提交IMT-2000無線線接口技術(shù)術(shù)候選方案案，共收到到15份技技術(shù)方案，，包括我國國自主研究究的TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)2000年年5月，ITU公布布3種第三三代移動通通信標(biāo)準(zhǔn)，，CDMA成為眾多多標(biāo)準(zhǔn)的基基礎(chǔ)12/19/202223通信與信息息工程學(xué)院院9.23G通信技技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)9.2.1TD-SCDMATimeDivision–SynchronousCodeDivisionMultipleAccess相比于W-CDMA和CDMA2000起步較較晚，1998年6月由原郵郵電部電信信科學(xué)技術(shù)術(shù)研究院向向ITU提提出TD-SCDMA將將眾多技術(shù)術(shù)融合：SCDMA、同步CDMA、、軟件無線線電、FDMA、TDMATD-SCDMA：：提供話音音和視頻電電話等最高高下行速率率為384kb/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)務(wù)TD-HSDPA：：數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)務(wù)增強技術(shù)術(shù)，可提供供2.8Mb/s的下行速速率12/19/202224通信與信息息工程學(xué)院院9.23G通信技技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)呼吸效應(yīng)：：CDMA系系統(tǒng)中，基站實際際有效覆蓋蓋面積會隨隨干擾信號號的增強而而縮小，反反之則會增增大。這種種覆蓋面積積隨用戶數(shù)數(shù)目的增加加而收縮的的現(xiàn)象為“呼吸效應(yīng)應(yīng)”干擾信號與與移動用戶戶數(shù)目密切切相關(guān)：原因是同頻頻自干擾，，鄰近用戶戶間自干擾擾現(xiàn)象明顯顯，從而降降低了實際際傳輸速率率TD-SCDMA利用低帶寬寬FDMA和TDMA限制系統(tǒng)的最大大干擾在單時隙/頻率中應(yīng)應(yīng)用CDMA提高系系統(tǒng)容量利用聯(lián)合檢檢測和SDMA技術(shù)術(shù)對客戶終終端進行信信號跟蹤“呼吸效應(yīng)應(yīng)”基本被被消除12/19/202225通信與信息息工程學(xué)院院9.23G通信技技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)“遠近效應(yīng)應(yīng)”手機用戶到到基站的距距離不斷變變化固定的的通信功率率會造成嚴(yán)嚴(yán)重功率過過剩，且形形成有害的的電磁輻射射如何解決？？動態(tài)調(diào)控功功率：手機機終端依據(jù)據(jù)到基站的的通信距離離動態(tài)調(diào)整整的傳輸功功率，盡可可能減少過過剩功率，，且依然保保證可連通通性TD-SCDMA動態(tài)信道分分配，根據(jù)據(jù)用戶需求求進行實時時動態(tài)資源源分配，包包括頻率，，時隙和碼碼字等提高高信道資源源利用率，，增強網(wǎng)絡(luò)絡(luò)中負載和和干擾變化化的適應(yīng)能能力12/19/202226通信與信息息工程學(xué)院院9.23G通信技技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)9.2.2W-CDMAWideband-CDMA：由愛立立信公司提出，，GSM的的升級第一個商用用W-CDMA網(wǎng)絡(luò)絡(luò)由日本NTTDoCoMo于2001年推推出，也是是世界上第第一個3G移動電話話服務(wù)中國聯(lián)通于于2009年在中國國大陸提供供W-CDMA服務(wù)務(wù)臺灣地區(qū)從從2005年開始，，其中華電電信、臺灣灣大哥大、、遠傳電信信等都使用用W-CDMA系統(tǒng)統(tǒng)12/19/202227通信與信息工工程學(xué)院9.23G通信技術(shù)和和標(biāo)準(zhǔn)W-CDMA技術(shù)主要包包括FDD和和TDD，支支持慢速移動動下384kb/s室內(nèi)2Mb/s的數(shù)據(jù)據(jù)傳輸速率FDD（FrequencyDivisionDuplexing）：頻分分雙工方式工作在覆蓋面面積較大的范范圍內(nèi)，可以以在兩個對稱稱頻率信道上上分別進行接接收和傳送工工作TDD（TimeDivisionDuplexing）：時分分雙工方式側(cè)重于業(yè)務(wù)繁繁重的小范圍圍內(nèi)12/19/202228通信與信息工工程學(xué)院9.23G通信技術(shù)和和標(biāo)準(zhǔn)W-CDMA定義了3條公共控制制信道及2條專用信道道廣播控制信道道（BCCH：BroadcastingControlChannel））攜帶系統(tǒng)與小小區(qū)發(fā)布的公公共消息尋呼信道（PCH：PagingChannel）：把把消息送入移移動臺前向接入信道道（FACH：ForwardAccessChannel）：：把消息從基站發(fā)送送至小區(qū)移動動臺12/19/202229通信與信息工工程學(xué)院9.23G通信技術(shù)和和標(biāo)準(zhǔn)專用控制信道道（DCCH：DedicatedControlChannel）主專用控制信信道（SDCCH：Stand-AloneDedicatedControlChannel）：上下行點點到點的數(shù)據(jù)據(jù)傳輸輔助專用控制制信道（ACCH：AssistantControlChannel）專用物理數(shù)據(jù)據(jù)信道（DPDCH）：：攜帶用戶數(shù)數(shù)據(jù)專用物理控制制信道（DPCCH）：：攜帶層控制制信息主輔公共控制制信道（CCPCH）：：攜帶下行公公共控制邏輯輯信道同步信道（SCH）：提提供定時信息息12/19/202230通信與信息工工程學(xué)院9.23G通信技術(shù)和和標(biāo)準(zhǔn)9.2.3CDMA2000CDMA2000也稱為為CDMAMulti-Carrier，由由高通（Qualcomm）北美公公司為主導(dǎo)提提出，是原CDMA技術(shù)術(shù)的改進CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)推推進路線：12/19/202231通信與信息工工程學(xué)院9.23G通信技術(shù)和和標(biāo)準(zhǔn)CDMA20001x即1x或1xRTT（無無線電傳輸技技術(shù)），是CDMA2000的核心心1x：使用一對1.25MHz無線電信信道的無線傳傳輸技術(shù)CDMA20001xRTT通常常被認(rèn)為是2.5G技術(shù)術(shù)，支持最高高144kbps數(shù)據(jù)據(jù)速率CDMA20001xEVCDMA20001x+高速數(shù)據(jù)據(jù)傳輸能力第一階段：EV-DO，，下行最高3.1Mbps，上行行最高1.8Mbps第二階段：EV-DV，，支持1x語語音用戶12/19/202232通信與信息工工程學(xué)院9.3移動互聯(lián)網(wǎng)12/19/202233通信與信息工工程學(xué)院9.3移動動互聯(lián)網(wǎng)3G網(wǎng)絡(luò)中的的數(shù)據(jù)傳輸多元化：視頻頻、音頻、流流數(shù)據(jù)等即時性：室內(nèi)內(nèi)靜止2Mb/s、室外快速移動動144kb/s地域性：手機機信號可覆蓋蓋Wi-Fi難以遍及的的地方移動互聯(lián)網(wǎng)：：將移動通信和和互聯(lián)網(wǎng)二者者結(jié)合，提供供網(wǎng)頁瀏覽、、視頻會議等互互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服服務(wù)12/19/202234通信與信息工工程學(xué)院9.3移動動互聯(lián)網(wǎng)1、視頻電話話視頻電話技術(shù)術(shù)是實現(xiàn)其它它綜合服務(wù)業(yè)業(yè)務(wù)的基本要要求保證時延與語語音業(yè)務(wù)接近近提高對移動用用戶的服務(wù)質(zhì)質(zhì)量兩種視頻編解解碼器H.263編編解碼器：基基于64kb/s速率率，用于視頻頻呼叫H.264編編解碼器：應(yīng)應(yīng)用于視頻流流，如電影電電視12/19/202235通信與信息工工程學(xué)院9.3移動動互聯(lián)網(wǎng)2、手機電視視手機電視分為為兩大類：以地面廣播網(wǎng)絡(luò)絡(luò)為基礎(chǔ)：與移移動網(wǎng)絡(luò)結(jié)合合或相對獨立立組網(wǎng)歐洲D(zhuǎn)VB-H、韓國T-DMB、、日本ISDB-T、中中國CMMB以移動通信網(wǎng)絡(luò)絡(luò)為基礎(chǔ)：不能能獨立組網(wǎng)中國移動多媒媒體廣播ChinaMobileMultimediaBroadcasting面向手機、MP4、GPS導(dǎo)航儀、、筆記本電腦腦等移動終端端星網(wǎng)組合、統(tǒng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、全全國漫游頻段470MHz～798MHz，傳播衰衰減小，覆蓋蓋范圍40千千米難以支持點播播和雙向互動動12/19/202236通信與信息工工程學(xué)院9.3移動動互聯(lián)網(wǎng)9.3.3其其它應(yīng)用（（P183~185）手機郵件：手手機實時接收收郵件，進行行回復(fù)刪除等等管理無線應(yīng)用協(xié)議議（WAP））：將互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)接入移動電電話終端移動支付：允允許用戶通過過手機支付商商品，進行遠遠程購物手機博客：實實時將身邊照照片視頻等多多媒體信息放放到互聯(lián)網(wǎng)手機視頻點播播：手機用戶戶可以通過移移動通信網(wǎng)絡(luò)絡(luò)在線收看新新聞、影視、體體育等電視節(jié)節(jié)目12/19/202237通信與信息工工程學(xué)院9.4關(guān)于4G12/19/202238通信與與信息息工程程學(xué)院院9.4關(guān)關(guān)于4G4G被被稱為為“多多媒體體移動動通信信”——下一一代移移動通通信在高速速移動動中有有兆級級別的的數(shù)據(jù)據(jù)傳輸輸率擴大覆覆蓋范范圍，，提高高通信信質(zhì)量量，提提高數(shù)數(shù)據(jù)傳傳輸無線多多媒體體通信信服務(wù)務(wù)數(shù)據(jù)傳傳輸率率可以以達到到10Mb/s～～20Mb/s，最最高超超過100Mb/s基于正正交頻頻分調(diào)調(diào)制（（OFDM））技技術(shù)抗多徑徑干擾擾，實實現(xiàn)簡簡單，，靈活活支持持不同同帶寬寬，頻頻譜利利用率率高支持高高效自自適應(yīng)應(yīng)調(diào)度度12/19/202239通信與與信息息工程程學(xué)院院9.4關(guān)關(guān)于4G五大候候選標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)長期演演進（（LTE：：LongTermEvolution））技術(shù)術(shù)：3G技技術(shù)演演進LTE-Advanced：：峰值值速率率大幅幅提高高WiMax：靈靈活調(diào)調(diào)整帶帶寬高速分分組接接入（（HSPA+：：HighSpeedPacketAccessPlus））：有利于于網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的升升級與與過渡渡無線城城域網(wǎng)網(wǎng)（WMAN））-Advanced：：提高高網(wǎng)絡(luò)