第一章-移動(dòng)通信概述(12.5)

移動(dòng)通信原理與應(yīng)用參考書(shū)1、移動(dòng)通信原理與系統(tǒng)，啜鋼、王文博等編著，北京郵電大學(xué)出版社。2、移動(dòng)通信原理與應(yīng)用技術(shù)，啜鋼、李衛(wèi)東編著，人民郵電大學(xué)出版社3、第三代移動(dòng)通信，張玉艷方莉編著，人民郵電大學(xué)出版社，2009。

第一章移動(dòng)通信概述移動(dòng)通信的概念移動(dòng)通信的發(fā)展移動(dòng)通信的基本特點(diǎn)工作頻段分類及應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)一、移動(dòng)通信的概念移動(dòng)通信系指通信雙方或至少一方是處于移動(dòng)中進(jìn)行信息交換的通信方式。包括固定點(diǎn)與移動(dòng)體（車輛、船舶、飛機(jī)）之間、移動(dòng)體之間、移動(dòng)的人之間的通信，都屬于移動(dòng)通信的范疇。移動(dòng)通信涵義的關(guān)鍵點(diǎn)就在于“動(dòng)中通”，它的突出特點(diǎn)是移動(dòng)性，主要表現(xiàn)在終端的移動(dòng)性、業(yè)務(wù)的移動(dòng)性以及個(gè)人身份（如SIM卡）的移動(dòng)性上。移動(dòng)通信是有線、無(wú)線相結(jié)合的通信方式無(wú)線接入有線或無(wú)線傳輸計(jì)算機(jī)控制

移動(dòng)通信的基本概念

移動(dòng)通信的范疇移動(dòng)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基站控制器基站控制器交換中心用戶部分接入網(wǎng)部分核心網(wǎng)EIRVLRHLR/AUC基站基站基站基站用戶用戶基站的組成一個(gè)基站的構(gòu)成不是單純的由BTS組成，還要包括：鐵塔天饋系統(tǒng)，電源設(shè)備，電池組，空調(diào)設(shè)備，傳輸設(shè)備，環(huán)境監(jiān)控等。二、移動(dòng)通信的發(fā)展先驅(qū)者：1946年第一個(gè)推出移動(dòng)電話AT&T

A/D接入方式典型代表第一代（1G）模擬蜂窩系統(tǒng)FDMA美國(guó)AMPS系統(tǒng)，歐洲TACS系統(tǒng)第二代（2G）數(shù)字蜂窩系統(tǒng)TDMAGSM系統(tǒng)CDMAN-CDMA系統(tǒng)目標(biāo)典型代表過(guò)渡代（2.5G）高速傳輸GPRS,CDMA20001X系統(tǒng)第三代（3G）全球漫游，高質(zhì)量多媒體業(yè)務(wù)，系統(tǒng)容量、管理能力、保密性和服務(wù)質(zhì)量均有很大改善歐洲WCDMA系統(tǒng)，北美CDMA2000系統(tǒng)，中國(guó)TD-SCDMA系統(tǒng)第四代（4G）高速率，各種數(shù)據(jù)話音業(yè)務(wù)，全I(xiàn)P，多協(xié)議，新技術(shù)目前還沒(méi)有一個(gè)4G網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)技術(shù)驅(qū)動(dòng)AMPSTACSNMT其它第一代80年代模擬模擬調(diào)頻頻分多址業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)GSMCDMAIS95TDMAIS-136PDC第二代90年代數(shù)字?jǐn)?shù)字調(diào)制時(shí)分/碼分多址第三代

IMT-2000UMTSWCDMAcdma2000TD-SCDMA寬帶數(shù)字碼分/時(shí)分多址二、移動(dòng)通信的發(fā)展第四代2015

LTEOFDM/MIMO第一代——模擬蜂窩通信系統(tǒng)123121312313213123232頻分復(fù)用Pre-cellular二、移動(dòng)通信的發(fā)展基本的小區(qū)類型超小區(qū)：小區(qū)半徑r>20km，適于人口稀少的農(nóng)村地區(qū)。宏小區(qū)：小區(qū)半徑r＝1～20km，適于高速公路和人口稠密的地區(qū)。微小區(qū)：小區(qū)半徑r＝0.1～1km，適于城市繁華區(qū)段。微微小區(qū)：小區(qū)半徑r<0.1km，適于辦公室、家庭等移動(dòng)應(yīng)用環(huán)境。二、移動(dòng)通信的發(fā)展1G代表系統(tǒng)：北美的AMPS（高級(jí)移動(dòng)電話業(yè)務(wù)）英國(guó)TACS(全接入通信系統(tǒng))北歐NMT（北歐移動(dòng)電話）缺點(diǎn)：各系統(tǒng)間沒(méi)有公共接口。數(shù)字承載業(yè)務(wù)難于開(kāi)展。頻率利用率低，無(wú)法適應(yīng)大容量的要求。安全利用率低，易于被竊聽(tīng)。優(yōu)點(diǎn)：采用蜂窩技術(shù)，同頻復(fù)用提高系統(tǒng)容量，組網(wǎng)方便。Pre-cellular1G01110001010001100101110001010001100101110001010001100101110001010001100101110001010001100111100000001011第二代－－數(shù)字系統(tǒng)2G90年代登上舞臺(tái)GSMCDMAIS-95TDMAIS-136PDC2G二、移動(dòng)通信發(fā)展歷程二、移動(dòng)通信的發(fā)展2G代表系統(tǒng)：TDMA泛歐GSM（GroupSpecialMobile/GlobalSystemforMobileCommunications）美國(guó)D-AMPS日本PDCCDMA高通公司為首的基于IS-95的N-CDMA二、移動(dòng)通信的發(fā)展優(yōu)點(diǎn)：頻譜利用率高,話音質(zhì)量高容量大:比TACS高3~5倍提供窄帶ISDN業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化程度高,開(kāi)放接口:安全性高:TMSI,鑒權(quán),加密可以與ISDN,PSTN互聯(lián)可以在SIM卡基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)漫游缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)功能差，不能支持多媒體業(yè)務(wù)。如使用GSM手機(jī)上網(wǎng)，理論上只能達(dá)到9.6k的上網(wǎng)速度。全球不同的第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)彼此間不能兼容，使用的頻率也不一樣，全球漫游比較困難。引入GPRS后,全面提升分組數(shù)據(jù)通信的速率,達(dá)到115Kbit/s,最高可達(dá)171Kbit/sPSTNISDN9.6Kbit/s2G2G115Kbit/s2.5GInternet二、移動(dòng)通信的發(fā)展用戶密度急劇增長(zhǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求不斷提高2G系統(tǒng)受空中接口及網(wǎng)絡(luò)能力的限制，難以滿足市場(chǎng)的需求。UMTS二、移動(dòng)通信的發(fā)展二、移動(dòng)通信的發(fā)展

IMT-2000的主要目標(biāo)和要求IMT-2000–意指工作在2000MHz頻段并在2000年左右投入商用的國(guó)際移動(dòng)通信系統(tǒng)（InternationalMobileTelecomSystem），它既包括地面通信系統(tǒng)也包括衛(wèi)星通信系統(tǒng)?；贗MT-2000的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)稱為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱為3G，它將支持速率高達(dá)2Mbps的業(yè)務(wù)，而且業(yè)務(wù)種類將涉及話音、數(shù)據(jù)、圖像以及多媒體等業(yè)務(wù)。二、移動(dòng)通信的發(fā)展第三代IMT-2000的三大特點(diǎn)：無(wú)縫的全球漫游。高速傳輸。無(wú)縫業(yè)務(wù)傳遞，即在固定網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)和衛(wèi)星網(wǎng)上均能互通。IMT-2000地面無(wú)線接口標(biāo)準(zhǔn)(5種)多址方式標(biāo)準(zhǔn)名稱對(duì)應(yīng)提案CDMAIMT-2000CDMADS歐洲的WCDMAIMT-2000CDMAMC美國(guó)的cdma2000IMT-2000CDMATDD中國(guó)的TD-SCDMA和歐洲的UTRA-TDDTDMAIMT-2000TDMASC美國(guó)的UWC-136IMT-2000TDMAMC歐洲的DECTIMT-2000的發(fā)展2000年5月，國(guó)際電信聯(lián)盟-無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)部（ITU-R）最終通過(guò)IMT-2000無(wú)線接口規(guī)范（M.1457），包括：美國(guó)電信工業(yè)協(xié)會(huì)（TIA）提交的cdma2000；歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ETSI）提交的WCDMA；中國(guó)電信科學(xué)技術(shù)研究院（CATT）提交的TD-SCDMA

最終形成最具代表性的IMT-2000的三種主流標(biāo)準(zhǔn)：

WCDMA，cdma2000和TD-SCDMA。

這三種標(biāo)準(zhǔn)均采用CDMA技術(shù)。IMT-2000的三種主流標(biāo)準(zhǔn)二、移動(dòng)通信的發(fā)展MobileCommunicationTheory二、移動(dòng)通信的發(fā)展二、移動(dòng)通信的發(fā)展

圖1-14G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)二、移動(dòng)通信的發(fā)展軍用→民用；低頻→高頻；窄帶→寬帶；單一業(yè)務(wù)→多業(yè)務(wù)1G→2G→(2.5G)→3G→4G我國(guó)移動(dòng)通信通信系統(tǒng)的發(fā)展1989年：TACS1994年：GSM2001年：GPRS、IS-95CDMA

模擬網(wǎng)關(guān)閉2008年：3G商用建設(shè)階段GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)BTSBSCMSCVLRHLRRadiointerfaceOSSSS#7BSSAP(BSSMAP,DTAP)SS#7TUP,ISUPSS#7MAPX25

GSM12.20SS#7ISUP,MAPBTSBTSMSCVLRBSCGPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)AuCGGSNInternetPSTNOtherPLMNSGSNGGSNNodeBNodeBIu-CSRNCIu-PSGbAGsGrGnGcCDGpIubBTSBTSBSCAbisUmUuRNCIurCS域PS域NodeBIubNbNcMGWGMSCServerMcMSCServer/VLRMcHHLRMGWGiR4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

三、移動(dòng)通信的特點(diǎn)利用無(wú)線電波進(jìn)行信息傳輸復(fù)雜的無(wú)線傳播環(huán)境導(dǎo)致信號(hào)衰落在強(qiáng)干擾環(huán)境（外部干擾+自身干擾）下工作通信容量有限有效利用頻率的措施：窄帶化、縮小頻帶間隔、頻道重復(fù)利用等對(duì)移動(dòng)臺(tái)要求高通信系統(tǒng)復(fù)雜電波傳播條件惡劣，存在嚴(yán)重的多徑衰落多徑傳播條件：地形、地物（建筑物）……多徑衰落傳播的途徑不同，到達(dá)接收點(diǎn)時(shí)的幅度和相位都不一樣，移動(dòng)臺(tái)在行進(jìn)途中接收信號(hào)的電平起伏不定可能嚴(yán)重地影響通話質(zhì)量要求：在移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須具有一定的抗衰落能力和儲(chǔ)備三、移動(dòng)通信的特點(diǎn)具有多普勒效應(yīng)相對(duì)速度----相對(duì)頻移要求：采用鎖相技術(shù)（VCO）存在陰影（盲區(qū)）信號(hào)被吸收或反射要求：在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)置基站時(shí)必須予以充分的考慮用戶經(jīng)常移動(dòng)，與BS無(wú)固定聯(lián)系要求：采用跟蹤交換技術(shù)

位置登記、越區(qū)切換、漫游…三、移動(dòng)通信的特點(diǎn)

自身干擾兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)作用在通信設(shè)備的非線性器件上，產(chǎn)生同有用信號(hào)頻率相近的組合頻率，從而構(gòu)成干擾;要求：移動(dòng)通信設(shè)備必須具有良好的選擇性相鄰或鄰近的信道（或頻道）之間，由于一個(gè)強(qiáng)信號(hào)串?dāng)_弱信號(hào)而造成的干擾;要求：移動(dòng)設(shè)備中使用自動(dòng)功率控制電路（APC）相同載頻電臺(tái)之間的干擾;要求：在組網(wǎng)時(shí)予以充分重視頻率配置互調(diào)干擾鄰道干擾同頻干擾（蜂窩系統(tǒng)特有）三、移動(dòng)通信的特點(diǎn)陰影效應(yīng)類似于陽(yáng)光受到建筑物的阻擋產(chǎn)生陰影一樣，電磁波在傳輸過(guò)程中，受到建筑物的阻擋，信號(hào)只有少部分傳送到接收地點(diǎn)，使接收信號(hào)的電平起伏變化，即產(chǎn)生陰影效應(yīng)。多普勒效應(yīng)由于移動(dòng)通信常常在快速移動(dòng)中進(jìn)行，當(dāng)移動(dòng)速度達(dá)到70km/h以上時(shí)，接收信號(hào)的頻率隨著速度和信號(hào)入射角而變化，使接收信號(hào)的電平起伏變化，即出現(xiàn)多普勒效應(yīng)。三、移動(dòng)通信的特點(diǎn)遠(yuǎn)近效應(yīng)由于通信用戶和接收設(shè)備的距離是隨機(jī)變化的，當(dāng)距離近時(shí)接收信號(hào)強(qiáng)，當(dāng)距離遠(yuǎn)時(shí)接收信號(hào)弱，距離的變化會(huì)使接收信號(hào)的電平起伏；另外，由于通信系統(tǒng)是在強(qiáng)干擾下工作的，如果距離近處的信號(hào)是干擾信號(hào)，則在接收端會(huì)發(fā)生強(qiáng)干擾信號(hào)壓制遠(yuǎn)處弱有用信號(hào)的現(xiàn)象。四、我國(guó)移動(dòng)通信工作頻段原郵電部規(guī)定160MHz頻段：138~149.9MHz 150.05~167MHz450MHz頻段：403~420MHz450~470MHz900MHz頻段：890~915MHz（移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收）

935~960MHz（基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收）800MHz頻段：824~849MHz（移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收）

869~894MHz（基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收）IS-95CDMA第三代移動(dòng)通信工作頻段

第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要工作在2000MHz頻段上，世界各國(guó)和地區(qū)頻率分配的方式各不相同。我國(guó)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率規(guī)劃頻率范圍（MHz）工作模式業(yè)務(wù)類型備注上行

1920～1980下行2110～2170FDD（頻分雙工）陸地移動(dòng)業(yè)務(wù)主要工作頻段上行1755～1785下行1850～1880FDD陸地移動(dòng)業(yè)務(wù)補(bǔ)充工作頻段1880～1920,2010～2025TDD（時(shí)分雙工）陸地移動(dòng)業(yè)務(wù)主要工作頻段2300～2400TDD陸地移動(dòng)業(yè)務(wù)補(bǔ)充工作頻段，無(wú)線電定位業(yè)務(wù)共用上行825～845,下行870～890上行885～915,下行930～960上行1710～1755,下行1805～1850FDD陸地移動(dòng)業(yè)務(wù)之前規(guī)劃給中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)聯(lián)通的頻段，上下行頻率不變1980～2010／2170～2200衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)劃分標(biāo)準(zhǔn)類型使用環(huán)境海、陸、空、地下用戶對(duì)象公用、專用、軍用調(diào)制方式調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相信號(hào)性質(zhì)模擬、數(shù)字工作方式同頻單工、異頻單工、異頻雙工、半雙工多址方式FDMA、TDMA、CDMA組網(wǎng)技術(shù)大區(qū)制、小區(qū)制、移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳輸速率窄帶、寬帶、廣帶業(yè)務(wù)類型電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)覆蓋范圍廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)、個(gè)域網(wǎng)移動(dòng)速率高速移動(dòng)、低速移動(dòng)、準(zhǔn)移動(dòng)五、移動(dòng)通信的分類五、移動(dòng)通信的應(yīng)用系統(tǒng)蜂窩式公用移動(dòng)通信系統(tǒng)集群調(diào)度移動(dòng)通信系統(tǒng)無(wú)繩電話系統(tǒng)無(wú)線電尋呼系統(tǒng)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)無(wú)線LAN/WAN1、蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室等單位提出了蜂窩系統(tǒng)的概念，即將整個(gè)服務(wù)區(qū)域劃分成若干個(gè)較小的區(qū)域（cell，在蜂窩系統(tǒng)中稱為小區(qū)），各小區(qū)均用小功率的發(fā)射機(jī)（即基站發(fā)射機(jī)）進(jìn)行覆蓋，許多小區(qū)像蜂窩一樣能布滿（即覆蓋）任意形狀的服務(wù)地區(qū)。此類系統(tǒng)主要由終端子系統(tǒng)、基站子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)以及與其他（如PSTN等）的網(wǎng)絡(luò)相連的中繼線所組成。

特點(diǎn)（1）有頻率復(fù)用功能。（2）有越區(qū)切換功能。（3）可信道分配與小區(qū)分裂。（4）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備增多使系統(tǒng)的構(gòu)成復(fù)雜。1、蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)組成示意圖1、蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)2、無(wú)繩電話系統(tǒng)最早美國(guó)于1973年推出的商用無(wú)繩電話CT0，俗稱子母電話機(jī)，主要用于家庭，是把普通的電話單機(jī)分成座機(jī)和手機(jī)兩部分，座機(jī)與有線電話網(wǎng)連接，手機(jī)與座機(jī)之間用無(wú)線電連接，屬于單信道接入系統(tǒng)。

1989年，英國(guó)提出了第二代數(shù)字無(wú)繩電話系統(tǒng)CT2

移動(dòng)終端CT-2基站市話網(wǎng)市話程控交換機(jī)CT2系統(tǒng)示意圖2、無(wú)繩電話系統(tǒng)3、無(wú)線電尋呼系統(tǒng)

尋呼通信是一種單向的移動(dòng)通信系統(tǒng)，它以廣大的程控電話網(wǎng)為依托，采用單向的無(wú)線電呼叫方式將主叫用戶的信息傳送給持機(jī)用戶。多區(qū)制本地尋呼網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖4、集群移動(dòng)通信系統(tǒng)集群系統(tǒng)使用多個(gè)無(wú)線信道為眾多的用戶服務(wù)，相當(dāng)于將有線電話中繼線的工作方式運(yùn)用到無(wú)線電通信系統(tǒng)中，把有限的信道動(dòng)態(tài)地、自動(dòng)地、迅速地和最佳地分配給整個(gè)系統(tǒng)的用戶，從而在最大程度上利用了整個(gè)系統(tǒng)信道的頻率資源。集群移動(dòng)通信系統(tǒng)是一種特殊的用戶程控交換機(jī)，其呼叫方式為PTT（PushToTalk）。集群通信系統(tǒng)示意圖4、集群移動(dòng)通信系統(tǒng)主要特點(diǎn)：（1）公用頻率（2）共用設(shè)施（3）共同建網(wǎng)（4）共享覆蓋區(qū)（5）共享通信業(yè)務(wù)（6）改善服務(wù)

4、集群移動(dòng)通信系統(tǒng)集群移動(dòng)通信系統(tǒng)與蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的對(duì)比

5、移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)

衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)或反射無(wú)線電波，在兩個(gè)或多個(gè)地球站之間進(jìn)行的通信。由于作為中繼站的衛(wèi)星處于外層空間，這就使衛(wèi)星通信方式不同于其他地面無(wú)線電通信方式，而屬于宇宙無(wú)線電通信的范疇。通信衛(wèi)星按其運(yùn)轉(zhuǎn)軌道可分為運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星（非同步衛(wèi)星）和靜止衛(wèi)星（同步衛(wèi)星）。

用三顆衛(wèi)星來(lái)實(shí)現(xiàn)全球覆蓋5、移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星通信示意圖

5、移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)：(1)通信距離遠(yuǎn)，且費(fèi)用和通信距離無(wú)關(guān)；(2)工作頻段寬，通信容量大，適用于多種業(yè)務(wù)傳輸；(3)通信線路穩(wěn)定可靠，通信質(zhì)量高；(4)以廣播方式工作，具有大面積覆蓋能力而通信靈活機(jī)動(dòng)；(5)可以自發(fā)自收進(jìn)行監(jiān)測(cè)。5、移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)6、無(wú)線局域網(wǎng)

無(wú)線局域網(wǎng)（WirelessLAN，簡(jiǎn)稱WLAN），是一種利用無(wú)線方式，提供無(wú)線對(duì)等（如PC對(duì)PC、PC對(duì)集線器或打印機(jī)對(duì)集線器）和點(diǎn)到點(diǎn)（如LAN到LAN）連接性的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。