第1章-移動通信概述

1.1無線通信系統(tǒng)概述1.1.1概述利用電磁波的輻射和傳播，經(jīng)過空間傳送信息的通信方式稱為無線電通信（RadioCommunication），也稱為無線通信。利用無線通信可以傳送電報(bào)、電話、傳真、數(shù)據(jù)、圖像，以及廣播和電視節(jié)目等通信業(yè)務(wù)。第一頁，共41頁。第一頁，共41頁。1.1.2無線通信的頻率和波段無線通信使用的電磁波的頻率范圍和波段見表1-1。頻段名稱頻率范圍波段名稱波長范圍極低頻（ELF）3～30Hz極長波100～（108～）超低頻（SLF）30～300Hz超長波10～（107～）特低頻（ULF）300～3000Hz特長波1000～（106～）甚低頻（VLF）3～30kHz甚長波100～（105～）低頻（LF）30～300kHz長波10～（104～）中頻（MF）300～3000kHz中波1000～（103～）高頻（HF）3～30MHz短波100～（102～）甚高頻（VHF）30～300MHz超短波（米波）10～特高頻（SHF）300～3000MHz微波分米波1～（1～10）超高頻（SHF）3～30GHz厘米波10～（10-1～10）極高頻（EHF）30～300GHz毫米波10～（10-2～10）至高頻（THF）300～3000GHz亞毫米波1～（10-3～10）光波3～0.3μm（3×10-6～3×10-7m）第二頁，共41頁。第二頁，共41頁。1.1.2無線通信的頻率和波段由于種種原因，在歐、美、日等一些西方國家常常把部分微波波段分為L、S、C、X、Ku、K、Ka等波段（或稱子波段），具體如表1-2所示。頻率和波長波段代號頻率范圍波長范圍L1～2GHz30～S2～4GHz15～C4～8GHz7.5～X8～13GHz3.75～Ku13～18GHz2.31～K18～28GHz1.67～Ka28～40GHz1.07～第三頁，共41頁。第三頁，共41頁。1.1.3無線通信與地球大氣層的關(guān)系地球大氣層的結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。第四頁，共41頁。第四頁，共41頁。1.1.3無線通信與地球大氣層的關(guān)系按離地球表面的高度，電離層依次分為D層、E層、F1層和F2層等四層，如圖1-2所示。第五頁，共41頁。第五頁，共41頁。1.1.4無線通信的電磁波傳播1．極長波傳播2．超長波傳播3．甚長波傳播4．長波傳播5．中波傳播6．短波傳播7．超短波傳播8．微波傳播9．激光傳播第六頁，共41頁。第六頁，共41頁。1.1.5無線通信系統(tǒng)的組成1．發(fā)信機(jī)一種短波發(fā)信機(jī)的組成框圖如圖1-3所示。第七頁，共41頁。第七頁，共41頁。1.1.5無線通信系統(tǒng)的組成2．天線天線是無線通信系統(tǒng)的重要組成部分。其主要作用是把射頻載波信號變成電磁波或者把電磁波變成射頻載波信號。3．收信機(jī)一種短波收信機(jī)的組成框圖如圖1-4所示。第八頁，共41頁。第八頁，共41頁。1.1.6無線通信系統(tǒng)的分類1．按技術(shù)體制分類2．按工作波長分類3．按傳輸方式分類4．按工作狀態(tài)分類5．按在通信網(wǎng)中所處地位分類第九頁，共41頁。第九頁，共41頁。1.2移動通信概述1.2.1無線通信與移動通信通信網(wǎng)一般分為核心網(wǎng)和接入網(wǎng)兩大組成部分，而接入網(wǎng)又細(xì)分為有線接入網(wǎng)和無線接入網(wǎng)兩種接入方式。因此，通常所說的無線通信就是指此處的無線接入網(wǎng)。第十頁，共41頁。第十頁，共41頁。1.2.2移動通信的發(fā)展史現(xiàn)代移動通信技術(shù)的發(fā)展始于上世紀(jì)20年代，大致經(jīng)歷了五個發(fā)展階段。第一階段從上世紀(jì)20年代至40年代，為早期發(fā)展階段。第二階段從40年代中期至60年代初期。第三階段從20世紀(jì)60年代中期至70年代中期。第四階段從20世紀(jì)70年代中期至80年代中期，這是移動通信蓬勃發(fā)展時期。第五階段從20世紀(jì)80年代中期開始。這是數(shù)字移動通信系統(tǒng)發(fā)展和成熟時期。第十一頁，共41頁。第十一頁，共41頁。1.2.3移動通信的基本概念所謂移動通信就是指移動體之間、移動體與固定體之間的通信。按照移動體所處運(yùn)動區(qū)域的不同，移動通信可分為陸地移動通信、海上移動通信和空中移動通信。第十二頁，共41頁。第十二頁，共41頁。1.2.4移動通信的工作方式1．單工通信方式陸地移動通信系統(tǒng)中的無線尋呼系統(tǒng)就采用這種工作方式。BP機(jī)（或BB機(jī)）只能收信而不能發(fā)信，反饋信息只能通過“打電話”間接地來完成，如圖1-5所示。第十三頁，共41頁。第十三頁，共41頁。1.2.4移動通信的工作方式2．雙工通信方式這時通信雙方的設(shè)備一般通過雙工器來完成這種功能。圖1-6給出了雙工通信方式的示意圖。第十四頁，共41頁。第十四頁，共41頁。1.2.4移動通信的工作方式3．半雙工通信方式所謂半雙工通信就是指移動通信的雙方只能交替地進(jìn)行發(fā)信和收信，不能同時進(jìn)行，如圖1-7所示。第十五頁，共41頁。第十五頁，共41頁。1.2.5移動通信的分類1．無線尋呼系統(tǒng)無線尋呼系統(tǒng)是一種傳送簡單信息的單向通信系統(tǒng)，它由尋呼中心、基站發(fā)射塔和尋呼接收機(jī)（俗稱BB機(jī)或BP機(jī)）三部分組成，如圖1-8所示。第十六頁，共41頁。第十六頁，共41頁。1.2.5移動通信的分類2．無繩電話系統(tǒng)無繩電話系統(tǒng)是電話網(wǎng)的一種無線延伸，它由基站和手機(jī)組成，如圖1-9所示。第十七頁，共41頁。第十七頁，共41頁。1.2.5移動通信的分類CT2具有兩種基站，提供兩種類型的服務(wù)。一種是家用基站，每個基站對應(yīng)一個電話號碼，注冊手機(jī)可以實(shí)現(xiàn)雙向呼叫；另一種是公共場所使用的公用基站（通常將之安裝在話務(wù)量較高的熱點(diǎn)地區(qū)）。CT2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1-10所示。第十八頁，共41頁。第十八頁，共41頁。1.2.5移動通信的分類3．集群（Trunking）調(diào)度通信系統(tǒng)集群調(diào)度通信系統(tǒng)是一種專用移動通信系統(tǒng)，由中央控制器、基地臺、總/分調(diào)度臺、移動臺組成，如圖1-11所示。第十九頁，共41頁。第十九頁，共41頁。1.2.5移動通信的分類4．蜂窩移動通信系統(tǒng)圖1-12給出一個由移動臺（MS）、基站（BTS）和移動交換中心（MSC）組成的基本的蜂窩系統(tǒng)（圖中，塔代表在移動用戶與MSC之間提供無線接入的基站）。第二十頁，共41頁。第二十頁，共41頁。1.2.5移動通信的分類5．衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)（1）利用靜止衛(wèi)星的移動通信系統(tǒng)（2）利用低軌道（LEO）衛(wèi)星的移動通信系統(tǒng)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的示意圖如圖1-13所示。第二十一頁，共41頁。第二十一頁，共41頁。1.2.6移動通信所使用的頻率隨著微電子技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，移動通信所使用的頻率也從最初的低頻（LF）、中頻（MF）、高頻（HF）和甚高頻（VHF）的范圍向特高頻（UHF）和超高頻（SHF）的范圍提升，具體如圖1-14所示。第二十二頁，共41頁。第二十二頁，共41頁。1.2.7移動通信的電波傳播移動環(huán)境下，電波在傳播路徑上遇到各種障礙物都可能產(chǎn)生反射、散射和吸收，因此，接收點(diǎn)的電波實(shí)際上是直射波、反射波和散射波的合成，形成所謂的多徑傳播，如圖1-15所示。第二十三頁，共41頁。第二十三頁，共41頁。1.3蜂窩移動通信發(fā)展簡史1.3.1第一代（1G）蜂窩移動通信第一代（1G）蜂窩移動通信主要采用的是模擬的頻分多址（FDMA）技術(shù)。由于受到傳輸帶寬的限制，不能進(jìn)行移動通信的長途漫游，只能是一種區(qū)域性的移動通信系統(tǒng)。第一代移動通信有多種制式，我國主要采用的是TACS。第二十四頁，共41頁。第二十四頁，共41頁。1.3.2第二代（2G）蜂窩移動通信第二代（2G）蜂窩移動通信主要采用的是數(shù)字的時分多址（TDMA）技術(shù)和碼分多址（CDMA）技術(shù)。全球主要有GSM和CDMA兩種體制。GSM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是歐洲提出的，全球絕大多數(shù)國家曾經(jīng)使用過這一標(biāo)準(zhǔn)。我國第二代移動通信也主要是GSM體制，比如中國移動的135～139手機(jī)，中國聯(lián)通的130～132都是GSM手機(jī)。第二十五頁，共41頁。第二十五頁，共41頁。1.3.3第三代（3G）蜂窩移動通信與從前以模擬技術(shù)為代表的第一代和目前還在使用的第二代移動通信技術(shù)相比，3G將有更寬的帶寬，其傳輸速度最低為384Kbps，最高為2Mbps，帶寬可達(dá)5MHz以上。第二十六頁，共41頁。第二十六頁，共41頁。1.3.4后三代/第四代（B3G/4G）蜂窩移動通信雖然第三代移動通信可以比現(xiàn)有傳輸率快上千倍，但是未來仍無法滿足多媒體的通信需求。第四代移動通信系統(tǒng)的提供便是希望能滿足提供更大的頻寬需求，滿足第三代移動通信尚不能達(dá)到的在覆蓋、質(zhì)量、造價上支持的高速數(shù)據(jù)和高分辨率多媒體服務(wù)的需要。第二十七頁，共41頁。第二十七頁，共41頁。1.3.5蜂窩移動通信演進(jìn)分析從第一代以模擬技術(shù)為主的通信體制到第二代以數(shù)字技術(shù)為主的通信體制，使得蜂窩移動通信在容量和質(zhì)量方面有了本質(zhì)的變化，使這種通信手段逐漸具備了普及的基本條件。而從第二代向第三代的轉(zhuǎn)化，則是迎合了互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的需要，使得互聯(lián)網(wǎng)無處不在。那么第三代向第四代的轉(zhuǎn)化則將會進(jìn)一步縮小移動互聯(lián)網(wǎng)接入與傳統(tǒng)固定互聯(lián)網(wǎng)接入之間的差距。第二十八頁，共41頁。第二十八頁，共41頁。1.3.5蜂窩移動通信演進(jìn)分析正如圖1-16中展示的一樣，移動通信技術(shù)總是以時代的需求為中心成階梯狀進(jìn)步。第二十九頁，共41頁。第二十九頁，共41頁。1.4通信標(biāo)準(zhǔn)化組織1.4.1國際電信聯(lián)盟國際電信聯(lián)盟（ITU：InternationalTelecommunicationsUnion）是世界各國政府的電信主管部門之間協(xié)調(diào)電信事務(wù)方面的一個國際組織，成立于1865年5月17日。當(dāng)時有20個國家的代表在巴黎簽訂了一個“國際電信公約”。1906年有27個國家代表在柏林簽訂了一個“國際無線電報(bào)公約”。1924年在巴黎成立了國際電話咨詢委員會。1925年成立了國際電報(bào)咨詢委員會。1927年在華盛頓成立了國際無線電咨詢委員會。1932年70多個國家的代表在西班牙馬德里開會，決定把上述兩個公約合并為一個“國際電信公約”，并將電報(bào)、電話、無線電咨詢委員會改為“國際電信聯(lián)盟”，此名一直沿用至現(xiàn)在。第三十頁，共41頁。第三十頁，共41頁。1.4.2中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會的技術(shù)工作委員會由以下部門構(gòu)成：TC1，IP與多媒體；TC2，移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用協(xié)議；TC3，網(wǎng)絡(luò)與交換；TC4，通信電源；TC5，無線通信；TC6，傳送網(wǎng)與接入網(wǎng)；TC7，網(wǎng)絡(luò)管理；TC8，網(wǎng)絡(luò)與信息安全；TC9，電磁環(huán)境與安全防護(hù)。第三十一頁，共41頁。第三十一頁，共41頁。1.4.3歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ETSI,EuropeanTelecommunicationsSdandardsInstitute）是歐洲地區(qū)性標(biāo)準(zhǔn)化組織，創(chuàng)建于1988年。它為貫徹歐洲郵電管理委員會（CEPT）和歐共體委員會（CEC）確定的電信政策，滿足市場各方面及管制部門的標(biāo)準(zhǔn)化需求，實(shí)現(xiàn)開放、統(tǒng)一、競爭的歐洲電信市場而及時制定高質(zhì)量的電信標(biāo)準(zhǔn)，以促進(jìn)歐洲電信基礎(chǔ)設(shè)施的融合；確保歐洲各電信網(wǎng)間互通；確保未來電信業(yè)務(wù)的統(tǒng)一；實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備的相互兼容；實(shí)現(xiàn)電信產(chǎn)品的競爭和自由流通；為開放和建立新的泛歐電信網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)提供技術(shù)基礎(chǔ)；并為世界電信標(biāo)準(zhǔn)的制定做出貢獻(xiàn)。第三十二頁，共41頁。第三十二頁，共41頁。1.4.4第三代合作伙伴計(jì)劃第三代合作伙伴計(jì)劃（3GPP,3GPartnershipProject）是積極倡導(dǎo)UMTS為主的第三代標(biāo)準(zhǔn)化組織。歐洲ETSI、美國T1、日本TTC、ARIB和韓國TTA以及我國CCSA都作為組織伙伴（OP）積極參與了3GPP的各項(xiàng)活動，其具體組織結(jié)構(gòu)、工作方法和技術(shù)規(guī)劃版本劃分見第2章相關(guān)內(nèi)容。第三十三頁，共41頁。第三十三頁，共41頁。1.4.5第三代合作伙伴計(jì)劃2組第三代合作伙伴計(jì)劃2組（3GPP2,TheThirdGenerationPartnershipProject2）成立于1999年1月，由美國TIA、日本的ARIB、日本的TTC、韓國的TTA四個標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)起，中國無線通信標(biāo)準(zhǔn)研究組（CWTS）（即現(xiàn)在的CCSA）于1999年6月在韓國正式簽字加入3GPP2，成為這個當(dāng)前主要負(fù)責(zé)第三代移動通信cdma2000技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)組織的伙伴。第三十四頁，共41頁。第三十四頁，共41頁。1.5數(shù)字移動通信的主要技術(shù)1.5.1數(shù)字調(diào)制技術(shù)1．連續(xù)相位調(diào)制技術(shù)連續(xù)相位調(diào)制技術(shù)的射頻已調(diào)波信號具有確定的相位關(guān)系且包絡(luò)恒定，也稱為恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)。它具有頻譜旁瓣分量低，誤碼性能好，可以使用高效率的C類功率放大器等特點(diǎn)。2．線性調(diào)制技術(shù)線性調(diào)制技術(shù)包括二相移相鍵控（BPSK）、四相移相鍵控（QPSK）和正交調(diào)幅（QAM）等。這類調(diào)制技術(shù)頻譜利用率較高但對調(diào)制器和功率放大器的線性要求非常高，因此設(shè)計(jì)難度和成本較高。第三十五頁，共41頁。第三十五頁，共41頁。1.5.2多址方式1．頻分多址（FDMA）在用戶通話期間，其他用戶不能使用該物理信道。在頻分全雙工（FDD）情形下，分配給用戶的物理信道是一對信道（占用兩段頻段），一段頻段用做前向信道，另一段頻段用于反向信道。TACS系統(tǒng)和AMPS系統(tǒng)均采用FDMA/FDD方式工作，如圖1-17所示。第三十六頁，共41頁。第三十六頁，共41頁。1.5.2多址方式2．時分多址（TDMA）TDMA