第講移動通信的發(fā)展和分類

第一講

移動通信的發(fā)展和分類5/24/2023主要內容移動通信的發(fā)展移動通信的服務區(qū)域移動通信的傳輸方式移動通信系統(tǒng)的分類2移動通信的發(fā)展5/24/2023簡史回顧現(xiàn)代移動通信技術的發(fā)展歷史可以追溯到20世紀20年代,到目前為止,大致經(jīng)歷了以下五個發(fā)展階段：第一階段從20世紀20年代至40年代,為現(xiàn)代移動通信的起步階段。在此期間,主要完成了通信實驗和電波傳播試驗工作,在短波頻段(3～30MHz)上實現(xiàn)了小容量專用移動通信系統(tǒng),其代表是美國底特律市警察使用的車載無線電系統(tǒng)。這種系統(tǒng)話音質量差,自動化程度低,僅限于專用,不能與公眾網(wǎng)相連。4簡史回顧第二階段是從20世紀40年代中期至60年代初期。在此期間,各種公用移動通信系統(tǒng)相繼建立。首先是1946年,美國貝爾系統(tǒng)在圣路易斯城建立的稱為“城市系統(tǒng)”的公用汽車電話網(wǎng),這是世界上第一個公用移動通信系統(tǒng)。繼而,西德、法國、英國等國也陸續(xù)研制出了公用移動電話系統(tǒng)。這一階段的特點是開始從專用移動網(wǎng)向公用移動網(wǎng)過渡,自動化程度有所提高。第三階段是從20世紀60年代中期至70年代中期。這一階段是移動通信系統(tǒng)改進和完善的階段。在此期間,各國陸續(xù)推出了改進的移動通信系統(tǒng),其代表是美國的改進型移動電話系統(tǒng)——IMTS。這一階段的特點是使用了新頻段,采用大區(qū)制,實現(xiàn)了系統(tǒng)的中小容量,自動化程度進一步提高。5簡史回顧第四階段是從20世紀70年代中期至80年代初期。在此期間,由于微電子技術及計算機技術的長足發(fā)展和移動用戶數(shù)量的急劇增加,促使移動通信得到了蓬勃發(fā)展。第五階段是從20世紀80年代中期到現(xiàn)在。這是數(shù)字移動通信發(fā)展和成熟的時期。在此期間,用戶數(shù)量急劇增加,頻率資源相對緊缺,第一代模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)的缺陷日益暴露出來。針對這些問題,新一代的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)被開發(fā)出來并得以廣泛應用。最典型的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)是歐洲基于時分多址(TDMA)技術的全球通移動通信系統(tǒng)——GSM。另外還有北美的DAMPS(IS-54)和日本的PDC等。這一階段的特點是用戶數(shù)急劇增加,頻率資源日益緊缺,新體制、新技術、新業(yè)務層出不窮。

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基于TDMA技術的GSM、DAMPS和PDC系統(tǒng)都屬于第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)(2G)。在2G發(fā)展期間,一方面,移動通信用戶數(shù)目突飛猛進,通信產(chǎn)業(yè)日益成為各國經(jīng)濟發(fā)展的支柱。另一方面,2G移動通信系統(tǒng)及相應的移動通信技術面臨諸多問題，比如:網(wǎng)絡利用空間日益狹小;收益增幅減緩;話音業(yè)務和低速數(shù)據(jù)業(yè)務不能滿足用戶需求,急需開發(fā)各種新型業(yè)務來吸引用戶;網(wǎng)絡漫游只限于國內及部分區(qū)域等?，F(xiàn)狀縱覽7現(xiàn)狀縱覽針對以上問題,窄帶碼分多址(CDMA)蜂窩移動通信系統(tǒng)日益成為關注的焦點。事實上,當數(shù)字蜂窩網(wǎng)剛剛進入實用階段之時,美國Qualcomm公司就已推出了新的移動通信系統(tǒng)——CDMA。CDMA系統(tǒng)采用了擴頻通信技術,大幅度地提高了頻率利用率,具有容量大、覆蓋范圍廣、手機功耗小、話音質量高的突出優(yōu)點,將移動通信技術推向新的發(fā)展階段,被人們稱之為第三代移動通信系統(tǒng)——3G。8現(xiàn)狀縱覽另外,高速移動數(shù)據(jù)業(yè)務日益呈現(xiàn)出強勁態(tài)勢,成為僅次于話音業(yè)務的另一焦點。在移動數(shù)據(jù)業(yè)務領域中,多媒體信息服務(MMS)、通用分組無線業(yè)務(GPRS)和無線應用協(xié)議(WAP)等新技術正在大力推廣之中。9趨勢預測目前對第四代移動通信系統(tǒng)主要有以下幾方面的描述:(1)建立在新的頻段(比如5~8GHz乃至更高)上的無線通信系統(tǒng);(2)基于分組數(shù)據(jù)的高速率傳輸(10Mb/s以上);(3)真正的“全球一統(tǒng)”(包括衛(wèi)星部分)系統(tǒng);(4)基于全新網(wǎng)絡體制的系統(tǒng),或者說其無線部分將是對新網(wǎng)絡(智能的、支持多業(yè)務的、可進行移動管理)的“無線接入”(5)不再是單純的(傳統(tǒng)意義上)的“通信”系統(tǒng),而是融合了數(shù)字通信、數(shù)字音/視頻接收和因特網(wǎng)接入的嶄新的系統(tǒng)。10移動通信的服務區(qū)5/24/2023大區(qū)制

大區(qū)制概念的提出早于小區(qū)制,主要為早期的通信系統(tǒng)所采用,滿足了當時系統(tǒng)中小容量的需求。大區(qū)制是指把一個通信服務區(qū)域僅規(guī)劃為一個或少數(shù)幾個無線覆蓋區(qū),簡稱無線區(qū)。所謂無線區(qū)是指當基站采用全向天線時,在無障礙物的開闊地,以通信距離為半徑所形成的圓形覆蓋區(qū)。每個無線區(qū)的半徑在25~45km左右,用戶容量為幾十至數(shù)百個。每個無線區(qū)僅為一個基站所覆蓋,基站基本上是相互獨立的。

12圖借助市話交換局的大區(qū)制移動通信示意圖

大區(qū)制13

大區(qū)制的缺點是:由于一個基站所能提供的信道數(shù)有限,因而系統(tǒng)容量不高,不能滿足用戶數(shù)目日益增加的需要,這是由制式本身決定的,無法克服。移動臺的天線低,發(fā)射功率受限,在大的覆蓋區(qū)內,上行鏈路(由移動臺到基站)的通信就無法保證了,為此,常采用分集接收技術。即在服務區(qū)內設置若干個分集接收點Rd與基站相連,以保證上行鏈路的通信質量。大區(qū)制只適合于在中小城市或專用移動網(wǎng)等業(yè)務量不大的情況下使用。為了適應大城市或更大區(qū)域的服務要求,必須采用小區(qū)制組網(wǎng)方式,以在有限的頻譜條件下,達到擴大容量的目的。

大區(qū)制14根據(jù)服務區(qū)域的形狀不同,小區(qū)制又可分為帶狀區(qū)和面狀區(qū)(蜂窩網(wǎng))等。面狀區(qū)的蜂窩網(wǎng)結構又可分為宏蜂窩結構、微蜂窩結構以及智能蜂窩結構三種。小區(qū)制是指把一個通信服務區(qū)域分為若干個小無線覆蓋區(qū),每個小區(qū)的半徑在2~20km左右,用戶容量可達上千個。每個小區(qū)設置一個基站,負責本區(qū)移動臺的聯(lián)系和控制,各個基站通過移動業(yè)務交換中心相互聯(lián)系,并與市話局連接。每個小區(qū)只需提供較少的幾個無線電信道(一個信道組)就可滿足通信的要求,鄰近的小區(qū)使用不同的信道組。小區(qū)制15小區(qū)配中的顏基站鋒天線設采用棄全向種天線,在理鹿想情粒況下,它覆錫蓋的當面積愛可視要為一旗個以換基站衡為中微心,以最芽大可算通信瓣距離赴為半座徑的對圓。擱為憲了不縫留空叼隙地醒覆蓋心整個竭面狀鏡服務速區(qū),各個孟圓形亦覆蓋陷區(qū)之聾間一堆定存移在很伐多重女疊區(qū)幫。通膚過理罵論分框析,通信妻系統(tǒng)睛現(xiàn)在補大都拌采用母與圓放形較但接近耐的正棋六邊撇形作枝為小化區(qū)的勸形狀次結構,因為且這種僚結構黎既避傘免了裁相鄰林覆蓋頸區(qū)間詳?shù)闹厣诏B,又不詞會產(chǎn)市生空提隙,區(qū)域阻銜接勤更緊胖密,產(chǎn)生塌的相日互干圾擾更鬼小。多又由乖于該炊結構牌看上腦去像友是蜂幣窩,所以嗓稱其麥為“清蜂窩棍式移梳動通蔑信”胃。端蜂窩柄結構黃示意墾圖如仔圖所獸示。小區(qū)冰制16圖嚼蜂窩械結構宇示意典圖小區(qū)涂制17小區(qū)捏制結番構的麻最大盡特點刑是:采用付信道鞠復用縮慧技術,大大斥緩解特了頻賞率資午源緊苦缺的死問題,提高啟了頻氏率利贏用率,增加聯(lián)了用櫻戶數(shù)蹦目和男系統(tǒng)備容量長。所傍謂信懸道復朗用技冷術指僻的是:相鄰浪小區(qū)五不使問用相信同的顧信道膠組,但相自隔幾胳個小溉區(qū)間逆隔的虜不相淋鄰小段區(qū)可慈以重效復使循用同墊一組蛇信道,以充蒙分利除用頻容率資扒源。應不使前用同隱一組英信道旁的若檢干個靈相鄰搏小區(qū)汁就組興成了面一個辰區(qū)群(圖中扣的陰豪影區(qū)龍域即公為一合個區(qū)敗群),即整栽個通刺信服嫩務區(qū)若也可至看成捧是由汁若干爪個區(qū)寒群構賀成的瓜。馳小區(qū)娛制結購構的湊另一漢特點憤是:信道德距離傻縮短,發(fā)射罷機功堂率降家低,于是棟互調止干擾紫亦減隨小。小區(qū)程制18小區(qū)缺制結鋤構也竹存在膏著一偶些問屈題:由于艱信道余復用,可能火產(chǎn)生毅同信騾道干痕擾,這就專涉及擁到一往些相催關技怪術:分集子接收嗽技術瞎、功暖率控尺制技那術、銜小現(xiàn)區(qū)半券徑最策優(yōu)化掙技術首等。讀信遇道復疼用帶擾來的好另一后問題娃是:當移被動臺困從一良個小錢區(qū)駛佳入另省一個雨無線請區(qū)時,即越灰區(qū)過璃程中役必須武進行播信道害自動犁切換,以保蘭證移名動臺霉越區(qū)擠時通宗話不權間斷,這又獎涉及單到了秩越區(qū)趕切換太技術瘡。為假此,還要鍵及時殲掌握麗移動汁臺動萌態(tài)位輪置——位置刊登記攏技術行。另嫩外,為進宅一步角提高嬸信道剪的利糾用率先和通型信的毫質量,可以早采用當碼分延多址(CD脹MA居)方式敗和信排道動鐮態(tài)分唱配方閘法等地。小區(qū)償制19移動練通信鴉的傳才輸方批式5/些19躁/2郊02霜3所謂杠單工寄通信牢是指友通信完雙方您交替酒進行令收信賽和發(fā)礎信的策通信典方式,發(fā)送搭時不旅接收,接收芬時不免發(fā)送咽。單任工通閱信常免用于嚼點到埋點的蹦通信,如圖四所示畢。根該據(jù)收箏發(fā)頻駱率的宣異同,單工刷通信抵可分糊為同趟頻單適工和地異頻君單工翼。單工意通信21雙工進通信雙工腳通信岡的特幟點是:同普海通有跟線電礎話很文相似,使用泥方便陶。頃其缺賓點是:在使屠用過檔程中,不管持是否海發(fā)話,發(fā)射爆機總現(xiàn)是工持作的,故電惠能消算耗很沈大,這對遍以電宇池為倆能源載的移會動臺狡是很劫不利神的。航針對逝此問若題的卵解決炒辦法漫是:要求庫移動言臺接輛收機剪始終妨保持絨在工株作狀慨態(tài),而令災發(fā)射艇機僅秩在發(fā)掘話時鑼才工缺作。罷這樣氧構成冷的系遼統(tǒng)稱得為準剖雙工知系統(tǒng),也可芬以和親雙工淡系統(tǒng)壞兼容省。這卷種準淹雙工押系統(tǒng)險目前借在移賠動通病信系慕統(tǒng)中山獲得得了廣講泛的寇應用憐。22半雙女工通嚷信是泛介于惕單工班通信斧和全北雙工炊通信挪之間蕩的一摟種通晃信方纏式。交其中,移動屋臺的絹工作攀情況奶與單驢工通徑信時未相似:采用狀“按-講”鐵方式,即按妹下按腔講開辜關,發(fā)射箭機才課工作,而接采收機率總是繩在工卻作。愈基站雙的工留作情搜況與好全雙煎工通楊信時棵相似,只是桃可以句采用蜻雙工裹器,使收絞發(fā)信赴機共盒用一泄副天蹄線。皮半雙雞工通洗信的截特點胖是:設備毯簡單駱，功氣耗小已，克技服了混單工殼通信喪斷斷擺續(xù)續(xù)染的現(xiàn)閣象,但操跳作仍昆不太針方便知。所黃以半究雙工勢方式合主要沃用于孩專業(yè)等移動靠通信付系統(tǒng)拘中,如汽姻車調躺度等桃。半雙萄工通沒信23移動攪通信懇系統(tǒng)待的分盜類5/婆19梅/2舊02火3據(jù)CC曲IR的建設議,無線旅尋呼格系統(tǒng)碑可定拾義為貸一種早非語引言單斑向告藝警個睛人選子擇呼興叫系插統(tǒng)。開即慌通過費此系努統(tǒng),通信領的一揀方借護助于享市話刷電話賣機能譜夠向柴特定街的尋雙呼接棗收機閃持有破者傳綿遞一凍些簡西單的訴個人滲信息堅。在紙無線閉尋呼祝系統(tǒng)沫中應快用的餅尋呼彎接收刪機稱雕為袖防珍鈴,俗稱朋“BB機”棒。當彈接收算到信歲息時,袖珍奇鈴以欣告警拐的形策式通機知其艙持有未者。花告警椒方式幼包括娛聲音烏、判視覺材、振植動或堤是這共幾種驢方式毛的結吩合。負每雨個袖呼珍機判都有采其特軍定的拜“地煮址編肝碼”,只有腿真正丸發(fā)送磨給它伍的信捷息,持有梅者才松能接宿收到;同樣,只有害知道賢了特播定的適“地碌址編少碼”,才能劈燕向特賺定的離袖珍松機發(fā)夫送信辣息。無線每尋呼任系統(tǒng)25無線薦尋呼叔系統(tǒng)26集群熟移動惱通信剩系統(tǒng)集群負移動睜通信忽系統(tǒng)尸也稱蠅大區(qū)市制移年動通儉信系曠統(tǒng)。CC聾IR最初破稱之訂為Tr鴿un筑ki片ng頑S斑ys素te繭m(中繼昏系統(tǒng)),為了飄避免脾與無珠線中煤繼系振統(tǒng)混化淆,后又罰改稱爽集群城系統(tǒng)里。集草群系孤統(tǒng)是著一種凱高級姓移動拋調度神系統(tǒng),是指沾揮調沈度最事重要賴和最欄有效招的通唇信方舌式之霧一,代表撫著專劈燕用移臣動通拌信網(wǎng)那的發(fā)渡展方泳向。CC揮IR對它殃的定滋義為決“系可統(tǒng)所合具有玻的全推部可蠶用信熊道可滿為系站統(tǒng)的居全體扶用戶貼共用淹”。概即系珠統(tǒng)內錯的任勻一用燒戶想圖要和撤系統(tǒng)傾內另擁一用蜓戶通饑話,只要黨有空憑閑信稼道,就可劉以在謀中心唯控制拖臺的香控制期下,利用豎空閑南信道科溝通潔聯(lián)絡,進行遣通話沖。梳從某絞種意壩義上住講,集群跟通話徒系統(tǒng)客是一典個自遮動共雪享若惠干個伍信道址的多緊信道帽中繼(轉發(fā))通信研系統(tǒng)侄。它逮與普禁通多叛信道耗共用音的通爬信系也統(tǒng)并顧無本吧質的神區(qū)別,只是揪更適陸用于竹對指矮揮調揪度功犧能要優(yōu)求較編高的史專門越部門椅或企網(wǎng)事業(yè)燦單位酒。其揚特點脹是:資源牙共享覽、鞠費用粱分擔辨、躺服務判優(yōu)良泉、死效率走高、工造發(fā)價低港。27集群流移動畢通信尸系統(tǒng)28陸地讓蜂窩俗移動后通信負系統(tǒng)陸地康蜂窩飲移動早通信煤系統(tǒng)竟也稱景小區(qū)支制移劑動通錯信系生統(tǒng),在移酸動通灘信中給處于慰統(tǒng)治供地位,是目京前應奮用最隔廣泛留、用盒戶數(shù)漢量最峽多、敢與人消們日債常生察活最坑緊密放的移奪動通全信系降統(tǒng)。菠陸地士蜂窩顛移動謊通信耳系統(tǒng)歡的特狼點是械把整追個大僑范圍駱的無畝線服曠務區(qū)斷劃分誼成許輸多小棚區(qū),每個晉小區(qū)謎設置敢一個活基站,負責鴿本小測區(qū)各慘個移患動臺膜的聯(lián)感絡與洽控制,各個辨基站盒通過走移動截業(yè)務艦交換倍中心領相互輕聯(lián)系,并與陡市話障局連盆接。媽陸地奮蜂窩毯移動亂通信搭系統(tǒng)獵利用巡壽超短消波電倦波傳市播距洪離有牙限的錯特性業(yè)及蜂焰窩狀抬結構,可有師效實靈現(xiàn)信智道復夢用,在提糖高頻勵率利威用率拒的同需時,可保擋證通成信的柱質量作。29陸地癢蜂窩貪移動凱通信跪系統(tǒng)30陸地厭蜂窩棋移動地通信往系統(tǒng)小區(qū)姥是采踏用基悶站識婚別碼(B絡SI斃C)或全圈球小年區(qū)識府別碼(C攏GI鄰C)進行諒標識紗的無端線覆法蓋區(qū)胖域。墳在勒采用火全向慘天線鉗結構蓮的模停擬網(wǎng)測中,小區(qū)赤即為燥基站杠區(qū);在采細用12永0°角天慣線結升構的GS跪M數(shù)字抗蜂窩扁移動瞎網(wǎng)中,小區(qū)用是每膏個12荷0°角的科天線叉所覆授蓋的刮正六穩(wěn)邊形拾區(qū)域偷的三零分之霉一。犧基站費區(qū)指展的是騙一個是基站港所覆愛蓋的防區(qū)域匯。一它個基士站區(qū)遞可包走含一帶個或雄多個觸小區(qū),故不幫是所添有的層小區(qū)她都設拒有一燭個專毫有的葉基站,但必愛須為丸一個脹特定瞞的基尋站所壇覆蓋撕。位置懶區(qū)指扇的是孟一個疼移動黃臺可蘿以自緣瑞動移善動而副不必躍重新反“登天記”偏其位菊置(位置禿更新)的區(qū)淺域,一個畜位置趣區(qū)由漿一個通或若輝干個抵小區(qū)(或基頃站區(qū))組成朋。污要想擺向一須個位羞置區(qū)知中的絕某個棄移動鎮(zhèn)臺發(fā)洪出呼采叫,可以費在這脖個位誦置區(qū)島中向象所有逃基站筋同時卻發(fā)出乏尋呼浙信號塔。答31陸地挽蜂窩硬移動剛通信椅系統(tǒng)移動啦業(yè)務口交換樹中心姑簡稱MS憐C,一個MS代C區(qū)指叫的是劈燕由一捎個MS恥C覆蓋夏的區(qū)文域。傍一個MS姑C區(qū)可窩由若愁干個叢位置你區(qū)組拳成。PL淚MN么(P早ub淡li飄c灰La頑nd隨M稼ob鼓il垃e倍Ne傘tw君or苦k)是公吹用陸俊地移砌動網(wǎng)霞的簡運稱,即陸士地蜂思窩移惠動通衛(wèi)信系答統(tǒng)。降在該類系統(tǒng)紛內具剃有共肺同的蹤蝶編號吼制度(比如掏相同喜的國籠內地挖區(qū)號)和共壇同的潔路由秀計劃番。例圈如,整個諸天津晝市的腐移動楚通信嘩網(wǎng)就貪是一茅個PL社MN。一僻個PL猾MN可以禾由若驕干個MS杯C組成喇。MS怕C構成桌固定蛇網(wǎng)與PL硬MN移動屠網(wǎng)之避間的派功能患接口,用于竟呼叫便接續(xù)客等。音業(yè)務綁區(qū)指鑒的是校由一儀個或衰多個辨移動麻通信奧網(wǎng)所勇組成雅的區(qū)紡域。臂只要狡移動釀臺在釘業(yè)務無區(qū)中,就可樸以被涉另一屬個網(wǎng)備絡的往用戶霉找到,而該曉用戶踩也無越需知憤道這氧個移蹦動臺棍在該勢區(qū)內跑的具鮮體位呢置。洋這里旬的另掛一個晚網(wǎng)絡付可以夢是另濫一個PL精MN、PS輛TN唐(市話胡網(wǎng))或IS賀DN躺(綜合庭業(yè)務捷數(shù)字低網(wǎng))。一巴個業(yè)銅務區(qū)課可由癥若干掠個PL侄MN組成,也可旬由一版?zhèn)€或憂若干囑個國俗家組唐成,也可撤能是旅一個圓國家煌的一龜部分搬。棗32陸地紛蜂窩誓移動弦通信羞系統(tǒng)PL推MN妙(P賴ub掏li賢c瘦La役nd蘇M犧ob拆il饅e獨Ne銳tw快or興k)是公麥用陸仍地移盜動網(wǎng)踩的簡雕稱,即陸泊地蜂互窩移鑰動通驗信系火統(tǒng)。絮在該屠系統(tǒng)沙內具跪有共材同的憐編號拍制度(比如隆相同爭的國姻內地丑區(qū)號)和共遠同的鬼路由脆計劃暖。例手如,整個洗天津湯市的轉移動拿通信祥網(wǎng)就趣是一摔個PL口MN。一策個PL胖MN可以餓由若脫干個MS漫C組成趁。MS禁C構成沙固定踢網(wǎng)與PL哲MN移動潔網(wǎng)之芹間的景功能倡接口,用于涂呼叫直接續(xù)喘等。躬業(yè)務旺區(qū)指薦的是哨由一獄個或現(xiàn)多個站移動崗通信丘網(wǎng)所欠組成民的區(qū)騾域。啞只要不移動硬臺在著業(yè)務體區(qū)中,就可慮以被炎另一俘個網(wǎng)迎絡的償用戶垃找到,而該屬用戶聰也無量需知廢道這明個移向動臺訪在該旋區(qū)內童的具船體位愛置。侄這里壁的另罩一個娘網(wǎng)絡村可以劍是另遣一個PL很MN、PS染TN抬(市話貧網(wǎng))或IS崗DN碌(綜合買業(yè)務抱數(shù)字觸網(wǎng))。一王個業(yè)單務區(qū)燭可由項若干矩個PL葵MN組成,也可幼由一但個或繞若干住個國化家組奶成,也可廟能是遮一個塑國家乞的一凍部分料。膨33移動挑衛(wèi)星伍通信所謂光移動圾衛(wèi)星老通信左是指展以通壁信衛(wèi)坑星為胃中繼趣站,在較筐大地個域及空間逢范圍修內實拖現(xiàn)移嶼動臺于