現(xiàn)代通信技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用 課件 第6章 移動通信

《現(xiàn)代通信技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用》第六章

移動通信第六章

移動通信12345移動通信概述移動通信基礎(chǔ)技術(shù)

第二代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng)

移動通信工程案例67

第五代移動通信系統(tǒng)第四代移動通信系統(tǒng)

實訓(xùn)項目8移動通信的概念及系統(tǒng)組成移動通信的基礎(chǔ)技術(shù)第二代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng)第四代移動通信系統(tǒng)第五代移動通信系統(tǒng)學(xué)習(xí)移動通信的基礎(chǔ)知識，初步掌握移動通信的2G、3G、4G及5G的關(guān)鍵技術(shù)及知識，增強(qiáng)移動通信理論意識，這些基礎(chǔ)知識是后續(xù)為通信實踐打下堅實的基礎(chǔ)。本章學(xué)習(xí)重點本章素養(yǎng)目標(biāo)6本章摘要

在這期間，首先在短波幾個頻段上開發(fā)出專用移動通信系統(tǒng)，其代表是美國底特律市警察使用的車載無線電系統(tǒng)。該系統(tǒng)工作頻率為2MHz，到40年代提高到30～40MHz,可以認(rèn)為這個階段是現(xiàn)代移動通信的起步階段，特點是專用系統(tǒng)開發(fā)，工作頻率較低。

在此期間內(nèi)，公用移動通信業(yè)務(wù)開始問世。1946年，根據(jù)美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）的計劃，貝爾系統(tǒng)在圣路易斯城建立了世界上第一個公用汽車電話網(wǎng)，稱為“城市系統(tǒng)”。當(dāng)時使用三個頻道，間隔為120kHz，通信方式為單工，隨后，西德（1950年）、法國（1956年）、英國（1959年）等國相繼研制了公用移動電話系統(tǒng)。美國貝爾實驗室完成了人工交換系統(tǒng)的接續(xù)問題。這一階段的特點是從專用移動網(wǎng)向公用移動網(wǎng)過渡，接續(xù)方式為人工，網(wǎng)的容量較小。

1.第一階段從20世紀(jì)20年代至40年代，為早期發(fā)展階段2．.第二階段從40年代中期至60年代初期6.1.1移動通信概述移動通信發(fā)展簡史

在此期間，美國推出了改進(jìn)型移動電話系統(tǒng)（IMTS），使用150MHz和450MHz頻段，采用大區(qū)制、中小容量，實現(xiàn)了無線頻道自動選擇并能夠自動接續(xù)到公用電話網(wǎng)。德國也推出了具有相同技術(shù)水平的B網(wǎng)?？梢哉f，這一階段是移動通信系統(tǒng)改進(jìn)與完善的階段，其特點是采用大區(qū)制、中小容量，使用450MHz頻段，實現(xiàn)了自動選頻與自動接續(xù)。

這是移動通信蓬勃發(fā)展時期。1978年底，美國貝爾試驗室研制成功先進(jìn)移動電話系統(tǒng)（AMPS），建成了蜂窩狀移動通信網(wǎng)，大大提高了系統(tǒng)容量。1983年，首次在芝加哥投入商用。同年12月，在華盛頓也開始啟用。之后，服務(wù)區(qū)域在美國逐漸擴(kuò)大。到1985年3月已擴(kuò)展到47個地區(qū)，約10萬移動用戶。其它工業(yè)化國家也相繼開發(fā)出蜂窩式公用移動通信網(wǎng)。日本于1979年推出800MHz汽車電話系統(tǒng)（HAMTS），在東京、神戶等地投入商用。

這一階段的特點是蜂窩狀移動通信網(wǎng)成為實用系統(tǒng)，并在世界各地迅速發(fā)展。移動通信大發(fā)展的原因，除了用戶要求迅猛增加這一主要推動力之外，還有幾方面技術(shù)進(jìn)展所提供的條件。首先，微電子技術(shù)在這一時期得到長足發(fā)展，這使得通信設(shè)備的小型化、微型化有了可能性，各種輕便電臺被不斷地推出。3.第三階段從60年代中期至70年代中期4．第四階段從70年代中期至80年代中期6.1.1移動通信概述移動通信發(fā)展簡史這是數(shù)字移動通信系統(tǒng)發(fā)展和成熟時期，移動通信從模擬通信的1G發(fā)展到至今的數(shù)字通信5G,傳輸速率快速增長。第一代移動通信也稱為1G是出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，典型代表有美國的AMPS、高級移動電話系統(tǒng)和后來歐洲的TACS等，它們共同特征是采用FDMA，也就是頻分多址技術(shù)，模擬調(diào)制語言信號。第一代移動通信在商業(yè)取得巨大成功，但是也有頻譜利用率低、業(yè)務(wù)種類有限、保密性差等不完善性。第二代移動通信也稱為2G，保密度明顯比第一代要高，系統(tǒng)容納量也在增加，而且手機(jī)可以上網(wǎng)了比1G多了數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾蕿槊棵?.6~14.4Kbit，2G時代也是移動通信標(biāo)志爭奪的開始，GSM脫穎而出，稱為最廣泛的移動通信制式。第三代移動通信也稱為3G，3G最早由ITU提出，當(dāng)時叫FPLMTS，全稱是未來公眾陸地移動系統(tǒng)，96年更名為IMT-2000，最高的業(yè)務(wù)速率可以達(dá)到2000Kbit/s。3G時代，因為有了高頻寬和穩(wěn)定的速度，影像電話和大數(shù)據(jù)傳送更為普遍，程序了多樣化的應(yīng)用。因此，3G被視為開啟移動通信新紀(jì)元的重要里程碑。第四代移動通信也稱為4G，4G也是被我們廣泛熟知的，4G的重點是增加數(shù)據(jù)和語言容量，并且提高整體的體驗質(zhì)量，而且4G推出了全I(xiàn)P系統(tǒng)，徹底取消了電路交換技術(shù)。第五代移動通信也稱為5G，在5G系統(tǒng)中，增強(qiáng)型移動帶寬eMBB、物聯(lián)網(wǎng)mMTC和超可靠低時延uRLLC，滿足不同的場景的需求，帶來全新的人物體驗。5.第五階段從80年代中期開始6.1.1移動通信概述移動通信發(fā)展簡史移動通信是指通信雙方或至少一方可以在運動中進(jìn)行信息交換的通信方式，包括固定點與移動體（車輛、船舶、飛機(jī)）之間、移動體之間、移動的人之間的通信，都屬于移動通信的范疇。移動通信系統(tǒng)包括無繩電話、無線尋呼、陸地蜂窩移動通信、衛(wèi)星移動通信等。其中陸地移動通信系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，主要是蜂窩移動通信系統(tǒng)。移動通信的概念6.1.2移動通信概述移動通信的概念及特點移動通信的特點6.1.2移動通信概述移動通信的概念及特點無線電波傳播復(fù)雜移動通信的頻率范圍：高頻（VHF，30~300MHz）；特高頻（UHF，300～3000MHz）內(nèi)。移動通信具體多普勒效應(yīng)在移動臺高速移動是，多普勒效應(yīng)會導(dǎo)致快衰落，速度越快，衰落變換頻率越高，衰落深度越深。移動通信在強(qiáng)干擾情況下工作移動通信的主要干擾有：互調(diào)干擾、鄰道干擾和同頻干擾等。對移動臺的要求高，用戶經(jīng)常性地移動要求移動通信采用跟蹤交換技術(shù)、位置登記、越區(qū)切換、漫游等技術(shù)。移動通信網(wǎng)從不同角度進(jìn)行分類：按使用對象可分為民用設(shè)備和軍用設(shè)備。按使用環(huán)境可分為陸地通信、海上通信和空中通信。按多址方式可分為頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）等。按覆蓋范圍可分為寬域網(wǎng)和局域網(wǎng)。按業(yè)務(wù)類型可分為語音網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)等。按工作方式可分為單工、半雙工和全雙工。按服務(wù)范圍可分為專用移動通信網(wǎng)和公用移動通信網(wǎng)。按信號形式可分為模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)。移動通信系統(tǒng)的分類6.1.3移動通信概述

移動通信系統(tǒng)有很多種形式，其成本、復(fù)雜度、性能和服務(wù)類型有很大的差別。例如小型調(diào)度系統(tǒng)可以只由一個控制臺和若干個MS組成。而公眾移動通信系統(tǒng)一般由移動臺（MS）、基站控制器（BS）、移動業(yè)務(wù)交換中心（MSC）以及與PSTN相連接的中繼線等組成按服務(wù)范圍可分為專用移動通信網(wǎng)和公用移動通信網(wǎng)。移動通信的系統(tǒng)組成6.1.4移動通信概述移動通信的工作頻段6.1.5移動通信概述運營商上行頻率（UL）下行頻率（DL）頻寬系統(tǒng)制式備注中國移動885-909Mhz930-954Mhz24MhzGSM8002G

1710-1725Mhz1805-1820Mhz15MhzGSM18002G

2010-2025Mhz2010-2025Mhz15MhzTD-SCDMA3G

1880-1890Mhz1880-1890Mhz60MhzTD-LTE4G

2320-2370Mhz2320-2370Mhz

2515-2675MHz2515-2675MHz160MhzTD-LTE/NR4G/5G

4800-4900MHz4800-4900MHz100MhzNR5G

中國聯(lián)通909-915Mhz954-960Mhz6MhzGSM8002G

1745-1755Mhz1840-1850Mhz10MhzGSM18002G

1940-1955Mhz2130-2145Mhz15MhzWCDMA3G

2300-2320Mhz2300-2320Mhz40MhzTD-LTE4G

2555-2575Mhz2555-2575Mhz

1755-1765Mhz1850-1860Mhz10MhzFDD-LTE4G

3500-3600MHz3500-3600MHz100MhzNR5G

3300-3400MHz3300-3400MHz100MhzNR5G電信、廣電公用中國電信825-840Mhz870-885Mhz15MhzCDMA2G

1920-1935Mhz2110-2125Mhz15MhzCDMA20003G

2370-2390Mhz2370-2390Mhz40MhzTD-LTE4G

2635-2655Mhz2635-2655Mhz

1765-1780Mhz1860-1875Mhz15MhzFDD-LTE4G

3400-3500MHz3400-3500MHz100MhzNR5G

3300-3400MHz3300-3400MHz100MhzNR5G電信、廣電公用中國廣電703-733MHz758-788MHz30MhzFDD-LTE/NR4G/5G

4900-4960MHz4900-4960MHz60MhzNR5G

3300-3400MHz3300-3400MHz100MhzNR5G電信、廣電公用

目前移動通信系統(tǒng)主要是使用甚高頻（VHF）和特高頻（UHF），其中VHF主要用在2G、3G及4G移動通信系統(tǒng)，UHF主要用在5G移動通信系統(tǒng)。我國移動通信的頻段劃分移動通信的工作方式6.2.1移動通信基礎(chǔ)技術(shù)單工通信：通信雙方電臺交替地進(jìn)行收信和發(fā)信。常用的對講機(jī)就采用這種通信方式，分為同頻單工和異頻單工。單工通信常用于點到點通信。雙工通信：通信雙方均同時進(jìn)行收發(fā)工作。即任一方講話時，可以聽到對方的話音，與普通市內(nèi)電話的使用情況類似。半雙工通信：通信雙方中，一方使用雙頻雙工方式，即收發(fā)信機(jī)同時工作；另一方使用雙頻單工方式，即收發(fā)信機(jī)交替工作。即通信允許信號在兩個方向上傳輸，但某一時刻只允許信號在一個信道上單向傳輸。

在移動通信系統(tǒng)中采用的的多址方式主要有三種：頻分多址、時分多址和碼分多址。移動通信的多址方式6.2.2移動通信基礎(chǔ)技術(shù)

頻分多址（FDMA）是把通信系統(tǒng)的總頻段劃分為多個等間隔且互不重疊的頻道（預(yù)留保護(hù)間隔），并分配給不用用戶使用。每個頻道的寬度都能傳輸一路話音信息，在相鄰頻道間無明顯的串?dāng)_。頻分多址的特點如下：FDMA信道每一時刻只載有一條電話線路。若FDMA信道不在使用中，則它處于空閑狀態(tài)，不能被其他用戶使用，因而將無法增加或共享系統(tǒng)容量。這無疑是一種資源的浪費。在指定音頻信道后，基站和移動用戶可以同時連續(xù)發(fā)信。FDMA信道的帶寬非常窄（30kHz），因為每個信道對一個載波只支持一條線路，為了具有足夠多的信道，F(xiàn)DMA通常用窄帶系統(tǒng)實現(xiàn)。字符時間比平均時延擴(kuò)展大得多，這意味著碼間干擾比較小，因此對FDMA窄帶系統(tǒng)幾乎不需要均衡。FDMA系統(tǒng)的復(fù)雜性比TDMA系統(tǒng)的復(fù)雜性要低。由于FDMA是連續(xù)發(fā)射方式，所以可用于系統(tǒng)內(nèi)務(wù)操作（如同步比特和組幀比特）。由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)在同一時間工作，所以FDMA移動裝置必須使用雙工器，這將增加FDMA用戶裝置和基站的成本。為了使相鄰信道干擾最小，F(xiàn)DMA需要進(jìn)行精確的無線電頻率濾波。移動通信的多址方式-頻分多址6.2.2移動通信基礎(chǔ)技術(shù)

時分多址（TDMA）是指在一個無線頻道上，按時間分割為若干個時隙，每個信道占用一個時隙，在規(guī)定的時隙內(nèi)收發(fā)信號。時分多址只傳數(shù)字信息，信息需經(jīng)壓縮和緩沖存儲的過程，突出有點事頻率利用率高，抗干擾能力強(qiáng)，在實際使用時常FDMA/TDMA復(fù)分使用。時分多址的特點如下：TDMA可使多個用戶共享同一載波頻率，其中每個用戶使用無重疊的時隙。每額的時隙數(shù)取決于調(diào)制方法、可利用的帶寬等因素。TDMA系統(tǒng)的各用戶的數(shù)據(jù)發(fā)射不是連續(xù)的，而是突發(fā)的。這就使得電池消耗?。驗楫?dāng)用戶的發(fā)射機(jī)不使用時（大多數(shù)時間屬于這種狀況）就可以關(guān)機(jī)。TDMA使用不同的時隙進(jìn)行發(fā)射和接收，因此不需要雙工器。即使使用頻分雙工，在用戶裝置中也不需要雙工器，只需使用一個開關(guān)，即可對發(fā)射機(jī)和接收機(jī)進(jìn)行開啟和斷開。由于TDMA的發(fā)射速率一般比FDMA的發(fā)射速率高很多，所以在TDMA中通常需要自適應(yīng)均衡。在TDMA中，保護(hù)時間應(yīng)該最小。若為了縮短保護(hù)時間而將時隙邊緣的發(fā)射信號加以明顯抑制，則發(fā)射信號的頻譜將擴(kuò)展，并會引起對相鄰信道的干擾。由于TDMA的發(fā)射是時隙式的，具有突發(fā)性，這就要求接收機(jī)必須與每個數(shù)據(jù)組保持同步，因此用于同步的系統(tǒng)內(nèi)務(wù)操作將占用不少時間。此外，為了將不同用戶分開，還需要設(shè)立保護(hù)時隙，這又會造成時間資源的浪費。TDMA有一個優(yōu)點，它能夠?qū)⒚繋瑪?shù)目不等的時隙分配給不同的用戶。因此，可以根據(jù)不同用戶的需求，通過優(yōu)先順序連接時隙，以便提供不同的時間寬度。移動通信的多址方式-時分多址6.2.2移動通信基礎(chǔ)技術(shù)

碼分多址（CDMA）是指采用擴(kuò)頻通信技術(shù)，每個用戶具有特定的地址碼（相當(dāng)于擴(kuò)頻中的PN碼），利用地址碼相互之間的正交性（或準(zhǔn)正交性）完成信道分離的任務(wù)。碼分多址的特點如下：CDMA系統(tǒng)的許多用戶共享相同的頻率，它既可以使用時分雙工，也可以使用頻分雙工。與TDMA或FDMA不同，CDMA存在一軟容量限制。增加CDMA系統(tǒng)的用戶數(shù)目會以一種線性形式抬高噪聲門限，因此，CDMA中的用戶個數(shù)也不是無限制的。自干擾是CDMA系統(tǒng)中的一個重要問題。自干擾主要是由于系統(tǒng)中使用了不完全正交的擴(kuò)頻碼，因此在某個特定偽噪聲碼的解擴(kuò)中，系統(tǒng)中其他用戶的發(fā)射就有可能對期望用戶的接收機(jī)產(chǎn)生影響。CDMA系統(tǒng)中，存在有“遠(yuǎn)-近”效應(yīng)問題，即當(dāng)非期望用戶距離接收機(jī)很近時，會產(chǎn)生與擴(kuò)頻碼無關(guān)的干擾。CDMA系統(tǒng)可以利用擴(kuò)頻碼良好的相關(guān)特性來很好地抵抗多徑效應(yīng)。移動通信的多址方式-碼分多址6.2.2移動通信基礎(chǔ)技術(shù)

大區(qū)制是指用一個基站覆蓋整個服務(wù)區(qū)，由基站負(fù)責(zé)移動臺的控制和聯(lián)絡(luò)，在大區(qū)制中，服務(wù)區(qū)范圍的半徑通常為20~50km。為了覆蓋這樣大的一個服務(wù)區(qū)，基站發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率較大（100~200W），基站天線要架設(shè)得很高（幾十米以上），以保證大區(qū)中的移動臺能正常接收基站發(fā)出的信號。

在一個大區(qū)中，同一時間每一無線信道通常包括一對收、發(fā)頻率，只能被一個移動臺使用，否則將產(chǎn)生嚴(yán)重的同頻干擾。因此大區(qū)制組網(wǎng)的頻譜利用率低，能容納的用戶數(shù)量少。大區(qū)制的優(yōu)點是組網(wǎng)簡單，投資少，見效快，適用于用戶較少的地區(qū)。

小區(qū)制是將整個移動通信服務(wù)區(qū)劃分為許多個小區(qū)。在每一小區(qū)設(shè)置一個基站。負(fù)責(zé)與小區(qū)中的移動臺的無線連接。各基站統(tǒng)一接到一個移動交換中心，由移動交換中心統(tǒng)一控制各基站協(xié)調(diào)工作，并與有線網(wǎng)相連接，使移動用戶進(jìn)入有線網(wǎng)。移動用戶只要在服務(wù)區(qū)內(nèi)，不管處于哪個小區(qū)．都能正常通信。

小區(qū)制組網(wǎng)比大區(qū)制組網(wǎng)復(fù)雜得多，移動交換中心要隨時知道每個移動臺正處于哪個小區(qū)中，才能進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)，因此必須對每一移動臺進(jìn)行位置登記，移動臺從一個小區(qū)運動進(jìn)入另一小區(qū)要進(jìn)行越區(qū)切換。移動交換中心要與服務(wù)區(qū)中每一小區(qū)的基站相連接，傳送控制信號和通信業(yè)務(wù)。因此采用小區(qū)制，設(shè)備復(fù)雜、投資大。大區(qū)制小區(qū)制6.2.3移動通信基礎(chǔ)技術(shù)移動通信服務(wù)區(qū)體制

面狀服務(wù)區(qū)有正三角形、正方形、正六邊形等形狀，其中正六邊形無線小區(qū)鄰接構(gòu)成整個面狀服務(wù)區(qū)是最好的，稱為蜂窩移動網(wǎng)，

對于沿著海岸線或距離海岸數(shù)十千米的海面，以及連接大城市鐵路、高速、國道等的服務(wù)區(qū)都是線狀服務(wù)區(qū)。在這種情況下，往往采用并排多個小區(qū)，而且每幾個小區(qū)重復(fù)使用同一頻率，這種小區(qū)的結(jié)構(gòu)簡單。服務(wù)區(qū)形狀-面狀服務(wù)區(qū)服務(wù)區(qū)形狀-線狀服務(wù)區(qū)6.2.3移動通信基礎(chǔ)技術(shù)移動通信服務(wù)區(qū)體制位置更新：為了減少位置的不確定性，移動終端需要不時地向移動通信系統(tǒng)報告其當(dāng)前所在位置，這便是位置更新的過程。尋呼：尋呼則是搜索并確定移動終端所在具體蜂窩位置的過程，尋呼又包括查詢移動終端的位置檔案，以及找到該移動終端當(dāng)前位置這兩個方面。

越區(qū)切換是指移動臺在通話過程中從一個基站覆蓋區(qū)移動到另一個基站覆蓋區(qū)，或是由于外界干擾而切換到另一條話音信道上的過程。位置管理越區(qū)切換技術(shù)6.2.4移動通信基礎(chǔ)技術(shù)切換方式硬切換：指不同的基站覆蓋小區(qū)之間的信道切換。移動用戶在與新的基站建立連接前必須斷掉與原有基站的連接。

軟切換：是指移動用戶從一個小區(qū)移動到另一個小區(qū)時，可以同時與兩個或多個小區(qū)建立連接，進(jìn)行通信。在切換過程中，終端在與新的基站建立連接前不必斷掉與原有基站的連接，沒有通信中斷的現(xiàn)象。這種切換發(fā)生在載波頻率相同的基站覆蓋小區(qū)之間的信道切換。更軟切換：指在同一小區(qū)的不同扇區(qū)之間發(fā)生的切換。

由于移動頻率資源的稀缺性及移動覆蓋范圍的有限性，為實現(xiàn)大范圍內(nèi)的移動覆蓋需要采用移動頻率重復(fù)利用的方式，即同頻復(fù)用技術(shù)。

實現(xiàn)蜂窩移動通信的關(guān)鍵是通過同頻復(fù)用技術(shù)，可以充分利用頻率資源。通過一定的復(fù)用距離，相隔較遠(yuǎn)的小區(qū)可重復(fù)設(shè)置頻率，不會產(chǎn)生同頻干擾。同頻復(fù)用6.2.5移動通信基礎(chǔ)技術(shù)

GSM系統(tǒng)主要由移動臺（MS）、基站子系統(tǒng)（BSS）、交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）和操作支持子系統(tǒng)（OSS）四部分組成。GSM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)6.3.1第二代移動通信系統(tǒng)GSM系統(tǒng)基站子系統(tǒng)（BSS）分為基站控制器（BSC）和基站收發(fā)信臺（BTS）。移動臺（MS）由兩部分組成，以移動終端（MS）和客戶識別卡（SIM）。操作支持子系統(tǒng)（OSS）通過OSS可以實現(xiàn)GSM網(wǎng)絡(luò)各功能單元的監(jiān)視、狀態(tài)報告和故障診斷等功能。交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）主要完成交換功能和客戶數(shù)報與移動性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能。包括MSC、VLR、HLR、AUC、EIR。6.3.1第二代移動通信系統(tǒng)GSM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)傳輸（TX）移動管理（MM）無線資源管理（RR）呼叫管理（CM）管理和維護(hù)（OAM）6.3.1第二代移動通信系統(tǒng)GSM系統(tǒng)的信令硬切換是指不同小區(qū)間采用先斷開、后連接的方式進(jìn)行切換，是GSM網(wǎng)絡(luò)移動性管理的基本算法。其在不同頻率的基站或覆蓋小區(qū)之間完成切換，這種切換的過程是移動臺（手機(jī)）先暫時斷開通話，在與原基站聯(lián)系的信道上傳送切換的信令，移動臺自動向新的頻率調(diào)諧，與新的基站接上聯(lián)系，建立新的信道，從而完成切換的過程。由于移動用戶的移動性，移動用戶的位置常處于變動狀態(tài)。為了呼叫業(yè)務(wù)、短消息業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)等處理時便于獲取移動用戶的位置信息，提高無線資源的有效利用率，要求移動用戶在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行位置信息登記和報告移動用戶的激活狀態(tài)，即發(fā)起位置更新業(yè)務(wù)。位置更新類型分為一般位置更新、周期性位置更新和IMSI（國際移動用戶識別碼）附著/分離三類。硬切換位置更新6.3.1第二代移動通信系統(tǒng)GSM系統(tǒng)的接續(xù)和管理

碼分多址（CDMA）技術(shù)，其基本思想是系統(tǒng)中各移動臺占用同一頻帶，但各用戶使用彼此正交的用戶碼，從而使基站和移動臺通過相關(guān)檢測能區(qū)分用戶之間的信息。由擴(kuò)頻、多址接入、蜂窩組網(wǎng)和頻率復(fù)用等幾種技術(shù)結(jié)合而成。CDMA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)6.3.2第二代移動通信系統(tǒng)CDMA系統(tǒng)軟切換技術(shù)采用的是軟切換技術(shù)，在越區(qū)切換時，手機(jī)并不斷掉與原基站的聯(lián)系而同時與新基站聯(lián)系，當(dāng)手機(jī)確認(rèn)已經(jīng)和新基站聯(lián)系后，才將與原基站的聯(lián)系斷掉，也就是“先接后斷”。功率控制所謂的功率控制，就是在無線傳播上對手機(jī)或基站的實際發(fā)射功率進(jìn)行控制，以盡可能降低基站或手機(jī)的發(fā)射功率，這樣就能達(dá)到降低手機(jī)和基站的功耗以及降低整個網(wǎng)絡(luò)干擾這兩個目的。語音激活技術(shù)在CDMA系統(tǒng)中，采用相應(yīng)的編碼技術(shù)，使用戶的發(fā)射機(jī)所發(fā)射的功率隨著用戶語音編碼的需求進(jìn)行調(diào)整。6.3.2第二代移動通信系統(tǒng)CDMA系統(tǒng)-關(guān)鍵技術(shù)

WCDMA系統(tǒng)主要由用戶設(shè)備（UE）、UMTS陸地?zé)o線接入網(wǎng)（UTRAN）和核心網(wǎng)（CN）三部分組成。WCDMA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)6.4.1第三代移動通信系統(tǒng)WCDMA系統(tǒng)

其中主要模塊個功能如下：Uu:UE和UTRAN（陸地?zé)o線接入網(wǎng)）之間的接口，用戶終端。UE：3G網(wǎng)絡(luò)中，用戶終端就叫做UE包含手機(jī)、智能終端、多媒體設(shè)備、流媒體設(shè)備等。UE主要完成無線接入、信息處理等。UTRAN（陸地?zé)o線接入網(wǎng)），由NodeB和無線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC）構(gòu)成。UTRAN分為無線不相關(guān)和無線相關(guān)兩部分，前者完成與CN的接口，實現(xiàn)向用戶提供QOS保證的信息處理和傳送以及用戶和網(wǎng)絡(luò)控制信息的處理和傳送；無線相關(guān)部分處理與UE的無線接入（用戶信息傳送、無線信道控制、資源管理等）。CN（核心網(wǎng)）主要完成用戶認(rèn)證、位置管理、呼叫連接控制、用戶信息傳送等功能NodeB:無線收發(fā)信機(jī)。主要功能是擴(kuò)頻、調(diào)制、信道編碼及解擴(kuò)、解調(diào)、信道解碼、還包括基帶信號和射頻信號的轉(zhuǎn)化。RNC:無線網(wǎng)絡(luò)控制器是3G網(wǎng)絡(luò)的一個關(guān)鍵網(wǎng)元。它是接入網(wǎng)的組成部分，用于提供移動性管理、呼叫處理、鏈接管理和切換機(jī)制。MSC：移動交換中心。核心網(wǎng)CS域功能節(jié)點。MSC／VLR的主要功能是提供CS域的呼叫控制、移動性管理、鑒權(quán)和加密等功能。VLR：拜訪位置寄存器，VLR動態(tài)地保存著進(jìn)入其控制區(qū)域內(nèi)的移動用戶的相關(guān)數(shù)據(jù)。HLR：歸屬位置寄存器，存放著所有歸屬用戶的信息。如用戶的有關(guān)號碼（IMSI和MSISDN）、用戶類別、漫游能力、簽約業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)等。WCDMA系統(tǒng)-網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)6.4.1第三代移動通信系統(tǒng)WCDMA系統(tǒng)特點6.4.1第三代移動通信系統(tǒng)信道復(fù)雜，可適應(yīng)各種業(yè)務(wù)需求更大的容量和更高的業(yè)務(wù)速率功率控制更加完善，基站無需同步切換機(jī)制更加健全，更為靈活的分層組網(wǎng)結(jié)構(gòu)對于分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，具有靈活的資源調(diào)度機(jī)制WCDMA的干擾來自網(wǎng)內(nèi)和網(wǎng)外

TD-SCDMA系統(tǒng)主要由用戶設(shè)備（UE）、UMTS陸地?zé)o線接入網(wǎng)（UTRAN）和核心網(wǎng)（CN）三部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和主要模塊與WCDMA基本相同。

TD-SCDMA系統(tǒng)6.4.2第三代移動通信系統(tǒng)頻譜效率高不存在呼吸效應(yīng)及軟切換與GSM組網(wǎng)易于實施支持多載頻組網(wǎng)靈活、頻譜利用靈活、頻率資源豐富靈活高效承載非對稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)TD-SCDMA系統(tǒng)的特點

CDMA2000系統(tǒng)的商用化主要采用的是CDMA20001X標(biāo)準(zhǔn)，CDMA20001x網(wǎng)絡(luò)主要有BTS、BSC、MSC、PCF、PDSN等節(jié)點組成。CDMA2000系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)6.4.3第三代移動通信系統(tǒng)CDMA2000系統(tǒng)BTS：基站收發(fā)信臺

MS：移動臺BSC：基站控制器

MSC：移動交換中心PCF：分組控制單元

MGW：媒體網(wǎng)關(guān)PDSN：分組數(shù)據(jù)服務(wù)器

MSCe：移動軟交換中心

CDMA2000系統(tǒng)的特點6.4.3第三代移動通信系統(tǒng)CDMA2000系統(tǒng)多載波工作01對所有的數(shù)據(jù)速率提供連續(xù)波形，包括連續(xù)導(dǎo)頻和連續(xù)數(shù)據(jù)信道波形反向鏈路連續(xù)發(fā)送02CDMA2000系統(tǒng)，帶寬可選擇為1.25MHz、3.75MHz、7.5MHz、11.25MHz、15MHz中的一種前向鏈路的輔助導(dǎo)頻05前向鏈路的發(fā)射分集06采用波束成型天線和自適應(yīng)天線可以改進(jìn)系統(tǒng)性能，降低對每信道發(fā)射功率的要求，因而可以增加容量獨立的導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)信道03獨立的數(shù)據(jù)信道04導(dǎo)頻和物理數(shù)據(jù)信道的相對功率電平可以靈活調(diào)節(jié)基本信道和補(bǔ)充信道的使用使得多業(yè)務(wù)并發(fā)時系統(tǒng)性能的優(yōu)化成為可能WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三種標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)參數(shù)對比6.4.3第三代移動通信系統(tǒng)制式WCDMACDMA2000TD-SCDMA采用國家和地區(qū)歐洲、美國、中國、日本、韓國等美國、韓國、中國等中國繼承基礎(chǔ)GSM窄帶CDMA（IS-95）GSM雙工方式FDDFDDTDD同步方式異步/同步同步同步碼片速率3.84Mchip/s1.2288Mchip/s1.28Mchip/s信號帶寬2×5MHz2×1.25MHz1.6MHz峰值速率384kbit/s153kbit/s384kbit/s核心網(wǎng)GSMMAPANSI-41GSMMAP標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP3GPP23GPP

長期演進(jìn)LTE(LongTermEvolution)是3GPP主導(dǎo)制定的無線通信技術(shù)，是基于GSM/EDGE和UMTS/HSPA技術(shù)的移動設(shè)備和數(shù)據(jù)終端的高速無線通信標(biāo)準(zhǔn)，LTE通常稱作4GLTE。4G的概念和產(chǎn)生背景6.5.1第四代移動通信系統(tǒng)4G移動通信概述010203高速率、高容量對于大范圍高速移動用戶（250km／h）。網(wǎng)絡(luò)頻帶更寬每個4G信道將占有100MHz頻譜，相當(dāng)于WCDMA3G網(wǎng)絡(luò)的20倍。兼容性更加平滑4G接口開放，能夠跟多種網(wǎng)絡(luò)互連，并且具備很強(qiáng)的對2G、3G手機(jī)的兼容性。6.5.1第四代移動通信系統(tǒng)0405靈活性更強(qiáng)4G擬采用智能技術(shù)，可自適應(yīng)地進(jìn)行資源分配。采用智能信號處理技術(shù)對信道條件不同的各種復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行信號的正常收／發(fā)。具有用戶共存性能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的狀況和信道條件進(jìn)行自適應(yīng)處理，使低、高速用戶和各種用戶設(shè)備能夠并存與互通，從而滿足多類型用戶的需求。4G移動通信特點

整個LTE系統(tǒng)由3部分組成:核心網(wǎng)(EPC，EvolvedPacketCore)、接入網(wǎng)(E-RTRAN)、用戶設(shè)備(UE)。4G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)6.5.1第四代移動通信系統(tǒng)其中，EPC分為三部分:MME(MobilityManagementEntity，負(fù)責(zé)信令處理部分)、S-GW(ServingGateway，負(fù)責(zé)本地網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)據(jù)處理部分)、P-GW(PDNGateway，負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)包與其他網(wǎng)絡(luò)的處理)。接入網(wǎng)(也稱E-UTRAN)由eNodeB構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)接口有:S1接口(eNodeB與EPC之間)、X2接口(eNodeB之間)、Uu接口(NodeB與UE之間)。接入方式和多址方案

OFDM技術(shù)的優(yōu)點是可以消除或減小信號波形間的干擾，對多徑衰落和多普勒頻移不敏感，提高了頻譜利用率，可實現(xiàn)低成本的單波段接收機(jī)。OFDM的主要缺點是功率效率不高。調(diào)制與編碼技術(shù)

采用多載波正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)及單載波自適應(yīng)均衡技術(shù)等調(diào)制方式；采用更高級的信道編碼方案（如Turbo碼、級連碼和LDPC等）、自動重發(fā)請求（ARQ）技術(shù)和分集接收技術(shù)。高性能的接收機(jī)

4G移動通信系統(tǒng)對接收機(jī)提出了很高的要求。智能天線技術(shù)

智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，被認(rèn)為是未來移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。4G的關(guān)鍵技術(shù)6.5.1第四代移動通信系統(tǒng)MIMO技術(shù)

MIMO（多輸入多輸出）技術(shù)是指利用多發(fā)射、多接收天線進(jìn)行空間分集的技術(shù)，它采用的是分立式多天線，能夠有效地將通信鏈路分解成為許多并行的子信道，從而大大提高容量。軟件無線電技術(shù)

軟件無線電是將標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件功能單元經(jīng)過一個通用硬件平臺，利用軟件加載方式來實現(xiàn)各種類型的無線電通信系統(tǒng)的一種具有開放式結(jié)構(gòu)的新技術(shù)?；贗P的核心網(wǎng)4G移動通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)是一個基于全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)，同已有的移動網(wǎng)絡(luò)相比具有根本性的優(yōu)點，即可以實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的無縫互聯(lián)。多用戶檢測技術(shù)多用戶檢測是寬帶CDMA通信系統(tǒng)中抗干擾的關(guān)鍵技術(shù)。

長期演進(jìn)(LTE)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的兩種制式，分別是TDD-LTE和LTE-FDD。LTE的制式6.5.2第四代移動通信系統(tǒng)TDD代表時分雙工，也就是說上下行在同一頻段上按照時間分配交叉進(jìn)行，由3GTD-SCDMA平滑過度而來。FDD代表頻分雙工，則是上下行分處不同頻段同時進(jìn)行，由WCDMA、CDMA2000升級改造完成。

TDD-LTE和FDD-LTE各有優(yōu)缺點，TDD相對FDD優(yōu)勢如下:可靈活配置頻率，使用FDD系統(tǒng)不易使用的零散頻段?？梢酝ㄟ^調(diào)整上下行時隙轉(zhuǎn)換點，提高下行時隙比例，可很好的支持非對稱業(yè)務(wù)。具有上下行信道一致性，基站的收發(fā)可共用部分射頻單元，降低設(shè)備成本。接收上下行數(shù)據(jù)時，不需收發(fā)隔離器，只需一個開關(guān)即可，降低設(shè)備的復(fù)雜度。具有上下行信道互惠性，可更好采用傳輸預(yù)處理技術(shù)，如預(yù)RAKE技術(shù)、聯(lián)合傳輸（JT）技術(shù)、智能天線技術(shù)等，能有效地降低移動終端的處理復(fù)雜性。LTE的制式6.5.2第四代移動通信系統(tǒng)TDD相對FDD不足:由于TDD方式的時間資源分別分給了上行和下行，因此TDD方式的發(fā)射時間大約只有FDD的一半，如果TDD要發(fā)送和FDD同樣多的數(shù)據(jù)，就要增大TDD的發(fā)送功率。TDD系統(tǒng)上行受限，因此TDD基站的覆蓋范圍明顯小于FDD基站。TDD系統(tǒng)收發(fā)信道同頻，無法進(jìn)行干擾隔離，系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間存在干擾。為避免與其他無線系統(tǒng)之間的干擾，TDD需預(yù)留較大的保護(hù)帶，影響整體頻譜利用效率。

大規(guī)模天線陣列

MIMO技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于WI-FI、LTE等。理論上，天線越多，頻譜效率和可靠性就越高。大規(guī)模天線陣列（MassiveMIMO）是5G中提高系統(tǒng)容量和頻率利用率的關(guān)鍵技術(shù)，傳統(tǒng)的TDD網(wǎng)絡(luò)的天線基本是2天線、4天線或8天線，而MassiveMIMO指的是通道數(shù)達(dá)到64/128/256。

此外，MassiveMIMO系統(tǒng)中，使用簡單的線性預(yù)編碼和檢測方法，噪聲和快速衰落對系統(tǒng)的影響將逐漸消失，因此小區(qū)內(nèi)干擾也得到了降低，這些優(yōu)勢使得大規(guī)模天線陣列成為5G的一大關(guān)鍵技術(shù)。5G關(guān)鍵技術(shù)6.6.1第五代移動通信系統(tǒng)超密集組網(wǎng)

超密集網(wǎng)絡(luò)能夠改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，大幅度提升系統(tǒng)容量，并且對業(yè)務(wù)進(jìn)行分流，具有更靈活的網(wǎng)絡(luò)部署和更高效的頻率復(fù)用。未來，面向高頻段大帶寬，將采用更加密集的網(wǎng)絡(luò)方案，部署小區(qū)／扇區(qū)將高達(dá)100個以上。

與此同時，愈發(fā)密集的網(wǎng)絡(luò)部署也使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓訌?fù)雜，小區(qū)間干擾已經(jīng)成為制約系統(tǒng)容量增長的主要因素，極大地降低了網(wǎng)絡(luò)能效。干擾消除、小區(qū)快速發(fā)現(xiàn)、密集小區(qū)間協(xié)作、基于終端能力提升的移動性增強(qiáng)方案等，都是目前密集網(wǎng)絡(luò)方面的研究特點。新型多址5G非正交多址通過多用戶信息在相同資源上的疊加傳輸，在接收側(cè)利用先進(jìn)的接收算法分離用戶信息。基于非正交多址技術(shù)，不僅可以有效提升系統(tǒng)頻譜效率，而且，可以成倍提升系統(tǒng)的接入容量，此外，通過免調(diào)度傳輸，還可以有效簡化信令流程，有效降低空口傳輸時延。目前主要包括：基于多位調(diào)制和稀疏碼擴(kuò)頻的稀疏碼分多址（SCMA）技術(shù)、基于復(fù)數(shù)多元碼及增強(qiáng)疊加編碼的多用戶共享接入（MUSA）技術(shù)、基于非正交特征圖樣的圖樣分隔多址（PDMA）技術(shù)、基于功率疊加的非正交多址（NOMA）技術(shù)。

全頻譜接入

全頻譜接入涉及6GHz以下低頻段和6GHz以上高頻段，其中低頻段是5G的核心頻段，用于無縫覆蓋；高頻段作為輔助頻段，用于熱點區(qū)域的速率提升。5G關(guān)鍵技術(shù)6.6.1第五代移動通信系統(tǒng)

5G網(wǎng)絡(luò)長期地演進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)隨著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的演化而不斷發(fā)展，目前常見的組網(wǎng)方式分為獨立組網(wǎng)SA(Standalone)和非獨立組網(wǎng)NSA(Non-Standalone)。

其中非獨立組網(wǎng)(Option3X)部署架構(gòu)(數(shù)據(jù)承載由NR可將數(shù)據(jù)分流至LTE)同一個承載的用戶面數(shù)據(jù)可在LTE和NR上同時傳輸，EPC需升級支持與NR相連，LTE和NR之間回傳需支持LTE的傳輸速率。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)-NSA6.6.2第五代移動通信系統(tǒng)

Option3網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由用戶側(cè)（UE）、無線側(cè)（BBU、CUCP、CUUP和DU）及核心網(wǎng)（MME、SGW、PGW和HSS）構(gòu)成。

NSA適用于5G建網(wǎng)初期，標(biāo)準(zhǔn)化完成時間最早，有利于市場宣傳；對5G的覆蓋沒有要求，支持雙連接來進(jìn)行分流，用戶體驗好；網(wǎng)絡(luò)改動小，建網(wǎng)速度快，投資相對少。

不足之處是5G基站跟現(xiàn)有4G基站必須來自同一個廠商，靈活性低；無法支持5G核心網(wǎng)引入的相關(guān)新功能和新業(yè)務(wù)。

獨立組網(wǎng)Option2的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中：無線側(cè)是NR，核心網(wǎng)是5GC，即無線和核心網(wǎng)側(cè)全部更新?lián)Q代，使用新的設(shè)備和新的技術(shù)來部署。

Option2網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由用戶側(cè)（UE）、無線側(cè)（CUCP、CUUP和DU）及核心網(wǎng)（AMF、SMF、AUSF、NSSF、UDM、PCF、UPF和NRF）構(gòu)成。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)-SA6.6.2第五代移動通信系統(tǒng)

SA適用于5G大規(guī)模的商用，主要是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對現(xiàn)有2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)無影響，不影響現(xiàn)網(wǎng)2G/3G/4G用戶的使用；可快速部署網(wǎng)絡(luò)，SA直接引入5G新網(wǎng)元，不需要對現(xiàn)網(wǎng)改造升級；引入5GC，提供5G新功能，能滿足更快、更豐富的5G業(yè)務(wù)。

不足之處是初期部署難以實現(xiàn)連續(xù)覆蓋，會存在大量系統(tǒng)間的切換，用戶體驗不好。初期部署成本相對較高，無法有效利用現(xiàn)有4G基站資源。5G+行業(yè)應(yīng)用6.6.3第五代移動通信系統(tǒng)

5G作為第五代移動通信技術(shù)，具有增強(qiáng)移動帶寬（eMBB）、海量物聯(lián)（mMTC）和高可靠低延時（uRLLC）等特點，其主要應(yīng)用包括自動駕駛、智能網(wǎng)絡(luò)、超高清視頻、遠(yuǎn)程醫(yī)療、虛擬現(xiàn)實、遠(yuǎn)程教育、智慧城市、萬物互聯(lián)、云游戲等。自動駕駛遠(yuǎn)程醫(yī)療虛擬現(xiàn)實VR超高清視頻智慧城市云游戲5G對自動駕駛而言，最大的意義在于通過超強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸特性，將汽車傳感器的數(shù)據(jù)與云端聯(lián)通，為汽車決策提供更多的智能決策支持。5G賦能遠(yuǎn)程醫(yī)療，能夠幫助醫(yī)院實現(xiàn)調(diào)度、問診、會診、查房、手術(shù)等一系列遠(yuǎn)程處理，同時，5G+云影像室、云超聲室、云內(nèi)鏡室也大大提升了各項檢查和診斷的效率。憑借5G超寬帶高速傳輸能力，可以解決VR/AR渲染能力不足、互動體驗不強(qiáng)和終端移動性差等痛點問題。作為繼數(shù)字化、高清化媒體之后的新一代革新技術(shù)，超高清視頻被業(yè)界認(rèn)為將是5G網(wǎng)絡(luò)最早實現(xiàn)商用的核心場景之一。隨著5G的到來，智慧城市的各類預(yù)期正成為現(xiàn)實。通過5G網(wǎng)絡(luò)連接就可以隨時隨地使用電腦、手機(jī)、平板等各種屏幕登錄調(diào)用云端高性能主機(jī)，使用過程沒有任何卡頓延遲。6.6.3第五代移動通信系統(tǒng)5G+行業(yè)應(yīng)用6.7.1移動通信工程案例