移動(dòng)通信理論與實(shí)戰(zhàn)第1章 移動(dòng)通信概述

第1章

移動(dòng)通信概述課程內(nèi)容移動(dòng)通信概述移動(dòng)通信的前世今生移動(dòng)通信的雙工方式移動(dòng)通信頻譜資源分配什么是通信？第一部電報(bào)機(jī)現(xiàn)代通信開展簡史1844年，塞繆爾·莫爾斯使用電報(bào)機(jī)發(fā)出了第一封有線電報(bào)“上帝創(chuàng)造了何等奇跡〞1876年，貝爾創(chuàng)造了有線，“沃森特先生，快來幫我啊〞1897年，馬可尼創(chuàng)造了無線收發(fā)報(bào)機(jī)，“要是我能指揮電磁波，就可飛越整個(gè)世界〞現(xiàn)代無線通信開端什么是移動(dòng)通信〔MobileCommunication〕？通信雙方至少有一方在移動(dòng)中〔或臨時(shí)停留在某一非預(yù)定的位置上〕進(jìn)行的信息傳輸和交換。包括移動(dòng)體〔車輛、船舶、飛機(jī)、行人等〕和移動(dòng)體、移動(dòng)體和固定點(diǎn)〔固定電臺(tái)或有線用戶〕之間的通信。移動(dòng)環(huán)境下的無線通信。移動(dòng)通信的目標(biāo)個(gè)人通信(PCN:PersonalCommunicationNetworks)——5W“任何時(shí)間(whenever)〞要求支持動(dòng)中通：無線通信是前提“任何人(whoever)〞要求支持巨大用戶量：頻譜資源有限“任何地點(diǎn)(wherever)〞要求無縫覆蓋：傳輸能力有限“任何方式(whatever)〞要求多媒體：處理能力有限“和任何人(whomever)〞課程內(nèi)容移動(dòng)通信概述移動(dòng)通信的前世今生移動(dòng)通信的雙工方式移動(dòng)通信頻譜資源分配移動(dòng)通信的前世今生移動(dòng)通信概述大區(qū)制〔移動(dòng)通信早期〕在一個(gè)效勞區(qū)域〔如一個(gè)城市〕內(nèi)只有一個(gè)基站，并由它負(fù)責(zé)移動(dòng)通信的聯(lián)絡(luò)和控制。大區(qū)制移動(dòng)通信網(wǎng)BSMS1MS3MS2主要特點(diǎn)：基站天線很高，幾十～幾百米基站發(fā)射功率大：50～200W覆蓋半徑：30～50km優(yōu)點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，本錢低缺點(diǎn)：頻譜利用率低，效勞性能差〔不支持越區(qū)〕，容量小，一般用戶幾十～幾百個(gè)，一般用于專網(wǎng)。AAABCCCBBBCA移動(dòng)通信的前世今生小區(qū)制〔蜂窩通信〕超短波傳播距離有限頻率復(fù)用：離開一定距離的小區(qū)可重復(fù)使用同一頻率；利用頻率復(fù)用的概念，將整個(gè)效勞區(qū)域劃分成假設(shè)干個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)分別設(shè)置一個(gè)低發(fā)射功率的基站，負(fù)責(zé)本小區(qū)內(nèi)移動(dòng)臺(tái)聯(lián)絡(luò)和控制，同時(shí)和移動(dòng)交換中心相聯(lián)系。簇內(nèi)的每個(gè)小區(qū)使用不同的頻率組相鄰簇重復(fù)使用相同的頻率組分配模式區(qū)群(簇)優(yōu)點(diǎn)：提高頻率利用 率，組網(wǎng)靈活移動(dòng)通信的前世今生小區(qū)制〔蜂窩通信〕在一個(gè)很大的效勞區(qū)內(nèi)，同一組頻率可以屢次重復(fù)使用，因而增加了單位面積上可供使用的頻道數(shù)，提高效勞區(qū)的容量密度，有效的提高了頻譜利用率。簇n=19簇n=19移動(dòng)通信的前世今生小區(qū)制〔蜂窩通信〕小區(qū)分裂&多層蜂窩根據(jù)實(shí)際用戶分布情況，可不斷調(diào)整，以適應(yīng)用戶數(shù)較大的PLMN大區(qū)覆蓋小區(qū)覆蓋蜂窩通信優(yōu)點(diǎn)：提高頻率利用率，組網(wǎng)靈活蜂窩通信缺點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成復(fù)雜〔越區(qū)切換控制〕小區(qū)制〔蜂窩通信〕移動(dòng)通信的前世今生第一代80年代模擬AMPSTACSNMT其它模擬技術(shù)需求驅(qū)動(dòng)GSMCDMAIS95TDMAIS-136PDC第二代90年代數(shù)字?jǐn)?shù)字技術(shù)語音業(yè)務(wù)寬帶業(yè)務(wù)第三代IMT-2000UMTSWCDMACDMA2000TD-SCDMA從1G到4G的時(shí)代需求驅(qū)動(dòng)需求驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)第四代LTEFDD-LTEUMBTDD-LTE移動(dòng)通信的前世今生●●●CDMATDMAFDMA移動(dòng)通信的前世今生OFDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中基站的多路工作和移動(dòng)臺(tái)單路工作形成了移動(dòng)通信的一大特點(diǎn)。1)基站以怎樣的信號(hào)傳輸方式發(fā)送信號(hào)，使各移動(dòng)臺(tái)能從中識(shí)別發(fā)送給本移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)？〔下行〕2)基站如何識(shí)別來自各個(gè)不同移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)？〔上行〕3)移動(dòng)臺(tái)之間或移動(dòng)臺(tái)與市話用戶之間是如何同時(shí)建立各自的信道的〔多址連接〕問題描述：支持越來越多的用戶？網(wǎng)絡(luò)速度和穩(wěn)定性越來越好？移動(dòng)通信概述1G的時(shí)代移動(dòng)通信的前世今生2G的時(shí)代2G移動(dòng)通信的前世今生115Kbit/s2.5GInternet引入GPRS后,全面提升分組數(shù)據(jù)通信的速率PSTNISDN9.6Kbit/s2G的時(shí)代優(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,開放接口:平安性高:TMSI,鑒權(quán),加密可以與ISDN,PSTN互聯(lián)可以在SIM卡根底上實(shí)現(xiàn)漫游移動(dòng)通信的前世今生電話怎么老掉線？太慢了！用戶密度急劇增長數(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，難以滿足市場的需求。

But…UMTS2G的時(shí)代移動(dòng)通信的前世今生2G的時(shí)代缺乏：頻帶太窄，不能提供如高速數(shù)據(jù)、慢速圖像與電視圖像等的各種寬帶信息業(yè)務(wù)無線頻率資源緊張，抗干擾抗衰落能力不強(qiáng)，系統(tǒng)容量不能滿足需要頻率利用率低，切換容易掉話移動(dòng)通信的前世今生3G移動(dòng)通信系統(tǒng)移動(dòng)通信的前世今生3G移動(dòng)通信系統(tǒng)第三代IMT-2000的目標(biāo)更高的信息傳輸速率：144kbps高速運(yùn)動(dòng)；384kbps步行運(yùn)動(dòng)；2Mbps室內(nèi)運(yùn)動(dòng)；根據(jù)帶寬需求實(shí)現(xiàn)的可變比特速率信息傳遞；高效勞質(zhì)量，高保密性能一個(gè)連接中可以同時(shí)支持具有不同QoS要求的業(yè)務(wù)；滿足不同業(yè)務(wù)的延時(shí)要求〔從實(shí)時(shí)要求的語音業(yè)務(wù)到盡力而為的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)〕等移動(dòng)通信的前世今生ITU日本韓國中國美國歐洲美國移動(dòng)通信的開展IS-136DECTIMT-DSCDMADSCDMA2000TD-SCDMAIMT-TDCDMATDDIMT-MCCDMAMCWCDMAUMTSFDDUMTSTDDIMT-SCTDMASCIMT-FTFDMA/TDMAIMT–2000TerrestrialRadioInterfaces3G移動(dòng)通信系統(tǒng)移動(dòng)通信的前世今生NNI核心網(wǎng)(CoreNetwork)IS-41核心網(wǎng)(CDMA網(wǎng)絡(luò))cdma2000GSMMAP核心網(wǎng)

WCDMATD-SCDMAUWC-136

DECT無線接口網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進(jìn)移動(dòng)通信的前世今生移動(dòng)通信的前世今生移動(dòng)通信的開展——固網(wǎng)推動(dòng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)寬帶化0.11101001000CablemodemISDNADSLADSL2+FTTHVDSLGPRSEDGE3GHSPAHSPA+LTELTE+TodayFuturePast固網(wǎng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)帶寬緊隨固網(wǎng)固網(wǎng)推動(dòng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)寬帶化Throughput(Mbps)26后續(xù)演進(jìn)比較移動(dòng)通信的前世今生2G2.5G2.75G3G3.5G3.75G3.9GGPRSEDGEeEDGEHSDPAR5HSUPAR6MBMS4GMBMSCDMA20001XEV-DO802.16e802.16mHSDPAHSPA+R7

FDD/TDD4GGSMTD-SCDMAWCDMAR99802.16dCDMAIS95CDMA20001xLTEEV-DORev.AEV-DORev.BHSUPA4G——LTE4GSpectrum3GSpectrumUMTSHSDPAHSUPAHSPA+R7

LTE&HSPA+R8HigherCapacity/DataratesReducedDelayImprovedServices20092005200620072008200420102011什么是LTE2021.12.4TD-LTE牌照發(fā)放；2021.2.27FDD-LTE牌照發(fā)放，進(jìn)入規(guī)模商用時(shí)代；GPRS/CDMA/HSPA/LTE速率比較項(xiàng)目下行理論峰值速率上行理論峰值速率GPRS（CS1～2，MS最大8時(shí)隙）107.2kbit/s107.2kbit/sGPRS（CS1～4，MS最大8時(shí)隙）171.2kbit/s171.2kbit/sEDGE（MCS1～9，MS最大8時(shí)隙）473.6kbit/s473.6kbit/sE-EDGE（MS最大8時(shí)隙）1305.6kbit/s652.8kbit/sUMTSWCDMAR992.048kbit/s768kbit/sHSDPA14.4Mbit/s5.76Mbit/sHSPA+(2*2MIMO,16QAM)28Mbit/s11.5Mbit/sLTE(20MHz)100Mbit/s（2×2天線）50Mbit/s(2×1天線)CDMA20001XRTT307kbit/s307kbit/sCDMA2000EV-DORev02.4Mbit/s307kbit/sCDMA2000EV-DORevA3.1Mbit/s1.8Mbit/sCDMA2000EV-DORevB（15個(gè)無線信道）73.5Mbit/s27Mbit/sCDMA2000EV-DORevC100Mbit/s50Mbit/s802.16eWiMAX(10MHzTDDDL/UL=3,1*2SIMO)23Mbit/s4Mbit/s802.16eWiMAX(10MHzTDDDL/UL=3,2*2MIMO)46Mbit/s4Mbit/s課程內(nèi)容移動(dòng)通信概述移動(dòng)通信的前世今生移動(dòng)通信的雙工方式移動(dòng)通信頻譜資源分配TDD&FDD

頻分雙工(FDD):

上行頻帶和下行頻帶分離

DDDDDDDUU上行D下行未使用

為了保證用戶在給基站發(fā)送信息的同時(shí)能接收來自基站的信息，系統(tǒng)為每個(gè)用戶提供了兩個(gè)確定的頻段。下行信道和上行信道的頻率分配在整個(gè)系統(tǒng)中是固定的，而與某個(gè)特定的信道無關(guān)。TDD&FDD

頻分雙工FDD工作頻段900MHz頻段1800MHz頻段1900MHz頻段G1頻段（原E-GSM）P頻段上行頻率880～890MHz890～915MHz1710～1785MHz1850～1910MHz下行頻率925～935MHz935～960MHz1805～1880MHz1930～1990MHz雙工間隔45MHz45MHz95MHz80MHz載頻間隔200kHz200kHz200kHz200kHzGSM系統(tǒng)的工作頻段第三代移動(dòng)通信中的CDMA2000和WCDMA、第四代的FDD-LTE也都是采用的FDD的雙工模式。TDD&FDD時(shí)分雙工TDD多個(gè)用戶通過占用不同的時(shí)間段來共享一個(gè)無線載頻信道。單個(gè)用戶能夠在給它分配的時(shí)隙接入信道，且該雙工信道有一個(gè)下行時(shí)隙和一個(gè)上行時(shí)隙進(jìn)行雙向通信。對(duì)于用戶而言，如果前向時(shí)隙和反向時(shí)隙之間的時(shí)間間隔很小，那么數(shù)據(jù)的收發(fā)就像在同時(shí)進(jìn)行的。時(shí)分雙工(TDD):

上行頻帶和下行頻帶相同DUDDDDDDFDD&TDD混合組網(wǎng)

以FDD-LTE做大范圍的廣覆蓋，而在市區(qū)等人口密集區(qū)采用TD-LTE吸收多余的話務(wù)量課程內(nèi)容移動(dòng)通信概述移動(dòng)通信的前世今生移動(dòng)通信的雙工方式移動(dòng)通信頻譜資源分配移動(dòng)通信頻譜資源分配電磁波頻率越高，波長越短，繞射能力越弱，穿透能力越強(qiáng)，信號(hào)損失越大，傳輸距離越近；電磁波頻率越低，波長越長，繞射能力越強(qiáng)，穿透能力越差，信號(hào)損失衰減越小，傳輸距離越遠(yuǎn)。新增TDD-LTE國內(nèi)三大運(yùn)營商頻譜資源分配移動(dòng)通信的頻譜資源分配國內(nèi)移動(dòng)通信無線頻譜資源分配新增TDD-LTETDD-LTE中國移動(dòng)共獲得130MHz，分別為1880-1920MHz〔F頻段〕