移动通信概述1.ppt

第1章 移动通信概述 主讲教师：宋建华 E-mail: sjh_ Date1 上课要求 不许迟到、早退； 上课时手机最好关机，尽量不要说话； 不得无故旷课，有病、有事要请假； 认真听讲，记好课上重点内容 Date2 考核方法 平时出勤+作业+课上表现（10%） 读书报告（15%） 实验（15%） 期末考试（60%） 参考教材：数字移动通信，人民邮电出 版社，康晓非、暴宇编著 Date3 移动通信的发展1.1 移动通信基本概念1.2 1.3常用的移动通信系统 Date4 1.1 移动通信的发展 1.1.1 世界移动通信的发展 1.1.2 中国移动通信的发展 Date5 第1章 移动通信概述 现代移动通信技术的发展始于20世纪20年代,大致经历 了五个发展阶段。 一 . 第一阶段从20世纪20年代至40年代初，为移动通信 早期发展阶段。 特点： 1. 主要应用在专用系统和军事通信领域; 2. 使用的波段为短波波段; 3. 移动通信的设备采用电子管，又大又笨重，通信效果差; 4. 采用人工交换和人工切换频率的控制和接续方式。 其代表系统是1921年美国底特律和密执安警察厅开始使用的 车载无线电系统，该系统工作频率为2MHz。 1.1.1 世界移动通信的发展 *6 第1章 移动通信概述 特点： 1. 开始运用于民用系统； 2. 在频段使用上，开始使用VHF的150MHz，到了后来又发 展到400MHz频段； 3. 由于晶体管的出现，使移动台向小型化方面大大前进了一 步，通信效果也比以前有了明显的好转； 4. 从人工交换到专用自动交换系统。 二. 第二阶段从20世纪40年代至60年代末，移动通信取 得了进一步的发展。 美国、英国、日本、西德等国开始应用汽车公用无线电话（ MTS或IMTS），如1946年美国的圣路易斯城建立了世界上第 一个公共汽车电话系统。 1.1.1 世界移动动通信的发发展 *7 第1章 移动通信概述 1.1.1 世界移动动通信的发发展 三. 第三阶段从20世纪70年代至80年代末，移动通信开始 了空前的快速发展。 特点： 1. 开始运用于个人领域； 2. 在频段使用上，使用频段为800/900MHz； 3. 移动设备小型化，系统大容量化； 4. 集成交换系统。 这个时期的系统的主要技术是模拟调频、频分多址，以模拟方式 工作，加之以蜂窝小区进行组网，故称为模拟蜂窝移动通信系统 。其典型系统包括AMPS系统、TACS系统和NMT系统等。 *8 第1章 移动通信概述 1.1.1 世界移动动通信的发发展 四. 第四阶段从20世纪90年代至20世纪末，这是数字移动 通信系统发展和成熟时期。 随着超大规模集成电路和低速率语音编码技术的出现，数 字通信技术表现出了比模拟技术更突出的优越性，在移动通 信领域也出现了数字技术取代模拟技术的趋势， 数字蜂窝移动通信系统是以数字传输、时分多址或码分多 址为主体技术，采用蜂窝结构组网的系统。 习惯上将模拟蜂窝移动通信系统称为1G（第一代移动通信 ），将数字蜂窝移动通信系统称为2G（第二代移动通信） 2G的典型系统包括：GSM系统、IS-95 CDMA系统、 DAMPS系统和JDC系统 *9 第1章 移动通信概述 第四阶阶段从20世纪纪90年代至20世纪纪末 GSMGSM系统系统 GSM（Global System for mobile communications全球移 动通信系统）系统源自欧洲，1991年7月欧洲第一个GSM系统 首先在芬兰开通。 IS-95 IS-95 CDMACDMA系统系统 1995年，第一个CDMA商用网络在香港地区开通，随后 CDMA在韩国、美国、澳大利亚等国得到了大规模应用。 *10 第1章 移动通信概述 JDCJDC系统系统 JDC（Japanese Digital Cellular）现在也称PDC（Pacific Digital Cellular太平洋数字蜂窝)是由日本自行研发的,1990年 日本开始制定相关技术标准，1993年开始商用。 DAMPSDAMPS系统系统 DAMPS（Digital AMPS），是由AMPS系统发展而来的 。 该系统1993年首先在美国应用，随后主要应用在北美一些国 家。 第四阶阶段从20世纪纪90年代至20世纪纪末 *11 第1章 移动通信概述 五.第五阶段开始于2000年左右，为宽带蜂窝移动通信 系统具体的设计、规划和实施阶段。 2G的一些不足之处： 1. 不能满足未来用户的业务需求； 2. 不能满足用户容量的发展需求； 3. 几个主流技术相互之间并不兼容。 因此，在2G广泛应用的同时，以提供宽带高速数据业务为 特点的第三代移动通信（3G）技术已经成为了移动通信领域 的一个新的研究热点。 1.1.1 世界移动动通信的发发展 *12 第1章 移动通信概述 3G的目标主要有以下几个方面： 第五阶阶段开始于2000年左右 1. 全球漫游，以低成本的多模手机来实现。全球具有公 用频段，用户不再限制于一个地区和一个网络，而能在整 个系统和全球漫游。 2. 适应多种环境，采用多层小区结构，即宏蜂窝、微蜂 窝、微微蜂窝，将地面移动通信系统和卫星移动通信系统 结合在一起，与不同网络互通，提供无缝漫游和业务一致 性。 3. 能提供高质量的多媒体业务。 4. 足够的系统容量、强大的多种用户管理能力、高保密 性能和服务质量。 *13 开始3G的 研究,当 时称为 FPLMTS 1985年1996年1998年2000年 FPLMTS正 式更名为 IMT-2000 1998.6.30 ITU共收 到10种地 面无线传 输方案. 2000.5 CDMA2000 WCDMA TD-SCDMA 2007年 2007.10 Wimax 成为3G 第四大 标准 ITU 序号提案名称双工方式提交者 1J:W-CDMAFDD、TDD日本：ARIB 2ETSI-UTRA-UMTSFDD、TDD欧洲：ETSI 3WIMS W-CDMAFDD美国：TIA 4WCDMA/NAFDD美国：T1P1 5Global CDMA IIFDD韩国：TTA 6TD-SCDMATDD中国：CATT 7cdma2000FDD、TDD美国：TIA 8Global CDMA IFDD韩国：TTA 9UWC-136FDD美国：TIA 10EP-DECTTDD欧洲：ETSI DECT计划 Date14 1.1 移动通信的发展 1.1.1 世界移动通信的发展 1.1.2 中国移动通信的发展 Date15 第1章 移动通信概述 我国移动通信发展起步较晚，移动通信在我国的快速发 展也仅仅20多年，但发展速度和规模令世人瞩目，目前，中 国移动已经成为世界上第一大运营商，中国拥有全世界最多 的手机用户群， 图1-1 我国历年移动用户数统计 1.1.2 中国移动通信的发展 *16 第1章 移动通信概述 我国移动通信按照其演进的顺序可大致划分为四个 阶段，即1G、2G、2.5G 和3G。 1984年，隶属于原邮电部传输研究所的无线室移动通信组 接到了当时邮电部要求跟踪蜂窝移动电话、研究中国移动电 话如何上的任务。 1987 年11月18日，借第六届“全运会”开幕之机，中国第 一个 TACS 模拟蜂窝移动系统在广东省投入商用。 一. 第一代移动通信（1G） 首批用户只有700户，1988年，用户突破3200户，1994年 激增到157万户。但随后我国启动了数字网，模拟用户逐步 转移到数字网，并于 2001 年在全国关闭了模拟网。 1.1.2 中国移动动通信的发发展 *17 第1章 移动通信概述 二. 第二代移动通信（2G） 我国于1994 年10月在广东开通了第一个省级GSM 数字 蜂窝移动网。1995年4月原邮电部在全国15个省市相继建 GSM网，同年7月中国联通在京、津、沪、穗4个地区开通 GSM网。 CDMA在我国的发展开始于1997年底，当时首先在北京 、上海、西安、广州4个城市开通了CDMA商用实验网。 该 网被称作长城网。2001年1月，长城网经过资产清算后，正 式移交中国联通。2001年2月，联通CDMA网络建设的具体 筹划工作正式展开。2002年1月中国联通CDMA网开通。 1.1.2 中国移动动通信的发发展 *18 第1章 移动通信概述 系统容量提高； 话音质量更好； 便于实现通信安全保密； 能提供多种业务服务，提高通信系统的通用性； 能实现更有效灵活的网络管理和控制； 可降低设备成本和减小用户手机的体积和重量。 2G的特点： 1.1.2 中国移动动通信的发发展 *19 第1章 移动通信概述 三. 第2.5代移动通信（2.5G） 2.5G移动通信技术是从2G迈向3G的衔接性技术。通常所 说的2.5G包括： GPRS（General Packet Radio Service, 通用分组无线业务） CDMA20001X（码分多址20001X） 相比2G（GSM和IS-95 CDMA）,2.5G技术支持分组数据 ，实现了更高的数据传输率(GPRS最高可以达到171.2Kbps 的数据率，CDMA2000-1X最高可以达到307.2Kbps的数据率 ）。 1.1.2 中国移动动通信的发发展 *20 第1章 移动通信概述 2002 2003 2003 2002年5月17日,中国移动通信GPRS业务正式投入商用。 2003年1月28日,上海联通率先开通CDMA1X网络,标志着 中国联通的CDMA移动通信全面进入了真正的2.5G。 2003年3月28日 中国联通在京宣布，CDMA1X网络正式建 成开通，同时联通还发布了名为“联通无限”（U-MAX) 的无线数据业务品牌。 2.5G在中国 1.1.2 中国移动动通信的发发展 *21 第1章 移动通信概述 四. 第3代移动通信（3G） 3G是在2G数字化基础上，以业务多媒体化为主要目标 。 2009年1月7日，工业和信息化部为中国移动、中国联通 和中国电信发放了3张3G牌照，此举标志着我国正式进入 3G时代。其中，批准中国移动增加基于TD-SCDMA标准 的3G牌照，中国联通增加基于WCDMA标准的3G牌照。 中国电信增加基于cdma2000标准的3G牌照。 1.1.2 中国移动动通信的发发展 *22 第1章 移动通信概述 中国移动动通信的发发展 中国移动启动TD-SCDMA试商用网公开招标，覆盖8城市( 北京、上海、天津、沈阳、秦皇岛、广州、深圳、厦门) 2007 2008 4月，8个城市启动TD试商用。8月，中国电信在广州部 署的CDMA2000试验网。8月8日,中国兑现TD服务奥运承 诺。9月，中国移动宣布启动TD二期建设。12月，中国 联通在7城市推WCDMA试验网。 2009 1月7日，工信部为中国移动、中国电信和中国联通发放3 张3G牌照，此举标志着我国正式进入3G时代。 1.1.2 中国移动动通信的发发展 *23 移动通信的发展 1.1 移动通信基本概念1.2 1.3 常用的移动通信系统 Date24 1.2 移动通信基本概念 1.2.1 移动通信的定义及特点 1.2.2 移动通信的分类 1.2.3 移动通信的工作频段 1.2.4 移动通信的工作方式 Date25 第1章 移动通信概述 1.2.1 移动通信的定义及特点 一移动通信的定义 所谓移动通信，是指通信双方或至少有一方处于移动中进 行信息传输和交换的通信方式。 二移动通信的特点 1.移动通信利用无线电波进行信息传输; 2.移动通信是在复杂的干扰环境中运行; 3.随着业务量的增加,可利用的频谱资源非常有限; 4.对移动台的要求高; 5.通信容量有限; 6.通信系统复杂. *26 1.2 移动通信基本概念 1.2.1 移动通信的定义及特点 1.2.2 移动通信的分类 1.2.3 移动通信的工作频段 1.2.4 移动通信的工作方式 Date27 第1章 移动通信概述 1.2.2 移动通信的分类 移动通信的分类 按使用环境分类-陆地通信/海上通信/空中通信 按多址方式分类-FDMA/TDMA/CDMA 按信号形式分类-模拟网/数字网 按工作方式分类-单工/双工/半双工 按使用对象分类-民用系统/军用系统 按服务范围分类-专用网/公用网 按覆盖范围分类-城域网/局域网/个域网 按业务类型分类-电话网/数据网/综合业务网 *28 1.2 移动通信基本概念 1.2.1 移动通信的定义及特点 1.2.2 移动通信的分类 1.2.3 移动通信的工作频段 1.2.4 移动通信的工作方式 Date29 第1章 移动通信概述 1.2.3 移动通信的工作频段 早期的移动通信主要使用VHF和UHF频段，其主要原因有 以下三点： 1.VHFUHF频段较适合移动通信。从VHFUHF频段的电 波传播特性来看，主要是在视距范围内传播，一般为几到几 十公里，比较适合移动通信。 3.抗干扰能力强。由于工业火花干扰及天电干扰等属脉冲干 扰，随着频率增高，干扰幅度越小。从而使工作在VHF UHF频段的设备,可以用较小的发射功率获得较好的信噪比。 2.天线较短，便于携带和移动。天线长度决定于波长，移动 台中使用最多的是4的鞭状天线。 *30 1.2 移动通信基本概念 1.2.1 移动通信的定义及特点 1.2.2 移动通信的分类 1.2.3 移动通信的工作频段 1.2.4 移动通信的工作方式 Date31 第1章 移动通信概述 1.2.4 移动通信的工作方式 一. 单工通信 三. 半双工通信 二. 双工通信 频分双工（FDD） 时分双工（TDD） 同频单工 异频单工 *32 第1章 移动通信概述 一. 单工通信 单工通信是指通信双方电台交替地进行收信和发信。 1.定义 2.原理图 图1-2 单工通信 1.2.4 移动动通信的工作方式 *33 第1章 移动通信概述 3. 分类 根据收、发频率的异同，又可分为： 同频单工 异频单工 同频是指通信的双方， 使用相同工作频率（f1）；操作 采用“按讲”（push to talk，PTT）方式。平时,双方的 接收机均处于守听状态。 是指通信的双方使用两个不同频率为f1和f2 ，而操作仍 采用“按讲”方式。由于收发使用不同的频率，同一部 电台的收发信机可以交替工作，也可以收常开，只控制 发，即按下PTT发射。 单单工通信 *34 第1章 移动通信概述 4. 特点 同频单工的优点是： 缺点是: 设备简单； 移动台之间可直接通话，不需基站转接； 不按键时发射机不工作，因此功耗小。 当附近有邻近频率的电台发射时，容易造成强干扰。 只适用于组建简单和甚小容量的通信网； 当有两个以上移动台同时发射时就会出现同频干扰； 单单工通信 *35 第1章 移动通信概述 f1 终端2 f2 终端2 终端1 终端1 是指通信的双方，收发信机均同时工作，即任一方在发 话的同时，也能收听到对方的话音。 二. 双工通信 频分双工（FDD） 1.定义 2.分类 t 终端1终端3终端1 终端2 终端2终端4 时分双工（TDD） 1.2.4 移动动通信的工作方式 *36 第1章 移动通信概述 3.频分双工原理图 图1-3 频分双工通信 双工通信 *37 第1章 移动通信概述 4.特点 缺点： 优点： 用户使用方便。 收发频率分开可大大减小干扰； 移动台在通话过程中总是处于发射状态,因此功耗大； 移动台之间通话需占用两个频道； 设备较复杂,价格较贵。在无中心台转发的情况下,异 频双工电台需配对使用,否则通信双方无法通话。 双工通信 *38 第1章 移动通信概述 1.2.4 移动动通信的工作方式 移动台B采用类似单工的“按讲”方式，即按下按讲开关， 发射机才工作，而接收机总是工作的。基站工作情况与双 工方式完全相同。 三. 半双工通信 1.定义 2.原理图 图1-4 半双工通信 *39 第1章 移动通信概述 3. 特点 优点： 移动台设备简单，价格低， 耗电少； 收发采用不同频率，提高了频谱利用率； 移动台受邻近电台干扰小。 缺点： 移动台仍需按键发话， 松键受话， 使用不方便。 由于收发使用不同的频率，同一部电台的收发信机可以交 替工作，也可以收常开，只控制发，即按下PTT发射。 半双工通信 *40 移动通信的发展1.1 移动通信基本概念1.2 1.3常用的移动通信系统 Date41 1.3 常用的移动通信系统 1.3.1 无绳电话系统 1.3.2 集群移动通信系统 1.3.3 无线电寻呼系统 1.3.4 卫星移动通信系统 1.3.5 蜂窝移动通信系统 Date42 第1章 移动通信概述 1.3.1 无绳电话系统 简单的无绳电话机是把普通的电话单机分成座机和手 机两部分，座机与有线电话网连接，手机与座机之间利 用无线方式进行连接，这样允许携带手机的用户可以在 一定范围内自由活动时进行通话。因为手机与座机之间 不需要用电线连接，故称之为“无绳”电话机。 一. 无绳电话的概念 *43 第1章 移动通信概述 1.3.1 无绳电话绳电话 系统统 第一代无绳电话系统，每个座机只允许连接一个手持机 ，覆盖仅限于家庭或办公室的几个房间范围。 无绳电话自20世纪70年代后期出现以来发展迅速。 二. 无绳电话的发展 1. 第一代无绳电话系统 图1-5 第一代无绳电话系统示意图 *44 第1章 移动通信概述 （1）第二代数字无绳电话系统(CT-2),把覆盖范围扩展到室 外。在室外CT-2把基站安装到人口密集区,如购物商场、繁 华街道等。只要无绳电话机是某个基站提供商的用户，就可 在该基站服务区内任意打电话,但不能从基站呼入到无绳电 话，因为网络不具有对移动用户的路由支持。 （2）CT-2不支持切换 2. CT-2系统 无绳电话绳电话 的发发展 *45 第1章 移动通信概述 源自欧洲 数字增强无绳电话系统DECT（Digital Enhanced Cordless Telecommunications），主要是针对办公楼设计 的。 DECT系统主要功能是为一幢大楼内的用户交换机（ PBX，Private branch exchange）的电话使用者提供局部的 移动性。 DECT系统在楼内安装了许多基站，这些基站通过控制器 与PBX相连。手持机与距离最近的基站通信，当用户移动 到另一个基站覆盖区域时，系统能进行呼叫切换。 DECT 系统的用户也可以接听电话。 3. DECT系统 无绳电话绳电话 的发发展 *46 第1章 移动通信概述 更为先进的无绳电话系统是日本的PHS（Personal Handyphone System）。 PHS系统拥有广泛分布的基站 ，能支持基站间的切换和呼叫路由。 4. PHS系统 无绳电话绳电话 的发发展 图1-6 PHS系统示意图 CS CS CS CSC RT CS PSTN CSC *47 1.3 常用的移动通信系统 1.3.1 无绳电话系统 1.3.2 集群移动通信系统 1.3.3 无线电寻呼系统 1.3.4 卫星移动通信系统 1.3.5 蜂窝移动通信系统 Date48 第1章 移动通信概述 1.3.2 集群移动通信系统 一集群通信系统概念 定义:系统所具有的可用信道可为系统的全体用户共用 ，具有自动选择信道功能，是一种共享资源、分担费用 、共用信道设备及服务的多用途、高效能的无线调度通 信系统。 主要面向各专业部门如公安、铁道、水利、军队等， 以及各专业部门用户为服务对象。在抢险救灾、处理各 种突发事件等场景可以及时准确的调度指挥通信。 可以提供单呼、组呼、广播呼叫、短信息等业务。用户 之间存在一定的关系和不同的呼叫级别。 *49 第1章 移动通信概述 二集群系统的组成 集群系统一般由终端设备、基站、调度台和控制中心等 组成。 1.3.2 集群移动通信系统 图1-7 集群移动通信系统示意图 *50 第1章 移动通信概述 1基站 它由若干基本无线收发信机、天线共用器、天馈线系统 和电源等设备组成。天线共用器包括发信合路器和接收多路 分路器。天馈线系统包括接收天线、发射天线和馈线。 2移动台 用于运行中或停留在某未定地点进行通信的用户台，它 包括车载台、便携台的手持台，由收发信机、控制单元、天 馈线(或双工台)和电源组成。 3 调度台 它是能对移动台进行指挥、调度和管理的设备，分有线 和无线调度台两种，无线调度台由收发机、控制单元、天馈 线(或双工台)、电源和操作台组成。有线调度台只有操作台 。 集群系统的组成 *51 第1章 移动通信概述 4控制中心 控制中心包括系统控制器、系统管理终端和电源等设备， 它主要控制和管理整个集群通信系统的运行、交换和接续。 它由接口电源、交换矩阵、集群控制逻辑电路、有线接口电 路、监控系统、电源和微机组成。 集群系统的组成 根据集群用户业务需要，集群移动通信系统从组网规模上 看，可分为单区系统和多区系统。单区系统适用于容量小、 覆盖面积小的业务组网，该系统设备组成简单，即由一个基 本型的系统设备组成。多区系统适用于容量大、覆盖面大的 业务组网，其系统设备组成复杂，它由多个单区系统加上连 接设备(有线或无线及专用接口设备)组合而成。 *52 1.3 常用的移动通信系统 1.3.1 无绳电话系统 1.3.2 集群移动通信系统 1.3.3 无线电寻呼系统 1.3.4 卫星移动通信系统 1.3.5 蜂窝移动通信系统 Date53 1.3.3 无线电寻呼系统 一. 无线寻呼系统的组成 p 无线电寻呼系统是一单向通信系统。 p 系统构成： p 寻呼中心 p 基站 p 寻呼接收机 p 如果主叫用户要寻找某一个被叫用户时，他可利用市内电 话拨通寻呼台，并告知被叫用户的寻呼编号，主叫用户的 姓名，回电话号码及简短的信息内容。话务员将其输入计 算机终端，经过编码市制，最后由基站无线电发射机发送 出去。被叫用户如在它的覆盖范围内，他身上的寻呼接收 机则会收到无线寻呼信号。 Date54 Date55 第1章 移动通信概述 1948 美国贝尔实验室试制Bell-boy(带铃的仆人)呼叫寻呼机 1952 美国贝尔实验室制成Bell-boy呼叫系统 1956 美国MOTOROLA公司研制成功工作在150KHz寻呼设备 1958 美国的Bell-boy系统改进后开放寻呼业务 二. 无线寻呼发展历程 1.3.3 无线寻呼系统 *56 第1章 移动通信概述 寻呼发展历程 1984 我国第一家商用寻呼台在上海开通,当时共有用户4000人 2005 中国联通开始退出寻呼业 1992 1997 寻呼业务在中国蓬勃发展,全国出现了几千家寻呼台,其中以 中国电信的126/127和中国联通的191/192最为有名 1998 中国电信寻呼从原邮电局剥离出来成立了国信通信 1999 国家将“国信通信”成划入中国联通 *57 1.3 常用的移动通信系统 1.3.1 无绳电话系统 1.3.2 集群移动通信系统 1.3.3 无线电寻呼系统 1.3.4 卫星移动通信系统 1.3.5 蜂窝移动通信系统 Date58 第1章 移动通信概述 1.3.4 卫星移动通信系统 利用卫星通信系统可以实现在海上、空中以及地形复杂的 地区的通信，具有独特的优越性，因此很早就引起了人们的重 视。这里我们简单介绍一下具有代表性的两种低轨卫星移动通 信系统，铱星（Iridium）系统和全球星（Global star）系统。 铱星系统是是美国摩托罗拉公司提出的第一代真正依靠卫 星通信系统提供联络的全球个人通信方式，其最初计划是围绕 地球设计7条轨道，每条轨道上均匀分布着11颗卫星，这样共 77颗星组成一个完整的星座。它们就像化学元素铱(Ir)原子核 外的77个电子围绕其运转一样，铱星也因此得名。后来经过计 算证实，6条轨道就够了，于是，卫星总数减少到66颗，但仍 习惯称为铱星，其轨道高度为765公里。 1铱星系统 *59 Date60 第1章 移动通信概述 1987 MOTOROLA正式宣布进行铱系统的开发研究。 1999 1999年8月，铱星公司便提出了破产重组的申请。 1998 1998年5月，布星任务全部完成，加上备用星和已经损坏 的星实际共发射了79颗铱星。 1998 1998年11月，历时12年，耗资57亿美元正式投入运营。 19