[工学]移动通信概述.ppt

,数字移动通信技术,通信电子工程系,教材目录,第一章 移动通信技术基础 第二章 第二代移动通信系统（2G） 第三章 第三代移动通信系统（3G） 第四章 第四代移动通信系统（4G）,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,移动通信的发展,移动通信发展的趋势,3,2,移动通信的基本组成,4,移动通信的特点,5,移动通信的频谱划分,6,移动通信的含义,1,1.1 移动通信概述,一、移动通信的含义,第1章 移动通信技术基础,1. 定义：指通信双方至少有一方是在移动中进行信息传输和交换。,移动体固定点（固定无线电台或有线用户）,移动体移动体（车、船、飞机、行人）,2. 概念的扩展,. 移动业务呼叫转移到固定电话上后与固定电话的通信。,. 基于短消息方式的数据采集，收发双方均为固定设备。,3. 主要目标,解决因为人或设备的移动性产生的信息传输和交换的问题。,一、移动通信的含义,4. 通信内容,语音、数据、图像、视频等,5. 含义的关键点,“动中通”，突出特点是移动性,6. 最终目标,实现5W通信：Whenever,Wherever,Whoever,Whomever,Whatever。,设备的移动性 业务的移动性 个人身份移动性（SIM卡）,任何时间、任何地点任何人可以和任何其他的人进行任何种类的通信。,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,二、移动通信的发展,1835年： 电报,“莫尔斯”电码 1875年6月2：“贝尔”发明电话 1864年：“麦克斯韦”电磁场理论 1887年：“赫兹”验证电磁场理论，无线电诞生 1897年：“马可尼”完成陆地和拖船间18海里无线通信实验。 无线通信的开端,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,二、移动通信的发展,第一阶段,时间： 20世纪 20年代至40年代(1920-1940),特点： 专用移动通信系统，小容量，广播式，工作频率低330MHZ，,典型： 1928年【美】底特律警用车辆电话调度系统,天线长，话音质量差,典型： 贝尔“公用汽车电话网”，单工方式； 美：寻呼系统,特点： 公用网，人工接续，大区制，小容量,技术： 贝尔实验室完成人工交换系统接续问题,时间： 20世纪 40年代至60年代(1940-1960),第二阶段,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,典型： 美，改进型移动电话系统IMTS ；西德，B网,特点： 自动选频，自动接续，大区制，容量增大；集群系统开始发展,时间： 20世纪 60年代至70年代中,第三阶段,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,典型： 美AMPS 英TACS 北欧NMT 日HCMTS,特点： 形成模拟通信的体制， 1G：模拟技术，频分多址技术，语音为主，调频话音，数字信 令，区域性移动通信系统；蜂窝小区，大容量，采用频率再用；模拟系统，设备复杂，业务受限，保密性差，频谱利用率低，费用高，不能进行长途漫游,时间： 20世纪 70年代中期至80年代中期,技术： 微电子技术移动终端 贝尔实验室提出蜂窝概念用户容量 大规模集成电路、微处理器网络控制,第四阶段,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,典型： 欧全球通GSM 美CDMA(IS-95) 日PDC,特点： 数字移动通信系统、2G：数字技术，TDMA/FDMA,CDMA，频谱利用,时间： 20世纪 80年代中期至90年代末,第五阶段,率提高，大大提升系统容量，能提供语音、数据等多种业务服务,典型： WCDMA TD-SCDMA CDMA2000 Wimaxwaimks,特点： 第三代移动通信系统，4G研究中,时间： 20世纪90年代末至今（2000-今）,第六阶段,07年补选入,图1-1 3G能够提供的业务及所需带宽,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,3G也称IMT-2000（International Mobile Telecommunication 2000 国际移动通信系统）,其中2000表示三个含义：,1、该系统在2000年以后提供商用 2、工作于2000MHZ频带 3、最高数据传输速率为2000Kbit/s,上述移动通信发展的6个阶段可以总结为三代移动通信系统，即：第一代模拟移动通信系统、第二代数字移动通信系统和第三代移动通信系统。,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,我国移动通信的发展：,TACS模拟A网和B网 （两种制式不能兼容） 1995年全国联网，2001年底关闭,1. 大哥大,2. G网创造历史,GSM 93年引入，在嘉兴实验，900MHZ,3. D网,DCS1800（GSM1800） 基本体制与GSM900完全一致，工作在1800MHZ，解决GSM900系统容量问题,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,2002年5月17移动正式开通GPRS，分组交换，多用户共享某些固定的频率资源。,4. GPRS网 (2.5代)通用分组无线业务,与GSM有相同的频段，频带宽度及相同的TDMA帧结构，所以只需在GSM上做软件升级。,5. CDMA打破垄断格局,与G网几乎同时建设，早期叫“长城网”，2001年，中国联通建设容量为1330万的网络，自此，GSM垄断全国的格局被打破，（号段：133，153，189，180）,接通率高，噪声小，发射功率低，安全性高，抗干扰能力强。,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,6. 小灵通横空出世,采用“微蜂窝”技术,未被明确定义为移动通信技术，是“固定电话”的延伸,（堂而皇之地被未获得移动牌照的中国电信和原中国网通采纳）,一开始实行单向收费，标准与固话基本一致（除包月外），而当时的移动实行价格高昂的双向收费，所以买小灵通主要是便宜。它极大的冲击了传统移动通信的暴利时代。,2009年，工业和信息产业部要求运营商在2011年底前完成小灵通所占的频段（19001920MHZ）的清频工作。,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,7. 大灵通昙花一现,SCDMA，同步码分多址俗称“大灵通”,他真正的独特性体现在: 它是世界上,第一次优化组合以上功能实现码分多址的无线通信协议，成为国际领 先的无线通信技术标准。,第一套将“智能天线”应用于商业电信运营的无线通信技术标准，,第一次将FDD用于宏蜂窝结构，基站和终端都大规模采用软件无线电结构，,SCDMA由大唐电信科技产业集团旗下的北京信威通信公司研制的无线通信技术平台，是TD-SCDMA的核心组成部分,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,8. 3G运营商重组,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,三、移动通信发展的趋势,多址方式：FDMA、TDMA、CDMA、混合多址、固定多址和随机多址的结合,工作频段：短波、超短波、微波、毫米波、红外线、超长波,频道间隔：100KHZ、50KHZ、25KHZ、12.5KHZ、宽带扩频信道,调制方式：振幅压扩单边带、模拟调制、数字调制,网络覆盖：蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝、混合蜂窝,网络服务范围：局部地区、大中城市、全国、全世界、陆海空一体化,业务类型：通话为主、传送数据、传真、静止图像、传送综合业务,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,四、移动通信的基本组成,移动通信包括,无线传输,有线传输,使用的主要设备,信息的收集、处理和存储等,移动终端设备,交换控制设备,无线收发信机,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,交换网络子系统,移动通信网包括,手持式,移动用户终端,基站网络子系统,车载式,移动交换中心(MSC),携带式,基站收发信台(BTS),基站控制器(BSC),设备标志寄存器(EIR),归属位置寄存器(HLR),认证中心(AUC),访问位置寄存器(VLR),1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,五、移动通信的特点,1. 电波传播环境十分恶劣,弥散损耗、阴影效应、多径衰落、时延扩展、多普勒频移,（1）弥散损耗,（2）阴影效应,当电波在传播路径上遇到起伏地形、建筑物、植被（高大的树林）等障碍物的阻挡时，存在阴影区（盲区），使得电波被吸收或被反射导致移动台接收不到信息。,电波随着传播距离的增加而引起的损耗（大气折射引起的损耗）,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,（3）多径衰落、时延扩展,电波遇到各种障碍物时会发生反射和散射现象， 它对直射波会引起干涉， 即产生多径衰落现象,假设基站发射一个极短的脉冲信号Si(t)=a0(t)， 经过多径信道后， 移动台接收信号呈现为一串脉冲， 结果使脉冲宽度被展宽了。 这种因多径传播造成信号时间扩散的现象， 称为多径时散（时延扩展）。,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,MS与BS相对运动时，接收频率与发射频率不相同，这种现象称为多普勒效应，接收频率与发射频率之差称为多普勒频移。,（4）多普勒频移,V -车速,-信号与MS运动方向的夹角,f -工作频率,c -光速,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,2. 移动台受到干扰和噪声的影响,外部干扰：天电干扰、工业干扰、信道噪声 系统干扰,邻道干扰（保证信道间隔） 共道干扰（由蜂窝网频率再用引起） 互调干扰（多种频率信号同时进入非线性器件产生 谐波分量） 多址干扰（CDMA特有） 远近效应（近地无用强信号抑制远地有用弱信号）,3. 移动接收设备动态范围大,由于MS不断变化，接收机发射机之间的距离也变化，接收电平变化较大，因而要求接收设备有很大的动态范围。,MS小、轻、省电、还得保证在震动、冲击、高低温度变化等恶劣环境中正常工作,4. 无线频谱拥挤,（1）频谱有限：VHF(甚高频)、UHF（特高频）,150MHZ、 450MHZ、 900MHZ-2000MHZ,寻呼机 对讲机 手机,（2）解决办法,a. 开辟启用新频段,b. 研究新技术，如缩小波道间隔，频率复用和多波道公用等,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,5. 组网技术复杂,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,组网方式,小容量大区制,大容量小区制,大区制, 概念：采用一个BS管辖，控制所有MS，并通过BS与公共交换电话网PSTN相连，以进行无线和有线用户间的通信。, 特点：天线高、半径大、发射功率高、频率利用率低、网络结构简单，系统容量不高，但上行链路难以保证，适用中小城市或专业通信网。, 概念：将一服务区分为若干 小区，每小区设BS，系统 内设MSC控制所有BS协 同工作，可重复使用频 率。,小区制, 特点：天线低、半径小、发 射功率小、频率利用率 高、组网灵活、网路构成 复杂。用户容量可达上 千。,5. 组网技术复杂,组网方式,小容量大区制,大容量小区制,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,六、移动通信的频谱划分,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,划分频率应遵循以下原则：,1、合理、有效、节约使用频率资源，按业务分类规划频率,2、适应发展，灵活规划，分步实施便于调整,3、有利于开发利用先进技术和成熟、可靠的技术标准体制,无线电频谱资源的特性：,1、共性：国家或全人类所有,2、特性: （1）资源有限,（2）非消耗资源,（3）传播特性固有，不受地域的限制,（4）易受到污染,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,移动通信的标准化组织,一、国际标准化组织（ISO）,国际电信联盟（International Telecommunication Union,ITU）,联合国专门机构之一，主管信息通信技术事务，由无线电通信、,ITU成立于1865年，总部在瑞士的日内瓦,建立了电报、电话和无线与卫星通信的国际通用规则,标准化和发展三大核心部门组成，是全球性的非政府组织。,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,二、不同地区和国家的标准化组织,1、北美,在美国负责移动通信标准化的组织是电子工业协会（EIA）和电信工业协会（TIA），后者是前者的一个分支。此外还有一个蜂窝电信工业协会(CTIA)。,1992年1月，EIA和TIA发布了数字蜂窝通信系统的临时标准IS-54，它定义了用于蜂窝移动终端和基站之间的空中接口标准（EIA92）。,后来TIA组成一个新的分会TR45.5，开始研究基于Qualcomm CDMA系统的蜂窝标准，并于1993年7月16日发布了CDMA蜂窝系统的空中接口标准IS-95。,1.1 移动通信概述,第1章 移动通信技术基础,2、欧洲,电信标准由欧洲电信标准化协会（ETSI）来制定，在ETSI的下面，有一个致力于发展GSM系统的小组，称为扩展移动通信小组（SMG）或称为特殊移动通信小组（Group of Special Mobile,GSM）,SMG从1983年开始工作，当时预计GSM系统在1991年部署，欧洲的谅解备忘录联合会是