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移动通信概述 A Brief Introduction to Mobile Communications,内容提要,基本概念 技术特点 系统组成 关键技术 主要分类 发展现状,内容提要,基本概念 技术特点 系统组成 关键技术 主要分类 发展现状,何谓“移动通信”,移动通信 vs 无线通信 动中通：支持至少有一方可处于移动状态的“无线”通信。 移动通信 vs 数字移动通信 “数字”的含义：传输环节对承载信息的信号处理方式，是一种相对概念。 蜂窝移动通信 一种特别而普及的公众移动通信系统，因蜂窝状多小区部站覆盖而得名。 相关的流行语 大哥大、手机、全球通、小灵通、GSM、CDMA、3G、WLAN、WIMAX、 切换、漫游、短信、彩铃、移动梦网、资费套餐，移动IP、,几个名词与概念：,移动通信示意图,固网设备 交换网络 无线基站 移动终端,“数字移动通信”是如何造就的,技术本质： 利用电磁媒介传播并基于信号能量检测的无线通信技术。 技术基础 信息论、电波传输技术、数字信号处理技术、计算机技术、材料技术等 需求推动 信息社会对话音、图像、数据等信息快捷灵活交互的需求。 技术进展 通信与信号处理、计算机、微电子、新材料等技术进步造就当今繁荣。,繁荣背后面临巨大技术挑战!,数字移动通信信号的表征,内容提要,基本概念 技术特点 系统组成 关键技术 主要分类 发展现状,技术特点（1）,电波传播环境复杂 频率范围：短波（RF 330MHz ）甚高频（VHF，30300MHz） 和特高频（UHF，3003000MHz）内 ，有利用更高 频段的趋势。 多径传输： 直射 反射 散射 开放环境,技术特点（2）,易受干扰 系统（设备）内/间干扰：共道干扰、邻道干扰、互调干扰、多址干扰，以及近地无用强信号压制远地有用弱信号的现象等 。 自然环境干扰：天气、气候、天文异动、自然灾害等 工业（电器）干扰：城市噪声、电机点火、电器开关等。 人为干扰：恶意干扰,技术特点（3）,频谱资源稀缺 欧洲3G运营频段曾拍出3000亿欧元天价 移动设备要求高 低功耗 便携灵活 低成本（复杂度） 低辐射 高性能（业务能力强）,真有点：“限制马吃草，又让马儿跑得快。”,技术特点（3）,技术特点（4）,系统复杂：以3GPP R4网络结构为例,内容提要,基本概念 技术特点 系统组成 关键技术 主要分类 发展现状,系统组成因类别而有差异 主要组成部分（显性） 移动终端 基站（接入点） 控制与交换中心 对外接口 网络、接口与协议（阴性） 系统部件是通过接口互连 系统往往是一个分层规范的网络 接口根据规范设计 传输与网络协议是规范的主体,移动通信基本组成,典型移动通信系统示意图,蜂窝移动通信系统基本组成,GSM系统基本组成,IMT-2000 接口 由GSM 核心网演进的3G 系统结构,IMT-2000（3G）系统基本组成,多网融合的B3G系统组成,内容提要,基本概念 技术特点 系统组成 关键技术 主要分类 发展现状,传输信道的测量、分析、计算与建模,信道测量与参数提取 多径数量与传播损耗 多普勒频移 干扰 时间与频率选择性 信道质量分析 传输损耗规律分析（衰落 类型分析） 信号、噪声与干扰强度分析 信道建模 信号传输衰减指数 多径信号数量与强度 多天线模型与工作机理 链路计算 根据信道模型、传输方案做链路预算,移动通信组网技术,多用户接入（多址）技术 多址方式 越区切换与漫游（移动性管理） 多小区配置与干扰抑制技术 频率复用 邻小区干扰抑制 信道配置 多信道共用技术 宏分集 多用户信道共享 网结构与信令 核心网：电路、分组、IP 网内/间互连 信令：No.7,移动通信无线传输技术,链路体制设计 双工复用方式：TDD、FDD 信道配置：单/多天线、对称/非对称 信号波形设计 载波：多载波、单载波 调制：模拟/数字、恒波络/非恒波络、高阶调制 抗衰落技术 分集：时间、频率、空间、极化、角度、发送分集等 均衡：时/频域均衡、干扰抵消、Rake接收 交织与编码：Turbo编码 MIMIO与空时频编码 智能天线 抗干扰技术 跳/扩频（时）技术 认知无线电,单工移动通信,双工移动通信,移动通信链路复用体制,半双工移动通信,单工系统只允许一个方向的通信 信息只被接受、不被确认的系统都是单工系统（如寻呼） 根据收、发频率的异同，又可分为同频单工和异频单工。,双工通信 所谓双工通信，是指通信双方可同时进行传输消息的工作方式，有时亦称全双工通信。 半双工通信是指通信双方电台交替地进行收信和发信。,内容提要,基本概念 技术特点 系统组成 关键技术 主要分类 发展现状, 按使用对象可分为民用设备和军用设备； 按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信； 按多址方式可分为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）等； 按覆盖范围可分为广域网、城域网、局域网和个域网； 按业务类型可分为电话网、数据网和综合业务网； 按工作方式可分为同频单工、同频双工、异频单工、异频双工和半双工； 按服务范围可分为专用网和公用网； 按信号形式可分为模拟网和数字网。,移动通信的分类,几种主要分类方法：,主要移动通信系统,蜂窝移动通信系统 陆地公众移动通信系统主要形式，具有越区切换、自动或人工漫游、计费及业务量统计等功能。 集群移动通信系统 属于调度系统的专用通信网，它一般由控制中心、总调度台、分调度台、基地台和移动台组成，适用指挥调度。 无绳电话系统 PTSN的终端无绳接入方案，是PTSN的增强应用。最新形式“小灵通”。 无线寻呼系统 通过无线传输方式实现信息广播、组播、点播 卫星移动通信系统 LEO、GEO 无线因特网接入系统 WBAN、WPAN、WLAN、WMAN、WWAN、WRAN,内容提要,基本概念 技术特点 系统组成 关键技术 主要分类 发展现状,移动通信历史回顾,几个重要的里程碑 1898年：M.G.马可尼完成第一次无线通信试验； 20世纪20年代：美国底特律市警察使用的短波频段（2MHz）车载无线电系统 ； 20世纪40年 ：贝尔电话实验室在圣路易斯城建立了世界上第一个公用汽车电话网，称为“城市系统” ；（人工、公网） 20世纪60年 ：美国推出了改进型移动电话系统（IMTS），采用大区制、中小容量，频道自动选择、能自动接续到公用电话网 ；（自动交换） 20世纪70年 ：提出蜂窝移动通信（小区制）概念，并陆续实现AMPS等第一代蜂窝移动通信系统；（模拟蜂窝） 20世纪80年代中期起：GSM、D-AMPS、IS-95等研制；（数字蜂窝） 20世纪90年代初：卫星移动通信研究热潮，（真正的全球覆盖）； 1998年前后：IMT-2000系统研制启动；WLAN的推广，（宽带CDMA、分组交换）； 2000年前后：启动B3G研究； 2004年前底：3G-LTE启动； 2005年8月：ITU启动IMT-Advanced（B3G/4G）标准化工作。,数字移动通信的演进,无线接入系统的布局,数字媒体广播的进展,数字移动通信系统的全球分布,IP Core Network,Cellular,BWA,WLAN,Digital TV,Satellite,PANs,Services applications,wired access,High-speed Mobile WAN,All-IP, open architecture Separation of technology and application Fast adoption of new systems and services Future-proof,基于全IP核心网的开放结构,未来无线移动通信愿景开放结构,B3G/4G 多层次网络集成,未来无线移动通信愿景多层次集成,IP based convergence backbone,WLAN (2.4, 5, 60GHz),Terrestrial radio (New Mobile Access, IMT-2000 Enhancement, IMT-2000),IN-building,Urban,Rural,Portable Internet (New Mobile Access),Mobile gets IP,IP goes mobile,B3G/4G 基于IP的多网融合,未来无线移动通信愿景多网融合,数字移动通信系统的发展趋势,劳工,老幼护理,农业,医疗,食品,金融,科学研究,教育,家用电器,机器人作业,交通运输,分配,环境,泛在网络世界 连接所有的人和物 任何时间任何地点为任何人办任何事的便捷网络 人与人+人与物+物与物,数字移动通信的未来泛在通信,虚拟现实：不在现场的“身临其境”感受 基于实现海量无线/移动通信的假设 通信与计算机技术的完美结合 一种美好的憧憬,数字移动通信的未来虚拟现实,经典描述 任何人、在任何时间、任何地点、利用任何设备与任何人通信。 个人通信的特征 以个人为中心取代以设备为中心 通信不受环境或设备限制 通信建立“因人而易”，个人可以充分享受通信的快乐与自由 是通信发展的最高境界 无线移动通信的作用 必要也是必然手段 但肯定不是充分手段 ,数字移动通信的未来个人通信,数字移动通信的的标准化,“技术专利化、专利标准化、标准国际化” 成了知识产权领域新的游戏规则。,主要国际标准化组织 国际电信联盟（ITU） 国际频率登记局（IFRB） 国际电话电报咨询委员会（CCIT） 国际无线电咨询委员会（CCIR） 欧洲电信标准协会（ETSI） 电气和电子工程师学会（IEEE） 国内标准化组织 CCSA,统一命名: IMT-Advanced 设计目标 峰值速率:低速移动、热点覆盖场景下1Gbps以上 ,高速移动、广域覆盖场景下100Mbps 支持泛在通信,新一代数字移动通信系统的定义,Granularity Maximizing Multiple Access MIMO OFDM Smart Antenna System & SDMA Iterative Detection SA for IC OFDM/OQAM-IOTA,M-WiMAX Evolution DFE, Synchronization & Detection Performance Optimization FLP / FXP Design,Spectrum Sensing Adaptive Frame Structure,Interference Analysis Coverage / Throughput Optimization Iterative Channel Estimation Hybrid Double-Dwell Acquisition,3G LTE & 4G 系统技术,M-WiMAX 系统技术,认知无线电,RFID, DMB & UWB,未来数字移动通信热点技术（1）,3GPP LTE, 4G Mobile Access Systems M-WiMAX, CR Systems,Radio Resource Management Dynamic Channel Assignment Dynamic Power Allocation Adaptive Modulation & Coding Inter-Cell Interference Mitigation Management of Various QoS Optimization of CQI Feedback Load,跨层设计问题,资源调度,自适应编码调制,研究热点,应用,QPSK 1/3 w. P4,1/3,QPSK 1/12 w. P4,1/12,64-QAM-5/6 w. P64, 5/6,16-QAM 1/3 w. P16,1/3,未来数字移动通信热点技术（2）,MMR Relays to enhance Coverage, Capacity & Flexibility Extension to the Conventional Single-hop Cellular Network Attractive Attention for Future IMT-Advanced,多跳蜂窝网,Scheduling Routing Metric Impact of UE Mobility Diversity Combining Scheme in Multi Routes Cooperative MIMO,研究热点,未来数字移动通信热点技术（3）,第一代蜂窝移动通信基本退出历史舞台； 第二代蜂窝移动通信取得空前辉煌； 第二代演进系统 (2.5G/2.75G) 提供3G延迟带来的业务空档； 第三代蜂窝移动通信在经历不断延期后逐步进入商用，市场前景不明朗； 无线 PAN/LAN/MAN/WAN 特有方式雄心勃勃地为互联网用户等提供数据类业务，给未来蜂窝移动通信构成很大冲击； 为了应对WLAN等带来压力，3G增强系统 (3G+) 已经研制成功，以弥补3G业务能力不足； 当广受争议的3G尚未部署的时候，全球已经开展新一代蜂窝系统 (B3G/4G) 研究与开发，各种演示系统粉墨登场； 为了避免市场风险，运营商主动出击倡导 3G长期演进系统 (LTE-E3