第一章 移动通信概论.ppt

移动通信 主讲 桂小林 第1章概论 1 1移动通信的概念与意义1 2移动通信的发展1 3移动通信的基本特点1 4常用移动通信系统 随着社会的发展 人们对通信的需求也日益迫切 对通信的要求也越来越高 理想的目标是 5W 即whoever wherever whenever whomever what ever 即任何人可在任何时候 任何地方与任何人进行任何形式的通信 没有移动通信无法实现5W 移动通信含义 指通信双方至少有一方能在移动中进行信息交换的通信方式 即 动中通 移动体之间的通信只能依靠无线电传输 那什么是无线通信呢 无线通信指利用电磁波的辐射和传播 经过空间传送信息的通信方式 电磁波是它的载体 1 1移动通信的概念与意义 移动通信的意义 移动通信是20世纪运输与通信二者高度发展而相互结合的产物 为整个通信领域的重要组成部分 移动通信将在未来的电信普遍服务中承担更多的义务并扮演着更重要的角色 移动通信已成为了现代社会的三大基础结构 即运输 能源以及通信 之一 为实现21世纪 处处 时时 人人 的通信目标 移动通信肩负着更大的使命 1 2移动通信的发展历程 移动通信的发展历史 1980 1990 2000 移动通信的发展1G 模拟系统 代表 美国的AMPS 英国的TACS等2G 数字系统 代表 泛欧的GSM 美国的DAMPS IS 95CDMA等3G标准 基于GSM的WCDMA 基于IS 95CDMA的cdma2000 TD SCDMA WiMAX等4G 5G 为使2G系统能平滑过渡到3G 采用2 5G技术代表 GPRS GSM向WCDMA过渡 4G IMT Advanced 标准制定近况 2012年1月18日 国际电信联盟无线电通信全会审核通过了上述4G国际标准 WCDMA的后续演进标准FDD LTE以及我国主导的TD LTE入选 WiMAX的后续研究标准 即基于IEEE802 16m的技术也获得通过 1 2 2我国移动通信发展概况 我国移动通信的发展1989年 模拟TACS 1994年 GSM系统 2001年 模拟网关闭 IS 95CDMA启用 GPRS开通 目前 正向3G的商用发展 2011年6月全国的移动电话用户已经超过9 07亿户 频谱利用率不够高 容量问题 传输速率较低 业务单一 无法实现全球漫游 个人通信的目标5W无法实现 任何人 在任何地点 任何时间与其他任何人进行任何方式的通信 为什么要发展第三代 全球统一频段 2GHz频段 统一标准 全球无缝覆盖 高频谱效率 高服务质量 高保密性能 提供多媒体业务 速率最高到2000kb s 易于第二代系统的过渡和演进 车速环境 144kb s 步行环境 384kb s 室内环境 2Mb s IMT 2000目标 1 2 3移动通信不同侧面的发展 频段由HF VHF UHF发展到毫米波 红外波等更高的频段 带宽经历了由窄带 中宽带向宽带 广带的演进 调制方式由模拟的调幅 调频发展到单边带调制 数字调制 通信方式由单工单信道发展到双工多信道 多址方式由FDMA发展到TDMA CDMA 传输方式由模拟方式发展到数字方式 传输速率从低速传输发展到高速传输等等 1 模拟网和数字网人们把模拟通信系统 包括模拟蜂窝网 模拟无绳电话与模拟集群调度系统等 称作第一代通信产品 把数字通信系统 包括数字蜂窝网 数字无绳电话 移动数据系统以及移动卫星通信系统等 称作第二代通信产品 移动通信中的概念介绍 2 单工通信所谓单工通信 是指通信双方电台交替地进行收信和发信 根据收 发频率的异同 又可分为同频单工和异频单工 单工通信常用于点到点通信 如下图 同频单工是指通信双方使用相同的频率f1工作 发送时不接收 接收时不发送 平常各接收机均处于守候状态 即把天线接至接收机等候被呼 当电台甲要发话时 它就按下其送受话器的按讲开关 PTT 一方面关掉接收机 另一方面将天线接至发射机的输出端 接通发射机开始工作 当确知电台乙接收到载频为f1的信号时 即可进行信息传输 3 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 如图1 2所示 图中 基站的发射机和接收机分别使用一副天线 而移动台通过双工器共用一副天线 双工通信一般使用一对频道 以实施频分双工 FDD 工作方式 这种工作方式使用方便 同普通有线电话相似 接收和发射可同时进行 图1 2双工通信 4 半双工通信半双工通信的组成与图1 2相似 移动台采用单工的 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 模拟式手机数字式手机第2 5代手机第三代手机第四代手机小灵通手机 移动通信中的手机终端发展概况 模拟式手机 最早进入中国的第一款手机 摩托罗拉3200 第一款揭盖式手机 摩托罗拉8900 数字式手机 第一款可编铃声的手机 爱立信GH398 第一款进入中国大陆的GSM手机 爱立信GH337 第一款无天线手机 汉诺佳CH9771 第一款内置游戏的手机 诺基亚变色龙6110 第一款折叠式手机 摩托罗拉掌中宝328C 第一款双显示屏的手机 三星SGH A288 第一款双频手机 诺基亚6150 第一款三频手机 摩托罗拉L2000 第一款全中文手机 摩托罗拉CD928 第一款整合MP3音乐功能 带有移动存储器的手机 西门子6688 第一款WAP手机 诺基亚7110 第一款内置内置蓝牙功能的手机 爱立信T39mc 第一款三防手机 防尘 防震 防水功能 爱立信R250PRO 网络系统 GSM900 1800MHz自动双频 GPRS机身尺寸 87 43 23 5mm机身重量 86g机身颜色 科幻银中文支持 全中文简体 繁体输入文字输入 T9简体拼音 笔划 英文输入屏幕色彩 屏幕为128 176像素65536色高清晰TFT显示屏机身内存 机身储存容量约21MB镜头规格 内置30万像素VGA摄像头 最高拍摄分辨率为640 480像素 支持十五连拍 内置拍摄闪光灯数据传输 红外线内置游戏 五个铃声规格 64和弦铃声 内置25首特别功能 64和弦铃声 GPRS MMS 彩信业务 数码摄影 WAP2 0 超大电话簿容量 1000个 机身可存200条短信 关机闹钟 JavaMIDP1 0电池规格 锂聚合物电池待机时间 100 200小时通话时间 150 300分钟 三星E800 第三代手机 基于CDMA技术 WCDMA CDMA2000 TD SCDMA WIMAX四种标准语音信号 图象信号可视通信掌上电脑 因特网多媒体通信商务通集通信 娱乐 记事簿 信用卡等功能为一身的多功能个人数据处理设备无缝全球漫游 诺基亚N86 手机制式 3G WCDMA 主屏尺寸 2 6英寸主屏分辨率 240 320 QVGA 像素主屏颜色 1670万色手机通话时间 234 3G 378 GSM 分钟摄像头像素 800万像素产品尺寸 103 4 50 4 16 5mm音乐播放 内置音乐播放器 支持 第一个4G手机HTCEVO4G 基于OFDM MIMO技术网络模式 CDMA2000 WIMAX摄像头像素 前 130万像素 后 800万像素操作系统 AndroidOS2 1机身内存 1GBROM 512MBRAM电池容量 1500mAh蓝牙传输 支持蓝牙2 1 A2DPGPS导航 内置GPS 支持A GPS存储卡 MicroSD卡键盘类型 虚拟QWERTY键盘 PHS手机 PersonalHandphoneSystem无线市话 对固定电话的补充和延伸小巧通信费用价廉环保 发射功率小 平均为10mW信号覆盖较差移动速度一般不能超过35km h 通信的移动性 系统和网络结构复杂 并不断演进 网络管理和控制必须有效 移动通信中使用了无线电波进行信息的传输 存在的问题 1 无线电波可用的频谱资源有限 必须分配使用 2 移动通信的电波传播环境十分恶劣 3 无线信道中噪声和干扰严重 以至信道传输特性较复杂 不稳定 等等 移动通信综合了各种通信技术 移动通信对用户设备性能要求高 1 3移动通信的基本特点 1 4常用移动通信系统 蜂窝移动通信系统无绳电话系统无线电寻呼系统集群移动通信系统移动卫星系统 移动通信主要有以下几种分类方法 1 4 3无线电寻呼系统无线电寻呼系统是一种单向通信系统 无线电寻呼系统的用户设备是袖珍式接收机 称作袖珍铃 俗称 BB机 这是由于它的振铃声近似于 B B 声音之故 图1 4示出了无线电寻呼系统的组成 1 4常用移动通信系统 图1 4无线电寻呼系统示意图 1 蜂窝移动通信系统的特点 1 有频率复用功能 为什么要频分复用 2 有越区切换功能 3 可信道分配与小区分裂 4 网络设备增多使系统的构成复杂 1 4 1蜂窝移动通信系统蜂窝通信网络把整个服务区域划分成若干个较小的区域 Cell 在蜂窝系统中称为小区 各小区均用小功率的发射机 即基站发射机 进行覆盖 许多小区像蜂窝一样能布满 即覆盖 任意形状的服务地区 1 4常用移动通信系统 Page36 功率控制 当手机在小区内移动时 它的发射功率需要进行变化 当它离基站较近时 需要降低发射功率 减少对其它用户的干扰 当它离基站较远时 就应该增加功率 克服增加了的路径衰耗 所有的GSM手机都可以以2dB为一等级来调整它们的发送功率 GSM900移动台的最大输出功率是8W 规范中最大允许功率是20W 但现在还没有20W的移动台存在 DCS1800移动台的最大输出功率是1W 相应地 它的小区也要小一些 早期的移动通信系统在其覆盖区域中心设置大功率的发射机 采用高架天线把信号发送到整个覆盖地区 半径可达几十千米 这种系统的主要矛盾是它同时能提供给用户使用的信道数极为有限 远远满足不了移动通信业务迅速增长的需要 例如 在20世纪70年代于美国纽约开通的IMTS ImprovedMobileTelephoneService 系统 仅能提供12对信道 也就是说 网中只允许12对用户同时通话 倘若同时出现第13对用户要求通话 就会发生阻塞 通常 相邻小区不允许使用相同的频道 否则会发生同道干扰 但由于各小区在通信时所使用的功率较小 因而任意两个小区只要相互之间的空间距离大于某一数值 即使使用相同的频道 也不会产生显著的同道干扰 为此 把若干相邻的小区按一定的数目划分成区群 Cluster 并把可供使用的无线频道分成若干个 等于区群中的小区数 频率组 区群内各小区均使用不同的频率组 而任一小区所使用的频率组 在其它区群相应的小区中还可以再用 这就是频率再用 如图1 6所示 图1 6蜂窝系统的频率再用 当移动用户在蜂窝服务区中快速运动时 用户之间的通话常常不会在一个小区中结束 快速行驶的汽车在一次通话的时间内可能跨越多个小区 为了保证通信的连续性 正在通话的移动台从一个小区进入另一相邻的小区时 其工作频率及基站与移动交换中心所用的接续链路必须从它离开的小区转换到正在进入的小区 而通话不中断 这一过程称为越区切换 其控制机理如下 当通信中的移动台到达小区边界时 该小区的基站能检测出此移动台的信号正在逐渐变弱 而邻近小区的基站能检测出这个移动台的信号正在逐渐变强 系统收集来自这些有关基站的检测信息 进行判决 当需要实施越区切换时 就发出相应的指令 使正在越过边界的移动台将其工作频率和通信链路从离开的小区切换到进入的小区 整个过程自动进行 用户并不知道 也不会中断行进中的通话 越区切换的示意图见图1 8 图1 8越区切换示意图 切换时刻 根据基站接收到移动台的信号强度测试报告或误码率报告确定硬切换与软切换硬切换 移动台越区过界时进行的切换 在切换时 移动台要先中断与原通信基站的联系 再建立与目标基站间的通信 软切换 移动台在切换时 先不中断与原通信基站的联系 而与目标基站先建立通信 两个基站可同时为一个用户提供服务 当与目标基站取得可靠通信后 再切断与原基站间的通信 硬切换与软切换GSM中支持硬切换 CDMA中支持软切换 也支持硬切换 1 模拟蜂窝移动通信系统 2 蜂窝移动通信系统的分类 1 模拟蜂窝移动通信系统缺点 信道容量无法满足不断增长的用户需求 话音质量和保密性差且盗用现象严重 适应性不强 不能提供数据业务 如无法与ISDN综合业务数字网相连接 更无法进行数据传输等非话业务 2 数字蜂窝移动通信系统优点 1 提高了通信保密性和改善了通话质量 2 抗干扰能力强使话音质量高 3 数字移动通信可与综合数字网 ISDN 连接 除话音外还可提供图文传真 数据传输等非话业务 并可进行短信息服务 语音信箱 呼叫转移等多种更优的服务 1 4 2无绳电话系统简单的无绳电话机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 手机与座机之间用无线电连接 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 见图1 9 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 图1 9无绳电话系统示意图 无绳电话的手机 座机与电信点所发射的功率均在10mW以下 无线覆盖半径约在100m左右 表1 2给出了几种模拟无绳电话系统的主要参数 表中给出了日本 美国和欧洲的标准 我国模拟无绳电话系统采用45MHz 48MHz的频段 表1 2几种无绳电话系统的主要参数 无绳电话是一种以有线电话网为依托的通信方式 也可以说它是有线电话网的无线延伸 具有发射功率小 省电 设备简单 价格低廉 使用方便等优点 因而发展十分迅速 目前数字式无绳电话系统 低功率无线系统 在我国得到了广泛的应用 我国使用的标准是PHS 使用的频段为1900MHz 1920MHz 工信部计划2011年末让小灵通退市 现在还没有确切消息 1 4 4集群移动通信系统