移动通信概述g.ppt

移动通信 背景知识 电报及电话的发明因为电话不能带在身上 不方便啊电报和电话的发明 使人类获得了远距离传送信息的重要手段 但是 电信号都是通过金属线传送的 线路架设到的地方 信息才能传到 这就大大限制了信息的传播范围 特别是在大海 高山 有没有能让信息无线传播的办法 1 无形的信使 电磁波的发现 1887年 亨利希 鲁道夫 赫兹 发现电磁能量可以越过空间进行传播 赫兹的发现具有划时代的意义 证明了麦克斯韦理论的正确 更重要的是导致了无线电的诞生开辟了电子技术的新纪元 标志着从 有线电通信 向 无线电通信 的转折点 也是整个移动通信的发源点 应该说 从这时开始 人类开始进入了无线通信的新领域 2 无线电通信的发明 载着声音飞翔的电波 无线电通信的发明无线电报的发明 要是我能指挥电磁波 就可飞越整个世界 波波夫1898年 英国举行了一次游艇赛 终点设在离岸20英里的海上 都柏林快报 特聘马可尼为信息员 他在赛程的终点用自己发明的无线电报机向岸上的观众及时通报了比赛的结果 引起了很大的轰动 这被认为是无线电通信的第一次实际应用 紧接着 马可尼在英国建立了世界上第一家无线电器材公司 英国马可尼公司 3 移动通信的诞生及演进 二十世纪20年代至40年代初使用范围小 主要使用对象是船舶 飞机 汽车等专用移动通信 以及通信军事 40年代中至60年代末移动通信向小型化方面大大前进了一步 美国 日本 英国 西德等国家开始应用汽车公用无线电话 70年代至80年代第一代移动通信系统美国贝尔实验室 BellLab 推出的蜂窝式移动通信系统的概念 蜂窝式系統开始应用 90年代中至今推出第二 第三代移动电话通信系統 正向第四代移动通信系统过渡 4 个人移动通信的诞生及演进 个人通信的发源地 无线电寻呼机的出现beeper Pager1956年 MOTOROLA研制成功第一个无线电寻呼机 1968年 日本率先在150MHZ移动通信频段上开通模拟寻呼系统 1983年 我国开始研究发展寻呼系统 1983年 上海在150MHZ频段上开通了我国第一个模拟寻呼系统 1984年 广州在150MHZ频段上开通了我国第一个数字寻呼系统 1991年 上海在150MHZ频段上开通了我国第一个数字汉字寻呼系统 个人移动通信的诞生及演进 实现个人电话的梦想 蜂窝状移动电话的诞生背景 随着无线电报和无线广播的发展 人们更希望有一种可以随身携带 不用电话线路的电话 70年代初 贝尔实验室提出蜂窝系统的覆盖小区概念后 很快进入了实用阶段 1979年 美国芝加哥试验成功AMPS模拟蜂窝式移动电话系统 83年在美国投入商用 1987年 我国第一个移动电话局在广州开通 进入第一代模拟移动通信时期 引进英国的TACS系统 第一代蜂窝移动通信 1G 特点 制式 FDMA业务单一 模拟话音与传输频谱利用率低保密性差技术简单主要代表 美国AMPS系统英国TACS系统我国已在2001年12月31日关闭模拟移动网 个人移动通信的诞生及演进 GSM手机的出现模拟蜂窝式移动电话的缺点 1 由于采用FDMA技术造成频率资源的严重不足2 易被窃听和制造成伪机1982年 欧洲成立了GSM 移动通信特别组 任务是制定泛欧移动通信漫游的标准 后来开发出的数字移动通信系统就以 GSM 命名 GSM现在的含义是 GlobalSystemMobileCommunication 中国移动和联通推出的 全球通 就是GSM系统 第二代蜂窝移动通信 2G 特点 主要业务 语音 低速率数据 9 6kb s 短消息 SMS 彩信 MMS 等频谱利用率较高 数字化制式 FDMA TDMA 或CDMA代表系统 欧洲的GSM系统 大多数国家使用 FDMA TDMA制式美国的D AMPS系统 主要在美国使用 日本的JDC系统 仅在日本使用 TDMA制式美国QUALCOMM公司开发的IS 95ACDMA系统 美 日 韩 中等国 CDMA制式我国1992年开始使用GSM系统 2001年引进了IS 95ACDMA系统 无线数据业务的出现 i mode information mode1999年 日本在移动通信上实现无线互联网应用 i mode能提供移动电话与Internet网的持续连接 成功开创了无线数据业务的新时代 WAP WirelessApplicationProtocol即无线应用协议 全球性开放标准不要求现有的移动通信网络协议做任何的改动 因而可以广泛的运用于GSM CDMA TDMA 3G等多种网络 2 5G移动通信技术与应用 GSM的延续 GPRS 通用分组无线业务 为2G向3G发展的过渡性产品 90年代中期 第三代移动通信系统进入到具体的设计 规划和实施阶段为保护2G的庞大投资 有必要发展2G向3G平稳过渡的所谓二代半 2 5G 技术数据速率最高可达171kbit s 例 以TDMA和电路交换为基础的GSM网络不能直接与因特网互通 但可以通过一种通用分组无线业务 GPRS GeneralPacketRadioServive 网的2 5G技术与因特网互连 GPRS的实现 在GSM网络上增加分组数据服务设备并对GSM无线设备进行升级从而能利用已有的GSM无线覆盖 提供分组数据业务 2 75G 2 75G的速度较2 5G又增快许多 384kbps 例子 EnhancedDataratesforGlobalEvaluation EDGE 全球演进式数据速率增强技术 第三代移动通信 3G 第三代移动通信称为 IMT 2000 简称3G国际电联 ITU R 于1985年提出 当时的命名为未来公众陆地移动通信系统 FPLMTS 由于该系统曾预期在2000年能投入使用 并工作在2000MHz频段 故于1996年正式改名为IMT 2000系统IMT 2000当时制定的总目标 工作在2000MHz频段 在2000年左右商用 第三代移动通信的总目标 3G设计目标提供比第二代系统更大的系统容量更好的通信质量能在全球范围内更好地实现无缝漫游提供包括话音 数据及多媒体等在内的多种业务同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性 即全球化 综合化 个人化 3G设计目标 3G传输速度2Mbps 静止 384kbps 步行 慢速 114kbps 高速移动环境 可提供丰富多彩的移动多媒体业务具有语音 文字 静态影像 动态影像等多媒体传输的特点与能力取实际传输流量为收费标准于2003年至2005年间发展成熟 3G的标准 国际电联的3G标准有三个欧洲和日本共同提出的 WCDMA该标准提出了GSM 2G GPRS EDGE WCDMA 3G 的演进策略美国以高通公司为代表提出的 CDMA2000该标准提出了从CDMAIS95 2G CDMA20001x CDMA20003x 3G 的演进策略中国以大唐集团为代表提出的 TD SCDMATimeDivision SynchronousCDMA 时分同步CDMA 是由我国大唐电信公司提出的3G标准该标准提出 不经过2 5代的中间环节 直接向3G过渡 非常适用于GSM系统向3G升级 核心技术 CDMA 3G标准在核心网中都采用分组交换方式采用CDMA技术解决无线端口问题因此 这三种标准无一例外的都采用了CDMA这一核心技术 各标准的演进策略 欧洲和日本共同提出的 WCDMA全称为WidebandCDMA基于GSM网发展出来的3G技术规范是欧洲提出的宽带CDMA技术 它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同 并进一步融合 该标准提出了GSM 2G GPRS EDGE WCDMA 3G 的演进策略 GPRS是GeneralPacketRadioService 通用分组无线业务 的简称 171kbit s EDGE是EnhancedDatarateforGSMEvolution 增强数据速率的GSM演进 的简称 这两种技术被称为2 5代移动通信技术 384kbps 各标准的演进策略 CDMA2000CDMA2000是由窄带CDMA CDMAIS95 技术发展而来的宽带CDMA技术 由美国主推该标准提出了从CDMAIS95 2G CDMA20001x CDMA20003x 3G 的演进策略 CDMA20001x被称为2 5G移动通信技术CDMA20003x与CDMA20001x的主要区别在于应用了多路载波技术 通过采用三载波使带宽提高 中国电信使用的CDMAIS95网络 在采用这一方案向3G过渡 第三代移动通信机 第三代移动通信机 第三代移动通信机 2001年 日本开始首次3G系统商用服务2001年10月1日日本在东京地区开始了全球首次WCDMA系统商业应用 系统提供可视电话 384Kbps分组数据 64Kbps图象传输 i mode互联网服务 手机重150克 彩色液晶显示 最成熟的3G WCDMA 3G的一再搁浅的主要原因 缺乏真正具有吸引力的应用缺乏明确的盈利前景技术上并没有完全的成熟 相关产业链没有形成最先进的不一定是最好的 市场的培育日渐成效技术成熟 试验成功 正式开通应用领域进一步拓展 技术支持日渐增多循序渐进的过程不可能一蹴而就 3G的发展前景光明 移动通信的发展趋向 Beyond3G 4G的研究与建设 目前国际正开展有关第四代移动通信的研发 其基本需求 核心技术还处于初级阶段3G LTE 4G2009年12月14日 北欧运营商TeliaSonera在丹麦奥斯陆和瑞典斯德哥尔摩正式开通全球首个LTE商用网络 4G只差最后一公里 这符合移动通信技术每10年产生一代新体制的发展规律 Beyond3G 4G的研究与建设 华为和爱立信分别承建奥斯陆和斯德哥尔摩两地的LTE网络当初3G网络是由日本和西欧厂商掀起烽烟华为在全球首个4G网络中与爱立信竞争 显示出中国企业在核心技术上的强势崛起华为LTE网络 20MHz带宽 96Mbps左右 爱立信的LTE网络 10MHz带宽 43 44Mbps左右MIMO 体现LTE网络性能的关键技术华为在MIMO上也占领了核心技术的全球制高点 实现了MIMO下行双发的商用其他国外厂商目前只能实现MIMO下行单发 虽然他们也能在 技术上 实现下行双发 但是必须通过将两个RRU 射频拉远模块 双拼来实现 Beyond3G 4G的研究与建设 2011年 中移动押宝4G 加速TD LTE部署王建宙 2011年将成为TD LTE商用的元年 全球将建成26个TD LTE试验网 2011年4月 中兴与爱立信专利之争或影响中国TD LTE进程2011年3月29日 在中兴通讯在瑞典 丹麦独家建设LTEFDD TDD双模商用网 中兴挺进爱立信的母国市场 仅仅3天之后 爱立信发起专利诉讼 Beyond3G 4G的研究与建设 2010年底 工信部批复同意中国移动承担 TD LTE规模试验网 的建设项目 随后 中国移动计划投资15亿人民币 启动广州 深圳 上海 厦门等6个城市的规模试验网建设 不久前 北京被定为演示网 方案即变为 6 1 中国移动TD LTE的建设 华为 中兴 诺西 阿朗以及大唐5家通讯设备厂商率先入围华为承建深圳试验网 阿朗负责上海 诺西负责杭州 中兴在广州承建 大唐负责南京 规划每个城市建设200个基站 TD LTE将被广东移动纳入 无线城市 的战略当中即以 TD LTE WLAN 的方案覆盖广州 Beyond3G 4G的研究与建设 中移动加快TD LTE的主要原因 TD SCMDA制式的不成熟 使中国移动在3G竞争中不占优势TD SCDMA网络方面不够成熟 影响着3G用户的体验全球使用TD SCDMA制式的运营商太少 因此 TD SCDMA手机终端较少 并且高端产品不多 这在一定程度上影响了用户的体验中国移动很难解决TD SCDMA终端的问题中国移动最早介入与苹果的iPhone引入谈判 多次的谈判并没有成功引入iPhone 关键的原因是在制式上 起跑线的位置不同让中国移动在3G上面显得比较被动 其他两家3G用户数上升非常明显 2010年底 中国联通3G用户数达到了1406万户 净增1131 8万户 同比增长512 8 中国电信3G用户也净增822万户 达到了1229万户 Beyond3G 4G的研究与建设 中国移动尽快布局TD LTE 战略意义非常重大 TD SCDMA升级到TD LTE 支持的厂商会更多 可以解决掉终端匮乏的问题 乔布斯曾表示有意开发一款TD LTE的iPhone 将影响全球其他运营商是否能够采用TD LTE 使TD LTE成为一个全球广泛应用的制式 2011年2月14日 中国移动与全球60余家国际运营商 30多家主流厂商和多个重要国际通信组织共同启动了全球TD LTE发展倡议GlobalTD LTEInitiative GTI 目前中国移动已经与9家运营商签署TD LTE合作协议 推动全球建成或即将建成26个TD LTE试验网 Beyond3G 4G的研究与建设 国际上主流的两大4G技术 LTEAdvanced和WiMaxAdvancedTD LTE属于LTEAdvanced阵营 随着中国移动在国外推广演示TD LTE的应用 目前包括亚洲 欧洲 美洲的运营商都在考虑TD LTE印度很倾向TD LTE 高通已经在印度斥巨资拍下了TD LTE的频段打算进行商业运营 日本原来做WiMAX的运营商 也对TD LTE有兴趣 全球通信芯片巨头高通公司已经推出了TD LTE芯片其他芯片厂商展讯 ST 爱立信也都投入到TD LTE领域英特尔宣布解散WiMAX项目办公室TD LTE试验网的终端会从数据卡开始 逐步向手机过渡 中兴通讯就推出了TD LTE数据卡产品 已有多家国际厂商开始了LTE手机的研发 TD LTE产业生态圈正在逐步形成 Beyond3G 4G的研究与建设 断言WiMAX出局尚为时过早WiMAX论坛采取了一系列措施 启动开放零售认证计划 OpenRetailInitiative 设备商的WiMAX设备可直接送至各地经认证的实验室进行测试 从而降低测试成本 确保互通性 并缩短新设备的上市时间 加速了IEEE802 16m WiMAX2 的时间表 商用产品预计在2011年底前可用 WiMAX2将WiMAX速率优势发挥到极致 其峰值速率高达300Mbps 美国WiMAX服务提供商Clearwire继续建设WiMAX网络 用户也在增加 Beyond3G 4G的研究与建设 WiMAX面临的最大威胁来自TD LTETD LTE和WiMAX都使用单通道即一个单通道同时进行数据的上下行传输 在同一个线路上进行上下行数据的传输 而FDDLTE的上下行传输需要两个信道 并且两个信道之间还需要一个保护频段 以防止邻近的发射机和接收机之间产生相互干扰 若TD LTE成功将给WiMAX致命一击TD LTE是中国与高通的技术 可与WiMAX网络在同一频谱运营 对拥有非对称频谱的运营商极具吸引力 若该技术被证明是成功的 一些WiMAX运营商将迁移至LTE标准 Beyond3G 4G的研究与建设 目前 WiMAX的发展基本上陷于停滞 TD LTE在中国移动的大力推动下 得到全球电信产业几乎所有主要的厂商和相当多主流运营商的支持 TD LTE成为高通的战略重点摩托罗拉正致力于将TD LTE推广到中东 北美 南美 印度 俄罗斯等全球各地 并已与欧洲三个顶级运营商合作开展TD LTE的网络测试 设备商巨头爱立信则将技术战略押宝TD LTE 爱立信除积极参加中国的TD LTE试验外 爱立信还在印度和爱尔兰现场演示了TD LTE技术 TD LTE技术发展 成熟得很快 产业环境也日趋成熟 市场发展前景非常广阔 个人通信的理想 随着移动通信技术的飞速发展 人类实现个人通信的理想为期不远了 任何人在任何时间 任何地点 与任何一个人 实现任何一种媒体的通信 每个人有唯一的通信号码 通信的个人性代替通信的终端性 个人通信的理想 全球 铱 星系统 1990年 motorola公司推出全球个人通信的新概念 铱 星系统1999年8月 铱 星公司向法院申请破产保护 中国移动通信发展 我国移动通信发展大事记 1978年 美国芝加哥开通第一台模拟移动电话 截至2001 7全球移动电话用户数已超过8亿户 1987年11月18日 中国移动在广州开通了我国的第一个模拟移动通信网 1993年8月18日 浙江嘉兴首先开通了我国第一个数字移动通信网1994年10月 第一个省级数字网在广东开通 2001年2月16日 联通全面建设CDMA网 2001年12月31日 关闭模拟网 中国移动通信发展 移动用户数 1987年我国移动通信用户只有700多户 10年之后的1997年8月我国移动用户突破了1000万户 再3年后在2001年4月用户数达到了1亿户 并于同年7月超过美国成为全球移动用户最多的国家 2002年我国移动用户突破了2亿户 2004年7月 移动电话用户3 1亿户2009年5月国内的移动通信用户总数达到6 645亿中国移动公布了2010年10月主要运营数据 截至2010年10月底 中国的移动用户总数已达到8 15亿户截至2011年1月底 中国移动用户总数超过5 89亿户 在网TD用户总数达到2263 3万户 全球蜂窝移动通信的发展 移动通信概述 移动通信定义 动中通 通信双方或至少其中一方在运动状态中进行信息传递的通信方式 移动通信概述 移动通信频段的使用 一段载波频率 即一个连续的频率范围 比如 150MHZ频段900MHZ频段 890 915MHZ及935 960MHZ 移动通信概述 问题 是否随便划出来一段就可以使用 考虑的因素 电波传播特性 衰耗天线长度 波长 2 波长 4抗干扰能力 移动通信概述 曾经使用过的频段 早期 在甚高频 VHF 上30M 300MHZ开发出150MHZ频段 属于超短波 米波 与收音机的频段类似 现阶段我国 在特高频 UHF 300M 3GHZ上先后开发出以下几个频段 移动通信概述 450MHZ频段 公共频段 对讲机 小型电台以及集群通信 403 420 移动台发 基站收 上行450 470 基站发 移动台收 下行900MHZ频段 GSM 上行链路 MS BS890MHz 915MHz 频率范围25MHz下行链路 BS MS935MHz 960MHz 频率范围25MHz 第三代移动通信工作在2000MHz频段上 移动通信概述 3G频段划分 向TD倾斜中国移动TD SCDMA频段 1880M 1900M 2010M 2025M 共35MHz中国电信CDMA2000频段 1920M 1935M 上行 2110M 2125M 下行 共30MHz中国联通WCDMA频段 1940M 1955M 上行 2130M 2145M 下行 共30MHz看似TD SCDMA频谱资源只多5MHz 但实际上 从技术来说 TD SCDMA则适合非对称业务 频率利用率远高于WCDMA和CDMATD SCDMA获批的频段比其它两个制式更低 获得的性能好处更多 移动通信概述 通信频段与覆盖距离 1800MHz 覆盖半径最大约30公里400MHz 覆盖半径可达50至70公里 移动通信概述 3G频段划分 向TD倾斜频率越低 终端的功耗越小 覆盖 穿透能力也越好质量好的低频段频谱 意味运营商会大大节约成本 同时覆盖的质量好 用户的体验也会好例子 08年奥运会 TD SCDMA在北京组网 基站差不多近2000个 可还有用户觉得网络覆盖不好 有地方没有网络 而在室内情况就更糟广电建CMMB 中国移动多媒体广播 在北京市组网用的基站是7个 却已经做到了基本的覆盖 效果非常好 就因为采用570MHz的频率 如果它要的用2 1GHz的频率 用1000个基站也没有现在效果所以 频谱对于移动通信的重要 低频段的频谱对于运营商的建设成本 和用户的体验有着巨大影响 移动通信概述 3G频段划分 向TD倾斜低频段的频谱资源非常有限 大部分掌握在军队和广电系统手里AT T公司最早提出开展移动通信建设时 遭到美国政府拒绝 原因 没有频谱因为这个问题 移动通信一直被压了20多年 直到1969年 美国开始大规模推有线电视 800MHz这个当时对于广播电视行业是比较差的频段被退出来 电信运营商才获得开发移动通信的频段为TD LTE获胜 TD可能获得450 470MHz频段 国际 ITU为3G频谱的规划以FDD为主 而TDD定位在FDD补充的位置上 频谱规划明显较少国内 TDD起步较晚 发展相对滞后 目前尚没有任何低端频段可用我国该频段主要用于专业对讲机 最近几年已开始引导该频段对讲机转移到915 917MHz频段 移动通信概述 移动通信的特点 可用频谱资源有限 而业务需求量增长迅速全世界3G频谱的拍卖超过1000亿美元频谱拥挤 频谱需严格菅理解决的方法 开辟和启用新的频段f 150MHz 450MHz 900MHz 1800MHz 2000MHz研究各种新技术和新措施 如FDMA TDMA CDMA 移动通信的特点 电波传播存在多径衰落在移动通信 特别是陆上移动通信 中 由于移动台的不断运动导致其传输特性变化十分剧烈 使移动台接收到的电波是直射波和随时变化的绕射波 反射波 散射波的叠加 造成所接收信号的电场强度起伏不定 这种现象称为衰落 多径效应引起信号衰落 移动通信的特点 面临环境的干扰和噪声传统的噪声干扰 天电干扰工业噪声 汽车点火 移动系统内部的干扰 互调干扰 主要是系统设备中的非线性引起的 如混频选择不好 使无用信号混入 而造成干扰 噪声系统之间的干扰 同频干扰 相同载频台之间的干扰邻道干扰 相邻信道之间的干扰 功率控制 移动通信的特点 存在多普勒频移的影响和大动态范围的要求多普勒频移 运动中的物体达到一定速度时 固定点接收到的无线载波频率将会有一定的频移解决方法 锁相技术频率跟踪系统网络结构多样 灵活 建网技术 网管复杂网络结构多种多样覆盖形状 带状 面状覆盖大小 大区制 蜂窝小区 微蜂窝大区和微小区结合 层状结构考虑因素 容量 稳定性 速度 建网费用网管复杂用户注册和登记 鉴权和计费 安全和保密网络技术复杂越区切换 漫游等功能 移动通信的特点 移动台必须在移动环境中使用体积小 重量轻 操作方便小巧 超大规模集成电路的使用 便携 天线要短 使用高频 省电 发射功率要尽量小 防震 性能稳定 抗潮等 移动通信的特点 可见 移动通信面临的核心问题 在满足用户服务质量的前提下 提高频谱利用率提高系统容量提供多种服务是公众移动通信的核心问题 移动通信的工作方式 按照通信的状态和频率使用的方法可分为三种方式 单工半双工双工 移动通信的工作方式 1 单工制 单频 同频 单工单频 通信的双方使用相同的工作频率单工 通信双方的操作采用 按 讲 方式平时 双方的接收机均处于守听状态 如果A方需要发话 可按 按讲 开关 关掉A方接收机 使其发射机工作 这时由于B方接收机处于守听状态 即可实现由A至B的通话 同理 也可实现由B至A的通话 收发使用同一个频率的按键通信方式发送时不能接收 接收时不能发送单工工作方式动画示意 移动通信的工作方式 2 半双工制 指通信的双方 有一方 如A方 使用双工方式 即收发信机同时工作 且使用两个不同的频率而另一方 如B方 则采用双频单工方式 即收发信机交替工作半双工制主要用于汽车调度 集群调度系统半双工工作方式动画示意 移动通信的工作方式 3 双工制 通信的双方收发信机均同时工作 即任意一方在发话的同时也能收到对方的话音目前移动通信系统都采用这种制式分类 频分双工 FDD GSM使用时分双工 TDD TD SCDMA使用双工工作方式动画图 移动通信的工作方式 FDDTDD 移动通信的工作方式 FDD 收发采用两个不同的频率 f1 f2之间有一定的频率间隔 避免发射机和接收机干扰 采用这种制式的移动台需要天线共用装置 双工器优点 a 由于发送频带和接收频带有一定的间隔 所以发射机和接收机之间的干扰可以大大降低b 使用方便 不需收发按键控制操作c 适宜多频道 即多用户 同时工作的系统 这些频道在频率上互相分开 互不重叠缺点 由于发射机通常处于连续发射状态 电源耗电量较大 移动通信的工作方式 TDD 通信双方分别在自身控制器的控制下 以1个时隙发信 以另一个时隙收信的方式进行通信优点 提高了频谱利用率缺点 技术比较复杂在3G中 TD SCDMA采用了 TDDWCDMA采用了 FDD TDD 商用的都是FDD CDMA2000采用了 FDD TDD技术和FDD技术具有各自的优势 TDD的优势 不需要成对的频率 能使用各种频率资源 适用于不对称的上下行数据传输速率 特别适用于IP型的数据业务频谱利用效率更高 系统地容量更大上下行工作于同一频率 电波传播的对称特性使之便于使用智能天线等新技术 达到提高性能 降低成本的目的智能天线波束赋形技术 利用空间隔离进行资源复用 为空分多址接入 SDMA 技术开辟了新的局面 接入的多个用户可以使用完全相同的频率 时隙和码道资源 因而有效提升了系统容量覆盖范围更广 特别适合农村等地区设备成本较低 比FDD系统低20 50 TDD技术和FDD技术具有各自的优势 但是 TDD在高速移动时具有先天的弱势 FDD是连续控制的系统 TDD是时间分隔控制的系统 TDD在高速移动时 多普勒效应会导致快衰落 速度越高 衰落变换频率越高 衰落深度越深 在目前芯片处理速度和算法的基础上 当数据率为144kb s时 TDD的最大移动速度可达250km h 与FDD系统相比还有一定差距 国际电信联盟 ITU 要求 TDD系统移动速度达到120km hFDD系统移动速度达到500km h 移动通信系统的组成 移动通信系统一般由 移动台 MS 基站 BS 移动业务交换中心 MSC 以及与市话网 PSTN 相连接的中继线等组成移动通信系统的组成移动通信系统的组成2不难看出 通过基站 移动业务交换中心 就可以实现在整个服务区内任意两个移动用户之间的通信也可以经过中继线与公共交换电话网络 PSTN 连接 从而构成一个无线 有线相结合的移动通信系统 移动通信系统的组成 移动业务交换中心 MobileSwitchingCentre 完成移动台和移动台之间 移动台和固定用户之间信息的交换转接和系统的管理通常 每个移动交换中心可以支持近100个基站移动交换中心到固定网络之间需要5000个话路的传输容量交换中心至基站的传输线光纤或微波 移动通信系统的组成 移动台MS MobileStation 接收无线信号并且移动的终端包括手机 车载台 呼机 无绳电话等等基站BS BaseStation 移动通信系统的组成2是与移动台联系的一个固定收发机接收移动台的信号与交换局相连 从而完成移动台的收发工作每个基站都有一个可靠通信的服务范围 称为无线小区 服务区的大小 主要由发射功率和基站天线的高度决定 爱立信基站 常用移动通信系统 无线寻呼系统无绳电话系统集群调动系统卫星移动通信系统陆地公众蜂窝移动通信系统陆地公众蜂窝移动通信系统是移动通信系统的代表 也是发展最快的系统 常用移动通信系统简介 1 无线寻呼系统组成 无线寻呼控制中心寻呼发射台寻呼接收机工作方式 人工手动 无线电寻呼系统组成工作过程 用户打电话 电话网 连入寻呼台 对叫方的信息进行处理 天线发送出去 BP接收信号 常用移动通信系统简介 2 无绳电话系统功率小 10mW以下 覆盖半径小 100m左右 分类 公用 通常在办公楼 居民楼群之间 火车站 机场 繁华街道 设立基站私用 步步高 等无绳电话近年来基于无绳概念而发展起来的无线用户交换 WPABX 得到重视 作为无绳数据通信的无线局域网 WLAN 也得到快速发展无绳通信也是发展个人通信网 PCN 的一个基础 常用移动通信系统简介 无绳电话移动通信系统 常用移动通信系统简介 3 集群调度系统 作用 公共汽车 公安 消防等的调度特点 只有一个基站 天线高度为几十米至百余米 覆盖半径为30 50km以上 发射机功率可高达200W信道数有限 容量较小一般只能容纳数百至数千个用户 常用移动通信系统简介 集群调度系统组成 一般由控制中心 总调度台 分调度台 基地台及移动台组成最简单的调度通信网 由若干个使用同一频率的移动电台组成 其中一个充当调度台 向其它台发送信息 用户 约为几十至几百可以是车载台 也可是以手持台它们可以与基站通信也可通过基站与其他移动台及市话用户通信 基站与市站有线网连接 功能 该系统具有单呼 组呼 全呼 紧急告警 呼叫 多级优先及私密电话等适合调度业务专用的功能 常用移动通信系统简介 4 移动卫星通信系统中 低轨道非同步卫星铱系统技术成熟 但造价高 寿命短卫星于地球阴影区接收信号电平与通信距离的平方成反比 几个移动卫星系统美国Motorola铱 Iridium 系统 它采用8轨道66颗星的星状星座 卫星高度为765km 全球星 Globalstar 系统 它采用48颗星的莱克尔星座 卫星高度约1400km 奥德赛 Odessey 系统 采用3轨道12颗星的莱克尔星座 中轨 高度为10000km 白羊 Aries 系统 采用4轨道48颗星的星状星座 高度约1000km 俄罗斯的4轨道32颗星的COSCON系统海事卫星组织推出的Inmarsat P 采用12颗星的中轨星座组成全球网 双模式 蜂窝移动通信系统 蜂窝状移动通信系统 移动通信的瓶颈 频率资源 VHF UHF 有限如何解决容量问题 比如 目前GSM 系统可用频带为25MHZ 频道数可同时容纳1000个用户 这么少的频道数如何容纳上亿计的用户来进行通话呢 引言 移动通信系统中解决容量问题的主要技术 900MHZ频段 GSM MS BS890MHz 915MHz频率范围25MHzBS MS935MHz 960MHz频率范围25MHz 引言 了解移动通信的特点 特点之一 频率资源有限 900MHZ频段 GSM MS BS890MHz 915MHz频率范围25MHzBS MS935MHz 960MHz频率范围25MHz 移动通信系统中解决容量问题的主要技术 蜂窝状移动通信系统 频率复用的可行性 利用超短波电波传播距离有限的特点 离开一定距离的小区可以重复使用频率 使频率资源可以充分利用 研究同频干扰和同频小区间的距离是频率复用的依据 蜂窝状移动通信系统 蜂窝状移动通信系统 提高容量的主要技术 通过下列技术来解决容量问题 蜂窝技术 频率复用 小区分裂以及多址联接等技术蜂窝小区的划分是解决频道利用 增加用户容量的关键技术 蜂窝状移动通信系统 1 蜂窝小区的划分把整个服务区域划分为若干个小区视用户分布密度 每小区的半径在1 10公里左右每个小区分别设置一个基站 负责本小区移动通信的联络和控制每个基站可使用若干条无线频分 时分或码分信道 信道数决定了本小区内可以同时使用的用户数如GSM中每个小区的用户在1000以上 蜂窝状移动通信系统 无线小区的模型 蜂窝的概念 由许多正六边形小区作为基本几何图形覆盖整个服务区 从而构成形状类似蜂窝的移动通信网 称为 小区制蜂窝移动通信网 蜂窝状移动通信系统 每小区的半径可视用户的分布密度在1 10公里左右小区半径因网络容量 使用频率 地理环境不同而不同 决定小区覆盖半径的因素 1 地球曲率 2 地形影响 3 多径反射 4 移动台发射功率小 上行信号传输距离有限 上下行功率差可达6 12dB 故有时会出现手机在服务区内接收信号很强 却打不出电话的现象 蜂窝状移动通信系统 2 频率复用 提高容量 划分小区的目的 间隔小区可频率再用 frequencyreuse 利用超短波电波传播距离有限的特点 离开一定距离的小区可以重复使用频率 使频率资源可以充分利用 每一个小区分配一些频率资源 隔几个小区后 又把相同的频率划给另一个小区 认为这时候他们之间的干扰比较小 可以忍受 频率复用 服务区分成若干个小区后 相隔一定距离的小区可以同时使用相同的工作频率组 即在一个很大的服务区内 同一组波道频率可以多次重复使用 称为频率复用 蜂窝状移动通信系统 频率复用是蜂窝系统中的一个核心概念蜂窝结构的价值是借助于频率复用实现的频率复用间距越小 网络容量越大可以大大缓解用户数猛增与频率资源有限的矛盾 蜂窝状移动通信系统 研究同频小区间的距离和同频干扰是频率复用的依据同频小区间的距离取决于 能容许的同频干扰同频干扰又取决于 话音质量要求 蜂窝状移动通信系统 通常采用7个基站区21个无线小区区群 三叶草形 使用7 3 21个信道组 21个无线小区模型基站在三个小区的顶点 采用1200的定向天线 向三个方向以不同的频率组覆盖 又称之为顶点激励方式 发射功率一般为5 10w辐射电磁波 进行无线信号覆盖 蜂窝状移动通信系统简介 3 小区分裂 提高容量 小区分裂是频率复用外 提高蜂窝网容量及频谱效率的又一重要概念由于提高了信道复用的次数 所以提高了容量原因 移动通信系统在初期设计时总是认为用户分布密度均匀 服务区各小区大小相同 各基站开设频道数也相等实际上 随着用户数不断增大 服务区内各小区用户密度不再相等例如 闹市区的用户密度大 话务量也较大 显然 初期设计方案已不符合用户分布的情况小区分裂动画示意 蜂窝状移动通信系统 蜂窝状移动通信系统 4 移动通信中的多址技术 提高容量 多址方式 在移动通信中 许多用户同时通话 以不同的移动信道分隔 防止相互干扰的技术方式 频分多址 FDMA 时分多址 TDMA 码分多址 CDMA 移动通信中的多址技术 FDMA频分多址以频率来区分信道 特点 使用简单 信号连续传输 满足模拟话音通信 技术成熟 缺点 多频道信号互调干扰严重 频率利用率低 容量小 移动通信中的多址技术 TDMA在一个无线频道上 按时间分割为若干个时隙 每个信道占用一个时隙 在规定的时隙内收发信号 时分多址只传数字信息 信息需经压缩和缓冲存储的过程 在实际使用时常FDMA TDMA复分使用 f2 f1 f3 f4 f5 移动通信中的多址技术 CDMA采用扩频通信技术 每个用户具有特定的地址码 相当于扩频中的PN码 利用地址码相互之间的正交性 或准正交性 完成信道分离的任务CDMA在频率 时间 空间上重叠优点 系统容量大 实际使用中比TDMA数字系统大4 6倍比模拟FDMA系统的10倍抗干扰 抗多径能力高 蜂窝移动通信系统中几个术语 信道 分为业务信道 TCH 和控制信道 CCH 业务信道 传送编码话音及用户数据控制信道 传送基站与移动站之间的信令与同步数据一般情况下 移动台对它所属系统的控制信道进行自动扫描后 停靠在信号最强的一条控制信道上守候等待 在移动通信系统中 将整个覆盖区分成许多位置区 各移动交换局服务区有自己的位置识别码 通过区内各基站控制信道发出 蜂窝移动通信系统中几个术语 越区切换 越区切换MSC之间过程当移动台在通话中经过两个基站覆盖区的相邻边界的时候 为了保持继续正常通话 不致中断 需要进行的信道切换 相邻小区切换信道两种情况 信道频率不相同信道频率相同而地址码不同两种切换方式 硬切换与软切换 蜂窝移动通信系统中几个术语 硬切换 指移动台在不同频道之间的切换由MSC命令移动台从一个小区的无线频道转接到另一个小区的无线频道上 这种切换需要移动台先切断原来的收发频率 再搜索使用新的频道 硬切换会造成通话短暂中断 当切换时间较长时 将影响用户通话 硬切换动画 蜂窝移动通信系统中几个术语 软切换 指切换过程中 载波频率不发生变化移动用户与原基站和新基站都保持着通信联系 可同时与两个 或多个 基站建立通话链路 当原服务基站的信号强度低于一门限值时 再切断与原服务基站的通信联系 而保持与新基站的通信链路 因此软切换没有通信中断现象软切换动画 蜂窝移动通信系统中几个术语 载频不同的两个基站间只能用硬切换软切换只能在频率相同的基站间进行所以FDMA和TDMA系统只能使用硬切换 CDMA系统两种切换方式都可以采用目前使用的GSM系统的越区切换方式为硬切换 CDMA系统则既有硬切换又有软切换 在CDMA系