移动通信的基本概念.ppt

第1章移动通信的基本概念 本章内容简介 本章主要介绍了移动通信的基本原理及其应用方面的基本概念 对移动通信的特点 分类 工作方式和网络的频率配置等进行了详尽的说明 概述了移动通信的发展历程 同时展望了未来的发展趋势 学习重点与要求 重点掌握移动通信的定义 特点 分类和工作方式 了解无线频谱的规划及移动通信的工作频段 1 1移动通信的定义 个人对通信的理想要求 5W 任何人 Whoever 在任何时间 Whenever 任何地点 Wherever 与任何人 Whoever 进行任何种类 Whatever 的信息交换 移动通信的定义 移动通信 是指通信双方或至少有一方在运动中进行信息交换的通信方式 例如 运动着的车辆 船舶 飞机或行走着的人与固定点之间进行信息交换 或者移动物体之间的通信都属于移动通信 这里所说的信息交换 不仅指双方的通话 同时也包括数据 传真 图像等多媒体业务 移动通信的特点 移动通信与其他通信方式相比 主要具有以下特点 无线电波传播环境复杂多普勒频移产生调制噪声移动台工作时经常受到各种干扰对移动台的要求高通道容量有限通信系统复杂 移动通信的特点 1无线电波传播环境复杂在移动通信中 基站至用户间靠无线电波来传送信息 当前 移动通信的频率范围在甚高频 VHF 30 300MHz 和特高频 UHF 300 3000MHz 内 工作频段特点 传播距离在视距范围内 通常为几十千米 天线短 抗干扰能力强 且以地表面波 电离层反射波 直射波和散射波等方式传播 受地形地物影响很大 多径传播 移动台接收到的电波一般是直射波和随时变化的绕射波 反射波 散射波的叠加 这样就造成所接收信号的电场强度起伏不定 最大可相差20 30dB 这种现象称为衰落 移动通信的特点 2多普勒频移产生调制噪声多普勒频移 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多普勒频移fd与移动物体的运动速度v 接收信号载波的波长 电波到达的入射角 有关 即fd v cos 解决方法 锁相技术频率跟踪 3移动台工作时经常受到各种干扰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 移动通信中的干扰 移动通信的特点 4对移动台要求高体积小 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 5通信系统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 1 2移动通信的发展概况 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 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 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 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 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 1 3移动通信的分类 工作方式 同频单工 异频单工 异频双工和半双工 多址方式 FDMA TDMA CDMA等 使用环境 陆地 海上和空中通信 覆盖范围 宽域网和局域网 业务类型 电话网 数据网和综合业务网 使用对象 民用和军用 服务范围 专用和公用网 信号形式 模拟网和数字网 典型的几种移动通信系统1 蜂窝移动通信2 集群移动通信系统3 无绳电话系统4 无线寻呼系统5 汽车调度通信6 卫星移动通信7 个人通信 1 4移动通信的工作方式 按通话状态和频率使用方法 可分为单工制 半双工制和双工制3种工作方式和频分双工 FDD 时分双工 TDD 两种双工制式 1 单工制单工制分单频 同频 单工和双频 异频 单工两种 单频是指通信的双方 使用相同工作频率f1 单工是指通信双方的操作采用 按 讲 方式 同频单工 同频单工的优点是 1 设备简单 2 移动台之间可直接通话 不需基站转接 3 不按键时发射机不工作 因此功耗小 它的缺点是 1 只适用于组建简单和甚小容量的通信网 2 当有两个以上移动台同时发射时就会出现同频干扰 3 当附近有邻近频率的电台发射时 容易造成强干扰 为避免干扰 要求相邻频率的间隔大于4MHz 因而频谱利用率低 4 按键发话 松键受话 使用者不很习惯 一般应用于用户少的专用调度系统 双频单工 由于使用收发频率有一定保护间隔的异频工作 提高了抗干扰能力 从而可用于组建有几个频道同时工作的通信网 操作采用 按 讲 方式 双频单工是指通信的双方使用两个频率f1和f2 半双工 半双工制是基站双工工作 移动台单工工作 信息双向传输使用两个频率 主要用于有中心转信台的无线调度系统 半双工制的优点是 移动台设备简单 价格低 耗电少 缺点是 移动台仍需按键发话 松键受话 使用不方便 另一方 如B方 则采用双频单工方式 即收发信机交替工作 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f1和f2 双工制 双工制指通信的双方 收发信机均同时工作 异频双工制的优点是 1 收发频率分开可大大减小干扰 2 用户使用方便 缺点是 1 移动台在通话过程中总是处于发射状态 因而功耗大 2 移动台之间通话需占用两个频道 3 设备较复杂 价格较贵 在没有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 双工制式 时分双工 TDD 是指上 下行信道使用相同的频率 但工作在不同的时隙内 其优点是通信系统无需占用两段频带 使用灵活 但通信系统须是时分多址接入系统 同频双工采用时分双工 TDD 技术 频分双工 FDD 是指下行信道 由基站到移动台 和上行信道 由移动台到基站 所用频率的双工频差为10MHz到几十MHz 这种制式可以避免收发信机自身的干扰 缺点是双工频分信道需要占用频差为几十MHz的两个频段才能工作 当今的蜂窝移动通信系统仍采用频分双工制式 双工又分为 频分双工 FDD 上下行通信需要用两个频段进行收发 时分双工 TDD 采用同一个频段 但以不同的时隙进行收发 思考并回答 1 移动通信系统的工作方式分为哪三种 2 蜂窝移动通信系统用的是哪种工作方式 3 双工方式包括哪两种 有何区别 1 5移动通信网络的频率配置 把某一频段供某一种或多种地面或空间业务在规定的条件下使用的规定 称为 频率配置 ITU以及各个国家无线电主管部门为移动业务划分和分配了多个频段 我国民用移动通信中 用于蜂窝移动通信的频段安排如下 对于公用数字移