15次课 专用移动通信系统.pptx

3G移动通信概论 朱广强zgq 第10章专用移动通信系统 本章要学习的内容 集群通信的概念 技术特点 典型系统卫星移动通信原理 技术特点 典型系统应急通信网的组成重点 集群通信的概念 典型数字集群系统构成 技术特点 低轨卫星移动通信的全球覆盖方式 典型系统 难点 集群通信系统的主要功能 集群方式 低轨卫星通信的 越区切换 第10章专用移动通信系统 专用通信系统概述OverviewsonDedicatedMobileCommunications10 1集群移动通信系统TrunkingMobileCommunicationSystems10 2卫星移动通信系统SatelliteMobileCommunicationSystems10 3应急移动通信系统EmergencyMobileCommunicationSystems 第10章专用移动通信系统 专用通信系统概述OverviewsonDedicatedMobileCommunications10 1集群移动通信系统TrunkingMobileCommunicationSystems10 2卫星移动通信系统SatelliteMobileCommunicationSystems10 3应急移动通信系统EmergencyMobileCommunicationSystems 第10章专用移动通信系统 专用 移动通信的含义 专用 是一个相对概念专用 Dedicated vs公用 Public 公用 有时也叫商用 一般指由电信网络运营商提供大众电信服务的移动通信系统 专用 一般指限制使用范围和使用规模的无线移动通信系统 最早的无线移动通信系统都是 专用 系统 越来越多的 专用系统 发展成公用 商用 系统 至少它具备这个实力 公用系统加以限制或改造 可成为某种 专用 系统 第10章专用移动通信系统 公网 公用陆地移动通信网 PLMN 专网 集群通信系统 无中心无线通信系统 无线对讲系统 无线数据采集系统 专用无线接入系统 专用卫星移动通信系统等等集群移动通信系统 卫星移动通信系统的许多设计方案 除了业务受众没有公众陆地蜂窝网庞大 从业务能力上讲完全可扩展为 公网 第10章专用移动通信系统 专用通信系统概述OverviewsonDedicatedMobileCommunications10 1集群移动通信系统TrunkingMobileCommunicationSystems10 2卫星移动通信系统SatelliteMobileCommunicationSystems10 3应急移动通信系统EmergencyMobileCommunicationSystems 10 1 1集群通信基本概念 集群 的概念为克服单信道移动通信系统容量小 频率利用率低的缺点 人们将有线电话中的中继线概念应用到移动通信之中 集群 就是从英文Trunking意译过来的 其本意为干线或中继 为与有线电话中的中继区别开来 将其翻译成集群 10 1 1集群通信基本概念 集群 的概念早先的无线集群就是一个多信道共用的中继系统 该系统中的所有用户自动动态地共享系统所有的信道 10 1 1集群通信基本概念 无线集群通信系统 现有含义 一种向用户提供优质服务的多用途 高效能而又廉价的先进的无线指挥调度通信系统 一类在中心控制单元的控制下 能自动地 动态地 最优地将系统资源指配给系统内全部用户使用 最大限度地利用系统内的频谱资源和其他资源的系统 集群通信应用对象集群移动通信网主要面向各专业 强力部门如公安 铁道 水利 军队等 以各专业部门用户为服务对象 所以 一般将它划归专用移动通信系统 10 1 2集群通信的技术特点 集群系统与常规对讲系统的区别 10 1 2集群通信的技术特点 集群系统与蜂窝系统的区别 10 1 2集群通信的技术特点 集群系统的主要特点 共用频率 共用设施 共享覆盖区 共享通信业务 改善服务 共同分担费用 具有功能齐全 方式灵活的调度指挥功能 并可与有线网互联 10 1 3集群系统的分类 1 按信令方式分有共路信令方式和随路信令方式之分 2 按话音信号的类型分有模拟集群和数字集群两种 3 按通话占用信道方式分有信息集群 亦称消息集群 和传输集群之分 4 按控制方式分有集中控制方式和分散控制方式两种 5 按覆盖区域分有单区单中心制和多区多中心制之分 10 1 3集群系统的分类 单区 单点 单中心 基本结构 10 1 3集群系统的分类 多区 多中心 多层次 联网 10 1 4集群方式 信道的分配与使用 信息集群 消息集群 信息集群工作过程特点 通信完整性好 但信道利用率低 10 1 4集群方式 信道的分配与使用 传输集群 传输集群工作过程特点 信道利用率高 但可能通信不完整或延迟 10 1 4集群方式 信道的分配与使用 准传输集群 准传输集群工作过程特点 信道利用率与通信完整性间较好地平衡 10 1 5集群通信的主要功能 1 系统的通信功能主要包括调度通信 常规通信两大业务功能 2 系统控制与管理功能主要包括遥毙 动态重组 用户入网控制 虚拟专网等功能 以及计费 监视和报警等常规功能 3 系统诊断和可靠性功能主要包括系统自诊断 发射机故障关闭 接收机遇扰关闭 备用控制信道 备份中央控制器 故障弱化 脱网直通等功能 10 1 5集群通信的主要功能 具体功能包括 自动重拨 繁忙排队 自动回叫 组呼 动态重组 通播 系统呼叫 私线通话 多级优先 电话互联 故障弱化还有脱网工作 管理与计费 监视和报警等功能 10 1 5集群通信的主要功能 10 1 6数字集群通信系统 1 集群通信系统的数字化典型模拟集群系统 1G NOKIA公司的450MHzACTIONET 美国优利电 UNIDEN 公司的F A S T系统 美国摩托罗拉 MOTOROLA 公司的智慧网 SMARTNET 系统 基于英国MPT1327信令标准的集群系统 模拟系统的问题系统间无法兼容 难以互连互通 容量小 频率利用率低 干扰严重 保密性差 业务种类少等 10 1 6数字集群通信系统 数字化内容 解决数字话音编码 数字调制 多址 抗衰落等主要关键技术 解决漫游问题 提供更多业务 比如数据业务 改善操作 维护和运营管理功能 数字化范例 MOTOROLA的iDEN系统 M 16QAM VSELP 欧洲的TETRA数字集群系统 10 1 6数字集群通信系统 2 主要2G标准 国际电联 ITU 推荐标准 北美的APCO 25标准 欧洲通信标准协会 ETSI 推荐的TETRA MOTOROLA的iDEN 以色列的FHMA 跳频多址 爱立信的EDACS PRISM 日本的数字MCA系统标准IDRA 法国的TETRAPOL标准和系统等 我国开发标准 中兴的GoTa 华为基于GSM技术的GT800 专业数字集群 PDT 10 1 6数字集群通信系统 主要2G标准比较 10 1 6数字集群通信系统 类似于蜂窝系统 由某个机构建立并运营一个大网络 目的是为公共的或第三方组织的注册成员提供集群通信服务 采用虚拟专网 VPN 技术 共用频率和信道 共享覆盖区和通信业务 为节省资源 集群共网已成为集群通信运营的主要形式 由专门部门 如军队 警察等 组建网络 供部门内部用户利用该网络建立相互呼叫 以满足这些部门的特殊通信需求 如安全性 接续速度等 3 数字集群系统的运营方式 共网运营 专网运营 10 1 6数字集群通信系统 iDEN数字集群系统iDEN的由来iDEN 增强型数字网络 美国MOTOROLA公司生产的800M数字集群移动通信 iDEN的技术特点时分多址 TDMA 技术 VSELP 矢量和激励的线性预测编码 技术 抗干扰能力强的M 16QAM 正交振幅调制 技术及越区跟踪等技术 并采用和GSM系统相同的双工通话结构以及特殊的频率复用方式 能在25kHz的信道带宽内容纳6个话音信道 4 典型数字集群系统 7 2 2数字集群通信系统 iDEN系统结构与设备 10 1 6数字集群通信系统 iDEN的无线接口规范 多址方式 TDMA FDMA信道宽度 25kHz每信道时隙数 6或3适用频段 800MHz和1 5GHz频带宽度 15MHz收发双工间隔 45MHz调制方式 M 16QAM话音编码4 8kbps的VSELP声码器信道检错编码 循环冗余校验码CRC信道纠错编码 多码率格形前向纠错码调制信道比特率 64kbps 10 1 6数字集群通信系统 iDEN的业务能力业务调度能力单呼 群呼 选择群呼 空中编程 PTT ID 呼叫指示 自动登记和漫游等 电话互连业务位置更新 鉴权 漫游 过网 切换 来电显示 呼叫建立 紧急呼叫 中继传送 外部拨号 数据呼叫 附加业务等 短消息业务短消息 语音信箱 电路交换数据 传真业务 10 1 6数字集群通信系统 欧洲电信标准协会 ETSI 1995年制定公布的新一代数字集群系统标准 系统特点 开放 完备的标准协议 支持厂商众多TDMA技术 支持集群 非集群方式提供全双工移动电话服务和卓越的群组调度功能 综合数据服务 TETRA 陆上集群无线电 10 1 6数字集群通信系统 TETRA可看成是TETRA话音 数据 V D TETRA分组数据优化 PDO 和TETRA直接模式通信 DMO 3个普通标准的集合 即 话音 数据模式 V D 电路交换模式 25KHz信道能同时支持话音 数据和图像的通信 数据速率可达28 8kbps 分组 包 交换数据优化模式 PDO 25KHz信道 其有效数据传输率最高可达36kbps 直通模式 DMO TETRA系统工作模式 移动台无需通过系统就可以直接进行端对端通信的脱网工作模式 业务包括组 群 呼 私密呼叫和短消息传递 电路数据业务等 10 1 6数字集群通信系统 TETRA系统工作模式 集群模式 中转模式 直通模式 10 1 6数字集群通信系统 空中接口工作频段150 900MHz信道间隔25kHz调制方式调制信道比特率36kbps语音编码速率4 8kbpsACELP接入方式TDMA 4个时隙 用户数据速率7 2kbps 每时隙 数据速率可变范围2 4kbps 28 8kbps接入协议时隙ALOHA 网络结构取决于网络规模 小可以是一个单基站 单信道的系统 大可以是一个覆盖全国的多区 多基站联网漫游系统 TETRA系统技术体制 10 1 6数字集群通信系统 TETRA系统结构 10 1 6数字集群通信系统 iDEN与TETRA主要技术对比 B60 EMS12 10 1 6数字集群通信系统 5 数字集群系统在我国的应用与发展1999年 福建省数字集群商用试验网采用MOTOROLA的iDEN系统 共网方式运营2002年 中卫国脉上海数字集群商用网采用MOTOROLA的iDEN系统 共网方式运营2000年 香港警用数字集群通信系统采用诺基亚的TETRA系统 专网方式运行2002年 上海公安局数字集群通信系统采用MOTOROLA的TETRA系统 专网方式运行 10 1 6数字集群通信系统 5 数字集群系统在我国的应用与发展 续 2002年 广九铁路 广州等众多城市地铁数字集群调度通信系统采用MOTOROLA 诺基亚等厂家的TETRA系统 专网方式运行2008年 北京数字集群指挥调度通信网全国规模最大 覆盖京津与环渤海地区 采用诺基亚的TETRA系统 专网方式运行 10 1 6数字集群通信系统 5 数字集群系统在我国的应用与发展 续 2004年 具有自主知识产权的数字集群标准推出 系统逐渐成熟 商用中兴基于CDMA技术的GoTa系统 华为基于GSM技术的GT800系统2010年 专业数字集群 PDT 标准诞生全面兼容已有的MPT1327体制的模拟集群系统 专网方式运行2009年起 宽带多媒体集群系统的研究成为研究重点 McWiLL MiWAVE等系统诞生 10 1 6数字集群通信系统 GoTa数字集群通信系统 GoTa GlobalopenTrunkingarchitecture 开放式集群架构GoTa系统是中兴通讯推出的基于CDMA技术的数字集群通信系统 是基于CDMA方式的调度通信和蜂窝移动通信的组合系统 可提供多种共网集群和专业调度统一的业务模式 GoTa还提供普通电话互联业务和支持高速率数据业务 最高传输速率达153 6kbps 提供多种新的增值业务 GoTa系统的产品已在中国 俄罗斯 泰国 挪威 加纳等国家正式商用 10 1 6数字集群通信系统 GT800是华为公司基于GPRS和GSM技术开发的数字集群系统 它分为两个阶段 第一阶段 以成熟的TDMA技术为基础 对TDMA网络的信令流程和网络结构进行优化 扩展 提供快速呼叫 组呼 动态重组 优先级控制 遥开遥毙 环境监听 故障弱化 虚拟专网等业务特性 满足共网集群用户的需求 数据传输方面的需求采用GPRS网络满足 第二阶段 继承第一阶段的业务特性 引入TD SCDMA技术提供高速数据业务和更高的系统容量 并提供端到端加密 终端直通等安全 保密方面的业务特性 满足特殊行业用户的需求 GT800数字集群通信系统 10 专用数字集群通信系统 专用通信系统概述OverviewsonDedicatedMobileCommunications10 1集群移动通信系统TrunkingMobileCommunicationSystems10 2卫星移动通信系统SatelliteMobileCommunicationSystems10 3应急移动通信系统EmergencyMobileCommunicationSystems 10 2卫星移动通信系统 卫星移动通信卫星移动通信是指车辆 舰船 飞机及个人在运动中利用卫星作为中继器进行的无线移动通信 卫星移动通信特点真正能够做到全球覆盖 它在海上 空中和地形复杂而人口稀疏等区域实现移动通信 是一般陆地移动通信系统所无法比拟的 而且特别适合远距离和在多个国家之间漫游的服务 需要卫星中继 卫星移动通信体制和覆盖能力与中继卫星星座配置有很大关系 10 2卫星移动通信系统 GEO GeostationaryEarthOrbit静止轨道长延迟 0 24秒 服务寿命 10 15years最广泛应用的技术覆盖区 42 3satellitestocoverEarth 功率大 MEO MediumEarthOrbit中轨道相对低的延迟 0 06 0 14秒 服务寿命 5 15years应用少覆盖区 10 10satellitestocoverEarth 功率较大 LEO LowEarthOrbit低轨道很低的延迟 0 03秒 服务寿命 5 10年技术开始商业化覆盖区 1 5 40 60satellitestocoverEarth 功率小 500 1 500km 8 000 12 000km 20 000km 卫星轨道分类 10 2卫星移动通信系统 铱星全球移动通信系统星座图 卫星星座与对地覆盖 10 2卫星移动通信系统 最早的卫星移动通信系统1976年 国际海事卫星组织 IMARSAT 组建了IMARSAT A系统 后又增加IMARSAT C IMARSAT M IMARSAT B INMARSAT M和IMARSAT 机载等系统 其它同步卫星移动通信系统同步卫星上设置多波束天线 像蜂窝网中把小区分成区群 把波束分成波束群 实现频率复用 以提高系统容量 美国休斯公司的Spaceway计划 IMARSAT P计划 亚洲蜂窝卫星 ACeS 等 10 2卫星移动通信系统 中 低轨道卫星移动通信系统为节省发信功率 减少传输时延 减小终端体积 提高覆盖能力等 1990年前后 兴起中 低轨道全球卫星移动系统研究开发热潮 先后推出 铱 系统 全球星 系统等先进设计 IMT 2000也将卫星移动通信作为3G陆地移动通信系统的重要补充 10 2 1低轨道卫星移动通信 典型的低轨道卫星移动通信系统 10 2 1低轨道卫星移动通信 1 低轨道卫星移动通信的特点与地面系统比 卫星相当于基站 波束覆盖半径远比地面系统大 与静止轨道系统比 传输延迟小 移动用户可使用天线短 功率小 重量轻的手机 卫星绕轨周期短 每几分钟就从用户头顶飞过 越区切换倒置 小区 卫星波束覆盖区 穿过用户产生越区切换 小区面积与卫星轨道高度有关 或者说全球覆盖卫星数量与轨道高度有关 10 2 1低轨道卫星移动通信 2 低轨道卫星移动通信系统的组成 10 2 2 铱 系统 星座结构最典型低轨道卫星移动通信系统之一 美国摩托罗拉公司提出并开发 原计划设置7条圆形轨道均匀分布于地球的极地方向 每条轨道上有11颗卫星 总共有77颗卫星在地球上空运行 这和铱原子中有77个电子围绕原子核旋转情况相似 故得名 为与其它低轨道卫星通信系统进行竞争 简化结构 节省投资 MOTOROLA公司最终将该系统改用66颗卫星 分6条轨道在地球上空运行 但系统命名沿用 10 2 2 铱 系统 铱 系统卫星的48个点波束覆盖结构 点波束 10 2 2 铱 系统 系统特点 星上处理 星际链路 技术 不依赖于现有地面通信网络的支持 就可建立全球移动个人通信系统的能力 采用星际链路相连 具有空间交换和路由选择的功能 每一颗卫星运行中除与地面移动用户 关口站 控制中心通信联系外 还有4条星际链路 分别与同一轨道平面前后相邻 相距4027公里 的两颗卫星间及与相邻轨道平面的前后两颗卫星间 距离随纬度不同而变化 最大距离 赤道上空 达4633公里 的双向星际联系 这些链路均工作于Ku波段 10 2 3 全球星 系统 是由美国劳拉宇航公司和高通 Qualcomm 公司共同组建的 全球星 Globalstar 公司运营 股东包括法国阿尔卡特 法国电信公司 英国沃达丰 韩国现代以及中国卫星通信集团公司等 基本设计思想 利用LEO卫星组成一个连续覆盖全球的卫星移动通信系统 向世界各地用户提供话音 数据或传真 无线电定位业务 不单独组网 它与地面公共网联合组网 其连接接口设在关口站 系统只是保证全球范围内任意移动用户随时可通过该系统接入地面网 作为陆地蜂窝移动通信系统和其它移动通信系统的延伸 10 2 3 全球星 系统 系统构成系统由48颗低轨卫星 8颗在轨备用卫星 卫星运行控制中心 地面运行控制中心 关口站和用户终端组成 在全球范围内 不包括南北极 向用户提供 无缝隙 覆盖的卫星移动通信业务 每颗星有6个点波束 在