无线通信系统与技术-培训教材 PPT课件

无线通信系统与技术 教材编写 钱建辉日期 2011年3月1日 无线通信系统与技术 无线通信概述典型无线通信系统介绍蜂窝移动通信系统介绍移动通信系统组成无线通信技术 2 无线通信系统与技术 无线通信概述典型无线通信系统介绍蜂窝移动通信系统介绍移动通信系统组成无线通信技术 3 无线通信概述 有线通信介绍无线通信介绍无线通信技术历史回顾无线通信频谱无线通信应用 4 有线通信介绍 有线通信是指利用线缆线路 电线或者光缆 作为通讯传导来传送信号的通信方式 有线通信与无线通信相对 有哪些线 光纤网线 双绞线 电话线同轴电缆 5 无线通信介绍 无线通信 WirelessCommunication 是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式 无线通信与有线通信相对 无线通信技术是近些年信息通信领域中发展最快 应用最广的通信技术 在移动中实现的无线通信通称为移动通信 二者合称为无线移动通信 无线通信的特点 利用无线电磁波进行信息传输占用无线频谱资源电磁波信号强度随着距离增加而不断衰减无线移动通信引起多普勒效应在复杂的干扰环境中运行环境的干扰无线信号间的干扰 6 电磁波 无线通信的基础 电磁波 7 无线通信技术历史回顾 1888 RudolfHertz发现电磁波1920 K Armstrong提出调频 FM 理论1960 半导体取代电子管 集成电路和计算机出现1970 美国BellLab提出 蜂窝 概念1983 美国Motorola AMPS商用1984 英国 TACS 日本 JTACS1989 欧洲发布GSMPhaseI标准1992 美国FCC批准CDMA IS95 1999 国际ITU对3G标准化 8 名词解释 FCC FederalCommunicationsCommission 美国联邦通信委员会ITU InternationalTelegraphUnion 国际电信联盟AMPS AdvancedMobilePhoneSystem 高级移动电话系统TACS TotalAccessCommunicationsSystem 全入网通信系统GSM GlobalSystemforMobileCommunications 全球移动通讯系统 俗称 全球通 9 无线电频谱 10 通信频谱 11 无线通信应用 全球星 GPS 小灵通 寻呼机 蓝牙 健康监控 RFID 卫星通信 对讲机 手机 WIFI CMMB 12 无线通信系统与技术 无线通信概述典型无线通信系统介绍蜂窝移动通信系统介绍移动通信系统组成无线通信技术 13 典型无线通信系统介绍 无线寻呼系统微波中继通信卫星通信 铱星 全球星 GPS无绳电话 小灵通蓝牙 ZigBee WiFi WiMaxMBWA LMDS MMDSRFIDCMMB蜂窝移动通信系统 14 无线寻呼系统 传送简单信息的单向通信系统 系统组成 寻呼控制中心基站寻呼接收机 BB机 BP机 寻呼系统体制 GSC 格雷顺序编码 1973年 美国POCSAG POCSAG码 1975年 英国ERMES 欧洲无线信息系统 1992年 欧洲FLEX 通用寻呼系统 1993年 MotorolaAPOC 高级寻呼操作码 1994年 Philips 15 微波中继通信 微波波段分为分米波段 VHF 厘米波段 UHF 毫米波段 EHF 微波传播的特点 直线传播 也称视距通信 微波中继距离约50公里 总通信距离长达数千公里 微波接力通信由终端站 枢纽站 若干个中继站组成 利用静止卫星充当微波中继站 使通信距离大为增加 微波通信经历了由模拟到数字的转变 微波数字传输系列 PDH SDHPDH PlesiochronousDigitalHierarchy准同步数字系统SDH SynchronousDigitalHierarchy同步数字系统 16 卫星通信 同步地球轨道卫星 GEOS GeosynchronousEarthOrbitSatellite 卫星高度 35 786公里覆盖全球至少需要三颗卫星国际通信卫星组织INTELSAT的I V代卫星国际海事卫星组织INMARSAT的I III代卫星移动卫星服务 MSS MobileSatelliteService 采用中轨道卫星MEOS和低轨道卫星LEOS卫星轨道高度分别为约10 000公里和800 1600公里多颗卫星完成移动通信的全球覆盖著名的低轨道卫星有 Motorola等公司的 铱 星 Iridium 系统Loral公司的 全球星 Globalstar 系统TRW公司的奥德赛 Odyssey 系统 17 铱 Iridium系统 Motorola公司于1987年提出的低轨全球个人卫星移动通信系统 与现有通信网结合 可实现全球数字化个人通信 原设计为77颗小型卫星 分别围绕7个极地圆轨道运行 因卫星数与铱原子的电子数相同而得名 后来改为66颗卫星围绕6个极地圆轨道运行 但仍用原名称 极地圆轨道高度约780km 每个轨道平面分布11 1颗卫星 铱系统主要由四部分组成 空间段 系统控制段 用户段 关口站段市场定位 商务旅行者 海事用户 航空用户 紧急援助 边远地区提供业务 话音 传真 数据 定位 寻呼1998年11月1日宣布在全球投入商业运营 2000年3月17日铱公司宣布破产 停止提供 铱 服务 18 全球星Globalstar 由美国劳拉公司 Loral 和高通公司 Qualcomm 倡导发起 2000年1月6日开通运营共48 4颗低轨卫星 卫星高度1414公里 在全球范围 不包括南北极 向用户提供无缝隙覆盖的 低价的卫星移动通信业务 业务包括 话音 传真 数据 短信息 定位等 系统主要由三部分组成 空间段 地面段 用户段全球星不是把一个全球星用户与另一个用户直接相连 而是在用户经过卫星和关口站之间进行通信 如果被叫是全球星用户 就会通过PSTN与关口站链接 再上星接通 双模手机 全球星 GSM 19 GPS GlobalPositioningSystem全球定位系统20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 主要目的 为陆 海 空三大领域提供实时 全天候和全球性的导航服务 GPS导航的基本原理卫星不断地发射导航电文 接收机收到导航电文时 提取出卫星时间 与自己的时钟做对比 得出卫星与接收机的距离 综合与多颗卫星的距离数据计算出接收机的位置 运用x y z t四个坐标数据解方程进行计算所以至少需要能接收到4颗卫星的信号GPS组成 空间卫星 21颗工作卫星 3颗备用卫星 高度20200km 地面控制系统 1个主控站 3个注入站 5个监测站用户设备 GPS接收机全球四大卫星定位系统 美国 GPS 欧盟 伽利略 俄罗斯 格洛纳斯 中国 北斗 20 GPSOne AGPS GPSOne也叫AGPS 是美国高通公司推出的辅助GPS定位技术 结合GPS卫星信号和CDMA网络信号进行混合定位 在GPS卫星信号和无线网络信号都无法单独完成定位的情形下 GPSOne会组合这两种信息源 只要有一颗卫星和一个小区站点就可以完成定位 解决了传统GPS无法解决的问题 特点 定位精度能达到5 50米完成定位只需要几秒到几十秒在野外和室内都能定位普通手机可以集成GPSOne芯片 21 无绳电话系统 无绳电话是利用现有固定电话网的交换和中继设备的一种增值业务 无绳电话的发展 主要标准 CTO 1984年 美国FCC提出的第一代模拟无绳电话标准CT1 1987年 欧洲CEPT提出的模拟无绳电话标准CT2 DECT 1989年 英国提出数字无绳电话标准CT2首次提出远程站 Telepoint 概念 远程站相当于公用电话亭 在远程站附近几百米范围内可以象在室内一样使用无绳电话 若干个CT2手机可同时接入同一个远程站 互不干扰 低成本 穷人的大哥大 缺点 只能呼出不能呼入 1991年ETSI发布DECT数字增强无绳电话标准PHS PACS1993年 日本提出第二代数字无绳电话系统PHS PersonalHandy phoneSystem 俗称 小灵通 1995年 Motorola提出PACS PersonalAccessCommunicationSystem 22 PHS通信系统 小灵通 个人手持电话系统 PersonalHandy phoneSystem 采用日本RCRSTD 28标准 采用数字空中接口 PHS使用1900 1920MHz频段 优点 硬件投资少 资费低 绿色环保 发射功率非常低 仅为10mW 待机时间长 缺点 只能应用于用户密集区域 通信距离短 不支持用户漫游 不支持快速移动 速度不能超过40公里 小时 中国用户最多时达到9300万 全球用户超过1亿 由于使用的频段与TD SCDMA相冲突 工信部要求小灵通在2011年前全部退市 23 数字无绳电话系统比较 24 无线通信网络 WWAN WMAN WLAN WPAN IEEE802 20 MBWA IEEE802 16 WiMax IEEE802 16 WiFi IEEE802 15 Bluetooth ZigBee 3GPP3GPP2 WWAN WirelessWideAreaNetwork 无线远程网WMAN WirelessMetropolitanAreaNetwork 无线城域网WLAN WirelessLocalAreaNetwork 无线局域网WPAN WirelessPersonalNetwork 无线个人网 Cellular 2G 3G 4G RFID 25 IEEE802无线标准系列 26 标准产业联盟 27 Bluetooth 蓝牙 蓝牙 Bluetooth 的名字来源于古代丹麦国王HaraldBlatand 由于发音近似 Blatand英文意思为Bluetooth 起名者以此来寓意无线技术将人们联系在了一起 1998年 Intel Ericsson Nokia IBM和Toshiba一起创立了名为SIG的合作组织 目的为共同制定出一个短距离无线通信标准 蓝牙是一项适用于小范围的无线通信标准 使用使用IEEE802 15协议 蓝牙组成是微微网 Piconet 支持点到点和一点到多点的低功耗通信 距离为10米 增强功率的情况下可达到100米 蓝牙通信技术可以提供高达1Mbps的传输率 并且支持身份验证和数据加密 28 蓝牙系统结构 蓝牙使用无需申请许可证的ISM IndustrialScientificMedical 频段 美国 欧洲 中国 2 4 2 4835GHz 日本 2 471 2 497GHz 蓝牙芯片将信息和语音信号调制到ISM频段上传输 建立微微网 Piconet 期间一台设备作为主机 其它设备作为从机 如果需要连接的设备地址码是已知的 就可以通过一个寻呼消息建立连接 蓝牙设备中属于同一Piconet的设备共享1MHz的带宽 29 蓝牙发展史 蓝牙技术先后有V1 0 V1 1 V1 2 V2 0 V2 1 V3 0 V4 0版本 1999年7月份蓝牙技术联盟 BluetoothSIG 推出蓝牙协议1 0版 将其推向应用阶段 V1 1为最早期版本 2001年3月推出 传输率约在748 810kb s 因是早期设计 容易受到同频率产品的干扰 影响通讯质量 此版本现已淘汰 V1 2在2003年推出 同样是只有748 810kb s的传输率 但加上了抗干扰的适应性跳频技术 改善信号质量 Bluetooth2 0 EDR版本是V1 2的改良版 2004年推出 传输率约在1 8M s 2 1M s EDR即EnhancedDataRate 它具有双工的工作方式 即一面作语音通讯 同时亦可以传输数据 Bluetooth2 1 EDR版本是在2007年8月推出的 它的出现是为了改善之前的技术一直存在的功耗大的问题 2009年4月 蓝牙技术联盟正式颁布了新一代标准规范 BluetoothCoreSpecificationVersion3 0HighSpeed 数据传输率提高到了大约24Mbps 2010年7月 蓝牙技术联盟正式宣布蓝牙核心规格4 0版本 蓝牙4 0实际是三位一体的蓝牙技术 它将三种规格 传统蓝牙 低功耗蓝牙和高速蓝牙技术合而为一 30 ZigBee ZigBee是一种无线网络技术标准 IEEE802 15 4 主要用于近距离无线网络连接 它的字面意思为 嗡嗡 zig 的蜜蜂 bee 来源于蜜蜂用于传递信息的舞蹈 2000年12月IEEE成立了802 15 4工作组 2001年8月ZigBee联盟成立 主要特点 低速 低功耗 低成本 支持大量网络节点 低复杂度 快速 可靠 安全 ZigBee设备在使用电池驱动下 可以运行数月甚至数年 有较高的可靠性和可维护性 目标市场 工业 家庭及医学等需要低功耗 低成本的无线通信应用 它工作于2 4GHz 全球 868MHz 欧洲 及915MHz 美国 的ISM频段 ZigBee健康照顾系统 ZigBee工业仪表系统 31 WiFi Wi Fi是英文WirelessFidelity 无线保真 的缩写 Wi Fi是一种可以将个人电脑 手持设备等终端以无线方式互相连接的技术 Wi Fi是一个无线网路通信技术的品牌 由Wi Fi联盟 Wi FiAlliance 所持有 目的是改善基于IEEE802 11标准的无线网路产品之间的互通性 目前 WLAN的推广和认证工作主要由WiFi联盟完成 所以WLAN技术常常被称之为WiFi 802 11定义了两种设备 无线接入点AP AccessPoint 提供无线与有线网络之间的桥接 无线终端 IEEE802 11标准系列 WAPI WAPI WirelessLANAuthenticationandPrivacyInfrastructure 无线局域网鉴别和保密基础结构 是一种安全协议 同时也是中国无线局域网安全强制性标准 2009年6月在ISO IECJTC1 SC6日本东京会议上 WAPI获得包括美 英 法等10余个与会国家成员体一致同意 将作为无线局域网络接入安全机制独立标准形式推进为国际标准 中国推进WAPI是出于安全性考虑 也是出于利益方面的考虑 在认证保密方面 WAPI比WiFi强 为了保护WAPI 中国工信部明令禁止支持WiFi功能的手机在国内获得入网许可 洋品牌手机要想进入中国大陆市场必须摘除WiFi模块或屏蔽该功能 WiMax WiMax WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess 全球微波互联接入WiMax的另一个名字是IEEE802 16 其工作频段在2 11GHz IEEE802 16于2001年被批准成为无线城域网 WMAN 技术之一 是一种为企业和家庭用户提供 最后一公里 的宽带无线连接方案 WiMax也被称为 3 5G 技术 于2007年5月成为3G的第4个标准 IEEE802 16标准系列包括 802 16 802 16a 802 16d 802 16eWimax的技术优势 采用OFDMA MIMO AMC HARQ等先进技术传输距离长 典型6 10公里 最大50公里 传输速率高 最高达75Mbps 系统容量可灵活扩展 信道带宽可在1 25 20MHz之间变化 35 IEEE802 16标准系列 36 MBWA 移动宽带无线接入 MBWA MobileBroadbandWirelessAccess 移动宽带无线接入2002年12月IEEE成立了MBWA工作组 开发802 20 Mobile Fi 标准 802 20任务是为高速移动用户开发一个支持在3 5GHz频带中进行高可靠性和高速无线数据传输标准 MBWA系统的优势 工作于3 5GHz下频段 容易得到频率资源高速数据速率 1Mbps 支持高达250Km h的运动车辆小区覆盖范围相当于城域网全面支持Internet802 20发展前景不明朗高通垄断来自3G和WiMax的竞争 37 LMDS LMDS LocalMultipointDistributionsSystem 本地多点分配系统一种微波宽带无线固定接入技术 利用高容量的点对多点微波传输 提供双向话音 数据和图像等业务 工作频段10 40GHz 工作距离3 5公里 传输速率可达155Mbps LMDS被认为是最后一公里光纤的灵活替代技术 LDMS网络由骨干网 基站 用户端设备及网管系统四部分组成 LDMS局限性 覆盖范围较小 不适合远程用户使用 基站设备价格贵 只适合于人口集中地区 工作频率高 通信质量受天气影响大 系统组成 星型拓扑结构 环型拓扑结构 38 MMDS MMDS MicrowaveMultipointDistributionSystem 微波多点分配系统一种通过微波传输有线电视信号 并提供宽带业务的点对点分布系统 MMDS也称做无线的有线电视系统 是有线电视系统的重要组成部分 工作频段2 5 3 5GHz 覆盖半径50公里 可传送100对数字电视信号 MMDS与有线电视网一样 可采用加 解扰技术 计算机管理用户 实现可寻址收费 MMDS与光纤网一样 可实现双向传送话务和数据信息 视频点播 电视会议等 MMDS特点 设备重量轻 体积小 方便安装调试适合中小城市或郊区有线电视覆盖不到的地方 39 RFID RadioFrequencyIdentification 是一种非接触式的自动识别技术 通过射频信号自动识别目标对象 并获取相关数据 识别工作无须人工干预 作为条形码的无线版本 系统由电子标签 读写器和数据管理系统三个主要部分组成 应用 零售 物流管理高速公路收费及智能交通电子票证动物跟踪和管理资产追踪管理门禁管理 人员管理防伪识别生产自动化及过程控制 RFID 射频识别系统 RFID电子标签结构 RFID工作原理 40 CMMB CMMB ChinaMobileMultimediaBroadcasting中国移动多媒体广播从2006年11月1日起开始实施的 利用S波段信号实现 天地 一体覆盖 全国漫游 支持25套电视节目和30套广播节目 支持手机 PDA MP3 MP4 数码相机 笔记本电脑等小型接收终端 接收视频 音频 数据等多媒体业务 CMMB也是数字电视技术的一种 采用先进的编码 压缩 调制等数字技术 国外手机电视技术主要有 美国的MediaFLO 欧洲的DVB H 韩国的T DMB等 移动网 41 无线通信系统与技术 无线通信系统概述典型无线通信系统介绍蜂窝移动通信系统介绍移动通信系统组成无线通信技术 42 蜂窝移动通信系统介绍 蜂窝移动通信系统的发展模拟蜂窝移动通信 1G 数字蜂窝移动通信 2G 3G 4G 数字蜂窝移动通信技术演进 43 蜂窝移动通信系统的发展 第一代 1G 模拟移动通信系统 80年代 AMPS TACS JTACS NMT第二代 2G 数字移动通信系统 90年代 GSM GPRS EDGECDMA IS95 CDMA20001xD AMPS IS 136 PDC第三代 3G 宽带移动通信系统 2000年 WCDMA HSDPA HSUPA HSPA 1xEVDO Rel 0 Rel A Rel B TD SCDMA TD HSDPA TD HSUPA TD HSPA 第四代 4G 多媒体移动通信系统LTEFDD LTE TD LTE TD LTE WiMax WiMaxII 44 模拟蜂窝移动通信 移动通信始于1921年的美国警察移动通信系统 1946年在美国圣路易斯城建立了世界上第一个汽车电话网 1978年 美国贝尔实验室开发了AMPS AdvanceMobilePhoneService高级移动电话系统 实现了真正意义上的可以随时随地的大容量蜂窝移动通信系统 1983年 第一代蜂窝移动通信系统AMPS在美国投入商用 1984年 英国根据AMPS提出了TACS TotalAccessCommunicationSystem全接入通信系统 1984年 日本提出了JTACS JapanTotalAccessCommunicationSystem日本全接入通信系统 198x年 瑞典 挪威和丹麦的电讯管理部门提出NMT NordicMobileTelephoneSystem北欧移动电话系统 1987年 中国第一个TACS制式模拟移动电话系统建成商用 45 蜂窝结构 蜂窝系统 小区制 系统将所要覆盖的地区划分为若干个小区 每个小区的半径可视用户的分布密度在1 10km左右 在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务 蜂窝结构的优点 采用小区复用系统 频谱利用率高 实现大地理区域的移动性 覆盖范围大 可以覆盖全国甚至全球 用户容量大 基本上不受限制 公用蜂窝系统的网络与PSTN相连 移动电话可以方便地与任一用户通话 用户终端功率小 因此体积小 辐射小 电池使用时间长 蜂窝结构的缺点 系统结构复杂 需要涉及越区切换 漫游 位置登记 更新和管理以及系统鉴权等技术 需要建很多基站 人口密集区域之外有盲区 蜂窝分类宏蜂窝 Macro cell 2 20km微蜂窝 Micro cell 0 4 2km微微蜂窝 Pico cell 400m 46 蜂窝体系架构 在蜂窝系统中 移动终端通过空中接口与基站 BS 建立通信连接 BS通过光缆线路或微波线路连接到移动交换中心 MSC 移动交换机可以连接到其它网络 与无绳电话系统不同的是 蜂窝移动通信系统具有自己独立的交换机MSC 而不是使用有线电话网络的交换机 BS BSC BTS 模拟蜂窝移动通信系统性能比较 48 数字蜂窝移动通信 移动通信采用的数字技术包括 语音编码信道编码与数字信号处理数字信号调制 解调数字控制信道和数字数据信道保密与认证数字移动通信的优点 提升容量提高语音通话质量和通话安全性抑制干扰和噪音增加数据业务能力降低用户和运营商的费用 模拟信号 数字信号 数字蜂窝移动通信技术演进 50 GSM系统 GlobalSystemofMobilecommunication全球移动通信系统第二代主流蜂窝移动通信系统采用数字化语音编码和数字调制技术采用TDMA FDMA复用方式以语音业务为主 也支持无线的数据业务使用最广 用户数最多的移动通信系统超过200个国家超过20亿用户在发展的过程中 GSM系统的功能不断得到丰富 短信息服务 SMS 提供了一种新颖 便捷 廉价的通讯方式 1994年 GSM实现了基于电路交换的数据业务和传真服务 1999年 WAP协议使得用户可以通过手机访问互联网 2000年后开始商用的通用分组无线服务 GPRS 使得GSM系统能够以效率更高的分组方式提供数据通讯 2003年 EDGE技术开始商用 提供了接近3G的数据通讯能力 51 GPRS GRPS GeneralPacketRadioService通用分组无线业务是在原有的GSM网络上进行扩充 以提供分组无线业务的系统 是为使GSM满足移动数据通信业务的发展而引入的 特点 可以向用户提供从9 6Kbps到高于150Kbps的接入速率 支持多用户共享一个信道的机制 每个时隙允许最多8个用户共享 提高了无线信道的利用率 支持一个用户占用多个信道 提供较高的接入速率 是移动网与IP网的结合 可提供固定IP网支持的所有业务 在技术上提供了按数据量计费的可能 52 EDGE EDGE EnhancedDataRateforGSMEvolution 增强型数据速率GSM演进 Ericsson公司于1997年向ETSI提出了EDGE的概念 EDGE于1998年1月被批准 2003年才开始大规模应用 EDGE是一种从GSM到3G的过渡技术 GPRS俗称2 5G EDGE俗称2 75G 它能够充分利用现有的GSM资源 采用现有的GSM频率 利用大部分现有的GSM设备 不改变GSM网的结构 也不引入新的网络单元 只是对BTS进行简单升级 并对网络软件及硬件做一些较小的改动 它主要是在GSM系统中采用了多时隙操作和8PSK调制技术 使每个符号所包含的信息是原来的3倍 最高速率可达384kbps 看手机的网络图标就能知道自己的手机是否正在使用EDGE网络 EDGE是一个小 E 而GPRS是一个小 G 使用EDGE必须达到两个要求 你所在范围覆盖有EDGE网络你的手机支持EDGE 53 CDMA IS 95 CDMA CodeDivisionMultipleAccess 码分多址 IS 95 是由高通公司 Qualcomm 提出的第一个基于CDMA技术的数字蜂窝标准 基于IS 95的第一个品牌是cdmaOne 由CDG CDMA发展集团 申请 CDMA的优势 系统容量大 在使用相同频率资源的情况下 CDMA网比GSM网要大4 5倍 建网成本低 在CDMA规划中 CDMA的站间距一般较GSM稀疏 网络绿色环保 功耗小 平均发射功率 CDMA手机是GSM手机的1 60 2毫瓦 通话质量更佳 CDMA的支持13kb的语音编码器 而TDMA最多支持8Kb CDMA采用软切换技术 TDMA采用硬切换 系统容量的配置灵活 频率规划简单 1995年 第一个CDMA商用系统 IS 95 在美国运行 CDMA在北美 南美和亚洲等地得到了推广和应用 在美国和日本 CDMA成为主要移动通信技术 中国联通于2002年1月8日正式开通了CDMA网络并投入商用 2008年10月1日后转由中国电信经营 54 IMT 2000 InternationalMobileTelecomSystem 2000 国际移动电话系统 2000 第三代移动通信系统最早于1985年由国际电信联盟 ITU 提出 当时称为未来公众陆地移动通信系统 FPLMTS 1996年更名为IMT 2000 系统工作在2000MHz频段最高业务速率可达2000kbps预期在2000年左右得到商用全球统一标准 使用共同的频段 实现高频谱效率的频谱分配 具有支持多媒体业务的能力 特别是支持Internet业务 第二代移动通信到第三代移动通信的平滑过渡 第三代无线传输技术 RTT 提出了支持高速多媒体业务 高速移动环境 144kbps数据速率低速移动环境 384kbps数据速率静止环境 2Mbps数据速率 55 IMT 2000标准 2000年5月 ITU R年会批准 通过了IMT 2000的无线接口技术规范 IMT 2000分为CDMA和TDMA两大类共五种技术 其中主流技术为以下三种CDMA技术 IMT 2000CDMA MC 即CDMA2000 IMT 2000CDMA DS 即WCDMA IMT 2000CDMATDD 即TD SCDMA 56 3G标准化格局 ITU 日本韩国中国美国欧洲美国 3GPP 3rdGenerationPartnershipProject第三代伙伴计划 3GPP2 由美国TIA 日本ARIB TCC 韩国TTA和中国CWTS构成 3GPP 由欧洲ETSI 日本ARIB TCC 美国ANSI下的T1P1 韩国TTA和中国CWTS构成 57 CDMA2000 CDMA2000是一个3G移动通讯标准 是IMT 2000标准认可的无线电接口 CDMA2000系统是从窄频CDMAOne数字标准衍生出来的 可以从原有的CDMAOne结构直接升级到3G 建设成本低廉 CDMA2000的发展 CDMA20001x也称CDMA1x或1xRTT 使用一对1 25MHz信道 最高数据速率153 5kbps 通常被认为是2 5G或者2 75G技术 CDMA20001xEVDO1xEV DO Evolution DataOnly 在CDMA20001x上附加了高数据速率 HDR 能力 是CDMA20001xEV发展道路上的第一阶段 先后有Rel 0 Rel A Rel B Rel C版本 CDMA20001xEV DV1xEV DV Evolution DataandVoice 可以在一个CDMA载频上同时支持话音和数据 是CDMA20001xEV发展道路上的第二阶段 但已经被停止发展 58 CDMA2000标准家族演进 HRPD HighRatePacketData 高速分组数据 又被称为1xEVDO AIE AirInterfaceEvolution 3GPP2的空中接口 59 CDMA20001x CDMA1x在IS 95的基础上升级了无线接口 既可以为用户提供传统的话音业务 也可以提供数据业务 CDMA20001x通常被认为是2 5G或者2 75G技术 CDMA20001x的数据传输峰值速率为153 6kbps 由于所采用的基本技术始终为CDMA 单个载波信道占用的带宽始终为1 25MHz 所以从IS 95到CDMA1x及1xEV 无论移动终端还是基站 均能够前 后向兼容 是一种真正意义的平滑过渡 在网络设备上 IS 95到CDMA1X只要进行适当的升级 IS 95的终端可以在CDMA20001X甚至1XEV网络中漫游 1x的终端也可以在IS 95网络中正常使用 CDMA20001x网络结构 60 1xEVDO 1xEV DO是一种高频谱利用率的CDMA无线通信技术 它可在1 25MHz带宽内提供峰值速率达2 4Mbps的高速数据传输服务 为了在不影响现有网络话音通信的前提下支持高速数据业务 1xEV DO采用了将语音信道和数据信道分离的方法 2000年1xEV DO标准发布 2002年1xEV DO产品开始进入商用阶段 1xEV DO与IS 95及CDMA20001x网络兼容 很好地保护了运营商的现有投资 1xEV DO的码片速率 功率需求 信道带宽与IS 95及CDMA20001X相同 1xEV DO可沿用现有网络设备 基站可与IS 95或CDMA20001x合并 成本低廉 先后有Rel 0 Rel A Rel B Rel C版本 Rel 0在2000年10月发布 其峰值数据速率可达到2 4Mbps 下行 153 6Kbps 上行 Rel A在2004年3月发布 其峰值数据速率可达到3 1Mbps 下行 1 8Mbps 上行 Rel B在2006年5月发布 使用多个信道 最多15个 20MHz带宽 其峰值数据速率可达到73 5Mbps 下行 27Mbps 上行 Rel C在2007年4月发布 目前还没有商用 61 UMTS 3GPP UMTS UniversalMobileTelecommunicationsSystem 通用移动通信系统在90年代初期 欧洲电信标准协会 ETSI 开始为3G标准征求技术方案 并把3G技术统称之为UMTS 宽带CDMA 带宽5MHz 是其多种方案之一 1998年 日本和欧洲在宽带CDMA的关键参数上取得一致 使之正式成为UMTS体系中FDD频段的空中接口的入选技术方案 并通称为WCDMA WCDMA TD SCDMA都是UMTS 但是现在说的UMTS一般就特指WCDMA 2000年 UMTS成为国际标准化组织3GPP制定的全球3G标准之一 UMTS标准至今有6个版本 R99 UMTS的第一个版本 定义了全新的宽带无线接入网以及从GSM演化而来的核心网 R4 核心网采用IP承载方式的软交换技术 承载与控制分离 支持EDGE升级 R5 引入IMS IP多媒体子系统 引入HSDPA技术 数据传输速率提高到10M以上 R6 增强了IMS标准 包括QoS改善 引入HSUPA 核心网向全IP网演化 R7 采用64QAM和MIMO技术 峰值速率达到28Mbps R8 HSPA phaseII或LTE 准4G 演进 峰值速率达到42Mbps或更高 62 WCDMA WCDMA WidebandCodeDivisionMultipleAccess宽带码分多址WCDMA是一种由3GPP具体制定的 是基于GSMMAP 移动应用部分 核心网 UTRAN UMTS陆地无线接入网 为无线接口的第三代移动通信系统 WCDMA采用直接序列扩频码分多址 DS CDMA 频分双工 FDD 方式 码片速率为3 84Mcps 载波带宽为5MHz 基于R99 R4版本 可在5MHz的带宽内 提供最高384kbps的数据传输速率 静止环境可达2Mbps 2001年 日本NTTDoCoMo公司的FOMA是世界上第一个商业运营WCDMA服务 中国联通于2009年5月17日开始商用WCDMA 截止到2009年底 WCDMA商用网络突破290个 覆盖国家和地区达到120个 用户数超过4亿 63 HSDPA HSDPA HighSpeedDownlinkPacketAccess 高速下行分组接入一种3G移动通信协议 和HSUPA一起被称为3 5G技术 是3GPPUMTS在R5协议中为实现WCDMA网络高速下行数据传输速率的重要技术 不改变现有的WCDMA网络结构 大大提高下行数据速率 最高可达14 4Mbps 新增三条物理通道 HS DSCH 下行 共享信道 用于数据传送HS SCCH 下行 共享控制信道 用于下行控制信息传输HS DPCCH 上行 专用物理控制信道 用于状态反馈和控制信息传输使用的关键技术 AMC AdaptiveModulationandCoding 自适应调制和编码根据信道质量的信息反馈 自动选择调制方法和编码速率 调制方法 QPSKvs16QAM 编码速率 1 4vs3 4HARQ HybridAutomaticRepeatRequest 混合自动重传请求对收到的传输块进行解码 检查是否有CRC错误有错误 不抛弃错误块 请求重传 重传块与错误块进行合并FastScheduling 快速调度给每个用户匹配相对比较好的信道进行数据传送 HSUPA HSUPA HighSpeedUplinkPacketAccess 高速上行链路分组接入为满足用户对上行传输的性能需求 3GPP在HSDPA规范之后又发布了HSUPA HSUPA技术规范是在3GPPUMTSR6版本中制定的 峰值上行传输速率可达到5 76Mbps HSUPA可以在HSDPA网络基础上升级 也可以直接从WCDMAR99 R4进行升级 技术特点 增加了新的传输信道E DCH 空中接口上新增五条物理信道来支持物理层快速重传 软合并以及NodeB分布调度 下行公共物理信道E HICH E AGCH E RGCH上行专用数据信道E DPDCH上行专用控制信道E DPCCHHSUPA采用了三种主要的技术 物理层混合重传 L1HARQ 基于NodeB的快速调度 NodeBScheduling 2msTTI短帧传输 UE Node B 65 HSPA HSPA是HSDPA与HSUPA的综合缩写 HSPA 是在HSPA基础上的演进 俗称为3 75G HSPA 是一个全IP 全业务网络 其峰值数据传输速率可达到11 42Mbps 上行 下行 HSPA 保留了HSPA的特征和信道 向下完全兼容HSPA技术 HSPA新技术 AMC HARQ 快速调度 2msTTI短帧传输HSDPA新增信道 HS PDSCH HS SCCH HS DPCCHHSUPA新增信道 E DPCCH E DPDCH E RGCH E AGCH E HICH F DPCH为了支持更高的速率和更丰富的业务 HSPA 也引入了更多的新技术 MIMO MultipleInput MultipleOutput 多输入 多输出 分组数据的连续传输下行64QAM高阶调制 上行16QAM高阶调制增强的CELL FACH层二增强HSPA 后向兼容原有R99 HSPA网络以及相应的终端 因此HSPA 的网络部署不会带来旧用户终端的更换 较好地保护了用户的原有投资 66 TD SCDMA TD SCDMA TimeDivision SynchronousCodeDivisionMultipleAccess 时分同步码分多址TD SCDMA是中国制定的3G标准 2000年5月被ITU正式批准为3G标准之一 采用了智能天线 联合检测 接力切换 同步CDMA 动态信道分配等技术 与其它系统相比的优缺点 动态调整上 下行数据传输速率 特别适合不对称IP数据业务 不需要成对的频带 频谱利用率高 系统容量大 更适合于城市人口密集地区 系统设备成本低 比FDD低20 50 TDD终端在允许移动速度慢 240Km h 而FDD能达到500Km h TDD小区覆盖半径小 几公里 而FDD能达到数十公里 2009年1月7日 中国政府正式向中国移动颁发了TD SCDMA业务的经营许可 与WCDMA一样 TD SCDMA也有TD HSDPA TD HSUPA TD HDPA 的演进 其使用的技术也和WCDMA的演进相同 67 SCDMA 同步CDMA 450MHz同步CDMA俗称大灵通 平均功率为0 05W 被称为 绿色手机 SCDMA为 村村通 工程的唯一可选技术 无线市话技术 SCDMA的交换系统 基站系统 手机软硬件 中国拥有完全自主知识产权 SCDMA是TD SCDMA 3G 的技术源头 SCDMA在覆盖范围内具有信号稳定 抗干扰能力强的特点 SCDMA有两个频段 1800MHz频段划分了20MHz专有频率 主要服务于城市 乡镇 400MHz频段划分了3MHz的专有频率 主要服务于农村 山区 与小灵通相比的优点 移动时速达100公里时仍可正常通话大灵通的基站覆盖范围为4000米 远远大于小灵通的500米指标SCDMA不仅在全国21个省106个城市拥有了近200万的用户 还打入了印尼 蒙古 南非 斯里兰卡等国际市场 68 3G移动通信系统参数比较 69 全球3G频谱分配 3GCoreBand 1755178518501880190019201980201020252110217023002400 DECT TDD FDD U MBB TDD NULL FDD D 20 20 60 30 15 85 60 NULL TDD FDD U SAT TDD NULL FDD D 20 20 60 30 15 85 60 FDD D TDD TDD FDD U SAT TDD NULL FDD D TDD FDD U 20 20 60 30 15 85 60 100 30 30 ITU Europe Japan China TDD在中国拥有丰富的频谱资源 70 UMB UMB UltraMobileBroadband 超移动宽带 准4G标准之一 1xEVDORel B往前演进的版本 即1xEVDORel C 引入4 4MIMO 在20Mhz带宽上可以达到的峰值速率288Mbs 下行 75Mbps 上行 2008年11月 高通宣布停止对UBM的研发 转为专攻LTE开发 71 LTE LTE LongTermEvolution 长期演进LTE始于2004年3GPP的多伦多会议 它是3G的演进 是3GPPUMTS的Rel 8版本 LTE是3G与4G技术之间的一个过渡 或称为B3G 也被称为3 9G标准 它改进并增强了3G的空中接入技术 采用OFDM和MIMO技术 在20MHz带宽下能够提供下行326Mbps与上行86Mbps的峰值速率 LTE又分为FDDLTE和TD LTE FDDLTE是从WCDMA基础上的演进 而TD LTE是从TD SCDMA演进来的 一般讲LTE是指FDDLTE 与3G相比 LTE具有以下技术优势 高数据速率 分组传送 延迟降低 广域覆盖和向下兼容 LTE终端将会是电脑做小 而不是手机做大 超大屏幕 提供视频可实现视频通话 高清电视 在线游戏等无线宽带服务 2009年日本颁发了4张LTE牌照 开始了LTE的商用 至今 已经有多个国家和地区开始了LTE商用 美国 欧洲 中国香港 72 TD LTE TD LTE TD SCDMALongTermEvolution TD SCDMA的长期演进 TD LTE是TDD版本的LTE的技术 FDDLTE的技术是FDD版本的LTE技术 TDD采用的是不对称频率是用时间进行双工的 而FDD是采用一对频率来进行双工 2010年 由我国主导制定的TD LTE技术标准在ITU 国际电信联盟 研究组层面已经通过各项评估 进入第四代移动通信标准 4G 草案 TD LTE的三大关键技术 基于MIMO SA的多天线技术 SA SmartAntenna智能天线 基于TD的双工技术基于OFDM的多址接入技术世博会期间 中国移动搭建的TD LTE网络就在上海世博园区开通了 TE LTE担当了园区内移动高清视频监控 高清视频点播和移动高清会议的任务 2011年 中国移动将在全国11个城市建设TD LTE试验网 73 LTE LTE LTE Advanced 是LTE的演进 LTE Advanced指的是LTE在Release10及以后的版本 LTE Advanced标准从2008年3月开始讨论 2008年5月确定需求 至今还没有最终定稿 LTE Advanced是一个后向兼容的技术 完全兼容LTE 主要技术参数 带宽 100MHz峰值速率 下行1Gbps 上行500Mbps主要技术特点 多址方式与资源分配快速的分组调度国际多天线技术中继技术 74 TD LTE TD LTE TD LTE Advanced LTE AdvancedTDD制式 TD LTE Advanced是中国继TD SCDMA之后 提出的具有自主知识产权的新一代移动通信技术 大唐移动是TD LTE Advanced标准的主要倡导者 推动者和主要贡献者2009年10月 中国政府正式向ITU提交了TD LTE Advanced技术方案 建议作为4G国际标准候选技术 ITU接纳其为可进行下阶段技术评估的方案之一 目前 TD LTE Advanced已获得3GPP和亚太地区通信企业的广泛认可和支持 在4G国际标准制定过程中 TD LTE Advanced将面临其他候选技术的挑战 ITU将于2011年年底前完成4G国际标准建议书编制工作 2012年年初正式批准发布4G国际标准建议书 候选4G标准 LTE Advanced FDD TD LTE AdvancedWiMaxII 802 16m 75 数字蜂窝移动通信发展Roadmap 1990 2000 2005 2G 4G WCDMA 3G HSUPA HSDPA HSPA GSM CDMAone EDGE LTEFDD TD LTE GPRS TD SCDMA 1xEV DORel 0 1xEV DORel A 1xEV DORel B CDMA20001x TD HSPA 2015 TD HSUPA TD HSDPA WiMax DownlinkDataRate 0 1Mbps 3Mbps 50Mbps 100Mbps LTE TD LTE WiMaxII Year 2010 76 数字蜂窝移动通信协议Matrix 77 无线通信系统与技术 无线通信概述典型无线通信系统介绍蜂窝移动通信系统介绍移动通信系统组成无线通信技术 78 移动通信系统组成 蜂窝移动通信系统组成示意图 79 移动通信系统结构 MS 移动台BSS 基站子系统BTS 基站收发台BSC 基站控制器NSS 网络交换子系统MSC 移动交换中心VLR 访问位置寄存器AUC 鉴权中心HLR 归属位置寄存器EIR 设备标识寄存器OSS 操作与维护子系统OMC 操作维护中心NMC 网络管理中心ADC