第1章 移动通信概述

1,2020/5/26,2,2020/5/26,移动通信的发展,1.1,移动通信基本概念,1.2,1.3,常用的移动通信系统,3,2020/5/26,1.1移动通信的发展,1.1.1世界移动通信的发展,1.1.2中国移动通信的发展,4,2020/5/26,现代移动通信技术的发展始于20世纪20年代,大致经历了五个发展阶段。,一.第一阶段从20世纪20年代至40年代初，为移动通信早期发展阶段。,特点：1.主要应用在专用系统和军事通信领域。2.使用的波段为短波波段。3.移动通信的设备采用电子管，又大又笨重，通信效果差。4.采用人工交换和人工切换频率的控制和接续方式。,其代表系统是1921年美国底特律和密执安警察厅开始使用的车载无线电系统，该系统工作频率为2MHz。,1.1.1世界移动通信的发展,5,2020/5/26,特点：开始运用于民用系统。在频段使用上，开始使用VHF的150MHz，到了后来又发展到400MHz频段。由于晶体管的出现，使移动台向小型化方面大大前进了一步，通信效果也比以前有了明显的好转。从人工交换到专用自动交换系统,二.第二阶段从20世纪40年代至60年代末，移动通信取得了进一步的发展。,美国、英国、日本、西德等国开始应用汽车公用无线电话（MTS或IMTS），如1946年美国的圣路易斯城建立了世界上第一个公共汽车电话系统。,1.1.1世界移动通信的发展,6,2020/5/26,1.1.1世界移动通信的发展,三.第三阶段从20世纪70年代至80年代末，移动通信开始了空前的快速发展。,特点：开始运用于个人领域。在频段使用上，使用频段为800/900MHz。移动设备小型化，系统大容量化。集成交换系统,这个时期的系统的主要技术是模拟调频、频分多址，以模拟方式工作，加之以蜂窝小区进行组网，故称为模拟蜂窝移动通信系统。其典型系统包括AMPS系统、TACS系统和NMT系统等。,7,2020/5/26,1.1.1世界移动通信的发展,四.第四阶段从20世纪90年代至20世纪末，这是数字移动通信系统发展和成熟时期。,随着超大规模集成电路和低速率语音编码技术的出现，数字通信技术表现出了比模拟技术更突出的优越性，在移动通信领域也出现了数字技术取代模拟技术的趋势，,数字蜂窝移动通信系统是以数字传输、时分多址或码分多址为主体技术，采用蜂窝结构组网的系统。,习惯上将模拟蜂窝移动通信系统称为1G（第一代移动通信），将数字蜂窝移动通信系统称为2G（第二代移动通信），,2G的典型系统包括：GSM系统、IS-95CDMA系统、DAMPS系统和JDC系统,8,2020/5/26,第四阶段从20世纪90年代至20世纪末,9,2020/5/26,第四阶段从20世纪90年代至20世纪末,10,2020/5/26,五.第五阶段开始于2000年左右，为宽带蜂窝移动通信系统具体的设计、规划和实施阶段。,2G的一些不足之处：,1.不能满足未来用户的业务需求。2.不能满足用户容量的发展需求。3.几个主流技术相互之间并不兼容。,因此，在2G广泛应用的同时，以提供宽带高速数据业务为特点的第三代移动通信（3G）技术已经成为了移动通信领域的一个新的研究热点。,1.1.1世界移动通信的发展,11,2020/5/26,3G的目标主要有以下几个方面：,第五阶段开始于2000年左右,1.全球漫游，以低成本的多模手机来实现。全球具有公用频段，用户不再限制于一个地区和一个网络，而能在整个系统和全球漫游。2.适应多种环境，采用多层小区结构，即宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝，将地面移动通信系统和卫星移动通信系统结合在一起，与不同网络互通，提供无缝漫游和业务一致性。3.能提供高质量的多媒体业务。4.足够的系统容量、强大的多种用户管理能力、高保密性能和服务质量。,12,2020/5/26,13,2020/5/26,1.1移动通信的发展,1.1.1世界移动通信的发展,1.1.2中国移动通信的发展,14,2020/5/26,我国移动通信发展起步较晚，移动通信在我国的快速发展也仅仅20多年，但发展速度和规模令世人瞩目，目前，中国移动已经成为世界上第一大运营商，中国拥有全世界最多的手机用户群，,图1-1我国历年移动用户数统计,1.1.2中国移动通信的发展,15,2020/5/26,我国移动通信按照其演进的顺序可大致划分为四个阶段，即1G、2G、2.5G和3G。,1984年，隶属于原邮电部传输研究所的无线室移动通信组接到了当时邮电部要求跟踪蜂窝移动电话、研究中国移动电话如何上的任务。,1987年11月18日，借第六届“全运会”开幕之机，中国第一个TACS模拟蜂窝移动系统在广东省投入商用。,一.第一代移动通信（1G）,首批用户只有700户，1988年，用户突破3200户，1994年激增到157万户。但随后我国启动了数字网，模拟用户逐步转移到数字网，并于2001年在全国关闭了模拟网。,1.1.2中国移动通信的发展,16,2020/5/26,二.第二代移动通信（2G）,我国于1994年10月在广东开通了第一个省级GSM数字蜂窝移动网。1995年4月原邮电部在全国15个省市相继建GSM网，同年7月中国联通在京、津、沪、穗4个地区开通GSM网。,CDMA在我国的发展开始于1997年底，当时首先在北京、上海、西安、广州4个城市开通了CDMA商用实验网。该网被称作长城网。2001年1月，长城网经过资产清算后，正式移交中国联通。2001年2月，联通CDMA网络建设的具体筹划工作正式展开。2002年1月中国联通CDMA网开通。,1.1.2中国移动通信的发展,17,2020/5/26,系统容量提高；话音质量更好；便于实现通信安全保密；能提供多种业务服务，提高通信系统的通用性；能实现更有效灵活的网络管理和控制；可降低设备成本和减小用户手机的体积和重量。,2G的特点：,1.1.2中国移动通信的发展,18,2020/5/26,三.第2.5代移动通信（2.5G）,2.5G移动通信技术是从2G迈向3G的衔接性技术。通常所说的2.5G包括：,GPRS（GeneralPacketRadioService,通用分组无线业务）CDMA20001X（码分多址20001X）,相比2G（GSM和IS-95CDMA）,2.5G技术支持分组数据，实现了更高的数据传输率(GPRS最高可以达到171.2Kbps的数据率，CDMA2000-1X最高可以达到307.2Kbps的数据率）。,1.1.2中国移动通信的发展,19,2020/5/26,2002年5月17日,中国移动通信GPRS业务正式投入商用。,2003年1月28日,上海联通率先开通CDMA1X网络,标志着中国联通的CDMA移动通信全面进入了真正的2.5G。,2003年3月28日中国联通在京宣布，CDMA1X网络正式建成开通，同时联通还发布了名为“联通无限”（U-MAX)的无线数据业务品牌。,2.5G在中国,1.1.2中国移动通信的发展,20,2020/5/26,四.第3代移动通信（3G）,3G是在2G数字化基础上，以业务多媒体化为主要目标。2009年1月7日，工业和信息化部为中国移动、中国联通和中国电信发放了3张3G牌照，此举标志着我国正式进入3G时代。其中，批准中国移动增加基于TD-SCDMA标准的3G牌照，中国联通增加基于WCDMA标准的3G牌照。中国电信增加基于cdma2000标准的3G牌照。,1.1.2中国移动通信的发展,21,2020/5/26,中国移动通信的发展,中国移动启动TD-SCDMA试商用网公开招标，覆盖8城市(北京、上海、天津、沈阳、秦皇岛、广州、深圳、厦门),4月，8个城市启动TD试商用。8月，中国电信在广州部署的CDMA2000试验网。8月8日,中国兑现TD服务奥运承诺。9月，中国移动宣布启动TD二期建设。12月，中国联通在7城市推WCDMA试验网。,1月7日，工信部为中国移动、中国电信和中国联通发放3张3G牌照，此举标志着我国正式进入3G时代。,1.1.2中国移动通信的发展,22,2020/5/26,移动通信的发展,1.1,移动通信基本概念,1.2,1.3,常用的移动通信系统,23,2020/5/26,1.2移动通信基本概念,1.2.1移动通信的定义及特点,1.2.2移动通信的分类,1.2.3移动通信的工作频段,1.2.4移动通信的工作方式,24,2020/5/26,1.2.1移动通信的定义及特点,一移动通信的定义,所谓移动通信，是指通信双方或至少有一方处于移动中进行信息传输和交换的通信方式。,二移动通信的特点,1.移动通信利用无线电波进行信息传输,2.移动通信是在复杂的干扰环境中运行,3.随着业务量的增加,可利用的频谱资源非常有限,4.对移动台的要求高,5.通信容量有限,6.通信系统复杂,25,2020/5/26,1.2移动通信基本概念,1.2.1移动通信的定义及特点,1.2.2移动通信的分类,1.2.3移动通信的工作频段,1.2.4移动通信的工作方式,26,2020/5/26,1.2.2移动通信的分类,移动通信的分类,按使用环境分类-陆地通信/海上通信/空中通信按多址方式分类-FDMA/TDMA/CDMA按信号形式分类-模拟网/数字网按工作方式分类-单工/双工/半双工按使用对象分类-民用系统/军用系统按服务范围分类-专用网/公用网按覆盖范围分类-城域网/局域网/个域网按业务类型分类-电话网/数据网/综合业务网,27,2020/5/26,1.2移动通信基本概念,1.2.1移动通信的定义及特点,1.2.2移动通信的分类,1.2.3移动通信的工作频段,1.2.4移动通信的工作方式,28,2020/5/26,1.2.3移动通信的工作频段,早期的移动通信主要使用VHF和UHF频段，其主要原因有以下三点：,1.VHFUHF频段较适合移动通信。从VHFUHF频段的电波传播特性来看，主要是在视距范围内传播，一般为几到几十公里，比较适合移动通信。,3.抗干扰能力强。由于工业火花干扰及天电干扰等属脉冲干扰，随着频率增高，干扰幅度越小。从而使工作在VHFUHF频段的设备,可以用较小的发射功率获得较好的信噪比。,2.天线较短，便于携带和移动。天线长度决定于波长，移动台中使用最多的是4的鞭状天线。,29,2020/5/26,1.2移动通信基本概念,1.2.1移动通信的定义及特点,1.2.2移动通信的分类,1.2.3移动通信的工作频段,1.2.4移动通信的工作方式,30,2020/5/26,1.2.4移动通信的工作方式,一.单工通信,三.半双工通信,二.双工通信,频分双工（FDD）时分双工（TDD）,同频单工异频单工,31,2020/5/26,一.单工通信,单工通信是指通信双方电台交替地进行收信和发信。,1.定义,2.原理图,图1-2单工通信,1.2.4移动通信的工作方式,32,2020/5/26,3.分类,根据收、发频率的异同，又可分为：,同频单工,异频单工,同频是指通信的双方，使用相同工作频率（f1）；操作采用“按讲”（pushtotalk，PTT）方式。平时,双方的接收机均处于守听状态。,是指通信的双方使用两个不同频率为f1和f2，而操作仍采用“按讲”方式。由于收发使用不同的频率，同一部电台的收发信机可以交替工作，也可以收常开，只控制发，即按下PTT发射。,单工通信,33,2020/5/26,4.特点,同频单工的优点是：,缺点是:,设备简单；,移动台之间可直接通话，不需基站转接；,不按键时发射机不工作，因此功耗小。,当附近有邻近频率的电台发射时，容易造成强干扰。,只适用于组建简单和甚小容量的通信网；,当有两个以上移动台同时发射时就会出现同频干扰；,单工通信,34,2020/5/26,是指通信的双方，收发信机均同时工作，即任一方在发话的同时，也能收听到对方的话音。,二.双工通信,频分双工（FDD）,1.定义,2.分类,时分双工（TDD）,1.2.4移动通信的工作方式,35,2020/5/26,3.频分双工原理图,图1-3频分双工通信,双工通信,36,2020/5/26,4.特点,缺点是：,优点是：,用户使用方便。,收发频率分开可大大减小干扰；,移动台在通话过程中总是处于发射状态,因此功耗大；,移动台之间通话需占用两个频道；,设备较复杂,价格较贵。在无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。,双工通信,37,2020/5/26,1.2.4移动通信的工作方式,移动台采用类似单工的“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。,三.半双工通信,1.定义,2.原理图,图1-4半双工通信,38,2020/5/26,3.特点,优点是：,移动台设备简单，价格低，耗电少；,收发采用不同频率，提高了频谱利用率；,移动台受邻近电台干扰小。,缺点是：,移动台仍需按键发话，松键受话，使用不方便。,由于收发使用不同的频率，同一部电台的收发信机可以交替工作，也可以收常开，只控制发，即按下PTT发射。在中心台转发的系统中，移动台必须使用该方式。,半双工通信,39,2020/5/26,移动通信的发展,1.1,移动通信基本概念,1.2,1.3,常用的移动通信系统,40,2020/5/26,1.3常用的移动通信系统,1.3.1无绳电话系统,1.3.2集群移动通信系统,1.3.3无线电寻呼系统,1.3.4卫星移动通信系统,1.3.5蜂窝移动通信系统,41,2020/5/26,1.3.1无绳电话系统,简单的无绳电话机是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，手机与座机之间利用无线方式进行连接，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。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。,一.无绳电话的概念,42,2020/5/26,1.3.1无绳电话系统,第一代无绳电话系统，每个座机只允许连接一个手持机，覆盖仅限于家庭或办公室的几个房间范围。,无绳电话自20世纪70年代后期出现以来发展迅速。,二.无绳电话的发展,1.第一代无绳电话系统,图1-5第一代无绳电话系统示意图,43,2020/5/26,第二代数字无绳电话系统(CT-2),把覆盖范围扩展到室外。在室外CT-2把基站安装到人口密集区,如购物商场、繁华街道等。只要无绳电话机是某个基站提供商的用户，就可在该基站服务区内任意打电话,但不能从基站呼入到无绳电话,因为网络不具有对移动用户的路由支持。为了弥补这一点,有效CT-2电话内置了一个寻呼机。CT-2不支持切换。.,2.CT-2系统,无绳电话的发展,44,2020/5/26,无绳电话系统的另一个演进是欧洲的DECT（DigitalEnhancedCordlessTelecommunications）系统，它主要是针对办公楼设计的。DECT系统主要功能是为一幢大楼内的用户交换机（PBX，Privatebranchexchange）的电话使用者提供局部的移动性。,DECT系统在楼内安装了许多基站，这些基站通过控制器与PBX相连。手持机与距离最近的基站通信，当用户移动到另一个基站覆盖区域时，系统能进行呼叫切换。DECT系统的用户也可以接听电话。,3DECT系统,无绳电话的发展,45,2020/5/26,更为先进的无绳电话系统是日本的PHS（PersonalHandyphoneSystem）。PHS系统拥有广泛分布的基站，能支持基站间的切换和呼叫路由。,4.PHS系统,无绳电话的发展,图1-6PHS系统示意图,46,2020/5/26,1.3常用的移动通信系统,1.3.1无绳电话系统,1.3.2集群移动通信系统,1.3.3无线电寻呼系统,1.3.4卫星移动通信系统,1.3.5蜂窝移动通信系统,47,2020/5/26,1.3.2集群移动通信系统,一集群通信系统概念,集群通信系统可以定义为系统所具有的可用信道可为系统的全体用户共用，具有自动选择信道功能，是一种共享资源、分担费用、共用信道设备及服务的多用途、高效能的无线调度通信系统。,主要面向各专业部门如公安、铁道、水利、军队等，以各专业部门用户为服务对象。在抢险救灾、处理各种突发事件等场景可以及时准确的调度指挥通信。,可以提供单呼、组呼、广播呼叫、短信息等业务。用户之间存在一定的关系和不同的呼叫级别。,48,2020/5/26,二集群系统的组成,集群系统一般由终端设备、基站、调度台和控制中心等组成。,1.3.2集群移动通信系统,图1-7集群移动通信系统示意图,49,2020/5/26,1基站它由若干基本无线收发信机、天线共用器、天馈线系统和电源等设备组成。天线共用器包括发信合路器和接收多路分路器。天馈线系统包括接收天线、发射天线和馈线。2移动台用于运行中或停留在某未定地点进行通信的用户台，它包括车载台、便携台的手持台，由收发信机、控制单元、天馈线(或双工台)和电源组成。3调度台它是能对移动台进行指挥、调度和管理的设备，分有线和无线调度台两种，无线调度台由收发机、控制单元、天馈线(或双工台)、电源和操作台组成。有线调度台只有操作台。,集群系统的组成,50,2020/5/26,4控制中心控制中心包括系统控制器、系统管理终端和电源等设备，它主要控制和管理整个集群通信系统的运行、交换和接续。它由接口电源、交换矩阵、集群控制逻辑电路、有线接口电路、监控系统、电源和微机组成。,集群系统的组成,根据集群用户业务需要，集群移动通信系统从组网规模上看，可分为单区系统和多区系统。单区系统适用于容量小、覆盖面积小的业务组网，该系统设备组成简单，即由一个基本型的系统设备组成。多区系统适用于容量大、覆盖面大的业务组网，其系统设备组成复杂，它由多个单区系统加上连接设备(有线或无线及专用接口设备)组合而成。,51,2020/5/26,1.3常用的移动通信系统,1.3.1无绳电话系统,1.3.2集群移动通信系统,1.3.3无线电寻呼系统,1.3.4卫星移动通信系统,1.3.5蜂窝移动通信系统,52,2020/5/26,1.3.3无线电寻呼系统,一.无线寻呼系统的组成,无线电寻呼系统是一单向通信系统。一个简单的寻呼系统由3部分构成：寻呼中心、基站和寻呼接收机。如果主叫用户要寻找某一个被叫用户时，他可利用市内电话拨通寻呼台，并告知被叫用户的寻呼编号，主叫用户的姓名，回电话号码及简短的信息内容。话务员将其输入计算机终端，经过编码市制，最后由基站无线电发射机发送出去。被叫用户如在它的覆盖范围内，他身上的寻呼接收机则会收到无线寻呼信号。,53,2020/5/26,二.无线寻呼发展历程,1.3.3无线寻呼系统,54,2020/5/26,寻呼发展历程,55,2020/5/26,1.3常用的移动通信系统,1.3.1无绳电话系统,1.3.2集群移动通信系统,1.3.3无线电寻呼系统,1.3.4卫星移动通信系统,1.3.5蜂窝移动通信系统,56,2020/5/26,1.3.4卫星移动通信系统,利用卫星通信系统可以实现在海上、空中以及地形复杂的地区的通信，具有独特的优越性，因此很早就引起了人们的重视。这里我们简单介绍一下具有代表性的两种低轨卫星移动通信系统，铱星（Iridium）系统和全球星（Globalstar）系统。,铱星系统是是美国摩托罗拉公司提出的第一代真正依靠卫星通信系统提供联络的全球个人通信方式，其最初计划是围绕地球设计7条轨道，每条轨道上均匀分布着11颗卫星，这样共77颗星组成一个完整的星座。它们就像化学元素铱(Ir)原子核外的77个电子围绕其运转一样，铱星也因此得名。后来经过计算证实，6条轨道就够了，于是，卫星总数减少到66颗，但仍习惯称为铱星，其轨道高度为765公里。,1铱星系统,57,2020/5/26,铱星系统的发展历程,58,2020/5/26,2.全球星系统,全球星系统是由美国劳拉公司和高通公司推出了,其轨道高度为1414Km,系统由48颗卫星组成,这些卫星分布在8个倾角为52度的圆形轨道平面上,每个轨道平面6颗卫星。另有全球星系统还配有颗备份星,备