第1章 移动通信概述

1、移动通信移动通信原理与应用原理与应用 实际实际GSM900MHz:5dBm33dBm(3.16mW2W);GSM1800MHz:0dBm30dBm(1W);CDMA IS-95A:23dBm30dBm(0.2W1W);3G:-50dBm24dBm 手机之父马丁手机之父马丁库帕库帕大哥大大哥大 海蒂海蒂拉玛拉玛(奥地利人奥地利人 )弗里希弗里希曼德尔曼德尔乔治乔治安太尔安太尔 1940年12月，海蒂和安泰尔将一份说明送交至国家发明家委员会。1942年8月，这项发明被授予美国专利。 专利说明描述了一种引导鱼雷的通信方法：通过在每个频率上仅发送整个信息的一小部分，鱼雷能受到操纵。 人们所能知道的对它

2、最早实现是20世纪50年代中期。当时，美国海军给霍夫曼无线电公司一份专利，让它生产飞机和被称作声纳浮标设备之间的双向通信。 基于无线电保密通信的“指令式制导”系统，用于自动控制武器，精确打击目标。 科技与美的完美结合科技与美的完美结合 在此基础上，军方研发了许多产品，其中包括一架在越南战争中使用的遥控无人驾驶飞机。冷战结束后，美军解除了对“跳频”技术的管制，允许其商业化。 1985年美国的一家名不见经传的小公司在圣迭戈成立，悄悄地研发出CDMA无线数字通信系统。这家公司就是高通。 “她有一个非常惊人的专利，人们通常都想不到电影明星有什么头脑，但她确实有。”高通公司联合创始人安东尼奥 IP核心网

3、网关PSTN/ISDNINTERNET路由器4G RAN（4G无线接入网）WLAN(无线局域网）4G RAN（4G无线接入网）4G RAN（4G无线接入网）网关2G、3G RAN（2G、3G无线接入网）MN(Movablenetwork)MN(Movablenetwork)MT(移动终端)MT(移动终端)MT(移动终端)MT(移动终端) 806821MHz和851866MHz分配给集群移动通信；825845MHz和870890MHz分配给部队使用。 17002300 MHz 移动业务、固定业务和空间业务移动业务、固定业务和空间业务19902010 MHz用于航空无线电导航业务用于航空无线电导航

4、业务20902120 MHz用于空间科学业务（气象辅助和地球探测业务，地对空用于空间科学业务（气象辅助和地球探测业务，地对空方向）方向）在不干扰固定业务的情况下，在不干扰固定业务的情况下，20852120 MHz可用于无线电定位业务可用于无线电定位业务 1996年年12月，国家无委会为了满足发展蜂窝移动通信和无线接入的需要月，国家无委会为了满足发展蜂窝移动通信和无线接入的需要，对，对2000 MHz的部分地面无线电业务频率进行了重新规划，其分配方案如的部分地面无线电业务频率进行了重新规划，其分配方案如下：下：分配给无线用户环路（分配给无线用户环路（WLL）（）（FDD）的频率为）的频率为180

5、01900 MHz和和19601980 MHz，该频率只用于公众通信网。，该频率只用于公众通信网。分配给分配给WLL（TDD）的频率为）的频率为19001920 MHz。分配给公众蜂窝移动通信分配给公众蜂窝移动通信1（1800 MHz频段）的频率为频段）的频率为17101755 MHz和和18051850 MHz。 PCSIMT-2000UMTSIMT-2000IMT2000UMTSIMT-2000MSSMSSMSSMSSMSSMSSMSSMSS185019001950200020502100215022002250美国日本欧洲电联图1-2 第三代频谱分配中国电信获得的频段是1920-1935

6、MHz和2110-2125MHz，中国联通获得的频段是1940-1955MHz和2130-2145MHz，这两家运营商的3G标准都基于FDD模式。同时，中国移动获得的频段是1880-1900MHz和2010-2025MHz，其3G标准基于TDD模式，获得了35MHz频谱资源。 19001920MHz是目前电信和网通的小灵通频段。TRf1f1(f2)B同 频 单 工 ： 收 发 均 采 用 f1双 频 单 工 ： 收 发 分 别 采 用 f1和 f2发 话 器受 话 器发 射 机接 收 机ATRf1f1(f2)图 1-3 同 频 （ 双 频 ） 单 工 方 式发 话 器受 话 器发 射 机接 收

7、 机ATRf1f2TRf1f2B天 线 共 用 器图 1-4 双 工 方 式发 话 器受 话 器发 射 机接 收 机ATRf1f2TRf1f2B天 线 共 用 器图 1-5 半 双 工 方 式 TRTRTR单工中继f1f2f1f2TRTRTRTR双工中继f1f1f2f2图1-6 同频（双频）单工方式 集群移动通信系统集群移动通信系统集群的概念 集群移动通信系统采用的基本技术是频率共用技术把一些由各部门分散建立的专用通信网集中起来， 统一建网和管理， 并动态地利用分配给它们的有限个频道， 以容纳数目更多的用户改进频道共用的方式改进频道共用的方式， 即移动用户在通信的过程中， 不是固定地占用某一个

8、频道， 而是在按下其“按讲开关”(PTT)时， 才能占用一个频道； 一旦松开PTT， 频道将被释放， 变成空闲频道， 并允许其它用户占用该频道。集群系统的用途和特点 集群系统主要以无线用户为主，集群系统主要以无线用户为主， 以调度台与移以调度台与移动台之间的通话为主动台之间的通话为主。 集群系统与蜂窝式通信系统在技术上有很多相似之处， 但在主要用途、 网络组成和工作方式上有很多差异。集群通信系统属于专用移动通信网， 适用于在各个行业(或几个行业合用)中间进行调度和指挥， 对网中的不同用户常常赋予不同的优先等级。 蜂窝通信系统属于公众移动通信网， 适用于各阶层和各行业中个人之间的通信， 一般不分

9、优先等级。集群通信系统主要采用信道动态分配方式(单工或半双工)，蜂窝通信系统采用信道固定分配方式，即把信道分配给两用户固定使用(全双工)，故当两者具有同样的信道数时，在一个区域内集群通信系统可容纳更多的用户。 集群通信系统根据调度业务的特征， 通常具有一定的限时功能， 一次通话的限定时间大约为1560 s(可根据业务情况调整)。 蜂窝通信系统对通信时间一般不进行限制。集群通信系统的主要服务业务是无线用户和无线用户之间的通信, 蜂窝通信系统却有大量的无线用户与有线用户之间的通话业务。集群通信系统一般采用半双工(现在已有全双工产品)工作方式， 因而， 一对移动用户之间进行通信只需占用一对频率。 蜂

10、窝通信系统都采用全双工工作方式， 因而，一对移动用户之间进行通信， 必须占用两对频率。在蜂窝通信系统中， 可以采用频道再用技术来提高系统的频率利用率； 而在集群系统中， 主要是以改进频道共用技术来提高系统的频率利用率的。集群通信系统主要是大区、小区覆盖；而蜂窝通信系统是小区，微小区，甚至微微小区覆盖。 集群系统的组成 集群系统均以基本系统为模块， 并用这些模块扩展为区域网。 根据覆盖的范围及地形条件， 基本系统可由单基站或多基站组成。 集群系统的控制方式有两种， 即专用控制信道的集中控制方式和随路信令的分布控制方式。 集群网络的基本结构(a) 集中控制方式系统管理终端系统控制中心(SCC)电话

11、互联器PSTNPABX调度台调度台转发器1转发器2转发器 M基站(BS)天线共用设备移动台1移动台N调度台手机(a)Public Switched Telephone Network公共电话交换网络Private Automatic Branch Exchange专用自动小交换机集群网络的基本结构 (b) 分布控制方式系统管理终端其它系统或RNT调度台无线网络终端RNT逻辑控制单元(LCU)转发器1转发器2LCU转发器MLCU天线共用设备(b)基站(BS)移动台1移动台N调度台手机PABX或PSTNRadio Network Terminal无线网络终端系统控制中心系统控制中心 主要控制和管理

12、整个集群通信系统的运行、交换和接续调度台调度台。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。系统管理终端系统管理终端 提供系统管理、时间参数、用户优先等级、修改、故障示警以及信息打印等输出。 集群方式消息集群(Message Trunking)。 在消息集群系统中， 每一次呼叫通话期间， 一次性地分配一对无线频道， 而且在通话完毕后(即松开PTT开关后)， 转发器继续在该频道上工作6 s左右(即脱离时间约为6 s), 才算完成此次接续过程。 消息集群的典型呼叫格式 移动台1发射4 s2 s暂停移动台2应答4 s2 s暂停移动台1发射4 s2 s暂停移动台2应答4 s脱离时

13、间6 s消息时间22 s总的传输时间28 s信道1传输集群(Transmission Trunking)。 传输集群通话中， 并非始终占用某一个频道， 当发话一方松开PTT时， 对这一频道的占用即告结束， 对方回答或本方再发话时， 都要重新分配并占用新的空闲频道。 亦即在通话中， 每按一次PTT开关就重新占用频道一次。 传输集群的典型呼叫格式移动台1发射信道14 s信道可再分配移动台2应答4 s信道可再分配总的传输时间16 s信道2信道可再分配移动台2应答信道可再分配4 s信道3信道可再分配信道可再分配4 s移动台1发射准传输集群(Quasi Transmission Trunking)。 准

14、传输集群是为了克服传输集群的缺点而提出的一种改进型集群方式， 也可以看作是传输集群和消息集群的折中方案。 其做法是： 一方面(和消息集群相比)把脱离的时间缩短为0.52 s; 另一方面(和传输集群相比)在每次PTT松开之后增加0.5 s的保持时间， 然后释放频道。 准传输集群的典型呼叫格式 移动台1发射信道14 s信道可再分配移动台2应答4 s信道可用总的传输时间18 s0.5 s0.5 s信道2移动台2应答4 s信道可用移动台1发射4 s0.5 s0.5 s信道可再分配 uHSPA（High Speed Packet Access 3.5G）用户超过）用户超过WCDMA 截至截至2010年年

15、9月，全球超过月，全球超过96%的的WCDMA网络都已升级至网络都已升级至HSPA网络，网络，HSPA网络成为部署的主流。网络成为部署的主流。 u移动宽带需求迅速攀升移动宽带需求迅速攀升 由于由于3G/3G增强型技术以及智能终端的逐渐普及，极大的带动了增强型技术以及智能终端的逐渐普及，极大的带动了用户对移动宽带业务的需求，用户对移动宽带业务的需求，3G网络传输速率的提升促进了视网络传输速率的提升促进了视频、下载等类移动互联网业务逐渐普及频、下载等类移动互联网业务逐渐普及 uLTE(Long Term Evolution)市场正式启动市场正式启动 根据根据GSA（Global mobile Su

16、ppliers Association）2010年年10月的月的统计，已经有统计，已经有7个个LTE商用网络，预计商用网络，预计2012年将达到年将达到55个。不过个。不过从目前的规模来看，从目前的规模来看，LTE商用网络仍停留在试商用阶段，只是商用网络仍停留在试商用阶段，只是小范围的热点部署，大范围覆盖的小范围的热点部署，大范围覆盖的LTE网络还没有形成。网络还没有形成。 预计预计LTE将在全球分地区分时段部署，将在全球分地区分时段部署，TeliaSonera（北欧和波（北欧和波罗的海地区领先的通讯公司）、罗的海地区领先的通讯公司）、NTT DoCoMo、Verizone将是全将是全球最早引

17、入球最早引入LTE的运营商；北美和东南亚地区将较早地引入的运营商；北美和东南亚地区将较早地引入LTE。日本的日本的DoCoMo移动通信公司的第四代移动通讯（移动通信公司的第四代移动通讯（4G）在）在2004年年8月的测试中，已经将网络的下载速率提升到月的测试中，已经将网络的下载速率提升到1Gbps。在。在2006年年底进行的第年年底进行的第4代移动通信系统代移动通信系统(4G)外场试验中，创下每秒外场试验中，创下每秒5吉吉比特的最大下行速率纪录。比特的最大下行速率纪录。在在2010年上海世博会上，中国移动搭建的年上海世博会上，中国移动搭建的TD-LTE演示网覆盖演示网覆盖世博园全园世博园全园5

18、.28平方公里，在世博园区内共建有平方公里，在世博园区内共建有TD-LTE室外站室外站17个，覆盖上海世博会园区的个，覆盖上海世博会园区的9个室内场馆，该演示网实际能够个室内场馆，该演示网实际能够达到的最高数据传输速度，下行为达到的最高数据传输速度，下行为100Mb/s，上行为，上行为50Mb/s。 IPIP业务业务接接入入接接入入接接入入接接入入接接入入骨干骨干社社区区移移动动固固定定有有线线电电视视骨干骨干卫卫星星电电力力图图17 未来的网络结构未来的网络结构 从话音和数据的融合到有线和无线的融合从话音和数据的融合到有线和无线的融合, , 从从传送网和各种业务网的融合到最终实现三网的融传送网和各种业务网的融合到最终实现三网的融合将成为下一代网络发展的必然趋势。合将成为下一代网络发展的必然趋势。核心网的融合核心网的融合 公共交换电话网公共交换电话网( PST N) 、用于数据传输的、用于数据传输