第1章-移动通信概述

1.1无线通信系统概述1.1.1概述利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式称为无线电通信（RadioCommunication），也称为无线通信。利用无线通信可以传送电报、电话、传真、数据、图像，以及广播和电视节目等通信业务。第一页，共41页。第一页，共41页。1.1.2无线通信的频率和波段无线通信使用的电磁波的频率范围和波段见表1-1。频段名称频率范围波段名称波长范围极低频（ELF）3～30Hz极长波100～（108～）超低频（SLF）30～300Hz超长波10～（107～）特低频（ULF）300～3000Hz特长波1000～（106～）甚低频（VLF）3～30kHz甚长波100～（105～）低频（LF）30～300kHz长波10～（104～）中频（MF）300～3000kHz中波1000～（103～）高频（HF）3～30MHz短波100～（102～）甚高频（VHF）30～300MHz超短波（米波）10～特高频（SHF）300～3000MHz微波分米波1～（1～10）超高频（SHF）3～30GHz厘米波10～（10-1～10）极高频（EHF）30～300GHz毫米波10～（10-2～10）至高频（THF）300～3000GHz亚毫米波1～（10-3～10）光波3～0.3μm（3×10-6～3×10-7m）第二页，共41页。第二页，共41页。1.1.2无线通信的频率和波段由于种种原因，在欧、美、日等一些西方国家常常把部分微波波段分为L、S、C、X、Ku、K、Ka等波段（或称子波段），具体如表1-2所示。频率和波长波段代号频率范围波长范围L1～2GHz30～S2～4GHz15～C4～8GHz7.5～X8～13GHz3.75～Ku13～18GHz2.31～K18～28GHz1.67～Ka28～40GHz1.07～第三页，共41页。第三页，共41页。1.1.3无线通信与地球大气层的关系地球大气层的结构如图1-1所示。第四页，共41页。第四页，共41页。1.1.3无线通信与地球大气层的关系按离地球表面的高度，电离层依次分为D层、E层、F1层和F2层等四层，如图1-2所示。第五页，共41页。第五页，共41页。1.1.4无线通信的电磁波传播1．极长波传播2．超长波传播3．甚长波传播4．长波传播5．中波传播6．短波传播7．超短波传播8．微波传播9．激光传播第六页，共41页。第六页，共41页。1.1.5无线通信系统的组成1．发信机一种短波发信机的组成框图如图1-3所示。第七页，共41页。第七页，共41页。1.1.5无线通信系统的组成2．天线天线是无线通信系统的重要组成部分。其主要作用是把射频载波信号变成电磁波或者把电磁波变成射频载波信号。3．收信机一种短波收信机的组成框图如图1-4所示。第八页，共41页。第八页，共41页。1.1.6无线通信系统的分类1．按技术体制分类2．按工作波长分类3．按传输方式分类4．按工作状态分类5．按在通信网中所处地位分类第九页，共41页。第九页，共41页。1.2移动通信概述1.2.1无线通信与移动通信通信网一般分为核心网和接入网两大组成部分，而接入网又细分为有线接入网和无线接入网两种接入方式。因此，通常所说的无线通信就是指此处的无线接入网。第十页，共41页。第十页，共41页。1.2.2移动通信的发展史现代移动通信技术的发展始于上世纪20年代，大致经历了五个发展阶段。第一阶段从上世纪20年代至40年代，为早期发展阶段。第二阶段从40年代中期至60年代初期。第三阶段从20世纪60年代中期至70年代中期。第四阶段从20世纪70年代中期至80年代中期，这是移动通信蓬勃发展时期。第五阶段从20世纪80年代中期开始。这是数字移动通信系统发展和成熟时期。第十一页，共41页。第十一页，共41页。1.2.3移动通信的基本概念所谓移动通信就是指移动体之间、移动体与固定体之间的通信。按照移动体所处运动区域的不同，移动通信可分为陆地移动通信、海上移动通信和空中移动通信。第十二页，共41页。第十二页，共41页。1.2.4移动通信的工作方式1．单工通信方式陆地移动通信系统中的无线寻呼系统就采用这种工作方式。BP机（或BB机）只能收信而不能发信，反馈信息只能通过“打电话”间接地来完成，如图1-5所示。第十三页，共41页。第十三页，共41页。1.2.4移动通信的工作方式2．双工通信方式这时通信双方的设备一般通过双工器来完成这种功能。图1-6给出了双工通信方式的示意图。第十四页，共41页。第十四页，共41页。1.2.4移动通信的工作方式3．半双工通信方式所谓半双工通信就是指移动通信的双方只能交替地进行发信和收信，不能同时进行，如图1-7所示。第十五页，共41页。第十五页，共41页。1.2.5移动通信的分类1．无线寻呼系统无线寻呼系统是一种传送简单信息的单向通信系统，它由寻呼中心、基站发射塔和寻呼接收机（俗称BB机或BP机）三部分组成，如图1-8所示。第十六页，共41页。第十六页，共41页。1.2.5移动通信的分类2．无绳电话系统无绳电话系统是电话网的一种无线延伸，它由基站和手机组成，如图1-9所示。第十七页，共41页。第十七页，共41页。1.2.5移动通信的分类CT2具有两种基站，提供两种类型的服务。一种是家用基站，每个基站对应一个电话号码，注册手机可以实现双向呼叫；另一种是公共场所使用的公用基站（通常将之安装在话务量较高的热点地区）。CT2系统的结构如图1-10所示。第十八页，共41页。第十八页，共41页。1.2.5移动通信的分类3．集群（Trunking）调度通信系统集群调度通信系统是一种专用移动通信系统，由中央控制器、基地台、总/分调度台、移动台组成，如图1-11所示。第十九页，共41页。第十九页，共41页。1.2.5移动通信的分类4．蜂窝移动通信系统图1-12给出一个由移动台（MS）、基站（BTS）和移动交换中心（MSC）组成的基本的蜂窝系统（图中，塔代表在移动用户与MSC之间提供无线接入的基站）。第二十页，共41页。第二十页，共41页。1.2.5移动通信的分类5．卫星移动通信系统（1）利用静止卫星的移动通信系统（2）利用低轨道（LEO）卫星的移动通信系统卫星移动通信系统的示意图如图1-13所示。第二十一页，共41页。第二十一页，共41页。1.2.6移动通信所使用的频率随着微电子技术和超大规模集成电路技术的发展，移动通信所使用的频率也从最初的低频（LF）、中频（MF）、高频（HF）和甚高频（VHF）的范围向特高频（UHF）和超高频（SHF）的范围提升，具体如图1-14所示。第二十二页，共41页。第二十二页，共41页。1.2.7移动通信的电波传播移动环境下，电波在传播路径上遇到各种障碍物都可能产生反射、散射和吸收，因此，接收点的电波实际上是直射波、反射波和散射波的合成，形成所谓的多径传播，如图1-15所示。第二十三页，共41页。第二十三页，共41页。1.3蜂窝移动通信发展简史1.3.1第一代（1G）蜂窝移动通信第一代（1G）蜂窝移动通信主要采用的是模拟的频分多址（FDMA）技术。由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只能是一种区域性的移动通信系统。第一代移动通信有多种制式，我国主要采用的是TACS。第二十四页，共41页。第二十四页，共41页。1.3.2第二代（2G）蜂窝移动通信第二代（2G）蜂窝移动通信主要采用的是数字的时分多址（TDMA）技术和码分多址（CDMA）技术。全球主要有GSM和CDMA两种体制。GSM技术标准是欧洲提出的，全球绝大多数国家曾经使用过这一标准。我国第二代移动通信也主要是GSM体制，比如中国移动的135～139手机，中国联通的130～132都是GSM手机。第二十五页，共41页。第二十五页，共41页。1.3.3第三代（3G）蜂窝移动通信与从前以模拟技术为代表的第一代和目前还在使用的第二代移动通信技术相比，3G将有更宽的带宽，其传输速度最低为384Kbps，最高为2Mbps，带宽可达5MHz以上。第二十六页，共41页。第二十六页，共41页。1.3.4后三代/第四代（B3G/4G）蜂窝移动通信虽然第三代移动通信可以比现有传输率快上千倍，但是未来仍无法满足多媒体的通信需求。第四代移动通信系统的提供便是希望能满足提供更大的频宽需求，满足第三代移动通信尚不能达到的在覆盖、质量、造价上支持的高速数据和高分辨率多媒体服务的需要。第二十七页，共41页。第二十七页，共41页。1.3.5蜂窝移动通信演进分析从第一代以模拟技术为主的通信体制到第二代以数字技术为主的通信体制，使得蜂窝移动通信在容量和质量方面有了本质的变化，使这种通信手段逐渐具备了普及的基本条件。而从第二代向第三代的转化，则是迎合了互联网发展的需要，使得互联网无处不在。那么第三代向第四代的转化则将会进一步缩小移动互联网接入与传统固定互联网接入之间的差距。第二十八页，共41页。第二十八页，共41页。1.3.5蜂窝移动通信演进分析正如图1-16中展示的一样，移动通信技术总是以时代的需求为中心成阶梯状进步。第二十九页，共41页。第二十九页，共41页。1.4通信标准化组织1.4.1国际电信联盟国际电信联盟（ITU：InternationalTelecommunicationsUnion）是世界各国政府的电信主管部门之间协调电信事务方面的一个国际组织，成立于1865年5月17日。当时有20个国家的代表在巴黎签订了一个“国际电信公约”。1906年有27个国家代表在柏林签订了一个“国际无线电报公约”。1924年在巴黎成立了国际电话咨询委员会。1925年成立了国际电报咨询委员会。1927年在华盛顿成立了国际无线电咨询委员会。1932年70多个国家的代表在西班牙马德里开会，决定把上述两个公约合并为一个“国际电信公约”，并将电报、电话、无线电咨询委员会改为“国际电信联盟”，此名一直沿用至现在。第三十页，共41页。第三十页，共41页。1.4.2中国通信标准化协会中国通信标准化协会的技术工作委员会由以下部门构成：TC1，IP与多媒体；TC2，移动互联网应用协议；TC3，网络与交换；TC4，通信电源；TC5，无线通信；TC6，传送网与接入网；TC7，网络管理；TC8，网络与信息安全；TC9，电磁环境与安全防护。第三十一页，共41页。第三十一页，共41页。1.4.3欧洲电信标准协会欧洲电信标准协会（ETSI,EuropeanTelecommunicationsSdandardsInstitute）是欧洲地区性标准化组织，创建于1988年。它为贯彻欧洲邮电管理委员会（CEPT）和欧共体委员会（CEC）确定的电信政策，满足市场各方面及管制部门的标准化需求，实现开放、统一、竞争的欧洲电信市场而及时制定高质量的电信标准，以促进欧洲电信基础设施的融合；确保欧洲各电信网间互通；确保未来电信业务的统一；实现终端设备的相互兼容；实现电信产品的竞争和自由流通；为开放和建立新的泛欧电信网络和业务提供技术基础；并为世界电信标准的制定做出贡献。第三十二页，共41页。第三十二页，共41页。1.4.4第三代合作伙伴计划第三代合作伙伴计划（3GPP,3GPartnershipProject）是积极倡导UMTS为主的第三代标准化组织。欧洲ETSI、美国T1、日本TTC、ARIB和韩国TTA以及我国CCSA都作为组织伙伴（OP）积极参与了3GPP的各项活动，其具体组织结构、工作方法和技术规划版本划分见第2章相关内容。第三十三页，共41页。第三十三页，共41页。1.4.5第三代合作伙伴计划2组第三代合作伙伴计划2组（3GPP2,TheThirdGenerationPartnershipProject2）成立于1999年1月，由美国TIA、日本的ARIB、日本的TTC、韩国的TTA四个标准化组织发起，中国无线通信标准研究组（CWTS）（即现在的CCSA）于1999年6月在韩国正式签字加入3GPP2，成为这个当前主要负责第三代移动通信cdma2000技术的标准组织的伙伴。第三十四页，共41页。第三十四页，共41页。1.5数字移动通信的主要技术1.5.1数字调制技术1．连续相位调制技术连续相位调制技术的射频已调波信号具有确定的相位关系且包络恒定，也称为恒包络调制技术。它具有频谱旁瓣分量低，误码性能好，可以使用高效率的C类功率放大器等特点。2．线性调制技术线性调制技术包括二相移相键控（BPSK）、四相移相键控（QPSK）和正交调幅（QAM）等。这类调制技术频谱利用率较高但对调制器和功率放大器的线性要求非常高，因此设计难度和成本较高。第三十五页，共41页。第三十五页，共41页。1.5.2多址方式1．频分多址（FDMA）在用户通话期间，其他用户不能使用该物理信道。在频分全双工（FDD）情形下，分配给用户的物理信道是一对信道（占用两段频段），一段频段用做前向信道，另一段频段用于反向信道。TACS系统和AMPS系统均采用FDMA/FDD方式工作，如图1-17所示。第三十六页，共41页。第三十六页，共41页。1.5.2多址方式2．时分多址（TDMA）TDMA