移动通信系统概述.ppt

1、移动通信系统概论,2020/7/30,2,内容,移动通信概述,移动通信系统分类,移动通信系统演进,2020/7/30,3,无线通信,早期的 “无线通信”: 在 400-900 Hz频段: 光 公元前150年间用于通信的狼烟信号 (中国, 希腊) 旗语 1794, 光电报, Claude Chappe 什么是 无线通信: 在物理上不需要相接触的传输机和接收机的任何通信形式 电磁波 在自由空间传播 雷达, 射频, 微波, 红外线, 光,Chappe兄弟在巴黎附近的两点之间建立了第一个商业旗语系统。拿破仑认为这是一个伟大的主意。不久，旗语信令系统覆盖了法国主要城市。旗语信令迅速传 播到意大利、德国和

2、俄国。数千人受雇于工作站。旗语的传递速度是大约每分钟15个字符。编码手册开始出现，使整个句子可以由一些字符代替。旗语在英格兰却 没有取得成功，因为工业革命，导致英格兰烟雾太浓。Claude Chappe旗语系统引领法国旗语系统达30年之久。在一种新的管理方法出现后，才退出历史舞台。在美国，尤其是从玛撒的葡萄园（鳕鱼角附近的一个岛屿） 到波士顿，正是旗语系统向波士顿海关大楼汇报航行船只的活动情况。在纽约市和旧金山市之间也是这样的。电报的发明者，塞缪尔.F.B.摩尔斯，据说到欧洲 参观了旗语系统的运转。最后一个旗语系统，位于阿尔及利亚，于1860年停止运转。,2020/7/30,4,移动通信,移动

3、性的两个方面: 使用者的可移动性: 使用者可以通过无线 “随时随地同任何人”进行通信 设备的可移动性: 设备可以随时随地连接到网络 无线 vs. 移动 举例 固定的计算机 旅店内使用笔记本 建筑物内的无线局域网 个人数据处理机 (PDA),2020/7/30,5,移动通信的要求使得人们产生了对接入到现有的固定网络的无线网络的要求 在局域网: IEEE 802.11标准, ETSI HIPERLAN 在 广域网: e.g. GSM, 3G and ISDN 在因特网:对于 “普通” IP有所增强的移动 IP,移动通信,2020/7/30,6,发展历史,先驱者 1831 法拉第 证明了电磁感应 麦

4、克斯韦(1831-79): 电磁理论,麦克斯韦方程组(1864) 赫兹(1857-94): 通过实验证明了波在空间传播具有电传播的特性 1888，德国的卡尔斯鲁厄城市，也就是现在的卡尔 斯鲁厄大学所在地,2020/7/30,7,发展历史,1896 Guglielmo Marconi 首次证明了无线电信技术 (数字的!) 长波传输, 高功率传输的前提( 200kw) 1915 纽约到旧金山的无线话音传输 1920 马可尼发现短波 更小的发送机和接收机, 得益于电子管的发明（电子管, 1906, Lee DeForest and Robert von Lieben）,2020/7/30,8,发展历

5、史,1928 许多的电视广播试验 (横过大西洋, 彩色电视, 电视新闻) 1933 频率调制 (E. H. Armstrong（阿姆斯特朗 ）) 1958 A-Netz （德国） 模拟的, 160MHz, 仅来自移动局的连接设置, 无转交, 80% 的覆盖率,在 1971年有 11000用户 1979 NMT，450MHz (北欧的一些国家),2020/7/30,9,发展历史,1982 GSM标准的开始 目标: 带有漫游的欧洲内的数字移动电话体系 1983 美国的 AMPS的开始(Advanced Mobile Phone System, analog) 1984 CT-1 标准(欧洲) 用于

6、无绳电话 1986 C-Netz （德国） 模拟话音传输, 450MHz, 可切换, 数字信号, 自动定位移动设备 直到 2000投入使用, 业务: FAX,调制解调器, X.25, e-mail, 98% 的覆盖率,2020/7/30,10,发展历史,1991 DECT标准 数字欧洲无绳电话 (现今: 增强的无绳数字通信) 1880-1900MHz, 100-500m 范围, 120 双通道, 1.2Mbit/s 数据传输, 话音编码, 鉴定, 每平方公里数以万计的用户, 在超过50个国家被使用 1992 GSM的开始 在德国的 D1 和D2, 全数字, 900MHz, 124 条通道 自动

7、定位,可切换, 蜂窝状 欧洲内的漫游 现今可以在全世界170多个国家 业务: 9.6kbit/s的数据率, 传真,话音, .,2020/7/30,11,发展历史,1994 E-Netz （德国） GSM ，1800MHz, 更小的单元 在德国作为 E-plus(1997 98% 的人口覆盖率) 1996 HiperLAN (High Performance Radio Local Area Network) ETSI, 标准化类型 1: 5.15 - 5.30GHz, 23.5Mbit/s 推进了类型 2 和 3 (均为 5GHz) 和 4 (17GHz) 作为无线ATM网络 (达到 155M

8、bit/s) 1997 无线局域网 IEEE 802.11 IEEE 标准, 2.4 - 2.5GHz 红外, 2Mbit/s 已经开始有许多可用产品,2020/7/30,12,发展历史,1998 GSM 后继者的规范 UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) 被欧洲提议为 IMT-2000 Iridium（铱星）: 66颗人造卫星 (+6个 备用的), 1.6GHz 通向移动电话 1999 附加无线局域网的规范 IEEE 标准 802.11b, 2.4-2.5GHz, 11Mbit/s 蓝牙, 2.4Ghz, 1Mbit/s 关于 IM

9、T-2000的决策 “家族”的一些“成员” : UMTS, cdma2000, DECT, WAP (Wireless Application Protocol) 和i-mode的开端 通过移动电话可连接到许多（因特网）设备,2020/7/30,13,发展历史,2000 拥有更高数据速率的GSM HSCSD 提供速率高达 57,6kbit/s 首次 达到 50 kbit/s的 GPRS试验 UMTS 拍卖/前景的 竞争 在德国为了得到6 UMTS的许可证大约花费了 500亿 $! 2001 3G 系统的开始 在韩国的Cdma2000,在欧洲的UMTS,在日本的Foma (类似于 UMTS) 2

10、002 大容量的无线网络标准化 IEEE 802.16 也称 Wireless MAN,2020/7/30,14,移动设备,性能,寻呼机 只能接收 微小的显示器 简单的文字信息,移动电话 话音, 数据 简单的图画显示,个人数字助理 较简单的图画显示 字符识别 简单化的万维网,掌上电脑 很小的键盘 标准应用软件的简单化版本,内含控制器的传感器,笔记本电脑 功能齐全 标准的应用软件,2020/7/30,15,用户的活动性 在无线电接收范围内空间上的可移动性 当发送和接收信号时仅仅使用资源 机动性 能够轻松地建立局域网 遇难情境下 办公室迁移时 广告广播网没有先前的计划 配线无难度 (例如 历史建筑

11、物, 火险保护,美观),为什么要移动通信?,2020/7/30,16,为什么要移动通信?,减少花销 (便宜的基础构造) 可以紧急铺设光缆 发展中国家使用手机而不是 挨家挨户的铺设同轴线 较灵敏地发现地震，火灾, , 而忽略移动了连接器的用户的操作!,2020/7/30,17,移动对比于固定的特点,由于噪声，干扰，时变信道产生较快的损耗速率 BER 按大小顺序变化 环境条件 e.g. 发动机,光的散发 影响传输 容量有限导致的低传输率 本地大约几 Mbit/s, 地域之间 384 Kbit/s 使用 GPRS/UMTS/ 更多的用户数量，尤其在CDMA系统中 较高的延迟和抖动 连接设置与 GSM

12、 在第二个范围内同步, 对于其他无线系统是几百毫秒。,2020/7/30,18,移动对比于固定的特点,安全性低 每个人都可以使用无线电, 基站可以被模仿, 因此可以吸引来自无线电话的呼叫 总是要共享媒介 必须找到方法共享信道 必须有可靠的装置 频率上有限制的标准和规范 需要根据标准和规范来调整频率以避免受到其他用户的干扰 考虑到各国的标准国际性的标准也在慢慢的演进,2020/7/30,19,交通 通过DAB (Digital Audio Broadcasting)传送新闻，路况，天气，音乐 通过 GSM, 3G进行私人通信 通过GPS进行定位跟踪 当地的广告网络可以接入到附近的车辆来避免事故，

13、制导系统，冗余 可以预先传达车辆（例如公交车，快速火车）的资料以便于维护,应用,2020/7/30,20,各种应用,2020/7/30,21,各种应用,紧急情况 及早的向医院传送病人当前的状况和最初的诊断 替代固定设施以防地震，台风，火灾 危机, 战争, . 旅行推销 直接接触到处存在中心地点的顾客资料 对所有的代理数据看都是一致的 移动办公室,2020/7/30,22,各种应用,替代固定网络 远程传感器, e.g.,天气, 地球活动 商业展览的灵活性 历史建筑屋内的局域网 娱乐, 教育, . 室外接入因特网 智能旅行向导提供最新的及时的位置信息 Ad-hoc 网络用于多用户游戏,2020/7

14、/30,23,内容,移动通信概述,移动通信系统分类,移动通信系统演进,2020/7/30,24,第一代移动通信系统,第一代: 二十世纪八十年代 不同国家的几个相互竞争的标准 TACS (Total Access Communication Systems), 始于 1985 英国标准; 欧洲的一些国家, 亚洲, 日本 在中国首次使用蜂窝系统 (1987年后) AMPS (Advanced Mobile Phone Service), 贝尔实验室. 世界上第一个“真正”的蜂窝系统 美国标准, 在中国也使用 NMT (Nordic Mobile Telephone) 北欧标准; 在欧洲的大部分国家

15、被采用 第一个欧洲的体系 (瑞典, 1981) C-Netz (仅在德国) Radiocom 2000 (仅在法国),2020/7/30,25,第一代移动通信系统,模拟传输 频率调制, FDMA 仅话音 各种带宽: NMT: 450 MHz first 900 MHz later TACS 900 MHz AMPS 800 MHz 现今在技术落后的国家仍在使用,2020/7/30,26,第二代移动通信系统,4 个体系 Global System for Mobile (GSM) Digital AMPS (D-AMPS), US Code Division Multiple Access (I

16、S-95) Qualcomm, US Personal Digital Cellular (PDC), Japan GSM 是至今占统治的地位的一个 最初的 pan-european 在全世界的发展 1993年后, 至今在中国快速发展 仅在美国发展较慢,2020/7/30,27,第二代移动通信系统,1982: 欧洲GSM规范的开始 (1982-1990) 1983: 美国 AMPS 的广泛发展 1984: CT-1无绳电话 标准(欧洲) 1991: DECT 规范 欧洲数字无绳电话 (现今: 增强数字无绳通信) 100-500m范围, 120 双方通信, 1.2Mbit/s 数据传输, 话音编

17、码, 鉴别 1992: GSM 在全欧内实施的开始 1994: DCS-1800,2020/7/30,28,第二代移动通信系统,GSM 数字式传输 Mircocell (vs. Marcocell) Digital modulation, TDMA 基带: 900 MHz 1800 MHz (Digital Cellular System: DCS-1800) 1900 MHz (Personal Communication System: PCS-1900,US only) 规格 GSM-400 (大区域) GSM-800 (北美),2020/7/30,29,第二代移动通信系统,CDMA Q

18、ualcomm提议 专利发行 主要在 US, Asia使用 (包括中国) Code Division Multiple Access 软件容量 软件转交 (vs. hard HO) 对抗多路径衰退, RAKE 规格 IS-95,2020/7/30,30,2代移动通信系统,GSM 的扩充 High Speed Circuit Switched Data (HSCSD) 电路交换数据通信 使用 4 slots (1 slot = 9.6 or 14.4 Kbps) General Packet Radio Service (GPRS) 分组交换 (仅当需要时使用频谱!) 拨号上网的速度 Enhanced Data-rates for Global Evolution (EDGE) 在无线电分界处可进行高速率数据传输 (3x) 高达 384 Kbps (8 slots) 得益于新的调制方式 (8PSK) 可兼容旧的 GMSK,2020/7/30,31,第3代移动体系,UMTS (Unive