移动通信发展概况

移动通信发展概况杨大豪二00六年十月目录一、通信基本概念（一）移动通信的特点（二）移动通信应用范围二、移动通信的工作方式、组成及系统工程（一）无线电路工作方式（二）移动通信系统的组成（三）移动通信的射频工程三、国际上移动通信发展概况四、我国移动通信发展概况五、3G应用比较六、3G技术及其比较（一）3G技术（二）3G技术比较七、第四代移动通信系统---4G八、移动通信的频段分配表及信道频率九、卫星通信及其它领域里的频率分配移动通信发展概况一、通信基本概念（一）移动通信的特点通信就是信息的传输与交换，通信的目的就是传输消息。因为在人类的活动过程中要相互远距离传递信息，也就是将带有效信息的信号，通过某种系统由发送者传送给接收者，这种信息的传输过程就是通信。目前，人们大量应用移动通信手段传输信息。所谓移动通信，顾名思义就是通信的一方或双方是在移动中实现通信的，其中，包含移动台（汽车、火车、飞机、船舰等移动体上）与固定台之间通信，移动台（手机）与移动台（手机）之间通信；移动台过、通过基站与有线用户通信等。移动通信主要特点：（与固定点通信相比）（1）移动通信的传输信道必须使用无线电波传输；（2）电波传输特性复杂，在移动通信系统中由于移动台不断运动，不仅有多普勒效应，而且信号的转播受地形、地物的影响也将随时发生变化；（3）干扰多而复杂；（4）组网方式多样灵活，移动通信系统组网方式可分为小容量大区制和大容量小区制，移动通信网为满足使用，必须具有很强的控制功能，如通信（呼叫）的建立和拆除，频道的控制和分配，用户的登记和定位，以及过境切换和漫游的控制等；（5）对设备要求更苛刻；（6）用户量大而频率有限。（二）移动通信应用范围1、汽车调度通信出租汽车公司或大型车队建有汽车调度台，汽车上有汽车电台，可以随时在调度员与司机之间保持通信联系。2、公众移动电话这是与公用市话网相连的公众移动电话网。大中城市一般为蜂窝小区制，小城市或业务量的中等城市常采用大区制。用户有车台和手机两类。3、无线寻呼这是一钟单向无线通信，主要起寻人呼叫的作用，采用的寻呼机，又称BP机或BB机，可用一般电话拔通寻呼台，由寻呼台的无线寻呼发射机发出，只要被寻呼人在寻呼台的覆盖范围之内，其所配的寻呼机收到信号即发出设定的声响或振动。4、无绳电话这是一种接入市话网的无线电话机，又称无绳电话。一般可在50～200m的范围内接收或拔通电话。5、集群无线移动电话这实际上是把若干个原各自使用单独频率的单工工作调度系统，集合到一个基台工作。这样，原来一个系统单独用的频率现在可以为几个系统共用，故称为集群系统。6、卫星移动通信这是把卫星作为中心转发台，各移动台通过卫星转发通信。7、个人移动通信个人可在任何时候、任何地点与其他人通信，只要有一个个人号码，不论该人在何处，均可通过这个个人号码与其通信。二、移动通信的工作方式、组成及系统工程（一）无线电路工作方式在移动通信中，按无线通道的使用频率数和信息传输方式，其无线电路工作方式可以分为单工制、半双工制和双工制。1、单工制收、发使用同一个频率的按键通信方式，发送时不能接收，接收时不能发送。因此，接收时发射机不工作，反之亦然。单工制通信示意图，如图（1）所示。发射机接收机接收机发射机图（1）单工制通信示意图f1f1f1f1f1AB单工制通信是一种通信双方只能轮流地发送和接收的电路工作方式，而单工制通信只使用一个频率。2、半双工制半双工制通信方式是收、发信机分别使用两个频率的按键通话方式，其半双工制通信示意图，如图（2）所示。移动台不需要天线共用装置，适合电池容量小的设备制式。这种方式是基站和移动台分别使用两个频率，基站是双工通话，而移动台为按键发话，因此，称为半双工制通信。这种通信方式与同频单工制比较，其优点是受邻近电台干扰少；有利于解决紧急呼叫；可使基站载频常发，移动台就经常处于杂音被抑制状态，不需要静噪调整。一般专用移动通信系统中可采用此方式，但它也存在按键发话澡作不习惯的问题。3、双工制双工制通信是不用按键能直现送受话的一种制式，公用移动通信都采用此制式。它分为同频双工和异频双工。目前，组网用得最多的异频双工。异频双工就是收与发用两个频率（有一定频率间隔要求）来实现双工通信，双工制通信示意图，如图（3）所示。发射机接收机接收机发射机图（2）半双工制通信示意图f2f1f2f1f2f1基站B移动台A由图（3）表明，发射机和接收机能同时工作，这种方式的优点是由于发射频带和接收频带有一定间隔，通常为10MHz或45MHz，所以，可以大大提高抗干扰能力；使用方便，不需要收发控制澡作，特别适用于无线电话系统使用，便于与公众电话接口；适合多频道同时工作的系统。在数字移动通信系统中，可采用时分双工（TDD）来传输信息的双工通信方式。（二）移动通信系统的组成移动通信系统，通常是由移动台（MC）、基站（BS）、及移动业务交换中心（MSC）等组成，如图（4）所示，该系统是与市话网通过中继线相连接的。市话局移动业务交换中心BSBSBS图（4）移动通信系统的组成图市话网（PSTN）移动网（PLMN）有线网路中继线无线小区电话发射机双工器接收机接收机发射机双工器图（3）双工制通信示意图基站B移动台Af1f1f2f2f2f1移动台（MS）由移动通信系统组成表明，基站和移动台设有收、发信机和天馈线等设备。每个基站都有一个可靠通信的服务范围，称为服务区。服务区的大小主要有发射功率和基站天线的高度决定。移动通信系统按照服务面积的大小可分为大区制、中区制和小区制三种制式。大区制是指一个城市由一个无线区覆盖，大区制的基站发射功率很大，无线区覆盖半径在30～50Km范围。小区制一般是指覆盖半径为1～35Km的区域，它是由多个无线区链合而成整个服务区的制式，小区制的基站发功率很小。利用正六边形小区结构组成了蜂窝网络，常称为蜂窝移动通信，如GSM、CDMA等移动通信系统都是采用小区制，并组成蜂窝网络。目前，发展方向是将小区进一步划小，成为宏区、毫区、微区、微微区，其覆盖半径降至50m以下。中区指则是介于大区制和小区制之间的一种过渡制式。移动业务交换中心（MSC）主要是提供路由器进行信息处理和对整个系统进行集中控制管理。（三）移动通信的射频工程移动通信的射频工程，指的是移动通信的信号覆盖系统工程，若移动通信系统网络覆盖设计合理，则可以几乎无限制地覆盖世界各地。但是，为了实现移动通信信号的覆盖，必须进行网络优化，保证复杂环境都能实现信号的覆盖，实际上，提高覆盖质量或增加覆盖面积，这就是利用移动通信的射频工程来实现移动通信的信号覆盖。需要优化移动通信网络，加强覆盖的区域可分为如下几类：1、盲区（或影形区）移动通信区域较小的盲区以及移动通信工作区的边缘地带，可称为盲区。在这些盲区里，可能还出现的问题是语音质量较差或经常掉话，甚至完全不通话。2、高密度区在用户密度特别高，话务量特别大的地区，如购物中心、娱乐中心、商务中心、会议中心等地区，经常出现移动通信信道被占满，而使通信质量下降，甚至出现阻塞的情况。3、边缘地区边缘地区是指现有服务区的边界，其信号质量比较差，这些边缘地区也可以认为是影形区，为了使边缘地区能高质量的通话，必须进行移动通信信号覆盖。4、狭长地区狭长地区指的是高速公路、铁路等地区，这些地区具有很高的移动通信业务量，必须在狭长地区进行信号覆盖。根据不同的地理环境及应用场合，解决这些信号覆盖的方案是不同的，目前，移动通信的无线覆盖整体解决方案种类如下：（1）室内覆盖分布系统——采用室内微蜂窝（或直放站）覆盖分布系统，解决了室内网络优化。（2）城市街道、小区覆盖综合解决方案——利用微蜂窝（或直放站）进行网络优化覆盖，也可利用一点对多点的无线覆盖、光纤直放站系统等可以解决小区的优化覆盖问题。（3）地铁、地下车库、地下商场等覆盖综合解决方案——利用室内微蜂窝（或直放站）覆盖分布系统和遂道覆盖技术，可以解决地铁、地下车库、地下商场等的优化覆盖问题。（4）乡镇、山区等覆盖综合解决方案——可利用塔顶放大器、射频和光纤直放站以及高增益定向天线等多种手段可解决边缘乡镇、山区等的移动通信信号的覆盖。（5）海域、海岛覆盖综合解决方案——由于海域、海岛覆盖区的特殊性，区域广、话务量较少，可以利用大功率直放站或塔顶放大器实现覆盖。（6）3G（TD-CDMA、WCDMA、CDMA-2000）、WLAN（无线局域网）、GSM/CDMA、PHS（小灵通）等覆盖综合解决方案——可采用“多网合一”解决方案。利用移动通信的射频工程来实现移动通信的信号覆盖问题，实际上可分为室内和室外的覆盖问题，室内覆盖是一种室内天线分布覆盖系统，通常采用微蜂窝或直放站作为信号源，还采用馈线、微波无源器件（功分器、耦合器）、天线等组成分布系统；而室外覆盖问题，采用大功率的直放站、塔顶放大器（功率放大器）等实现移动通信信号覆盖。三、国际上移动通信发展概况无线通信的概念最早的出现是在20世纪40年代，无线电台在第二次世界大战中的广泛应用开创了移动通信的第一步。到70年代，美国贝尔实验室最早提出蜂窝的概念，解决了频率复用的问题，80年代大规模集成电路技术及计算机技术突飞猛进的发展，长期困扰移动通信的终端小型化的问题得到了初步解决，给移动通信的发展打下了基础。于是，美国为了满足用户增长的需求，提出了建立在小区制的第一个蜂窝通信系统——AMPS（AdvanceMobilePhoneService）系统。这也是世界上第一个现代意义的，可能商用的，能够满足随时随地通信的大容量移动通信系统。它主要建立在频率复用的技术上，较好地解决了频谱资源受限的问题，并拥有更大的容量和更好的话音质量。这在移动通信发展历史上具有里程碑的意义。AMPS系统在北美商业上获得的巨大成功，有力地刺激了全世界蜂窝移动通信的研究和发展。随后，欧洲各国和日本都开发了自己的蜂窝移动通信网络，具有代表性的有欧洲的TACS（TotalAccessCommunicationSystem）系统、北欧的NMT（NordicMobileTelephoneSystem）系统和日本的NTT（NipponTelegraphandTelephone）系统等。这些系统都是基于频分多址（FDMA）的模拟制式的系统，我们统称其为第一代蜂窝移动通信系统。（一）第一代模拟系统第一代模拟系统主要建立在频分多址接入和蜂窝频率复用的理论基础上，在商业上取得了巨大的成功，但随着技术和时间的发展，问题也逐渐暴露出来：所支持的业务（主要是话音）单一、频谱效率太低、保密性差等。特别是在欧洲，一个国家有一个自己的标准和体制，无法解决跨国家的漫游问题。模拟移动通信系统经过10余年的发展后，终于在20世纪90年代初逐步被更先进的数字蜂窝移动通信系统所代替。（二）第二代移动通信系统推动第二代移动通信发展的主要动力是欧洲，欧洲国家比较小，要解决标准和制式的统一才可能解决跨国家漫游。故从80年代处就开始研究数字蜂窝移动通信系统，一般称其为第二代移动通信系统。它是随着超大规模集成电路和计算机技术的飞速发展，语音数字处理技术的成熟而发展起来的。在80年代欧洲各国提出了多种方案，并在80年代中、后期进行了这些方案的现场实验比较，最后集中为时分多址（TDMA）的数字移动通信系统，即GSM（GlobalSystemforMobileCommunications）系统。由于其技术上的先进性和优越的性能已经成为目前世界上最大的蜂窝移动通信网络。GSM标准化的工作主要由欧洲电信标准委员会（ETSI）下属的特别移动组（SMG）完成。主要分为第一阶段和第2阶段。1990年，第一阶段规范冻结。1992年，商用开始，同年第2阶段标准化工作开始。GSM空中接口的基本原则包括：每载波8个时隙，200KHz/载波带宽，慢跳频。和第一阶段比较，GSM第2阶段的主要特性包括：1、增强的全速率语音编码器（EFR）；2、适应多速率编解码器（AMR）；3、14.4Kbit/s数据业务；4、高速率电路交换数据（HSCSD）；5、通用分组无线业务（GPRS）；6、增强数据速率（E