移动通信技术

第19章移动通信技术第19章移动通信技术19.1移动通信的概念及其特点19.2移动通信系统的分类19.3移动通信技术的发展概况19.4移动通信系统的组成19.5GSM移动通信系统19.6CDMA移动通信系统19.7集群系统19.8无线寻呼系统第19章移动通信技术19.1移动通信的概念及其特点所谓移动通信，是指通信双方或至少一方是在运动中实现信息传输的过程或方式。例如移动体（车辆、船舶、飞机、人）与固定点之间、或移动体之间的通信等等。从上述移动通信的概念中我们可以看到，移动通信其实很早就有，比如，飞机与机场之间、飞机与飞机之间的通信；船舶与码头之间、船舶与船舶之间的通信；野战部队与指挥部之间、野战部队与野战部队之间的通信等等都属于移动通信的范畴。第19章移动通信技术由于那时的移动通信领域比较专业，与人们的生活联系不够紧密，因此，没有引起人们的高度重视和广泛关注。随着移动电话的出现和普及，移动通信才逐渐被普通百姓所了解、接受。进而引发了移动通信的大发展和大普及，以至于在人们的概念中把移动通信和手机画上了等号。本节我们所涉及的内容也主要是移动电话。第19章移动通信技术移动通信可以应用在任何条件之下，特别是在有线通信不可及的情况下（如无法架线、埋电缆等）更能显示出其优越性。由于是无线方式，而且是在运动中进行通信，因此形成了它的许多特点。(1)移动通信的传输信道必然是无线信道。由于在通信中至少有一方处于运动状态，只能通过无线电波进行联络，因此移动通信也称为移动无线电通信方式。第19章移动通信技术(2)具有复杂的电波传播环境。由于电波受到城市高大建筑物的阻挡等原因，移动台接收到的是多径信号，即同一信号通过各种途径到达接收天线。这种信号的幅度会发生快速和剧烈的变化，称为快衰落。因此，当出现严重的衰落现象，而移动台又处于高速运动中的时候，就会加快衰落现象，其衰落深度可达30dB左右。此时，就要求移动台具有良好的抗衰落的技术指标。第19章移动通信技术另外，移动通信是在运动过程中进行的，移动台之间会出现近处移动台干扰远处移动台的现象，称为远近效应。因此，一般要求移动台的发射功率具有自动调整的能力，同时移动台的接收机需要具有自动增益控制的能力，当通信距离迅速改变时能自动进行信号调整。第19章移动通信技术(3)干扰大，需采用抗干扰措施。移动台通信环境变化是很大的，经常处于强干扰区。例如，移动台附近的发射机可能对正在通信的移动台形成强干扰。又如，汽车在公路上行驶，本车和其它车辆的噪声所形成的干扰也相当严重。因此，要求移动通信具备很强的抗干扰能力。第19章移动通信技术(4)多普勒效应。运动中的移动台所接收的信号频率将随运动速度而变化，产生不同的频移（称为“多普勒效应”），从而造成接收点的信号场强不断变化，其变化范围可达20～30dB。(5)环境条件差，对设备要求高。移动台长期处于运动中，尘土、振动、日晒雨淋的情况时常遇到，这就要求它必须有防振、防尘、防潮、抗冲击等能力，还要求性能稳定可靠、携带方便、低功耗等。同时，为了方便用户使用，要求操作方便、坚固耐用，这就给移动台的设计和制造带来很多困难。第19章移动通信技术(6)用户量大，但频率有限。有限的频率资源决定了有限的信道数目，这和日益增长的用户量形成了一对矛盾。为了解决这个矛盾，除了开辟新的频段，缩小频道间隔之外，研究各种有效利用频率的技术和新的体制是移动通信面临的重要课题。第19章移动通信技术19.2移动通信系统的分类随着移动通信应用范围的不断扩大，移动通信系统的类型越来越多，其分类方法也多种多样。1.按设备的使用环境分类按这种方式分类主要有陆地移动通信、海上移动通信和航空移动通信三种类型。作为特殊使用环境，还有地下隧道矿井、水下潜艇和太空航天等移动通信。第19章移动通信技术2.按服务对象分类按这种方式分类可分为公用移动通信和专用移动通信两种类型。在公用移动通信中，目前我国有中国移动、中国联通经营的移动电话业务。由于它是面向社会各阶层人士的，因此称为公用网。专用移动通信是为保证某些特殊部门的通信所建立的通信系统，由于各个部门的性质和环境有很大区别，因而各个部门使用的移动通信网的技术要求有很大差异，例如公安、消防、急救、防汛、交通管理、机场调度等。第19章移动通信技术3.按系统组成结构分类（1）蜂窝状移动电话系统。蜂窝状移动电话是移动通信的主体，它是具有全球性的用户容量的最大移动电话网。（2）集群调度移动电话。它可将各个部门所需的调度业务进行统一规划建设，集中管理，每个部门都可建立自己的调度中心台。它的特点是共享频率资源，共享通信设施，共享通信业务，共同分担费用，是一种专用调度系统的高级发展阶段，具有高效廉价的自动拨号系统，频率利用率高。第19章移动通信技术（3）无中心个人无线电话系统。它没有中心控制设备，这是与蜂窝网和集群网的主要区别。它将中心集中控制转化为电台分散控制。由于不设置中心控制，故可以节约建网投资，并且频率利用率最高。系统采用数字选呼方式，采用共用信道传送信令，接续速度快。由于系统没有蜂窝移动通信系统和集群系统那样复杂，建网简易，投资低，性能价格比最高，它适用于个人业务和小企业的单区组网分散小系统。第19章移动通信技术（4）公用无绳电话系统。公用无绳电话是公共场所使用的无绳电话系统，例如商场、机场、火车站等。通过无绳电话的手机可以呼入市话网，也可以实现双向呼叫。它的特点是不适用于乘车使用，只适用于步行。第19章移动通信技术（5）移动卫星通信系统。21世纪通信的最大特点是卫星通信终端手持化，个人通信实现全球化。所谓个人通信，是移动通信的进一步发展，是面向个人的通信。其实质是任何人在任何时间，任何地点，可与任何人实现任何方式的通信。只有利用卫星通信覆盖全球的特点，通过卫星通信系统与地面移动通信系统的结合，才能实现名符其实的全球个人通信。近年来移动卫星通信系统发展最快的为低轨道的铱系统和全星系统，中轨道的国际移动通信卫星系统和奥德赛系统。第19章移动通信技术19.3移动通信技术的发展概况移动通信的发展从总体上讲可以分为三个阶段，也称为三代。1.第一代（1G：1Generation）——模拟移动通信系统从1946年美国使用150MHz单个汽车无线电话开始到20世纪90年代初，是移动通信发展的第一阶段。因为调制前信号都是模拟的，也称模拟移动通信系统。第19章移动通信技术第一代移动通信的主要特征为模拟技术，可分为蜂窝、无绳、寻呼和集群等多类系统，每类系统又有互不兼容的技术体制。它的发展可分为三个主要阶段：(1)初级阶段。1946年到20世纪60年代中期，这一阶段移动通信的主要特点是容量小，用户少，人工切换，设备都采用电子管，体积大、耗电多。(2)中级阶段。20世纪60年代中期到20世纪70年代中期，在这一阶段模拟移动通信系统有了较大的发展，第19章移动通信技术如美国的改进型汽车电话系统。这一阶段的特点是实现了用户全自动拨号，采用了晶体管使得设备体积变小，功耗降低，频段由原来的30MHz、80MHz发展到150MHz和450MHz。公安、消防、列车、新闻等行业出现了大量的专用移动通信系统。(3)大规模发展阶段。20世纪70年代中期到20世纪80年代末，出现了“蜂窝”系统，提高了系统容量和频率利用率。大规模集成电路和微机、微处理器的大量应用使系统功能更强，移动台更加小型化，功耗更低，话音质量大幅度提高；频段从450MHz发展到900MHz，频带间隔减小，提高了信道利用率。第19章移动通信技术2.第二代（2G）——数字移动通信系统这时候移动通信系统的主要特征是采用了数字技术。虽然仍是多种系统，但每种系统的技术体制有所减少。数字蜂窝移动系统有GSM、DAMPS、CDMA三种，数字无绳电话有DECT、PHS等几种，高速寻呼有FLEX、APCO、ERMES三种。当时，北美、欧洲、日本根据各自的情况相继制定了三种不同的数字蜂窝系统标准，即北美的IS―54、欧洲的GSM、日本的JDC（后改为PDC），第19章移动通信技术并都在20世纪90年代初生产出了实际的商用系统。1991年7月GSM系统开始投入使用。1992年美国提出了CDMA技术的蜂窝系统的建议，1993年被蜂窝电话工业协会（CTIA）和电信工业协会（TIA）批准为中期标准95～98（IE95～IE98）。这时的CDMA系统也称为窄带CDMA系统（N―CDMA）。第19章移动通信技术3.第三代（3G）——IMT―2000移动通信系统随着移动通信技术的发展，国际电联在此基础上制定公众移动通信系统的国际标准。目前，IMT―2000标准已经基本确定，设备生产商和运营商正致力于3G产品和市场的开发。第三代移动通信系统以全球通用、系统综合作为基本出发点，以图建立一个全球范围的移动通信综合业务数字网，提供与固定电话网业务兼容、质量相当的多种话音和非话音业务。第19章移动通信技术由信息产业部电信科学技术研究院代表中国提出的TD―SCDMA标准提案被国际电联采纳为世界第三代移动通信（3G）无线接口技术规范建议之一。2000年5月，国际电联无线大会上又正式将TD―SCDMA列入世界3G无线传输标准之一。TD―SCDMA的成功，结束了中国在电信标准领域零的空白历史，为扭转中国移动通信制造业长期以来的被动局面提供了十分难得的机遇。第19章移动通信技术我国的移动通信发展始于20世纪80年代中期，主要以无线寻呼、蜂窝移动电话、集群通信系统、无绳电话为代表。1984年上海邮电部门开办了我国第一个无线寻呼台，1987年11月广州邮电部门开通了我国第一个900MHz蜂窝模拟移动电话TACS系统。GSM系统于1994年开始建设，1995年进入大规模建设并逐渐实现全国联网，DCS1800频段也于1997年陆续开通。基于IS-95标准的CDMA系统于1996年由一家美国公司在天津建立实验网，1997年开始先后在北京、广州、上海、西安四个城市试点，现已大规模建设网络，并实现了全国联网。第19章移动通信技术现在，我国移动电话主要是以GSM网和CDMA网两网为主。GSM网简称G网，工作在900MHz频段。后来由于用户量急速增加，原有频段已经不能满足要求，又开通了1800MHz的频点即DCS1800网，俗称D网。由于D网与G网工作原理相同（其差别主要是工作频率不同），因此在应用中经常把G网和D网统称为G网。它们都可在国内自动漫游，还与澳门、新加坡、芬兰等地区和国家G网互联推出国际漫游业务。第19章移动通信技术目前普遍使用的GSM900MHz频段手机最大发射功率为2W（33dBm），1800MHz频段最大发射功率为1W（30dBm），规范要求对于GSM900和GSM1800频段，通信过程中手机最小发射功率分别不能低于5dBm和0dBm。C网即CDMA网，由中国联通公司建设运营，其特点是容量大、接通率高、背景噪音小、信号不易中断。CDMAIS-95A规范对手机最大发射功率要求为0.2～1W（23～30dBm），实际上目前网络允许手机的最大发射功率为0.2W（23dBm），规范对CDMA手机最小发射功率没有要求。第19章移动通信技术由于G网、C网工作原理不同，而且手机的发射功率还取决于与基站的通信距离，因此，不能简单地比较GS手机和CDMA手机的发射功率。一般来说，在与基站距离相同的情况下，CDMA手机的发射功率要比GSM手机的发射功率小。由于发射功率小，对人体的影响也相对减小，因此CDMA手机也被称为“绿色手机”。CDMA网目前也已实现部分国家的国际漫游业务。第19章移动通信技术无线寻呼在我国已有近20年的历史。以集群系统为代表的专用移动通信系统很早在我国开通，遍及许多行业，但发展缓慢；无绳电话系统除了CT2系统（第二代数字无绳电话标准）在一些中小城市开通外，在第14章（接入网）中介绍的小灵通在我国也得到了广泛的应用。目前，小灵通已开始采用第3代500mWipas基站和基于软交换架构的IP核心网络，不但大大提高了网络覆盖质量，增强了网络穿透能力和通话质量，更能有效地支持各种语音和数据业务。用户