移动通信的基本概念

第1章移动通信的基本概念【本章内容简介】本章主要介绍了移动通信的基本原理及其应用方面的基本概念，对移动通信的特点、分类、工作方式和网络的频率配置等进行了详尽的说明，概述了移动通信的发展历程，同时展望了未来的发展趋势。【学习重点与要求】重点掌握移动通信的定义、特点、分类和工作方式，了解无线频谱的规划及移动通信的工作频段。1.1移动通信的定义个人对通信的理想要求：“5W”任何人（Whoever)，在任何时间(Whenever)，任何地点（Wherever)与任何人（Whoever)进行任何种类（Whatever)的信息交换。移动通信的定义•移动通信：–是指通信双方或至少有一方在运动中进行信息交换的通信方式。•例如，运动着的车辆、船舶、飞机或行走着的人与固定点之间进行信息交换，或者移动物体之间的通信都属于移动通信。–这里所说的信息交换，不仅指双方的通话，同时也包括数据、传真、图像等多媒体业务移动通信的特点移动通信与其他通信方式相比，主要具有以下特点：无线电波传播环境复杂多普勒频移产生调制噪声移动台工作时经常受到各种干扰对移动台的要求高通道容量有限通信系统复杂移动通信的特点1无线电波传播环境复杂在移动通信中，基站至用户间靠无线电波来传送信息。当前，移动通信的频率范围在甚高频（VHF，30～300MHz）和特高频（UHF，300～3000MHz）内工作频段特点：传播距离在视距范围内，通常为几十千米；天线短，抗干扰能力强；且以地表面波、电离层反射波、直射波和散射波等方式传播，受地形地物影响很大多径传播移动台接收到的电波一般是直射波和随时变化的绕射波、反射波、散射波的叠加，这样就造成所接收信号的电场强度起伏不定，最大可相差20～30dB，这种现象称为衰落。移动通信的特点2多普勒频移产生调制噪声多普勒频移：运动中的物体达到一定速度时，固定点接收到的无线载波频率将会有一定的频移多普勒频移fd与移动物体的运动速度v、接收信号载波的波长、电波到达的入射角有关，即fd=(v/)cos解决方法：锁相技术频率跟踪3移动台工作时经常受到各种干扰移动系统内部的干扰：互调干扰：主要是系统设备中的非线性引起的，如混频选择不好，使无用信号混入，而造成干扰。噪声系统之间的干扰：同频干扰：相同载频台之间的干扰邻道干扰：相邻信道之间的干扰（功率控制）移动通信中的干扰移动通信的特点4对移动台要求高体积小、重量轻、操作方便小巧（超大规模集成电路的使用）便携（天线要短，使用高频）省电（发射功率要尽量小）防震（性能稳定）抗潮等移动通信的特点5通信系统复杂网络结构多种多样覆盖形状：带状、面状覆盖大小：大区制蜂窝小区微蜂窝大区和微小区结合层状结构考虑因素：容量、稳定性、速度、建网费用网管复杂用户注册和登记、鉴权和计费、安全和保密网络技术复杂越区切换、漫游等功能1.2移动通信的发展概况1.无形的信使——电磁波的发现1887年，亨利希·鲁道夫·赫兹，发现电磁能量可以越过空间进行传播。赫兹的发现具有划时代的意义：证明了麦克斯韦理论的正确，更重要的是导致了无线电的诞生开辟了电子技术的新纪元，标志着从“有线电通信”向“无线电通信”的转折点。也是整个移动通信的发源点，应该说，从这时开始，人类开始进入了无线通信的新领域2.无线电通信的发明载着声音飞翔的电波——无线电通信的发明无线电报的发明---“要是我能指挥电磁波，就可飞越整个世界”——波波夫1898年，英国举行了一次游艇赛，终点设在离岸20英里的海上。《都柏林快报》特聘马可尼为信息员。他在赛程的终点用自己发明的无线电报机向岸上的观众及时通报了比赛的结果，引起了很大的轰动。这被认为是无线电通信的第一次实际应用。紧接着，马可尼在英国建立了世界上第一家无线电器材公司——英国马可尼公司3.移动通信的诞生及演进二十世纪20年代至40年代初使用范围小，主要使用对象是船舶、飞机、汽车等专用移动通信，以及通信军事。40年代中至60年代末移动通信向小型化方面大大前进了一步。美国、日本、英国、西德等国家开始应用汽车公用无线电话。70年代至80年代第一代移动通信系统美国贝尔实验室(BellLab)推出的蜂窝式移动通信系统的概念，蜂窝式系統开始应用。90年代中至今推出第二、第三代移动电话通信系統。正向第四代移动通信系统过渡。4.个人移动通信的诞生及演进个人通信的发源地：无线电寻呼机的出现beeper/Pager1956年，MOTOROLA研制成功第一个无线电寻呼机。1968年，日本率先在150MHZ移动通信频段上开通模拟寻呼系统。1983年，我国开始研究发展寻呼系统，1983年，上海在150MHZ频段上开通了我国第一个模拟寻呼系统。1984年，广州在150MHZ频段上开通了我国第一个数字寻呼系统。1991年，上海在150MHZ频段上开通了我国第一个数字汉字寻呼系统。个人移动通信的诞生及演进实现个人电话的梦想--蜂窝状移动电话的诞生背景：随着无线电报和无线广播的发展，人们更希望有一种可以随身携带、不用电话线路的电话。70年代初，贝尔实验室提出蜂窝系统的覆盖小区概念后，很快进入了实用阶段。1979年，美国芝加哥试验成功AMPS模拟蜂窝式移动电话系统，83年在美国投入商用。1987年，我国第一个移动电话局在广州开通，进入第一代模拟移动通信时期，引进英国的TACS系统。个人移动通信的诞生及演进GSM手机的出现模拟蜂窝式移动电话的缺点：1）由于采用FDMA技术造成频率资源的严重不足2）易被窃听和制造成伪机1982年，欧洲成立了GSM（移动通信特别组），任务是制定泛欧移动通信漫游的标准，后来开发出的数字移动通信系统就以“GSM”命名。GSM现在的含义是：GlobalSystemMobileCommunication,中国移动和联通推出的“全球通”就是GSM系统。第一代蜂窝移动通信(1G)特点：制式：FDMA业务单一：模拟话音与传输频谱利用率低保密性差技术简单主要代表：美国AMPS系统英国TACS系统我国已在2001年12月31日关闭模拟移动网第二代蜂窝移动通信(2G)特点：主要业务：语音、低速率数据（＜9.6kb/s）短消息(SMS)、彩信（MMS）等频谱利用率较高、数字化制式：FDMA+TDMA,或CDMA代表系统：欧洲的GSM系统（大多数国家使用）：FDMA+TDMA制式美国的D-AMPS系统（主要在美国使用）日本的JDC系统（仅在日本使用）：TDMA制式美国QUALCOMM公司开发的IS-95ACDMA系统（美、日、韩、中等国）：CDMA制式我国1992年开始使用GSM系统，2001年引进了IS-95ACDMA系统。无线数据业务的出现i-mode:information-mode1999年,日本在移动通信上实现无线互联网应用，i-mode能提供移动电话与Internet网的持续连接，成功开创了无线数据业务的新时代。WAP：WirelessApplicationProtocol即无线应用协议，全球性开放标准不要求现有的移动通信网络协议做任何的改动，因而可以广泛的运用于GSM、CDMA、TDMA、3G等多种网络`2.5G移动通信技术与应用GSM的延续：GPRS---通用分组无线业务,为2G向3G发展的过渡性产品。90年代中期，第三代移动通信系统进入到具体的设计、规划和实施阶段为保护2G的庞大投资，有必要发展2G向3G平稳过渡的所谓二代半（2.5G）技术数据速率最高可达171kbit/s例：以TDMA和电路交换为基础的GSM网络不能直接与因特网互通，但可以通过一种通用分组无线业务（GPRS，GeneralPacketRadioServive）网的2.5G技术与因特网互连。GPRS的实现：在GSM网络上增加分组数据服务设备并对GSM无线设备进行升级从而能利用已有的GSM无线覆盖，提供分组数据业务。2.75G2.75G的速度较2.5G又增快许多(384kbps)例子：EnhancedDataratesforGlobalEvaluation(EDGE)（全球演进式数据速率增强技术）第三代移动通信（3G)第三代移动通信称为：IMT-2000；简称3G国际电联（ITU－R）于1985年提出，当时的命名为未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS）由于该系统曾预期在2000年能投入使用，并工作在2000MHz频段，故于1996年正式改名为IMT--2000系统IMT-2000当时制定的总目标：——工作在2000MHz频段——在2000年左右商用第三代移动通信的总目标3G设计目标提供比第二代系统更大的系统容量更好的通信质量能在全球范围内更好地实现无缝漫游提供包括话音、数据及多媒体等在内的多种业务同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性（即全球化、综合化、个人化）3G设计目标3G传输速度2Mbps（静止）384kbps（步行、慢速）114kbps（高速移动环境）可提供丰富多彩的移动多媒体业务具有语音、文字、静态影像、动态影像等多媒体传输的特点与能力取实际传输流量为收费标准于2003年至2005年间发展成熟3G的标准国际电联的3G标准有三个欧洲和日本共同提出的：WCDMA该标准提出了GSM(2G)-GPRS-EDGE-WCDMA(3G)的演进策略美国以高通公司为代表提出的：CDMA2000该标准提出了从CDMAIS95(2G)-CDMA20001x-CDMA20003x(3G)的演进策略中国以大唐集团为代表提出的：TD-SCDMATimeDivision—SynchronousCDMA(时分同步CDMA)是由我国大唐电信公司提出的3G标准该标准提出：不经过2.5代的中间环节，直接向3G过渡，非常适用于GSM系统向3G升级核心技术：CDMA3G标准在核心网中都采用分组交换方式采用CDMA技术解决无线端口问题因此，这三种标准无一例外的都采用了CDMA这一核心技术各标准的演进策略欧洲和日本共同提出的：WCDMA全称为WidebandCDMA基于GSM网发展出来的3G技术规范是欧洲提出的宽带CDMA技术，它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同，并进一步融合。该标准提出了GSM(2G)-GPRS-EDGE-WCDMA(3G)的演进策略。GPRS是GeneralPacketRadioService(通用分组无线业务)的简称，（171kbit/s）EDGE是EnhancedDatarateforGSMEvolution(增强数据速率的GSM演进)的简称，这两种技术被称为2.5代移动通信技术。（384kbps）各标准的演进策略CDMA2000CDMA2000是由窄带CDMA(CDMAIS95)技术发展而来的宽带CDMA技术，由美国主推该标准提出了从CDMAIS95(2G)-CDMA20001x-CDMA20003x(3G)的演进策略。CDMA20001x被称为2.5G移动通信技术CDMA20003x与CDMA20001x的主要区别在于应用了多路载波技术，通过采用三载波使带宽提高。中国电信使用的CDMAIS95网络，在采用这一方案向3G过渡第三代移动通信机第三代移动通信机第三代移动通信机2001年，日本开始首次3G系统商用服务2001年10月1日日本在东京地区开始了全球首次WCDMA系统商业应用。系统提供可视电话、384Kbps分组数据、64Kbps图象传输、i-mode互联网服务。手机重150克，彩色液晶显示。最成熟的3G：WCDMA3G的一再搁浅的主要原因缺乏真正具有吸引力的应用缺乏明确的盈利前景技术上并没有完全的成熟，相关产业链没有形成最先进的不一定是最好的移动通信的发展趋向VoiceWidebandBroadbandAnalogDigitalIntegr