第一讲 移动通信发展概述

#1无线通信的兴起无线通信与早期的电报、电话通信不同，它不是依靠有形的金属导线，而是利用无线电波来传递信息的。早在2000多年前，人类就已发现了电和磁这两种自然现象，然而长期以来，人们只知道摩擦生电、静电、瞬时放电这些简单的电现象；至于磁，则被看作是某种物质所具有的特殊性质。#2无线通信的兴起人类第一次发现电与磁之间有联系：1820年，丹麦物理学家奥斯特（Oersted）偶然把一根导线同一枚磁针并排放着，当电流通过导线时，他十分惊讶地发现，磁针几乎转了90度，而当电流以相反方向通过时，磁针向相反方向偏转。这个发现当时在科学界引起了轰动，因为这说明电能生磁。H.C.奥斯特HansChristianOersted(1777~1851)#3无线通信的兴起电流既然可以产生磁性，那么磁能否产生电流呢？迈克尔·法拉第第一台电动机法拉第历经十多年的探索与实验，终于在1831年得出了一个永久性磁铁同一导线作相对运动时，会在导线中产生电流的结论。这就是物理学上著名的电磁感应定律。#4无线通信的兴起麦克斯韦方程组Maxwell'sequations该方程组系统而完整地概括了电磁场的基本规律，并预言了电磁波的存在。麦克斯韦提出的核心思想：电场和磁场不是彼此孤立的，它们相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场。光学、电学和磁学融为一体，物理学第一次完成了伟大的综合。#5无线通信的兴起赫兹对人类最伟大的贡献是用实验证实了电磁波的存在。同时证实了在直线传播时，电磁波的传播速度与光速相同。赫兹实验公布后，轰动了全世界的科学界。由法拉第开创，麦克斯韦总结的电磁理论，至此才取得决定性的胜利。1888年，成了近代科学史上的一座里程碑。赫兹的发现具有划时代的意义，它不仅证实了麦克斯韦发现的真理，更重要的是开创了无线电电子技术的新纪元。#6无线通信的兴起马可尼在麦克斯韦的电磁波理论和赫兹电磁波实验的基础上，采用电磁波作为传播媒介，发明了能够快速、远距离传送信息的无线电报，开创了人类现代通信事业的新纪元。1901年12月，在英国与纽芬兰之间(三千五百四十公里)，实现横过大西洋的无线电通讯，使无线电达到实用阶段。马可尼在“历史上最有影响的100人”中的名次比贝尔排得高些，只是因为无线电通讯比电报的发明更为重要。#7无线通信的兴起无线电通信为人类通信开辟了一个潜力巨大的新领域——无线通信领域，用无线电波传播信息不仅极大地降低了有线通信面临的架线成本和覆盖面问题，也使人类通信开始走向无限空间。#8现代通信技术的发展人类的生产实践和科学实验是不断发展的，永远不会停留在一个水平上。从1948年起，固态电子学的时代向我们走来。1947年12月，美国贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿组成的研究小组，研制出一种点接触型的锗晶体管。晶体管的问世，是20世纪的一项重大发明，是微电子革命的先声，它为通信器件的进步创造了条件。晶体管的发明又为后来集成电路的降生吹响了号角。#9现代通信技术的发展1948年，香农提出了信息论，建立了通信统计理论；1951年，直拨长途电话开通；1956年，铺设越洋通信电缆；1958年，发射第一颗通信卫星；1959年，美国的基尔比和诺伊斯发明了集成电路，从此微电子技术诞生了；1962年，发射第一颗同步通信卫星，开通国际卫星电话；脉冲编码调制进入实用阶段；1967年大规模集成电路诞生，做成了一块米粒般大小的硅晶片上可以集成一千多个晶体管的线路；1977年美国、日本科学家制成超大规模集成电路，30平方毫米的硅晶片上集成了13万个晶体管；#10现代通信技术的发展20世纪60年代，彩色电视问世；阿波罗宇宙飞船登月；数字传输理论与技术得到迅速发展；20世纪70年代，商用卫星通信、程控数字交换机、光纤通信系统投入使用；20世纪80年代，开通数字网络的公用业务；个人计算机和计算机局域网出现；网络体系结构国际标准陆续制定；20世纪90年代，蜂窝电话系统开通，各种无线通信技术不断涌现；光纤通信得到迅速普遍的应用；国际计算机互联网得到极大发展。综上所述，通信技术是随着科学技术的不断发展，由低级到高级，由简单到复杂逐渐发展起来的。而各种各样性能不断改善的通信系统的应用，又促进了人类社会进步和文明。#11移动通信发展史#12移动通信发展史现代移动通信技术的发展历史可以追溯到20世纪20年代,到目前为止,第一阶段从20世纪20年代至40年代,为现代移动通信的起步阶段。在此期间,主要完成了通信实验和电波传播试验工作,在短波频段(3～30MHz)上实现了小容量专用移动通信系统,其代表是美国底特律市警察使用的车载无线电系统。这种系统话音质量差,自动化程度低,仅限于专用,不能与公众网相连。#13移动通信发展史第二阶段是从20世纪40年代中期至60年代初期。在此期间,各种公用移动通信系统相继建立。首先是1946年,美国贝尔系统在圣路易斯城建立的称为“城市系统”的公用汽车电话网,这是世界上第一个公用移动通信系统。继而,西德、法国、英国等国也陆续研制出了公用移动电话系统。这一阶段的特点是开始从专用移动网向公用移动网过渡,自动化程度有所提高。#14移动通信发展史第三阶段是从20世纪60年代中期至70年代中期。这一阶段是移动通信系统改进和完善的阶段。在此期间,各国陆续推出了改进的移动通信系统,其代表是美国的改进型移动电话系统——IMTS。这一阶段的特点是使用了新频段,采用大区制,实现了系统的中小容量,自动化程度进一步提高。#15移动通信发展史第四阶段是从20世纪70年代中期至80年代初期。在此期间,由于微电子技术及计算机技术的长足发展和移动用户数量的急剧增加,促使移动通信得到了蓬勃发展。移动通信大发展的原因1、微电子技术2、移动通信新体制3、微处理器、计算机技术#16移动通信发展史第五阶段是从20世纪80年代中期到现在。这是数字移动通信发展和成熟的时期。在此期间,用户数量急剧增加,频率资源相对紧缺,第一代模拟蜂窝移动通信系统的缺陷日益暴露出来。针对这些问题,新一代的数字蜂窝移动通信系统被开发出来并得以广泛应用。#17移动通信发展史事实上,早在20世纪70年代末期,当模拟蜂窝系统还处于开发阶段之时,一些发达国家就已着手数字蜂窝移动通信系统的研究。最典型的数字蜂窝移动通信系统是欧洲基于时分多址(TDMA)技术的全球通移动通信系统——GSM。另外还有北美的D-AMPS(IS-54)和日本的PDC等。这一阶段的特点是用户数量急剧增加,频率资源日益紧缺,新体制、新技术、新业务层出不穷。#18移动通信发展史基于TDMA技术的GSM、D-AMPS和PDC系统都属于第二代数字蜂窝移动通信系统(2G)。在2G发展期间,一方面,移动通信用户数目突飞猛进,通信产业日益成为各国经济发展的支柱。另一方面,2G移动通信系统及相应的移动通信技术面临诸多问题，比如:网络利用空间日益狭小;收益增幅减缓;话音业务和低速数据业务不能满足用户需求,急需开发各种新型业务来吸引用户;网络漫游只限于国内及部分区域等。#19移动通信发展史针对以上问题,码分多址(CDMA)蜂窝移动通信系统日益成为关注的焦点。事实上,当数字蜂窝网刚刚进入实用阶段之时,美国Qualcomm公司就已推出了新的移动通信系统——CDMA。CDMA系统采用了扩频通信技术,大幅度地提高了频率利用率,具有容量大、覆盖范围广、手机功耗小、话音质量高的突出优点,将移动通信技术推向新的发展阶段。扩频通信技术：传输信息所用信号带宽远大于信息本身带宽。#20第三代移动通信#21第三代移动通信第三代移动通信的提出：IMT-2000是第三代移动通信系统（3G）的统称。第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（ITU）1985年提出，考虑到该系统将于2000年左右进入商用市场，工作的频段在2000MHz，且最高业务速率为2000Kbps，故于1996年正式更名为IMT-2000（InternationalMobileTelecommunication-2000）。第三代移动通信系统是一种能提供多种类型、高质量多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，与固定网络相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类通信的通信系统。#22第三代移动通信3G主流标准WCDMA由标准化组织3GPP所制定。CDMA2000体制是基于IS-95的标准基础上提出的3G标准，目前其标准化工作由3GPP2来完成。TD-SCDMA标准由中国无线通信标准组织CWTS提出，目前已经融合到3GPP关于WCDMA-TDD的相关规范中。WiMAX（802.16）采用了代表未来通信技术发展方向的OFDM/OFDMA、AAS、MIMO等先进技术，能够在比Wi-Fi更广阔的地域范围内提供“最后一公里”宽带连接性，主要用在城市型局域网路（MAN）。#233G移动通信技术标准的不同发展趋势US-TDMAGSMPDCGPRSWCDMA/TD-SCDMAHSPDAEDGEWCDMA/TD-SCDMAIS-95ACDMAIS-95BCDMACdma20001Xcdma20003XDataOnly1XEV-DOData&Voice1XEV-DV#24第三代移动通信IMT-2000的目标全球统一频段、统一标准，全球无缝覆盖高效的频谱效率高服务质量、高保密性能易于2G系统演进过渡提供多媒体业务车速环境：144kbps步行环境：384kbps室内环境：2048kbps#25第三代移动通信网络技术n程控交换》》》NGN无线传输技术（RTT）n帧结构、信号格式、调制、双工、多址、扩频、纠错、等等，是保证信号正确传输的技术nRTT是技术进步最快为特征无线传输技术确定了一代移动通信的基础n1G：程控交换＋模拟技术（FDMA）/模拟话音n2G：程控交换＋数字技术（TDMA＋CDMA）/数字话音n3G：程控交换/IP/NGN＋数字信号处理技术（CDMA）/移动多媒体n4G？？？？#26第三代移动通信2G和3G的区别业务：从以话音为主发展到以数据为主。容量：在同等用户数量下3G系统容量要比2G系统高5倍以上。数据速率：从2.5G的大约100kbps逐渐增加，从384kbps》》2Mbps》》10Mbps》》100Mbps。复杂度：3G数字信号处理比2G（GSM）复杂10倍以上，导致芯片复杂。n如GSM手机芯片为30MHz的CPU＋30MIPS的处理器；而3G手机芯片为150MHz的CPU＋500MIPS的处理器。n要大大增加复杂度又不大增成本完全依靠微电子技术的进展成本：3G设备价格：系统应当低于GSM；终端相当。#27移动通信的未来根据国际电信联盟的定义，4G技术应当满足在固定状态下数据传输速度达到1Gbps，移动状态下数据传输速度达到100Mbps。与3G相比，4G除了传输速度更快、数据更完整外，还可进行多媒体操作。运用4G技术，用户可以收看高清晰、多频道电视，并遥控家电。在不久的将来WiFi（无线局域网），WiMax（无线城域网），3G（无线广域网）三者的结合将会为我们创造出一个完美的无线网络。随着无线通信技术的不断发展，集成了这三种技术的移动终端将为我们随时随地提供高速无线连接，借用一句广告语：“未来是无线的”。#28