大话移动通信-第二章.

《大话移动通信》1电台的梦想—点对点的无线通信2.1基站的困惑—点对多点的无线通信2.22.3大哥大—多点对多点的无线通信第二章从电台到大哥大《大话移动通信》22.1点到点的无线通信1无线通信组网构想一：无线电台4.无线通信组网构想二：广电网络2.有限的无线频段3.无价的无线频谱资源《大话移动通信》3（1）任何人：国家有钱，一人发一个电台穿越到1940年，第二次世界大战开始了，此时，电台已经使用广泛。于是有人构想：能否每人一个电台，实现远距离无线通信呢？此时电台对比以下功能：（2）任何时间：电台品质有保障，24小时不歇菜（3）任何地点：地球上绝大多数地方收发电报没问题（4）任何信息：仅限语音通话，短信可用莫尔斯电码代替，发彩信，视频就先免谈了。以上说法看似有理，事实是…构想一：用无线电台构成一张无线通信网《大话移动通信》4构想一：用无线电台构成一张无线通信网问题一——要满足“任何地点”：发射电报要在任何地点都能收到，发射功率就得很大，此时要求电台体积大。《大话移动通信》5构想一：用无线电台构成一张无线通信网问题二：电磁波存在干扰：人说话的频段一般在20-3400Hz，如果几人同时跟你说话，那么要分辨起来就有点困难，因为他们的声音都在同一个频段，会相互干扰。不同的电台不能使用相同的频段。既然如此，我们给全球所有的电台都分配给不同的频段不就行了？《大话移动通信》66构想一：用无线电台构成一张无线通信网假设一个电台需要25KHz的频段，全球有20亿人需要用电台打电话，那么需要25KHz×2×1010=5×105GHz.电磁波在同一频段的干扰造成了无线频段资源的有限性，而无线通信频段资源的有限性则构成了无线通信各种解决方案的约束。所以，无线资源是稀缺的，有限的。那么，频谱资源到底有多有限呢？问题三：电磁波的频谱资源有限。《大话移动通信》72.1点到点的无线通信1无线通信组网构想一：无线电台4.无线通信组网构想二：广电网络2.有限的无线频段3.无价的无线频谱资源《大话移动通信》8资源是有限的——适于组网的无线频段电磁频谱系列《大话移动通信》9资源是有限的——适于组网的无线频段长波，中波，短波的用途长波：沿地表进行传播，又称地波。传播距离达几千至上万千米，穿透能力强，多用于海上，水下，地下的通信与导航。中波：主要依靠地面（白天）和电离层反射（晚上）传播，主要用于广播和导航。短波：主要依靠电离层反射传播，常用于应急，抗灾通信和远距离越洋通信。微波微波主要以直线视距传输，受地形，环境影响大，主要用于无线通信，卫星通信。本书关注微波频段为300MHz—3GHz。《大话移动通信》10资源是有限的——适于组网的无线频段频段使用情况GSM系统包括GSM900、GSM1800等几个频段。CDMA:上行825MHz-835MHz；下行870-880MHz上下间隔45MHz。中国移动中国联通900M频段上行885-909MHz下行930-954MHz上行909-915MHz下行954-960MHz1800M频段上行1710-1725MHz下行1805-1820MHz上行1740-1755MHz下行1835-1850MHz《大话移动通信》11资源是有限的——适于组网的无线频段频段使用情况中国移动中国联通中国电信3G1880-1920MHz2010-2025MHz上行：1940-1955下行：2130-2145上行：1920-1935下行：2110-2125TDD方式，无上下行之分频宽：15MHz90MHz间隔频宽：15MHz90MHz间隔4G130MHz1880-1900MHz2320-2370MHz2575-2635MHz40MHz2300-2320MHz2555-2575MHz40MHz2370-2390MHz、2635-2655MHz《大话移动通信》122.1点到点的无线通信1无线通信组网构想一：无线电台4.无线通信组网构想二：广电网络2.有限的无线频段3.无价的无线频谱资源《大话移动通信》13无价的战略资源——无线频谱资源的价值频谱资源是运营商最重要的战略价值资源，它决定了网络能够承载多少用户数。在我国，它是通过行政命令分配的，在国外，是可以拍卖的，例如在德国：1MHz=7.7亿美元=16吨黄金。频谱资源的价值简而言之，是因为电磁波的同频干扰使得无线频谱资源非常有限，而它又是生活必需的。那么，频率资源为什么这么值钱呢？电磁波在空间传播是发散的，遵循自由空间传播模型，当两个信号频率相同，距离相近时，必定在空间相遇，就会造成干扰。《大话移动通信》142.1点到点的无线通信1无线通信组网构想一：无线电台4.无线通信组网构想二：广电网络2.有限的无线频段3.无价的无线频谱资源《大话移动通信》15构想二：参照广电网络的架构由于频谱资源的有限，造成了用电台搭建无线通信网的想法无法实现，但是在1940年那个年代，除了电台，跟通信沾边的事情也想不到别的。于是，让我们把时间拨到1985年，这个时候有什么新思路呢？——黑白电视《大话移动通信》16构想二：参照广电网络的架构广电网络的架构：每个城市几乎最高的地方建一个发射塔，向四面八方发射信号。电视机作为接收终端，接收广电的信号，并解调出来，就出现了电视画面。广播电台也采取这种模式。构想：参照广电网络，。贝尔移动系统：系统建在高塔上，用大功率的发射机来获得一个广覆盖，一个发射机覆盖2800Km2。看起来好好的，但贝尔移动系统由一个致命的缺陷，它只有12个频道。广电模式在电信运营商里怎么就走不通呢？问题出在哪？《大话移动通信》1717构想二：参照广电网络的架构广电模式跟电信模式的区别一：交互（communication）广播(Broadcast)：只需要发射塔向电视机发射信号，不需要电视机向发射塔反馈信息。假设现在在100MHz的频段上给某个电视台分25KHz的带宽（从100.000MHz-100.025MHz），那么只需要发射塔来占用这25KHz带宽发射就好了，一就是说一个城市只需要一个发射源，不会产生干扰。《大话移动通信》18构想二：参照广电网络的架构广电模式跟电信模式的区别一：交互（communication）通信（Communication)：不仅发射塔要向用户终端发送信息，用户终端也要给发射塔发送信号。假设现在只有一个用户终端要与发射塔交互信息，发射塔占用100.000MHz-100.025Mhz的带宽，用户终端需对应地找另外一个频段，比如说从50.000MHz到50.025MHz的25KHz带宽来发射信号(称上行信号），如果第二个用户，第三个用户。。。。《大话移动通信》19广电模式跟电信模式的区别二：交互用户信息各不相同：广电：如果只有一个电视台，每个用户看到的台是一样的。当用户想看第二个电视台的时候，广电就增加一个“频道”，也就是说增加“100.025MHz到100.050MHz”的带宽，用于承载第二个电视台的信息——CCTV1-CCTV13。电信：当出现第二个电信用户终端的时候，电信的发射塔也需要增加“100.025MHz到100.050MHz”的带宽，不同的是这个终端中户上行也需要分配相同多的带宽，如“从50.025MHz到50.050MHz”构想二：参照广电网络的架构《大话移动通信》20广电模式跟电信模式的区别二：交互用户信息各不相同：当一个区域内的用户多增多时，3000个，30000个。。。显然，这个模式是不足以满足现代无线通信的需求的。设计者·们想出了一个办法：降低发射塔的功率，缩小覆盖半径，这样可以让同一个频段在不同的空间内得到重复利用，称之为空分复用。构想二：参照广电网络的架构《大话移动通信》21电台的梦想—点对点的无线通信2.1基站的困惑—点对多点的无线通信2.22.3大哥大—多点对多点的无线通信第二章从电台到大哥大《大话移动通信》222.2基站的困惑—点对多点的无线通信1困惑之一：基站下不止一个手机5困惑之四：北京时间的价值3困惑之二：无线环境和手机远近在不断变化4困惑之三：减少噪声，降低能耗2困惑之一（续）：海蒂拉玛的魅力与高通的魅力《大话移动通信》232.2基站的困惑-点到多点的无线通信前面，我们已经获得了现在移动通信系统的雏形在这一节里，我们主要讨论一个基站下手机的活动情况。《大话移动通信》24对于现代移动通信系统的一大要求是“任何人”在“任何时间”都可以接入系统，这两个“任何”就意味着通信系统的容量必须要足够大。提高系统容量的一个措施是“空分复用”，但仅仅依靠空分复用还是不够的。基站建设成本高昂，基站覆盖范围小，电磁传播的路径就要控制地越精确，从而避免基站直接的干扰，这在实际操作中实现非常难。基站范围过小，基站数量太多，会造成太多的切换。困惑之一：基站下不止一个手机《大话移动通信》25如何提高系统容量，使更多的用户接入到系统，并且区分不同的用户，研究人员想了很多种方法。多址或者复用技术：让手机工作在不同频率或者不同时间上，加以区分。困惑之一：基站下不止一个手机《大话移动通信》26将通信系统的总带宽划分为若干等间隔的信道，分配给不同的用户。信道1信道2信道3……信道N总带宽BgBc多址技术——FDMA比如说在GSM系统，每新增一个用户，就给这个用户分配200KHz的带宽。困惑之一：基站下不止一个手机《大话移动通信》27进行频分后的一个问题是频谱资源严重不够。假设一个运行商有15MHz的频带，在不考虑其他基站对本基站干扰的极端理想情况下，一个基站的最大容量也只75个。于是，设计人员联想到晚会中的一个场景：有8个歌手同唱一首歌。而且是一人一句地来。把它应用到通信中：舞台上的一首歌是资源，GSM的一个载波也是资源；把一首歌按时间进行切片，分成8分。一人一句来，就可以让8个人都有歌唱，同样的，把GSM的一个载波按时间进行切片，分成8个时隙，一人占用一个时隙，就让8个人都有电话打。困惑之一：基站下不止一个手机《大话移动通信》28在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙，每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户。多址技术——TDMA困惑之一：基站下不止一个手机《大话移动通信》29困惑之一：基站下不止一个手机《大话移动通信》30码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息。MSNMS1MS21c2c1C2CNcNCMSCBS多址技术——CDMA困惑之一：基站下不止一个手机《大话移动通信》312.2基站的困惑—点对多点的无线通信1困惑之一：基站下不止一个手机5困惑之四：北京时间的价值3困惑之二：无线环境和手机远近在不断变化4困惑之三：减少噪声，降低能耗2困惑之一（续）：海蒂拉玛的美丽与高通的魅力《大话移动通信》32困惑之一（续）：海蒂拉玛的美丽与高通的魅力CDMA的概念源于一个你想不到的人，美丽的电影演员—海蒂拉玛。她首先提出了“调频”的概念，后演化为扩频，并成为高通CDMA技术的基础。《大话移动通信》33困惑之一（续）：海蒂拉玛的美丽与高通的魅力跳频与扩频调频通常是一种序列方式，信息在一段时间内在一个频率上传输，然后又跳到另一个频率。《大话移动通信》34困惑之一（续）：海蒂拉玛的美丽与高通的魅力跳频与扩频扩频则是信号在所有频道上同时传输信息。那么，该如何区分多个用户呢？答案是：靠码字。序列的正交：两序列乘积的和为0。例：{+1，-1}和{+1，+1}。用序列对原始数据进行编码的过程叫做扩频，这个序列叫做扩频码。《大话移动通信》35困惑之一（续）：海蒂拉玛的美丽与高通的魅力跳频与扩频让语音信号序列和比它速率高得多的扩频序列相乘，从而延展它的频带。不同用户可用不同扩频码区分。《大话移动通信》362.2基站的困惑—点对多点的无线通信1困惑之一：基站下不止一个手机5困惑之四：北京时间的价值3困惑之二：无线环境和手机远近在不断变化4困惑之三：减少噪声，降低能耗2困惑之一（续）：海蒂拉玛的美丽与高通的魅力《大话移动通信》37移动通信的一个基本特征之一是用户终端的移动性。由于用户的移动性，使得无线环境