9移动通信网络

2019/8/15通信与信息工程学院1第9章移动通信网络2019/8/15通信与信息工程学院2第9章移动通信网络移动通信，特别是3G移动通信，将成为“全面、随时、随地”传输信息的有效平台介绍移动通信的发展历程、3G通信技术以及移动互联网的相关应用9.1移动通信发展历史9.23G通信技术和标准9.3移动互联网9.4关于4G2019/8/15通信与信息工程学院3第9章移动通信网络截止2013年1月，我国电话用户数量超过14亿其中移动电话用户达11.2亿3G用户达2.46亿“我们梦想，有哪一天人出去了，什么都可以不拿，钱包可以不拿，钥匙可以不拿，钱也可以不拿，任何东西都不用拿，你只要有个手机，所有问题都可以解决”——中国移动集团前董事长王建宙2019/8/15通信与信息工程学院49.1移动通信发展历史2019/8/15通信与信息工程学院51864年，英国物理学家麦克斯韦证明了电磁波的理论1876年，德国物理学家赫兹实验证明了电磁波的存在1896年5月，意大利发明家马可尼发明第一台可用无线电台两种无线电话：无绳电话（短距，无法接入互联网）移动电话（长距离，可接入互联网）9.1移动通信发展历史2019/8/15通信与信息工程学院6•意大利古格利埃莫·马可尼（Gugliemo.M.Marconi）1896年5月发明第一台可用无线电台横跨布里斯托海峡14公里1909年获诺贝尔物理学奖•俄国亚历山大·波波夫（Александр.С.Попов）1896年3月首次展示无线电收发机圣彼得堡250米传输“海因里希·赫兹”9.1移动通信发展历史2019/8/15通信与信息工程学院79.1.1第一代移动通信：模拟语音1928年，美国普度（PurdueUniversity）大学学生发明的超外差无线电接收机，美国底特律警察局利用该发明建立了世界上第一个移动通信系统（车载无线电系统）1946年，贝尔系统在圣路易斯建立起了第一个可用于汽车的电话系统前联邦德国、法国和英国分别于1950年、1956年和1959年完成了公用移动电话系统的研制9.1移动通信发展历史2019/8/15通信与信息工程学院820世纪60年代，美国开始使用中小容量的改进移动电话系统（IMTS：ImprovedMobileTelephoneSystem）两个独立频率分别用于接收和发送功能支持23个信道，频率范围为150MHz～450MHz在一个大区域中只用一个基站覆盖的设计，称为大区制基站覆盖面积大发射功率大可用频率带宽有限，系统容量小适用于专业网，不适合商用9.1移动通信发展历史2019/8/15通信与信息工程学院91982年，为解决大区制容量饱和的问题，美国贝尔实验室发明高级移动电话系统（AMPS：AdvancedMobilePhoneSystem）AMPS提出“小区制”与“蜂窝单元”的概念，是第一种“蜂窝移动通信系统”采用频分复用（FDM）技术，解决公用移动通信系统所需要的大容量与频谱资源限制的矛盾100千米半径范围内，IMTS每个频率上只允许一个电话呼叫AMPS则允许100个10千米半径的蜂窝单元，可保证每个频率上有10～15个电话呼叫9.1移动通信发展历史2019/8/15通信与信息工程学院10系统结构每个蜂窝单元有一个基站负责接收该单元中的电话信息基站连接至移动电话交换局移交：当电话在蜂窝单元之间移动时，基站之间会进行通信，并从而交换控制权，避免信道分配不均导致信号冲突。基站对于电话用户控制权的转换称为“移交”，时延300ms硬移交：原基站需要停止用户通话软移交：用户通话保持连贯9.1移动通信发展历史2019/8/15通信与信息工程学院119.1移动通信发展历史2019/8/15通信与信息工程学院12第一代移动通信（1G）—20世纪80年代后期采用模拟技术与频分多址(FDMA)技术无法进行长途漫游，通话质量较差1987年，摩托罗拉3200成为第一部进入中国的手机—“大哥大”身份、财富与地位的象征9.1移动通信发展历史2019/8/15通信与信息工程学院139.1.2第二代移动通信：数字语音（20世纪90年代中期）支持传统语音通信、文字和多媒体短信全球移动通信系统（GSM：GlobalSystemforMobileCommunication）工作频段：900MHZ与1800MHz采用时分多址（TDMA）技术800MHzCDMA移动通信采用码分多址（CDMA）技术9.1移动通信发展历史2019/8/15通信与信息工程学院141、GSM系统为蜂窝网络系统，蜂窝单元按照半径可分为宏蜂窝：覆盖面积最广，基站通常在较高的位置，如山峰微蜂窝：基站高度普遍低于平均建筑高度，适用于市区内微微蜂窝：室内，影响范围在几十米以内伞蜂窝：填补蜂窝间的信号空白区域后台网络系统基站、网络和交换系统通用分组无线服务（GPRS：GeneralPacketRadioService）用户识别模块（SIM：SubscriberIdentityModule）9.1移动通信发展历史2019/8/15通信与信息工程学院152、CDMA系统由美国高通（Qualcomm）于1989年提出理论容量无上限可区分并分离多个同时传输的信号CDMA特点抗干扰性好、抗多径衰落、保密安全性高、容量质量之间可权衡取舍、同频率可在多个小区内重复使用9.1移动通信发展历史2019/8/15通信与信息工程学院169.1.3第三代移动通信：数字语音与数据可提供所有2G信息业务，同时保证更快的速度，以及更全面的业务内容，如移动办公，视频流服务等可提供移动宽带多媒体业务，包括高速移动环境下支持144kbps速率，慢速移动环境下支持384kbps速率，室内环境则达到2Mbps速率，同时保证高可靠服务质量从2G直接跳跃到3G存在较大的难度，于是出现2.5G（也称后期2.5G为2.75G）的过渡阶段9.1移动通信发展历史2019/8/15通信与信息工程学院179.1移动通信发展历史2019/8/15通信与信息工程学院18第2.5代移动通信（2.5G）—本世纪初2G通信技术向3G通信技术的过渡拨号上网、发送图片、收发电子邮件等1XCDMAGPRS基于GSM网络与TDMA技术提供中速数据传递实现分组交换访问速度可达171.2kb/s减少手机间干扰增加用户的容量降低手机功率抗干扰能力强网络绿色环保基于CDMA技术既可作为话音业务的承载平台，也可无线接入互联网系统容量显著提升峰值速率153.6kb/s9.1移动通信发展历史2019/8/15通信与信息工程学院19第三代移动通信（3G）—正在推广IMT-2000（InternationalMobileTelecommunications-2000）2000年全面应用、3G在2000MHz频率上运行、3G保证2000kHz的带宽支持高速数据传输的移动通信技术，传输速度384kb/s~2Mb/s无线通信与互联网相结合处理图像、音乐、视频等多种媒体形式提供网页浏览、电子商务、电话会议等多种服务9.1移动通信发展历史2019/8/15通信与信息工程学院20现行3G移动通信的标准时分同步CDMA（TD-SCDMA）我国大唐电信自主研发—中国移动通信CDMA2000CDMA1x的升级，北美标准—中国电信宽带CDMA（WCDMA）GSM的升级，欧洲标准—中国联合通信黑莓（Blackberry）手机苹果（iPhone）手机定制9.1移动通信发展历史9.1移动通信发展历史2019/8/15通信与信息工程学院219.1移动通信发展历史2019/8/15通信与信息工程学院229.23G通信技术和标准2019/8/15通信与信息工程学院239.23G通信技术和标准3G发展历程回顾1985年，提出未来公共陆地移动通信系统（FPLMTS）概念1991年，ITU成立TG8/1任务组，负责FPLTMS标准定制工作1996年，FPLTMS更名为IMT-20001997年，ITU要求各国提交IMT-2000无线接口技术候选方案，共收到15份技术方案，包括我国自主研究的TD-SCDMA标准2000年5月，ITU公布3种第三代移动通信标准，CDMA成为众多标准的基础2019/8/15通信与信息工程学院249.23G通信技术和标准9.2.1TD-SCDMATimeDivision–SynchronousCodeDivisionMultipleAccess相比于W-CDMA和CDMA2000起步较晚，1998年6月由原邮电部电信科学技术研究院向ITU提出TD-SCDMA将众多技术融合：SCDMA、同步CDMA、软件无线电、FDMA、TDMATD-SCDMA：提供话音和视频电话等最高下行速率为384kb/s的数据业务TD-HSDPA：数据业务增强技术，可提供2.8Mb/s的下行速率2019/8/15通信与信息工程学院259.23G通信技术和标准呼吸效应：CDMA系统中，基站实际有效覆盖面积会随干扰信号的增强而缩小，反之则会增大。这种覆盖面积随用户数目的增加而收缩的现象为“呼吸效应”干扰信号与移动用户数目密切相关：原因是同频自干扰，邻近用户间自干扰现象明显，从而降低了实际传输速率TD-SCDMA利用低带宽FDMA和TDMA限制系统的最大干扰在单时隙/频率中应用CDMA提高系统容量利用联合检测和SDMA技术对客户终端进行信号跟踪“呼吸效应”基本被消除2019/8/15通信与信息工程学院269.23G通信技术和标准“远近效应”手机用户到基站的距离不断变化固定的通信功率会造成严重功率过剩，且形成有害的电磁辐射如何解决？动态调控功率：手机终端依据到基站的通信距离动态调整的传输功率，尽可能减少过剩功率，且依然保证可连通性TD-SCDMA动态信道分配，根据用户需求进行实时动态资源分配，包括频率，时隙和码字等提高信道资源利用率，增强网络中负载和干扰变化的适应能力2019/8/15通信与信息工程学院279.23G通信技术和标准9.2.2W-CDMAWideband-CDMA：由爱立信公司提出，GSM的升级第一个商用W-CDMA网络由日本NTTDoCoMo于2001年推出，也是世界上第一个3G移动电话服务中国联通于2009年在中国大陆提供W-CDMA服务台湾地区从2005年开始，其中华电信、台湾大哥大、远传电信等都使用W-CDMA系统2019/8/15通信与信息工程学院289.23G通信技术和标准W-CDMA技术主要包括FDD和TDD，支持慢速移动下384kb/s室内2Mb/s的数据传输速率FDD（FrequencyDivisionDuplexing）：频分双工方式工作在覆盖面积较大的范围内，可以在两个对称频率信道上分别进行接收和传送工作TDD（TimeDivisionDuplexing）：时分双工方式侧重于业务繁重的小范围内2019/8/15通信与信息工程学院299.23G通信技术和标准W-CDMA定义了3条公共控制信道及2条专用信道广播控制信道（BCCH：BroadcastingControlChannel）携带系统与小区发布的公共消息寻呼信道（PCH：PagingChannel）：把消息送入移动台前向接入信道（FACH：ForwardAccessChannel）：把消息从基站发送至小区移动台2019/8/15通信与信息工程学院309.23G通信技术和标准专用控制信道（DCCH：DedicatedControlChannel）主专用控制信道（SDCCH：Stand-AloneDedicatedControlChannel）：上下行点到点的数据传输辅助专用控制信道（ACCH：AssistantControlChannel）专用物理数据信道（DPDCH）：携带用户数据专用物理控制信道（DPCCH）：携带层控制信息主辅公共控制信道（CCPCH）：携带下行公共控制逻辑信道同步信道（SCH）：提供定时信息2019/8/15通信与信息工程学院319.23G通信技术和标准9.2.3CDMA2000CDMA2000也称为C