现代无线与移动通信系统

现代无线与移动通信系统第一章李少谦电子科技大学个人通信的理想移动通信的飞速发展使人类实现个人通信的理想为期不远了——任何人在任何时间、任何地点、与任何一个人、实现任何一种媒体的通信。——每个人有唯一的通信号码，通信的个人性代替通信的终端性移动通信的发展与展望电子科技大学李少谦我们的目标移动通信是全球的热点无线移动通信与IP技术（因特网）是近年来信息技术领域的两大热点.无线与移动通信正在与IP技术相结合通信技术向宽带化、智能化、个人化方向发展，形成统一的综合宽带通信网移动通信的发展与展望电子科技大学李少谦全球移动通信与因特网的发展趋势012345671995199619971998199920002001移动通信因特网用户数（亿）移动通信的发展与展望电子科技大学李少谦一、无线与移动通信的种类(按用途分类)陆地公众蜂窝移动通信系统无绳电话集群通信卫星移动通信无线局域网无线ATM无线接入无线寻呼蓝牙技术…………无线与移动通信的种类(按频段分类)中长波通信＜1MHz短波通信1MHz—30MHz超短波通信30MHz----1GHz微波通信1GHz----几十GHz毫米波通信几十GHz红外光通信大气激光通信…………二、基本概念与术语特点频谱拥挤、频谱需严格菅理电波传播存在衰落、多径等问题面临环境的干扰和噪声存在多普勒频移的影响和大动态范围的要求建网复杂，网络需有越区切换、漫游等功能对技术的基本要求高的频谱利用率好的话音和服务质量具有移动性和便携性灵活方便的组网抗干扰保密与信息安全现代公众移动通信技术面临的核心问题在满足用户服务质量的前提下，提高频谱利用率，提高系统容量，提供多种服务是公众移动通信的核心问题基本技术多址技术调制解调技术信道编译码技术信源编码技术抗干扰技术加密技术组网技术天线技术信道机射频技术分集接收技术…….应用技术电波传播与信道建模系统级仿真数字信号处理(DSP)集成电路设计(SOC、FPGA)控制与通信协议软件无线电高频与微波无线资源管理网络设计…………影响无线通信的技术与经济思想支配数字无线通信网发展的四个定律(A.J.维特比)1.麦克斯威与赫兹电磁场理论2.香农信息论3.摩尔定律4.网络价值定律(迈卡夫)移动通信系统结构PSTNBTSMSCBTSIPNETGATEWAY系统结构基站分系统(BSS)：基站收发信机(BTS)、基站控制器(BSC)移动分系统(MS)：手持台、车载台交换分系统(MSS)：移动交换机(MSC)、位置寄存器(HLR、VLR)、鉴权中心(AUC)等操作与支持系统(OSS)：操作维护中心(OMC)、网络管理中心(NMC)等接口与链路空中接口(Um)：MS与BSSA接口：BSS与MSSAbis接口：BTS与BSCAi、Di接口：MSC与PSTN、ISDNMS发射：上行链路；反向信道BTS发射：下行链路；前向信道接口与链路MSBTSBTSBSCMSC公网空中接口前向信道反向信道上行链路下行链路多址方式在移动通信中，许多用户同时通话，以不同的移动信道分隔，防止相互干扰的技术方式称为多址方式。频分多址(FDMA)时分多址(TDMA)码分多址(CDMA)空分多址(SDMA)包分多址(PDMA)FDMA信道1信道2信道3信道N代码频率时间FDMA频分多址以频率来区分信道。特点：使用简单，信号连续传输，满足模拟话音通信，技术成熟。缺点：多频道信号互调干扰严重，频率利用率低，容量小。TDMA信道1信道2信道3代码频率时间时隙信道NTDMA在一个无线频道上，按时间分割为若干个时隙，每个信道占用一个时隙，在规定的时隙内收发信号。时分多址只传数字信息，信息需经压缩和缓冲存储的过程，在实际使用时常FDMA/TDMA复分使用。CDMA信道1信道2信道3信道N代码频率时间CDMA采用扩频通信技术每个用户具有特定的地址码（相当于扩频中的PN码），利用地址码相互之间的正交性（或准正交性）完成信道分离的任务。CDMA在频率、时间、空间上重叠。优点：系统容量大，抗干扰、抗多径能力高。CDMA的技术基础：扩频通信扩频解调信息解调D1PN码发生器同步电路扩频调制信息调制信息PN码发生器B1B2B2+NB1N：噪音CDMA调制用户1PN码1地址码∑调制用户NPN码N…调制用户1PN码1地址码双工方式单工方式频分双工方式FDD时分双工方式TDDFDDTDD反向信道前向信道频率分隔反向信道前向信道时间分隔时间频率FDDTDD三、移动通信的发展与展望陆地公众蜂窝移动通信系统是移动通信系统的代表，也是发展最快的系统全球与中国移动通信市场飞速发展2002年5月全球手机用户已超过10亿2002年底中国手机用户己超过2亿部，中国已成为全球第一大移动通信用户的国家。2005年左右中国手机用户可能将超过三亿，未来的五至十年，中国将是全球移动通信领域需求最大的市场。全球移动通信的用户数将超过固定电话的用户数。数据业务将飞速增长。MobileInternetsubscribersMobilesubscribers0200400600800100012001400160018001995200020052010Subscriptionsworldwide(millions)MobileFixedMobileInternetFixedInternetWithinthenext5yearsInternetaccesswillhappenmainlyviamobiledevices全球移动通信的发展预测0246810121416181995200020052010其他地区亚太地区北美地区欧洲地区用户数(亿)移动通信的发展与展望电子科技大学李少谦蜂窝移动电话用户增长USAChinaEstimates05010015020025030019901992199419961998200020022004CellularSubscribers[M]MexicoUnitedStatesFranceGermanyItalyNordicCountriesSpainU.K.RussiaIndiaChinaJapanIndiaJapanGermanyItaly/UK第一代移动通信以模拟通信为特征的移动通信为第一代移动通信主要代表：美国AMPS系统英国TACS系统特点：FDMA、模拟话音与传输、频谱利用率低、保密性差、技术简单、……第二代移动通信以数字通信为特征的移动通信为第二代移动通信第二代移动通信主要制式有欧洲的GSM，TDMA制式北美的cdmaOne(IS-95CDMA)，CDMA制式北美的DAMPS(IS-54)，TDMA制式日本的PDC，TDMA制式移动通信的发展与展望电子科技大学李少谦第二代移动通信特点：频谱利用率高、数字话音与传输、多种业务、多种先进技术、保密性好、集成度高、……先进技术：TDMA和CDMA、语音编码、自适应均衡、数字调制、信道编码、交织、分集接收、功率控制、……全球移动用户按技术种类分-至2001年7月SystemJul-01Analog模拟59,400,000IS-95A99,800,000GSM564,600,000PDC54,700,000IS-13681,300,000Analog7%GSM66%PDC6%IS-1369%IS-95A12%第二代移动通信技术与应用正在发展中GPRS技术(通用无线分组业务)为GSM系统无线商务提供了高速数据通道;CDMA开始在中国大规模建设与应用；日本在移动通信上实现无线互联网应用(i-mode)的成功开创了无线数据业务的新时代；中国在无线数据应用领域正在起步。移动通信的发展与展望电子科技大学李少谦第一代模拟网第三代系统提供高速多媒体业务2Mbps业务功能时间1989199419951996199719981999200020012002200320042005电路数据业务9.6kbps第二代GSM系统智能网业务GPRS115kbps基于IP的分组数据业务2.5代移动通信技术发展迅速移动通信应用服务业才刚刚起步无线商务与个人信息服务出现和发展------手机上网,电子邮件与商务-------实时股票买卖-------交通、金融、就业等个人信息服务无线多种功能将出现和发展------无线定位、车辆调度菅理------报警与监控------自动售货、售票移动通信的发展与展望电子科技大学李少谦第三代移动通信向我们走来•第三代移动通信为IMT-2000；•第三代移动通信的标准已确定；•第三代移动通信的商用已在2001年10月面世；•第三代移动通信的大规模商业应用在2005年以后.移动通信的发展与展望电子科技大学李少谦第三代移动通信的总目标IMT-2000的名称为第三代移动通信系统制定了总目标：——工作在2000MHz频段——在2000年左右商用全球化，要求多种技术在多种环境下统一标准、统一频率，以实现全球无缝覆盖。综合化，要求系统能传输话音、宽带数据、视频图像等多种业务，满足信息化社会的需要。个人化，系统具有足够的容量潜力和多种用户管理能力，支持个人的移动性，满足巨大的个人通信的需求。移动通信的发展与展望电子科技大学李少谦IMT-2000的基本要求──频谱利用率高──服务质量好──高速传输支持多媒体业务室内环境至少2Mbps步行环境至少384kbps车速环境至少144kbps卫星移动环境至少9.6kbps──传输速率按需分配──支持上、下行链路的不对称需求──易于从第二代系统过渡──支持全球无缝漫游移动通信的发展与展望电子科技大学李少谦第三代移动通信的主流标准WCDMA(欧洲、日本)FDDcdma2000(北美)FDDTD-SCDMA(中国)TDD日本己开始首次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。AnnouncedWCDMALaunchDatesQ42001H12002H22002H12003H22003SKSources:operatorwebsites,interimreports,DagensIndustri,CellularExpress,Vision,Reuters,TotalTeleTele2EuropolitanEircellOmnitelVodafoneUKJ-PhoneProximusLibertelSFRD2VodafoneVodafoneKPNOneHutchisonTelecomHutch3GUKH3GHI3GHutch3GAustriaHutchisonTelecomE-PlusGroup3GQuamIPSETelfortCellnetViagT-Mobil?Mobilcom”2003”KTlaunchSoneraAT&TDoCoMo3GTechnologies移动通信产业己形成龙头产业移动通信产业是龙头产业，是正在发展的高技术产业移动通信产业可分为：服务业：电信营运商、业务提供商制造业：系统与网络制造商、终端产品制造商、……辅助行业：网络设计与规划、基础建设、通信电源、……移动通信制造业形成了巨大的产业链系统制造(基站、交换机与网络、传输设备、维护设备)、手机制造、芯片设计与制造、通信软件开发、表面贴装元器件生产、宽带功率放大器与天线、电池与液晶显示屏、多层印制电路板、外壳设计与加工、接插件……以宽带无线IP接入为特征的无线局域网（WLAN）、无线个域网（WPAN）、无线城域网(WMAN)发展迅速无线局域网什么是无线局域网？无线局域网是固定局域网的一种延伸。没有线缆限制的网络连接。对用户来说是完全透明的，与有线局域网一样。无线局域网的特点灵活性和移动性简单的点对点技术基础架构网络提供分布式