第一章 移动通信概述1和2

移动通信课程主讲人：樊要玲教学目标：以现代通信系统为背景，主要讲述蜂窝移动通信的基本概念和典型通信系统的基本原理。教学重点：移动通信的基本概念，蜂窝移动通信的组网原理，移动通信中的关键相关技术和移动通信系统结构。教学要求：强调基本概念，基本原理，内容比较新，范围比较广，主要为现有、正在发展和未来技术为主。课程安排教学内容：第一章移动通信概述（4课时）第二章现代移动通信的主要技术（8课时）第三章移动通信组网原理（4课时）第四章GSM移动通信系统（8课时）第五章CDMA移动通信系统（8课时）第六章其他移动通信系统（2课时）第七章未来移动通信的发展（4课时）实验课（8课时）复习课（2课时）1.5无线电路的工作方式1.4移动通信的主要特点1.3移动通信系统组成1.2移动通信的发展历史、现状和未来1.1移动通信的基本概念1.6移动通信系统的分类第一章移动通信概述1.7几种典型移动通信系统1.8移动通信的性能指标现代移动通信的应用移动通信的发展历程1.2.1第一阶段从20世纪20年代至40年代，为早期发展阶段。第二阶段从20世纪40年代中期至60年代初期。第三阶段从20世纪60年代中期至70年代中期。第四阶段从20世纪70年代中期至80年代中期。第五阶段从20世纪80年代中期开始至20世纪末，这是数字移动通信系统发展和成熟的时期。第六阶段起自2000年左右，此时伴随着对第三代移动通信的大量论述，以及2.5G产品GPRS系统的过渡，3G走上了通信舞台的前沿。1898年，马可尼在陆地和一艘轮船上完成无线通信试验，标志无线通信的开始。1928年，美国警车无线电调度电话（AM调幅），使用频率为2MHz，标志移动通信开始进入实用。1946年，Bell实验室在圣路易斯建立第一个公用汽车电话网。人工接续的移动电话（FM调频），单工工作方式，使用频段为150MHz及450MHz。1960年，实现无线频道自动选择域公用电话网自动拨号连接。自动拨号移动电话，全双工工作方式，使用频段为150MHz及450MHz。1964年美国开始研究更先进的移动电话系统（IMTS）。1974年，美国Bell实验室提出蜂窝移动通信的概念。移动通信发展历程中的标志性阶段1980s，第一代移动通信系统，1983年美国的AMPS，1980年北欧的NMT，1979年日本的NAMTS,1985年英国TACS系统1990s，第二代移动通信系统，1992年商用的GSM，1991年北美的IS-54，1993年日本的PDC,1993年美国提出的IS-95（N-CDMA）2000s，第三代移动通信系统，欧洲、日本的WCDMA，北美的CDMA-2000，中国的TD-SCDMA我国移动电话用户指数型增长，跳跃式前进，跨越式发展据统计，我国从1987年开通移动电话业务到1997年用户达到1000万户，用了整整10年的时间。而从1000万户增长到2001年的1亿户，只用了不到4年的时间。此后，2002年11月，移动电话用户总数达到2亿；2004年5月，达到3亿；2006年2月，达到4亿。今天的中国，移动电话用户已经超过5亿户左右，成为全球移动电话用户最多的国家，同时也是GSM和CDMA网络容量全球最大的国家。20年，6.3亿秒，平均每1.2秒就增加一个新用户。移动通信的市场发展情况1.2.2全球移动通信的用户数已超过固定电话的用户数，数据业务飞速增长。全球移动通信市场发展中国移动通信发展历程－－蜂窝移动电话蜂窝移动通信的发展历程1.2.3（三）缺点:1.系统间没有公共接口。2.无法与固定网迅速向数字化推进相适应，数字承载业务很难开展。3.频率利用率低，无法适应大容量的要求。4.安全性差，易于被窃听。1.第一代移动通信简介以模拟通信为特征的移动通信为第一代移动通信。（一）主要代表：美国AMPS系统、英国TACS系统（二）特点：1.蜂窝小区系统设计—频率复用；2.模拟信号3.FM传输4.FDMA多址方式2.第二代移动通信简介以数字通信为特征的移动通信为第二代移动通信。（一）主要代表：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（二）特点：1.微蜂窝小区结构，更优的空分复用；2.数字化技术—语音信号数字化3.新的调制方式，GMSK,QPSK等4.TDMA,CDMA(三)对第一代移动通信系统缺点的改善●频谱利用率提高——提高了2倍（GSM）或10倍（CDMA）●业务种类增加——提供了较丰富的电信业务●窄带数据业务——提供了低速数据业务（最大64Kbit/s）●保密性较好——具有良好的保密性能●减小了设备成本——设备（尤其是终端设备）成本大大降低，体积、重量也大大减少（四）系统的缺点•数据功能差，不能支持多媒体业务。如使用GSM手机上网，理论上只能达到9.6k的上网速度。•全球不同的第二代移动通信系统彼此间不能兼容，使用的频率也不一样，全球漫游比较困难。•通信容量不足第三代移动通信(3G)即为IMT-2000(InternationalMobileTelecommunication2000)IMT2000：2000年，在2000M频段实现2000K的数据通信（一）总目标（工作在2000MHZ频段）1.全球化，要求多种技术在多种环境下统一标准、统一频率，以实现全球化无缝覆盖。2.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，满足信息化社会需求3.个人化，系统具有足够容量和多种用户管理能力，支持个人移动性，满足巨大的个人通信要求。3.第三代移动通信简介（二）IMT2000推荐的3种制式WCDMA（欧洲）、CDMA2000（美国）、TD－SCDMA（中国）TD－SCDMA是中国的第一个国际通信标准（三）特点1.微蜂窝结构2.采用宽带CDMA技术，实现移动宽带多媒体通信3.调制方式为QPSK/自适应调制4.FDMA/TDMA/CDMA5.电路交换变为分组交换6.从多媒体到多媒体7.具有高速的分级数据速率，在固定位置环境下能达到2Mbps，对步行用户能达到384kbps，对车载用户能达到144kbps，卫星移动环境至少9.6kbps三种技术的比较无论任何人（Whoever)在任何时间（Whenever）在任何地点（Wherever）与任何一个人（Whomever）进行任何类型的通信（Whatever）移动通信目标是实现：个人通信系统（PCN）标准化组织1.2.4一、国际标准化组织（1）国际无线电标准化工作由国际电信联盟（ITU）负责；（2）ITU原由综合秘书处、国际频率登记局（IFRB）、国际无线电咨询委员会（CCIR）研究国际电话电报咨询委员会（CCITT）四个常设机构组成；（3）1993年3月，ITU组织调整为：无线通信组（CCIR+IFRB），IRU-R组电信标准化组（CCITT），ITU-T组电信开发组（BDT）二、欧洲标准化组织（1）欧洲邮电管理协会（CEPT），曾是欧州通信设施的主要标准化组织，逐渐被替代（2）欧洲电信标准协会（ETSI）成立于1988，GSM\DECT（无绳电话系统）\HiperLAN（无线局域网系统）三、北美标准化组织（1）电子工业协会（EIA）（2）电信工业协会（TIA）（3）蜂窝电信工业协会（CTIA）（4）美国国家标准协会（ANSI）四、IEEELAN（专门针对无线局域网）移动通信系统组成1.3典型的蜂窝移动通信系统移动台（MS）包括移动终端(MS)和用户识别卡(SIM)BSS（基站子系统）包括基站收发信台(BTS)和基站控制台(BSC)，每个BSC可控制一个或多个BTS。一个BTS在一个小区内建立无线电覆盖。网络与交换子系统（NSS）包括移动交换中心MSC，归属位置寄存器HLR和访问位置寄存器VLR（有时几个MSC合用一个VLR），设备识别寄存器EIR，鉴权中心AUC等。操作维护子系统（OSS）包括操作维护中心OMC和网络管理中心NMC等。系统构成上/下行链路移动通信的主要特点1.4移动通信的特殊要求和其他种类的通信形式相比，具有的主要特点：（1）移动通信必须利用无线电波进行信息传输。（2）移动通信是在复杂的干扰环境中运行。（3）如何提高容量是移动通信的核心问题。（4）移动通信系统的网络结构多种多样，网络管理和控制必须有效。（5）移动通信设备（主要是移动台）必须适于在移动环境中使用。移动通信工作方式单向通信方式双向通信方式单工通信方式双工通信方式半双工通信方式从传输方式的角度来看无线电路的工作方式1.51.5.1单向通信方式通信双方中的一方只能接收信号，而另一方只能发送信号，不能互逆。收信号方不能对发信号方直接进行信息反馈。陆地移动通信中的无线寻呼系统就采用这种工作方式。BP机只能收信而不能发信，反馈信息只能通过“打电话”间接地来完成。1.5.2双向通信方式所谓双向通信方式就是通信双方都可以接收信号和发送信号。日常生活中的电话机、手机、对讲机等都是双向通信方式。单工通信方式移动通信的双方只能交替地进行发信和收信，而不能同时进行发信和收信。常用的对讲机就是采用的这通信方式。平时天线与接收机相连接，发信机不工作。当一方用户需要讲话时，按下“按-讲”开关（PTT），天线与发信机相连（发信机开始工作）。另一方的天线接至接收机，因而可收到对方发来的信号。根据收、发频率的异同，又可以分为同频单工和异频单工。同频单工通信方式通信双方使用相同的频率工作，发送时不接收，接收时不发送。只占用一个频点。异频单工通信方式发信机和收信机分别使用两个不同的频率进行发送和接收。如甲的发射频率和乙的接收频率为f1，乙的发射频率和甲的接收频率为f2。同一部电台的发射机和接收机是轮换工作的。双工通信方式通信双方在通话时收发信机同时工作，即任意一方在发话的同时，也能收听到对方的信息，与普通有线电话的使用情况类似；通信双方通过双工器来完成双工通信；分为频分双工（FDD）和时分双工（TDD）。信道间隔：200kHz1710178518051880双工距离:95MHz890915935960双工距离:45MHzGSM900:GSM1800:频分双工通信方式（FDD）收、发信机所用频率不同，一般双工频差为几MHZ到几十MHZ，即从频率上来区分收发信道。优点：使用方便，收发信机自身的干扰较小。缺点：需占用两个频段才能工作，占用频谱资源多，MS在通信中发射机经常处于发射状态，耗电大。时分双工通信方式（TDD）信号的接收和传送在同一频率的信道即载波的不同时隙，用保证时间来分离接收与传输信道。我国的3G技术标准TD-SCDMA中就采用了此技术。与FDD模式相比具有以下五个方面优势：频谱灵活性高频谱利用率高支持不对称数据业务有利于采用新技术成本低半双工通信方式指通信双方的一方使用频分双工方式，收发信机同时工作，另一方则采用异频单工方式，收发信机交替工作，也称为双向异频半双工工方式。主要用于专用移动通信中，如汽车调度。基地台是双工方式，即收发信机同时工作，而移动台是按键讲话的异频单工方式。按使用对象分为：军用移动通信和民用移动通信按使用环境分为：陆地、海上和空中移动通信按多址方式分为：频分多址、时分多址、码分多址和空分多址按覆盖范围分为：城域网、局域网和个域网按业务类型分为：话务网、数据网、综合业务网和多媒体按服务范围分为：专用网和公用网按工作方式分为：单工、双工（TDD,FDD）和半双工按信号形式分为：模拟网和数字网移动通信系统的分类1.6典型的移动通信系统集群移动通信系统蜂窝移动通信系统无绳电话系统移动卫星通信系统分组无线网GPRS通信系统N-CDMA系统第三代移动通信集群移动通信系统集群移动通信系统属于调度系统的专用通信网。集群移动通信系统采用的基本技术是频率公用技术。可用信道为系统的全体用户共用，具有自动选择信道功能，是共享资源、分担费用、高效能的无线调度通信系统。集群移动通信系统采用半双工工作方式。即基站以双工方式工作，移