第1章 蜂窝移动通信技术解析

蜂窝移动通信技术•基础知识和基本概念•移动通信技术的发展•2G蜂窝移动通信技术•课后复习题基础知识和基本概念•标准化组织•多址方式•通信工作方式•蜂窝通信概念标准化组织•标准的重要性•国际标准化组织•地区性标准化组织标准的重要性•DVD专利风波•6C联盟：13.8美元/台；3C联盟：5美元/台专利费合计：20美元/台左右•CDMA•90%的3G无线通信技术专利都与Qualcomm（高通）相关•入门费约一亿元，必须购买高通芯片，销售额5%~8%提成，安全无保障标准的重要性•一流企业卖标准•二流企业卖服务•三流企业卖技术•四流企业卖产品•五流企业卖力气国际标准化组织•ISO（InternationalOrganizationforStandardization）国际标准化组织•ITU（InternationalTelecommunicationsUnion）国际电信联盟地区性标准化组织•ANSI（AmericanNationalStandardsInstitute）美国国家标准学会•ARIB（AssociationofRadioIndustriesandBusinesses）日本无线工业及商贸联合会•CCSA（ChinaCommunicationsStandardsAssociation）中国通信标准化协会•CWTS（ChinaWirelessTelecommunicationsStandardsgroup）中国无线电讯标准组地区性标准化组织•EIA（ElectronicIndustriesAlliance）美国电子工业协会•ETSI（EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute）欧洲电信标准化协会/欧洲电信标准化组织•FCC（FederalCommunicationsCommission）美国联邦通信委员会。•TTA（TelecommunicationsTechnologyAssociation）韩国电信技术协会多址方式电信资源是有限的！•FDMA（频分多址）•TDMA（时分多址）•CDMA（码分多址）•SDMA（空分多址）FDMA（频分多址）•FrequencyDivisionMultipleAccess•不同用户使用不同的频段发送信号•FDMA系统为每位用户在可用频段内分配一小部分频率或频道，且在相邻的一对频道之间留出一小部分频谱作为保护带，以减少来自相邻频道的干扰•无争用协议TDMA（时分多址）•TimeDivisionMultipleAccess•不同用户使用整个频段的不同时间段发送信号•每个时间周期分为多个时间段，称为时隙。每对相邻的时隙都被一小段时间段（作为保护时间）分隔开，以减少来自相邻信道的干扰•基于奈奎斯特抽样定理•无争用协议CDMA（码分多址）•CodeDivisionMultipleAccess•不同用户使用整个频段的不同特定码字发送信号•在CDMA系统中，每个用户信号在整个传输过程中都使用一个宽带信道，使用相同的载频，占用相同的带宽•根据分配给每个用户的特定码字来区分不同用户的信号CDMA（码分多址）•根据信道情况，CDMA可被认为是无争用协议或争用协议•如果信道中同时传输的用户数或者多址干扰值低于某一给定的阈值，系统可成功处理所有的传输，那么CDMA就是无争用协议•如果干扰值大于该阈值，将会在传输中丢失所有同时传输的分组，那么CDMA就是争用协议•因此，我们将CDMA视为一个功率受限系统，受限于来自其他用户的全部干扰功率SDMA（空分多址）•SpatialDivisionMultipleAccess•利用空间分割构成不同的信道•是一种信道增容方式，与其他多址方式完全兼容，从而可实现组合的多址方式，例如空分--码分多址（SD-CDMA）•实现的关键是智能天线技术通信工作方式•单工通信——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互•半双工通信——通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)•全双工通信——通信的双方可以同时发送和接收信息。•TDD：TimeDivisionDuplex时分双工•FDD：FrequencyDivisionDuplex频分双工蜂窝通信概念•蜂窝移动通信•宏蜂窝小区•微蜂窝小区•分级蜂窝结构•微微蜂窝小区•三层分级蜂窝结构•智能蜂窝一个蜂窝组ACDEFGB一个字母代表一组频率，不同的字母代表不同组的频率。蜂窝式无线电话网ACDEFGBACDEFGBACDEFGBACDEFGBACDEFGB蜂窝移动通信FCC的定义:一个高容量的陆上移动通信系统，分配给系统中的频谱被划分为独立的信道，这些信道按组分配给各个地理小区，这些小区覆盖了一个蜂窝地理服务区。独立的信道能够被服务区内的不同小区复用。蜂窝移动通信•蜂窝概念可用于FDMA系统，使同样的子频段可在距离足够远的蜂窝群中多次使用•也可用于CDMA系统，降低干扰，提高系统容量•同样可用于TDMA系统，通过TDMA与FDMA技术的结合提供较高的系统容量，容纳更多用户宏蜂窝小区(macrocell)•每小区的覆盖半径较大，大多为1km～25km。•宏蜂窝小区基站的发射功率较强，一般在10W以上，天线也做得较高。宏蜂窝小区•每个小区中有一个基站，与处于其服务区内的移动台建立无线通信链路。•各个小区的基站可通过电缆、光缆或微波链路与移动交换中心(MSC)相连。•移动交换中心通过PCM电路与市话交换局相连接。宏蜂窝小区存在的问题•“盲点”：由于网络漏覆盖或电波在传播过程中遇到障碍物而造成阴影区域等原因，使得该区域的信号强度极弱，通信质量低劣•“热点”：由于客观存在商业中心或交通要道等业务繁忙区域，造成空间业务负荷的不均匀分布微蜂窝小区(microcell)微蜂窝小区是在宏蜂窝小区的基础上发展起来的一门技术。•覆盖半径大约为30m～300m；•发射功率较小，一般在1W以下；•基站天线置于相对低的地方，如屋顶下方，高于地面5m～10m；•传播主要沿着街道的视线进行，信号在楼顶的泄露小。微蜂窝小区•最初被用来加大无线电覆盖，消除宏蜂窝中的“盲点”。•由于低发射功率的微蜂窝基站允许较小的频率复用距离，每个单元区域的信道数量较多，因此业务密度得到了巨大的增长，且RF干扰很低，将它安置在宏蜂窝的“热点”上，可满足该微小区域质量与容量两方面的要求。分级蜂窝结构•相邻微蜂窝的切换都回到所在的宏蜂窝上，宏蜂窝的广域大功率覆盖可看成是宏蜂窝上层网络，并作为移动用户在两个微蜂窝区间移动时的“安全网”•大量的微蜂窝构成微蜂窝下层网络。微微蜂窝小区(picocell)随着容量需求进一步增长，运营者可按同一规则安装第三或第四层网络，即微微蜂窝小区•覆盖半径更小，一般只有10m～30m；•基站发射功率更小，大约在几十毫瓦左右；•天线一般装于建筑物内，业务集中地点微微蜂窝小区•微微蜂窝实质就是微蜂窝的一种，作为网络覆盖的一种补充形式而存在•主要用来解决商业中心、会议中心等室内“热点”的通信问题。三层分级蜂窝结构•宏蜂窝用于处理快速移动车辆的业务；•微蜂窝处理慢速移动，集中于步行或交通阻塞车辆的业务；•微微蜂窝用于覆盖商场和办公区等室内区域。用户接入时，系统根据所测得的信号强度和各蜂窝的容量为某一呼叫选择最恰当的蜂窝。智能蜂窝•是相对于智能天线而言的，指基站采用具有高分辨阵列信号处理能力的自适应天线系统，智能地监测移动台所处的位置，并以一定的方式将确定的信号功率传递给移动台的蜂窝小区。智能蜂窝•智能天线利用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。•智能蜂窝既可以是宏蜂窝，也可以是微蜂窝和微微蜂窝。•这项技术正在研制过程中。智能蜂窝提高未来移动通信系统性能的几个方面：•扩大系统覆盖区域；•提高频谱利用率，增加系统容量；•降低基站发射功率，减少信号间干扰；•减少电磁环境污染；•节省系统成本。移动通信技术的的发展•移动通信技术的的发展史•移动通信技术的历史发展趋势•移动通信技术的分代•移动通信技术在我国的发展移动通信技术的的发展史•移动通信可以说从无线电通信发明之日就产生了。标志：1897年，M.G.马可尼完成在固定站与一艘拖船之间进行的的无线通信试验，距离为18海里。•现代移动通信技术的发展始于20世纪20年代，大致经历了五个发展阶段移动通信技术的发展史1.时间：20世纪20年代至40年代特点：•专用系统开发•工作频率较低。工作频率从最初2MHz，到40年代提高到30～40MHz。代表：美国底特律市警察使用的车载无线电系统。移动通信技术的发展史2.时间：20世纪40年代中期至60年代初期特点：•从专用移动网向公用移动网过渡•接续方式为人工•网的容量较小。代表：20世纪40年代，美国建立了世界上首个公用移动通信系统——公用汽车电话网移动通信技术的发展史3.时间：20世纪60年代中期至70年代中期特点：•采用大区制、中小容量•开拓了150MHz和450MHz频段•实现了自动选频与自动拨号接续形成了移动通信的无线传输、信道管理及移动交换的基本技术移动通信技术的发展史4.时间：20世纪70年代中期至80年代中期特点：建成了蜂窝状移动通信网代表：1978年底，美国贝尔试验室研制成功先进移动电话系统(AMPS)移动通信技术的发展史5.时间：20世纪80年代中期开始特点：开发了新一代数字蜂窝移动通信系统。•数字无线传输的频谱利用率高，可大大提高系统容量。•数字网能提供语音、数据多种业务服务，并与ISDN等兼容。移动通信技术的发展史代表：1988年，欧洲提出主要建议和投标方案GSM900，频段900MHz；1989年，英国发放个人通信网PCN的许可证，工作在1800MHz的150MHz带宽，并采用GSM标准，将GSM推广到新的频段。称为DCS1800（数字蜂窝系统1800）。移动通信技术的历史发展趋势•从军用、专用到民用、公用•从低频段到高频段•从单基站的大区制到多基站小区制的蜂窝结构•从模拟系统到数字系统•第一代模拟系统，20世纪80年代开始•第二代数字系统，20世纪90年代开始，主要制式有：GSM、IS-95CDMA、IS136、TDMA/CDMA数字无绳电话、WLL等•第三代多媒体系统，即3G，21世纪开始，主要制式有：WCDMA，cdma2000，TD-SCDMA，WiMAX•第四代？SystemBeyondIMT-2000，B3G，超3G移动通信技术的分代移动通信技术在我国的发展•1987年，决定以900MHz频段TACS体制为我国公众蜂窝移动通信体制；•1987年11月18日，广州开通了国内第一个模拟蜂窝移动通信系统；（2001年12月31日我国关闭了模拟移动网络）•1994年12月底，广东首先开通了GSM数字移动电话网；•1995年7月中国联通GSM130数字移动电话网在北京、天津、上海、广州建成开放•1997年以后，国产第二代通信设备少量进入运营网络。移动通信技术在我国的发展•2001年1月，原部队所有的133CDMA网在经过资产清算后，正式移交中国联通。•2002年4月8日，联通新时空CDMA网络正式运行•2002年5月，中国移动、中国联通实现短信互通互发•2002年5月17日，中国移动通信GPRS业务正式投入商用。•2002年10月1日中国移动通信彩信(MMS)业务正式商用移动通信技术在我国的发展•2003年1月28日上海联通率先开通CDMA1X网络•2008年4月1日，中国移动正式面向北京、上海、天津、沈阳、广州、深圳、厦门和秦皇岛8个城市，启动TD―SCDMA社会化业务测试和试商用工作•2009年1月7日下午14：30分，工业和信息化部举行了一个低调的3G牌照发放仪式，为中国移动、中国电信和中国联通发放3张第三代移动通信(3G)牌照。此刻开始，我国真正开始进入了3G的时代。2G蜂窝移动通信技术•GSM系统•CDMA系统GSM系统•GSM简介•GSM系统组成•GSM系统的说明•GSM关