移动通信技术――第1章 概述

第1章概述移动通信的概念及特点1.1移动通信的发展历史1.2常用的无线通信系统1.3我国移动通信的发展概况1.4本章主要内容如下。①移动通信的概念、特点和分类。②移动通信的发展历史，我国移动通信的发展概况。③第二代（2G）移动通信系统的特点，介绍不同标准的2G移动通信系统。④第三代（3G）移动通信系统的特点，介绍不同标准的3G移动通信系统。⑤卫星移动通信系统和数字集群移动通信系统的特点和标准。⑥无线局域网（WLAN）的概念，重点介绍802.11系统标准。⑦LTE移动通信系统的特点。1.1移动通信的概念及特点1.1.1移动通信概念移动通信是指通信双方至少有一方在移动中（或者临时停留在某一非预定的位置上）进行信息传输和交换，这包括移动体（车辆、船舶、飞机或行人）和移动体之间的通信，移动体和固定点（固定无线电台或有线用户）之间的通信。采用移动通信技术和设备组成的通信系统即为移动通信系统。1.1.2移动通信的主要特点1．移动网络和固定网络的区别（1）数字移动通信系统的结构框图图1-1所示为一个典型的数字移动通信系统框图，由发送端、接收端和传输介质三部分组成，发送端和接收端分别对应4个单元：信源和信宿，信源编码和译码，信道编码和译码，调制和解调。（2）移动通信和有线通信的区别图1-1典型的数字移动通信系统框图2．移动通信的主要特点（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的（3）移动通信可以利用的频谱资源有限（4）由于通信用户的随机移动性，网络管理和控制必须有效（5）移动终端必须适于在移动环境中使用1.1.3移动通信系统的分类依据不同的划分标准，移动通信系统有多种分类方法。①按使用对象不同，可分为民用移动通信系统和军用移动通信系统。②按使用环境不同，可分为地面移动通信系统、水上移动通信系统和空中移动通信系统。③按多址方式不同，可分为频分多址（FDMA）移动通信系统、时分多址（TDMA）移动通信系统和码分多址（CDMA）移动通信系统。④按覆盖范围不同，可分为广域移动通信系统和局域移动通信系统。⑤按业务类型不同，可分为电话移动通信系统、数据移动通信系统和多媒体移动通信系统。⑥按工作方式不同，可分为单工移动通信系统、双工移动通信系统和半双工移动通信系统。⑦按服务范围不同，可分为专用移动通信系统和公用移动通信系统。⑧按信号形式不同，可分为模拟移动通信系统和数字移动通信系统。1.2移动通信的发展历史第1阶段从20世纪20年代至20世纪40年代，为早期发展阶段。第2阶段从20世纪40年代中期至20世纪60年代初期。第3阶段从20世纪60年代中期至20世纪70年代中期。第4阶段从20世纪70年代中期至20世纪80年代中期。第5阶段从20世纪80年代中期开始至20世纪90年代后期。第6阶段从20世纪90年代后期至21世纪初。20世纪90年代末开始是第三代（3G）移动通信技术发展和应用阶段。随着信息社会对无线Internet业务需求的日益增长，第三代移动通信系统2Mbit/s的最高传输速率已远远不能满足需求，第三代移动通信系统正逐步采用各种速率增强型技术。第7阶段从21世纪初至今。1.3常用的无线通信系统1.3.1第二代移动通信系统2G移动通信系统主要包括下面几种标准：1991年美国提出的先进的数字移动电话系统（D-AMPS）；1992年欧洲推出的全球移动通信系统（GSM）；1993年日本提出的个人数字蜂窝（PDC）；1993年美国提出的IS-95，即N-CDMA。各个标准的主要系统参数如表1-1所示。各项指标GSMIS-95D-AMPSPDC上行频段/MHz890～915824～849824～849810～830或1429～1453下行频段/MHz935～960869～894869～894940～960或1477～1501调制方式GMSKOQPSK（上行）QPSK（下行）/4-QPSK/4-QPSK载波带宽/kHz20012502530语音编码方式RELP-LTPQCELPVSELPVSELP信道编码方式CRC+卷积码CRC+卷积码CRC+卷积码CRC+卷积码信道数据速率/（kbit/s）270.8331228.848.642语音编码速率/（kbit/s）13886.7多址方式TDMA/FDMACDMA/FDMATDMA/FDMATDMA/FDMA表1-1第二代移动通信系统的主要参数1.3.2第三代移动通信系统1．第三代移动通信标准1999年11月5日在芬兰赫尔辛基召开的ITUTG8/1第18次会议上最终确定了5种技术标准作为第三代移动通信的基础，如表1-2所示。多址接入技术正式名称习惯称呼CDMAIMT-2000CDMA-DSWCDMAIMT-2000CDMA-MCCDMA2000IMT-2000CDMA-TDDTD-SCDMA/UTRA-TDDTDMAIMT-2000TDMA-SCUWC-136IMT-2000TDMA-MCEP-DECT表1-2IMT-2000无线接口的5种技术标准采用码分多址接入（CDMA）技术的3种候选方案成为第三代移动通信的主流标准。2．3大主流技术标准性能对比3G的3大主流技术的网络基础、核心网、空中接口、码片速率、载频间隔、扩频方式、同步和功控速度等主要技术特点如表1-3所示。标准性能指标WCDMACDMA2000TD-SCDMA核心网GSMMAPANSI-41GSMMAP带宽5MHz1.25MHz1.6MHz多址方式CDMACDMACDMA/TDMA码片速率3.84Mchip/s1.2288Mchip/s1.28Mchip/s双工方式FDD/TDDFDDTDD帧长10ms/15时隙/帧5、10、20、40、80ms/16时隙/帧5×2ms/7×2时隙/2子帧/帧语音编码自适应多速率语音编码器（AMR）可变速率声码器IS-773、IS-127自适应多速率语音编码器（AMR）信道编码卷积码和Turbo码卷积码和Turbo码卷积码和Turbo码信道化码前向OVSF，扩频因子512～4；反向OVSF，扩频因子256～4前向：Walsh和长码；反向：Walsh和准正交码OVSF，扩频因子16～1扰码前向：18位GOLD码；反向：24位GOLD码长码和短PN码扰码，长度固定为16功率控制开环+闭环开环+闭环开环+闭环切换软切换软切换接力切换导频结构上行专用导频；下行公共或专用导频上行专用导频；下行公共或专用导频下行公共导频DwPTS；上行同步UpPTS基站同步同步/异步GPS同步同步表1-33G的主流标准性能对比1.3.3卫星移动通信系统卫星移动通信系统是指利用人造地球通信卫星作为空间链路的一部分进行移动通信业务的通信系统，如图1-2所示。卫星移动通信不受地理条件的限制，具有全球范围的覆盖面，信道频带宽，通信容量大，电波传播稳定，通信质量好。但卫星通信系统造价昂贵，运行费用高。图1-2卫星通信示意图1.3.4数字集群移动通信系统1．集群移动通信系统的特点①集群通信系统属于专用移动通信网。②集群通信系统具有指挥调度业务的特征。③集群通信系统一般采用半双工（现在已有全双工产品）工作方式。④在蜂窝通信系统中，可以采用频道再用技术来提高系统的频率利用率；而在集群系统中，主要通过改进频道共用技术来提高系统的频率利用率。⑤早期的集群通信系统为大区制覆盖方式，不需要切换和漫游功能，相比蜂窝移动通信系统，价格较便宜。2．集群移动通信系统的组网集中式控制方式的单区单基站系统的基本结构如图1-4所示，由移动台、调度台、基站、系统控制中心和系统管理终端组成。图1-4集中式控制方式的单区单基站系统的基本结构1.3.5无线局域网1．无线局域网的概念及特点无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它以无线多址信道作为传输介质，利用电波完成数据交互，提供传统有线局域网（LAN）的功能，构成可以互相通信和实现资源共享的网络体系，使用户能够真正实现随时、随地的宽带网络接入。WLAN能执行像文件传输、外设共享、Web浏览、电子邮件收发和数据库访问等传统网络通信功能。2．WLAN的网络结构（1）自组织型WLAN（2）基础结构型WLAN3．WLAN标准在WLAN迅猛发展的同时，WLAN的标准之争也成为众多厂商和运营实体非常关注的一个话题。主要有美国电子电气工程师协会（IEEE）的802.11系列标准，欧洲电信标准协会（ETSI）大力推广的HipperLAN1/HiperLAN2标准，日本的多媒体移动接入通信促进委员会（MMAC）致力推广的HiSWANa/HisWANb标准等。（1）802.11系列标准（2）HipperLAN1/HiperLAN2标准（3）HiSWANa/HisWANb标准1.3.6LTE移动通信系统LTE是3GPP主导的一种先进的空中接口技术，被认为是准4G技术。LTE区别于以往的移动通信系统，它完全是为了分组交换业务来优化设计的，无论是无线接入网的空中接口技术还是核心网的网络结构都发生了较大的变化。LTE规范的第一个版本，第8版（R8），完成于2008年春季，商业网络在2009年年底开始运营。3GPPLTE（R8）的主要性能指标描述如下。①支持1.25～20MHz带宽，提供上行50Mbit/s、下行100Mbit/s的峰值数据速率。②提高小区边缘的比特率，改善小区边缘用户的性能。③频谱效率达到3GPPR6的2～4倍。④降低系统延迟，用户面延迟（单向）小于5ms，控制面延迟小于100ms。⑤支持与现有3GPP和非3GPP系统的互操作。⑥支持增强型的广播组播（MBMS）业务。⑦实现合理的终端复杂度、成本和耗电。⑧支持增强的IP多媒体子系统（IPMultimediaSubsystem，IMS）和核心网。⑨取消CS（电路交换）域，CS域业务在PS（分组交换）域实现。⑩以尽可能相似的技术同时支持成对和非成对频段。支持运营商间的简单邻频共存和邻区域共存。1.4我国移动通信的发展概况①A网和B网的发展。②G网的发展。③D网的发展。④GPRS网的发展。⑤C网的发展。⑥TD-SCDMA网的发展。⑦WCDMA网的发展。⑧CDMA20001xEV-DO网的发展。⑨LTE移动通信系统的应用。