移动通信的概述

1、第一章 移动通信概述本章的要求：1 重点掌握移动通信的基本概念、移动通信的特点、移动通信的工作方式。2 了解移动通信系统的分类、应用系统以及移动系统的组成。3 了解移动通信的发展、理解三代移动通信系统的主要差别；4 认识移动通信相关的技术1-1 移动通信的概述一、 基本概念（P1） 移动通信：通信双方或至少一方处于移动中或临时停留在某一非预定位置上，进行信息传递和交换的通信方式。移动通信不受时间和空间的限制，交流信息机动灵活、迅速可靠。其包括：移动体与固定点，移动体之间的信息传递。很多人一提到移动通信，往往首先想到的是手机，其实移动这个概念不仅仅在于手机，它其实包括蜂窝移动，集群调度，无绳电话

2、，寻呼系统和卫星系统。n 相关的流行语l 大哥大、手机、全球通、小灵通、GSM、CDMA、3G、WLAN、WIMAX、l 切换、漫游、短信、彩铃、移动梦网、资费套餐，移动IP、移动通信实际上就是动中通：支持至少有一方可处于移动状态的“无线”通信。包括终端的移动性（手持机、车载台）、个人的移动性（SIM卡方式支持的业务）、业务的移动性（200业务等）。通信网的智能化和无线化使三者统一起来：个人通信网或个人通信业务。移动信道是对无线通信中发送端和接收端之间的通路的一种形象比喻。对于无线电波而言，它从发送端传送到接收端，其间并没有一个有形的连接，它的传播路径也有可能不只一条（下面所说的电波的传播方式

3、中将说明）。信道有一定的频率带宽，正如公路有一定的宽度一样。n 移动通信 vs 无线通信l 由于移动通信是至少有一方处于移动状态下的通信，我们不可能再用一条电话线和他们相连了，所以必须使用无线信道-靠无线电波传送信息。但它和无线通信是两个不同的概念，前者强调移动性，后者强调无线电波的传播。n 移动通信 vs 数字移动通信l “数字”的含义：传输环节对承载信息的信号处理方式，是一种相对概念。n 蜂窝移动通信l 一种特别而普及的公众移动通信系统，因蜂窝状多小区部站覆盖而得名。二、 移动通信的发展历程1.第一代移动通信系统（1G）以模拟蜂窝为主要特征的模拟蜂窝移动通信系统。主要技术是模拟调频（FM）

4、和频分多址(FDMA)，使用的频段为800900MHz（早期曾使用450MHz）主要缺点是频谱利用率低，系统容量有限，抗干扰能力差，业务质量比有线电话差，而且当时国际标准化落后，有多种系统标准，跨国漫游很难，不能发送数字信息，不能与综合业务数字网（ISDN）兼容等。目前1G已逐步被各国淘汰。2.第二代移动通信系统（2G）以数字化为特征的数字蜂窝移动通信系统。以数字传输(低比特率语音编码，采用GMSK/QPSK数字调制技术以及自适应均衡技术)、时分多址和码分多址为主体技术，主要业务包括电话和数据等窄带综合数字业务，可与窄带综合业务数字网（N-ISDN）相兼容。时分多址（TDMA）体制主要有三种：

5、欧洲的全球移动通信系统（GSM）、美国的数模兼容系统（D-AMPS，又称ADC）和日本的PDC(或称JDC)。码分多址（CDMA）体制主要指美国的CDMA标准IS-95，又称CDMAOne。2G系统的主要缺点是系统带宽有限，限制了数据业务的发展，也无法实现移动多媒体业务，而且由于各国的标准不统一，无法实现各种体制之间的全球漫游。3.第三代移动通信系统（3G）以多媒体业务为主要特征。IMTCD*22000的目的是克服第二代系统因技术局限而无法提供宽带移动通信业务的缺陷。IMT-2000的目标是全球统一频段，统一标准，全球无缝覆盖；实现高服务质量、高保密性能、高频谱效率；提供从低速率的语音到高达2

6、Mb/s的多媒体业务。真正实现“任何人(Whoever)在任何地点(Wherever)任何时间(Whenever)可以同任何（Whomever）进行任形式(Whatever)的通信”这样一个目标。世界各地在开发第三代移动通信的进程中形成了北美、欧洲和日本三大区域性集团，它们分别推出了WCDMA、UTRATDD和宽带CDMAOne的技术方案。3G系统于本世纪初投入商业运营。我国于1998年6月向国际电联（ITU）提出了中国的RTT建议，即TD-SCDMA方案，被国际电联吸纳，成为目前国际上的三个RTT建议之一。2007年10月，ITU批准WiMAX无线宽带接入技术以OFDMA WMAN TDD的

7、名义成为继WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA后的第四个3G标准。3G标准的局限性主要是IMT-2000中最关键的无线传输技术（RTT）以及核心网制式均未统一，因此很难达到原IMT-2000全球通用的标准。此外，3G系统带宽对宽带多媒体业务的传输而言仍然不够宽，不适应互联网发展的要求，因此世界各国已经开始了后3G（4G）的研究计划。4.我国移动通信的发展n 我国移动通信的发展始于1987年，当时在上海首次开通了900MHz频段、TACS制式的模拟蜂窝移动通信系统n 1994年广东省首先建成GSM数字移动通信网n 1996年12月在广州建起第一个CDMA试验网n 2001年8月，模拟蜂

8、窝网在我国停止运营n 2008年5月24日，电信重组方案：中国电信收购中国联通CDMA网(包括资产和用户)，中国联通与中国网通合并，中国卫通的基础电信业务并入中国电信，中国铁通并入中国移动。三、 移动通信的特点1 无线电波传播复杂移动通信系统多建于大中城市的市区，城市中的高楼林立、高低不平、疏密不同、形状各异，这些都使移动通信传播路径进一步复杂化，并导致其传输特性变化十分剧烈。接收信号多为直射波、多径反射波、绕射波和散射波的合成波，叠加的场强起伏不定，最大可相差2030dB。2 多普勒频移会产生附加调制3 移动台受各种噪声的骚扰并在强干扰环境下运行移动通信网象其他通信网一样，受到各种噪声（如大

9、气噪声/次要、城市噪声/主要）的影响。然而它又是一个多频道、多电台同时工作的系统，因此，它将受到同频干扰（蜂窝通信系统特有）、邻道干扰（说的通俗一点，比如两个车道，你在左边，我在右边，大家的路宽是一样的，可是你的车太大，就影响了我的车道.）、互调干扰（主要是系统设备中的非线性引起的，如混频选择不好，使非有用信号混入，而造成干扰。）。4 对移动台的要求高 动态范围大：由于移动台位置不断变化，即接收机与发射机之间的距离不断变化，接收电平变化很大，所以接收设备应有很大的动态范围； 很强的适应性，性能稳定可靠：因为移动台长期处于不固定位置状态，外界的影响很难预料，所以要求移动台应具备很高的抗震、抗湿、

10、抗日晒雨淋、具有耐高低温等能力； 适应新业务、新技术的发展：如宽频和可翻页等。 低功耗、低成本、低辐射、易携带性、操作方便性；真有点：“限制马吃草，又让马儿跑得快。”5 可利用的信道资源有限，通信业务容量需求日益增加由于政策、技术、使用的无线电设备等原因，ITU只划定了9KHz-400GHz的范围，目前使用较高频段只在几十GHz，受到无线传播特性的限制，蜂窝移动通信一般工作在3GHz以下。移动通信的频段仅限于VHF(甚高频)、UHF(超高频)，所以可用的信道容量是及其有限的。为满足用户需求量的增加，需要开拓新频段和在有限的已有频段中采取有效利用频率的措施，如窄带化（就是每个用户占用的频率带宽较

11、小）、缩小频带间隔（就是缩小用户频带之间的保护间隔）、频道重复利用、多波（信）道共用、多载波传输、MIMO技术等方法来解决。欧洲3G运营频段曾拍出3000亿欧元天价。6 建网技术复杂为了满足移动中通信的要求，所使用的技术复杂：由于移动台在通信区域内随时运动，需要随机选用无线信道，进行频率和功率控制、地址登记、越区切换及漫游等跟踪技术。这就使其通信比固定网要复杂得多。在入网和计费方式上也有特殊的要求，所以移动通信系统是比较复杂的。三、移动通信的工作方式移动通信的工作方式由单项和双向。其中单向（广播式）传输重要应用于无线寻呼系统中，而双向通信又可分为三类：单工、双工和半双工。1. 单工通信所谓单工

12、通信是指通信双方电台交替地进行收信和发信。根据收、发频率的异同，又可分为同频单工和异频单工。单工通信常用于点到点通信，参见图 1-1。图 1-1 单工通信优点：1）可直接通话，不用基站；2）不用天线共用装置；3）耗电少，设备简单，造价便宜缺点：由于收、发信机使用同一个频率,当附近有邻近频率的电台工作时,就会造成强干扰，要避开强干扰的信道频率,就要允许工作信道的频率间隔较宽；当有两个移动台同时发射时，会出现同频干扰；操作不方便。 2. 双工通信所谓双工通信，有时亦称全双工通信，是指通信双方可同时进行传输消息的工作方式，即任何一方讲话时，也可以听到对方的语音。如图 1-2 所示。 图1-2 双工通

13、信2）频分双工（TDD）频分双工是指上行链路（移动台到基站）和下行链路（基站到移动台）采用两个分开的频率（有一定频率间隔要求）工作，该模式工作在对称频带上。此时发射机和接收机能同时工作，能进行不需按键控制的双向对讲，移动台需要天线共用装置。频分双工方式的优点是：由于发送频带和接收频带有一定的间隔（10MHz或45MHz），因此可以大大提高抗干扰能力；使用方便，不需控制收发的操作，特别适用于无线电话系统使用，便于与公众电话网接口；适合于多频道同时工作的系统；适合于宏小区、较大功率、高速移动覆盖。频分双工方式的缺点是移动台不能互相直接通话，而要通过基站转接。另外，由于发射机处于连续发射状态，因此电

14、源耗电量大。 2）时分双工（TDD）时分双工是一种上行链路和下行链路通过使用不同的时隙来区分的在相同频率上工作的双工方式，该模式是工作在非对称频带上的，物理信道上的时隙分为发射和接收两个部分，通信双方的信息是交替发送的。TDD模式工作于非对称时段；适合微小区、低功率、慢速移动覆盖；上、下行空间传输特性接近，较适合采用空分多址SDMA（智能天线）技术。可见，FDD和TDD分别适合于不同的应用场合。如果混合采用FDD和TDD两种模式，就可以保证在不同的环境下更有效地利用有限的频率。ITU在第三代移动通信标准中就采纳了不同工作方式的标准。 3. 半双工通信半双工通信指通信双方，有一方使用双工方式，而

15、另一方则采用单工方式，其组成与图 1-2 相似， 移动台采用单工的“按讲”方式，即按下按讲开关，发射机才工作，而接收机总是工作的。基站工作情况与双工方式完全相同。 优点是：受邻近电台干扰少；有利于解决紧急呼叫问题；可使基站载频常发，移动台就经常处于杂音被抑制状态，不需要静噪调整。半双工制的缺点是也存在按键操作不便的问题。一般专用移动通信系统（如调度、集群系统）采用此方式。 在双工通信中，基站(BS)向移动台(MS)传递信息叫前向信道（或下行链路），移动台(MS)向基站(BS)传递信息叫反向信道（或上行链路）。一般前向/下行信道的频率高于反向/上行信道。四、移动通信系统的频率要了解移动通信的特点

16、，首先必须掌握移动通信工作频段。移动通信的频率范围为30300MHz的甚高频段（VHF）和3003000MHz的特高频段（UHF），确定移动通信的工作频段应从以下几个方面考虑：n 电波的传播特性，天线尺寸n 环境噪声及干扰n 服务区域范围、地形和障碍物尺寸及对建筑物的渗透性能n 设备小型化n 与已开发的频段的兼容和协调150MHz、450MHz、900MHz、1800MHz四个频段在使用时的收发频率间隔分别为：150MHz段的收发频率间隔为5.7MHz；450MHz段的收发频率间隔为10MHz；900MHz段的收发频率间隔为45MHz；1800MHz段的收发频率间隔为95MHz。补充各频段的频率范围：频率范围波长符号常用介质用途3Hz30kHz108104mVLF长波音频、数据终端、长距离导航等30kHz300kHz104103mLF长波导航、信标、电力线通信等300kHz3MHz103102mMF中波调幅广播、业余无线电等3MHz30MHz10210mHF短波短波广播、移动无线电话等30MHz300M