第1章 移动通信基础知识

1、2022-4-211 移动通信技术移动通信技术第1章 移动通信概论1.1移动通信概述1.2常用移动通信系统1.3移动通信发展概况和发展方向1.4 蜂窝1.5 2022-4-2121.1.1 基本概念基本概念1 移动通信，是指通信双方或至少有一方处于运动移动通信，是指通信双方或至少有一方处于运动中进行信息传输和交换的通信方式。中进行信息传输和交换的通信方式。2 移动通信系统包括无绳电话、无线寻呼、陆地蜂移动通信系统包括无绳电话、无线寻呼、陆地蜂窝移动通信、卫星移动通信等。窝移动通信、卫星移动通信等。3 移动体之间通信联系的传输手段只能依靠无线电移动体之间通信联系的传输手段只能依靠无线电通信，因此

2、，无线通信是移动通信的基础，而无通信，因此，无线通信是移动通信的基础，而无线通信技术的发展将推动移动通信的发展。线通信技术的发展将推动移动通信的发展。1.1 移动通信概述移动通信概述2022-4-2131.1.2 移动通信系统的组成移动通信系统的组成1 移动通信系统是移动体之间、移动体和固定用户移动通信系统是移动体之间、移动体和固定用户之间以及固定用户与移动体之间，能够建立许多之间以及固定用户与移动体之间，能够建立许多信息传输通道的通信系统。信息传输通道的通信系统。2 移动通信包括无线传输、有线传输，信息的收集、移动通信包括无线传输、有线传输，信息的收集、处理和存储等，使用的主要设备有无线收发

3、信机、处理和存储等，使用的主要设备有无线收发信机、移动交换控制设备和移动终端设备移动交换控制设备和移动终端设备。1.1 移动通信概述移动通信概述2022-4-214图1.1 移动通信网的组成示意图1.1 移动通信概述移动通信概述2022-4-2151.1.3 移动通信的特点移动通信的特点1移动通信必须利用无线电波进行信息传输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移动通信是在复杂的干扰环境中运行3随着移动通信业务量的需求与日俱增，移动通信随着移动通信业务量的需求与日俱增，移动通信可以利用的频谱资源非常有限可以利用的频谱资源非常有限4对移动台的要求高对移动台的要求高

4、5通道容量有限通道容量有限6通信系统复杂通信系统复杂1.1 移动通信概述移动通信概述2022-4-2161.1.4 移动通信的分类移动通信的分类1 按使用对象可分为民用设备和军用设备；按使用对象可分为民用设备和军用设备；2 按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信；按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信；3 按多址方式可分为频分多址（按多址方式可分为频分多址（FDMA）、时分多址）、时分多址（TDMA）和码分多址（）和码分多址（CDMA）等；）等；4 按覆盖范围可分为广域网和局域网；按覆盖范围可分为广域网和局域网；5 按业务类型可分为电话网、数据网和综合业务网；按业务类型可分为电话网

5、、数据网和综合业务网；6 按工作方式可分为同频单工、异频单工、异频双工按工作方式可分为同频单工、异频单工、异频双工和半双工；和半双工；7 按服务范围可分为专用网和公用网；按信号形式可按服务范围可分为专用网和公用网；按信号形式可分为模拟网和数字网。分为模拟网和数字网。 1.1 移动通信概述移动通信概述2022-4-2171.1.5 移动通信的工作频段移动通信的工作频段 1.1 移动通信概述移动通信概述图1.2 电磁波波谱图2022-4-2181.1 移动通信概述移动通信概述c3108m/s1MHz（兆赫）106 Hzc/f1GHz（吉赫）109 Hz1m（微米）106m1THz（太赫）1012H

6、z1nm（纳米）109m1PHz（拍赫）1015 Hz1（埃）1010m各种单位的换算公式2022-4-219 早期的移动通信主要使用早期的移动通信主要使用VHF和和UHF频段如频段如150 MHz，450MHz 。 目前，第二代大容量移动通信系统均使用目前，第二代大容量移动通信系统均使用800MHz频段频段（CDMA），），900MHz频段（频段（AMPS、TACS、GSM），），1 800MHz频段（频段（GSM1800/DCS1800），该频段用于微蜂窝），该频段用于微蜂窝（Microcell）系统。）系统。GSM900/1800 双频段数字蜂窝移动台核准频率范围：双频段数字蜂窝移动台核

7、准频率范围：Tx：885915MHz/17101785MHzRx：930960MHz/18051880MHzGSM900/1800 双频段数字蜂窝基站核准频率范围：双频段数字蜂窝基站核准频率范围：Tx:：930960MHz/18051880MHzRx:：885915MHz/17101785MHz1.1 移动通信概述移动通信概述2022-4-2110800MHz CDMA数字蜂窝移动台准频率范围：数字蜂窝移动台准频率范围：Tx：825835MHzRx：870880MHz800MHz CDMA数字蜂窝基站核准频率范围：数字蜂窝基站核准频率范围：Tx：870880MHzRx：825835MHz 第三

8、代移动通信系统第三代移动通信系统(3G)就是就是IMT-2000，它是国际电信联，它是国际电信联盟（盟（ITU）在）在1985年提出未来公众陆地移动通信系统年提出未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS）的名称的更换，意思是在）的名称的更换，意思是在2000年左右可开始年左右可开始商用并工作在商用并工作在2000MHz频段上的国际移动通信系统频段上的国际移动通信系统（IMT-2000）。）。1.1 移动通信概述移动通信概述2022-4-2111 在在3G时代，中国电信时代，中国电信cdma2000用的是用的是800MHz的频段，的频段，中国移动中国移动TD-SCDMA用的是用的是1800MHz和

9、和2.1GHz的频段，的频段，而中国联通而中国联通WCDMA也是用也是用2.1GHz的频段，的频段，为为1940MHz-1955MHz(上行上行)、 2130MHz -2145MHz(下行（常称为下行（常称为第第三代移动通信使用三代移动通信使用2.4GHz频段）。频段）。 4G的的TD-LTE扩大规模试验频段扩大规模试验频段 中国移动共获得中国移动共获得130MHz，分别为，分别为1880 -1900 MHz、2320-2370 MHz、2575-2635 MHz；中国联通获得中国联通获得40MHz，分别为，分别为2300-2320 MHz、2555-2575 MHz；中国电信获得中国电信获得

10、40MHz，分别为，分别为2370-2390 MHz、2635-2655 MHz。1.1 移动通信概述移动通信概述2022-4-2112 从全球来看从全球来看700(800)MHz/1.8GHz/2.6GHz三大频段为海外三大频段为海外运营商选择的运营商选择的4G频段的主流。而我国频段的主流。而我国700MHz频段为广电频段为广电占有，根本无法收回。占有，根本无法收回。 正在积极考虑正在积极考虑1.4GHz、3.5 GHz用于用于TDD后续发展，并研后续发展，并研究探讨究探讨50GHz以上频段用于满足未来宽带移动通信发展需以上频段用于满足未来宽带移动通信发展需求。求。1.1 移动通信概述移动通

11、信概述2022-4-21131.1.6 移动通信的工作方式移动通信的工作方式1 从传输方式的角度来看，无线通信分为单向传输从传输方式的角度来看，无线通信分为单向传输（广播式）和双向传输（应答式）。（广播式）和双向传输（应答式）。2 单向传输只用于无线电寻呼系统。双向传输有单单向传输只用于无线电寻呼系统。双向传输有单工、双工和半双工三种工作方式。工、双工和半双工三种工作方式。单工通信是指通信双方电台交替地进行收信和发单工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，又可分为同频单工信，根据收、发频率的异同，又可分为同频单工和异频单工。和异频单工。4 半双工通信的组成与图半双工通

12、信的组成与图1-3相似，移动台采用类似相似，移动台采用类似单工的单工的“按讲按讲”方式，即按下按讲开关，发射机方式，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。双工方式完全相同。1.1 移动通信概述移动通信概述2022-4-2114图1.3 单工通信1.1 移动通信概述移动通信概述图1.4 双工通信2022-4-21151.2 常用移动通信系统常用移动通信系统 1.2.1 蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统1.2.2 无绳电话系统无绳电话系统1.2.3 集群移动通信系统集群移动通信系统1.2.4 移动卫星通信系统移动

13、卫星通信系统1.2.5 分组无线网分组无线网1.2.6 移动通信网和固定通信网移动通信网和固定通信网2022-4-21161.2.1 蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统 早期的移动通信系统是在其覆盖区域中心设置大早期的移动通信系统是在其覆盖区域中心设置大功率的发射机，采用高架天线把信号发送到整个功率的发射机，采用高架天线把信号发送到整个覆盖地区（半径可达几十公里）。覆盖地区（半径可达几十公里）。 这种系统的主要矛盾是同时能提供给用户使用的这种系统的主要矛盾是同时能提供给用户使用的信道数极为有限，远远满足不了移动通信业务迅信道数极为有限，远远满足不了移动通信业务迅速增长的需要。速增长的需要。202

14、2-4-21171.2.1 蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统图1.5 大区覆盖与小区覆盖2022-4-2118 蜂窝通信网络把整个服务区域划分成若干个较小蜂窝通信网络把整个服务区域划分成若干个较小的区域（的区域（cell，在蜂窝系统中称为小区），各小区，在蜂窝系统中称为小区），各小区均用小功率的发射机（即基站发射机）进行覆盖，均用小功率的发射机（即基站发射机）进行覆盖，许多小区像蜂窝一样能布满许多小区像蜂窝一样能布满 （即覆盖）任意形状（即覆盖）任意形状的服务地区，如图的服务地区，如图1.5（b）所示。）所示。 相邻小区不允许使用相同的频道，否则会发生相相邻小区不允许使用相同的频道，否则会发生

15、相互干扰，称同道干扰。互干扰，称同道干扰。 蜂窝通信既能满足大的无线覆盖区和高速移动用蜂窝通信既能满足大的无线覆盖区和高速移动用户的要求，又能满足高密度、低速移动用户的要户的要求，又能满足高密度、低速移动用户的要求，同时还可满足室内用户的要求，从而使蜂窝求，同时还可满足室内用户的要求，从而使蜂窝通信向个人通信发展。通信向个人通信发展。1.2.1 蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统2022-4-21191.2.1 蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统2022-4-21201.2.2 无绳电话系统无绳电话系统 无绳电话是一种以有线电话网为依托的通信方式，无绳电话是一种以有线电话网为依托的通信方式，是有线

16、电话网的无线延伸。是有线电话网的无线延伸。 无绳电话具有发射功率小、省电、设备简单、价无绳电话具有发射功率小、省电、设备简单、价格低廉、使用方便等优点，因而发展十分迅速，格低廉、使用方便等优点，因而发展十分迅速，目前已经形成了多种数字式无绳电话系统。目前已经形成了多种数字式无绳电话系统。 欧洲数字无绳电话系统（欧洲数字无绳电话系统（DECT） 个人手持电话系统（个人手持电话系统（PHS） 个人接入通信系统（个人接入通信系统（PACS） 在我国应用比较广泛的在我国应用比较广泛的“小灵通小灵通”采用了采用了PHS协协议，是属于无绳电话衍生的通信手段。议，是属于无绳电话衍生的通信手段。2022-4-

17、21211.2.2 无绳电话系统无绳电话系统 图l.6 无绳电话系统示意图2022-4-2122 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集群移动通信系统采用的基本技术是频率公用技术。术。 集群移动通信系统采用半双工工作方式。集群移动通信系统采用半双工工作方式。 集群移动通信系统主要以无线用户为主，即以调集群移动通信系统主要以无线用户为主，即以调度台与移动台之间的通话为主。度台与移动台之间的通话为主。 集群移动通信系统属于专用移动通信网，适用于集群移动通信系统属于专用移动通信网，适用于在各个行业（或几个行业

18、合用）中间进行调度和在各个行业（或几个行业合用）中间进行调度和指挥，对网中的不同用户常常赋予不同的优先等指挥，对网中的不同用户常常赋予不同的优先等级。级。1.2.3 集群移动通信系统集群移动通信系统2022-4-21231.2.4 移动卫星通信系统移动卫星通信系统 卫星通信具有全球范围的覆盖区，信道稳定、可卫星通信具有全球范围的覆盖区，信道稳定、可靠及系统容量大等优点，从诞生至今，得到了迅靠及系统容量大等优点，从诞生至今，得到了迅猛发展。猛发展。 通过卫星为移动台及手机提供移动通信服务而构通过卫星为移动台及手机提供移动通信服务而构成移动卫星通信系统成移动卫星通信系统 （MSS）。）。 MSS是

19、以是以VAST和地面蜂窝移动通信为基础，结和地面蜂窝移动通信为基础，结合空间卫星多波束技术及星上处理、计算机等高合空间卫星多波束技术及星上处理、计算机等高新技术而构成的超越时空的全球个人通信网。新技术而构成的超越时空的全球个人通信网。2022-4-21241.2.5 分组无线网分组无线网 分组无线网是一种利用无线信道进行分组交换的分组无线网是一种利用无线信道进行分组交换的通信网络，即网络中传送的信息要以通信网络，即网络中传送的信息要以“分组分组”或或称称“信包信包”（有时简称（有时简称“包包”）为基本单元。）为基本单元。 分组是由若干比特组成的信息段，通常包含分组是由若干比特组成的信息段，通常

20、包含“包包头头”和和“正文正文”两部分。两部分。 包头中含有该分组的源地址（起始地址）、宿地包头中含有该分组的源地址（起始地址）、宿地址（目的地址）和有关的路由信息，正文是真正址（目的地址）和有关的路由信息，正文是真正需要传送的信息。需要传送的信息。 分组传输方式是存储转发方式的分组传输方式是存储转发方式的种，用户终端种，用户终端必须先把要传送的信息存储、分段、加上包头以必须先把要传送的信息存储、分段、加上包头以构成分组，才能送上无线信道进行传输构成分组，才能送上无线信道进行传输。2022-4-21251.2.5 分组无线网分组无线网 这一过程必然要产生额外的时间延迟，因此，分这一过程必然要产

21、生额外的时间延迟，因此，分组无线网特别适用于实时性要求不严和短消息比组无线网特别适用于实时性要求不严和短消息比较多的数据通信。较多的数据通信。 分组传输能适应不同网络结构的应用。常见的网分组传输能适应不同网络结构的应用。常见的网络结构有星状结构和分布式结构。络结构有星状结构和分布式结构。（1）ARDIS系统（先进的无线电数据信息设备）。系统（先进的无线电数据信息设备）。（2）Mobitex系统（全国性互联的集群无线电网系统（全国性互联的集群无线电网络）。络）。（3）CDPD系统（蜂窝数字分组数据）。系统（蜂窝数字分组数据）。（4）TETRA系统（全欧集群无线电）。系统（全欧集群无线电）。（5）

22、第二代北美数字蜂窝）第二代北美数字蜂窝IS-54和和IS-95系统系统 2022-4-21261.2.5 分组无线网分组无线网2022-4-21271.2.6 移动通信网和固定通信网移动通信网和固定通信网 移动通信网与固定通信网的不同在于无线用户的移动移动通信网与固定通信网的不同在于无线用户的移动性和固定用户的固定性。性和固定用户的固定性。1 公用交换电话网公用交换电话网 公用交换电话网是高度集成的、拥有用户最多的公公用交换电话网是高度集成的、拥有用户最多的公共电话网，是世界上最大的电话网。共电话网，是世界上最大的电话网。 一般来说，电话网分为长途电话网和本地电话网两一般来说，电话网分为长途电

23、话网和本地电话网两大部分。大部分。2022-4-2128图1.7 我国电话网结构1.2.6 移动通信网和固定通信网移动通信网和固定通信网 2022-4-21292公共数据网公共数据网 公共数据网（公共数据网（PDN）分为两种：一种是分组交换）分为两种：一种是分组交换公共数据网（公共数据网（PSPDN）；另一种是电路交换公共数）；另一种是电路交换公共数据网（据网（CSPDN）。一般来说，）。一般来说，PDN主要用来传送主要用来传送计算机数据。计算机数据。3 综合业务数据网综合业务数据网 ISDN是这样一种网络，它由电话综合网（是这样一种网络，它由电话综合网（IDN）演变而成，提供端到端的数字连接

24、，以支持一系演变而成，提供端到端的数字连接，以支持一系列广泛的业务（包括语音和非语音业务），它为列广泛的业务（包括语音和非语音业务），它为用户提供一组有限的标准多用途用户用户提供一组有限的标准多用途用户网络接口网络接口。1.2.6 移动通信网和固定通信网移动通信网和固定通信网 2022-4-2130 ISDN所提供的业务除了语音业务外，所包括的非所提供的业务除了语音业务外，所包括的非话业务有数字、文字和图像，即分组交换数据、话业务有数字、文字和图像，即分组交换数据、电路交换数据、电子邮件（电路交换数据、电子邮件（E-mail）、电子信箱）、电子信箱（Mailbox）、智能用户电报（）、智能用户

25、电报（Teletex）、可视图）、可视图文（文（Videotex）、传真（）、传真（Facsimile）、可视电话）、可视电话（Videophone）、电话会议（）、电话会议（Video Conference）等。等。ISDN的信令方式采用公共信令方式。的信令方式采用公共信令方式。 图图1.8所示给出了所示给出了ISDN的基本结构。的基本结构。1.2.6 移动通信网和固定通信网移动通信网和固定通信网 2022-4-2131图1.8 ISDN的基本结构1.2.6 移动通信网和固定通信网移动通信网和固定通信网 2022-4-2132 ISDN终端设备通过标准的用户终端设备通过标准的用户网络接口接入

26、网络接口接入ISDN。 ISDN网络能力包括电路交换、分组交换、无交换网络能力包括电路交换、分组交换、无交换连接和公共信道信令等。连接和公共信道信令等。 ISDN具有三种不同的信令：用户具有三种不同的信令：用户网络信令、网网络信令、网络内部信令和用户络内部信令和用户用户信令。用户信令。 1.2.6 移动通信网和固定通信网移动通信网和固定通信网 2022-4-21331.3.1 1G（模拟系统）（模拟系统） 代表：美国的代表：美国的AMPS、英国的、英国的TACS等等 通常所说的第一代移动通信系统是指模拟蜂窝通常所说的第一代移动通信系统是指模拟蜂窝移动通信系统。它是频分多址接入（移动通信系统。它

27、是频分多址接入（FDMA）的移）的移动通信系统。概括起来第一代蜂窝移动通信网有以动通信系统。概括起来第一代蜂窝移动通信网有以下缺点：下缺点：(1)制式太多，互不兼容，妨碍漫游，限制了用户覆制式太多，互不兼容，妨碍漫游，限制了用户覆盖面；盖面；(2)提供业务的种类受限制，不能传送数据信息；提供业务的种类受限制，不能传送数据信息；(3)容易被窃听；容易被窃听；(4)不能与不能与ISDN兼容。兼容。2022-4-21342 2G（数字系统）代表：泛欧的（数字系统）代表：泛欧的GSM、美国的、美国的DAMPS、IS-95CDMA等等 第二代移动通信（第二代移动通信（2G）系统为数字蜂窝移动通信系）系统

28、为数字蜂窝移动通信系统。统。 第二代移动通信系统最有代表性的是第二代移动通信系统最有代表性的是GSM（Global System for Mobile）和）和CDMA系统。系统。 数字移动通信系统采用了两种无线接入方式：数字移动通信系统采用了两种无线接入方式：GSM采用的是采用的是TDMA，即时分多址的接入方式；，即时分多址的接入方式；CDMA采用的是码分多址的接入方式。采用的是码分多址的接入方式。2022-4-21353 3G（1）标准：基于）标准：基于GSM的的WCDMA、基于、基于IS-95CDMA的的cdma2000、TD-SCDMA等等 。 为使为使2G系统能平滑过渡到系统能平滑过渡

29、到3G，采用，采用2.5G技术技术 代表：代表：GPRS（GSM向向WCDMA过渡）。过渡）。 为了使现有的庞大的第二代数字移动通信网络能平滑地过为了使现有的庞大的第二代数字移动通信网络能平滑地过渡到第三代移动通信网络，美国的渡到第三代移动通信网络，美国的IS-95和欧洲的和欧洲的GSM系系统都采用了渐进过渡的方法。以统都采用了渐进过渡的方法。以IS-95为基础发展，逐渐为基础发展，逐渐从从IS-95-A至至IS-95-B过渡到第三代移动通信系统的单载波，过渡到第三代移动通信系统的单载波，最终至多载波，支持达最终至多载波，支持达2Mbit/s的数据速率。的数据速率。2022-4-2136 GS

30、M系统则通过应用新技术，提供更高带宽的数据业务。系统则通过应用新技术，提供更高带宽的数据业务。其分为高速电路交换数据业务（其分为高速电路交换数据业务（HSCSD）、通用无线分）、通用无线分组业务（组业务（GPRS）、增强数据速率（）、增强数据速率（EDGE）三个阶段，）三个阶段，最终至最终至WCDMA，提供高达，提供高达2Mbit以上的峰值速率。以上的峰值速率。 第三代移动通信第三代移动通信3G系统，是系统，是指能支持语音数据指能支持语音数据综合和移动多媒体的宽带数字移动网络。综合和移动多媒体的宽带数字移动网络。 第三代移动通信系统是一种能提供多种类型、高质量的第三代移动通信系统是一种能提供多

31、种类型、高质量的多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游功能，与多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游功能，与固定网络相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、任何地固定网络相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类的通信系统。点进行任何种类的通信系统。 2022-4-2137： IMT-2000 CDMA-DS，即，即WCDMA。 IMT-2000 CDMA-MC，即，即CDMA2000。 IMT-2000 CDMA TDD，目前包括中国提出的，目前包括中国提出的TD-SCDMA和和UTRA TDD（TD-CDMA）。2022-4-2138表表 1.3 三种主要技术体制

32、的对比情况三种主要技术体制的对比情况2022-4-21394、4G、5G 1999年成立的年成立的ITU-R的的WP8F工作组的主要任务是负责工作组的主要任务是负责3G未未来发展和超来发展和超3G的研究。的研究。WP8F工作组提出的超工作组提出的超3G系统的要系统的要求主要包括：高速数据传输；以求主要包括：高速数据传输；以IP为基础的无线接续，支为基础的无线接续，支持持QoS；各系统（；各系统（IMT-2000、WLAN、BWA、卫星和广播）、卫星和广播）之间无缝的业务支持，并支持全球漫游；支持多重模式、之间无缝的业务支持，并支持全球漫游；支持多重模式、支持对称支持对称/非对称业务。非对称业务

33、。 4G通信技术并没有脱离以前的通信技术，而是以传统通信通信技术并没有脱离以前的通信技术，而是以传统通信技术为基础，不断提高无线通信的网络效率和功能。技术为基础，不断提高无线通信的网络效率和功能。4G网网络广带化趋势、网络互联综合和重叠的趋势、软件无线电络广带化趋势、网络互联综合和重叠的趋势、软件无线电的趋势以及灵活和自适应的发展趋势的趋势以及灵活和自适应的发展趋势2022-4-2140 在近日召开的在近日召开的IMT-2020峰会上，各方专家对峰会上，各方专家对5G的需求和的需求和愿景进行了探讨，但是没有最终成形的看法，包括对于愿景进行了探讨，但是没有最终成形的看法，包括对于5G的定义还在研

34、究当中，对于的定义还在研究当中，对于5G的关键技术也没有明确的说的关键技术也没有明确的说法，各方技术专家只是提出了自己的认识。法，各方技术专家只是提出了自己的认识。 对于对于5G的关键技术是什么，目前行业内也未形成统一认识。的关键技术是什么，目前行业内也未形成统一认识。华为认为，与华为认为，与4G相比，可以引入新的调制、编码、协议栈、相比，可以引入新的调制、编码、协议栈、架构等设计，满足用户对无线业务的需求。西安交通大学架构等设计，满足用户对无线业务的需求。西安交通大学的一位技术专家则认为，网络编码、认知无线电、大规模的一位技术专家则认为，网络编码、认知无线电、大规模MIMO、动态覆盖等都可以

35、引入、动态覆盖等都可以引入5G，以在提升速度的同时，以在提升速度的同时，进一步改善用户体验。进一步改善用户体验。2022-4-2141 值得一提的是，随着移动通信的发展，无线电频谱资源日值得一提的是，随着移动通信的发展，无线电频谱资源日渐稀缺，尤其是优质的低频谱资源逐渐分配完毕，剩下的渐稀缺，尤其是优质的低频谱资源逐渐分配完毕，剩下的都是高频段资源，比如目前的都是高频段资源，比如目前的4G就运行在就运行在1.9GHz、2.3GHz和和2.6GHz频段上，已经属于高频段。而未来随着频段上，已经属于高频段。而未来随着资源的进一步消耗，资源的进一步消耗，Afif Osseiran预测分配给预测分配给

36、5G的有可能的有可能会是会是2GHz6GHz中的中的2000MHz资源，这种高频段资源更资源，这种高频段资源更适合在室内场景使用，室外覆盖的效果则欠佳。高频段资适合在室内场景使用，室外覆盖的效果则欠佳。高频段资源对基站覆盖提出了挑战，如何满足室外覆盖需求、如何源对基站覆盖提出了挑战，如何满足室外覆盖需求、如何在不影响网络性能的条件下尽量降低基站密度是必须解决在不影响网络性能的条件下尽量降低基站密度是必须解决的难题。的难题。2022-4-2142 此前三星的此前三星的5G测试中，网络就运行在测试中，网络就运行在2.8GHz频段上，三频段上，三星采取了星采取了64个天线单元的自适应阵列传输技术破解

37、了难题。个天线单元的自适应阵列传输技术破解了难题。要解决这一问题，一个捷径是游说政府将低频段资源要解决这一问题，一个捷径是游说政府将低频段资源释放给释放给5G，据称，英国电信监管机构，据称，英国电信监管机构Ofcom已经在制定一已经在制定一项计划，向移动运营商释放项计划，向移动运营商释放700MHz频段资源，以便他们频段资源，以便他们开发更快速的开发更快速的5G移动服务。移动服务。Ofcom所释放的低频段资源以所释放的低频段资源以前归数字地面电视（前归数字地面电视（DTT）所使用。）所使用。不过，在我国频谱资源划分是牵扯多个部委的复杂难题，不过，在我国频谱资源划分是牵扯多个部委的复杂难题，要释

38、放频谱资源需要与其他部委协调，并不是工信部自己要释放频谱资源需要与其他部委协调，并不是工信部自己能够解决，这就注定了能够解决，这就注定了5G争取低频段资源的道路不会平争取低频段资源的道路不会平坦。坦。2022-4-2143 虽然对于虽然对于5G概念和技术仍在探讨，但是对于标准融合的概念和技术仍在探讨，但是对于标准融合的大方向，现在业内基本形成了共识。爱立信分析称，在大方向，现在业内基本形成了共识。爱立信分析称，在2G时代和时代和3G时代，不同的通信标准之间存在较大的差异。时代，不同的通信标准之间存在较大的差异。不过到了不过到了4G时代，时代，TD-LTE和和LTE-FDD在核心网方面拥有在核心

39、网方面拥有95%的相似性，在无线侧也有的相似性，在无线侧也有90%的相似性。在的相似性。在5G时代，时代，这种融合的趋势会愈发明显。这种融合的趋势会愈发明显。华为也认为，华为也认为，4G时代，时代，TD-LTE系统与系统与LTE FDD系统系统已经得到很好的融合，全球厂商都积极推动和投入已经得到很好的融合，全球厂商都积极推动和投入TD-LTE产业链的各个环节，包括基站系统设备、终端芯片等产业链的各个环节，包括基站系统设备、终端芯片等环节，对促进环节，对促进TD-LTE的产业化起到了积极作用。的产业化起到了积极作用。5G时代，时代，在频谱的使用上将更加高效和灵活，核心技术和系统架构在频谱的使用上

40、将更加高效和灵活，核心技术和系统架构将进一步融合，充分保证无线通信系统的长期演进和竞争将进一步融合，充分保证无线通信系统的长期演进和竞争力。力。5G无线通信系统将进一步走向融合和全球统一，在无线通信系统将进一步走向融合和全球统一，在全球建立统一的系统制式，加速产业的成熟。全球建立统一的系统制式，加速产业的成熟。2022-4-2144 正是由于通信技术标准趋于融合，因此任何一方都很难单正是由于通信技术标准趋于融合，因此任何一方都很难单独开发一套全新的通信标准，全球共用一套通信标准将成独开发一套全新的通信标准，全球共用一套通信标准将成大势所趋。大势所趋。 然而然而5G研发的现实状况是，研发的现实状

41、况是，5G标准、关键技术、频谱问标准、关键技术、频谱问题都未形成共识。各方还处于探讨之中，这使得题都未形成共识。各方还处于探讨之中，这使得5G未来未来发展充满了悬念。发展充满了悬念。2022-4-21451.4 1.4 1.41.4.4 1.4 蜂窝蜂窝2022-4-2146 移动通信网的基本结构包括：移动台移动通信网的基本结构包括：移动台（Mobile Station，MS）、基站（）、基站（Base Station，BS）和构成网络节点的移动交换中心（）和构成网络节点的移动交换中心（Mobile Service Switching Center，MSC）及与市话网）及与市话网PSTN相连接

42、的中继线等。相连接的中继线等。1.4图图1.11.1移动通信系统的组成移动通信系统的组成 2022-4-21471 1、大区制的定义、大区制的定义 大区制是指一个基站覆盖整个服务区。为了增大通信用大区制是指一个基站覆盖整个服务区。为了增大通信用户量，大区制通信网只有增多基站的信道数，但这总是有限户量，大区制通信网只有增多基站的信道数，但这总是有限的。因此，大区制只能适用于小容量的通信网，例如用户数的。因此，大区制只能适用于小容量的通信网，例如用户数在在1000以下。这种制式的控制方式简单，设备成本低，适用以下。这种制式的控制方式简单，设备成本低，适用于中小城市、工矿区以及专业部门，是发展专用移

43、动通信网于中小城市、工矿区以及专业部门，是发展专用移动通信网可选用的制式。可选用的制式。1.42022-4-2148图图1.2 大区制示意图大区制示意图1.4 大区制小容量大区制小容量IMTS系统：单个大功率覆盖整个市区2022-4-21491小区制小区制-大容量大容量概念：将整个服务区划分为若干个小无线区，每个小无概念：将整个服务区划分为若干个小无线区，每个小无线区分别设置一个基站负责本区的移动通信的联络和控线区分别设置一个基站负责本区的移动通信的联络和控制，制， 同时又可在同时又可在MSC的的 统一控制下，实现统一控制下，实现 小区间移动小区间移动通信的通信的 转接及与公众电话转接及与公众

44、电话 网的联系网的联系 。1.42022-4-21501.42 2、 有带状服务覆盖区域和面状服务覆盖区域。有带状服务覆盖区域和面状服务覆盖区域。（1 1）带状服务覆盖区）带状服务覆盖区 用于覆盖公路、铁路、海岸等。基站天线若用于覆盖公路、铁路、海岸等。基站天线若用全向辐射，覆盖区形状是圆形的。带状网宜采用全向辐射，覆盖区形状是圆形的。带状网宜采用有向天线，使每个小区呈扁圆形。用有向天线，使每个小区呈扁圆形。图图1.3 带状小区示意图带状小区示意图2022-4-2151（2）面状区域服务覆盖）面状区域服务覆盖 实际上，由于无线系统覆盖区的地形地貌不同，无线实际上，由于无线系统覆盖区的地形地貌不

45、同，无线电波传播环境不同，产生的电波的长期衰落和短期衰落电波传播环境不同，产生的电波的长期衰落和短期衰落不同，因而一个小区的实际无线覆盖是一个不规则的形不同，因而一个小区的实际无线覆盖是一个不规则的形状。状。但也需要有一个规则的小区形状来用于系统的规划，但也需要有一个规则的小区形状来用于系统的规划，以适应不断增长的业务需要。以适应不断增长的业务需要。1.4(b)理想形状理想形状 (c)实际形状实际形状图图1.4 面状区域覆盖示意图面状区域覆盖示意图2022-4-21523、蜂窝小区的概念、蜂窝小区的概念当考虑要覆盖整个服务区域而没有重叠和间当考虑要覆盖整个服务区域而没有重叠和间隙的几何形状时，

46、只有三种可能的选择：正隙的几何形状时，只有三种可能的选择：正方形、等边三角形和正六边形。方形、等边三角形和正六边形。图图1.5 三种面状区域覆盖组成三种面状区域覆盖组成1.42022-4-2153 蜂窝式组网放弃了点对点传输和广播覆盖模式，蜂窝式组网放弃了点对点传输和广播覆盖模式，将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图形的覆盖区域，基本几何图形的覆盖区域，称为蜂窝小区。称为蜂窝小区。 表2.1三种形状小区的比较1.42022-4-2154（1 1）小区的分类）小区的分类 根据不同制式系统和不同用户密度挑选不同根据不同制式系统和不同用户密度

47、挑选不同类型的小区。类型的小区。 超小区：超小区：小区半径小区半径r 20km，适于人口稀少的农，适于人口稀少的农村地区。村地区。 宏小区：小区半径宏小区：小区半径r = 1km20km，适于高速公，适于高速公路和人口稠密的地区。路和人口稠密的地区。 微小区：小区半径微小区：小区半径r = 0.1km1km，适于城市繁，适于城市繁华区段。华区段。 微微小区：小区半径微微小区：小区半径r 0.1km，适于办公室、家适于办公室、家庭等移动应用环境。庭等移动应用环境。1.42022-4-2155（2）无线区域的划分和组成的考虑因素）无线区域的划分和组成的考虑因素 应根据地形地物情况、容量密度、通信容

48、量、应根据地形地物情况、容量密度、通信容量、频谱利用率等因素综合考虑。频谱利用率等因素综合考虑。 容量密度区域划分容量密度区域划分1.42022-4-2156 1.42022-4-21574、 信道信道(频率频率)配置配置（1）信道的定义）信道的定义 通信网络中一条双向（单向）的信息传输通道称通信网络中一条双向（单向）的信息传输通道称为信道。为信道。（2）信道的分类）信道的分类 有线信道、无线信道。有线信道、无线信道。 话音信道、控制信道。话音信道、控制信道。 （3）什么是移动通信的无线信道、上行信道和下）什么是移动通信的无线信道、上行信道和下行信道？行信道？ 1.42022-4-2158 无

49、线信道指移动台与基站间的一条双向传输通道。无线信道指移动台与基站间的一条双向传输通道。 上行信道指由移动台发射，基站接收上行信道指由移动台发射，基站接收;下行信道指下行信道指由基站发射，移动台接收。由基站发射，移动台接收。1.42022-4-2159（4）我国陆地蜂窝移动电话业务的频率分配我国陆地蜂窝移动电话业务的频率分配使用频段上行频段（MHz）（MSBS）下行频段（MHz）（BSMS）中国移动 GSM 900885915930960 GSM 1800 1710178518051880中国联通 CDMA8008248498698941.42022-4-2160 例如：例如：GSM900系统某

50、频道的工作频率计算频道号（系统某频道的工作频率计算频道号（n=1-124）与频道标称中心频率的关系（）与频道标称中心频率的关系（等频距分配法的公式）等频距分配法的公式）上行频率：上行频率： =890.2+(n-1)*0.2MHz下行频率：下行频率： =935.2 +(n-1)*0.2MHz = +45MHz 正常情况下，不使用第正常情况下，不使用第1和第和第124频道，可用最大频道数频道，可用最大频道数为为123。 GSM900上下行信道间隔为双工间隔上下行信道间隔为双工间隔45MHz 。 GSM900载频间隔或频带宽度载频间隔或频带宽度200KHz。 GSM900工作带宽为工作带宽为30MH

51、z 可得下表可得下表2)(nf上行)(nf下行)(nf上行1.42022-4-2161组号组号123456789101112频频率率序序号号12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364656667686970717273747576777879808182838485868788899091929394959697989910010110210310410510610710810911011111211

52、3114115116117118119120121122123124表21.42022-4-2162 再如中国移动再如中国移动GSM1800MHz的频点的频点 上行频点中心频率：上行频点中心频率： =1710.2+(n-1)*0.2 下行频点中心频率：下行频点中心频率： = +95 GSM1800载频间隔或频带宽度载频间隔或频带宽度200KHz。 GSM1800工作带宽为工作带宽为75 MHz,共共374个频点个频点 。 GSM系统中因采用系统中因采用TDMA技术，每载频可分为技术，每载频可分为8个时隙，个时隙，即即8个信道。给出信道号个信道。给出信道号m计算对应工作频率时，应先计算计算对应工

53、作频率时，应先计算出对应的频道号出对应的频道号n=m/8，n取值时，计算得到的小数部分全取值时，计算得到的小数部分全部进位部进位 。 CDMA800M频点说明频点说明上行频率上行频率 =825+n*0.03MHZ下行频率下行频率=870+ n*0.03MH)(nf上行)(nf下行)(nf上行1.42022-4-2163 n为频率编号为频率编号, 1n799 CDMA800MHZ系统频率分配上下行均系统频率分配上下行均20MHZ频段使用频段使用了了7个载波，即个载波，即283、242、201、160、119、78、37。载波。载波间隔间隔41个信道即每个载波宽度为个信道即每个载波宽度为1.23M

54、HZ。一般城市只开。一般城市只开通通2-4个载波。频点个载波。频点283用于语音业务，频点用于语音业务，频点201用于数据业用于数据业务。务。 我国我国 3G 的频率划分的频率划分FDD: 17551785 MHZ; 18501880MHZ(1800MHz频段）频段） 19201980MHZ;21102170MHZ（ 2.1GHz频段）频段）TDD： 18801920MHZ，20102025MHZ（ 2.1GHz频段）频段） 23002400MHZ1.42022-4-2164(5) 什么是信道什么是信道(频率频率)配置？配置？ 信道信道(频率频率)配置是指导将给定的信道配置是指导将给定的信道(

55、频率频率)分配给一个分配给一个区群内的各个小区。区群内的各个小区。 蜂窝网中，无线区群是以蜂窝网中，无线区群是以N个正六边形小区组成，各区个正六边形小区组成，各区群可按一定的规律使用相同的频率组群可按一定的规律使用相同的频率组 若每个群有若每个群有N个小区，则需用个小区，则需用N组频率。组频率。(6)信道信道(频率频率)配置的方式配置的方式 动态配置法动态配置法 柔性配置法柔性配置法1.4等频距配置法分区分组配置法静态配置法2022-4-2165例如等频距配置法配置时根据区群内的小区数例如等频距配置法配置时根据区群内的小区数N N来确定来确定同一信道组内各信道之间的频率间隔，如第一组用同一信道

56、组内各信道之间的频率间隔，如第一组用（1，1+N，1+2N，1+3N，），第二组用（），第二组用（2，2+N，2+2N，2+2N，）等。）等。第一组第一组 1、8、15、22、29、 第二组第二组 2、9、16、23、30、 第三组第三组 3、10、17、24、31、 第四组第四组 4、11、18、25、32、 第五组第五组 5、12、19、26、33、 第六组第六组 6、13、20、27、34、 第七组第七组 7、14、21、28、35、 1.42022-4-2166 再例如再例如分区分组配置分区分组配置:若每个区群有若每个区群有7个小区，每个小区，每个小区需要个小区需要6个信道，则有：个信

57、道，则有：第一组第一组 1、5、14、20、34、36第二组第二组 2、9、13、18、21、31第三组第三组 3、8、19、25、33、40第四组第四组 4、12、16、22、37、39第五组第五组 6、10、27、30、32、41第六组第六组 7、11、24、26、29、35第七组第七组 15、17、23、28、38、42 1.42022-4-2167 图1.10 频道配置示意图 1.42022-4-21685、什么是频率复用、什么是频率复用 蜂窝系统的基站工作频率，由于传播损耗提供足够的隔离蜂窝系统的基站工作频率，由于传播损耗提供足够的隔离度，在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一组

58、工度，在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一组工作频率，称为频率复用。作频率，称为频率复用。 频率复用优点：采用频率复用大大地缓解了频率资源紧缺频率复用优点：采用频率复用大大地缓解了频率资源紧缺的矛盾，提高频率利用率，增加了用户数目或系统容量。的矛盾，提高频率利用率，增加了用户数目或系统容量。 频率复用缺点：同频干扰频率复用缺点：同频干扰 1.42022-4-2169（1 1）区群的概念与构成）区群的概念与构成 共同使用全部可用频率的共同使用全部可用频率的N N个小区叫做一个小区叫做一区群（区群（clustercluster）。即每个小区里有一组频率。）。即每个小区里有一组频率。 1.4图

59、图1.8 3频制（频制（N=3）无线区群）无线区群2022-4-2170图图1.9 不同的不同的N值值区群组成的示意图区群组成的示意图 1.42022-4-2171（2）频率复用）频率复用图图1.11 蜂窝系统的频率复用蜂窝系统的频率复用 频率复用指同一载波的无线信道用于覆盖相隔一频率复用指同一载波的无线信道用于覆盖相隔一定距离的不同区域定距离的不同区域,即区群被复制。即区群被复制。1.42022-4-2172 （3 3）频率复用后蜂窝系统的容量）频率复用后蜂窝系统的容量 考虑一个共有考虑一个共有S个可用的双向信道的蜂窝系统，个可用的双向信道的蜂窝系统，如果每个小区都分配如果每个小区都分配K（

60、K6 , 则则C63 N值表现了移动台或基站可以承受的干扰，同事值表现了移动台或基站可以承受的干扰，同事保持令人满意的通信质量。保持令人满意的通信质量。（4）同频相邻小区）同频相邻小区 存在着许多使用同一组频率的小区，这些小区存在着许多使用同一组频率的小区，这些小区 叫同频小区。叫同频小区。1.42022-4-2174图图1.12 蜂窝系统中同频相邻小区的定位蜂窝系统中同频相邻小区的定位同频小区选择原则同频小区选择原则 自某一小区出发，沿小区垂直移动自某一小区出发，沿小区垂直移动i 个小区；再个小区；再向左（或右）转向左（或右）转60度移动度移动 j个小区，就到达同信道小个小区，就到达同信道小