移动通信技术课件(第一章)

1、第一章第一章 移动通信概述移动通信概述1.1 1.1 移动通信发展简史移动通信发展简史在移动通信的早期发展史上，有三位科学家在移动通信的早期发展史上，有三位科学家曾经做出了杰出的贡献曾经做出了杰出的贡献英国物理学家詹姆斯克拉克麦克斯韦德国物理学家海因里希鲁道夫赫兹意大利物理学家伽利尔摩马可尼詹姆斯克拉克麦克斯韦(James Clerk Maxwell，18311879) ，英国物理学家、数学家。经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人之一。1831年6月13日生于苏格兰爱丁堡，1879年11月5日卒于剑桥。海因里希鲁道夫赫兹(Heinrich Rudolf Hertz)，德国物理学家，于188

2、8年首先证实了电磁波的存在，并且以光速传播。伽利尔摩马可尼(1874-1937)，意大利无线电工程师，企业家，实用无线电报通信的创始人。1874年生于意大利的博洛尼亚市。在博洛尼亚大学学习期间，他用电磁波进行约2公里距离的无线电通讯实验，获得成功。1897年，在伦敦成立“马可尼无线电报公司”。被称作无线电之父。现代移动通信的6个发展阶段第一阶段：从20世纪20年代至20世纪40年代第二阶段：从20世纪40年代中期至20世纪60年代初期第三阶段：从20世纪60年代中期至20世纪70年代中期第四阶段：从20世纪70年代中期至20世纪80年代中期第五阶段：从20世纪80年代中期至21世纪初第六阶段：

3、从本世纪初至今第一阶段：从20世纪20年代至20世纪40年代特点专用系统工作频段低典型系统-美国底特律警用车载无线电系统2MHZ，后提高到30-40MHZ电 离层231231第二阶段：从20世纪40年代中期至20世纪60年代初期特点：由专用网向公众网过渡人工接续-什么是人工接续？网络容量小典型系统-美国圣路易斯城的公用汽车电话网（城市系统）3个频道单工通信第三阶段：从20世纪60年代中期至20世纪70年代中期特点：中小容量使用450MHz频段自动选频自动接续典型系统-IMTS-改进型移动电话系统使用150MHz和450MHz频段网络容量提高实现无线频道的自动选择实现到公用电话网的自动接续第四阶

4、段：从20世纪70年代中期至20世纪80年代中期特点采用小区制的蜂窝状网络结构，系统容量极大提升使用450MHz和800-900MHz频段典型系统-1G系统美国的AMPS，1983年投入商用日本的HAMPS西德的C网英国的TACS加拿大的MTS北欧的NMT-450第五阶段：从20世纪80年代中期至21世纪初特点采用数字通信技术质量高容量大智能化提供综合业务典型系统-2G系统GSM-GPRS-EDGEDAMPSIS95 CDMA-CDMA2000 1X第六阶段：从本世纪初至今特点可提供中高速数据业务移动通信网与互联网逐步融合业务多元化典型系统-3G系统WCDMA: 由3GPP制定，基于GSM M

5、AP核心网，无线接入网标准为陆地无线接入网（UMTS Terrestrial Radio Access Network，UTRAN）。目前WCDMA有Release 99、Release 4、Release 5、Release 6、Release 7等版本。CDMA2000由窄带CDMA（IS95 CDMA）技术发展而来，以美国高通公司为主提出，摩托罗拉、朗讯和韩国三星都有参与。 TD-SCDMA全称为Time Division Synchronous CDMA（时分同步CDMA），由大唐电信（原邮电部电信科学技术研究院）向ITU提出。第六阶段：从本世纪初至今典型系统-4G系统LTE FDDT

6、D-LTEWiMAX1.2 1.2 中国移动通信发展现状中国移动通信发展现状中国移动通信发展现状蜂窝移动通信技术的发展TACSGSM/IS95 CDMAWCDMA/CDMA2000/TD-SCDMAGPRS/EDGE/CDMA1XTD-LTELTE FDD中国移动通信发展现状电信体制的改革1980年之前：价格管制，电信业亏损，基础设施短缺，发展缓慢。1980-1993年：放松价格管制，发展加快，高额垄断利润，服务质量低下。1994年：成立中国联通，初次引入市场竞争机制，资费大幅下降，服务质量提升，充分竞争尚未形成。1995年：邮电部实行政企分开，成立中国电信公司。1998年：取消邮电部，成立信

7、息产业部。1999年：拆分中国电信，成立新的中国电信、中国移动和中国卫星通信公司，寻呼业务并入联通公司中国移动通信发展现状电信体制的改革2001年：中国电信被划分为南、北两个部分：北方10个省份与原中国网通、中国吉通重组为中国网络通信集团公司，简称中国网通；长江以南和西北地区共21个省份归属中国电信南方部分，称为中国电信集团公司。2008年：中国联通收购中国网通全部资产；中国电信收购中国联通的CDMA网络资产及卫星通信公司；中国移动收购中国铁通。至此形成三寡头垄断局面。移动通信设备业的发展华为中兴大唐电信上海贝尔爱立信诺基亚阿尔卡特朗讯华为技术有限公司是一家生产销售通信设备的民营通信科技公司，

8、于华为技术有限公司是一家生产销售通信设备的民营通信科技公司，于1987年在中国深圳正式注册成立。年在中国深圳正式注册成立。华为的产品主要涉及通信网络中的交换网络、传输网络、无线及有线华为的产品主要涉及通信网络中的交换网络、传输网络、无线及有线固定接入网络和数据通信网络及无线终端产品。固定接入网络和数据通信网络及无线终端产品。2013年年财富财富世界世界500强中华为排行全球第强中华为排行全球第315位。位。2014年年财富财富世界世界500强中华为排行全球第强中华为排行全球第285位。位。2015年年财富财富世界世界500强中华为排行全球第强中华为排行全球第228位位。2016年年财富财富世界

9、世界500强中华为排行全球强中华为排行全球第第129位位。2017年年财富财富世界世界500强中华为排行全球强中华为排行全球第第83位，营业收入位，营业收入785亿美亿美元。元。 中兴通信有限公司是大型国有企业，成立于中兴通信有限公司是大型国有企业，成立于1985年，总部位年，总部位于深圳。于深圳。 中兴通讯的产品包括无线、有线、业务、终端产品和专业中兴通讯的产品包括无线、有线、业务、终端产品和专业通信服务。通信服务。 2014年中兴通讯实现营业收入年中兴通讯实现营业收入814.7亿元人民币，净利润亿元人民币，净利润26.3亿元人民币。亿元人民币。 2015年中兴通讯实现营业收入年中兴通讯实现

10、营业收入1008亿元人民币，净利润亿元人民币，净利润37.8亿元人民币。亿元人民币。 大唐电信科技股份有限公司是电大唐电信科技股份有限公司是电信科技学技术研究院信科技学技术研究院(大唐电信科技产大唐电信科技产业集团业集团)控股的的高科技企业，于控股的的高科技企业，于1998年在北京注册成立。年在北京注册成立。 公司业务包括集成电路设计、软公司业务包括集成电路设计、软件与应用、终端设计、移动互联网四件与应用、终端设计、移动互联网四大产业板块。大产业板块。2013年营业收入年营业收入79.15亿元，营业利润亿元，营业利润6385万元。万元。2013年营业收入年营业收入86亿元，营业利润亿元，营业利

11、润2844万元。万元。 上海贝尔股份有限上海贝尔股份有限公司成立于公司成立于1984年，年，产品覆盖有线和无线产品覆盖有线和无线方案、光接入方案、方案、光接入方案、端到端端到端LTE方案、光方案、光网络、网络、IP网络、网络网络、网络核心及应用、网络管核心及应用、网络管理及服务等。理及服务等。 2017年，诺基亚整合年，诺基亚整合上海贝尔公司，成立上海贝尔公司，成立上海诺基亚贝尔有限上海诺基亚贝尔有限公司。公司。2015年营业收入2469亿瑞典克朗，相当于1931亿人民币；实现净利润137亿瑞典克朗，相当于107亿人民币。爱立信公司（Ericsson）于1876年成立于瑞典首都斯德哥尔摩。爱立

12、信的业务遍布全球180多个国家和地区。爱立信的全球业务包括：通信网络系统、专业电信服务、专利授权、企业系统、运营支撑系统（OSS）和业务支撑系统（BSS）。爱立信的2G、 3G和4G无线通信网络被世界上各大运营商广泛使用和部署。诺基亚（诺基亚（Nokia Corporation）总部位于芬兰埃斯波）总部位于芬兰埃斯波 ，主要从事生产移动通信产品。，主要从事生产移动通信产品。诺基亚成立于诺基亚成立于1865年，当时以造纸为主，后来逐步向胶鞋、轮胎、电缆等领域，最后逐年，当时以造纸为主，后来逐步向胶鞋、轮胎、电缆等领域，最后逐步发展成为一家手机制造商。自步发展成为一家手机制造商。自1996年以来，

13、诺基亚连续年以来，诺基亚连续14年占据市场份额第一。面对年占据市场份额第一。面对新操作系统的智能手机的崛起，诺基亚全球手机销量第一的地位在新操作系统的智能手机的崛起，诺基亚全球手机销量第一的地位在2011年第二季被苹果年第二季被苹果及三星双双超越。及三星双双超越。2013年年9月月3日，微软宣布以约日，微软宣布以约54.4亿欧元价格收购诺基亚设备与服务部门（诺基亚手机亿欧元价格收购诺基亚设备与服务部门（诺基亚手机业务。业务。10月月22日，微软宣布启用日，微软宣布启用“微软微软Lumia”成为新的品牌，全面替代成为新的品牌，全面替代“诺基亚诺基亚”品牌品牌名。名。2014年年11月月18日，诺

14、基亚发布日，诺基亚发布NOKIA N1平板电脑，标志着诺基亚转身回归消费电子市平板电脑，标志着诺基亚转身回归消费电子市场。场。2016年年6月，诺基亚收购阿朗。月，诺基亚收购阿朗。阿尔卡特朗讯是一家提供电信软硬件设备及服务的跨国公司，阿尔卡特朗讯是一家提供电信软硬件设备及服务的跨国公司，总部设于法国巴黎。是由美国的朗讯科技（总部设于法国巴黎。是由美国的朗讯科技（Lucent Technologies）以及法国的阿尔卡特（）以及法国的阿尔卡特（Alcatel）于）于2006年年12月月1日起正式合并而成的，以阿尔卡特为存续公司。日起正式合并而成的，以阿尔卡特为存续公司。2014年营业收入年营业收

15、入133亿欧元，利润亿欧元，利润6.23亿欧元。亿欧元。2016年阿年阿尔卡特尔卡特-朗朗讯被诺讯被诺基亚收基亚收购。购。美国高通公司（美国高通公司（QUALCOMM）成立于）成立于1985年年7月，在以技术创新推动无线通讯向月，在以技术创新推动无线通讯向前发展方面扮演着重要的角色，以在前发展方面扮演着重要的角色，以在CDMA技术方面处于领先地位而闻名。技术方面处于领先地位而闻名。1986年，高通公司注册了其第一个年，高通公司注册了其第一个CDMA专利；在专利；在1988年年10月首次向公众介绍了月首次向公众介绍了CDMA蜂窝移动通讯概念。蜂窝移动通讯概念。1989年年11月，高通公司成功在圣

16、迭戈进行了月，高通公司成功在圣迭戈进行了CDMA历史历史上的第一次演示。上的第一次演示。在在1993年年6月，月，TIA（美国电信工业协会）接受（美国电信工业协会）接受CDMA技术为北美标准。技术为北美标准。1995年年10月，全球第一个商用月，全球第一个商用CDMA网络在香港部署。网络在香港部署。1996年年11月，韩国大规模部署了月，韩国大规模部署了CDMA商用网络。商用网络。2002年年1月，中国联通宣布了在全国范围内开通月，中国联通宣布了在全国范围内开通CDMA移动通信移动通信网络。网络。高通高通CDMA技术集团是世界上最大的无线芯片组及软件技术供应商，全球大多数的技术集团是世界上最大

17、的无线芯片组及软件技术供应商，全球大多数的商用商用3G终端都使用高通芯片。终端都使用高通芯片。1.3 1.3 各类移动通信系统概述各类移动通信系统概述无绳电话系统无绳电话系统是指以无线传输代替传统的电话线，在一定的范围内为用户提供移动或者固定电话服务的通信网络。第一代无绳电话系统第二代无绳电话系统在1987年由英国最先推出，采用数字通信技术第三代无绳电话系统。主要的制式有：1989年欧洲邮电委员会DECT（Digital European Cordless Telephone）、1993年日本推出的PHS（Personal HandyphoneSystem）数字无绳电话系统以及1992年美国推

18、出的PACS（Personal Communication System）。无绳电话系统“小灵通”即由PHS改造而来。PSTNSS7Q.931RCR STD28CSCSCSCE12B+DFSUFSUPSPSRPCRPGatewayGateway4B+D+K核心网络无线子系统E1Q.931无线寻呼系统无线寻呼系统是一种单向的移动通信系统，它以程控电话网为依托，采用单向的无线呼叫方式将主叫用户的信息传送给持机用户。无线寻呼是通过公用电话网和无线电寻呼系统来实现的。无线寻呼系统通常由一个控制中心、一个或数个无线电发射基站以及无线电寻呼接收机组成。无线寻呼系统集群移动通信系统所谓集群（Trunking

19、），是指集中使用多个无线信道为众多的用户服务，就是将有线电话中继线的工作方式运用到无线电通信系统中，把有限的信道动态地、自动地分配给整个系统的所有用户，以便在最大程度上利用整个系统的信道的频率资源。集群系统的构成集群移动通信系统u集群的发展过程u模拟集群系统u数字集群系统u主要的数字集群系统uTETRA-欧洲uIDEN-摩托罗拉uGT800-华为uGOTA-中兴（天津电信建有小型网络，主要用户港务局，曾服务于夏季达沃斯论坛）u我国主要用于公安系统集群移动通信系统集群移动通信系统的特点如下：集群系统属于专用移动通信网，主要用于调度和指挥所以对于网中的不同用户常常赋予不同的优先级。集群通信系统根据

20、调度业务的特征，通常具有一定的限时功能，一次通话的限定时间大约为1560秒（可根据业务情况调整）。与早期的调度系统不同，集群系统采用了改进的信道共用技术来提高系统的频率利用率。移动用户在通信过程中，不是固定地占用某一个信道，而是在需要通信时才能申请占用一个信道。一旦通信结束，信道就被释放，并变为空闲信道，其他用户就能使用它。通常采用半双工（现在也有全双工产品）通信方式。可以实现“组群呼叫”和“分级别呼叫”。接续速率快，数字集群系统的接通时间要求在0.3秒之内。数字集群系统采用双向鉴权，系统安全性较高。无线局域网无线局域网WLAN（Wireless Local Area Network）是利用无

21、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。WLAN的主要技术标准有以下几种：IEEE 802.11系列HiperLANHomeRF无线局域网IEEE 802.11IEEE 802.11系列标准系列标准IEEE:Institute of Electrical and Electronics IEEE:Institute of Electrical and Electronics Engineers ,Engineers ,电气和电子工程师协会使用IEEE 802.11系列协议的局域网称为Wi-Fi。Wi-Fi是一个无线网络通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟(W

22、i-Fi Alliance)所持有。工作频段工作频段最大速率最大速率802.112.4GHZ2Mbps802.11a5GHZ54-72Mbps802.11b2.4GHZ11Mbps802.11g2.4GHZ54-72Mbps802.11n2.4GHZ 5GHZ600Mbps卫星移动通信系统利用地球卫星作为中继站，实现区域乃至全球范围的移动通信称为卫星移动通信。卫星移动通信系统一般可分为：高轨道卫星移动通信系统轨道高度20000km以上，称为高轨道卫星通信系统。当轨道高度为36000km时，卫星的运行与地球的自转是同步的，则称其为地球同步卫星，由于卫星相对于星下点的地球表面是静止的，也称静止轨道

23、卫星。由这样的卫星或星座构成的移动通信系统，称做静止轨道卫星移动通信系统。电视转播、气象卫星一般使用静止轨道。中轨道卫星移动通信系统轨道高度2000-20000km。低轨道卫星移动通信系统轨道高度一般为500-2000km。卫星移动通信系统低轨道卫星移动通信系统的优势：路径衰耗小时延短卫星成本低，发射费用低典型的低轨道卫星移动通信系统铱系统：由摩托罗拉公司推出。设计由77颗卫星组成，实际发射66颗。曾被誉为科技的创举、通讯的先锋。1998年11月开始商业运行，2000年3月宣告破产。铱星公司的破产案，成为哈佛大学MBA的教学案例。Teledesic系统Globalstar系统蜂窝移动通信系统蜂

24、窝移动通信系统的概念：由众多的小功率发射机替代大功率发射机，每一个发射机只提供较小范围的无线覆盖；每个基站分配可用频率资源的一部分，相邻和相近基站分配的频点各不相同；距离较远的基站可以重复使用相同的频点，并保证同频干扰处于系统可容忍的水平。蜂窝移动通信系统的几何模型单基站覆盖区以六边形表示。区群：使用系统全部可用频率的一组小区。区群内小区数量越少，频率复用效率越高，系统容量越大，网内同频干扰水平越高。区群内小区数量越多，频率复用效率越低，系统容量越小，网内同频干扰水平越低。区群大小N取值：N=a2+ab+b2,a、b取零或正整数，且a、b不能同时为零。因此N的取值为：3、4、7、9、12、13

25、、16、19、21等。模拟系统的区群大小一般为7、12，数字系统一般为3、4。蜂窝移动通信系统的几何模型蜂窝移动通信系统的几何模型例题1-1：某移动运营公司拥有29个频点，区群大小设计为4。请问单个基站最多可分配多少个频点。（区群内各基站频点尽量平均分配）解答：当频点数为29，区群大小为4时，同一区群内基站频点最大配置数为：8、7、7、7。因此，单基站最多可分配8个频点。蜂窝移动通信系统的几何模型例题1-2：移动运营公司A和B在GSM频段上拥有相同的频率资源，都为50个频点。A公司在进行网络规划时，区群大小设计为3； B公司在进行网络规划时，区群大小设计为4。请问A公司单基站最大容量与B公司单

26、基站最大容量之比是多少？解答： A公司每个基站可分配频点数：50/3。区群内3个基站的频点分配情况可为：17、17、16。 B公司每个基站可分配频点数：50/4。区群内4个基站的频点分配情况可为：13、13、12、12。 由此可见， A公司单基站最大容量与B公司单基站最大容量之比为：17/13。蜂窝移动通信系统的组成1.4 1.4 移动通信系统的工作频段移动通信系统的工作频段无线电频谱管理机构国际电信联盟，ITU国家无线电管理委员会地方无线电管理委员会无线电频谱划分为14个频带：带号带号频频 带带 名名 称称频频 率率 范范 围围波波 段段 名名 称称波波 长长 范范 围围- -1至低频（至低

27、频（TLF）0.030.3Hz至长波或千兆米波至长波或千兆米波100001000兆米兆米（Mm）0至低频（至低频（TLF）0.33Hz至长波或百兆米波至长波或百兆米波1000100兆米（兆米（Mm）1极低频（极低频（ELF）330Hz极长波极长波10010兆米（兆米（Mm）2超低频（超低频（SLF）30300Hz超长波超长波101兆米（兆米（Mm）3特低频（特低频（ULF）3003000Hz特长波特长波1000100千米（千米（km）4甚低频（甚低频（VLF）330kHz甚长波甚长波10010千米（千米（km）5低频（低频（LF）30300kHz长波长波101千米（千米（km）6中频（中频（MF）3003000kHz中波中波1000100米（米（m）7高频（高频（HF）330MHz短波短波10010米（米（m）8甚高频（甚高频（VHF）30300MHz米波米波101米（米（m）9特高频（特高频（UHF）3003000M