第九章-移动通信系统1

移动通信系统概论2023/2/12内容移动通信概述移动通信系统分类移动通信系统演进课程内容及考察方式2023/2/13无线通信早期的“无线通信”:

在400-900Hz频段:光公元前150年间用于通信的狼烟信号(中国,希腊)旗语1794,光电报,ClaudeChappe什么是无线通信:在物理上不需要相接触的传输机和接收机的任何通信形式电磁波在自由空间传播雷达,射频,微波,红外线,光Chappe兄弟在巴黎附近的两点之间建立了第一个商业旗语系统。拿破仑认为这是一个伟大的主意。不久，旗语信令系统覆盖了法国主要城市。旗语信令迅速传播到意大利、德国和俄国。数千人受雇于工作站。旗语的传递速度是大约每分钟15个字符。编码手册开始出现，使整个句子可以由一些字符代替。旗语在英格兰却没有取得成功，因为工业革命，导致英格兰烟雾太浓。ClaudeChappe旗语系统引领法国旗语系统达30年之久。在一种新的管理方法出现后，才退出历史舞台。在美国，尤其是从玛撒的葡萄园（鳕鱼角附近的一个岛屿）到波士顿，正是旗语系统向波士顿海关大楼汇报航行船只的活动情况。在纽约市和旧金山市之间也是这样的。电报的发明者，塞缪尔.F.B.摩尔斯，据说到欧洲参观了旗语系统的运转。最后一个旗语系统，位于阿尔及利亚，于1860年停止运转。2023/2/14移动通信移动性的两个方面:使用者的可移动性:使用者可以通过无线“随时随地同任何人”进行通信设备的可移动性:设备可以随时随地连接到网络无线vs.移动 举例

固定的计算机

旅店内使用笔记本

建筑物内的无线局域网

个人数据处理机(PDA)2023/2/15移动通信的要求使得人们产生了对接入到现有的固定网络的无线网络的要求在局域网:IEEE802.11标准,ETSIHIPERLAN在广域网:e.g.GSM,3GandISDN在因特网:对于“普通”

IP有所增强的移动IP移动通信2023/2/16发展历史先驱者1831法拉第证明了电磁感应麦克斯韦(1831-79):电磁理论,麦克斯韦方程组(1864)赫兹(1857-94):通过实验证明了波在空间传播具有电传播的特性1888，德国的卡尔斯鲁厄城市，也就是现在的卡尔斯鲁厄大学所在地,2023/2/17发展历史1896–GuglielmoMarconi首次证明了无线电信技术(数字的!)长波传输,高功率传输的前提(>200kw)1915–纽约到旧金山的无线话音传输1920–马可尼发现短波更小的发送机和接收机,得益于电子管的发明（电子管,1906,LeeDeForestandRobertvonLieben）2023/2/18发展历史1928–许多的电视广播试验(横过大西洋,彩色电视,电视新闻)1933–频率调制(E.H.Armstrong（阿姆斯特朗）)1958–A-Netz

（德国）模拟的,160MHz,仅来自移动局的连接设置,无转交,80%的覆盖率,在1971年有11000用户1979–NMT，450MHz(北欧的一些国家)2023/2/19发展历史1982–GSM标准的开始目标:带有漫游的欧洲内的数字移动电话体系1983–美国的AMPS的开始(AdvancedMobilePhoneSystem,analog)1984–CT-1标准(欧洲)用于无绳电话1986–C-Netz

（德国）模拟话音传输,450MHz,可切换,数字信号,自动定位移动设备直到2000投入使用,业务:FAX,调制解调器,X.25,e-mail,98%的覆盖率2023/2/110发展历史1991–DECT标准数字欧洲无绳电话(现今:增强的无绳数字通信)1880-1900MHz,~100-500m范围,120双通道,1.2Mbit/s数据传输,话音编码,鉴定,每平方公里数以万计的用户,在超过50个国家被使用1992–GSM的开始在德国的D1和D2,全数字,900MHz,124条通道自动定位,可切换,蜂窝状欧洲内的漫游–现今可以在全世界170多个国家业务:9.6kbit/s的数据率,传真,话音,...2023/2/111发展历史1994–E-Netz

（德国）GSM，1800MHz,更小的单元在德国作为E-plus(199798%的人口覆盖率)1996–HiperLAN(HighPerformanceRadioLocalAreaNetwork)ETSI,标准化类型1:5.15-5.30GHz,23.5Mbit/s推进了类型2和3(均为5GHz)和4(17GHz)作为无线ATM网络(达到155Mbit/s)1997–无线局域网–IEEE802.11IEEE标准,2.4-2.5GHz红外,2Mbit/s已经开始有许多可用产品2023/2/112发展历史1998–GSM后继者的规范UMTS(UniversalMobileTelecommunicationSystem)被欧洲提议为IMT-2000Iridium（铱星）:66颗人造卫星(+6个备用的),1.6GHz通向移动电话1999–附加无线局域网的规范IEEE标准802.11b,2.4-2.5GHz,11Mbit/s蓝牙,2.4Ghz,<1Mbit/s

–关于IMT-2000的决策“家族”的一些“成员”

:UMTS,cdma2000,DECT,…

–WAP(WirelessApplicationProtocol)和i-mode的开端通过移动电话可连接到许多（因特网）设备2023/2/113发展历史2000–拥有更高数据速率的GSMHSCSD提供速率高达57,6kbit/s首次达到50kbit/s的GPRS试验

–UMTS拍卖/前景的竞争在德国为了得到6

UMTS的许可证大约花费了500亿$!2001–3G系统的开始在韩国的Cdma2000,在欧洲的UMTS,在日本的Foma(类似于UMTS)2002–大容量的无线网络标准化IEEE802.16也称WirelessMAN2023/2/114移动设备性能寻呼机

只能接收

微小的显示器

简单的文字信息移动电话

话音,数据简单的图画显示个人数字助理

较简单的图画显示

字符识别

简单化的万维网掌上电脑

很小的键盘

标准应用软件的简单化版本内含控制器的传感器笔记本电脑功能齐全标准的应用软件2023/2/115用户的活动性在无线电接收范围内空间上的可移动性当发送和接收信号时仅仅使用资源机动性能够轻松地建立局域网遇难情境下办公室迁移时广告广播网没有先前的计划配线无难度(例如历史建筑物,火险保护,美观)为什么要移动通信?2023/2/116为什么要移动通信?减少花销(便宜的基础构造)可以紧急铺设光缆发展中国家使用手机而不是挨家挨户的铺设同轴线较灵敏地发现地震，火灾,…,而忽略移动了连接器的用户的操作!2023/2/117移动对比于固定的特点由于噪声，干扰，时变信道产生较快的损耗速率BER按大小顺序变化环境条件e.g.发动机,光…的散发影响传输容量有限导致的低传输率本地大约几Mbit/s,地域之间384Kbit/s

使用GPRS/UMTS/…更多的用户数量，尤其在CDMA系统中较高的延迟和抖动连接设置与GSM在第二个范围内同步,对于其他无线系统是几百毫秒。2023/2/118移动对比于固定的特点安全性低每个人都可以使用无线电,基站可以被模仿,因此可以吸引来自无线电话的呼叫总是要共享媒介必须找到方法共享信道必须有可靠的装置频率上有限制的标准和规范需要根据标准和规范来调整频率以避免受到其他用户的干扰考虑到各国的标准国际性的标准也在慢慢的演进2023/2/119交通通过DAB(DigitalAudioBroadcasting)传送新闻，路况，天气，音乐通过GSM,3G进行私人通信通过GPS进行定位跟踪当地的广告网络可以接入到附近的车辆来避免事故，制导系统，冗余可以预先传达车辆（例如公交车，快速火车）的资料以便于维护应用2023/2/120各种应用2023/2/121各种应用紧急情况及早的向医院传送病人当前的状况和最初的诊断替代固定设施以防地震，台风，火灾危机,战争,...旅行推销直接接触到处存在中心地点的顾客资料对所有的代理数据看都是一致的移动办公室2023/2/122各种应用替代固定网络远程传感器,e.g.,天气,地球活动商业展览的灵活性历史建筑屋内的局域网娱乐,教育,...室外接入因特网智能旅行向导提供最新的及时的位置信息Ad-hoc网络用于多用户游戏2023/2/123内容移动通信概述移动通信系统分类移动通信系统演进课程内容及考察方式2023/2/124第一代移动通信系统第一代:二十世纪八十年代不同国家的几个相互竞争的标准TACS(TotalAccessCommunicationSystems),始于1985英国标准;欧洲的一些国家,亚洲,日本在中国首次使用蜂窝系统(1987年后)AMPS(AdvancedMobilePhoneService),贝尔实验室.世界上第一个“真正”的蜂窝系统美国标准,在中国也使用NMT(NordicMobileTelephone)北欧标准;在欧洲的大部分国家被采用第一个欧洲的体系(瑞典,1981)C-Netz

(仅在德国)Radiocom2000(仅在法国)2023/2/125第一代移动通信系统模拟传输频率调制,FDMA仅话音各种带宽:NMT:450MHzfirst900MHzlaterTACS900MHzAMPS800MHz现今在技术落后的国家仍在使用2023/2/126第二代移动通信系统4个体系GlobalSystemforMobile(GSM)DigitalAMPS(D-AMPS),USCodeDivisionMultipleAccess(IS-95)–Qualcomm,USPersonalDigitalCellular(PDC),JapanGSM是至今占统治的地位的一个最初的pan-european在全世界的发展1993年后,至今在中国快速发展仅在美国发展较慢2023/2/127第二代移动通信系统1982:欧洲GSM规范的开始(1982-1990)1983:美国AMPS的广泛发展1984:CT-1无绳电话标准(欧洲)1991:

DECT规范欧洲数字无绳电话(现今:增强数字无绳通信)~100-500m范围,120双方通信,1.2Mbit/s数据传输,话音编码,鉴别1992:GSM在全欧内实施的开始1994:DCS-18002023/2/128第二代移动通信系统GSM数字式传输Mircocell(vs.Marcocell)Digitalmodulation,TDMA基带:900MHz1800MHz(DigitalCellularSystem:DCS-1800)1900MHz(PersonalCommunicationSystem:PCS-1900,USonly)规格GSM-400(大区域)GSM-800(北美)2023/2/129第二代移动通信系统CDMAQualcomm提议专利发行主要在US,Asia使用(包括中国)CodeDivisionMultipleAccess软件容量软件转交(vs.hardHO)对抗多路径衰退,RAKE规格IS-952023/2/1302½代移动通信系统GSM的扩充HighSpeedCircuitSwitchedData(HSCSD)电路交换数据通信使用4slots(1slot=9.6or14.4Kbps)GeneralPacketRadioService(GPRS)分组交换(仅当需要时使用频谱!)拨号上网的速度EnhancedData-ratesforGlobalEvolution(EDGE)在无线电分界处可进行高速率数据传输(3x)高达384Kbps(8slots)得益于新的调制方式(8PSK)可兼容旧的GMSK2023/2/131第3代移动体系UMTS(UniversalMobileTelecommunicationSystem)ITU标准:IMT-2000(InternationalMobileTelecommunication-2000)UMTS论坛成立于1996之后3GPP论坛成立(包含大部分的标准化讨论)WidebandCDMAradiointerface但是其他的几项提议也被认为是“一致的”,包括TD-SCDMA无线电频谱:1885-2025&2110-2200MHz2023/2/132通往3G以及未来的路GPRScdma20001XCDPDTDMA(IS-136)GSMPDCcdmaOneEDGEWCDMATD-SCDMAcdma20003X?2G推向3G的第一步3G超越3G/4GUMBTD-LTELTE-FDD产业化中投入商用我近年来从事的工