第一章-移动通信概述(12.5)

移动通信原理与应用参考书1、移动通信原理与系统，啜钢、王文博等编著，北京邮电大学出版社。2、移动通信原理与应用技术，啜钢、李卫东编著，人民邮电大学出版社3、第三代移动通信，张玉艳方莉编著，人民邮电大学出版社，2009。

第一章移动通信概述移动通信的概念移动通信的发展移动通信的基本特点工作频段分类及应用系统发展趋势一、移动通信的概念移动通信系指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息交换的通信方式。包括固定点与移动体（车辆、船舶、飞机）之间、移动体之间、移动的人之间的通信，都属于移动通信的范畴。移动通信涵义的关键点就在于“动中通”，它的突出特点是移动性，主要表现在终端的移动性、业务的移动性以及个人身份（如SIM卡）的移动性上。移动通信是有线、无线相结合的通信方式无线接入有线或无线传输计算机控制

移动通信的基本概念

移动通信的范畴移动通信系统结构基站控制器基站控制器交换中心用户部分接入网部分核心网EIRVLRHLR/AUC基站基站基站基站用户用户基站的组成一个基站的构成不是单纯的由BTS组成，还要包括：铁塔天馈系统，电源设备，电池组，空调设备，传输设备，环境监控等。二、移动通信的发展先驱者：1946年第一个推出移动电话AT&T

A/D接入方式典型代表第一代（1G）模拟蜂窝系统FDMA美国AMPS系统，欧洲TACS系统第二代（2G）数字蜂窝系统TDMAGSM系统CDMAN-CDMA系统目标典型代表过渡代（2.5G）高速传输GPRS,CDMA20001X系统第三代（3G）全球漫游，高质量多媒体业务，系统容量、管理能力、保密性和服务质量均有很大改善欧洲WCDMA系统，北美CDMA2000系统，中国TD-SCDMA系统第四代（4G）高速率，各种数据话音业务，全IP，多协议，新技术目前还没有一个4G网络的标准结构技术驱动AMPSTACSNMT其它第一代80年代模拟模拟调频频分多址业务驱动GSMCDMAIS95TDMAIS-136PDC第二代90年代数字数字调制时分/码分多址第三代

IMT-2000UMTSWCDMAcdma2000TD-SCDMA宽带数字码分/时分多址二、移动通信的发展第四代2015

LTEOFDM/MIMO第一代——模拟蜂窝通信系统123121312313213123232频分复用Pre-cellular二、移动通信的发展基本的小区类型超小区：小区半径r>20km，适于人口稀少的农村地区。宏小区：小区半径r＝1～20km，适于高速公路和人口稠密的地区。微小区：小区半径r＝0.1～1km，适于城市繁华区段。微微小区：小区半径r<0.1km，适于办公室、家庭等移动应用环境。二、移动通信的发展1G代表系统：北美的AMPS（高级移动电话业务）英国TACS(全接入通信系统)北欧NMT（北欧移动电话）缺点：各系统间没有公共接口。数字承载业务难于开展。频率利用率低，无法适应大容量的要求。安全利用率低，易于被窃听。优点：采用蜂窝技术，同频复用提高系统容量，组网方便。Pre-cellular1G01110001010001100101110001010001100101110001010001100101110001010001100101110001010001100111100000001011第二代－－数字系统2G90年代登上舞台GSMCDMAIS-95TDMAIS-136PDC2G二、移动通信发展历程二、移动通信的发展2G代表系统：TDMA泛欧GSM（GroupSpecialMobile/GlobalSystemforMobileCommunications）美国D-AMPS日本PDCCDMA高通公司为首的基于IS-95的N-CDMA二、移动通信的发展优点：频谱利用率高,话音质量高容量大:比TACS高3~5倍提供窄带ISDN业务标准化程度高,开放接口:安全性高:TMSI,鉴权,加密可以与ISDN,PSTN互联可以在SIM卡基础上实现漫游缺点：数据功能差，不能支持多媒体业务。如使用GSM手机上网，理论上只能达到9.6k的上网速度。全球不同的第二代移动通信系统彼此间不能兼容，使用的频率也不一样，全球漫游比较困难。引入GPRS后,全面提升分组数据通信的速率,达到115Kbit/s,最高可达171Kbit/sPSTNISDN9.6Kbit/s2G2G115Kbit/s2.5GInternet二、移动通信的发展用户密度急剧增长数据业务需求不断提高2G系统受空中接口及网络能力的限制，难以满足市场的需求。UMTS二、移动通信的发展二、移动通信的发展

IMT-2000的主要目标和要求IMT-2000–意指工作在2000MHz频段并在2000年左右投入商用的国际移动通信系统（InternationalMobileTelecomSystem），它既包括地面通信系统也包括卫星通信系统。基于IMT-2000的宽带移动通信系统称为第三代移动通信系统，简称为3G，它将支持速率高达2Mbps的业务，而且业务种类将涉及话音、数据、图像以及多媒体等业务。二、移动通信的发展第三代IMT-2000的三大特点：无缝的全球漫游。高速传输。无缝业务传递，即在固定网、移动网和卫星网上均能互通。IMT-2000地面无线接口标准(5种)多址方式标准名称对应提案CDMAIMT-2000CDMADS欧洲的WCDMAIMT-2000CDMAMC美国的cdma2000IMT-2000CDMATDD中国的TD-SCDMA和欧洲的UTRA-TDDTDMAIMT-2000TDMASC美国的UWC-136IMT-2000TDMAMC欧洲的DECTIMT-2000的发展2000年5月，国际电信联盟-无线标准部（ITU-R）最终通过IMT-2000无线接口规范（M.1457），包括：美国电信工业协会（TIA）提交的cdma2000；欧洲电信标准化协会（ETSI）提交的WCDMA；中国电信科学技术研究院（CATT）提交的TD-SCDMA

最终形成最具代表性的IMT-2000的三种主流标准：

WCDMA，cdma2000和TD-SCDMA。

这三种标准均采用CDMA技术。IMT-2000的三种主流标准二、移动通信的发展MobileCommunicationTheory二、移动通信的发展二、移动通信的发展

图1-14G网络结构二、移动通信的发展军用→民用；低频→高频；窄带→宽带；单一业务→多业务1G→2G→(2.5G)→3G→4G我国移动通信通信系统的发展1989年：TACS1994年：GSM2001年：GPRS、IS-95CDMA

模拟网关闭2008年：3G商用建设阶段GSM网络结构BTSBSCMSCVLRHLRRadiointerfaceOSSSS#7BSSAP(BSSMAP,DTAP)SS#7TUP,ISUPSS#7MAPX25

GSM12.20SS#7ISUP,MAPBTSBTSMSCVLRBSCGPRS网络结构AuCGGSNInternetPSTNOtherPLMNSGSNGGSNNodeBNodeBIu-CSRNCIu-PSGbAGsGrGnGcCDGpIubBTSBTSBSCAbisUmUuRNCIurCS域PS域NodeBIubNbNcMGWGMSCServerMcMSCServer/VLRMcHHLRMGWGiR4系统结构

三、移动通信的特点利用无线电波进行信息传输复杂的无线传播环境导致信号衰落在强干扰环境（外部干扰+自身干扰）下工作通信容量有限有效利用频率的措施：窄带化、缩小频带间隔、频道重复利用等对移动台要求高通信系统复杂电波传播条件恶劣，存在严重的多径衰落多径传播条件：地形、地物（建筑物）……多径衰落传播的途径不同，到达接收点时的幅度和相位都不一样，移动台在行进途中接收信号的电平起伏不定可能严重地影响通话质量要求：在移动通信系统设计时，必须具有一定的抗衰落能力和储备三、移动通信的特点具有多普勒效应相对速度----相对频移要求：采用锁相技术（VCO）存在阴影（盲区）信号被吸收或反射要求：在网络规划设置基站时必须予以充分的考虑用户经常移动，与BS无固定联系要求：采用跟踪交换技术

位置登记、越区切换、漫游…三、移动通信的特点

自身干扰两个或多个信号作用在通信设备的非线性器件上，产生同有用信号频率相近的组合频率，从而构成干扰;要求：移动通信设备必须具有良好的选择性相邻或邻近的信道（或频道）之间，由于一个强信号串扰弱信号而造成的干扰;要求：移动设备中使用自动功率控制电路（APC）相同载频电台之间的干扰;要求：在组网时予以充分重视频率配置互调干扰邻道干扰同频干扰（蜂窝系统特有）三、移动通信的特点阴影效应类似于阳光受到建筑物的阻挡产生阴影一样，电磁波在传输过程中，受到建筑物的阻挡，信号只有少部分传送到接收地点，使接收信号的电平起伏变化，即产生阴影效应。多普勒效应由于移动通信常常在快速移动中进行，当移动速度达到70km/h以上时，接收信号的频率随着速度和信号入射角而变化，使接收信号的电平起伏变化，即出现多普勒效应。三、移动通信的特点远近效应由于通信用户和接收设备的距离是随机变化的，当距离近时接收信号强，当距离远时接收信号弱，距离的变化会使接收信号的电平起伏；另外，由于通信系统是在强干扰下工作的，如果距离近处的信号是干扰信号，则在接收端会发生强干扰信号压制远处弱有用信号的现象。四、我国移动通信工作频段原邮电部规定160MHz频段：138~149.9MHz 150.05~167MHz450MHz频段：403~420MHz450~470MHz900MHz频段：890~915MHz（移动台发、基站收）

935~960MHz（基站发、移动台收）800MHz频段：824~849MHz（移动台发、基站收）

869~894MHz（基站发、移动台收）IS-95CDMA第三代移动通信工作频段

第三代移动通信系统主要工作在2000MHz频段上，世界各国和地区频率分配的方式各不相同。我国第三代移动通信系统的频率规划频率范围（MHz）工作模式业务类型备注上行

1920～1980下行2110～2170FDD（频分双工）陆地移动业务主要工作频段上行1755～1785下行1850～1880FDD陆地移动业务补充工作频段1880～1920,2010～2025TDD（时分双工）陆地移动业务主要工作频段2300～2400TDD陆地移动业务补充工作频段，无线电定位业务共用上行825～845,下行870～890上行885～915,下行930～960上行1710～1755,下行1805～1850FDD陆地移动业务之前规划给中国移动和中国联通的频段，上下行频率不变1980～2010／2170～2200卫星移动业务划分标准类型使用环境海、陆、空、地下用户对象公用、专用、军用调制方式调频、调幅、调相信号性质模拟、数字工作方式同频单工、异频单工、异频双工、半双工多址方式FDMA、TDMA、CDMA组网技术大区制、小区制、移动卫星通信系统传输速率窄带、宽带、广带业务类型电话网、数据网和综合业务网覆盖范围广域网、城域网、局域网、个域网移动速率高速移动、低速移动、准移动五、移动通信的分类五、移动通信的应用系统蜂窝式公用移动通信系统集群调度移动通信系统无绳电话系统无线电寻呼系统卫星移动通信系统无线LAN/WAN1、蜂窝移动通信系统美国贝尔实验室等单位提出了蜂窝系统的概念，即将整个服务区域划分成若干个较小的区域（cell，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，许多小区像蜂窝一样能布满（即覆盖）任意形状的服务地区。此类系统主要由终端子系统、基站子系统、网络子系统以及与其他（如PSTN等）的网络相连的中继线所组成。

特点（1）有频率复用功能。（2）有越区切换功能。（3）可信道分配与小区分裂。（4）网络设备增多使系统的构成复杂。1、蜂窝移动通信系统蜂窝移动系统组成示意图1、蜂窝移动通信系统2、无绳电话系统最早美国于1973年推出的商用无绳电话CT0，俗称子母电话机，主要用于家庭，是把普通的电话单机分成座机和手机两部分，座机与有线电话网连接，手机与座机之间用无线电连接，属于单信道接入系统。

1989年，英国提出了第二代数字无绳电话系统CT2

移动终端CT-2基站市话网市话程控交换机CT2系统示意图2、无绳电话系统3、无线电寻呼系统

寻呼通信是一种单向的移动通信系统，它以广大的程控电话网为依托，采用单向的无线电呼叫方式将主叫用户的信息传送给持机用户。多区制本地寻呼网结构示意图4、集群移动通信系统集群系统使用多个无线信道为众多的用户服务，相当于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、迅速地和最佳地分配给整个系统的用户，从而在最大程度上利用了整个系统信道的频率资源。集群移动通信系统是一种特殊的用户程控交换机，其呼叫方式为PTT（PushToTalk）。集群通信系统示意图4、集群移动通信系统主要特点：（1）公用频率（2）共用设施（3）共同建网（4）共享覆盖区（5）共享通信业务（6）改善服务

4、集群移动通信系统集群移动通信系统与蜂窝移动通信系统的对比

5、移动卫星系统

卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发或反射无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。由于作为中继站的卫星处于外层空间，这就使卫星通信方式不同于其他地面无线电通信方式，而属于宇宙无线电通信的范畴。通信卫星按其运转轨道可分为运动卫星（非同步卫星）和静止卫星（同步卫星）。

用三颗卫星来实现全球覆盖5、移动卫星系统卫星通信示意图

5、移动卫星系统主要优点：(1)通信距离远，且费用和通信距离无关；(2)工作频段宽，通信容量大，适用于多种业务传输；(3)通信线路稳定可靠，通信质量高；(4)以广播方式工作，具有大面积覆盖能力而通信灵活机动；(5)可以自发自收进行监测。5、移动卫星系统6、无线局域网

无线局域网（WirelessLAN，简称WLAN），是一种利用无线方式，提供无线对等（如PC对PC、PC对集线器或打印机对集线器）和点到点（如LAN到LAN）连接性的数据通信系统。