第1章移动通信概述

移动通信原理与应用

移动通信概述发展简述特点工作频段工作方式分类及应用系统发展趋势

发展简述

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交换方式1946年，贝尔实验室造出了第一部所谓的移动通讯电话。但是，由于体积太大。60年代末期，AT&T和摩托罗拉开始研制移动电话。最初AT&T研制了一种体积很大的安在大卡车移动无线电话。AT&T的设想是，将来能研制一种移动电话，功率是10瓦，就利用卡车上的无线电设备来加以沟通。摩托罗拉向美国联邦通讯委员会提出申请，要求规定移动通讯设备的功率，只应该是一瓦，最大也不能超过三瓦。

发展简述实际GSM900MHz:5dBm~33dBm(3.16mW~2W);GSM1800MHz:0dBm~30dBm(1W);CDMAIS-95A:23dBm～30dBm(0.2W～1W);3G:-50dBm~24dBm

1973年手机注册专利(马丁•库帕)。1985年，才诞生出第一台现代意义上的、真正可以移动的电话。它是将电源和天线放置在一个盒子中，重量达3公斤，非常重而且不方便，使用者要像背包那样背着它行走，所以就被叫做“肩背电话”。与现在形状接近的手机，诞生于1987年。与“肩背电话”相比，它显得轻巧得多，而且容易携带。尽管如此，其重量仍有大约750克，与今天仅重60克的手机相比，像一块大砖头。

发展简述1991年时，手机的重量为250克左右；1996年秋，出现了体积为100立方厘米、重量100克的手机。1999年轻到了60克以下。也就是说，一部手机比一枚鸡蛋重不了多少了。手机之父马丁•库帕大哥大

发展简述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

发展简述海蒂•拉玛(奥地利人)弗里希•曼德尔乔治•安太尔1940年12月，海蒂和安泰尔将一份说明送交至国家发明家委员会。1942年8月，这项发明被授予美国专利。专利说明描述了一种引导鱼雷的通信方法：通过在每个频率上仅发送整个信息的一小部分，鱼雷能受到操纵。人们所能知道的对它最早实现是20世纪50年代中期。当时，美国海军给霍夫曼无线电公司一份专利，让它生产飞机和被称作声纳浮标设备之间的双向通信。基于无线电保密通信的“指令式制导”系统，用于自动控制武器，精确打击目标。

发展简述科技与美的完美结合在此基础上，军方研发了许多产品，其中包括一架在越南战争中使用的遥控无人驾驶飞机。冷战结束后，美军解除了对“跳频”技术的管制，允许其商业化。

1985年美国的一家名不见经传的小公司在圣迭戈成立，悄悄地研发出CDMA无线数字通信系统。这家公司就是高通。“她有一个非常惊人的专利，人们通常都想不到电影明星有什么头脑，但她确实有。”高通公司联合创始人安东尼奥

发展简述4G网络结构IP核心网网关PSTN/ISDNINTERNET路由器4GRAN（4G无线接入网）WLAN(无线局域网）4GRAN（4G无线接入网）4GRAN（4G无线接入网）网关2G、3GRAN（2G、3G无线接入网）MN(Movablenetwork)MN(Movablenetwork)MT(移动终端)MT(移动终端)MT(移动终端)MT(移动终端)

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

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相同载频电台之间的干扰互调干扰邻道干扰同频干扰（蜂窝系统特有）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-95CDMA806～821MHz和851～866MHz分配给集群移动通信；825～845MHz和870～890MHz分配给部队使用。

我国移动通信工作频段

1700～2300MHz移动业务、固定业务和空间业务1990～2010MHz用于航空无线电导航业务2090～2120MHz用于空间科学业务（气象辅助和地球探测业务，地对空方向）在不干扰固定业务的情况下，2085～2120MHz可用于无线电定位业务

1996年12月，国家无委会为了满足发展蜂窝移动通信和无线接入的需要，对2000MHz的部分地面无线电业务频率进行了重新规划，其分配方案如下：分配给无线用户环路（WLL）（FDD）的频率为1800～1900MHz和1960～1980MHz，该频率只用于公众通信网。分配给WLL（TDD）的频率为1900～1920MHz。分配给公众蜂窝移动通信1（1800MHz频段）的频率为1710～1755MHz和1805～1850MHz。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。第三代移动通信工作频段中国电信获得的频段是1920-1935MHz和2110-2125MHz，中国联通获得的频段是1940-1955MHz和2130-2145MHz，这两家运营商的3G标准都基于FDD模式。同时，中国移动获得的频段是1880-1900MHz和2010-2025MHz，其3G标准基于TDD模式，获得了35MHz频谱资源。1900～1920MHz是目前电信和网通的小灵通频段。

移动通信的工作方式单工通信双工通信半双工通信移动中继方式

单工通信单工通信通信双方电台交替地进行收信和发信。方式

同频单工双频单工

Play

双工通信双工通信通信双方均同时进行收发工作。即任一方讲话时，可以听到对方的话音。play

半双工通信半双工通信通信双方中，一方使用双频双工方式，即收发信机同时工作；另一方使用双频单工方式，即收发信机交替工作。Play

移动中继方式

目的增加通信距离基本方式单工中继双工中继

移动通信的分类按使用对象可分为民用设备和军用设备；按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信；按多址方式可分为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）等；按覆盖范围可分为宽域网和局域网；按业务类型可分为电话网、数据网和综合业务网；按工作方式可分为同频单工、双频单工、双频双工和半双工；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。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/WAN(WideAreaNetwork)集群移动通信系统集群的概念集群移动通信系统采用的基本技术是频率共用技术把一些由各部门分散建立的专用通信网集中起来，统一建网和管理，并动态地利用分配给它们的有限个频道，以容纳数目更多的用户改进频道共用的方式，即移动用户在通信的过程中，不是固定地占用某一个频道，而是在按下其“按讲开关”(PTT)时，才能占用一个频道；一旦松开PTT，频道将被释放，变成空闲频道，并允许其它用户占用该频道。集群系统的用途和特点

集群系统主要以无线用户为主，以调度台与移动台之间的通话为主。集群系统与蜂窝式通信系统在技术上有很多相似之处，但在主要用途、网络组成和工作方式上有很多差异。集群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级。蜂窝通信系统属于公众移动通信网，适用于各阶层和各行业中个人之间的通信，一般不分优先等级。集群通信系统主要采用信道动态分配方式(单工或半双工)，蜂窝通信系统采用信道固定分配方式，即把信道分配给两用户固定使用(全双工)，故当两者具有同样的信道数时，在一个区域内集群通信系统可容纳更多的用户。集群通信系统根据调度业务的特征，通常具有一定的限时功能，一次通话的限定时间大约为15~60s(可根据业务情况调整)。蜂窝通信系统对通信时间一般不进行限制。集群通信系统的主要服务业务是无线用户和无线用户之间的通信,蜂窝通信系统却有大量的无线用户与有线用户之间的通话业务。集群通信系统一般采用半双工(现在已有全双工产品)工作方式，因而，一对移动用户之间进行通信只需占用一对频率。蜂窝通信系统都采用全双工工作方式，因而，一对移动用户之间进行通信，必须占用两对频率。在蜂窝通信系统中，可以采用频道再用技术来提高系统的频率利用率；而在集群系统中，主要是以改进频道共用技术来提高系统的频率利用率的。集群通信系统主要是大区、小区覆盖；而蜂窝通信系统是小区，微小区，甚至微微小区覆盖。

集群系统的组成集群系统均以基本系统为模块，并用这些模块扩展为区域网。根据覆盖的范围及地形条件，基本系统可由单基站或多基站组成。集群系统的控制方式有两种，即专用控制信道的集中控制方式和随路信令的分布控制方式。集群网络的基本结构(a)集中控制方式PublicSwitchedTelephoneNetwork公共电话交换网络PrivateAutomaticBranchExchange专用自动小交换机集群网络的基本结构(b)分布控制方式RadioNetworkTerminal无线网络终端系统控制中心主要控制和管理整个集群通信系统的运行、交换和接续调度台。它是能对移动台进行指挥、调度和管理的设备，分有线和无线调度台两种。系统管理终端提供系统管理、时间参数、用户优先等级、修改、故障示警以及信息打印等输出。集群方式消息集群(MessageTrunking)。在消息集群系统中，每一次呼叫通话期间，一次性地分配一对无线频道，而且在通话完毕后(即松开PTT开关后)，转发器继续在该频道上工作6s左右(即脱离时间约为6s),才算完成此次接续过程。消息集群的典型呼叫格式传输集群(TransmissionTrunking)。传输集群通话中，并非始终占用某一个频道，当发话一方松开PTT时，对这一频道的占用即告结束，对方回答或本方再发话时，都要重新分配并占用新的空闲频道。亦即在通话中，每按一次PTT开关就重新占用频道一次。传输集群的典型呼叫格式准传输集群(QuasiTransmissionTrunking)。准传输集群是为了克服传输集群的缺点而提出的一种改进型集群方式，也可以看作是传输集群和消息集群的折中方案。其做法是：一方面(和消息集群相比)把脱离的时间缩短为0.5~2s;另一方面(和传输集群相比)在每次PTT松开之后增加0.5s的保持时间，然后释放频道。准传输集群的典型呼叫格式移动通信网的发展趋势

HSPA（HighSpeedPacketAccess3.5G）用户超过WCDMA截至2010年9月，全球超过96%的WCDMA网络都已升级至HSPA网络，HSPA网络成为部署的主流。移动宽带需求迅速攀升由于3G/3G增强型技术以及智能终端的逐渐普及，极大的带动了用户对移动宽带业务的需求，3G网络传输速率的提升促进了视频、下载等类移动互联网业务逐渐普及LTE(LongTermEvolution)市场正式启动根据GSA（GlobalmobileSuppliersAssociation）2010年10月的统计，已经有7个LTE商用网络，预计2012年将达到55个。不过从目前的规模来看，LTE商用网络仍停留在试商用阶段，只是小范围的热点部署，大范围覆盖的LTE网络还没有形成。移动通信网的发展趋势

预计LTE将在全球分地区分时段部署，TeliaSonera（北欧和波罗的海地区领先的通讯公司）、NTTDoCoMo、Verizone将是全球最早引入LTE的运营商；北美和东南亚地区将较早地引入LTE。日本的DoCoMo移动通信公司的第四代移动通讯（4G）在2004年8月的测试中，已经将网络的下载速率提升到1Gbps。在2006年年底进行的第4代移动通信系统(4G)外场试验中，创下每秒5吉比特的最大下行速率纪录。在2010年上海世博会上，中国移动搭建的TD-LTE演示网覆盖世博园全园5.28平方公里，在世博园区内共建有TD-LTE室外站17个，覆盖上海世博会园区的9个室内场馆，该演示网实际能够达到的最高数据传输速度，下行为100Mb/