移动通信：1-1 移动通信的发展历程和发展方向

移动通信

MobileCommunications

“移动通信”课程简介课程性质：专业课课程目的：使学生掌握移动通信系统基本原理、基本概念及基本技术。课程内容：课程以现代蜂窝移动通信系统为背景，讲述移动信道中的电波传播特性、抗衰落技术、调制技术、多址方式及系统组网技术等。先修课：现代通信原理、程控交换技术使用教材:郭梯云等编，移动通信，西安电子科技大学出版社参考书目：[1]LeeCY.，MobileCommunicationEngineering，McGraw-Hill[2]蒋同泽，现代移动通信系统，电子工业出版社[3]TheodoreS.Rappaport，WirelessCommunications,PrinciplesandPractice,SecondEdition，电子工业出版社,2004年[4]JochenSchiller，MobileCommunications,高等教育出版社,2004年2023/2/6信息与通信工程系4内容安排第一章概论第三章移动信道的传播特性第四章抗衰落技术第五章组网技术第六章频分多址（FDMA）模拟蜂窝网第七章时分多址（TDMA）数字蜂窝网复习考试2023/2/6信息与通信工程系5第一章概论1.1移动通信的发展历程和发展方向1.2移动通信的定义及主要特点1.3移动通信系统的分类

1.4常用移动通信系统

1.5移动通信的基本技术

1.6移动通信的标准2023/2/6信息与通信工程系62023/2/6信息与通信工程系6生活中，无处不在的(移动)通信系统

WiFi、微信、微博、短信、蓝牙(耳机/键盘/鼠标)、（无绳）电话、手机、互联网、电视、广播…通信的基本任务和目标2023/2/6信息与通信工程系7

构成社会的三大基本要素：物质、能量和信息物质---交通网能量---电力网信息---通信网（信息的传输和交换）信息交流和传递方式：表情、动作

---远古时代语言、文字、烽火台、旌旗、旌鼓、信号灯

---近代电通信---

现代1.1

移动通信的发展历程和发展方向2023/2/6信息与通信工程系8通信的目标：个人通信(PCN:PersonalCommunicationNetworks)---5W

任何人(Whoever)

任何时候(Whenever)

任何地方(Wherever)

与另一个人(Whomever)

任何方式(Whatever)1.1

移动通信的发展历程和发展方向2023/2/6信息与通信工程系9个人通信(PCN)：任何人在任何时间、任何地点与任何人其他人以任意方式进行的通信。

“任何时间”要求支持动中通:无线通信是前提

“任何地点”

要求无缝覆盖:传输能力有限

“任何人”要求支持巨大用户量:频谱资源有限

“任何方式”要求多媒体:处理能力有限1.1

移动通信的发展历程和发展方向个人通信的概念2023/2/6信息与通信工程系10

移动通信技术是实现个人通信的重要基础！1.1

移动通信的发展历程和发展方向2023/2/6信息与通信工程系111.1

移动通信的发展历程和发展方向移动通信技术从其诞生到现在，经历了1G、2G、3G、4G、5G的发展过程。2023/2/6信息与通信工程系121.1

移动通信的发展历程和发展方向2023/2/6信息与通信工程系13

第一代移动通信系统（1GFirstGeneration）2023/2/6信息与通信工程系141880年赫兹首次进行无线通信实验；1897年马可尼进行海上无线通信（岸站与驳船之间，距离为18英里）；1921年美国底特律（Detroit）警察局首次将无线电台装在外出巡逻车上，2MHz、单向调度（车台只接收）；1930年纽约（NewYork）警察局将无线电台装在外出巡逻车上，双向电台、2MHz、无中心；1946年美国圣路易斯市首先建立人工转接小容量汽车电话系统，以基地台为中心、大区制、FM、

150MHz、单工方式；1964年美国的改进电话系统IMTS（ImprovedMobileTelephoneServices）系统开通，150MHz（MJ系列）、半双工、自动转接；1969年IMTS系统扩展到450MHz（MK系列），成为美国移动电话标准。1.1.1第一代移动通信系统（1G）2023/2/6信息与通信工程系15IMTS系统：单个基站覆盖整个服务区。IMTS动画演示1.1.1第一代移动通信系统（1G）---大区制系统大区制电话系统IMTS

存在问题：容量不足

2023/2/6信息与通信工程系161.1.1第一代移动通信系统（1G）

1969年美国贝尔实验室提出蜂窝移动通信系统的概念，并开始研制小区制蜂窝汽车移动电话系统

AMPS（AdvancedMobilePhoneService）1978年AMPS系统研制结束1979年AMPS系统在芝加哥实验成功1983年AMPS系统投入商用

AMPS系统的出现标志着第一代移动通信系统（1G）的诞生!蜂窝移动通信系统核心：多小区、频率复用频率复用优点：

提高频谱效率,提高系统容量2023/2/6信息与通信工程系171.1.1第一代移动通信系统（1G）模拟蜂窝网移动电话系统结构（1G）

2023/2/6信息与通信工程系18蜂窝网移动电话系统结构1.1.1第一代移动通信系统（1G）2023/2/6信息与通信工程系19上节课程内容小结大区制

一个基站覆盖整个服务区，系统容量受限。小区制(蜂窝移动通信系统)优点:

频率复用，提高频谱效率

复用以区群（由使用不同频率的相邻小区构成）为单位进行；频率复用系数：1/N不足:同频干扰(频率复用)越区切换结构复杂2023/2/6信息与通信工程系20蜂窝网移动电话系统问题：同频干扰(频率复用)越区切换1.1.1第一代移动通信系统（1G）结构复杂蜂窝移动通信系统核心：多小区、频率复用频率复用优点：

提高频谱效率,提高系统容量2023/2/6信息与通信工程系211.1.1第一代移动通信系统（1G）蜂窝网移动系统中区群概念频率复用系数：1/N区群：频率复用单元，由使用不同频率的相邻小区构成。有效性（频率复用系数)可靠性(同频干扰)2023/2/6信息与通信工程系221.1.1第一代移动通信系统（1G）蜂窝系统的频率复用再用距离2023/2/6信息与通信工程系231.1.1第一代移动通信系统（1G）蜂窝系统中的越区切换2023/2/6信息与通信工程系241.1.1第一代移动通信系统（1G）

其他1G系统包括：（英）TACS（TotalAccessCommunicationSystem）（法）RadioComm2000(MobilePhoneinFrance)（德）C-450(MobilePhoneinGermanyandPortugal)（北欧四国（瑞典、挪威、芬兰、丹麦））

NMT450/900(NordicMobileTelephon450/900)（日）NTT(NipponTelephoneandTelegraph)2023/2/6信息与通信工程系251.1.1第一代移动通信系统（1G）第一代蜂窝移动通信系统的特点：

1）采用模拟方式（话音以FM方式调制，

FDMA多址方式）；

2）以国家为主制定标准（先有设备，后有标准），多而复杂，各系统间没有公共接口，互不相容，无法实现国际漫游；

3）无法与固定网向数字化推进相适应，数据业务很难开展；

4）频谱利用率低，无法适应大容量的需求（模拟方式时信噪比要求高）；

5）安全保密性差，易被窃听，易被并机。2023/2/6信息与通信工程系26

第二代移动通信系统（2G）2023/2/6信息与通信工程系271.1.2第二代蜂窝移动通信系统（2G）80年代初欧洲电信运营部门发现5-6种模拟制式，格局四分五裂，形不成规模。1982年北欧四国（瑞典、挪威、芬兰、丹麦）建议，欧洲电信管理协会上CEPT（ConferenceofEuropeanPostandTelecommunicationAdministration）成立GSM（GroupSpecialMobile,特别移动小组）专题小组。1986年GSM专题小组在法国巴黎进行现场验。1987年确定泛欧GSM标准。

GSM900---GlobalSystemforMobileCommunications

（全球移动通信系统）

DCS1800---DigitalCellularSystem1800

（1800MHz数字蜂窝系统）2023/2/6信息与通信工程系28GSM的出现标志着第二代移动通信系统（2G）的诞生!

由于GSM标准的开放性，世界上许多著名的通信公司都在生产和提供GSM系统设备，因而系统获得了广泛的应用，取得了巨大的商业成功！（目前，全球共212个国家和地区400多家运营商使用GSM系统，GSM用户近30亿(欧洲6.5亿)，占总移动用户的80%）1.1.2第二代蜂窝移动通信系统（2G）2023/2/6信息与通信工程系291.1.2第二代蜂窝移动通信系统（2G）其他的2G系统包括：（美）D-AMPS（日）JDC（美）Q-CDMA（Qualcomm，1989年）1990年D-AMPS被EIA（ElectricalIndustryAssociation）颁布为IS-54标准1992年Q-CDMA被EIA颁布为IS-95标准2023/2/6信息与通信工程系301.1.2第二代蜂窝移动通信系统（2G）数字蜂窝移动通信网结构

2023/2/6信息与通信工程系311.1.2第二代蜂窝移动通信系统（2G）模拟蜂窝移动通信网结构

2023/2/6信息与通信工程系32MS MobileStation 移动台

TETerminalEquipment终端设备

BSS BaseStationSubsystem 基站子系统

BSC BaseStationController 基站控制器

BTS BaseTransceiverStation 基站收发台

NSS NetworkSubsystem 网络交换子系统

MSC Mobile-servicesSwitchingCentre移动交换中心

AuC AuthenticationCentre 鉴权中心

HLR HomeLocationRegister 归属位置寄存器

VLR VisitorLocationRegister 访问位置寄存器

EIR EquipmentIdentityRegister 设备标识寄存器

OMCOperationManagementCenter

操作维护中心1.1.2第二代蜂窝移动通信系统（2G）2023/2/6信息与通信工程系33第二代数字蜂窝移动通信系统（2G）特点：

1)先有标准，后有设备；2)安全保密性好；3)适应固定网的数字化发展；4)数字方式传输，系统容量提高（TDMA多址方式）。

理论上，FDMA和TDMA方式具有相同的频谱利用率，但数字方式可采用信道编码、交织、

均衡等技术，故可在相同的通信质量要求下，降低同频复用的信噪比要求，从而提高频率复用次数。

1.1.2第二代蜂窝移动通信系统（2G）2023/2/6信息与通信工程系34蜂窝网移动系统中区群概念频率复用系数1/N1.1.2第二代蜂窝移动通信系统（2G）2023/2/6信息与通信工程系351.1.2第二代蜂窝移动通信系统（2G）

GSM标准的3个阶段

phaseone（第一阶段，1988年春开始，92年底结束）

phasetwo（第二阶段，1993年底完成，设备于94/95进入市场）

phase2+

（1994年6月开始）。phase2+

标准最后还将并入phasetwo阶段标准。

制定标准时考虑兼容性要求（前向兼容）。

GSM标准中各阶段的差异主要表现在GSM系统提供的补充业务上。2023/2/6信息与通信工程系36

第三代移动通信系统（3G）2023/2/6信息与通信工程系37

1985年，ITU（InternationalTelecommcationsUnion,国际电信联盟）针对当时移动通信系统在不同网络之间无法实现漫游，提出了第三代移动通信系统（3G）方案，称为FPLMTS（FuturePublicLandMobileTelecommunicationSystem—未来公用陆地移动通信系统）。1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

Why3G?2023/2/6信息与通信工程系38通信的目标：个人通信(PCN:PersonalCommunicationNetworks)---5W

任何人(Whoever)

任何时候(Whenever)

任何地方(Wherever)

与另一个人(Whomever)

任何方式(Whatever)1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系39

ITU提到UPT（UniversalPersonalTelecommunication）含义：

UPT允许在个人移动的情况下获得电信业务。它能使一个UPT用户享用一组由用户规定的预定业务，并利用一个对网络透明的UPT个人通信号码(PTN---PersonalTelecommunicationNumber)，跨越多个网络，在任何地理位置的任何一个固定的或移动的终端上发起或接收呼叫。它只受终端和网络能力以及网络经营者的规定所限制。1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

个人通信的概念（1）2023/2/6信息与通信工程系40

移动通信技术是实现个人通信的重要基础！移动通信的根本特征是移动性（Mobility）。移动性的两种含义：终端移动性（TerminalMobility

）通信到终端；个人移动性（PersonalMobility）通信到个人。1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系41

个人通信的实现途径（1）规划、设计和建设一种覆盖世界范围内的全新个人通信网。（2）选择现有的某一种移动通信网络进行扩充和改造，使其成为遍及全球、功能齐全和适应各种运行环境的个人通信网。

¤

由蜂窝移动通信系统演进而来

¤

由无绳电话系统扩展而来；

¤

由卫星移动信系统发展而来。（3）综合利用现有各种通信系统发挥各自优点，统一标准，互联互通，实现个人通信目标。1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系42

个人通信的概念（2）个人通信(PCN)：任何人在任何时间、任何地点与任何人其他人以任意方式进行的通信。

“任何时间”

要求支持动中通:无线通信是前提

“任何人”

要求支持巨大用户量:频谱资源有限

“任何地点”要求无缝覆盖:传输能力有限

“任何方式”

要求多媒体:处理能力有限1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系43

·

全球化提供全球海、陆、空三维无缝覆盖，支持全球漫游业务。

·

综合化

提供语音和非语音业务，特别是多媒体业务。

·

个人化

足够的系统容量，强大的多种用户管理能力，高保密性能和服务质量（移动网和固定网相同，话音质量与ADPCM32Kbps相当）。1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

3G的目标2023/2/6信息与通信工程系441991年

ITU正式成立了ITU–RTG8/1任务组，专门负责第三代移动通信系统标准的制定工作。1992年世界无线电管理大会（WARC）分配给

FPLMTS使用频段为：1885-2025MHz(140M)

和2110-2200MHz(90M)，共计230MHz。1996年ITU将3G改名为IMT2000（InternationalMobileTelecommunicationsSystem—国际移动通信系统2000）。

(InternetMobile/MultimediaTelecommunication)

其中，2000的含义为该系统工作在2000MHz（1.8-2.3GHz）频段；在2000年前后投入商用；系统最高传输速率为2000Kbps。1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系45

1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系46

3G频谱（WARC2000会议后）1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系47上节课程内容小结小区制(蜂窝移动通信系统)优点:频率复用，提高频谱效率复用以区群为单位进行；频率复用系数：1/N有效性（频率复用系数);可靠性(同频干扰)不足:同频干扰(频率复用)越区切换结构复杂1G/2G的特点2023/2/6信息与通信工程系481996年3月ITU-RTG8/1在巴西召开的第16次会议上，提出“IMT-2000家族”概念。（一流企业卖标准，二流企业卖品牌，三流企业卖产品）1997年3月ITU

向各成员国征集IMT2000系统RTT

（无线传输技术）空中接口技术侯选方案。1998年6月10个地面移动通信系统方案经合并、融合为同步CDMA（FDD/TDD）cdma2000

和异步CDMA（FDD/TDD）WCDMA两个标准。1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系49

1999年11月5日ITU-RTG8/1最后一次会议在赫尔辛基结束，通过第三代移动通信系统标准，并将规范建议正式提交给2000年5月召开的世界无线电大会。我国提出的TD-SCDMA标准建议也被国际电信联盟正式采纳为IMT-2000系列标准之一。1、以TDMA为基础的两种：DECT、UWC-1362、以CDMA为基础的八种：WIMSW-CDMA、

TD-SCDMA、W-CDMA、CDMAII、

UTRA、NA:W-CDMA、CDMA2000、CDMAI3、用于卫星系统的五种：SAT-CDMA、SW-

CDMA、SW-CTDMA、ICO-RTT、Horizons1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

其中包括2023/2/6信息与通信工程系501.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系51最后,形成IMT-2000三种主流标准：

1.WCDMA：欧洲ETSI提出，核心网基于

GSM网络

2.cdma2000：美国TIA提出，核心网基于

IS-95网络

3.TD-SCDMA：我国CATT提出，时分双工（TDD）、同步技术、软件无电技术、智能天线两个协调组织：3GPP（ThirdGenerationPartnershipProjects），负责协调WCDMA。3GPP2（ThirdGenerationPartnershipProjects2），负责协调cdma2000。1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系523GPP成员：ETSI、（日）ARIB、（韩）TTA、（美）TIA及（中国）CCSA3GPP2成员：TIA、ARIB、TTA及CCSAITU（国际电信联盟）负责和领导IMT-2000标准化的研究工作。1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系53IMT-2000系统的总体结构1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系54

1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系55

1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系56

1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系57

1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系58

1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系59

1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系60

1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系61移动通信的传输方式单工方式（Simplex）

双工方式(FullDuplex)

半双工方式(HalfDuplex)传输方式：2023/2/6信息与通信工程系62移动通信的传输方式单工方式同频单工异频单工2023/2/6信息与通信工程系63双工方式移动通信的传输方式2023/2/6信息与通信工程系64移动通信的传输方式

频分双工(FDD)

FrequencyDivisionDuplex

时分双工（TDD）

TimeDivisionDuplex双工方式:2023/2/6信息与通信工程系65FrequencyDivisionDuplex(FDD):

ULbandseparatedfromDLbandDDDDDDDUResources:FrequencyDivisionDuplex(FDD)

U:UplinkD:Downlink2023/2/6信息与通信工程系66TDDAdvantagesUnpairedbandneededNoneedforpairedbandswithspecificduplexspacingSpectrumefficiencyisoptimisedbyadaptationtousertrafficdemandULandDLusesthesamecarrierfrequency,soradiopropagationissymmetricTimeDivisionDuplex(TDD)ULbandsameasDLbandDUDDDDDDTimeDivisionDuplex(TDD)U:UplinkD:Downlink2023/2/6信息与通信工程系67

使用各种频率资源，不需要成对频率；适用于不对称上下行数据传输，特别适用于IP型数据业务；上下行工作于同一频率，对称的电波传播特性使之便于使用诸如智能天线等新技术，达到提高性能、降低成本的目的；系统设备成本较低，比FDD系统低20%-50%。和FDD系统比较，TDD系统主要问题在终端的移动速度和覆盖距离等方面受限。(思考题)TDD系统特点1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系68移动通信的传输方式半双工方式(HalfDuplex)思考题:为什么半双工方式会比全双工方式节省频谱?2023/2/6信息与通信工程系692002年10月23日TD-SCDMA频谱规划(信产部)1880-1920MHz、2010-2025MHz及2300-2400MHz共计155MHz中移动：1880-1900MHz和2010-2025MHz

共35MHz小灵通：1900-1920MHz(2011年底前完成清频退网)1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系70

WCDMA：扩频码速率为3.84Mchip/s、载波带宽为

5MHz、基站间同步是可选的、FDD模式cdma2000：扩频码速率为1.2288Mchip/s、载波带宽为

1.25MHz、基站间同步是必需的，需要全球定位系统（GPS）、FDD模式TD-SCDMA：扩频码速率为1.28Mchip/s，载波带宽为

1.6MHz，基站间必须同步，TDD模式。三种技术标准的比较1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系711.1.3第三代移动通信系统IMT-2000（3G）第3代移动通信朝个人通信方向迈进了一大步。IMT-2000移动通信系统的性能为：

●话音质量相当于公共交换电话网（PSTN）的质量；●满足移动高比特率、可半变速率的需求；

●支持电路和分组交换数据业务；

●自适应无线接口技术，支持上下链路不对称需求；

●良好的兼容性能。

2023/2/6信息与通信工程系72

3G的特点

●频谱利用率高；

●支持各类移动通信终端；

●可灵活增添新业务和技术。

3G成功的关键与2G系统良好的前向兼容性以解决两代系统之间的转接问题，保护大多数运营商及用户的利益，并充分地利用已有的通信网络资源。1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系73对无线传输技术（RTT）提出以下要求：·

高速传输以支持多媒体业务：

1．室内环境（固定环境）至少2Mbps

2．室内外步行环境至少为384Kbps

3．室外车辆运动中至少为144Kbps

4．卫星移动环境至少为9.6Kbps

·

传输速率能按需分配。

·上下行链路能适应不对称需求。

1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系741.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系752004年11月全球发放3G许可证131张，82家运营商在40个国家部署了3G网络，其中65家推出了cdma20001X服务、17家推出了WCDMA服务；信产部组织实施了全球规模最大的3G技术网络实验。2005年

3G全球用户超过1.28亿，46个国家的104个运营商开始了3G商用，3G在香港、台湾也取得了不错的进展。2008年中国4月1日起在京津沪等8大城市启动TD-SCDMA网络社会化业务测试。(奥运会主要场馆)3G的商用情况1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系762009年1月7日中国发放3G牌照1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

中国电信cdma2000中国移动

TD-SCDMA中国联通

WCDMA2023/2/6信息与通信工程系77关于3G的观点1.肥了设备商、亏了运营商；（运营商投资近3000亿/年）

2.2G尚未饱和，3G需求有限；

3.3G技术已经过时；

4.已有3G运营商至今未赢利。和黄：拥有英国、爱尔兰、奥地利、意大利、瑞典、挪威、丹麦，以色列、中国香港，澳大利亚等10个国家和地区的3G牌照。业绩情况：旗下全球3G用户总人数超过1590万，亏损16.05亿港元。（2007年6月）1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系783G业务:通信类、娱乐类、资讯类、移动互联网类。（１）话音业务。（２）视频业务(可视电话)。

1.通信类业务

通过3G终端的摄像装置以及3G网络高速的数据传输，电话两端的用户可以看见彼此的影像，从而实现对话“面对面”实时交流。

1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系79(1)音乐、影视的点播业务。

(2)图片、铃声下载。

(3)手机电视。２.娱乐类业务３.资讯类业务（１）新闻类资讯。（２）便民类资讯。4.移动互联网类

(1)网页浏览。

(2)电子邮件业务。(3)利用互联网监控家居。1.1.3第三代蜂窝移动通信系统（3G）

2023/2/6信息与通信工程系80

第四代移动通信系统（4G）2023/2/6信息与通信工程系811.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望*高速数据传输业务成为业务的重点；*高速数字业务成为3G的性能瓶颈；*3G无法提供真正意义上的高速数据业务，且高速数据业务的存在严重影响系统的容量和稳定性；*在CDMA结构下提供高速数据业务需克服更大的干扰；

提供高速率数据业务网络结构设想：后三代移动通信系统（Beyond3G），第四代移动通信系统(4G)Why4G?2023/2/6信息与通信工程系821.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望ITU-R建议不要使用“第四代”的说法，而采用“IMT-2000的增强系统（EnhancementofIMT--2000）”或“后IMT-2000系统(SystemsBeyondIMT—2000IMT--Advanced

)”的说法。4G的目标：提高移动装置无线访问互联网的速度。具有非对称的超过2Mbps的数据传输能力。4G系统将是多功能集成的宽带移动通信系统，是宽带接入IP系统。2023/2/6信息与通信工程系832G特点3G发展历程IMT-2000三大主流标准：

1.WCDMA：欧洲ETSI提出，核心网基于GSM网络

2.cdma2000：美国TIA提出，核心网基于IS-95网络

3.TD-SCDMA：我国CATT提出，时分双工（TDD）、同步技术、软件无电技术、智能天线

两个协调组织：3GPP（ThirdGenerationPartnershipProjects），负责协调WCDMA。3GPP2（ThirdGenerationPartnershipProjects2），负责协调cdma2000。传输方式：单工方式、双工方式(FDD、TDD)、半双工方式上节课主要内容(1)2023/2/6信息与通信工程系84上节课主要内容(2)3G的特点3G成功的关键3G的商用情况2G向3G系统演进的方式第四代移动通信系统（4G--IMT—Advanced）

TD—LTE—Advanced

（LongTermEvolution）

FDD--LTE—AdvancedIEEE802.16mWimax2023/2/6信息与通信工程系851.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望IMT—Advanced:TD---LTE—Advanced（LongTermEvolution）LTE---FDD—AdvancedIEEE802.16mWimax2013年4G牌照发放(12月4日,工信部向中国移动、中国联通及中国电信发放TD-LTE经营许可)2014年4G牌照发放(6月27日,工信部向中国联通及中国电信发放LTE-FDD试验网许可)

2015年4G牌照发放(2月27日,工信部向中国联通及中国电信发放LTE-FDD经营许可)2023/2/6信息与通信工程系861.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望

*传统的语音和短信息业务；*高达100~1000Mbps的高速数据业务；*常用的Internet业务，如WWW、高速下载和电子邮件等；*在线交易以及移动电子商务E-BUSINESS；*位置服务；*公司数据库接入；*广播，以及多点、多组数据传输。4G业务2023/2/6信息与通信工程系871.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望4G的特点全集成业务统一的无线接入自组网络软件依赖性基于路由的全IP网络动态支持各种传输类型、空中接口、终端类型、无线环境、QoS类型和各种移动模式虚拟归属环境（VHE，VirtualHomeEnvironment）高速、高效的空中接口和接入网结构多种用户设备2023/2/6信息与通信工程系881.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望4G的网络结构集成和高效核心网采用全IP平台，各种类型的接入网通过多媒体网关接入核心网多种无线接入方式，并且提供多种业务模式和终端模式的接入在VHE协调下，用户可以透明地接入任何业务允许的接入网，由接入网自主地进行业务和资源管理。多模接入、网内网间的平滑快速切换2023/2/6信息与通信工程系891.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望4G的网络结构2023/2/6信息与通信工程系90关键技术OFDM技术：

OFDM---OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交频分复用技术MIMO技术：

MIMO---MultipleInputandMultipleOutput，多输入多输出技术软件无线电技术：将标准化、模块化的硬件功能单元经过一个通用硬件平台，利用软件加载方式来实现各种类型的无线电通信系统的一种具有开放式结构的新技术。智能天线技术、功率控制、多用户检测技术1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望2023/2/6信息与通信工程系911.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望OFDM技术

多载波传输系统(MCM,MulticarrierModulate)

单载波传输系统中,一次衰落或干扰可导致整个传输链路的失效。

在频域内将给定的信道分成N个窄的正交子信道，在每个子信道上对子载波进行调制，各子载波并行传输。

将待传输的高速数据流分解为N个低速数据流。每个子载波传输的数据率是单载波的1/N。多载波系统具有较高的抗衰落或干扰能力。2023/2/6信息与通信工程系921.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望传统的FDM方式3dB复用方式OFDM方式

传统的FDM方式

3dB复用方式

OFDM方式子载波的设置方式2023/2/6信息与通信工程系931.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望OFDM方式2023/2/6信息与通信工程系94

OFDM的频谱示意图1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望2023/2/6信息与通信工程系951.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望串并转换高速数据调制调制调制cosw1tcosw2tcoswNt…相加解调解调解调并串转换cosw1tcosw2t…coswNtOFDM技术原理框图

2023/2/6信息与通信工程系96OFDM实现调制与解调不同于传统的调制方式，而是通过FFT的正、逆变换实现的，系统实现的复杂度不高。1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望OFDM技术特点

各子载波互相正交各子载波的频谱有1/2的重叠比FDM系统节省一半带宽可有效地克服信道频率选择性的影响，减少ISI对系统性能的影响。OFDM技术实现过程2023/2/6信息与通信工程系97较大的峰均功率比

PAPR，PeaktoAveragePowerRatio

PAPR最大值为N(10lgNdB)载频偏移(ICI)OFDM应用中的问题1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望

在进行系统设计时，如何合理地选取调制制式与参数分配来制约这两大因素的影响是需要考虑的主要问题。2023/2/6信息与通信工程系981.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望MIMO系统：MultipleInputandMultipleOutputSISO系统：Single-InputSingle-Output

发射接收2023/2/6信息与通信工程系991.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望SIMO系统：Single-Input

Multiple-OutputMISO系统：Multiple-InputSingle-OutputBSMS2023/2/6信息与通信工程系1001.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望MIMO系统：MultipleInputandMultipleOutputMSBSMIMO系统容量与收发两端天线数量成正比。2023/2/6信息与通信工程系101

语音

天线/RF段高速处理段

低速处理段

DDC-数字下变频DUC-数字上变频软件无线电结构简图宽带/多频段天线RF部分A/D/ADDCDUC高速DSP专用可编程处理器低速DSP其它终端软件无线电技术1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望2023/2/6信息与通信工程系102

基于天线阵列原理，利用天线阵的波束赋性产生多个独立的波束，并自适应的调整波束方向来跟踪每一个用户，达到提高信号干扰噪声比(SINR

)，增加系统容量的目的。1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望智能天线（SmartAntenna

）基本概念2023/2/6信息与通信工程系103MinimizinginterferenceofotherusersMaximizingenergyofdesireduserSmartAntennaGoals1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望2023/2/6信息与通信工程系104

1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望2023/2/6信息与通信工程系105 weightsRFamplifierAnantennaarray

Coherenttransceivers(likechoir)

AdvancedDSPalgorithmSmartAntennaStructure1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望2023/2/6信息与通信工程系106Foruplink:

GreatlyincreasereceiversensitivityMinimise

co-channelinterferenceHighercapacity

IncorporateeffectivelymultipathcomponentFordownlink:

Reduceinterferenceto

co-channelUEReduceoutputpowerrequirementHighercapacity

Especiallyapplicable

toTDDsystems

(UL/DLreciprocal)SmartAntennaAdvantage1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望2023/2/6信息与通信工程系107智能天线的作用提高SINR，改善通信质量增加系统容量，提高用户数量提高频谱利用率扩大通信覆盖区域降低基站发射功率自动跟踪用户信号，位置定位减小用户发射功率，提高电池寿命抗干扰，抗衰落，抗多径1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望2023/2/6信息与通信工程系108PowerControlIntroductiont

PowertPowertPowerReceivedsignalReceivedsignalIdealPowerControlWithPowerControlWithoutPowerControl1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望2023/2/6信息与通信工程系109Improvethefadingstatisticsfortheregardedsignal(ULandDL)Reducetheintercellinterferenceinthenetwork(ULandDL)Reducethepowerconsumptionofthetransmitter(mainlyofrelevancefortheUEintheUL)Minimisetheeffectofintracellinterferencefromotherusersofthesamecell(mainlyUL,butalsoDL)PowerControlAdvantage1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望2023/2/6信息与通信工程系110

2G向3G系统演进的方式2023/2/6信息与通信工程系111

背景第二代移动通信系统拥有庞大的基础硬件设施和众多移动用户，要求3G由2G平滑演进来实现。WCDMA标准由GSM演变而来，是IMT-2000

（3G）家族成员之一。我国拥有世界上最大的GSM网络，移动用户规模在全球居首位，因而研究GSM网络向IMT-2000系统过渡期间的演进方案是十分必要的。1.1.52G向3G系统演进的方式2023/2/6信息与通信工程系112

1.1.52G向3G系统演进的方式2023/2/6信息与通信工程系1131.1.52G向3G系统演进的方式2023/2/6信息与通信工程系1141.1.52G向3G系统演进的方式2023/2/6信息与通信工程系115最高时隙传输速率每时隙接入速率时隙数阶段2Mbps

第三代分组数据业务384Kbps48Kbps1-8EDGE171.2Kbps21.4Kbps1-8GPRS57.6Kbps14.4Kbps1-4HSCSD1.1.52G向3G系统演进的方式2023/2/6信息与通信工程系116CSD(CircuitSwitchedData,电路交换数据)GSM系统基本承载电路交数据业务,速率9.6KbpsHSCSD（HighSpeedCircuitSwitchedData,

高速电路交换数据）时隙接入速率14.4Kbps,1-4个时隙捆绑,最高速率57.6KbpsGPRS(GeneralPacketRadioServices,

通用无线分组业务)

时隙接入速率为21.4Kbps,1-8个时隙捆绑,,最高速率171.2KbpsEDGE（EnhancedDataRatesforGSMEvolution,

增强型通用无线分组业务）时隙接入速率48Kbps,1-8个时隙捆绑,最高速率384Kbps第三代分组数据业务阶段,最高速率2Mbps。1.1.52G向3G系统演进的方式2023/2/6信息与通信工程系117CSD、HSCSD电路交换型数据业务GPRS、EDGE、第三代数据业务,分组交换型数据业务。

HSCSD的实现只需对GSM系统进行软件升级,硬件系统无需改变,实现简单,但由于其电路型特性,长时间的呼叫建立和多时隙的捆绑必将造成无线资源的巨大浪费,产品的生命周期不会太长,难以满足中国GSM市场的需求。EDGE虽然可将速率提高到384Kbps,但从GPRS和3G的发展来看,其短暂的生存时间使得软硬件投资回收率低,也不适合中国国情。因此,目前通信系统运营商们对HSCSD及EDGE阶段都持否定态度.在我国由于移动通信网以GSM系统为主,并已做到了全国覆盖,根据我国数据通信的发展状况,一般认为移动数据通信的发展分为三步,即:GSM(2G)---GPRS(2.5G)---3G。1.1.52G向3G系统演进的方式2023/2/6信息与通信工程系118GSMGPRSUMTSIu-CSIu-CSIu-PSIu-PSIubRNCNodeBNodeBRNSIurIubRNCNodeBNodeBRNSVLRMSCVLRMSCAEGMSCPSTNAbisBSCBTSBTSBSSPSTNPSTNGEIRFHLRAUCDCHGsSGSNAbisBSCBTSBTSBSSGbGGSNGnGpPDNotherPLMNGiGfGrGc1.1.52G向3G系统演进的方式2023/2/6信息与通信工程系119GMSCGatewayMSC 移动交换中心网关

GPRSGeneralPacketRadioService通用分组无线业务

GGSNGatewayGPRSSupportNodeGPRS网关支持接点SGSN ServingGPRSSupportNodeGPRS服务支持接点AN AccessNetwork 接入网CNCoreNetwork 核心网RAN RadioAccessNetwork 无线接入网 RNC RadioNetworkController无线网络控制器

RNS RadioNetworkSubsystem 无线网络子系统UMTS UniversalMobileTelecommunicationSystem

通用移动通信系统

1.1.52G向3G系统演进的方式2023/2/6信息与通信工程系120UMTS（UniversalMobileTelecommunicationSystem,WCDMA）的阶段标准：R99、R4、R5、R6R99：Release99，1999年12月完成第一版本，每3个月修正一次，现已完全稳定。R4：Release4，2001年3月冻结，每3个月修正一次，现已基本稳定。R5：Release5，2002年6月完成第一版本，每3个月修正一次。R6：Release6，2003年12月完成第一版本，每3个月修正一次。最后发布期将在2004年9月或更晚些时候。

“冻结”的意思是只允许进行必要的修正而推出修订版，不再添加新功能。1.1.52G向3G系统演进的方式2023/2/6信息与通信工程系121

R99是3GPP制定的标准第一个版本，并且无论在技术的完备性和产业化程度上都是最成熟、最稳定的版本，被3GPP通过后每三个月更新一次，2001年3月的版本作为商用版本，其后的更新版本将能与之后向兼容。核心网的电路交换已经演进为电路交换和分组交换相结合，从业务角度来说，核心网的变化有利于向用户提供数据业务。

R99标准充分体现了2G向3G平滑演进的原则。1.1.52G向3G系统演进的方式R99标准特点2023/2/6信息与通信工程系122完成了由我国提交的TD-SCMDA技术在3GPP

的标准化工作。将核心网部分的电路域（CS）的承载与控制分开（将MSC分为MSCServer

和MGW），这是3G核心网迈向全IP的第一步，也是R4标准最重要的特征。1.1.52G向3G系统演进的方式R4标准特点（1）2023/2/6信息与通信工程系123

R4标准特点（2）主导思想是将传输、控制和业务分离，使

IP化从核心网逐步延伸到无线接入网和中继。可提供的业务更趋向于实时和多媒体化，并且在多样化方面也有了较大的进展。1.1.52G向3G系统演进的方式2023/2/6信息与通信工程系124

R5标准特点真正意义上的关于全IP网络的版本最主要的特点：引进了高速下行包接入HSDPA技术；支持

UTRAN/CN中的全IP传输及IP多媒体子系统IMS业务；无线接入网络部分定义了采用IP传输的可选方式，并可实现与

ATM之间的互通网络结构划分趋向于功能的划分1.1.52G向3G系统演进的方式2023/2/6信息与通信工程系125R6标准特点内容上的改进：CS第二阶段增强、媒体广播与多播业务、用户信息类GUP、LAN、语音识别和语音触发业务IP多媒体子系统仍然是R6标准协议制定的重点1.1.52G向3G系统演进的方式2023/2/6信息与通信工程系1261.1.52G向3G系统演进的方式2023/2/6信息与通信工程系1271.1.52G向3G系统演进的方式2023/2/6信息与通信工程系128北美欧洲IS-95cdma20001Xcdma20001XEV-DOcdma2000GSMTDMAGSM+GPRS,HSCSDGSM++EDGEWCDMA普通分组数据业务高速电路交换数据GSM增强数据率1.1.52G向3G系统演进的方式2023/2/6信息与通信工程系129上节课主要内容第四代移动通信系统关键技术：OFDM、MIMO、软件无线电智能天线、功率控制、多用户检测

2G向3G系统演进的方式北美欧洲IS-95cdma20001Xcdma20001XEV-DOcdma2000GSMTDMAGSM+GPRS,HSCSDGSM++EDGEWCDMA普通分组数据