第讲移动通信的发展和分类

第一讲

移动通信的发展和分类5/24/2023主要内容移动通信的发展移动通信的服务区域移动通信的传输方式移动通信系统的分类2移动通信的发展5/24/2023简史回顾现代移动通信技术的发展历史可以追溯到20世纪20年代,到目前为止,大致经历了以下五个发展阶段：第一阶段从20世纪20年代至40年代,为现代移动通信的起步阶段。在此期间,主要完成了通信实验和电波传播试验工作,在短波频段(3～30MHz)上实现了小容量专用移动通信系统,其代表是美国底特律市警察使用的车载无线电系统。这种系统话音质量差,自动化程度低,仅限于专用,不能与公众网相连。4简史回顾第二阶段是从20世纪40年代中期至60年代初期。在此期间,各种公用移动通信系统相继建立。首先是1946年,美国贝尔系统在圣路易斯城建立的称为“城市系统”的公用汽车电话网,这是世界上第一个公用移动通信系统。继而,西德、法国、英国等国也陆续研制出了公用移动电话系统。这一阶段的特点是开始从专用移动网向公用移动网过渡,自动化程度有所提高。第三阶段是从20世纪60年代中期至70年代中期。这一阶段是移动通信系统改进和完善的阶段。在此期间,各国陆续推出了改进的移动通信系统,其代表是美国的改进型移动电话系统——IMTS。这一阶段的特点是使用了新频段,采用大区制,实现了系统的中小容量,自动化程度进一步提高。5简史回顾第四阶段是从20世纪70年代中期至80年代初期。在此期间,由于微电子技术及计算机技术的长足发展和移动用户数量的急剧增加,促使移动通信得到了蓬勃发展。第五阶段是从20世纪80年代中期到现在。这是数字移动通信发展和成熟的时期。在此期间,用户数量急剧增加,频率资源相对紧缺,第一代模拟蜂窝移动通信系统的缺陷日益暴露出来。针对这些问题,新一代的数字蜂窝移动通信系统被开发出来并得以广泛应用。最典型的数字蜂窝移动通信系统是欧洲基于时分多址(TDMA)技术的全球通移动通信系统——GSM。另外还有北美的DAMPS(IS-54)和日本的PDC等。这一阶段的特点是用户数急剧增加,频率资源日益紧缺,新体制、新技术、新业务层出不穷。

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基于TDMA技术的GSM、DAMPS和PDC系统都属于第二代数字蜂窝移动通信系统(2G)。在2G发展期间,一方面,移动通信用户数目突飞猛进,通信产业日益成为各国经济发展的支柱。另一方面,2G移动通信系统及相应的移动通信技术面临诸多问题，比如:网络利用空间日益狭小;收益增幅减缓;话音业务和低速数据业务不能满足用户需求,急需开发各种新型业务来吸引用户;网络漫游只限于国内及部分区域等。现状纵览7现状纵览针对以上问题,窄带码分多址(CDMA)蜂窝移动通信系统日益成为关注的焦点。事实上,当数字蜂窝网刚刚进入实用阶段之时,美国Qualcomm公司就已推出了新的移动通信系统——CDMA。CDMA系统采用了扩频通信技术,大幅度地提高了频率利用率,具有容量大、覆盖范围广、手机功耗小、话音质量高的突出优点,将移动通信技术推向新的发展阶段,被人们称之为第三代移动通信系统——3G。8现状纵览另外,高速移动数据业务日益呈现出强劲态势,成为仅次于话音业务的另一焦点。在移动数据业务领域中,多媒体信息服务(MMS)、通用分组无线业务(GPRS)和无线应用协议(WAP)等新技术正在大力推广之中。9趋势预测目前对第四代移动通信系统主要有以下几方面的描述:(1)建立在新的频段(比如5~8GHz乃至更高)上的无线通信系统;(2)基于分组数据的高速率传输(10Mb/s以上);(3)真正的“全球一统”(包括卫星部分)系统;(4)基于全新网络体制的系统,或者说其无线部分将是对新网络(智能的、支持多业务的、可进行移动管理)的“无线接入”(5)不再是单纯的(传统意义上)的“通信”系统,而是融合了数字通信、数字音/视频接收和因特网接入的崭新的系统。10移动通信的服务区5/24/2023大区制

大区制概念的提出早于小区制,主要为早期的通信系统所采用,满足了当时系统中小容量的需求。大区制是指把一个通信服务区域仅规划为一个或少数几个无线覆盖区,简称无线区。所谓无线区是指当基站采用全向天线时,在无障碍物的开阔地,以通信距离为半径所形成的圆形覆盖区。每个无线区的半径在25~45km左右,用户容量为几十至数百个。每个无线区仅为一个基站所覆盖,基站基本上是相互独立的。

12图借助市话交换局的大区制移动通信示意图

大区制13

大区制的缺点是:由于一个基站所能提供的信道数有限,因而系统容量不高,不能满足用户数目日益增加的需要,这是由制式本身决定的,无法克服。移动台的天线低,发射功率受限,在大的覆盖区内,上行链路(由移动台到基站)的通信就无法保证了,为此,常采用分集接收技术。即在服务区内设置若干个分集接收点Rd与基站相连,以保证上行链路的通信质量。大区制只适合于在中小城市或专用移动网等业务量不大的情况下使用。为了适应大城市或更大区域的服务要求,必须采用小区制组网方式,以在有限的频谱条件下,达到扩大容量的目的。

大区制14根据服务区域的形状不同,小区制又可分为带状区和面状区(蜂窝网)等。面状区的蜂窝网结构又可分为宏蜂窝结构、微蜂窝结构以及智能蜂窝结构三种。小区制是指把一个通信服务区域分为若干个小无线覆盖区,每个小区的半径在2~20km左右,用户容量可达上千个。每个小区设置一个基站,负责本区移动台的联系和控制,各个基站通过移动业务交换中心相互联系,并与市话局连接。每个小区只需提供较少的几个无线电信道(一个信道组)就可满足通信的要求,邻近的小区使用不同的信道组。小区制15小区配中的颜基站锋天线设采用弃全向种天线,在理鹿想情粒况下,它覆锡盖的当面积爱可视要为一旗个以换基站衡为中微心,以最芽大可算通信瓣距离赴为半座径的对圆。搁为宪了不缝留空叼隙地醒覆盖心整个竭面状镜服务速区,各个孟圆形亦覆盖陷区之聋间一堆定存移在很伐多重女叠区帮。通肤过理骂论分框析,通信妻系统睛现在补大都拌采用母与圆放形较但接近耐的正棋六边撇形作枝为小化区的劝形状次结构,因为且这种僚结构黎既避伞免了裁相邻林覆盖颈区间详的重哨叠,又不词会产市生空提隙,区域阻衔接勤更紧胖密,产生塌的相日互干圾扰更鬼小。多又由乖于该炊结构牌看上脑去像友是蜂币窝,所以嗓称其麦为“清蜂窝棍式移梳动通蔑信”胃。端蜂窝柄结构黄示意垦图如仔图所兽示。小区冰制16图嚼蜂窝械结构宇示意典图小区涂制17小区捏制结番构的麻最大尽特点刑是:采用付信道鞠复用缩慧技术,大大斥缓解特了频赏率资午源紧苦缺的死问题,提高启了频氏率利赢用率,增加联了用樱户数蹦目和男系统备容量长。所傍谓信悬道复朗用技冷术指僻的是:相邻浪小区五不使问用相信同的顾信道胶组,但相自隔几胳个小溉区间逆隔的虏不相淋邻小段区可慈以重效复使循用同垫一组蛇信道,以充蒙分利除用频容率资扒源。应不使前用同隐一组英信道旁的若检干个灵相邻搏小区汁就组兴成了面一个辰区群(图中扣的阴豪影区龙域即公为一合个区败群),即整栽个通刺信服嫩务区若也可至看成捧是由汁若干爪个区寒群构贺成的瓜。驰小区娱制结购构的凑另一汉特点愤是:信道德距离傻缩短,发射罢机功堂率降家低,于是栋互调止干扰紫亦减随小。小区程制18小区缺制结锄构也竹存在膏着一偶些问屈题:由于艰信道余复用,可能火产生毅同信骡道干痕扰,这就专涉及拥到一往些相催关技怪术:分集子接收嗽技术瞎、功暖率控尺制技那术、衔小现区半券径最策优化挣技术首等。读信遇道复疼用带扰来的好另一后问题娃是:当移被动台困从一良个小钱区驶佳入另省一个雨无线请区时,即越灰区过璃程中役必须武进行播信道害自动犁切换,以保兰证移名动台霉越区挤时通宗话不权间断,这又奖涉及单到了秩越区赶切换太技术疮。为假此,还要键及时歼掌握丽移动汁台动萌态位轮置——位置刊登记拢技术行。另嫩外,为进宅一步角提高婶信道剪的利纠用率先和通型信的毫质量,可以早采用当码分延多址(CD胀MA居)方式败和信排道动镰态分唱配方闸法等地。小区偿制19移动练通信鸦的传才输方批式5/些19躁/2郊02霜3所谓杠单工寄通信牢是指友通信完双方您交替酒进行令收信赛和发础信的策通信典方式,发送搭时不旅接收,接收芬时不免发送咽。单任工通阅信常免用于嚼点到埋点的蹦通信,如图四所示毕。根该据收筝发频骆率的宣异同,单工刷通信抵可分糊为同趟频单适工和地异频君单工翼。单工意通信21双工进通信双工脚通信冈的特帜点是:同普海通有跟线电础话很文相似,使用泥方便陶。顷其缺宾点是:在使屠用过档程中,不管持是否海发话,发射爆机总现是工持作的,故电惠能消算耗很沈大,这对遍以电宇池为俩能源载的移会动台狡是很劫不利神的。航针对逝此问若题的卵解决炒办法漫是:要求库移动言台接辆收机剪始终妨保持绒在工株作状慨态,而令灾发射艇机仅秩在发掘话时锣才工缺作。罢这样氧构成冷的系辽统称得为准剖双工知系统,也可芬以和亲双工淡系统坏兼容省。这卷种准淹双工押系统险目前借在移赔动通病信系慕统中山获得得了广讲泛的寇应用怜。22半双女工通嚷信是泛介于惕单工班通信斧和全北双工炊通信挪之间荡的一搂种通晃信方缠式。交其中,移动屋台的绢工作攀情况奶与单驴工通径信时未相似:采用状“按-讲”铁方式,即按妹下按腔讲开辜关,发射箭机才课工作,而接采收机率总是绳在工却作。愈基站双的工留作情搜况与好全双煎工通杨信时棵相似,只是桃可以句采用蜻双工裹器,使收绞发信赴机共盒用一泄副天蹄线。皮半双鸡工通洗信的截特点胖是:设备毯简单骆，功气耗小已，克技服了混单工壳通信丧断断摆续续染的现阁象,但操跳作仍昆不太针方便知。所黄以半究双工势方式合主要沃用于孩专业等移动靠通信付系统拘中,如汽姻车调躺度等桃。半双萄工通没信23移动搅通信恳系统待的分盗类5/婆19梅/2旧02火3据CC曲IR的建设议,无线旅寻呼格系统碑可定拾义为贷一种早非语引言单斑向告艺警个睛人选子择呼兴叫系插统。开即慌通过费此系努统,通信领的一拣方借护助于享市话刷电话卖机能谱够向柴特定街的寻双呼接枣收机闪持有破者传绵递一冻些简西单的诉个人渗信息坚。在纸无线闭寻呼祝系统沫中应快用的饼寻呼弯接收删机称雕为袖防珍铃,俗称朋“BB机”棒。当弹接收算到信岁息时,袖珍奇铃以欣告警拐的形策式通机知其舱持有未者。花告警椒方式幼包括娱声音乌、判视觉材、振植动或堤是这共几种驴方式毛的结吩合。负每雨个袖呼珍机判都有采其特军定的拜“地煮址编肝码”,只有腿真正丸发送磨给它伍的信捷息,持有梅者才松能接宿收到;同样,只有害知道贤了特播定的适“地碌址编少码”,才能劈燕向特赚定的离袖珍松机发夫送信辣息。无线每寻呼任系统25无线荐寻呼叔系统26集群熟移动恼通信剩系统集群负移动睁通信忽系统尸也称蝇大区市制移年动通俭信系旷统。CC聋IR最初破称之订为Tr鸽un筑ki片ng顽S斑ys素te茧m(中继昏系统),为了飘避免脾与无珠线中煤继系振统混化淆,后又罚改称爽集群城系统里。集草群系孤统是著一种凯高级姓移动抛调度神系统,是指沾挥调沈度最事重要赖和最栏有效招的通唇信方舌式之雾一,代表抚着专劈燕用移臣动通拌信网那的发渡展方泳向。CC挥IR对它殃的定滋义为决“系可统所合具有玻的全推部可蚕用信熊道可满为系站统的居全体扶用户贴共用淹”。概即系珠统内错的任匀一用烧户想图要和撤系统倾内另拥一用蜓户通饥话,只要党有空凭闲信稼道,就可刘以在谋中心唯控制拖台的香控制期下,利用竖空闲南信道科沟通洁联络,进行遣通话冲。梳从某绞种意坝义上住讲,集群跟通话徒系统客是一典个自遮动共雪享若惠干个伍信道址的多紧信道帽中继(转发)通信研系统侄。它逮与普禁通多叛信道耗共用音的通爬信系也统并顾无本吧质的神区别,只是揪更适陆用于竹对指矮挥调揪度功牺能要优求较编高的史专门越部门椅或企网事业灿单位酒。其扬特点胀是:资源牙共享览、鞠费用粱分担辨、躺服务判优良泉、死效率走高、工造发价低港。27集群流移动毕通信尸系统28陆地让蜂窝俗移动后通信负系统陆地康蜂窝饮移动早通信煤系统竟也称景小区支制移剂动通错信系生统,在移酸动通滩信中给处于慰统治供地位,是目京前应奋用最隔广泛留、用盒户数汉量最峡多、敢与人消们日债常生察活最坑紧密放的移夺动通全信系降统。菠陆地士蜂窝颠移动谎通信耳系统欢的特狼点是械把整追个大侨范围骆的无亩线服旷务区断划分谊成许输多小棚区,每个晋小区谜设置敢一个活基站,负责鸽本小测区各惨个移患动台膜的联感络与洽控制,各个辨基站盒通过走移动截业务舰交换倍中心领相互轻联系,并与陡市话障局连盆接。妈陆地奋蜂窝毯移动乱通信搭系统猎利用巡寿超短消波电倦波传市播距洪离有牙限的错特性业及蜂焰窝状抬结构,可有师效实灵现信智道复梦用,在提糖高频励率利威用率拒的同需时,可保挡证通成信的柱质量作。29陆地痒蜂窝贪移动凯通信跪系统30陆地厌蜂窝棋移动地通信往系统小区姥是采踏用基闷站识婚别码(B络SI毙C)或全圈球小年区识府别码(C拢GI邻C)进行谅标识纱的无端线覆法盖区胖域。坟在勒采用火全向惨天线钳结构莲的模停拟网测中,小区赤即为燥基站杠区;在采细用12永0°角天惯线结升构的GS跪M数字抗蜂窝扁移动瞎网中,小区用是每膏个12荷0°角的科天线叉所覆授盖的刮正六稳边形拾区域偷的三零分之霉一。牺基站费区指展的是骗一个是基站港所覆爱盖的防区域汇。一它个基士站区递可包走含一带个或雄多个触小区,故不帮是所添有的层小区她都设拒有一烛个专毫有的叶基站,但必爱须为丸一个胀特定瞒的基寻站所坛覆盖撕。位置懒区指扇的是孟一个疼移动黄台可萝以自缘瑞动移善动而副不必跃重新反“登天记”偏其位菊置(位置秃更新)的区浅域,一个畜位置趣区由浆一个通或若辉干个抵小区(或基顷站区)组成朋。污要想摆向一须个位羞置区知中的绝某个弃移动镇台发洪出呼采叫,可以费在这脖个位诵置区岛中向象所有逃基站筋同时却发出乏寻呼浙信号塔。答31陆地挽蜂窝硬移动刚通信椅系统移动啦业务口交换树中心姑简称MS怜C,一个MS代C区指叫的是劈燕由一捎个MS耻C覆盖夏的区文域。傍一个MS姑C区可窝由若愁干个丛位置你区组拳成。PL泪MN么(P早ub淡li飘c灰La顽nd随M稼ob鼓il垃e倍Ne伞tw君or苦k)是公吹用陆俊地移砌动网霞的简运称,即陆士地蜂思窝移惠动通卫信系答统。降在该类系统纷内具剃有共肺同的踪蝶编号吼制度(比如掏相同喜的国笼内地挖区号)和共坛同的洁路由秀计划番。例圈如,整个诸天津昼市的腐移动楚通信哗网就贪是一茅个PL社MN。一僻个PL猾MN可以禾由若骄干个MS杯C组成喇。MS怕C构成桌固定蛇网与PL硬MN移动屠网之避间的派功能患接口,用于竟呼叫便接续客等。音业务绑区指鉴的是校由一仪个或衰多个辨移动麻通信奥网所勇组成雅的区纺域。臂只要狡移动酿台在钉业务无区中,就可朴以被涉另一属个网备络的往用户霉找到,而该晓用户踩也无越需知愤道这氧个移蹦动台棍在该势区内跑的具鲜体位呢置。洋这里旬的另挂一个晚网络付可以梦是另滥一个PL精MN、PS辆TN唐(市话胡网)或IS贺DN躺(综合庭业务捷数字低网)。一巴个业铜务区课可由症若干掠个PL侄MN组成,也可旬由一版个或忧若干嘱个国俗家组唐成,也可撤能是旅一个圆国家煌的一龟部分搬。枣32陆地纷蜂窝誓移动弦通信羞系统PL推MN妙(P赖ub掏li贤c瘦La役nd苏M牺ob拆il馒e独Ne锐tw快or兴k)是公麦用陆仍地移盗动网踩的简雕称,即陆泊地蜂互窝移钥动通验信系火统。絮在该屠系统沙内具跪有共材同的怜编号拍制度(比如隆相同争的国姻内地丑区号)和共远同的鬼路由脆计划暖。例手如,整个洗天津汤市的转移动拿通信祥网就趣是一摔个PL口MN。一策个PL胖MN可以饿由若脱干个MS漫C组成趁。MS禁C构成沙固定踢网与PL哲MN移动洁网之芹间的景功能倡接口,用于涂呼叫直接续喘等。躬业务旺区指荐的是哨由一狱个或现多个站移动岗通信丘网所欠组成民的区骡域。哑只要不移动硬台在著业务体区中,就可虑以被炎另一俘个网迎络的偿用户垃找到,而该属用户聪也无量需知废道这明个移向动台访在该旋区内童的具船体位爱置。侄这里壁的另罩一个娘网络村可以剑是另遣一个PL很MN、PS染TN抬(市话贫网)或IS岗DN碌(综合买业务抱数字触网)。一王个业单务区烛可由项若干矩个PL葵MN组成,也可幼由一但个或绕若干住个国化家组奶成,也可庙能是遮一个塑国家乞的一冻部分料。膨33移动挑卫星伍通信所谓光移动圾卫星老通信左是指展以通壁信卫坑星为胃中继趣站,在较筐大地个域及空间逢范围修内实拖现移屿动台于