程郁凡《移动通信原理》第一章概述

《移动通信》电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室NationalKeyLaboratoryofCommunications,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina第一章概述学习本课程的意义十月232第一章概述十余年来全球互联网与移动通信的高速发展和普及改变了人类的生活方式移动通信与IP技术（互联网）是近十年来信息技术领域的两大热点。移动通信正在与互联网相结合形成新的移动互联网应用。通信技术与计算机技术开始高度融合，形成ICT技术。十月233第一章概述为什么选本课程移动通信的飞速发展使人类实现个人通信的理想为期不远了

——任何人在任何时间、任何地点、与任何一个人、实现任何一种媒体的通信。

——每个人有唯一的通信号码，通信的个人性代替通信的终端性十月234第一章概述个人通信的理想十月235第一章概述我们的目标移动上网移动电话0200400600800100012001400160018001995200020052010Subscriptionsworldwide(millions)MobileFixedMobileInternetFixedInternet十月236第一章概述移动业务超过固定业务移动通信的驱动力十月23第一章概述7MobilityIndividualityHigh-SpeedinformationaccessWidespreadusageoftheInternetMultimediaservicesCostreductionVarietyofdevicesRadioNetworkServicesMachine-to-machinecommunicationSystemsbeyond3GEconomicaltrendsSocialtrendsTechnologicaltrends课程要求与注意事项十月238第一章概述主要讲授移动通信的基本概念、基本组成、基本原理、基本技术和典型系统。内容以当前广泛应用的移动通信系统和移动通信新技术为背景，力求能反映近年来国内外移动通信的发展状况。第一章概述十月239第一章概述课程概述(1/2)通过本课程的学习了解移动通信的发展无线移动信道多址与组网技术抗衰落技术蜂窝系统、GSM系统及增强系统CDMA与第三代移动通信系统未来发展方向第一章概述十月2310第一章概述课程概述(2/2)考核方式平时成绩，15％（考勤、作业）期中考试成绩，15％期末考试成绩，70％答疑主楼B3411程郁凡Email：chengyf@第一章概述十月2311第一章概述考试问题第一章+第八章：移动通信概述与发展（4学时）第二章：移动通信电波传播与预测模型（8学时）第三章：移动通信中的信源编码和调制解调技术（2~4学时）第四章：抗衰落和链路性能增强技术（6~8学时）

基于MATLAB的试验（4学时）期中考试（4学时）第五章：蜂窝组网技术（4学时）第六章：GSM及其增强移动通信系统（8学时）第七章：第三代移动通信系统及其增强技术（4学时）复习（2学时）每章学时安排根据实际情况会略有调整第一章概述十月2312第一章概述教学计划现代通信原理信号与系统电磁场与微波理论、天线原理概率论线性代数第一章概述十月2313第一章概述基础知识要求啜钢等编著，《移动通信原理与系统》，北京邮电大学出版社，2009年2月第二版。蔡涛等译，《无线通信原理与应用》，电子工业出版社祁玉生等著，《现代移动通信系统》，通信工程丛书，人民邮电出版社。赵荣黎编著，《数字蜂窝移动通信系统》，电子工业出版社骆健霞等译，《GSM数字移动通信系统》，电子工业出版社许希斌等著，《CDMA系统工程手册》，人民邮电丛书第一章概述十月2314第一章概述教学参考书常用缩略语(1/6)AMPS:AdvancedMobilePhoneSystem先进移动电话系统TACS:TotalAccessCommunicationSystem全接入通信系统NMT:NordicMobileTelephone北欧移动电话（系统）HCMTS:HighCapacityMobileTelephoneSystem大容量移动电话系统3GPP:3rdGenerationPartnershipProject

第三代移动通信PDC:PersonalDigitalCellulartelecommunicationsystem（日本）个人数字蜂窝通信第一章概述十月2315第一章概述常用缩略语(2/6)GPRS：GeneralPacketRadioService通用分组无线业务WAP:WirelessApplicationProtocol无线应用协议i-Mode:InformationMode，日本提出的一种移动上网服务DECT:DigitalEuropeanCordlessTelephone泛欧数字无绳电话PHS:PersonalHandyphoneSystem个人便携式电话系统PACS:PersonalAccessCommunicationSystem个人接入通信系统TETRA:TErrestrialTrunkedRAdio一种数字集群标准第一章概述十月2316第一章概述常用缩略语(3/6)UMTS:UniversalMobileTelecommunicationSystem通用移动通信系统PLMN:PublicLandMobileNetwork公共陆地移动网PLMTS:PublicLandMobileTelecommunicationSystem公用陆地移动通信系统PSTN:PublicSwitchingTelephoneNetwork公用电话交换网GSM:GlobalSystemforMobilecommunication全球移动通信系统PCN:PersonalCommunicationNetwork个人通信网第一章概述十月2317第一章概述常用缩略语(4/6)FDMA:FrequencyDivisionMultipleAccess频分多址TDMA:TimeDivisionMultipleAccess时分多址CDMA:CodeDivisionMultipleAccess码分多址SDMA:SpaceDivisionMultipleAccess空分多址FDD:FrequencyDivisionDuplex频分双工TDD:TimeDivisionDuplex时分双工IMT:InternationalMobileTelecommunication国际移动通信IMT-DS:DirectSpread对应WCDMA（宽带CDMA）第一章概述十月2318第一章概述常用缩略语(5/6)IMT-MC:MultiCarrier多载波，对应cdma2000IMT-TC:TimeCode,对应TD-SCDMAIMT-SC:SingleCarrier,对应UWC-136IMT-FT:FrequencyTime,对应DECTLAN:LocalAreaNetwork局域网BSS:BaseStationSubsystem基站子系统BTS:BaseTransceiverStation基站收发信台BSC:BaseStationController基站控制器MS:MobileStation移动台第一章概述十月2319第一章概述常用缩略语(6/6)MSS:MobileSwitchSubsystem交换分系统MSC:MobileSwitchCenter移动业务交换中心HLR:HomeLocationRegister归属位置寄存器VLR:VisitorLocationRegister访问位置寄存器AUC:AUthenticationCenter鉴权中心OSS:OperationSupportSystem操作与支持系统\OMC:OperationandMaintenanceCenter操作与维护中心NMC:NetworkManagerCenter网络管理中心GoS:GradeOfService服务质量等级第一章概述十月2320第一章概述第一章概述第一章概述十月2321第一章概述第一章概述学习重点和要求：掌握移动通信的基本概念掌握移动通信的分类与应用系统掌握移动通信的特点和工作方式掌握移动通信的发展概况第一章概述十月2322第一章概述第一章内容1.1移动通信的分类及应用系统1.2移动通信的特点和工作方式1.3移动通信的发展简述第一章概述十月2323第一章概述1.1移动通信的分类及应用系统第一章概述十月2324第一章概述广义移动通信概念通信双方或至少其中一方在运动状态中（或临时静止状态）进行信息交互的通信方式。移动通信是移动体之间的通信，或移动体与固定体之间的通信。移动体可以是人，也可以是汽车、火车、轮船、收音机等在移动状态中的物体。采用电磁波为传输媒介的无线通信狭义移动通信概念蜂窝移动通信系统第一章概述十月2325第一章概述什么是移动通信移动通信的分类：民用设备和军用设备（使用对象）陆地通信、海上通信和空中通信（使用环境）专用网和公用网（服务范围）局域网和广域网（覆盖范围）FDMA、TDMA、CDMA（多址方式）单工、双工(TDD和FDD)（工作方式）…………第一章概述十月2326第一章概述移动通信的分类及应用系统移动通信的应用系统陆地公众蜂窝移动通信系统宽带无线接入无线局域网集群通信无绳电话卫星移动通信…………分组无线网第一章概述陆地公众蜂窝移动通信系统是移动通信中发展最快、规模最大的系统十月2327第一章概述移动通信的分类及应用系统无线与移动通信的种类(按频段分类)中长波通信＜1MHz短波通信1MHz—30MHz超短波通信30MHz----1GHz微波通信1GHz----几十GHz毫米波通信几十GHz红外光通信大气激光通信…………十月2328第一章概述十月2329第一章概述移动通信的分类及应用系统移动通信的分类及应用系统蜂窝移动通信系统PSTNBTSMSCBTSIPNETGATEWAY十月2330第一章概述移动通信的分类及应用系统宽带无线接入

通过无线通信的方式实现对核心网络的接入具有与有线接入技术相当的速率和质量与蜂窝移动通信系统相比速率更高：最大可达几百Mbps对用户终端的移动性支持有限：最大十几Km/h应用广泛高速Internet接入、移动办公家庭信息家电联网军事、救灾、探险……十月2331第一章概述移动通信的分类及应用系统宽带无线接入主流技术分类无线局域网技术(WLAN)IEEE802.11家族,ETSIHIPERLAN无线个域网技术(WPAN)IEEE802.15家族,Bluetooth无线城域网技术(WMAN)IEEE802.16家族,ETSIHIPERMAN十月2332第一章概述移动通信的分类及应用系统什么是无线局域网？无线局域网是固定局域网的一种延伸。没有线缆限制的网络连接。对用户来说是完全透明的，与有线局域网一样。AccessPointAirinterfaceWLANCard十月2333第一章概述移动通信的分类及应用系统集群系统集群系统是一种专用高级移动调度系统，由控制中心、基站、调度台、移动台组成。集群通信应用方向：公安系统----公安指挥调度水利系统----汛期专用交通系统----运输管理、出租车调度电力系统----数传、指挥系统铁路系统----铁道移动调度、售票网等第一章概述十月2334第一章概述卫星通信系统卫星通信系统覆盖广、通信距离远、不受地理环境限制、话音质量优，但手机笨重，手机价格与通话费用高，传输速率低。同步轨道卫星系统离地太远（35680km），信号衰减大，传输时延长，不利于进行全球个人移动通信。中低轨道非同步卫星系统中轨：10000km上下；低轨：500~1500km，如铱系统全球星系统等。第一章概述十月2335第一章概述移动通信的分类及应用系统1.2移动通信的特点和工作方式第一章概述十月2336第一章概述移动通信的特点频谱拥挤、频谱需严格菅理电波传播存在衰落、多径等问题面临环境的干扰和噪声存在高速移动和大动态范围的要求对移动台体积、重量、功耗的要求高系统复杂，系统需组网，网络需有越区切换、漫游等功能十月2337第一章概述第一章概述十月2338第一章概述移动通信的特点和工作方式移动通信的特点和工作方式移动通信的核心工作方式多址工作方式----FDMA,TDMA,CDMA,SDMA,PDMA’……收发工作方式

单工、双工（TDD,FDD）第一章概述十月2339第一章概述多址方式

在移动通信中，许多用户同时通话，以不同的移动信道分隔，防止相互干扰的技术方式称为多址方式。频分多址(FDMA)时分多址(TDMA)码分多址(CDMA)空分多址(SDMA)包分多址(PDMA)十月2340第一章概述FDMA十月2341第一章概述TDMA十月2342第一章概述CDMA十月2343第一章概述单工收发工作方式单工方式单工：通信双方收发不能同时进行，只能交替进行。同频单工：收发使用同一频率异频单工：收发使用不同频率优点：设备简单。缺点：操作不便、不适合复杂系统。第一章概述十月2344第一章概述单工收发工作方式基站移动台基站移动台第一章概述十月2345第一章概述单工方式示意图发射机接收机发射机接收机AB同频单工异频单工单工收发工作方式第一章概述十月2346第一章概述双工收发工作方式双工方式:通信双方收发能同时工作的方式(频分双工和时分双工)优点：收发有隔离带，抗干扰能力增强，使用方便，便于接口，适宜多信道同时工作。第一章概述十月2347第一章概述双工收发工作方式基站移动台1移动台2第一章概述十月2348第一章概述双工收发工作方式双工方式示意图双工器频分双工(FDD)发射机接收机发射机接收机移动台A基站B时分双工(TDD)十月2349第一章概述双工收发工作方式双工方式：通信双方收发能同时工作的方式收信发信频率分隔收信发信时间分隔时间频率FDDTDD第一章概述十月2350第一章概述双工收发工作方式FDD和TDD的概念：FDD：利用两个不同的频率进行区分。由于收发频带和接收频带有一定间隔，可以提高抗干扰能力，技术简单TDD：利用同一频率，但不同的时间槽进行区分第一章概述十月2351第一章概述双工收发工作方式TDD系统的优势在于:便于频谱分配电波传播特性具有对称性设备成本较低适于不对称业务第一章概述十月2352第一章概述1.3移动通信发展简述第一章概述十月2353第一章概述1864年麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存在1897年M.G.马可尼在固定站与一艘拖船之间完成了一项无线通信试验，揭开了移动通信历史的序幕。1928年，美国警用车辆的车载无线电系统，标志移动通信开始。1946年，Bell实验室在圣路易斯建立第一个公用汽车电话网。1960s，实现无线频道自动选择并能自动接续到公用电话网。第一章概述十月2354第一章概述移动通信发展简述关键性的突破:1978年，美国Bell实验室研制成功蜂窝移动通信系统，使移动通信开始走向大公众应用。今天公众蜂窝移动通信系统是移动通信系统的代表，也是发展最快的系统。全球移动通信的用户数己远远超过固定电话的用户数。移动互联网应用正在开创信息技术新时代。中国手机用户己超过9亿部，中国是全球第一大移动通信用户的国家。第一章概述十月2355第一章概述移动通信发展简述1980s，第一代移动通信系统1983年美国的AMPS1980年北欧的NMT1979年日本的NAMTS1985年英国TACS系统1990s，第二代移动通信系统1992年欧洲的GSM1991年北美的IS-541993年日本的PDC1993年美国提出的IS-95（CDMA）2000s，第三代移动通信系统欧洲、日本的WCDMA北美的CDMA-2000中国的TD-SCDMA第一章概述十月2356第一章概述移动通信发展简述第一代移动通信特点以模拟通信为特征的移动通信模拟话音与传输仅为宏小区频谱利用率低保密性差、通话质量差主要接入技术：FDMA主要代表：AMPS(美国)、TACS(欧洲)第一章概述十月2357第一章概述移动通信发展简述第二代移动通信特点以数字通信为特征的移动通信数字话音和数据通信宏/微小区频谱利用率高、容量大多种业务、多种先进技术保密性好主要接入技术：TDMA、CDMA数据速率：9.6k~32Kbps主要标准：GSM(欧洲)，IS-95(窄带CDMA)第一章概述十月2358第一章概述移动通信发展简述2.5代移动通信第二代提供的以话音为主的业务无法满足人们的需求。在第二代移动通信基础上，通过增加网络和数据业务的协议，研发出来适用于数据通信的移动系统。典型：GPRS，CDMA20001x缺点：基于第二代系统，先天不足，无法从根本上提高系统容量和频谱效率。第一章概述十月2359第一章概述移动通信发展简述第三代移动通信，IMT-2000InternationalMobileTelecommunication2000IMT-2000的名称为第三代移动通信系统制定了总目标：工作在2000MHz频段在2000年左右商用第一章概述十月2360第一章概述移动通信发展简述第三代移动通信系统3大标准WCDMA(欧洲、日本)

（CDMA、FDD）cdma2000(北美)（CDMA、FDD）TD-SCDMA(中国)

（CDMA/TDMA、TDD）第一章概述十月2361第一章概述移动通信发展简述李世鹤：TD-SCDMA创始人第一章概述十月2363第一章概述移动通信发展简述第三代移动通信特点频谱利用率高服务质量好高速传输支持多媒体业务室内环境至少2Mbps步行环境至少384kbps车速环境至少144kbps传输速率按需分配支持上、下行链路的不对称需求易于从第二代系统过渡支持全球无缝漫游第一章概述十月2364第一章概述移动通信发展简述TIATTAT1P1ARIB/TTCGSM-basedUMTSMobileIPOHG第三代移动通信标准合作计划组织IS-41+CDMA2000+M-IPArchitectureIMT-2000ITU-TSSGITU-RWP8F十月2365第一章概述3G增强技术cdma20001X增强技术1XEV

第一阶段1XEV-DO(DataOnly，前向链路峰值数据速率达2.4Mbps,平均650kbps)

第二阶段1XEV-DV(DataandVoice，前向链路峰值数据速率超过5Mbps)WCDMA增强技术高速下行分组接入(HSDPA)技术，前向链路达10Mbps左右十月2366第一章概述MoremobiledevicesthanPCsandTVscombinedworldwide手机用户数超过PC与TV保有量移动终端将成为未来上网最主要的终端移动互联网:开启广阔应用移动互联网相对固定互联网具有实时性、交互性、低成本、个性化和位置感知能力但移动互联网==移动接入＋互联网TCP/IP并不是按照对移动互联网应用优化的移动互联网可能涉及网络协议和网络体系的演进SecurityError-

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handlingConfigurationPerformanceAccountingInfrastrukturdiensteManagerServices来源：Prof.Dr.-Ing.habil

ŞahinAlbayrak，DAI-Labor,TechnischeUniversitätBerlin，“FutureTelecommunication(ICT)World”智能手机推动移动互联网发展%ofusersMobile

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MapsiPhone30.9%49.7%20.0%30.4%36.0%Allphones4.6%4.0%1.5%1.0%2.6%Source:MMetrics,March2008%oftimespentInternetMusiceMailiPhone12.1%11.9%10.4%Allphones2.4%2.5%2.8%Source:iSuppli,April2008据NielsenMobile预测，到2012年移动互联网的用户将超过使用计算机上网的用户数。十月2369第一章概述移动数据业务快速增长全球移动业务收入(2004~2009)年增9％，其中话音和其他年增

6%数据业务年增23%Source:Nokia2005十月2370第一章概述WiMAX的挑战

WorldinteroperabilityforMicrowaveAccess2001年4月成立的无线宽带接入厂商和芯片制造商的一个非营利工业贸易联盟组织。与IEEE802.16之间有非常紧密的联系，802.16是标准的制定者，Wimax是标准的推动者。WiMAX逐步成为了IEEE802.16技术在市场推广方面采用的名称。也可以说是802.16d/e技术的别称适应多种环境，与不同网络互通，提供无缝漫游和业务一致性，采用开放结构，易于与第二代系统的过渡演进和新技术的引入。十月2371第一章概述WiMAX的挑战

802.16主要标准系列802.16d固定无线接入空中接口标准，覆盖范围10-50公里802.16e移动宽带无线接入空中接口标准802.16m1G高速无线移动标准十月2372第一章概述WiMAX的应用场合固定LicensedandUnlicensedE1/T1&DSL级的服务便携LicensedandUnlicensed用户DSL级的服务移动Licensed宽带数据率802.16HiperMAN企业/回路(Backhaul)802.16HiperMAN住宅接入游牧（Nomadic）蜂窝宽带2.5G,3G基于固定地点802.11HotSpots802.16e十月2373第一章概述WiMAX成为3G标准2007年10月19日，WiMAX被ITU批准成为3G的一部份。WiMAX3G定义：TDD方式，OFDMAWMAN2.5-2.69频段，3G扩展频段十月2374第一章概述3G新演进3G技术面临市场的压力来自WiMAX技术的竞争延长3G生命期，保证3G许可证费用的回收增强型3G技术、S3G、3.9G、E3G引入先进的、全新的无线技术数据传输速率提高一个数量级3GPP/3GPP2全面启动了新一代3G技术的研究2007年中完成标准的制定2010年左右商用十月2375第一章概述3GPPLTE3GPPLTE（LongTermEvolution），可认为是3.9G，面对WiMax等的竞争压力，LTE计划确保十年以上的持续的竞争能力。LTE的主要系统目标如下：明显提高峰值速率:在20MHz下行频谱内瞬时下行峰值速率可达100Mbit/s(即5bit/s/Hz)在20MHz上行频谱内瞬时上行峰值速率可达50Mbit/s(即2.5bit/s/Hz)十月2376第一章概述WiMAX和LTE采用类似新技术正交频分多址OFDMA在时频双维对突发分组数据进行快速调度子信道自适应调制和编码(AMC)混合自动重传请求(H-ARQ),高效率上行子信道结构多输入多输出(MIMO),增强先进天线系统(AAS)纯IP核心网IP移动性，漫游，切换，选路十月2377第一章概述移动通信发展第一章概述100M-1Gbps十月2378第一章概述4G名称：“IMT-Advanced”2005年10月12日到19日在芬兰，赫尔辛基召开的ITU-RWP8F第17次会议上定义了新一代移动