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移动通信

2024/3/181西安电子科技大学信息科学研究所1.1移动通信的基本概念和目标

基本概念——“动中通”通信双方至少有一方在移动的情况下进行的信息传输和交换。同时，它也包括通信用户的位置存在变化，但通信过程中用户不处于运行状态的情况。终端的移动性个人的移动性业务的移动性

2024/3/182西安电子科技大学信息科学研究所移动通信发展概况20世纪70年代中期至80年代中期。代表系统包括：美国贝尔实验室成功研制出先进移动电话系统（AMPS），日本推出800MHz汽车电话系统（HAMTS），英国开发出全地址通信系统（TACS）。这一阶段的特点是蜂窝状移动通信网成为实用系统，并在世界各地迅速发展，形成了所谓的第一代移动通信系统。

2024/3/183西安电子科技大学信息科学研究所为移动通信大发展所提供的条件首先，微电子技术在这一时期得到长足发展，这使得通信设备的小型化、微型化有了可能性。其次，提出并形成了移动通信新体制，最重要的突破是贝尔实验室在20世纪70年代提出的蜂窝网的概念。最后，随着大规模集成电路的发展而出现的微处理器技术日趋成熟，以及计算机技术的迅猛发展，从而为大型通信网的管理与控制提供了技术手段。蜂窝网，即所谓小区制，由于实现了频率再用，大大提高系统容量。蜂窝网概念真正解决了公用移动通信系统要求容量大与频率资源有限的矛盾。2024/3/184西安电子科技大学信息科学研究所从20世纪80年代中期开始。数字移动通信系统发展和成熟的时期。以AMPS和TACS为代表的第一代蜂窝移动通信网是模拟系统，暴露了一些问题。例如，频谱利用率低，移动设备复杂，费用较高，业务种类受限制，以及通话易被窃听等，最主要的问题是其容量已不能满足日益增长的移动用户需求。解决这些问题的方法是开发新一代数字蜂窝移动通信系统，即第二代移动通信系统。

2024/3/185西安电子科技大学信息科学研究所第二代移动通信以GSM和窄带CDMA（N-CDMA）两大移动通信系统为代表。欧洲首先推出了泛欧数字移动通信网（GSM）的体系。美国TIA正式颁布的窄带CDMA（N-CDMA）标准，这就是IS-95A。IS-95A进一步发展为新的标准IS-95B。在这一阶段的后期已经开始着手于第三代移动通信系统的讨论。2024/3/186西安电子科技大学信息科学研究所从2000年前开始，伴随着对第三代移动通信的大量谈论，以及2.5G产品GPRS系统的过渡，3G走上了通信舞台的前沿。所谓第三代移动通信系统（3G），国际电联也将它称为IMT-2000，欧洲的电信业巨头们则称其为UMTS（通用移动通信系统）。3G系统与现有的2G系统有根本的不同，3G系统采用CDMA技术和分组交换技术，而不是2G系统通常采用的TDMA技术和电路交换技术。与现在的2G系统相比，3G将支持更多的用户，实现更高的传输速率。

2024/3/187西安电子科技大学信息科学研究所2024/3/188西安电子科技大学信息科学研究所1.3移动通信系统组成2024/3/189西安电子科技大学信息科学研究所通信工作方式类别从传输方式的角度，无线通信分单向传输（广播式）和双向传输（应答式）。单向传输主要用于无线电寻呼系统。双向传输有单工、双工和半双工三种工作方式。单工通信是指通信双方电台交替地进行收信和发信。2024/3/1810西安电子科技大学信息科学研究所单工通信根据收、发频率的异同，又可分为同频单工和异频单工。单工通信常用于点到点通信，如图所示。

2024/3/1811西安电子科技大学信息科学研究所双工通信是指通信双方可同时进行传输消息的工作方式，有时亦称全双工通信，如图所示。

半双工通信的组成与上图相似，移动台采用类似单工的“按讲”方式，即按下按讲开关，发射机才工作，而接收机总是工作的。2024/3/1812西安电子科技大学信息科学研究所

第三代移动通信系统的目标包括以下几个主要方面:(1)与第二代移动通信系统及其他各种通信系统(固定电话系统、无绳电话系统等)相兼容。

(2)全球无缝覆盖和漫游。

(3)支持高速率(高速移动环境144kb/s;室外步行环境384kb/s;室内环境2Mb/s)的多媒体(话音、数据、图像、音频、视频等)业务。2024/3/1813西安电子科技大学信息科学研究所

IMT-2000含义

1996年,3G由FLMTS更名为IMT-2000,其含义是2000年左右投入商用,核心工作频段为2000MHz以及多媒体业务最高运行速率第一阶段为2000kb/s。2024/3/1814西安电子科技大学信息科学研究所5.第一阶段的标准化情况

1)3GPP的标准化情况

3GPP主要制定基于GSMMAP核心网、WCDMA和CDMATDD无线接口标准的演进策略,称为UTRA,由图5-4中序号①标示的实线所示。同时也在无线接口定义与ANSI-41核心网兼容的协议,由图5-4中序号③标示的虚线所示。2024/3/1815西安电子科技大学信息科学研究所图5-4IMT-2000无线接口技术与核心网的关系2024/3/1816西安电子科技大学信息科学研究所图5-5基于演进的GSM核心网的3G系统2024/3/1817西安电子科技大学信息科学研究所图5-6UTRA无线接入网的构成2024/3/1818西安电子科技大学信息科学研究所

2)3GPP2的标准化情况

3GPP2主要制定基于ANSI-41核心网、CDMA2000无线接口标准的演进策略,由图5-4中序号②标示的实线所示。同时也在无线接口定义与GSMMAP核心网兼容的协议,由图5-4中序号④标示的虚线所示。

3GPP2的标准化也是分阶段进行的,而且第二代与第三代之间无论是无线接入网还是核心网部分都是平滑过渡的。1999年3GPP2完成了CDMA2000-1X(单载波)和CDMA2000-3X(多载波)无线接口的标准。A接口在原来的基础上新增加了支持移动IP的A10、A11协议,相应的A10、A11接口采用IP协议。核心网部分则引入新的分组交换节点接入IP网络,以支持IP业务,同时电路型业务仍然由原来的MSC支持。基于ANSI-41核心网的CDMA2000系统结构示意图如图5-7所示。2024/3/1819西安电子科技大学信息科学研究所图5-7基于ANSI-41核心网的CDMA2000系统2024/3/1820西安电子科技大学信息科学研究所3.技术特点表5-1CDMA2000系列的主要技术特点2024/3/1821西安电子科技大学信息科学研究所3.基本技术参数表5-2TD-SCDMA基本技术参数2024/3/1822西安电子科技大学信息科学研究所4.空中接口参数表5-3TD-SCDMA空中接口参数2024/3/1823西安电子科技大学信息科学研究所表5-6三种制式的频率适用性比较2024/3/1824西安电子科技大学信息科学研究所表5-7三种制式全球漫游能力比较2024/3/1825西安电子科技大学信息科学研究所表5-8建网的经济性比较2024/3/1826西安电子科技大学信息科学研究所7.演进方案(1)第一阶段。图5-15在GSM网络中引入TD-SCDMA系统以提供3G业务2024/3/1827西安电子科技大学信息科学研究所其主要思想是在现有GSM网络扩容时,使用扩展的BSC(即BSC+);同时在用户集中地区,在现有GSM基站的站址增加TD-SCDMA基站;采用TD-SCDMA/GSM双频双模用户终端。这些初期的3G用户在TD-SCDMA基站覆盖区内,可以享受3G服务。在覆盖区域以外,则使用GSM工作。显然,此初期系统用户在享受3G服务时,只能在同一BSC+的TD-SCDMA基站之间实现越区切换,而GSM网络的功能将不受影响。用此方式,比简单地对GSM系统网络扩容投入更低(平均每用户承担的BTS和BSC设备价格将比GSM系统低20%~30%),不仅扩大了系统容量,而且为急需地区提供了3G业务。同时,也为以后向第三代过渡打下了基础。2024/3/1828西安电子科技大学信息科学研究所必须说明的是,此建议不仅可以用于GSM系统,同样可以用于IS-95标准的第二代CDMA系统。在用于CDMA系统中时,其主要目的是在用户密集地区,解决高密度用户的话音和数据业务需求;在提供数据业务方面,特别是对各种Internet接入业务,TD-SCDMA将是一种更经济和灵活的方式。2024/3/1829西安电子科技大学信息科学研究所(2)第二阶段。过渡到第三代移动通信网络,如图5-16所示。图5-16基于GSM的3G网络2024/3/1830西安电子科技大学信息科学研究所

8.发展前景

相比WCDMA和CDMA2000来说,TD-SCDMA的发展还稍显缓慢,在系统容量、系统覆盖、资源分配、功率控制、数据传输等方面,都无法和WCDMA及CDMA2000这两种标准相比。从技术的风险性角度来看,WCDMA和CDMA2000的基本技术沿用了传统的窄带CDMA技术,而窄带CDMA技术的实用性早已被世界所广泛接受,也经受了实践的检验,因此从某种意义上来说WCDMA和CDMA2000目前仍是3G标准的主流,TD-CDMA标准比较适合运用于目前在GSM上已有较大投入的国家(如我国)来发展第三代移动通信系统。2024/3/1831西安电子科技大学信息科学研究所大区制移动通信系统信号传输损耗，通信距离有限大区制系统：覆盖范围30~50Km，发射功率50~200W，天线很高（>30m）具有网络结构简单，频道数目少，无需无线交换直接与PSTN相连。大区系统的局限性覆盖范围有限服务的用户容量有限服务性能较差频谱利用率低1974，Bell实验室提出蜂窝概念2024/3/1832西安电子科技大学信息科学研究所大区制移动通信网络的地域覆盖

大区制移动通信示意图

2024/3/1833西安电子科技大学信息科学研究所大区制移动通信网络的地域覆盖提高覆盖半径是大区制需要解决的问题。覆盖区半径的极限距离应由下述因素确定:地球的曲率半径；地形环境影响；多径反射干扰；移动台发射功率小，上行信号传输距离