第02讲-移动通信发展

第二讲未来移动通信业务需求移动通信的发展史Beyond3G/4G的研究移动通信的理想——个人通信移动通信的标准化下一页回目录上一页未来移动通信业务需求移动业务也正从话音业务向以IP接入和多媒体业务为主的方向发展，手持移动终端将逐步成为上网的主要设备之一。以宽带无线IP接入为特征的无线局域网WLAN、无线个域网WPAN、无线城域网WMAN发展迅速下一页回目录上一页MobileInternetsubscribersMobilesubscribers0200400600800100012001400160018001995200020052010Subscriptionsworldwide(millions)MobileFixedMobileInternetFixedInternetWithinthenext5yearsInternetaccesswillhappenmainlyviamobiledevices下一页回目录上一页移动通信的发展史---萌芽阶段1880年，最初的无线传输设备“光话机”——将反射光耦合到光电硒接收器，通话距离700英尺，比无线电方式早25年。后经过改进，通话距离长达15km。缺点：光线易受雨、雾、建筑物等障碍物的阻挡。19世纪末赫兹发现电磁波辐射。1897年，马可尼在陆地和一艘拖船上完成莫尔斯电码无线通信实验，标志无线电通信的开始，开创了海上通信。1912年泰坦尼克号底的沉没突出了无线电通信在航海中的重要性，使海上无线通信得到广泛应用。1905年，费森堡首次进行无线电传输话音及音乐的实验。下一页回目录上一页移动通信的发展史---开拓阶段1921－1945：主要使用短波频段，电子管设备，人工交换和人工切换频率的控制和接续方式，受军事或半军事（警察）应用限制。1928年，美国底特律警察局率先使用装备贝茨发明的能适应移动车辆震动影响的无线电收发信机——超外差AM接收机的警用车辆无线电移动系统（单向），标志移动通信开始。30年代初，第一个双向移动通信系统在新泽西的贝尼尔警察局投入运行（半双工）。1935年，阿姆斯特朗发明了FM方式无线电，是移动通信中地第一个大分水岭。大大提高灵敏度或动态范围（3倍）具有“捕获效应”能更有效地对抗“快衰落”或波动性下一页回目录上一页移动通信的发展史---商业阶段1946－1968：移动电话需求强烈，专用移动无线电话系统广泛应用于警察、出租车、新闻、调度等方面，并开始出现公用汽车移动无线电话系统。然而与电视相比，其发展速度仍显得非常缓慢。1946年，Bell实验室在圣路易斯建立第一个公用汽车话网，不久就出现长期的频谱资源短缺问题。因此技术研究主要集中在：减小传输带宽——频道分割。一开始，FM采用120kHz传输带宽仅3kHz的话音（AM只需3kHz带宽），到60年代FM带宽减为30kHz/25kHz。将自动中继引入移动通信——集群应用，以增加系统容量，提高频谱利用率。60年代晶体管的出现，使移动台向小型化方向前进了一大步。在这些技术发展的基础上，60年代中期，开发出了“IMTS——改进地移动电话服务”系统（模拟FM，大区制，使用150/450MHz频段，实现无线频道自动选择，并与公用电话网自动拨号连接），使模拟FM技术达到了30年发展的顶峰。下一页回目录上一页大区制移动通信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连接。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。下一页回目录上一页移动通信的发展——蜂窝思想1949～1982：低功率发射机和小覆盖区域或蜂窝、频率复用、蜂窝裂变提高容量、越区切换和中央控制（自动化、程控化、智能化）。是移动通信系统不断完善的阶段。早在40年代末，美国Bell实验室提出蜂窝构想；60年代出台研究计划；1974年正式提出了蜂窝移动通信的概念。1978年底，贝尔实验室研制成功模拟蜂窝移动通信系统——先进移动电话系统（AMPS），比预期晚了整整10年，导致（模拟FM蜂窝系统）技术落后了，几乎丧失了市场。原因是频段争夺（与广播）和工业政策（反垄断——1982年AT&T分裂成7块）。同时期开通的第一代移动通信系统有：1983美国芝加哥的AMPS，1980北欧的NMT，1979日本东京、神户、大阪的NAMTS、1985英国伦敦的TACS等。使用频段为800/900MHz。这段时期，集成电路、微型计算机和微处理器等微电子技术的长足发展，使移动通信设备的小型化、微型化、便携化成为可能，移动设备的耗电量、重量、体积大大缩小，也是促进移动通信的发展一个重要原因。下一页回目录上一页蜂窝移动通信频率(或时隙或码字)可在空间间隔一定距离时获得复用。复用距离最小→频谱效率最大。系统容量受干扰限制主要是为电路交换通信而设计。由基站执行呼叫建立、越区切换、选路等集中控制功能。下一页回目录上一页蜂窝移动通信的发展趋势1980s1990s2000s2010s2020s第一代第二代第三代第四代第五代模拟数字个人通信全球化标准高速数据、高移动性、基于IP高速数据、高移动性、基于IP模拟蜂窝模拟无绳电话数字蜂窝：GSM、IS-54、PDC数字无绳电话：DECT、PHS卫星移动系统：铱系统、全球星IMT-2000（3G蜂窝）最大数据率2Mb/s4G蜂窝、广带接入、HAPS数据速率2-20Mb/s5G蜂窝、广带接入、HAPS数据速率20-100Mb/s下一页回目录上一页第一代移动通信模拟通信为特征的移动通信为第一代移动通信蜂窝小区系统设计----频率复用解决大容量需求与有限频谱资源的矛盾。主要代表：美国AMPS系统、英国TACS系统特点：FDMA、FM传输模拟话音频谱利用率低保密性差技术简单……下一页回目录上一页第二代移动通信模拟移动通信系统频谱利用率低、设备复杂、价格昂贵、业务种类受限、保密性差、防伪能力低，系统标准多且互不兼容。80年代中期～90年代末，欧洲、美国、日本等发达国家和地区先后推出了数字移动通信系统——第二代移动通信系统，目标是大容量、低功耗、全球漫游和切换：主要制式有1992欧洲推出商用的GSM，TDMA制式1993北美的cdmaOne(IS-95CDMA)，CDMA制式1991北美的DAMPS(IS-54)，TDMA制式1993日本的PDC，TDMA制式下一页回目录上一页第二代移动通信的特点特点：频谱利用率高、数字话音与传输、多种业务、多种先进技术、保密性好、集成度高、……先进技术：TDMA和CDMA、语音编码、自适应均衡、数字调制、信道编码、交织、分集接收、功率控制、……下一页回目录上一页第二代移动通信技术与应用正在发展中GPRS技术(通用无线分组业务)为GSM系统无线商务提供了高速数据通道;CDMA开始在中国大规模建设与应用；日本在移动通信上实现无线互联网应用(i-mode)的成功开创了无线数据业务的新时代；中国在无线数据应用领域正在起步。下一页回目录上一页移动通信的发展——宽带、多媒体90年代初～今：宽带（Wideband，最大数据传输速率2Mbps）、多媒体业务、频谱利用率高1G→2G：模拟→数字，单一业务（话音）→多种业务（话音、数据）；2G→3G：单媒体业务→多媒体业务，人与人通信→人与机器之间和机器与机器之间通信，容量提高2～5倍。下一页回目录上一页第三代移动通信的主流标准WCDMA(欧洲、日本)

FDDcdma2000(北美)FDD

TD-SCDMA(中国)TDD

下一页回目录上一页两种宽带CDMA技术的主要区别WCDMACDMA2000最小带宽5MHz1.25MHz的1、3、6、9、11倍技术类型单载波的宽带直接序列扩频DS多载波MC码片速率3.84Mbps1.2288Mbps的1、3、6、9、11倍基站间同步下行信道导频异步（不需GPS）连续导频附加导频符号与业务数据流时分复用(TM)同步（需GPS）独立连续导频，业务码道共用(CM)帧长10ms20ms语音编码固定速率可变速率功率控制速度1600800下一页回目录上一页第三代移动通信的特点微蜂窝结构。宽带CDMA技术。调制方式QPSK/自适应调制。FDMA/TDMA/CDMA。电路交换→分组交换。从媒体（media）→多媒体（Multimedia）。下一页回目录上一页第三代移动通信的局限性采用DS-CDMA技术难以向更高速业务领域扩展难以寻找更高速业务所需的正交扩频码集；难以满足更高的传输带宽需求；因而造成业务之间的干扰大。难以提供具有不同QoS和性能需求的全范围多媒体业务。这是IMT-2000空中接口标准强加给核心网的。在2GHz频段分配给IMT-2000的带宽很快就会饱和，而标准中制定的频分与时分双工相结合的模式也约束了其在不同环境有效地服务。下一页回目录上一页移动通信的发展——广带、IP多媒体2G和3G都存在全球标准不统一问题。今～：广带（Broadband，最大数据传输速率达100Mbps）、多媒体业务、频谱利用率更高，实现无线互联网。3G→B3G：各种系统互联互通，IP多媒体业务，容量提高5～10倍下一页回目录上一页VoiceWidebandBroadbandAnalogDigitalIntegratedDataNarrowbandB3G/4G3G2GMulti-function1GMultimediaSmartPointfrequency未来移动通信的发展趋向下一页回目录上一页移动IP的基本原理Internet移动终端家代理(HA)外代理(FA)AP路由器漫游固定用户移动用户IPinIP隧道下一页回目录上一页1G2G3GWirelessLANWirelessATMWirelessIPWirelessModem?移动通信的发展趋势下一页回目录上一页Beyond3G/4G的研究目前国际上有关超三代(第四代)移动通信的研究己经开始，远景描述已完成，其基本需求、频率、核心技术还处于前期研究阶段。但较为明确的一点是，第四代移动通信的实用期定在2012年以后。这符合移动通信技术每10-15年产生一代新体制的发展规律。下一页回目录上一页ITU提出的B3G定义和研究基本框架B3G是指广泛用于各种电信环境的无线系统的总和，包括蜂窝、固定无线接入、游牧（Nomadic）接入系统等。B3G的能力将涵盖并远远超出3G系统及与其进行互连的无线系统的能力，涵盖了目前的3G、无线接入、数字广播等系统的能力，并将新增两个部分：能为高速移动的用户提供广带（Broadband）多媒体业务的B3G蜂窝移动通信系统，支持约100Mbps，是未来研究的核心所在。支持高达几百Mbps以上速率的游牧/本地无线接入系统。下一页回目录上一页3G以及B3G系统的通信能力下一页回目录上一页超IMT-2000的基本定义(WP8F#6)BeyondIMT-2000是指广泛用于各种电信环境的无线系统的总和，包括蜂窝、固定无线接入、游牧（Nordic）接入系统等。BeyondIMT-2000的能力将含盖并远远超出IMT-2000系统及与其进行互连的无线系统的能力，含盖了目前的IMT-2000、无线接入、数字广播等系统的能力，并将新增两个部分，即支持约100Mbps的蜂窝系统和支持高达1Gbps以上速率的游牧/本地无线接入系统等。下一页回目录上一页超IMT-2000的Vision的新进展ITU确定了SystemsBeyondIMT-2000的基本概念ITU确定了SystemsBeyondIMT-2000的数据速率目标：在2010年左右数据速率达到uptoapproximately100Mbit/sforhighmobility；

uptoapproximately1Gbit/sforlowmobilitysuchasnomadic/localwirelessaccess

ITU确定了基本时间表和进度安排下一页回目录上一页各个阶段及预期的时间表下一页回目录上一页Source:ITU-RWP8F7thMeeting,Queenstown,February27–March5,2002,TEMP251r1eIMT-2000WLANtypeCellular2ndgen.ShortRangeConnectivityWirelinexDSLotherentitiesDigitalBroadcastreturnchannele.g.cellulardownloadchannelNewRadioInterfaceIMT-2000WLANtypeCellular2ndgen.ShortRangeConnectivityWirelinexDSLotherentitiesDigitalBroadcastreturnchannele.g.cellulardownloadchannelNewRadioInterfaceIPbasedCoreNetwork

Servicesandapplications下一页回目录上一页第一代模拟网第三代系统提供高速多媒体业务2Mbps业务功能时间1989199419951996199719981999200020012002200320042005

话音业务电路数据业务

9.6kbps第二代GSM系统智能网业务GPRS115kbps基于IP的分组数据业务2.5代移动通信技术发展迅速下一页回目录上一页移动通信业演进提速移动通信将在经济发展和社会进步中发挥更重要的作用，日前闭幕的巴塞罗那世界移动通信大会（MWC2010）上，宽带化、智能化、个性化、媒体化、多功能化、环保化逐步成为世界移动通信发展的新趋势。在MWC2010上，超越3G的“长期演进”（LTE）等技术得到广泛认可和支持。开发手机新用途将是未来竞争的焦点，其中媒体功能将是未来手机的主要功能之一。移动通信的理想——个人通信目标是实现个人通信系统无论任何人（Whoever）在任何时间（Whenever）在任何地方（Wherever）与任何个人（Whomever）进行任何形式（Whatever）下一页回目录上一页个人通信业务构想视频电话：带摄像头的移动终端设备。语音识别：UMTS论坛预计在2005～2010年之间，移动终端设备可具有识别和理解人类命令的能力。全息电话：英国Orange公司预测，到2020年移动终端设备将能够放映三维运动图像。视网膜显示：英国电信预计2003年可直接将图像投射到用户的视网膜上。WLAN无处不在：专家预测，2005年WLAN将普及Internet设备(包括家电)：蓝牙技术网络特别小组预测，到2010年Internet将像20世纪90年代微处理器芯片那样普及。遥控汽车：日本渴望在2015年实现由计算机驾驶汽车智能读取：英国电信预测，到2025年，思想识别将称为标准的输入方式，机器将成为用户身体的延伸。到2030年，无线设备将直接连接到人的大脑，允许即时的心灵感应。下一页回目录上一页个人通信是新的挑战任何人——要求支持巨大用户量：频谱资源有限；任何时间——要求支持动中通：无线通信是前提；任何地方——要求无缝覆盖