1.1移動通信的概述new

1、第一章 移動通信概述本章的要求：1 重點掌握移動通信的基本概念、移動通信的特點、移動通信的工作方式。2 了解移動通信系統(tǒng)的分類、應(yīng)用系統(tǒng)以及移動系統(tǒng)的組成。3 了解移動通信的發(fā)展、理解三代移動通信系統(tǒng)的主要差別；4 認識移動通信相關(guān)的技術(shù)1-1 移動通信的概述一、 基本概念（P1） 移動通信：通信雙方或至少一方處于移動中或臨時停留在某一非預(yù)定位置上，進行信息傳遞和交換的通信方式。移動通信不受時間和空間的限制，交流信息機動靈活、迅速可靠。其包括：移動體與固定點，移動體之間的信息傳遞。很多人一提到移動通信，往往首先想到的是手機，其實移動這個概念不僅僅在于手機，它其實包括蜂窩移動，集群調(diào)度，無繩電話

2、，尋呼系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng)。n 相關(guān)的流行語l 大哥大、手機、全球通、小靈通、GSM、CDMA、3G、WLAN、WIMAX、l 切換、漫游、短信、彩鈴、移動夢網(wǎng)、資費套餐，移動IP、移動通信實際上就是動中通：支持至少有一方可處于移動狀態(tài)的“無線”通信。包括終端的移動性（手持機、車載臺）、個人的移動性（SIM卡方式支持的業(yè)務(wù)）、業(yè)務(wù)的移動性（200業(yè)務(wù)等）。通信網(wǎng)的智能化和無線化使三者統(tǒng)一起來：個人通信網(wǎng)或個人通信業(yè)務(wù)。移動信道是對無線通信中發(fā)送端和接收端之間的通路的一種形象比喻。對于無線電波而言，它從發(fā)送端傳送到接收端，其間并沒有一個有形的連接，它的傳播路徑也有可能不只一條（下面所說的電波的傳播方式

3、中將說明）。信道有一定的頻率帶寬，正如公路有一定的寬度一樣。n 移動通信 vs 無線通信l 由于移動通信是至少有一方處于移動狀態(tài)下的通信，我們不可能再用一條電話線和他們相連了，所以必須使用無線信道-靠無線電波傳送信息。但它和無線通信是兩個不同的概念，前者強調(diào)移動性，后者強調(diào)無線電波的傳播。n 移動通信 vs 數(shù)字移動通信l “數(shù)字”的含義：傳輸環(huán)節(jié)對承載信息的信號處理方式，是一種相對概念。n 蜂窩移動通信l 一種特別而普及的公眾移動通信系統(tǒng)，因蜂窩狀多小區(qū)部站覆蓋而得名。二、 移動通信的發(fā)展歷程1.第一代移動通信系統(tǒng)（1G）以模擬蜂窩為主要特征的模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)。主要技術(shù)是模擬調(diào)頻（FM）

4、和頻分多址(FDMA)，使用的頻段為800900MHz（早期曾使用450MHz）主要缺點是頻譜利用率低，系統(tǒng)容量有限，抗干擾能力差，業(yè)務(wù)質(zhì)量比有線電話差，而且當(dāng)時國際標(biāo)準(zhǔn)化落后，有多種系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，跨國漫游很難，不能發(fā)送數(shù)字信息，不能與綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）兼容等。目前1G已逐步被各國淘汰。2.第二代移動通信系統(tǒng)（2G）以數(shù)字化為特征的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)。以數(shù)字傳輸(低比特率語音編碼，采用GMSK/QPSK數(shù)字調(diào)制技術(shù)以及自適應(yīng)均衡技術(shù))、時分多址和碼分多址為主體技術(shù)，主要業(yè)務(wù)包括電話和數(shù)據(jù)等窄帶綜合數(shù)字業(yè)務(wù)，可與窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（N-ISDN）相兼容。時分多址（TDMA）體制主要有三種：

5、歐洲的全球移動通信系統(tǒng)（GSM）、美國的數(shù)模兼容系統(tǒng)（D-AMPS，又稱ADC）和日本的PDC(或稱JDC)。碼分多址（CDMA）體制主要指美國的CDMA標(biāo)準(zhǔn)IS-95，又稱CDMAOne。2G系統(tǒng)的主要缺點是系統(tǒng)帶寬有限，限制了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展，也無法實現(xiàn)移動多媒體業(yè)務(wù)，而且由于各國的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，無法實現(xiàn)各種體制之間的全球漫游。3.第三代移動通信系統(tǒng)（3G）以多媒體業(yè)務(wù)為主要特征。IMTCD*22000的目的是克服第二代系統(tǒng)因技術(shù)局限而無法提供寬帶移動通信業(yè)務(wù)的缺陷。IMT-2000的目標(biāo)是全球統(tǒng)一頻段，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，全球無縫覆蓋；實現(xiàn)高服務(wù)質(zhì)量、高保密性能、高頻譜效率；提供從低速率的語音到高達2

6、Mb/s的多媒體業(yè)務(wù)。真正實現(xiàn)“任何人(Whoever)在任何地點(Wherever)任何時間(Whenever)可以同任何（Whomever）進行任形式(Whatever)的通信”這樣一個目標(biāo)。世界各地在開發(fā)第三代移動通信的進程中形成了北美、歐洲和日本三大區(qū)域性集團，它們分別推出了WCDMA、UTRATDD和寬帶CDMAOne的技術(shù)方案。3G系統(tǒng)于本世紀(jì)初投入商業(yè)運營。我國于1998年6月向國際電聯(lián)（ITU）提出了中國的RTT建議，即TD-SCDMA方案，被國際電聯(lián)吸納，成為目前國際上的三個RTT建議之一。2007年10月，ITU批準(zhǔn)WiMAX無線寬帶接入技術(shù)以O(shè)FDMA WMAN TDD的

7、名義成為繼WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA后的第四個3G標(biāo)準(zhǔn)。3G標(biāo)準(zhǔn)的局限性主要是IMT-2000中最關(guān)鍵的無線傳輸技術(shù)（RTT）以及核心網(wǎng)制式均未統(tǒng)一，因此很難達到原IMT-2000全球通用的標(biāo)準(zhǔn)。此外，3G系統(tǒng)帶寬對寬帶多媒體業(yè)務(wù)的傳輸而言仍然不夠?qū)挘贿m應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的要求，因此世界各國已經(jīng)開始了后3G（4G）的研究計劃。4.我國移動通信的發(fā)展n 我國移動通信的發(fā)展始于1987年，當(dāng)時在上海首次開通了900MHz頻段、TACS制式的模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)n 1994年廣東省首先建成GSM數(shù)字移動通信網(wǎng)n 1996年12月在廣州建起第一個CDMA試驗網(wǎng)n 2001年8月，模擬蜂

8、窩網(wǎng)在我國停止運營n 2008年5月24日，電信重組方案：中國電信收購中國聯(lián)通CDMA網(wǎng)(包括資產(chǎn)和用戶)，中國聯(lián)通與中國網(wǎng)通合并，中國衛(wèi)通的基礎(chǔ)電信業(yè)務(wù)并入中國電信，中國鐵通并入中國移動。三、 移動通信的特點1 無線電波傳播復(fù)雜移動通信系統(tǒng)多建于大中城市的市區(qū)，城市中的高樓林立、高低不平、疏密不同、形狀各異，這些都使移動通信傳播路徑進一步復(fù)雜化，并導(dǎo)致其傳輸特性變化十分劇烈。接收信號多為直射波、多徑反射波、繞射波和散射波的合成波，疊加的場強起伏不定，最大可相差2030dB。2 多普勒頻移會產(chǎn)生附加調(diào)制3 移動臺受各種噪聲的騷擾并在強干擾環(huán)境下運行移動通信網(wǎng)象其他通信網(wǎng)一樣，受到各種噪聲（如大

9、氣噪聲/次要、城市噪聲/主要）的影響。然而它又是一個多頻道、多電臺同時工作的系統(tǒng)，因此，它將受到同頻干擾（蜂窩通信系統(tǒng)特有）、鄰道干擾（說的通俗一點，比如兩個車道，你在左邊，我在右邊，大家的路寬是一樣的，可是你的車太大，就影響了我的車道.）、互調(diào)干擾（主要是系統(tǒng)設(shè)備中的非線性引起的，如混頻選擇不好，使非有用信號混入，而造成干擾。）。4 對移動臺的要求高 動態(tài)范圍大：由于移動臺位置不斷變化，即接收機與發(fā)射機之間的距離不斷變化，接收電平變化很大，所以接收設(shè)備應(yīng)有很大的動態(tài)范圍； 很強的適應(yīng)性，性能穩(wěn)定可靠：因為移動臺長期處于不固定位置狀態(tài)，外界的影響很難預(yù)料，所以要求移動臺應(yīng)具備很高的抗震、抗?jié)瘛?/p>

10、抗日曬雨淋、具有耐高低溫等能力； 適應(yīng)新業(yè)務(wù)、新技術(shù)的發(fā)展：如寬頻和可翻頁等。 低功耗、低成本、低輻射、易攜帶性、操作方便性；真有點：“限制馬吃草，又讓馬兒跑得快。”5 可利用的信道資源有限，通信業(yè)務(wù)容量需求日益增加由于政策、技術(shù)、使用的無線電設(shè)備等原因，ITU只劃定了9KHz-400GHz的范圍，目前使用較高頻段只在幾十GHz，受到無線傳播特性的限制，蜂窩移動通信一般工作在3GHz以下。移動通信的頻段僅限于VHF(甚高頻)、UHF(超高頻)，所以可用的信道容量是及其有限的。為滿足用戶需求量的增加，需要開拓新頻段和在有限的已有頻段中采取有效利用頻率的措施，如窄帶化（就是每個用戶占用的頻率帶寬較

11、小）、縮小頻帶間隔（就是縮小用戶頻帶之間的保護間隔）、頻道重復(fù)利用、多波（信）道共用、多載波傳輸、MIMO技術(shù)等方法來解決。歐洲3G運營頻段曾拍出3000億歐元天價。6 建網(wǎng)技術(shù)復(fù)雜為了滿足移動中通信的要求，所使用的技術(shù)復(fù)雜：由于移動臺在通信區(qū)域內(nèi)隨時運動，需要隨機選用無線信道，進行頻率和功率控制、地址登記、越區(qū)切換及漫游等跟蹤技術(shù)。這就使其通信比固定網(wǎng)要復(fù)雜得多。在入網(wǎng)和計費方式上也有特殊的要求，所以移動通信系統(tǒng)是比較復(fù)雜的。三、移動通信的工作方式移動通信的工作方式由單項和雙向。其中單向（廣播式）傳輸重要應(yīng)用于無線尋呼系統(tǒng)中，而雙向通信又可分為三類：單工、雙工和半雙工。1. 單工通信所謂單工

12、通信是指通信雙方電臺交替地進行收信和發(fā)信。根據(jù)收、發(fā)頻率的異同，又可分為同頻單工和異頻單工。單工通信常用于點到點通信，參見圖 1-1。圖 1-1 單工通信優(yōu)點：1）可直接通話，不用基站；2）不用天線共用裝置；3）耗電少，設(shè)備簡單，造價便宜缺點：由于收、發(fā)信機使用同一個頻率,當(dāng)附近有鄰近頻率的電臺工作時,就會造成強干擾，要避開強干擾的信道頻率,就要允許工作信道的頻率間隔較寬；當(dāng)有兩個移動臺同時發(fā)射時，會出現(xiàn)同頻干擾；操作不方便。 2. 雙工通信所謂雙工通信，有時亦稱全雙工通信，是指通信雙方可同時進行傳輸消息的工作方式，即任何一方講話時，也可以聽到對方的語音。如圖 1-2 所示。 圖1-2 雙工通

13、信2）頻分雙工（TDD）頻分雙工是指上行鏈路（移動臺到基站）和下行鏈路（基站到移動臺）采用兩個分開的頻率（有一定頻率間隔要求）工作，該模式工作在對稱頻帶上。此時發(fā)射機和接收機能同時工作，能進行不需按鍵控制的雙向?qū)χv，移動臺需要天線共用裝置。頻分雙工方式的優(yōu)點是：由于發(fā)送頻帶和接收頻帶有一定的間隔（10MHz或45MHz），因此可以大大提高抗干擾能力；使用方便，不需控制收發(fā)的操作，特別適用于無線電話系統(tǒng)使用，便于與公眾電話網(wǎng)接口；適合于多頻道同時工作的系統(tǒng)；適合于宏小區(qū)、較大功率、高速移動覆蓋。頻分雙工方式的缺點是移動臺不能互相直接通話，而要通過基站轉(zhuǎn)接。另外，由于發(fā)射機處于連續(xù)發(fā)射狀態(tài)，因此電

14、源耗電量大。 2）時分雙工（TDD）時分雙工是一種上行鏈路和下行鏈路通過使用不同的時隙來區(qū)分的在相同頻率上工作的雙工方式，該模式是工作在非對稱頻帶上的，物理信道上的時隙分為發(fā)射和接收兩個部分，通信雙方的信息是交替發(fā)送的。TDD模式工作于非對稱時段；適合微小區(qū)、低功率、慢速移動覆蓋；上、下行空間傳輸特性接近，較適合采用空分多址SDMA（智能天線）技術(shù)?？梢姡現(xiàn)DD和TDD分別適合于不同的應(yīng)用場合。如果混合采用FDD和TDD兩種模式，就可以保證在不同的環(huán)境下更有效地利用有限的頻率。ITU在第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)中就采納了不同工作方式的標(biāo)準(zhǔn)。 3. 半雙工通信半雙工通信指通信雙方，有一方使用雙工方式，而

15、另一方則采用單工方式，其組成與圖 1-2 相似， 移動臺采用單工的“按講”方式，即按下按講開關(guān)，發(fā)射機才工作，而接收機總是工作的?；竟ぷ髑闆r與雙工方式完全相同。 優(yōu)點是：受鄰近電臺干擾少；有利于解決緊急呼叫問題；可使基站載頻常發(fā)，移動臺就經(jīng)常處于雜音被抑制狀態(tài)，不需要靜噪調(diào)整。半雙工制的缺點是也存在按鍵操作不便的問題。一般專用移動通信系統(tǒng)（如調(diào)度、集群系統(tǒng)）采用此方式。 在雙工通信中，基站(BS)向移動臺(MS)傳遞信息叫前向信道（或下行鏈路），移動臺(MS)向基站(BS)傳遞信息叫反向信道（或上行鏈路）。一般前向/下行信道的頻率高于反向/上行信道。四、移動通信系統(tǒng)的頻率要了解移動通信的特點

16、，首先必須掌握移動通信工作頻段。移動通信的頻率范圍為30300MHz的甚高頻段（VHF）和3003000MHz的特高頻段（UHF），確定移動通信的工作頻段應(yīng)從以下幾個方面考慮：n 電波的傳播特性，天線尺寸n 環(huán)境噪聲及干擾n 服務(wù)區(qū)域范圍、地形和障礙物尺寸及對建筑物的滲透性能n 設(shè)備小型化n 與已開發(fā)的頻段的兼容和協(xié)調(diào)150MHz、450MHz、900MHz、1800MHz四個頻段在使用時的收發(fā)頻率間隔分別為：150MHz段的收發(fā)頻率間隔為5.7MHz；450MHz段的收發(fā)頻率間隔為10MHz；900MHz段的收發(fā)頻率間隔為45MHz；1800MHz段的收發(fā)頻率間隔為95MHz。補充各頻段的頻率范圍：頻率范圍波長符號常用介質(zhì)用途3Hz30kHz108104mVLF長波音頻、數(shù)據(jù)終端、長距離導(dǎo)航等30kHz300kHz104103mLF長波導(dǎo)航、信標(biāo)、電力線通信等300kHz3MHz103102mMF中波調(diào)幅廣播、業(yè)余無線電等3MHz30MHz10210mHF短波短波廣播、移動無線電話等30MHz300M