移動(dòng)通信概述

1、/ 1172 / 642/ 52/ 1173 / 643/ 52/ 1174 / 644/ 52幾個(gè)名詞與概念：/ 1175 / 645/ 52 固網(wǎng)設(shè)備 交換網(wǎng)絡(luò) 無(wú)線基站 移動(dòng)終端/ 1176 / 646/ 52繁榮背后面臨巨大技術(shù)挑戰(zhàn)!/ 1177 / 647/ 52現(xiàn)代通信：通過(guò)電磁波傳輸信息?，F(xiàn)代通信：通過(guò)電磁波傳輸信息。電信號(hào)的數(shù)學(xué)表示：電信號(hào)的數(shù)學(xué)表示：( )sin2( )cS tAftt 幅度頻率時(shí)間相位信息是利用電信號(hào)的特征參數(shù)變化來(lái)表征的，這個(gè)過(guò)程叫編碼與調(diào)制，經(jīng)過(guò)編碼與調(diào)制的電信號(hào)再經(jīng)過(guò)頻率變換以電磁波形式發(fā)送出去。主要特征參數(shù)/ 1178 / 648/ 52/ 1179

2、 / 649/ 52n 電波傳播環(huán)境復(fù)雜電波傳播環(huán)境復(fù)雜 頻率范圍：頻率范圍：短波（短波（RF RF 3 330MHz30MHz ）甚高頻（甚高頻（VHFVHF，3030300MHz300MHz） 和特高頻（和特高頻（UHFUHF，3003003000MHz3000MHz）內(nèi)）內(nèi) ，由利用更高，由利用更高 頻段的趨勢(shì)。頻段的趨勢(shì)。 多徑傳輸：多徑傳輸： 直射直射 反射反射 散射散射 開放環(huán)境開放環(huán)境/ 11710 / 6410/ 52n 易受干擾易受干擾 系統(tǒng)（設(shè)備）內(nèi)系統(tǒng)（設(shè)備）內(nèi)/ /間干擾：間干擾：共道干擾、鄰道干擾、共道干擾、鄰道干擾、互調(diào)干擾、多址干擾，以及近地?zé)o用強(qiáng)信號(hào)壓制遠(yuǎn)地有互

3、調(diào)干擾、多址干擾，以及近地?zé)o用強(qiáng)信號(hào)壓制遠(yuǎn)地有用弱信號(hào)的現(xiàn)象等用弱信號(hào)的現(xiàn)象等 。 自然環(huán)境干擾自然環(huán)境干擾：天氣、氣候、天文異動(dòng)、自然災(zāi)害等：天氣、氣候、天文異動(dòng)、自然災(zāi)害等 工業(yè)（電器）干擾工業(yè)（電器）干擾：城市噪聲、電機(jī)點(diǎn)火、電器開：城市噪聲、電機(jī)點(diǎn)火、電器開關(guān)等。關(guān)等。 人為干擾人為干擾：惡意干擾：惡意干擾/ 11711 / 6411/ 52n 頻譜資源稀缺頻譜資源稀缺n歐洲歐洲3G3G運(yùn)營(yíng)頻段曾拍出運(yùn)營(yíng)頻段曾拍出30003000億歐元天價(jià)億歐元天價(jià)n 移動(dòng)設(shè)備要求高移動(dòng)設(shè)備要求高l低功耗低功耗l便攜靈活便攜靈活l低成本（復(fù)雜度）低成本（復(fù)雜度）l低輻射低輻射l高性能（業(yè)務(wù)能力強(qiáng)）高性

4、能（業(yè)務(wù)能力強(qiáng)）真有點(diǎn)：真有點(diǎn)：“限制馬吃草，又讓馬兒跑得快。限制馬吃草，又讓馬兒跑得快?！? 11712 / 6412/ 52/ 11713 / 6413/ 52n 系統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)復(fù)雜：以以3GPP R43GPP R4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為例網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為例Co-operatingNetworksUser Equipment Radio Access NetworkCore NetworkNote: Not all interfaces areshown and namedBSCBTSUmAbisBSSFHLRDCEIRAUCEAGMSCGfGnSGSNGbGrGnSGSNGGSNGsGcGiGdIuCSMS

5、C/VLRGHGpIuPSRNCNode BUuIurIubRNCNode BIubRNSRNSUTRANIurMECuorSIM-ME i/fUSIMSIMMSISDNPSTNPSPDNCSPDNPDN:- Intranet- Extranet- Internet- X.25SMSMSC/VLRSCFMESIM-ME i/fSIMMS/ 11714 / 6414/ 52/ 11715 / 6415/ 52n 系統(tǒng)組成因類別而有差異系統(tǒng)組成因類別而有差異n 主要組成部分（顯性）主要組成部分（顯性）l移動(dòng)終端移動(dòng)終端l基站（接入點(diǎn)）基站（接入點(diǎn)）l控制與交換中心控制與交換中心l對(duì)外接口對(duì)外接口n

6、 網(wǎng)絡(luò)、接口與協(xié)議（陰性）網(wǎng)絡(luò)、接口與協(xié)議（陰性）l系統(tǒng)部件是通過(guò)接口互連系統(tǒng)部件是通過(guò)接口互連l系統(tǒng)往往是一個(gè)分層規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)往往是一個(gè)分層規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)l接口根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)接口根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)l傳輸與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是規(guī)范的主體傳輸與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是規(guī)范的主體典型移動(dòng)通信系統(tǒng)示意圖典型移動(dòng)通信系統(tǒng)示意圖Radio towerRadio towerRadio towerMobile Switching Center (MSC)or Mobile Telephone SwitchingOffice (MTSO)Voice and data links(landline or microwave links)Radi

7、o link(air interface)PSTNNetworkManagement &Operation SystemOther Networks/ 11716 / 6416/ 52Radio towerRadio towerRadio towerRadio towerRadio towerRadio towerRadio towerRadio towerRadio towerMSC1(Home MSC)MSC2(Home MSC)PSTNPSTNHLRAuCVLRHLRAuCVLRUser becomesa roamerHLR: Home Location RegisterVLR:

8、 Visitor Location RegisterAuC: Authentication CenterVisitor MSCDatabaseHome MSCDatabase/ 11717 / 6417/ 52BTS: 基站BSC:基站控制器GMSC: 移動(dòng)交換中心網(wǎng)關(guān)GSM: 全球移動(dòng)通信系統(tǒng)HLR: 歸屬位置寄存器VLR:訪問位置寄存器MSC：移動(dòng)交換中心AuC：鑒權(quán)中心EIR: 設(shè)備識(shí)別寄存器 基站子系統(tǒng)基站子系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)與交換子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與交換子系統(tǒng) 手機(jī)手機(jī)公共電話公共電話/ /數(shù)據(jù)交換網(wǎng)數(shù)據(jù)交換網(wǎng)/ 11718 / 6418/ 52qIMT-2000 接口q由GSM 核心網(wǎng)演進(jìn)的3G

9、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)/ 11719 / 6419/ 52 L3 控制 控制 控制 控制 邏輯信道 傳輸信道 C-平面 信令 U-平面 信息 PHY L2/MAC L1 RLC DC Nt GC L2/RLC MAC RLC RLC RLC RLC RLC RLC RLC 避免重復(fù) UuS 界 BMC L2/BMC RRC 控制 PDCP PDCP L2/PDCP DC Nt GC / 11720 / 6420/ 52銥星全球移動(dòng)通信系統(tǒng)示意圖銥星全球移動(dòng)通信系統(tǒng)示意圖/ 11721 / 6421/ 52/ 11722 / 6422/ 52/ 11723 / 6423/ 52/ 11724 / 6424/

10、52q信道測(cè)量與參數(shù)提取信道測(cè)量與參數(shù)提取l多徑數(shù)量與傳播損耗多徑數(shù)量與傳播損耗l多普勒頻移多普勒頻移l干擾干擾l時(shí)間與頻率選擇性時(shí)間與頻率選擇性q信道質(zhì)量分析信道質(zhì)量分析l傳輸損耗規(guī)律分析（衰落傳輸損耗規(guī)律分析（衰落 類型分析）類型分析）l信號(hào)、噪聲與干擾強(qiáng)度分析信號(hào)、噪聲與干擾強(qiáng)度分析q信道建模信道建模l信號(hào)傳輸衰減指數(shù)信號(hào)傳輸衰減指數(shù)l多徑信號(hào)數(shù)量與強(qiáng)度多徑信號(hào)數(shù)量與強(qiáng)度l多天線模型與工作機(jī)理多天線模型與工作機(jī)理q鏈路計(jì)算鏈路計(jì)算l根據(jù)信道模型、傳輸方案做鏈路預(yù)算根據(jù)信道模型、傳輸方案做鏈路預(yù)算/ 11725 / 6425/ 52q多用戶接入（多址）技術(shù)多用戶接入（多址）技術(shù)l多址方式多

11、址方式l越區(qū)切換與漫游（移動(dòng)性管理）越區(qū)切換與漫游（移動(dòng)性管理）q多小區(qū)配置與干擾抑制技術(shù)多小區(qū)配置與干擾抑制技術(shù)l頻率復(fù)用頻率復(fù)用l鄰小區(qū)干擾抑制鄰小區(qū)干擾抑制l信道配置信道配置q多信道共用技術(shù)多信道共用技術(shù)l宏分集宏分集l多用戶信道共享多用戶信道共享q網(wǎng)結(jié)構(gòu)與信令網(wǎng)結(jié)構(gòu)與信令l核心網(wǎng)：電路、分組、核心網(wǎng)：電路、分組、IPl網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)內(nèi)/間互連間互連l信令：信令：No.7/ 11726 / 6426/ 52q鏈路體制設(shè)計(jì)鏈路體制設(shè)計(jì)l雙工復(fù)用方式：雙工復(fù)用方式：TDD、FDDl信道配置：?jiǎn)涡诺琅渲茫簡(jiǎn)?多天線、對(duì)稱多天線、對(duì)稱/非對(duì)稱非對(duì)稱q信號(hào)波形設(shè)計(jì)信號(hào)波形設(shè)計(jì)l載波：多載波、單載波載波：多

12、載波、單載波l調(diào)制：模擬調(diào)制：模擬/ /數(shù)字、恒波絡(luò)數(shù)字、恒波絡(luò)/ /非恒波絡(luò)、高階調(diào)制非恒波絡(luò)、高階調(diào)制q抗抗衰落衰落技術(shù)技術(shù)l分集：時(shí)間、頻率、空間、極化、角度、發(fā)送分集等分集：時(shí)間、頻率、空間、極化、角度、發(fā)送分集等l均衡：時(shí)均衡：時(shí)/頻域均衡、干擾抵消、頻域均衡、干擾抵消、Rake接收接收l(shuí)交織與編碼：交織與編碼：Turbo編碼編碼lMIMIO與空時(shí)頻編碼與空時(shí)頻編碼l智能天線智能天線q抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù)l跳跳/擴(kuò)頻（時(shí)）技術(shù)擴(kuò)頻（時(shí)）技術(shù)l認(rèn)知無(wú)線電認(rèn)知無(wú)線電/ 11727 / 6427/ 52單工移動(dòng)通信單工移動(dòng)通信雙工移動(dòng)通信雙工移動(dòng)通信/ 11728 / 6428/ 52/

13、11729 / 6429/ 52 按使用對(duì)象可分為民用設(shè)備和軍用設(shè)備； 按使用環(huán)境可分為陸地通信、海上通信和空中通信； 按多址方式可分為頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）等； 按覆蓋范圍可分為廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)和個(gè)域網(wǎng)； 按業(yè)務(wù)類型可分為電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)； 按工作方式可分為同頻單工、同頻雙工、異頻單工、異頻雙工和半雙工； 按服務(wù)范圍可分為專用網(wǎng)和公用網(wǎng)； 按信號(hào)形式可分為模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)。幾種主要分類方法：幾種主要分類方法：/ 11730 / 6430/ 52q蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)l陸地公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)主要形式，陸地公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)主要形式

14、，具有越區(qū)切換、自動(dòng)或人工漫游、具有越區(qū)切換、自動(dòng)或人工漫游、計(jì)費(fèi)及業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)等功能。計(jì)費(fèi)及業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)等功能。 q集群移動(dòng)通信系統(tǒng)集群移動(dòng)通信系統(tǒng)l屬于調(diào)度系統(tǒng)的專用通信網(wǎng)，它一般由控制中心、總調(diào)度臺(tái)、分調(diào)度臺(tái)、屬于調(diào)度系統(tǒng)的專用通信網(wǎng)，它一般由控制中心、總調(diào)度臺(tái)、分調(diào)度臺(tái)、基地臺(tái)和移動(dòng)臺(tái)組成，適用指揮調(diào)度?；嘏_(tái)和移動(dòng)臺(tái)組成，適用指揮調(diào)度。 q無(wú)繩電話系統(tǒng)無(wú)繩電話系統(tǒng)lPTSN的終端無(wú)繩接入方案，是的終端無(wú)繩接入方案，是PTSN的增強(qiáng)應(yīng)用。最新形式的增強(qiáng)應(yīng)用。最新形式“小靈通小靈通”。q無(wú)線尋呼系統(tǒng)無(wú)線尋呼系統(tǒng)l通過(guò)無(wú)線傳輸方式實(shí)現(xiàn)信息廣播、組播、點(diǎn)播通過(guò)無(wú)線傳輸方式實(shí)現(xiàn)信息廣播、組播、點(diǎn)播

15、q 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)l LEO、GEOq 無(wú)線因特網(wǎng)接入系統(tǒng)無(wú)線因特網(wǎng)接入系統(tǒng)lWBAN、WPAN、WLAN、WMAN、WWAN、WRAN/ 11731 / 6431/ 52/ 11732 / 6432/ 52q幾個(gè)重要的里程碑幾個(gè)重要的里程碑l1898年：年：M.G.馬可尼完成第一次無(wú)線通信試驗(yàn)；馬可尼完成第一次無(wú)線通信試驗(yàn)；l20世紀(jì)世紀(jì)20年代：美國(guó)底特律市警察使用的短波頻段（年代：美國(guó)底特律市警察使用的短波頻段（2MHz）車載無(wú)線）車載無(wú)線電系統(tǒng)電系統(tǒng) ；l20世紀(jì)世紀(jì)40年年 ：貝爾電話實(shí)驗(yàn)室在圣路易斯城建立了世界上第一個(gè)公用汽：貝爾電話實(shí)驗(yàn)室在圣路易斯城建立了世界上

16、第一個(gè)公用汽車電話網(wǎng)，稱為車電話網(wǎng)，稱為“城市系統(tǒng)城市系統(tǒng)” ；（人工、公網(wǎng)）；（人工、公網(wǎng)）l20世紀(jì)世紀(jì)60年年 ：美國(guó)推出了改進(jìn)型移動(dòng)電話系統(tǒng)（：美國(guó)推出了改進(jìn)型移動(dòng)電話系統(tǒng)（IMTS），采用大區(qū)制、），采用大區(qū)制、中小容量，頻道自動(dòng)選擇、能自動(dòng)接續(xù)到公用電話網(wǎng)中小容量，頻道自動(dòng)選擇、能自動(dòng)接續(xù)到公用電話網(wǎng) ；（自動(dòng)交換）；（自動(dòng)交換）l20世紀(jì)世紀(jì)70年年 ：提出蜂窩移動(dòng)通信（小區(qū)制）概念，并陸續(xù)實(shí)現(xiàn)：提出蜂窩移動(dòng)通信（小區(qū)制）概念，并陸續(xù)實(shí)現(xiàn)AMPS等等第一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)；（模擬蜂窩）第一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)；（模擬蜂窩）l20世紀(jì)世紀(jì)80年代中期起：年代中期起：GSM、D-AMP

17、S、IS-95等研制；（數(shù)字蜂窩）等研制；（數(shù)字蜂窩）l20世紀(jì)世紀(jì)90年代初：衛(wèi)星移動(dòng)通信研究熱潮，（真正的全球覆蓋）；年代初：衛(wèi)星移動(dòng)通信研究熱潮，（真正的全球覆蓋）；l1998年前后：年前后：IMT-2000系統(tǒng)研制啟動(dòng)；系統(tǒng)研制啟動(dòng)；WLAN的推廣，（寬帶的推廣，（寬帶CDMA、分組交換）；分組交換）；l2000年前后：?jiǎn)?dòng)年前后：?jiǎn)?dòng)B3G研究；研究；l2004年前底：年前底：3G-LTE啟動(dòng)；啟動(dòng)；l2005年年8月：月：ITU啟動(dòng)啟動(dòng)IMT-Advanced（B3G/4G）標(biāo)準(zhǔn)化工作。）標(biāo)準(zhǔn)化工作。/ 11733 / 6433/ 52E3GGSMUS-TDMAGPRSWCDMAc

18、dmaOnecdma2000-1X1XEV-DV 1XEV-DO10s of kb/s(2G) 100s of kb/s 2 Mb/s (3G) 5 Mb/s 30 Mb/s 100-1000Mb/sHSDPAHSUPATD-SCDMAEDGEPDC3GPP3GPP2B3G 2010- 2015LTEAIE2006-20072003-20052006-20072000-20022001-2003標(biāo)準(zhǔn)完成標(biāo)準(zhǔn)完成 開始商用開始商用Specifications completed and become commercial100M10MWiMAX/ 11734 / 6434/ 52北美北美D-AM

19、PS、IS-136IS-136+、IS-95GPRS/ EDGE cdma2000、UMTS/ DoCoMo-WCDMAEV-DO,EVDV歐洲歐洲NMT、TACSGSMUMTS WCDMA (F2)Hybrid TDMA/ CDMA (F1)GPRS/ EDGEWideband-cdmaOneHSDPA,HSUPA亞太亞太NMT、NTTGSM、IS-95、PDCDoCoMo/ UMTS-WCDMAWideband-cdma2000GPRS/ EDGEETRI-CDMAChina-specific TDS-CDMAHSD/UPA/ 11735 / 6435/ 52/ 11736 / 6436/

20、 52勞勞工工老幼老幼護(hù)護(hù)理理農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)醫(yī)醫(yī)療療食品食品金融金融科學(xué)研究科學(xué)研究教育教育家用家用電電器器機(jī)器人作機(jī)器人作業(yè)業(yè)交通運(yùn)交通運(yùn)輸輸分配分配環(huán)環(huán)境境泛在網(wǎng)絡(luò)世界連接所有的人和物 任何時(shí)間任何地點(diǎn)為任何人辦任何事的便捷網(wǎng)絡(luò) 人與人+人與物+物與物 / 11737 / 6437/ 52n 經(jīng)典描述經(jīng)典描述l任何人、在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、利用任何設(shè)備與任何人通信。n 個(gè)人通信的特征個(gè)人通信的特征l以個(gè)人為中心取代以設(shè)備為中心l通信不受環(huán)境或設(shè)備限制l通信建立“因人而易”，個(gè)人可以充分享受通信的快樂與自由l是通信發(fā)展的最高境界ln 無(wú)線移動(dòng)通信的作用無(wú)線移動(dòng)通信的作用l必要也是必然手段l但可定不

21、是充分手段l/ 11738 / 6438/ 52“技術(shù)專利化、專利標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化技術(shù)專利化、專利標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化”成了知識(shí)產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域新的游戲規(guī)則成了知識(shí)產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域新的游戲規(guī)則。 q主要國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織主要國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織l國(guó)際電信聯(lián)盟（國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）國(guó)際頻率登記局（國(guó)際頻率登記局（IFRB）國(guó)際電話電報(bào)咨詢委員會(huì)（國(guó)際電話電報(bào)咨詢委員會(huì)（CCIT）國(guó)際無(wú)線電咨詢委員會(huì)（國(guó)際無(wú)線電咨詢委員會(huì)（CCIR）l歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI） l電氣和電子工程師學(xué)會(huì)（電氣和電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE） q國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化組織國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化組織lCCSA / 11739 / 6439/ 52 統(tǒng)

22、一命名統(tǒng)一命名: IMT-Advanced: IMT-Advanced 設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)目標(biāo)峰值速率峰值速率: :低速移動(dòng)、熱點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景低速移動(dòng)、熱點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景下下1Gbps1Gbps以上以上 , ,高速移動(dòng)、廣域覆蓋場(chǎng)高速移動(dòng)、廣域覆蓋場(chǎng)景下景下100Mbps100Mbps 支持泛在通信支持泛在通信帶中繼的熱點(diǎn)覆蓋分層多模覆蓋/ 11740 / 6440/ 52n第一代蜂窩移動(dòng)通信第一代蜂窩移動(dòng)通信基本退出基本退出歷史舞臺(tái)；歷史舞臺(tái)；n第二代蜂窩移動(dòng)通信取得第二代蜂窩移動(dòng)通信取得空前輝煌空前輝煌；n第二代演進(jìn)系統(tǒng)第二代演進(jìn)系統(tǒng) (2.5G/2.75G) (2.5G/2.75G) 提供提供3G3G延遲帶來(lái)的延遲帶來(lái)的業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)空檔；空檔；n第三代蜂窩移動(dòng)通信在經(jīng)歷不斷延期后第三代蜂窩移動(dòng)通信在經(jīng)歷不斷延期后逐步進(jìn)入商用逐步進(jìn)入商用，市場(chǎng)前景不明朗；，市場(chǎng)前景不明朗；n無(wú)線無(wú)線 PAN/LAN/MAN/WAN PAN/LAN/MAN/WAN 特有方式雄心勃勃地為互聯(lián)網(wǎng)用戶等提供數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)，特有方式雄心勃勃地為互聯(lián)網(wǎng)用戶等提供數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)，給未來(lái)蜂窩移動(dòng)通信構(gòu)成很大沖擊給未來(lái)蜂窩移動(dòng)通信構(gòu)成很大沖擊；n為了應(yīng)對(duì)為了應(yīng)對(duì)WLANWLAN等帶來(lái)壓力，等帶來(lái)壓力，3G3G增強(qiáng)系統(tǒng)增強(qiáng)系統(tǒng) (3G (3