移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)課件

1、移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)綜述賈明超 一、緒論二、我國(guó)移動(dòng)通信的發(fā)展三、移動(dòng)通信的基本知識(shí)四、第三代移動(dòng)系統(tǒng)及其演進(jìn)五、4G的研究一、緒論1.1移動(dòng)通信的概念 移動(dòng)通信是指通信的一方或雙方在移動(dòng)狀態(tài)中或臨時(shí)停留在某一非預(yù)訂位置上進(jìn)行信息傳遞和交換的方式。 1.2移動(dòng)通信的發(fā)展歷程 移動(dòng)通信，確切地說蜂窩式移動(dòng)通信，從正式進(jìn)入商業(yè)運(yùn)營(yíng)開始，至今只有30年的歷史，就其發(fā)展歷程看，大約每10年就會(huì)更新一代1.2.1第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)（1G） 時(shí)間： 20世紀(jì)70年代至80年代代表：美國(guó)的AMPS系統(tǒng) ，英國(guó)的TACS系統(tǒng)，北歐的NMT 系統(tǒng)，德國(guó)的C系統(tǒng)以及日本的HCMTS和NTT系統(tǒng)等缺點(diǎn)：頻譜利用率低，系統(tǒng)容

2、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(shí)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化落后，有多種系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，跨國(guó)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(guó)淘汰。 缺點(diǎn)：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(shí)現(xiàn)移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)，而且由于各國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，無法實(shí)現(xiàn)各種體制之間的全球漫游。1.2.2 第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)（2G）時(shí)間：20世紀(jì)80年代至90年代代表：歐洲的全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM），美國(guó)的數(shù)模兼容系統(tǒng)(D-AMPS,又稱ADC)和CDMA標(biāo)準(zhǔn)IS-95（又稱CDMA One），日本的PDC（又稱JDC）項(xiàng)目上行下行備注PGSM頻段全頻段890915MHZ935

3、960MHZ 移動(dòng)頻段890909MHZ935954MHZ聯(lián)通頻段909915MHZ954960MHZEGSM頻段全頻段880915MHZ925960MHZ移動(dòng)公司應(yīng)用EGSM頻段的5MHZ移動(dòng)頻段885909MHZ930954MHZ聯(lián)通頻段909915MHZ954960MHZ頻點(diǎn)說明PGSMF1(n)=890+n*0.2MHZFu(n)=935+n*0.2MHZn為頻率編號(hào)(0n124)EGSMF1(n)=890+n*0.2MHZFu(n)=935+n*0.2MHZn為頻率編號(hào)(0n124)Fl(n)=890+0.2*(n-1024)Fu(n)=935+0.2*(n-1024)n為頻率編號(hào)9

4、75n1023表1.1 GSM900頻率劃分與頻點(diǎn)說明其他說明：（1）EGSM頻段為GSM的擴(kuò)展頻段。能擴(kuò)展頻段的公司為中國(guó)移動(dòng)公司；目前部分?。ㄊ校┮苿?dòng)公司已將使用頻率擴(kuò)展到EGSM頻段；（2）目前國(guó)家無線電管理委員會(huì)核準(zhǔn)的GSM頻率范圍是上行：885915MHZ，下行：930960MHZ。項(xiàng)目上行下行備注全頻段17101785MHZ18051880MHZ移動(dòng)、聯(lián)通僅用整個(gè)頻率規(guī)劃中的部分移動(dòng)頻段17101730MHZ18051825MHZ聯(lián)通頻段17451755MHZ18401850MHZ頻點(diǎn)說明Fl(n)=1710.2+（n-512）*0.2MHZFu(n)=1805.2+（n-512）

5、*0.2MHZn為頻率編號(hào)，（512n885）表1.2 DCS1800頻率劃分與頻點(diǎn)說明其他說明：（1）早期移動(dòng)頻段的上行、下行的劃分帶寬為10MHZ（上行17101720MHZ，下行18051815MHZ），后將頻段擴(kuò)展為20MHZ（2）雖然早期在頻段規(guī)劃中的全頻段為上行17101785MHZ下行18051880MHZ，但在3G的頻段劃分中將17551785MHZ，18501880MHZ重新劃分為3G的擴(kuò)展頻段。1.2.3第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G） 時(shí)間:20世紀(jì)90年代中期 代表：WCDMA，UTRA TDD，寬帶CDMA One，CDMA 2000， TD-SCDMA 缺點(diǎn)：IMT-20

6、00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(dá)到原IMT-2000全球通用的標(biāo)準(zhǔn)。此外3G系統(tǒng)帶寬對(duì)寬帶多媒體業(yè)務(wù)的傳輸而言不夠?qū)挘贿m應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的要求。1.2.4國(guó)際電信聯(lián)盟 中文名稱：國(guó)際電信聯(lián)盟 英文名稱：International Telecommunications Union;ITU ITU的歷史可以追溯到1865年。為了順利實(shí)現(xiàn)國(guó)際電報(bào)通信，1865年5月17日，法，德，俄，意，奧等20個(gè)歐洲國(guó)家的代表在巴黎簽訂了國(guó)際電報(bào)公約，國(guó)際電報(bào)聯(lián)盟（InternationalTelegraphUnion，ITU）也宣告成立。 ITU的宗旨是：維持和擴(kuò)大國(guó)際合作，

7、以改進(jìn)和合理地使用電信資源；促進(jìn)技術(shù)設(shè)施的發(fā)展及其有效地運(yùn)用，以提高電信業(yè)務(wù)的效率，擴(kuò)大技術(shù)設(shè)施的用途，并盡量使公眾普遍利用；協(xié)調(diào)各國(guó)行動(dòng)，以達(dá)到上述的目的。1993年3月ITU組織調(diào)整為：無線通信組（CCIR+IFRB） ITU-R工作組電信標(biāo)準(zhǔn)化組（CCITT） ITU-T工作組電信開發(fā)組（BDT）ITU-D工作組 中國(guó)于1920年加入電聯(lián)，1932年首次派代表參加了在馬德里召開的全權(quán)代表大會(huì)，簽署了馬德里國(guó)際電信公約。1947年在美國(guó)大西洋城召開的全權(quán)代表大會(huì)上第一次被選為行政理事會(huì)的理事國(guó)。中華人民共和國(guó)成立后,中國(guó)在電聯(lián)的合法席位曾被非法剝奪。1972年5月電聯(lián)行政理事會(huì)第27屆會(huì)議

8、通過決議恢復(fù)我國(guó)的合法席位。近年來，我國(guó)積極參加了電聯(lián)的會(huì)議和活動(dòng)。 第二章 我國(guó)移動(dòng)通信的發(fā)展3G牌照的發(fā)放2002年年底我國(guó)GSM網(wǎng)已成為世界第一大移動(dòng)通信網(wǎng)1995年，TACS網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)1987年，上海，900MHz頻段，TACS制式的模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)圖2.1 我國(guó)移動(dòng)通信發(fā)展金字塔 要想了解中國(guó)的移動(dòng)通信發(fā)展?fàn)顩r就必須要對(duì)中國(guó)的電信運(yùn)營(yíng)商有一定的了解。 為了以3G的發(fā)展為契機(jī)，合理配置我國(guó)現(xiàn)有的電信網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)，形成適度、健康的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局，即防止壟斷，又避免過度競(jìng)爭(zhēng)和重復(fù)建設(shè)，2008年5月24日，工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、財(cái)政部聯(lián)合發(fā)布關(guān)于深化電信體

9、制改革的通告，對(duì)中國(guó)電信、中國(guó)網(wǎng)通、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)衛(wèi)通、中國(guó)鐵通進(jìn)行重組。、中國(guó)聯(lián)通六家基礎(chǔ)電信運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行重組。圖2.2 電信業(yè)重組結(jié)構(gòu)重組后的中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)移動(dòng)以及南方的中國(guó)電信講形成三大全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商全面競(jìng)爭(zhēng)的格局。在電信改革重組完成之后，國(guó)家發(fā)放了三張3G牌照：TD-SCDMA牌照給了中國(guó)移動(dòng)；WCDMA牌照給了中國(guó)聯(lián)通；CDMA2000的牌照給了中國(guó)電信。3G牌照的發(fā)放形成了三家擁有全國(guó)性網(wǎng)絡(luò)資源、實(shí)力與規(guī)模相對(duì)接近、具有全業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)能力和較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)能力的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)主體，使電信資源配置進(jìn)一步優(yōu)化，競(jìng)爭(zhēng)構(gòu)架得到完善。中國(guó)電信業(yè)降進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代，3G的發(fā)展也將呈現(xiàn)出良好的勢(shì)頭。（1）移動(dòng)通信的

10、電波傳播環(huán)境惡劣；（2）多普勒頻移會(huì)產(chǎn)生附加調(diào)制；（3）移動(dòng)通信受干擾和噪聲影響；（4）頻譜資源緊缺；（5）建網(wǎng)技術(shù)復(fù)雜；（6）由于移動(dòng)環(huán)境惡劣，對(duì)設(shè)備的可靠性和工作條件要求較高。 第三章 移動(dòng)通信的基本知識(shí)3.1移動(dòng)通信的特點(diǎn) 與其他通信方式相比較，移動(dòng)通信有以下幾個(gè)特點(diǎn)。在移動(dòng)通信中，按無線通信的使用頻率和信息傳輸方式，其無線電路工作方式可分為以下幾種（1）單工制（同頻單工）3.2 移動(dòng)通信的工作方式（2）半雙工（3）全雙工3.3移動(dòng)通信系統(tǒng)的使用頻率 為了有效地利用有限的頻率，對(duì)頻率的分配和使用必須服從國(guó)際和國(guó)內(nèi)的統(tǒng)一管理，否則就會(huì)造成相互干擾和資源的浪費(fèi)。確定移動(dòng)通信工作頻段應(yīng)該從以下

11、幾個(gè)方面來考慮：（1）電波傳播特性，天線尺寸；（2）環(huán)境噪聲和干擾影響；（3）服務(wù)區(qū)范圍、地形和障礙物的尺寸以及對(duì)建筑物的 穿透特性；（4）設(shè)備小型化。表3.1 ITU陸地移動(dòng)通信的主要頻率范圍頻率范圍MHz頻率范圍MHz頻率范圍MHz29.7476874.88138144156.8375174335.4399.9470960（與廣播公用）170026904750（與廣播公用）75.287148149.9174223（與廣播公用）406.1430（陸用為主）14271525350042005468（與廣播公用）87100（與廣播公用）150.05156.7625223328.644047016

12、68.4169044005000表3.2 我國(guó)陸地移動(dòng)通信使用的頻段頻段頻率范圍MHz35MHz頻段27.548.580MHz頻段72.574.6160MHz頻段138149.9150.05167450MHz頻段403420450470800MHz頻段806821851866900MHz頻段798960表3.3我國(guó)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)使用的頻率系統(tǒng)或使用部門上行頻率/MHz下行頻率/MHz中國(guó)電信CDMA(IS-95)825835870880中國(guó)移動(dòng)GSM900/DCS18008909091710172093595418051815中國(guó)聯(lián)通GSM900/DCS1800909915174517559

13、5496018401850可見，在陸地移動(dòng)通信中，現(xiàn)在主要使用甚高頻頻段（30300MHz）和特高頻頻段（3003000MHz）3.4 常見的移動(dòng)通信系統(tǒng)3.4.1公共陸地移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（PLMN）蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)是PLMN的典型代表。移動(dòng)通信網(wǎng)包括交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)，基站子系統(tǒng)和大量的移動(dòng)用戶終端第四章 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)及其演進(jìn)4.1第三代移動(dòng)通信的發(fā)展 人類對(duì)通信的最高理想是具有完全個(gè)人化的、滿足全球連續(xù)覆蓋的、能提供高質(zhì)量的寬帶綜合業(yè)務(wù)的個(gè)人通信。（W、W、W、W、W）移動(dòng)通信系統(tǒng)的產(chǎn)生促進(jìn)了個(gè)人通信的發(fā)展，為個(gè)人通信打下來良好的基礎(chǔ)。4.2第三代移動(dòng)通信的目標(biāo) IMT-2000移動(dòng)通信系統(tǒng)

14、的宗旨是建立全球的綜合性個(gè)人通信網(wǎng)，包括尋呼系統(tǒng)、無繩電話、蜂窩系統(tǒng)和移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)等功能，提供全球范圍內(nèi)的個(gè)人通信。ITU對(duì)3G提出來以下幾個(gè)方面的最低要求。1) 工作環(huán)境和業(yè)務(wù)的速率衛(wèi)星移動(dòng)環(huán)境速率至少9.6kb/s;高速移動(dòng)（頻分雙工FFD 500km/h,時(shí)分雙工TDD 120km/h）至少144kb/s;室內(nèi)/外低速移動(dòng)（30km/h）至少384kb/s;室內(nèi)固定/低速步行（3km/h）至少2Mb/s;2) 有較高的系統(tǒng)容量和高頻譜利用率 采用新技術(shù)提高頻譜效率，使系統(tǒng)得到更高的容量，采用靈活的頻率和無線資源管理、系統(tǒng)配置和服務(wù)設(shè)施。3）與兼容，實(shí)現(xiàn)平滑過渡4） 可支持的業(yè)務(wù)高質(zhì)量

15、的語音，語音服務(wù)質(zhì)量達(dá)到地面長(zhǎng)途通信網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量的要求，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的低于可支持分組和電路交換業(yè)務(wù)，分組交換是指面向連接的業(yè)務(wù)，既有對(duì)稱業(yè)務(wù)，又有不對(duì)稱業(yè)務(wù)；能夠支持和提供增值業(yè)務(wù)與智能網(wǎng)業(yè)務(wù)。4.3 系統(tǒng) WCDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)（）基站同步方式：不同基站可選擇同步和異步兩種方式，異步方式可以不采用精確定時(shí)，不受的限制，組網(wǎng)方便、靈活。（2）可變速率傳輸：可靈活地提供多種業(yè)務(wù)，并根據(jù)不同的業(yè)務(wù)質(zhì)量和業(yè)務(wù)速率分配不同的資源，同時(shí)對(duì)多速率、多媒體的業(yè)務(wù)可通過改變擴(kuò)頻因子和多碼并行傳送的方式來實(shí)現(xiàn)。（3）核心網(wǎng)絡(luò)：核心網(wǎng)絡(luò)基于GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，保持與GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)兼容。（4）同步碼捕獲：由于

16、基站可收發(fā)異步的PN碼，即基站可跟蹤對(duì)方發(fā)出的PN碼，同時(shí)移動(dòng)交換機(jī)也可用額外的PN碼進(jìn)行捕獲與跟蹤，因此，可以用此方法獲得同步，來支持越區(qū)交換及宏分集，而在基站間無需同步。（5）切換方式：支持軟交換和更軟交換，切換方式有3種,同頻小區(qū)內(nèi)扇區(qū)間的更軟交換、同頻小區(qū)間的軟交換、不同載頻間的硬切換。（6）其他先進(jìn)技術(shù)：WCDMA還采用了其他一些先進(jìn)的技術(shù)，如自適應(yīng)天線、多用戶檢測(cè)、分集接收和分層式小區(qū)結(jié)構(gòu)來提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。圖4.1 WCDMA 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4.4 CDMA 2000 CDMA2000（Code Division Multiple Access 2000）是國(guó)際電信聯(lián)盟ITU的IMT

17、-2000標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可的無線電接口，也是2G CDMA One標(biāo)準(zhǔn)的延伸。CDMA2000與另兩個(gè)3G標(biāo)準(zhǔn)WCDMA和TD-SCDMA不兼容。CDMA2000由美國(guó)高通北美公司為主導(dǎo)提出，韓國(guó)現(xiàn)在成為該標(biāo)準(zhǔn)的主導(dǎo)者。這套系統(tǒng)是從窄頻CDMA One數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)衍生出來的，可以從原有的CDMA One結(jié)構(gòu)直接升級(jí)到3G，建設(shè)成本低廉。但目前使用CDMA的地區(qū)只有日、韓、北美和中國(guó)，所以相對(duì)于WCDMA來說，CDMA2000的適用范圍要小些，使用者和支持者也要少些。不過CDMA2000的研發(fā)技術(shù)卻是目前3G各標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)度最快的。 4.5 TD-SCDMA系統(tǒng)4.5.1 TD-SCDMA技術(shù)概述 3G的數(shù)據(jù)傳

18、輸業(yè)務(wù)包括對(duì)稱的電路交換業(yè)務(wù)，非對(duì)稱的分組交換業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)速率高達(dá)2Mb/s的因特網(wǎng)業(yè)務(wù)。 對(duì)稱語音業(yè)務(wù)和非對(duì)稱因特網(wǎng)業(yè)務(wù)具有最高優(yōu)先級(jí)?；陬l分雙工的3G提案是針對(duì)，成對(duì)載波頻帶上的對(duì)稱傳輸?shù)哪Ｊ?，它們能使?duì)稱的語音和多媒體業(yè)務(wù)很好地被優(yōu)化。但是，對(duì)于非對(duì)稱業(yè)務(wù)，由于一個(gè)鏈路方向的傳輸速率低于另一個(gè)鏈路方向的傳輸速率，總的頻譜利用率將大大降低。由中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部電信科學(xué)研究院和大唐移動(dòng)通信設(shè)備有限公司首席科學(xué)家李世鶴為首的團(tuán)隊(duì)具體制定的時(shí)分同步碼分多址TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)了3G的這一要求。 2003年3月16日TD-SCDMA被3GPP列為3G采用的五大技術(shù)中的三大主流技術(shù)之一，它與UMTS

19、和IMT-2000的建議完全融合，其標(biāo)準(zhǔn)包含在3GPP的R4中。歸屬在該標(biāo)準(zhǔn)中的還有UTRA-TDD，但UTRA-TDD的技術(shù)研究已處于停頓狀態(tài)，只有TD-SCDMA成功地走向商用，成為方式的唯一代表，肩負(fù)著方式繼續(xù)發(fā)展的國(guó)際重任。 表4.1 三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的比較4.6的新成員 WiMAX的全稱為orld Interoperability for Microwave Access(全球微波接入互操作性)。2007年10月，ITU批準(zhǔn)WiMAX無線寬帶接入技術(shù)以O(shè)FDMA WMAN TDD的名義成為繼WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA后的第四個(gè)3G標(biāo)準(zhǔn)。 WiMAX是一項(xiàng)基于IEEE 80

20、2.16標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線接入城域網(wǎng)技術(shù)，能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接。該技術(shù)是針對(duì)微波和毫米波頻段提出的一種新的空中接口標(biāo)準(zhǔn)，盡管3G網(wǎng)絡(luò)的速度已經(jīng)有了大幅的提高，但是比起WiMAX來，仍然很低，僅為WiMAX速度的1/30，3G發(fā)射塔的覆蓋面積也只是WiMAX的1/10。 WiMAX作為一種面向“最后一公里”接入的標(biāo)準(zhǔn)，大體可以分為兩種：一種是IEEE 802.16d標(biāo)準(zhǔn)，支持固定寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口；另外一種就是目前正在制定的IEEE 802.16e，支持固定和移動(dòng)性的寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口標(biāo)準(zhǔn)。WiMAX它具有如下特點(diǎn)：4.6.1 WiMAX的概念及特點(diǎn)（1）傳輸距離遠(yuǎn)：無線信號(hào)傳輸距

21、離最遠(yuǎn)可達(dá)50km，是3G基站的10倍。（2）傳輸速率高：可實(shí)現(xiàn)高達(dá)74.81Mb/s的傳輸速度。（3）容量高：WiMAX的一個(gè)基站可以同時(shí)接入數(shù)百個(gè)遠(yuǎn)端用戶站。（4）靈活的信道寬度：WiMAX能在信道寬度和連接用戶數(shù)量之間取得平衡，其信道寬度由1.5MHz到20MHz不等。（5）QoS性能：可向用戶提供具有QoS性能的數(shù)據(jù)、視頻、語音業(yè)務(wù)。（6）豐富的多媒體通信服務(wù)：能夠?qū)崿F(xiàn)電信級(jí)的多媒體通信服務(wù)。（7）保密性：支持安全傳輸，并提供鑒權(quán)與數(shù)字加密等功能。 由于上述的特點(diǎn)及其建網(wǎng)快、見效早的優(yōu)點(diǎn)，WiMAX具有重要現(xiàn)實(shí)意義與戰(zhàn)略價(jià)值。而且就覆蓋環(huán)境限制及部屬成本考慮，對(duì)于用xDSL和Cable

22、Modem方式不能有效覆蓋、不便于和不值得部署有線網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域，WiMAX更是大有用武之地。4.6.2 WiMAX網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)圖4.2 WiMAX網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖4.3 WiMAX作為固網(wǎng)寬帶業(yè)務(wù)的接入利用IP語音業(yè)務(wù)可實(shí)時(shí)進(jìn)行帶寬分配，占用空中無線資源少的特點(diǎn)進(jìn)行語音業(yè)務(wù)的接入。圖4.4 WiMAX作為NGN網(wǎng)絡(luò)的接入圖4.5 WiMAX作為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站傳輸（5）WiMAX與3G融合組網(wǎng)方案圖4.6 WiMAX與3G融合組網(wǎng)第五章 4G的研究 4G是第四代移動(dòng)通信及其技術(shù)的簡(jiǎn)稱，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像以及圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比撥號(hào)上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達(dá)到20Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對(duì)于無線服務(wù)的要求。而在用