第1章移動(dòng)通信概述

移動(dòng)通信原理與應(yīng)用

移動(dòng)通信概述發(fā)展簡(jiǎn)述特點(diǎn)工作頻段工作方式分類及應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

發(fā)展簡(jiǎn)述

移動(dòng)通信是指通信雙方或至少有一方處于運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行信息交換方式1946年，貝爾實(shí)驗(yàn)室造出了第一部所謂的移動(dòng)通訊電話。但是，由于體積太大。60年代末期，AT&T和摩托羅拉開(kāi)始研制移動(dòng)電話。最初AT&T研制了一種體積很大的安在大卡車移動(dòng)無(wú)線電話。AT&T的設(shè)想是，將來(lái)能研制一種移動(dòng)電話，功率是10瓦，就利用卡車上的無(wú)線電設(shè)備來(lái)加以溝通。摩托羅拉向美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)提出申請(qǐng)，要求規(guī)定移動(dòng)通訊設(shè)備的功率，只應(yīng)該是一瓦，最大也不能超過(guò)三瓦。

發(fā)展簡(jiǎn)述實(shí)際GSM900MHz:5dBm~33dBm(3.16mW~2W);GSM1800MHz:0dBm~30dBm(1W);CDMAIS-95A:23dBm～30dBm(0.2W～1W);3G:-50dBm~24dBm

1973年手機(jī)注冊(cè)專利(馬丁?庫(kù)帕)。1985年，才誕生出第一臺(tái)現(xiàn)代意義上的、真正可以移動(dòng)的電話。它是將電源和天線放置在一個(gè)盒子中，重量達(dá)3公斤，非常重而且不方便，使用者要像背包那樣背著它行走，所以就被叫做“肩背電話”。與現(xiàn)在形狀接近的手機(jī)，誕生于1987年。與“肩背電話”相比，它顯得輕巧得多，而且容易攜帶。盡管如此，其重量仍有大約750克，與今天僅重60克的手機(jī)相比，像一塊大磚頭。

發(fā)展簡(jiǎn)述1991年時(shí)，手機(jī)的重量為250克左右；1996年秋，出現(xiàn)了體積為100立方厘米、重量100克的手機(jī)。1999年輕到了60克以下。也就是說(shuō)，一部手機(jī)比一枚雞蛋重不了多少了。手機(jī)之父馬丁?庫(kù)帕大哥大

發(fā)展簡(jiǎn)述A/D接入方式

典型代表第一代（1G）模擬蜂窩系統(tǒng)FDMA美國(guó)AMPS系統(tǒng)，歐洲TACS系統(tǒng)第二代（2G）數(shù)字蜂窩系統(tǒng)TDMAGSM系統(tǒng)CDMAN-CDMA系統(tǒng)

目標(biāo)典型代表過(guò)渡代（2.5G）高速傳輸GPRS,CDMA20001X系統(tǒng)第三代（3G）全球漫游，高質(zhì)量多媒體業(yè)務(wù)，系統(tǒng)容量、管理能力、保密性和服務(wù)質(zhì)量均有很大改善歐洲WCDMA系統(tǒng)，北美CDMA2000系統(tǒng)，中國(guó)TD-SCDMA系統(tǒng)第四代（4G）高速率，各種數(shù)據(jù)話音業(yè)務(wù)，全I(xiàn)P，多協(xié)議，新技術(shù)目前還沒(méi)有一個(gè)4G網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)

發(fā)展簡(jiǎn)述海蒂?拉瑪(奧地利人)弗里希?曼德?tīng)枂讨?安太爾1940年12月，海蒂和安泰爾將一份說(shuō)明送交至國(guó)家發(fā)明家委員會(huì)。1942年8月，這項(xiàng)發(fā)明被授予美國(guó)專利。專利說(shuō)明描述了一種引導(dǎo)魚(yú)雷的通信方法：通過(guò)在每個(gè)頻率上僅發(fā)送整個(gè)信息的一小部分，魚(yú)雷能受到操縱。人們所能知道的對(duì)它最早實(shí)現(xiàn)是20世紀(jì)50年代中期。當(dāng)時(shí)，美國(guó)海軍給霍夫曼無(wú)線電公司一份專利，讓它生產(chǎn)飛機(jī)和被稱作聲納浮標(biāo)設(shè)備之間的雙向通信?；跓o(wú)線電保密通信的“指令式制導(dǎo)”系統(tǒng)，用于自動(dòng)控制武器，精確打擊目標(biāo)。

發(fā)展簡(jiǎn)述科技與美的完美結(jié)合在此基礎(chǔ)上，軍方研發(fā)了許多產(chǎn)品，其中包括一架在越南戰(zhàn)爭(zhēng)中使用的遙控?zé)o人駕駛飛機(jī)。冷戰(zhàn)結(jié)束后，美軍解除了對(duì)“跳頻”技術(shù)的管制，允許其商業(yè)化。

1985年美國(guó)的一家名不見(jiàn)經(jīng)傳的小公司在圣迭戈成立，悄悄地研發(fā)出CDMA無(wú)線數(shù)字通信系統(tǒng)。這家公司就是高通。“她有一個(gè)非常驚人的專利，人們通常都想不到電影明星有什么頭腦，但她確實(shí)有。”高通公司聯(lián)合創(chuàng)始人安東尼奧

發(fā)展簡(jiǎn)述4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)IP核心網(wǎng)網(wǎng)關(guān)PSTN/ISDNINTERNET路由器4GRAN（4G無(wú)線接入網(wǎng)）WLAN(無(wú)線局域網(wǎng)）4GRAN（4G無(wú)線接入網(wǎng)）4GRAN（4G無(wú)線接入網(wǎng)）網(wǎng)關(guān)2G、3GRAN（2G、3G無(wú)線接入網(wǎng)）MN(Movablenetwork)MN(Movablenetwork)MT(移動(dòng)終端)MT(移動(dòng)終端)MT(移動(dòng)終端)MT(移動(dòng)終端)

移動(dòng)通信的特點(diǎn)利用無(wú)線電波進(jìn)行信息傳輸復(fù)雜的無(wú)線傳播環(huán)境導(dǎo)致信號(hào)衰落在強(qiáng)干擾環(huán)境（外部干擾+自身干擾）下工作通信容量有限有效利用頻率的措施：窄帶化、縮小頻帶間隔、頻道重復(fù)利用等對(duì)移動(dòng)臺(tái)要求高通信系統(tǒng)復(fù)雜

自身干擾兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)作用在通信設(shè)備的非線性器件上，產(chǎn)生同有用信號(hào)頻率相近的組合頻率，從而構(gòu)成干擾相鄰或鄰近的信道（或頻道）之間，由于一個(gè)強(qiáng)信號(hào)串?dāng)_弱信號(hào)而造成的干擾相同載頻電臺(tái)之間的干擾互調(diào)干擾鄰道干擾同頻干擾（蜂窩系統(tǒng)特有）我國(guó)移動(dòng)通信工作頻段

原郵電部規(guī)定160MHz頻段：138~149.9MHz 150.05~167MHz450MHz頻段：403~420MHz450~470MHz900MHz頻段：890~915MHz（移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收）

935~960MHz（基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收）800MHz頻段：824~849MHz（移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收）

869~894MHz（基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收）IS-95CDMA806～821MHz和851～866MHz分配給集群移動(dòng)通信；825～845MHz和870～890MHz分配給部隊(duì)使用。

我國(guó)移動(dòng)通信工作頻段

1700～2300MHz移動(dòng)業(yè)務(wù)、固定業(yè)務(wù)和空間業(yè)務(wù)1990～2010MHz用于航空無(wú)線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)2090～2120MHz用于空間科學(xué)業(yè)務(wù)（氣象輔助和地球探測(cè)業(yè)務(wù)，地對(duì)空方向）在不干擾固定業(yè)務(wù)的情況下，2085～2120MHz可用于無(wú)線電定位業(yè)務(wù)

1996年12月，國(guó)家無(wú)委會(huì)為了滿足發(fā)展蜂窩移動(dòng)通信和無(wú)線接入的需要，對(duì)2000MHz的部分地面無(wú)線電業(yè)務(wù)頻率進(jìn)行了重新規(guī)劃，其分配方案如下：分配給無(wú)線用戶環(huán)路（WLL）（FDD）的頻率為1800～1900MHz和1960～1980MHz，該頻率只用于公眾通信網(wǎng)。分配給WLL（TDD）的頻率為1900～1920MHz。分配給公眾蜂窩移動(dòng)通信1（1800MHz頻段）的頻率為1710～1755MHz和1805～1850MHz。第三代移動(dòng)通信工作頻段

第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要工作在2000MHz頻段上，世界各國(guó)和地區(qū)頻率分配的方式各不相同。第三代移動(dòng)通信工作頻段中國(guó)電信獲得的頻段是1920-1935MHz和2110-2125MHz，中國(guó)聯(lián)通獲得的頻段是1940-1955MHz和2130-2145MHz，這兩家運(yùn)營(yíng)商的3G標(biāo)準(zhǔn)都基于FDD模式。同時(shí)，中國(guó)移動(dòng)獲得的頻段是1880-1900MHz和2010-2025MHz，其3G標(biāo)準(zhǔn)基于TDD模式，獲得了35MHz頻譜資源。1900～1920MHz是目前電信和網(wǎng)通的小靈通頻段。

移動(dòng)通信的工作方式單工通信雙工通信半雙工通信移動(dòng)中繼方式

單工通信單工通信通信雙方電臺(tái)交替地進(jìn)行收信和發(fā)信。方式

同頻單工雙頻單工

Play

雙工通信雙工通信通信雙方均同時(shí)進(jìn)行收發(fā)工作。即任一方講話時(shí)，可以聽(tīng)到對(duì)方的話音。play

半雙工通信半雙工通信通信雙方中，一方使用雙頻雙工方式，即收發(fā)信機(jī)同時(shí)工作；另一方使用雙頻單工方式，即收發(fā)信機(jī)交替工作。Play

移動(dòng)中繼方式

目的增加通信距離基本方式單工中繼雙工中繼

移動(dòng)通信的分類按使用對(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；按覆蓋范圍可分為寬域網(wǎng)和局域網(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、雙頻單工、雙頻雙工和半雙工；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)。移動(dòng)通信的應(yīng)用系統(tǒng)蜂窩式公用移動(dòng)通信系統(tǒng)集群調(diào)度移動(dòng)通信系統(tǒng)無(wú)繩電話系統(tǒng)無(wú)線電尋呼系統(tǒng)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)無(wú)線LAN/WAN(WideAreaNetwork)集群移動(dòng)通信系統(tǒng)集群的概念集群移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的基本技術(shù)是頻率共用技術(shù)把一些由各部門(mén)分散建立的專用通信網(wǎng)集中起來(lái)，統(tǒng)一建網(wǎng)和管理，并動(dòng)態(tài)地利用分配給它們的有限個(gè)頻道，以容納數(shù)目更多的用戶改進(jìn)頻道共用的方式，即移動(dòng)用戶在通信的過(guò)程中，不是固定地占用某一個(gè)頻道，而是在按下其“按講開(kāi)關(guān)”(PTT)時(shí)，才能占用一個(gè)頻道；一旦松開(kāi)PTT，頻道將被釋放，變成空閑頻道，并允許其它用戶占用該頻道。集群系統(tǒng)的用途和特點(diǎn)

集群系統(tǒng)主要以無(wú)線用戶為主，以調(diào)度臺(tái)與移動(dòng)臺(tái)之間的通話為主。集群系統(tǒng)與蜂窩式通信系統(tǒng)在技術(shù)上有很多相似之處，但在主要用途、網(wǎng)絡(luò)組成和工作方式上有很多差異。集群通信系統(tǒng)屬于專用移動(dòng)通信網(wǎng)，適用于在各個(gè)行業(yè)(或幾個(gè)行業(yè)合用)中間進(jìn)行調(diào)度和指揮，對(duì)網(wǎng)中的不同用戶常常賦予不同的優(yōu)先等級(jí)。蜂窩通信系統(tǒng)屬于公眾移動(dòng)通信網(wǎng)，適用于各階層和各行業(yè)中個(gè)人之間的通信，一般不分優(yōu)先等級(jí)。集群通信系統(tǒng)主要采用信道動(dòng)態(tài)分配方式(單工或半雙工)，蜂窩通信系統(tǒng)采用信道固定分配方式，即把信道分配給兩用戶固定使用(全雙工)，故當(dāng)兩者具有同樣的信道數(shù)時(shí)，在一個(gè)區(qū)域內(nèi)集群通信系統(tǒng)可容納更多的用戶。集群通信系統(tǒng)根據(jù)調(diào)度業(yè)務(wù)的特征，通常具有一定的限時(shí)功能，一次通話的限定時(shí)間大約為15~60s(可根據(jù)業(yè)務(wù)情況調(diào)整)。蜂窩通信系統(tǒng)對(duì)通信時(shí)間一般不進(jìn)行限制。集群通信系統(tǒng)的主要服務(wù)業(yè)務(wù)是無(wú)線用戶和無(wú)線用戶之間的通信,蜂窩通信系統(tǒng)卻有大量的無(wú)線用戶與有線用戶之間的通話業(yè)務(wù)。集群通信系統(tǒng)一般采用半雙工(現(xiàn)在已有全雙工產(chǎn)品)工作方式，因而，一對(duì)移動(dòng)用戶之間進(jìn)行通信只需占用一對(duì)頻率。蜂窩通信系統(tǒng)都采用全雙工工作方式，因而，一對(duì)移動(dòng)用戶之間進(jìn)行通信，必須占用兩對(duì)頻率。在蜂窩通信系統(tǒng)中，可以采用頻道再用技術(shù)來(lái)提高系統(tǒng)的頻率利用率；而在集群系統(tǒng)中，主要是以改進(jìn)頻道共用技術(shù)來(lái)提高系統(tǒng)的頻率利用率的。集群通信系統(tǒng)主要是大區(qū)、小區(qū)覆蓋；而蜂窩通信系統(tǒng)是小區(qū)，微小區(qū)，甚至微微小區(qū)覆蓋。

集群系統(tǒng)的組成集群系統(tǒng)均以基本系統(tǒng)為模塊，并用這些模塊擴(kuò)展為區(qū)域網(wǎng)。根據(jù)覆蓋的范圍及地形條件，基本系統(tǒng)可由單基站或多基站組成。集群系統(tǒng)的控制方式有兩種，即專用控制信道的集中控制方式和隨路信令的分布控制方式。集群網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)(a)集中控制方式PublicSwitchedTelephoneNetwork公共電話交換網(wǎng)絡(luò)PrivateAutomaticBranchExchange專用自動(dòng)小交換機(jī)集群網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)(b)分布控制方式RadioNetworkTerminal無(wú)線網(wǎng)絡(luò)終端系統(tǒng)控制中心主要控制和管理整個(gè)集群通信系統(tǒng)的運(yùn)行、交換和接續(xù)調(diào)度臺(tái)。它是能對(duì)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行指揮、調(diào)度和管理的設(shè)備，分有線和無(wú)線調(diào)度臺(tái)兩種。系統(tǒng)管理終端提供系統(tǒng)管理、時(shí)間參數(shù)、用戶優(yōu)先等級(jí)、修改、故障示警以及信息打印等輸出。集群方式消息集群(MessageTrunking)。在消息集群系統(tǒng)中，每一次呼叫通話期間，一次性地分配一對(duì)無(wú)線頻道，而且在通話完畢后(即松開(kāi)PTT開(kāi)關(guān)后)，轉(zhuǎn)發(fā)器繼續(xù)在該頻道上工作6s左右(即脫離時(shí)間約為6s),才算完成此次接續(xù)過(guò)程。消息集群的典型呼叫格式傳輸集群(TransmissionTrunking)。傳輸集群通話中，并非始終占用某一個(gè)頻道，當(dāng)發(fā)話一方松開(kāi)PTT時(shí)，對(duì)這一頻道的占用即告結(jié)束，對(duì)方回答或本方再發(fā)話時(shí)，都要重新分配并占用新的空閑頻道。亦即在通話中，每按一次PTT開(kāi)關(guān)就重新占用頻道一次。傳輸集群的典型呼叫格式準(zhǔn)傳輸集群(QuasiTransmissionTrunking)。準(zhǔn)傳輸集群是為了克服傳輸集群的缺點(diǎn)而提出的一種改進(jìn)型集群方式，也可以看作是傳輸集群和消息集群的折中方案。其做法是：一方面(和消息集群相比)把脫離的時(shí)間縮短為0.5~2s;另一方面(和傳輸集群相比)在每次PTT松開(kāi)之后增加0.5s的保持時(shí)間，然后釋放頻道。準(zhǔn)傳輸集群的典型呼叫格式移動(dòng)通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

HSPA（HighSpeedPacketAccess3.5G）用戶超過(guò)WCDMA截至2010年9月，全球超過(guò)96%的WCDMA網(wǎng)絡(luò)都已升級(jí)至HSPA網(wǎng)絡(luò)，HSPA網(wǎng)絡(luò)成為部署的主流。移動(dòng)寬帶需求迅速攀升由于3G/3G增強(qiáng)型技術(shù)以及智能終端的逐漸普及，極大的帶動(dòng)了用戶對(duì)移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)的需求，3G網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的提升促進(jìn)了視頻、下載等類移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)逐漸普及LTE(LongTermEvolution)市場(chǎng)正式啟動(dòng)根據(jù)GSA（GlobalmobileSuppliersAssociation）2010年10月的統(tǒng)計(jì)，已經(jīng)有7個(gè)LTE商用網(wǎng)絡(luò)，預(yù)計(jì)2012年將達(dá)到55個(gè)。不過(guò)從目前的規(guī)模來(lái)看，LTE商用網(wǎng)絡(luò)仍停留在試商用階段，只是小范圍的熱點(diǎn)部署，大范圍覆蓋的LTE網(wǎng)絡(luò)還沒(méi)有形成。移動(dòng)通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

預(yù)計(jì)LTE將在全球分地區(qū)分時(shí)段部署，TeliaSonera（北歐和波羅的海地區(qū)領(lǐng)先的通訊公司）、NTTDoCoMo、Verizone將是全球最早引入LTE的運(yùn)營(yíng)商；北美和東南亞地區(qū)將較早地引入LTE。日本的DoCoMo移動(dòng)通信公司的第四代移動(dòng)通訊（4G）在2004年8月的測(cè)試中，已經(jīng)將網(wǎng)絡(luò)的下載速率提升到1Gbps。在2006年年底進(jìn)行的第4代移動(dòng)通信系統(tǒng)(4G)外場(chǎng)試驗(yàn)中，創(chuàng)下每秒5吉比特的最大下行速率紀(jì)錄。在2010年上海世博會(huì)上，中國(guó)移動(dòng)搭建的TD-LTE演示網(wǎng)覆蓋世博園全園5.28平方公里，在世博園區(qū)內(nèi)共建有TD-LTE室外站17個(gè)，覆蓋上海世博會(huì)園區(qū)的9個(gè)室內(nèi)場(chǎng)館，該演示網(wǎng)實(shí)際能夠達(dá)到的最高數(shù)據(jù)傳輸速度，下行為100Mb/