第一章移動通信概論

第一章移動通信概論第1章概論1.1移動通信的概念與意義1.2移動通信的發(fā)展1.3移動通信的基本特點1.4常用移動通信系統(tǒng)隨著社會的發(fā)展，人們對通信的需求也日益迫切，對通信的要求也越來越高。理想的目標是：5W（即whoever、wherever、whenever、whomever、what－ever，即任何人可在任何時候、任何地方與任何人進行任何形式的通信），沒有移動通信無法實現(xiàn)5W。移動通信含義：指通信雙方至少有一方能在移動中進行信息交換的通信方式，即“動中通”。移動體之間的通信只能依靠無線電傳輸。那什么是無線通信呢？無線通信指利用電磁波的輻射和傳播，經(jīng)過空間傳送信息的通信方式.電磁波是它的載體。1.1移動通信的概念與意義移動通信的意義：

移動通信是20世紀運輸與通信二者高度發(fā)展而相互結(jié)合的產(chǎn)物，為整個通信領域的重要組成部分；移動通信將在未來的電信普遍服務中承擔更多的義務并扮演著更重要的角色；移動通信已成為了現(xiàn)代社會的三大基礎結(jié)構(gòu)（即運輸、能源以及通信）之一；為實現(xiàn)21世紀“處處、時時、人人”的通信目標，移動通信肩負著更大的使命。

1．2移動通信的發(fā)展歷程階段代表1920-19401928年美國警用車輛安裝的車載無線電系統(tǒng)1940-1960初1946年貝爾系統(tǒng)在圣路易斯城建立的世界上第一個公用汽車電話網(wǎng)，稱為“城市系統(tǒng)”1960中-1970中美國推出了改進型移動電話系統(tǒng)1970中-1980中1974年美國貝爾實驗室提出蜂窩的概念1980末-20001992年商用的GSM2000年以后移動通信系統(tǒng)又進入到第三代的發(fā)展中，如TD-WCDMA系的提出。

移動通信的發(fā)展歷史NMTAMPSTACSGSMD-AMPSIS-136cdmaOneIS-95PDCIMT-2000198019902000移動通信的發(fā)展1G（模擬系統(tǒng)）代表：美國的AMPS、英國的TACS等2G（數(shù)字系統(tǒng)）代表：泛歐的GSM、美國的DAMPS、IS-95CDMA等3G標準：基于GSM的WCDMA、基于IS-95CDMA的cdma2000、TD-SCDMA、WiMAX等4G、5G……為使2G系統(tǒng)能平滑過渡到3G，采用2.5G技術(shù)代表：GPRS（GSM向WCDMA過渡）4G（IMT-Advanced）標準制定近況

2012年1月18日，國際電信聯(lián)盟無線電通信全會審核通過了上述4G國際標準，WCDMA的后續(xù)演進標準FDD-LTE以及我國主導的TD-LTE入選，WiMAX的后續(xù)研究標準，即基于IEEE802.16m的技術(shù)也獲得通過。

1.2.2我國移動通信發(fā)展概況我國移動通信的發(fā)展1989年，模擬TACS；1994年，GSM系統(tǒng)；2001年，模擬網(wǎng)關(guān)閉，IS-95CDMA啟用，GPRS開通；目前，正向3G的商用發(fā)展，……2011年6月全國的移動用戶已經(jīng)超過9.07億戶。

頻譜利用率不夠高—容量問題傳輸速率較低—業(yè)務單一無法實現(xiàn)全球漫游現(xiàn)有第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)的不足

個人通信的目標5W無法實現(xiàn)—“任何人，在任何地點、任何時間與其他任何人進行任何方式的通信?！?/p>

為什么要發(fā)展第三代？

全球統(tǒng)一頻段（2GHz頻段），統(tǒng)一標準，全球無縫覆蓋

高頻譜效率

高服務質(zhì)量，高保密性能

提供多媒體業(yè)務，速率最高到2000kb/s

易于第二代系統(tǒng)的過渡和演進

車速環(huán)境：144kb/s

步行環(huán)境：384kb/s

室內(nèi)環(huán)境：2Mb/sIMT－2000目標1．2．3移動通信不同側(cè)面的發(fā)展頻段由HF、VHF、UHF發(fā)展到毫米波、紅外波等更高的頻段；帶寬經(jīng)歷了由窄帶、中寬帶向?qū)拵АV帶的演進；調(diào)制方式由模擬的調(diào)幅、調(diào)頻發(fā)展到單邊帶調(diào)制、數(shù)字調(diào)制；通信方式由單工單信道發(fā)展到雙工多信道；多址方式由FDMA發(fā)展到TDMA、CDMA；傳輸方式由模擬方式發(fā)展到數(shù)字方式；傳輸速率從低速傳輸發(fā)展到高速傳輸?shù)鹊龋?.模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)人們把模擬通信系統(tǒng)(包括模擬蜂窩網(wǎng)、模擬無繩與模擬集群調(diào)度系統(tǒng)等)稱作第一代通信產(chǎn)品。把數(shù)字通信系統(tǒng)(包括數(shù)字蜂窩網(wǎng)、數(shù)字無繩、移動數(shù)據(jù)系統(tǒng)以及移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)等)稱作第二代通信產(chǎn)品。移動通信中的概念介紹2.單工通信所謂單工通信，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，如下圖同頻單工是指通信雙方使用相同的頻率f1工作，發(fā)送時不接收，接收時不發(fā)送。平常各接收機均處于守候狀態(tài)，即把天線接至接收機等候被呼。當電臺甲要發(fā)話時，它就按下其送受話器的按講開關(guān)(PTT)，一方面關(guān)掉接收機，另一方面將天線接至發(fā)射機的輸出端，接通發(fā)射機開始工作。當確知電臺乙接收到載頻為f1的信號時，即可進行信息傳輸。3.雙工通信所謂雙工通信，是指通信雙方可同時進行傳輸消息的工作方式，有時亦稱全雙工通信，如圖1-2所示。圖中，基站的發(fā)射機和接收機分別使用一副天線，而移動臺通過雙工器共用一副天線。雙工通信一般使用一對頻道，以實施頻分雙工(FDD)工作方式。這種工作方式使用方便，同普通有線相似，接收和發(fā)射可同時進行。圖1-2雙工通信4.半雙工通信半雙工通信的組成與圖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。基站工作情況與雙工方式完全相同。模擬式手機數(shù)字式手機第2.5代手機第三代手機第四代手機小靈通手機移動通信中的手機終端發(fā)展概況模擬式手機最早進入中國的第一款手機:摩托羅拉3200第一款揭蓋式手機：摩托羅拉8900數(shù)字式手機第一款可編鈴聲的手機：愛立信GH398

第一款進入中國大陸的GSM手機：愛立信GH337

第一款無天線手機：漢諾佳CH9771第一款內(nèi)置游戲的手機：諾基亞變色龍6110第一款折疊式手機：摩托羅拉掌中寶328C第一款雙顯示屏的手機：三星SGH-A288

第一款雙頻手機：諾基亞6150第一款三頻手機：摩托羅拉L2000第一款全中文手機：摩托羅拉CD928+第一款整合MP3音樂功能/帶有移動存儲器的手機：西門子6688第一款WAP手機：諾基亞7110第一款內(nèi)置內(nèi)置藍牙功能的手機：愛立信T39mc第一款三防手機（防塵、防震、防水功能）：愛立信R250PRO網(wǎng)絡系統(tǒng)：GSM900/1800MHz自動雙頻+GPRS機身尺寸：87×43×23.5mm機身重量：86g機身顏色：科幻銀中文支持：全中文簡體,繁體輸入文字輸入：T9簡體拼音,筆劃,英文輸入屏幕色彩：屏幕為128×176像素65536色高清晰TFT顯示屏機身內(nèi)存：機身儲存容量約21MB鏡頭規(guī)格：內(nèi)置30萬像素VGA攝像頭/最高拍攝分辨率為640×480像素/支持十五連拍/內(nèi)置拍攝閃光燈數(shù)據(jù)傳輸：紅外線內(nèi)置游戲：五個鈴聲規(guī)格：64和弦鈴聲[內(nèi)置25首特別功能：64和弦鈴聲、GPRS、MMS[彩信業(yè)務]、數(shù)碼攝影、WAP2.0、超

大簿容量[1000個]、機身可存200條短信、關(guān)機鬧鐘、JavaMIDP1.0電池規(guī)格：鋰聚合物電池待機時間：100-200小時通話時間：150-300分鐘三星E800

第三代手機基于CDMA技術(shù)，WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、WIMAX四種標準語音信號、圖象信號可視通信掌上電腦，因特網(wǎng)多媒體通信商務通集通信、娛樂、記事簿、信用卡等功能為一身的多功能個人數(shù)據(jù)處理設備無縫全球漫游諾基亞N86手機制式：3G(WCDMA)主屏尺寸：2.6英寸主屏分辨率：240×320(QVGA)像素主屏顏色：1670萬色手機通話時間：234(3G)-378(GSM)分鐘攝像頭像素：800萬像素產(chǎn)品尺寸：103.4×50.4×16.5mm音樂播放：內(nèi)置音樂播放器,支持...第一個4G手機HTCEVO4G基于OFDM+MIMO技術(shù)網(wǎng)絡模式：CDMA2000，WIMAX攝像頭像素：前：130萬像素，后：800萬像素操作系統(tǒng)：AndroidOS2.1機身內(nèi)存：1GBROM+512MBRAM電池容量：1500mAh藍牙傳輸：支持藍牙2.1+A2DPGPS導航：內(nèi)置GPS，支持A-GPS存儲卡：MicroSD卡鍵盤類型：虛擬QWERTY鍵盤PHS手機PersonalHandphoneSystem無線市話，對固定的補充和延伸小巧通信費用價廉環(huán)保：發(fā)射功率小，平均為10mW信號覆蓋較差移動速度一般不能超過35km/h通信的移動性。系統(tǒng)和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)復雜，并不斷演進，網(wǎng)絡管理和控制必須有效。移動通信中使用了無線電波進行信息的傳輸。存在的問題：（1）無線電波可用的頻譜資源有限，必須分配使用；（2）移動通信的電波傳播環(huán)境十分惡劣；（3）無線信道中噪聲和干擾嚴重，以至信道傳輸特性較復雜、不穩(wěn)定，等等。移動通信綜合了各種通信技術(shù)。移動通信對用戶設備性能要求高。1．3移動通信的基本特點1．4常用移動通信系統(tǒng)蜂窩移動通信系統(tǒng)無繩系統(tǒng)無線電尋呼系統(tǒng)集群移動通信系統(tǒng)移動衛(wèi)星系統(tǒng)劃分標準類型使用環(huán)境海、陸、空、地下用戶對象公用、專用、軍用調(diào)制方式調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相信號性質(zhì)模擬、數(shù)字工作方式同頻單工、異頻單工、異頻雙工、半雙工多址方式FDMA、TDMA、CDMA組網(wǎng)技術(shù)大區(qū)制、小區(qū)制、移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳輸速率窄帶、寬帶、廣帶業(yè)務類型電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合業(yè)務網(wǎng)覆蓋范圍廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)、個域網(wǎng)移動速率高速移動、低速移動、準移動移動通信主要有以下幾種分類方法

1.4.3無線電尋呼系統(tǒng)無線電尋呼系統(tǒng)是一種單向通信系統(tǒng)。無線電尋呼系統(tǒng)的用戶設備是袖珍式接收機，稱作袖珍鈴，俗稱“BB機”，這是由于它的振鈴聲近似于“B…B…”聲音之故。圖1-4示出了無線電尋呼系統(tǒng)的組成。1．4常用移動通信系統(tǒng)圖1-4無線電尋呼系統(tǒng)示意圖1.蜂窩移動通信系統(tǒng)的特點：（1）有頻率復用功能。（為什么要頻分復用？）（2）有越區(qū)切換功能。（3）可信道分配與小區(qū)分裂。（4）網(wǎng)絡設備增多使系統(tǒng)的構(gòu)成復雜。1.4.1蜂窩移動通信系統(tǒng)

蜂窩通信網(wǎng)絡把整個服務區(qū)域劃分成若干個較小的區(qū)域(Cell,在蜂窩系統(tǒng)中稱為小區(qū))，各小區(qū)均用小功率的發(fā)射機(即基站發(fā)射機)進行覆蓋，許多小區(qū)像蜂窩一樣能布滿(即覆蓋)任意形狀的服務地區(qū)。1．4常用移動通信系統(tǒng)Page36功率控制當手機在小區(qū)內(nèi)移動時，它的發(fā)射功率需要進行變化。當它離基站較近時，需要降低發(fā)射功率，減少對其它用戶的干擾，當它離基站較遠時，就應該增加功率，克服增加了的路徑衰耗。所有的GSM手機都可以以2dB為一等級來調(diào)整它們的發(fā)送功率，GSM900移動臺的最大輸出功率是8W（規(guī)范中最大允許功率是20W，但現(xiàn)在還沒有20W的移動臺存在）。DCS1800移動臺的最大輸出功率是1W。相應地，它的小區(qū)也要小一些。早期的移動通信系統(tǒng)在其覆蓋區(qū)域中心設置大功率的發(fā)射機，采用高架天線把信號發(fā)送到整個覆蓋地區(qū)(半徑可達幾十千米)。這種系統(tǒng)的主要矛盾是它同時能提供給用戶使用的信道數(shù)極為有限，遠遠滿足不了移動通信業(yè)務迅速增長的需要。例如，在20世紀70年代于美國紐約開通的IMTS(ImprovedMobileTelephoneService)系統(tǒng)，僅能提供12對信道。也就是說，網(wǎng)中只允許12對用戶同時通話，倘若同時出現(xiàn)第13對用戶要求通話，就會發(fā)生阻塞。通常，相鄰小區(qū)不允許使用相同的頻道，否則會發(fā)生同道干擾。但由于各小區(qū)在通信時所使用的功率較小，因而任意兩個小區(qū)只要相互之間的空間距離大于某一數(shù)值，即使使用相同的頻道，也不會產(chǎn)生顯著的同道干擾。為此，把若干相鄰的小區(qū)按一定的數(shù)目劃分成區(qū)群(Cluster),并把可供使用的無線頻道分成若干個(等于區(qū)群中的小區(qū)數(shù))頻率組，區(qū)群內(nèi)各小區(qū)均使用不同的頻率組，而任一小區(qū)所使用的頻率組，在其它區(qū)群相應的小區(qū)中還可以再用，這就是頻率再用，如圖1-6所示。圖1-6蜂窩系統(tǒng)的頻率再用當移動用戶在蜂窩服務區(qū)中快速運動時，用戶之間的通話常常不會在一個小區(qū)中結(jié)束?？焖傩旭偟钠囋谝淮瓮ㄔ挼臅r間內(nèi)可能跨越多個小區(qū)。為了保證通信的連續(xù)性，正在通話的移動臺從一個小區(qū)進入另一相鄰的小區(qū)時，其工作頻率及基站與移動交換中心所用的接續(xù)鏈路必須從它離開的小區(qū)轉(zhuǎn)換到正在進入的小區(qū)，而通話不中斷，這一過程稱為越區(qū)切換

。其控制機理如下：當通信中的移動臺到達小區(qū)邊界時，該小區(qū)的基站能檢測出此移動臺的信號正在逐漸變?nèi)?，而鄰近小區(qū)的基站能檢測出這個移動臺的信號正在逐漸變強，系統(tǒng)收集來自這些有關(guān)基站的檢測信息，進行判決，當需要實施越區(qū)切換時，就發(fā)出相應的指令，使正在越過邊界的移動臺將其工作頻率和通信鏈路從離開的小區(qū)切換到進入的小區(qū)。整個過程自動進行，用戶并不知道，也不會中斷行進中的通話。越區(qū)切換的示意圖見圖1-8。圖1-8越區(qū)切換示意圖切換時刻：根據(jù)基站接收到移動臺的信號強度測試報告或誤碼率報告確定硬切換與軟切換硬切換：移動臺越區(qū)過界時進行的切換，在切換時，移動臺要先中斷與原通信基站的聯(lián)系，再建立與目標基站間的通信；軟切換：移動臺在切換時，先不中斷與原通信基站的聯(lián)系，而與目標基站先建立通信，兩個基站可同時為一個用戶提供服務，當與目標基站取得可靠通信后，再切斷與原基站間的通信。硬切換與軟切換

GSM中支持硬切換；CDMA中支持軟切換，也支持硬切換（1）模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)

2.蜂窩移動通信系統(tǒng)的分類（1）模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)缺點：信道容量無法滿足不斷增長的用戶需求；話音質(zhì)量和保密性差且盜用現(xiàn)象嚴重；適應性不強，不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務，如無法與ISDN綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)相連接，更無法進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)确窃挊I(yè)務。（2）數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)優(yōu)點：1）提高了通信保密性和改善了通話質(zhì)量；2）抗干擾能力強使話音質(zhì)量高；3）數(shù)字移動通信可與綜合數(shù)字網(wǎng)(ISDN)連接，除話音外還可提供圖文、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确窃挊I(yè)務，并可進行短信息服務、語音信箱、呼叫轉(zhuǎn)移等多種更優(yōu)的服務。1.4.2無繩系統(tǒng)簡單的無繩機把普通的單機分成座機和手機兩部分，座機與有線網(wǎng)連接，手機與座機之間用無線電連接，這樣，允許攜帶手機的用戶可以在一定范圍內(nèi)自由活動時進行通話，見圖1-9。因為手機與座機之間不需要用電線連接，故稱之為“無繩”機。圖1-9無繩系統(tǒng)示意圖無繩的手機、座機與電信點所發(fā)射的功率均在10mW以下，無線覆蓋半徑約在100m左右。表1-2給出了幾種模擬無繩系統(tǒng)的主要參數(shù)。表中給出了日本、美國和歐洲的標準。我國模擬無繩系統(tǒng)采用45MHz/48MHz的頻段。表1-2幾種無繩系統(tǒng)的主要參數(shù)無繩是一種以有線網(wǎng)為依托的通信方式，也可以說它是