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1、移动通信,MobileCommunication,制作：林顺达,泉州师范学院理工学院,第一章绪论,.1 移动通信概述.1.1 移动通信的基本概念.1.2 移动通信系统的组成及组网原则.1.3 移动通信工作频段,.1.1 移动通信的基本概念 移动通信是指通信双方或至少其中一方在运动状态中，或临时停留在某一预订位置上进行信息传递和交换的通信方式。.1.2 移动通信系统的组成及组网原则 一、移动通信系统的组成 移动通信系统是指移动体之间、移动体与固定用户之间用于建立信息传输通道的通信系统。,下图给出了一典型的蜂窝移动通信系统。,二、组网原则 1.蜂窝组网思路 随着移动通信用户数量的不断增加，业务范围
2、的不断扩大，频率资源和可用频道数之间的矛盾日益突出。采用蜂窝组网方式的目的在于解决常规移动通信系统频谱匮乏、容量小、服务质量差和频谱利用率低等问题。,2.组网原则 数字移动通信网的组网原则如下：(1)一般采用三级结构，即设置一、二级移动业务汇接中心和移动业务交换中心，并且在一级移动业务汇接中心之间、省内二级移动业务汇接中心之间形成网状网，实现可靠互通。(2)数字移动通信网的交换网络与固定电话网之间的连接采用同一个本地网内移动业务汇接中心与固定网长途交换中心及市话汇接局相连的方式，实现移动用户与固定用户的通信。(3)数字移动通信网是一个整体，必须强调实现全网管理的重要性。,.1.3 移动通信工作
3、频段 在陆地移动通信系统中，主要采用甚高频(VHF)频段(30300MHz)和特高频(UHF)频段(3003000MHz)作为其无线通信频率。,发展历史:1897年，马可尼在陆地与一只拖船之间，用无线电进行了消息的传递，这是移动通信的开端。随着无线广播和无线电报的出现，特别是两次世界大战的需要，早期的移动通信的雏形已开发了出来，如步话机、对讲机等等。60年代晶体管的出现，专用无线电话系统大量出现，在公安、消防、出租汽车等行业中应用。,1.移动通信发展的历史、现状和趋势,70年代初，贝尔实验室提出蜂窝系统的覆盖小区的概念和相关的理论后，立即得到迅速的发展，很快进入了实用阶段。在1979年，AMP
4、S制模拟蜂窝式移动电话系统在美国芝加哥试验后，终于在1983年12月在美国投入商用。我国开始在1987年开始使用模拟式蜂窝电话通信，1987年11月，第一个移动电话局在广州开通。,第一代移动通信(1G),模拟移动电话系统主要采用模拟和频分多址（FDMA）技术，属于第一代移动通信技术。模拟方式：通过电波所传输的信号模拟人讲话声音的高低起伏变化的通信方式。模拟移动电话系统的质量完全可以与固定电话媲美，使通话双方能够清晰地听出对方的声音。传输速率：1.2kb/s10kb/s.,缺点：频分多址技术造成频率资源不足；保密性较差，极易被并机盗打；只能实现话音业务，无法提供丰富多彩的增值业务；网络覆盖范围小
5、且漫游功能差；模拟手机体积大、重量沉、样式陈旧。移动通信发展现状：目前手机供应商已停止生产模拟手机，中国移动通信集团公司于2001年12月31日后关闭模拟移动电话网，停止经营模拟移动电话业务。,80年代后期，大规模集成电路、微型计算机、微处理器和数字信号处理技术的大量应用，为开发数字移动通信系统提供了技术保障，数字移动通信系统-GSM诞生，GSM是第二代移动通信，简称“2G”。1993年9月18日，浙江嘉兴首先开通了我国第一个数字移动通信网。1994年10月，第一个省级数字移动通信网在广东省开通。,GSM以它相对于第一代移动通信的优势，目前广泛地占有市场。同时，在GSM基础上，增加了一些新技术
6、，如通用分组无限技术（GPRS)、无线应用协议(WAP)和无线接口技术(篮牙技术)，增加了多媒体功能。如上网，聊天，传送彩色图片，后发电子邮件，数码照相机，语音拨号彩色显示，称之为第二代向第三代过渡的“2.5G”。,第二代移动通信（2G）,GSM是欧洲成立的一个移动通信小组的简称。GSM移动电话系统采用时分多址技术(TDMA)，对频谱利用率高、容量大，同时可以自动漫游和自动切换，通信质量好，加上其业务种类多、易于加密、抗干扰能力强、用户设备小、成本低等优点。传输速率:8kb/s.,移动通信发展趋势：,开发更高频段 早期主要使用VHF高端的160MHz，UHF的低端450MHz频段。1979年日
7、内瓦世界无线电管理大会界(WRAC)决定开辟移动通信新频段800900MHz，目前各国按 WRAC92决定正在开发13GHz频段。2.有效利用频谱频道窄带化。50kHz25kHz12.5kHz采用频率复用和多波道共用技术。窄带数字调制技术。已发展了两类PSK和FSK改进型数字调制解调技术。第一类是正交移相键控(QPSK)和相移为/4的正交移相键控(/4-QPSK)。,第二类是具有最小调制指数的连续相位移频键控(MSK)、正弦移频键控(SFSK)、平滑调频(TFM)和高斯滤波最小移频键控(GMSK)等调制解调技术。4）扩展频谱传输技术。3.数字化。目前第三代移动通信由于国际标准不断变化，阻碍了推
8、向市场的进程，与此同时第四代移动通信（4G）正在实验室中研发。,第三代移动通信(3G),第三代无线通信又称3G。3G系统特点：提供更高的容量、更快的数据传输速率及多媒体业务。主要通过在现有网络上发展2.5G技术来实现。核心技术：CDMA（扩频）以及更先进的空中接口技术。传输速率：9.6kb/s32kb/s.,第三代移动通信系统(多媒体式)3G,第三代移动通信(3G)的概念于1985年正式提出。但真正付诸实施，则是随着近年来互联网业务的蓬勃发展，人们迫切地期望在移动的环境下，能方便地实现互联网的宽带接入和高速数据传输。因此，3G逐渐成为人们关注的焦点，终于闪亮登场。,3G的目标,(1)全球化：全
9、球性的系统，在设计上具有高度的通用性，能提供全球漫游。(2)多媒体化：提供高质量的多媒体(如话音、可变速率数据、活动视频、高清晰度图像等)传输，实现多种信息一体化。(3)综合化：能把现存的寻呼、无绳、蜂窝、卫星移动等移动通信系统综合在一起，以提供多种服务。(4)智能化：主要表现在优化网络结构方面(引入智能网概念)和收发信机的软件无线电化。(5)个人化：用户可用惟一的个人电信号码(PTN)在任何终端上获取所需要的电信业务，超越传统的终端移动性，真正实现个人化移动通信。,3G的主要特性,(1)有多频/多模通用的手机，可以提供全球无缝覆盖和漫游。(2)提供远比2G先进的话音和数据业务，包括分组数据和
10、宽带多媒体业务。如高速互联网访问、交互式游戏、远程教育等。(3)高速无线数据传输：高速移动(如乘车)时的数据速率要达到144Kbps，慢速移动(如步行)时速率达到384Kbps，室内静止环境下达到2Mbps。(4)适应多种业务环境：蜂窝(宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝)、无绳、卫星移动、PSTN、数据网、IP等。(5)具有单一个人通信号码，按需分配带宽，频谱利用率高，容量大。(6)网络结构能适用无线、有线多种业务要求，系统初始配置能充分利用2G设备，随后可平滑升级。,3G的关键技术,3G的关键技术都属于重要的创新。主要有：(1)多载波调制：在信号调制方面，系统可采用自适应多进制调制方法。(2)多址技
11、术：3G主要采用CDMA，具有频率规划简单、频谱利用率高、软切换、软容量等优点。(3)软件无线电：利用现代数字信号处理技术、微电子及软件技术，基于同样的硬件平台，通过加载不同的软件，获得不同的业务特性，有利于系统升级、网络平滑过渡、多频多模的运行。(4)智能天线：通过基带数字信号处理器，为每个信道提供一条赋形天线的发射波束，并始终跟踪用户，这样可以降低发射功率，减少干扰，增加系统容量，同时波束赋形可以克服多径传播问题。(5)异步转移模式(ATM)：其原理是把话音、数据、图像等业务信息分解成信元，通过网络传到目的地，可以动态地向移动用户分配带宽。能提供从无线网到固定网端到端的宽带连接，便于与固定
12、宽带网的融合。(6)智能网：3G从概念上可以分为终端、无线接入网、骨干传输网、应用业务等4部分。智能网技术能使呼叫处理与业务种类无关，且能在网上开发新业务，便于修改业务特性。,2G到3G升级的过渡,由于3G与2G差异过大，建置3G系统所需花费十分惊人，人们又发展出2.5G或2.7G等过渡系统。在升级规划上，两大移动通信系统GSM与cdmaOne，皆已完成完整的升级路径。,2G到3G升级的过渡,(1)GSM升级路线为：GSMGPRSEDGEWCDMA。(2)Qualcomm早已准备好cdmaOne的升级路线：IS95AIS95Bcdma20001X(IS95C)cdma20003X。IS95C数
13、据传输速度最高可达144Kbps，平均速率为70K80Kbps。虽有人将其称为3G，但严格来说，应为2.5G。同为2.5G，相比而言，IS95C技术较GPRS要成熟。,2G到3G升级的过渡,(3)被称为2.5G的GPRS，建置较为容易，全球大部分的GSM皆选择其作为升级至3G的过渡系统。GPRS具有5大独特优势。一是永远在线：用户随时可与网络保持链接。二是快速登录：GPRS手机一打开，就已与GPRS网络建立了链接。三是高速传输：GPRS手机采用先进的分组交换方式，数据传输理论值可达171.2Kbps，平均速率达20K40Kbps。四是按量收费：即按照用户收发数据包的数量来收取费用。五是自由切换
14、：GPRS手机用户可以一边打电话，一边上网冲浪。目前全球已有50多个GPRS网络投入了商业运行。,2G到3G升级的过渡,(4)EDGE也是以GSM为基础采用分组交换来传输数据的无线传输技术，可作为GPRS的升级方案。通过调变技术，EDGE可将数据传输速度再提高到384Kbps，已达WCDMA的初期水准，故被称为2.7G，以和2.5G的GPRS有所区别。EDGE提供接近3G的传输速度，却使用GSM的频谱，这一点可让想提升速度又暂时无法取得3G频段的企业，选择EDGE作为3G的替代方案。(5)2.5G、2.7G、3G与2G最大的差别，除了无线数据传输速度外，资料交换方式也有不同。2G采用电路交换，
15、2.5G采用分组交换。前者用户常会处于“闲置”状态，形成资源浪费；后者则把资料分成一个个“封包”，再将这些封包独立传送。,4G,可是3G还是有其局限性：由于受到多用户干扰，CDMA难以达到很高的通信速率。由于空中接口标准对核心网的限制，3G所能提供服务速率的动态范围不大，不能满足各种业务类型要求；分配给3G的频率资源已经趋于饱和。因此，4G应当具备以下几种特征：,4G,1.完全集中的服务：个人通信、信息系统、广播和娱乐等各项业务将结合成整体，服务和应用将更加广泛、安全、方便和个性化。2.无所不在的移动接入：人们可以随时随地通过移动接入的方式获取话音、高速信息系统、广播和娱乐等业务。3.各式各样
16、的用户设备：接入终端设备多样化，设备与人之间的交流除了听、说、看外，还会有其他途径。4.自治的网络结构：可以自动管理、动态改变自己的结构，以满足系统变化和发展的要求，具备高度的智能化特征。4G的研发已在多个跨国公司间展开。据悉，NTT DoCoMo在2002年下半年开始进行4G无线服务测试，并在2010年推出4G商用服务。其4G会比其现有的3G服务快260倍，提供20Mbps的上行链路和100Mbps的下行链路速率，能直接向无线设备提供高清晰度电视服务。,第四代移动通信(4G),特点：高容量、更强的多媒体的传输。将多媒体包括语音、数据、影像等大量信息透过宽频的信道传输，提高传输质量。核心技术：
17、OFDM(正交多任务)。其它技术：CDMA、无线区域环路(WLL)和数字音讯广播(DAB)等传输速率：最高可达到10Mb/s至20Mb/s,移动通信技术发展趋势,1.移动通信设备正朝着数字化、宽带化、小型化的方向发展。2.移动通信网络正朝着综合化、智能化、全球化、个人化方向发展。3.移动通信技术正朝着高、精、尖方向发展，分工和合作愈显紧密和复杂。4.移动通信方式正朝着细分化、个性化方向发展，受新技术的影响越来越大，特别是与互联网的融合成为主流趋势。,1.3 移动通信的特点及分类,电波传播环境恶劣。具有多普勒频移效应。干扰严重。频谱资源紧缺。需要采用位置登记、过境切换等移动性管理技术。综合了各种
18、技术：交换机/计算机/传输技术。对设备要求苛刻,特点：,1.4 常用的移动通信系统,移动通信系统除了人们最熟悉的GSM、CDMA等第二代数字移动通信系统外，实际上还包括很多种其他通信系统，例如前些年风靡全国的寻呼系统、广泛应用的无绳电话系统和到处可见的集群通信系统等。为了让大家对整个移动通信系统领域有一个全面的了解，在这里就介绍这3种移动通信系统。其他移动通信系统将在以后介绍。,1.4 常用的移动通信系统1.无线电寻呼系统传输方式：单向传输。适用范围：公众通信网。,袖珍铃(BB机）备,车载台,1.无线电寻呼系统,无线寻呼系统是移动通信的一个分支，是一种单向、大区制的通信系统。主呼用户(固定电话
19、或移动电话)通过公用电话网连接寻呼中心，再由寻呼中心将信息传送给被叫用户。无线寻呼系统由于采用广播方式，基站采取大区制，因此设备简单，投资少，见效快，使用方便，发展极为迅速。20世纪90年代，中国在短短的几年中就发展了全球最大的无线寻呼网络。,1).无线寻呼系统的分类和标准,无线寻呼系统一般可分为专用和公用两大类。公用寻呼系统与公用电话网连接发射功率较大，往往可以由很少的基站覆盖整个城市。世界上常用的无线寻呼标准主要有两种：一是POCSAG码由英国邮政代码标准化咨询组制定，又称为国际1号无线寻呼码，使用最为广泛，我国的无线寻呼系统大多采用这种码二是由MOTOROLA公司开发的FLEX码，主要用
20、于高速无线寻呼系统，我国也曾大量采用过这种码,2).网络结构及系统组成,无线寻呼系统同样由3个基本部分组成：一是寻呼中心，相当于交换中心，分为人工控制和自动控制两种，由寻呼服务台、排队机、编码器和调制器组成，它通过电话中继线与公网相连，通过中继链路与基站连接；二是基站，主要由解调器、发射机和天线组成；三是移动台，就是寻呼机，有数字机和字母(如英文或汉字)机之分字母寻呼机通过改进可以成为信息接收机，处理较大的文本信息。每个寻呼机都有自己的地址码，只有在接收的信息中找到自己的码字，才做出反应，将相应的提示信息显示在寻呼机中，完成通信。,如果一个基站发射机无法覆盖整个范围，可以采用多区制的网络结构。
21、此时每个基站通过专用中继线路与寻呼中心相连，寻呼中心通过中继线与市话网络相连。实现寻呼。如果需要建立区域寻呼网，则需建立区域网寻呼控制中心，各地分别与中心相连，通过人工和自动方式实现区域寻呼网。无线寻呼系统也可以用来传输大量的数据信息。通过对寻呼系统和寻呼机的改造，寻呼系统可以传送大段的文本信息，实现股票信息、公用信息、专用信息等的实时传送，使寻呼系统功能得到进一步扩展。,2.典型的蜂窝移动通信系统(CMS)传输方式：双向传输适用范围：公众通信网。,公众通信网,3.无绳电话系统(Telephonit)传输方式：双向传输和单向传输。适用范围：家庭、办公室及几十公里内。属局域网。,普通电话,电信点
22、,市话局,手机1,手机K,用户线,无绳电话,初期的无绳电话十分简单，只是把一个电话单机分成一个座机和一个手机，二者之间用无线电(一般用调频)连接，传输模拟话音。现在，这样的无绳电话还很常见。但实际上，无绳电话已经逐步向网络化和数字化方向发展，从市内向室外发展，从专用系统向公用系统发展，形成了多种依托于公共交换电话网(PSTN)的网络结构，成为独立的移动通信系统。在公用无绳电话系统中最有名的有CT-2系统和DECT(数字欧洲无绳通信)系统,1).CT-2无绳电话系统,CT-2系统可以组成专用无绳电话系统，也可以组成公用无绳电话系统。而公用无绳电话系统的网络结构与标准移动通信系统基本相同，分别由基
23、站(有时可以是一个座机)、手机和网络管理中心(可包括计费中心等其他设施)组成。公用CT-2系统适合城市中机场、车站、闹市区等人群密集地区的较大范围内的应用，采用类似于电话亭的方式分散设置若干个公用基站，这些公用基站均与市话网相连，携带手机的用户只要在任一公用基站的作用范围内，即可向市话网中任何一个有线用户拨号。只要用户始终处于覆盖范围内，就可以实现边移动边通信。网络管理中心的主要作用是对网络的运行进行管理和控制，对用户的身份进行登记和鉴权，对用户的话务量进行统计，最终由计费中心完成计费。公用CT-2系统的优点是，继承了模拟无绳电话设备简单、技术成熟、价格低廉的优点，同时，又以公用市话网为基础实
24、现了低功率、小范围的公共移动通信。但CT-2只能实现单方向呼叫，即用户只能用手机呼叫固定电话，反之则不能。为了解决这个问题，人们采用无绳电话系统与无线寻呼系统相结合的方法，即用户通过单独的寻呼机收到寻呼信号后，再采用无绳电话与对方通信。,2).DECT系统,DECT作为欧洲无绳电话的标准，是为了解决高用户密度环境中无绳电话通信而开发的，在公共无绳通信、无线PBX(用户小交换机)、无线本地环路等多种系统中得到应用。DECT可以和PABX(用户自动小交换机)、PSTN集成或互连成一个有机整体，将有线业务延伸到无线系统中。DECT系统由5个基本部分组成：手机、无线固定部分、无绳控制器、附加业务部分和
25、网络接口单元。网络采用典型的微小区蜂窝结构，每个微小区半径为30250m手机需要进行频繁的越区切换。DECT通过对无缝越区切换的支持，实现在数百米范围内移动台低功率无线接入基站。由于环境千差万别，每个基站都可以工作在所有的系统频点上，所以，DECT系统采用动态信道分配方法，基站和手机根据当前的干扰情况和系统负荷状态，动态选择一个具有最小干扰电平和最佳信号接收质量的信道(某个载频上的某个时隙)进行通信。DECT支持语音、数据、传真、图像、ISDN(综合业务数字网)和LAN(局域网)等业务。在GSM系统中，不难看到DECT系统的影子。,4.集群移动通信系统,集群移动通信系统一般作为调度系统的专用通
26、信网。最初的集群系统由若干个使用同一频率的移动台组成，其中一个充当调度台，用广播方式向其他移动台发送消息，完成指挥或调度。这种系统通常是单向通信的、模拟的。随着技术的发展，现在的集群移动通信系统已经解决了早期简单调度系统存在的频率资源混乱、选址方式单一和功能有限的缺陷，采用频率共用技术，把各个部门分散建立的专用通信网集中起来，统一建网和管理动态利用有限的频道，以容纳更多的用户；同时，通过改进频道共用方式，使用户在通信过程中不固定占用某个频道，而是仅在按下“对讲开关”时才占用一个频道，松开开关时将频道释放，允许其他用户使用此频道。,集群系统采用半双工通信方式，即基站以双工方式工作，移动台以异频单
27、工方式工作。考虑到调度通信中通话时间要求短的特点，集群通信系统都具有限时通话的功能。而所有采取的措施，均以提高频率利用率以供更多用户使用为目的。集群移动通信系统以基本系统为模块，并用这些模块扩展为局域网。在基本系统中，包含移动台（车载台或手机）、调度台、基站转发器、系统管理终端以及有关的控制部分。集群方式有3种：消息集群、传输集群和准传输集群，其中准传输集群方式是现在普遍使用的集群方式。集群移动通信系统由于布放灵活、开展业务方便的特点，在公安、消防、煤矿、车辆调度等领域得到广泛的应用，在战场战术场合也有很好的应用。现在，数字集群通信系统也得到了成功的应用，香港的警察系统就采用了这种系统，除了能
28、传输话音外，还可以传送数据信息，性能优越。近来，我国的移动通信专家还开发出数字扩频集群通信系统，在这个系统中，每个移动台都可以作为调度台，与作用范围内的其他移动台组成系统，十分适合于井下通信使用；还能成为很好的战术集群通信系统，在很短的时间内组成临时通信系统，传输话音和数据，为部队的指挥提供很好的通信选择。集群移动通信系统以其独特的优点在专用通信领域中始终占据着重要的地位，今后也将得到更好的发展,4.集群移动通信系统,传输方式：以单向传输为主。适用范围：调度系统的专用通信网。简单的调度系统,调度台,集中控制方式,分布控制方式,PABX或PSTN,基站BS,LCU,LCU,LCU,逻辑控制单元,.移动卫星通信系统,传输方式：双向传输。适用范围：海上、空中和地形复杂而人口稀少的地区。6.分组无线网 分组无线网：是利用无线信道进行分组交 换的通信网。分组：是由若干个比特组成的信息段。分组传输信息：包括“包头”和“正文”两部分。,包头：是含有分组的源地址、宿地址和 有关的路由等信息段。正文：是真正需要传送的信息段（处 理过的原始信息）。适用范围：实时性要求不严和短消息比较多的数据通信。,
