蜂窝移动通信技术优秀课件.ppt

蜂窝移动通信技术蜂窝移动通信技术第1页，本讲稿共44页基础知识和基本概念基础知识和基本概念标准化组织标准化组织多址方式多址方式通信工作方式通信工作方式蜂窝通信概念蜂窝通信概念第2页，本讲稿共44页标准化组织标准化组织国际标准化组织国际标准化组织地区性标准化组织地区性标准化组织第3页，本讲稿共44页国际标准化组织国际标准化组织ISO（International Organization for Standardization）国际标准化）国际标准化组织组织ITU（International Telecommunications Union）国际电国际电信联盟信联盟第4页，本讲稿共44页地区性标准化组织地区性标准化组织ANSI（American National Standards Institute）美国国美国国家标准学会家标准学会ARIB（Association of Radio Industries and Businesses）日本无线工业及商贸联合会日本无线工业及商贸联合会CCSA（China Communications Standards Association）中国通信标准化协会中国通信标准化协会CWTS（China Wireless Telecommunications Standards group）中国无线电讯标准组）中国无线电讯标准组 第5页，本讲稿共44页地区性标准化组织地区性标准化组织EIA（Electronic Industries Alliance）美国电子工业协）美国电子工业协会会ETSI（European Telecommunications Standards Institute）欧洲电信标准化协会）欧洲电信标准化协会/欧洲电信标准化组织欧洲电信标准化组织FCC（Federal Communications Commission）美国联）美国联邦通信委员会。邦通信委员会。TTA（Telecommunications Technology Association）韩国电信技术协会）韩国电信技术协会第6页，本讲稿共44页多址方式多址方式电信资源是有限的！电信资源是有限的！FDMA（频分多址）（频分多址）TDMA（时分多址）（时分多址）CDMA（码分多址）（码分多址）SDMA（空分多址）（空分多址）第7页，本讲稿共44页FDMA（频分多址）（频分多址）Frequency Division Multiple Access不同用户使用不同的频段发送信号不同用户使用不同的频段发送信号FDMA系统为每位用户在可用频段内分系统为每位用户在可用频段内分配一小部分频率或频道，且在相邻的一配一小部分频率或频道，且在相邻的一对频道之间留出一小部分频谱作为保护对频道之间留出一小部分频谱作为保护带，以减少来自相邻频道的干扰带，以减少来自相邻频道的干扰无争用协议无争用协议第8页，本讲稿共44页TDMA（时分多址）（时分多址）Time Division Multiple Access不同用户使用整个频段的不同时间段发送信号不同用户使用整个频段的不同时间段发送信号每个时间周期分为多个时间段，称为时隙。每对相邻每个时间周期分为多个时间段，称为时隙。每对相邻的时隙都被一小段时间段（作为保护时间）分隔开，的时隙都被一小段时间段（作为保护时间）分隔开，以减少来自相邻信道的干扰以减少来自相邻信道的干扰基于奈奎斯特抽样定理基于奈奎斯特抽样定理无争用协议无争用协议第9页，本讲稿共44页CDMA（码分多址）（码分多址）Code Division Multiple Access不同用户使用整个频段的不同不同用户使用整个频段的不同特定码字特定码字发送信号发送信号在在CDMACDMA系统中，每个用户信号在整个传系统中，每个用户信号在整个传输过程中都使用一个宽带信道，使用相输过程中都使用一个宽带信道，使用相同的载频，占用相同的带宽同的载频，占用相同的带宽根据分配给每个用户的特定码字来区分根据分配给每个用户的特定码字来区分不同用户的信号不同用户的信号第10页，本讲稿共44页CDMA（码分多址）（码分多址）根据信道情况，根据信道情况，CDMACDMA可被认为是无争用协议或争用协可被认为是无争用协议或争用协议议如果信道中同时传输的用户数或者多址干扰值低于某如果信道中同时传输的用户数或者多址干扰值低于某一给定的阈值，系统可成功处理所有的传输，那么一给定的阈值，系统可成功处理所有的传输，那么CDMACDMA就是无争用协议就是无争用协议如果干扰值大于该阈值，将会在传输中丢失所有同时传输的如果干扰值大于该阈值，将会在传输中丢失所有同时传输的分组，那么分组，那么CDMACDMA就是争用协议就是争用协议因此，我们将因此，我们将CDMACDMA视为一个功率受限系统，受限于视为一个功率受限系统，受限于来自其他用户的全部干扰功率来自其他用户的全部干扰功率第11页，本讲稿共44页SDMA（空分多址）（空分多址）Spatial Division Multiple Access利用空间分割构成不同的信道利用空间分割构成不同的信道是一种信道增容方式，与其他多址方式是一种信道增容方式，与其他多址方式完全兼容，从而可实现组合的多址方式，完全兼容，从而可实现组合的多址方式，例如空分例如空分-码分多址（码分多址（SD-CDMA）实现的关键是智能天线技术实现的关键是智能天线技术第12页，本讲稿共44页通信工作方式通信工作方式单工通信单工通信只能有一个方向的通信而没有反方只能有一个方向的通信而没有反方向的交互向的交互半双工通信半双工通信通信的双方都可以发送信息，但通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送不能双方同时发送(当然也就不能同时接收当然也就不能同时接收)全双工通信全双工通信通信的双方可以同时发送和接收信息。通信的双方可以同时发送和接收信息。TDD：Time Division Duplex 时分双工时分双工FDD：Frequency Division Duplex频分双工频分双工第13页，本讲稿共44页蜂窝通信蜂窝通信概念概念 蜂窝移动通信蜂窝移动通信宏蜂窝小区宏蜂窝小区微蜂窝小区微蜂窝小区分级蜂窝结构分级蜂窝结构微微蜂窝小区微微蜂窝小区三层分级蜂窝结构三层分级蜂窝结构智能蜂窝智能蜂窝第14页，本讲稿共44页蜂窝移动通信蜂窝移动通信FCC的定义的定义:一个一个高容量高容量的陆上移动通信系统，的陆上移动通信系统，分配给系统中的分配给系统中的频谱频谱被划分为独立的信被划分为独立的信道，这些信道按组分配给各个地理道，这些信道按组分配给各个地理小区小区，这些小区覆盖了一个蜂窝地理服务区。这些小区覆盖了一个蜂窝地理服务区。独立的信道能够被服务区内的不同小区独立的信道能够被服务区内的不同小区复用复用。第15页，本讲稿共44页一个蜂窝组一个蜂窝组ACDEFGB一个字母代表一个字母代表一组频率，不一组频率，不同的字母代表同的字母代表不同组的频率。不同组的频率。第16页，本讲稿共44页“蜂窝式蜂窝式”名称的来源名称的来源在无线电通信时，一对通话要占用一条在无线电通信时，一对通话要占用一条信道，即一段特殊的频率。为了频率复信道，即一段特殊的频率。为了频率复用，按地理范围分成状如蜂窝的若干小用，按地理范围分成状如蜂窝的若干小区，每个小区使用一组频率，相同的频区，每个小区使用一组频率，相同的频率组之间至少间隔了两个小区的地理距率组之间至少间隔了两个小区的地理距离，所以不会相互干扰。离，所以不会相互干扰。第17页，本讲稿共44页蜂窝式无线电话网蜂窝式无线电话网ACDEFGBACDEFGBACDEFGBACDEFGBACDEFGB第18页，本讲稿共44页蜂窝移动通信蜂窝移动通信蜂窝概念可用于蜂窝概念可用于FDMA系统，使同样的系统，使同样的子频段可在距离足够远的蜂窝群中多次子频段可在距离足够远的蜂窝群中多次使用使用也可用于也可用于CDMA系统，降低干扰，提高系统，降低干扰，提高系统容量系统容量同样可用于同样可用于TDMA系统，通过系统，通过TDMA与与FDMA技术的结合提供较高的系统容量，技术的结合提供较高的系统容量，容纳更多用户容纳更多用户第19页，本讲稿共44页宏蜂窝小区宏蜂窝小区(macrocell)每小区的覆盖半径较大，大多为每小区的覆盖半径较大，大多为1km25km。宏蜂窝小区基站的发射功率较强，一般宏蜂窝小区基站的发射功率较强，一般在在10W以上，天线也做得较高。以上，天线也做得较高。第20页，本讲稿共44页宏蜂窝小区宏蜂窝小区每个小区中有一个基站，与处于其服务每个小区中有一个基站，与处于其服务区内的移动台建立无线通信链路。区内的移动台建立无线通信链路。各个小区的基站可通过电缆、光缆或微各个小区的基站可通过电缆、光缆或微波链路与移动交换中心波链路与移动交换中心(MSC)相连。相连。移动交换中心通过移动交换中心通过PCM电路与市话交换电路与市话交换局相连接。局相连接。第21页，本讲稿共44页宏蜂窝小区存在的问题宏蜂窝小区存在的问题“盲点盲点”：由于网络漏覆盖或电波在传：由于网络漏覆盖或电波在传播过程中遇到障碍物而造成阴影区域等播过程中遇到障碍物而造成阴影区域等原因，使得该区域的信号强度极弱，通原因，使得该区域的信号强度极弱，通信质量低劣信质量低劣“热点热点”：由于客观存在商业中心或交：由于客观存在商业中心或交通要道等业务繁忙区域，造成空间业务通要道等业务繁忙区域，造成空间业务负荷的不均匀分布负荷的不均匀分布第22页，本讲稿共44页微蜂窝小区微蜂窝小区(microcell)微蜂窝小区是在宏蜂窝小区的基础上发展微蜂窝小区是在宏蜂窝小区的基础上发展起来的一门技术。起来的一门技术。覆盖半径大约为覆盖半径大约为30m300m；发射功率较小，一般在发射功率较小，一般在1W以下；以下；基站天线置于相对低的地方，如屋顶下基站天线置于相对低的地方，如屋顶下方，高于地面方，高于地面5m10m；传播主要沿着街道的视线进行，信号在传播主要沿着街道的视线进行，信号在楼顶的泄露小。楼顶的泄露小。第23页，本讲稿共44页微蜂窝小区微蜂窝小区最初被用来加大无线电覆盖，消除宏蜂最初被用来加大无线电覆盖，消除宏蜂窝中的窝中的“盲点盲点”。由于低发射功率的微蜂窝基站允许较小由于低发射功率的微蜂窝基站允许较小的频率复用距离，每个单元区域的信道的频率复用距离，每个单元区域的信道数量较多，因此业务密度得到了巨大的数量较多，因此业务密度得到了巨大的增长，且增长，且RF干扰很低，将它安置在宏蜂干扰很低，将它安置在宏蜂窝的窝的“热点热点”上，可满足该微小区域质量上，可满足该微小区域质量与容量两方面的要求。与容量两方面的要求。第24页，本讲稿共44页分级蜂窝结构分级蜂窝结构 相邻微蜂窝的切换都回到所在的宏蜂窝相邻微蜂窝的切换都回到所在的宏蜂窝上，宏蜂窝的广域大功率覆盖可看成是上，宏蜂窝的广域大功率覆盖可看成是宏蜂窝上层网络，并作为移动用户在两宏蜂窝上层网络，并作为移动用户在两个微蜂窝区间移动时的个微蜂窝区间移动时的“安全网安全网”大量的微蜂窝构成微蜂窝下层网络。大量的微蜂窝构成微蜂窝下层网络。第25页，本讲稿共44页微微蜂窝小区微微蜂窝小区(picocell)(picocell)随着容量需求进一步增长，运营者可按同随着容量需求进一步增长，运营者可按同一规则安装第三或第四层网络，即微微一规则安装第三或第四层网络，即微微蜂窝小区蜂窝小区覆盖半径更小，一般只有覆盖半径更小，一般只有10m10m30m30m；基站发射功率更小，大约在几十毫瓦左基站发射功率更小，大约在几十毫瓦左右；右；天线一般装于建筑物内，业务集中地点天线一般装于建筑物内，业务集中地点第26页，本讲稿共44页微微蜂窝小区微微蜂窝小区微微蜂窝实质就是微蜂窝的一种，作为微微蜂窝实质就是微蜂窝的一种，作为网络覆盖的一种补充形式而存在网络覆盖的一种补充形式而存在主要用来解决商业中心、会议中心等室主要用来解决商业中心、会议中心等室内内“热点热点”的通信问题。的通信问题。第27页，本讲稿共44页三层分级蜂窝结构三层分级蜂窝结构 宏蜂窝用于处理快速移动车辆的业务；宏蜂窝用于处理快速移动车辆的业务；微蜂窝处理慢速移动，集中于步行或交微蜂窝处理慢速移动，集中于步行或交通阻塞车辆的业务；通阻塞车辆的业务；微微蜂窝用于覆盖商场和办公区等室内微微蜂窝用于覆盖商场和办公区等室内区域。区域。用户接入时，系统根据所测得的信号强度用户接入时，系统根据所测得的信号强度和各蜂窝的容量为某一呼叫选择最恰当和各蜂窝的容量为某一呼叫选择最恰当的蜂窝。的蜂窝。第28页，本讲稿共44页智能蜂窝智能蜂窝是相对于智能天线而言的，指基站采用是相对于智能天线而言的，指基站采用具有高分辨阵列信号处理能力的自适应具有高分辨阵列信号处理能力的自适应天线系统，智能地监测移动台所处的位天线系统，智能地监测移动台所处的位置，并以一定的方式将确定的信号功率置，并以一定的方式将确定的信号功率传递给移动台的蜂窝小区。传递给移动台的蜂窝小区。第29页，本讲稿共44页智能蜂窝智能蜂窝智能天线利用数字信号处理技术，产生智能天线利用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。户信号并删除或抑制干扰信号的目的。智能蜂窝既可以是宏蜂窝，也可以是微智能蜂窝既可以是宏蜂窝，也可以是微蜂窝和微微蜂窝。蜂窝和微微蜂窝。这项技术正在研制过程中。这项技术正在研制过程中。第30页，本讲稿共44页智能蜂窝智能蜂窝提高未来移动通信系统性能的几个方面：提高未来移动通信系统性能的几个方面：扩大系统覆盖区域；扩大系统覆盖区域；提高频谱利用率，增加系统容量；提高频谱利用率，增加系统容量；降低基站发射功率，减少信号间干扰；降低基站发射功率，减少信号间干扰；减少电磁环境污染；减少电磁环境污染；节省系统成本。节省系统成本。第31页，本讲稿共44页移动通信技术的的发展移动通信技术的的发展移动通信技术的的发展史移动通信技术的的发展史 移动通信技术的历史发展趋势移动通信技术的历史发展趋势移动通信技术的分代移动通信技术的分代移动通信技术在我国的发展移动通信技术在我国的发展第32页，本讲稿共44页移动通信技术的的发展史移动通信技术的的发展史 移动通信可以说从无线电通信发明之日移动通信可以说从无线电通信发明之日就产生了。就产生了。标志：标志：1897年，年，M.G.马可尼完成在固定马可尼完成在固定站与一艘拖船之间进行的的无线通信试站与一艘拖船之间进行的的无线通信试验，距离为验，距离为18海里。海里。现代移动通信技术的发展始于现代移动通信技术的发展始于20世纪世纪20年代，大致经历了五个发展阶段年代，大致经历了五个发展阶段 第33页，本讲稿共44页移动通信技术的发展史移动通信技术的发展史 1.1.时间：时间：2020世纪世纪20年代至年代至40年代年代特点：特点：专用系统开发专用系统开发工作频率较低。工作频率从最初工作频率较低。工作频率从最初2MHz，到到40年代提高到年代提高到3040MHz。代表：美国底特律市警察使用的车载无代表：美国底特律市警察使用的车载无线电系统。线电系统。第34页，本讲稿共44页移动通信技术的发展史移动通信技术的发展史 2.2.时间：时间：2020世纪世纪4040年代中期至年代中期至6060年代初期年代初期 特点：特点：从专用移动网向从专用移动网向公用公用移动网过渡移动网过渡接续方式为人工接续方式为人工网的容量较小。网的容量较小。代表：代表：20世纪世纪40年代，美国建立了世界年代，美国建立了世界上首个公用移动通信系统上首个公用移动通信系统公用汽车公用汽车电话网电话网 第35页，本讲稿共44页移动通信技术的发展史移动通信技术的发展史 3.3.时间：时间：2020世纪世纪6060年代中期至年代中期至7070年代中期年代中期 特点：特点：采用大区制、中小容量采用大区制、中小容量开拓了开拓了150MHz150MHz和和450MHz450MHz频段频段实现了实现了自动选频与自动拨号接续自动选频与自动拨号接续形成了移动通信的无线传输、信道管理及移形成了移动通信的无线传输、信道管理及移动交换的基本技术动交换的基本技术第36页，本讲稿共44页移动通信技术的发展史移动通信技术的发展史 4.4.时间：时间：2020世纪世纪7070年代中期至年代中期至8080年代中期年代中期 特点：建成了特点：建成了蜂窝蜂窝状移动通信网状移动通信网 代表：代表：19781978年底，美国贝尔试验室研制年底，美国贝尔试验室研制成功先进移动电话系统成功先进移动电话系统(AMPS)(AMPS)第37页，本讲稿共44页移动通信技术的发展史移动通信技术的发展史 5.5.时间：时间：2020世纪世纪8080年代中期开始年代中期开始 特点：开发了新一代特点：开发了新一代数字数字蜂窝移动通信蜂窝移动通信系统。系统。数字无线传输的频谱利用率高，可大大提高数字无线传输的频谱利用率高，可大大提高系统容量。系统容量。数字网能提供语音、数据多种业务服务，并数字网能提供语音、数据多种业务服务，并与与ISDNISDN等兼容。等兼容。第38页，本讲稿共44页移动通信技术的发展史移动通信技术的发展史 代表：代表：1988年，欧洲提出主要建议和投标方案年，欧洲提出主要建议和投标方案GSM900，频段，频段900MHz；1989年，英国发放个人通信网年，英国发放个人通信网PCN的许的许可证，工作在可证，工作在1800MHz的的150MHz带宽，带宽，并采用并采用GSM标准，将标准，将GSM推广到新的频推广到新的频段。称为段。称为DCS1800（数字蜂窝系统数字蜂窝系统1800）。）。第39页，本讲稿共44页移动通信技术的历史发展趋势移动通信技术的历史发展趋势从军用、专用到民用从军用、专用到民用从低频段到高频段从低频段到高频段从单基站的大区制到多基站小区制的蜂从单基站的大区制到多基站小区制的蜂窝结构窝结构从模拟系统到数字系统从模拟系统到数字系统第40页，本讲稿共44页第一代模拟系统，第一代模拟系统，20世纪世纪80年代开始年代开始第二代数字系统，第二代数字系统，20世纪世纪90年代开始，主要制式年代开始，主要制式有：有：GSM、IS-95CDMA、IS136、TDMA/CDMA数字无绳电话、数字无绳电话、WLL等等第三代多媒体系统，即第三代多媒体系统，即3G，21世纪开始，主要制式世纪开始，主要制式有：有：WCDMA，cdma2000，TD-SCDMA，WiMAX第四代？第四代？System Beyond IMT-2000，B3G，超，超3G移动通信技术的分代移动通信技术的分代第41页，本讲稿共44页移动通信技术在我国的发展移动通信技术在我国的发展1987年，决定以年，决定以900 MHz频段频段TACS体制为我国公众蜂窝移动体制为我国公众蜂窝移动通信体制；通信体制；1987年年11月月18日，广州开通了国内第一个模拟蜂窝移动日，广州开通了国内第一个模拟蜂窝移动通信系统；（通信系统；（2001年年12月月31日我国关闭了模拟移动网络日我国关闭了模拟移动网络）1994年年12月底，广东首先开通了月底，广东首先开通了GSM数字移动电话网；数字移动电话网；1995年年7月月 中国联通中国联通GSM 130数字移动电话网在北京、天数字移动电话网在北京、天津、上海、广州建成开放津、上海、广州建成开放1997年以后，国产第二代通信设备少量进入运营网络。年以后，国产第二代通信设备少量进入运营网络。第42页，本讲稿共44页移动通信技术在我国的发展移动通信技术在我国的发展2001年年1月，原部队所有的月，原部队所有的133CDMA网在经过资网在经过资产清算后，正式移交中国联通。产清算后，正式移交中国联通。2002年年4月月8日，联通新时空日，联通新时空CDMA网络正式运行网络正式运行2002年年5月，中国移动、中国联通实现短信互通互发月，中国移动、中国联通实现短信互通互发 2002年年5月月17日，中国移动通信日，中国移动通信GPRS业务正式投入业务正式投入商用。商用。2002年年10月月1日日 中国移动通信彩信中国移动通信彩信(MMS)业务正业务正式商用式商用第43页，本讲稿共44页移动通信技术在我国的发展移动通信技术在我国的发展2003年年1月月28日日 上海联通率先开通上海联通率先开通CDMA 1X网络网络2008年年4月月1日，中国移动正式面向北京、上海、天津、日，中国移动正式面向北京、上海、天津、沈阳、广州、深圳、厦门和秦皇岛沈阳、广州、深圳、厦门和秦皇岛8个城市，启动个城市，启动TDSCDMA社会化业务测试和试商用工作社会化业务测试和试商用工作2009年年1月月7日下午日下午14：30分，工业和信息化部举行了分，工业和信息化部举行了一个低调的一个低调的3G牌照发放仪式，为中国移动、中国电信牌照发放仪式，为中国移动、中国电信和中国联通发放和中国联通发放3张第三代移动通信张第三代移动通信(3G)牌照。此刻开牌照。此刻开始，我国真正开始进入了始，我国真正开始进入了3G的时代。的时代。第44页，本讲稿共44页