第九章-移动通信系统1.优秀PPT.ppt

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1、移动通信系统概论移动通信系统概论移动通信系统概论移动通信系统概论移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/52内容内容移动通信概述移动通信概述移动通信系统分类移动通信系统分类移动通信系统演进移动通信系统演进课程内容及考察方式课程内容及考察方式移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/53无线通信无线通信n早期的早期的“无线通信无线通信”:n在在 400-900 Hz频段频段:光光n公元前公元前150年间用于通信的狼烟信号年间用于通信的狼烟信号(中国中国,希腊希腊)n旗语旗语n1794,光电报光电报,Claude Chappen什么是什么是 无线通信无线通信:n在物理上不须要相接触的

2、传输机和接收机的任何通信形式在物理上不须要相接触的传输机和接收机的任何通信形式n电磁波电磁波 在自由空间传播在自由空间传播n雷达雷达,射频射频,微波微波,红外线红外线,光光Chappe兄弟在巴黎旁边的两点之间建立了第一个商业旗语系统。拿破仑认为这是一个宏大的办法。不久，旗语信令系统兄弟在巴黎旁边的两点之间建立了第一个商业旗语系统。拿破仑认为这是一个宏大的办法。不久，旗语信令系统覆盖了法国主要城市。旗语信令快速传覆盖了法国主要城市。旗语信令快速传 播到意大利、德国和俄国。数千人受雇于工作站。旗语的传递速度是大约每分钟播到意大利、德国和俄国。数千人受雇于工作站。旗语的传递速度是大约每分钟15个字符

3、。编码手册起先出现，使整个句子可以由一些字符代替。旗语在英格兰却个字符。编码手册起先出现，使整个句子可以由一些字符代替。旗语在英格兰却 没有取得成功，因为工业革命，导致英格没有取得成功，因为工业革命，导致英格兰烟雾太浓。兰烟雾太浓。Claude Chappe旗语系统引领法国旗语系统达旗语系统引领法国旗语系统达30年之久。在一种新的管理方法出现后，才退出历史舞台。在年之久。在一种新的管理方法出现后，才退出历史舞台。在美国，尤其是从玛撒的葡萄园（鳕鱼角旁边的一个岛屿）美国，尤其是从玛撒的葡萄园（鳕鱼角旁边的一个岛屿）到波士顿，正是旗语系统向波士顿海关大楼汇报航行船只的活动到波士顿，正是旗语系统向波

4、士顿海关大楼汇报航行船只的活动状况。在纽约市和旧金山市之间也是这样的。电报的独创者，塞缪尔状况。在纽约市和旧金山市之间也是这样的。电报的独创者，塞缪尔.F.B.摩尔斯，据说到欧洲摩尔斯，据说到欧洲 参观了旗语系统的运转。最参观了旗语系统的运转。最终一个旗语系统，位于阿尔及利亚，于终一个旗语系统，位于阿尔及利亚，于1860年停止运转。年停止运转。移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/54移动通信移动通信n移动性的两个方面移动性的两个方面:n运用者的可移动性运用者的可移动性:运用者可以通过无线运用者可以通过无线“随时随地同任何人随时随地同任何人”进行通信进行通信 n设备的可移动性设备的可

5、移动性:设备可以随时随地连接到网络设备可以随时随地连接到网络n无线无线 vs.移动移动 举例举例n 固定的计算机固定的计算机n 旅店内运用笔记本旅店内运用笔记本n 建筑物内的无线局域网建筑物内的无线局域网n 个人数据处理机个人数据处理机(PDA)移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/55n移动通信的要求使得人们产生了对接入到现有的固定网络的无移动通信的要求使得人们产生了对接入到现有的固定网络的无线网络的要求线网络的要求n在局域网在局域网:IEEE 802.11标准标准,ETSI HIPERLANn在在 广域网广域网:e.g.GSM,3G and ISDNn在因特网在因特网:对于对于“

6、一般一般”IP有所增加的移动有所增加的移动 IP移动通信移动通信移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/56发展历史发展历史先驱者先驱者1831 法拉第法拉第 证明白电磁感应证明白电磁感应麦克斯韦麦克斯韦(1831-79):电磁理论电磁理论,麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组(1864)赫兹赫兹(1857-94):通过试验证明白波在空间传播具有电传播的特性通过试验证明白波在空间传播具有电传播的特性1888，德国的卡尔斯鲁厄城市，也就是现在的卡尔，德国的卡尔斯鲁厄城市，也就是现在的卡尔斯鲁厄高校所在地斯鲁厄高校所在地,移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/57发展历史发展历史n189

7、6 Guglielmo Marconin首次证明白无线电信技术首次证明白无线电信技术(数字的数字的!)n长波传输长波传输,高功率传输的前提高功率传输的前提(200kw)n1915 纽约到旧金山的无线话音传输纽约到旧金山的无线话音传输n1920 马可尼发觉短波马可尼发觉短波n更小的发送机和接收机更小的发送机和接收机,得益于电子管的独创（电子管得益于电子管的独创（电子管,1906,Lee DeForest and Robert von Lieben）移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/58发展历史发展历史n1928 很多的电视广播试验很多的电视广播试验(横过大西洋横过大西洋,彩色电视彩

8、色电视,电视新闻电视新闻)n1933 频率调制频率调制(E.H.Armstrong（阿姆斯特朗（阿姆斯特朗）)n1958 A-Netz（德国）（德国）n模拟的模拟的,160MHz,仅来自移动局的连接设置仅来自移动局的连接设置,无转交无转交,80%的覆的覆盖率盖率,在在 1971年有年有 11000用户用户n1979 NMT，450MHz(北欧的一些国家北欧的一些国家)移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/59发展历史发展历史n1982 GSM标准的起先标准的起先n目标目标:带有漫游的欧洲内的数字移动电话体系带有漫游的欧洲内的数字移动电话体系n1983 美国的美国的 AMPS的起先的起

9、先(Advanced Mobile Phone System,analog)n1984 CT-1 标准标准(欧洲欧洲)用于无绳电话用于无绳电话n1986 C-Netz（德国）（德国）n模拟话音传输模拟话音传输,450MHz,可切换可切换,数字信号数字信号,自动定位移动设备自动定位移动设备n直到直到 2000投入运用投入运用,业务业务:FAX,调制解调器调制解调器,X.25,e-mail,98%的覆盖率的覆盖率移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/510发展历史发展历史n1991 DECT标准标准n数字欧洲无绳电话数字欧洲无绳电话(现今现今:增加的无绳数字通信增加的无绳数字通信)n18

10、80-1900MHz,100-500m 范围范围,120 双通道双通道,1.2Mbit/s 数据数据传输传输,话音编码话音编码,鉴定鉴定,每平方公里数以万计的用户每平方公里数以万计的用户,在超过在超过50个个国家被运用国家被运用n1992 GSM的起先的起先n在德国的在德国的 D1 和和D2,全数字全数字,900MHz,124 条通道条通道n自动定位自动定位,可切换可切换,蜂窝状蜂窝状n欧洲内的漫游欧洲内的漫游 现今可以在全世界现今可以在全世界170多个国家多个国家n业务业务:9.6kbit/s的数据率的数据率,传真传真,话音话音,.移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/511发展历

11、史发展历史n1994 E-Netz（德国）（德国）nGSM，1800MHz,更小的单元更小的单元n在德国作为在德国作为 E-plus(1997 98%的人口覆盖率的人口覆盖率)n1996 HiperLAN(High Performance Radio Local Area Network)nETSI,标准化类型标准化类型 1:5.15-5.30GHz,23.5Mbit/sn推动了类型推动了类型 2 和和 3(均为均为 5GHz)和和 4(17GHz)作为无线作为无线ATM网网络络(达到达到 155Mbit/s)n1997 无线局域网无线局域网 IEEE 802.11nIEEE 标准标准,2.4

12、-2.5GHz 红外红外,2Mbit/sn已经起先有很多可用产品已经起先有很多可用产品移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/512发展历史发展历史n1998 GSM 后继者的规范后继者的规范nUMTS(Universal Mobile Telecommunication System)被欧被欧洲提议为洲提议为 IMT-2000nIridium（铱星）（铱星）:66颗人造卫星颗人造卫星(+6个个 备用的备用的),1.6GHz 通向通向移动电话移动电话n1999 附加无线局域网的规范附加无线局域网的规范nIEEE 标准标准 802.11b,2.4-2.5GHz,11Mbit/sn蓝牙蓝牙

13、,2.4Ghz,1Mbit/sn 关于关于 IMT-2000的决策的决策n“家族家族”的一些的一些“成员成员”:UMTS,cdma2000,DECT,nWAP(Wireless Application Protocol)和和i-mode的开端的开端n通过移动电话可连接到很多（因特网）设备通过移动电话可连接到很多（因特网）设备移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/513发展历史发展历史n2000 拥有更高数据速率的拥有更高数据速率的GSMnHSCSD 供应速率高达供应速率高达 57,6kbit/sn首次首次 达到达到 50 kbit/s的的 GPRS试验试验 n UMTS 拍卖拍卖/前

14、景的前景的 竞争竞争n在德国为了得到在德国为了得到6 UMTS的许可证大约花费了的许可证大约花费了 500亿亿$!n2001 3G 系统的起先系统的起先n在韩国的在韩国的Cdma2000,在欧洲的在欧洲的UMTS,在日本的在日本的Foma(类似于类似于 UMTS)n2002 大容量的无线网络标准化大容量的无线网络标准化nIEEE 802.16 也称也称 Wireless MAN移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/514移动设备移动设备寻呼机呼机 只能接收只能接收 微小的微小的显示器示器 简洁的文字信息的文字信息移移动电话 话音音,数据数据简洁的的图画画显示示个人数字助理个人数字助理

15、 较简洁的的图画画显示示 字符字符识别 简洁化的万化的万维网网掌上掌上电脑 很小的很小的键盘 标准准应用用软件的件的简洁化版化版本本内含限制器的内含限制器的传感器感器笔笔记本本电脑功能功能齐全全标准的准的应用用软件件移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/515n用户的活动性用户的活动性n在无线电接收范围内空间上的可移动性在无线电接收范围内空间上的可移动性n当发送和接收信号时仅仅运用资源当发送和接收信号时仅仅运用资源n机动性机动性n能够轻松地建立局域网能够轻松地建立局域网n遇难情境下遇难情境下n办公室迁移时办公室迁移时n广告广播网没有从前的支配广告广播网没有从前的支配n配线无难度配线无

16、难度(例如例如 历史建筑物历史建筑物,火险爱护火险爱护,美观美观)为什么要移动通信为什么要移动通信?移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/516为什么要移动通信为什么要移动通信?n削减花销削减花销(便宜的基础构造便宜的基础构造)n可以紧急铺设光缆可以紧急铺设光缆n发展中国家运用手机而不是发展中国家运用手机而不是 挨家挨户的铺设同轴线挨家挨户的铺设同轴线n较灵敏地发觉地震，火灾较灵敏地发觉地震，火灾,而忽视移动了连接器的用户的操而忽视移动了连接器的用户的操作作!移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/517移动对比于固定的特点移动对比于固定的特点n由于噪声，干扰，时变信道产生较

17、快的损耗速率由于噪声，干扰，时变信道产生较快的损耗速率nBER 按大小依次变更按大小依次变更n环境条件环境条件 e.g.发动机发动机,光光的散发的散发 影响传输影响传输n容量有限导致的低传输率容量有限导致的低传输率n本地大约几本地大约几 Mbit/s,地域之间地域之间 384 Kbit/s 运用运用 GPRS/UMTS/n更多的用户数量，尤其在更多的用户数量，尤其在CDMA系统中系统中n较高的延迟和抖动较高的延迟和抖动n连接设置与连接设置与 GSM 在其次个范围内同步在其次个范围内同步,对于其他无线系统是对于其他无线系统是几百毫秒。几百毫秒。移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/51

18、8移动对比于固定的特点移动对比于固定的特点n平安性低平安性低n每个人都可以运用无线电每个人都可以运用无线电,基站可以被仿照基站可以被仿照,因此可以吸引来自因此可以吸引来自无线电话的呼叫无线电话的呼叫n总是要共享媒介总是要共享媒介n必需找到方法共享信道必需找到方法共享信道n必需有牢靠的装置必需有牢靠的装置n频率上有限制的标准和规范频率上有限制的标准和规范n须要依据标准和规范来调整频率以避开受到其他用户的干扰须要依据标准和规范来调整频率以避开受到其他用户的干扰n考虑到各国的标准国际性的标准也在渐渐的演进考虑到各国的标准国际性的标准也在渐渐的演进移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/519

19、n交通交通n通过通过DAB(Digital Audio Broadcasting)传送新闻，路况，天传送新闻，路况，天气，音乐气，音乐 n通过通过 GSM,3G进行私人通信进行私人通信n通过通过GPS进行定位跟踪进行定位跟踪 n当地的广告网络可以接入到旁边的车辆来避开事故，制导系统，当地的广告网络可以接入到旁边的车辆来避开事故，制导系统，冗余冗余n可以预先传达车辆（例如公交车，快速火车）的资料以便于维可以预先传达车辆（例如公交车，快速火车）的资料以便于维护护应用应用移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/520各种应用各种应用移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/521各种应

20、用各种应用n紧急状况紧急状况n及早的向医院传送病人当前的状况和最初的诊断及早的向医院传送病人当前的状况和最初的诊断n替代固定设施以防地震，台风，火灾替代固定设施以防地震，台风，火灾n危机危机,斗争斗争,.n旅行推销旅行推销n干脆接触到处存在中心地点的顾客资料干脆接触到处存在中心地点的顾客资料n对全部的代理数据看都是一样的对全部的代理数据看都是一样的n移动办公室移动办公室移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/522各种应用各种应用n替代固定网络替代固定网络n远程传感器远程传感器,e.g.,天气天气,地球活动地球活动n商业展览的敏捷性商业展览的敏捷性n历史建筑屋内的局域网历史建筑屋内的局

21、域网n消遣消遣,教化教化,.n室外接入因特网室外接入因特网n智能旅行向导供应最新的刚好的位置信息智能旅行向导供应最新的刚好的位置信息nAd-hoc 网络用于多用户游戏网络用于多用户游戏移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/523内容内容移动通信概述移动通信概述移动通信系统分类移动通信系统分类移动通信系统演进移动通信系统演进课程内容及考察方式课程内容及考察方式移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/524第一代移动通信系统第一代移动通信系统n第一代第一代:二十世纪八十年头二十世纪八十年头n不同国家的几个相互竞争的标准不同国家的几个相互竞争的标准nTACS(Total Acces

22、s Communication Systems),始于始于 1985n英国标准英国标准;欧洲的一些国家欧洲的一些国家,亚洲亚洲,日本日本n在中国首次运用蜂窝系统在中国首次运用蜂窝系统(1987年后年后)nAMPS(Advanced Mobile Phone Service),贝尔试验室贝尔试验室.n世界上第一个世界上第一个“真正真正”的蜂窝系统的蜂窝系统n美国标准美国标准,在中国也运用在中国也运用nNMT(Nordic Mobile Telephone)n北欧标准北欧标准;在欧洲的大部分国家被接受在欧洲的大部分国家被接受n第一个欧洲的体系第一个欧洲的体系(瑞典瑞典,1981)nC-Netz(仅

23、在德国仅在德国)nRadiocom 2000(仅在法国仅在法国)移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/525第一代移动通信系统第一代移动通信系统n模拟传输模拟传输n频率调制频率调制,FDMAn仅话音仅话音n各种带宽各种带宽:nNMT:n450 MHz firstn900 MHz laternTACSn900 MHznAMPSn800 MHzn现今在技术落后的国家仍在运用现今在技术落后的国家仍在运用移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/526其次代移动通信系统其次代移动通信系统n4 个体系个体系Global System for Mobile(GSM)Digital AMPS

24、(D-AMPS),USCode Division Multiple Access(IS-95)Qualcomm,USPersonal Digital Cellular(PDC),JapannGSM 是至今占统治的地位的一个是至今占统治的地位的一个最初的最初的 pan-european在全世界的发展在全世界的发展1993年后年后,至今在中国快速发展至今在中国快速发展仅在美国发展较慢仅在美国发展较慢移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/527其次代移动通信系统其次代移动通信系统n1982:欧洲欧洲GSM规范的起先规范的起先(1982-1990)n1983:美国美国 AMPS 的广泛发展的

25、广泛发展n1984:CT-1无绳电话无绳电话 标准标准(欧洲欧洲)n1991:DECT 规范规范n欧洲数字无绳电话欧洲数字无绳电话(现今现今:增加数字无绳通信增加数字无绳通信)n100-500m范围范围,120 双方通信双方通信,1.2Mbit/s 数据传输数据传输,话音编码话音编码,鉴别鉴别n1992:GSM 在全欧内实施的起先在全欧内实施的起先n1994:DCS-1800移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/528其次代移动通信系统其次代移动通信系统GSMn数字式传输数字式传输Mircocell(vs.Marcocell)Digital modulation,TDMAn基带基带:

26、900 MHz1800 MHz(Digital Cellular System:DCS-1800)1900 MHz(Personal Communication System:PCS-1900,US only)n规格规格GSM-400(大区域大区域)GSM-800(北美北美)移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/529其次代移动通信系统其次代移动通信系统CDMAQualcomm提议提议专利发行专利发行主要在主要在 US,Asia运用运用(包括中国包括中国)Code Division Multiple Access软件容量软件容量软件转交软件转交(vs.hard HO)对抗多路径衰退对

27、抗多路径衰退,RAKE规格规格IS-95移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/5302代移动通信系统代移动通信系统GSM 的扩充的扩充High Speed Circuit Switched Data(HSCSD)电路交换数据通信电路交换数据通信运用运用 4 slots(1 slot=9.6 or 14.4 Kbps)General Packet Radio Service(GPRS)分组交换分组交换(仅当须要时运用频谱仅当须要时运用频谱!)拨号上网的速度拨号上网的速度Enhanced Data-rates for Global Evolution(EDGE)在无线电分界处可进行高速率

28、数据传输在无线电分界处可进行高速率数据传输(3x)高达高达 384 Kbps(8 slots)得益于新的调制方式得益于新的调制方式(8PSK)可兼容旧的可兼容旧的 GMSK移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/531第第3代移动体系代移动体系nUMTS(Universal Mobile Telecommunication System)nITU标准标准:IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000)nUMTS 论坛成立于论坛成立于 1996n之后之后 3GPP 论坛成立论坛成立(包含大部分的标准化探讨包含大部分的标准化探讨)

29、nWideband CDMA radio interfacen但是其他的几项提议也被认为是但是其他的几项提议也被认为是“一样的一样的”,包括包括 TD-SCDMAn无线电频谱无线电频谱:1885-2025&2110-2200 MHz移动通信系统概论移动通信系统概论2022/11/532通往通往3G以及将来的路以及将来的路GPRScdma2000 1XCDPDTDMA(IS-136)GSMPDCcdmaOneEDGEWCDMATD-SCDMAcdma2000 3X?2G推向推向 3G的第一步的第一步3G超越超越 3G/4GUMBTD-LTELTE-FDD移动通信系统概论移动通信系统概论产产业业化

30、化中中投投入入商商用用我近年来从事的工作我近年来从事的工作n当前当前TD-SCDMA产业正处于向增加型演进的过程中：产业正处于向增加型演进的过程中：33TD-SCDMA基本型基本型TD-HSDPATD-HSUPATD-MBMSTD-HSPA+标准化 产品 开发测试与 规模实验 规模 商用设备厂家研发与生产设备厂家研发与生产认证部门认证认证部门认证运营商测试、运营运营商测试、运营一致性测试仪器一致性测试仪器/系统系统 规模规模 生产生产 测试测试 仪器仪器保保 障障作用重大作用重大需求急迫需求急迫移动通信系统概论移动通信系统概论终端一样性测试的内容及作用终端一样性测试的内容及作用USIMSafe

31、tyEMCSAROTA外场测试外场测试IOT测试测试耗电耗电PCTRRM终端校准终端校准终端综合测试终端综合测试 HSDPA HSUPAAPP.RF音频音频34终端产业（研发、生产、终端产业（研发、生产、认证、运营）的发展对认证、运营）的发展对仪器仪表有迫切需求仪器仪表有迫切需求TTCN测试仪测试仪表表终端无线资源管理（终端无线资源管理（RRMRRM）一样性测试系统一样性测试系统 终端协议一样性测试系统终端协议一样性测试系统 终端综合测试仪终端综合测试仪移动通信系统概论移动通信系统概论nSP6010 TD-SCDMASP6010 TD-SCDMA终端综合测试仪终端综合测试仪北京市科委：北京市科

32、委：“国内仪表国内仪表厂家在高端测试仪表领域的厂家在高端测试仪表领域的重大突破，填补了重大突破，填补了TD-SCDMATD-SCDMA终端产业链中的一项空白，终端产业链中的一项空白，属于国际首创属于国际首创”广泛应用于认证部门：广泛应用于认证部门：MTNETMTNET泰尔试验室泰尔试验室无委会无委会EMCEMC中心等中心等35移动通信系统概论移动通信系统概论基础条件与优势基础条件与优势-星河亮点星河亮点nSP6200 TD-SCDMASP6200 TD-SCDMA终端终端RRMRRM一样性测试系统一样性测试系统工信部科技司：工信部科技司：“发觉并帮助解发觉并帮助解决了决了TDTD终端商用化过程中出现的重终端商用化过程中出现的重大工程技术问题，促进了大工程技术问题，促进了TD-SCDMATD-SCDMA终端产业化过程，是我国在无线通终端产业化过程，是我国在无线通信高端测试技术与仪器仪表领域的信高端测试技术与仪器仪表领域的重大突破，填补了重大突破，填补了TD-SCDMATD-SCDMA产业链产业链中的空白中的空白”36