《移动通信理论与实战》课件第1章 移动通信概述.ppt

1、第第1 1章章 移动通信概述移动通信概述课程内容课程内容移动通信概述移动通信概述移动通信的前世今生移动通信的前世今生移动通信的双工方式移动通信的双工方式移动通信频谱资源分配移动通信频谱资源分配什么是通信？什么是通信？n通信是人与人之间通过某种媒体进行的信息交流与传递，从通信是人与人之间通过某种媒体进行的信息交流与传递，从广义上说，无论采用何种方法，使用何种媒质，只要将信息广义上说，无论采用何种方法，使用何种媒质，只要将信息从一地传送到另一地，均可称为通信。从一地传送到另一地，均可称为通信。n古代信息传递古代信息传递烽火烽火第一部电报机第一部电报机现代通信发展简史现代通信发展简史1844年，年，

2、塞缪尔塞缪尔莫尔斯莫尔斯使用使用电报机电报机发出了发出了第一封第一封有线电报有线电报“上帝创造了何等奇迹上帝创造了何等奇迹”1876年，贝尔发明了年，贝尔发明了有线电话有线电话，“沃森特沃森特先生，快来帮我啊先生，快来帮我啊”1897年，马可尼发明年，马可尼发明了无了无线收发报机线收发报机，“要是我能要是我能指挥电磁波，就可飞越整指挥电磁波，就可飞越整个世界个世界”现代无线通信开端什么是移动通信（什么是移动通信（Mobile Communication）？）？移动通信的目标移动通信的目标n个人通信个人通信(PCN:Personal Communication Networks)5Wn“任何时间

3、任何时间(whenever)”要求支持动中通：无线通信是前提要求支持动中通：无线通信是前提 n“任何人任何人(whoever)”要求支持巨大用户量：频谱资源有限要求支持巨大用户量：频谱资源有限 n“任何地点任何地点(wherever)”要求无缝覆盖：传输能力有限要求无缝覆盖：传输能力有限 n“任何方式任何方式(whatever)”要求多媒体：处理能力有限要求多媒体：处理能力有限n“和任何人和任何人(whomever)”课程内容课程内容移动通信概述移动通信概述移动通信的前世今生移动通信的前世今生移动通信的双工方式移动通信的双工方式移动通信频谱资源分配移动通信频谱资源分配移动通信的前世今生移动通信

4、的前世今生移动通信概述n大区制（移动通信早期）大区制（移动通信早期）在一个服务区域（如一个城市）内只有一个基站，并由在一个服务区域（如一个城市）内只有一个基站，并由它负责移动通信的联络和控制。它负责移动通信的联络和控制。大区制移动通信网大区制移动通信网BSMS1MS3MS2n主要特点：主要特点：基站天线很高，几十几百米基站天线很高，几十几百米基站发射功率大：基站发射功率大：50200W覆盖半径：覆盖半径：3050kmn优点：网络结构简单，成本低优点：网络结构简单，成本低n缺点：频谱利用率低，服务性能缺点：频谱利用率低，服务性能差（不支持越区），容量小，一般差（不支持越区），容量小，一般用户几十

5、几百个，一般用于专网。用户几十几百个，一般用于专网。AAABCCCBBBCA移动通信的前世今生移动通信的前世今生n小区制（蜂窝通信）小区制（蜂窝通信）超短波传播距离有限超短波传播距离有限频率复用频率复用：离开一定距离的小区可：离开一定距离的小区可重复使用同一频率；重复使用同一频率；利用利用频率复用频率复用的概念，将整个服务区域划分成若干个小区的概念，将整个服务区域划分成若干个小区，每个小区分别设置一个低发射功率的基站，负责本小区，每个小区分别设置一个低发射功率的基站，负责本小区内移动台联络和控制，同时和移动交换中心相联系。内移动台联络和控制，同时和移动交换中心相联系。簇内的每个小区使用不簇内的

6、每个小区使用不同的频率组同的频率组相邻簇重复使用相同的相邻簇重复使用相同的频率组分配模式频率组分配模式区群(簇)优点：提高频率利用优点：提高频率利用 率，组网灵活率，组网灵活移动通信的前世今生小区制（蜂窝通信）小区制（蜂窝通信）n在一个很大的服务区内，同一组频率可以多次重复使用，因在一个很大的服务区内，同一组频率可以多次重复使用，因而增加了单位面积上可供使用的频道数，提高服务区的容量而增加了单位面积上可供使用的频道数，提高服务区的容量密度，有效的提高了频谱利用率。密度，有效的提高了频谱利用率。簇簇 n=19簇簇 n=19移动通信的前世今生小区制（蜂窝通信）小区制（蜂窝通信）n小区分裂小区分裂&

7、多层蜂窝多层蜂窝根据实际用户分布情况，可不断调整，以适应用户数较大的根据实际用户分布情况，可不断调整，以适应用户数较大的PLMN大区覆盖大区覆盖小区覆盖小区覆盖蜂窝通信优点：提高频率利用率，组网灵活蜂窝通信优点：提高频率利用率，组网灵活蜂窝通信缺点：网络构成复杂（越区切换控制）蜂窝通信缺点：网络构成复杂（越区切换控制）小区制（蜂窝通信）小区制（蜂窝通信）移动通信的前世今生第一代第一代8080年代年代模拟模拟AMPSAMPSTACSTACSNMTNMT其它其它模模拟拟技技术术需求需求驱动驱动GSMGSMCDMACDMA IS95 IS95 TDMATDMAIS-136IS-136PDCPDC第二

8、代第二代 9090年代年代数字数字数数字字技技术术语语音音业业务务宽宽带带业业务务第三代第三代 IMT-2000IMT-2000UMTSUMTSWCDMAWCDMACDMACDMA20002000TD-TD-SCDMASCDMA从从1G到到4G的时代的时代需求需求驱动驱动需求需求驱动驱动数数据据业业务务第四代第四代 LTELTEFDD-FDD-LTELTEUMBUMBTDD-TDD-LTELTE移动通信的前世今生多址技术多址技术 CDMATDMAFDMA移动通信的前世今生OFDMA移动通信技术的发展移动通信技术的发展n移动通信系统中移动通信系统中基站的多路工作基站的多路工作和和移动台单路工作移

9、动台单路工作形成了形成了移动通信的一大特点。移动通信的一大特点。1)1)基站以怎样的信号传输方式发送信号，使各移动台能基站以怎样的信号传输方式发送信号，使各移动台能从中识别发送给本移动台的信号？（下行）从中识别发送给本移动台的信号？（下行）2)2)基站如何识别来自各个不同移动台的信号？（上行）基站如何识别来自各个不同移动台的信号？（上行）3)3)移动台之间或移动台与市话用户之间是如何同时建立移动台之间或移动台与市话用户之间是如何同时建立各自的信道的（多址连接）各自的信道的（多址连接）n问题描述：问题描述：支持越来越多的用户？支持越来越多的用户？网络速度和稳定性越来越好？网络速度和稳定性越来越好

10、？移动通信概述1G的时代的时代n模拟蜂窝通信系统，模拟蜂窝通信系统，FDMAFDMA技术技术n代表：代表：北美的北美的AMPSAMPS（高级移动电话业务）（高级移动电话业务）英国英国TACS(TACS(全接入通信系统全接入通信系统)北欧北欧NMTNMT（北欧移动电话）（北欧移动电话）n缺点：缺点：各系统间没有公共接口。各系统间没有公共接口。数字承载业务难于开展。数字承载业务难于开展。频率利用率低，无法适应大容量的要求。频率利用率低，无法适应大容量的要求。安全利用率低，易于被窃听。安全利用率低，易于被窃听。移动通信的前世今生2G的时代的时代n支持数字化语音通信技术及低速数据服务和短消息业务支持数

11、字化语音通信技术及低速数据服务和短消息业务n代表：代表：TDMATDMA 泛欧泛欧GSM、美国、美国D-AMPS和日本和日本PDCCDMACDMA 高通公司为首的基于高通公司为首的基于IS-95的的N-CDMA2G移动通信的前世今生115Kbit/s2.5GInternet引入引入GPRS后后,全面提升分组数据通信的速率全面提升分组数据通信的速率PSTNISDN9.6Kbit/2G的时代的时代n优点：优点：频谱利用率高频谱利用率高,话音质量高话音质量高容量大容量大:比比TACSTACS高高3535倍倍提供窄带提供窄带ISDNISDN业务业务标准化程度高标准化程度高,开放接口开放接口:安全性高安

12、全性高:TMSI,:TMSI,鉴权鉴权,加密加密可以与可以与ISDN,PSTNISDN,PSTN互联互联可以在可以在SIMSIM卡基础上实现漫游卡基础上实现漫游移动通信的前世今生电话怎么老掉线？电话怎么老掉线？太太 慢慢 了！了！用户密度急剧增长用户密度急剧增长数据业务需求不断提高数据业务需求不断提高2G2G系统受空中接口及网络系统受空中接口及网络能力的限制，难以满足市能力的限制，难以满足市场的需求。场的需求。ButUMTS2G的时代的时代移动通信的前世今生2G的时代的时代n不足：不足：频带太窄，不能提供如高速数据、慢速图像与电视频带太窄，不能提供如高速数据、慢速图像与电视图像等的各种宽带信息

13、业务图像等的各种宽带信息业务无线频率资源紧张，抗干扰抗衰落能力不强，系统无线频率资源紧张，抗干扰抗衰落能力不强，系统容量不能满足需要容量不能满足需要频率利用率低，切换容易掉话频率利用率低，切换容易掉话移动通信的前世今生3G移动通信系统移动通信系统n第三代第三代IMT-2000真正的真正的“宽频多媒体全球数字移动电话技术宽频多媒体全球数字移动电话技术”，并，并与改进的与改进的GSM网络兼容网络兼容 工作在工作在2000MHz频段附近；频段附近；原计划于原计划于2000年投入商用；年投入商用；最高传输速率可达到最高传输速率可达到2000kbit/s移动通信的前世今生3G3G移动通信系统移动通信系统

14、n第三代第三代IMT-2000的目标的目标更高的信息传输速率：更高的信息传输速率：144 kbps 高速运动；高速运动；384 kbps 步行运动；步行运动；2Mbps 室内运动；室内运动；根据带宽需求实现的可变比特速率信息传递；根据带宽需求实现的可变比特速率信息传递；高服务质量，高保密性能高服务质量，高保密性能 一个连接中可以同时支持具有不同一个连接中可以同时支持具有不同QoS 要求的业务；要求的业务；满足不同业务的延时要求（从实时要求的语音业务到尽力满足不同业务的延时要求（从实时要求的语音业务到尽力而为的数据业务）等而为的数据业务）等 移动通信的前世今生ITU 日本 韩国 中国 美国 欧洲

15、 美国移动通信的发展移动通信的发展IS-136DECTIMT-DS CDMA DSCDMA 2000TD-SCDMAIMT-TD CDMA TDDIMT-MC CDMA MCWCDMAUMTS FDDUMTS TDDIMT-SC TDMA SCIMT-FT FDMA/TDMAIMT 2000 Terrestrial Radio Interfaces3G移动通信系统移动通信系统移动通信的前世今生NNI 网络结构演进网络结构演进移动通信的前世今生3G主流技术比较主流技术比较移动通信的前世今生移动通信的发展移动通信的发展固网推动移动网络宽带化固网推动移动网络宽带化0.11101001000Cable

16、 modemISDNADSLADSL2+FTTHVDSLGPRSEDGE3GHSPAHSPA+LTELTE+TodayFuture Past 固网固网移动网络移动网络 n移动网络带宽紧随固网移动网络带宽紧随固网n固网推动移动网络宽带化固网推动移动网络宽带化Throughput(Mbps)后续演进比较后续演进比较移动通信的前世今生 LTE成为移动通信技术演进的主流方向多种技术体制将长期并存，并最终演进到单一网络2G2.5G2.75G3G3.5G3.75G3.9GGPRSEDGEeEDGEHSDPAR5HSUPAR6MBMS4GMBMSCDMA 2000 1X EV-DO802.16 e802.1

17、6 mHSDPAHSPA+R7 FDD/TDD4GGSMTD-SCDMAWCDMAR99802.16 dCDMAIS95CDMA2000 1xLTEEV-DORev.AEV-DORev.BHSUPA4GLTE LTE是英文是英文Long Term Evolution的缩写。的缩写。LTE也被通俗的也被通俗的称为称为3.9G，具有，具有100Mbps的数据下载能力，被视作从的数据下载能力，被视作从3G向向4G演进的主流技术。演进的主流技术。4G Spectrum3G SpectrumUMTS HSDPA HSUPA HSPA+R7 LTE&HSPA+R8Higher Capacity/Data

18、ratesReduced DelayImproved Services 什么是什么是LTELTEn分分FDD和和TDD两种模式两种模式n采用采用OFDM和和MIMO技术，频谱利用率相技术，频谱利用率相对于对于3G提高提高2-3倍倍频谱利用率：频谱利用率：1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHzn用户峰值速率（用户峰值速率（20MHz带宽的前提下）：带宽的前提下）：DL 100MbpsUL 50Mbpsn扁平、全扁平、全IP网络架构减少系统时延网络架构减少系统时延CP：驻留：驻留激活小于激活小于100ms 休眠休眠激活小于激活小于50msUP：最小可达到：最小可达到5

19、msn控制面处理能力：控制面处理能力：单小区单小区5M带宽内不少带宽内不少于于200用户用户2013.12.4 TD-LTE牌照发放；2014.2.27 FDD-LTE牌照发放，进入规模商用时代；GPRS/CDMA/HSPA/LTE速率比较速率比较项目下行理论峰值速率上行理论峰值速率GPRS（CS12，MS最大8时隙）107.2kbit/s107.2kbit/sGPRS（CS14，MS最大8时隙）171.2kbit/s171.2kbit/sEDGE（MCS19，MS最大8时隙）473.6kbit/s473.6kbit/sE-EDGE（MS最大8时隙）1305.6kbit/s652.8kbit/

20、sUMTS WCDMA R992.048kbit/s768kbit/sHSDPA14.4Mbit/s5.76Mbit/sHSPA+(2*2MIMO,16QAM)28Mbit/s11.5Mbit/sLTE(20MHz)100Mbit/s（22天线）50Mbit/s(21天线)CDMA2000 1X RTT307kbit/s307kbit/sCDMA2000 EV-DORev02.4Mbit/s307kbit/sCDMA2000 EV-DORevA3.1Mbit/s1.8Mbit/sCDMA2000 EV-DORevB（15个无线信道）73.5Mbit/s27Mbit/sCDMA2000 EV-D

21、ORevC100Mbit/s50Mbit/s802.16e WiMAX(10MHz TDD DL/UL=3,1*2SIMO)23Mbit/s4Mbit/s802.16e WiMAX(10MHz TDD DL/UL=3,2*2MIMO)46Mbit/s4Mbit/s课程内容课程内容移动通信概述移动通信概述移动通信的前世今生移动通信的前世今生移动通信的双工方式移动通信的双工方式移动通信频谱资源分配移动通信频谱资源分配TDD&FDD n双工通信双工通信是指通信双方收发信机同时工作的信息传递方式，即任一是指通信双方收发信机同时工作的信息传递方式，即任一方讲话时，都可听到对方的语音。方讲话时，都可听到对

22、方的语音。实现双工通信可采用频域技术实现双工通信可采用频域技术(FDD)或时域技术或时域技术(TDD)。n频分双工频分双工FDD频分双工(FDD):上行频带和下行频带分离 DD D D DDDUU上行D下行未使用 为了保证用户在给基站发送信为了保证用户在给基站发送信息的同时能接收来自基站的信息的同时能接收来自基站的信息，系统为每个用户提供了两息，系统为每个用户提供了两个确定的频段。个确定的频段。下行信道和上行信道的频率分下行信道和上行信道的频率分配在整个系统中是固定的配在整个系统中是固定的，而，而与某个特定的信道无关。与某个特定的信道无关。TDD&FDD n频分双工频分双工FDD工作频段900

23、MHz频段1800MHz频段1900MHz频段G1频段（原E-GSM）P频段上行频率880890MHz 890915MHz 17101785MHz 18501910MHz下行频率925935MHz 935960MHz 18051880MHz 19301990MHz双工间隔45MHz45MHz95MHz80MHz载频间隔200kHz200kHz200kHz200kHzGSM系统的工作频段系统的工作频段第三代移动通信中的第三代移动通信中的CDMA2000和和WCDMA、第四代的、第四代的FDD-LTE也都是采用的也都是采用的FDD的双工模式。的双工模式。TDD&FDDn时分双工时分双工TDD多个用

24、户通过占用不同的时间段来共享一个无线载频多个用户通过占用不同的时间段来共享一个无线载频信道。单个用户能够在给它分配的时隙接入信道，且信道。单个用户能够在给它分配的时隙接入信道，且该双工信道有一个下行时隙和一个上行时隙进行双向该双工信道有一个下行时隙和一个上行时隙进行双向通信。通信。对于用户而言，如果前向时隙和反向时隙之间的时间对于用户而言，如果前向时隙和反向时隙之间的时间间隔很小，那么数据的收发就像在同时进行的。间隔很小，那么数据的收发就像在同时进行的。时分双工(TDD):上行频带和下行频带相同 D U D D D DDDTDD技术优势技术优势n易于使用非对称频段易于使用非对称频段,无需具有特

25、定双工间隔的成对频段无需具有特定双工间隔的成对频段n适应用户业务需求，灵活配置时隙，优化频谱效率适应用户业务需求，灵活配置时隙，优化频谱效率n上行和下行使用同个载频，故上行和下行使用同个载频，故无线传播是对称的无线传播是对称的，有利有利于于信道估计及信道估计及智能天线技术的实现智能天线技术的实现 n无需笨重的射频双工器，小巧的基站，降低成本无需笨重的射频双工器，小巧的基站，降低成本TDD技术不足技术不足n移动台移动速度受限制。在高速移动时，多普勒效应会移动台移动速度受限制。在高速移动时，多普勒效应会导致快衰落，速度越高，衰落变换频率越高，衰落深度导致快衰落，速度越高，衰落变换频率越高，衰落深度

26、越深，因此必须要求移动速度不能太高。越深，因此必须要求移动速度不能太高。n覆盖半径小。由于上下行时间间隔的缘故，基站覆盖半覆盖半径小。由于上下行时间间隔的缘故，基站覆盖半径明显小于径明显小于FDD基站。否则，小区边缘的用户信号到达基基站。否则，小区边缘的用户信号到达基站时会不能同步站时会不能同步 n发射功率受限发射功率受限。如果。如果TDD要发送和要发送和FDD同样多的数据，但同样多的数据，但是发射时间只有是发射时间只有FDD的大约一半，这要求的大约一半，这要求TDD的发送功率的发送功率要大。要大。n需要更复杂的网络规划和优化技术需要更复杂的网络规划和优化技术 FDD&TDD混合组网混合组网

27、以FDD-LTE做大范围的广覆盖，而在市区等人口密集区采用TD-LTE吸收多余的话务量课程内容课程内容移动通信概述移动通信概述移动通信的前世今生移动通信的前世今生移动通信的双工方式移动通信的双工方式移动通信频谱资源分配移动通信频谱资源分配移动通信频谱资源分配移动通信频谱资源分配n电磁波频率越高，波长越短，绕射能力越弱，穿透能力越强，电磁波频率越高，波长越短，绕射能力越弱，穿透能力越强，信号损失越大，传输距离越近；信号损失越大，传输距离越近；n电磁波频率越低，波长越长，绕射能力越强，穿透能力越差，电磁波频率越低，波长越长，绕射能力越强，穿透能力越差，信号损失衰减越小，传输距离越远。信号损失衰减越

28、小，传输距离越远。新增新增TDD-LTE国内三大运营商频谱资源分配国内三大运营商频谱资源分配移动通信的频谱资源分配移动通信的频谱资源分配n国内移动通信无线频谱资源分配国内移动通信无线频谱资源分配新增新增TDD-LTEnTDD-LTE中国移动共获得中国移动共获得130MHz，分别为，分别为1880-1920 MHz（F频段）频段）、2320-2370 MHz（E频段）频段）、2570-2620 MHz（D频段）；频段）；中国联通获得中国联通获得40MHz，分别为，分别为2300-2320 MHz、2555-2575 MHz；中国电信获得中国电信获得40MHz，分别为，分别为2370-2390 MHz、2635-2655 MHz。移动通信的频谱资源分配移动通信的频谱资源分配n国内移动通信无线频谱资源分配国内移动通信无线频谱资源分配新增新增TDD-LTEnFDD-LTE中国联通分别为中国联通分别为1955-1980MHz(上行上行)、2145-2170MHz(下行下行)；中国电信分别为中国电信分别为1755-1785MHz(上行上行)、1850-1880MHz(下行下行)。