《精编》移动通信标准综述

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1、移动通信标准综述 贾明超 一 绪论二 我国移动通信的发展三 移动通信的基本知识四 第三代移动系统及其演进五 4G的研究 一 绪论 1 1移动通信的概念移动通信是指通信的一方或双方在移动状态中或临时停留在某一非预订位置上进行信息传递和交换的方式 1 2移动通信的发展历程移动通信 确切地说蜂窝式移动通信 从正式进入商业运营开始 至今只有30年的历史 就其发展历程看 大约每10年就会更新一代1 2 1第一代移动通信系统 1G 时间 20世纪70年代至80年代 代表 美国的AMPS系统 英国的TACS系统 北欧的NMT系统 德国的C系统以及日本的HCMTS和NTT系统等 缺点 频谱利用率低 系统容量有

2、限 抗干扰能力差 业务质量比有线电话差 而且当时国际标准化落后 有多种系统标准 跨国漫游很难 不能发送数字信息 不能与综合业务数字网 ISDN 兼容等 目前1G已逐步被各国淘汰 缺点 系统带宽有限 限制了数据业务的发展 也无法实现移动多媒体业务 而且由于各国的标准不统一 无法实现各种体制之间的全球漫游 1 2 2第二代移动通信系统 2G 时间 20世纪80年代至90年代代表 欧洲的全球移动通信系统 GSM 美国的数模兼容系统 D AMPS 又称ADC 和CDMA标准IS 95 又称CDMAOne 日本的PDC 又称JDC 表1 1GSM900频率划分与频点说明 其他说明 1 EGSM频段为GS

3、M的扩展频段 能扩展频段的公司为中国移动公司 目前部分省 市 移动公司已将使用频率扩展到EGSM频段 2 目前国家无线电管理委员会核准的GSM频率范围是上行 885 915MHZ 下行 930 960MHZ 表1 2DCS1800频率划分与频点说明 其他说明 1 早期移动频段的上行 下行的划分带宽为10MHZ 上行1710 1720MHZ 下行1805 1815MHZ 后将频段扩展为20MHZ 2 虽然早期在频段规划中的全频段为上行1710 1785MHZ下行1805 1880MHZ 但在3G的频段划分中将1755 1785MHZ 1850 1880MHZ重新划分为3G的扩展频段 1 2 3第

4、三代移动通信系统 3G 时间 20世纪90年代中期代表 WCDMA UTRATDD 宽带CDMAOne CDMA2000 TD SCDMA缺点 IMT 2000中最关键的无线传输技术 RTT 以及核心网制式均未统一 因此很难达到原IMT 2000全球通用的标准 此外3G系统带宽对宽带多媒体业务的传输而言不够宽 不适应互联网发展的要求 1 2 4国际电信联盟 中文名称 国际电信联盟英文名称 InternationalTelecommunicationsUnion ITUITU的历史可以追溯到1865年 为了顺利实现国际电报通信 1865年5月17日 法 德 俄 意 奥等20个欧洲国家的代表在巴黎

5、签订了 国际电报公约 国际电报联盟 InternationalTelegraphUnion ITU 也宣告成立 ITU的宗旨是 维持和扩大国际合作 以改进和合理地使用电信资源 促进技术设施的发展及其有效地运用 以提高电信业务的效率 扩大技术设施的用途 并尽量使公众普遍利用 协调各国行动 以达到上述的目的 1993年3月ITU组织调整为 无线通信组 CCIR IFRB ITU R工作组电信标准化组 CCITT ITU T工作组电信开发组 BDT ITU D工作组 中国于1920年加入电联 1932年首次派代表参加了在马德里召开的全权代表大会 签署了马德里 国际电信公约 1947年在美国大西洋城召

6、开的全权代表大会上第一次被选为行政理事会的理事国 中华人民共和国成立后 中国在电联的合法席位曾被非法剥夺 1972年5月电联行政理事会第27届会议通过决议恢复我国的合法席位 近年来 我国积极参加了电联的会议和活动 第二章我国移动通信的发展 图2 1我国移动通信发展金字塔 要想了解中国的移动通信发展状况就必须要对中国的电信运营商有一定的了解 为了以3G的发展为契机 合理配置我国现有的电信网络资源 实现全业务经营 形成适度 健康的市场竞争格局 即防止垄断 又避免过度竞争和重复建设 2008年5月24日 工业和信息化部 国家发展和改革委员会 财政部联合发布 关于深化电信体制改革的通告 对中国电信 中

7、国网通 中国移动 中国卫通 中国铁通进行重组 中国联通六家基础电信运营商进行重组 图2 2电信业重组结构 重组后的中国联通 中国移动以及南方的中国电信讲形成三大全业务运营商全面竞争的格局 在电信改革重组完成之后 国家发放了三张3G牌照 TD SCDMA牌照给了中国移动 WCDMA牌照给了中国联通 CDMA2000的牌照给了中国电信 3G牌照的发放形成了三家拥有全国性网络资源 实力与规模相对接近 具有全业务经营能力和较强竞争能力的市场竞争主体 使电信资源配置进一步优化 竞争构架得到完善 中国电信业降进入一个崭新的时代 3G的发展也将呈现出良好的势头 1 移动通信的电波传播环境恶劣 2 多普勒频移

8、会产生附加调制 3 移动通信受干扰和噪声影响 4 频谱资源紧缺 5 建网技术复杂 6 由于移动环境恶劣 对设备的可靠性和工作条件要求较高 第三章移动通信的基本知识3 1移动通信的特点与其他通信方式相比较 移动通信有以下几个特点 在移动通信中 按无线通信的使用频率和信息传输方式 其无线电路工作方式可分为以下几种 1 单工制 同频单工 3 2移动通信的工作方式 2 半双工 3 全双工 3 3移动通信系统的使用频率为了有效地利用有限的频率 对频率的分配和使用必须服从国际和国内的统一管理 否则就会造成相互干扰和资源的浪费 确定移动通信工作频段应该从以下几个方面来考虑 1 电波传播特性 天线尺寸 2 环

9、境噪声和干扰影响 3 服务区范围 地形和障碍物的尺寸以及对建筑物的穿透特性 4 设备小型化 表3 1ITU陆地移动通信的主要频率范围 表3 2我国陆地移动通信使用的频段 表3 3我国蜂窝移动通信系统使用的频率 可见 在陆地移动通信中 现在主要使用甚高频频段 30 300MHz 和特高频频段 300 3000MHz 3 4常见的移动通信系统 3 4 1公共陆地移动通信网络 PLMN 蜂窝移动通信系统是PLMN的典型代表 移动通信网包括交换网络子系统 基站子系统和大量的移动用户终端 第四章第三代移动通信系统及其演进 4 1第三代移动通信的发展 人类对通信的最高理想是具有完全个人化的 满足全球连续覆

10、盖的 能提供高质量的宽带综合业务的个人通信 W W W W W 移动通信系统的产生促进了个人通信的发展 为个人通信打下来良好的基础 4 2第三代移动通信的目标 IMT 2000移动通信系统的宗旨是建立全球的综合性个人通信网 包括寻呼系统 无绳电话 蜂窝系统和移动卫星通信系统等功能 提供全球范围内的个人通信 ITU对3G提出来以下几个方面的最低要求 1 工作环境和业务的速率 卫星移动环境速率至少9 6kb s 高速移动 频分双工FFD500km h 时分双工TDD120km h 至少144kb s 室内 外低速移动 30km h 至少384kb s 室内固定 低速步行 3km h 至少2Mb s

11、 2 有较高的系统容量和高频谱利用率采用新技术提高频谱效率 使系统得到更高的容量 采用灵活的频率和无线资源管理 系统配置和服务设施 3 与 兼容 实现平滑过渡 4 可支持的业务 高质量的语音 语音服务质量达到地面长途通信网服务质量的要求 数据业务的 低于 可支持分组和电路交换业务 分组交换是指面向连接的 业务 既有对称业务 又有不对称业务 能够支持和提供增值业务与智能网业务 4 3 系统 WCDMA系统的特点 基站同步方式 不同基站可选择同步和异步两种方式 异步方式可以不采用 精确定时 不受 的限制 组网方便 灵活 2 可变速率传输 可灵活地提供多种业务 并根据不同的业务质量和业务速率分配不同

12、的资源 同时对多速率 多媒体的业务可通过改变扩频因子和多码并行传送的方式来实现 3 核心网络 核心网络基于GSM GPRS网络的演进 保持与GSM GPRS网络兼容 4 同步码捕获 由于基站可收发异步的PN码 即基站可跟踪对方发出的PN码 同时移动交换机也可用额外的PN码进行捕获与跟踪 因此 可以用此方法获得同步 来支持越区交换及宏分集 而在基站间无需同步 5 切换方式 支持软交换和更软交换 切换方式有3种 同频小区内扇区间的更软交换 同频小区间的软交换 不同载频间的硬切换 6 其他先进技术 WCDMA还采用了其他一些先进的技术 如自适应天线 多用户检测 分集接收和分层式小区结构来提高整个系统

13、的性能 图4 1WCDMA网络结构 4 4CDMA2000 CDMA2000 CodeDivisionMultipleAccess2000 是国际电信联盟ITU的IMT 2000标准认可的无线电接口 也是2GCDMAOne标准的延伸 CDMA2000与另两个3G标准WCDMA和TD SCDMA不兼容 CDMA2000由美国高通北美公司为主导提出 韩国现在成为该标准的主导者 这套系统是从窄频CDMAOne数字标准衍生出来的 可以从原有的CDMAOne结构直接升级到3G 建设成本低廉 但目前使用CDMA的地区只有日 韩 北美和中国 所以相对于WCDMA来说 CDMA2000的适用范围要小些 使用者

14、和支持者也要少些 不过CDMA2000的研发技术却是目前3G各标准中进度最快的 4 5TD SCDMA系统 4 5 1TD SCDMA技术概述 3G的数据传输业务包括对称的电路交换业务 非对称的分组交换业务和数据速率高达2Mb s的因特网业务 对称语音业务和非对称因特网业务具有最高优先级 基于频分双工的3G提案是针对 成对载波频带上的对称传输的模式 它们能使对称的语音和多媒体业务很好地被优化 但是 对于非对称业务 由于一个链路方向的传输速率低于另一个链路方向的传输速率 总的频谱利用率将大大降低 由中国信息产业部电信科学研究院和大唐移动通信设备有限公司首席科学家李世鹤为首的团队具体制定的时分同步

15、码分多址TD SCDMA标准适应了3G的这一要求 2003年3月16日TD SCDMA被3GPP列为3G采用的五大技术中的三大主流技术之一 它与UMTS和IMT 2000的建议完全融合 其标准包含在3GPP的R4中 归属在该标准中的还有UTRA TDD 但UTRA TDD的技术研究已处于停顿状态 只有TD SCDMA成功地走向商用 成为 方式的唯一代表 肩负着 方式继续发展的国际重任 表4 1三个标准的比较 4 6 的新成员 WiMAX的全称为 orldInteroperabilityforMicrowaveAccess 全球微波接入互操作性 2007年10月 ITU批准WiMAX无线宽带接入

16、技术以OFDMAWMANTDD的名义成为继WCDMA CDMA2000 TD SCDMA后的第四个3G标准 WiMAX是一项基于IEEE802 16标准的宽带无线接入城域网技术 能提供面向互联网的高速连接 该技术是针对微波和毫米波频段提出的一种新的空中接口标准 尽管3G网络的速度已经有了大幅的提高 但是比起WiMAX来 仍然很低 仅为WiMAX速度的1 30 3G发射塔的覆盖面积也只是WiMAX的1 10 WiMAX作为一种面向 最后一公里 接入的标准 大体可以分为两种 一种是IEEE802 16d标准 支持固定宽带无线接入系统空中接口 另外一种就是目前正在制定的IEEE802 16e 支持固定和移动性的宽带无线接入系统空中接口标准 WiMAX它具有如下特点 4 6 1WiMAX的概念及特点 1 传输距离远 无线信号传输距离最远可达50km 是3G基站的10倍 2 传输速率高 可实现高达74 81Mb s的传输速度 3 容量高 WiMAX的一个基站可以同时接入数百个远端用户站 4 灵活的信道宽度 WiMAX能在信道宽度和连接用户数量之间取得平衡 其信道宽度由1 5MHz到20MHz不等