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1、,第9章 移动通信网络,2020/8/2,1,通信与信息工程学院,第9章 移动通信网络,移动通信，特别是3G移动通信，将成为“全面、随时、随 地”传输信息的有效平台 介绍移动通信的发展历程、3G通信技术以及移动互联网的 相关应用 9.1 移动通信发展历史 9.2 3G通信技术和标准 9.3 移动互联网 9.4 关于4G,2020/8/2,2,通信与信息工程学院,第9章 移动通信网络,截止2013年1月，我国电话用户数量超过14亿 其中移动电话用户达11.2亿 3G用户达2.46亿 “我们梦想，有哪一天人出去了，什么都可以不拿，钱包 可以不拿，钥匙可以不拿，钱也可以不拿，任何东西都不用 拿，你只
2、要有个手机，所有问题都可以解决”中国移动 集团前董事长王建宙,2020/8/2,3,通信与信息工程学院,9.1 移动通信发展历史,2020/8/2,4,通信与信息工程学院,1864年，英国物理学家麦克斯韦证明了电磁波的理论 1876年，德国物理学家赫兹实验证明了电磁波的存在 1896年5月，意大利发明家马可尼发明第一台可用无线电台 两种无线电话：无绳电话（短距，无法接入互联网） 移动电话（长距离，可接入互联网）,9.1 移动通信发展历史,2020/8/2,5,通信与信息工程学院,意大利 古格利埃莫马可尼（Gugliemo. M. Marconi） 1896年5月发明第一台可用无线电台 横跨布里
3、斯托海峡 14公里 1909年获诺贝尔物理学奖,俄国 亚历山大波波夫（. . ） 1896年3月首次展示无线电收发机 圣彼得堡 250米传输 “海因里希赫兹”,9.1 移动通信发展历史,2020/8/2,6,通信与信息工程学院,9.1.1 第一代移动通信：模拟语音 1928年，美国普度（Purdue University）大学学生发明的超外 差无线电接收机，美国底特律警察局利用该发明建立了世界上 第一个移动通信系统（车载无线电系统） 1946年，贝尔系统在圣路易斯建立起了第一个可用于汽车的电 话系统 前联邦德国、法国和英国分别于1950年、1956年和1959年完成 了公用移动电话系统的研制,
4、9.1 移动通信发展历史,2020/8/2,7,通信与信息工程学院,20世纪60年代，美国开始使用中小容量的改进移动电话系统 （IMTS：Improved Mobile Telephone System） 两个独立频率分别用于接收和发送功能 支持23个信道，频率范围为150 MHz450 MHz 在一个大区域中只用一个基站覆盖的设计，称为大区制 基站覆盖面积大 发射功率大 可用频率带宽有限，系统容量小 适用于专业网，不适合商用,9.1 移动通信发展历史,2020/8/2,8,通信与信息工程学院,1982年，为解决大区制容量饱和的问题，美国贝尔实验室发明 高级移动电话系统（AMPS：Advanc
5、ed Mobile Phone System） AMPS提出“小区制”与“蜂窝单元”的概念，是第一种“蜂 窝移动通信系统” 采用频分复用（FDM）技术，解决公用移动通信系统所需要 的大容量与频谱资源限制的矛盾 100千米半径范围内，IMTS每个频率上只允许一个电话呼叫 AMPS则允许100个10千米半径的蜂窝单元，可保证每个频率 上有1015个电话呼叫,9.1 移动通信发展历史,2020/8/2,9,通信与信息工程学院,系统结构 每个蜂窝单元有一个基站负责接收该单元中的电话信息 基站连接至移动电话交换局 移交：当电话在蜂窝单元之间移动时，基站之间会进行通信， 并从而交换控制权，避免信道分配不均
6、导致信号冲突。基站对 于电话用户控制权的转换称为“移交”，时延300 ms 硬移交：原基站需要停止用户通话 软移交：用户通话保持连贯,9.1 移动通信发展历史,2020/8/2,10,通信与信息工程学院,9.1 移动通信发展历史,2020/8/2,11,通信与信息工程学院,第一代移动通信（1G）20世纪80年代后期 采用模拟技术与频分多址(FDMA)技术 无法进行长途漫游，通话质量较差 1987年，摩托罗拉3200成为第一部进入中国的手机“大哥大” 身份、财富与地位的象征,9.1 移动通信发展历史,2020/8/2,12,通信与信息工程学院,9.1.2 第二代移动通信：数字语音（20世纪90年
7、代中期） 支持传统语音通信、文字和多媒体短信 全球移动通信系统 （GSM：Global System for Mobile Communication） 工作频段：900 MHZ与1800 MHz 采用时分多址（TDMA）技术 800 MHz CDMA移动通信 采用码分多址（CDMA）技术,9.1 移动通信发展历史,2020/8/2,13,通信与信息工程学院,1、GSM系统 为蜂窝网络系统，蜂窝单元按照半径可分为 宏蜂窝：覆盖面积最广，基站通常在较高的位置，如山峰 微蜂窝：基站高度普遍低于平均建筑高度，适用于市区内 微微蜂窝：室内，影响范围在几十米以内 伞蜂窝：填补蜂窝间的信号空白区域 后台网
8、络系统 基站、网络和交换系统 通用分组无线服务（GPRS：General Packet Radio Service） 用户识别模块（SIM：Subscriber Identity Module）,9.1 移动通信发展历史,2020/8/2,14,通信与信息工程学院,2、CDMA系统 由美国高通（Qualcomm）于1989年提出 理论容量无上限 可区分并分离多个同时传输的信号 CDMA特点 抗干扰性好、抗多径衰落、保密安全性高、容量质量之间可权 衡取舍、同频率可在多个小区内重复使用,9.1 移动通信发展历史,2020/8/2,15,通信与信息工程学院,9.1.3 第三代移动通信：数字语音与数据
9、 可提供所有2G信息业务，同时保证更快的速度，以及更全面 的业务内容，如移动办公，视频流服务等 可提供移动宽带多媒体业务，包括高速移动环境下支持144 kbps速率，慢速移动环境下支持384 kbps速率，室内环境则达 到2 Mbps速率，同时保证高可靠服务质量 从2G直接跳跃到3G存在较大的难度，于是出现2.5G（也称后 期2.5G为2.75G）的过渡阶段,9.1 移动通信发展历史,2020/8/2,16,通信与信息工程学院,9.1 移动通信发展历史,2020/8/2,17,通信与信息工程学院,第2.5代移动通信（2.5G）本世纪初 2G通信技术向3G通信技术的过渡 拨号上网、发送图片、收发
10、电子邮件等,基于GSM网络与 TDMA技术 提供中速数据传递 实现分组交换 访问速度可达 171.2 kb/s,减少手机间干扰 增加用户的容量 降低手机功率 抗干扰能力强 网络绿色环保,基于CDMA技术 既可作为话音业务 的承载平台，也可 无线接入互联网 系统容量显著提升 峰值速率153.6 kb/s,9.1 移动通信发展历史,2020/8/2,18,通信与信息工程学院,第三代移动通信（3G）正在推广 IMT-2000（International Mobile Telecommunications-2000） 2000年全面应用、3G在2000 MHz频率上运行、3G保证2000 kHz的带宽
11、 支持高速数据传输的移动通信技术，传输速度384 kb/s2 Mb/s 无线通信与互联网相结合 处理图像、音乐、视频等多种媒体形式 提供网页浏览、电子商务、 电话会议等多种服务,9.1 移动通信发展历史,2020/8/2,19,通信与信息工程学院,现行3G移动通信的标准 时分同步CDMA（TD-SCDMA） 我国大唐电信自主研发中国移动通信 CDMA2000 CDMA 1x的升级，北美标准中国电信 宽带CDMA（WCDMA） GSM的升级，欧洲标准中国联合通信,黑莓（Blackberry）手机苹果（iPhone）手机定制,9.1 移动通信发展历史,9.1 移动通信发展历史,2020/8/2,2
12、0,通信与信息工程学院,3G手机及视频通话,3G无线上网卡,3G通信设备,3G无线路由器,9.1 移动通信发展历史,2020/8/2,21,通信与信息工程学院,9.2 3G通信技术和标准,2020/8/2,22,通信与信息工程学院,9.2 3G通信技术和标准,3G发展历程回顾 1985年，提出未来公共陆地移动通信系统（FPLMTS）概念 1991年，ITU成立TG8/1任务组，负责FPLTMS标准定制工作1996年，FPLTMS更名为IMT-2000 1997年，ITU要求各国提交IMT-2000无线接口技术候选方案，共收到15份技术方案，包括我国自主研究的TD-SCDMA标准2000年5月，
13、ITU公布3种第三代移动通信标准，CDMA成为众多标准的基础,2020/8/2,23,通信与信息工程学院,9.2 3G通信技术和标准,9.2.1 TD-SCDMA Time DivisionSynchronous Code Division Multiple Access 相比于W-CDMA和CDMA2000起步较晚，1998年6月由原邮电部电信科学技术研究院向ITU提出 TD-SCDMA将众多技术融合：SCDMA、同步CDMA、软件无线电、FDMA、TDMA TD-SCDMA：提供话音和视频电话等最高下行速率为384 kb/s 的数据业务 TD-HSDPA：数据业务增强技术，可提供2.8 M
14、b/s的下行速率,2020/8/2,24,通信与信息工程学院,9.2 3G通信技术和标准,呼吸效应：CDMA系统中，基站实际有效覆盖面积会随干扰信号的增强而缩小，反之则会增大。这种覆盖面积随用户数目的增加而收缩的现象为“呼吸效应” 干扰信号与移动用户数目密切相关：原因是同频自干扰，邻近用户间自干扰现象明显，从而降低了实际传输速率 TD-SCDMA 利用低带宽FDMA和TDMA限制系统的最大干扰 在单时隙/频率中应用CDMA提高系统容量 利用联合检测和SDMA技术对客户终端进行信号跟踪 “呼吸效应”基本被消除,2020/8/2,25,通信与信息工程学院,9.2 3G通信技术和标准,“远近效应”
15、手机用户到基站的距离不断变化固定的通信功率会造成严重功率过剩，且形成有害的电磁辐射 如何解决？ 动态调控功率：手机终端依据到基站的通信距离动态调整的传输功率，尽可能减少过剩功率，且依然保证可连通性 TD-SCDMA 动态信道分配，根据用户需求进行实时动态资源分配，包括频率，时隙和码字等提高信道资源利用率，增强网络中负载和干扰变化的适应能力,2020/8/2,26,通信与信息工程学院,9.2 3G通信技术和标准,9.2.2 W-CDMA Wideband-CDMA：由爱立信公司提出，GSM的升级 第一个商用W-CDMA网络由日本NTT DoCoMo于2001年推出，也是世界上第一个3G移动电话服
16、务 中国联通于2009年在中国大陆提供W-CDMA服务 台湾地区从2005年开始，其中华电信、台湾大哥大、远传电信等都使用W-CDMA系统,2020/8/2,27,通信与信息工程学院,9.2 3G通信技术和标准,W-CDMA技术主要包括FDD和TDD，支持慢速移动下384 kb/s 室内2 Mb/s的数据传输速率 FDD（Frequency Division Duplexing）：频分双工方式 工作在覆盖面积较大的范围内，可以在两个对称频率信道上分别进行接收和传送工作 TDD（Time Division Duplexing）：时分双工方式 侧重于业务繁重的小范围内,2020/8/2,28,通信与信息工程学院,9.2 3G通信技术和标准,W-CDMA定义了3条公共控制信道及2条专用信道 广播控制信道（BCCH：Broadcasting Control Channel） 携带系统与小区发布的公共消息 寻呼信道（PCH：Paging Channel）：把消息送入移动台 前向接入
