移动通信Mobile Communications “移动通信 ” 课程简介课程性质：专业课课程目的：使学生掌握移动通信系统基本原理、 基本概念及基本技术课程内容： 课程以现代蜂窝移动通信系统为背 景，讲述移动信道中的电波传播特 性、抗衰落技术、调制技术、多址 方式及系统组网技术等先 修 课：现代通信原理、程控交换技术 使用教材:郭梯云等编，移动通信 ，西安电子科技大学出版社参考书目：[1] Lee C Y.， Mobile Communication Engineering， McGraw-Hill[2]蒋同泽， 现代移动通信系统 ，电子工业出版社[3] Theodore S.Rappaport ， Wireless Communications ,Principles and Practice, Second Edition ， 电子工业出版社, 2004年[4] Jochen Schiller， MobileCommunications , 高等教育出版社, 2004年 2024/8/15信息与通信工程系4内容安排第一章 概论第三章 移动信道的传播特性第四章 抗衰落技术第五章 组网技术第六章 频分多址（FDMA）模拟蜂窝网第七章 时分多址（TDMA）数字蜂窝网 复习考试 2024/8/15信息与通信工程系5第一章 概论1.1 移动通信的发展历程和发展方向 1.2 移动通信的定义及主要特点1.3 移动通信系统的分类 1.4 常用移动通信系统 1.5 移动通信的基本技术 1.6 移动通信的标准 2024/8/15信息与通信工程系62024/8/15信息与通信工程系6生活中，无处不在的(移动)通信系统 WiFi 、、微博、短信、蓝牙(耳机/键盘/鼠标)、（无绳）、、互联网、电视、广播 …通信的基本任务和目标通信的基本任务和目标 2024/8/15信息与通信工程系7 构成社会的三大基本要素：物质、能量和信息物质---交通网能量---电力网信息---通信网（信息的传输和交换）信息交流和传递方式： 表情、动作 --- 远古时代 语言、文字、烽火台、旌旗、旌鼓、信号灯 --- 近代 电通信--- 现代1.1 移动通信的发展历程和发展方向 2024/8/15信息与通信工程系8通信的目标：个人通信个人通信 ( ( PCN:Personal Communication Networks )--- 5)--- 5W– 任何人 (Whoever)– 任何时候 (Whenever)– 任何地方 (Wherever)– 与另一个人 (Whomever)– 任何方式 (Whatever)1.1 移动通信的发展历程和发展方向 2024/8/15信息与通信工程系9个人通信(PCN)：任何人在任何时间、任何地点与任 何人其他人以任意方式进行的通信。
• “任何时间” 要求支持动中通: 无线通信是前提 • “任何地点” 要求无缝覆盖: 传输能力有限 •“任何人” 要求支持巨大用户量: 频谱资源有限 • “任何方式” 要求多媒体: 处理能力有限1.1 移动通信的发展历程和发展方向个人通信的概念个人通信的概念 2024/8/15信息与通信工程系10 移动通信技术是实现个人通信的重要基础！1.1 移动通信的发展历程和发展方向 2024/8/15信息与通信工程系111.1 移动通信的发展历程和发展方向移动通信技术从其诞生到现在，经历了1G、2G、3G、4G 、5G的发展过程 2024/8/15信息与通信工程系121.1 移动通信的发展历程和发展方向 2024/8/15信息与通信工程系13 第一代移动通信系统（1G First Generation） 2024/8/15信息与通信工程系141880年 赫兹首次进行无线通信实验；1897年 马可尼进行海上无线通信（岸站与驳船之间， 距离为18 英里）；1921年 美国底特律（Detroit）警察局首次将无线电台 装在外出巡逻车上，2MHz、单向调度（车台 只接收）；1930年 纽约（New York）警察局将无线电台装在外出 巡逻车上，双向电台、2MHz、无中心；1946年 美国圣路易斯市首先建立人工转接小容量汽车 系统，以基地台为中心、大区制、FM、 150MHz 、单工方式；1964年 美国的改进系统 IMTS（Improved Mobile Telephone Services）系统开通， 150MHz（MJ系 列）、半双工、自动转接； 1969年 IMTS系统扩展到450MHz（MK系列），成为美国 移动标准。
1.1.1 第一代移动通信系统（1G） 2024/8/15信息与通信工程系15IMTS系统：单个基站覆盖整个服务区IMTS动画演示1.1.1 第一代移动通信系统（1G）--- 大区制系统大区制大区制系统 IMTS 存在问题：容量不足 2024/8/15信息与通信工程系161.1.1 第一代移动通信系统（1G） 1969年 美国贝尔实验室提出蜂窝移动通信系统的概念， 并开始研制小区制蜂窝汽车移动系统 AMPS（Advanced Mobile Phone Service）1978年 AMPS系统研制结束1979年 AMPS系统在芝加哥实验成功1983年 AMPS系统投入商用 AMPS 系统的出现标志着第一代移动通信系统（1G）的诞生!蜂窝移动通信系统核心：蜂窝移动通信系统核心：多小区、频率复用多小区、频率复用频率复用频率复用优点：优点： 提高频谱效率提高频谱效率, , 提高系统容量提高系统容量 2024/8/15信息与通信工程系171.1.1 第一代移动通信系统（1G）模拟蜂窝网移动系统结构（1G） 2024/8/15信息与通信工程系18蜂窝网移动系统结构1.1.1 第一代移动通信系统（1G） 2024/8/15信息与通信工程系19上节课程内容小结•大区制 一个基站覆盖整个服务区，系统容量受限。
•小区制(蜂窝移动通信系统)优点优点: : 频率复用，提高频谱效率 复用以区群（（由使用不同频率的相邻小区构成由使用不同频率的相邻小区构成））为单位进行；频率复用系数：1/N不足不足: :ü同频干扰(频率复用)ü越区切换ü结构复杂 2024/8/15信息与通信工程系20蜂窝网移动系统问题：•同频干扰(频率复用)•越区切换1.1.1 第一代移动通信系统（1G）•结构复杂蜂窝移动通信系统核心：蜂窝移动通信系统核心：多小区、频率复用多小区、频率复用频率复用频率复用优点：优点： 提高频谱效率提高频谱效率, , 提高系统容量提高系统容量 2024/8/15信息与通信工程系211.1.1 第一代移动通信系统（1G）蜂窝网移动系统中区群概念频率复用系数：1/N1/N区群：频率复用单元，由频率复用单元，由使用不同频率的相使用不同频率的相邻小区构成邻小区构成有效性有效性（频率复用系数)可靠性可靠性(同频干扰) 2024/8/15信息与通信工程系221.1.1 第一代移动通信系统（1G）蜂窝系统的频率复用再用距离 2024/8/15信息与通信工程系231.1.1 第一代移动通信系统（1G）蜂窝系统中的越区切换 2024/8/15信息与通信工程系241.1.1 第一代移动通信系统（1G） 其他1G系统包括：（英）TACS（ Total Access Communication System）（法）Radio Comm2000(Mobile Phone in France)（德）C-450(Mobile Phone in Germany and Portugal) （北欧四国（瑞典、挪威、芬兰、丹麦）） NMT450/900(Nordic Mobile Telephon450/900)（日）NTT(Nippon Telephone and Telegraph) 2024/8/15信息与通信工程系251.1.1 第一代移动通信系统（1G）第一代蜂窝移动通信系统的特点： 1） 采用模拟方式（话音以FM方式调制， FDMA多址方式）； 2） 以国家为主制定标准（先有设备，后有 标准），多而复杂，各系统间没有公共 接口，互不相容，无法实现国际漫游； 3） 无法与固定网向数字化推进相适应，数据 业务很难开展； 4） 频谱利用率低，无法适应大容量的需求 （模拟方式时信噪比要求高）； 5） 安全保密性差，易被窃听，易被并机。
2024/8/15信息与通信工程系26 第二代移动通信系统（2G） 2024/8/15信息与通信工程系271.1.2 第二代蜂窝移动通信系统（2G）80年代初 欧洲电信运营部门发现5-6种模拟制式， 格局四分 五裂，形不成规模1982年 北欧四国（瑞典、挪威、芬兰、丹麦）建议，欧洲 电信管理协会上CEPT（Conference of European Post and Telecommunication Administration） 成立GSM（Group Special Mobile ,特别移动小组） 专题小组1986年 GSM专题小组在法国巴黎进行现场验1987年 确定泛欧GSM标准 GSM 900---Global System for Mobile Communications （全球移动通信系统） DCS 1800---Digital Cellular System 1800 （1800MHz数字蜂窝系统） 2024/8/15信息与通信工程系28GSM的出现标志着第二代移动通信系统（2G）的诞生! 由于GSM标准的开放性，世界上许多著名的通信公司都在生产和提供GSM系统设备，因而系统获得了广泛的应用，取得了巨大的商业成功！（目前，全球共212个国家和地区400多家运营商使用GSM系统，GSM用户近30亿(欧洲6.5亿)，占总移动用户的80%）1.1.2 第二代蜂窝移动通信系统（2G） 2024/8/15信息与通信工程系291.1.2 第二代蜂窝移动通信系统（2G）其他的2G系统包括：（美）D-AMPS（日）JDC（美）Q-CDMA（Qualcomm，1989年）1990年 D-AMPS被EIA（Electrical Industry Association）颁布为IS-54标准1992年 Q-CDMA被EIA颁布为IS-95标准 2024/8/15信息与通信工程系301.1.2 第二代蜂窝移动通信系统（2G）数字蜂窝移动通信网结构 2024/8/15信息与通信工程系311.1.2 第二代蜂窝移动通信系统（2G）模拟蜂窝移动通信网结构 2024/8/15信息与通信工程系32MSMobile Station 移动台TE Terminal Equipment 终端设备BSSBase Station Subsystem 基站子系统BSCBase Station Controller 基站控制器BTSBase Transceiver Station 基站收发台NSSNetwork Subsystem 网络交换子系统MSCMobile-services Switching Centre 移动交换中心AuC Authentication Centre 鉴权中心HLRHome Location Register 归属位置寄存器VLRVisitor Location Register 访问位置寄存器EIREquipment Identity Register 设备标识寄存器OMC Operation Management Center 操作维护中心1.1.2 第二代蜂窝移动通信系统（2G） 2024/8/15信息与通信工程系33第二代数字蜂窝移动通信系统（2G）特点： 1) 先有标准，后有设备； 2) 安全保密性好； 3) 适应固定网的数字化发展； 4) 数字方式传输，系统容量提高 （ TDMA 多址 方式）。
理论上，FDMA和TDMA方式具有相同的频谱利用率，但数字方式可采用信道编码、交织、 均衡等技术，故可在相同的通信质量要求下，降低同频复用的信噪比要求，从而提高频率复用次数 1.1.2 第二代蜂窝移动通信系统（2G） 2024/8/15信息与通信工程系34蜂窝网移动系统中区群概念频率复用系数频率复用系数1/N1/N1.1.2 第二代蜂窝移动通信系统（2G） 2024/8/15信息与通信工程系351.1.2 第二代蜂窝移动通信系统（2G） GSM标准的3个阶段 phase one（第一阶段，1988年春开始，92年 底结束） phase two（第二阶段，1993年底完成，设备 于94/95进入市场） phase 2+ （ 1994年6月开始）phase 2+ 标 准最后还将并入phase two阶段标准 制定标准时考虑兼容性要求（前向兼容） GSM标准中各阶段的差异主要表现在GSM系统提供的补充业务上。
2024/8/15信息与通信工程系36 第三代移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系37 1985年 ，ITU（International Telecommcations Union, 国际电信联盟）针对当时移动通信系统在不同网络之间无法实现漫游，提出了第三代移动通信系统（3G）方案，称为 FPLMTS（ Future Public Land Mobile Telecommunication System—未来公用陆地移动通信系统）1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） Why 3G ? 2024/8/15信息与通信工程系38通信的目标：个人通信 ( PCN: Personal Communication Networks )--- 5W– 任何人 (Whoever)– 任何时候 (Whenever)– 任何地方 (Wherever)– 与另一个人 (Whomever)– 任何方式 (Whatever)1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系39 ITU提到UPT（Universal Personal Telecommunication）含义： UPT允许在个人移动的情况下获得电信业务。
它能使一个UPT用户享用一组由用户规定的预定业务，并利用一个对网络透明的UPT个人通信号码(PTN---Personal Telecommunication Number) ，跨越多个网络，在任何地理位置的任何一个固定的或移动的终端上发起或接收呼叫它只受终端和网络能力以及网络经营者的规定所限制1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 个人通信的概念（1） 2024/8/15信息与通信工程系40 移动通信技术是实现个人通信的重要基础！移动通信的根本特征是移动性（Mobility）移动性的两种含义：终端移动性（ Terminal Mobility ） 通信到终端；个人移动性（ Personal Mobility ） 通信到个人1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系41 个人通信的实现途径（1）规划、设计和建设一种覆盖世界范围内的全新 个人通信网2）选择现有的某一种移动通信网络进行扩充和改 造，使其成为遍及全球、功能齐全和适应各种 运行环境的个人通信网。
¤ 由蜂窝移动通信系统演进而来 ¤ 由无绳系统扩展而来； ¤ 由卫星移动信系统发展而来3）综合利用现有各种通信系统发挥各自优点，统 一标准，互联互通，实现个人通信目标1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系42 个人通信的概念（2）个人通信(PCN)：任何人在任何时间、任何地点与任何人其他人以任意方式进行的通信• “任何时间” 要求支持动中通: 无线通信是前提 • “任何人” 要求支持巨大用户量: 频谱资源有限 • “任何地点” 要求无缝覆盖: 传输能力有限 • “任何方式” 要求多媒体: 处理能力有限1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系43 · 全球化 提供全球海、陆、空三维无缝覆盖，支 持全球漫游业务· 综合化 提供语音和非语音业务，特别是多媒体 业务。
· 个人化 足够的系统容量，强大的多种用户管理 能力，高保密性能和服务质量（移动网 和固定网相同，话音质量与ADPCM32 Kbps相当）1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 3G的目标 2024/8/15信息与通信工程系441991年 ITU正式成立了ITU –R TG8/1任务组，专门负 责第三代移动通信系统标准的制定工作 1992年 世界无线电管理大会（WARC）分配给 FPLMTS使用频段为：1885-2025MHz (140M) 和2110-2200MHz (90M)，共计230MHz 1996年 ITU将3G改名为IMT2000（ International Mobile Telecommunications System—国际移 动通信系统2000） (Internet Mobile/Multimedia Telecommunication) 其中，2000的含义为该系统工作在2000MHz（1.8-2.3GHz）频段；在2000年前后投入商用；系统最高传输速率为2000Kbps。
1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系45 1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系46 3G频谱（WARC2000会议后）1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系47上节课程内容小结•小区制(蜂窝移动通信系统)优点优点: : 频率复用，提高频谱效率•复用以区群为单位进行；•频率复用系数：1/N•有效性（频率复用系数); 可靠性(同频干扰)不足不足: :ü同频干扰(频率复用)ü越区切换ü结构复杂• 1G/2G的特点 2024/8/15信息与通信工程系481996年3月 ITU-R TG 8/1在巴西召开的第16次会议 上，提出“IMT-2000家族”概念 （一流企业卖标准，二流企业卖品牌，三流企业卖产品）1997年3月 ITU 向各成员国征集IMT2000系统RTT （无线传输技术）空中接口技术侯选方案1998年6月 10个地面移动通信系统方案经合并、融 合为同步CDMA（FDD/TDD）cdma2000 和异步CDMA（FDD/TDD）WCDMA两个 标准。
1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系49 1999年11月5日 ITU-R TG8/1最后一次会议在赫尔辛基结束，通 过第三代移动通信系统标准，并将规范建议正式提交给2000年5月召开的世界无线电大会 我国提出的TD -SCDMA标准建议也被国际电信联盟正式采纳为IMT-2000系列标准之一1、以TDMA为基础的两种：DECT、UWC-1362、以CDMA为基础的八种：WIMS W-CDMA、 TD-SCDMA、W-CDMA、CDMA II、 UTRA、NA:W-CDMA、CDMA2000、CDMA I3、用于卫星系统的五种：SAT-CDMA、SW- CDMA、SW-CTDMA、ICO-RTT、Horizons1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 其中包括 2024/8/15信息与通信工程系501.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系51最后, 形成IMT-2000三种主流标准： 1. WCDMA： 欧洲ETSI提出，核心网基于 GSM网络 2. cdma2000： 美国TIA提出，核心网基于 IS-95网络 3. TD-SCDMA：我国CATT提出，时分双工 （TDD）、同步技术、软件无 电技术 、智能天线两个协调组织：3GPP（Third Generation Partnership Projects）， 负责协调WCDMA。
3GPP2（Third Generation Partnership Projects 2）， 负责协调cdma20001.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系523GPP成员：ETSI、（日）ARIB、（韩）TTA、 （美） TIA及（中国）CCSA3GPP2成员：TIA、ARIB、TTA及CCSAITU（国际电信联盟） 负责和领导IMT-2000标准化的研究工作1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系53IMT-2000 IMT-2000 系统的总体结构系统的总体结构1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系54 1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系55 1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系56 1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系57 1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系58 1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系59 1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系60 1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系61移动通信的传输方式单工方式（Simplex） 双工方式(Full Duplex) 半双工方式(Half Duplex)传输方式： 2024/8/15信息与通信工程系62移动通信的传输方式单工方式同频单工异频单工 2024/8/15信息与通信工程系63双工方式移动通信的传输方式 2024/8/15信息与通信工程系64移动通信的传输方式 频分双工(FDD) Frequency Division Duplex 时分双工（TDD） Time Division Duplex双工方式: 2024/8/15信息与通信工程系65Frequency Division Duplex (FDD):UL band separated from DL band DDDDDDDUResources:Frequency Division Duplex (FDD)U: UplinkD: Downlink 2024/8/15信息与通信工程系66TDD AdvantagesüUnpaired band neededüNo need for paired bands with specific duplex spacingüSpectrum efficiency is optimised by adaptation to user traffic demandüUL and DL uses the same carrier frequency, so radio propagation is symmetricTime Division Duplex (TDD)UL band same as DL band DUDDDDDDTime Division Duplex (TDD)U: UplinkD: Downlink 2024/8/15信息与通信工程系67 •使用各种频率资源，不需要成对频率； •适用于不对称上下行数据传输，特别适用于IP型数据业务； •上下行工作于同一频率，对称的电波传播特性使之便于使用诸如智能天线等新技术，达到提高性能、降低成本的目的； •系统设备成本较低，比FDD系统低20%-50%。
•和FDD系统比较，TDD系统主要问题在终端的移动速度和覆盖距离等方面受限思考题)TDD系统特点1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系68移动通信的传输方式半双工方式(Half Duplex)思考题思考题: : 为什么半双工方式会比全双工方式节省频谱为什么半双工方式会比全双工方式节省频谱? ? 2024/8/15信息与通信工程系692002年10月23日TD-SCDMA频谱规划(信产部)1880-1920MHz、2010-2025MHz及2300-2400MHz共计155MHz中移动：1880-1900MHz和2010-2025MHz 共35MHz小灵通：1900-1920MHz (2011年底前完成清频退网)1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系70 WCDMA：扩频码速率为3.84Mchip/s、载波带宽为 5MHz、基站间同步是可选的、FDD模式cdma2000：扩频码速率为1.2288Mchip/s、载波带宽为 1.25MHz、基站间同步是必需的，需要全球定 位系统（GPS）、 FDD模式TD-SCDMA：扩频码速率为1.28Mchip/s，载波带宽为 1.6MHz，基站间必须同步， TDD模式。
三种技术标准的比较 1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系711.1.3 第三代移动通信系统IMT-2000（3G）第3代移动通信朝个人通信方向迈进了一大步IMT-2000移动通信系统的性能为： ●话音质量相当于公共交换网（PSTN）的质量； ● 满足移动高比特率、可半变速率的需求； ●支持电路和分组交换数据业务； ● 自适应无线接口技术，支持上下链路不对称需求； ● 良好的兼容性能 2024/8/15信息与通信工程系72 3G的特点● 频谱利用率高；● 支持各类移动通信终端；● 可灵活增添新业务和技术 3G成功的关键 与2G系统良好的前向兼容性以解决两代系统之间的转接问题，保护大多数运营商及用户的利益，并充分地利用已有的通信网络资源1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系73对无线传输技术（RTT）提出以下要求：· 高速传输以支持多媒体业务： 1．室内环境（固定环境）至少2Mbps 2．室内外步行环境至少为384Kbps 3．室外车辆运动中至少为144Kbps 4．卫星移动环境至少为9.6Kbps· 传输速率能按需分配。
·上下行链路能适应不对称需求 1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系741.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系752004年11月 全球发放3G许可证131张，82家运营商在40个国家部署了3G网络，其中65家推出了cdma2000 1X服务、17家推出了WCDMA服务；信产部组织实施了全球规模最大的3G技术网络实验 2005年 3G全球用户超过1.28亿，46个国家的104个运营商开始了3G商用，3G在香港、台湾也取得了不错的进展2008年 中国4月1日起在京津沪等8大城市启动TD-SCDMA网 络社会化业务测试奥运会主要场馆)3G的商用情况1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系762009年 1月7日中国发放3G牌照1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 中国电信 cdma2000 中国移动 TD-SCDMA中国联通 WCDMA 2024/8/15信息与通信工程系77关于3G的观点 1. 肥了设备商、亏了运营商； （运营商投资近3000亿/年） 2. 2G尚未饱和，3G需求有限； 3. 3G技术已经过时； 4. 已有3G运营商至今未赢利。
和黄：拥有英国、爱尔兰、奥地利、意大利、瑞典、挪威、丹麦，以色列、 中国香港，澳大利亚等10个国家和地区的3G牌照业绩情况：旗下全球3G用户总人数超过1590万，亏损16.05亿港元 （2007年6月）1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系783 3G业务业务: : 通信类、娱乐类、资讯类、移动互联网类１）话音业务２）视频业务(可视) 1.1.通信类业务通信类业务 通过3G终端的摄像装置以及3G网络高速的数据传输，两端的用户可以看见彼此的影像，从而实现对话“面对 面”实时交流 1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系79 (1)音乐、影视的点播业务 (2)图片、铃声下载 (3)电视２２. .娱乐类业务娱乐类业务３３. .资讯类业务资讯类业务（１）新闻类资讯２）便民类资讯4. 4. 移动互联网类移动互联网类 (1) 网页浏览。
(2)电子邮件业务3)利用互联网监控家居1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统（3G） 2024/8/15信息与通信工程系80 第四代移动通信系统（4G） 2024/8/15信息与通信工程系811.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望* * 高速数据传输业务成为业务的重点；*高速数字业务成为3G的性能瓶颈；* 3G无法提供真正意义上的高速数据业务，且高速数 据业务的存在严重影响系统的容量和稳定性；*在CDMA结构下提供高速数据业务需克服更大的干扰； 提供高速率数据业务网络结构设想：后三代移动通信系统（Beyond 3G），第四代移动通信系统(4G)Why 4G? 2024/8/15信息与通信工程系821.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望 ITU-R建议不要使用“第四代”的说法，而采用“IMT-2000 的增强系统（Enhancement of IMT--2000）”或“后IMT-2000系统(Systems Beyond IMT—2000 IMT--Advanced )”的说法4G的目标：提高移动装置无线访问互联网的速 度。
具有非对称的超过2Mbps的数 据传输能力 4G系统将是多功能集成的宽带移动通信系统，是宽带接入IP系统 2024/8/15信息与通信工程系83•2G特点•3G发展历程IMT-2000三大主流标准： 1. WCDMA： 欧洲ETSI提出，核心网基于 GSM网络 2. cdma2000： 美国TIA提出，核心网基于IS-95网络 3. TD-SCDMA： 我国CATT提出，时分双工（TDD）、同步技术、软 件无电技术 、智能天线 两个协调组织：3 GPP（Third Generation Partnership Projects），负责协调WCDMA 3GPP2（Third Generation Partnership Projects 2），负责协调cdma2000传输方式：单工方式、双工方式(FDD 、TDD) 、半双工方式上节课主要内容(1) 2024/8/15信息与通信工程系84上节课主要内容(2)•3G的特点 •3G成功的关键•3G的商用情况•2G向3G系统演进的方式•第四代移动通信系统（4G--IMT—Advanced） TD—LTE —Advanced （Long Term Evolution） FDD--LTE—Advanced IEEE 802.16m Wimax 2024/8/15信息与通信工程系851.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望IMT—Advanced:TD---LTE —Advanced（Long Term Evolution）LTE---FDD—AdvancedIEEE 802.16m Wimax 2013 2013年年 4G4G牌照发放牌照发放( 12( 12月月4 4日日, ,工信部向中国移动、中国联工信部向中国移动、中国联通及通及 中国电信发放中国电信发放TD-LTETD-LTE经营许可经营许可) ) 2014 2014年年 4G4G牌照发放牌照发放( 6( 6月月2727日日, ,工信部向中国联通及中国电工信部向中国联通及中国电信信 发放发放LTE-FDDLTE-FDD试验网许可试验网许可) ) 2015 2015年年 4G4G牌照发放牌照发放( 2( 2月月2727日日, ,工信部向中国联通及中国电工信部向中国联通及中国电信信 发放发放LTE-FDDLTE-FDD经营许可经营许可) ) 2024/8/15信息与通信工程系861.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望 * * 传统的语音和短信息业务； *高达100~1000Mbps的高速数据业务； * 常用的Internet业务，如WWW、高速下载和电子邮件等； *交易以及移动电子商务E-BUSINESS； * 位置服务； *公司数据库接入； *广播，以及多点、多组数据传输。
4G业务 2024/8/15信息与通信工程系871.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望4G的特点全集成业务统一的无线接入自组网络软件依赖性基于路由的全IP网络动态支持各种传输类型、空中接口、终端类型、无线环境、QoS类型和各种移动模式虚拟归属环境（VHE，Virtual Home Environment）高速、高效的空中接口和接入网结构多种用户设备 2024/8/15信息与通信工程系881.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望4G的网络结构集成和高效核心网采用全IP平台，各种类型的接入网通过多媒体网关接入核心网多种无线接入方式，并且提供多种业务模式和终端模式的接入在VHE协调下，用户可以透明地接入任何业务允许的接入网，由接入网自主地进行业务和资源管理多模接入、网内网间的平滑快速切换 2024/8/15信息与通信工程系891.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望4G的网络结构 2024/8/15信息与通信工程系90关键技术OFDM技术： OFDM ---Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用技术MIMO技术： MIMO ---Multiple Input and Multiple Output，多输入多输出技术软件无线电技术 ：将标准化、模块化的硬件功能单元经 过一个通用硬件平台，利用软件加载 方式来实现各种类型的无线电通信系 统的一种具有开放式结构的新技术。
智能天线技术、功率控制、多用户检测技术1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望 2024/8/15信息与通信工程系911.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望OFDM技术 多载波传输系统(MCM,Multicarrier Modulate) 单载波传输系统中,一次衰落或干扰可导致整个传输链路的失效 在频域内将给定的信道分成N个窄的正交子信道，在每个子信道上对子载波进行调制，各子载波并行传输 将待传输的高速数据流分解为N个低速数据流每个子载波传输的数据率是单载波的1/N多载波系统具有较高的抗衰落或干扰能力 2024/8/15信息与通信工程系921.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望传统的传统的FDMFDM方式方式3dB3dB复用方式复用方式OFDMOFDM方式方式• 传统的FDM方式• 3dB复用方式• OFDM方式子载波的设置方式 2024/8/15信息与通信工程系931.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望OFDMOFDM方式方式 2024/8/15信息与通信工程系94 OFDM的频谱示意图1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望 2024/8/15信息与通信工程系951.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望串串并并转转换换高速数据调制调制调制cos w1tcos w2tcos wNt……相相加加解调解调解调并并串串转转换换cos w1tcos w2t……cos wNtOFDM技术原理框图 2024/8/15信息与通信工程系96 OFDM实现调制与解调不同于传统的调制方式，而是通过FFT的正、逆变换实现的，系统实现的复杂度不高。
1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望OFDM技术特点 •各子载波互相正交•各子载波的频谱有1/2的重叠•比FDM系统节省一半带宽•可有效地克服信道频率选择性的影响，减少ISI对系 统性能的影响OFDM技术实现过程 2024/8/15信息与通信工程系97•较大的峰均功率比 PAPR，Peak to Average Power Ratio PAPR最大值为N ( 10lgN dB)•载频偏移(ICI)OFDM应用中的问题1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望 在进行系统设计时，如何合理地选取调制制式与参数分配来制约这两大因素的影响是需要考虑的主要问题 2024/8/15信息与通信工程系981.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望MIMO系统：Multiple Input and Multiple OutputSISO系统：Single-Input Single-Output 发射接收 2024/8/15信息与通信工程系991.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望SIMO系统：Single-Input Multiple-OutputMISO系统： Multiple -Input Single-OutputBSMS 2024/8/15信息与通信工程系1001.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望MIMO系统：Multiple Input and Multiple OutputMSBSMIMO系统容量与收发两端天线数量成正比。
2024/8/15信息与通信工程系101 语音语音 天线天线/RF段段 高速处理段高速处理段 低速处理段低速处理段 DDC-数字下变频数字下变频 DUC-数字上变频数字上变频软件无线电结构简图宽带/多频段天线RF部分A/D/ADDCDUC高速DSP专用可编程处理器低速DSPDSP其它终端软件无线电技术1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望 2024/8/15信息与通信工程系102 基于天线阵列原理，利用天线阵的波束赋性产生多个独立的波束，并自适应的调整波束方向来跟踪每一个用户，达到提高信号干扰噪声比(SINR )，增加系统容量的目的。
1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望智能天线（ Smart Antenna ）基本概念 2024/8/15信息与通信工程系103 Minimizing interference of other users Maximizing energy of desired user Smart Antenna Goals1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望 2024/8/15信息与通信工程系104 1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望 2024/8/15信息与通信工程系105weightsRF amplifierØ An antenna arrayØ Coherent transceivers (like choir)Ø Advanced DSP algorithmS Smma ar rt t A An nt te en nn na a S St tr ru uc ct tu ur re e1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望 2024/8/15信息与通信工程系106For uplink: Greatly increase receiver sensitivity Minimise co-channel interference Higher capacity Incorporate effectively multipath componentFor downlink: Reduce interference to co-channel UE Reduce output power requirement Higher capacity Especially applicable to TDD systems (UL/DL reciprocal)Smart Antenna Advantage1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望 2024/8/15信息与通信工程系107智能天线的作用提高SINR，改善通信质量增加系统容量，提高用户数量提高频谱利用率扩大通信覆盖区域降低基站发射功率自动跟踪用户信号，位置定位减小用户发射功率，提高电池寿命抗干扰，抗衰落，抗多径1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望 2024/8/15信息与通信工程系108Power Control Introductiont PowertPowertPowerReceived signalReceived signalIdeal Power ControlWith Power ControlWithout Power Control1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望 2024/8/15信息与通信工程系109•Improvethefadingstatisticsfortheregardedsignal(ULandDL)•Reducetheintercellinterferenceinthenetwork(ULandDL)•Reducethepowerconsumptionofthetransmitter(mainlyofrelevancefortheUEintheUL)•Minimisetheeffectofintracellinterferencefromotherusersofthesamecell(mainlyUL,butalsoDL) Power Control Advantage1.1.4第四代移动通信系统（4G）的展望 2024/8/15信息与通信工程系110 2G向3G系统演进的方式 2024/8/15信息与通信工程系111 背景²第二代移动通信系统拥有庞大的基础硬件设施 和众多移动用户，要求3G由2G平滑演进来实现。
²WCDMA标准由GSM 演变而来，是IMT-2000 （3G）家族成员之一²我国拥有世界上最大的GSM网络，移动用户规模在 全球居首位，因而研究GSM网络向IMT-2000系统 过渡期间的演进方案是十分必要的1.1.5 2G向3G系统演进的方式 2024/8/15信息与通信工程系112 1.1.5 2G向3G系统演进的方式 2024/8/15信息与通信工程系1131.1.5 2G向3G系统演进的方式 2024/8/15信息与通信工程系1141.1.5 2G向3G系统演进的方式 2024/8/15信息与通信工程系115最高时隙传输速率每时隙接入 速率时隙数阶段2Mbps 第三代分组数据业务384Kbps48Kbps 1-8EDGE171.2Kbps21.4Kbps 1-8GPRS57.6Kbps14.4Kbps 1-4HSCSD1.1.5 2G向3G系统演进的方式 2024/8/15信息与通信工程系116CSD (Circuit Switched Data,电路交换数据) GSM系统基本承载电路交数据业务,速率9.6KbpsHSCSD（High Speed Circuit Switched Data, 高速电路交换数据）时隙接入速率14.4Kbps,1-4个时隙捆绑,最高速率57.6 KbpsGPRS( General Packet Radio Services, 通用无线分组业务) 时隙接入速率为21.4Kbps,1-8个时隙捆绑,,最高速率171.2 Kbps EDGE（Enhanced Data Rates for GSM Evolution, 增强型通用无线分组业务）时隙接入速率48Kbps, 1-8个时隙捆绑, 最高速率384 Kbps第三代分组数据业务阶段,最高速率2Mbps。
1.1.5 2G向3G系统演进的方式 2024/8/15信息与通信工程系117CSD、HSCSD 电路交换型数据业务GPRS、EDGE、第三代数据业务,分组交换型数据业务 HSCSD的实现只需对GSM系统进行软件升级,硬件系统无需改变,实现简单,但由于其电路型特性,长时间的呼叫建立和多时隙的捆绑必将造成无线资源的巨大浪费,产品的生命周期不会太长,难以满足中国GSM市场的需求EDGE虽然可将速率提高到384Kbps,但从GPRS和3G的发展来看,其短暂的生存时间使得软硬件投资回收率低,也不适合中国国情 因此,目前通信系统运营商们对HSCSD及EDGE阶段都持否定态度.在我国由于移动通信网以GSM系统为主,并已做到了全国覆盖,根据我国数据通信的发展状况,一般认为移动数据通信的发展分为三步 ,即: GSM(2G)---GPRS(2.5G)---3G1.1.5 2G1.1.5 2G向向3G3G系统演进的方式系统演进的方式 2024/8/15信息与通信工程系118Iu-CSIu-CSIu-PSIu-PSIubRNSIurIubRNSAEPSTNAbisBSSPSTNPSTNGFDCHGsAbisBSSGbGnGpPDNother PLMNGiGfGrGc1.1.5 2G向3G系统演进的方式 2024/8/15信息与通信工程系119GMSC Gateway MSC 移动交换中心网关 GPRS General Packet Radio Service 通用分组无线业务GGSN Gateway GPRS Support Node GPRS网关支持接点SGSN Serving GPRS Support Node GPRS服务支持接点AN Access Network 接入网CN Core Network 核心网RAN Radio Access Network 无线接入网RNC Radio Network Controller 无线网络控制器RNS Radio Network Subsystem 无线网络子系统UMTS Universal Mobile Telecommunication System 通用移动通信系统 1.1.5 2G向3G系统演进的方式 2024/8/15信息与通信工程系120UMTS（（Universal Mobile Telecommunication System, WCDMA））的阶段标准：的阶段标准：R99、、R4、、R5、、R6R99：Release 99，1999年12月完成第一版本，每3个月修 正 一次，现已完全稳定。
R4： Release 4，2001年3月冻结，每3个月修正一次，现 已基本稳定R5： Release 5，2002年6月完成第一版本，每3个月修正 一次R6： Release 6，2003年12月完成第一版本，每3个月修正 一次最后发布期将在2004年9月或更晚些时候 “冻结”的意思是只允许进行必要的修正而推出修订版，不再添加新功能1.1.5 2G向3G系统演进的方式 2024/8/15信息与通信工程系121 ²R99是3GPP制定的标准第一个版本，并且无论在技术 的完备性和产业化程度上都是最成熟、最稳定的版本， 被3GPP通过后每三个月更新一次，2001年3月的版本 作为商用版本，其后的更新版本将能与之后向兼容 ²核心网的电路交换已经演进为电路交换和分组交换相 结合，从业务角度来说，核心网的变化有利于向用户 提供数据业务² R99标准充分体现了2G向3G平滑演进的原则1.1.5 2G1.1.5 2G向向3G3G系统演进的方式系统演进的方式R99标准特点 2024/8/15信息与通信工程系122²完成了由我国提交的TD-SCMDA技术在3GPP 的标准化工作。
²将核心网部分的电路域（CS）的承载与控制 分开（将MSC分为MSC Server 和MGW），这 是3G核心网迈向全IP的第一步，也是R4标准 最重要的特征1.1.5 2G1.1.5 2G向向3G3G系统演进的方式系统演进的方式R4标准特点（1） 2024/8/15信息与通信工程系123 R4标准特点（2）²主导思想是将传输、控制和业务分离，使 IP化从核心网逐步延伸到无线接入网和中 继 ²可提供的业务更趋向于实时和多媒体化， 并且在多样化方面也有了较大的进展1.1.5 2G1.1.5 2G向向3G3G系统演进的方式系统演进的方式 2024/8/15信息与通信工程系124 R5标准特点²真正意义上的关于全IP网络的版本 ²最主要的特点：引进了高速下行包接入HSDPA技术；支持 UTRAN/CN中的全IP传输及IP多媒体子系统IMS业务；无线 接入网络部分定义了采用IP传输的可选方式，并可实现与 ATM之间的互通²网络结构划分趋向于功能的划分1.1.5 2G1.1.5 2G向向3G3G系统演进的方式系统演进的方式 2024/8/15信息与通信工程系125R6标准特点²内容上的改进：CS第二阶段增强 、媒体广播与多播业务 、用户信息类GUP 、LAN、语音识别和语音触发业务 ²IP多媒体子系统仍然是R6标准协议制定的重点 1.1.5 2G1.1.5 2G向向3G3G系统演进的方式系统演进的方式 2024/8/15信息与通信工程系1261.1.5 2G1.1.5 2G向向3G3G系统演进的方式系统演进的方式 2024/8/15信息与通信工程系1271.1.5 2G1.1.5 2G向向3G3G系统演进的方式系统演进的方式 2024/8/15信息与通信工程系128北美北美欧洲欧洲IS-95cdma20001Xcdma20001XEV-DOcdma2000GSMTDMAGSM+GPRS,HSCSDGSM++EDGEWCDMA普通分组数据业务普通分组数据业务高速电路交换数据高速电路交换数据GSM增强数据率增强数据率1.1.5 2G1.1.5 2G向向3G3G系统演进的方式系统演进的方式 2024/8/15信息与通信工程系129上节课主要内容•第四代移动通信系统关键技术：OFDM 、MIMO 、软件无线电 智能天线、功率控制、多用户检测• 2G向3G系统演进的方式北美北美欧洲欧洲IS-95cdma20001Xcdma20001XEV-DOcdma2000GSMTDMAGSM+GPRS,HSCSDGSM++EDGEWCDMA普通分组数据业务普通分组数据业务高速电路交换数据高速电路交换数据GSM增强数据率增强数据率• 国内移动通信系统的发展状况 2024/8/15信息与通信工程系130 国内移动通信系统的发展状况 2024/8/15信息与通信工程系1311974年前 军队、公安、邮电、交通等部门专用 （74系列设备 ，频道间隔100KHz）1974年后 出租车调度系统 （80系列设备， 频道间隔50KHz）1980年 原邮电部第一研究所研制成功150MHz大区制系 统，在上海试用1984年 上海开通第一家无线寻呼台1987年 广州开通TACS系统（Ericsson设备）1992年 深圳开通CT-2，随后广州、番禺、悟洲、 绍兴、大连等地开通1993年 浙江嘉兴引进Alcatel设备开通GSM实验网1.1.6 国内移动通信系统的发展状况 2024/8/15信息与通信工程系1321994年 中国联合通信公司成立，电信、联通大规模建设 GSM系统1996年前 TACS系统A、B网互联 A网：Motorola设备，共21个省市 B网：Ericsson设备，共11个省市1997年 中国电信长城公司（邮电与军队合办） 在北京、 上海、广州、西安分别采用Motorola、三星、朗 讯、北方电讯设备开通CDMA实验系统（IS-95A）1998年 邮电部撤销，成立信息产业部、国家邮政局1999年 全国各地陆续开通无线接入系统（PHS、PAS） （小灵通） 1.1.6 国内移动通信系统的发展状况 2024/8/15信息与通信工程系1332001年 模拟移动系统退出市场（6月30日前，最迟2001年年底）2001年 联通公司在窄带CDMA实验网基础上，大规模建设全国CDMA网 2002年 中国移动开通GPRS业务（5月17日）2008年 5月电信重组 新移动 : 铁通并入移动 新联通 : CDMA网与GSM网拆分,网通并入联通 新电信: 联通 CDMA网、中国卫通并入电信2009年 3G牌照发放( 1月7日,中国移动TD—SCDMA、中国联通WCDMA、 中国电信cdma2000) 2013年 4G牌照发放( 12月4日,工信部向中国移动、中国联通及中国电信 发放TD-LTE经营许可) 2014年 4G牌照发放( 6月27日,工信部向中国联通及中国电信发放LTE-FDD 试验网许可) 1.1.6 国内移动通信系统的发展状况2015年 4G牌照发放( 2月27日,工信部向中国联通及中国电信发放LTE- FDD经营许可) 2024/8/15信息与通信工程系1341992年 引进AMPS（ AT&T设备）系统1993年 引进TACS系统（ Motorola设备）系统1995年 建设GSM系统(北方电讯设备) 1997年 中国电信长城公司采用北方电讯设备开通 CDMA实验系统（IS-95A）西安的情况1.1.6 国内移动通信系统的发展状况 2024/8/15信息与通信工程系1351987年11月~1997年7月 1000万1997年7月~1998年8月 2000万2000年9月底 6500万2001年12月底 1.45亿2003年6月底 2.3447亿2004年5月底 3.00559亿2005年6月底 3.63168亿2007年7月底 5.08亿2008年12月底 6.41亿（固话3.41亿（移动4.72亿 联通1.33亿 电信3542万）2010 年7月底 8.15亿 （固话3.03亿）2011年7月底 9.2亿 （固话2.9亿）2012年5月底 10.4亿 （固话2.8亿）2013年5月底 11.65亿 （固话2.7亿）2014年8月底 12.67亿 （固话2.55亿）2015年8月底 12.96亿 （固话2.38亿） 2016年6月底 12.966亿 （固话2.21亿）全国移动用户发展情况全国移动用户发展情况1.1.6 国内移动通信系统的发展状况 2024/8/15信息与通信工程系1361.1.6 国内移动通信系统的发展状况 2024/8/15信息与通信工程系137国内移动通信系统的发展状况 2024/8/15信息与通信工程系138国内移动通信系统的发展状况 2024/8/15信息与通信工程系139国内移动通信系统的发展状况 2024/8/15信息与通信工程系140国内移动通信系统的发展状况 2024/8/15信息与通信工程系141 A、B、C、D、G五网并存; 互不兼容，频率资源浪费; 运营市场繁荣，产业市场萧条。
1.1.6 国内移动通信系统的发展状况存在的问题 2024/8/15信息与通信工程系142三大巨头（诺基亚、摩托罗拉、爱立信） ---85% 四大家族（飞利浦、松下、西门子、NEC） ---11% 散兵游泳（三星、萨基姆、索尼、阿尔卡特、三菱） ---4%1.1.6 国内移动通信系统的发展状况终端（）市场状况 2024/8/15信息与通信工程系1431.1.6 国内移动通信系统的发展状况• 1999年，国家启动移动通信产品研发专项（基站、交换、终端）• 重点支持十家生产企业： 中兴、东方通信、海尔、TCL、科健、夏华、南方高科、奉化波导、康佳、首信。
2024/8/15信息与通信工程系1441998年 国产设备占有率为零1999年 基站2%、3%、交换设备4%2000年 基站10%、10%、交换设备12%2003年 51%2004年 60%2005年 42%2006年 28%2007年 30%2013年 60% (中华酷联、 小步金魅 ) 中兴、华为、宇龙酷派、联想、山寨机!（MTK联发科）1.1.6 国内移动通信系统的发展状况进展 2024/8/15信息与通信工程系1451.1.6 国内移动通信系统的发展状况山寨基本都使用台湾台湾联发科的MTK芯片MTK : 台湾联发科技股份有限公司（MediaTek.Inc）, 1997年成立, 全球IC设计领导厂商，专注于无线 通讯及数字多媒体等技术领域 MTK提供的芯片---交钥匙解决方案:（Turnkey solution）, 将芯片和软件平台预先整合到一起 MTK: 为山寨机提供技术基础(始作俑者? )。
2024/8/15信息与通信工程系1461.1.6 国内移动通信系统的发展状况功能极其丰富，价格极其低廉，外观极其新颖，质量极其不可靠 对山寨机的评价：对山寨机的评价： 山寨：以极低的成本模仿主流品牌产品的外 观或功能, 并加以创新，最终在外观、功 能、价格等方面全面超越这个产品的 山寨：在山寨中，逃避政府管理 包装盒上除了自己的真实厂址，什么都敢印。