移动通信概论

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1、移动通信与终端讲义本课程： 【教学目标】讲授现代移动通信系统的基本概念、基本原理和关键技术。 【教学重点】移动通信信道分析、现代移动通信系统的关键技术和网络构 成、以及重要的 2G 和 3G 移动通信系统。【教学要求】掌握现代移动通信的基本概念、初步了解其发展史和发展现 状、掌握移动信道的一些基本概念和初步定量分析方法、理解现代移动通 信的关键技术、了解重要的2G和3G移动通信系统。第 1 章 移动通信概论【教学内容】移动通信的主要特点，移动通信系统的分类，常用移动通信 系统，移动通信的基本技术，移动通信的标准化。【教学要求】了解移动通信的主要特点、分类、基本技术。 【重点与难点】移动通信的基

2、本技术。【教学方法】 演示法、对比法、举例法 视觉图像法、归纳总结法等移动通信系统构成，既有有线系统，也有无线系统；移动通信课程 主要研究无线通信系统。 移动通信既有海上移动通信、空中移动通信，也有陆上移动通信； 移动通信课程主要研究公用陆上移动通信系统（PLMTS）。 移动通信是无线电通信，但不是研究点对点无线电通信，而是研究 多用户多信道共用无线电通信。 移动通信系统有多种，本书主要研究蜂窝移动通信系统。本章将先介绍通信的一些基础预备知识，而后再阐述移动通信发展的 历程，移动通信系统的特点和分类、基本组成、基本概念以及工作方式和 相关的移动通信技术的标准化问题。1. 1 预备知识一、通信的

3、概念通信：科技名词定义按照达成的协议，信息在人、地点、进程和机器之 间进行的传送。英文名称：communication一般定义：通信，指人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信 息交流与传递，从广义上指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的情 况下无论采用何种方法，使用何种媒质，将信息从某方准确安全传送到另 方。通信在不同的环境下有不同的解释，在出现电波传递通信后通信 (Communication)被单一解释为信息的传递，是指由一地向另一地进行信息 的传输与交换，其目的是传输消息。然而，通信是在人类实践过程中随着 社会生产力的发展对传递消息的要求不断提升使得人类文明不断进步。在 各种各样

4、的通信方式中，利用“电”来传递消息的通信方法称为 电信 (Telecommunication),这种通信具有迅速、准确、可靠等特点，且几乎不 受时间、地点、空间、距离的限制，因而得到了飞速发展和广泛应用；在 现今因电波的快捷性使得从远古人类物质交换过程中就结合文化交流与实 体经济不断积累进步的实物性通信(邮政通信)被人类理解为制约经济发 展的阻碍。在古代，人们通过驿站、飞鸽传书、烽火报警、符号、身体语言、眼 神、触碰等方式进行信息传递。到了今天，随着科学水平的飞速发展，相 继出现了无线电、固定电话、移动电话、互联网甚至视频电话等各种通信 方式。通信技术拉近了人与人之间的距离，提高了经济的效率，

5、深刻的改 变了人类的生活方式和社会面。通信发展简史：形体时代：通过身体、眼神、手势及山石树木等自然媒体相结合传递信息。口语时代：直立行走使得人类对信息传递方式的需求提高从而 催生了语言。文字书写时代：随着生产力的发展人类对信息记录有了需求，文字随之产生。印刷时代：1044年，毕升发明活字印刷术。1450年，日耳曼 人古腾堡发明金属活字印刷术。1837年，美国人摩斯发明电报机。1857年，横跨大西洋海底电报电缆完成。1875年，贝尔发明史上第一支 电话。1895年，俄国人波波夫和意大利 人马可尼 同时成功研制了无线电 接收机。1895年，法国的卢米埃兄弟，在巴黎首映第一部电影。1912年，泰坦尼

6、克号沉船事件中，无线电救了 700多条人命。1920年代，收音机问世。1920年代，英国人贝尔德成功进行了电视画面的传送,被誉为电 视发明人。二次大战爆发，电视事业中断，战火突显广播发送成本低、接收 容易的特性，听众再次增加。1962年，美国发射第一颗人造卫星，开启电视卫星传送的时代。 网络传播时代：1955年，美国为了大战的需要，发行了第一部军用 电子计算机。1969年，美军建立阿帕网（ARPANET），目的是预防遭受攻击时， 通信中断。1983年,美国国防部将阿帕网分为军网和民网，渐渐扩大为今天的互联网。1993年，美国宣布兴建信息高速通路计划，整合电脑、电话、电 视媒体。二、信号的概念

7、信号（也称为讯号）是运载消息的工具，是消息的载体。从广义上讲 它包含光信号、声信号和电信号等。例如，古代人利用点燃烽火台而产生 的滚滚狼烟，向远方军队传递敌人入侵的消息，这属于光信号；当我们说 话时，声波传递到他人的耳朵，使他人了解我们的意图，这属于声信号； 遨游太空的各种无线电波、四通八达的电话网中的电流等，都可以用来向 远方表达各种消息，这属电信号。人们通过对光、声、电信号进行接收， 才知道对方要表达的消息。信号对信号的分类方法很多， 信号按数学关系、 取值特征、能量功率、处理分析、所具有的时间函数特性、取值是否为实数等，可以分为确 定性信号和非确定性信号（又称随机信号）、连续信号和离散信

8、号（即 模拟信号和数字信号）、能量信号和功率信号、时域信号和频域信号、 时限信号和频限信号、实信号和复信号等。三、交换的概念在通信领域的概念：在需要运送信号时，把一些功能单元、传输通路或电信电路互连起来的过程。交换就是在用户间有目的地传递信息， 数 据交换就是数据转接。四、通信网的基本组成 通信网的模型其基本组成包括：信源、发送器、信道、接收器和信宿 五部分。(1) 信源：产生各种信息的信息源，它可以是人或机器(如计算机等)。(2) 发送器：负责将信源发出的信息转换成适合在传输系统中传输的信号。 对应不同的信源和传输系统，发送器会有不同的组成和信号变换功能，一 般包含编码、调制、放大和加密等功

9、能。(3) 信道：信号的传输媒介，负责在发送器和接收器之间传输信号。通常 按传输媒介的种类可分为有线信道和无线信道；按传输信号的形式则可分 为模拟信道和数字信道。(4) 接收器：负责将从传输系统中收到的信号转换成信宿可以接收的信息 形式。它的作用与发送器正好相反。主要功能包括信号的解码、解调、放 大、均衡和解密等。(5) 信宿：负责接收信息。12 移动通信的基本概念一、基本概念移动通信，是指通信双方或至少有一方处于运动中进行信息传输和 交换的通信方式。 P4 移动通信系统包括无绳电话、无线寻呼、陆地蜂窝移动通信、卫星 移动通信等。 移动体之间通信联系的传输手段只能依靠无线电通信，因此，无线 通

10、信是移动通信的基础，而无线通信技术的发展将推动移动通信的 发展。二、移动通信的特点 1移动通信必须利用无线电波进行信息传输 2移动通信是在复杂的干扰环境中运行 3随着移动通信业务量的需求与日俱增，移动通信可以利用的频 谱资源非常有限 4对移动台的要求高 5通道容量有限 6通信系统复杂13 移动通信的基本概念发展及现状、发展阶段从移动通信诞生到3G,移动通信发展经历了 6个阶段： 第一阶段从本世纪20年代至40 年代，为早期发展阶段。在这期间， 首先在短波几个频段上开发出专用移动通信系统,其代表是美国底特律市 警察使用的车载无线电系统。特点是专用系统开发,工作频率较低。（起步） 第二阶段从 40

11、 年代中期至60年代初期。在此期间内,公用移动通信 业务开始问世。1946年,贝尔系统在圣路易斯城建立了世界上第一个公用 汽车电话网,称为“城市系统”。随后,西德（1950 年）、法国（1956 年）、英 国（1959 年）等国相继研制了公用移动电话系统。美国贝尔实验室完成了人 工交换系统的接续问题。特点是从专用移动网向公用移动网过渡,接续方 式为人工,网的容量较小。（过渡）第三阶段从 60 年代中期至70年代中期。在此期间,美国推出了改进 型移动电话系统（1MTS），使用150MHz和450MHz频段，采用大区制、中 小容量,实现了无线频道自动选择并能够自动接续到公用电话网。德国也 推出了具

12、有相同技术水平的B网。可以说，这一阶段是移动通信系统改进 与完善的阶段，其特点是采用大区制、中小容量，使用450MHz频段，实 现了自动选频与自动接续。（改进）第四阶段从70年代中期至80年代中期。这是移动通信蓬勃发展时期。 1978年底，美国贝尔试验室研制成功先进移动电话系统（AMPS），建成了 蜂窝状移动通信网，大大提高了系统容量。 1983年，首次在芝加哥投入商 用。同年12月，在华盛顿也开始启用。之后，服务区域在美国逐渐扩大。 到 1985年3月已扩展到47个地区，约10万移动用户。其它工业化国家也 相继开发出蜂窝式公用移动通信网。日本于1979年推出800MHz汽车电 话系统（HAM

13、TS），在东京、大胶、神户等地投入商用。西德于1984年完 成C网，频段为450MHz。英国在1985年开发出全地址通信系统（TACS）, 首先在伦敦投入使用，以后覆盖了全国，频段为900MHz。法国开发出450 系统。加拿大推出450MHz移动电话系统MTS。瑞典等北欧四国于1980 年开发出NMT450移动通信网，并投入使用，频段为450MHz。这一阶 段的特点是蜂窝状移动通信网成为实用系统，并在世界各地迅速发展。（发 展）第五阶段从80年代中期开始。这是数字移动通信系统发展和成熟时期。 以 AMPS 和 TACS 为代表的第一代蜂窝移动通信网是模拟系统。模拟蜂窝 网虽然取得了很大成功，但

14、也暴露了一些问题。例如，频谱利用率低，移 动设备复杂，费用较贵，业务种类受限制以及通话易被窃听等，最主要的 问题是其容量已不能满足日益增长的移动用户需求。解决这些问题的方法 是开发新一代数字蜂窝移动通信系统。数字无线传输的频谱利用率高，可 大大提高系统容量。另外，数字网能提供语音、数据多种业务服务，并与 ISDN等兼容。实际上，早在70年代末期，当模拟蜂窝系统还处于开发阶 段时，一些发达国家就着手数字蜂窝移动通信系统的研究。到80年代中期， 欧洲首先推出了泛欧数字移动通信网（GSM）的体系。随后，美国和日本也 制定了各自的数字移动通信体制。泛欧网GSM已于1991年7月开始投入 商用，预计1

15、995 年将覆盖欧洲主要城市、机场和公路。可以说，在未来十 多年内数字蜂窝移动通信将处于一个大发展时期，及有可能成为陆地公用 移动通信的主要系统。（成熟）目前，当数字蜂窝网刚刚进入实用阶段，正方兴末艾之时，关于未来 移动通信的讨论已如火如菜地展开。各种方案纷纷出台，其中最热门的是 所谓个人移动通信网。关于这种系统的概念和结构，各家解释并末一致。 但有一点是肯定的，即未来移动通信系统将提供全球性优质服务，真正实 现在任何时间、任何地点、向任何人提供通信服务这一移动通信的最高目 标。二、我国移动通信发展现状 移动通信是我国最具发展活力的产业之一。1987年至2000年的十余 年间，我国移动通信用户

16、总数以年均 100%增长速率迅猛发展，目前已拥 有 2.1 亿用户，年产值约为2000 亿人民币，其规模已超过占美国，成为世 界上规模最大的电信市场。据有关部门预测，2005 年我国移动通信用户数 将达到 3.5 亿，普及率将由现在的 10%增加至 20%。与世界上移动通信普 及率最高的国家相比，我国移动通信的发展潜力巨大。GSM是占据我国移动通信市场绝大部分份额的移动通信技术，目前约 占我国移动通信用户总数的 97%。2001 年初，中国联通在全国范围内开始 规模发展800MHz IS-95A CDMA网络。根据其规划，至2001年CDMA网 络容量将达到1400万，至2004年CDMA网络容量将达到4000万，用户 数将达