移动通信理论与实战第1章移动通信概述

第 1章 移 动 通 信 概 述 课 程 内 容移 动 通 信 概 述移 动 通 信 的 前 世 今 生移 动 通 信 的 双 工 方 式移 动 通 信 频 谱 资 源 分 配 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 n 古 代 信 息 传 递 烽 火 第 一 部 电 报 机 现 代 通 信 发 展 简 史1844年 ， 塞 缪 尔 莫 尔 斯 使 用 电 报 机 发 出 了第 一 封 有 线 电 报 “ 上 帝 创 造 了 何 等 奇 迹 ”1876年 ， 贝 尔 发 明 了 有 线 电 话 ， “ 沃 森 特先 生 ， 快 来 帮 我 啊 ” 1897年 ， 马 可 尼 发 明 了 无线 收 发 报 机 ， “ 要 是 我 能指 挥 电 磁 波 ， 就 可 飞 越 整个 世 界 ” 现 代 无 线通 信 开 端 什 么 是 移 动 通 信 （ Mobile Communication） ？ 移 动 通 信 的 目 标n 个 人 通 信 (PCN:Personal Communication Networks)5Wn “ 任 何 时 间 (whenever)” 要 求 支 持 动 中 通 ： 无 线 通 信 是 前 提 n “ 任 何 人 (whoever) ” 要 求 支 持 巨 大 用 户 量 ： 频 谱 资 源 有 限 n “ 任 何 地 点 (wherever)” 要 求 无 缝 覆 盖 ： 传 输 能 力 有 限 n “ 任 何 方 式 (whatever)” 要 求 多 媒 体 ： 处 理 能 力 有 限n “ 和 任 何 人 (whomever)” 课 程 内 容移 动 通 信 概 述移 动 通 信 的 前 世 今 生移 动 通 信 的 双 工 方 式移 动 通 信 频 谱 资 源 分 配 移 动 通 信 的 前 世 今 生移 动 通 信 概 述n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 由它 负 责 移 动 通 信 的 联 络 和 控 制 。

大 区 制 移 动 通 信 网BSMS1MS3 MS2 n主 要 特 点 ：基 站 天 线 很 高 ， 几 十 几 百 米基 站 发 射 功 率 大 ： 50 200W覆 盖 半 径 ： 30 50kmn优 点 ： 网 络 结 构 简 单 ， 成 本 低n缺 点 ： 频 谱 利 用 率 低 ， 服 务 性 能差 （ 不 支 持 越 区 ） ， 容 量 小 ， 一 般用 户 几 十 几 百 个 ， 一 般 用 于 专 网 AAA BC CC BBBCA 移 动 通 信 的 前 世 今 生n小 区 制 （ 蜂 窝 通 信 ）超 短 波 传 播 距 离 有 限 频 率 复 用 ： 离 开 一 定 距 离 的 小 区 可重 复 使 用 同 一 频 率 ；利 用 频 率 复 用 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 不同 的 频 率 组相 邻 簇 重 复 使 用 相 同 的频 率 组 分 配 模 式 区 群 (簇 )优 点 ： 提 高 频 率 利 用 率 ， 组 网 灵 活 移 动 通 信 的 前 世 今 生 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 。

簇 n=19 簇 n=19 移 动 通 信 的 前 世 今 生 小 区 制 （ 蜂 窝 通 信 ）n 小 区 分 裂 &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 PLMN 大 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 缺 点 ： 网 络 构 成 复 杂 （ 越 区 切 换 控 制 ） 小 区 制 （ 蜂 窝 通 信 ）移 动 通 信 的 前 世 今 生 第 一 代 80年 代模 拟AMPSTACSNMT其 它 模拟技术 需 求驱 动 GSMCDMA IS95 TDMAIS-136PDC第 二 代 90年 代数 字数字技术 语音业务 宽带业务 第 三 代 IMT-2000UMTSWCDMACDMA2000TD-SCDMA从 1G到 4G的 时 代需 求驱 动 需 求驱 动 数据业务 第 四 代 LTEFDD-LTEUMBTDD-LTE移 动 通 信 的 前 世 今 生 多 址 技 术 CDMATDMA FDMA 移 动 通 信 的 前 世 今 生OFDMA 移 动 通 信 技 术 的 发 展n 移 动 通 信 系 统 中 基 站 的 多 路 工 作 和 移 动 台 单 路 工 作 形 成 了移 动 通 信 的 一 大 特 点 。

1)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 ）2)基 站 如 何 识 别 来 自 各 个 不 同 移 动 台 的 信 号 ？ （ 上 行 ）3)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 ）n问 题 描 述 ： 支 持 越 来 越 多 的 用 户 ？网 络 速 度 和 稳 定 性 越 来 越 好 ？ 移 动 通 信 概 述 1G的 时 代n 模 拟 蜂 窝 通 信 系 统 ， FDMA技 术n 代 表 ：北 美 的 AMPS（ 高 级 移 动 电 话 业 务 ）英 国 TACS(全 接 入 通 信 系 统 )北 欧 NMT（ 北 欧 移 动 电 话 ）n 缺 点 ：各 系 统 间 没 有 公 共 接 口 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 安 全 利 用 率 低 ， 易 于 被 窃 听 移 动 通 信 的 前 世 今 生 2G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n 代 表 ：TDMA 泛 欧 GSM、 美 国 D-AMPS和 日 本 PDCCDMA 高 通 公 司 为 首 的 基 于 IS-95的 N-CDMA2G 移 动 通 信 的 前 世 今 生 115Kbit/s 2.5GInternet引 入 GPRS后 ,全 面 提 升 分 组 数 据 通 信 的 速 率PSTNISDN9.6Kbit/s 2G的 时 代n 优 点 ：频 谱 利 用 率 高 ,话 音 质 量 高容 量 大 : 比 TACS高 35倍提 供 窄 带 ISDN业 务标 准 化 程 度 高 ,开 放 接 口 : 安 全 性 高 : TMSI,鉴 权 ,加 密可 以 与 ISDN,PSTN互 联可 以 在 SIM卡 基 础 上 实 现 漫 游 移 动 通 信 的 前 世 今 生 电 话 怎 么 老 掉 线 ？ 太 慢 了 ！用 户 密 度 急 剧 增 长数 据 业 务 需 求 不 断 提 高2G系 统 受 空 中 接 口 及 网 络能 力 的 限 制 ， 难 以 满 足 市场 的 需 求 。

But UMTS2G的 时 代移 动 通 信 的 前 世 今 生 2G的 时 代n不 足 ：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 业 务无 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n第 三 代 IMT-2000真 正 的 “ 宽 频 多 媒 体 全 球 数 字 移 动 电 话 技 术 ” ， 并与 改 进 的 GSM网 络 兼 容 工 作 在 2000MHz频 段 附 近 ； 原 计 划 于 2000年 投 入 商 用 ； 最 高 传 输 速 率 可 达 到 2000kbit/s 移 动 通 信 的 前 世 今 生 3G移 动 通 信 系 统n第 三 代 IMT-2000的 目 标更 高 的 信 息 传 输 速 率 ： 144 kbps 高 速 运 动 ； 384 kbps 步 行 运 动 ； 2Mbps 室 内 运 动 ；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 一 个 连 接 中 可 以 同 时 支 持 具 有 不 同 QoS 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 美 国 移 动 通 信 的 发 展 IS-136 DECTIMT-DS CDMA DS CDMA 2000TD-SCDMAIMT-TD CDMA TDD IMT-MC CDMA MCWCDMAUMTS FDD UMTS TDD IMT-SC TDMA SC IMT-FT FDMA/TDMA IMT 2000 Terrestrial Radio Interfaces3G移 动 通 信 系 统移 动 通 信 的 前 世 今 生 NNI 网 络 结 构 演 进移 动 通 信 的 前 世 今 生 3G主 流 技 术 比 较移 动 通 信 的 前 世 今 生 移 动 通 信 的 发 展 固 网 推 动 移 动 网 络 宽 带 化 0.1110100 1000 Cable modem ISDN ADSL ADSL2+ FTTHVDSL GPRS EDGE 3G HSPA HSPA+LTE LTE+ Today Future Past 固 网移 动 网 络 n 移 动 网 络 带 宽 紧 随 固 网n 固 网 推 动 移 动 网 络 宽 带 化Throughput (Mbps) 26 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 2G 2.5G 2.75G 3G 3.5G 3.75G 3.9G GPRS EDGE eEDGE HSDPAR5 HSUPAR6MBMS 4GMBMSCDMA 2000 1X EV-DO 802.16 e 802.16 m HSDPA HSPA+R7 FDD/TDD 4G GSM TD-SCDMAWCDMAR99 802.16 dCDMAIS95 CDMA2000 1x LTEEV-DORev. A EV-DORev. BHSUPA 4GLTE LTE是 英 文 Long Term Evolution的 缩 写 。

LTE也 被 通 俗 的称 为 3.9G， 具 有 100Mbps的 数 据 下 载 能 力 ， 被 视 作 从 3G向4G演 进 的 主 流 技 术 4G Spectrum 3G Spectrum UMTS HSDPA HSUPA HSPA+R7 LTE & HSPA+R8Higher Capacity/Data ratesReduced DelayImproved Services 20092005 2006 2007 20082004 2010 2011 什 么 是 LTEn 分 FDD和 TDD两 种 模 式n 采 用 OFDM和 MIMO技 术 ， 频 谱 利 用 率 相对 于 3G提 高 2-3倍 频 谱 利 用 率 ： 1.4MHz、 3MHz、 5MHz、10MHz、 15MHz、 20MHzn 用 户 峰 值 速 率 （ 20MHz带 宽 的 前 提 下 ） ： DL 100Mbps UL 50Mbpsn 扁 平 、 全 IP网 络 架 构 减 少 系 统 时 延 CP： 驻 留 激 活 小 于 100ms 休 眠 激 活 小 于 50ms UP： 最 小 可 达 到 5msn 控 制 面 处 理 能 力 ： 单 小 区 5M带 宽 内 不 少于 200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 较项 目 下 行 理 论 峰 值 速 率 上 行 理 论 峰 值 速 率GPRS（ CS1 2， MS最 大 8时 隙 ） 107.2kbit/s 107.2kbit/sGPRS（ CS1 4， MS最 大 8时 隙 ） 171.2kbit/s 171.2kbit/sEDGE（ MCS1 9， MS最 大 8时 隙 ） 473.6kbit/s 473.6kbit/sE-EDGE（ MS最 大 8时 隙 ） 1305.6kbit/s 652.8kbit/sUMTS WCDMA R99 2.048kbit/s 768kbit/sHSDPA 14.4Mbit/s 5.76Mbit/sHSPA+(2*2MIMO,16QAM) 28Mbit/s 11.5Mbit/sLTE(20MHz) 100Mbit/s（ 2 2天 线 ） 50Mbit/s(2 1天 线 )CDMA2000 1X RTT 307kbit/s 307kbit/sCDMA2000 EV-DORev0 2.4Mbit/s 307kbit/sCDMA2000 EV-DORevA 3.1Mbit/s 1.8Mbit/sCDMA2000 EV-DORevB （ 15个 无 线 信 道 ） 73.5Mbit/s 27Mbit/sCDMA2000 EV-DORevC 100Mbit/s 50Mbit/s802.16e WiMAX(10MHz TDD DL/UL=3,1*2SIMO) 23Mbit/s 4Mbit/s802.16e WiMAX(10MHz TDD DL/UL=3,2*2MIMO) 46Mbit/s 4Mbit/s 课 程 内 容移 动 通 信 概 述移 动 通 信 的 前 世 今 生移 动 通 信 的 双 工 方 式移 动 通 信 频 谱 资 源 分 配 TDD & FDD n 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 一方 讲 话 时 ， 都 可 听 到 对 方 的 语 音 。

实 现 双 工 通 信 可 采 用 频 域 技 术 (FDD)或 时 域 技 术 (TDD) n 频 分 双 工 FDD 频 分 双 工 (FDD):上 行 频 带 和 下 行 频 带 分 离 D D D D D DDUU 上 行 D 下 行 未 使 用 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 ， 系 统 为 每 个 用 户 提 供 了 两个 确 定 的 频 段 下 行 信 道 和 上 行 信 道 的 频 率 分配 在 整 个 系 统 中 是 固 定 的 ， 而与 某 个 特 定 的 信 道 无 关 TDD & FDD n频 分 双 工 FDD工 作 频 段 900MHz频 段 1800MHz频 段 1900MHz频 段G1频 段（ 原 E-GSM） P频 段上 行 频 率 880 890MHz 890 915MHz 1710 1785MHz 1850 1910MHz下 行 频 率 925 935MHz 935 960MHz 1805 1880MHz 1930 1990MHz双 工 间 隔 45MHz 45MHz 95MHz 80MHz载 频 间 隔 200kHz 200kHz 200kHz 200kHzGSM系 统 的 工 作 频 段第 三 代 移 动 通 信 中 的 CDMA2000和 WCDMA、 第 四 代 的 FDD-LTE 也 都 是 采 用 的 FDD的 双 工 模 式 。

TDD & FDDn时 分 双 工 TDD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 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 时 分 双 工 (TDD):上 行 频 带 和 下 行 频 带 相 同 D U D D D D DD TDD技 术 优 势n 易 于 使 用 非 对 称 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n 上 行 和 下 行 使 用 同 个 载 频 ， 故 无 线 传 播 是 对 称 的 ， 有 利于 信 道 估 计 及 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 TDD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 会导 致 快 衰 落 ， 速 度 越 高 ， 衰 落 变 换 频 率 越 高 ， 衰 落 深 度越 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 半径 明 显 小 于 FDD基 站 否 则 ， 小 区 边 缘 的 用 户 信 号 到 达 基站 时 会 不 能 同 步 n 发 射 功 率 受 限 如 果 TDD要 发 送 和 FDD同 样 多 的 数 据 ， 但是 发 射 时 间 只 有 FDD的 大 约 一 半 ， 这 要 求 TDD的 发 送 功 率要 大 n 需 要 更 复 杂 的 网 络 规 划 和 优 化 技 术 FDD & TDD混 合 组 网 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 容移 动 通 信 概 述移 动 通 信 的 前 世 今 生移 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n 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 ；n 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 。

新 增TDD-LTE 国 内 三 大 运 营 商 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 新 增TDD-LTEn TDD-LTE中 国 移 动 共 获 得 130MHz， 分 别 为 1880 -1920 MHz（ F频 段 ） 、 2320-2370 MHz（ E频 段 ） 、 2570-2620 MHz（ D频 段 ） ；中 国 联 通 获 得 40MHz， 分 别 为 2300-2320 MHz、 2555-2575 MHz；中 国 电 信 获 得 40MHz， 分 别 为 2370-2390 MHz、 2635-2655 MHz 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 新 增TDD-LTEn FDD-LTE中 国 联 通 分 别 为 1955-1980MHz(上 行 )、 2145-2170MHz(下 行 )；中 国 电 信 分 别 为 1755-1785MHz (上 行 ) 、 1850-1880MHz(下 行 )。