移动通信特点及工作方式.ppt
移动通信原理,第一章 移动通信概述,目录,普通用户对移动通信的认识,功能手机、智能手机、苹果iphone、三星（Android）、小米、VIVO电话、短信、彩信、彩铃飞信、QQ、微信、易信漫游、呼叫转移2G、3G、4G、5GGSMGPRSCDMATD-SCDMAWCDMATD-LTEFDD LTE蓝牙、WiFi、SIM卡、UIM卡（C网卡）三模、双卡双待、三频、5模10频信号弱、无信号、掉线、打不通（嘟嘟、你拨打的电话已关机、你呼叫的用户不在服务区）、听不清楚、上网速度慢“你所拨打的电话不在服务区”，“你拨打的电话已经关机”,社会对通信的需求不断发展,20世纪的概念：5个W，“任何人（Whoever）在任何地方（Wherever）任何时间（Whenever）可以同任何人Whomever）进行任何形式（Whatever）的通信”。21世纪的目标，3个A：实现“任何地方、任何时候、任何人”（Anywhere,Anytime,Anyone)的通信,实现“处处、时时、人人”（everywhere,all-the-time,everyone）的通信现在和未来：IoT(Internet of Things),通信技术高速发展带来的代价,数字芯片的处理能力每个18月就增加1倍（摩尔定律）用户数据速率以指数形式增长,无线通信技术的速率发展速度,无线通信的速率每5年增加10倍,通信高速发展带来：频谱资源紧张能量资源浪费运营商利润降低,1.1 移动通信发展简述,移动通信的定义：是指通信双方或至少有一方在运动状态下进行信息交换的通信体制,先驱者：1946年推出第一个移动电话AT&T,1.1 移动通信的发展,1.1.1 世界移动通信的发展,1.1.2 中国移动通信的发展,世界移动通信的发展,现代移动通信技术的发展始于20世纪20年代,大致经历了五个发展阶段。,一、第一阶段从20世纪20年代至40年代初，为移动通信 早期发展阶段。,特点：1.主要应用在专用系统和军事通信领域;2.使用的波段为短波波段（330MHz）;3.移动通信的设备采用电子管，又大又笨重，通信效果差;4.采用人工交换和人工切换频率的控制和接续方式。,其代表系统是1921年美国底特律警察厅开始使用的车载无线电系统，该系统工作频率为2MHz。,世界移动通信的发展,特点：开始应用于民用系统；在频段使用上，开始使用VHF的150MHz，到了后来又发展到400MHz频段；由于晶体管的出现，使移动台向小型化方面大大前进了一步，通信效果也比以前有了明显的好转；从人工交换到专用自动交换系统。,二、第二阶段从20世纪40年代至60年代末，移动通信取 得了进一步的发展。,美国、英国、日本、西德等国家开始使用汽车公用无线电话（MTS或IMTS），如1946年美国的圣路易斯城建立了世界上第一个公共汽车电话系统。,世界移动通信的发展,三、第三阶段从20世纪70年代至80年代末，移动通信开始了空前的快速发展。,特点：开始运用于个人通信领域；在频段使用上，使用频段为800/900MHz；移动设备小型化，系统大容量化；集成交换系统。,这个时期的系统的主要技术是模拟调频、频分多址，以模拟方式工作，加之以蜂窝小区进行组网，故称为模拟蜂窝移动通信系统。其典型系统包括AMPS系统、TACS系统和NMT系统等。,世界移动通信的发展,四、第四阶段从20世纪90年代至20世纪末，这是数字移动通信系统发展和成熟时期。,随着超大规模集成电路和低速率语音编码技术的出现，数字通信技术表现出了比模拟技术更突出的优越性，在移动通信领域也出现了数字技术取代模拟技术的趋势。,数字蜂窝移动通信系统是以数字传输、时分多址或码分多址为主体技术，采用蜂窝结构组网的系统。,习惯上将模拟蜂窝移动通信系统称为1G（第一代移动通信），将数字蜂窝移动通信系统称为2G（第二代移动通信）,典型的2G系统包括：GSM系统、IS-95 CDMA系统、DAMPS系统和JDC系统。,第四阶段从20世纪90年代至20世纪末,第四阶段从20世纪90年代至20世纪末,世界移动通信的发展,五、第五阶段开始于2000年左右，为宽带蜂窝移动通信系统具体的设计、规划和实施阶段。,2G面临一些不足之处：,1.不能满足未来用户的业务需求；2.不能满足用户容量的发展需求；3.几个主流技术相互之间并不兼容。,因此，在2G广泛应用的同时，以提供宽带高速数据业务为特点的第三代移动通信（3G）技术已经成为了移动通信领域的一个新的研究热点。,第五阶段开始于2000年左右,3G的目标主要包括以下几个方面：,1.全球漫游，以低成本的多模手机来实现。全球具有公用频段，用户不再限制于一个地区和一个网络，而能在整个系统和全球漫游。2.适应多种环境，采用多层小区结构，即宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝，将地面移动通信系统和卫星移动通信系统结合在一起，与不同网络互通，提供无缝漫游和业务一致性。3.能够提供高质量的多媒体业务。4.充足的系统容量、强大的多种用户管理能力、高保密性和高服务质量。,第五阶段,开始3G的研究,当时称为 FPLMTS,FPLMTS正式更名为IMT-2000,1998.6.30ITU共收到10种地面无线传输方案,2000.5CDMA2000 WCDMA TD-SCDMA,ITU,4G 简介,4G是第四代移动通信及其技术的简称，是一种能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术。4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到50Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求，速度通常与3G相比快2030倍。价格方面：4G与固定宽带网络在价格方面不相上下，而且计费方式更加灵活机动，用户完全可以根据自身的需求定制所需的服务。4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比拟的优越性。,4G 标准,LTELTE(Long Term Evolution,长期演进)项目是3G的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。根据4G牌照发布的规定，国内三家运营商中国移动、中国电信和中国联通都拿到了TD-LTE制式的4G牌照，中国联通和中国电信还获得了LTE-FDD的牌照。LTE-AdvancedLTE-Advanced的正式名称为 Further Advancements for E-UTRA，是 一个后向兼容的技术，完全兼容LTE。LTE-Advanced包含 TDD和FDD两种制式，其中TD-SCDMA将能够演进到TDD制式，而WCDMA网络能够演进到FDD制式。中国移动主导的TD-SCDMA网络期望能够直接绕过HSPA+网络而直接进入到LTE。,WiMaxWiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access)，即全球微波互联接入，WiMAX的另一个名字是IEEE 802.16。WiMAX的技术起点较高，WiMax所能提供的最高接入速度是70M，这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍。Wireless MANWirelessMAN-Advanced实际上是WiMax的升级版，即IEEE 802.16m标准，802.16系列标准在IEEE正式称为WirelessMAN，而WirelessMAN-Advanced即为IEEE 802.16m。其中，802.16m最高可以提供1Gbps无线传输速率，该标准还支持“高移动”模式，能够提供1Gbps速率。,4G 标准,1.1 移动通信的发展,1.1.1 世界移动通信的发展,1.1.2 中国移动通信的发展,1.1.2 中国移动通信的发展,我国移动通信发展起步较晚，移动通信在我国的快速发展也仅仅20多年，但发展速度和规模令世人瞩目，目前，中国移动已经成为世界上第一大运营商，中国拥有全世界最多的手机用户群。,中国移动历年移动用户数统计,1.1.2 中国移动通信的发展,据工信部统计，我国移动电话用户总数约12.9亿户。其中中国移动2015年1月份净增用户数192.1万，4G用户数突破1亿，达1.06797亿户，3G用户2.41024亿户，中国移动用户数总计8.08555亿户。中国电信2015年1月新增移动用户数据105万，其中3G用户净增212万，移动用户数累计达1.8667亿。中国联通2015年1月份净增移动用户数仅8.3万，累计用户总数接近3亿。,1.1.2 中国移动通信的发展,二、第二代移动通信（2G）,我国于1994 年10月在广东开通了第一个省级GSM 数字蜂窝移动网。1995年4月原邮电部在全国15个省市相继建设了GSM网，同年7月中国联通在京、津、沪、穗（广州）4个地区开通了GSM网络。,CDMA在我国的发展开始于1997年底，当时首先在北京、上海、西安、广州4个城市开通了CDMA商用实验网。该网被称作长城网。2001年1月，长城网经过资产清算后，正式移交中国联通。2001年2月，联通CDMA网络建设的具体筹划工作正式展开。2002年1月中国联通CDMA网开通。,1.1.2 中国移动通信的发展,系统容量提高；话音质量更好；便于实现通信安全保密；能提供多种业务服务，提高通信系统的通用性；能实现更有效灵活的网络管理和控制；可降低设备成本和减小用户手机的体积和重量。,与1G相比，2G的特点：,1.1.2 中国移动通信的发展,三、第2.5代移动通信（2.5G）,2.5G移动通信技术是从2G迈向3G的衔接性技术。通常所说的2.5G包括：,GPRS（General Packet Radio Service,通用分组无线业务）CDMA2000-1X（码分多址2000-1X）,相比2G（GSM和IS-95 CDMA），2.5G技术支持分组数据，实现了更高的数据传输率(GPRS最高可以达到171.2Kbps的数据率，CDMA2000-1X最高可以达到307.2Kbps的数据率）。,1.1.2 中国移动通信的发展,2002年5月17日,中国移动GPRS业务正式投入商用。,2003年1月28日,上海联通率先开通CDMA1X网络,标志着中国联通的CDMA移动通信全面进入了真正的2.5G。,2003年3月28日，中国联通在京宣布，CDMA1X网络正式建成开通，同时联通还发布了名为“联通无限”（U-MAX)的无线数据业务品牌。,2.5G在中国,1.1.2 中国移动通信的发展,四、第3代移动通信（3G）,3G是在2G数字化基础上，以业务多媒体化为主要目标。2009年1月7日，工业和信息化部为中国移动、中国联通和中国电信发放了3张3G牌照，此举标志着我国正式进入3G时代。其中，批准中国移动增加基于TD-SCDMA标准的3G牌照，中国联通增加基于WCDMA标准的3G牌照。中国电信增加基于cdma2000标准的3G牌照。,1.1.2 中国移动通信的发展,中国移动启动TD-SCDMA试商用网络公开招标，覆盖8城市(北京、上海、天津、沈阳、秦皇岛、广州、深圳、厦门),4月，8个城市启动TD-SCDMA试商用。8月，中国电信在广州部署的CDMA2000试验网。8月8日,中国兑现TD服务奥运承诺。9月，中国移动宣布启动TD-SCDMA二期建设。12月，中国联通在7城市推WCDMA试验网。,1月7日，工信部为中国移动、中国电信和中国联通发放3张3G牌照，此举标志着我国正式进入3G时代。,2013年12月4日下午，工业和信息化部向中国联通、中国电信、中国移动正式发放了第四代移动通信业务牌照（即4G牌照），中国移动、中国电信、中国联通三家均获得TD-LTE牌照，此举标志着中国电信产业正式进入了4G时代。TD-LTE频谱规划说明：中国移动获得130MHz频谱资源，分别为1880-1900 MHz、2320-2370 MHz、2575-2635 MHz；中国联通获得40MHz频谱资源，分别为2300-2320 MHz、2555-2575 MHz；中国电信获得40MHz频谱资源，分别为2370-2390 MHz、2635-2655 MHz。,4G 牌照,目录,1.2 移动通信的特点,一、移动通信的定义,所谓移动通信，是指通信双方或至少有一方处于移动中进行信息传输和交换的通信方式。,二移动通信的特点,1.移动通信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.随着业务量的增加，可利用的频谱资源会出现受限;,4.对移动台的要求高;,5.通信容量有限;,6.通信系统复杂。,1.2 移动通信的特点,利用无线电波进行信息传输复杂的无线传播环境导致信号衰落需要确保信号传输的质量在强干扰环境下工作外部干扰自身干扰互调干扰（Intermodulation interference）邻道干扰（Adjacent channel interference）共道干扰（Co-channel Interfere）,1.2 移动通信的特点,自 身 干 扰,互调干扰,两个或多个信号作用在通信设备的非线性器件上时，可能会产生与有用信号频率相近的组合频率，从而构成干扰,邻道干扰,相邻或邻近的信道（或频道）之间，由于一个强信号串扰弱信号而造成的干扰,同频干扰（蜂窝系统特有）,相同载频之间的干扰,通信容量受限无线频谱资源有限需要有效利用频率的措施通信系统复杂涉及位置区的变化涉及安全问题对终端要求高要求稳定可靠要求携带方便要求低功耗要求能耐高低温,1.2 移动通信的特点,1.2 移动通信的特点,无线频谱资源受限无线频谱是一种资源无线频谱可以正交分割(时间/频率/空间)相同时间/频率/空间上不能同时应用用于通信的无线频谱资源奇缺性能评价传输性能指标:误码率、传输速率、频谱效率、时延、QoS、QoE 网络性能指标：用户数、系统吞吐率、切换成功率、掉线率.,1.2 移动通信的工作频段,早期的移动通信主要使用VHF(Very high frequency)和UHF(Ultra High Frequency)频段，其主要原因有以下三点：,1.VHF(30-300MHz)UHF(300-3000MHz)频段较适合移动通信。从VHFUHF频段的电波传播特性来看，主要是在视距范围内传播，一般为几到几十公里，比较适合移动通信。,3.抗干扰能力强。由于工业火花干扰及天电干扰等属脉冲干扰，随着频率增高，干扰幅度减小。从而使工作在VHFUHF频段的设备,可以用较小的发射功率，获得较好的信噪比。,2.天线较短，便于携带和移动。天线长度决定于波长，移动台中使用最多的是4的鞭状天线。,2G、3G 移动通信频谱,GSM890915 MHz（移动台发、基站收）935960 MHz（基站发、移动台收）17101755 MHz（移动台发、基站收）18051850 MHz（基站发、移动台收）CDMA2000824849 MHz（移动台发、基站收）869894 MHz（基站发、移动台收）WCDMA1920-1935MHz（移动台发、基站收）2110-2125MHz（基站发、移动台收）,4G移动通信频谱,TD-LTE频段：中国移动分配130MHz带宽，分别为1880-1900 MHz、2320-2370 MHz、2575-2635 MHz；中国联通分配40MHz带宽，分别为2300-2320 MHz、2555-2575 MHz；中国电信分配40MHz带宽，分别为2370-2390 MHz、2635-2655 MHz。FDD LTE频段：中国电信分配1.8GHz 频段，60MHz带宽(1755-1785MHZ/1850-1880MHz)；中国联通分配 2.1GHz 频段，50MHz带宽(1955-1980MHz/2145-2170MHz)。,目录,1.4 移动通信的工作方式,单工通信,双工通信,半双工通信,移动中继方式,单工通信,一、单工通信,单工通信是指通信双方电台交替地进行收信和发信。,1.定义,2.原理图,单工通信示意图,单工通信,3.分类,根据收、发频率的异同，又可分为：,同频单工,异频单工,同频是指通信的双方，使用相同工作频率（f1），操作采用“按讲”（push to talk，PTT）方式。平时，双方的接收机均处于收听状态。,是指通信的双方使用两个不同频率f1和f2，而操作仍采用“按讲”方式。由于收发使用不同的频率，同一部电台的收发信机可以交替工作，也可以收常开，只控制发，即按下PTT发射。,单工通信,4.特点,同频单工的优点：,缺点:,设备简单；,移动台之间可直接通话，不需基站转接；,不按键时发射机不工作，因此功耗小。,当附近有邻近频率的电台发射时，容易造成强干扰。,只适用于组建简单和甚小容量的通信网；,当有两个以上移动台同时发射时，会出现同频干扰；,双工通信,是指通信的双方，收发信机均同时工作，即任一方在发送的同时，也能收听到对方的话音。,二、双工通信,频分双工（FDD）,1.定义,2.分类,时分双工（TDD）,双工通信,3.频分双工原理图,图1-3 频分双工通信,双工通信,4.特点,缺点：,优点：,用户使用方便。,收发频率分开，可大大减小干扰；,移动台在通话过程中总是处于发射状态，因此功耗大；,移动台之间通话需占用两个频道；,设备较复杂，价格较贵。在无中心台转发的情况下，异频双工电台需配对使用，否则通信双方无法通话。,半双工通信,半双工通信通信双方，一方使用双频双工方式，即收发信机同时工作另一方使用双频单工方式，即收发信机交替工作,移动中继方式,目的 扩展通信距离基本方式单工中继中继站只需一套收发信机，采用全向天线双工中继中继站需两套收发信机，采用两副定向天线，对准中继方向,目录,1.5 移动通信的分类及应用系统,民用设备 陆地通信使用对象 使用环境 海上通信 军用设备 空中通信 频分多址（FDMA）广域网多址方式 时分多址（TDMA）覆盖范围 局域网 码分多址（CDMA）个域网 电话网 专用网业务类型 数据网 服务范围 综合业务网 公用网 同频单工工作方式 双频单工 模拟 双频双工 信号形式 半双工 数字,1.5 移动通信的应用系统,蜂窝式公用移动通信系统集群调度移动通信系统无绳电话系统无线电寻呼系统卫星移动通信系统无线LAN/PAN,移动通信系统实例,蜂窝式公用移动通信系统,蜂窝式公用陆地移动通信系统适用于全双工工作、大容量公用陆地移动通信可与公用电话网中任何一级交换中心相连接，实现移动用户与本地电话网用户、长途电话网用户及国际电话网用户的通话接续与公用数据网相连接，实现数据业务的接续具有越区切换、自动或人工漫游、计费及业务量统计等功能,蜂窝式公用移动通信系统,集群调度移动通信系统,集群调度移动通信系统属于调度系统的专用通信网，系统所具有的可用信道可为系统的全体用户共用，具有自动选择信道功能，它是共享资源、分担费用、共用信道设备及服务的多用途、高效能的无线调度通信系统系统一般由控制中心、总调度台、分调度台、基地台及移动台组成,无绳电话系统,PTSN的终端无绳接入方案，是PTSN的增强应用，适用于低速移动、较小范围内的移动通信代表：个人便携电话系统（Personal Handy Phone System,PHS）、个人接入系统（Personal Accesss System,PAS）、泛欧数字无绳电话（Digital European Cordless Tekephone,DECT）、个人接入通信系统（Personal Accesss Communication System,PACS）,无线电寻呼系统,无线电寻呼系统是一种单向通信系统，必须依赖于电话网 或移动网存在无线电寻呼系统的用户设备是袖珍式接收机，称作袖珍铃，俗称“BB机”，这是由于它的振铃声近似于“BB”声音之故无线电寻呼系统由通信网(PLMN或PSTN)、寻呼控制中心、基站、寻呼终端构成,卫星移动通信系统,利用卫星中继，在海上、空中和地形复杂而人口稀疏的地区中实现移动通信特点：不受陆海空位置条件限制、受地物影响很小，频率资源充足、通信容量大、覆盖范围广代表：铱（Iridium）系统和全球星（Global star）系统,无线LAN,无线LAN是无线通信的一个重要领域。IEEE802.11、802.11a/802.11b以及802.11g等标准已相继出台，为无线局域网提供了完整的解决方案和标准无线LAN的作用不再局限于有线网络的补充和扩展,已经成为计算机网络的一个重要组成部分。现在，一般移动通信智能终端可支持以WLAN方式接入互联网,1.6 移动通信网络发展-融合化,移动通信网络发展-分离化,端,接入网,核心网,管,云,应用,应用,Wireless Supports People Navigating,Thank You!,
