第九章-移動(dòng)通信系統(tǒng)1

移動(dòng)通信系統(tǒng)概論2023/2/12內(nèi)容移動(dòng)通信概述移動(dòng)通信系統(tǒng)分類移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)課程內(nèi)容及考察方式2023/2/13無(wú)線通信早期的“無(wú)線通信”:

在400-900Hz頻段:光公元前150年間用于通信的狼煙信號(hào)(中國(guó),希臘)旗語(yǔ)1794,光電報(bào),ClaudeChappe什么是無(wú)線通信:在物理上不需要相接觸的傳輸機(jī)和接收機(jī)的任何通信形式電磁波在自由空間傳播雷達(dá),射頻,微波,紅外線,光Chappe兄弟在巴黎附近的兩點(diǎn)之間建立了第一個(gè)商業(yè)旗語(yǔ)系統(tǒng)。拿破侖認(rèn)為這是一個(gè)偉大的主意。不久，旗語(yǔ)信令系統(tǒng)覆蓋了法國(guó)主要城市。旗語(yǔ)信令迅速傳播到意大利、德國(guó)和俄國(guó)。數(shù)千人受雇于工作站。旗語(yǔ)的傳遞速度是大約每分鐘15個(gè)字符。編碼手冊(cè)開(kāi)始出現(xiàn)，使整個(gè)句子可以由一些字符代替。旗語(yǔ)在英格蘭卻沒(méi)有取得成功，因?yàn)楣I(yè)革命，導(dǎo)致英格蘭煙霧太濃。ClaudeChappe旗語(yǔ)系統(tǒng)引領(lǐng)法國(guó)旗語(yǔ)系統(tǒng)達(dá)30年之久。在一種新的管理方法出現(xiàn)后，才退出歷史舞臺(tái)。在美國(guó)，尤其是從瑪撒的葡萄園（鱈魚角附近的一個(gè)島嶼）到波士頓，正是旗語(yǔ)系統(tǒng)向波士頓海關(guān)大樓匯報(bào)航行船只的活動(dòng)情況。在紐約市和舊金山市之間也是這樣的。電報(bào)的發(fā)明者，塞繆爾.F.B.摩爾斯，據(jù)說(shuō)到歐洲參觀了旗語(yǔ)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。最后一個(gè)旗語(yǔ)系統(tǒng)，位于阿爾及利亞，于1860年停止運(yùn)轉(zhuǎn)。2023/2/14移動(dòng)通信移動(dòng)性的兩個(gè)方面:使用者的可移動(dòng)性:使用者可以通過(guò)無(wú)線“隨時(shí)隨地同任何人”進(jìn)行通信設(shè)備的可移動(dòng)性:設(shè)備可以隨時(shí)隨地連接到網(wǎng)絡(luò)無(wú)線vs.移動(dòng) 舉例

固定的計(jì)算機(jī)

旅店內(nèi)使用筆記本

建筑物內(nèi)的無(wú)線局域網(wǎng)

個(gè)人數(shù)據(jù)處理機(jī)(PDA)2023/2/15移動(dòng)通信的要求使得人們產(chǎn)生了對(duì)接入到現(xiàn)有的固定網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的要求在局域網(wǎng):IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn),ETSIHIPERLAN在廣域網(wǎng):e.g.GSM,3GandISDN在因特網(wǎng):對(duì)于“普通”

IP有所增強(qiáng)的移動(dòng)IP移動(dòng)通信2023/2/16發(fā)展歷史先驅(qū)者1831法拉第證明了電磁感應(yīng)麥克斯韋(1831-79):電磁理論,麥克斯韋方程組(1864)赫茲(1857-94):通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了波在空間傳播具有電傳播的特性1888，德國(guó)的卡爾斯魯厄城市，也就是現(xiàn)在的卡爾斯魯厄大學(xué)所在地,2023/2/17發(fā)展歷史1896–GuglielmoMarconi首次證明了無(wú)線電信技術(shù)(數(shù)字的!)長(zhǎng)波傳輸,高功率傳輸?shù)那疤?>200kw)1915–紐約到舊金山的無(wú)線話音傳輸1920–馬可尼發(fā)現(xiàn)短波更小的發(fā)送機(jī)和接收機(jī),得益于電子管的發(fā)明（電子管,1906,LeeDeForestandRobertvonLieben）2023/2/18發(fā)展歷史1928–許多的電視廣播試驗(yàn)(橫過(guò)大西洋,彩色電視,電視新聞)1933–頻率調(diào)制(E.H.Armstrong（阿姆斯特朗）)1958–A-Netz

（德國(guó)）模擬的,160MHz,僅來(lái)自移動(dòng)局的連接設(shè)置,無(wú)轉(zhuǎn)交,80%的覆蓋率,在1971年有11000用戶1979–NMT，450MHz(北歐的一些國(guó)家)2023/2/19發(fā)展歷史1982–GSM標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)始目標(biāo):帶有漫游的歐洲內(nèi)的數(shù)字移動(dòng)電話體系1983–美國(guó)的AMPS的開(kāi)始(AdvancedMobilePhoneSystem,analog)1984–CT-1標(biāo)準(zhǔn)(歐洲)用于無(wú)繩電話1986–C-Netz

（德國(guó)）模擬話音傳輸,450MHz,可切換,數(shù)字信號(hào),自動(dòng)定位移動(dòng)設(shè)備直到2000投入使用,業(yè)務(wù):FAX,調(diào)制解調(diào)器,X.25,e-mail,98%的覆蓋率2023/2/110發(fā)展歷史1991–DECT標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字歐洲無(wú)繩電話(現(xiàn)今:增強(qiáng)的無(wú)繩數(shù)字通信)1880-1900MHz,~100-500m范圍,120雙通道,1.2Mbit/s數(shù)據(jù)傳輸,話音編碼,鑒定,每平方公里數(shù)以萬(wàn)計(jì)的用戶,在超過(guò)50個(gè)國(guó)家被使用1992–GSM的開(kāi)始在德國(guó)的D1和D2,全數(shù)字,900MHz,124條通道自動(dòng)定位,可切換,蜂窩狀歐洲內(nèi)的漫游–現(xiàn)今可以在全世界170多個(gè)國(guó)家業(yè)務(wù):9.6kbit/s的數(shù)據(jù)率,傳真,話音,...2023/2/111發(fā)展歷史1994–E-Netz

（德國(guó)）GSM，1800MHz,更小的單元在德國(guó)作為E-plus(199798%的人口覆蓋率)1996–HiperLAN(HighPerformanceRadioLocalAreaNetwork)ETSI,標(biāo)準(zhǔn)化類型1:5.15-5.30GHz,23.5Mbit/s推進(jìn)了類型2和3(均為5GHz)和4(17GHz)作為無(wú)線ATM網(wǎng)絡(luò)(達(dá)到155Mbit/s)1997–無(wú)線局域網(wǎng)–IEEE802.11IEEE標(biāo)準(zhǔn),2.4-2.5GHz紅外,2Mbit/s已經(jīng)開(kāi)始有許多可用產(chǎn)品2023/2/112發(fā)展歷史1998–GSM后繼者的規(guī)范UMTS(UniversalMobileTelecommunicationSystem)被歐洲提議為IMT-2000Iridium（銥星）:66顆人造衛(wèi)星(+6個(gè)備用的),1.6GHz通向移動(dòng)電話1999–附加無(wú)線局域網(wǎng)的規(guī)范IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.11b,2.4-2.5GHz,11Mbit/s藍(lán)牙,2.4Ghz,<1Mbit/s

–關(guān)于IMT-2000的決策“家族”的一些“成員”

:UMTS,cdma2000,DECT,…

–WAP(WirelessApplicationProtocol)和i-mode的開(kāi)端通過(guò)移動(dòng)電話可連接到許多（因特網(wǎng)）設(shè)備2023/2/113發(fā)展歷史2000–擁有更高數(shù)據(jù)速率的GSMHSCSD提供速率高達(dá)57,6kbit/s首次達(dá)到50kbit/s的GPRS試驗(yàn)

–UMTS拍賣/前景的競(jìng)爭(zhēng)在德國(guó)為了得到6

UMTS的許可證大約花費(fèi)了500億$!2001–3G系統(tǒng)的開(kāi)始在韓國(guó)的Cdma2000,在歐洲的UMTS,在日本的Foma(類似于UMTS)2002–大容量的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化IEEE802.16也稱WirelessMAN2023/2/114移動(dòng)設(shè)備性能尋呼機(jī)

只能接收

微小的顯示器

簡(jiǎn)單的文字信息移動(dòng)電話

話音,數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單的圖畫顯示個(gè)人數(shù)字助理

較簡(jiǎn)單的圖畫顯示

字符識(shí)別

簡(jiǎn)單化的萬(wàn)維網(wǎng)掌上電腦

很小的鍵盤

標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用軟件的簡(jiǎn)單化版本內(nèi)含控制器的傳感器筆記本電腦功能齊全標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用軟件2023/2/115用戶的活動(dòng)性在無(wú)線電接收范圍內(nèi)空間上的可移動(dòng)性當(dāng)發(fā)送和接收信號(hào)時(shí)僅僅使用資源機(jī)動(dòng)性能夠輕松地建立局域網(wǎng)遇難情境下辦公室遷移時(shí)廣告廣播網(wǎng)沒(méi)有先前的計(jì)劃配線無(wú)難度(例如歷史建筑物,火險(xiǎn)保護(hù),美觀)為什么要移動(dòng)通信?2023/2/116為什么要移動(dòng)通信?減少花銷(便宜的基礎(chǔ)構(gòu)造)可以緊急鋪設(shè)光纜發(fā)展中國(guó)家使用手機(jī)而不是挨家挨戶的鋪設(shè)同軸線較靈敏地發(fā)現(xiàn)地震，火災(zāi),…,而忽略移動(dòng)了連接器的用戶的操作!2023/2/117移動(dòng)對(duì)比于固定的特點(diǎn)由于噪聲，干擾，時(shí)變信道產(chǎn)生較快的損耗速率BER按大小順序變化環(huán)境條件e.g.發(fā)動(dòng)機(jī),光…的散發(fā)影響傳輸容量有限導(dǎo)致的低傳輸率本地大約幾Mbit/s,地域之間384Kbit/s

使用GPRS/UMTS/…更多的用戶數(shù)量，尤其在CDMA系統(tǒng)中較高的延遲和抖動(dòng)連接設(shè)置與GSM在第二個(gè)范圍內(nèi)同步,對(duì)于其他無(wú)線系統(tǒng)是幾百毫秒。2023/2/118移動(dòng)對(duì)比于固定的特點(diǎn)安全性低每個(gè)人都可以使用無(wú)線電,基站可以被模仿,因此可以吸引來(lái)自無(wú)線電話的呼叫總是要共享媒介必須找到方法共享信道必須有可靠的裝置頻率上有限制的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范來(lái)調(diào)整頻率以避免受到其他用戶的干擾考慮到各國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際性的標(biāo)準(zhǔn)也在慢慢的演進(jìn)2023/2/119交通通過(guò)DAB(DigitalAudioBroadcasting)傳送新聞，路況，天氣，音樂(lè)通過(guò)GSM,3G進(jìn)行私人通信通過(guò)GPS進(jìn)行定位跟蹤當(dāng)?shù)氐膹V告網(wǎng)絡(luò)可以接入到附近的車輛來(lái)避免事故，制導(dǎo)系統(tǒng)，冗余可以預(yù)先傳達(dá)車輛（例如公交車，快速火車）的資料以便于維護(hù)應(yīng)用2023/2/120各種應(yīng)用2023/2/121各種應(yīng)用緊急情況及早的向醫(yī)院傳送病人當(dāng)前的狀況和最初的診斷替代固定設(shè)施以防地震，臺(tái)風(fēng)，火災(zāi)危機(jī),戰(zhàn)爭(zhēng),...旅行推銷直接接觸到處存在中心地點(diǎn)的顧客資料對(duì)所有的代理數(shù)據(jù)看都是一致的移動(dòng)辦公室2023/2/122各種應(yīng)用替代固定網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳感器,e.g.,天氣,地球活動(dòng)商業(yè)展覽的靈活性歷史建筑屋內(nèi)的局域網(wǎng)娛樂(lè),教育,...室外接入因特網(wǎng)智能旅行向?qū)峁┳钚碌募皶r(shí)的位置信息Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)用于多用戶游戲2023/2/123內(nèi)容移動(dòng)通信概述移動(dòng)通信系統(tǒng)分類移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)課程內(nèi)容及考察方式2023/2/124第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)第一代:二十世紀(jì)八十年代不同國(guó)家的幾個(gè)相互競(jìng)爭(zhēng)的標(biāo)準(zhǔn)TACS(TotalAccessCommunicationSystems),始于1985英國(guó)標(biāo)準(zhǔn);歐洲的一些國(guó)家,亞洲,日本在中國(guó)首次使用蜂窩系統(tǒng)(1987年后)AMPS(AdvancedMobilePhoneService),貝爾實(shí)驗(yàn)室.世界上第一個(gè)“真正”的蜂窩系統(tǒng)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn),在中國(guó)也使用NMT(NordicMobileTelephone)北歐標(biāo)準(zhǔn);在歐洲的大部分國(guó)家被采用第一個(gè)歐洲的體系(瑞典,1981)C-Netz

(僅在德國(guó))Radiocom2000(僅在法國(guó))2023/2/125第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)模擬傳輸頻率調(diào)制,FDMA僅話音各種帶寬:NMT:450MHzfirst900MHzlaterTACS900MHzAMPS800MHz現(xiàn)今在技術(shù)落后的國(guó)家仍在使用2023/2/126第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)4個(gè)體系GlobalSystemforMobile(GSM)DigitalAMPS(D-AMPS),USCodeDivisionMultipleAccess(IS-95)–Qualcomm,USPersonalDigitalCellular(PDC),JapanGSM是至今占統(tǒng)治的地位的一個(gè)最初的pan-european在全世界的發(fā)展1993年后,至今在中國(guó)快速發(fā)展僅在美國(guó)發(fā)展較慢2023/2/127第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)1982:歐洲GSM規(guī)范的開(kāi)始(1982-1990)1983:美國(guó)AMPS的廣泛發(fā)展1984:CT-1無(wú)繩電話標(biāo)準(zhǔn)(歐洲)1991:

DECT規(guī)范歐洲數(shù)字無(wú)繩電話(現(xiàn)今:增強(qiáng)數(shù)字無(wú)繩通信)~100-500m范圍,120雙方通信,1.2Mbit/s數(shù)據(jù)傳輸,話音編碼,鑒別1992:GSM在全歐內(nèi)實(shí)施的開(kāi)始1994:DCS-18002023/2/128第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM數(shù)字式傳輸Mircocell(vs.Marcocell)Digitalmodulation,TDMA基帶:900MHz1800MHz(DigitalCellularSystem:DCS-1800)1900MHz(PersonalCommunicationSystem:PCS-1900,USonly)規(guī)格GSM-400(大區(qū)域)GSM-800(北美)2023/2/129第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)CDMAQualcomm提議專利發(fā)行主要在US,Asia使用(包括中國(guó))CodeDivisionMultipleAccess軟件容量軟件轉(zhuǎn)交(vs.hardHO)對(duì)抗多路徑衰退,RAKE規(guī)格IS-952023/2/1302?代移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM的擴(kuò)充HighSpeedCircuitSwitchedData(HSCSD)電路交換數(shù)據(jù)通信使用4slots(1slot=9.6or14.4Kbps)GeneralPacketRadioService(GPRS)分組交換(僅當(dāng)需要時(shí)使用頻譜!)撥號(hào)上網(wǎng)的速度EnhancedData-ratesforGlobalEvolution(EDGE)在無(wú)線電分界處可進(jìn)行高速率數(shù)據(jù)傳輸(3x)高達(dá)384Kbps(8slots)得益于新的調(diào)制方式(8PSK)可兼容舊的GMSK2023/2/131第3代移動(dòng)體系UMTS(UniversalMobileTelecommunicationSystem)ITU標(biāo)準(zhǔn):IMT-2000(InternationalMobileTelecommunication-2000)UMTS論壇成立于1996之后3GPP論壇成立(包含大部分的標(biāo)準(zhǔn)化討論)WidebandCDMAradiointerface但是其他的幾項(xiàng)提議也被認(rèn)為是“一致的”,包括TD-SCDMA無(wú)線電頻譜:1885-2025&2110-2200MHz2023/2/132通往3G以及未來(lái)的路GPRScdma20001XCDPDTDMA(IS-136)GSMPDCcdmaOneEDGEWCDMATD-SCDMAcdma20003X?2G推向3G的第一步3G超越3G/4GUMBTD-LTELTE-FDD產(chǎn)業(yè)化中投入商用我近年來(lái)從事的工