移动通信 张燕 zy29209@163.com

教材 《移动通信》（第四版），郭梯云 等编著，西安电子科技大学出版社

第1章 概述 1.0 移动通信的基本概念 1.1 移动通信的主要特点 1.2 移动通信系统的分类 1.3 常用移动通信系统 第1章 概述 1.0 移动通信的基本概念 1.1 移动通信的主要特点 1.2 移动通信系统的分类 1.3 常用移动通信系统 1.4 移动通信的发展历史 1.5 移动通信网的性能指标 1.6 移动通信的基本技术

1.0 移动通信的基本概念 移动通信的基本概念——“动中通” 1.0 移动通信的基本概念 移动通信的基本概念——“动中通” 移动通信是指通信双方至少有一方处在移动情况下（或临时静止）的相互信息传输和交换。 移动通信的根本特征是移动性(Mobility)。 移动性有两种含义： 终端移动性(Terminal Mobility) 个人移动性(Personal Mobility)

1.1 移动通信的主要特点 必须利用无线电波进行信息传输 移动通信是在复杂的干扰环境中运行的 1.1 移动通信的主要特点 必须利用无线电波进行信息传输 移动通信是在复杂的干扰环境中运行的 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 移动通信系统地网络结构多种多样，网络管理复杂 对移动台的要求高

1.2 移动通信系统的分类 移动通信有以下多种分类方法： ①按使用对象分：民用系统和军用系统； 1.2 移动通信系统的分类 移动通信有以下多种分类方法： ①按使用对象分：民用系统和军用系统； ②按使用环境分：陆地通信、海上通信、空中通信； ③按多址方式分：频分多址(FDMA)、 时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)等；

④按覆盖范围分：广域网、城域网、局域网、个域网； ⑤按业务类型分：电话网、数据网和多媒体网； ⑥按工作方式分：单工、双工、半双工； ⑦按服务范围分：专用网和公用网； ⑧按信号形式分：模拟网和数字网。

1.2.1 工作方式 1. 单工通信

2. 双工通信 双工通信是指通信双方可同时进行传输消息的工作方式，有时亦称全双工通信。

TDD和FDD

3. 半双工通信

1.2.2 多 址 方 式 多址的实质就是信道共享。 1、频分多址(FDMA) 以频率来区分信道 特点：使用简单，信号连续传输，满足模拟话音通信，技术成熟。 缺点：多频道信号互调干扰严重，频率利用率低，容量小。

2、时分多址(TDMA) 在一个无线频道上，按时间分割为若干个时隙，每个信道占用一个时隙，在规定的时隙内收发信号。 时分多址只传数字信息，信息需经压缩和缓冲存储的过程，在实际使用时常 FDMA/TDMA复分使用。

3、码分多址(CDMA) 采用扩频通信技术，每个用户具有特定的地址码（相当于扩频中的PN码），利用地址码相互之间的正交性（或准正交性）完成信道分离的任务。 CDMA在频率、时间、空间上重叠。 优点：系统容量大，抗干扰、抗多径能力高。 4、空分多址(SDMA) 也称多光束频率复用。它通过标记不同方位的相同频率的天线光束来进行频率的复用。

三种多址方式的示意图

1.2.3 模拟网和数字网 数字通信系统的主要优点可归纳如下： (1) 频谱利用率高，有利于提高系统容量。 (2) 能提供多种业务服务，提高通信系统的通用性。 (3) 抗噪声、抗干扰和抗多径衰落的能力强。 (4) 能实现更有效、灵活的网络管理和控制。 (5) 便于实现通信的安全保密。 (6) 可降低设备成本以及减小用户手机的体积和重量。

1.2.4 通信业务 图 移动通信网络的分类

1.3 常用移动通信系统 无线电寻呼系统——数显、汉显、双向 蜂窝移动通信系统——车载、手持机 无绳电话系统——家用、公共无线接入点 1.3 常用移动通信系统 无线电寻呼系统——数显、汉显、双向 蜂窝移动通信系统——车载、手持机 无绳电话系统——家用、公共无线接入点 集群通信——警察、出租车调度 移动卫星通信系统——“铱”、全球星等 分组无线网——GPRS

1.3.2 蜂窝移动通信系统 蜂窝的基本概念 大区覆盖 小区覆盖

大区制移动通信系统 信号传输损耗，通信距离有限 单站覆盖整个区域，覆盖范围30~50km，发射功率50~200W，天线很高(>30m) 网络结构简单，频道数目少，投资少，见效快，无需无线交换直接与PSTN相连。 大区系统的局限性 覆盖范围有限 服务的用户容量有限 服务性能较差 频谱利用率低

1974，Bell实验室提出了蜂窝的概念 蜂窝系统——“小区制”系统 把整个服务区域划分成若干个较小的区域(Cell, 在蜂窝系统中称为小区)，小区半径可视用户的分布密度在1~10km左右，各小区均用小功率的发射机(即基站发射机)进行覆盖，许多小区像蜂窝一样能覆盖任意形状的服务地区。 相邻小区不允许使用相同的频道，否则会发生同道干扰。 “频率复用”的概念

蜂窝系统的特点：组网灵活，用户容量大，服务性能好，频谱利用率较高，用户终端小巧且电池使用时间长，辐射小等。 新的问题：系统复杂，越区切换，漫游，位置登记，更新和管理以及系统鉴权等。 蜂窝分类 宏蜂窝(Macro-cell) 1km~20km 微蜂窝(Micro-cell) 0.1~1km 皮蜂窝/微微蜂窝(Pico-cell) <100m

蜂窝移动通信系统组成

蜂窝移动通信系统结构 移动分系统(MS)：手持机、车载台 基站分系统(BSS)：基站收发信机(BTS)，基站控制器(BSC) 交换分系统(MSS)：移动交换机(MSC)、位置寄存器(HLR、VLR)、鉴权中心(AUC)等 操作与支持系统(OSS)：操作维护中心(OMC)、网络管理中心(NMC)等

下行链路/前向信道 上行链路/反向信道

移动通信的发展历史 1897，马可尼在陆地和一艘拖船上完成无线通信实验，标志无线通信的开始。 20世纪20年代开始出现船舶、警车、列车等专用移动通信系统。 1974年，BELL实验室提出蜂窝移动通信的概念。 1980s，第一代移动通信系统，美国的AMPS，北欧的NMT，日本的NAMTS，英国的TACS。

1990s，第二代移动通信系统，1992年商用的GSM，1991年美国提出的IS-54，1993年日本提出的PDC，1993年美国提出的IS-95。 2000s，第三代移动通信系统，WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA。

移动通信市场的发展 2007年一季度，中国移动用户已达到4.8亿，是全球第一大移动通信用户的国家，也是全球移动通信领域需求最大的市场。 移动用户的数量已经超过固定电话用户的数量。 在中国GSM网络建设中我国设备制造商所占的市场份额较小。

蜂窝移动通信的发展历程

第一代移动通信系统 以模拟通信为特征的移动通信 主要代表：美国的AMPS、英国的TACS 特点： 1、蜂窝小区系统设计——频率复用 解决大容量需求与有限频谱资源的矛盾 2、模拟系统——语音信号 3、FM传输 4、FDMA多址方式

第二代移动通信系统 以数字通信为特征的移动通信 第二代移动通信主要制式有 欧洲的GSM，TDMA制式 日本的PDC，TDMA制式 北美的DAMPS(IS-54)，TDMA制式 北美的cdmaOne(IS-95CDMA), CDMA制式

特点 微蜂窝小区结构 更优的频率复用，提高用户数量 数字化技术——语音信号数字化 新的调制方式，GMSK，QPSK等 TDMA，CDMA 第二代移动通信未完成的目标 没有形成全球统一的标准系统，无法实现全球漫游 业务单一 通信容量不足

第三代移动通信系统 IMT-2000 (International Mobile Tele-Communication 2000)第三代移动通信标准族的总称。 工作在2000MHz频段，在2000年左右商用，支持的业务速率达到2000kbps以上 第三代移动通信系统的目标： 全球化 综合化 个人化

IMT-2000采纳的3G标准

第三代移动通信系统的特点 系统容量大 为GSM的5倍以上，TACS的11倍以上 宽带CDMA技术 调制方式，QPSK/自适应调制 FDMA/TDMA/CDMA 电路交换→分组交换 从媒体(media) →多媒体(Multi-media)

移动通信的发展方向 移动网增加数据业务 固定数据业务增加移动性

Beyond3G/4G的研究 国际电信联盟(ITU)为4G制定了明确的时间表：2006-2007年完成频谱规划，2007~2008，进行4G标准的征集，2010年左右完成全球统一的标准化工作。 目前关于4G的定义尚无定论，ITU对4G的描述为：移动状态下能够达到100Mbps的传输速率，静止状态下能够实现1Gbps的速率。

移动通信的核心问题 在满足用户服务质量的前提下，提高频谱利用率，提高系统容量，提供多种服务是公众移动通信的核心问题

我国移动通信的发展概况 A网和B网 也称模拟网，是我国早期建设的移动电话网。 G网 “全球通”(GSM/900MHz)数字移动电话网 D网 是指DCS1800系统的网 C网 是指CDMA(码分多址)制式的移动电话网

移动通信的标准化 标准化工作的重要性 通信技术的多样性，实际阻碍技术发展） 网络缺乏互联，设备缺乏互通 无法大规模生产 价格昂贵 移动通信的标准化内容 技术体制标准化 网络设备标准化 测试方法标准化

国际标准化组织 国际无线电标准化工作由国际电信联盟(ITU)负责，是世界各国政府的电信主管部门之间协调电信事务方面的一个国际组织 。 ITU原由综合秘书处、国际频率登记局(IFRB)、国际无线电咨询委员会(CCIR)及国际电话电报咨询委员会(CCITT)组成。 1993年3月，ITU组织调整为： 无线通信组(CCIR+IFRB), ITU-R工作组 电信标准化组(CCITT)，ITU-T工作组 电信开发组(BDT)

第三代合作伙伴计划 (3GPP) 3rd Generation Partnership Project 旨在研究制定并推广基于演进的GSM核心网络的3G标准。3GPP的目标是实现由2G网络到3G网络的平滑过渡，保证未来技术的后向兼容性，支持轻松建网及系统间的漫游和兼容性。负责 UTRA FDD (WCDMA)空中接口技术规范 UTRA TDD (TD-SCDMA)空中接口技术规范 全球移动通信系统(GSM)的发展

UMTS，通用移动通信系统 UMTS是国际标准化组织3GPP制定的全球3G标准之一。作为一个完整的3G移动通信技术标准，除WCDMA作为首选空中接口技术获得不断完善外，UMTS还相继引入了TD-SCDMA和HSDPA技术。

第三代合作伙伴计划2 (3GPP2) 主要是制订以ANSI-41核心网为基础，CDMA2000为无线接口的第三代技术规范。 3GPP和3GPP2两者实际上存在一定竞争关系。

移动通信网的性能指标 话音质量和信噪比要求 服务等级(GOS) 呼叫中断概率 通信概率 特殊服务种类及QoS保证

1、话音质量和信噪比要求 话音质量的评定往往采用主观评定的办法，ITU将评分质量分为五级 级别 评定类别 人的印象标准 5 优 几乎无噪声和失真，细节清晰可辨 4 良 有可感觉的轻微噪声和失真 3 中 有令人烦恼的噪声和失真 2 差 有令人非常烦恼的噪声和严重失真 1 劣 语言几乎不可懂

语音传输质量的评价 主观：人的主观感觉 客观：以接收机输出端音频频带内的信噪比S/N来表示 业务种类不同，要求不同。 数据业务的要求比话音业务高 不同需求的网络，话音质量要求不同。 公网高，专网低

2、服务等级(GOS) 服务等级用呼损率B来表示 B：在一个正常运行的系统中，忙时呼叫被阻塞的概率，单位为Erlang。 服务等级决定于系统中同时发出的呼叫数、总话务量，信道数量、系统设计等 呼损率包括无线信道呼损和中继电路呼损。 我国规定：无线信道B≤0.05，在话务密度高的地区B≤0.02，中继电路B应更低。

3、呼叫中断概率 在一个小时内建立的Q次呼叫中，若N次丢失，则呼叫中断概率为N/Q，呼叫中断概率跟系统设计、干扰、越区切换等有关。

4、通信概率——网络覆盖率 移动通信由于受地形的影响和无线信号传播衰落的影响，不可能达到覆盖范围100% 通信概率是指移动用户在给定服务区域进行成功通话(达到规定通话质量)的概率。 我国公网规定：城市通信概率≥90%，农村通信概率≥50% 专网则要求较高，如铁路通信要求通信概率(在3级话音质量)≥95%

5、特殊服务种类及QoS保证 移动通信网是否支持多种业务类型（高速数据业务，实时多媒体业务等），以及对各种业务的质量保证情况，是评价移动通信网的另一指标。

1.6 移动通信的基本技术 1.6.1 调制技术 1.6.2 移动信道中电波传播特性的研究 1.6.3 多址方式 1.6.4 抗干扰措施 1.6.5 组网技术