第4讲远程通信技术讲述资料课件

物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术1物联网技术概论物联网技术概论电子信息系电子信息系 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术2n远程通信概述远程通信概述n多路复用技术多路复用技术nCDMA通信系统通信系统n3G无线通信系统无线通信系统n卫星通信系统卫星通信系统 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术3远程网络技术远程网络技术 物联网由各种无线和有线网络组成，如下图所示。其中远程网络（长距离网络），主要包括GPRS、3G等长距离无线通讯网络及互联网等有线网络，是物联网的传输网络和接入网络的重要组成部分。3 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术4远程网络技术远程网络技术 通过现有互联网、广电网络、移动通信网络或者未来NGN网络(下一代网络)，实现数据的传输与计算。在传输网络产业影响主要是带动现有网络升级以及下一代网络开发。物联网传感层，获得的信息，将通过接入网络层（如接入互联网或3G网络等远程网络）进行信息传输，下图是采用远程网络接入物联网的一个结构示意图。4 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术5uu远程通信概述远程通信概述远程通信概述远程通信概述远程通信（Telecommunication）：源于希腊语“远程”（Greek tele，遥远的）和通信（communicate，共享）。指在连接的系统间，通过使用模拟或数字信号调制技术进行的声音、数据、传真、图像、音频、视频和其它信息的电子传输。数字通信相比模拟通信：抗干扰能力强；远距离传输仍能保持质量；适用于各种通信业务要求、便于实现统一的综合业务数字网便于采用大规模集成电路便于实现加密处理便于实现通信网的计算机管理数模变换AD（抽样、量化、编码）与模数变换DA。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术6u多路复用技术多路复用技术多路复用技术多路复用技术复用（Multiplexing）是通信技术中的基本概念。信道A1A2B1B2C1C2信道信道(a)不使用复用技术共享信道A1A2B1B2C1C2复用分用(b)使用复用技术 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术7u频分复用频分复用 FDM(Frequency Division Multiplexing)用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（频率带宽）频率时间频率1频率2频率3频率4频率5 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术8u波分复用波分复用 WDM(Wave Division Multiplexing)波分复用就是光的频分复用。1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm82.5Gb/s1310nm20Gb/s复用器分用器EDFA120km光调制器光解调器 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术9u时分复用时分复用 TDM(Time Division Multiplexing)时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM 帧），每个用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。每个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是 TDM 帧的长度）。TDM 信号也称为等时(isochronous)信号。时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术10频率时间B C DB C DB C DB C DAAAAA在TDM帧中的位置不变TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术11频率时间C DC DC DAAAABBBB C DB在TDM帧中的位置不变TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术12频率时间BDBDBDAAAA BCCCC DC在TDM帧中的位置不变TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术13频率时间B CB CB CAAAA B CDDDDD在TDM帧中的位置不变TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术14ABCDaabbcdb cattttt4个时分复用帧#1acbcd时分复用#2#3#4用户 时分复用可能会造成线路资源的浪费：使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据传送的突发性，用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术15第一代移动通信：模拟语音1928年，美国普度(Purdue University)大学的学生发明了超外差无线电接收机，随后被美国底特律警察局利用并建立了世界上第一个移动通信系统(车载无线电系统)。1946年，贝尔系统在圣路易斯建立起了第一个可用于汽车的电话系统。西德、法国和英国分别于1950年、1956年和1959年完成了公用移动电话系统的研制。现代移动通信：物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术16第一代移动通信：模拟语音20世纪60年代，美国开始使用中小容量的改进移动电话系统IMTS。IMTS有两个频率分别用于接收和发送功能。IMTS支持23个信道，频率范围为150450MHz。在一个大区域中只用一个基站覆盖的设计被成为大区制。大区制有以下特点特点：基站覆盖面积大发射功率大可用频率带宽有限，系统容量小适用于专业网，不适合商用 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术17第一代移动通信：模拟语音1982年，为了解决大区制容量饱和的问题，美国贝尔实验室发明了高级移动电话系统AMPS。AMPS提出了“小区制小区制”，“蜂窝单元蜂窝单元”的概念，是第一种真正意义上的“蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统”，同时采用频率复用（Frequency Division Multiplexing,FDM）技术，解决了公用移动通信系统所需要的大容量要求和频谱资源限制的矛盾。100千米范围之内，IMTS每个频率上只允许一个电话呼叫；AMPS以允许100个10千米的蜂窝单元，从而可以保证每个频率上有1015个电话呼叫。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术18系统结构系统结构每一个蜂窝单元有一个基站负责接收该单元中电话的信息。基站连接到移动电话交换局（Mobile Telephone Switching Office,MTSO）。MTSO采用分层机制，一级MTSO负责与基站之间的直接通信；高级MTSO则负责低级MTSO之间的业务处理。移交：移交：当电话在蜂窝单元之间移动的时候，基站之间会通信，从而交换控制权，避免信道分配不错导致信号冲突。基站对于电话用户控制权的转换也称为“移交”。“软移交”：用户通话保持连贯。“硬移交”：老的基站需要停止用户通话。u蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术19u蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统移动蜂窝区的理想形状是正六边形，每个小区包含一个基站BS，每个基站包含若干套收发机，其有效覆盖范围决定于发射功率、天线高度等因素，一般为几千米。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术20第二代移动通信：数字语音第二代移动通信技术：第二代移动通信技术：数字制式数字制式支持传统语音通信、文字和多媒体短信支持一些无线应用协议900/1800MHz GSM移动通信工作在900/1800MHz频段无线接口采用TDMA技术，核心网移动性管理协议采用MAP协议800MHz CDMA移动通信工作在800MHz频段，核心网移动性管理协议采用IS-41协议无线接口采用窄带码分多址（CDMA）技术 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术21GSM系统GSM是一种蜂窝网络系统，蜂窝单元按照半径可以分为：宏蜂窝宏蜂窝：覆盖面积最广，基站通常在较高的位置，例如山峰微蜂窝微蜂窝：基站高度普遍低于平均建筑高度，适用于市区内微微蜂窝微微蜂窝：室内，影响范围在几十米以内伞蜂窝伞蜂窝：填补蜂窝间的信号空白区域GSM后台网络系统包括以下模块系统：基站系统基站系统，包括基站和相关控制器网络和交换系统网络和交换系统，也称为核心网，负责衔接各个部分GPRS核心网核心网，可用于基于报文的互联网连接，为可选部分身份识别模块身份识别模块，也称为SIM卡，主要用于保存手机用户数据 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术22CDMA系统CDMA在蜂窝移动通信网络中的应用容量在理论上可以达到AMPS容量的20倍。CDMA可以同时区分并分离多个同时传输的信号。CDMA有以下特点特点：抗干扰性好抗多径衰落保密安全性高容量质量之间可以权衡取舍同频率可在多个小区内重复使用 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术23GSM移动通信移动通信GSM 数字蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统（NSS）、无线基站子系统(BSS)和移动台（MS）三大部分组成，如图所示：23 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术24CDMA（Code Division Multiple Access，CDMA）系统，是采用CDMA技术的数字蜂窝移动通信系统，简称CDMA系统。它是在扩频通信技术上发展起来的。由于扩频技术具有抗干扰能力强、保密性能好的特点，20世纪80年代就在军事通信领域获得了广泛的应用。为了提高频率利用率，在扩频的基础上，人们又提出了码分多址的概念，利用不同的地址码来区分无线信道。码分多址码分多址码分多址码分多址CDMACDMA 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术25 CDMA系统是以扩频调制技术和码分多址接入技术为基础的数字蜂窝移动通信系统，不同用户传输的信息是靠各自不同的编码序列来区分的。信号在时间域和频率域是重叠的，用户信号是靠各自不同的编码序列Ci 来区分的。OW 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术26CDMA同时也是在FDMA和TDMA技术的基础上发展起来的。与FDMA和TDMA相比，CDMA具有许多独特的优点，其中一部分是扩频通信系统所固有的，另一部分则是由软切换和功率控制等技术所带来的。CDMA移动通信网是由扩频、多址接入、蜂窝组网和频率再用等多种技术结合而成，因此它具有抗干扰性好、抗多径衰落、保密安全性高和同频率可在多个小区内重复使用等优点，所要求的载干比(C/I)小于1，容量和质量之间可做权衡取舍。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术27uuCDMACDMA系统特点系统特点系统特点系统特点系统容量大。设总频带为1.25MHz，FDMA(如AMPS)系统每小区的可用信道数为7，TDMA(GSM)系统每小区的可用信道数为12.5，CDMA(IS-95)系统每小区的可用信道数为120。同时，在CDMA系统中，还可以通过话音激活检测技术进一步提高容量。理论上CDMA移动网容量比模拟网大20倍，实际要比模拟网大10倍，比GSM要大45倍。保密性好。在CDMA系统中采用了扩频技术，可以使通信系统具有抗干扰、抗多径传播、隐蔽、保密的能力。软切换。CDMA系统中可以实现软切换。所谓软切换，是指先与新基站建立好无线链路之后才断开与原基站的无线链路。因此，软切换中没有通信中断的现象，从而提高了通信质量。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术28软容量。CDMA系统容量与载干比有关，当用户数增加时，仅仅会使通话质量下降，而不会出现信道阻塞现象。因此，系统容量不是定值，而是可以变动的。因为在CDMA系统中，所有移动用户都占用相同带宽和频率。我们可以将带宽想像成一个大房子，所有的人将进入惟一的一个大房子。如果他们使用完全不同的语言，就可以清楚地听到同伴的声音，而只受到一些来自别人谈话的干扰。在这里，屋里的空气可以被想像成宽带的载波，而不同的语言即被当作编码，我们可以不断地增加用户，直到整个背景噪音限制住了我们。如果能控制住每个用户的信号强度，在保持高质量通话的同时，我们就可以容纳更多的用户了。频率规划简单。用户按不同的序列码区分，所以相同CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术29远程网络发展过程29 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术30第三代移动通信：数字语音与数据第三代移动通信（第三代移动通信（3G）可以提供所有2G的信息业务，同时保证更快的速度，以及更全面的业务内容，如移动办公，视频流服务等。3G的主要特征是可提供移动宽带多媒体业务，包括高速移动环境下支持144Kbps速率，步行和慢速移动环境下支持384Kbps速率，室内环境则应达到2Mbps的数据传输速率，同时保证高可靠服务质量。人们发现从2G直接跳跃到3G存在较大的难度，于是出现了一个2.5G（也有人称后期2.5G为2.75G）的过渡阶段。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术312G迈向3G的过渡产业HSCSDGSM网络的升级版本透过多重时分并行传输，速率比GSM网络快5倍动态提供不同的纠错方式GPRS(通用分组无线业务通用分组无线业务)基于传统GSM的产物改造现有基站系统，利用GSM网络中未使用的TDMA信道，速率可以达到114Kbps立即联机EDGE俗称2.75G，是GPRS到3G之间的过渡产业传输速率可以达到384Kbps主张利用现有的GSM资源 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术32GPRS主要应用领域主要应用领域 GPRS主要的应用领域可以是：E-mail电子邮件、WWW浏览、WAP业务、电子商务、信息查询、远程监控等。Local areanetworkServerRouterLocal areanetworkServerRouterCorporate 2Corporate 1Intra-PLMNbackbonenetwork(IP based)Serving GPRSSupport Node(SGSN)Gateway GPRSSupport Node(GGSN)GPRS INFRASTRUCTUREHLR/AuCMSCBSCBTSPacketnetworkPSTNPacketnetworkSS7NetworkPacketnetworkDatanetwork(Internet)PacketnetworkInter-PLMNBackbonenetworkBorder Gateway(BG)GbGrGdGi.IPFirewallFirewallUmSMS-GMSCGrGdGsGsGpGnGnEIRMAP-FAGc 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术33IMT-2000第三代移动通信系统最早于1985年由ITU TG8/1提出，最初名为FPLMTS（Future Public Land Mobile Telecommunication System），后在1996年更改为“IMT-2000”。数字2000蕴含了三层含义：希望该系统能在2000年全面应用到市场；希望3G能在2000MHz的频率上运行；希望可以3G保证2000KHz的带宽。1999年，IMT-2000无线接口技术规范建议被通过。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术343G无线接口标准传统的窄带TDMA技术远远不能满足3G系统的高带宽要求，而CDMA的编码方式才是现行3G通信标准的基础。图中关于CDMA技术的3个标准分别是：IMT-DS，对应于W-CDMAIMT-MC，对应于CDMA2000IMT-TD，对应于TD-SCDMA和UTRA-TDD 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术35u3G3G移动通信系统移动通信系统移动通信系统移动通信系统第一代移动通信系统：采用FDMA方式的模拟移动蜂窝系统，由于其系统容量小，不能满足移动通信业务的迅速发展，目前已逐步被淘汰。第二代移动通信系统：采用TDMA或窄带CDMA方式的数字移动蜂窝系统，它是目前世界各国所广泛采用的移动通信系统，系统在容量、通信质量、功能等方面比第一代移动通信系统有了很大提高。第三代移动通信系统：它包括地面系统和卫星系统，移动终端既可以连接到地面的网络，也可以连接到卫星的网络。第三代移动通信系统的框架结构是将卫星网络与地面移动通信网络相结合，形成一个全球无缝覆盖的立体通信网络，以满足城市和偏远地区不同密度用户的通信要求，支持话音、数据和多媒体业务，实现人类个人通信的愿望。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术363G3G移动通信系统特点移动通信系统特点移动通信系统特点移动通信系统特点第二代移动通信系统一般为区域或国家标准，而第三代移动通信系统是一个在全球范围内覆盖和使用的系统。它使用共同的频段，全球统一标准或兼容标准，实现全球无缝漫游。具有支持多媒体业务的能力，特别是支持Internet业务。现有的移动通信系统主要以提供话音业务为主，随着发展一般也仅能提供100200kb/s的数据业务，GSM演进到最高阶段的速率能力为384kb/s。而第三代移动通信的业务能力比第二代有明显的改进。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术37便于过渡、演进。由于第三代移动通信引入时，第二代网络已具有相当规模，所以第三代的网络一定要能在第二代网络的基础上逐渐灵活演进而成，并应与固定网兼容。支持非对称传输模式。由于新的数据业务，比如WWW浏览等具有非对称特性，上行传输速率往往只需要几kB/s，而下行传输速率可能需要几百kB/s，甚至上MB/s才能满足需要。更高的频谱效率。通过相干检测、Rake接收、软切换、智能天线、快速精确的功率控制等新技术的应用，有效提高了系统的频谱效率和服务质量。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术383G通信技术和标准3G发展历程回顾：发展历程回顾：1985年FPLTMS概念被提出。1991年国际电联正式成立TG8/1任务组，专门负责FPLTMS的标准定制工作。1996年FPLTMS更名为IMT-2000。1997年ITU向各国发出通函，要求各国在1998年6月之前提交关于IMT-2000无线接口技术的候选方案，一共收到15份有关3G接口的技术方案，其中包括我国自主研究制定的TD-SCDMA标准。2000年5月，国际电联正式公布了第三代移动通信标准，CDMA技术以其特有的优势为众多标准的基础。我国采用的三种3G标准分别是TD-SCDMA，W-CDMA和CDMA2000。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术39TD-SCDMA(时分同步码分多址接入)中国移动TDSCDMA（Time Division Synchronous Code Division Multiple Access）相比于W-CDMA和CDMA2000起步较晚，1998年6月由原邮电部电信科学技术研究院向ITU提出。TD-SCDMA将众多技术融合：SCDMACDMA和软件无线电同步TDMA，FDMATD分为：TD-SCDMA：提供话音和视频电话等最高下行频率为384Kb/s的数据业务TD-HSDPA：数据业务增强技术，可提供2.8Mb/s的下行速率 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术40TD-CDMA解决的移动通信问题呼吸效应：呼吸效应：在CDMA系统中，基站的实际有效覆盖面积会随着干扰信号的增强而缩小，反之则会增大。这种覆盖面积随用户数目的增加而收缩的现象为“呼吸效应”。干扰信号同移动用户的数目是密切相关的；导致“呼吸效应”的主要原因是CDMA系统是一个自干扰系统；CDMA2000和W-CDMA属于同频自干扰系统，邻近用户间自干扰现象明显，从而降低了实际传输速率。TD-SCDMA利用低带宽的FDMA和TDMA限制了系统的最大干扰；在单时隙中应用CDMA技术提高系统容量；利用联合检测和SDMA技术对客户终端的信号跟踪；充分利用下行信号能量，最大程度上抑制了客户之间的干扰。TD-SCDMA系统不再是一个自干扰系统，“呼吸效应”基本被消除。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术41TD-CDMA解决的移动通信问题（续）“远近效应远近效应”：移动通信干扰的另一问题。手机用户到基站的距离不断变化；固定的通信功率不仅会造成严重的功率过剩，且可能形成有害的电磁辐射。如何解决？如何解决？动态调控功率：手机终端依据自己到基站的通信距离动态的调整自己的传输功率，从而尽可能的减少过剩，且依然保证可连通性。TD-SCDMA采用动态信道分配的方式，即根据用户的需求进行实时的动态资源分配，包括频率，时隙和码字等。动态信道分配不仅提高了信道资源的利用率，且增强了对于网络中负载和干扰变化的适应能力。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术42W-CDMA(宽带码分多址)中国联通W-CDMA（Wideband Code Division Multiple Access）是由爱立信公司提出，3GPP具体制定的基于GSM MAP核心网，UTRAN为无线接口的3G系统。第一个商用W-CDMA网络由日本NTT DoCoMo于2001年推出，也是世界上第一个3G移动电话服务。中国联通于2009年在中国大陆提供W-CDMA服务，并开始提供HSDPA服务（在部分地区还提供HSUPA服务）。中国香港移动运营商SUNDAY等也都已经架构了W-CDMA商用网络。中国台湾地区3G服务从2005年开始，其中中华电信、台湾大哥大、远传电信等都使用W-CDMA系统。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术43W-CDMA技术介绍上行技术参数主要基于欧洲FMA2方案。下行技术参数主要基于日本ARIB W-CDMA方案。W-CDMA技术主要包括FDD和TDD：FDD：工作在覆盖面积较大的范围内，可以在两个对称频率信道上进行接收和传送工作TDD：侧重于业务繁重的小范围内W-CDMA定义了3条可利用的公共控制信道及2条专用信道：广播公共控制信道（BCCH），寻呼信道（PCH），前向接入信道（FACH）主专用控制信道（SDCCH），辅助专用控制信道 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术44CDMA2000(多载波分复用扩频调制)中国电信CDMA2000也称为CDMA Multi-Carrier,由美国高通北美公司为主导提出。W-CDMA和TD-SCDMA是由标准组织3GPP制定，CDMA2000则是由标准组织3GPP2制定。CDMA2000标准推进路线：物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术45CDMA2000技术介绍CDMA2000 1x：即1x 或者 1xRTT，是3G CDMA2000技术的核心。标志1x 指使用一对1.25MHz无线电信道的CDMA2000无线技术。CDMA2000 1xRTT：CDMA2000 1xRTT（RTT 无线电传输技术）是CDMA2000一个基础层。通常被认为是2.5G技术，因其传输速率不及其他3G技术。支持最高144kbps数据速率。CDMA2000 1xEV：CDMA2000 1x 附加高数据速率（HDR）能力。CDMA2000 1xEV 第一阶段（CDMA2000 1xEV-DO）支持下行数据速率最高3.1Mbps，上行速率最高1.8Mbps。CDMA2000 1xEV 第二阶段（CDMA2000 1xEV-DV）还能支持1x语音用户，1xRTT数据用户和高速1xEV-DV数据用户使用同一信道。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术46三种3G标准的主要技术差别 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术47 另外还有一种3G标准，其实严格上来说应该算4G技术，但未了获得国际电信联盟的支持，才自降身价，称自己为3G技术 WiMAX WiMAX的全名是微波存取全球互通(WorldwideInteroperabilityfor Microwave Access)，又称为802.16无线城域网，是又一种为企业和家庭用户提供“最后一英里”的宽带无线连接方案。将此技术与需要授权或免授权的微波设备相结合之后，由于成本较低，将扩大宽带无线市场，改善企业与服务供应商的认知度。2007年10月19日，国际电信联盟在日内瓦举行的无线通信全体会议上，经过多数国家投票通过，WiMAX正式被批准成为继WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA之后的第四个全球3G标准。WiMAX技术 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术484G无线通信技术无线通信技术 4G其实就是the forth generation（准第四代）。它代表了一个时代，我们的无线通信技术从3G到4G的跨越，可以理解为从二十世纪跨越到二十一世纪，它并不代表着一项技术。到目前为止人们还无法对4G通信进行精确地定义，4G通信将是一个比3G通信更完美的新无线世界，4G最大的数据传输速率超过100Mbit/s，这个速率是目前移动电话数据传输速率的1万倍，也是3G移动电话速率的50倍。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术494G无线通信技术无线通信技术 4G通信技术并没有脱离以前的通信技术，而是以传统通信技术为基础，并利用了一些新的通信技术，来不断提高无线通信的网络效率和功能的。4G通信技术将是继第三代以后的又一次无线通信技术演进，其开发更加具有明确的目标性：提高移动装置无线访问互联网的速度。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术504G无线通信技术无线通信技术1、通信速度更快：第四代移动通信系统可以达到10Mbps至20Mbps，甚至最高可以达到每秒高达100Mbps速度传输无线信息，这种速度将相当于目前手机的传输速度的1万倍左右。2、网络频谱更宽 要想使4G通信达到100Mbps的传输，通信营运商必须在3G通信网络的基础上，进行大幅度的改造和研究，以便使4G网络在通信带宽上比3G网络的蜂窝系统的带宽高出许多。相当于W-CDMA 3G网路的20倍。3、通信更加灵活：未来的4G通信将使我们可以随时随地通信，可以双向下载传递资料、图画、影像。4、智能性能更高：第四代移动通信的智能性更高，不仅表现在4G通信的终端设备的设计和操作具有智能化，更重要的4G手机可以实现许多难以想象的功能。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术515、兼容性能更平滑：未来的第四代移动通信系统应当具备全球漫游，接口开放，能跟多种网络互联，终端多样化以及能从第二代平稳过渡等特点。6、提供各种增殖服务：7、实现更高质量的多媒体通信：。8、频率使用效率更高：。9、通信费用更加便宜：在建设4G通信网络系统时，通信营运商们将考虑直接在3G通信网络的基础设施之上，采用逐步引入的方法，这样就能够有效地降低运行者和用户的费用。据研究人员宣称，4G通信的无线即时连接等某些服务费用将比3G通信更加便宜。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术52LTE FDD与与LTE TDD4G具备一个非常重要的优势，即LTE是一个全球通用标准。LTE支持两种双工模式，分别为针对成对频谱的LTE FDD和非成对频谱的LTE TDD。两个双工模式间只有非常小的必要差异。主要区别就在于采用不同的双工方式，频分双工(FDD)和时分双工(TDD)是两种不同的双工方式。FDD是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，用保护频段来分离接收和发送信道。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术53FDD必须采用成对的频率，依靠频率来区分上下行链路，其单方向的资源在时间上是连续的。FDD在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率将大大降低。TDD用时间来分离接收和发送信道。在TDD方式的移动通信系统中,接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载,其单方向的资源在时间上是不连续的，时间资源在两个方向上进行了分配。某个时间段由基站发送信号给移动台，另外的时间由移动台发送信号给基站，基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工作。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术54 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术55为了建立起上行和下行的通道，FDD通过频率来分割，在两个对称频率上，一个管下载，一个管上传。就好像是双车道，两个方向的汽车互不干扰，畅通无阻。TDD采用另一种方式。它只用一个频率，既负责上传，又负责下载。好处是比FDD省了一个频率占用，资源利用率更高（实际上TDD为了避免干扰，需要预留较大保护带，也会消耗一些资源）。因为是“单行道”上跑双向“车流”，TDD只能通过时间来控制交通（时分双工），一会让下载的流量通过，一会又让上传的流量通过。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术565G移动通信技术移动通信技术2013年2月，工信部与科技部、发改委联合支持成立了IMT-2020（5G）推进组，以此为平台，集中产业研用优势单位联合开展研发和国际标准推进工作。IMT-2020（5G）推进组已经在需求愿景、关键技术等方面取得了积极的进展。2014年11月16日消息，来自工信部消息，中国已在5G关键技术等方面取得了积极的进展，主管部门已投入了约3亿元，先期启动了国家863计划第五代移动通信系统重大研发项目。在今年年初的全国科技工作会议上，5G被列为今年重点突破的核心关键技术之首。目前，5G的第一阶段和第二阶段目标均已达成，包括密集网络部署、多天线阵列技术、用户速率、发射功率、频谱效率、能耗效率等与4G相比具有大幅度提升。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术57目前研究显示，5G速率为4G的10倍至100倍，可达10GB/S。爱立信研究院院长Sara Mazur接受通信生活报（微信：maoqiying2008）采访时表示，与4G网络相比，5G网络不仅传输速率更高，而且在传输中呈现出低时延、高可靠、低功耗的特点，低功耗能更好地支持物联网应用（智慧医疗、车联网等）。5G能使人与人之间实现无缝连接，还将进一步加强“人与物”、“物与物”之间高速连接（智能穿戴等）。究竟哪一个会成为5G杀手级别应用，很可能不只是一个，只要是能够让人们的生活变得更有效率，更安全，或者让我们对世界体验更丰富，都有可能。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术585G全球化进展全球化进展1、2012年5月，国际电联ITU决定开展IMT-2020(5G)愿景建议书起草工作。按照规划，5G的标准化预计在2016年启动。韩国已经计划2018年在平昌冬奥会期间开展5G试运行，并决定在2020年推出全面的5G商用服务。2、欧洲联盟在2012年成立由爱立信主导的5G研发机构METIS(Mobile and Wireless Communications Enablers for the Twenty-Twenty(2020年)Information Society)，先期投资2700万欧元，包含29个机构成员；根据计划，METIS第一阶段在2012-2015年，主要是探索5G新架构、基本原理和系统概念，2016-2018年进行第二阶段，主要是系统优化、标准化和网络试验，第三阶段是2018-2020年，进行试商用。预计在2020年全面进行5G商用。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术593、华为已宣布，其已在包括加拿大、英国等地为5G投入200多位研发人员，并将在未来5年内为此继续投资6亿美元；中兴通讯2013年成立公司级5G团队，投入国内/国际的标准、预研、产品化等各团队联合进行5G研究。4、2014年6月，Google收购5G技术创业公司Alpental登上各地网站头条。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术60u卫星通信系统卫星通信系统卫星通信系统卫星通信系统卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站来转发或反射无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。卫星通信实质是微波中继技术和空间技术的结合。卫星通信系统由空间分系统、地球站群、跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统组成。其中有的直接用来进行通信，有的用来保障通信的进行。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术61 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术62空间分系统：即通信卫星，其主体是通信装置，另外还有星体的遥测指令、控制系统和能源装置等。其作用是进行无线电信号的中继，最主要的设备是转发器(即微波收、发信机)和天线。一个卫星的通信装置可以包括一个或多个转发器。它把来自一个地球站的信号进行接收、变频和放大，并转发给另一个地球站，这样将信号在地球站之间进行传输。地球站群：一般包括中央站(或中心站)和若干个普通地球站。中央站除具有普通地球站的通信功能外，还负责通信系统中的业务调度与管理，对普通地球站进行监测控制以及业务转接等。地球站具有收、发信功能，用户通过它们接入卫星线路进行通信。地球站有大有小，业务形式也多种多样。一般来说，地球站的天线口径越大，发射和接收能力越强，功能也越强。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术63跟踪遥测及指令分系统：也称为测控站，其任务是对卫星跟踪测量，控制其准确进入静止轨道上的指定位置；待卫星正常运行后，定期对卫星进行轨道修正和位置保持。监控管理分系统：也称为监控中心，其任务是对定点的卫星在业务开通前后进行通信性能的监测和控制，对卫星转发器功率、卫星天线增益以及各地球站发射的功率、射频频率和带宽、地球站天线方向图等基本通信参数进行监控，以保证正常通信。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术64静止轨道GEO（Geostationary Earth Orbit）卫星，距地面35780 km，卫星运行周期24h，相对于地面位置是静止的。中地球轨道MEO（Moderatealtitude Earth Orbit）卫星，距地面50020 000 km，卫星运行周期412 h，相对于地面位置是移动的。低地球轨道LEO（Low Earth Orbit）卫星，距地面5005000 km，卫星运行周期4 h，相对于地面位置是移动的。通信卫星分类通信卫星分类通信卫星分类通信卫星分类 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术65通信距离远、覆盖地域广、不受地理条件限制。以广播方式工作，只要在卫星天线波束的覆盖区域内，都可以接收卫星信号或向卫星发送信号。可以采用空分多址（SDMA）方式。SDMA是利用卫星上多个不同空间指向天线波束，把卫星覆盖区分成不同的小区域，实现区域间的多址通信。SDMA方式通常需要与TDMA方式相结合，称为SS/TDMA方式。在TDMA基础上发展起来的星上切换-时分多址（SS-TDMA）方式具有通信容量大、多址接续灵活性好、网络效率高等优点。卫星通信系统特点卫星通信系统特点卫星通信系统特点卫星通信系统特点 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术66工作频段高。卫星通信的工作频率使用微波频段（300 MHz300 GHz），主要原因是卫星处于外层空间，地面上发射的电磁波必须穿透电离层才能到达卫星，微波频段正好具有这一特性。通信容量大，传输业务类型多。由于采用微波频段，可供使用的频带很宽，因此能够提供大容量的通信。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术67 卫星通信的不足卫星通信的不足(1)(1)两极地区为通信的盲区，高纬度地区通信效果不好；两极地区为通信的盲区，高纬度地区通信效果不好；(2)(2)卫星发射和控制技术比较复杂；卫星发射和控制技术比较复杂；(3)(3)存在日凌中断、星蚀和雨衰现象存在日凌中断、星蚀和雨衰现象;(4)(4)有较大的信号传播延时和回波干扰。有较大的信号传播延时和回波干扰。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术68课后作业课后作业8-6，8-9 物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。物 联 网 概 论第八章第八章 远程通信技术远程通信技术