移动通信的发展和分类.ppt

第一讲移动通信的发展和分类,2,主要内容,移动通信的发展移动通信的服务区域移动通信的传输方式移动通信系统的分类,移动通信的发展,4,简史回顾,现代移动通信技术的发展历史可以追溯到20世纪20年代,到目前为止,大致经历了以下五个发展阶段：第一阶段从20世纪20年代至40年代,为现代移动通信的起步阶段。在此期间,主要完成了通信实验和电波传播试验工作,在短波频段(330MHz)上实现了小容量专用移动通信系统,其代表是美国底特律市警察使用的车载无线电系统。这种系统话音质量差,自动化程度低,仅限于专用,不能与公众网相连。,5,简史回顾,第二阶段是从20世纪40年代中期至60年代初期。在此期间,各种公用移动通信系统相继建立。首先是1946年,美国贝尔系统在圣路易斯城建立的称为“城市系统”的公用汽车电话网,这是世界上第一个公用移动通信系统。继而,西德、法国、英国等国也陆续研制出了公用移动电话系统。这一阶段的特点是开始从专用移动网向公用移动网过渡,自动化程度有所提高。第三阶段是从20世纪60年代中期至70年代中期。这一阶段是移动通信系统改进和完善的阶段。在此期间,各国陆续推出了改进的移动通信系统,其代表是美国的改进型移动电话系统IMTS。这一阶段的特点是使用了新频段,采用大区制,实现了系统的中小容量,自动化程度进一步提高。,6,简史回顾,第四阶段是从20世纪70年代中期至80年代初期。在此期间,由于微电子技术及计算机技术的长足发展和移动用户数量的急剧增加,促使移动通信得到了蓬勃发展。第五阶段是从20世纪80年代中期到现在。这是数字移动通信发展和成熟的时期。在此期间,用户数量急剧增加,频率资源相对紧缺,第一代模拟蜂窝移动通信系统的缺陷日益暴露出来。针对这些问题,新一代的数字蜂窝移动通信系统被开发出来并得以广泛应用。最典型的数字蜂窝移动通信系统是欧洲基于时分多址(TDMA)技术的全球通移动通信系统GSM。另外还有北美的DAMPS(IS-54)和日本的PDC等。这一阶段的特点是用户数急剧增加,频率资源日益紧缺,新体制、新技术、新业务层出不穷。,7,基于TDMA技术的GSM、DAMPS和PDC系统都属于第二代数字蜂窝移动通信系统(2G)。在2G发展期间,一方面,移动通信用户数目突飞猛进,通信产业日益成为各国经济发展的支柱。另一方面,2G移动通信系统及相应的移动通信技术面临诸多问题，比如:网络利用空间日益狭小;收益增幅减缓;话音业务和低速数据业务不能满足用户需求,急需开发各种新型业务来吸引用户;网络漫游只限于国内及部分区域等。,现状纵览,8,现状纵览,针对以上问题,窄带码分多址(CDMA)蜂窝移动通信系统日益成为关注的焦点。事实上,当数字蜂窝网刚刚进入实用阶段之时,美国Qualcomm公司就已推出了新的移动通信系统CDMA。CDMA系统采用了扩频通信技术,大幅度地提高了频率利用率,具有容量大、覆盖范围广、手机功耗小、话音质量高的突出优点,将移动通信技术推向新的发展阶段,被人们称之为第三代移动通信系统3G。,9,现状纵览,另外,高速移动数据业务日益呈现出强劲态势,成为仅次于话音业务的另一焦点。在移动数据业务领域中,多媒体信息服务(MMS)、通用分组无线业务(GPRS)和无线应用协议(WAP)等新技术正在大力推广之中。,10,趋势预测,目前对第四代移动通信系统主要有以下几方面的描述:(1)建立在新的频段(比如58GHz乃至更高)上的无线通信系统;(2)基于分组数据的高速率传输(10Mb/s以上);(3)真正的“全球一统”(包括卫星部分)系统;(4)基于全新网络体制的系统,或者说其无线部分将是对新网络(智能的、支持多业务的、可进行移动管理)的“无线接入”(5)不再是单纯的(传统意义上)的“通信”系统,而是融合了数字通信、数字音/视频接收和因特网接入的崭新的系统。,移动通信的服务区,12,大区制,大区制概念的提出早于小区制,主要为早期的通信系统所采用,满足了当时系统中小容量的需求。大区制是指把一个通信服务区域仅规划为一个或少数几个无线覆盖区,简称无线区。所谓无线区是指当基站采用全向天线时,在无障碍物的开阔地,以通信距离为半径所形成的圆形覆盖区。每个无线区的半径在2545km左右,用户容量为几十至数百个。每个无线区仅为一个基站所覆盖,基站基本上是相互独立的。,13,图借助市话交换局的大区制移动通信示意图,大区制,14,大区制的缺点是:由于一个基站所能提供的信道数有限,因而系统容量不高,不能满足用户数目日益增加的需要,这是由制式本身决定的,无法克服。移动台的天线低,发射功率受限,在大的覆盖区内,上行链路(由移动台到基站)的通信就无法保证了,为此,常采用分集接收技术。即在服务区内设置若干个分集接收点Rd与基站相连,以保证上行链路的通信质量。大区制只适合于在中小城市或专用移动网等业务量不大的情况下使用。为了适应大城市或更大区域的服务要求,必须采用小区制组网方式,以在有限的频谱条件下,达到扩大容量的目的。,大区制,15,根据服务区域的形状不同,小区制又可分为带状区和面状区(蜂窝网)等。面状区的蜂窝网结构又可分为宏蜂窝结构、微蜂窝结构以及智能蜂窝结构三种。小区制是指把一个通信服务区域分为若干个小无线覆盖区,每个小区的半径在220km左右,用户容量可达上千个。每个小区设置一个基站,负责本区移动台的联系和控制,各个基站通过移动业务交换中心相互联系,并与市话局连接。每个小区只需提供较少的几个无线电信道(一个信道组)就可满足通信的要求,邻近的小区使用不同的信道组。,小区制,16,小区中的基站天线采用全向天线,在理想情况下,它覆盖的面积可视为一个以基站为中心,以最大可通信距离为半径的圆。为了不留空隙地覆盖整个面状服务区,各个圆形覆盖区之间一定存在很多重叠区。通过理论分析,通信系统现在大都采用与圆形较接近的正六边形作为小区的形状结构,因为这种结构既避免了相邻覆盖区间的重叠,又不会产生空隙,区域衔接更紧密,产生的相互干扰更小。又由于该结构看上去像是蜂窝,所以称其为“蜂窝式移动通信”。蜂窝结构示意图如图所示。,小区制,17,图蜂窝结构示意图,小区制,18,小区制结构的最大特点是:采用信道复用技术,大大缓解了频率资源紧缺的问题,提高了频率利用率,增加了用户数目和系统容量。所谓信道复用技术指的是:相邻小区不使用相同的信道组,但相隔几个小区间隔的不相邻小区可以重复使用同一组信道,以充分利用频率资源。不使用同一组信道的若干个相邻小区就组成了一个区群(图中的阴影区域即为一个区群),即整个通信服务区也可看成是由若干个区群构成的。小区制结构的另一特点是:信道距离缩短,发射机功率降低,于是互调干扰亦减小。,小区制,19,小区制结构也存在着一些问题:由于信道复用,可能产生同信道干扰,这就涉及到一些相关技术:分集接收技术、功率控制技术、小区半径最优化技术等。信道复用带来的另一问题是:当移动台从一个小区驶入另一个无线区时,即越区过程中必须进行信道自动切换,以保证移动台越区时通话不间断,这又涉及到了越区切换技术。为此,还要及时掌握移动台动态位置位置登记技术。另外,为进一步提高信道的利用率和通信的质量,可以采用码分多址(CDMA)方式和信道动态分配方法等。,小区制,移动通信的传输方式,21,所谓单工通信是指通信双方交替进行收信和发信的通信方式,发送时不接收,接收时不发送。单工通信常用于点到点的通信,如图所示。根据收发频率的异同,单工通信可分为同频单工和异频单工。,单工通信,22,双工通信,双工通信的特点是:同普通有线电话很相似,使用方便。其缺点是:在使用过程中,不管是否发话,发射机总是工作的,故电能消耗很大,这对以电池为能源的移动台是很不利的。针对此问题的解决办法是:要求移动台接收机始终保持在工作状态,而令发射机仅在发话时才工作。这样构成的系统称为准双工系统,也可以和双工系统兼容。这种准双工系统目前在移动通信系统中获得了广泛的应用。,23,半双工通信是介于单工通信和全双工通信之间的一种通信方式。其中,移动台的工作情况与单工通信时相似:采用“按-讲”方式,即按下按讲开关,发射机才工作,而接收机总是在工作。基站的工作情况与全双工通信时相似,只是可以采用双工器,使收发信机共用一副天线。半双工通信的特点是:设备简单，功耗小，克服了单工通信断断续续的现象,但操作仍不太方便。所以半双工方式主要用于专业移动通信系统中,如汽车调度等。,半双工通信,移动通信系统的分类,25,据CCIR的建议,无线寻呼系统可定义为一种非语言单向告警个人选择呼叫系统。即通过此系统,通信的一方借助于市话电话机能够向特定的寻呼接收机持有者传递一些简单的个人信息。在无线寻呼系统中应用的寻呼接收机称为袖珍铃,俗称“BB机”。当接收到信息时,袖珍铃以告警的形式通知其持有者。告警方式包括声音、视觉、振动或是这几种方式的结合。每个袖珍机都有其特定的“地址编码”,只有真正发送给它的信息,持有者才能接收到;同样,只有知道了特定的“地址编码”,才能向特定的袖珍机发送信息。,无线寻呼系统,26,无线寻呼系统,27,集群移动通信系统,集群移动通信系统也称大区制移动通信系统。CCIR最初称之为TrunkingSystem(中继系统),为了避免与无线中继系统混淆,后又改称集群系统。集群系统是一种高级移动调度系统,是指挥调度最重要和最有效的通信方式之一,代表着专用移动通信网的发展方向。CCIR对它的定义为“系统所具有的全部可用信道可为系统的全体用户共用”。即系统内的任一用户想要和系统内另一用户通话,只要有空闲信道,就可以在中心控制台的控制下,利用空闲信道沟通联络,进行通话。从某种意义上讲,集群通话系统是一个自动共享若干个信道的多信道中继(转发)通信系统。它与普通多信道共用的通信系统并无本质的区别,只是更适用于对指挥调度功能要求较高的专门部门或企事业单位。其特点是:资源共享、费用分担、服务优良、效率高、造价低。,28,集群移动通信系统,29,陆地蜂窝移动通信系统,陆地蜂窝移动通信系统也称小区制移动通信系统,在移动通信中处于统治地位,是目前应用最广泛、用户数量最多、与人们日常生活最紧密的移动通信系统。陆地蜂窝移动通信系统的特点是把整个大范围的无线服务区划分成许多小区,每个小区设置一个基站,负责本小区各个移动台的联络与控制,各个基站通过移动业务交换中心相互联系,并与市话局连接。陆地蜂窝移动通信系统利用超短波电波传播距离有限的特性及蜂窝状结构,可有效实现信道复用,在提高频率利用率的同时,可保证通信的质量。,30,陆地蜂窝移动通信系统,31,陆地蜂窝移动通信系统,小区是采用基站识别码(BSIC)或全球小区识别码(CGIC)进行标识的无线覆盖区域。在采用全向天线结构的模拟网中,小区即为基站区;在采用120角天线结构的GSM数字蜂窝移动网中,小区是每个120角的天线所覆盖的正六边形区域的三分之一。基站区指的是一个基站所覆盖的区域。一个基站区可包含一个或多个小区,故不是所有的小区都设有一个专有的基站,但必须为一个特定的基站所覆盖。位置区指的是一个移动台可以自动移动而不必重新“登记”其位置(位置更新)的区域,一个位置区由一个或若干个小区(或基站区)组成。要想向一个位置区中的某个移动台发出呼叫,可以在这个位置区中向所有基站同时发出寻呼信号。,32,陆地蜂窝移动通信系统,移动业务交换中心简称MSC,一个MSC区指的是由一个MSC覆盖的区域。一个MSC区可由若干个位置区组成。PLMN(PublicLandMobileNetwork)是公用陆地移动网的简称,即陆地蜂窝移动通信系统。在该系统内具有共同的编号制度(比如相同的国内地区号)和共同的路由计划。例如,整个天津市的移动通信网就是一个PLMN。一个PLMN可以由若干个MSC组成。MSC构成固定网与PLMN移动网之间的功能接口,用于呼叫接续等。业务区指的是由一个或多个移动通信网所组成的区域。只要移动台在业务区中,就可以被另一个网络的用户找到,而该用户也无需知道这个移动台在该区内的具体位置。这里的另一个网络可以是另一个PLMN、PSTN(市话网)或ISDN(综合业务数字网)。一个业务区可由若干个PLMN组成,也可由一个或若干个国家组成,也可能是一个国家的一部分。,33,陆地蜂窝移动通信系统,PLMN(PublicLandMobileNetwork)是公用陆地移动网的简称,即陆地蜂窝移动通信系统。在该系统内具有共同的编号制度(比如相同的国内地区号)和共同的路由计划。例如,整个天津市的移动通信网就是一个PLMN。一个PLMN可以由若干个MSC组成。MSC构成固定网与PLMN移动网之间的功能接口,用于呼叫接续等。业务区指的是由一个或多个移动通信网所组成的区域。只要移动台在业务区中,就可以被另一个网络的用户找到,而该用户也无需知道这个移动台在该区内的具体位置。这里的另一个网络可以是另一个PLMN、PSTN(市话网)或ISDN(综合业务数字网)。一个业务区可由若干个PLMN组成,也可由一个或若干个国家组成,也可能是一个国家的一部分。,34,移动卫星通信,所谓移动卫星通信是指以通信卫星为中继站,在较大地域及空间范围内实现移动台与固定台、移动台与移动台以及移动台或固定台与公众网用户之间的通信。移动卫星通信是移动通信和卫星通信相结合的产物,兼具卫星通信覆盖面宽和移动通信服务灵活的优点,是实现未来个人移动通信系统和真正的信息高速公路的重要手段之一。,35,移动卫星通信,36,无绳电话系统,无绳电话系统指的是以无线电波(主要是微波波段的电磁波)、激光、红外线等作为主要传输媒介,利用无线终端、基站和各种公共通信网(如PSTN、ISDN等),在限定的业务区域内进行全双工通信的系统。无绳电话系统采用的是微蜂窝或微微蜂窝无线传输技术。20世纪90年代中期出现的新一代的无绳电话系统,具有容量大、覆盖面宽、支持数据通信业务等特点,其典型的代表有:泛欧数字无绳电话系统(DECT,DigitalEuropeanCordlessTelephone)、日本的个人手持电话系统(PHS,PersonalHandyphoneSystem)和美国的个人接入通信系统(PACS,PersonalAccessCommunicationSystem)。,37,无绳电话系统,