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第 9 章 移 动 通 信 网 络

移 动 通 信, 特 别 是 3G, 将 成 为 全 面 随 时 随 地 传 输 信 息 的 有 效 平 台 本 章 将 介 绍 移 动 通 信 的 发 展 历 程, 重 点 讨 论 3G 通 信 技 术 以 及 移 动 互 联 网 的 相 关 应 用 内 容 提 要

内 容 回 顾 第 8 章 介 绍 了 无 线 低 速 网 络 协 议 以 及 无 线 传 感 网 的 组 网 技 术 蓝 牙 红 外 等 传 统 低 速 网 络 协 议 的 特 点 802.15.4/ZigBee 协 议 无 线 传 感 网 组 网 需 要 注 意 的 问 题 本 章 将 介 绍 三 代 移 动 通 信 的 发 展 历 程, 重 点 讨 论 3G 技 术 和 标 准 (TD SCDMA,W CDMA,CDMA2000), 并 讨 论 移 动 互 联 网 的 典 型 应 用 ( 视 频 电 话, 手 机 电 视 ), 简 单 讨 论 4G 的 发 展

本 章 内 容 9.1 移 动 通 信 发 展 历 史 9.2 3G 通 信 技 术 和 标 准 9.3 移 动 互 联 网 9.4 关 于 4G 三 代 移 动 通 信 技 术 的 代 表 有 哪 些?

9.1 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

9.1 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 150~450MHz 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 : 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

9.1 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, 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, 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 10~15 个 电 话 呼 叫

蜂 窝 系 统 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 : 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

蜂 窝 系 统 ( 续 )

9.1 第 二 代 移 动 通 信 : 数 字 语 音 第 二 代 移 动 通 信 技 术 : 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

GSM 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 : 覆 盖 面 积 最 广, 基 站 通 常 在 较 高 的 位 置, 例 如 山 峰 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 : 室 内, 影 响 范 围 在 几 十 米 以 内 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, 包 括 基 站 和 相 关 控 制 器 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, 可 用 于 基 于 报 文 的 互 联 网 连 接, 为 可 选 部 分 身 份 识 别 模 块, 也 称 为 SIM 卡, 主 要 用 于 保 存 手 机 用 户 数 据

CDMA 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 : 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

9.1 第 三 代 移 动 通 信 : 数 字 语 音 与 数 据 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

3G 的 发 展 历 程

2G 迈 向 3G 的 过 渡 产 业 HSCSD GSM 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 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

IMT 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

3G 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 CDMA IMT MC, 对 应 于 CDMA2000 IMT TD, 对 应 于 TD SCDMA 和 UTRA TDD

本 章 内 容 9.1 移 动 通 信 发 展 历 史 9.2 3G 通 信 技 术 和 标 准 9.3 移 动 互 联 网 9.4 关 于 4G 我 国 采 用 的 三 种 3G 标 准 是 什 么? 各 有 哪 些 特 点?

9.2 3G 通 信 技 术 和 标 准 3G 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

TD SCDMA TD SCDMA( 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 : SCDMA CDMA 和 软 件 无 线 电 同 步 TDMA,FDMA TD 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

TD CDMA 解 决 的 移 动 通 信 问 题 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

TD CDMA 解 决 的 移 动 通 信 问 题 ( 续 ) 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? 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

W CDMA 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

W 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

CDMA2000 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 :

CDMA2000 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

三 种 3G 标 准 的 主 要 技 术 差 别

本 章 内 容 9.1 移 动 通 信 发 展 历 史 9.2 3G 通 信 技 术 和 标 准 9.3 移 动 互 联 网 9.4 关 于 4G 移 动 互 联 网 有 哪 些 具 体 典 型 应 用?

9.3 移 动 互 联 网 3G 网 络 中 的 数 据 传 输 多 元 化 : 视 频 信 息 流 数 据 音 乐 电 视 即 时 性 : 室 内 固 定 环 境 下 2Mb/s 室 外 快 速 移 动 环 境 下 144Kb/s 地 域 性 : 手 机 信 号 可 以 覆 盖 Wi Fi 等 无 线 信 号 难 以 遍 及 的 地 方 移 动 互 联 网 : 将 移 动 通 信 和 互 联 网 二 者 结 合, 提 供 网 页 浏 览 视 频 会 议 等 互 联 网 应 用 服 务 3G 与 物 联 网 :3G 是 物 联 网 信 息 传 送 的 有 效 平 台

视 频 电 话 视 频 电 话 技 术 是 其 他 综 合 服 务 业 务 的 基 本 要 求 : 保 证 时 延 与 语 音 业 务 接 近 提 供 更 为 丰 富 的 数 据 交 流 方 式 提 高 对 移 动 用 户 的 服 务 质 量 两 种 视 频 编 解 码 器 : H.263 编 解 码 器 基 于 64Kb/s 速 率, 用 于 视 频 呼 叫 H.264 编 解 码 器 应 用 于 视 频 流 广 泛 应 用 于 电 影 电 视 中

手 机 电 视 从 技 术 上 手 机 电 视 分 为 两 大 类 : 以 地 面 广 播 网 络 为 基 础 与 移 动 网 络 松 耦 合 或 相 对 独 立 组 网 欧 洲 的 DVB H 韩 国 的 T DMB 日 本 的 ISDB T 中 国 的 CMMB 以 移 动 通 信 网 络 为 基 础 不 能 独 立 组 网 MBMS,BCMCS CMMB ( 中 国 移 动 多 媒 体 广 播 ) 面 向 手 机 PDA MP4 GPS 导 航 仪 笔 记 本 电 脑 等 移 动 终 端 天 体 一 体 星 网 组 合 统 一 标 准 全 国 漫 游 频 段 范 围 :470~798MHz; 传 播 衰 耗 小 ; 覆 盖 范 围 :40 千 米 难 以 支 持 点 播 和 双 向 互 动 与 3G 视 频 技 术 互 补

其 他 应 用 手 机 邮 件 : 手 机 与 邮 箱 帐 号 绑 定, 实 时 接 收 邮 件, 进 行 回 复 删 除 等 管 理 WAP: 将 Internet 内 容 和 数 据 服 务 带 入 移 动 电 话 终 端 移 动 支 付 : 允 许 用 户 通 过 手 机 支 付 商 品, 进 行 远 程 购 物 手 机 广 告 : 针 对 目 标 人 群, 向 特 定 地 理 区 域 提 供 直 接 的 个 性 化 的 广 告 手 机 博 客 : 实 时 将 身 边 的 照 片 视 频 等 多 媒 体 信 息 放 到 互 联 网, 随 时 随 地 更 新 博 客 手 机 视 频 点 播 : 手 机 用 户 可 以 通 过 移 动 通 信 网 络 在 线 收 看 新 闻 影 视 体 育 等 电 视 节 目

本 章 内 容 9.1 移 动 通 信 发 展 历 史 9.2 3G 通 信 技 术 和 标 准 9.3 移 动 互 联 网 9.4 关 于 4G 4G 指 的 是 什 么? 未 来 的 发 展 方 向 有 哪 些?

9.4 关 于 4G 4G 被 称 为 多 媒 体 移 动 通 信 : 在 高 速 移 动 中 有 兆 级 别 的 数 据 传 输 率 扩 大 覆 盖 范 围, 提 高 通 信 质 量, 提 高 数 据 传 输 无 线 多 媒 体 通 信 服 务 数 据 传 输 率 可 以 达 到 10~20Mb/s, 最 高 超 过 100Mb/s TD LTE OFDM( 正 交 频 分 调 制 ) 抗 多 径 干 扰 实 现 简 单 灵 活 支 持 不 同 带 宽 频 谱 利 用 率 高 支 持 高 效 自 适 应 调 度

9.4 关 于 4G 在 4G 时 代, 无 线 将 连 接 一 切 这 将 真 正 的 没 有 任 何 限 制 的 互 联 : 交 通 工 具 家 用 电 具 建 筑 道 路 和 医 疗 设 备 都 将 成 为 网 络 的 一 部 分 物 联 网 将 给 所 有 系 统 注 入 智 慧, 为 家 庭 公 司 社 区 乃 至 整 个 经 济 带 来 全 新 的 管 理 方 式 Ivan Seidenberg (Verizon 通 信 总 裁 监 首 席 执 行 官 )

本 章 小 结 内 容 回 顾 本 章 介 绍 了 移 动 通 信 技 术 的 发 展, 重 点 介 绍 了 我 国 使 用 的 第 三 代 移 动 通 信 技 术 和 标 准 (TD SCDMA,W CDMA,CDMA2000), 并 讨 论 了 移 动 互 联 网 的 典 型 应 用 重 点 掌 握 了 解 三 代 移 动 通 信 技 术 的 发 展 历 程 了 解 我 国 使 用 的 三 种 3G 技 术 标 准 的 特 点 以 及 相 互 之 间 的 区 别 举 例 说 明 移 动 互 联 网 的 典 型 应 用, 讨 论 4G 的 发 展 方 向

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