移動通信系統概論2023/2/12內容移動通信概述移動通信系統分類移動通信系統演進課程內容及考察方式2023/2/13無線通信早期的“無線通信”:

在400-900Hz頻段:光公元前150年間用于通信的狼煙信號(中國,希臘)旗語1794,光電報,ClaudeChappe什么是無線通信:在物理上不需要相接觸的傳輸機和接收機的任何通信形式電磁波在自由空間傳播雷達,射頻,微波,紅外線,光Chappe兄弟在巴黎附近的兩點之間建立了第一個商業旗語系統。拿破侖認為這是一個偉大的主意。不久，旗語信令系統覆蓋了法國主要城市。旗語信令迅速傳播到意大利、德國和俄國。數千人受雇于工作站。旗語的傳遞速度是大約每分鐘15個字符。編碼手冊開始出現，使整個句子可以由一些字符代替。旗語在英格蘭卻沒有取得成功，因為工業革命，導致英格蘭煙霧太濃。ClaudeChappe旗語系統引領法國旗語系統達30年之久。在一種新的管理方法出現后，才退出歷史舞臺。在美國，尤其是從瑪撒的葡萄園（鱈魚角附近的一個島嶼）到波士頓，正是旗語系統向波士頓海關大樓匯報航行船只的活動情況。在紐約市和舊金山市之間也是這樣的。電報的發明者，塞繆爾.F.B.摩爾斯，據說到歐洲參觀了旗語系統的運轉。最后一個旗語系統，位于阿爾及利亞，于1860年停止運轉。2023/2/14移動通信移動性的兩個方面:使用者的可移動性:使用者可以通過無線“隨時隨地同任何人”進行通信設備的可移動性:設備可以隨時隨地連接到網絡無線vs.移動 舉例

固定的計算機

旅店內使用筆記本

建筑物內的無線局域網

個人數據處理機(PDA)2023/2/15移動通信的要求使得人們產生了對接入到現有的固定網絡的無線網絡的要求在局域網:IEEE802.11標準,ETSIHIPERLAN在廣域網:e.g.GSM,3GandISDN在因特網:對于“普通”

IP有所增強的移動IP移動通信2023/2/16發展歷史先驅者1831法拉第證明了電磁感應麥克斯韋(1831-79):電磁理論,麥克斯韋方程組(1864)赫茲(1857-94):通過實驗證明了波在空間傳播具有電傳播的特性1888，德國的卡爾斯魯厄城市，也就是現在的卡爾斯魯厄大學所在地,2023/2/17發展歷史1896–GuglielmoMarconi首次證明了無線電信技術(數字的!)長波傳輸,高功率傳輸的前提(>200kw)1915–紐約到舊金山的無線話音傳輸1920–馬可尼發現短波更小的發送機和接收機,得益于電子管的發明（電子管,1906,LeeDeForestandRobertvonLieben）2023/2/18發展歷史1928–許多的電視廣播試驗(橫過大西洋,彩色電視,電視新聞)1933–頻率調制(E.H.Armstrong（阿姆斯特朗）)1958–A-Netz

（德國）模擬的,160MHz,僅來自移動局的連接設置,無轉交,80%的覆蓋率,在1971年有11000用戶1979–NMT，450MHz(北歐的一些國家)2023/2/19發展歷史1982–GSM標準的開始目標:帶有漫游的歐洲內的數字移動電話體系1983–美國的AMPS的開始(AdvancedMobilePhoneSystem,analog)1984–CT-1標準(歐洲)用于無繩電話1986–C-Netz

（德國）模擬話音傳輸,450MHz,可切換,數字信號,自動定位移動設備直到2000投入使用,業務:FAX,調制解調器,X.25,e-mail,98%的覆蓋率2023/2/110發展歷史1991–DECT標準數字歐洲無繩電話(現今:增強的無繩數字通信)1880-1900MHz,~100-500m范圍,120雙通道,1.2Mbit/s數據傳輸,話音編碼,鑒定,每平方公里數以萬計的用戶,在超過50個國家被使用1992–GSM的開始在德國的D1和D2,全數字,900MHz,124條通道自動定位,可切換,蜂窩狀歐洲內的漫游–現今可以在全世界170多個國家業務:9.6kbit/s的數據率,傳真,話音,...2023/2/111發展歷史1994–E-Netz

（德國）GSM，1800MHz,更小的單元在德國作為E-plus(199798%的人口覆蓋率)1996–HiperLAN(HighPerformanceRadioLocalAreaNetwork)ETSI,標準化類型1:5.15-5.30GHz,23.5Mbit/s推進了類型2和3(均為5GHz)和4(17GHz)作為無線ATM網絡(達到155Mbit/s)1997–無線局域網–IEEE802.11IEEE標準,2.4-2.5GHz紅外,2Mbit/s已經開始有許多可用產品2023/2/112發展歷史1998–GSM后繼者的規范UMTS(UniversalMobileTelecommunicationSystem)被歐洲提議為IMT-2000Iridium（銥星）:66顆人造衛星(+6個備用的),1.6GHz通向移動電話1999–附加無線局域網的規范IEEE標準802.11b,2.4-2.5GHz,11Mbit/s藍牙,2.4Ghz,<1Mbit/s

–關于IMT-2000的決策“家族”的一些“成員”

:UMTS,cdma2000,DECT,…

–WAP(WirelessApplicationProtocol)和i-mode的開端通過移動電話可連接到許多（因特網）設備2023/2/113發展歷史2000–擁有更高數據速率的GSMHSCSD提供速率高達57,6kbit/s首次達到50kbit/s的GPRS試驗

–UMTS拍賣/前景的競爭在德國為了得到6

UMTS的許可證大約花費了500億$!2001–3G系統的開始在韓國的Cdma2000,在歐洲的UMTS,在日本的Foma(類似于UMTS)2002–大容量的無線網絡標準化IEEE802.16也稱WirelessMAN2023/2/114移動設備性能尋呼機

只能接收

微小的顯示器

簡單的文字信息移動電話

話音,數據簡單的圖畫顯示個人數字助理

較簡單的圖畫顯示

字符識別

簡單化的萬維網掌上電腦

很小的鍵盤

標準應用軟件的簡單化版本內含控制器的傳感器筆記本電腦功能齊全標準的應用軟件2023/2/115用戶的活動性在無線電接收范圍內空間上的可移動性當發送和接收信號時僅僅使用資源機動性能夠輕松地建立局域網遇難情境下辦公室遷移時廣告廣播網沒有先前的計劃配線無難度(例如歷史建筑物,火險保護,美觀)為什么要移動通信?2023/2/116為什么要移動通信?減少花銷(便宜的基礎構造)可以緊急鋪設光纜發展中國家使用手機而不是挨家挨戶的鋪設同軸線較靈敏地發現地震，火災,…,而忽略移動了連接器的用戶的操作!2023/2/117移動對比于固定的特點由于噪聲，干擾，時變信道產生較快的損耗速率BER按大小順序變化環境條件e.g.發動機,光…的散發影響傳輸容量有限導致的低傳輸率本地大約幾Mbit/s,地域之間384Kbit/s

使用GPRS/UMTS/…更多的用戶數量，尤其在CDMA系統中較高的延遲和抖動連接設置與GSM在第二個范圍內同步,對于其他無線系統是幾百毫秒。2023/2/118移動對比于固定的特點安全性低每個人都可以使用無線電,基站可以被模仿,因此可以吸引來自無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準和規范需要根據標準和規范來調整頻率以避免受到其他用戶的干擾考慮到各國的標準國際性的標準也在慢慢的演進2023/2/119交通通過DAB(DigitalAudioBroadcasting)傳送新聞，路況，天氣，音樂通過GSM,3G進行私人通信通過GPS進行定位跟蹤當地的廣告網絡可以接入到附近的車輛來避免事故，制導系統，冗余可以預先傳達車輛（例如公交車，快速火車）的資料以便于維護應用2023/2/120各種應用2023/2/121各種應用緊急情況及早的向醫院傳送病人當前的狀況和最初的診斷替代固定設施以防地震，臺風，火災危機,戰爭,...旅行推銷直接接觸到處存在中心地點的顧客資料對所有的代理數據看都是一致的移動辦公室2023/2/122各種應用替代固定網絡遠程傳感器,e.g.,天氣,地球活動商業展覽的靈活性歷史建筑屋內的局域網娛樂,教育,...室外接入因特網智能旅行向導提供最新的及時的位置信息Ad-hoc網絡用于多用戶游戲2023/2/123內容移動通信概述移動通信系統分類移動通信系統演進課程內容及考察方式2023/2/124第一代移動通信系統第一代:二十世紀八十年代不同國家的幾個相互競爭的標準TACS(TotalAccessCommunicationSystems),始于1985英國標準;歐洲的一些國家,亞洲,日本在中國首次使用蜂窩系統(1987年后)AMPS(AdvancedMobilePhoneService),貝爾實驗室.世界上第一個“真正”的蜂窩系統美國標準,在中國也使用NMT(NordicMobileTelephone)北歐標準;在歐洲的大部分國家被采用第一個歐洲的體系(瑞典,1981)C-Netz

(僅在德國)Radiocom2000(僅在法國)2023/2/125第一代移動通信系統模擬傳輸頻率調制,FDMA僅話音各種帶寬:NMT:450MHzfirst900MHzlaterTACS900MHzAMPS800MHz現今在技術落后的國家仍在使用2023/2/126第二代移動通信系統4個體系GlobalSystemforMobile(GSM)DigitalAMPS(D-AMPS),USCodeDivisionMultipleAccess(IS-95)–Qualcomm,USPersonalDigitalCellular(PDC),JapanGSM是至今占統治的地位的一個最初的pan-european在全世界的發展1993年后,至今在中國快速發展僅在美國發展較慢2023/2/127第二代移動通信系統1982:歐洲GSM規范的開始(1982-1990)1983:美國AMPS的廣泛發展1984:CT-1無繩電話標準(歐洲)1991:

DECT規范歐洲數字無繩電話(現今:增強數字無繩通信)~100-500m范圍,120雙方通信,1.2Mbit/s數據傳輸,話音編碼,鑒別1992:GSM在全歐內實施的開始1994:DCS-18002023/2/128第二代移動通信系統GSM數字式傳輸Mircocell(vs.Marcocell)Digitalmodulation,TDMA基帶:900MHz1800MHz(DigitalCellularSystem:DCS-1800)1900MHz(PersonalCommunicationSystem:PCS-1900,USonly)規格GSM-400(大區域)GSM-800(北美)2023/2/129第二代移動通信系統CDMAQualcomm提議專利發行主要在US,Asia使用(包括中國)CodeDivisionMultipleAccess軟件容量軟件轉交(vs.hardHO)對抗多路徑衰退,RAKE規格IS-952023/2/1302?代移動通信系統GSM的擴充HighSpeedCircuitSwitchedData(HSCSD)電路交換數據通信使用4slots(1slot=9.6or14.4Kbps)GeneralPacketRadioService(GPRS)分組交換(僅當需要時使用頻譜!)撥號上網的速度EnhancedData-ratesforGlobalEvolution(EDGE)在無線電分界處可進行高速率數據傳輸(3x)高達384Kbps(8slots)得益于新的調制方式(8PSK)可兼容舊的GMSK2023/2/131第3代移動體系UMTS(UniversalMobileTelecommunicationSystem)ITU標準:IMT-2000(InternationalMobileTelecommunication-2000)UMTS論壇成立于1996之后3GPP論壇成立(包含大部分的標準化討論)WidebandCDMAradiointerface但是其他的幾項提議也被認為是“一致的”,包括TD-SCDMA無線電頻譜:1885-2025&2110-2200MHz2023/2/132通往3G以及未來的路GPRScdma20001XCDPDTDMA(IS-136)GSMPDCcdmaOneEDGEWCDMATD-SCDMAcdma20003X?2G推向3G的第一步3G超越3G/4GUMBTD-LTELTE-FDD產業化中投入商用我近年來從事的工