第1章

移動通信概述1.1無線通信系統概述1.2移動通信概述1.3蜂窩移動通信發展簡史1.4通信標準化組織1.5數字移動通信的主要技術1.1無線通信系統概述1.1.1概述利用電磁波的輻射和傳播，經過空間傳送信息的通信方式稱為無線電通信（RadioCommunication），也稱為無線通信。利用無線通信可以傳送電報、電話、傳真、數據、圖像，以及廣播和電視節目等通信業務。1.1.2無線通信的頻率和波段無線通信使用的電磁波的頻率范圍和波段見表1-1。頻段名稱頻率范圍波段名稱波長范圍極低頻（ELF）3～30Hz極長波100～（108～）超低頻（SLF）30～300Hz超長波10～（107～）特低頻（ULF）300～3000Hz特長波1000～（106～）甚低頻（VLF）3～30kHz甚長波100～（105～）低頻（LF）30～300kHz長波10～（104～）中頻（MF）300～3000kHz中波1000～（103～）高頻（HF）3～30MHz短波100～（102～）甚高頻（VHF）30～300MHz超短波（米波）10～特高頻（SHF）300～3000MHz微波分米波1～（1～10）超高頻（SHF）3～30GHz厘米波10～（10-1～10）極高頻（EHF）30～300GHz毫米波10～（10-2～10）至高頻（THF）300～3000GHz亞毫米波1～（10-3～10）光波3～0.3μm（3×10-6～3×10-7m）1.1.2無線通信的頻率和波段由于種種原因，在歐、美、日等一些西方國家常常把部分微波波段分為L、S、C、X、Ku、K、Ka等波段（或稱子波段），具體如表1-2所示。頻率和波長波段代號頻率范圍波長范圍L1～2GHz30～S2～4GHz15～C4～8GHz7.5～X8～13GHz3.75～Ku13～18GHz2.31～K18～28GHz1.67～Ka28～40GHz1.07～1.1.3無線通信與地球大氣層的關系地球大氣層的結構如圖1-1所示。1.1.3無線通信與地球大氣層的關系按離地球表面的高度，電離層依次分為D層、E層、F1層和F2層等四層，如圖1-2所示。1.1.4無線通信的電磁波傳播1．極長波傳播2．超長波傳播3．甚長波傳播4．長波傳播5．中波傳播6．短波傳播7．超短波傳播8．微波傳播9．激光傳播1.1.5無線通信系統的組成1．發信機一種短波發信機的組成框圖如圖1-3所示。1.1.5無線通信系統的組成2．天線天線是無線通信系統的重要組成部分。其主要作用是把射頻載波信號變成電磁波或者把電磁波變成射頻載波信號。3．收信機一種短波收信機的組成框圖如圖1-4所示。1.1.6無線通信系統的分類1．按技術體制分類2．按工作波長分類3．按傳輸方式分類4．按工作狀態分類5．按在通信網中所處地位分類1.2移動通信概述1.2.1無線通信與移動通信通信網一般分為核心網和接入網兩大組成部分，而接入網又細分為有線接入網和無線接入網兩種接入方式。因此，通常所說的無線通信就是指此處的無線接入網。1.2.2移動通信的發展史現代移動通信技術的發展始于上世紀20年代，大致經歷了五個發展階段。第一階段從上世紀20年代至40年代，為早期發展階段。第二階段從40年代中期至60年代初期。第三階段從20世紀60年代中期至70年代中期。第四階段從20世紀70年代中期至80年代中期，這是移動通信蓬勃發展時期。第五階段從20世紀80年代中期開始。這是數字移動通信系統發展和成熟時期。1.2.3移動通信的基本概念所謂移動通信就是指移動體之間、移動體與固定體之間的通信。按照移動體所處運動區域的不同，移動通信可分為陸地移動通信、海上移動通信和空中移動通信。1.2.4移動通信的工作方式1．單工通信方式陸地移動通信系統中的無線尋呼系統就采用這種工作方式。BP機（或BB機）只能收信而不能發信，反饋信息只能通過“打電話”間接地來完成，如圖1-5所示。1.2.4移動通信的工作方式2．雙工通信方式這時通信雙方的設備一般通過雙工器來完成這種功能。圖1-6給出了雙工通信方式的示意圖。1.2.4移動通信的工作方式3．半雙工通信方式所謂半雙工通信就是指移動通信的雙方只能交替地進行發信和收信，不能同時進行，如圖1-7所示。1.2.5移動通信的分類1．無線尋呼系統無線尋呼系統是一種傳送簡單信息的單向通信系統，它由尋呼中心、基站發射塔和尋呼接收機（俗稱BB機或BP機）三部分組成，如圖1-8所示。1.2.5移動通信的分類2．無繩電話系統無繩電話系統是電話網的一種無線延伸，它由基站和手機組成，如圖1-9所示。1.2.5移動通信的分類CT2具有兩種基站，提供兩種類型的服務。一種是家用基站，每個基站對應一個電話號碼，注冊手機可以實現雙向呼叫；另一種是公共場所使用的公用基站（通常將之安裝在話務量較高的熱點地區）。CT2系統的結構如圖1-10所示。1.2.5移動通信的分類3．集群（Trunking）調度通信系統集群調度通信系統是一種專用移動通信系統，由中央控制器、基地臺、總/分調度臺、移動臺組成，如圖1-11所示。1.2.5移動通信的分類4．蜂窩移動通信系統圖1-12給出一個由移動臺（MS）、基站（BTS）和移動交換中心（MSC）組成的基本的蜂窩系統（圖中，塔代表在移動用戶與MSC之間提供無線接入的基站）。1.2.5移動通信的分類5．衛星移動通信系統（1）利用靜止衛星的移動通信系統（2）利用低軌道（LEO）衛星的移動通信系統衛星移動通信系統的示意圖如圖1-13所示。1.2.6移動通信所使用的頻率隨著微電子技術和超大規模集成電路技術的發展，移動通信所使用的頻率也從最初的低頻（LF）、中頻（MF）、高頻（HF）和甚高頻（VHF）的范圍向特高頻（UHF）和超高頻（SHF）的范圍提升，具體如圖1-14所示。1.2.7移動通信的電波傳播移動環境下，電波在傳播路徑上遇到各種障礙物都可能產生反射、散射和吸收，因此，接收點的電波實際上是直射波、反射波和散射波的合成，形成所謂的多徑傳播，如圖1-15所示。1.3蜂窩移動通信發展簡史1.3.1第一代（1G）蜂窩移動通信第一代（1G）蜂窩移動通信主要采用的是模擬的頻分多址（FDMA）技術。由于受到傳輸帶寬的限制，不能進行移動通信的長途漫游，只能是一種區域性的移動通信系統。第一代移動通信有多種制式，我國主要采用的是TACS。1.3.2第二代（2G）蜂窩移動通信第二代（2G）蜂窩移動通信主要采用的是數字的時分多址（TDMA）技術和碼分多址（CDMA）技術。全球主要有GSM和CDMA兩種體制。GSM技術標準是歐洲提出的，全球絕大多數國家曾經使用過這一標準。我國第二代移動通信也主要是GSM體制，比如中國移動的135～139手機，中國聯通的130～132都是GSM手機。1.3.3第三代（3G）蜂窩移動通信與從前以模擬技術為代表的第一代和目前還在使用的第二代移動通信技術相比，3G將有更寬的帶寬，其傳輸速度最低為384Kbps，最高為2Mbps，帶寬可達5MHz以上。1.3.4后三代/第四代（B3G/4G）蜂窩移動通信雖然第三代移動通信可以比現有傳輸率快上千倍，但是未來仍無法滿足多媒體的通信需求。第四代移動通信系統的提供便是希望能滿足提供更大的頻寬需求，滿足第三代移動通信尚不能達到的在覆蓋、質量、造價上支持的高速數據和高分辨率多媒體服務的需要。1.3.5蜂窩移動通信演進分析從第一代以模擬技術為主的通信體制到第二代以數字技術為主的通信體制，使得蜂窩移動通信在容量和質量方面有了本質的變化，使這種通信手段逐漸具備了普及的基本條件。而從第二代向第三代的轉化，則是迎合了互聯網發展的需要，使得互聯網無處不在。那么第三代向第四代的轉化則將會進一步縮小移動互聯網接入與傳統固定互聯網接入之間的差距。1.3.5蜂窩移動通信演進分析正如圖1-16中展示的一樣，移動通信技術總是以時代的需求為中心成階梯狀進步。1.4通信標準化組織1.4.1國際電信聯盟國際電信聯盟（ITU：InternationalTelecommunicationsUnion）是世界各國政府的電信主管部門之間協調電信事務方面的一個國際組織，成立于1865年5月17日。當時有20個國家的代表在巴黎簽訂了一個“國際電信公約”。1906年有27個國家代表在柏林簽訂了一個“國際無線電報公約”。1924年在巴黎成立了國際電話咨詢委員會。1925年成立了國際電報咨詢委員會。1927年在華盛頓成立了國際無線電咨詢委員會。1932年70多個國家的代表在西班牙馬德里開會，決定把上述兩個公約合并為一個“國際電信公約”，并將電報、電話、無線電咨詢委員會改為“國際電信聯盟”，此名一直沿用至現在。1.4.2中國通信標準化協會中國通信標準化協會的技術工作委員會由以下部門構成：TC1，IP與多媒體；TC2，移動互聯網應用協議；TC3，網絡與交換；TC4，通信電源；TC5，無線通信；TC6，傳送網與接入網；TC7，網絡管理；TC8，網絡與信息安全；TC9，電磁環境與安全防護。1.4.3歐洲電信標準協會歐洲電信標準協會（ETSI,EuropeanTelecommunicationsSdandardsInstitute）是歐洲地區性標準化組織，創建于1988年。它為貫徹歐洲郵電管理委員會（CEPT）和歐共體委員會（CEC）確定的電信政策，滿足市場各方面及管制部門的標準化需求，實現開放、統一、競爭的歐洲電信市場而及時制定高質量的電信標準，以促進歐洲電信基礎設施的融合；確保歐洲各電信網間互通；確保未來電信業務的統一；實現終端設備的相互兼容；實現電信產品的競爭和自由流通；為開放和建立新的泛歐電信網絡和業務提供技術基礎；并為世界電信標準的制定做出貢獻。1.4.4第三代合作伙伴計劃第三代合作伙伴計劃（3GPP,3GPartnershipProject）是積極倡導UMTS為主的第三代標準化組織。歐洲ETSI、美國T1、日本TTC、ARIB和韓國TTA以及我國CCSA都作為組織伙伴（OP）積極參與了3GPP的各項活動，其具體組織結構、工作方法和技術規劃版本劃分見第2章相關內容。1.4.5第三代合作伙伴計劃2組第三代合作伙伴計劃2組（3GPP2,TheThirdGenerationPartnershipProject2）成立于1999年1月，由美國TIA、日本的ARIB、日本的TTC、韓國的TTA四個標準化組織發起，中國無線通信標準研究組（CWTS）（即現在的CCSA）于1999年6月在韓國正式簽字加入3GPP2，成為這個當前主要負責第三代移動通信cdma2000技術的標準組織的伙伴。1.5數字移動通信的主要技術1.5.1數字調制技術1．連續相位調制技術連續相位調制技術的射頻已調波信號具有確定的相位關系且包絡恒定，也稱為恒包絡調制技術。它具有頻譜旁瓣分量低，誤碼性能好，可以使用高效率的C類功率放大器等特點。2．線性調制技術線性調制技術包括二相移相鍵控（BPSK）、四相移相鍵控（QPSK）和正交調幅（QAM）等。這類調制技術頻譜利用率較高但對調制器和功率放大器的線性要求非常高，因此設計難度和成本較高。1.5.2多址方式1．頻分多址（FDMA）在用戶通話期間，其他用戶不能使用該物理信道。在頻分全雙工（FDD）情形下，分配給用戶的物理信道是一對信道（占用兩段頻段），一段頻段用做前向信道，另一段頻段用于反向信道。TACS系統和AMPS系統均采用FDMA/FDD方式工作，如圖1-17所