無(wú)線通信系統(tǒng)2關(guān)于本課程【教學(xué)目標(biāo)】講授現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)的基本概念、基本原理、基本分析設(shè)計(jì)方法和關(guān)鍵技術(shù)【教學(xué)重點(diǎn)】移動(dòng)信道的特性和無(wú)線信道的建模、信道的處理技術(shù)、系統(tǒng)組成和組網(wǎng)技術(shù)、頻率分配與抗干擾技術(shù)，以及無(wú)線通信系統(tǒng)的最新技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)。【教學(xué)要求】掌握現(xiàn)代無(wú)線通信的基本概念、初步了解其發(fā)展史和發(fā)展現(xiàn)狀、掌握移動(dòng)信道的一些基本概念和初步定量分析方法、理解現(xiàn)代無(wú)線通信的關(guān)鍵技術(shù)、了解重要的無(wú)線通信系統(tǒng)。學(xué)習(xí)方式：課堂教學(xué)課程考核方式3課時(shí)安排及實(shí)踐作業(yè)理論課40學(xué)時(shí)，剩余用于大作業(yè)及答辯大作業(yè)分為兩個(gè)：（1）無(wú)線通信系統(tǒng)最新發(fā)展綜述結(jié)合當(dāng)前無(wú)線通信系統(tǒng)，特別是移動(dòng)通信5G的最新進(jìn)展，針對(duì)其中的某項(xiàng)技術(shù)，每人提交一份綜述報(bào)告，說(shuō)明該項(xiàng)技術(shù)的背景，原理以及能夠達(dá)到的效果。（2）點(diǎn)到點(diǎn)OFDM通信系統(tǒng)仿真45關(guān)于本課程【教材】——《無(wú)線通信原理與應(yīng)用》綜述當(dāng)前無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中各方面的問(wèn)題，給出了面向語(yǔ)音和數(shù)據(jù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方法和關(guān)鍵技術(shù)。重點(diǎn)在較高層技術(shù)，強(qiáng)調(diào)了各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中隱含的相似之處。授課需補(bǔ)充的內(nèi)容：無(wú)線通信系統(tǒng)的新技術(shù)。6參考書(shū)目1.移動(dòng)通信，郭梯云、鄔國(guó)揚(yáng)、李建東著，西安電子科技大學(xué)出版社，2002年（修訂版）2.蜂窩通信，鄔國(guó)揚(yáng)、孫獻(xiàn)璞著，西安電子科技大學(xué)出版社，2002年（第一版）3.無(wú)線通信，AndreaGoldsmith著，人民郵電出版社，2007年4.LTE/LTE-Advanced寬帶移動(dòng)通信技術(shù)，ErikDahlman等著，東南大學(xué)出版社，2012年第一章概述無(wú)線通信面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用產(chǎn)生了巨大的新業(yè)務(wù)需求9無(wú)限豐富的無(wú)線移動(dòng)行業(yè)應(yīng)用需求10挑戰(zhàn)：

現(xiàn)有系統(tǒng)與技術(shù)難滿足海量信息傳輸?shù)男枨?1挑戰(zhàn)：最后一公里總離不開(kāi)無(wú)線傳輸12無(wú)線移動(dòng)寬帶化的流量預(yù)測(cè)13無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展之路在何方？14你知道5G標(biāo)準(zhǔn)是否已經(jīng)確定？是否AB提交投票最多可選1項(xiàng)ITU對(duì)5G的性能要求165G系統(tǒng)無(wú)線傳輸關(guān)鍵技術(shù)大規(guī)模天線技術(shù)非正交多址技術(shù)新型多載波技術(shù)先進(jìn)編碼調(diào)制技術(shù)高頻通信技術(shù)6-100GHz175G系統(tǒng)無(wú)線傳輸關(guān)鍵技術(shù)大規(guī)模天線技術(shù)非正交多址技術(shù)新型多載波技術(shù)先進(jìn)編碼調(diào)制技術(shù)高頻通信技術(shù)6-100GHz1819移動(dòng)通信的基礎(chǔ)知識(shí)移動(dòng)通信的工作頻段移動(dòng)通信的主要特點(diǎn)移動(dòng)通信系統(tǒng)的分類典型的移動(dòng)通信系統(tǒng)移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)物理層關(guān)鍵技術(shù)多址接入方式數(shù)據(jù)鏈路層關(guān)鍵技術(shù)網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)主要內(nèi)容移動(dòng)通信的發(fā)展史、現(xiàn)狀和趨勢(shì)發(fā)展歷程用戶增長(zhǎng)和業(yè)務(wù)需求及預(yù)期及應(yīng)用市場(chǎng)現(xiàn)狀和趨勢(shì)

第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)

Beyond3G移動(dòng)通信系統(tǒng)個(gè)人移動(dòng)通信移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)化20

以“無(wú)線電波”做為媒體進(jìn)行信息交換的通信稱為無(wú)線通信。

引申：通過(guò)“無(wú)形”的媒體進(jìn)行信息交換的通信稱為無(wú)線通信。例如：無(wú)線電波、紅外線、紫外線、激光等。無(wú)線通信：21移動(dòng)通信至少有一方處于移動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行信息交換的通信就叫做移動(dòng)通信。換句話說(shuō)，移動(dòng)通信要解決因?yàn)橥ㄐ烹p方的相對(duì)移動(dòng)而產(chǎn)生的動(dòng)中通問(wèn)題。終端的移動(dòng)性：手機(jī)、車載臺(tái)。個(gè)人的移動(dòng)性：SIM/UIM卡方式支持的業(yè)務(wù)。可見(jiàn)，其基礎(chǔ)為無(wú)線通信，但環(huán)境更復(fù)雜，對(duì)設(shè)備的要求更苛刻。22頻段劃分1.采用電磁波作為載體來(lái)傳遞信息是無(wú)線通信的一種重要手段。2.電磁波包括電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線、射線等組成。23無(wú)線電波的頻（波）段劃分表243～30kHz甚低頻（VLF）電離層波導(dǎo)（waveguide）電報(bào)導(dǎo)航系統(tǒng)潛艇通信2530kHz～3MHz

低頻（LF）和中頻（MF）LF：表面波長(zhǎng)距離通信導(dǎo)航MF：地面波和空中波干擾&衰落商業(yè)AM無(wú)線電263～30MHz高頻（HF）存在地面波以空中波為主通過(guò)電離層反射全球通信沒(méi)有用于民用移動(dòng)通信2730MHz～300MHz甚高頻視線（LOS）傳播為主具有一定的散射和繞射能力廣播電視雷達(dá)陸地通信28300MHz～30GHz極高頻

（微波：15～30GHz）需視線（LOS）傳播高增益天線衛(wèi)星通信點(diǎn)對(duì)點(diǎn)陸地鏈路雷達(dá)超短距通信29ITU陸地移動(dòng)通信工作頻段（MHz）29.7~4747~50（與廣播共用）54~68（與廣播共用）68～74.8875.2~8787~100（與廣播共用）138~144148~149.9150.05~156.7625156.8375~174174~223（與廣播共用）223~328.6335.4~339.9406.1~430（陸地為主）440~470470~960（與廣播共用）1427~15251668.4~16901700~26903500~42004400~500030WARC’92新的頻譜分配方案WorldAdministrativeRadioConference——世界無(wú)線電行政會(huì)議1700～2690在世界范圍靈活應(yīng)用，鼓勵(lì)移動(dòng)業(yè)務(wù)發(fā)展。1885～2025和2110～2200用于IMT2000系統(tǒng)和發(fā)展世界范圍的移動(dòng)通信。未來(lái)陸地移動(dòng)通信頻段（MHz）衛(wèi)星移動(dòng)通信頻段（MHz）137～138、400.15～401（均用于下行）和148～149.9（上行）用于小低軌道衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)。1610～1626.5（上行）和2483.5～2500（下行）用于大低軌道衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)。1980～2010（上行）和2170～2200（下行）第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)。無(wú)線通信的發(fā)展你知道以下哪些名詞？LTE5GNRIoTSDNABCD提交LDPCEMIMOFeNBG投票最多可選7項(xiàng)物聯(lián)網(wǎng)（英語(yǔ)：InternetofThings，縮寫(xiě)IoT）是互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能行使獨(dú)立功能的普通物體實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software?Defined?Network，SDN）是由美國(guó)斯坦福大學(xué)CLean?State課題研究組提出的一種新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，是網(wǎng)絡(luò)虛擬化的一種實(shí)現(xiàn)方式。低密度校驗(yàn)碼（LDPC碼）是一種前向糾錯(cuò)碼，LDPC碼最早在20世紀(jì)60年代由Gallager在他的博士論文中提出，但限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，缺乏可行的譯碼算法。近年來(lái)隨著turbo等編譯碼技術(shù)的發(fā)展，又引起人們的關(guān)注。LDPC碼幾乎適用于所有的信道，因此成為編碼界近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。1837年莫爾斯（1791-1872）發(fā)明了電報(bào)，1844年5月24日，他用激動(dòng)得發(fā)抖的手，從華盛頓向40英里以外的巴爾的摩城拍發(fā)了世界上第一份長(zhǎng)途有線電報(bào)人類社會(huì)從此開(kāi)始了電通信的時(shí)代。1876年美國(guó)人貝爾發(fā)明了電話，過(guò)了40年，美國(guó)建成第一條橫貫國(guó)土東西的長(zhǎng)途電話線。1864年麥克斯韋建立了光的電磁波理論，并語(yǔ)言了電磁波的存在。1880年，最初的無(wú)線傳輸設(shè)備“光話機(jī)”——將反射光耦合到光電硒接收器，通話距離700英尺，比無(wú)線電方式早25年。后經(jīng)過(guò)改進(jìn)，通話距離長(zhǎng)達(dá)15km。缺點(diǎn)：光線易受雨、霧、建筑物等障礙物的阻擋。3435無(wú)線通信的萌芽階段1887年赫茲首次通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了無(wú)線電波的存在。——這為現(xiàn)代無(wú)線通信提供了理論根據(jù)，無(wú)線電波可以在大氣媒質(zhì)中傳播這一理論的創(chuàng)立大大推動(dòng)了通信技術(shù)的發(fā)展。1897年，馬可尼在陸地和一艘拖船上完成莫爾斯電碼無(wú)線通信實(shí)驗(yàn)，標(biāo)志無(wú)線電通信的開(kāi)始，開(kāi)創(chuàng)了海上通信業(yè)。1912年泰坦尼克號(hào)的沉沒(méi)突出了無(wú)線電通信在航海中的重要性，使海上無(wú)線通信得到廣泛應(yīng)用。1905年，費(fèi)森堡首次進(jìn)行無(wú)線電傳輸話音及音樂(lè)的實(shí)驗(yàn)。第一代——模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)371.早期發(fā)展階段(1921－1945)：主要使用短波頻段，電子管設(shè)備，人工交換和人工切換頻率的控制和接續(xù)方式，受軍事或半軍事（警察）應(yīng)用限制。1928年，美國(guó)底特律警察局率先使用裝備貝茨發(fā)明的能適應(yīng)移動(dòng)車輛震動(dòng)影響的無(wú)線電收發(fā)信機(jī)——超外差A(yù)M接收機(jī)的警用車輛無(wú)線電移動(dòng)系統(tǒng)（單向），標(biāo)志移動(dòng)通信開(kāi)始。30年代初，第一個(gè)雙向移動(dòng)通信系統(tǒng)在新澤西的貝尼爾警察局投入運(yùn)行（半雙工）。1935年，阿姆斯特朗發(fā)明了FM方式無(wú)線電，是移動(dòng)通信中地第一個(gè)大分水嶺。大大提高靈敏度或動(dòng)態(tài)范圍（3倍）具有“捕獲效應(yīng)”能更有效地對(duì)抗“快衰落”或波動(dòng)性382.公用網(wǎng)初級(jí)階段（1946－1968）移動(dòng)電話需求強(qiáng)烈，專用移動(dòng)無(wú)線電話系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于警察、出租車、新聞、調(diào)度等方面，并開(kāi)始出現(xiàn)公用汽車移動(dòng)無(wú)線電話系統(tǒng)。然而與電視相比，其發(fā)展速度仍顯得非常緩慢。1946年，Bell實(shí)驗(yàn)室在圣路易斯建立第一個(gè)公用汽車話網(wǎng)，不久就出現(xiàn)長(zhǎng)期的頻譜資源短缺問(wèn)題。因此技術(shù)研究主要集中在：減小傳輸帶寬——頻道分割。一開(kāi)始，F(xiàn)M采用120kHz傳輸帶寬僅3kHz的話音（AM只需3kHz帶寬），到60年代FM帶寬減為30kHz/25kHz。將自動(dòng)中繼引入移動(dòng)通信——集群應(yīng)用，以增加系統(tǒng)容量，提高頻譜利用率。60年代晶體管的出現(xiàn)，使移動(dòng)臺(tái)向小型化方向前進(jìn)了一大步。393.改進(jìn)與完善階段在這些技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，60年代中期，開(kāi)發(fā)出了“IMTS——改進(jìn)地移動(dòng)電話服務(wù)”系統(tǒng)特點(diǎn)：大區(qū)制，使用150/450MHz頻段，實(shí)現(xiàn)無(wú)線頻道自動(dòng)選擇，并與公用電話網(wǎng)自動(dòng)撥號(hào)連接模擬FM，使模擬FM技術(shù)達(dá)到了30年發(fā)展的頂峰。40大區(qū)制移動(dòng)通信大區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)：信號(hào)傳輸損耗，通信距離有限；大區(qū)制系統(tǒng)：覆蓋范圍30~50km，發(fā)射功率50~200W，天線很高（>30m）；具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，頻道數(shù)目少，無(wú)需無(wú)線交換，直接與PSTN連接。大區(qū)系統(tǒng)的局限性：覆蓋范圍有限；服務(wù)的用戶容量有限；服務(wù)性能較差；頻譜利用率低。414.蓬勃發(fā)展階段——蜂窩思想1949～1982：低功率發(fā)射機(jī)和小覆蓋區(qū)域或蜂窩、頻率復(fù)用、蜂窩裂變提高容量、越區(qū)切換和中央控制（自動(dòng)化、程控化、智能化）。是移動(dòng)通信系統(tǒng)不斷完善的階段。早在40年代末，美國(guó)Bell實(shí)驗(yàn)室提出蜂窩構(gòu)想；60年代出臺(tái)研究計(jì)劃；1974年正式提出了蜂窩移動(dòng)通信的概念。1978年底，貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)——先進(jìn)移動(dòng)電話系統(tǒng)（AMPS），比預(yù)期晚了整整10年，導(dǎo)致（模擬FM蜂窩系統(tǒng)）技術(shù)落后了，幾乎喪失了市場(chǎng)。同時(shí)期開(kāi)通的第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)有：1983美國(guó)芝加哥的AMPS，1980北歐的NMT，1979日本東京、神戶、大阪的NAMTS、1985英國(guó)倫敦的TACS等。使用頻段為800/900MHz。這段時(shí)期，集成電路、微型計(jì)算機(jī)和微處理器等微電子技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展，使移動(dòng)通信設(shè)備的小型化、微型化、便攜化成為可能，移動(dòng)設(shè)備的耗電量、重量、體積大大縮小，也是促進(jìn)移動(dòng)通信的發(fā)展一個(gè)重要原因。42蜂窩系統(tǒng)頻率（或時(shí)隙或碼字）可在空間間隔一定距離時(shí)獲得復(fù)用。復(fù)用距離最小→頻譜效率最大。系統(tǒng)容量受干擾限制。主要是為電路交換通信而設(shè)計(jì)。由基站執(zhí)行呼叫建立、越區(qū)切換、選路等集中控制功能。43第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)美&加AMPS英國(guó)TACS日本NTT北歐NMT450北歐NMT900德國(guó)MATS-E德國(guó)C-450信道數(shù)2×4162×5002×50018019991000222小區(qū)半徑2~202~202~1~400.5~202~252~30區(qū)群數(shù)7；124,7,12,219,127,129,127下行頻段824~894890~915860~885453~457.5890~915890~915461.3~465.74上行頻段870~890935~960915~940463~467.5935~960935~960451.3~455.74收發(fā)間隔45455510454510信道間隔3025252512.52520基站功率1001002550100100第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)44蜂窩小區(qū)系統(tǒng)設(shè)計(jì)——頻率復(fù)用解決大容量需求與有限頻譜資源的矛盾模擬系統(tǒng)——語(yǔ)音信號(hào)FM傳輸FDMA第二代——數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)46第二代——數(shù)字移動(dòng)通信模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)頻譜利用率低、設(shè)備復(fù)雜、價(jià)格昂貴、業(yè)務(wù)種類受限、保密性差、防偽能力低，系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)多且互不兼容。

80年代中期～90年代末，歐洲、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)先后推出了數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)——第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)，目標(biāo)是大容量、低功耗、全球漫游和切換：1992歐洲推出商用的GSM1991美國(guó)提出的IS-541993日本提出的PDC1993美國(guó)提出的IS-95(N-CDMA)47第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)GSMIS－54PDCIS－95引入年代1990199119931993使用頻譜(MHz)890~915(上行)935~960(下行)890~915(上行)935~960(下行)890~915(上行)935~960(下行)890~915(上行)935~960(下行)890~915(上行)935~960(下行)調(diào)制制度GMSK(BT=0.3)π/4-QPSKπ/4-QPSKOQPSK(上行)QPSK(下行)成形濾波器高斯開(kāi)方升余弦開(kāi)方升余弦開(kāi)方升余弦載波帶寬200kHz30kHz25kHz1250kHz信道速率270.8kbps48.6kbps42kbps1228.8kbps語(yǔ)音編碼(速率)RELP-LTP(13kbps)VSELP(8kbps)VSELP(6.7kbps)QCELP(8kbps)信道編碼CRC＋卷積碼CRC＋卷積碼CRC＋卷積碼CRC＋卷積碼48特點(diǎn)微蜂窩小區(qū)結(jié)構(gòu)：更優(yōu)的空分復(fù)用，提高用戶容量。數(shù)量數(shù)字化技術(shù)：語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化。新的調(diào)制方式：GMSK、QPSK等。TDMA、CDMA。頻譜利用率高、系統(tǒng)容量大。能提供多種業(yè)務(wù)，提高通信系統(tǒng)的通用性。采用均衡技術(shù)和RAKE接收技術(shù)，抗噪聲、抗干擾和抗多徑衰落能力強(qiáng)。能實(shí)現(xiàn)更有效、靈活的網(wǎng)絡(luò)管理和控制。便于實(shí)現(xiàn)通信安全保密。可降低設(shè)備成本和減小用戶手機(jī)體積和重量。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)——3G50第三代——寬帶、多媒體90年代初～今：寬帶（Wideband，最大數(shù)據(jù)傳輸速率2Mbps）、多媒體業(yè)務(wù)、頻譜利用率高1G→2G：模擬→數(shù)字，單一業(yè)務(wù)（話音）→多種業(yè)務(wù)（話音、數(shù)據(jù)）；2G→3G：?jiǎn)蚊襟w業(yè)務(wù)→多媒體業(yè)務(wù)，人與人通信→人與機(jī)器之間和機(jī)器與機(jī)器之間通信，容量提高2～5倍。

ITU通過(guò)的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)：

WCDMA（寬帶CDMA）

cdma2000（IS-95的發(fā)展）TD-SCDMA（時(shí)分同步的CDMA）由中國(guó)提出UWC-136（IS-136的發(fā)展）DECT（DigitalEnhancedCordlessTelecommunications）51第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)兩種寬帶CDMA技術(shù)的主要區(qū)別WCDMACDMA2000最小帶寬5MHz1.25Mhz的1,3,6,9,11倍采用技術(shù)類型單載波的寬帶直接序列擴(kuò)頻（DS）多載波（MC）碼片速率3.84Mcps1.2288Mcps的1,3,6,9,11倍基站間同步同步（不需要GPS）同步（需要GPS）下行信道導(dǎo)頻采用連續(xù)導(dǎo)頻附加導(dǎo)頻符號(hào)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流時(shí)分復(fù)用（TM）采用獨(dú)立的連續(xù)導(dǎo)頻，業(yè)務(wù)信道共用（CM）幀長(zhǎng)10ms20ms話音編碼固定速率可變速率功率控制速度1600/s800/s52TD-SCDMATimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess：時(shí)分同步的碼分多址接入。SCDMA中S的三個(gè)含義：智能天線(SmartAntenna)同步CDMA(SynchronousCDMA)軟件無(wú)線電(SoftwareRadio)我國(guó)提出的TD-SCDMA已正式成為全球3G標(biāo)準(zhǔn)之一，這標(biāo)志著我國(guó)在移動(dòng)通信領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入世界領(lǐng)先之列。53第三代蜂窩系統(tǒng)的特點(diǎn)微蜂窩結(jié)構(gòu)。寬帶CDMA技術(shù)。調(diào)制方式QPSK/自適應(yīng)調(diào)制AMR。FDMA/TDMA/CDMA。電路交換→分組交換。54第三代蜂窩系統(tǒng)的局限性采用DS-CDMA技術(shù)難以向更高速業(yè)務(wù)領(lǐng)域擴(kuò)展：難以尋找更高速業(yè)務(wù)所需的正交擴(kuò)頻碼集；難以滿足更高的傳輸帶寬需求；因而造成業(yè)務(wù)之間的干擾大。難以提供具有不同QoS和性能需求的全范圍多媒體業(yè)務(wù)。這是IMT-2000空中接口標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)加給核心網(wǎng)的。在2GHz頻段分配給IMT-2000的帶寬很快就會(huì)飽和，而標(biāo)準(zhǔn)中制定的頻分與時(shí)分雙工相結(jié)合的模式也約束了其在不同環(huán)境有效地服務(wù)。第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)——LTELTE-A成為主導(dǎo)的4G寬帶移動(dòng)技術(shù)56LTE-A成為主導(dǎo)的4G寬帶移動(dòng)技術(shù)5758移動(dòng)通信的發(fā)展MobilityHighSpeedLowSpeed4G802.11bCDMA2000EV-DO/DVW-CDMA/HSDPA2.4GHzWLAN802.11a/gCDMA/GSM/TDMAWPANHighspeedWLANMediumSpeed802.16eWi-Max5GHzWLANBluetoothRFIDZigBeeUWB199520002005<100Mbps~14.4kbps<50Mbps384kbps144kbpsAMPSETACSJTACSNMTPANDataRates2010+1G(Analog)2G(Digital)3G(IMT2000)3GLTE59移動(dòng)通信發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢(shì)1980s1990s2000s2010s2020s第一代第二代第三代第四代第五代模擬數(shù)字全球化標(biāo)準(zhǔn)高速數(shù)據(jù)高速移動(dòng)性基于IP高速數(shù)據(jù)高速移動(dòng)性基于IP模擬蜂窩網(wǎng)模擬無(wú)繩電話數(shù)字蜂窩網(wǎng)：GSM、IS54、PDC數(shù)字無(wú)繩電話：DECT、PHS衛(wèi)星移動(dòng)系統(tǒng)：依系統(tǒng)、全球星IMT2000（3G）最大數(shù)據(jù)速率2Mbit/s4G蜂窩、廣帶接入、HAPS（高空平臺(tái)站）數(shù)據(jù)速率：2～20Mbit/s5G蜂窩、廣帶接入、HAPS數(shù)據(jù)速率：20～100Mbit/s移動(dòng)通信的發(fā)展目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信系統(tǒng)6061個(gè)人通信個(gè)人通信含義：全球一網(wǎng)（統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)），每人一號(hào)（一個(gè)身份號(hào)碼）。無(wú)論任何人在任何時(shí)間在任何地方與任何對(duì)象（人或機(jī)器）以任何通信方式進(jìn)行任何形式（語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等業(yè)務(wù)）全球性骨干核心網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，無(wú)時(shí)無(wú)處不在的靈活接入手段。個(gè)人通信是新的挑戰(zhàn)“任何人”要求支持巨大用戶量：頻譜資源有限；“任何時(shí)間”要求支持動(dòng)中通：無(wú)線通信是前提；“任何地方”要求無(wú)縫覆蓋：傳輸能力有限；“任何形式”要求多媒體：處理能力有限。6263個(gè)人通信的發(fā)展基礎(chǔ)新一代信息網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)新一代光纖通信新一代集成電路新一代無(wú)線接入新一代移動(dòng)通信新一代廣播電視新一代衛(wèi)星通信新一代信息處理物聯(lián)網(wǎng)主要實(shí)現(xiàn)機(jī)器之間的通信，與人類話音/數(shù)據(jù)通信相比，其不同特點(diǎn)在于海量連接低功耗廣覆蓋低成本ABCD提交高帶寬E低時(shí)延F高可靠通信G投票最多可選7項(xiàng)我國(guó)移動(dòng)通信的發(fā)展（1）1987年中國(guó)電信開(kāi)始開(kāi)辦移動(dòng)電話業(yè)務(wù)。1987～1993年，用戶每年的增長(zhǎng)速度均在200%以上。1994年，移動(dòng)用戶規(guī)模超過(guò)百萬(wàn)大關(guān)。1997年，我國(guó)移動(dòng)電話達(dá)1000萬(wàn)。2001年，中國(guó)的移動(dòng)通信用戶數(shù)超過(guò)了1.2億，已超過(guò)美國(guó)躍居為世界第一位。2003年，移動(dòng)電話用戶總數(shù)已達(dá)2.3447億戶。2006年，中國(guó)移動(dòng)通信以392億美元的品牌價(jià)值高居英國(guó)《金融時(shí)報(bào)》“全球最強(qiáng)勢(shì)100品牌”排名第四、美國(guó)《商業(yè)周刊》“中國(guó)最佳20品牌”排名第一。2012年，中國(guó)手機(jī)用戶數(shù)已經(jīng)達(dá)到10億規(guī)模。65我國(guó)移動(dòng)通信的發(fā)展（2）幾個(gè)重要數(shù)字：我國(guó)移動(dòng)電話用戶增長(zhǎng)到1000萬(wàn)戶用了10年時(shí)間從1000萬(wàn)戶到1億戶用了不到4年時(shí)間從1億戶到2億戶僅用了1年左右的時(shí)間2003年，移動(dòng)電話用戶數(shù)首次超過(guò)固定電話用戶數(shù)（固定電話用戶數(shù)2.55億，移動(dòng)電話用戶2.56億）據(jù)信息產(chǎn)業(yè)部分布的最新數(shù)據(jù)，截至2007年，我國(guó)電話用戶數(shù)有8.36億戶6667移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化工作的重要性：通信技術(shù)的多樣性：看似繁榮，實(shí)際阻礙技術(shù)發(fā)展網(wǎng)絡(luò)缺乏互聯(lián)；設(shè)備缺乏互通；無(wú)法大規(guī)模生產(chǎn)；價(jià)格昂貴。移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容：技術(shù)體制標(biāo)準(zhǔn)化；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化；測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)化。68國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織國(guó)際無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn)化工作由國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）負(fù)責(zé)。無(wú)線通信組（CCIR+IFRB），ITU－R工作組；電信標(biāo)準(zhǔn)化組（CCITT)，ITU－T工作組；電信開(kāi)發(fā)組（BOT）。歐洲的標(biāo)準(zhǔn)化組織：歐洲郵電管理協(xié)會(huì)（CEPT）；歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI），GSM、DECT、UMTS等北美地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)化組織：電子／電信工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA/TIA）蜂窩電信工業(yè)協(xié)會(huì)（CTIA）美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ANSI）69其它標(biāo)準(zhǔn)化組織亞洲地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)化組織日本電信技術(shù)委員會(huì)（TTC）我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)化組織―CWTSIEEE(LAN)、ATM論壇、Internet工程任務(wù)組(IETF)等。70移動(dòng)通信的主要特點(diǎn)1.必須利用無(wú)線電波傳輸信息，傳播特性差傳播特性復(fù)雜：多徑效應(yīng)和陰影效應(yīng)造成電波傳播的幅度衰落和時(shí)延擴(kuò)展；用戶的高速移動(dòng)：多普勒頻移造成電波傳播的快速隨機(jī)變化和頻率擴(kuò)展；只有充分研究移動(dòng)信道的特性，才能設(shè)計(jì)出合理的系統(tǒng)。712.工作于復(fù)雜的干擾環(huán)境除了與其它無(wú)線系統(tǒng)一樣，會(huì)受到天電干擾、工業(yè)干擾和各種噪聲的干擾外，還會(huì)有以下干擾：遠(yuǎn)近效應(yīng)：近處“無(wú)用”信號(hào)對(duì)遠(yuǎn)處“有用”信號(hào)的干擾；共道干擾：相同頻率信號(hào)之間的相互干擾（頻率再用引起）；鄰道干擾：相鄰或鄰近頻道的相互干擾；互調(diào)干擾：非線性特性引起（特別是三階互調(diào)干擾）。此外，對(duì)于CDMA系統(tǒng)還存在MAI(多址干擾)。723.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多樣，網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜大區(qū)制和小區(qū)制用戶注冊(cè)和登記鑒權(quán)和計(jì)費(fèi)；安全與保密734.用戶量、業(yè)務(wù)量大，而頻率資源有限用戶容量問(wèn)題；業(yè)務(wù)容量問(wèn)題。745.設(shè)備要求高，但終端成為個(gè)人消費(fèi)品體積小、重量輕、耗電少、抗震、防潮等。成本低。75無(wú)線通信的分類按工作方式分類---單工、雙工（TDD或FDD）、半雙工按多址方式分類---FDMA、TDMA、CDMA、SDMA按信號(hào)形式分類---模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)按覆蓋范圍分類---城域網(wǎng)（MAN）、局域網(wǎng)（LAN）和個(gè)域網(wǎng)（PAN）、車域網(wǎng)（VAN）按業(yè)務(wù)類型分類---電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)、多媒體按服務(wù)特性分類---專用網(wǎng)、公用網(wǎng)按使用環(huán)境分類---陸地通信、海上通信、空中通信按使用對(duì)象分類---民用系統(tǒng)、軍用系統(tǒng)76雙工的概念頻分雙工(FDD)時(shí)分雙工（TDD）77上、下行鏈路的概念由于移動(dòng)性的要求，移動(dòng)臺(tái)的天線高度和發(fā)射功率都要受到限制。為了保證用戶之間能夠有足夠的通信距離，同時(shí)也為了便于系統(tǒng)的管理和交換，通常采用基站(中心站)轉(zhuǎn)發(fā)的工作方式。78下面屬于移動(dòng)通信系統(tǒng)干擾的是鄰道干擾互調(diào)干擾同道干擾點(diǎn)火噪聲干擾ABCD提交多選題3分79采用頻分雙工的移動(dòng)通信系統(tǒng)，兩個(gè)頻率中較高的頻率應(yīng)該分配給移動(dòng)臺(tái)基站AB提交單選題1分80典型的移動(dòng)通信系統(tǒng)無(wú)線尋呼系統(tǒng)無(wú)繩電話公用移動(dòng)電話系統(tǒng)衛(wèi)星移動(dòng)通信－－銥、全球星等集群系統(tǒng)無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)－－802.11、HyperLAN(高性能無(wú)線局域網(wǎng))游牧無(wú)線接入系統(tǒng)(WPAN/WVAN)－－藍(lán)牙固定無(wú)線接入系統(tǒng)(WMAN)－－WLL(無(wú)線本地環(huán)路)、LDMS(本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù))無(wú)線廣播系統(tǒng)－－DAB、DVB81無(wú)線尋呼系統(tǒng)1948年，BellLab.試制“BellBoy”——無(wú)線尋呼的開(kāi)端；60，70年代，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，歐、美、日等研制各種尋呼系統(tǒng)；PacketBell-BP機(jī)我國(guó)80年代初引進(jìn)，由于PSTN較落后，未受重視尋呼一般用于通知用戶回應(yīng)某個(gè)電話，簡(jiǎn)短留言或股票，標(biāo)題新聞等；融入移動(dòng)網(wǎng)中，SMS消息按照用戶類別：專用——尋呼中心一般不與市話相連，僅于本單位交換機(jī)連，發(fā)射功率小，獨(dú)立，用于醫(yī)院、港口等公用——與PSTN相連82典型的單向通信系統(tǒng)組成：無(wú)線尋呼系統(tǒng)83特點(diǎn)單向通信小巧、便于攜帶價(jià)格低廉較小的頻率資源和較大的用戶容量84發(fā)展簡(jiǎn)史第一代：“主叫用戶識(shí)別尋呼系統(tǒng)”，代表：1968年，東京，100萬(wàn)戶，只能發(fā)出呼叫音，需到服務(wù)臺(tái)查詢、轉(zhuǎn)接。第二代：“語(yǔ)音型尋呼系統(tǒng)”調(diào)頻語(yǔ)音＋選呼信號(hào)；一般重復(fù)兩遍，總時(shí)間約10s（每遍5s），系統(tǒng)容量小，約1～4千戶。第三代：“數(shù)字型尋呼機(jī)”，POCSAG碼（無(wú)線尋呼國(guó)際1號(hào)碼，512bps和1200bps，BCH(31,21)+奇偶校驗(yàn)）、格雷碼。第四代：“字符型尋呼機(jī)”漢字型：數(shù)字代碼型、全漢字型85無(wú)繩電話系統(tǒng)基本組成：家用型：座機(jī)、手機(jī)網(wǎng)絡(luò)型：電信點(diǎn)（基站）、手機(jī)特點(diǎn)：必須以有線網(wǎng)絡(luò)為依托覆蓋半徑小（100～300m）低速移動(dòng)（≤20km/h)86無(wú)繩電話系統(tǒng)早期無(wú)繩電話——單機(jī)分成座機(jī)和手機(jī)，用無(wú)線電連接，F(xiàn)M，模擬話音，通信幾十米，主要用于室內(nèi)，手機(jī)僅與某個(gè)座機(jī)通信，且座機(jī)連PSTN隨后向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，室內(nèi)室外，專用公用，形成以PSTN為依托的多種結(jié)構(gòu)；數(shù)字無(wú)繩電話泛歐標(biāo)準(zhǔn)——DECT（微小區(qū)）32kbps的ADPCM語(yǔ)音編碼TDMA/FDMA，多址，每載波1~12路話音GFSK或Pi/4-QPSK調(diào)制手機(jī)功率=5~25mw，工作頻率900M或1800MHz87公用移動(dòng)電話系統(tǒng)——大區(qū)制組成：基站：高架天線（數(shù)十～數(shù)百米）、大功率發(fā)射機(jī)（幾十～幾百瓦）、覆蓋半徑：幾十公里移動(dòng)臺(tái)：幾百～幾千部，天線低發(fā)射功率小分集接收：為了解決覆蓋區(qū)邊緣處上行信號(hào)弱，可設(shè)外圍接收機(jī)特點(diǎn)：系統(tǒng)簡(jiǎn)單、容量小。88公用移動(dòng)電話系統(tǒng)——小區(qū)制為了提高系統(tǒng)容量，采用頻率再用技術(shù)典型系統(tǒng)：蜂窩網(wǎng)組成：如右圖特點(diǎn)：系統(tǒng)復(fù)雜(漫游、過(guò)區(qū)切換、頻率分配)容量大89集群移動(dòng)通信系統(tǒng)產(chǎn)生背景：調(diào)度通信對(duì)野外或流動(dòng)作業(yè)部門(mén)重要，廣泛用于公車、出租車、大型企業(yè)、車站、機(jī)場(chǎng)等；集群的概念將各部門(mén)分散建立的專用網(wǎng)集中起來(lái)，統(tǒng)一建網(wǎng)和管理，各部門(mén)只建各自的調(diào)度臺(tái)和配置相應(yīng)的車臺(tái)及手機(jī)動(dòng)態(tài)分配空閑信道，

用戶數(shù)改進(jìn)的頻道共用，利用率90衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)分類：按用途：海事移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)(MMSS)航空移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)(AMSS)陸地移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)(LMSS)按衛(wèi)星運(yùn)行軌道同步（高）軌道（GEO）長(zhǎng)橢圓軌道（HEO）中軌道（MEO）低軌道（LEO）91衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)軌道劃分：高軌道（GEO）：h＝36000km（赤道上），周期：24h（三顆星）長(zhǎng)橢圓軌道（HEO）：h＝40000km（遠(yuǎn)地點(diǎn)），周期:12~24h解決兩極及高緯度地區(qū)的通信（2～3顆星）中軌道（MEO）：h＝8000～12000km。在10000km處，周期5～6h，15～16顆星。低軌道（LEO）：h＝500～2000km（多在1500km以下）。在1000km處，周期1小時(shí)45分，20～30顆星。92衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)特點(diǎn)：電波傳播路徑大部分在大氣層以外的空間，傳播損耗近似為自由空間的條件；傳播距離遠(yuǎn)：損耗大，延遲也較大；地球站仰角大(20°～56°)：波束不易受地面發(fā)射影響，多徑效應(yīng)小；但高大建筑物仍會(huì)造成“陰影效應(yīng)”；f﹥1GHz時(shí)，因雨、雪等氣候原因，將產(chǎn)生附加的傳輸損耗。綜上所述：衛(wèi)星中繼信道具有傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋地域?qū)捄蛡鬏斕匦员容^穩(wěn)定等優(yōu)越性。因此，它對(duì)于建立覆蓋全球的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)極具吸引力，特別是中、低軌道的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，近年來(lái)備受關(guān)注。93衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)典型系統(tǒng)：星狀星座：“銥”系統(tǒng)h＝780km原規(guī)劃：77星、7軌道，每星37個(gè)點(diǎn)波束改進(jìn)：66星、6軌道、每星48個(gè)點(diǎn)波束網(wǎng)狀星座：“GlobalStar”h＝1410km，周期：113分48顆星、8軌道（6星/軌，一顆備用）軌道傾角：52°移動(dòng)通信系統(tǒng)的多層次覆蓋9495分組無(wú)線網(wǎng)最早的分組無(wú)線網(wǎng)是1968年，夏威夷大學(xué)的ALOHA系統(tǒng)：主要是為在4個(gè)島上的7個(gè)分校的人員訪問(wèn)計(jì)算機(jī)中心。在一節(jié)點(diǎn)欲發(fā)送，不論信道狀態(tài)，立即占用，規(guī)定時(shí)間未收到確認(rèn)，則碰撞而失敗，重發(fā)。802.11X無(wú)線局域網(wǎng)。802.16無(wú)線城域網(wǎng)。802.15.1藍(lán)牙技術(shù)。移動(dòng)自組織網(wǎng)ad-hoc。96802.11的協(xié)議棧97802.11物理層紅外技術(shù)，使用0.85或0.95微米波段上的漫射傳輸，允許速率為1Mbps和2Mbps跳頻擴(kuò)頻FHSS（FrequencyHoppingSpreadSpectrum）跳頻技術(shù)，使用79個(gè)信道，每個(gè)信道1MHz帶寬，從2.4GHz頻段向上，使用一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生跳頻序列。直接序列擴(kuò)頻DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum)，1MBps或2Mbps。原理和CDMA類似每個(gè)比特被編碼為11個(gè)時(shí)間片。使用1M波特的相移調(diào)制。98常見(jiàn)的幾種802.11無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)頻段數(shù)據(jù)速率物理層優(yōu)缺點(diǎn)802.11b2.4GHz最高為11Mb/sHR-DSSS最高數(shù)據(jù)率較低，價(jià)格最低，信號(hào)傳播距離最遠(yuǎn)，且不易受阻礙802.11a5GHz最高為54Mb/sOFDM最高數(shù)據(jù)率較高，支持更多用戶同時(shí)上網(wǎng)，價(jià)格最高，信號(hào)傳播距離較短，且易受阻礙802.11g2.4GHz最高為54Mb/sOFDM最高數(shù)據(jù)率較高，支持更多用戶同時(shí)上網(wǎng)，信號(hào)傳播距離最遠(yuǎn)，且不易受阻礙，價(jià)格比802.11b貴99802.16無(wú)線城域網(wǎng)服務(wù)范圍示意圖ISP802.11WLAN802.11熱點(diǎn)802.11WLAN802.16802.16802.16基站802.16因特網(wǎng)802.16基站802.16802.16電信網(wǎng)100802.16工作頻段特性范圍10~66GHz，毫米波按直線傳播基站可以有多個(gè)天線，指向周邊不同的扇形區(qū)域每個(gè)扇區(qū)有它自己的用戶，與相鄰扇區(qū)保持相對(duì)獨(dú)立101102藍(lán)牙和紫蜂技術(shù)1994，Ericsson和IBM，Intel，Nokia，Toshiba：將計(jì)算和通信設(shè)備或附加部件通過(guò)短距離、低功耗、低成本的無(wú)線電波相互連接起來(lái)，這個(gè)項(xiàng)目被稱為藍(lán)牙（bluetooth），基于IEEE802.15.1。1mW發(fā)射功率，通信距離10m；100mW發(fā)射功率，通信距離100m傳輸總比特率大約為1Mbps藍(lán)牙耳機(jī)，可穿戴設(shè)備Zigbee的設(shè)計(jì)目標(biāo)是比藍(lán)牙更低的成本和更低的功耗，基于IEEE802.15.4最大覆蓋范圍30m，最大數(shù)據(jù)速率250kbit/s幾個(gè)月甚至幾年不充電應(yīng)用目標(biāo)為傳感器網(wǎng)絡(luò)、存貨標(biāo)簽等。超寬帶無(wú)線通信UWB采用超窄脈沖進(jìn)行簡(jiǎn)單的幅度和相位調(diào)制，功率譜非常寬，超高速的傳輸能力允許UWB系統(tǒng)和原有用戶重疊使用3.1GHz～10.6GHz的頻段發(fā)射機(jī)無(wú)需調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單；為盡量減小UWB系統(tǒng)對(duì)原有用戶的影響，對(duì)UWB的發(fā)射功率做了嚴(yán)格限制，只有靠的很近才能相互通信精確而快速的同步是實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)103可見(jiàn)光通信超高速的傳輸能力功耗低安全性高室內(nèi)/路燈/交通燈/車燈104可見(jiàn)光通信特點(diǎn)分析寬帶高速：可見(jiàn)光譜約300THz，在用無(wú)線頻譜約30GHz，兩者相差一萬(wàn)倍，具