教学课件学习课件无线通信概述.ppt

1,无线通信系统,主讲教师：马卓,2,本课程使用的教材,T.S.Rappaport 著“Wireless Communications Principles and Practice,2e”无线通信原理与应用（第二版）,3,参考书（1）,1.李建东 等编著移动通信（修订版）已出至第4版2.K.Pahlavan 等著“Principles of Wireless Networks：A Unified Approach”无线网络通信原理与应用（中译本书名）,4,本课程的基本要求（1）,就所选教材而言，主要讲解以下各章：第1章（无线通信系统概述）、第3章（蜂窝的概念）、第4章（大尺度路径损耗）、第5章（小尺度衰落和多径效应）、第6章（移动无线电中的调制技术）、第7章（均衡、分集和信道编码）、第9章（无线通信多址接入技术）注：第6章中模拟调制不讲；第7章中编码不讲、均衡简介。,5,本课程的基本要求（2）,概括起来说，本课程主要要求大家通过学 习掌握以蜂窝系统为主的无线移动通信系 统的基础知识。可以分成以下几个方面的内容：1）蜂窝系统设计原理（Ch3）；2）无线移动信道（Ch4、Ch5）；3）用于移动通信的数字调制技术和抗多径、抗衰落技术（Ch6、Ch7）；4）多址技术（Ch9）。,6,从通信分层的观念看课程要求,本课程主要关注基站（BS）和移动台（MS）之间空中接口（GSM中，这个接口称作Um接口）的物理层：第4、5章讨论物理层的传输媒质；第6、7章讨论传输技术。同时也从系统（或网络）的角度对其它层作必要的介绍：第3章讨论蜂窝网络原理、信道分配策略、切换等问题；第9章介绍多址技术。,7,蜂窝网络的构成（第2代）,重要名词：MS（Mobile Station）：移动台，如手机。BS（Base Station）：基站。MSC（Mobile Switching Center）移动交换中心。,8,有基础设施的集中式无线网络,蜂窝系统属于有基础设施（如基站）的网络。任意两个网内用户（或者网内用户和有线网用户）之间的通信都要通过基站（BS）“中转”，这一点和一般的点对点无线通信（如，无线对讲机）是不同的。,9,提纲,一、无线通信的发展历史二、无线通信的特点三、无线电波频段的划分四、无线通信系统的分类五、常用无线通信系统六、不同无线通信应用的不同需求七、标准化蜂窝系统简介八、无线通信中的基本技术,10,无线通信的发展历史（1）,无线通信始于1897年马可尼在英吉利海峡行驶的船只之间进行的无线电报通信的演示。20世纪40年代，首先在短波几个频段上开发出专用无线通信系统，其代表是 美国底特律市警察实用的车载无线电系统，特点是专用系统，工作频率较低。20世纪40年代至60年代初期，公共无线移动通信系统开始问世。1946年，世界上第一个公共移动电话系统在美国的圣路易斯市投入使用。其特点是非蜂窝系统，只有六个信道.,11,12,无线通信的发展历史（2）,20世纪六十年代到七十年代，贝尔实验室提出了蜂窝的概念，即把整个覆盖范围划分成小的单元，每个单元复用整个频带的一部分以提高频率利用率。模拟蜂窝系统：1979年，第一个具有大的覆盖范围和自动交换功能的系统由爱立信公司推出，并建立北欧移动电话系统（NMT）。后来美国也建立了AMPS系统。其特点是使用模拟调制，蜂窝网。,13,无线通信的发展历史（3）,数字蜂窝系统：开始于20世纪80年代，与20世纪90年代开始投入商用。代表系统有：GSM，USDC（IS-136）等。特点是用数字调制，语音编码和时分多址代替模拟调制和频分多址。地区西欧美国日本普及率（04年）80%50%70%截至2007年12月，中国手机用户数达5.47286亿户，普及率为41.6%，总量居世界第一位。,14,无线通信的发展历史（4）,第三代移动通信：全球化标准。提供更大的系统容量和更高的数据传输速率。三个第三代移动通信技术标准：欧洲的WCDMA，美国的CDMA2000，中国的TD-SCDMA。无线局域网（WLAN）：802.11系列标准。,15,无线通信的特点（1）,1.无线通信必须利用无线电波进行信息传输 这种传播媒质允许通信中的用户可以在一定范围内自由活动，其位置不受束缚，不过无线电波的传播特性一般都很差。首先，移动通信的运行环境十分复杂，电波不仅会随着传播距离的增加而发生弥散损耗，并且会受到地形、地物的遮蔽而发生“阴影效应”，而且信号经过多点反射，会从多条路径到达接收地点，这种多径信号的幅度、相位和到达时间都不一样，它们相互叠加会产生电平衰落和时延扩展；其次，移动通信常常在快速移动中进行，这不仅会引起多普勒（Doppler）频移，产生随机调频，而且会使得电波传播特性发生快速的随机起伏，严重影响通信质量。,16,无线通信的特点（2）,2.无线通信是在复杂的干扰环境中运行的 除去一些常见的外部干扰，如天电干扰、工业干扰和信道噪声外，系统本身和不同系统之间，还会产生这样或那样的干扰。因为在移动通信系统中，常常有多部用户电台在同一地区工作，基站还会有多部收发信机在同一地点上工作，这些电台之间会产生干扰。,17,3.无线通信可以利用的频谱资源非常有限，而移动通信业务量的需求却与日俱增如何提高通信系统的通信容量，始终是移动通信发展中的焦点。为了解决这一矛盾，一方面要开辟和启用新的频段；另一方面要研究各种新技术和新措施，以压缩信号所占的频带宽度和提高频谱利用率。,无线通信的特点（3）,18,无线通信的特点（4）,4.无线通信系统的网络结构多种多样，网络管理和控制必须有效根据通信地区的不同需要，移动通信网络可以组成带状(如铁路公路沿线)、面状(如覆盖一城市或地区)或立体状(如地面通信设施与中、低轨道卫星通信网络的综合系统)等，可以单网运行，也可以多网并行并实现互连互通。为此，移动通信网络必须具备很强的管理和控制功能，诸如用户的登记和定位，通信(呼叫)链路的建立和拆除，信道的分配和管理，通信的计费、鉴权、安全和保密管理以及用户过境切换和漫游的控制等。,19,无线通信的特点（5）,5.移动通信设备(主要是移动台)必须适于在移动环境中使用 对手机的主要要求是体积小、重量轻、省电、操作简单和携带方便。车载台和机载台除要求操作简单和维修方便外，还应保证在震动、冲击、高低温变化等恶劣环境中正常工作。,20,无线电波的频段的划分,1.射频频段（波段）划分：c/f，c=300000000 m/s,21,常用无线电波段的特点,22,无线通信常用频段,2.绝大多数无线通信系统工作在30MHz40GHz的频率范围内。这是无线通信较为理想的频段，它不受地球表面曲率影响，天线尺寸适度，还可以穿透电离层。天线尺寸与射频频率的关系 良好接收所需的天线尺寸与发射频率成反比。覆盖范围与射频频率的关系 发射频率越高，传播损耗越大（全向辐射时）接收信号功率与频率的平方成反比。所以频率越高，实现大范围覆盖的难度越高。,23,受管制频谱和不受管制的频谱,例如，8001000MHz：几个蜂窝系统使用此频段（模拟系统和第二代蜂窝）。也有一些应急通信系统（集群无线电）使用此频段。1.82.0GHz：这是蜂窝通信的主要频段。目前的（第二代）蜂窝系统工作于此频段，大多数第三代系统也将工作于此频段。许多无绳系统也工作于此频段。2.42.5GHz：工业、科学和医疗（ISM）频段。无绳电话、无线局域网（WLAN）和无线个域网（WPAN）工作于此频段；它们与其它的许多设备（包括微波炉）分享这一频段。,24,无线通信系统的分类(1),按使用对象可分为民用设备和军用设备；按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信；按多址方式可分为频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)等；按覆盖范围可分为广域网和局域网；,25,无线通信系统的分类(2),按业务类型可分为电话网、数据网和多媒体网；按射频工作方式可分为单工、半双工、全双工；按服务范围可分为专用网和公用网；按信号形式可分为模拟网和数字网。,26,无线通信的射频工作方式,单工（Simplex）：消息只能单方向传输的工作方式，典型的应用为寻呼系统。半双工（Half Duplex）：通信双方都能收发信息，但不能同时进行收发的工作方式，多采用按讲方式（PTT）。如对讲机。全双工（Full Duplex），通信双方可同时进行收发信息的工作方式。商用的移动通信系统都是全双工的。全双工（简记作Duplex）又分为：频分双工（FDD）和时分双工（TDD）。,27,FDD,什么是频分双工（FDD，Frequency Division Duplex）：,Tx：Transmitter；Rx：Receiver；收发信机：transceiver。,28,FDD的主要优点,覆盖距离没有限制，一般可以达到3040km；控制的实时性好，上、下行链路基本上可以同时对异向链路的测量信息及时反应；功率控制速度快；网络设计经验成熟，规划相对简单；同步要求较低。,29,FDD的主要缺点,对业务需求非对称性的适配能力弱；需要成对的频率分配；需要两个滤波器；上、下行链路的信道特性不相关；需要频率保护间隔，一般大约为载波频率的5%10%。,30,TDD,什么是TDD：TDD是一种准全双工。,31,TDD技术的主要优点,适应非对称传输，上、下行链路时隙的数目可变；上、下行链路的信道特性具有互易性。上、下行链路共用一个频率点，无需成对频率。,32,TDD技术的主要缺点,同步要求高；切换开关的拖尾问题；需设置保护时间间隔；保护时间间隔限制了小区的覆盖；交叉时隙干扰（CDMA系统）；系统的整体鲁棒性下降；网络运行维护经验欠缺。,33,系统实例,GSM系统属于FDD系统；联通的CDMA系统也是FDD系统。“小灵通”采用了日本PHS系统的空中接口规范，它属于TDD系统。3G系统中，欧洲提出的WCDMA系统和美国提出的CDMA2000系统都是以FDD为主的系统，中国的TD-SCDMA属TDD系统。注：PHS，Personal Handy System,34,常用无线通信系统,寻呼系统(Paging)无绳电话(cordless telephony)蜂窝系统(cellular system)集群通信系统（Trunking Radio）卫星移动通信无线局域网(WLAN，W：Wireless)其他无线通信系统,35,寻呼系统,无线电寻呼系统是一种单向通信系统。无线电寻呼系统的用户设备是袖珍式接收机，称作袖珍铃，俗称“BB机”，这是由于它的振铃声近似于“BB”声音之故。,36,寻呼系统的特点,单工系统，用户只能接受信息，不能发送信息。所以一个寻呼信息只能由寻呼中心发起，而不能由用户发起。信息的发送目标和接收方都只限于一个单独的用户。发送信息的数量非常小。最初的寻呼系统，接收信息由单个比特信息构成，向用户指示，“有人发送了一条信息给你”。然后用户必须打一个电话到寻呼中心，在那里由一个寻呼人员重复之前保留的信息内容。后来，寻呼系统变得更加复杂，允许了短消息的传送，但是信息的数量是有限的。由于通信的单向性和信息数量少，寻呼业务所需的带宽也较小，容易到达较大的系统容量。由于寻呼系统所需的带宽较小，一次可以使用较低的载频，而低载频又容易实现大范围的覆盖。,37,寻呼系统,38,简单的无绳电话机把普通的电话单机分成座机和手机两部分，座机与有线电话网连接，手机与座机之间用无线电连接，这样，允许携带手机的用户可以在一定范围内自由活动时进行通话，因为手机与座机之间不需要用电线连接，故称之为“无绳”电话机。这种无绳电话称为家庭型无绳电话。随着通信技术的发展，无绳电话也朝着网络化的方向发展，即网络型无绳电话，其座机发展成了具有交换功能的专用自动小交换机。无绳电话的手机、座机与电信点所发射的功率均在10 mW以下，无线覆盖半径约在100 m左右。数字无绳电话系统包括CT-2、DECT、PHS、PACS等。,无绳电话系统（1）,39,无绳电话系统（2）,无绳电话,特点：提供灵活的无线接入手段，全双工工作；依附于有线网络（PSTN）。,40,无绳电话系统（3）,无绳电话是一种以有线电话网为依托的通信方式，也可以说它是有线电话网的无线延伸，具有发射功率小、省电、设备简单、价格低廉、使用方便等优点，因而发展十分迅速。目前，数字式无绳电话系统(低功率无线系统)在我国得到了广泛的应用(我国使用的标准是PHS)。目前公用无绳电话系统的功能完全类似于蜂窝移动通信系统，不仅具有固定电话的功能，而且可以在低移动环境下具有越区切换功能。他与蜂窝系统的主要区别有：完全基于PSTN，覆盖半径小（100300m），低速移动（20km/h）。,41,几种无绳电话系统的主要参数,42,蜂窝系统（1）,蜂窝系统为在无线覆盖范围内的，任何地点的用户提供公共电话交换网的无线接入，蜂窝系统能在有限的频带范围中于很大的地理范围内容纳大量的用户。这是由于他将每个基站的覆盖范围限制到称为“小区”的小块地理区域。这样，相距不远的另一个基站就可以使用相同的无线信道。其特点是：全双工系统；通过各个基站有限的小区覆盖来完成整个服务区域的覆盖；可以通过MSC与有线网络（PSTN）相连接。,43,蜂窝系统（2）,44,蜂窝系统的接续过程（1）,45,蜂窝系统的接续过程（2）,46,集群移动通信系统,集群移动通信是蜂窝电话的一种重要变形，他和PSTN之间没有连接，因此它支持封闭用户群之间的通信。显而易见的应用部门包括警察局、消防局、出租车公司和其他类似业务部门。因此集群移动通信是一种专用通信网。集群通信系统主要采用信道动态分配方式(单工或半双工)，蜂窝通信系统采用信道固定分配方式，即把信道分配给两用户固定使用(全双工)，故当两者具有同样的信道数时，在一个区域内集群通信系统可容纳更多的用户。,47,集群移动通信的特点（1）,集群通信系统属于专用移动通信网，适用于在各个行业(或几个行业合用)中间进行调度和指挥，对网中的不同用户常常赋予不同的优先等级。蜂窝通信系统属于公众移动通信网，适用于各阶层和各行业中个人之间的通信，一般不分优先等级。集群通信系统根据调度业务的特征，通常具有一定的限时功能，一次通话的限定时间大约为1560s(可根据业务情况调整)。蜂窝通信系统对通信时间一般不进行限制。,48,集群移动通信的特点（2）,集群通信系统的主要服务业务是无线用户和无线用户之间的通信,蜂窝通信系统却有大量的无线用户与有线用户之间的通话业务。在集群通信系统中也允许有一定的无线用户与有线用户之间的通话业务，但一般只允许这种话务量占总业务量的5%10%。集群通信系统主要是大区、小区覆盖；而蜂窝通信系统是小区，微小区，甚至微微小区覆盖.,49,集群移动通信的特点（2）,集群通信系统一般采用半双工(现在已有全双工产品)工作方式，因而，一对移动用户之间进行通信只需占用一对频道。蜂窝通信系统都采用全双工工作方式，因而，一对移动用户之间进行通信，必须占用两对频道。在蜂窝通信系统中，可以采用频道再用技术来提高系统的频率利用率；而在集群系统中，主要是以改进频道共用技术来提高系统的频率利用率的。,50,卫星移动通信,如：铱(Iridium)系统,51,卫星移动通信的分类,同步（高）轨道卫星通信（GEO）长椭圆轨道卫星通信（HEO）中轨道卫星通信（MEO）低轨道卫星通信（LEO）,52,卫星轨道的划分,适合卫星运行的几段轨道高度范围。它主要是由范爱伦带（Van Allen Belts）所确定。范爱伦带是以范爱伦命名的带电粒子组成的高能粒子带，它由高度分别从15005000 km和从1300020000km的内外两层组成，具有强电磁辐射。因为范爱伦带中的粒子、质子和高能粒子的穿透力强，对电路破坏性大，所以为了避开强电磁辐射对通信卫星的影响，卫星运行轨道高度的选择受到限制。而适合卫星运行的轨道高度范围应当是：低于1500km，高于20000km和在500013 000km之间。范爱伦带只是选择卫星轨道高度的一个重要因素，当高度低于700km时还要考虑大气阻力对卫星运动的影响。因此，通常选择卫星高度的3个窗口是：7001 500km；500013 000km附近；20 000 km以上。同步卫星轨道位：h=35860km。,53,卫星移动通信的特点,无线电波的传播大部分在大气层以外的空间，传播损耗近似于自由空间条件；传输距离远，损耗大，迟延大；地球站天线仰角大，多径效应小，为恒参信道，但地面上的高大建筑物仍会造成阴影效应；工作频率高，一般有：fGHz，因此雨雪等天气会对信号的传输造成影响，即雨衰效应。,54,卫星移动通信系统实例,Iridium系统 星状网络，位于低地球轨道(LEO，h=780km)的66颗卫星平均分布在6条圆轨道上，实现全球覆盖。语音速率2.4kbps或4.8kbps，数据速率2.4kbps。TDMATDD。Global Star系统网状网络，h=1410km，周期为113min，48颗星，8轨道（6星每轨，1颗备用），轨道倾角50o,55,无线局域网（WLAN）,56,IEEE802.11系列标准,例如：IEEE802.11工作于ISM2.4GHz频段，采用DSSS(直接序列扩频)等技术，支持到2Mbps的无线传输；IEEE802.11b工作于ISM2.4GHz频段，采用DSSS(直接序列扩频)技术，支持到11Mbps的无线传输；IEEE802.11a工作于5GHz频段，采用OFDM调制，可以支持到54Mbps。IEEE802.11g实现了2.4GHz频段高速物理层(20Mbps)扩展，采用OFDM。并可兼容IEEE802.11b。,57,其他无线通信系统,个域网：此类网络多数是为了达到简单的“电缆替代”效果。如遵从蓝牙标准的设备支持蜂窝电话和耳机之间的无线连接，二者之间的距离小于1m。固定无线接入：代替用户与陆上有线系统之间的专用线缆连接。特点：用户不具移动性，传输距离长。,58,习题,通过网上搜索，对以下名词含义及其相关技术特点作简要的概括(可任选2种)。WiFi WiMAX UWB Wireless Sensor Network ZigBee Bluetooth HiperLAN/2,59,不同无线通信应用的不同需求,“设计用户以500km/h速度移动时，还能够在100km范围上支持Gbit/s数据速率的系统是全无必要的。”但是不同无线通信应用在以下方面对无线系统的设计提出了要求：,60,数据速率覆盖范围和用户数目移动性电能消耗频谱使用传输方向服务质量,61,对数据速率的不同需求,62,无线传感器网络,多跳、自组织网络；传感器节点往往固定不动；传感器节点能力受限能量、处理、存储、通信能力均有限。,63,传感器节点,64,传感器网络举例,2002年夏，美国“in-situ”研究组在大鸭岛（Great Duck Island）上部署了由43个传感器节点组成的传感器网络，以监控海岛生态环境。数据包长度32个字节，每70秒采样一次。,65,覆盖范围和用户数目,66,注意：所需覆盖范围较小时，容易达到更高的数据速率。,67,移动性,68,注意：速率的提升将在两方面对系统设计带来挑战：1）设备的物理层设计（对抗多普勒频移的影响）；2）蜂窝系统的越区切换。,69,标准化蜂窝系统简介,无线通信系统形式多样，但蜂窝系统是最重要的一种有基础设施的无线通信系统。本课程以介绍蜂窝系统为主。什么是蜂窝系统？多址（MA）概念标准化的蜂窝系统经历了那些发展阶段？,70,什么是蜂窝系统？,蜂窝系统是一种小区制无线通信系统，这是相对于在其出现之前的大区制无线通信系统而言的。,71,大区制与小区制的区别,72,什么是频率复用？,频率复用（frequency reuse）：在提供给整个系统使用的频率资源一定的情况下，通过在整个服务区域上划分小区，每个小区由该小区基站来保证无线信号的有效覆盖。某小区使用的那部分频率资源，可以由相隔一定距离之外的其它小区（如不相邻接的小区）重复使用，只要使用相同频率的小区之间的相互干扰所造成的影响可以控制在用户可接受的水平之内。,73,频率复用例,设某城市地理区域可看作半径为100km的圆面。假定采用大区制时，城市中心的唯一基站可使用的总频率带宽为360kHz，设每个移动用户占用30kHz的带宽。这样，如果按频率划分用户，该系统可以同时为12个用户提供服务。而采用小区制以后，每个小区基站的有效覆盖区域的半径为10km，则要想覆盖整个城市需要建100个基站。假定在相邻接的3个小区上平分上述12个频道，则每个小区将分配到4个频道。若在每3个小区上复用全部频道，总共可以支持大约3312个用户使用系统，即用户数提高了33倍。,74,蜂窝概念由来,蜂窝体制由美国贝尔实验室于1970年代末提出。目的就在于通过频率复用来解决大区制系统的容量受限问题。由于在进行这种小区制系统设计和规划时常常采用正六边形的小区（cell）形状，而蜂窝的最小组成单位的形状也是正六边形，因此我们称这种系统为蜂窝系统（cellular system）。,75,多址（Multiple Access）概念,多用户通信系统什么是多址？传统的多址类型有哪些？,76,多用户通信系统,蜂窝系统是一种多用户通信系统。即系统所提供的通信资源（如频率）有限，由许多拥有终端的用户通过共享资源的方式来达到通信的目的。所谓共享是指需要时由系统来进行分配，使用完毕即释放所占用资源。如：某小区可供用户使用的不同频道为10个，而实际上小区内特定时间段内拥有手机的用户可能达到50个，甚至更多。用户对手机的使用显然具有随机性，但同时又具有一定的统计规律。那么，系统设计的一个问题就是，在满足一定服务质量要求的前提下，最大限度地使用这10个频道。,77,什么是多址？,在多用户通信系统中，整个通信资源（如频率）由系统掌控，按照用户需求提供给用户使用，在不发生资源分配冲突的前提下必须进行用户的区分，一般称这种区分用户的技术为多址（Multiple Access，MA）。应当指出，也存在允许冲突的多址方式，这里暂不讨论。,78,最基本的多址方式FDMA,FDMA，即Frequency Division Multiple Access，称作频分多址。也就是采用频率来区分用户，就是说系统向需要同时进行通信的不同用户分配不同的频道。举例：AMPS系统。先来考虑蜂窝系统的前向信道（Forward Channel，也称作下行链路，Down Link），即由基站（BS）到移动台（MS)的无线通信链路。,79,AMPS系统的前向信道划分,80,AMPS系统用于前向工作的频率资源特点,AMPS工作于UHF（300M3000MHz）频段，确切些是800MHz频段。前向工作频段总带宽为25MHz；针对每个用户的工作带宽都是30kHz，称之为一个（前向）用户频道。系统总共可以向用户提供832个前向频道。基站向每个用户发送的信号都占用以载频为中心的30kHz带宽。,81,多址方式与双工方式的概念区分,多址用于区分用户，双工（全双工）方式用于区分同一的用户两个不同通信方向。要完整地描述一个蜂窝系统的基本属性应当确切地说明其多址方式和双工方式，一般记作，多址方式双工方式。如：AMPS系统是一个FDMAFDD系统。,82,AMPS系统完整的频率资源配置情况,83,射频信道占用示意图（反向信道）,84,AMPS系统的双向频率资源使用特点(1),用于反向工作的频率段总带宽同样为25MHz，这是FDD系统的基本特点，即两个频段宽度一致。每个用户向基站发送信息所占用的反向频道宽度也是30kHz，即每个用户向基站发送的信号都占用以载频为中心的30kHz带宽。反向频道也共有832个。,85,AMPS系统的双向频率资源使用特点(2),系统在与某个用户进行双工通信时，会成对地提供载频。提供方式为每个双工通信将同时占用相同频率编号（N）的一对载频（或一对频道）。双工间隔为45MHz。,86,FDMA与FDM概念的区分,FDM：Frequency Division Multiplexing 在低频段将各路信号复用起来，通过调制统一在高频段传输。FDMA：Frequency Division Multiple Access 各用户信号被各自调制到射频频道上进行发送。用所占用的射频频道不同来区分用户。,87,还有哪些传统的无冲突多址方式？,时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。TDMA和CDMA都是以FDMA为基础的。所以目前应先搞清楚FDMA的含义。,88,习题,设AMPS系统向某用户分配了N2的一对频道，试计算该用户前向信道和反向信道的载频。AMPS系统频道宽度为30kHz，试画出该用户的发收频谱示意图。对同一用户而言，为什么AMPS规定的反向频道位于较低频段，而前向频道位于较高频段？（提示：1.蜂窝系统是功率发射不对称的系统BS发射功率比MS发射功率大得多；2.相同传播距离上，频率越高电波信号衰减越大。）,89,标准化蜂窝系统简介,蜂窝系统作为最典型的无线移动通信系统，迄今为止已经发展到了第三代（3G）。并已开始向第四代（4G）甚至5G演进。注：G代表Generation。从1980年代出现第一代（1G）模拟蜂窝系统逐渐商用化算起，可以说蜂窝系统的发展之路就是标准化之路。,90,各代系统及其标准化示意图,注：1G系统中，除北欧的NMT系统属区域性标准外，标准的制定基本上都局限于一国范围内。,91,各代典型系统举例,第一代，1G 美AMPS、英TACS第二代，2G 欧GSM、美DAMPS（IS136）、日PDC、美IS95 CDMA第三代，3G 欧WCDMA、美CDMA2000、中TDSCDMA,92,1G模拟蜂窝系统,“模拟”的含义：语音信号调制前不进行数字编码，直接进行FM调制。但应该指出的是，1G系统的信令信息可以是经过编码的，对数字信令进行的是2FSK调制。,93,1G模拟蜂窝系统的特点,语音采用模拟传输；双工采用频分双工方式(FDD)，多址方式采用频分多址(FDMA)；具有小区切换功能，并支持国内漫游；交换方式为面向连接的电路交换；标准不统一，且多局限在一个国家的范围内(北欧除外)；功能简单，用户带宽较窄，只能传输语音业务；网络覆盖区域有限，信号(服务)质量差；用户多为消费能力很强的高端用户，用户覆盖面较小。,94,1G主要系统,1注：指瑞典、挪威、丹麦和芬兰四国。2注：中国在1980年代末引入了TACS和AMPS。其中以ETACS系统居多。,95,2G数字蜂窝系统,随着通信技术向数字化方向发展，出现了2G系统。相比较于1G系统，2G系统以数字传输、时分多址（TDMA）或者码分多址（CDMA）为主体技术。并制定了更加完善的呼叫处理和网络管理功能。特征：均采用语音编码，SIM卡的引入，设备 的小型化等等。,96,2G数字蜂窝系统的改善,更高的频谱利用率，有利于提高系统容量；支持多种业务，可以支持数据业务；采用电路交换和分组交换；支持国际漫游；具备鉴权和加密功能，提高了系统的安全性；其中的CDMA系统由于采用了直接序列扩频 技术，在蜂窝组网和提高系统容量方面更具 有突出的优势。,97,2G主要系统,1注：由于采用了扩频技术，IS95 CDMA系统的信道带宽要宽得多。,98,第三代移动通信的发展,第三代移动通信系统最早于1985年由国际电信联盟(ITU)提出，当时称为未来公众陆地移动通信系统(FPLMTS)，1996年更名为IMT2000(国际移动通信2000)，意即该系统工作在2000MHz频段，最高业务速率可达2000kb/s，预期在2000年左右得到商用。从1997年开始，由于第二代移动通信系统的巨大成功，用户的高速增长与有限的系统容量和有限的业务之间的矛盾渐趋明显，第三代移动通信的标准化工作从1997年开始进入实质阶段。,99,3G的最初目标(1),全球普及和全球无缝漫游的系统：第二代移动通信系统一般为区域或国家标准，而第三代移动通信系统是一个在全球范围内覆盖和使用的系统。它将使用共同的频段及全球统一标准。具有支持多媒体业务的能力，特别是支持 Internet 业务的能力。必须满足以下三种环境 的要求，即：快速移动环境,最高速率达 144kb/s；室外到室内或步行环境，最高速 率达384kb/s；室内环境，最高速率达2Mb/s。,100,3G的最初目标(2),便于过渡、演进：由于第三代移动通信引入时，第二代网络已具有相当规模，所以第三代的网络一定要能在第二代网络的基础上逐渐灵活演进而成，并应与固定网兼容。高频谱效率。高服务质量。低成本。高保密性。,101,从2G、3G到4G的技术演进图示,LTE：长期演进,UMB：超移动宽带,HSPA：高速分组接入,102,移动通信的最高目标个人通信,任何人（Who）任何时间（Whenever）任何地点（Wherever）与任何人（Whomever）任何形式的通信（Whatever）,