第四章移動通信系統(tǒng)的演進歷程課程目錄1

第一代移動通信系統(tǒng)2

第二代移動通信系統(tǒng)3

第三代移動通信系統(tǒng)4

第四代移動通信系統(tǒng)5

第五代移動通信系統(tǒng)理解各代移動通信系統(tǒng)的功能特點理解各代移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)理解各代移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構(gòu)課程目標學習完本課程，你將能夠：010203一、第一代移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)已經(jīng)演進到第幾代了?1G(1980's)話音演進過程中的變化有哪些?移動通信概論2G(1990's)

3G(2000's)

話

音

&

短

信

多媒體5G(20209)數(shù)據(jù)，連接

和用戶體驗4G(2010's)移動互聯(lián)網(wǎng)無線集群通信1864年，麥克斯韋提出著名的麥克斯韋方程組，從理論上證明了電磁波的存在。

1876年，赫茲在實驗室證實了電磁波的存在。一、第一代移動通信系統(tǒng)

移動通信概論一、第一代移動通信系統(tǒng)

移動通信概論關(guān)鍵技術(shù)-蜂窩技術(shù)在貝爾實驗室研制的第一代移動通信系統(tǒng)AMPS

之前，移動通信系統(tǒng)采用的是大區(qū)制。中

繼中繼中繼手機

手機中

繼

中繼一

、第一代移動通信系統(tǒng)

移動通信概論關(guān)鍵技術(shù)-蜂窩技術(shù)蜂窩組網(wǎng)是指將整個服務區(qū)劃分為若干小區(qū)，在每個小區(qū)設置一個基站，負責本小區(qū)內(nèi)移動臺的通信與控制。

fif3f?f?f3f?一、第一代移動通信系統(tǒng)

移動通信概論關(guān)鍵技術(shù)-頻分多址技術(shù)第一代移動通信系統(tǒng)提出了多址的思想，采用的多址技術(shù)是FDMA

(頻分多址)。時間FDMA2

3

4各用戶占用不同的頻率都市之聲101.8MHz交通廣播103.9MHz中國之聲106.1MHz頻率1一、第一代移動通信系統(tǒng)

移動通信概論關(guān)鍵技術(shù)-切換技術(shù)在第一代模擬蜂窩系統(tǒng)中，由于采用的是FDMA的多址技術(shù)，切換是在各頻率信道間進行的。為了避免同信道干擾，某一無線小區(qū)使用的頻率，其他的鄰近無線小區(qū)不能再使用。測量本小區(qū)核鄰小區(qū)所需的信息否是否滿足切換判決標準是完成切換并進行新一輪的測量

和預同步測量預價段判決階段執(zhí)行階段網(wǎng)絡架構(gòu)第一代模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)主要由移動臺(MS)、基站(BTS)

和移動交換中心

(MSC)

等子系統(tǒng)組成。M

SC2(拜訪M

SC)HLR

AUCVLR、第

代移動通信系統(tǒng)移動通信概論HLR:

歸屬位置寄存器VLR:拜訪位置寄存器AUC:

鑒權(quán)中心用戶漫游BTSHLR

AUCVLR信令數(shù)據(jù)SS7M

SC

1(歸屬M

SC)話音業(yè)務一

一PSTN移動通信概論AMPS出現(xiàn)時間1976年相關(guān)公司：美國AT&T全稱：AdvancedMobilePhone

System制式：模擬通信系統(tǒng)

FDMATACS相關(guān)公司：英國全稱：TotalAccessComrat&t信系統(tǒng)

FDMA頻段、頻道一

、第一代移動通信系統(tǒng)典型系統(tǒng)AMPS系統(tǒng)TACS

系

統(tǒng)NMT

系統(tǒng)NMT出現(xiàn)時間：80年代相關(guān)公司：北歐(瑞典、挪威、丹麥等)全稱：NordicMobileTelephone制式：模擬通信系統(tǒng)

FDMA采用頻率：450M-900M二、第二代移動通信系統(tǒng)與第一代移動通信相比，第二代移動通信最大的變化就是采用數(shù)字通信技術(shù)，結(jié)果使得基站設備和終端設備小型化，系統(tǒng)容量大大增加。同時第二代移動通信

系統(tǒng)也提出了其他一系列的創(chuàng)新技術(shù)?；鶐?shù)字信號處理

射頻信號處理移動通信概論混頻和射

頻處理混頻和射

頻處理均衡和接解調(diào)語音

編碼語音

編碼語音

編碼成型

濾波通道

編碼低噪放解交織功放交織調(diào)制功放二、第二代移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)：1、語音編解碼技術(shù)；2、信道編解碼技術(shù)；3、交織解交織技術(shù)；4、數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)在GSM

系統(tǒng)中交織在信道編碼后進行，交織分為兩次。第一次交織為數(shù)據(jù)塊的內(nèi)部交織，一次交織后形成8個數(shù)據(jù)塊，每個數(shù)據(jù)塊

中數(shù)據(jù)位序間隔是8,每塊57個bits讀

2

3

4

5

6

7

810

1112131415161725449

450

451452453454455449移動通信概論第二次交織為數(shù)據(jù)塊之間的交織，比如A、B、C、D分別表示20ms

的數(shù)

據(jù)。突發(fā)脈沖每次攜帶2個

57個bits的數(shù)據(jù)塊，使用

A4和B0,A5和B1,A6

和

B2,A7和B3

這樣的順序。C1B5C2B6A1A220ms語言456bit=8x5720ms語言456bit=8x5720ms語言456bit=8x5720ms語言456bit=8x57B3A7B0A4A3COB4B1A5C3B7A0B2A6二、第二代移動通信系統(tǒng)移動通信概論A

B

C

D二、第二代移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)：1、語音編解碼技術(shù)；2、信道編解碼技術(shù)；3、交織解交織技術(shù)；4、數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)GSM

系統(tǒng)采用高斯濾波最小頻移鍵控(GMSK)

調(diào)制技術(shù)。GMSK

調(diào)制屬于恒包絡調(diào)制，調(diào)制信號的包絡幅度不變，因此負責信號發(fā)射的功率放大器可以工作再非線性狀態(tài)而不會引起失真。GMSK發(fā)

射

機輸入信號

高斯濾波器FM調(diào)制器天線輸出信號移動通信概論低通濾

波器2射頻信號的

本振信號低通濾

波器二

、第二代移動通信系統(tǒng)移動通信概論下圖是GMSK接收機框圖接收到的射頻一信號低通濾

波器已調(diào)信

號位同步抽取解

調(diào)判決二、第二代移動通信系統(tǒng)CDMA

移動通信系統(tǒng)采用的是另外一種調(diào)制方式?；镜揭苿优_(下行)使用正交相移鍵控(QPSK)

調(diào)制。而移動臺到基站(上行)使用OQPSK

調(diào)制。QPSK是最常用的一種數(shù)字信號調(diào)制方式，它具有較高的頻譜利用率、較強的抗干擾性bsinπ/2COSaQPSK調(diào)

制輸出本振移動通信概論串/并

轉(zhuǎn)換輸入一二、第二代移動通信系統(tǒng)QPSK

的解調(diào)原理如圖所示。同相支路和正交支路分別采用相干解調(diào)方式解調(diào)，得到同相解調(diào)數(shù)據(jù)和正交解調(diào)數(shù)據(jù)，再經(jīng)過抽樣判決和并/串轉(zhuǎn)換，最后將數(shù)據(jù)信息回復出來。COS帶通濾波器sin位定時抽樣

判決接收本振低通

濾波器移動通信概論抽樣判決aQPSK解

調(diào)低通

濾波器并/串

轉(zhuǎn)換IF信號一輸出b二、第二代移動通信系統(tǒng)GS

M

移動通信系統(tǒng)GSM

較之第一代移動通信系統(tǒng)最大的不同是它的信令和業(yè)務信道都是數(shù)字的。GSM

系統(tǒng)是一個開放的標準技術(shù)體系。它提供了更容易的互操作性，允許網(wǎng)絡運營商提供漫游服務，用戶可以在全球使用移動電話。GSM頻段：GSM900MHZ

頻段GSM1800MHZ

頻段(DCS1800MHZ)移動通信概論GSM

多址方式GSM

所采用的多址方式為TDMA+FDMA,

多址接入技術(shù)即采用的是時分和頻分相結(jié)合的時間二、第二代移動通信系統(tǒng)信道2信道1頻段移動通信概論時

隙

2時

隙

1時分多址信道N頻率時

隙

N空間二、第二代移動通信系統(tǒng)GSM

網(wǎng)絡架構(gòu)GSM

移動通信系統(tǒng)主要由移動臺(MS)、

基站子系統(tǒng)(BSS)、

網(wǎng)絡子系統(tǒng)(NSS)

和操作支持系統(tǒng)(OSS)

四部分組成操作支持系統(tǒng)OSSOMCHLR/AUCEIR網(wǎng)絡子系統(tǒng)NSSBTSBSCBTS基站子系統(tǒng)BSS移動通信概論PSTN

ISDNPDNMSC/

VLRMS二、第二代移動通信系統(tǒng)GPRS網(wǎng)絡架構(gòu)通用分組無線業(yè)務(GPRS)是GSM

Phase2.1規(guī)范實現(xiàn)的內(nèi)容之一，能提供比GSM網(wǎng)

絡9.6Kbit/s更高的數(shù)據(jù)率。GPRS

采用與GSM

相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結(jié)構(gòu)、無線調(diào)制標準、跳頻規(guī)則以及相同的TDMA幀結(jié)構(gòu)。RAN

CN

External

NetworksPSTN(Other

Network)GPRS系

統(tǒng)

架

構(gòu)IP

Networks(Internet)移動通信概論AbisBSSGMSCHLRGGSNMSC$S7SGSNBTSBTSBTSM

ESIMMS電路交換

業(yè)務逋道分組交換

業(yè)務通道AGbBSCPUCNSSUm二、第二代移動通信系統(tǒng)CDMA

移動通信系統(tǒng)CDMA

系統(tǒng)的工作頻譜：上行(移動臺發(fā)，基站收)870-894MHz下行(基站發(fā)，移動臺收)825-849MHz

雙工間隔為45MHz。中國的CDMA

系統(tǒng)占用的載頻：上行(825MHz-835MHz)下行(870MHz-880MHz)。下表為CDMA系統(tǒng)的部分性能參數(shù)指標。移動通信概論帶寬1.25MHz碼片速率1.2288Mchip/s上行鏈路帶寬869-894MHz、1930-1980MHz下行鏈路帶寬824~849MHz、1850~1910MHz幀長度20ms比特率速率集1:9.6kbit/s;速率集2;14.4kbit/s;IS-95B:115.2kbit/s語音編碼器QCELP:8kbit/s;ACELP:13kbit/s;KVRC:8kbit/s軟切換是功率控制上行：開環(huán)+快速閉環(huán)；下行：慢性環(huán)RAKE分支數(shù)目4擴頻碼沃爾什函數(shù)+長M序列二、第二代移動通信系統(tǒng)CDMA

移動通信系統(tǒng)CDMA(IS-95)系統(tǒng)部分技術(shù)參數(shù)移動通信概論二、第二代移動通信系統(tǒng)CDMA

的擴頻技術(shù)CDMA

的擴頻技術(shù)是CDMA

移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵特色技術(shù)。根據(jù)香農(nóng)(C.E.Shannon)

在信息論研究中總結(jié)出的信道容量公式，即香農(nóng)公式：C=W×Log2(1+S/N)擴頻通信技術(shù)就是在發(fā)射端采用擴頻碼調(diào)制，使信號所占的頻帶寬度遠大于所傳信息必須的帶寬，在接收端采用相同的擴頻碼進行相關(guān)解調(diào)來

解擴以恢復所傳信息數(shù)據(jù)。擴頻通信有三種方式：移動通信概論二、第二代移動通信系統(tǒng)直擴(DS):多用戶完全在同一時間、同一地點占用同一頻率資源。跳頻(FH):單一用戶單一時刻占用的頻譜帶寬較窄，占用頻率隨時間變化。跳時(TH)

。單一用戶不定時占用較寬的頻譜，占用的時間按照一定規(guī)律變化。頻率時間三種擴頻方式移動通信概論二、第二代移動通信系統(tǒng)

移動通信概論CDMA

系統(tǒng)采用的是直擴技術(shù)。如圖所示，這種擴頻通信在發(fā)送端采用擴頻碼調(diào)制，使得信號所占的頻帶寬度遠大于所傳信息必須的帶寬；在接收端采用相同的

擴頻碼進行相干解調(diào)來恢復所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。擴頻信號窄帶低速信號

解擴后信號TX

RX高速擴頻序列高速擴頻序列二、第二代移動通信系統(tǒng)CDMA

系統(tǒng)采用的是直擴技術(shù)。擴頻和解擴的過程如下：(1)信息數(shù)據(jù)經(jīng)過常規(guī)的數(shù)據(jù)調(diào)制，變成窄帶信號。(2)窄帶信號經(jīng)擴頻編碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機編碼(PN)

擴頻調(diào)制，形成功率

譜密度極低的寬帶擴頻信號。然后被發(fā)射出去。移動通信概論二、第二代移動通信系統(tǒng)CDMA

系統(tǒng)采用的是直擴技術(shù)。擴頻和解擴的過程如下：(1)信息數(shù)據(jù)經(jīng)過學+

數(shù)+油生

亦式空共亡口接收端(2)窄帶信號經(jīng)擴

SV2

S(O4譜密度極低的寬帶

干擾噪聲

干擾噪聲

信號信號移動通信概論調(diào)制，形成功率ff

foB2擴頻后的信號頻譜信號信號fo解擴頻后的信號頻譜fo解擴頻前的信號頻譜fo擴頻前的信號頻譜SO4二、第二代移動通信系統(tǒng)

移動通信概論CDMA

系統(tǒng)采用的是直擴技術(shù)。擴頻和解擴的過程如下：(3)信號在空中信道傳輸?shù)倪^程中會疊加干擾噪聲(包括窄帶噪聲、寬帶噪聲)規(guī)的窄帶信號.信號干擾噪聲

干擾噪聲信

號f

foB1解擴頻后的信號頻譜foB2解擴頻前的信號頻譜(4)在接收站信號-

-

-

-

-

-窄帶

干

擾,恢復成常接收端S()4f移動通信概論時間/S各用戶使用不同的偽隨機序列頻率/Hz二、第二代移動通信系統(tǒng)CDMA

的多址方式CDMA

系統(tǒng)采用的是碼分多址(

CDMA)

。

即給每一個用戶的信

號分配一個偽隨機二進制序列(

簡稱PN)

并對用戶的信號進行擴

頻，不同用戶的信號的被擴頻到

不同的偽隨機序列里，基站使用

正交的PN

碼作為信道標志。二、第二代移動通信系統(tǒng)MSSHLRe

MSCeBTSE1/IP

SMSBTS

E1/IP

BSCMGWBTS

AAA

PDSN

防火墻移動通信概論CDMA

的網(wǎng)絡架構(gòu)CDMA

網(wǎng)絡由基站子系統(tǒng)(

BSS)

、

移動交換子系統(tǒng)(

MSS)、集群子系統(tǒng)(DSS

)和分組數(shù)據(jù)子系統(tǒng)(PDSS)

四部分組成。其中

BSS包括基站(BTS)

和基

站控制器(BSC)

兩部分。

基站與移動臺通過空口通信PSTN/PLMNInternetBSSIP網(wǎng)_PDSSiDSS三、第三代移動通信系統(tǒng)經(jīng)歷了十多年的努力，第三代移動通信系統(tǒng)就迅速的發(fā)展起來了。與第二代移動通信相比，第三代移動通信系統(tǒng)首先有全球統(tǒng)一的標準，語音業(yè)務質(zhì)量也大大提升,增加了多媒體通信業(yè)務。第三代移動通信的典型系統(tǒng)有WCDMA系

統(tǒng)

，TD-SCDMA和CDMA2000

系統(tǒng)。3RD

GENERATIONPARTNERSHIPPROJECT2"3GPPZ"CCCSA(CWTS)中國

美國

歐洲

美國移動通信概論日本

韓國三、第三代移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)：1、雙工技術(shù)在第三代移動通信的三大主流技術(shù)中，WCDMA

技術(shù)和CDMA2000技術(shù)采用頻分雙工(FDD)方式，而TD-SCDMA采用的是時分雙工(TDD)

方式。下行一

→—

→→←

(—

上行移動通信概論頻分雙工(FDD)手機基站三、第三代移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)：1、雙工技術(shù)在采用TDD

的移動通信系統(tǒng)中，接收和傳送在同一頻率信道(即載波)的不同時隙，用時間來分離接收和傳送信道。?！苿油ㄐ鸥耪摃r分雙工(TDD)基站下行手機上行內(nèi)環(huán)下發(fā)TPC

UE設置SIRrarNodeB功率控制的目的：使基站處接收到

每一個UE

都有一個的每個UE

信號的bit能量相等

自己的控制環(huán)路閉環(huán)-內(nèi)環(huán)功率控制三、第三代移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)：2、碼分多址技術(shù)3、切換技術(shù)4、功率控制：a:開環(huán)功率控制；b:閉環(huán)-內(nèi)環(huán)功率控制移動通信概論測量接收信號SIR并比較1500Hz三、第三代移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)：4、功率控制：

a:

開環(huán)功率控制；b:閉環(huán)-內(nèi)環(huán)功率控制；c:閉環(huán)-外環(huán)功率控制測量傳輸信道上的BLER測量接收數(shù)據(jù)BLER

并比較

測量接收信號SIR并比較外環(huán)

內(nèi)環(huán)設置BLERtar

設

置SIRrar10-100HzRNC

NodeB下發(fā)TPCUE移動通信概論可以得到BLER穩(wěn)定的業(yè)務數(shù)據(jù)閉環(huán)-外環(huán)功率控制三、第三代移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)：5、Rake接收技術(shù)無線傳播方式直射繞接收信號強度時間多徑傳播導致的多徑延遲移動通信概論反

射四

、第四代移動通信系統(tǒng)WCDMA

移動通信系統(tǒng)luCS

DomainCS-MGWGMSC

serverHLR

AuCGGSNPSDomianCoreNetworkRNCRNSlubRNCRNSUTRANCS-MGWVLR/MSC

serverEIRSGSNPSTNInternet移動通信概論Node

BNode

BNode

BMECuUSIMUEUuNode

B四

、第四代移動通信系統(tǒng)LTE的演進路線802.16d802.16e2G2.5G2.7G3G

3.5GEEDGEHSPAHSPA+移動通信概論HSDPAR5CDMA2000

1XEV-DOWCDMAR99CDMA20001XEDGETD-SCDMAFFD/

TDD4G802.16m3.75GHSUPAR6HSPA+R7EV-DO

REV.AEV-DO

REV.BCDMA

IS-95LTE四

、第四代移動通信系統(tǒng)LTE技術(shù)目標和需求01

02

03容量提升覆蓋增強

移動性提高移動通信概論四

、第四代移動通信系統(tǒng)LTE技術(shù)目標和需求04服務質(zhì)量優(yōu)化05服務內(nèi)容多樣化06運維成本降低移動通信概論e21dod:

e21

十

信道e?7s四

、第四代移動通信系統(tǒng)正交頻分復用技術(shù)(OFDM)移動通信概論aoaa積分積分積分OFDM工作原理d≈(并

/

串串

/

并四

、第四代移動通信系統(tǒng)傳統(tǒng)的頻分復用(FDM)

和正交頻分復用(OFDM)頻率傳統(tǒng)的頻分復用(FDM)

多載波調(diào)制技術(shù)頻率正交頻分復用(OFDM)

多載波調(diào)制技術(shù)移動通信概論四

、第四代移動通信系統(tǒng)多輸入輸出(MIMO)空間復用SpatialMultiplexingLTE

系統(tǒng)中空間復用技術(shù)包括開環(huán)空間復用和閉環(huán)空間復用兩種波束賦形發(fā)射端將待發(fā)射數(shù)據(jù)矢量加權(quán)，形成某

種方向圖后到達接收端空間分集利用多根發(fā)送天線發(fā)送，分為發(fā)射分集

接收分集和接收發(fā)射分集移動通信概論M

I

M

O

傳

輸

模

式簡要說明模式1(TM1)單天線端口傳輸(端口0)模式2(TM2)開環(huán)發(fā)射分集模式3(TM3)大延遲CDD空間復用與開環(huán)發(fā)射分集自適應模式4(TM4)閉環(huán)空間復用與開環(huán)發(fā)射分集自適應模式5(TM5)多用戶MIMO與開環(huán)發(fā)射分集自適應模式6(TM6)單層閉環(huán)空間復用與開環(huán)發(fā)射分集自適應模式7(TM7)單流波束賦形，與開環(huán)發(fā)射分集或單天線端口傳輸自適應。模式8(TM8)雙流波束賦形或單流波束賦形，與開環(huán)發(fā)射分集或單天線端口傳輸自適應o四

、第四代移動通信系統(tǒng)MIMO

傳輸模式移動通信概論四

、第四代移動通信系統(tǒng)AMC技術(shù)AMC(Adaptive

Modulation

and

Coding,自適應調(diào)制編碼)是無線信道上采用的一種自適應的編碼調(diào)制技術(shù)，根據(jù)無線信道的

質(zhì)量動態(tài)調(diào)整無線鏈路傳輸?shù)恼{(diào)制方式與編碼速率，來確保鏈路的

傳輸質(zhì)量。移動通信概論四

、第四代移動通信系統(tǒng)HARQ技術(shù)3

0

1

230

工

23

同步HARQHARQ

進程號30123????移動通信概論異步HARQ網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)優(yōu)勢：●網(wǎng)絡扁平化使得系統(tǒng)延時減少，從而

改善了用戶體驗，可開展更多業(yè)務。●網(wǎng)元數(shù)目減少，使得網(wǎng)絡部署更為簡單，網(wǎng)絡的維護更加容易。●取消了RNC

的集中控制，避免單點故

障，有利于提高網(wǎng)絡穩(wěn)定性。MME/SGWS1

S1X2eNodeBX2

X2eNodeB四

、第四代移動通信系統(tǒng)第四代移動通信網(wǎng)絡架構(gòu)移動通信概論MME/SGWeNodeBLTE網(wǎng)絡架構(gòu)eUTRAN四

、第四代移動通信系統(tǒng)FDD-LTE與TDD-LTEFDD

保護帶TDD移動通信概論上行雙工濾波器FDD-LTE與TDD-LTE的雙工方式上行/下行

頻率下行

頻率五、第五代移動通信系統(tǒng)5G應用場景容量增強

接入海量終端

超高可靠超低時延智能家居海量機器通信mMTCM2M工業(yè)自動化超高可靠智能交通

低時延通信

URLLC智慧城市人

高可靠應用移動醫(yī)療云辦公1000倍網(wǎng)絡容量提升

10-100倍用戶速率提升移動通信概論3D/超高清

視頻高清語音VR/AR云游戲每平方