教材西安電子科技大學(xué)出版社TEXTBOOK通信原理與通信技術(shù)(第五版)張衛(wèi)鋼一編著選用高等學(xué)校電子信息類系列教材1微信公眾號(hào)2移動(dòng)通信技術(shù)問題：隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)交流方式提出了更高的要求，需要任何人、在任何地方、任何時(shí)間與任何人進(jìn)行任何

業(yè)務(wù)的交流。那么,如何實(shí)現(xiàn)呢?3目錄CONTENT15.3

結(jié)語移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程移動(dòng)通信概述15.215.14引子電話的應(yīng)用和普及極大地改變了人們的生活方式，為人際間的溝通與交流架起了方便快捷之橋。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，人類進(jìn)入了信息時(shí)代，生活節(jié)奏不斷加快，生活領(lǐng)

域不斷擴(kuò)大，人們熱切希望能夠?qū)崿F(xiàn)任何人(whoever)在任何地方(wherever)

、

任何時(shí)間

(whenever)與任何人(whomever)進(jìn)行任何業(yè)務(wù)(whatever)的通信或交流，即“5W

目標(biāo)”。顯然，只有移動(dòng)通信系統(tǒng)才能滿足這樣的高標(biāo)準(zhǔn)需求。移動(dòng)通信系統(tǒng)幾乎集中了有線和無線通信領(lǐng)域中所有的最新科技成果，不僅可以傳送話音

還能夠傳送數(shù)據(jù)、圖片甚至影像，在很大程度上滿足了人們的5W目標(biāo)，成為一種全時(shí)空通信

技術(shù)。移動(dòng)通信是人們追求通信便利性的直接產(chǎn)物，是通信技術(shù)發(fā)展的主流和方向。5移動(dòng)通信概述

15.1.1移動(dòng)通信的概念及特點(diǎn)移動(dòng)通信：通信雙方或至少一方是在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的雙工通信過程或方法。由于采用無線方式并且是在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行通信，移動(dòng)通信系統(tǒng)就具有如下主要特點(diǎn)：(1)傳輸信道是無線信道。(2)具有復(fù)雜的電波傳播環(huán)境。因?yàn)殡姴ㄊ艿匠鞘懈叽蠼ㄖ锏淖钃醵a(chǎn)生折射和反射現(xiàn)象，

所以，移動(dòng)臺(tái)接收到的是多徑信號(hào)，這種信號(hào)的幅度會(huì)發(fā)生快速和劇烈衰落現(xiàn)象，若移動(dòng)臺(tái)又

在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，更會(huì)加快衰落現(xiàn)象；另外，因?yàn)橐苿?dòng)通信是在運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行的，移動(dòng)臺(tái)之間

會(huì)出現(xiàn)近處移動(dòng)臺(tái)干擾遠(yuǎn)處移動(dòng)臺(tái)的“遠(yuǎn)近效應(yīng)”,所以，

一般要求移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率具有自

動(dòng)調(diào)整能力，同時(shí)移動(dòng)臺(tái)的接收機(jī)需要具有自動(dòng)增益控制能力。6移動(dòng)通信概述

15.1.1移動(dòng)通信的概念及特點(diǎn)(3)在強(qiáng)干擾下工作。移動(dòng)臺(tái)的通信環(huán)境變化很大，經(jīng)常處于強(qiáng)干擾區(qū)，例如，附近的發(fā)射

機(jī)可能對(duì)正在通信的移動(dòng)臺(tái)形成強(qiáng)干擾；又如，行駛中的自己開的車和其他車輛的噪聲所形成的干擾也相當(dāng)嚴(yán)重。因此，要求移動(dòng)通信系統(tǒng)具備很強(qiáng)的抗干擾能力。(4)具有多普勒效應(yīng)。運(yùn)動(dòng)中的移動(dòng)臺(tái)所接收的信號(hào)頻率會(huì)隨運(yùn)動(dòng)速度而變化并產(chǎn)生不同的

頻移，從而造成接收點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度的不斷變化，其變化范圍可達(dá)20～30dB。(5)應(yīng)用環(huán)境條件差，對(duì)設(shè)備要求高。移動(dòng)臺(tái)長期處于運(yùn)動(dòng)中，時(shí)常遇到塵土、震動(dòng)、日曬

雨淋等情況，這就要求它必須有防震、防塵、防潮、抗沖擊等能力。另外，因?yàn)橐苿?dòng)臺(tái)由用戶

直接操作，所以，要求它體積小、重量輕、成本低、操作使用簡便安全。(6)用戶數(shù)量大，頻率有限。有限的頻率資源決定了有限的信道數(shù)目，這與日益增長的用戶

數(shù)量形成一對(duì)矛盾。為了解決這個(gè)矛盾，除了開辟新頻段，縮小頻道間隔之外，還需研究各種

有效利用頻率的技術(shù)和新的通信體制。7移動(dòng)通信概述

15.1.2移動(dòng)通信系統(tǒng)的分類移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要分類有：(1)按服務(wù)對(duì)象分類，有公用移動(dòng)通信和專用移動(dòng)通信系統(tǒng)兩種類型。在公用移動(dòng)通信領(lǐng)

域，我國有中國移動(dòng)、中國聯(lián)通和中國電信三家企業(yè)經(jīng)營移動(dòng)電話業(yè)務(wù)，形成“三大”公用網(wǎng)。

專用移動(dòng)通信是為保證某些特殊部門的通信所建立的通信系統(tǒng)，例如公安、消防、急救、防汛、

交通管理、機(jī)場(chǎng)調(diào)度等。(2)按傳輸信號(hào)分類，可分為模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)和數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。(3)按系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)分類有：①蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。是移動(dòng)通信系統(tǒng)的主體和規(guī)模最大的移動(dòng)電話網(wǎng)，具有全球性。②集群移動(dòng)通信系統(tǒng)。集群(trunking)意指無線信道不為某一用戶群專用，而是供若干個(gè)

用戶群共同使用。集群移動(dòng)通信系統(tǒng)是傳統(tǒng)專用無線調(diào)度網(wǎng)的高級(jí)版，主要用于調(diào)度和指揮，

具有應(yīng)急性、群體性、可控性、專用性的特點(diǎn)。8移動(dòng)通信概述15.1.2移動(dòng)通信系統(tǒng)的分類③無繩電話系統(tǒng)。無繩電話系統(tǒng)是指用無線信道代替電話線，在限定業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)給用戶提供移

動(dòng)或固定公共電話網(wǎng)業(yè)務(wù)的通信系統(tǒng)。通常，在商場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)、火車站等公共場(chǎng)所使用，通過無

繩電話可以呼入市話網(wǎng)，也可以實(shí)現(xiàn)雙向呼叫。其特點(diǎn)是不適用乘車，只適用于步行。我國于

1998年由中國電信開通無繩電話系統(tǒng)，俗稱“小靈通”(2011年1月1日退市)。④移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)。把衛(wèi)星作為中心轉(zhuǎn)發(fā)臺(tái)，各移動(dòng)臺(tái)通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)行通信。⑤分組無線網(wǎng)。它是一種利用無線信道進(jìn)行分組交換的通信網(wǎng)絡(luò)。典型的分組無線網(wǎng)有無線

自適應(yīng)移動(dòng)信息系統(tǒng)WAMIS、本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)LMDS、

藍(lán)牙和無線接入網(wǎng)WAN。9移動(dòng)通信概述

15.1.3移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成移動(dòng)通信系統(tǒng)一般由移動(dòng)臺(tái)MS(Mobile

Set)、基站BS(Base

Station)、移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心MSC(Mobile

Switch

Center)等組成，如圖15-1所示。車載臺(tái)MS移動(dòng)網(wǎng)移動(dòng)交換中心MSC有線網(wǎng)絡(luò)無線小區(qū)1基

站BS基

站BS無線小區(qū)3移動(dòng)終端MS基

站BS無線小區(qū)2市話網(wǎng)電話圖15-1

移動(dòng)通信系統(tǒng)構(gòu)成示意圖10移動(dòng)通信概述

15.1.3移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成移動(dòng)臺(tái)：移動(dòng)臺(tái)是移動(dòng)通信系統(tǒng)用戶使用的入網(wǎng)設(shè)備，主要有車載臺(tái)、便捷臺(tái)和手持臺(tái)，都有收發(fā)信機(jī)和天線。每個(gè)移動(dòng)臺(tái)分為終端設(shè)備和用戶身份卡兩部分。終端設(shè)備由一個(gè)獨(dú)特的

國際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼IMEI

來區(qū)別。當(dāng)一個(gè)移動(dòng)臺(tái)被一用戶使用時(shí)，它還有一個(gè)被植入用戶識(shí)別

身份卡SIM中的國際用戶識(shí)別碼IMSI。基

站

：基站是無線小區(qū)組織管理的核心，由收、發(fā)信機(jī)和天線等設(shè)備組成，能與小區(qū)內(nèi)所有移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信。每個(gè)基站都有一個(gè)被稱為無線小區(qū)的可靠通信服務(wù)范圍，無線小區(qū)的大小主

要由基站天線高度和發(fā)射功率決定，通?？煞譃榇髤^(qū)制、中區(qū)制和小區(qū)制三種。11移動(dòng)通信概述

15.1.3移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成大區(qū)制是指一個(gè)通信服務(wù)區(qū)(比如一個(gè)城市)由一個(gè)無線區(qū)負(fù)責(zé)。基站發(fā)射功率很大(50W或100W以上，手機(jī)一般為5W以下),覆蓋半徑可達(dá)25km

以上。主要優(yōu)點(diǎn)是基站數(shù)少，覆蓋面

積大。主要缺點(diǎn)是容量不大，信道數(shù)有限，

一般只能容納數(shù)百到數(shù)千個(gè)用戶。小區(qū)制一般是指覆蓋半徑為2～10km的多個(gè)天線區(qū)鏈接合成而形成一個(gè)大服務(wù)區(qū)的制式?；景l(fā)射功率很小(8W～20W)。

因?yàn)橥ǔ⑿^(qū)繪制成六角形(實(shí)際小區(qū)覆蓋地域并非六角

形),多個(gè)小區(qū)結(jié)合后看起來很像蜂窩，所以稱這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為蜂窩網(wǎng)。用這種組網(wǎng)方式可以構(gòu)

成大區(qū)域大容量的移動(dòng)通信系統(tǒng)，進(jìn)而形成全省、全國或更大區(qū)域的系統(tǒng)。12移動(dòng)通信概述

15.1.3移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成小區(qū)制有以下四個(gè)特點(diǎn)：(1)基站只提供信道，交換、控制功能都集中在移動(dòng)電話交換中心(MSC)。而大區(qū)制的信

道傳輸、交換、控制等功能都集中在基站完成。(2)具有越區(qū)切換功能，即一個(gè)移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)小區(qū)進(jìn)入另一個(gè)小區(qū)時(shí)，要從原基站的信道切

換到新基站的信道上來，而且不影響正在進(jìn)行的通話。(3)具有漫游功能。即一個(gè)移動(dòng)臺(tái)從本管理區(qū)進(jìn)入到另一個(gè)管理區(qū)時(shí)，其電話號(hào)碼不能變，

仍然像在原管理區(qū)一樣能夠被呼叫到。(4)具有頻率再用功能。所謂頻率再用是指一個(gè)頻率可以在不同的小區(qū)重復(fù)使用。因?yàn)橥l

信道可以重復(fù)使用，再用的信道越多，用戶數(shù)也就越多，所以，小區(qū)制可以提供比大區(qū)制更大的

通信容量。幾種頻率的組網(wǎng)方式見圖15-2。13移動(dòng)通信概述

15.1.3移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成中區(qū)制是介于大區(qū)制和小區(qū)制之間的一種過渡制式，很少采用。移動(dòng)交換中心：移動(dòng)交換中心是連接各個(gè)基站與市話網(wǎng)的紐帶，主要用來處理信息的交換

和整個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)的集中控制和管理。(a)3

頻率組網(wǎng)方式

(b)7

頻率組網(wǎng)方式

(c)9頻率組網(wǎng)方式圖15-2幾種小區(qū)組網(wǎng)圖案(頻率再用)23

74

65234367269484823工22975373614455移動(dòng)通信概述

15.1.4移動(dòng)通信的多址技術(shù)與衛(wèi)星通信類似，在蜂窩式移動(dòng)通信系統(tǒng)中，也需要通過一個(gè)基站為多用戶提供獨(dú)立信道，實(shí)現(xiàn)多用戶通信服務(wù)或多址服務(wù)。無線多址通信：在一個(gè)通信網(wǎng)內(nèi)各個(gè)通信臺(tái)、站共用一個(gè)指定的射頻信道，進(jìn)行相互間的多邊通信，即通信網(wǎng)為各用戶提供的多元連接服務(wù)。有差別才能鑒別，能鑒別才可選擇。多址技術(shù)的基礎(chǔ)是信號(hào)特征上的差異，如信號(hào)工作頻率、出現(xiàn)時(shí)間以及波形的不同等，并要求各信號(hào)的特征彼此獨(dú)立或正交，即任意兩個(gè)信號(hào)波形

之間的互相關(guān)函數(shù)等于零或接近零。15移動(dòng)通信概述15.1.4移動(dòng)通信的多址技術(shù)無線多址技術(shù)也主要有頻分多址、時(shí)分多址和碼分多址以及它們的混合形式。FDMA可傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，而TDMA

和CDMA只能傳送數(shù)字信號(hào)。如第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)TACS

采用FDMA

方式，第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM

采用TDMA/FDMA

混合方式，窄帶

CDMA系統(tǒng)采用CDMA/FDMA混合方式。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用TDMA及CDMA方式。第四

代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要采用正交頻分多址OFDMA

方式。16移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.1第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要特征為模擬技術(shù)，可分為蜂窩、無繩、尋呼和集群等多類系統(tǒng)，每類系統(tǒng)又有互不兼容的技術(shù)體制，其發(fā)展可分為三個(gè)主要階段：(1)初級(jí)階段：1946年到60年代中期，這一階段移動(dòng)通信的主要特點(diǎn)是容量小，用戶少，

人工切換，設(shè)備都采用電子管，體積大、耗電多。(2)中級(jí)階段：60年代中期到70年代中期，模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)在這一階段有了較大的發(fā)

展，實(shí)現(xiàn)了用戶全自動(dòng)撥號(hào)；采用了晶體管使設(shè)備體積變小、功耗降低；頻段由原來的

30MHz

、80MHz

發(fā)展到150MHz

和450MHz;公安、消防、列車、新聞等行業(yè)出現(xiàn)了大量

的專用移動(dòng)通信系統(tǒng)。17移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.1第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3)大規(guī)模發(fā)展階段：70年代中期到80年代末出現(xiàn)了“蜂窩”系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)容量和頻率利用率。大規(guī)模集成電路和微計(jì)算機(jī)、微處理器的大量應(yīng)用使系統(tǒng)功能更強(qiáng)，移動(dòng)臺(tái)更加小型化，功

耗更低，話音質(zhì)量大幅度提高；頻段從450MHz

發(fā)展到900MHz,

頻帶間隔減小，提高了信道利用率

。20世紀(jì)70年代末，電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA建立了美國AMPS協(xié)議。1985年英國推出了TACS系統(tǒng)，同時(shí)還推出了其他幾個(gè)蜂窩系統(tǒng)，如北歐的NMT

、

西德的C450和日本的NTT等。因?yàn)?G系統(tǒng)存在系統(tǒng)體制混雜，不能實(shí)現(xiàn)國際漫游，話音不保密，不安全，號(hào)碼容易被盜，業(yè)務(wù)種類單一，不能提供ISDN

業(yè)務(wù)，系統(tǒng)設(shè)備價(jià)格高，手機(jī)體積大，電池工作時(shí)間短，系統(tǒng)容量有限，擴(kuò)容困難等缺點(diǎn)，所以北美、歐洲和日本等國自80年代起相繼開發(fā)出了數(shù)字移動(dòng)電話系統(tǒng)，

即2G

系統(tǒng)，主要目的是實(shí)現(xiàn)高容量、低功耗、全球漫游和切換功能。簡言之，1G是模擬機(jī)時(shí)代。18移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.2第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)主要包括數(shù)字蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)(由GSM、DAMPS、CDMA

三種系統(tǒng)構(gòu)成)、數(shù)字無繩電話系統(tǒng)(由DECT

、PHS

等系統(tǒng)構(gòu)成)和高速尋呼系統(tǒng)(由FLEX

、APCO、ERMES

三種系統(tǒng)構(gòu)成)。主要特征是采用了數(shù)字技術(shù)，提供了比第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)

更高的頻譜效率、更好的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及更先進(jìn)的漫游功能。19移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.2第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)1.GSM

移動(dòng)通信系統(tǒng)20世紀(jì)80年代初期，當(dāng)模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)剛投放市場(chǎng)時(shí)，歐洲的電信運(yùn)營部門就發(fā)覺他們的汽車電話遠(yuǎn)不如高速公路那樣暢通。五、六種系統(tǒng)將整個(gè)歐洲的蜂窩網(wǎng)分割得四分五裂，

根本不能形成規(guī)模效益。因此，歐洲電信運(yùn)營部門于1982年成立了一個(gè)移動(dòng)特別小組GSM,開始制定一種泛歐洲數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范。經(jīng)過6年的研究、實(shí)驗(yàn)和比較，于1988年

確定了包括采用TDMA技術(shù)在內(nèi)的主要技術(shù)規(guī)范并且制定出實(shí)施計(jì)劃。從1991年開始，該規(guī)

范在德國、英國和北歐許多國家投入試運(yùn)行，吸引了全世界的注意，使GSM

技術(shù)向著全球移

動(dòng)通信系統(tǒng)的宏偉目標(biāo)邁出了一大步。注意：

“GSM”

還有另一種解釋，即全球移動(dòng)通信系統(tǒng)。20移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.2第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM

系統(tǒng)既采用了TDMA

技術(shù)，也采用了FDMA

技術(shù)。具體地說，在GSM

的25MHz帶寬內(nèi)，總共分為125個(gè)頻道，

一個(gè)頻道(即一個(gè)載波)可同時(shí)傳送8個(gè)話路，而一個(gè)頻道占用

200kHz帶寬，即頻道間隔為200kHz。這樣，總共可容納1000個(gè)用戶。我國參照GSM標(biāo)準(zhǔn)制定了自己的技術(shù)要求，主要內(nèi)容有：使用900MHz頻段，即890~915MHz

(移動(dòng)臺(tái)基站)和935～960MHz

(基站、移動(dòng)臺(tái)),收發(fā)間隔45MHz;載頻間隔

200KHz,

每載波信道數(shù)8個(gè)，基站最大功率300W,

小區(qū)半徑0.5～35km,

調(diào)制類型GM-SK,

傳輸速率270Kbps,

手機(jī)的發(fā)射功率約為0.6W。GSM

系統(tǒng)由若干個(gè)功能實(shí)體組成，見圖15-3。21Um

C/D

HLR/AUC

歸屬位置寄存器ISDN

(綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng))PLMN

(公用陸地移動(dòng)網(wǎng))PSTN

(公用電話交換網(wǎng))PSPDN

(分組交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng))短消息業(yè)務(wù)中心BTS

BSC基站收發(fā)信臺(tái)

Abis設(shè)備識(shí)別寄存器操作和維修中心移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.2第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)基站控制器

ABSC圖15-3

GSM

通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及接口MSC/VLR移動(dòng)交換中心EMSC/VLROMCBTSBTSEIRMSSCF22移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.2第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM

是一種多業(yè)務(wù)系統(tǒng)，通?？煞譃樵捯魳I(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)兩類。在話音業(yè)務(wù)中，信息是話音，而數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送包括電文、圖像、傳真及計(jì)算機(jī)文件等在內(nèi)的其他信息。除了這些傳

統(tǒng)業(yè)務(wù)外，

GSM還提供一些非傳統(tǒng)業(yè)務(wù)，如短消息。GSM

網(wǎng)絡(luò)提供的業(yè)務(wù)還可劃分為基本業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)兩部分?；緲I(yè)務(wù)主要涉及傳輸媒

介和建立呼叫的方式；補(bǔ)充業(yè)務(wù)則使用戶能夠更好地接受基本業(yè)務(wù)或是簡化電信的日常使用，

為用戶提供方便，如呼叫前轉(zhuǎn)、來電顯示等。

一項(xiàng)補(bǔ)充業(yè)務(wù)可以適用于幾個(gè)基本業(yè)務(wù)，補(bǔ)充

業(yè)務(wù)不能單獨(dú)向用戶提供，必須附加在基本業(yè)務(wù)之上。23移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.2第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)2.GPRS通用無線分組業(yè)務(wù)GPRS

是一種基于GSM

系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)。GPRS

主要是在移動(dòng)用戶和遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，從而給移動(dòng)用戶提供高速的、端到端的、廣域的

無線IP和無線X.25業(yè)務(wù)。GPRS突破了GSM只能提供電路交換的局限，通過增加相應(yīng)的功能實(shí)體和對(duì)現(xiàn)有基站系統(tǒng)

進(jìn)行部分改造實(shí)現(xiàn)了分組交換。

GPRS

手機(jī)的傳輸速度一般可達(dá)115kbit/s;支持計(jì)算機(jī)和移

動(dòng)用戶的持續(xù)連接；給GSM

用戶提供移動(dòng)環(huán)境下的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；提供收發(fā)E-mail、Internet

瀏覽等功能；GSM系統(tǒng)是按連接時(shí)間計(jì)費(fèi)的，而GPRS按數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)；GPRS對(duì)于

網(wǎng)絡(luò)資源的利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于GSM。24移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.2第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)GPRS

網(wǎng)絡(luò)，需要在傳統(tǒng)的GSM

網(wǎng)絡(luò)中引入新的網(wǎng)絡(luò)接口和通信協(xié)議，需要在已有的GSM網(wǎng)絡(luò)中增加一些節(jié)點(diǎn)，如網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)GGSN和服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)SGSN。移動(dòng)臺(tái)則必須是GPRS移動(dòng)臺(tái)或GPRS/GSM雙模移動(dòng)臺(tái)(雙模手機(jī))。GPRS

系統(tǒng)有以下主要特點(diǎn)：(1)資源利用率高。在GSM

網(wǎng)

絡(luò)

中

，GPRS

引入分組交換傳輸模式，使得原來用電路交換模式的傳輸數(shù)據(jù)方式發(fā)生了根本性變化，這在無線資源稀缺的情況下顯得尤為重要。在電路交換模式下，整個(gè)連接期內(nèi)用戶無論是否傳送數(shù)據(jù)都將獨(dú)自占有無線信道，會(huì)浪費(fèi)不少空閑時(shí)段。而在分組交換模式下，用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，這意味著多個(gè)用戶可高效率地共享同一無線信道，從而提高了資源利用率。

GPRS

用戶的計(jì)費(fèi)以通信的數(shù)據(jù)量為主要依

據(jù)，體現(xiàn)了“得到多少、支付多少”的原則。25移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.2第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)(2)傳輸速率高。GPRS一般可提供115kbit/s的傳輸速率(最高值為171.2kbit/s)。(3)接入時(shí)間短。分組交換接入時(shí)間縮短為少于1s,能提供快速即時(shí)的連接，可大幅度提

高一些工作(如信用卡核對(duì)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等)的效率，并可使已有的Internet

應(yīng)用(如E-mail、

網(wǎng)頁瀏覽等)操作更加便捷、流暢。(

4

)

支

持IP協(xié)議和X.25協(xié)

議

。GPRS

支

持Internet

上應(yīng)用最廣泛的IP協(xié)議和X.25協(xié)議。

GPRS核心網(wǎng)絡(luò)采用IP技術(shù)，可以方便地實(shí)現(xiàn)與Internet

網(wǎng)的無縫連接，可使已有的X.25終端能

夠在GSM網(wǎng)絡(luò)上繼續(xù)使用。另外，因?yàn)镚SM網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，所以也使得GPRS能夠提供

Internet

與其他分組網(wǎng)絡(luò)的全球性無線接入。26移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.2第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)3.CDMA

移動(dòng)通信系統(tǒng)1995年香港和記電訊公司開通了全球第一個(gè)碼分多址CDMA

數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。在經(jīng)過

1996～1997兩年的商用化之后，

CDMA

技術(shù)在全球范圍得到廣泛應(yīng)用。因CDMA與GSM

在系統(tǒng)組成、系統(tǒng)接口、接續(xù)流程和業(yè)務(wù)方面與GSM

都比較相似，所以，

這里主要介紹一下CDMA與GSM的不同之處。(1)CDMA系統(tǒng)工作原理。CDMA是一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的調(diào)制和多址連接技術(shù)。其原理是

將欲傳輸?shù)木哂幸欢◣挼臄?shù)據(jù)信號(hào)(信碼),用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼(擴(kuò)頻碼)進(jìn)行調(diào)制(模二加),使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展(擴(kuò)頻),再經(jīng)載波調(diào)制發(fā)射

出去；在收信端，用相同的偽隨機(jī)碼(解擴(kuò)碼)與接收信號(hào)模二加，進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，將擴(kuò)頻信號(hào)解擴(kuò)，即還原成原始的窄帶數(shù)據(jù)信號(hào)，從而完成通信任務(wù)。擴(kuò)頻通信具有隱蔽性、保密性、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)。CDMA系統(tǒng)的直接序列擴(kuò)頻碼分多址(DS/CDMA)

原理如圖15-4所示。27圖15-4

CDMA擴(kuò)頻通信系統(tǒng)原理顯然，擴(kuò)頻技術(shù)與調(diào)制技術(shù)在概念及方法上均類似，也可認(rèn)為是一種調(diào)制技術(shù)。擴(kuò)頻通信中的偽隨機(jī)碼常采用m

序列，這是因?yàn)樗菀桩a(chǎn)生和具有優(yōu)良的自相關(guān)特性，即收發(fā)端只有在偽隨機(jī)序列相位相同時(shí)才能恢復(fù)發(fā)送信號(hào)。碼分多址技術(shù)就是利用了這一特點(diǎn)，

采用不同相位的m

序列作為多址通信的地址碼。信碼

編碼和交織射頻調(diào)制變頻求和去交織和解碼信碼擴(kuò)頻碼載波載波解擴(kuò)碼移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.2第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)28移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.2第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)我們知道，頻率資源有限，在現(xiàn)代通信用戶量激增的情況下，通常希望盡量壓縮信號(hào)帶寬以保證系統(tǒng)能傳輸更多的信號(hào)路數(shù)，為更多的用戶服務(wù)。但擴(kuò)頻技術(shù)不是壓縮信號(hào)帶寬，反而

要擴(kuò)大，這是因?yàn)楦鶕?jù)香農(nóng)公式，增加信號(hào)帶寬可以降低對(duì)系統(tǒng)信噪比的要求?？梢?，由于需求和應(yīng)用場(chǎng)合的不同，對(duì)信號(hào)帶寬的要求也不同，“具體問題具體分析”“一分為二”

“矛盾

可以轉(zhuǎn)化”等哲學(xué)思想閃亮其中。(2)CDMA系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。

CDMA

系統(tǒng)主要包含以下關(guān)鍵技術(shù)：①PN

碼技術(shù)。擴(kuò)頻通信要求找到足夠多的有自相關(guān)特性和處處為0互相關(guān)特性的地址碼，還

要求這些碼有盡可能大的復(fù)雜度，以免被竊取。而同時(shí)滿足這些要求的碼是難以實(shí)現(xiàn)的，但用

偽噪聲PN

碼序列可較好地兼顧這些要求。IS-95ACDMA

系統(tǒng)使用的是m

序列。29移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.2第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)②功率控制技術(shù)。信道地址碼的互相關(guān)性會(huì)產(chǎn)生兩方面的影響：

一是任何一個(gè)信道都會(huì)受到其他不同地址碼信道的干擾，即多址干擾；二是距離接收機(jī)近的信道將嚴(yán)重干擾距離接收機(jī)遠(yuǎn)的信道，即近端強(qiáng)信號(hào)掩蓋遠(yuǎn)端弱信號(hào)，這就是遠(yuǎn)近效應(yīng)。功率控制的目的是使系統(tǒng)既能維持高質(zhì)量通信，又不對(duì)其他碼分信道產(chǎn)生干擾。功率控制分為反向功率控制和正向功率控制兩種。反向功率控制又分為反向開環(huán)功率控制

和反向閉環(huán)功率控制。在正向功率控制中，基站根據(jù)移動(dòng)臺(tái)的正向誤幀率報(bào)告，決定是增加發(fā)射功率還是減少發(fā)射功率。反向開環(huán)功率控制是移動(dòng)臺(tái)根據(jù)接收功率的變化，估計(jì)由基站到移

動(dòng)臺(tái)的傳輸損耗，迅速調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率。反向閉環(huán)功率控制與開環(huán)功率控制有所不同，它是根據(jù)基站接收信噪比或誤碼率迅速調(diào)整

移動(dòng)臺(tái)發(fā)送功率，以保證基站收到的信號(hào)足夠強(qiáng)，同時(shí)對(duì)其他信道干擾最小。30移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.2第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)③RAKE

接收技術(shù)。移動(dòng)通信系統(tǒng)存在容易引起多徑衰落和時(shí)延擴(kuò)展、嚴(yán)重影響接收信號(hào)

質(zhì)量的多徑傳播問題。RAKE

技術(shù)是一種針對(duì)寬帶系統(tǒng)的較為完善的多徑接收方法。它不是把

多徑信號(hào)看作干擾信號(hào)，而是利用多徑信號(hào)分辨出幾路最強(qiáng)的信號(hào)，合并接收，從而改善系統(tǒng)

性能。RAKE接收機(jī)使用多個(gè)并行相關(guān)器跟蹤和接收多徑信號(hào)。④軟切換技術(shù)。因相鄰小區(qū)的工作頻率相同，故用戶越區(qū)切換時(shí)不需要更換頻道，只需要

改變地址碼。因此，移動(dòng)臺(tái)可以先與新基站建立起連接，再斷開與原基站的連接。⑤話音編碼技術(shù)。Q-CDMA

系統(tǒng)的話音編碼采用的是QCELP(Qualcomm

碼激勵(lì)線性預(yù)

測(cè))話音編碼技術(shù)。它是一種改進(jìn)的混合編碼方式，因此既具有波形編碼的高質(zhì)量、高保真度

和高自然度，又具有參量編碼的低速率性。

QCELP

能實(shí)現(xiàn)可變速率話音編碼，編碼速率有

8kb/s

和13kb/s兩種。其中，13kb/s的話音質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到固定長途電話的話音效果。3115.2

移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程15.2.2第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3)CDMA

系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)：①大容量。CDMA

系統(tǒng)的信道容量是模擬系統(tǒng)的10～20倍，是TDMA

系統(tǒng)的4倍。具有高容

量的一個(gè)主要原因是系統(tǒng)的頻率復(fù)用系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他制式的蜂窩系統(tǒng)；另外一個(gè)主要原因是它

使用了話音激活和扇區(qū)化等技術(shù)。②軟容量。在FDMA、TDMA

系統(tǒng)中，當(dāng)小區(qū)服務(wù)的用戶數(shù)達(dá)到最大信道數(shù)時(shí)，滿載的系統(tǒng)絕

對(duì)無法再增添一個(gè)信號(hào)。此時(shí)若有新的呼叫，該用戶只能聽到忙音。而在CDMA

系統(tǒng)中，用戶數(shù)

目和服務(wù)質(zhì)量之間可以相互折中，靈活確定。例如系統(tǒng)經(jīng)營者可在話務(wù)量高峰期將誤幀率稍微提

高，從而增加可用信道數(shù)。體現(xiàn)軟容量的另一個(gè)亮點(diǎn)是小區(qū)呼吸功能，即各小區(qū)的覆蓋面大小是動(dòng)態(tài)的。當(dāng)相鄰兩個(gè)小區(qū)負(fù)荷一輕一重時(shí)，負(fù)荷重的小區(qū)通過減小導(dǎo)頻發(fā)射功率，使本小區(qū)的邊緣用戶由于導(dǎo)頻強(qiáng)度不夠而切換到相鄰小區(qū)分擔(dān)負(fù)荷，相當(dāng)于增加了容量。這項(xiàng)功能對(duì)切換也特別有用，避免信道緊缺而導(dǎo)致呼叫中斷。

32移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.2第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)③軟切換。所謂軟切換是指當(dāng)移動(dòng)臺(tái)需要切換時(shí)，先與新的基站連通，再與原基站切斷聯(lián)

系，而不是相反的操作過程。軟切換只能在同一頻率的信道間進(jìn)行，因此，模擬系統(tǒng)、

TDMA系統(tǒng)不具有這種功能。軟切換可以有效地提高切換可靠性，大大減少切換造成的掉話

現(xiàn)象。同時(shí)，軟切換可以提供分集，從而保證通信質(zhì)量。④高話音質(zhì)量和低發(fā)射功率。從第1章的香農(nóng)公式可知，在信道容量一定的情況下，信道

帶寬和信噪比可以互換。CDMA

所采用的擴(kuò)頻通信原理正是基于這一點(diǎn)，將信號(hào)帶寬擴(kuò)展

(信道帶寬當(dāng)然也要加大)從而降低了對(duì)信號(hào)功率的要求。GSM

手機(jī)的功率一般可以控制在

600mW

以下，而CDMA手機(jī)的發(fā)射功率最高只有200mW,

正常通話功率可控制在零點(diǎn)幾毫瓦。另外，因CDMA系統(tǒng)中采用有效的功率控制技術(shù)、強(qiáng)糾錯(cuò)能力的信道編碼以及多種形式

的分集技術(shù)，故可使基站和移動(dòng)臺(tái)以非常低的功率發(fā)射信號(hào)，延長手機(jī)電池使用時(shí)間，同時(shí)獲

得優(yōu)良的話音質(zhì)量，也使手機(jī)享有“綠色”手機(jī)的美譽(yù)。33移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.2第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)⑤話音激活。統(tǒng)計(jì)表明，人們?cè)谕ㄔ掃^程中，只有35%的時(shí)間在講話，其余時(shí)間處于聽對(duì)方

講話、停頓或其他等待狀態(tài)。在CDMA

系統(tǒng)中，所有用戶共享同一個(gè)無線頻道，當(dāng)某個(gè)用戶不講

話時(shí)，該用戶發(fā)射機(jī)就停發(fā)或減小發(fā)射功率，其他用戶所受到的干擾就相應(yīng)減少。同時(shí)，由于采

用相應(yīng)的編碼技術(shù)，可使用戶發(fā)射機(jī)所發(fā)射的功率隨著用戶話音編碼的需求進(jìn)行調(diào)整，這就是話

音激活技術(shù)。采用該技術(shù)可使各用戶間的干擾平均減少65%。⑥保密性好。

CDMA

系統(tǒng)的體制本身就決定了它有良好的保密性能。首先，采用擴(kuò)頻技術(shù)使

發(fā)射信號(hào)的頻譜被擴(kuò)展，發(fā)射信號(hào)完全隱蔽在噪聲、干擾之中，不易被發(fā)現(xiàn)和接收；其次，由于

各移動(dòng)用戶所使用的地址碼各不相同，在接收時(shí)，只有與之完全相同(包括碼型和相位)的用戶

才能接收到相應(yīng)數(shù)據(jù)，而對(duì)非相關(guān)用戶來說就是一種噪聲。同時(shí)CDMA

的數(shù)字話音信道還可以將

數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)或其他標(biāo)準(zhǔn)的加密技術(shù)直接引入使用。簡言之，2G

是GSM

機(jī)時(shí)代。34移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.3第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)1.第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的要求2G

系統(tǒng)主要提供話音業(yè)務(wù)和短消息、傳真等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。但隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的相互融合，人們對(duì)移動(dòng)通信技術(shù)提出了更高要求，比如：(1)要求提供綜合化的信息業(yè)務(wù)，如話音、圖像、數(shù)據(jù)等具有多媒體特征的通信業(yè)務(wù)。(2)要求移動(dòng)通信系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)無線寬帶化，使用戶可隨時(shí)隨地接入

Internet網(wǎng)，如手機(jī)上網(wǎng)。(3)解決系統(tǒng)容量飛速膨脹與頻率資源有限的矛盾。(4)要求移動(dòng)通信系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)全球無縫覆蓋和全球漫游。為滿足上述要求，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。3G系統(tǒng)是指國際電信聯(lián)盟ITU在1985年提出的未來公用陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)FPLMTS,1996年更名為IMT-2000,意為工作在2000MHz頻段，在2000年之后投入商用的全球移動(dòng)通信系統(tǒng)。35移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.3第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)世界各國提出了多種第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的方案，當(dāng)時(shí)比較成熟的有三個(gè)。(1)TD-SCDMA

系統(tǒng)是我國向國際電信聯(lián)盟提交并被接納的標(biāo)準(zhǔn)。采用時(shí)分雙工(TDD)、時(shí)

分

多

址

/碼分多址方式工作，并基于同步CDMA、智能天線、多用戶檢測(cè)(JD)、

正交可變擴(kuò)頻系數(shù)、Turbo

編

碼技術(shù)等新技術(shù)。該系統(tǒng)基于GSM

系統(tǒng)，并可以由GSM

系統(tǒng)平滑過渡到TD-SCDMA

系統(tǒng)。(2)W-CDMA

系統(tǒng)是日本與歐洲方案融合而成的標(biāo)準(zhǔn)。其技術(shù)特點(diǎn)是頻分雙工(FDD),采用直接序

列碼分多址(DS-CDMA)方式，碼片速率為3.84Mb/s,載波帶寬為5MHz。該系統(tǒng)也是基于GSM

系統(tǒng)。

GSM

系統(tǒng)可通過引入GPRS

系統(tǒng)平滑過渡到W-CDMA

系統(tǒng)。(3)CDMA2000是由美國提出的基于窄帶CDMA(IS-95N-CDMA)的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)。主要可

以保護(hù)窄帶CDMA

的投資，最大限度地利用成熟的CDMA

技術(shù)。相對(duì)來說，技術(shù)復(fù)雜程度較低、風(fēng)險(xiǎn)小，

系統(tǒng)平滑過渡升級(jí)的成本較小。中國移動(dòng)通信公司采用的是TD-SCDMA

系統(tǒng)；中國聯(lián)通通信公司采用的是W-CDMA

系統(tǒng)；中國電信通信公司則采用的是CDMA2000

系統(tǒng)。36移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程15.2.3第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)2.第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)3G

系統(tǒng)是結(jié)合了多種業(yè)務(wù)的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，與1G

和2G

系統(tǒng)相比，其主要優(yōu)點(diǎn)為：(1)具有支持多媒體業(yè)務(wù)的能力。3G

的業(yè)務(wù)能力將比2G

有明顯改進(jìn)，能支持從話音到分組

數(shù)據(jù)再到多媒體的多種業(yè)務(wù)，并能提供更高的帶寬：快速移動(dòng)環(huán)境下，最高速率達(dá)144kbit/s;

室外到室內(nèi)或步行環(huán)境下，最高速率達(dá)384kbit/s;

室內(nèi)環(huán)境下，最高速率達(dá)2Mbit/s。傳輸速率能按需分配，并且上下行鏈路傳輸速率適合于對(duì)稱及不對(duì)稱業(yè)務(wù)的需求。(2)全球普及和全球無縫漫游。3G系統(tǒng)是一個(gè)在全球范圍內(nèi)使用的系統(tǒng)，具有共同的頻段(包括1885～2025MHz

和2110～2200MHz。

在WRC-2000會(huì)議上，ITU

又?jǐn)U展為806~960MHz、1710～1885MHz

和2500MHz～2690MHz)。其網(wǎng)絡(luò)靈活性及無縫覆蓋能力為具有全球漫游功能的袖珍終端隨時(shí)接入系統(tǒng)并得到所需的服務(wù)提供了質(zhì)量保證。37移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.3第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3)便于過渡和演進(jìn)。因3G

系統(tǒng)引入時(shí)，2G

網(wǎng)絡(luò)已具有相當(dāng)規(guī)模并已實(shí)現(xiàn)全球覆蓋和漫游，

所以3G

網(wǎng)絡(luò)一定要在2G

網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上逐漸靈活演進(jìn)而成，并應(yīng)與固定網(wǎng)絡(luò)兼容。(4)高頻譜效率。3G系統(tǒng)頻譜效率是指在30MHz

帶寬內(nèi)的話音業(yè)務(wù)容量及信息容量。對(duì)于具

有多種業(yè)務(wù)功能的系統(tǒng)而言，頻率資源非常寶貴。因此，要求3G

系統(tǒng)必須具有較高的頻譜利用率

和網(wǎng)絡(luò)效率，以支持今后用戶量的增加和提供各種業(yè)務(wù)。(5)高服務(wù)質(zhì)量。服務(wù)質(zhì)量是衡量系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。

一般用傳輸時(shí)延、誤碼率或誤幀率

進(jìn)行評(píng)價(jià)。在傳輸誤碼率(BER)

方面，移動(dòng)話音和視頻圖像業(yè)務(wù)要求BER<10-3;

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)要

求無線接入系統(tǒng)的BER<10-6。通常，要求移動(dòng)系統(tǒng)的話音編碼器和數(shù)據(jù)適配器應(yīng)能適應(yīng)高誤碼

率要求，以保證必要的服務(wù)質(zhì)量。38移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.3第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(6)適應(yīng)各種無線運(yùn)營環(huán)境。無線運(yùn)營環(huán)境主要包括自然環(huán)境和移動(dòng)環(huán)境。自然環(huán)境主要包括通信容量極高的室內(nèi)微微蜂窩小區(qū)、城市中心人口密集地帶的微蜂窩小區(qū)以及農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)的宏蜂窩小區(qū)，以后還能直接與衛(wèi)星連接，實(shí)現(xiàn)全球覆蓋的更大范圍通信。移動(dòng)環(huán)境是指通信終

端處于靜止、步行和在汽車、火車、飛機(jī)等移動(dòng)載體上。對(duì)一個(gè)適應(yīng)性良好的移動(dòng)通信系統(tǒng)，要

求其在所有可能存在的環(huán)境中都保持較高的頻譜利用率、網(wǎng)絡(luò)效率、通信質(zhì)量和業(yè)務(wù)容量。39移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.3第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)3.第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)根據(jù)ITU建議，IMT-2000

提供的業(yè)務(wù)類型分為5種業(yè)務(wù)類型：(1)話音業(yè)務(wù)。典型的對(duì)稱業(yè)務(wù)，上/下行數(shù)據(jù)速率均為16kbit/s,屬電路交換業(yè)務(wù)。(2)簡單消息。對(duì)應(yīng)于短消息SMS

的業(yè)務(wù)，其速率為14kbit/s,屬于分組交換。(3)交換數(shù)據(jù)。屬于電路交換業(yè)務(wù)，其上/下行鏈路的數(shù)據(jù)速率均為64kbit/s。(4)非對(duì)稱多媒體業(yè)務(wù)。屬于分組交換業(yè)務(wù)，特點(diǎn)是下行鏈路業(yè)務(wù)量較大，上行鏈路業(yè)務(wù)量較小。具體業(yè)務(wù)包括文件下載、網(wǎng)頁瀏覽和非交互式電子醫(yī)療等。按傳輸速率又可分為中速多媒體業(yè)務(wù)(下、上行鏈路分別為384kbit/s

和64kbit/s)和高速多媒體業(yè)務(wù)(下、上行鏈路分別

為2Mbit/s

和128kbit/s)。(5)交互式多媒體業(yè)務(wù)。屬于電路交換業(yè)務(wù)，是一種對(duì)稱的多媒體業(yè)務(wù)，即上、下行鏈路的業(yè)務(wù)量相等。應(yīng)用于高保真音響、可視會(huì)議和雙向圖像傳輸?shù)葓?chǎng)合。40移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.3第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)另外，手機(jī)還可提供PoC(Push

to

talk

over

Cellular)服務(wù)，即“移動(dòng)一鍵通”或“手機(jī)對(duì)講”,是一種類似集群通話的業(yè)務(wù)。使用PoC

時(shí)，用戶只需像使用對(duì)講機(jī)一樣按一個(gè)鍵而無

需進(jìn)行撥號(hào)就可以快速、直接地與多個(gè)用戶進(jìn)行“點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)”的即時(shí)話音通信。4.第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)(1)高效信道編譯碼技術(shù)。3G

系統(tǒng)中采用了卷積碼和Turbo

碼兩種糾錯(cuò)編碼，在高速率和對(duì)譯碼時(shí)延要求不高的數(shù)據(jù)鏈路中，使用Turbo

碼有利于提高糾錯(cuò)性能，在話音、低速率及對(duì)時(shí)延要

求比較苛刻的數(shù)據(jù)鏈路中多使用卷積碼。41移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.3第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(2)軟件無線電技術(shù)?；舅枷胧悄?數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊盡可能靠近天線，所有基帶信號(hào)處理都用軟件方式替代硬件實(shí)施。因3G

系統(tǒng)具有多模、多頻段、多用戶的特點(diǎn)，故軟件無線電

技術(shù)可在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)多模、多頻率和不間斷服務(wù)等方面發(fā)揮重大作用，如基站可以承

載不同的軟件來適應(yīng)不同標(biāo)準(zhǔn)，而不用對(duì)硬件平臺(tái)改動(dòng)；基站間可以由軟件算法協(xié)調(diào)，動(dòng)態(tài)分

配信道；移動(dòng)臺(tái)可以自動(dòng)檢測(cè)接入的信號(hào)，以接入不同的網(wǎng)絡(luò)。(3)智能天線技術(shù)。該技術(shù)基于自適應(yīng)天線陣列原理，利用天線陣列的波束合成和指向，產(chǎn)生多個(gè)獨(dú)立的波束，自適應(yīng)地調(diào)整其方向圖以跟蹤信號(hào)的變化。其特點(diǎn)在于以較低的代價(jià)換得

無線覆蓋范圍、系統(tǒng)容量、業(yè)務(wù)質(zhì)量和掉話率等性能的顯著提高。42移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.3第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(4)多用戶檢測(cè)技術(shù)。把所有用戶信號(hào)都當(dāng)作有用信號(hào)，而不是干擾。在小區(qū)通信中，每個(gè)移動(dòng)用戶與一個(gè)基站通信且只須接收自己所需信號(hào)，而基站必須檢測(cè)所有用戶信號(hào)。圖15-5給出三個(gè)時(shí)代的手機(jī)代表機(jī)型。簡言之，3G是WAP網(wǎng)絡(luò)機(jī)時(shí)代。圖15

-

51G、2G、3G時(shí)代的手機(jī)代表機(jī)型

432000年(3G)

諾基亞71101992年(2G)

諾基亞1011移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.4第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)1.4G

的概念4G

技術(shù)又稱IMT-Advanced技術(shù)，其標(biāo)準(zhǔn)依賴于3G

標(biāo)準(zhǔn)組織已發(fā)展的多項(xiàng)新定標(biāo)準(zhǔn)及其延伸，如IP核心網(wǎng)、開放業(yè)務(wù)架構(gòu)及IPv6。2012

年1月18日，國際電信聯(lián)盟在無線電通信大會(huì)上，正式審議通過將LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced(802.16m)技術(shù)規(guī)范確立為IMT-Advanced

國際標(biāo)準(zhǔn)(俗稱4G)。

我國主導(dǎo)制定的TD-LTE-Advanced

也同時(shí)成為IMT-Advanced

國際標(biāo)準(zhǔn)。4G技術(shù)集3G和WLAN技術(shù)于一體，能夠傳輸與高清電視不相上下的高質(zhì)量圖像。4G系統(tǒng)具有100Mbps

的下載速率，比ADSL

快200倍，比普通3G

快50倍；上傳速率也可達(dá)20Mbps,能

夠滿足幾乎所有用戶對(duì)無線數(shù)據(jù)服務(wù)的要求。44移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.4第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)2.4G

的核心技術(shù)(1)正交頻分復(fù)用/多址(OFDM/OFDMA)技術(shù)。其主要思想就是在頻域內(nèi)將給定信道

分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，各子載波并行傳輸。盡管總

的信道是非平坦的，即具有頻率選擇性，但是每個(gè)子信道是相對(duì)平坦的，在每個(gè)子信道上進(jìn)行

的是窄帶傳輸，信號(hào)帶寬小于信道的相應(yīng)帶寬。OFDM/OFDMA

的優(yōu)點(diǎn)是可以消除或減小信號(hào)波形間的干擾，對(duì)多徑衰落和多普勒頻移不敏感，可提高頻譜利用率，實(shí)現(xiàn)低成本的單波段接收機(jī)。(2)軟件無線電。其基本思想是把盡可能多的無線及個(gè)人通信功能通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，使其成為一種多工作頻段、多工作模式、多信號(hào)傳輸與處理的無線電系統(tǒng)。也可以說，是一種用軟件來實(shí)現(xiàn)物理層連接的無線通信方式。45移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.4第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3)智能天線技術(shù)。智能天線具有抑制信號(hào)干擾、自動(dòng)跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，

是未來移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主

波束對(duì)準(zhǔn)用戶信號(hào)到達(dá)方向，旁瓣或零陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)到達(dá)方向，達(dá)到充分利用移動(dòng)用戶信號(hào)

并消除或抑制干擾信號(hào)的目的。該技術(shù)既能改善信號(hào)質(zhì)量又能增加傳輸容量。(4)多輸入多輸出(MIMO)

技術(shù)。是指利用多發(fā)射、多接收天線進(jìn)行空間分集的技術(shù)。

它采用分立式多天線，能夠有效地將通信鏈路分解成為許多并行的子信道，從而大大提高通信

容量。信息論已經(jīng)證明，當(dāng)不同的接收天線和不同的發(fā)射天線之間互不相關(guān)時(shí)，MIMO

系統(tǒng)能

夠有效地提高系統(tǒng)的抗衰落和抗噪聲性能，從而獲得巨大的容量。在功率帶寬受限的無線信道

中，MIMO

技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高速率、高容量、高質(zhì)量的通信業(yè)務(wù)。46移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.4第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)(

5

)

基

于IP的核心網(wǎng)。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)CN(center

network)是一個(gè)基于全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的無縫互連。核心網(wǎng)獨(dú)立于各種具體的無線接入方案，能提供端

到端的IP業(yè)務(wù)，能同已有的核心網(wǎng)和PSTN兼容。核心網(wǎng)具有開放結(jié)構(gòu)，能允許各種空中接口接

入核心網(wǎng)，同時(shí)還能把業(yè)務(wù)、控制和傳輸?shù)裙δ芊珠_。采用IP后，無線接入方式和協(xié)議與核心

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、鏈路層是分離的。IP與多種無線接入?yún)f(xié)議相兼容，因此在設(shè)計(jì)核心網(wǎng)絡(luò)時(shí)具有很大

的靈活性，不需要考慮無線接入究竟采用何種方式和協(xié)議。簡言之，4G是智能機(jī)時(shí)代。47移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.5第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)第五代移動(dòng)通信技術(shù)是具有高速率、低時(shí)延和大連接等特點(diǎn)的寬帶移動(dòng)通信技術(shù)。1.5G

的應(yīng)用場(chǎng)景國際電信聯(lián)盟ITU

定義了5G

的三大類應(yīng)用場(chǎng)景(見圖15-6):(1)增強(qiáng)移動(dòng)寬帶(eMBB)。主要應(yīng)對(duì)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量爆炸式增長，為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶

提供更加極致的應(yīng)用體驗(yàn)。(2)超高可靠低時(shí)延通信(uRLLC)。

主要滿足工業(yè)控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療、自動(dòng)駕駛等對(duì)時(shí)延和

可靠性具有極高要求的垂直行業(yè)應(yīng)用需求。(3)海量機(jī)器類通信(mMTC)

。

主要滿足智慧城市、智能家居、環(huán)境監(jiān)測(cè)等以傳感和數(shù)據(jù)

采集為目標(biāo)的應(yīng)用需求。48移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.5第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)eMBB5G

三大應(yīng)用場(chǎng)景

uRLLC圖15

-

65G三大應(yīng)用場(chǎng)景mMTC49移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.5第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)2.5G

的技術(shù)指標(biāo)5G

的主要技術(shù)指標(biāo)如下：(1)峰值速率達(dá)到10-20Gbit/s,可滿足高清視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)等大數(shù)據(jù)量傳輸。(2)空中接口時(shí)延低至1ms,滿足自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療等實(shí)時(shí)應(yīng)用。(3)具備百萬連接/平方公里的設(shè)備連接能力，滿足物聯(lián)網(wǎng)通信。(4)頻譜效率要比LTE提升3倍以上。(5)連續(xù)廣域覆蓋和高移動(dòng)性下，用戶體驗(yàn)速率達(dá)到100Mbit/s。(6)流量密度達(dá)到10Mbps/m2以上。(7)移動(dòng)性支持500km/h的高速移動(dòng)。其中高速率、低時(shí)延、大連接成為5G

最突出的特征，用戶體驗(yàn)速率達(dá)1Gbps,

時(shí)延低至1ms,用戶連接能力達(dá)100萬連接/平方公里。50移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.5第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)3.5G

的無線關(guān)鍵技術(shù)5G國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)滿足靈活多樣的物聯(lián)網(wǎng)需要，采用了靈活的全新系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在頻段方面，與4G

支持中低頻不同，考慮到中低頻資源有限，5G

同時(shí)支持中低頻和高頻頻段，其中，中低頻滿足覆蓋和容量需求，高頻滿足在熱點(diǎn)區(qū)域提升容量的需求，5G針對(duì)中低頻和高頻設(shè)計(jì)了統(tǒng)一的技術(shù)方案，并支持百兆基礎(chǔ)帶寬。為了支持高速率傳輸和更大覆蓋，5G采用LDPC、Polar新型信道編碼方案和性能更強(qiáng)的大規(guī)模天線等技術(shù)。為了支持低時(shí)延、高可靠，5G

采用短幀、快速反饋、多層/多站數(shù)據(jù)重傳等技術(shù)。5G

的多址技術(shù)主要有華為公司的稀疏碼分多址接入SCMA(Sparse

Code

MultipleAccess)

、

中興公司的多用戶共享接入MUSA(Multi-User

Shared

Access)、大唐公司的圖樣分隔多址接入PDMA(Pattern

Division

Multiple

Access)、美國高通公司的資源擴(kuò)展多址接入RSMA和日本NTT

DOCOMO公司的非正交多址接入NOMA

等新型多址技術(shù)。51移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.5第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)4.5G

網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)5G

采用全新服務(wù)化架構(gòu)，支持靈活部署和各種差異化業(yè)務(wù)場(chǎng)景；采用全服務(wù)化設(shè)計(jì)，模塊化網(wǎng)絡(luò)功能，支持按需調(diào)用，實(shí)現(xiàn)功能重構(gòu)；采用服務(wù)化描述，易于實(shí)現(xiàn)能力開放，有利于引入

IT開發(fā)實(shí)力，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)潛力；基于NFV/SDN,

實(shí)現(xiàn)硬件和軟件解耦，實(shí)現(xiàn)控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離；采

用通用數(shù)據(jù)中心的云化組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)功能部署靈活，資源調(diào)度高效；支持邊緣計(jì)算，云計(jì)算平臺(tái)下

沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣；支持基于應(yīng)用的網(wǎng)關(guān)靈活選擇和邊緣分流；通過網(wǎng)絡(luò)切片滿足差異化需求，網(wǎng)絡(luò)

切片是指從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中選取特定特性和功能，定制出的一個(gè)邏輯上獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，使得運(yùn)營商可以

部署功能、特性服務(wù)各不相同的多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)，分別為各自的目標(biāo)用戶服務(wù)，已定義了增強(qiáng)移動(dòng)

寬帶、低時(shí)延高可靠、大連接物聯(lián)網(wǎng)3種網(wǎng)絡(luò)切片類型。52移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.5第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)5.5G

技術(shù)的價(jià)值5G在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用涵蓋研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、運(yùn)營管理及產(chǎn)品服務(wù)4大工業(yè)環(huán)節(jié)，主要包括如下16類應(yīng)用場(chǎng)景：AR/VR

研發(fā)實(shí)驗(yàn)協(xié)同、AR/VR

遠(yuǎn)程協(xié)同設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)程控制、AR

輔助裝配、機(jī)器視覺、

AGV

物流

、自動(dòng)駕駛、超高清視頻、設(shè)備感知、物料信息采集、環(huán)境信息采集、AR

產(chǎn)品需求導(dǎo)入、遠(yuǎn)程售后、產(chǎn)品狀態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)、AR/VR

遠(yuǎn)程培訓(xùn)等。當(dāng)前，機(jī)器視覺、AGV

物流、超高清視頻等場(chǎng)景已取得了規(guī)模化復(fù)制效果，實(shí)現(xiàn)了“機(jī)器換人

”,大幅降低了人工成本，有效提高了產(chǎn)品檢測(cè)準(zhǔn)確率，達(dá)到了提升生產(chǎn)效率的目的。預(yù)計(jì)遠(yuǎn)程控

制、設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)等場(chǎng)景將會(huì)產(chǎn)生更高的商業(yè)價(jià)值。53移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程

15.2.5第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)作為一種新型移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，5G

不僅解決了人與人的通信問題，為用戶提供了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)、超高清(3D)視頻等更加身臨其境的極致業(yè)務(wù)體驗(yàn)，更解決了人與物、物與物的通信問

題，滿足了移動(dòng)醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)、智能家居、工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求。最終，5G將滲透到各行各業(yè)，成為支撐社會(huì)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。目前，幾種常見的國產(chǎn)5G

手機(jī)