第8章移動通信網絡Tobehappyinthisworld,firstyouneedacellphoneandthenyouneedanairplane.Thenyouaretrulywireless.

-TedTuner,CNNfounder2第7章介紹了典型無線低速網絡協議，重點討論了各協議網絡層次的特點，并就無線低速網絡協議實現需要注意的問題展開談論。3內容回顧8.1移動通信發展歷史8.23G通信技術和標準8.3移動互聯網8.44G：下一代移動網絡4本章內容2013年5月，全國移動電話用戶達11.65億戶，其中3G移動電話用戶達3.04億戶。完整的物聯網系統由前端信息生成、中間傳輸網絡以及后端的應用平臺構成。移動通信網絡，將成為物聯網終端“全面、隨時、隨地”傳輸信息的有效平臺。5概論：移動通信的時代8.1移動通信發展歷史8.23G通信技術和標準8.3移動互聯網8.44G：下一代移動網絡6本章內容20世紀20年代到40年代為模擬語音的早期發展階段。1928年，美國普度大學（PurdueUniversity）的學生發明了超外差式無線電接收機，建立了世界上第一個移動通信系統（車載無線電系統）。工作頻率為2MHz，在40年代才被提高到了30-40MHz。1946年，貝爾系統在圣路易斯建立起了第一個可用于汽車的電話系統。西德、法國和英國分別于1950年、1956年和1959年完成了公用移動電話系統的研制。7第一代移動通信：模擬語音20世紀60年代，美國開始使用中小容量的改進移動電話系統IMTS。IMTS有兩個頻率分別用于接收和發送功能。IMTS支持23個信道，頻率范圍為150～450MHz。在一個大區域中只用一個基站覆蓋的設計被成為大區制。大區制有以下特點：基站覆蓋面積大發射功率大可用頻率帶寬有限，系統容量小適用于專業網，不適合商用8第一代移動通信：模擬語音1982年，為了解決大區制容量飽和的問題，美國貝爾實驗室發明了高級移動電話系統AMPS。AMPS提出了“小區制”，“蜂窩單元”的概念，是第一種真正意義上的“蜂窩移動通信系統”，同時采用頻分復用（FrequencyDivisionMultiplexing,FDM）技術，解決了公用移動通信系統所需要的大容量要求和頻譜資源限制的矛盾。100千米范圍之內，IMTS每個頻率上只允許一個電話呼叫；AMPS以允許100個10千米的蜂窩單元，從而可以保證每個頻率上有10～15個電話呼叫。9第一代移動通信：模擬語音每一個蜂窩單元有一個基站負責接收該單元中電話的信息?；具B接到移動電話交換局（MobileTelephoneSwitchingOffice,MTSO）。MTSO采用分層機制，一級MTSO負責與基站之間的直接通信；高級MTSO則負責低級MTSO之間的業務處理。10蜂窩系統：系統結構當電話在蜂窩單元之間移動的時候，基站之間會通信，從而交換控制權，避免信道分配不錯導致信號沖突?；緦τ陔娫捰脩艨刂茩嗟霓D換也稱為“移交”。“軟移交”：用戶通話保持連貫。“硬移交”：老的基站需要停止用戶通話。11蜂窩系統：移交第二代移動通信技術：數字制式支持傳統語音通信、文字和多媒體短信支持一些無線應用協議目前服務用戶最多的移動通信技術900/1800MHzGSM移動通信工作在900/1800MHz頻段，124對單工信道，每對單工信道有200kHz的頻寬無線接口采用TDMA技術，核心網移動性管理協議采用MAP協議800MHzCDMA系統無線接口采用窄帶碼分多址（CDMA）技術第三代移動通信系統的基礎12第二代移動通信：數字語音GSM是一種蜂窩網絡系統，蜂窩單元按照半徑可以分為：宏蜂窩：覆蓋面積最廣，基站通常在較高的位置，例如山峰微蜂窩：基站高度普遍低于平均建筑高度，適用于市區內微微蜂窩：室內，影響范圍在幾十米以內傘蜂窩：填補蜂窩間的信號空白區域GSM后臺網絡系統包括以下模塊系統：基站系統，包括基站和相關控制器網絡和交換系統，也稱為核心網，負責銜接各個部分GPRS核心網，可用于基于報文的互聯網連接，為可選部分身份識別模塊，也稱為SIM卡，主要用于保存手機用戶數據13GSM系統CDMA移動通信網是由蜂窩組網、擴頻、多址接入以及頻率復用等幾種技術結合而成，含有頻域、時域和碼域等三維信號處理的一種協作。因此它具有抗干擾性好抗多徑衰落保密安全性高容量和質量之間可做權衡取舍同頻率可在多個小區內重復使用等屬性CDMA最明顯的優勢在于，它利用編碼技術可以區分并分離多個同時傳輸的信號。它允許用戶可以任何時刻在任何頻段發送信號，對于沖突的信號，可以從混合信號中提取出期望的數據信號，同時拒絕所有其他的噪音信號。14CDMA系統第三代移動通信（3G）可以提供所有2G的信息業務，同時保證更快的速度，以及更全面的業務內容，如移動辦公，視頻流服務等。3G的主要特征是可提供移動寬帶多媒體業務，包括高速移動環境下支持144Kbps速率，步行和慢速移動環境下支持384Kbps速率，室內環境則應達到2Mbps的數據傳輸速率，同時保證高可靠服務質量。人們發現從2G直接跳躍到3G存在較大的難度，于是出現了一個2.5G（也有人稱后期2.5G為2.75G）的過渡階段。15第三代移動通信：

數字語音與數據163G發展歷程AMPSTACSNMT1G2G2.5G2.75G3GGSMTDMACDMAPHSiDENGPRSGSM/GPRSPHSiDENEDGECDMA1xRTTW-CDMATD-SCDMACDMA2000HSCSDGSM網絡的升級版本透過多重時分并行傳輸，速率比GSM網絡快5倍動態提供不同的糾錯方式GPRS基于傳統GSM的產物改造現有基站系統，利用GSM網絡中未使用的TDMA信道，速率可以達到114Kbps立即聯機EDGE俗稱2.75G，是GPRS到3G之間的過渡產業傳輸速率可以達到384Kbps主張利用現有的GSM資源172G到3G的過渡第三代移動通信系統最早于1985年由ITUTG8/1提出，最初的名字為FPLMTS（FuturePublicLandMobileTelecommunicationSystem），后在1996年更改為“IMT-2000”。數字2000蘊含了三層含義：希望該系統能在2000年全面應用到市場；希望3G能在2000MHz的頻率上運行；希望可以3G保證2000KHz的帶寬?？上У氖?，3G并沒有能夠在2000年之前投入市場，只有中國保留了2000MHz的頻段。1999年，IMT-2000無線接口技術規范建議被通過。18IMT-2000IMT-2000無線接口技術規范建議將無線接口的標準明確為5個標準。傳統的窄帶TDMA技術遠遠不能滿足3G系統的高帶寬要求，而CDMA的編碼方式才是現行3G通信標準的基礎。圖中關于CDMA技術的3個標準分別是：IMT-DS，對應于W-CDMAIMT-MC，對應于CDMA2000IMT-TD，對應于TD-SCDMA和UTRA-TDD19IMT-2000無線接口標準IMT-2000無線接口的5個標準8.1移動通信發展歷史8.23G通信技術和標準8.3移動互聯網8.44G：下一代移動網絡20本章內容1985年FPLTMS概念被提出。1991年ITU正式成立TG8/1任務組，專門負責FPLTMS的標準定制工作。1996年FPLTMS更名為IMT-2000。1997年ITU向各國發出通函，要求各國在1998年6月之前提交關于IMT-2000無線接口技術的候選方案，一共收到15份有關3G接口的技術方案，其中包括我國自主研究制定的TD-SCDMA標準。2000年5月，ITU正式公布了第三代移動通信標準，CDMA技術以其特有的優勢為眾多標準的基礎。2009年1月7日，我國工業和信息化部向中國移動、中國電信、中國聯通分別發放了3G牌照。其中，中國移動獲得TD-SCDMA牌照，中國聯通和中國電信分別獲得WCDMA和CDMA2000牌照。213G通信技術和標準：

歷程回顧TD─SCDMA（TimeDivision–SynchronousCodeDivisionMultipleAccess）相比于W-CDMA和CDMA2000起步較晚，1998年6月由原郵電部電信科學技術研究院向ITU提出。TD-SCDMA融合眾多先進技術，具有抗干擾能力強，系統容量大的特點：SDMA（SpaceDivisionMultipleAccess）同步CDMA和軟件無線電TDMA，FDMATD分類TD-SCDMA：提供話音和視頻電話等最高下行頻率為384Kb/s的數據業務TD-HSDPA：數據業務增強技術，可提供2.8Mb/s的下行速率22TD-SCDMA呼吸效應：在CDMA系統中，基站的實際有效覆蓋面積會隨著用戶增多（干擾增強）而縮小，反之則會增大。導致“呼吸效應”的主要原因是CDMA系統是一個自干擾系統；CDMA2000和W-CDMA屬于同頻自干擾系統，鄰近用戶之間自干擾現象明顯，從而降低了實際傳輸速率。TD-SCDMA的解決方案利用低帶寬的FDMA和TDMA限制了系統的最大干擾；在單時隙中應用CDMA技術提高系統容量；利用聯合檢測和SDMA技術對客戶終端的信號跟蹤；充分利用下行信號能量，最大程度上抑制了客戶之間的干擾。可以說，TD-SCDMA系統不再是一個自干擾系統，“呼吸效應”基本被消除。23TD－CDMA解決的移動通信問題遠近效應：手機用戶到基站的距離是在不斷變化中的，固定的通信功率不僅會造成嚴重的功率過剩（離基站很近的地方依然用大功率來傳輸數據），且可能形成有害的電磁輻射。TD-SCDMA的解決方案TD-SCDMA通過動態調控功率改善“遠近效應”：手機終端依據自己到基站的通信距離動態的調整自己的傳輸功率，從而盡可能的減少過剩，且依然保證可連通性。采用動態信道分配的方式，即根據用戶的需求進行實時的動態資源分配，包括頻率，時隙和碼字等。動態信道分配不僅提高了信道資源的利用率，且增強了對于網絡中負載和干擾變化的適應能力。24TD－CDMA解決的移動通信問題W-CDMA（WidebandCodeDivisionMultipleAccess）是由愛立信公司提出，3GPP具體制定的基于GSMMAP核心網，UTRAN為無線接口的3G系統。第一個商用W-CDMA網絡由日本NTTDoCoMo于2001年推出，也是世界上第一個3G移動電話服務。中國聯通于2009年在中國大陸提供W-CDMA服務，并開始提供HSDPA服務（在部分地區還提供HSUPA服務）。中國香港移動運營商SUNDAY等也都已經架構了W-CDMA商用網絡。中國臺灣地區3G服務從2005年開始，其中中華電信、臺灣大哥大、遠傳電信等都使用W-CDMA系統。25W-CDMAW-CDMA=WidebandCodeDivisionMultipleAccessW-CDMA技術主要是將信息擴展成3.84MHz的寬帶后，在5MHz帶寬內進行傳輸。上行技術參數主要基于歐洲FMA2方案。下行技術參數主要基于日本ARIBW-CDMA方案。W-CDMA技術主要包括FDD和TDD：FDD：工作在覆蓋面積較大的范圍內，可以在兩個對稱頻率信道上進行接收和傳送工作TDD：側重于業務繁重的小范圍內26W-CDMAW-CDMA定義了3條可利用的公共控制信道及2條專用信道：廣播公共控制信道（BCCH）：攜帶系統和小區特定的信息尋呼信道（PCH）：把消息送到尋呼區的移動臺前向接入信道（FACH）：把消息從基站送到一個小區內的移動臺專用控制信道（DCCH）專用業務信道（DTCH）：用作上下行中點到點的數據傳輸TD-SCDMA只支持同步基站，W-CDMA可以同時支持異步和同步的基站運行方式。27W-CDMACDMA2000也稱為CDMAMulti-Carrier,由美國高通北美公司為主導提出。W-CDMA和TD-SCDMA是由標準組織3GPP制定，CDMA2000則是由標準組織3GPP2制定。CDMA2000標準推進路線：28CDMA2000CDMA20001x：即1x或者1xRTT，

是3GCDMA2000技術的核心。標志1x指使用一對1.25MHz無線電信道的CDMA2000無線技術。CDMA20001xRTT：CDMA20001xRTT（RTT無線電傳輸技術）是CDMA2000一個基礎層。通常被認為是2.5G技術，因其傳輸速率不及其他3G技術。支持最高144kbps數據速率。CDMA20001xEV：CDMA20001x附加高數據速率（HDR）能力。CDMA20001xEV第一階段（CDMA20001xEV-DO）支持下行數據速率最高3.1Mbps，上行速率最高1.8Mbps。CDMA20001xEV第二階段（CDMA20001xEV-DV）還能支持1x語音用戶，1xRTT數據用戶和高速1xEV-DV數據用戶使用同一信道。29CDMA200030三種3G標準的主要技術差別

標準內容TD-SCDMAW-CDMACDMA2000信道帶寬/MHz碼片速率/(Mc/s)基站間同步幀長/ms雙工技術多址方式語音編碼多速率功率控制交織1.61.28異步/同步10TDDTD-SCDMA固定速率可變擴頻因子，多碼RI檢測開環+慢速閉環（20b/s）卷積碼；幀內交織；RS碼：幀間交織5/10/203.84異步/同步10FDD/TDDDS-CDMA固定速率可變擴頻因子和多碼RI檢測；高速率業務盲檢測；低速率業務FDD：開環+快速閉環（1600b/s）;TDD：開環+慢速閉環卷積瑪：幀內交織；RS碼：幀間交織1.25/10/203.6864同步20FDDDS-CDMA和MC-CDMA可變速率可變擴頻因子和多碼RI檢測；低速率業務，事先預定好，需高層信令參與開環+慢速閉環(800b/s)塊交織8.1移動通信發展歷史8.23G通信技術和標準8.3移動互聯網8.44G：下一代移動網絡31本章內容3G網絡中的數據傳輸多元化：視頻信息、流數據、音樂電視…即時性：室內固定環境下2Mb/s，室外快速移動環境下144Kb/s地域性：手機信號可以覆蓋wifi等無線信號難以遍及的地方移動互聯網將移動通信和互聯網二者結合，提供網頁瀏覽、視頻會議、電子商務、電視直播等互聯網應用服務。32移動互聯網作為2G移動通訊不能支持的新業務，視頻電話迎合了人們面對面交談的習慣，成為引領2G用戶奔向3G的主要手段之一。視頻電話技術也是眾多其他綜合服務業務的基礎，如視頻會議、多人網絡游戲、遠距離醫護和可視安全系統等等。兩種視頻編解碼器：H.263編解碼器基于64Kb/s速率，用于視頻呼叫H.264編解碼器應用于視頻流廣泛應用于電影電視中33視頻電話從技術上手機電視分為兩大類：以地面廣播網絡為基礎與移動網絡松耦合或相對獨立組網歐洲的DVB-H韓國的T-DMB日本的ISDB-T中國的CMMB…以移動通信網絡為基礎不能獨立組網MBMS，BCMCS…34手機電視CMMB（中國移動多媒體廣播）：我國自主研發的利用無線數字廣播電視網向移動終端提供電視節目的移動多媒體廣播系統。便攜終端只要加裝上一個專門的芯片，就會變成了一部可移動收看的手持電視。頻段范圍：470～798MHz；傳播衰耗??；覆蓋范圍：40千米“天體一體、星網組合、統一標準、全國漫游”。相較于基于3G的手機電視技術，優勢是覆蓋廣、相對低成本、多用戶同時觀看。但難以支持點播和雙向互動。與3G視頻技術互補。35手機電視：CMMB當前的智能手機上添加了各種各樣的傳感器，如加速度傳感器、重力傳感器、光照傳感器、GPS、攝像頭等等。利用這些傳感器采集的數據結合模式識別、機器學習等技術，手機應用能夠識別出用戶當前所處的情境（什么時間，在什么地點，在做什么或者即將做什么，和什么人在一起）等?；谶@些情境，服務提供者便能根據用戶當前具體的情境為用戶提供個性化的服務。36基于用戶情境的服務GeoReminder：在用戶進入特定區域時給用戶提醒；JogBuddy:可以自動為用戶記錄每天的運動量；SocialGroupon:可以在用戶和好友在一起時，向好友發送推薦和優惠券截止2011年10月，美國有超過98%的互聯網用戶在使用社交網絡，全世界的社交網絡用戶平均每個月會花約6個小時在社交網絡應用上，占去了他們16.9%的在線時間。各大傳統在線社交網站，如Facebook，MySpace,人人網，開心網等都提供了相應的智能移動終端應用程序，讓用戶可以通過移動終端隨時進行訪問。移動社交網絡相較傳統社交網絡能為用戶提供無所不在的，更全面更便捷的服務，同時嚴重的隱私問題也引起了用戶的關注。37移動社交網絡WAP：將Internet內容和數據服務帶入移動電話終端。移動即時通信：互聯網即時通信在移動通信網絡上的擴展手機廣告：針對目標人群，向特定地理區域提供直接的、個性化的廣告。手機游戲：移動網絡將大量手機用戶通過高速的數據鏈路連接在一起，使用戶可以進行更多有趣的交互式游戲38其他應用8.1移動通信發展歷史8.23G通信技術和標準8.3移動互聯網8.44G：下一代移動網絡39本章內容404G：下一代移動網絡409月28年日，杭州、寧波、溫州三地移動公司實現4G手機全國首發。達到主流3G網絡網速的10多倍，延遲為3G的1/10.2013年國慶長假期間深圳推出全國首個4G即攝即傳行業應用。深圳衛視新聞直播節目利用4G技術實現日常新聞的無線高清直播。與現場直播延遲小于1s。第四代移動通信系統IMT-Advanced（InternationalMobileTelecommunications-Advanced），俗稱4G。4G被稱為“多媒體移動通信”，在通信速度和智能性上是遠超過3G：4G的數據傳輸速率可以達到10Mbps至20Mbps,最高甚至可以超過100Mbps，這個速率是目前移動電話數據傳輸速率的1萬倍，也是3G移動電話速率的50倍。利用高帶寬的優勢，4G手機可以提供高性能的流媒體內容，也可以實現高分辨率的電影和電視節目。技術上，4G將引入許多功能強大的突破性技術，使得對無線頻率的使用更加有效。這種有效性可以讓更多的人使用與以前相同數量的無線頻譜做更多的事情。414G：下一代移動網絡2004年11月，3GPP在魁北克會議上決定開展3G系統的長期演進（LongTermEvolution）研究項目。形成對LTE系統的初步需求：提高峰值數據速率，改善小區邊緣速率，提高小區容量，提高頻譜利用率，降低系統延遲，并著眼于降低運營和建網成本。另外，該系統必須能夠和現有系統（2G/2.5G/3G）共存。LTE作為3G向4G演進的主流技術，通常也被人們稱為3.9G