移動通信原理與應用

移動通信概述發展簡述特點工作頻段工作方式分類及應用系統發展趨勢

發展簡述

移動通信是指通信雙方或至少有一方處于運動中進行信息交換方式1946年，貝爾實驗室造出了第一部所謂的移動通訊電話。但是，由于體積太大。60年代末期，AT&T和摩托羅拉開始研制移動電話。最初AT&T研制了一種體積很大的安在大卡車移動無線電話。AT&T的設想是，將來能研制一種移動電話，功率是10瓦，就利用卡車上的無線電設備來加以溝通。摩托羅拉向美國聯邦通訊委員會提出申請，要求規定移動通訊設備的功率，只應該是一瓦，最大也不能超過三瓦。

發展簡述實際GSM900MHz:5dBm~33dBm(3.16mW~2W);GSM1800MHz:0dBm~30dBm(1W);CDMAIS-95A:23dBm～30dBm(0.2W～1W);3G:-50dBm~24dBm

1973年手機注冊專利(馬丁?庫帕)。1985年，才誕生出第一臺現代意義上的、真正可以移動的電話。它是將電源和天線放置在一個盒子中，重量達3公斤，非常重而且不方便，使用者要像背包那樣背著它行走，所以就被叫做“肩背電話”。與現在形狀接近的手機，誕生于1987年。與“肩背電話”相比，它顯得輕巧得多，而且容易攜帶。盡管如此，其重量仍有大約750克，與今天僅重60克的手機相比，像一塊大磚頭。

發展簡述1991年時，手機的重量為250克左右；1996年秋，出現了體積為100立方厘米、重量100克的手機。1999年輕到了60克以下。也就是說，一部手機比一枚雞蛋重不了多少了。手機之父馬丁?庫帕大哥大

發展簡述A/D接入方式

典型代表第一代（1G）模擬蜂窩系統FDMA美國AMPS系統，歐洲TACS系統第二代（2G）數字蜂窩系統TDMAGSM系統CDMAN-CDMA系統

目標典型代表過渡代（2.5G）高速傳輸GPRS,CDMA20001X系統第三代（3G）全球漫游，高質量多媒體業務，系統容量、管理能力、保密性和服務質量均有很大改善歐洲WCDMA系統，北美CDMA2000系統，中國TD-SCDMA系統第四代（4G）高速率，各種數據話音業務，全IP，多協議，新技術目前還沒有一個4G網絡的標準結構

發展簡述海蒂?拉瑪(奧地利人)弗里希?曼德爾喬治?安太爾1940年12月，海蒂和安泰爾將一份說明送交至國家發明家委員會。1942年8月，這項發明被授予美國專利。專利說明描述了一種引導魚雷的通信方法：通過在每個頻率上僅發送整個信息的一小部分，魚雷能受到操縱。人們所能知道的對它最早實現是20世紀50年代中期。當時，美國海軍給霍夫曼無線電公司一份專利，讓它生產飛機和被稱作聲納浮標設備之間的雙向通信。基于無線電保密通信的“指令式制導”系統，用于自動控制武器，精確打擊目標。

發展簡述科技與美的完美結合在此基礎上，軍方研發了許多產品，其中包括一架在越南戰爭中使用的遙控無人駕駛飛機。冷戰結束后，美軍解除了對“跳頻”技術的管制，允許其商業化。

1985年美國的一家名不見經傳的小公司在圣迭戈成立，悄悄地研發出CDMA無線數字通信系統。這家公司就是高通。“她有一個非常驚人的專利，人們通常都想不到電影明星有什么頭腦，但她確實有。”高通公司聯合創始人安東尼奧

發展簡述4G網絡結構IP核心網網關PSTN/ISDNINTERNET路由器4GRAN（4G無線接入網）WLAN(無線局域網）4GRAN（4G無線接入網）4GRAN（4G無線接入網）網關2G、3GRAN（2G、3G無線接入網）MN(Movablenetwork)MN(Movablenetwork)MT(移動終端)MT(移動終端)MT(移動終端)MT(移動終端)

移動通信的特點利用無線電波進行信息傳輸復雜的無線傳播環境導致信號衰落在強干擾環境（外部干擾+自身干擾）下工作通信容量有限有效利用頻率的措施：窄帶化、縮小頻帶間隔、頻道重復利用等對移動臺要求高通信系統復雜

自身干擾兩個或多個信號作用在通信設備的非線性器件上，產生同有用信號頻率相近的組合頻率，從而構成干擾相鄰或鄰近的信道（或頻道）之間，由于一個強信號串擾弱信號而造成的干擾相同載頻電臺之間的干擾互調干擾鄰道干擾同頻干擾（蜂窩系統特有）我國移動通信工作頻段

原郵電部規定160MHz頻段：138~149.9MHz 150.05~167MHz450MHz頻段：403~420MHz450~470MHz900MHz頻段：890~915MHz（移動臺發、基站收）

935~960MHz（基站發、移動臺收）800MHz頻段：824~849MHz（移動臺發、基站收）

869~894MHz（基站發、移動臺收）IS-95CDMA806～821MHz和851～866MHz分配給集群移動通信；825～845MHz和870～890MHz分配給部隊使用。

我國移動通信工作頻段

1700～2300MHz移動業務、固定業務和空間業務1990～2010MHz用于航空無線電導航業務2090～2120MHz用于空間科學業務（氣象輔助和地球探測業務，地對空方向）在不干擾固定業務的情況下，2085～2120MHz可用于無線電定位業務

1996年12月，國家無委會為了滿足發展蜂窩移動通信和無線接入的需要，對2000MHz的部分地面無線電業務頻率進行了重新規劃，其分配方案如下：分配給無線用戶環路（WLL）（FDD）的頻率為1800～1900MHz和1960～1980MHz，該頻率只用于公眾通信網。分配給WLL（TDD）的頻率為1900～1920MHz。分配給公眾蜂窩移動通信1（1800MHz頻段）的頻率為1710～1755MHz和1805～1850MHz。第三代移動通信工作頻段

第三代移動通信系統主要工作在2000MHz頻段上，世界各國和地區頻率分配的方式各不相同。第三代移動通信工作頻段中國電信獲得的頻段是1920-1935MHz和2110-2125MHz，中國聯通獲得的頻段是1940-1955MHz和2130-2145MHz，這兩家運營商的3G標準都基于FDD模式。同時，中國移動獲得的頻段是1880-1900MHz和2010-2025MHz，其3G標準基于TDD模式，獲得了35MHz頻譜資源。1900～1920MHz是目前電信和網通的小靈通頻段。

移動通信的工作方式單工通信雙工通信半雙工通信移動中繼方式

單工通信單工通信通信雙方電臺交替地進行收信和發信。方式

同頻單工雙頻單工

Play

雙工通信雙工通信通信雙方均同時進行收發工作。即任一方講話時，可以聽到對方的話音。play

半雙工通信半雙工通信通信雙方中，一方使用雙頻雙工方式，即收發信機同時工作；另一方使用雙頻單工方式，即收發信機交替工作。Play

移動中繼方式

目的增加通信距離基本方式單工中繼雙工中繼

移動通信的分類按使用對象可分為民用設備和軍用設備；按使用環境可分為陸地通信、海上通信和空中通信；按多址方式可分為頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）等；按覆蓋范圍可分為寬域網和局域網；按業務類型可分為電話網、數據網和綜合業務網；按工作方式可分為同頻單工、雙頻單工、雙頻雙工和半雙工；按服務范圍可分為專用網和公用網；按信號形式可分為模擬網和數字網。移動通信的應用系統蜂窩式公用移動通信系統集群調度移動通信系統無繩電話系統無線電尋呼系統衛星移動通信系統無線LAN/WAN(WideAreaNetwork)集群移動通信系統集群的概念集群移動通信系統采用的基本技術是頻率共用技術把一些由各部門分散建立的專用通信網集中起來，統一建網和管理，并動態地利用分配給它們的有限個頻道，以容納數目更多的用戶改進頻道共用的方式，即移動用戶在通信的過程中，不是固定地占用某一個頻道，而是在按下其“按講開關”(PTT)時，才能占用一個頻道；一旦松開PTT，頻道將被釋放，變成空閑頻道，并允許其它用戶占用該頻道。集群系統的用途和特點

集群系統主要以無線用戶為主，以調度臺與移動臺之間的通話為主。集群系統與蜂窩式通信系統在技術上有很多相似之處，但在主要用途、網絡組成和工作方式上有很多差異。集群通信系統屬于專用移動通信網，適用于在各個行業(或幾個行業合用)中間進行調度和指揮，對網中的不同用戶常常賦予不同的優先等級。蜂窩通信系統屬于公眾移動通信網，適用于各階層和各行業中個人之間的通信，一般不分優先等級。集群通信系統主要采用信道動態分配方式(單工或半雙工)，蜂窩通信系統采用信道固定分配方式，即把信道分配給兩用戶固定使用(全雙工)，故當兩者具有同樣的信道數時，在一個區域內集群通信系統可容納更多的用戶。集群通信系統根據調度業務的特征，通常具有一定的限時功能，一次通話的限定時間大約為15~60s(可根據業務情況調整)。蜂窩通信系統對通信時間一般不進行限制。集群通信系統的主要服務業務是無線用戶和無線用戶之間的通信,蜂窩通信系統卻有大量的無線用戶與有線用戶之間的通話業務。集群通信系統一般采用半雙工(現在已有全雙工產品)工作方式，因而，一對移動用戶之間進行通信只需占用一對頻率。蜂窩通信系統都采用全雙工工作方式，因而，一對移動用戶之間進行通信，必須占用兩對頻率。在蜂窩通信系統中，可以采用頻道再用技術來提高系統的頻率利用率；而在集群系統中，主要是以改進頻道共用技術來提高系統的頻率利用率的。集群通信系統主要是大區、小區覆蓋；而蜂窩通信系統是小區，微小區，甚至微微小區覆蓋。

集群系統的組成集群系統均以基本系統為模塊，并用這些模塊擴展為區域網。根據覆蓋的范圍及地形條件，基本系統可由單基站或多基站組成。集群系統的控制方式有兩種，即專用控制信道的集中控制方式和隨路信令的分布控制方式。集群網絡的基本結構(a)集中控制方式PublicSwitchedTelephoneNetwork公共電話交換網絡PrivateAutomaticBranchExchange專用自動小交換機集群網絡的基本結構(b)分布控制方式RadioNetworkTerminal無線網絡終端系統控制中心主要控制和管理整個集群通信系統的運行、交換和接續調度臺。它是能對移動臺進行指揮、調度和管理的設備，分有線和無線調度臺兩種。系統管理終端提供系統管理、時間參數、用戶優先等級、修改、故障示警以及信息打印等輸出。集群方式消息集群(MessageTrunking)。在消息集群系統中，每一次呼叫通話期間，一次性地分配一對無線頻道，而且在通話完畢后(即松開PTT開關后)，轉發器繼續在該頻道上工作6s左右(即脫離時間約為6s),才算完成此次接續過程。消息集群的典型呼叫格式傳輸集群(TransmissionTrunking)。傳輸集群通話中，并非始終占用某一個頻道，當發話一方松開PTT時，對這一頻道的占用即告結束，對方回答或本方再發話時，都要重新分配并占用新的空閑頻道。亦即在通話中，每按一次PTT開關就重新占用頻道一次。傳輸集群的典型呼叫格式準傳輸集群(QuasiTransmissionTrunking)。準傳輸集群是為了克服傳輸集群的缺點而提出的一種改進型集群方式，也可以看作是傳輸集群和消息集群的折中方案。其做法是：一方面(和消息集群相比)把脫離的時間縮短為0.5~2s;另一方面(和傳輸集群相比)在每次PTT松開之后增加0.5s的保持時間，然后釋放頻道。準傳輸集群的典型呼叫格式移動通信網的發展趨勢

HSPA（HighSpeedPacketAccess3.5G）用戶超過WCDMA截至2010年9月，全球超過96%的WCDMA網絡都已升級至HSPA網絡，HSPA網絡成為部署的主流。移動寬帶需求迅速攀升由于3G/3G增強型技術以及智能終端的逐漸普及，極大的帶動了用戶對移動寬帶業務的需求，3G網絡傳輸速率的提升促進了視頻、下載等類移動互聯網業務逐漸普及LTE(LongTermEvolution)市場正式啟動根據GSA（GlobalmobileSuppliersAssociation）2010年10月的統計，已經有7個LTE商用網絡，預計2012年將達到55個。不過從目前的規模來看，LTE商用網絡仍停留在試商用階段，只是小范圍的熱點部署，大范圍覆蓋的LTE網絡還沒有形成。移動通信網的發展趨勢

預計LTE將在全球分地區分時段部署，TeliaSonera（北歐和波羅的海地區領先的通訊公司）、NTTDoCoMo、Verizone將是全球最早引入LTE的運營商；北美和東南亞地區將較早地引入LTE。日本的DoCoMo移動通信公司的第四代移動通訊（4G）在2004年8月的測試中，已經將網絡的下載速率提升到1Gbps。在2006年年底進行的第4代移動通信系統(4G)外場試驗中，創下每秒5吉比特的最大下行速率紀錄。在2010年上海世博會上，中國移動搭建的TD-LTE演示網覆蓋世博園全園5.28平方公里，在世博園區內共建有TD-LTE室外站17個，覆蓋上海世博會園區的9個室內場館，該演示網實際能夠達到的最高數據傳輸速度，下行為100Mb/