蜂窩移動通信技術(shù)

蜂窩移動通信技術(shù)第1頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四基礎(chǔ)知識和基本概念標(biāo)準(zhǔn)化組織多址方式通信工作方式蜂窩通信概念第2頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四標(biāo)準(zhǔn)化組織國際標(biāo)準(zhǔn)化組織地區(qū)性標(biāo)準(zhǔn)化組織第3頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO（InternationalOrganizationforStandardization）國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ITU（InternationalTelecommunicationsUnion）國際電信聯(lián)盟第4頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四地區(qū)性標(biāo)準(zhǔn)化組織ANSI（AmericanNationalStandardsInstitute）美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會ARIB（AssociationofRadioIndustriesandBusinesses）日本無線工業(yè)及商貿(mào)聯(lián)合會CCSA（ChinaCommunicationsStandardsAssociation）中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會CWTS（ChinaWirelessTelecommunicationsStandardsgroup）中國無線電訊標(biāo)準(zhǔn)組第5頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四地區(qū)性標(biāo)準(zhǔn)化組織EIA（ElectronicIndustriesAlliance）美國電子工業(yè)協(xié)會ETSI（EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute）歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會/歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化組織FCC（FederalCommunicationsCommission）美國聯(lián)邦通信委員會。TTA（TelecommunicationsTechnologyAssociation）韓國電信技術(shù)協(xié)會第6頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四多址方式電信資源是有限的！FDMA（頻分多址）TDMA（時分多址）CDMA（碼分多址）SDMA（空分多址）第7頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四FDMA（頻分多址）FrequencyDivisionMultipleAccess不同用戶使用不同的頻段發(fā)送信號FDMA系統(tǒng)為每位用戶在可用頻段內(nèi)分配一小部分頻率或頻道，且在相鄰的一對頻道之間留出一小部分頻譜作為保護(hù)帶，以減少來自相鄰頻道的干擾無爭用協(xié)議第8頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四TDMA（時分多址）TimeDivisionMultipleAccess不同用戶使用整個頻段的不同時間段發(fā)送信號每個時間周期分為多個時間段，稱為時隙。每對相鄰的時隙都被一小段時間段（作為保護(hù)時間）分隔開，以減少來自相鄰信道的干擾基于奈奎斯特抽樣定理無爭用協(xié)議第9頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四CDMA（碼分多址）CodeDivisionMultipleAccess不同用戶使用整個頻段的不同特定碼字發(fā)送信號在CDMA系統(tǒng)中，每個用戶信號在整個傳輸過程中都使用一個寬帶信道，使用相同的載頻，占用相同的帶寬根據(jù)分配給每個用戶的特定碼字來區(qū)分不同用戶的信號第10頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四CDMA（碼分多址）根據(jù)信道情況，CDMA可被認(rèn)為是無爭用協(xié)議或爭用協(xié)議如果信道中同時傳輸?shù)挠脩魯?shù)或者多址干擾值低于某一給定的閾值，系統(tǒng)可成功處理所有的傳輸，那么CDMA就是無爭用協(xié)議如果干擾值大于該閾值，將會在傳輸中丟失所有同時傳輸?shù)姆纸M，那么CDMA就是爭用協(xié)議因此，我們將CDMA視為一個功率受限系統(tǒng)，受限于來自其他用戶的全部干擾功率第11頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四SDMA（空分多址）SpatialDivisionMultipleAccess利用空間分割構(gòu)成不同的信道是一種信道增容方式，與其他多址方式完全兼容，從而可實現(xiàn)組合的多址方式，例如空分--碼分多址（SD-CDMA）實現(xiàn)的關(guān)鍵是智能天線技術(shù)第12頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四通信工作方式單工通信——只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互半雙工通信——通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)送(當(dāng)然也就不能同時接收)全雙工通信——通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息。TDD：TimeDivisionDuplex時分雙工FDD：FrequencyDivisionDuplex頻分雙工第13頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四蜂窩通信概念

蜂窩移動通信宏蜂窩小區(qū)微蜂窩小區(qū)分級蜂窩結(jié)構(gòu)微微蜂窩小區(qū)三層分級蜂窩結(jié)構(gòu)智能蜂窩第14頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四蜂窩移動通信 FCC的定義: 一個高容量的陸上移動通信系統(tǒng)，分配給系統(tǒng)中的頻譜被劃分為獨(dú)立的信道，這些信道按組分配給各個地理小區(qū)，這些小區(qū)覆蓋了一個蜂窩地理服務(wù)區(qū)。獨(dú)立的信道能夠被服務(wù)區(qū)內(nèi)的不同小區(qū)復(fù)用。第15頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四一個蜂窩組ACDEFGB一個字母代表一組頻率，不同的字母代表不同組的頻率。第16頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四“蜂窩式”名稱的來源 在無線電通信時，一對通話要占用一條信道，即一段特殊的頻率。為了頻率復(fù)用，按地理范圍分成狀如蜂窩的若干小區(qū)，每個小區(qū)使用一組頻率，相同的頻率組之間至少間隔了兩個小區(qū)的地理距離，所以不會相互干擾。第17頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四蜂窩式無線電話網(wǎng)ACDEFGBACDEFGBACDEFGBACDEFGBACDEFGB第18頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四蜂窩移動通信蜂窩概念可用于FDMA系統(tǒng)，使同樣的子頻段可在距離足夠遠(yuǎn)的蜂窩群中多次使用也可用于CDMA系統(tǒng)，降低干擾，提高系統(tǒng)容量同樣可用于TDMA系統(tǒng)，通過TDMA與FDMA技術(shù)的結(jié)合提供較高的系統(tǒng)容量，容納更多用戶第19頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四宏蜂窩小區(qū)(macrocell)每小區(qū)的覆蓋半徑較大，大多為1km～25km。宏蜂窩小區(qū)基站的發(fā)射功率較強(qiáng)，一般在10W以上，天線也做得較高。第20頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四宏蜂窩小區(qū)每個小區(qū)中有一個基站，與處于其服務(wù)區(qū)內(nèi)的移動臺建立無線通信鏈路。各個小區(qū)的基站可通過電纜、光纜或微波鏈路與移動交換中心(MSC)相連。移動交換中心通過PCM電路與市話交換局相連接。第21頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四宏蜂窩小區(qū)存在的問題“盲點(diǎn)”：由于網(wǎng)絡(luò)漏覆蓋或電波在傳播過程中遇到障礙物而造成陰影區(qū)域等原因，使得該區(qū)域的信號強(qiáng)度極弱，通信質(zhì)量低劣“熱點(diǎn)”：由于客觀存在商業(yè)中心或交通要道等業(yè)務(wù)繁忙區(qū)域，造成空間業(yè)務(wù)負(fù)荷的不均勻分布第22頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四微蜂窩小區(qū)(microcell)微蜂窩小區(qū)是在宏蜂窩小區(qū)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門技術(shù)。覆蓋半徑大約為30m～300m；發(fā)射功率較小，一般在1W以下；基站天線置于相對低的地方，如屋頂下方，高于地面5m～10m；傳播主要沿著街道的視線進(jìn)行，信號在樓頂?shù)男孤缎　５?3頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四微蜂窩小區(qū)最初被用來加大無線電覆蓋，消除宏蜂窩中的“盲點(diǎn)”。由于低發(fā)射功率的微蜂窩基站允許較小的頻率復(fù)用距離，每個單元區(qū)域的信道數(shù)量較多，因此業(yè)務(wù)密度得到了巨大的增長，且RF干擾很低，將它安置在宏蜂窩的“熱點(diǎn)”上，可滿足該微小區(qū)域質(zhì)量與容量兩方面的要求。第24頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四分級蜂窩結(jié)構(gòu)相鄰微蜂窩的切換都回到所在的宏蜂窩上，宏蜂窩的廣域大功率覆蓋可看成是宏蜂窩上層網(wǎng)絡(luò)，并作為移動用戶在兩個微蜂窩區(qū)間移動時的“安全網(wǎng)”大量的微蜂窩構(gòu)成微蜂窩下層網(wǎng)絡(luò)。第25頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四微微蜂窩小區(qū)(picocell)隨著容量需求進(jìn)一步增長，運(yùn)營者可按同一規(guī)則安裝第三或第四層網(wǎng)絡(luò)，即微微蜂窩小區(qū)覆蓋半徑更小，一般只有10m～30m；基站發(fā)射功率更小，大約在幾十毫瓦左右；天線一般裝于建筑物內(nèi)，業(yè)務(wù)集中地點(diǎn)第26頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四微微蜂窩小區(qū)微微蜂窩實質(zhì)就是微蜂窩的一種，作為網(wǎng)絡(luò)覆蓋的一種補(bǔ)充形式而存在主要用來解決商業(yè)中心、會議中心等室內(nèi)“熱點(diǎn)”的通信問題。第27頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四三層分級蜂窩結(jié)構(gòu)宏蜂窩用于處理快速移動車輛的業(yè)務(wù)；微蜂窩處理慢速移動，集中于步行或交通阻塞車輛的業(yè)務(wù)；微微蜂窩用于覆蓋商場和辦公區(qū)等室內(nèi)區(qū)域。用戶接入時，系統(tǒng)根據(jù)所測得的信號強(qiáng)度和各蜂窩的容量為某一呼叫選擇最恰當(dāng)?shù)姆涓C。第28頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四智能蜂窩是相對于智能天線而言的，指基站采用具有高分辨陣列信號處理能力的自適應(yīng)天線系統(tǒng)，智能地監(jiān)測移動臺所處的位置，并以一定的方式將確定的信號功率傳遞給移動臺的蜂窩小區(qū)。

第29頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四智能蜂窩智能天線利用數(shù)字信號處理技術(shù)，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對準(zhǔn)用戶信號到達(dá)方向，旁瓣或零陷對準(zhǔn)干擾信號到達(dá)方向，達(dá)到充分高效利用移動用戶信號并刪除或抑制干擾信號的目的。

智能蜂窩既可以是宏蜂窩，也可以是微蜂窩和微微蜂窩。這項技術(shù)正在研制過程中。第30頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四智能蜂窩提高未來移動通信系統(tǒng)性能的幾個方面：

擴(kuò)大系統(tǒng)覆蓋區(qū)域；提高頻譜利用率，增加系統(tǒng)容量；降低基站發(fā)射功率，減少信號間干擾；減少電磁環(huán)境污染；節(jié)省系統(tǒng)成本。

第31頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四移動通信技術(shù)的的發(fā)展移動通信技術(shù)的的發(fā)展史移動通信技術(shù)的歷史發(fā)展趨勢移動通信技術(shù)的分代移動通信技術(shù)在我國的發(fā)展第32頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四移動通信技術(shù)的的發(fā)展史移動通信可以說從無線電通信發(fā)明之日就產(chǎn)生了。標(biāo)志：1897年，M.G.馬可尼完成在固定站與一艘拖船之間進(jìn)行的的無線通信試驗，距離為18海里?，F(xiàn)代移動通信技術(shù)的發(fā)展始于20世紀(jì)20年代，大致經(jīng)歷了五個發(fā)展階段第33頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四移動通信技術(shù)的發(fā)展史

1.時間：20世紀(jì)20年代至40年代 特點(diǎn)：專用系統(tǒng)開發(fā)工作頻率較低。工作頻率從最初2MHz，到40年代提高到30～40MHz。 代表：美國底特律市警察使用的車載無線電系統(tǒng)。第34頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四移動通信技術(shù)的發(fā)展史2.時間：20世紀(jì)40年代中期至60年代初期特點(diǎn)：從專用移動網(wǎng)向公用移動網(wǎng)過渡接續(xù)方式為人工網(wǎng)的容量較小。代表：20世紀(jì)40年代，美國建立了世界上首個公用移動通信系統(tǒng)——公用汽車電話網(wǎng)

第35頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四移動通信技術(shù)的發(fā)展史3.時間：20世紀(jì)60年代中期至70年代中期特點(diǎn)：采用大區(qū)制、中小容量開拓了150MHz和450MHz頻段實現(xiàn)了自動選頻與自動撥號接續(xù)形成了移動通信的無線傳輸、信道管理及移動交換的基本技術(shù)第36頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四移動通信技術(shù)的發(fā)展史4.時間：20世紀(jì)70年代中期至80年代中期特點(diǎn)：建成了蜂窩狀移動通信網(wǎng)代表：1978年底，美國貝爾試驗室研制成功先進(jìn)移動電話系統(tǒng)(AMPS)第37頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四移動通信技術(shù)的發(fā)展史5.時間：20世紀(jì)80年代中期開始特點(diǎn)：開發(fā)了新一代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)。數(shù)字無線傳輸?shù)念l譜利用率高，可大大提高系統(tǒng)容量。數(shù)字網(wǎng)能提供語音、數(shù)據(jù)多種業(yè)務(wù)服務(wù)，并與ISDN等兼容。第38頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四移動通信技術(shù)的發(fā)展史代表： 1988年，歐洲提出主要建議和投標(biāo)方案GSM900，頻段900MHz； 1989年，英國發(fā)放個人通信網(wǎng)PCN的許可證，工作在1800MHz的150MHz帶寬，并采用GSM標(biāo)準(zhǔn)，將GSM推廣到新的頻段。稱為DCS1800（數(shù)字蜂窩系統(tǒng)1800）。

第39頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四移動通信技術(shù)的歷史發(fā)展趨勢從軍用、專用到民用從低頻段到高頻段從單基站的大區(qū)制到多基站小區(qū)制的蜂窩結(jié)構(gòu)從模擬系統(tǒng)到數(shù)字系統(tǒng)第40頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四第一代模擬系統(tǒng)，20世紀(jì)80年代開始第二代數(shù)字系統(tǒng)，20世紀(jì)90年代開始，主要制式有：GSM、IS-95CDMA、IS136、TDMA/CDMA數(shù)字無繩電話、WLL等第三代多媒體系統(tǒng)，即3G，21世紀(jì)開始，主要制式有：WCDMA，cdma2000，TD-SCDMA，WiMAX第四代？SystemBeyondIMT-2000，B3G，超3G移動通信技術(shù)的分代第41頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四移動通信技術(shù)在我國的發(fā)展1987年，決定以900MHz頻段TACS體制為我