移动通信网络及技术(孙海英)1-4章 (4)
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属区域内、越区及越局范围内自动转接信道的功能，还应具有处 理漫游用户呼叫(包括主被叫)的功能。因此移动通信系统不仅希 望有一个与公众网之间开放的标准接口，还需要一个开放的开发 接口。由于移动通信是基于固定电话网的，因此各个模拟通信移 动网的构成方式有很大差异。
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第１章 概述 鉴于模拟移动通信的局限性，尽管模拟蜂窝移动通信系统有
1. 传播环境的复杂性 移动通信面临的技术挑战主要源自复杂的无线信道传播环境。 有线通信使用特性稳定的传输媒介，传输环境是稳定的和可预测 的。无线通信使用无线信道作为传输媒介，传播环境复杂多变。 在发射机到达接收机的传播路径上，很少出现简单的视线传播 (Line of Sight，LoS)情况。
23
16
第１章 概述 3GPP和3GPP2的目标是实现由2G网络向3G网络的平滑过渡，
保证未来技术的后向兼容性，支持轻松建网及系统间的漫游和兼 容性。
国际上，3G系统主流标准有WCDMA、CDMA 2000和TDSCDMA(Time Division- Synchronous Code Division Multiple Access)三个，并都已经开始商用。
10
第１章 概述 3. 第三代移动通信系统—IMT-2000 随着用户数的不断增长和数字通信的发展，第二代移动电话
系统逐渐显示出它的不足之处。首先是频带太窄，不能提供如高 速数据、慢速图像与电视图像等的各种宽带信息业务；其次是 GSM虽然号称“全球通”，实际未能实现真正的全球漫游，尤其 是在移动电话用户较多的国家，如美国、日本等均未得到大规模 的应用。
系统提出利用不对称的频段以TDD方式提供业务。但是在IMT-
2000频谱分配上，各国家和地区的考虑并不相同，不可能完全遵
照这样的频谱安排。
12
第１章 概述 2) IMT-2000标准化组织 (1) 第三代移动通信合作伙伴项目(3GPP)。第三代移动通信
合作伙伴项目(3G Partnership Project，3GPP)是3G技术规范机 构，由欧洲的ETSI、日本的ARIB和TTC、韩国的TTA以及美国的T1 电信标准委员会在1998年年底发起，并于1998年12月正式成立。 3GPP组织机构分为项目合作和技术规范两大职能部门。项目合作 部(PCG)是3GPP的最高管理机构，负责全面协调工作；技术规范 部(TSG)负责技术规范制定工作，受PCG管理。
28
第１章 概述 在建设公众服务无线网络时，从国家无线电管理部门得到的
无线频谱总是非常有限的。而运营者总是力求获得大的无线服务 区域和尽可能大的无线系统容量，这就需要使用许多的无线通信 设备协同工作。为了消除干扰，相邻位置的不同无线连接不得使 用同一频率，否则相邻的无线设备容易出现相互干扰。因此就出 现了有限的频率资源与大的网络覆盖及系统容量之间的矛盾。增 加频谱效率的各种方法就成为无线通信技术研究的核心问题之一。
第１章 概述
第１章 概
述
1.1 移动通信的发展历程 1.2 移动通信的特点 1.3 移动通信面临的挑战 1.4 移动通信技术的发展趋势
1
第１章 概述 1.1 移动通信的发展历程
1. 第一代—模拟蜂窝移动通信系统 第一代移动电话系统(1G)采用了蜂窝组网技术。蜂窝概念由 贝尔实验室提出，并于20世纪70年代在世界许多地方得以研究。 当第一个试运行网络在芝加哥开通后，第一个蜂窝系统AMPS(高 级移动电话业务)1979年在美国成为现实。
2
第１章 概述 不同制式的模拟移动通信系统中容量较大的系统主要有
三种：① 北美的AMPS；② 北欧的NMT-450/900；③ 英国的TACS。 它们的工作频带都在450 MHz和900 MHz附近，载频间隔在30 kHz 以下。我国第一代模拟移动通信系统采用的是TACS系统。
3
第１章 概述 鉴于移动通信用户的特点，一个移动通信系统不仅要满足归
(3) 日本的JDC(现已更名为PDC)技术标准于1990年制定， 1993年投入使用，仅限于在日本使用。
8
第１章 概述 上述系统的共同点是数字化、时分多址、保密性好、语音质
量比第一代移动通信的好、可传送数据及可自动漫游等。 三种不同制式各有其优点：PDC系统频谱利用率很高；D-AMPS系 统容量最大；GSM技术最成熟，而且它以OSI为基础，技术标准公 开，发展规模最大。
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第１章 概述 1.2 移动通信的特点
1. 终端用户的移动性 移动通信的主要特点在于用户的移动性，需要随时知道用户 的当前位置，以完成呼叫、接续等功能；用户在通话时的移动性 还涉及到频道的切换问题等。
20
第１章 概述 2. 无线接入方式 移动用户与基站系统之间采用无线接入方式，需要考虑频率
资源的有限性、用户与基站系统之间信号的干扰(频率利用、建 筑物的影响、信号的衰减等)、信息(信令、数据、话路等)的安 全保护(鉴权、加密)等问题。
21
第１章 概述 3. 漫游功能 移动通信的漫游功能主要指移动通信网之间的自动漫游、相
同制式移动通信网之间的自助漫游、移动通信网与其他网络的互 通(公用电话网、综合业务数字网、数据网、专网、现有移动通 信网等)等，可实现包括电话业务、数据业务、短消息业务、智 能业务等多种功能。
22
第１章 概述 1.3 移动通信面临的挑战
25
第１章 概述 移动通信系统的设计依据是对无线传播环境的研究，因此无
线传播环境是无线通信技术研究的主要内容之一，通过研究无线 传播环境的复杂特性以及可以在技术上采取特殊的措施，从而有 效地提升移动通信系统的性能。
26
第１章 概述 2. 用户的可移动性 用户的可移动性对系统设计有着重要的影响。一方面，移动
17
第１章 概述 目前超3G(B3G)技术和4G技术也已经开始研究，3G数据速率
可以达到2 Mb/s，B3G数据速率则可以达到1 Gb/s以上。 伴随着世界移动通信的发展，中国移动通信技术的研究及应用均 获得了快速的发展。在第一代模拟移动通信的发展中，中国基本 上全部采用国外进口设备。从第二代数字移动通信系统技术开始， 中国逐步实现了自主开发与制造，并在此基础上自主地进行核心 技术的创新，技术水平得到了快速的提高。
增加了无线信道的复杂性，导致无线信道是一个时变的多径信道； 另一方面，系统对移动用户的管理也是一个比较复杂的过程，系 统在任何时候都需要确定用户的位置，并且能够跟踪用户，对用 户提供服务，而不能使用户对这个管理过程有任何觉察。
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第１章 概述
3. 频谱资源有限 无线电频谱是一种资源，这种资源具有以下主要特点：一是 有限性，频率资源在空间、时间和频率三维要素可以重复使用， 但是一定条件下对某一频段和频率的利用又是有限的；二是非耗 竭性，频率资源不同于土地、水、矿产等一类再生或非再生资源， 不利用是一种浪费，使用不当也是一种浪费，甚至造成危害；三 是固有性，频率的传播不受行政区域限制，既无省界也无国界； 四是易受污染性，电磁波在空中传播容易受到自然噪声和人为噪 声的干扰。
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第１章 概述 绕射增大了地物阴影区的信号电平，使得接收机在许多地物
阴影区也能够工作，但绕射损耗一般都很大，当接收机处于大型 地物的阴影区时，接收信号电平一般达不到正常接收的水平。另 外，多径传播还会产生信号的时延扩展和频谱扩展，时延扩展使 得前一脉冲符号因时延与后一脉冲符号重叠，在接收端导致符号 间相互干扰。频谱扩展决定了信号的时域衰落波形。
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第１章 概述 (2) 第三代移动通信合作伙伴项目二(3GPP2)。第三代移动
通信合作伙伴项目二(3G Partnership Project，3GPP2)是由美 国的TIA、日本的ARIB和TTC以及韩国的TTA等发起的，于1999年1 月正式成立。中国无线通信标准组织(CWTS)于1999年6月在韩国 正式签字加入3GPP2，成为3GPP2的组织伙伴。
出了以数字传输、时分多址和窄带码分多址为主体的移动电话系 统，称之为第二代移动通信系统(2G)，其代表系统可分为两类。
6
第１章 概述 1) TDMA系统 TDMA系统中比较成熟和最有代表性的制式有泛欧GSM、美国
D-AMPS和日本PDC。 (1) 欧洲邮电联合会CEPT的移动通信特别小组在1988年制定
11
第１章 概述
1) IMT-2000的频谱分配
1992年世界无线电管制大会规定IMT-2000频谱的分配如下：
上行频段：1885 MHz～2025 MHz；下行频段：2110 MHz～
2200 MHz；移动卫星业务频段：1980 MHz～2010 MHz；2170
MHz～2200 MHz。
从上面的分配可以看出，其上、下行频段是不对称的，因此有的
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第１章 概述 在发展第三代移动通信技术的过程中，中国在1998年提出了
自主知识产权的系统标准TD-SCDMA，并为国际电信联盟 ITU(International Telecommunications Union)接纳，成为国 际上三个主流的3G通信标准之一。TD-SCDMA是中国在通信领域第 一次系统性地提出国际标准，在移动通信技术上的这一重大进步， 标志着从第三代移动通信开始，中国的移动通信技术已经发展到 具备直接参与国际竞争的能力。2008年，TD-SCDMA系统产品在技 术上逐渐成熟，并在产业化方面取得了重大进展，开始在国内京 津沪等8个城市进行试商用。
了GSM第一阶段标准——phase1，工作频带为900 MHz左右，于 1990年投入商用；同年，应英国要求，工作频带为1800 MHz的 GSM规范产生，称为DCS1800。
7
第１章 概述 (2) D-AMPS于1989年由美国电子工业协会(EIA)完成技术标
准制定工作，1993年正式投入商用。它是在AMPS的基础上改造而 成的，数模兼容，基站和移动台比较复杂。
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第１章 概述 2) N-CDMA系统 N-CDMA(码分多址)系统主要是以Qualcomm公司为首研制的基
于IS-95的N-CDMA(窄带CDMA)系统。北美数字蜂窝系统的规范是 由美国电信工业协会制定的，1987年开始系统研究，1990年被美 国电子工业协会接受。由于北美地区已经有了统一的AMPS模拟系 统，因此该系统按双模模式设计，随后频带扩展到1900 MHz，即 基于N-CDMA的PCS1900。
第１章 概述 多数情况下，电磁波在传播过程中会受到许多地物的反射、
绕射或散射的影响。反射和散射使得自发射机发出的信号可能经 过多条路径到达接收机，这就是多径传播现象。多径传播使电磁 波的传播衰减增大，产生严重影响通信效果的多径衰落现象。而 且，有时引起多径传播现象的物体还处于运动之中，这使得准确 地预测任意位置上的无线接收信号电平基本上是不可能的。
了一定的发展，但也有它致命的弱点，具体如下： (1) 各系统间没有公共接口。 (2) 无法与固定网迅速向数字化推进相适应，数字承载业务
很难开展。 (3) 频率利用率低，无法适应大容量的要求。 (4) 安全利用率低，易于被窃听，易做“假机”。
5
第１章 概述 2. 第二代—数字蜂窝移动通信系统 由于TACS等模拟制式存在各种缺点，因此20世纪90年代开发
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第１章 概述 3GPP的宗旨是研究制定并推广基于演进的GSM核心网络的3G
标准，即制定以GSM移动应用部分(GSM Mobile Application Part，GSM MAP)为核心网，通用陆地无线接入网(Universal Terrestrial Radio Access，UTRA)为无线接口的标准。3GPP已 制定了WCDMA、CDMA-TDD(含TD-SCDMA和UTRA-TDD，其中TD-SCDMA 标准由中国提出)、EDGE等标准，2002年6月已发布了3个版本的 UMTS标准R99、R4、R5，正在制定R6和LTE的有关标准。
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第１章 概述 3GPP2的宗旨是制定以ANSI/IS-41为核心网，以CMDA 2000为
无线接口的标准。ANSI(American National Standards Institute)是美国国家标准学会，IS-41协议是CDMA第二代数字 蜂窝移动通信系统的核心网移动性管理协议。3GPP2已制定了 CDMA 2000标准，已发布了Release 0、Release A、Release B、 Release C、Release D标准，正在制定AIE有关标准。
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第１章 概述 鉴于模拟移动通信的局限性，尽管模拟蜂窝移动通信系统有
1. 传播环境的复杂性 移动通信面临的技术挑战主要源自复杂的无线信道传播环境。 有线通信使用特性稳定的传输媒介，传输环境是稳定的和可预测 的。无线通信使用无线信道作为传输媒介，传播环境复杂多变。 在发射机到达接收机的传播路径上，很少出现简单的视线传播 (Line of Sight，LoS)情况。
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第１章 概述 3GPP和3GPP2的目标是实现由2G网络向3G网络的平滑过渡，
保证未来技术的后向兼容性，支持轻松建网及系统间的漫游和兼 容性。
国际上，3G系统主流标准有WCDMA、CDMA 2000和TDSCDMA(Time Division- Synchronous Code Division Multiple Access)三个，并都已经开始商用。
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第１章 概述 3. 第三代移动通信系统—IMT-2000 随着用户数的不断增长和数字通信的发展，第二代移动电话
系统逐渐显示出它的不足之处。首先是频带太窄，不能提供如高 速数据、慢速图像与电视图像等的各种宽带信息业务；其次是 GSM虽然号称“全球通”，实际未能实现真正的全球漫游，尤其 是在移动电话用户较多的国家，如美国、日本等均未得到大规模 的应用。
系统提出利用不对称的频段以TDD方式提供业务。但是在IMT-
2000频谱分配上，各国家和地区的考虑并不相同，不可能完全遵
照这样的频谱安排。
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第１章 概述 2) IMT-2000标准化组织 (1) 第三代移动通信合作伙伴项目(3GPP)。第三代移动通信
合作伙伴项目(3G Partnership Project，3GPP)是3G技术规范机 构，由欧洲的ETSI、日本的ARIB和TTC、韩国的TTA以及美国的T1 电信标准委员会在1998年年底发起，并于1998年12月正式成立。 3GPP组织机构分为项目合作和技术规范两大职能部门。项目合作 部(PCG)是3GPP的最高管理机构，负责全面协调工作；技术规范 部(TSG)负责技术规范制定工作，受PCG管理。
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第１章 概述 在建设公众服务无线网络时，从国家无线电管理部门得到的
无线频谱总是非常有限的。而运营者总是力求获得大的无线服务 区域和尽可能大的无线系统容量，这就需要使用许多的无线通信 设备协同工作。为了消除干扰，相邻位置的不同无线连接不得使 用同一频率，否则相邻的无线设备容易出现相互干扰。因此就出 现了有限的频率资源与大的网络覆盖及系统容量之间的矛盾。增 加频谱效率的各种方法就成为无线通信技术研究的核心问题之一。
第１章 概述
第１章 概
述
1.1 移动通信的发展历程 1.2 移动通信的特点 1.3 移动通信面临的挑战 1.4 移动通信技术的发展趋势
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第１章 概述 1.1 移动通信的发展历程
1. 第一代—模拟蜂窝移动通信系统 第一代移动电话系统(1G)采用了蜂窝组网技术。蜂窝概念由 贝尔实验室提出，并于20世纪70年代在世界许多地方得以研究。 当第一个试运行网络在芝加哥开通后，第一个蜂窝系统AMPS(高 级移动电话业务)1979年在美国成为现实。
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第１章 概述 不同制式的模拟移动通信系统中容量较大的系统主要有
三种：① 北美的AMPS；② 北欧的NMT-450/900；③ 英国的TACS。 它们的工作频带都在450 MHz和900 MHz附近，载频间隔在30 kHz 以下。我国第一代模拟移动通信系统采用的是TACS系统。
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第１章 概述 鉴于移动通信用户的特点，一个移动通信系统不仅要满足归
(3) 日本的JDC(现已更名为PDC)技术标准于1990年制定， 1993年投入使用，仅限于在日本使用。
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第１章 概述 上述系统的共同点是数字化、时分多址、保密性好、语音质
量比第一代移动通信的好、可传送数据及可自动漫游等。 三种不同制式各有其优点：PDC系统频谱利用率很高；D-AMPS系 统容量最大；GSM技术最成熟，而且它以OSI为基础，技术标准公 开，发展规模最大。
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第１章 概述 1.2 移动通信的特点
1. 终端用户的移动性 移动通信的主要特点在于用户的移动性，需要随时知道用户 的当前位置，以完成呼叫、接续等功能；用户在通话时的移动性 还涉及到频道的切换问题等。
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第１章 概述 2. 无线接入方式 移动用户与基站系统之间采用无线接入方式，需要考虑频率
资源的有限性、用户与基站系统之间信号的干扰(频率利用、建 筑物的影响、信号的衰减等)、信息(信令、数据、话路等)的安 全保护(鉴权、加密)等问题。
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第１章 概述 3. 漫游功能 移动通信的漫游功能主要指移动通信网之间的自动漫游、相
同制式移动通信网之间的自助漫游、移动通信网与其他网络的互 通(公用电话网、综合业务数字网、数据网、专网、现有移动通 信网等)等，可实现包括电话业务、数据业务、短消息业务、智 能业务等多种功能。
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第１章 概述 1.3 移动通信面临的挑战
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第１章 概述 移动通信系统的设计依据是对无线传播环境的研究，因此无
线传播环境是无线通信技术研究的主要内容之一，通过研究无线 传播环境的复杂特性以及可以在技术上采取特殊的措施，从而有 效地提升移动通信系统的性能。
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第１章 概述 2. 用户的可移动性 用户的可移动性对系统设计有着重要的影响。一方面，移动
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第１章 概述 目前超3G(B3G)技术和4G技术也已经开始研究，3G数据速率
可以达到2 Mb/s，B3G数据速率则可以达到1 Gb/s以上。 伴随着世界移动通信的发展，中国移动通信技术的研究及应用均 获得了快速的发展。在第一代模拟移动通信的发展中，中国基本 上全部采用国外进口设备。从第二代数字移动通信系统技术开始， 中国逐步实现了自主开发与制造，并在此基础上自主地进行核心 技术的创新，技术水平得到了快速的提高。
增加了无线信道的复杂性，导致无线信道是一个时变的多径信道； 另一方面，系统对移动用户的管理也是一个比较复杂的过程，系 统在任何时候都需要确定用户的位置，并且能够跟踪用户，对用 户提供服务，而不能使用户对这个管理过程有任何觉察。
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第１章 概述
3. 频谱资源有限 无线电频谱是一种资源，这种资源具有以下主要特点：一是 有限性，频率资源在空间、时间和频率三维要素可以重复使用， 但是一定条件下对某一频段和频率的利用又是有限的；二是非耗 竭性，频率资源不同于土地、水、矿产等一类再生或非再生资源， 不利用是一种浪费，使用不当也是一种浪费，甚至造成危害；三 是固有性，频率的传播不受行政区域限制，既无省界也无国界； 四是易受污染性，电磁波在空中传播容易受到自然噪声和人为噪 声的干扰。
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第１章 概述 绕射增大了地物阴影区的信号电平，使得接收机在许多地物
阴影区也能够工作，但绕射损耗一般都很大，当接收机处于大型 地物的阴影区时，接收信号电平一般达不到正常接收的水平。另 外，多径传播还会产生信号的时延扩展和频谱扩展，时延扩展使 得前一脉冲符号因时延与后一脉冲符号重叠，在接收端导致符号 间相互干扰。频谱扩展决定了信号的时域衰落波形。
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第１章 概述 (2) 第三代移动通信合作伙伴项目二(3GPP2)。第三代移动
通信合作伙伴项目二(3G Partnership Project，3GPP2)是由美 国的TIA、日本的ARIB和TTC以及韩国的TTA等发起的，于1999年1 月正式成立。中国无线通信标准组织(CWTS)于1999年6月在韩国 正式签字加入3GPP2，成为3GPP2的组织伙伴。
出了以数字传输、时分多址和窄带码分多址为主体的移动电话系 统，称之为第二代移动通信系统(2G)，其代表系统可分为两类。
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第１章 概述 1) TDMA系统 TDMA系统中比较成熟和最有代表性的制式有泛欧GSM、美国
D-AMPS和日本PDC。 (1) 欧洲邮电联合会CEPT的移动通信特别小组在1988年制定
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第１章 概述
1) IMT-2000的频谱分配
1992年世界无线电管制大会规定IMT-2000频谱的分配如下：
上行频段：1885 MHz～2025 MHz；下行频段：2110 MHz～
2200 MHz；移动卫星业务频段：1980 MHz～2010 MHz；2170
MHz～2200 MHz。
从上面的分配可以看出，其上、下行频段是不对称的，因此有的
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第１章 概述 在发展第三代移动通信技术的过程中，中国在1998年提出了
自主知识产权的系统标准TD-SCDMA，并为国际电信联盟 ITU(International Telecommunications Union)接纳，成为国 际上三个主流的3G通信标准之一。TD-SCDMA是中国在通信领域第 一次系统性地提出国际标准，在移动通信技术上的这一重大进步， 标志着从第三代移动通信开始，中国的移动通信技术已经发展到 具备直接参与国际竞争的能力。2008年，TD-SCDMA系统产品在技 术上逐渐成熟，并在产业化方面取得了重大进展，开始在国内京 津沪等8个城市进行试商用。
了GSM第一阶段标准——phase1，工作频带为900 MHz左右，于 1990年投入商用；同年，应英国要求，工作频带为1800 MHz的 GSM规范产生，称为DCS1800。
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第１章 概述 (2) D-AMPS于1989年由美国电子工业协会(EIA)完成技术标
准制定工作，1993年正式投入商用。它是在AMPS的基础上改造而 成的，数模兼容，基站和移动台比较复杂。
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第１章 概述 2) N-CDMA系统 N-CDMA(码分多址)系统主要是以Qualcomm公司为首研制的基
于IS-95的N-CDMA(窄带CDMA)系统。北美数字蜂窝系统的规范是 由美国电信工业协会制定的，1987年开始系统研究，1990年被美 国电子工业协会接受。由于北美地区已经有了统一的AMPS模拟系 统，因此该系统按双模模式设计，随后频带扩展到1900 MHz，即 基于N-CDMA的PCS1900。
第１章 概述 多数情况下，电磁波在传播过程中会受到许多地物的反射、
绕射或散射的影响。反射和散射使得自发射机发出的信号可能经 过多条路径到达接收机，这就是多径传播现象。多径传播使电磁 波的传播衰减增大，产生严重影响通信效果的多径衰落现象。而 且，有时引起多径传播现象的物体还处于运动之中，这使得准确 地预测任意位置上的无线接收信号电平基本上是不可能的。
了一定的发展，但也有它致命的弱点，具体如下： (1) 各系统间没有公共接口。 (2) 无法与固定网迅速向数字化推进相适应，数字承载业务
很难开展。 (3) 频率利用率低，无法适应大容量的要求。 (4) 安全利用率低，易于被窃听，易做“假机”。
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第１章 概述 2. 第二代—数字蜂窝移动通信系统 由于TACS等模拟制式存在各种缺点，因此20世纪90年代开发
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Biblioteka Baidu
第１章 概述 3GPP的宗旨是研究制定并推广基于演进的GSM核心网络的3G
标准，即制定以GSM移动应用部分(GSM Mobile Application Part，GSM MAP)为核心网，通用陆地无线接入网(Universal Terrestrial Radio Access，UTRA)为无线接口的标准。3GPP已 制定了WCDMA、CDMA-TDD(含TD-SCDMA和UTRA-TDD，其中TD-SCDMA 标准由中国提出)、EDGE等标准，2002年6月已发布了3个版本的 UMTS标准R99、R4、R5，正在制定R6和LTE的有关标准。
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第１章 概述 3GPP2的宗旨是制定以ANSI/IS-41为核心网，以CMDA 2000为
无线接口的标准。ANSI(American National Standards Institute)是美国国家标准学会，IS-41协议是CDMA第二代数字 蜂窝移动通信系统的核心网移动性管理协议。3GPP2已制定了 CDMA 2000标准，已发布了Release 0、Release A、Release B、 Release C、Release D标准，正在制定AIE有关标准。