移动通信标准演进
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• 是当前应用最为广泛的移动电话标准。 第一代标准可以说是移动标准的战国时代 • 欧洲国家联合研制泛欧洲的移动通信标准。 漫游带来很大的困难 • 1992年，第一个数字蜂窝移动通信系统——欧洲 的GSM（Global System for Mobile Communication）
网络在欧洲开始铺设。
分组交换和电路交换
电路交换：在发送数据之前，首先需要通过一系列的信令过程， 为特定的信息传输过程（如通话）分配信道，建立连接。数据 传输过程结束以后再释放信道资源。 优点：恒定带宽，时延小，稳定。 缺点：占用大量的信道资源。
A
分组交换 :数据被分成一定长度的包（分组），每个包的前面有 ( ( D B 一个分组头 ，数据传送之前并不需要预先分配信道建立连接， ( ( 而是在每一个数据包到达时，临时寻找一个可用的信道资源。 优点：信道资源可以可以看作是由所有的用户共享使用。 C ( ( 缺点：突发性的业务特点，不能保证传送数据的稳定性和完整 性。
码分多址接入 (CDMA)： IS-95
时分多址（TDMA）
• 以频率复用为基础，多用户共享一个载波，以时隙区分用户，每 个用户占用一个时隙 • 每个时隙传输一路数字信号，软件对时隙动态配置
• 系统要求严格的系统定时同步
• 对功控的要求不严 • 是时隙受限和干扰受限系统
Power Time
其实、通信可以是不连续的
• 1993年，中国的第一个全数字移动电话GSM系统 建成开通，之后中国电信和中国联通都采用了 GSM。 • 之后的移动通信标准竞争中一直占主导
GSM的演进
速率bps 2 M 1 M
3代
IMT-2000
WCDMA CDMA TDD
EDGE
2.5代
100 k 64 k
10 k
9.6
14.4
GPRS HSCSD
大区制的容量
同时服务的用户数
• 可用频谱带宽：20MHz • 每个用户占用带宽25Khz • 可以同时服务的用户数：800 • 缺点扩容非常困难，随着移动用户数量的 急剧增加，这种覆盖方式显然无法满足实 际需要。
小区制蜂窝移动电话（1G）
小区：把整个服务区域划分为若干个无线小区（cell)，每个小区分别设置一 个基站。半径2至20km，小的1至3km、500m. 功率：5至20W. 空分复用+频分复用 1978年底，美国贝尔试验室研 制成功先进移动电话系统(AMPS) 日本： HAMTS-800MHz， 1979
GPRS/EDGE协议及接口
• 计算公式：数据块×8/20mS。
2G标准
日本的 PDC
• PDC-Personal Digital Cellular，90年代初产生 于日本，且只在日本使用。和美国的IS-54有很多 相似之处。
PDC采用25 kHz载波、3个时间格、pi/4-DQPSK 编 码及低速率11.2 kbit/s 及 5.6 kbit/s (半速率) 话音编 解码器。 PDC最高峰时期曾有接近8000万使用者，2005年12 月使用者数字为4585.6万，2007年3月底的使用者为 2621万人(约占所有移动电话使用者的27.1%)。逐渐 被3G技术如W-CDMA或 CDMA2000淘汰。
摩托罗拉的车载无线电话 1946年10月2日，
多用户接入需要解决的问题Baidu Nhomakorabea-用户间干扰
多用户接入方案 频分多址（FDMA）技术
每个用户占用一个频率 以频道区分用户地址，一个频道传输一路话音
Power Time
超声波 声音 次声波
Frequency
FDMA
频谱可以表示一个讯号是由哪些频率的弦波所组成，也可以看出各频率弦 波的大小及相位等信息。
• 容量之间的矛盾十分突出
第二代移动通信系统
• 特点：
– 使用数字传输技术，可提供的业务包括话音和低 速率的数据业务。 – 更高的频谱效率、更好的数据业务以及更先进的漫游。
采用时分多址接入（TDMA）：
GSM， PDC（Personal Digital Cellular）, IS-136(D-AMPS)
GPRS4种信道编码方案 （调制方式不变，帧结构和信道编码方案有改进） CS1，传输速率为9.05Kbps，净数据与总信息的比例大约是1:2 CS2，传输速率为13.4Kbps，净数据与总信息的比例大约是2:3 CS3，传输速率为15.6Kbps，净数据与总信息的比例大约是3:4 CS4，传输速率为21.4Kbps，净数据与总信息的比例大约是1:1
r1=sum(s1*r)=-12 <0 判决为 1
相关接收
CDMA的演进
速率bps >2 M 1 M
cdma2000-1x
IS-95B
100 k 64 k
WCDMA? 2.4M/ cdma2000-3X? 3.1M/
IS-95A 115.2 /64 14.4 9.6 SMS
98 98 99 00
308 /144 1XEV
2013/12/9 3G-1 21
2G标准： USTDMA： D-AMPS
1989年，TIA/CTIA选择了兼容FDMA的TDMA 技术。IS-54是带有一个模拟控制信道的 US-TDMA标准；IS-136是只有数字控制信道 的US-TDMA标准。现在，IS-136主要分布在 北美、南美和亚洲的一些地方，它的市场 占有率仅次于GSM系统。
1 k
话音
SMS
97 98 99 时间 00 01 02
03
2013/12/9
3G-1
16
通用分组无线服务(GPRS)
• 将信包交换模式引入到GSM网络中，从而提高了资源利用 率。 • GPRS可以使多个用户共享某些固定的信道资源，并将每个 时隙的传输速率从9.6kb/s提高到21.4kb/s，使用8个时隙传 送数据，在全速移动和大范围覆盖时的数据率可以达 171.2kb/s，并能支持Internet的IP协议及X，25协议。
10 k
1 k
话音
01
02
03
时间
2013/12/9 3G-1 27
2G向3G演进过程示意图
TDMA (IS-136)
CDPD
EDGE GPRS
GSM
PDC
TD-SCDMA
WCDMA
cdmaOne
CDMA2000 1X
CDMA2000 3X
3G
2G
First Step into 3G
IMT-2000定义的3G标准
IP backbone
P-CSCF
MRFP
IMS domain
第一代移动通信系统的特点
• 用户的接入方式采用频分多址（FDMA），当 一个呼叫建立后，该用户在其呼叫结束以前一
直占用一个频段
• 调制方式：FM • 业务的种类单一，主要是话音业务 • 系统的保密性较差 • 频谱效率较低，有限频谱资源和无限用户
2G标准-CDMA95A/B/C
• 历史回顾：1995年，美国的高通公司（Qualcomm）提出 了一种采用码分多址（CDMA)方式的数字蜂窝系统技术解 决方案（IS-95 CDMA)，目前已分别在中国香港、韩国、北 美等国家和地区投入使用，用户反映良好。 • CDMA系统的主要特点： 用户的接入方式采用码分多址（CDMA） 软容量、软切换，系统容量大 抗多径衰落 可运用话音激活、分集接收等先进技术
PSTN/PLMN
BSC
BTS
VMSC Server
Iu-CS
PCU RNC NodeB UTRAN SS 7
HLR/AUC/HS S SCE SCP SMS Internet, Intranet
MGW
Iu-PS
SGSN
GPRS backbone
GGSN
PS domai n
CG
BG
MGCF S-CSCF MRFC
移动通信标准演进
侯永宏
• 最早的无线通信
• 1895年，马可尼(G. M. Marconi) 成功地进行了约3公里的无 线电通信； 1901年，他在英格兰和纽芬兰之间进行了横跨 大西洋的莫尔斯电报码发射和接收试验，通信距离超过 3000公里；马可尼的贡献贯穿在无线电、电视、移动电话、 卫星通信等广泛领域。1909年获得诺贝尔物理学奖。
Frequency
码分多址例子
用户1信息：x1=0->”1”
用户1特征码：s1=1 -1
用户2信息：x2=1->”-1” 用户2特征码：s2: 1
1 -1
1 -1
1 -1
1 -1 -1
1
1 -1 -1 0
信道波形 r=s1*x1+s2*x2=0 -2 2 0 0 -2 2 r1=sum(s1*r)=12>0 判决为 0
IMT-International Mobile Telecommunications
全球统一频段、统一标准、无缝覆盖、全球漫游…… 保证一定后向兼容性 数据传输速率：
高速移动：144Kbps； 室外静止或步行：384Kbps； 室内：2Mbps； ITU批准的四个种3G标准： CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA,WiMAX。
码分多址（CDMA）技术
• 含义：每个用户使用一个码型，频率/时间共享 • 用户识别：码型 • 特点： Time 每个基站只需一个射频系统 Power 每个码传输一路数字信号 每个用户共享时间和频率 是一个多址干扰受限系统 需要严格的功率控制 需要定时同步 软容量、软切换，系统容量大 抗衰落、抗多径能力强 CDMA • 应用：IS-95 CDMA系统、cdma2000系统、WCDMA系统
(
(
EDGE :Enhanced Data rates for GSM Evolution
• EDGE技术在不改变GSM 200kHz带宽载波、TDMA框架结构 及通道的情况下，其帧结构与GSM相同，采用8PSK调制， 使每时隙可传48kb/s甚至69.2kb/s，如集中8个时隙，使数 据率可达到384kb/s，从而提供无线多媒体服务。
大区制移动电话系统
大区制：在一个服务区域内只有一个或几个基站(BS)。 基站作用：负责移动通信的联络和控制 特点：天线架设得高；发射 机输出功率 大（200W)；服 务区内所有频道都不能重复； 覆 盖 半 径 大 约 为 3 0 km 至 50km。 优点：组成简单，投资少， 见效快。 缺点：服务区内的所有频道 （一个频道包含收、发一对 频率）的频率都不能重复， 频率利用率和通信容量都受 到了限制。 移动台功耗
3G的主要特点
手机邮件：手机与邮箱帐号绑定，实时接收邮件，进行回复删除等管理。 • 支持移动多媒体业务
移动互联网：将Internet内容和数据服务带入移动电话终端。 • 高频谱效率 移动炒股 • FDMA/TDMA/CDMA 移动支付：允许用户通过手机支付商品，进行远程购物。 • 从电路交换到分组交换 手机广告：针对目标人群，向特定地理区域提供直接的、个性化的广告。 • 从媒体(media)到多媒体(Multi-media) 手机博客：实时将身边的照片视频等多媒体信息放到互联网，随时随地 • 高保密性
FDMA/TDMA
Frequency
时分多址（TDMA）
更灵活的资源分配 可以采用跳频
TDMA帧－每个TDMA帧含8个时隙，整个帧时长约为4.615ms， 每个时隙含156.25个码元，时隙时长为0.577ms。
GSM-Global System for Mobile Communication
英国：TACS，900MHz，1985
西德：C-450MHz，1984。 加拿大：MTS-450MHz。 瑞典等北欧四国：NMT—450， 1980年，
移动通信网络结构
需要解决的问题：无缝覆盖 小区间干扰协调
CS domain IP/ATM Backbone
GSM /GPRS BSS
MG W MG W GMSC Server
2013/12/9
3G-1
22
D-AMPS向3G的演进
基于D-AMP（IS-136）的演进
• 第一个阶段为IS-136+，它利用新的频率调制技术， 使数据传输速率达到64kbps。 • 第二阶段为136HS（High Speed），采用EDGE技术。 使数据传输速率达到384kbps，在室内或低速运动 时，提供2Mbps的传输速率，同时，在系统容量、 覆盖范围及通信质量方面都有改善。
。。。。之前，通信靠吼 。。。不受束缚地自由通话 只是一个传说、梦想、神话
通信技术的发展历史就是：一系 列颠覆生活常识的创新过程
早期的点对点通信设备
1943年，加尔文制造公司 1940年，加尔文制造公司工程 设计出全球首个背负式调 频步话机SCR300，这款对 师研发推出手提式调幅(AM)无 讲机重35英镑(约16公斤)， 线对讲机“SCR536”，这款军用 通话范围约10-20英里(16对讲机在二战时成为前沿阵地 32公里)，供美国陆军通讯 的标志。 兵使用。
网络在欧洲开始铺设。
分组交换和电路交换
电路交换：在发送数据之前，首先需要通过一系列的信令过程， 为特定的信息传输过程（如通话）分配信道，建立连接。数据 传输过程结束以后再释放信道资源。 优点：恒定带宽，时延小，稳定。 缺点：占用大量的信道资源。
A
分组交换 :数据被分成一定长度的包（分组），每个包的前面有 ( ( D B 一个分组头 ，数据传送之前并不需要预先分配信道建立连接， ( ( 而是在每一个数据包到达时，临时寻找一个可用的信道资源。 优点：信道资源可以可以看作是由所有的用户共享使用。 C ( ( 缺点：突发性的业务特点，不能保证传送数据的稳定性和完整 性。
码分多址接入 (CDMA)： IS-95
时分多址（TDMA）
• 以频率复用为基础，多用户共享一个载波，以时隙区分用户，每 个用户占用一个时隙 • 每个时隙传输一路数字信号，软件对时隙动态配置
• 系统要求严格的系统定时同步
• 对功控的要求不严 • 是时隙受限和干扰受限系统
Power Time
其实、通信可以是不连续的
• 1993年，中国的第一个全数字移动电话GSM系统 建成开通，之后中国电信和中国联通都采用了 GSM。 • 之后的移动通信标准竞争中一直占主导
GSM的演进
速率bps 2 M 1 M
3代
IMT-2000
WCDMA CDMA TDD
EDGE
2.5代
100 k 64 k
10 k
9.6
14.4
GPRS HSCSD
大区制的容量
同时服务的用户数
• 可用频谱带宽：20MHz • 每个用户占用带宽25Khz • 可以同时服务的用户数：800 • 缺点扩容非常困难，随着移动用户数量的 急剧增加，这种覆盖方式显然无法满足实 际需要。
小区制蜂窝移动电话（1G）
小区：把整个服务区域划分为若干个无线小区（cell)，每个小区分别设置一 个基站。半径2至20km，小的1至3km、500m. 功率：5至20W. 空分复用+频分复用 1978年底，美国贝尔试验室研 制成功先进移动电话系统(AMPS) 日本： HAMTS-800MHz， 1979
GPRS/EDGE协议及接口
• 计算公式：数据块×8/20mS。
2G标准
日本的 PDC
• PDC-Personal Digital Cellular，90年代初产生 于日本，且只在日本使用。和美国的IS-54有很多 相似之处。
PDC采用25 kHz载波、3个时间格、pi/4-DQPSK 编 码及低速率11.2 kbit/s 及 5.6 kbit/s (半速率) 话音编 解码器。 PDC最高峰时期曾有接近8000万使用者，2005年12 月使用者数字为4585.6万，2007年3月底的使用者为 2621万人(约占所有移动电话使用者的27.1%)。逐渐 被3G技术如W-CDMA或 CDMA2000淘汰。
摩托罗拉的车载无线电话 1946年10月2日，
多用户接入需要解决的问题Baidu Nhomakorabea-用户间干扰
多用户接入方案 频分多址（FDMA）技术
每个用户占用一个频率 以频道区分用户地址，一个频道传输一路话音
Power Time
超声波 声音 次声波
Frequency
FDMA
频谱可以表示一个讯号是由哪些频率的弦波所组成，也可以看出各频率弦 波的大小及相位等信息。
• 容量之间的矛盾十分突出
第二代移动通信系统
• 特点：
– 使用数字传输技术，可提供的业务包括话音和低 速率的数据业务。 – 更高的频谱效率、更好的数据业务以及更先进的漫游。
采用时分多址接入（TDMA）：
GSM， PDC（Personal Digital Cellular）, IS-136(D-AMPS)
GPRS4种信道编码方案 （调制方式不变，帧结构和信道编码方案有改进） CS1，传输速率为9.05Kbps，净数据与总信息的比例大约是1:2 CS2，传输速率为13.4Kbps，净数据与总信息的比例大约是2:3 CS3，传输速率为15.6Kbps，净数据与总信息的比例大约是3:4 CS4，传输速率为21.4Kbps，净数据与总信息的比例大约是1:1
r1=sum(s1*r)=-12 <0 判决为 1
相关接收
CDMA的演进
速率bps >2 M 1 M
cdma2000-1x
IS-95B
100 k 64 k
WCDMA? 2.4M/ cdma2000-3X? 3.1M/
IS-95A 115.2 /64 14.4 9.6 SMS
98 98 99 00
308 /144 1XEV
2013/12/9 3G-1 21
2G标准： USTDMA： D-AMPS
1989年，TIA/CTIA选择了兼容FDMA的TDMA 技术。IS-54是带有一个模拟控制信道的 US-TDMA标准；IS-136是只有数字控制信道 的US-TDMA标准。现在，IS-136主要分布在 北美、南美和亚洲的一些地方，它的市场 占有率仅次于GSM系统。
1 k
话音
SMS
97 98 99 时间 00 01 02
03
2013/12/9
3G-1
16
通用分组无线服务(GPRS)
• 将信包交换模式引入到GSM网络中，从而提高了资源利用 率。 • GPRS可以使多个用户共享某些固定的信道资源，并将每个 时隙的传输速率从9.6kb/s提高到21.4kb/s，使用8个时隙传 送数据，在全速移动和大范围覆盖时的数据率可以达 171.2kb/s，并能支持Internet的IP协议及X，25协议。
10 k
1 k
话音
01
02
03
时间
2013/12/9 3G-1 27
2G向3G演进过程示意图
TDMA (IS-136)
CDPD
EDGE GPRS
GSM
PDC
TD-SCDMA
WCDMA
cdmaOne
CDMA2000 1X
CDMA2000 3X
3G
2G
First Step into 3G
IMT-2000定义的3G标准
IP backbone
P-CSCF
MRFP
IMS domain
第一代移动通信系统的特点
• 用户的接入方式采用频分多址（FDMA），当 一个呼叫建立后，该用户在其呼叫结束以前一
直占用一个频段
• 调制方式：FM • 业务的种类单一，主要是话音业务 • 系统的保密性较差 • 频谱效率较低，有限频谱资源和无限用户
2G标准-CDMA95A/B/C
• 历史回顾：1995年，美国的高通公司（Qualcomm）提出 了一种采用码分多址（CDMA)方式的数字蜂窝系统技术解 决方案（IS-95 CDMA)，目前已分别在中国香港、韩国、北 美等国家和地区投入使用，用户反映良好。 • CDMA系统的主要特点： 用户的接入方式采用码分多址（CDMA） 软容量、软切换，系统容量大 抗多径衰落 可运用话音激活、分集接收等先进技术
PSTN/PLMN
BSC
BTS
VMSC Server
Iu-CS
PCU RNC NodeB UTRAN SS 7
HLR/AUC/HS S SCE SCP SMS Internet, Intranet
MGW
Iu-PS
SGSN
GPRS backbone
GGSN
PS domai n
CG
BG
MGCF S-CSCF MRFC
移动通信标准演进
侯永宏
• 最早的无线通信
• 1895年，马可尼(G. M. Marconi) 成功地进行了约3公里的无 线电通信； 1901年，他在英格兰和纽芬兰之间进行了横跨 大西洋的莫尔斯电报码发射和接收试验，通信距离超过 3000公里；马可尼的贡献贯穿在无线电、电视、移动电话、 卫星通信等广泛领域。1909年获得诺贝尔物理学奖。
Frequency
码分多址例子
用户1信息：x1=0->”1”
用户1特征码：s1=1 -1
用户2信息：x2=1->”-1” 用户2特征码：s2: 1
1 -1
1 -1
1 -1
1 -1 -1
1
1 -1 -1 0
信道波形 r=s1*x1+s2*x2=0 -2 2 0 0 -2 2 r1=sum(s1*r)=12>0 判决为 0
IMT-International Mobile Telecommunications
全球统一频段、统一标准、无缝覆盖、全球漫游…… 保证一定后向兼容性 数据传输速率：
高速移动：144Kbps； 室外静止或步行：384Kbps； 室内：2Mbps； ITU批准的四个种3G标准： CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA,WiMAX。
码分多址（CDMA）技术
• 含义：每个用户使用一个码型，频率/时间共享 • 用户识别：码型 • 特点： Time 每个基站只需一个射频系统 Power 每个码传输一路数字信号 每个用户共享时间和频率 是一个多址干扰受限系统 需要严格的功率控制 需要定时同步 软容量、软切换，系统容量大 抗衰落、抗多径能力强 CDMA • 应用：IS-95 CDMA系统、cdma2000系统、WCDMA系统
(
(
EDGE :Enhanced Data rates for GSM Evolution
• EDGE技术在不改变GSM 200kHz带宽载波、TDMA框架结构 及通道的情况下，其帧结构与GSM相同，采用8PSK调制， 使每时隙可传48kb/s甚至69.2kb/s，如集中8个时隙，使数 据率可达到384kb/s，从而提供无线多媒体服务。
大区制移动电话系统
大区制：在一个服务区域内只有一个或几个基站(BS)。 基站作用：负责移动通信的联络和控制 特点：天线架设得高；发射 机输出功率 大（200W)；服 务区内所有频道都不能重复； 覆 盖 半 径 大 约 为 3 0 km 至 50km。 优点：组成简单，投资少， 见效快。 缺点：服务区内的所有频道 （一个频道包含收、发一对 频率）的频率都不能重复， 频率利用率和通信容量都受 到了限制。 移动台功耗
3G的主要特点
手机邮件：手机与邮箱帐号绑定，实时接收邮件，进行回复删除等管理。 • 支持移动多媒体业务
移动互联网：将Internet内容和数据服务带入移动电话终端。 • 高频谱效率 移动炒股 • FDMA/TDMA/CDMA 移动支付：允许用户通过手机支付商品，进行远程购物。 • 从电路交换到分组交换 手机广告：针对目标人群，向特定地理区域提供直接的、个性化的广告。 • 从媒体(media)到多媒体(Multi-media) 手机博客：实时将身边的照片视频等多媒体信息放到互联网，随时随地 • 高保密性
FDMA/TDMA
Frequency
时分多址（TDMA）
更灵活的资源分配 可以采用跳频
TDMA帧－每个TDMA帧含8个时隙，整个帧时长约为4.615ms， 每个时隙含156.25个码元，时隙时长为0.577ms。
GSM-Global System for Mobile Communication
英国：TACS，900MHz，1985
西德：C-450MHz，1984。 加拿大：MTS-450MHz。 瑞典等北欧四国：NMT—450， 1980年，
移动通信网络结构
需要解决的问题：无缝覆盖 小区间干扰协调
CS domain IP/ATM Backbone
GSM /GPRS BSS
MG W MG W GMSC Server
2013/12/9
3G-1
22
D-AMPS向3G的演进
基于D-AMP（IS-136）的演进
• 第一个阶段为IS-136+，它利用新的频率调制技术， 使数据传输速率达到64kbps。 • 第二阶段为136HS（High Speed），采用EDGE技术。 使数据传输速率达到384kbps，在室内或低速运动 时，提供2Mbps的传输速率，同时，在系统容量、 覆盖范围及通信质量方面都有改善。
。。。。之前，通信靠吼 。。。不受束缚地自由通话 只是一个传说、梦想、神话
通信技术的发展历史就是：一系 列颠覆生活常识的创新过程
早期的点对点通信设备
1943年，加尔文制造公司 1940年，加尔文制造公司工程 设计出全球首个背负式调 频步话机SCR300，这款对 师研发推出手提式调幅(AM)无 讲机重35英镑(约16公斤)， 线对讲机“SCR536”，这款军用 通话范围约10-20英里(16对讲机在二战时成为前沿阵地 32公里)，供美国陆军通讯 的标志。 兵使用。