第1章 蜂窝移动通信技术

CDMA（码分多址）
• 根据信道情况，CDMA可被认为是无争用协议或
争用协议
• 如果信道中同时传输的用户数或者多址干扰值低于
某一给定的阈值，系统可成功处理所有的传输，那 么CDMA就是无争用协议 • 如果干扰值大于该阈值，将会在传输中丢失所有同 时传输的分组，那么CDMA就是争用协议
• 因此，我们将CDMA视为一个功率受限系统，受
蜂窝移动通信技术
• 基础知识和基本概念 • 移动通信技术的发展 • 2G蜂窝移动通信技术 • 课后复习题
基础知识和基本概念
• 标准化组织 • 多址方式 • 通信工作方式 • 蜂窝通信概念
标准化组织
• 标准的重要性 • 国际标准化组织 • 地区性标准化组织
标准的重要性
• DVD专利风波
• 6C联盟：13.8美元/台；3C联盟：5美元/台
E
B G A F
F
E C G D
D
B
A
F E
E
蜂窝移动通信
FCC的定义: 一个高容量的陆上移动通信系统， 分配给系统中的频谱被划分为独立的信 道，这些信道按组分配给各个地理小区， 这些小区覆盖了一个蜂窝地理服务区。 独立的信道能够被服务区内的不同小区 复用。
蜂窝移动通信
• 蜂窝概念可用于FDMA系统，使同样的
限于来自其他用户的全部干扰功率
SDMA（空分多址）
• Spatial Division Multiple Access • 利用空间分割构成不同的信道 • 是一种信道增容方式，与其他多址方式
完全兼容，从而可实现组合的多址方式， 例如空分--码分多址（SD-CDMA）
• 实现的关键是智能天线技术
通信工作方式
代表： 1988年，欧洲提出主要建议和投标方案 GSM900，频段900MHz； 1989年，英国发放个人通信网PCN的许 可证，工作在1800MHz的150MHz带宽， 并采用GSM标准，将GSM推广到新的频 段。称为DCS1800（数字蜂窝系统 1800）。
移动通信技术的历史发展趋势
• 从军用、专用到民用、公用 • 从低频段到高频段 • 从单基站的大区制到多基站小区制的蜂
智能蜂窝
• 是相对于智能天线而言的，指基站采用
具有高分辨阵列信号处理能力的自适应 天线系统，智能地监测移动台所处的位 置，并以一定的方式将确定的信号功率 传递给移动台的蜂窝小区。
智能蜂窝
• 智能天线利用数字信号处理技术，产生
空间定向波束，使天线主波束对准用户 信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信 号到达方向，达到充分高效利用移动用 户信号并删除或抑制干扰信号的目的。 • 智能蜂窝既可以是宏蜂窝，也可以是微 蜂窝和微微蜂窝。 • 这项技术正在研制过程中。
专利费合计：20美元/台左右
• CDMA
• 90%的3G无线通信技术专利都与Qualcomm
（高通）相关 • 入门费约一亿元，必须购买高通芯片，销售 额5%~8%提成，安全无保障
标准的重要性
• • • • •
一流企业卖标准 二流企业卖服务
三流企业卖技术
四流企业卖产品
五流企业卖力气
国际标准化组织
• ISO（International Organization
for Standardization）国际标准化 组织
• ITU（International Telecommunications Union）国际
电信联盟
地区性标准化组织
• ANSI （American National Standards Institute）
美国国家标准学会
• ARIB（Association of Radio Industries and
移动通信技术的发展史
3.时间：20世纪60年代中期至70年代中期 特点： • 采用大区制、中小容量 • 开拓了150MHz和450MHz频段 • 实现了自动选频与自动拨号接续 形成了移动通信的无线传输、信道管理 及移动交换的基本技术
移动通信技术的发展史
4.时间：20世纪70年代中期至80年代中期 特点：建成了蜂窝状移动通信网
右；
• 天线一般装于建筑物内，业务集中地点
微微蜂窝小区
• 微微蜂窝实质就是微蜂窝的一种，作为
网络覆盖的一种补充形式而存在
• 主要用来解决商业中心、会议中心等室
内“热点”Leabharlann Baidu通信问题。
三层分级蜂窝结构
• 宏蜂窝用于处理快速移动车辆的业务； • 微蜂窝处理慢速移动，集中于步行或交
通阻塞车辆的业务； • 微微蜂窝用于覆盖商场和办公区等室内 区域。 用户接入时，系统根据所测得的信号强度 和各蜂窝的容量为某一呼叫选择最恰当 的蜂窝。
• EIA（Electronic Industries Alliance）美国电子
工业协会
• ETSI（ European Telecommunications
Standards Institute）欧洲电信标准化协会/欧洲 电信标准化组织
• FCC（Federal Communications Commission）
配一小部分频率或频道，且在相邻的一 对频道之间留出一小部分频谱作为保护 带，以减少来自相邻频道的干扰
• 无争用协议
TDMA（时分多址）
• Time Division Multiple Access • 不同用户使用整个频段的不同时间段发送信号 • 每个时间周期分为多个时间段，称为时隙。每
对相邻的时隙都被一小段时间段（作为保护时 间）分隔开，以减少来自相邻信道的干扰
代表：1978年底，美国贝尔试验室研制 成功先进移动电话系统(AMPS)
移动通信技术的发展史
5.时间：20世纪80年代中期开始 特点：开发了新一代数字蜂窝移动通信 系统。 • 数字无线传输的频谱利用率高，可大大提高
系统容量。 • 数字网能提供语音、数据多种业务服务，并 与ISDN等兼容。
移动通信技术的发展史
移动通信技术在我国的发展
• 2001年1月，原部队所有的133CDMA网在经过 • •
子频段可在距离足够远的蜂窝群中多次 使用 • 也可用于CDMA系统，降低干扰，提高 系统容量 • 同样可用于TDMA系统，通过TDMA与 FDMA技术的结合提供较高的系统容量， 容纳更多用户
宏蜂窝小区(macrocell)
• 每小区的覆盖半径较大，大多为1km～
25km。
• 宏蜂窝小区基站的发射功率较强，一般
• 单工通信——只能有一个方向的通信而没有反
方向的交互
• 半双工通信——通信的双方都可以发送信息，
但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)
• 全双工通信——通信的双方可以同时发送和接
收信息。
• TDD：Time Division Duplex 时分双工 • FDD：Frequency Division Duplex频分双工
微蜂窝小区
• 最初被用来加大无线电覆盖，消除宏蜂
窝中的“盲点”。
• 由于低发射功率的微蜂窝基站允许较小
的频率复用距离，每个单元区域的信道 数量较多，因此业务密度得到了巨大的 增长，且RF干扰很低，将它安置在宏蜂 窝的“热点”上，可满足该微小区域质 量与容量两方面的要求。
分级蜂窝结构
• 相邻微蜂窝的切换都回到所在的宏蜂窝
移动通信技术的的发展史
• 移动通信可以说从无线电通信发明之日
就产生了。
标志：1897年，M.G.马可尼完成在固定 站与一艘拖船之间进行的的无线通信试 验，距离为18海里。
• 现代移动通信技术的发展始于20世纪20
年代，大致经历了五个发展阶段
移动通信技术的发展史
1. 时间：20世纪20年代至40年代 特点： • 专用系统开发 • 工作频率较低。工作频率从最初2MHz，
Businesses）日本无线工业及商贸联合会
• CCSA（ China Communications Standards
Association）中国通信标准化协会
• CWTS（China Wireless Telecommunications
Standards group）中国无线电讯标准组
地区性标准化组织
美国联邦通信委员会。
• TTA（Telecommunications Technology
Association）韩国电信技术协会
多址方式
电信资源是有限的！
• • • •
FDMA（频分多址）
TDMA（时分多址）
CDMA（码分多址）
SDMA（空分多址）
FDMA（频分多址）
• Frequency Division Multiple Access • 不同用户使用不同的频段发送信号 • FDMA系统为每位用户在可用频段内分
• 第四代？System Beyond IMT-2000， B3G，超
3G
移动通信技术在我国的发展
• 1987年，决定以900 MHz频段TACS体制为我国公众蜂 • • • •
窝移动通信体制； 1987年11月18日，广州开通了国内第一个模拟蜂窝移 动通信系统；（2001年12月31日我国关闭了模拟移动 网络 ） 1994年12月底，广东首先开通了GSM数字移动电话网； 1995年7月 中国联通GSM 130数字移动电话网在北京、 天津、上海、广州建成开放 1997年以后，国产第二代通信设备少量进入运营网络。
窝结构
• 从模拟系统到数字系统
移动通信技术的分代
• 第一代模拟系统，20世纪80年代开始 • 第二代数字系统，20世纪90年代开始，主要制
式有：GSM、IS-95CDMA、IS136、 TDMA/CDMA数字无绳电话、WLL等
• 第三代多媒体系统，即3G，21世纪开始，主要
制式有：WCDMA，cdma2000，TD-SCDMA， WiMAX
蜂窝通信概念
• • • • • • •
蜂窝移动通信 宏蜂窝小区 微蜂窝小区 分级蜂窝结构 微微蜂窝小区 三层分级蜂窝结构 智能蜂窝
一个蜂窝组
B G
A F E D C
一个字母代表 一组频率，不 同的字母代表 不同组的频率。
蜂窝式无线电话网
B G A F D C G A B C G
B C A
F D E C D
• “热点”：由于客观存在商业中心或交
通要道等业务繁忙区域，造成空间业务 负荷的不均匀分布
微蜂窝小区 (microcell)
微蜂窝小区是在宏蜂窝小区的基础上发展 起来的一门技术。 • 覆盖半径大约为30m～300m； • 发射功率较小，一般在1W以下； • 基站天线置于相对低的地方，如屋顶下 方，高于地面5m～10m； • 传播主要沿着街道的视线进行，信号在 楼顶的泄露小。
在10W以上，天线也做得较高。
宏蜂窝小区
• 每个小区中有一个基站，与处于其服务
区内的移动台建立无线通信链路。
• 各个小区的基站可通过电缆、光缆或微
波链路与移动交换中心(MSC)相连。
• 移动交换中心通过PCM电路与市话交换
局相连接。
宏蜂窝小区存在的问题
• “盲点”：由于网络漏覆盖或电波在传
播过程中遇到障碍物而造成阴影区域等 原因，使得该区域的信号强度极弱，通 信质量低劣
上，宏蜂窝的广域大功率覆盖可看成是 宏蜂窝上层网络，并作为移动用户在两 个微蜂窝区间移动时的“安全网”
• 大量的微蜂窝构成微蜂窝下层网络。
微微蜂窝小区(picocell)
随着容量需求进一步增长，运营者可按同 一规则安装第三或第四层网络，即微微 蜂窝小区
• 覆盖半径更小，一般只有10m～30m； • 基站发射功率更小，大约在几十毫瓦左
到40年代提高到30～40MHz。
代表：美国底特律市警察使用的车载无 线电系统。
移动通信技术的发展史
2.时间：20世纪40年代中期至60年代初期 特点： • 从专用移动网向公用移动网过渡 • 接续方式为人工 • 网的容量较小。 代表：20世纪40年代，美国建立了世界 上首个公用移动通信系统——公用汽车 电话网
• 基于奈奎斯特抽样定理 • 无争用协议
CDMA（码分多址）
• Code Division Multiple Access • 不同用户使用整个频段的不同特定码字
发送信号 • 在CDMA系统中，每个用户信号在整个传 输过程中都使用一个宽带信道，使用相 同的载频，占用相同的带宽 • 根据分配给每个用户的特定码字来区分 不同用户的信号
智能蜂窝
提高未来移动通信系统性能的几个方面：
• 扩大系统覆盖区域； • 提高频谱利用率，增加系统容量； • 降低基站发射功率，减少信号间干扰； • 减少电磁环境污染； • 节省系统成本。
移动通信技术的的发展
• 移动通信技术的的发展史 • 移动通信技术的历史发展趋势 • 移动通信技术的分代 • 移动通信技术在我国的发展