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  • 移动通信技术

    通信的定义

    通信:指人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递,从广义上指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的情况下采用任意方法,任意媒质,将信息从某方准确安全地传送到另方。

    典型通信行为-古代

    烽火台;驿站

    典型通信行为-近现代

    国外:有线电报机,有线电话,无线收发电报机

    国内:大清邮政局,十门电话用户交换机,传呼机(BB机),手提电话(大哥大)

    上世纪九十年代中期:GSM使移动通信进入了一个新的里程。(诺基亚、摩托罗拉、爱立信)

    3G的到来,智能机面世。

    LTE面世,人们走上了数据快车道,“低头族”出现。

    2019年6月6日上午,工信部正式发放5G商用牌照,5G网络大面积建设。走进一个万物互联的时代。

    通信的分类:

    1、按传输媒质分类

    有线通信:是指传输媒质为导线、电缆、光缆、波导、纳米材料等形式的通信,其特点是媒质能看得见,摸得着 (明线通信、电缆通信、光缆 通信)。

    无线通信:是指传输媒质看不 见、摸不着(如电磁波)的一种通信形式,(微波通信、短波 通信、 移动通信、卫星通信、散射通信)。

    2、按调制方式分类

    基带传输:是指信号没有经过调制而直接送到信道中去传输的通信方式。

    频带传输:是指信号经过调制后再送到信道中传输,接收端有相应解调措施的通信方式。

    3、按工作频段分类

    波通信、中波通信、短波通信、微波通信远红外线通信等。

    4、按信道中传输的信号分类

    模拟信号通信,数字信号通信。

    等等等

    移动通信

    移动通信:是指通信双方至少有一方在移动中(或临时停留在某一预定的位置上)进行信息传输和交换。包括移动体(车辆、船舶、飞机或行人)和移动体之间的通信,以移动体和固定体(固定无线电台或有线用户)之间的通信。

    我国通信重大事件:

    2009年1月7日,工信部发布3G牌照,中国移动为TD-SCDMA,中国联通为WCDMA,中国电信 为CDMA2000。

    2013年12月4日,工信部向中国移动、中国联通、中国电信发布“TD-LTE”4G牌照。

    2015年2月27日,工信部向中国联通、中国电信发布“FDD-LTE”4G牌照。

    2019年6月6日,工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照。

    移动网络演进了很多年,最初的网络被称为第一代移动通信系统。第一代网络现在已经被第二代。第三代网络所取代。4G或者说第四代移动通信系统,已经在全球迅猛发展。

    一、第一代移动通信技术(1G——模拟移动通信

      起源于20世纪80年代,主要采用的是模拟调制技术与频分多址接入(FDMA)技术,这种技术的主要缺点是频谱利用率低,信令干扰话音业务。1G主要代表有:美国的先进的移动电话系统(AMPS英国的全球接入通信系统(TACS日本的电报电话系统(NMT。1G移动通信基于模拟传输技术,其特点是业务量小、质量差、交全性差、没有加密和速度低。1G主要基于蜂窝结构组网,直接使用模拟语音调制技术,传输速率约2.4kbit/s。提供9.6kbit/s的通信带宽,接入技术采用FDMA。

      1G特点:

    • 只有语音业务;
    • 频谱复用率低,系统容量有限;
    • 标准不统一,不能漫游(工作频段不同)
    • 安全性差;
    • 设备价格高(“大哥大”)

    二、第二代移动通信技术(2G——数字移动通信

    起源于90 年代初期,主要采用数字的时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)技术。第二代移动通信数字无线标准主要有:欧洲的GSM和美国高通公司推出的IS-95CDMA等,我国主要采用GSM,美国、韩国主要采用CDMA。提供9.6kbit/s-28.8kbit/s的传输速率,接入技术是TDMACDMA

     

    为了适应数据业务的发展需要,在第二代技术中还诞生了2.5G,也就是GSM系统的GPRS和CDMA系统的IS-95B技术,大大提高了数据传送能力。

     

    2G主要业务是语音,其主特性是提供数字化的话音业务及低速数据业务。它克服了模拟移动通信系统的弱点,话音质量、保密性能得到大的提高,并可进行省内、省际自动漫游。第二代移动通信替代第一代移动通信系统完成模拟技术向数字技术的转变

     

    2G特点:

    • 标准不统一,只能在同一制式覆盖区域漫游,无法进行全球漫游;
    • 带宽有限,不能提供高速数据传输,无法实现多媒体业务;
    • 抗干扰抗衰落能力不强,系统容量不足;
    • 频率利用率低;

    GSMGlobal System for Mobile Communication,全球移动通信系统)系统组成要素:我国拥有世界上最大的GSM 网络。

    • 移动台(MS)

    • 基地台系统(BSS)可分为基站收发信台(BTS)和基站控制器(BSC)。

    • 网络子系统(NSS)NSS由移动业务交换中心(MSC)、归属位置寄存器(HLR)、拜访位置寄存器(VLR)、鉴权中心(AUC)、设备识别寄存器(EIR)和操作维护中心(OMC)构成。

    • 资料库(Database)-HLR、VLR、AUC、EIR等

    • 操作支持系统(OSS)

    它主要包括:

    网络管理中心(NMC

    安全性管理中心(SEMC

    用于用户设备卡管理的个人化中心(PCS

    用于集中计费管理的数据库处理系统(DPPS)等功能实体。

     

    GSM系统网络结构

     

    GSM系统的主要接口

    三、第三代移动通信技术(3G——数字移动通信

    3G的理论研究、技术开发和标准的制定开始于80年代中期,国际电信联盟(ITU)将其正式命名为国际移动通信2000(IMT-2000,International Mobile Telecommunications in the year 2000)。欧洲电信标准协会(ETSI)称其为通用移动通信系统(UMTS,Universal Mobile Telecommunication System)。

     

    提供9.6kbit/s-2Mbit/s的接入速率。(室内2Mbit/s; 室外384kbit/s;行车环境144kbit/s)

      3G最基本的特征是智能信号处理技术,智能信号处理单元将成为基本功能模块,支持话音和多媒体数据通信,它可以提供前两代产品不能提供的各种宽带信息业务,例如高速数据、慢速图像与电视图像等。

      3G标准:国际电信联盟(ITU)目前一共确定了全球四大3G标准,分别是WCDMA、CDMA2000、TD-SCSMA和WIMAX。在中国,中国移动采用TD-SCDMA,中国电信采用CDMA2000,中国联通采用WCDMA

    • WCDMA(Wideband CDMA)——从事WCDMA标准研究和设备开发的厂商很多,其中包括诺基亚、摩托罗拉、西门子、NEC、阿尔卡特等等。该标准提出了GSM(2G)——GPRS——EDGE——WCDMA(3G)的演进策略。
    • CDMA2000(窄带CDMA)由美国高通公司推出,摩托罗拉、朗讯和三星都有参与,韩国是CDMA2000的主导者。该标准提出了CDMA(2G)——CDMA2001x——CDMA2003x(3G)的演进策略。其中CDMA2001x被称为2.5G移动通信技术。目前中国电信就是采用的这一方案来向3G过渡的。
    • TD-SCDMA(Time Division - Synchronous CDMA,时分同步CDMA),该技术由中国大唐电信制定的3G标准。该标准的提出不经过2.5G的中间环节,直接向3G过渡,非常适用于GSM系统向3G升级
    • WIMAX(微波存取全球互通),又称为802.16无线城域网,是又一种为企业和家庭用户提供“最后一英里”的宽带无线连接方案。

     

    3G各标准的参数

    WCDMA

      RTT: FDD

      异步CDMA系统:无GPS

      带宽:5MHz

      码片速率:3.8Mcps

    中国频段:1940MHz-1955MHz(上行)、2130MHz-2145MHz(下行)

    调制方式:上行为HPSK,下行为QPSK。

    CDMA2000

      RTT FDD

      同步CDMA系统:有GPS

      带宽:1.23MHz

          码片速率:在下行信道传输中,有直扩和多载波传输两种方式,码片速率分别为3.6864Mchip/s和1.22Mchip/s;  

    中国频段:1920MHz-1935MHz(上行)、2110MHz-2125MHz(下行)   

    TD-SCDMA

      RTT TDD

      同步CDMA系统:有GPS

      带宽:1.6MHz

      码片速率:1.28Mcps

      中国频段:1880MHz-1920MHz(上行)、2010MHz-2025MHz(下行)

    WiMAX

      带宽:1.5MHz-20MHz

      最高接入速度70M

      最高i传输距离:50公里

    四、第四代移动通信(4G)

    数据传输应比3G高一个数量级,达到2-20Mbit/s。(低速移动用户:室内、步行 100Mbit/s,中速移动用户:60km/h 20Mbit/s,高速移动用户:250km/h 2Mbit/s )

    LTE是3G的演进,并非人们普遍误解的4G技术,而是3G与4G技术之间的一个过渡,是3.9G的全球标准,其改进了3G的空中接入技术,采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。将其增强版本LTE-Advanced被认为是4G标准。

    4G用于提高传输速率的技术主要有:                 

    正交频分复用(OFDM);                 

    智能天线技术(SA);                 

    多输入多输出(MIMO)技术;                

    软件无线电(SDR)。

     LTE在20MHz的频谱带宽下能够提供下行326Mbps与下行86Mbps的峰值速率。LTE需要支持高于5MHz的传输带宽。

    3GPP LTE正在制定的无线接口和无线接入网架构演进技术主要包括如下内容:

    • 明显增加的传输速率。如在20MHz带宽上达到:下行传输速率100Mbit/s和上行传输速率50Mbit/s;
    • 在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界比特速率;
    • 明显提高频谱利用率;
    • 明显降低等待时间,低于100ms等

    五、第五代移动通信(5G

     

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