移动通信系统
2020-12-14 23:05:21 0 举报AI智能生成
物联网
作者其他创作
大纲/内容
移动通讯概述
通信的定义
信息的传递，信号的传输
通信的分类
按传输媒介
有线通信
无线通信
按通信终端
固定通信
移动通信
通信系统的类型
模拟通信系统
传输模拟信号的通信系统
数字通信系统
利用数字信号（离散信号：0，1）传输信息的通信系统
优点
抗干扰能力强
便于密保
适合于长距离通信
通信的演变历程
1G
定义：最初的模拟，仅限语音的蜂窝电话标准
简介
技术：模拟技术，FDMA
代表系统：移动电话系统（AMPS），全球接入通信系统（TACS）
特点：频率利用低，模拟语音传输
2G
定义：数字蜂窝移动通信系统
简介
技术：时分多址（TDMA），码分多址（CDMA）
代表系统：数字的GSM和码分多址（窄带CDMA）
特点：频带利用率高，容量大，语音质量高，保密性强
3G
定义：在2G基础上演进，以宽带CDMA技术为主，并能同时提供语音和数据业务
简介
特点
具有2GHz左右的高效频谱利用率，且能最大程度的利用有线宽带
移动终端可连接地面网和卫星网，可移动使用和固定使用，可与卫星业务共存和互联
语音只占移动通信业务的一部分，大部分业务是非话数据和视频信息
具有根据数据量，服务质量和使用时间收费参数
手机体积小，重量轻，具有真正的全球漫游能力
具有固定通信网络相比拟的高话音质量和高安全性
主要技术：欧洲的WCDMA宽带码分多址系统，美国的CDMA2000系统和中国的TD-SCDMA系统
系统：WCDMA（联通），CDMA2000（电信），TD-SCDMA（移动）
4G
定义：2008.3，ITU指定一组用于4G标准的要求，IMT-ADvanced（高级国际移动通信）
简介
代表系统：TDD-LTE，EDD-LTE
主要业务：提供宽带多媒体业务
特点
频带利用率高
容量大下行达到1个G，上行达到500M
5G
定义：面向2020年以后移动通信需求发展的新一代移动通信系统
简介
主要技术：大规模天线，高频段毫米波通信，全双工技术
业务类型：虚拟现实VR，增强现实VR，高清所视图媒体业务
特点：高速率（1GBPS），低延时（1MS），万物互联
5G移动通信
系统核心技术
大规模天线技术
技术原理：当基站侧天线远大于用户天线数时，基站到单个用户的信道将趋于正交。用户间干扰将趋于消失，而巨大的阵列增益将能够有效的提升每个用户的信噪比，从而能够在相同的频资源共同调度更多的用户。
功能和优势：若基站配置400根天线，在20MHZ带宽的同频复用TDD系统中，没小于用MU-MIMO方式服务42个用户时，即使小区间无协作，且接收/发送只采用简单的MPC/MRT时，每个小区的平均容量也可高达1800Mbps
应用场景：城区宏覆盖
非正交多址接入技术
技术原理：PDMA图样分割多址接入（PatternDivision Multiple Acess)是一种基于多用户通信系统整体优化的新非正交多址接入技术通过发送端和接收端的联合设计，在发送端采用功率/空间/编码等多种信号域的单独或者联合非正交特征图样区分用户，在接收端采用SIC方式实现准最优多用户检测。
功能和优势：对于大容量持续业务信道，使系统整体频谱效率提升1-2倍；对于大容量随机突发业务，缩短数据包传输时延并提升用户接入体验
应用场景：宏蜂窝及宏微蜂窝异构网络分布式多天线或密集小区低时延高可靠等极端场景
空口技术
F-OFDM波形技术：根据业务灵活配置
SCMA稀疏码本多址：多为调制，扩频
MUSA多用户多址：非线性SIC接收机
PDMA图样多址：功率域，空间域，码域
双工方式
全双工
灵活双工
超密集组网技术
技术原理：增加单位面积内小基站的密度，通过在异构网络中引入超大规模低功率节点实现热点
增强、消除盲点、改善网络覆盖、提高系统容量。
增强、消除盲点、改善网络覆盖、提高系统容量。
功能和优势：满足热点地区500-1000倍的流量增长的需求（几十Tbps/km，1百万连接/km，
1Gbps用户体验速率）
1Gbps用户体验速率）
应用场景：密集街区、密集住宅、办公室、公寓、大型集会、体育场、购物中心、地铁
低时延高可靠物联网设计
技术原理：满足移动互联网和物联网的应用场景的扩大所带来的对时延和可靠性的特殊要求。
功能和优势：端到端ms级用户面时延真正永远在线体验：10ms控制面时延可靠性高达99.999%以上
应用场景：实时云计算、增强现实、在线游戏、远程医疗等智能交通、智能电网、实时远程控制等紧急通信
高频段信号传输和关键技术
技术原理：移动通信传统工作频段十分拥挤，而大于6GHz的高频段可用频谱资源丰富，能够有效缓解频谱资源紧张现状，可以支持极高速短距离通信。
功能和优势：高达1GHz带宽的频率资源，将有效地支持10Gbps峰值速率和1Gbps用户体验速率。
应用场景：用高频做蜂窝接入，用高频做基站与基站之间的回传，D2D的高频通信、车载通信等
频谱拓展技术
认知无线电
提高已分配频谱的利用率。重点关注5Ghz以下频段。
毫米波通信
优势：足够宽的频段，波束集中，方向性好。
劣势：路损大，环境影响绕射差，高速差。
可见光传输
优势：信号源LED灯成本低，高速传输，干扰小，能照明。
劣势：目前单向通信，与射频无法切换。
灵活频谱共享技术
技术原理：新的频谱使用方法，让多个系统共享使用特定频谱，改变了以往固定频谱分配的方式。
功能和优势：可有效拓展IMT可用频谱约1倍。
应用场景：机会式使用，授权共享，非授权共享
逻辑架构
基础设施平台方面
NFV：硬件与软件分离
SDN：控制与转发进一步分离
网络架构方面
接入平面：统一的多无线接入技术融合，无线资源调度与共享
控制平面：控制集中化，简单化；服务差异化，开放化
转发平面：用户面下沉分布式网关；移动边缘内容与计算
业务类型
超高清，三维化，浸入式：信息量巨大
增强/虚拟现实通信/在线游戏
上下行信息速率高
对延迟极为敏感
云桌面
上下行信息速率高
对延迟极为敏感
OTT
大量小数据包交互
信令资源大量消耗
极端场景业务体验
超高速移动
超密集用户分布
面临的挑战
连续广域覆盖
热点高容量
低功耗大连接
低时延高可靠
CDMA和GSM网络特点
GSM移动通信系统
组成
移动台（MS）、移动网子系统（NSS）、基站子系统（BSS）和操作支持子系统（OSS）
多址方式
TDMA/FDMA复用
信号形式
采用数字化语音编码和是数字调制技术
网络接口
无限子系统相关：A接口，Abis接口，Um接口
子系统内部接口：B、C、D、E、F、G接口
工作频段
GSM900频段：上行890-915MHZ 下行：935-960MHZ
GSM1800频段：上行1710-1785MHZ 下行：1805-1880MHZ
信道分类
物理信道：频宽：200khz，时长：0.577ms
逻辑信道
业务信道：传送语音或数据
控制信道
功能：传输各种信令信息
分类
广播信道
频率校正信道
同步信道
广播控制信道
公共信道
寻呼信道
随机接入信道
接入许可信道
专用信道
独立专用控制信道
慢速辅助控制信道
快速辅助控制信道
CDMA通信系统
工作频段：频点：37，38，119，160，120，201，242，183
多址方式
扩频多址
直接序列扩频
跳频扩频
跳时扩频
优点
抗干扰强
保密性好
抗多址干扰和精确定位和测距
信道
开销信道
业务信道
前向信道
构成
移动交换子系统
基站子系统
移动台
切换方式
同频软切换
同换区更换切换
不同载频之间的硬切换
优点
容量大
质量加
规划活
频带利用率高
适用于多媒体
待机时间长
网络构成
2G网络构成
移动台MS（Mobil Station）功能：负责无线信号的收发及处理
网络子系统NSS（Network and Swiching Subsystem）
访问位置寄存器VLR（Vist Location Register）和归属位置寄存器HLR（Home Location Register）
负责移动性管理及用户数据库管理的功能
移动业务交换中心MSC（Mobil service Switching Center）
负责处理用户具体业务
鉴权中心AUC（Authentication Center）和设备识别寄存器EIR（Equipment Identity Register）
负责安全性方面的功能：网关型GMSC负责提供接入外部网络接口
基站子系统 BSS（Base Station Subsystem）
基站收发信台BTS（Base Transceiver Station）
通过Um空中接口收到MS发送的无线信号，然后将其传送给额BSC
基站控制器BSC（Base Station Controller）
在BSC负责无线资源的管理及配置（诸如功率控制，信道分配等），然后通过A接口传送至核心网部分；
操作管理系统OMS（Operations Management System）
主要负责网络的监视，状态报告及故障诊断等
3G网络构成
用户终端设备UE
功能：通过Uu接口与网络设备进行数据交互，为用户提供电路域和分组域内的各种业务功能
分类
ME：提供应用和服务
USIM：提供用户识别
无线接入网UTRAN（UMTSTerrestrial Radio Access Network）
WCDMA系统的基站Node B
包括无限收发信机和基带处理部件。通过标准的lub接口和RNC互连，主要完成Uu接口物理层协议的处理。它的主要功能是扩频、调制、信息编码及解扩、解调信道解码，还包括基带信号和射频信号的相互转换等功能
无线网络控制器RNC（Radio Network Controller）
1：行系统信息广播与系统接入控制功能；
2：切换和RNC迁移等移动性管理功能
3：宏分集合并、功率控制、无线承载分配等无线资源管理和控制功能
核心网络CN
组成
PS
CS
功能
负责与其他网络的连接和对UE的通信和管理
3G移动通信系统特点
TD-SCDMA网络特点
低码片速率：低码片速率也提高了频谱利用率、使频率使用灵活。
采用了智能天线、上行同步、联合检测等新技术
由于TD-SCSMA系统的TDD模式和低码片速率的特点，使得数字信号处理量大大降低
WCDMA网络特点
支持异步和同步的基站运行方式，组刚方便、灵活，减少了通信网络对于gps系统的依赖
上行为bpsk调制方式、下行为qpsk调制方式，采用导频辅助的相干解调，码资源产生方法容易、抗干扰性好、且提供的码资源充足
发射分集技术，支持tstd，sttd，ssdt等多种发射分集方式，有效提高无线链路性能，提高了下行的覆盖和容量
适应多种速率的传输，可灵活的提供多种业务并根据不同的业务质量和业务速率分配不同的资源
TDD模式：上下行无需成对的频段，可用于不成对的零碎频段；可变切换点技术提供业务和无线资源的最佳适配；频谱效率得到了提高；上下行使用相同的载频，无限传播是对称的，最适合于智能天线技术的实现
兼容性好
支持开环、内环、外环等多种功率控制技术
基于网络性能的语音amr可变速率控制技术
软切换采用了更软的切换技术
CDMA2000网络特点
反向链路采用BPSK调制并连续传输，发射功率峰值与平均值之比明显降低
在前向链路上采用了发射分集技术，可以提高信道的抗衰落能力，改善前向信道的信号质量
采用快速前向功率控制，改善了前向容量
有效的减少了移动台的电源消耗，从而延长了移动台的待机时间
在软切换方面也将原来的固定门限改变为相对门限，增加了灵活性
在反向链路上增加了导频
4G通信技术
目标
更好的覆盖
更高的传输速率
更高的移动终端速率
更低的资本支出和运营成本
频谱灵活性
覆盖范围更大，通信质量更高
关键技术
OFDM（正交频分复用）
调制与编码技术
高性能的接收机
智能天线技术
MIMO技术
软件无线电技术
基于IP的核心网
多用户检测技术
优势
通信速度更快
网络频谱更宽
通信更加灵活
智能性能更高
兼容性能更平滑
提供各种增殖服务
实现更高质量的多媒体通信
频率使用效率更高
通信费用更加便宜
网络结构
物理网络层
中间环境层
应用网络层
5种技术
TLE
参数
下行速率达到100Mbps/20MHz，谱效达到5bit/s/Hz，上行达到50Mbps/20MHz
小区最优范围5Km，最大支持100kM
移动速度在15kM/h下最优，支持高移动速度
延迟user plane< 5ms control plane < 50 ms
特点
容量大
时延小
LTE-Advanced
参数
带宽：100MHz
峰值速率：下行1Gbps，上行500Mbps
峰值频谱效率：下行30bps/Hz，上行15bps/Hz
特点
完全兼容LTE
WIMAX
参数
应用频率宽，包括10-66GHz频段，<11GHz频段和<11GHz免许可频段
定义了三种物理层实现方式：单载波、OFDM、OFDMA。
特点
传输距离远：无线信号传输距离最远可达50km，并能覆盖半径达1.6公里的范围，是3G基站的10倍。
传输速率高：可实现高达74.81Mb/s的传输速度。
容量高：WiMAX的一个基站可以同时接入数百个远端用户站。
灵活的信道宽度：WiMAX能在信道宽度和连接用户数量之间取得平衡，其信道宽度由1.5MHz到20MHz不等。
QoS性能：可向用户提供具有QoS性能的数据、视频、话音业务
丰富的多媒体通信服务：能够实现电信级的多媒体通信服务。
保密性：支持安全传输，并提供鉴权与数字加密等功能
HSPA+
特点
高速下行链路分组技术
优点
吞吐量提高
适应高速下的数据处理
缺点
没有被ITU完全定下来 ，动作不大
Wireless-Advanced
特点
支持高移动模式，兼容未来模式
优点
提高网络覆盖，改建链路预算
提高频谱效率
提高数据和VOIP容量
低时延&QoS增强
功耗节省
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