移动通信(第四版)第11章-个人通信分解.ppt

1、华东交通大学信息工程学院,第10章 个人通信,10.1 个人通信概述 10.2 关于个人通信的国际标准和研究进展 10.3 未来移动通信中的关键技术 思考题与习题,华东交通大学信息工程学院,10.1 个人通信概述,移动通信从产生到现在的历史并不长， 然而其发展速度却远远超出了人们的预料。 尤其是最近十几年来， 随着微电子技术、 计算机和软件工程的发展， 移动通信设备在质量、 使用方便和可靠性等方面的发展日新月异。,华东交通大学信息工程学院,纵观移动通信的发展历程，当代移动通信可分为四个阶段： （1） 第一代移动通信以模拟调频、频分多址为主体技术。 包括以蜂窝网系统为代表的公用移动通信系统、以集

2、群系统为代表的专用移动通信系统以及无绳电话, 主要向用户提供模拟话音业务。,华东交通大学信息工程学院,(2) 第二代移动通信以数字传输、 时分多址或码分多址为主体技术。 简称数字移动通信， 包括数字蜂窝系统、 数字无绳电话系统和数字集群系统等， 主要向用户提供数字话音业务和低速数据业务。,华东交通大学信息工程学院,12-13-1999 molex liao P12,GSM特點:1.通話品質良好2.通訊保密性佳3.通信容量大4.較易與ISDN,PSTN 等網路相互聯結5.能提供的服務業務較好,华东交通大学信息工程学院,12-13-1999 molex liao P13,CDMA 特點 :1.隱密

3、性 Random coding 傳播訊號.4x1012 之組合.2. Soft hand off BS 使用的頻率相同,不用切換頻率.3.可變速率自動語音合成器 Data rate 有 2 種速率,0.88.55Kbps ,1.013.3Kbps.4.功率控制 Open loop,Close loop 功率控制.,华东交通大学信息工程学院,(3) 第三代(3G)移动通信以CDMA为主要技术，向用户提供2 Mb/s到10 Mb/s的多媒体业务。 (4) 超（后）三代（B3G）或第四代(4G)移动通信的研究和开发，采用OFDM和多天线等新技术，将向用户提供100 Mb/s甚至1 Gb/s的数据速率

4、。,华东交通大学信息工程学院,第四代移动通信系统的基本特征 信息传输速率更快 带宽更宽 容量更大 智能性更高 兼容性更强 多媒体通信质量更高,华东交通大学信息工程学院,超（后）三代（B3G）或第四代(4G)移动通信的研究和开发 第三代移动通信已经开始商用， 2003年底全球已发放120个IMT-2000的运行牌照。 仅以日本为例， 第三代移动通信2001年10月开始商用（WCDMA技术）， 2004年3月已有300万用户， 网络已覆盖99%以上的地区。,华东交通大学信息工程学院,在第三代（3G）移动通信开始商用后， 大家就开始考虑今后该如何发展， 即开始了超（后）三代（B3G）或第四代(4G)

5、移动通信的研究和开发。 今后的发展分为两个思路： 一是对现有3G标准的增强， 以满足未来用户的需求； 二是研制全新的标准。 第一种思路可以称为3G的演进， 如3GPP提出了高速下行分组接入（HSDPA）， 其数据率可以达到10.8 Mb/s； 3GPP2提出了1xEV-DV， 其速率可以达到5.4 Mb/s。,华东交通大学信息工程学院,ITU-R对未来系统的发展的看法包括两部分： 一是IMT-2000的未来发展， 二是超IMT-2000的系统。 IMT-2000将继续发展以支持新的应用、 产品和服务。,华东交通大学信息工程学院,WWRF（Wireless World Research Foru

6、m）认为未来的系统不可能仅用一个标准来满足用户的所有要求， 应当用一组标准来满足完全不同的用户需求； 应当利用多模终端， 在一组可选的空中接口中选择一个最适合给定环境的空中接口； 此外， 还要满足100 Mb/s或1 Gb/s的数据速率。,华东交通大学信息工程学院,IEEE 802下的多个工作组也在进行未来无线通信的标准化工作。 如IEEE 802.11n希望下一代WLAN的实际传输速率达到100 Mb/s， 完整的802.11n标准则预计在2006年年底至2007年年初之间问世； 2004年8月底有两个组织提交了提案， TGn Sync组织的提案希望传输速率能够达到640 Mb/s左右， 而

7、WWiSE组织的提案最高速率为540 Mb/s； 它们都选择使用了“多重输入与多重输出”(MIMO， Multiple Input and Multiple Output)技术作为规范的核心。,华东交通大学信息工程学院,综上所述， 我们可用图10-1来概括移动和无线通信的发展进程。 它包括广域覆盖（Wide Area Coverage）的移动通信系统和局域覆盖(Local Area Coverage)的无线局域网。,华东交通大学信息工程学院,图10-1 移动通信的发展进程,华东交通大学信息工程学院,10.1.1 个人通信的概念 长期以来，人们就有一种美好的愿望： 未来总有一天会做到无论任何人(

8、Whoever)在任何时候(Whenever)和任何地点(Wherever)都能和另一个人(Whomever)进行任何方式(Whatever)的通信。,华东交通大学信息工程学院,个人通信,以往，人们曾把这种愿望称之为幻想， 然而随着科学技术的发展， 这种愿望已经不是幻想， 而是可以实现的了。 人们把这种向往中的通信称为“个人通信”， 而把实现个人通信的网络称之为个人通信网(PCN)。,华东交通大学信息工程学院,个人通信的愿望虽然早已存在， 但个人通信网的设想却是在1988年才正式提出来的。 其后， PCN在世界范围内立即引起了巨大的反响和共鸣， 一些通信发达的国家纷纷开展了PCN的体系结构和实

9、现技术的研究， 提出了形形色色的设想和方案， 有关PCN的国际标准的制定也受到许多国际组织的重视。,华东交通大学信息工程学院,10.1.2 实现个人通信的途径 个人通信的设想激发了人们的浓厚兴趣。 从1988年以来， 人们对如何实现个人通信曾提出过各种各样的方案， 也发生过一些争论， 甚至相互非议。,华东交通大学信息工程学院,个人通信网的组成要素,个人通信网至少必须有4个组成部分 个人通信码 个人终端 大容量数据库 共同的用户接口,华东交通大学信息工程学院,(1) 规划、 设计和开发一种覆盖世界范围的全新个人通信网。 这种方法可以按照个人通信的理想目标， 自由地精选先进技术和优化网络结构， 而

10、不受现有通信设施和现用技术体制的影响和约束。,华东交通大学信息工程学院,作为迈向个人通信的重要步骤，就是建立一个全球移动通信网，该网在ITU中称为FPLMTS（the public land mobile telecommunications），在欧洲称为UMTS（universal mobile telecommunication system）。这是一种以全球个人通信为目标的系统，它的主要特征是以最终实现与ISDN、PSDN等固定网结合成一个世界规模的整体为前提，把数字无绳电话系统和数字蜂窝汽车电话系统综合为一体，实现任何地方均可以用的地面系统，并通过卫星系统实现在船上和飞机上的用户通信。

11、卫星系统可以是对地静止，或倾斜的椭圆轨道，或对地球低轨道的卫星。因此可以认为它是一个以蜂窝网、无绳电话系统和移动卫星通信系统为基础的个人通信系统。,现有网络改造,华东交通大学信息工程学院,(2) 选择现有的某一种移动通信网络进行扩充和改造， 实现一个遍及全球、 功能齐全和适应各种运行环境的个人通信网。 这种办法对现有各种通信设备的开发者、 制造商和运营公司特别有吸引力。,华东交通大学信息工程学院,利用和改造某一种通信网络向个人通信网发展的方案都带有一定的局限性， 主要表现在以下几个方面： 把蜂窝通信系统的小区分为宏小区、 微小区和微微小区， 混合配置， 以适应城市和乡村、 户内和户外的不同需要

12、和扩大个人通信的服务范围。,华东交通大学信息工程学院,以蜂窝网的微小化为基础,华东交通大学信息工程学院, 把无绳电话系统由室内应用扩展到室外应用， 通过Telepoint覆盖整个服务地区， 并赋予双向呼叫、 越区切换和漫游功能， 以提供个人通信业务。,华东交通大学信息工程学院, 利用中、 低轨道移动通信卫星实现个人通信网络。 因为移动卫星通信在海上、 空中和地形复杂而人口稀疏的环境中应用具有独特的优点， 不仅覆盖范围大， 而且不受地形的限制， 对于解决边远地区的通信和形成陆海空联合的立体通信系统而言是最有效的办法。,华东交通大学信息工程学院,FPLMTS结构的卫星部分,华东交通大学信息工程学院

13、,FPLMTS结构的地面部分,华东交通大学信息工程学院,(3) 综合利用现有各种通信网络， 发挥各自的优点， 取长补短， 在统一要求和统一标准的条件下， 突破关键技术， 解决各种网络之间的互连互通， 加强通信网络的智能化管理功能， 以实现全球性的个人通信网。,华东交通大学信息工程学院,能工作在各种通信环境， 包括城市和乡村、 丘陵和山地、 空中和海上以及室内场所； 具有更高的频谱效率， 能提供更大的通信容量； 能与固定网络兼容， 和现有移动通信网互连互通并实现全球漫游； 网络结构可配置成不同形式， 以适应各种服务需要， 如公用、 专用、 商用和家用； 具有高级的移动性管理， 能保证大量用户数据

14、的存储、 更新、 交换和实时处理等。 ,华东交通大学信息工程学院,华东交通大学信息工程学院,综上所述：未来个人通信必将是多种通信手段的综合运用，作为将发展的个人通信网必须达到下列基本要求： 1.必须是全数字化； 2.要和PSTN（公共交换电信网）、PDN（公共数据网）和ISDN（综 合业务数字网）相连接； 3.具有用户定位、越区、漫游等现代移动通信的各种功能； 4.单位面积所提供业务量可根据用户密度进行调整； 5.用户设备体积小、重量轻、价廉、可靠等。,华东交通大学信息工程学院,个人通信的现状,1接入型个人通信系统 2PCN型个人通信系统 。 3移动卫星通信系统 。,华东交通大学信息工程学院,

15、个人通信的发展趋势,1高速无线接入 2无线ATM 3软件无线电。,华东交通大学信息工程学院,软件无线电 由于移动通信的迅猛发展， 目前多种多样的通信体制层出不穷， 形形色色的通信标准竞争激烈， 频谱资源日益紧张， 提高频谱利用率的新技术迅速发展， 通信产品的更新换代越来越快， 产品生存周期越来越短， 而对多种通信体制之间的互联和对移动终端的兼容性要求也日益迫切。,华东交通大学信息工程学院,BPF: bandpass filter LNA: low noise amplifier ADC: analog/digital converter DSP: digital signal processo

16、r,华东交通大学信息工程学院,在实际应用中， 要求发射机能判明可用的传输信道， 探测可行的传播路径， 选择合适的多址方式和调制制度， 自适应控制天线波束使之指向正确方向和使用合适的功率电平等。 接收机应能判明所需信道和邻近信道的能量分布， 识别接收信号的模式， 自适应抵消干扰， 能估计所需信号的多径特性， 采用自适应均衡， 最佳合并与利用所需信号的多径能量， 对信道调制进行最佳译码和判决， 并通过前向纠错以降低误码率等。 此外， 软件无线电还可通过众多的软件工具来支持增值业务。,华东交通大学信息工程学院,软件无线电结构简图,华东交通大学信息工程学院,习 题,1、什么是个人通信? 2、个人通信网

17、的组成要素是什么? 3、个人通信网以什么为基础?为什么？ 4、试述个人通信的发展趋势?谈谈你的看法。,华东交通大学信息工程学院,PHS(個人行動通訊系統),华东交通大学信息工程学院,一、PHS介紹,PHS為個人行動通訊系統 (Personal Handy-Phone System)的縮寫，是日本研發的數位式行動電話系統，為1900 兆赫數位式低功率行動電話的一種。能於行動電話中支援語音、視訊與資料應用的靈活無線存取連線技術，當初設計的目的是作為住宅、辦公室、以及室外小區域移動範圍內的無線電話系統，與通訊範圍較廣的蜂巢式行動電話的訴求族群不同。,华东交通大学信息工程学院,二、PHS技術簡介,以台

18、灣現在通用的GSM900和GSM1800的系統而言，它的基站距離最大半徑約為15公里。也就是說GSM系統業者每方圓半徑15公里至少要設一個基地台，而這些基地台在地表上排列的方式會看起來像蜂巢的橫切面。而PHS系統的手機的cell最大半徑約為2公里，也就是說PHS系統業者每方圓半徑2公里要設一個基地台。而PHS系統業者要比GSM系統業者多設置好幾倍的基地台。這也就是為什麼PHS系統只適合在地小人稠的都會地區使用，例如東京或台北，因為架設一個基地台可是很貴的，這樣才會符合成本效益。,华东交通大学信息工程学院,PHS採用微蜂窩技術，將電話以數字無線方式接入固定電話網，作為固定電話的補充和延伸，充分利

19、用固定電話網資源，因此也被稱為無線市話。透過手機或者固定單元，可以在移動中或者固定地點實現通話和其他數據業務功能。定位於固定電話的補充和延伸，由無線連接代替固定電話最後幾百米的電纜連接，利用PHS系統將原有的固定電話從住宅、辦公室內的通信延伸到室外、城市內或者城市之間的通信，並藉助於低資費特點，促使PHS系統迅速膨蓬勃發展。,华东交通大学信息工程学院,為了對PHS加以理解，以下分別就其基礎服務、語音質量、數據通訊、移動性進行說明。,基礎服務：PHS通訊時可以發/收信。語音質量：PHS作為語音編碼，採用32Kbps ADPCM與有線網路的64Kbps PCM大致相同。不像一般GSM語音質量通化皆

20、為10 Kbps。資料通訊：PHS使32Kbps的數據通訊協定PIAFS標準化，於今年四月一日開展業務，且為適應高速化要求，正致力將使用64Kbps以上標準化。移動性：PHS可將無線區間之傳輸速度384Kbps和100-500m單元規模最佳化，達到延遲分散值500ns，在公用業務上亦可達到從步行到汽車在市區行走速度的使用,华东交通大学信息工程学院,PHS技術特性,採用動態通道分配，無需頻率規劃，大大提高了頻率資源的利用率。 單位面積內支援高話務密度。 採用徽蜂窩技術，基站設備小，便於網路優化及話務調整。 話音編碼採用 32 kb/s ADPCM方式,話音質量高。 支援 32 kb/s資料通信業

21、務，兩個 32 kb/s通道同時使用可使速率達到 64 kb/s。 採用自適應陣列天線，將優質信號集中於目標用戶位置。 基站功率低、覆蓋範圍小，可開發定位、跟蹤、報警等增值業務，搭配 PHS 基地台涵蓋半徑較小的特性，PHS 可提供精確範圍於 100 公尺內的定位追蹤服務。 PHS 發射功率只有一般大哥大的 1/60 1/100手機，延長了電池使用時間，降低了輻射。 兼有有線系統的低價位和蜂窩系統的可移動性。,华东交通大学信息工程学院,三、PHS優點與比較,通話費低且具隱私性 ： 在日本，PHS的通話費率只比市話高出不到20%。 2. 手機待機及連續通話時間長 ： PHS手機市場上新出的款式通

22、常最低待機時間都在300小時以上。 3. 高速數據傳輸能力 ： 目前日本的通訊傳輸速率已經達到64kbps，預計明年即可達到128kbps。 4. 通話音質佳 ： PHS手機以接近市話的音質略勝GSM手機的失真情形一籌。 5. 手機小巧具流行性 由於系統需求不同，GSM手機普遍較PHS手機重。目前日本市面上最輕的PHS手機僅60公克。,华东交通大学信息工程学院,6. 手機發射功率較低 PHS手機的發射功率僅是GSM手機的六十分之一，即使長期使用也不會有頭痛、目眩等使用GSM手機的後遺症。7. 移動速率可與GSM行動電話媲美 依照日本目前的技術，已經可以達到時速120公里之下，依然保持通話清晰，

23、因此一般的使用上是不會感受到移動速率的差別。當然啦，如果您一邊飆車一邊講電話。,华东交通大学信息工程学院,8. 遠距資料傳輸 在販賣機、儀表等裝置內設置PHS系統，透過基地台的連接，就可以將資料傳回公司或是負責單位，隨時掌握最新資料。9. 具定位功能 透過PHS基地台緊密的連結，每一隻在系統範圍的PHS手機都可以被精確的定位，當然手機也可以選擇不被找到 。10. 可傳音樂、圖檔及手繪圖形 在PHS系統高速數據傳輸（64kbps）的威力之下，即使傳輸圖形、自編鈴聲依舊一把罩。,华东交通大学信息工程学院,华东交通大学信息工程学院,四、PHS的趨勢,1.利用32Kbps的無線傳輸速度，與數位式蜂巢系

24、統電話相比，能夠以三倍的速度進行數據通訊，因此通過連結PDA和筆記型電腦，可以進行訊息交換，並成為一強力的商務工具。 2.因為能與無線PBX及區域網路相連結，縱使室內配置變更也不需要各種配線工程，且可在任何時間與在辦公室內活動的人互相通訊。作為無線電話以及作為前述的數據通訊之用途時，PHS可以提高事務處理的效率。 3.PHS適用於無線區域迴路，從區域交換)至各家庭鋪設的用戶迴路，即所謂的Last One Mile煩惱，即可由PHS-WLL獲得解決。,华东交通大学信息工程学院,4.PHS通話音質較有線電話佳，通話容量大，使應用此一技術之WLL成本較有線電話網更便宜，且可迅速安裝電話線，同時易於維

25、護和服務，其不僅有助於促進開發中國家的電話普及率，在已開發國家亦可作為第二電話網鋪設之應用，其有效性也深受世人所注目。 5.通過以上在固定網路利用PHS無線技術的觀念，辦公室內有區域網路、PBX相連結，各家庭和街道有WLL相連結，將使整個街區成為一個無縫式的通訊社區。今後隨著蜂巢系統電話與PHS同時使用功能開發的進展，一部電話機可以在高速移動與跨越都市和國家之間進行通訊。另一方面，由於開發中的64Kbps傳輸速度等無線技術的進一步提高，影像傳送的可能性也將成為事實，預計隨著PHS技術的使用，在世界的任何時間、任何地點與任何人進行通話、數據通訊及影像傳送之理想，將變得更加接近。,4G標準與世界各

26、國發展現況,华东交通大学信息工程学院,华东交通大学信息工程学院,何謂4G?,4G=第四代無線通訊網路 第四代無線通訊網路未來追求的目標 一個可以提供在高速移動度下能做高速數據傳輸的系統，在高移動速度下能達到100Mbps，在慢速移動(nomadic/local)狀態下最高能達到1Gbps。,华东交通大学信息工程学院,4G是指新世代寬頻無線通訊系統標準，可提供隨處存在的多媒體服務。廣義的來說就是將手機網路加上寬頻網路為主要的應用，透過各種無線通訊技術整合及互通，提供使用者無縫的無線網路環境，顯而易見這就是下一代4G無線通訊技術的藍圖，在現階段來說，4G會是手機網路加上寬頻網路兩大應用的結合。原本

27、在網路上的數據（data）資料，會應用到移動需求上，再加上原本手機上的語音（voice）資料，全部網路（IP）化；這就是我們所謂的4G，從硬體製造、電信營運、數位內容等商業模式都會結合在一起。,何謂4G?,华东交通大学信息工程学院,何謂4G?,4G是指新世代寬頻無線通訊系統標準，可提供隨處存在的多媒體服務 4G會是手機網路加上寬頻網路兩大應用的結合 原本手機上的語音（voice）資料，全部網路（IP）化,华东交通大学信息工程学院,4G在各國的發展,歐盟FP6(sixth framework program)及WWRF(wireless world research forum)等組織均已投入4

28、G規格需求與技術研發。 日本的NTT DoCoMo公司、韓國的ETRI、中國的FuTURE已規劃明確的4G研發藍圖，並共同成立聯盟，以打入國際標準為目標。,华东交通大学信息工程学院,其他和4G有關的標準組織,IEEE802標準802.11n/使用MIMO而有高傳輸率之WLAN -高傳輸線(100Mbps)、廣域涵蓋(100m) -低成本極低消耗電量、可與11a及11g互通,华东交通大学信息工程学院,其他和4G有關的標準組織,802.15/WPAN -802.15.3/UWB-高傳輸率之(大於20Mbps)之WPAN，低成本及低耗電量，及多媒體應用 -802.15.4/Zigbee-低傳輸率，可用數月至數年之電池，複雜度低。,华东交通大学信息工程学院,其他和4G有關的標準組