第4講遠(yuǎn)程通信技術(shù)

1、 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)2 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)3遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng)由各種無線和有線網(wǎng)絡(luò)組成，如下圖所示。其中遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)（長距離網(wǎng)絡(luò)），主要包括GPRS、3G等長距離無線通訊網(wǎng)絡(luò)及互聯(lián)網(wǎng)等有線網(wǎng)絡(luò)，是物聯(lián)網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。3 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)4遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 通過現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)絡(luò)、移動通信網(wǎng)絡(luò)或者未來NGN網(wǎng)絡(luò)(下一代網(wǎng)絡(luò))，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與計算。在傳輸

2、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)影響主要是帶動現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)升級以及下一代網(wǎng)絡(luò)開發(fā)。 物聯(lián)網(wǎng)傳感層，獲得的信息，將通過接入網(wǎng)絡(luò)層（如接入互聯(lián)網(wǎng)或3G網(wǎng)絡(luò)等遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)）進行信息傳輸，下圖是采用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)接入物聯(lián)網(wǎng)的一個結(jié)構(gòu)示意圖。4 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)5遠(yuǎn)程通信（Telecommunication）：源于希臘語“遠(yuǎn)程”（Greek tele，遙遠(yuǎn)的）和通信（communicate，共享）。指在連接的系統(tǒng)間，通過使用模擬或數(shù)字信號調(diào)制技術(shù)進行的聲音、數(shù)據(jù)、傳真、圖像、音頻、視頻和其它信息的電子傳輸。 數(shù)字通信相比模擬通信： 抗干擾能力強； 遠(yuǎn)距離傳輸仍能保持質(zhì)量； 適用于各種通信業(yè)務(wù)要求、便于

3、實現(xiàn)統(tǒng)一的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) 便于采用大規(guī)模集成電路 便于實現(xiàn)加密處理 便于實現(xiàn)通信網(wǎng)的計算機管理數(shù)模變換AD（抽樣、量化、編碼）與模數(shù)變換DA。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)6復(fù)用（Multiplexing）是通信技術(shù)中的基本概念。 信道A1A2B1B2C1C2信道信道(a) 不使用復(fù)用技術(shù)共享信道A1A2B1B2C1C2復(fù)用分用(b) 使用復(fù)用技術(shù) 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)7u頻分復(fù)用頻分復(fù)用 FDM(Frequency Division Multiplexing) 用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過程中自始至終都占用這個頻帶。 頻分

4、復(fù)用的所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源（頻率帶寬） 頻率時間頻率 1頻率 2頻率 3頻率 4頻率 5 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)8u波分復(fù)用波分復(fù)用 WDM(Wave Division Multiplexing) 波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。 1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 70 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 8

5、2.5 Gb/s1310 nm20 Gb/s復(fù)用器分用器EDFA120 km光調(diào)制器光解調(diào)器 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)9u時分復(fù)用時分復(fù)用 TDM(Time Division Multiplexing) 時分復(fù)用則是將時間劃分為一段段等長的時分復(fù)用幀（TDM 幀），每個用戶在每一個 TDM 幀中占用固定序號的時隙。 每個用戶所占用的時隙是周期性地出現(xiàn)（其周期就是 TDM 幀的長度）。 TDM 信號也稱為等時(isochronous)信號。 時分復(fù)用的所有用戶是在不同的時間占用同樣的頻帶寬度。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)10頻率時間B

6、 C DB C DB C DB C DAAAAA 在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)11頻率時間C DC DC DAAAABBBB C DB 在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)12頻率時間BDBDBDAAAA BCCCC DC 在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)13頻率時間B CB CB CAAAA

7、 B CDDDDD 在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)14ABCDaabbcdb cattttt4 個時分復(fù)用幀#1acbcd時分復(fù)用#2#3#4用戶 時分復(fù)用可能會造成線路資源的浪費：使用時分復(fù)用系統(tǒng)傳送計算機數(shù)據(jù)時，由于計算機數(shù)據(jù)傳送的突發(fā)性，用戶對分配到的子信道的利用率一般是不高的。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)15第一代移動通信：模擬語音 1928年，美國普度(Purdue University)大學(xué)的學(xué)生發(fā)明了超外差無線電接收機，隨后被美國底特律警察局利用并

8、建立了世界上第一個移動通信系統(tǒng)(車載無線電系統(tǒng))。 1946年，貝爾系統(tǒng)在圣路易斯建立起了第一個可用于汽車的電話系統(tǒng)。 西德、法國和英國分別于1950年、1956年和1959年完成了公用移動電話系統(tǒng)的研制?，F(xiàn)代移動通信： 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)16第一代移動通信：模擬語音20世紀(jì)60年代，美國開始使用中小容量的改進移動電話系統(tǒng)IMTS。IMTS有兩個頻率分別用于接收和發(fā)送功能。IMTS支持23個信道，頻率范圍為150450MHz。在一個大區(qū)域中只用一個基站覆蓋的設(shè)計被成為大區(qū)制。大區(qū)制有以下特點特點：基站覆蓋面積大發(fā)射功率大可用頻率帶寬有限，系統(tǒng)容量小適用于專

9、業(yè)網(wǎng)，不適合商用 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)17第一代移動通信：模擬語音1982年，為了解決大區(qū)制容量飽和的問題，美國貝爾實驗室發(fā)明了高級移動電話系統(tǒng)AMPS。AMPS提出了“小區(qū)制小區(qū)制”，“蜂窩單元蜂窩單元”的概念，是第一種真正意義上的“蜂窩移動通信系統(tǒng)蜂窩移動通信系統(tǒng)”，同時采用頻率復(fù)用（Frequency Division Multiplexing, FDM）技術(shù)，解決了公用移動通信系統(tǒng)所需要的大容量要求和頻譜資源限制的矛盾。100千米范圍之內(nèi)，IMTS每個頻率上只允許一個電話呼叫；AMPS以允許100個10千米的蜂窩單元，從而可以保證每個頻率上有1015

10、個電話呼叫。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)18系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 每一個蜂窩單元有一個基站負(fù)責(zé)接收該單元中電話的信息。 基站連接到移動電話交換局（Mobile Telephone Switching Office, MTSO）。 MTSO采用分層機制，一級MTSO負(fù)責(zé)與基站之間的直接通信；高級MTSO則負(fù)責(zé)低級MTSO之間的業(yè)務(wù)處理。移交：移交：當(dāng)電話在蜂窩單元之間移動的時候，基站之間會通信，從而交換控制權(quán)，避免信道分配不錯導(dǎo)致信號沖突?；緦τ陔娫捰脩艨刂茩?quán)的轉(zhuǎn)換也稱為“移交”。 “軟移交”：用戶通話保持連貫。 “硬移交”：老的基站需要停止用戶通話。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概

11、 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)19移動蜂窩區(qū)的理想形狀是正六邊形，每個小區(qū)包含一個基站BS，每個基站包含若干套收發(fā)機，其有效覆蓋范圍決定于發(fā)射功率、天線高度等因素，一般為幾千米。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)20第二代移動通信： 數(shù)字語音第二代移動通信技術(shù)：第二代移動通信技術(shù)：數(shù)字制式數(shù)字制式支持傳統(tǒng)語音通信、文字和多媒體短信支持一些無線應(yīng)用協(xié)議900/1800MHz GSM移動通信工作在900/1800MHz頻段無線接口采用TDMA技術(shù)，核心網(wǎng)移動性管理協(xié)議采用MAP協(xié)議800MHz CDMA移動通信工作在800MHz頻段，核心網(wǎng)移動性管理協(xié)議采用IS

12、-41協(xié)議無線接口采用窄帶碼分多址（CDMA）技術(shù) 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)21GSM系統(tǒng)GSM是一種蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，蜂窩單元按照半徑可以分為：宏蜂窩宏蜂窩：覆蓋面積最廣，基站通常在較高的位置，例如山峰微蜂窩微蜂窩：基站高度普遍低于平均建筑高度，適用于市區(qū)內(nèi)微微蜂窩微微蜂窩：室內(nèi)，影響范圍在幾十米以內(nèi)傘蜂窩傘蜂窩：填補蜂窩間的信號空白區(qū)域GSM后臺網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括以下模塊系統(tǒng)：基站系統(tǒng)基站系統(tǒng)，包括基站和相關(guān)控制器網(wǎng)絡(luò)和交換系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和交換系統(tǒng)，也稱為核心網(wǎng)，負(fù)責(zé)銜接各個部分GPRS核心網(wǎng)核心網(wǎng)，可用于基于報文的互聯(lián)網(wǎng)連接，為可選部分身份識別模塊身份識別模塊，也稱為SI

13、M卡，主要用于保存手機用戶數(shù)據(jù) 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)22CDMA系統(tǒng)CDMA在蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用容量在理論上可以達到AMPS容量的20倍。CDMA可以同時區(qū)分并分離多個同時傳輸?shù)男盘?。CDMA有以下特點特點：抗干擾性好抗多徑衰落保密安全性高容量質(zhì)量之間可以權(quán)衡取舍同頻率可在多個小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)23GSM移動通信移動通信GSM 數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)主要是由交換網(wǎng)路子系統(tǒng)（NSS）、無線基站子系統(tǒng)(BSS)和移動臺（MS）三大部分組成，如圖所示：23 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通

14、信技術(shù)24 CDMA（Code Division Multiple Access，CDMA）系統(tǒng)，是采用CDMA技術(shù)的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)，簡稱CDMA系統(tǒng)。它是在擴頻通信技術(shù)上發(fā)展起來的。由于擴頻技術(shù)具有抗干擾能力強、保密性能好的特點，20世紀(jì)80年代就在軍事通信領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。為了提高頻率利用率，在擴頻的基礎(chǔ)上，人們又提出了碼分多址的概念，利用不同的地址碼來區(qū)分無線信道。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)25 CDMA系統(tǒng)是以擴頻調(diào)制技術(shù)和碼分多址接入技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)，不同用戶傳輸?shù)男畔⑹强扛髯圆煌木幋a序列來區(qū)分的。信號在時間域和頻率域是重疊

15、的，用戶信號是靠各自不同的編碼序列Ci 來區(qū)分的。 tciOW 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)26 CDMA同時也是在FDMA和TDMA技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。與FDMA和TDMA相比，CDMA具有許多獨特的優(yōu)點，其中一部分是擴頻通信系統(tǒng)所固有的，另一部分則是由軟切換和功率控制等技術(shù)所帶來的。 CDMA移動通信網(wǎng)是由擴頻、多址接入、蜂窩組網(wǎng)和頻率再用等多種技術(shù)結(jié)合而成，因此它具有抗干擾性好、抗多徑衰落、保密安全性高和同頻率可在多個小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用等優(yōu)點，所要求的載干比(C/I)小于1，容量和質(zhì)量之間可做權(quán)衡取舍。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)

16、27系統(tǒng)容量大。設(shè)總頻帶為1.25MHz，F(xiàn)DMA(如AMPS)系統(tǒng)每小區(qū)的可用信道數(shù)為7，TDMA(GSM)系統(tǒng)每小區(qū)的可用信道數(shù)為12.5，CDMA(IS-95)系統(tǒng)每小區(qū)的可用信道數(shù)為120。同時，在CDMA系統(tǒng)中，還可以通過話音激活檢測技術(shù)進一步提高容量。理論上CDMA移動網(wǎng)容量比模擬網(wǎng)大20倍，實際要比模擬網(wǎng)大10倍，比GSM要大45倍。保密性好。在CDMA系統(tǒng)中采用了擴頻技術(shù)，可以使通信系統(tǒng)具有抗干擾、抗多徑傳播、隱蔽、保密的能力。軟切換。CDMA系統(tǒng)中可以實現(xiàn)軟切換。所謂軟切換，是指先與新基站建立好無線鏈路之后才斷開與原基站的無線鏈路。因此，軟切換中沒有通信中斷的現(xiàn)象，從而提高了

17、通信質(zhì)量。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)28軟容量。CDMA系統(tǒng)容量與載干比有關(guān)，當(dāng)用戶數(shù)增加時，僅僅會使通話質(zhì)量下降，而不會出現(xiàn)信道阻塞現(xiàn)象。因此，系統(tǒng)容量不是定值，而是可以變動的。因為在CDMA系統(tǒng)中，所有移動用戶都占用相同帶寬和頻率。我們可以將帶寬想像成一個大房子，所有的人將進入惟一的一個大房子。如果他們使用完全不同的語言，就可以清楚地聽到同伴的聲音，而只受到一些來自別人談話的干擾。 在這里，屋里的空氣可以被想像成寬帶的載波，而不同的語言即被當(dāng)作編碼，我們可以不斷地增加用戶，直到整個背景噪音限制住了我們。如果能控制住每個用戶的信號強度，在保持高質(zhì)量通話的同時，

18、我們就可以容納更多的用戶了。頻率規(guī)劃簡單。用戶按不同的序列碼區(qū)分，所以相同CDMA載波可在相鄰的小區(qū)內(nèi)使用，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃靈活，擴展簡單。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)29遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程29 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)30第三代移動通信：數(shù)字語音與數(shù)據(jù) 第三代移動通信（第三代移動通信（3G）可以提供所有2G的信息業(yè)務(wù)，同時保證更快的速度，以及更全面的業(yè)務(wù)內(nèi)容，如移動辦公，視頻流服務(wù)等。 3G的主要特征是可提供移動寬帶多媒體業(yè)務(wù)，包括高速移動環(huán)境下支持144Kbps速率，步行和慢速移動環(huán)境下支持384Kbps速率，室內(nèi)環(huán)境則應(yīng)達到2Mbps的

19、數(shù)據(jù)傳輸速率，同時保證高可靠服務(wù)質(zhì)量。 人們發(fā)現(xiàn)從2G直接跳躍到3G存在較大的難度，于是出現(xiàn)了一個2.5G（也有人稱后期2.5G為2.75G）的過渡階段。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)312G邁向3G的過渡產(chǎn)業(yè)HSCSDGSM網(wǎng)絡(luò)的升級版本透過多重時分并行傳輸，速率比GSM網(wǎng)絡(luò)快5倍動態(tài)提供不同的糾錯方式GPRS(通用分組無線業(yè)務(wù)通用分組無線業(yè)務(wù))基于傳統(tǒng)GSM的產(chǎn)物改造現(xiàn)有基站系統(tǒng)，利用GSM網(wǎng)絡(luò)中未使用的TDMA信道，速率可以達到114Kbps立即聯(lián)機EDGE俗稱2.75G，是GPRS到3G之間的過渡產(chǎn)業(yè)傳輸速率可以達到384Kbps主張利用現(xiàn)有的GSM資源 物

20、 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)32GPRS主要應(yīng)用領(lǐng)域主要應(yīng)用領(lǐng)域 GPRS主要的應(yīng)用領(lǐng)域可以是：E-mail電子郵件、WWW瀏覽、WAP業(yè)務(wù)、電子商務(wù)、信息查詢、遠(yuǎn)程監(jiān)控等。Local areanetworkServerRouterLocal areanetworkServerRouterCorporate 2Corporate 1Intra-PLMNbackbonenetwork(IP based)Serving GPRSSupport Node(SGSN)Gateway GPRSSupport Node(GGSN)GPRS INFRASTRUCTUREHLR/Au

21、CMSCBSCBTSPacketnetworkPSTNPacketnetworkSS7NetworkPacketnetworkDatanetwork(Internet)PacketnetworkInter-PLMNBackbonenetworkBorder Gateway (BG)GbGrGdGi.IPFirewallFirewallUmSMS-GMSCGrGdGsGsGpGnGnEIRMAP-FAGc 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)33IMT-2000 第三代移動通信系統(tǒng)最早于1985年由ITU TG8/1提出，最初名為FPLMTS（Future Public La

22、nd Mobile Telecommunication System），后在1996年更改為“IMT-2000”。 數(shù)字2000蘊含了三層含義： 希望該系統(tǒng)能在2000年全面應(yīng)用到市場； 希望3G能在2000MHz的頻率上運行； 希望可以3G保證2000KHz的帶寬。 1999年，IMT-2000無線接口技術(shù)規(guī)范建議被通過。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)343G無線接口標(biāo)準(zhǔn)傳統(tǒng)的窄帶TDMA技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足3G系統(tǒng)的高帶寬要求，而CDMA的編碼方式才是現(xiàn)行3G通信標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。圖中關(guān)于CDMA技術(shù)的3個標(biāo)準(zhǔn)分別是：IMT-DS，對應(yīng)于W-CDMAIMT-MC，對應(yīng)于C

23、DMA2000IMT-TD，對應(yīng)于TD-SCDMA和UTRA-TDD 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)35第一代移動通信系統(tǒng)：采用FDMA方式的模擬移動蜂窩系統(tǒng)，由于其系統(tǒng)容量小，不能滿足移動通信業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，目前已逐步被淘汰。第二代移動通信系統(tǒng)：采用TDMA或窄帶CDMA方式的數(shù)字移動蜂窩系統(tǒng)， 它是目前世界各國所廣泛采用的移動通信系統(tǒng)，系統(tǒng)在容量、通信質(zhì)量、功能等方面比第一代移動通信系統(tǒng)有了很大提高。第三代移動通信系統(tǒng)：它包括地面系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng)，移動終端既可以連接到地面的網(wǎng)絡(luò)，也可以連接到衛(wèi)星的網(wǎng)絡(luò)。第三代移動通信系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)是將衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面移動通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合

24、，形成一個全球無縫覆蓋的立體通信網(wǎng)絡(luò)，以滿足城市和偏遠(yuǎn)地區(qū)不同密度用戶的通信要求，支持話音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)，實現(xiàn)人類個人通信的愿望。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)36第二代移動通信系統(tǒng)一般為區(qū)域或國家標(biāo)準(zhǔn)，而第三代移動通信系統(tǒng)是一個在全球范圍內(nèi)覆蓋和使用的系統(tǒng)。它使用共同的頻段，全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)或兼容標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)全球無縫漫游。具有支持多媒體業(yè)務(wù)的能力，特別是支持Internet業(yè)務(wù)?，F(xiàn)有的移動通信系統(tǒng)主要以提供話音業(yè)務(wù)為主，隨著發(fā)展一般也僅能提供100200kb/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，GSM演進到最高階段的速率能力為384kb/s。而第三代移動通信的業(yè)務(wù)能力比第二代有明顯的改進

25、。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)37便于過渡、演進。由于第三代移動通信引入時， 第二代網(wǎng)絡(luò)已具有相當(dāng)規(guī)模，所以第三代的網(wǎng)絡(luò)一定要能在第二代網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上逐漸靈活演進而成，并應(yīng)與固定網(wǎng)兼容。支持非對稱傳輸模式。由于新的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)， 比如WWW瀏覽等具有非對稱特性，上行傳輸速率往往只需要幾kB/s，而下行傳輸速率可能需要幾百kB/s ，甚至上MB/s才能滿足需要。更高的頻譜效率。通過相干檢測、Rake接收、軟切換、智能天線、快速精確的功率控制等新技術(shù)的應(yīng)用，有效提高了系統(tǒng)的頻譜效率和服務(wù)質(zhì)量。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)383G通信技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)3

26、G發(fā)展歷程回顧：發(fā)展歷程回顧：1985年FPLTMS概念被提出。1991年國際電聯(lián)正式成立TG8/1任務(wù)組，專門負(fù)責(zé)FPLTMS的標(biāo)準(zhǔn)定制工作。1996年FPLTMS更名為IMT-2000。1997年ITU向各國發(fā)出通函，要求各國在1998年6月之前提交關(guān)于IMT-2000無線接口技術(shù)的候選方案，一共收到15份有關(guān)3G接口的技術(shù)方案，其中包括我國自主研究制定的TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)。2000年5月，國際電聯(lián)正式公布了第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)，CDMA技術(shù)以其特有的優(yōu)勢為眾多標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。我國采用的三種3G標(biāo)準(zhǔn)分別是TD-SCDMA，W-CDMA和CDMA2000。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通

27、信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)39TD-SCDMA (時分同步碼分多址接入)中國移動TDSCDMA（ Time Division Synchronous Code Division Multiple Access ）相比于W-CDMA和CDMA2000起步較晚，1998年6月由原郵電部電信科學(xué)技術(shù)研究院向ITU提出。TD-SCDMA將眾多技術(shù)融合：SCDMACDMA和軟件無線電同步TDMA，F(xiàn)DMATD分為：TD-SCDMA：提供話音和視頻電話等最高下行頻率為384Kb/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)TD-HSDPA：數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增強技術(shù)，可提供2.8Mb/s的下行速率 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)

28、40TD-CDMA解決的移動通信問題呼吸效應(yīng)：呼吸效應(yīng)：在CDMA系統(tǒng)中，基站的實際有效覆蓋面積會隨著干擾信號的增強而縮小，反之則會增大。這種覆蓋面積隨用戶數(shù)目的增加而收縮的現(xiàn)象為“呼吸效應(yīng)”。干擾信號同移動用戶的數(shù)目是密切相關(guān)的；導(dǎo)致“呼吸效應(yīng)”的主要原因是CDMA系統(tǒng)是一個自干擾系統(tǒng)；CDMA2000和W-CDMA屬于同頻自干擾系統(tǒng)，鄰近用戶間自干擾現(xiàn)象明顯，從而降低了實際傳輸速率。TD-SCDMA利用低帶寬的FDMA和TDMA限制了系統(tǒng)的最大干擾；在單時隙中應(yīng)用CDMA技術(shù)提高系統(tǒng)容量；利用聯(lián)合檢測和SDMA技術(shù)對客戶終端的信號跟蹤；充分利用下行信號能量，最大程度上抑制了客戶之間的干擾。

29、TD-SCDMA系統(tǒng)不再是一個自干擾系統(tǒng)，“呼吸效應(yīng)”基本被消除。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)41TD-CDMA解決的移動通信問題（續(xù)）“遠(yuǎn)近效應(yīng)遠(yuǎn)近效應(yīng)”：移動通信干擾的另一問題。手機用戶到基站的距離不斷變化；固定的通信功率不僅會造成嚴(yán)重的功率過剩，且可能形成有害的電磁輻射。如何解決？如何解決？動態(tài)調(diào)控功率：手機終端依據(jù)自己到基站的通信距離動態(tài)的調(diào)整自己的傳輸功率，從而盡可能的減少過剩，且依然保證可連通性。TD-SCDMA采用動態(tài)信道分配的方式，即根據(jù)用戶的需求進行實時的動態(tài)資源分配，包括頻率，時隙和碼字等。動態(tài)信道分配不僅提高了信道資源的利用率，且增強了對于網(wǎng)

30、絡(luò)中負(fù)載和干擾變化的適應(yīng)能力。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)42W-CDMA (寬帶碼分多址)中國聯(lián)通W-CDMA（ Wideband Code Division Multiple Access ）是由愛立信公司提出，3GPP具體制定的基于GSM MAP核心網(wǎng)，UTRAN為無線接口的3G系統(tǒng)。第一個商用W-CDMA網(wǎng)絡(luò)由日本NTT DoCoMo于2001年推出，也是世界上第一個3G移動電話服務(wù)。中國聯(lián)通于2009年在中國大陸提供W-CDMA服務(wù)，并開始提供HSDPA服務(wù)（在部分地區(qū)還提供HSUPA服務(wù)）。中國香港移動運營商SUNDAY等也都已經(jīng)架構(gòu)了W-CDMA商用

31、網(wǎng)絡(luò)。中國臺灣地區(qū)3G服務(wù)從2005年開始，其中中華電信、臺灣大哥大、遠(yuǎn)傳電信等都使用W-CDMA系統(tǒng)。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)43W-CDMA技術(shù)介紹上行技術(shù)參數(shù)主要基于歐洲FMA2方案。下行技術(shù)參數(shù)主要基于日本ARIB W-CDMA方案。W-CDMA技術(shù)主要包括FDD和TDD：FDD：工作在覆蓋面積較大的范圍內(nèi)，可以在兩個對稱頻率信道上進行接收和傳送工作TDD：側(cè)重于業(yè)務(wù)繁重的小范圍內(nèi)W-CDMA定義了3條可利用的公共控制信道及2條專用信道：廣播公共控制信道（BCCH），尋呼信道（PCH），前向接入信道（FACH）主專用控制信道（SDCCH），輔助專用控制

32、信道 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)44CDMA2000 (多載波分復(fù)用擴頻調(diào)制)中國電信CDMA2000也稱為CDMA Multi-Carrier,由美國高通北美公司為主導(dǎo)提出。W-CDMA和TD-SCDMA是由標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP制定，CDMA2000則是由標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP2制定。CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)推進路線： 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)45CDMA2000技術(shù)介紹CDMA2000 1x：即1x 或者 1xRTT， 是3G CDMA2000技術(shù)的核心。標(biāo)志1x 指使用一對1.25MHz無線電信道的CDMA2000無線技術(shù)。CDMA2000

33、 1xRTT：CDMA2000 1xRTT（RTT 無線電傳輸技術(shù)）是CDMA2000一個基礎(chǔ)層。通常被認(rèn)為是2.5G技術(shù)，因其傳輸速率不及其他3G技術(shù)。支持最高144kbps數(shù)據(jù)速率。CDMA2000 1xEV：CDMA2000 1x 附加高數(shù)據(jù)速率（HDR）能力。CDMA2000 1xEV 第一階段（CDMA2000 1xEV-DO）支持下行數(shù)據(jù)速率最高3.1Mbps，上行速率最高1.8Mbps。CDMA2000 1xEV 第二階段（CDMA2000 1xEV-DV）還能支持1x語音用戶，1xRTT數(shù)據(jù)用戶和高速1xEV-DV數(shù)據(jù)用戶使用同一信道。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信

34、技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)46三種3G標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)差別 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)47 另外還有一種3G標(biāo)準(zhǔn)，其實嚴(yán)格上來說應(yīng)該算4G技術(shù)，但未了獲得國際電信聯(lián)盟的支持，才自降身價，稱自己為3G技術(shù) WiMAX WiMAX的全名是微波存取全球互通(WorldwideInteroperabilityfor Microwave Access)，又稱為802.16無線城域網(wǎng)，是又一種為企業(yè)和家庭用戶提供“最后一英里”的寬帶無線連接方案。將此技術(shù)與需要授權(quán)或免授權(quán)的微波設(shè)備相結(jié)合之后，由于成本較低，將擴大寬帶無線市場，改善企業(yè)與服務(wù)供應(yīng)商的認(rèn)知度。2007年10月19日，國際電信

35、聯(lián)盟在日內(nèi)瓦舉行的無線通信全體會議上，經(jīng)過多數(shù)國家投票通過，WiMAX正式被批準(zhǔn)成為繼WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA之后的第四個全球3G標(biāo)準(zhǔn)。WiMAX技術(shù) 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)484G無線通信技術(shù)無線通信技術(shù) 4G其實就是the forth generation（準(zhǔn)第四代）。它代表了一個時代，我們的無線通信技術(shù)從3G到4G的跨越，可以理解為從二十世紀(jì)跨越到二十一世紀(jì)，它并不代表著一項技術(shù)。 到目前為止人們還無法對4G通信進行精確地定義，4G通信將是一個比3G通信更完美的新無線世界，4G最大的數(shù)據(jù)傳輸速率超過100Mbit/s，這個速率是目前

36、移動電話數(shù)據(jù)傳輸速率的1萬倍，也是3G移動電話速率的50倍。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)494G無線通信技術(shù)無線通信技術(shù) 4G通信技術(shù)并沒有脫離以前的通信技術(shù)，而是以傳統(tǒng)通信技術(shù)為基礎(chǔ)，并利用了一些新的通信技術(shù)，來不斷提高無線通信的網(wǎng)絡(luò)效率和功能的。 4G通信技術(shù)將是繼第三代以后的又一次無線通信技術(shù)演進，其開發(fā)更加具有明確的目標(biāo)性：提高移動裝置無線訪問互聯(lián)網(wǎng)的速度。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)504G無線通信技術(shù)無線通信技術(shù)1、通信速度更快：第四代移動通信系統(tǒng)可以達到10Mbps至20Mbps，甚至最高可以達到每秒高達100Mbps速

37、度傳輸無線信息，這種速度將相當(dāng)于目前手機的傳輸速度的1萬倍左右。 2、網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬 要想使4G通信達到100Mbps的傳輸，通信營運商必須在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，進行大幅度的改造和研究，以便使4G網(wǎng)絡(luò)在通信帶寬上比3G網(wǎng)絡(luò)的蜂窩系統(tǒng)的帶寬高出許多。相當(dāng)于W-CDMA 3G網(wǎng)路的20倍。 3、通信更加靈活：未來的4G通信將使我們可以隨時隨地通信，可以雙向下載傳遞資料、圖畫、影像。 4、智能性能更高：第四代移動通信的智能性更高，不僅表現(xiàn)在4G通信的終端設(shè)備的設(shè)計和操作具有智能化，更重要的4G手機可以實現(xiàn)許多難以想象的功能。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)515、兼容性能更

38、平滑：未來的第四代移動通信系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備全球漫游，接口開放，能跟多種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，終端多樣化以及能從第二代平穩(wěn)過渡等特點。 6、提供各種增殖服務(wù)： 7、實現(xiàn)更高質(zhì)量的多媒體通信：。 8、頻率使用效率更高：。 9、通信費用更加便宜：在建設(shè)4G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時，通信營運商們將考慮直接在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施之上，采用逐步引入的方法，這樣就能夠有效地降低運行者和用戶的費用。據(jù)研究人員宣稱，4G通信的無線即時連接等某些服務(wù)費用將比3G通信更加便宜。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)52LTE FDD與與LTE TDD 4G具備一個非常重要的優(yōu)勢，即LTE是一個全球通用標(biāo)準(zhǔn)。LTE支持兩

39、種雙工模式，分別為針對成對頻譜的LTE FDD和非成對頻譜的LTE TDD。兩個雙工模式間只有非常小的必要差異。 主要區(qū)別就在于采用不同的雙工方式，頻分雙工(FDD) 和時分雙工(TDD) 是兩種不同的雙工方式。 FDD是在分離的兩個對稱頻率信道上進行接收和發(fā)送，用保護頻段來分離接收和發(fā)送信道。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)53 FDD必須采用成對的頻率，依靠頻率來區(qū)分上下行鏈路，其單方向的資源在時間上是連續(xù)的。FDD在支持對稱業(yè)務(wù)時，能充分利用上下行的頻譜，但在支持非對稱業(yè)務(wù)時，頻譜利用率將大大降低。 TDD用時間來分離接收和發(fā)送信道。在TDD方式的移動通信系統(tǒng)中

40、, 接收和發(fā)送使用同一頻率載波的不同時隙作為信道的承載, 其單方向的資源在時間上是不連續(xù)的，時間資源在兩個方向上進行了分配。某個時間段由基站發(fā)送信號給移動臺，另外的時間由移動臺發(fā)送信號給基站，基站和移動臺之間必須協(xié)同一致才能順利工作。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)54 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)55 為了建立起上行和下行的通道，F(xiàn)DD通過頻率來分割，在兩個對稱頻率上，一個管下載，一個管上傳。就好像是雙車道，兩個方向的汽車互不干擾，暢通無阻。 TDD采用另一種方式。它只用一個頻率，既負(fù)責(zé)上傳，又負(fù)責(zé)下載。好處是比FDD省了一個頻率占用，資

41、源利用率更高（實際上TDD為了避免干擾，需要預(yù)留較大保護帶，也會消耗一些資源）。因為是“單行道”上跑雙向“車流”，TDD只能通過時間來控制交通（時分雙工），一會讓下載的流量通過，一會又讓上傳的流量通過。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)565G移動通信技術(shù)移動通信技術(shù) 2013年2月，工信部與科技部、發(fā)改委聯(lián)合支持成立了IMT-2020（5G）推進組，以此為平臺，集中產(chǎn)業(yè)研用優(yōu)勢單位聯(lián)合開展研發(fā)和國際標(biāo)準(zhǔn)推進工作。IMT-2020（5G）推進組已經(jīng)在需求愿景、關(guān)鍵技術(shù)等方面取得了積極的進展。 2014年11月16日消息，來自工信部消息，中國已在5G關(guān)鍵技術(shù)等方面取得了積

42、極的進展，主管部門已投入了約3億元，先期啟動了國家863計劃第五代移動通信系統(tǒng)重大研發(fā)項目。 在今年年初的全國科技工作會議上，5G被列為今年重點突破的核心關(guān)鍵技術(shù)之首。目前，5G的第一階段和第二階段目標(biāo)均已達成，包括密集網(wǎng)絡(luò)部署、多天線陣列技術(shù)、用戶速率、發(fā)射功率、頻譜效率、能耗效率等與4G相比具有大幅度提升。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)57 目前研究顯示，5G速率為4G的10倍至100倍，可達10GB/S。愛立信研究院院長Sara Mazur接受通信生活報（微信：maoqiying2008）采訪時表示，與4G網(wǎng)絡(luò)相比，5G網(wǎng)絡(luò)不僅傳輸速率更高，而且在傳輸中呈現(xiàn)出

43、低時延、高可靠、低功耗的特點，低功耗能更好地支持物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用（智慧醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)等）。5G能使人與人之間實現(xiàn)無縫連接，還將進一步加強“人與物”、“物與物”之間高速連接（智能穿戴等）。究竟哪一個會成為5G殺手級別應(yīng)用，很可能不只是一個，只要是能夠讓人們的生活變得更有效率，更安全，或者讓我們對世界體驗更豐富，都有可能。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)585G全球化進展全球化進展 1、2012年5月，國際電聯(lián)ITU決定開展IMT-2020(5G)愿景建議書起草工作。按照規(guī)劃，5G的標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)計在2016年啟動。韓國已經(jīng)計劃2018年在平昌冬奧會期間開展5G試運行，并決定在2020

44、年推出全面的5G商用服務(wù)。 2、歐洲聯(lián)盟在2012年成立由愛立信主導(dǎo)的5G研發(fā)機構(gòu)METIS (Mobile and Wireless Communications Enablers for the Twenty-Twenty (2020年) Information Society)，先期投資2700萬歐元，包含29個機構(gòu)成員；根據(jù)計劃，METIS第一階段在2012-2015年，主要是探索5G新架構(gòu)、基本原理和系統(tǒng)概念，2016-2018年進行第二階段，主要是系統(tǒng)優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)試驗，第三階段是2018-2020年，進行試商用。預(yù)計在2020年全面進行5G商用。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八

45、章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)59 3、華為已宣布，其已在包括加拿大、英國等地為5G投入200多位研發(fā)人員，并將在未來5年內(nèi)為此繼續(xù)投資6億美元；中興通訊2013年成立公司級5G團隊，投入國內(nèi)/國際的標(biāo)準(zhǔn)、預(yù)研、產(chǎn)品化等各團隊聯(lián)合進行5G研究。 4、2014年6月，Google收購5G技術(shù)創(chuàng)業(yè)公司Alpental登上各地網(wǎng)站頭條。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)60 衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電波，在兩個或多個地球站之間進行的通信。 衛(wèi)星通信實質(zhì)是微波中繼技術(shù)和空間技術(shù)的結(jié)合。衛(wèi)星通信系統(tǒng)由空間分系統(tǒng)、地球站群、跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)和監(jiān)控管理分系統(tǒng)組成。其中有的直接用來進行通信，有的用來保障通信的進行。 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 論第八章第八章 遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)61跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)跟蹤遙測指令站監(jiān)控分系統(tǒng)空間分系統(tǒng)地球站分系統(tǒng)技術(shù)控制中 心監(jiān)控站衛(wèi)星網(wǎng)管理中