1、移动通信课程设计移动通信技术课程设计设计题目： 移动通信系统发展及其业务能力的探索班 级： 姓 名： 指导教师： 七、答辩记录：答辩意见及答辩成绩答辩小组教师（签字）： 年 月 日课题移动通信系统发展及其业务能力的探索设计任务1.通过市场调研（含手机市场、运营商、Internet上的其它资源）了解GSM、CDMA、3G手机终端的外形、功能、业务、辐射等，结合所学知识，了解手机终端的构造原理以及信号的处理流程，并作比较和总结阐述；2.了解从2G到3G以及LTE-Advanced的技术演进路线、网络结构变化等，并作分析比较；3.查阅文献资料，总结并阐述移动通信增值业务的发展历程、市场情况、以及增值
2、业务发展的驱动力；4.了解并总结阐述移动增值业务提供的体系结构；了解并总结移动通信增值业务的典型行业应用以及发展的主要方向；根据自己对移动通信业务的理解，提出若干你认为可行的增值业务；5.完成课程设计论文。摘 要 - 1 -Abstract - 2 -1 GSM,CDMA,3G手机 - 3 -1.1 GSM手机 - 3 -1.2 CDMA手机 - 3 -1.2.1 关于GSM和CDMA手机的辐射问题 - 4 -1.2.2手机安全辐射标准与手机发射功率 - 5 -1.3 3G手机 - 6 -1.4 手机结构和原理 - 6 -2 移动通信技术演进 - 8 -2.1第二代移动通信技术 - 8 -2.
3、1.1 概述 - 8 -2.1.2 第二代移动通信技术-GSM - 8 -2.1.3第二代移动通信技术-CDMA - 9 -2.2 2G向3G的过渡 - 9 -2.2.1 基于GSM的演进 - 9 -2.2.2 基于CDMA的演进 - 10 -2.3 第三代移动通信系统(3G) - 10 -2.3.1 概述 - 10 -2.3.2 3G主要技术标准 - 11 -2.4 现有3G技术向LTE演进的路线 - 15 -2.4.1 概述 - 15 -2.5 LTE- advanced - 16 -2.5.1 概述 - 16 -2.5.2 LTE-Advanced的演进目标 - 17 -3 移动通信增值
4、业务 - 18 -3.1 移动通信增值业务概述 - 18 -3.1.1移动通信增值业务定义 - 18 -3.1.2 移动通信增值业务的分类 - 18 -3.2 移动通信增值业务发展历程 - 20 -3.2.1全球移动通信增值业务发展历程 - 20 -3.2.2我国移动通信增值业务发展历程 - 20 -3.2.3中国移动通信增值业务现状 - 23 -3.3 移动通信增值业务市场分析 - 23 -3.4 移动通信增值业务发展驱动力分析 - 26 -4 移动增值业务体系结构及经典行业应用 - 28 -4.1 移动增值业务提供的体系结构 - 28 -4.2 移动增值业务的应用领域 - 30 -4.2.
5、1移动增值服务市场发展特点 - 30 -4.2.2物流行业应用 - 31 -4.3 移动增值业务发展方向 - 31 -4.3.1基于移动通信网络的传统增值业务 - 31 -4.3.2不使用移动通信网络的移动增值业务 - 33 -4.4 未来的移动业务的展望增值业务 - 34 -5 总结 - 35 -参考文献 - 36 - 摘要回顾移动通信的发展历程，可以看出，移动通信业务从单一的话音业务发展到话音、数据等多种业务，再到话音、数据、视频、多媒体、移动互联网等业务；随着计算机、微电子、互联网等科学技术的快速进步，移动通信设备从模拟发展到全数字化；移动通信核心网络从电路交换、分组交换发展到正在向全I
6、P网络演进，同时正向实现不同接入技术之间互联和网络融合的方向发展。本文介绍了移动通信系统的发展及业务能力的进步。关键词：GSM；CDMA；3G；LTE-Advanced；增值业务 AbstractReview the development process of mobile communications, we can see, mobile communications from a single voice business to voice, data and others, to voice, data, video, multimedia, mobile Internet and
7、others.With computers, microelectronics , the Internet and other rapid progress of science and technology, the mobile communication equipment develop from analog to all digital. Mobile communication core network from circuit switching, packet switching is being developed to evolve to all-IP network,
8、 while achieving a positive interconnection between different access technologies and network convergence direction. This article describes the development of mobile communications systems and operational capacity of the progress.Keywords: GSM；CDMA；3G；LTE-Advanced；Value added1 GSM,CDMA,3G手机1.1 GSM手机
9、目前，手机制式主要包括GSM、CDMA、3G三种，手机自问世至今，经历了第一代模拟制式手机（1G）、第二代GSM、TDMA等数字手机（2G）、第2.5代移动通信技术CDMA和第三代移动通信技术3G。 GSM数字网:GSM(Global System For Mobile Communication)网即全球移动通信系统，又称 “全球通”，很多公司参与了标准的制定工作。 GSM采用的是数字调制技术，其关键技术之一是时分多址(每个用户在某一时隙上选用载频且只能在特 定时间下收信息)，GSM系统有几项重要特点：防盗能力佳、网络容量大、资源丰富、通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机
10、耗电量底等。因此其话音清晰，容易，能提供的数据传输服务较多。GSM网能支持的用户数量为模拟网的1.8-2倍。 GPRS：GPRS是General Packet Radio Service的英文简称，中文为通用无线分组业务，是一种基于 GSM系统的无线分组网络，提供端到端的、广域的无线IP连接。相对原来GSM的拨号方式的电路交换数据传送方式，GPRS是分组交换技术，具有“实时在线”、“按量计费”、“快捷登录”、 “高速传输”、“自如切换”的优点。 图1.1 GSM手机 lenovo E268D1.2 CDMA手机CDMA手机即采用了CDMA技术的手机。CDMA (Code Division Mu
11、ltiple Access) 又称码分多址，是在无线通讯上使用的技术，CDMA允许所有使用者同时使用全部频带(1.2288Mhz)，且把其他使用者发出讯号视为杂讯，完全不必考虑到讯号碰撞。CDMA中所提供语音编码技术，通话品质比目前GSM好，可把用户对话时周围环境噪音降低，使通话更清晰。就安全性能而言，CDMA不但有良好认证体制，更因其传输特性，用码来区分用户，防盗听能力大大增强。 Wideband CDMA(WCDMA)宽带码分多址传输技术，为IMT-2000重要基础技术，将是第三代数字无线通信系统标准之一。图1.2 CDMA手机华为C28291.2.1 关于GSM和CDMA手机的辐射问题众
12、所周知，由于CDMA (IS-95) 系统中采用快速的反向功率控制、软切换、语音激活等技术，以及IS-95 规对手机最大发射功率的限制，使CDMA 手机在通信过程中辐射功率很小而享有绿色手机的美誉。但最近有一些报导对绿色手机提出了质疑，认为GSM 手机与CDMA 手机辐射相当，其基本观点是GSM 手机只有八分之一的时间产生辐射，因此GSM 手机与CDMA 手机的SAR 值 (人体单位质量吸收的射频功率) 大体相当。1）CDMA 和GSM 系统对手机发射功率要求比较目前普遍使用的GSM 手机900MHz 频段最大发射功率为2W (33dBm)，1800MHz 频段最大发射功率为1W(30dBm)
13、，同时规要求，对于GSM900 和1800 频段，通信过程中手机最小发功率分别不能低于5dBm 和0dBm。CDMA IS-95A 规对手机最大发射功率要求为0.2W1W(23dBm30dBm)，目前网络实际上允许手机的最大发射功率为23dBm (0.2W)，规对CDMA 手机最小发射功率没有要求。在实际通信过程中，在某个时刻某个地点，手机的实际发射功率取决于环境，系统对通信质量的要求,语音激活等诸多因素, 实际上就是取决于系统的链路预算。在通常的网络设计和规划中, 对于基本相同的误帧率要求, GSM系统要求到达基站的手机信号的载干比通常为9dB 左右，由于CDMA 系统采用扩频技术, 扩频增
14、益对全速率编码的增益为21dB, (对其他低速率编码的增益更大), 所以对解扩前信号的等效载干比的要求小于 -14dB! (CDMA 系统通常要解扩后信号的值为7dB 左右)。手机与系统的通信可分为两个阶段，一是接入阶段，二是话务通信阶段。对于GSM系统，手机在随机接入阶段没有进入专用模式以前，是没有功率控制的，为保证接入成功，手机以系统允许的最大功率发射 (通常是手机的最大发射功率)。在分配专用信道(SDCCH 或TCH)后，手机会根据基站的指令调整手机的发射功率，调整的步长通常为2dB。调整的频率为60ms 一次。对于CDMA 系统，在随机接入状态下，手机会根据接收到的基站信号电平估计一个
15、较小的值作为手机的初始发射功率, 发送第一个Access Probe，如果在规定的时间没有得到基站的应答信息，手机会加大发射功率，发送第二个Access Probe，如果在规定时间还没有得到基站的应答信息，手机会再加大发射功率。这个过程重复下去，直到收到基站的应答或者到达设定的最多尝试次数为止。在通话状态下，每1.25ms 基站会向手机发送一个功率控制命令信息，命令手机增大或减少发射功率,步长为1dB。可以看出， CDMA系统对手机的发射功率的要求比GSM 系统对手机发射功的要求要小得多。而GSM手机在接入过程中以最大的功率发射，在通话过程中功率控制速度较慢，所以手机以大功率发射的机率较大。而
16、CDMA 手机独特的随机接入机制和快速的反向功率控制，可以使手机平均发射功率维持在一个较低的水平。1.2.2手机安全辐射标准与手机发射功率手机辐射对人体的影响尚在不断的观察与研究之中, 国外有大量相互矛盾的研究报告, 目前尚未有全面的科学的结论。目前国际上普遍采用的标准是SAR 值(SPECIFIC ABSORPTION RATE)，它指的是人体单位质量吸收的射频功率。由于手机在通话时靠近人的脑部(不带耳机)，手机辐射天线与人脑的距离通常小于15cm。人脑处于天线辐射的近场，由于人体组织结构的复杂性，理论上计算天线辐射功率与人体场强分布的关系非常困难。但根据电磁场理论，在天线结构以及手机和人体
17、相对位置一定的情况下，天线输出功率越大，在人体形成的电场强度越高，人体吸收的射频辐射功率越大。目前测量SAR 值一个重要方法是使用人体组织等效模型，利用探头来测量受射频辐射的人体的实际场强值。对SAR 要求较严的是FCC 标准，对30MHz-15GHz 频段推荐了两类辐射标准：a. 受控制的辐射极限：0.4mw/g(人体平均值)，峰值8mw/g(对任何1 克人体组织平均)，平均时间6 分钟；b. 非控制的辐射极限:0.08mw/g(人体平均值), 峰值1.6mw/g(对任何1 克人体组织平均)，平均时间30分钟。1.33G手机3G手机通俗地说就是指第三代（The Third Generatio
18、n）手机。具备强大功能的基础是3G手机极高的数据传输速度，目前的GSM移动通信网的传输速度为每秒96KB，而第三代手机最终可能达到的数据传输速度将高达每秒2MB。而为此做支撑的则是互联网技术充分糅合到3G手机系统中，其中最重要的就是数据打包技术。3G手机支持高质量的话音，分组数据，多媒体业务和多用户速率通讯，将大大扩展手机通讯的涵。 图1.3 CDMA2000 明星手机 摩托罗拉 XT8001.4手机结构和原理 1.4.1 手机的结构一部手机从结构上来看，大致上可以分为发射机、接收机、控制部分、人机界面及电源系统。1) 控制部分控制部分需要完成对整个系统的控制功能,它包含了将解调制后的信号转化
19、为音频输出，将音频经受话器（MIC）输入并送至发射调制器；也包含了一个中央处理器；并为人机接口电路接供接口，当然它还包括有自己的存储器，用于存储手机的系统及字库等数据。人机接口用于提供基本的输入输出功能，如显示屏、键盘等。电源系统则为整个手机的各个电路供电。2)接收机的电路结构手机接收到的射频信号很弱，需要对其进行放大才能使用。手机的接收机部分的功能大致上可以归纳为：首先，天线收到的信号经过射频滤波和低噪声放大器后送至混频电路；混频电路将接收到的高频信号转换为中频信号，中频信号经中频滤波、中频放大后，进行I/Q解调制，最后得到67.707KHz的I/Q信号。这个信号将送到控制部分做处理。控制部
20、分对I/Q信号做的处理主要有：GMSK解调制、去分间插入、解密、信道解码，最后经PCM解码还原为音频信号输出。 3). 反射机的电路结构反射机的电路功能则基本与接收机相反。首先受话器（MIC）将语音转化为模拟电信号，这些电信号经过PCM编码后变成数字语音信号。然后在控制部分电路中会经过数字音频处理，如：信道编码、均衡、加密以及I/Q分离等，最后得到I/Q信号。I/Q信号在反射机的中频电路中经过I/Q信号调制，将I/Q信号调制在一个中频的信号上，中频信号经过频率变换回路，得到一个包含发送数据的直流脉冲信号，这个信号经调制得到最终发射信号。发射信号通过功率放大后经天线发出。4). I/Q信号I/Q
21、信号就是控制部分从射频部分接收到的或者是由控制部分向射频部分发送的基带信号，频率是67.707KHz。在控制部分需要对I/Q信号完成GMSK调制解调、加解密、信道编码解码等功能，也就是完成“基带处理”的功能。5). GSM模块由于基带处理部分及射频回路的复杂性，不太适合一般的开发人员，故使用GSM模块开发手机项目会很大程度降低手机开发的难度。因为一个GSM模块其实已经完成了手机中射频部分电路的功能、基带处理部分的功能，它有自己的CPU、操作系统。开发人员只要通过AT指令，用串口与GSM模块上的系统通讯，告诉GSM模块要干什么就好了。图1.4 手机的结构2 移动通信技术演进2.1第二代移动通信技
22、术2.1.1 概述随着移动用户的急剧增长，第一代模拟移动通信的缺点也越来越多的暴露出来，主要缺点可以概括为三个：第一是频率利用率不高，用户受到极大的限制，不能满足大城市快速增长的密度容量的要求；第二是个各系统技术体制杂乱，不能实现各网间和国际间的漫游服务；第三是业务单一，不能满足数据等新业务的需求。为此，从20世纪80年代中期，各国相继推出了第二代蜂窝移动通信系统标准。第二代蜂窝移动通信系统的业务主要集中在语音和低速电路型数据业务上，它的出现极大推动了移动通信的发展，使移动用户出现了爆炸式的增长。下面分别介绍我国的第二代两大数字移动通信系统：GSM和CDMA IS-95。2.1.2 第二代移动
23、通信技术-GSM1）GSM系统的主要特点微蜂窝小区结构数字化技术-语音信号数字化新的调制方式-GMSK、QPSKFDMA/TDMA等频谱利用率高，系统容量大便于实现通信安全2）GSM系统的主要技术（1）TDMA时分多址技术 TDMA时分多址是在一个较宽的载波上把时间分成周期性的帧，每一帧再分成若干时隙，每个时隙就构成了一个无线信道，分配给每一个移动用户使用。 GSM系统是在一个200KHz宽的无线载波上，把时间分割成周期为4.615ms的无线帧，每一帧再分割成8个时隙，换句话说每一个200KHz宽的载波上有8个TDMA的无线信道。（2）紧密频率复用技术 根据GSM体制的推荐，GSM采用43频率
24、复用方式，即每4个基站为一群，每个基站分成3个三叶草形120度扇形，共需12组频率。（3）跳频技术 跳频是指载波频率在一定宽度的频带围按某种图案（跳频序列）进行跳变，跳频相当于展宽了频谱，因此是扩频通信基本技术方式中的一种，跳频有频率分集和干扰源分集两个作用，因此可以提高系统抗干扰和抗衰落的能力，从而改善无线信号传输质量，降低误码率。（4）分集技术在移动通信中，为了克服由于受地形地物等影响，电波传输产生的多径和时延，造成无线信号的衰落而影响通信质量，移动通信现在广泛采用了天线分集接收技术，因为它可以有效的减少无线信号衰落的影响。2.1.3第二代移动通信技术-CDMA1）CDMA系统的主要特点
25、用户的接入方式采用码分多址（CDMA） 软容量、软切换，系统容量大 抗多径衰落 可运用话音激活、分集接收等先进技术2）CDMA系统的主要技术（1）软切换所谓软切换就是当移动台需要跟一个新的基站通信时，并不先中断与原基站的联系。而以往的系统所进行的都是硬切换，即先中断与原基站的联系，再在一指定时间与新基站取得联系。软切换只能在相同频率的CDMA信道间进行。它在两个基站覆盖区的交界处起到了业务信道的分集作用。这样可大大减少由于切换造成的掉话。（2）功率控制技术相比于带宽受限的FDMA和TDMA系统，CDMA系统能够提供足够大的系统容量，其主要受限于系统所受干扰，降低干扰可以直接增加系统的通信容量。
26、由于对CDMA系统采用同时同频载波，控制各移动台的功率就是实现最大容量的关键，可以通过功率控制技术将移动台之间的干扰减到最小，实现信道的最大容量。2.2 2G向3G的过渡2.2.1 基于GSM的演进GSM网的数据传输速率为9.6kb/s，向3G演进的第一步是增强数据传输能力，已有两种高速移动数据规。 1）HSCSD (High-Speed Circuit-Switched Data)高速电路交换数据业务，同时利用4个14.4kbps的时隙以电路交换方式提供57.6kbps的信息传输速率。 2）GPRS (General Packet Radio Service) 通用分组无线交换业务，欧洲ET
27、SI建议GPRS分为两个发展阶段(即Phase 1+和 Phase 2+) 2.2.2 基于CDMA的演进1）CDMA网络通过第一阶段无线传输标准（1xRTT）过渡到第二阶段无线传输标准（3xRTT），从而实现2G向3G的平滑过渡。2）IS-95B 即CDMA one，利用码聚集(aggregation)技术，在一个突发中将8个码道分配给一个高速信道移动台，构成一基本码信道，系统的数据速率改进到IS-95B规定的中等数据速率(MDR)，即到115.2kb/s，IS-95采用的软切换和移动台辅助的频率间的硬切换(MAHO)的改进措施也可增加系统容量。3）IS-95C(CDMA 2000 1xRT
28、T)将达到IMT-2000的MDR，是CDMA one系统容量的两倍，并可增加守候时间。 图2.1 2G向3G演进过程示意图2.3 第三代移动通信系统(3G)2.3.1 概述第三代移动通信系统简称3G, 是由国际电信联盟(ITU)率先提出并负责组织研究的, 采用宽带码分多址(CDMA)数字技术的新一代通信系统, 是近20年来现代移动通信技术和实践的总结和发展。1）3G的主要特点支持移动多媒体业务 宽带CDMA技术 高频谱效率 FDMA/TDMA/CDMA 从电路交换到分组交换 从媒体(media)到多媒体(Multi-media) 高性 全球围无缝漫游系统 微蜂窝结构 2）3G的主流技术 WC
29、DMA CDMA 2000 TD-SCDMA 2.3.2 3G主要技术标准 1）WCDMA 图 2.2 WCDMA系统结构WCDMA是日本的ABIB向国际电联提供的技术提案，它能够在FDD和TDD两种方式下工作，并能与现行的GSM系统使用同一时钟、实现WCDMA与GSM系统手机的双模工作，是一种兼容的系统。当WCDMA在FDD方式下工作时，其码片速率为4.0 MHz/s，数据速率可达2 Mb/s，WCDMA的每个载波仅占5 MHz带宽，若有15 MHz的频带就可传送3个载波。为了保证各载波间至少有20 kHz以上的间隔，15 MHz的3个载波所占的带宽只能在4.25.0 MHz间变动。WCDM
30、A的越区切换是采用移动台发起的异步软切换方式进行的，WCDMA的基站之间不需要同步，也不需要特别的同步参考源。为了实现软切换，基站需要确定在什么时间，什么位置为移动台启动软切换算法。WCDMA的移动台可在同一频率下检测到其他基站与本基站的信号，确定它们之间的时间差。检测到的时间信息经由本基站到达新的候选基站，候选基站调整它新的专用信道的发射时间，即在发送信息的时间上进行调整，使不同基站在这个信息比特期间与下行码道同步。在TDD方式中，WCDMA的扩频增益不变，可使用多码传输，实现高速数据通信。它的最大特点是具有上行链路的多用户检测技术，多用户检测技术可通过测量各用户扩频码之间的非正交性，用矩阵
31、求逆法或迭代来消除多用户间的相互干扰。WCDMA的核心网采取的是由GSM的核心网逐步演进的思路, 即由最初的GSM的电路交换的一些实体, 然后加入GPRS的分组交换的实体, 再到最终演变成全IP的核心网。这样可以保证业务的连续性和核心网络建设投资的节约化。由于WCDMA的无线接入方式完全不同于GSM的TDMA的无线接入方式, 因此, WCDMA的无线接入网是全新的, 需要重新进行无线网络规划和布站。为了体现业务的连续性, WCDMA的业务与GSM的业务是完全兼容的。 2）CDMA 2000 （1）系统结构一个完整的CDMA 2000移动通信网络由多个相对独立的部分构成, 如图2.3所示。其中的三个基础组成部分分别是无线部分、核心网的电路交换部分和核心网的分组交换部分。无线部分由BSC(基站控制器)、分组控制功能(PCF)单元和基站收发信机(BTS)构成; 核心网电路交换部分由移动交换中心(MSC)、访问位置寄存器(VLR)、归属位置寄存器/鉴权中心(HLR/AC)构成; 核心网的分组交换部分由分组数据服务点/外部代理(PDSN/FA)、 认证服务器(AAA)和
