物联网-移动通信技术

通信技术的发展

通信的基本概念

电磁波谱与通信类型的关系

无线电频率与带宽的对应关系

频段划分	频率范围
低频（LF）	30～300KHz
中频（MF）	300KHz～3MHz
高频（HF）	3～30MHz
甚高频（VHF）	30～300MHz
特高频（VHF）	300MHz～3GHz
超高频（SHF）	3～30GHz
极高频（EHF）	>30GHz

 

无线通信技术的发展

高频无线电波的传播路径

卫星通信的工作原理示意图

各种通信卫星与卫星地面站

移动通信的分类

按设备的使用环境分类：

• 陆地移动通信
• 海上移动通信
• 航空移动通信

作为特殊使用环境：

• 地下隧道与矿井移动通信
• 水下潜艇移动通信
• 太空航天移动通信

按照服务对象分类：

• 公用移动通信
• 专用移动通信

专用移动通信：

• 公安、消防、急救、公路管理、机场管理、海上管理与内河航运管理等专业部门提供服务的移动通信系统

按移动通信系统分类：

• 公用蜂窝移动通信
• 专用调度电话
• 集群调度电话
• 个人无线电话
• 公用无线电话
• 移动卫星通信

海事卫星电话及使用

移动通信的发展过程

• 第一阶段：早期专用移动通信阶段
• 第二阶段：从专用移动通信网向公用移动通信网过渡阶段
• 第三阶段：移动通信系统改进与完善的阶段
• 第四阶段：移动通信蓬勃发展阶段
• 第五阶段：移动通信技术进入成熟和快速发展阶段

移动通信技术的研究与发展

无线信道与空中接口

移动通信与有线通信在接口与信道上区别

• 空中接口—无线通信中手机与基站通信的接口
• 移动台—通过空中接口与无线网络通信的设备
• 移动台可以分为车载移动台或手持移动台
• 手机就是目前最常用的便携式的移动台 基站包括天线、无线收发信机，以及基站控制器（BSC）
• 基站一端通过空中接口与手机通信，另一端接入到移动通信系统之中
• 移动通信中1G、2G、3G与4G技术的区别主要表现在无线信道采用不同的空中接口标准上

大区制与小区制

大区制通信结构示意图

小区制的基本概念

• 蜂窝移动通信系统结构

• 小区制的无线通信频率的使用

• 小区制的无线通信频率复用方法

移动通信系统的结构与基本工作原理

3G技术与移动互联网应用的发展

移动通信技术的发展与手机功能的演变

• 手机是集电话、PDA、照相机、摄像机、录音机、收音机、电视、游戏机以及Web浏览器等多种功能为一体的消费品，是移动计算与移动互联网的一种重要的用户终端设备
• 手机也必然成为集移动通信、计算机软件、嵌入式系统、互联网应用等技术为一体的电子设备
• “三网融合”促进了手机功能的演变，也为物联网应用的推广创造了重要的手段与通信环境

3G技术的特点

• 3G支持高速语音与数据信号的混传，可以同时支持高速、实时数据业务，以及基本的语音业务
• 3G支持高速接入业务，室内数据传输速率可以达到2Mbps，在慢步步行时可以达到384kbps，在高速移动环境中可以达到144kbps
• 3G能够在全球范围内更好地实现无线漫游，提供网页浏览、电话会议、电子商务、音乐、视频等多种信息服务
• 3G也要考虑与已有2G系统的兼容性

3G与移动互联网业务

• 会话类业务
• 信息类业务
• 消息类业务
• 娱乐类业务
• 移动商务类业务
• 移动企业类业务
• 定位类服务
• IP多媒体类服务

4G技术的研究与应用

4G的技术特点：

• 4G能够以100Mbps的速度传输高质量的视频图像数据，通话只是4G手机一个基本的功能
• 4G终端可以实现一台便携式计算机、便携式电视机很多重要的功能
• 4G移动通信系统具备全球漫游、接口开放、终端多样化，能与2G、3G系统兼容

5G的六大关键技术

• 高频段传输

高频段（如毫米波、厘米波频段）可用频谱资源丰富，能够有效缓解频谱资源紧张的现状，可以实现极高速短距离通信，支持5G容量和传输速率等方面的需求。

• 新型多天线传输

多天线技术经历了从无源到有源，从二维（2D）到三维（3D），从高阶MIMO到大规模阵列的发展，将有望实现频谱效率提升数十倍甚至更高，是目前5G技术重要的研究方向之一。

• 同时同频全双工

同时同频全双工技术，在相同的频谱上，通信的收发双方同时发射和接收信号，与传统的TDD和FDD双工方式相比，从理论上可使空口频谱效率提高1倍。

• D2D

D2D技术无需借助基站的帮助就能够实现通信终端之间的直接通信，拓展网络连接和接入方式。由于短距离直接通信，信道质量高，D2D能够实现较高的数据速率、较低的时延和较低的功耗；通过广泛分布的终端，能够改善覆盖，实现频谱资源的高效利用；支持更灵活的网络架构和连接方法，提升链路灵活性和网络可靠性。

• 密集网络

超密集网络能够改善网络覆盖，大幅度提升系统容量，并且对业务进行分流，具有更灵活的网络部署和更高效的频率复用。未来，面向高频段大带宽，将采用更加密集的网络方案，部署小小区/扇区将高达100个以上

• 新型网络架构

未来5G可能采用C-RAN接入网架构。C-RAN是基于集中化处理、协作式无线电和实时云计算构架的绿色无线接入网构架。

M2M技术及其在物联网中的应用

对M2M未来应用发展的预测