第六章 GSM数字移动通信系统.ppt

第六章,GSM数字移动通信系统,Shenzhen Maxtec Technical Industry Co.,LtdContact:Jay Tel:+86-755-33076087+86-13760348359 Fax:+86-755-83033982,教学重点,1GSM移动通信系统系统的组成及工作原理；,2移动通信网络各组成部分的作用；,3GSM手机的电路组成和工作原理；,4GSM数字移动通信系统的信道配置，移动通信系统的运行过程；,5移动通信系统中采用的的主要技术；,6CDMA、小灵通数字移动通信系统系统的组成及工作原理。,掌握GSM移动通信系统系统的组成、工作原理以及移动通信网络各组成部分的作用。,学时分配,教学难点,第六章 GSM数字移动通信系统,6.1 GSM移动通信系统,6.2 CDMA移动通信系统,6.3 小灵通个人通信接入系统,6.4 第三代移动通信(简称3G),本章小结,6.1GSM移动通信系统,一、GSM系统的主要特征及组成,三、GSM数字移动通信的主要技术,二、双频GSM工作频段,四、GPRS系统,五、GSM手机的电路结构,1GSM：是Global System for Mobile communication（全球移动通信系统）的简称。它是由欧洲的标准化委员会设计的。,80年代到90年代初，TACS系统是欧洲最普遍的模拟蜂窝系统。,一、GSM系统的主要特征及组成,1988年CEPT（欧洲邮政与电信大会）颁布了GSM标准，也称为泛欧数字蜂窝移动通信标准。,(1)频带在900MHz附近(GSM900)，或1800MHz附近(DCS1800)，采用中等宽度的频带（200KHz载波间隔）；(2)8路时分复用；(3)全双工通信方式；(4)调制方式：GMSK速率270.83kbit/s，调制指数0.3；(5)分集接收：跳频217跳/秒，交错信道编码，自适应均衡；(6)每时隙信道比特率22.8kbit/s；(7)数字话音传输速率不超过16kbit/s；,2GSM标准只对功能和接口制定了详细规定，其主要特征如下：,数字蜂窝网络系统由三部分组成：移动台、基站系统、交换系统，如图6.1所示。,1移动台（MS）,系统中移动台有车载台、便携台和手持台。,移动台设备本身由一个独特的国际移动设备身份号(IMEI)来区别。当移动台被一个用户使用时，它还有一个国际移动用户身份号(IMSI)。,图 6.1 GSM系统的组成,2基站系统（BSS）,基站系统包含两部分：基站控制器(BSC)和基站收发信机(BTS)。通常交换系统中的一个MSC监控一个或多个BSC，每个BSC控制多个BTS。,国际移动用户身份号可做在一个用户身份模块(SIM)中，这样移动用户可以插入它的身份模块并使用符合系统规范的卡(SIM卡)来驱动移动台。,基站控制器是一个高容量的交换机，负责系统与无线信道的切换、无线网络资源管理等。,3交换系统,交换系统由移动业务交换中心(MSC)、原地位置寄存器(HLR)、访问位置寄存器(VLR)、鉴权中心(AUC)、设备身份寄存器(EIR)及操作和维护中心(OMC)等组成。,基站收发机包括无线传输所需的各种硬件和软件，如发射机、接收机、天线等。,(1)移动交换中心(MSC),移动交换中心是蜂窝移动通信网络的核心，其主要功能是对位于本MSC控制区域内的移动用户进行通信控制和管理。,例如：(1)系统中信道的管理和分配；(2)呼叫的处理和控制；(3)过区切换和漫游的控制；(4)用户位置信息的登记和管理；(5)用户号码和移动设备号码的登记和管理；(6)服务类型的管理和控制；(7)对用户实施鉴权；(8)为系统中连接别的移动交换中心及其它公用通信网络，提供链路接口。,原地位置寄存器是用于管理移动用户的主要数据库。,(2)原地位置寄存器(HLR),寄存器中存储两种类型的数据：(1)用户信息用户信息中注册有关电信业务、传真业务和补充业务等数据；(2)位置信息利用位置信息系统能正确地选择路由，将呼叫接通至移动台。,系统将用户数据都存放在原地位置寄存器中，对每一个注册的移动用户分配两个号码，并存储在原地位置寄存器中。分别是：国际移动用户身份号(IMSI)：在某一个网络中每个用户分配一个用户身份号。移动台ISDN号(MSISDN)：在PSTN中的ISDN编号。,(3)访问位置寄存器(VLR),访问位置寄存器是用来存储用户来访位置信息的数据库。,如果移动用户由一个访问位置寄存器服务区移动到另外一个访问位置寄存器服务区时，原地位置寄存器在修改该用户的位置信息后，还要通知原来的访问位置寄存器，删除该移动用户的位置信息，以便释放访问位置寄存器。,当一个移动用户漫游到了一个新的移动交换中心区域时，该移动交换中心的访问位置寄存器将向原地位置寄存器查询该用户有关的参数，并给该用户分配一个新的漫游号码(MSRN)。原地位置寄存器也要修改该用户的位置信息，准备为其它用户呼叫此移动用户提供路由信息。,(4)鉴权中心(AUC),鉴权中心是与原地位置寄存器连接在一起的，它为原地位置寄存器提供一个与用户有关的并用于安全方面的鉴别参数和加密密钥。,操作和维护中心的任务是对整个网络进行监控和操作。,设备身份寄存器是存储移动台设备参数的数据库，移动交换中心利用设备身份寄存器来检查用户所使用的移动设备的有效性，防止非法使用未经许可的移动设备入网。,(5)设备身份寄存器(EIR),(6)操作和维护中心(OMC),二、双频GSM工作频段,双频GSM使用GSM900与DCS1800两个频段。,GSM900频段包括两个25MHz带宽的子频带，即890915MHz以及935960MHz，DCS1800频段包括两个75MHz带宽的子频带，即17101785MHz以及18051880MHz。如图6.2所示。,GSM900所使用的两个25MHz子频带中，890915MHz频段用于用户到基站的上行传输（反向链路），935960MHz频段用于基站到用户的下行传输（前向链路）。DCS1800频段的两个子带也是一个用于上行，一个用于下行。,图6.2 双频GSM频段分配,在数字蜂窝移动通信中，采用的多址技术有两种：频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)。,三、GSM数字移动通信的主要技术,在工作频带内，它以载波间隔200KHz进行频分，这样在收、发各为25MHz的频带内，可得到124对信道。然后在每个信道（帧）中又进行时分，分成8个时隙，每个时隙对应的信道称为物理信道。在每个时隙（物理信道）中传输不同的逻辑信道。如图6.3所示。,1多址技术,图6.3 GSM系统的多址技术,在选择数字调制解调技术时，要考虑到两方面的因数：功率的有效性和频谱的有效性。,对于功率有效的技术，它要求在相对低的载噪比(8.4dB或12dB)的情况下具有低的差错概率（对应于10-4或10-8）。对于频谱有效性，它应能在单位频带内具有高的比特率(2bit/s.Hz)。,GSM数字移动通信系统采用了GMSK调制方式。,2调制技术,根据目的不同，编码可分为信源编码和信道编码两大类。,信源编码是为了提高数字信号的有效性以及为了使模拟信号数字化而采取的编码。,信源编码的主要任务是改进话音采样和编码算法，以降低信源的基本数码率。,话音编码技术有三类：波形编码、参数编码和混合编码。,3编码技术,(1)信源编码,参数编码技术是以发声机制的模型为基础的，如线性预测编码(LPC)、自适应编码(APC)等，它可在低于16kbit/s的情况下，获得较好的话音质量。,波形编码技术是以再现原话音波形为目的的编码技术。当速率在1664kbit/s范围内时，可获得较好的话音质量。但在低于16kbit/s时，将使话音质量迅速降低。,混合编码技术兼有波形编码和参数编码的优点，在816kbit/s的范围内，具有良好的话音质量。GSM数字蜂窝系统就是采用混合编码器规则脉冲激励-长期预测编码(RPE-LTP)。它的比特速率为13kbit/s。,信道编码：是为了提高数字通信的可靠性而采取的编码。它是在数字信号进行射频调制之前进行的。,信道编码的目的在于使信号在接收端能够检查甚至纠正传输期间由各种干扰引起的差错。,信道编码与信源编码的区别：信源编码是为了提高传输效率，减少带宽，所以尽量去减少信源的冗余度，而信道编码是为了检测或纠正差错，采用了增加冗余度的办法，也就是在原来信息码的基础上多加一些码元，按照一定的代数结构或其他相关持性，利用码间的相互关系去判断和纠正差错。,(2)信道编码,交织技术就是把信息码在发端加以排列组合，使信息码相互穿插交织后再发送到信道中去。,常用的纠错编码有分组码和卷积码。信道编码的结果是输出一个码字流。对于话音来说，这些码字流字长456比特，即比特率为22.8kbit/s。,交织技术的目的就是使成片或突发差错转换成随机差错。,在接收端，进行反交织，恢复成原始的码序列后，就可以按纠正随机错误的编码来进行纠正。,4交织技术,跳频就是发射信号时载波频率不是固定的，而是不停地跳变。在接收端，本地振荡的频率也必须同步地跳变才能正确接收和解调出有用信号。,数字移动通信中采用跳频信号的目的在于抗多径干扰和抗衰落。,跳频抗多径的原理是：假设到达接收机的信号有两条路径，一条直射波和一条折射波，二者有一定的时延差，在折射波到达接收机时，如果接收机频率已跳到别的频率上了，则它就不会受到迟到的多径信号的干扰了。因此，可以排除多径信号干扰的条件应该是频率跳变的时间间隔要小于多径干扰的时延差。,5跳频技术,跳频抗衰落的原理是：如果相邻跳变的频差足够大，而产生频率选择性衰落是一种窄带现象，频差大的频率在同一时间产生衰落的概率是比较小的，频率跳变到其他频率上时，则可继续保持通信。在TDMA系统中，跳频速率等于每秒传输的帧数。GSM系统中每个时隙长576.9us，8个时隙为一帧，因此帧的长度为4.615ms，每秒跳频为217次。,自适应均衡技术也是一种有效的抗多径干扰的方法。所谓均衡，指的是信道均衡，也就是在接收端的信道均衡器中产生与信道特性相反的特性，抵消信道产生的干扰，从而正确的判决和恢复有用信号。,均衡器基本原理是一旦能检测到信息符号，它可对未来符号的码间干扰在符号检测前估计出和减去。,在GSM的建议中并未规定采用哪种均衡器，只提出均衡的时延为16us，由各生产厂家自行决定均衡器的结构。,6均衡技术,四、GPRS系统,1 GPRS(General Packet Radio Service)：也叫通用分组无线业务，与GSM系统相比较有两个重要特点：一是在GSM系统中引入分组交换能力，二是将速率提高到100kbits以上。它是基于GSM的移动分组数据业务，面向用户提供移动分组的IP连接。,GPRS最显著的优点就是能够提供比现有GSM网9.6kbits更高的数据率，可达170kbits。,2.GPRS的优点,GPRS能够提供的传输速率最高可达170kbits，这改变了以往单一的文本形式的数据，各种图片、话音和视频在内的多媒体业务也可实现，如可视电话频点播等，可以进行各种娱乐休闲，如移动聊天、游戏、交友等，或者多媒体业务。,(1)速率高容量大,例如当用户访问互联网时，手机就在无线信道上发送和接收数据。若没有数据传送时，手机就进入休眠状态，手机所在的无线信道会让给其他用户使用，但手机与网络之间仍保持着逻辑连接，一旦用户再次访问，手机立即向网络请求无线信道，不像普通拨号上网那样断线后还要重新拨号上网。,(2)永远在线,(3)收费合理,GPRS手机的计费是根据用户传输的数据量而不是上网时间来计算。只要用户不在网络之间传输数据，即使一直“在线”，也无需付费。,GSM手机的电路结构可划分为射频部分和逻辑/音频部分。另外，再加上一些功能电路，就组成了手机的整体电路。,五、GSM手机的电路结构,图6.5 GSM手机原理方框图,GSM手机原理方框图如图6.5所示。,射频部分一般是指手机电路的模拟射频、中频处理部分，它主要完成接收射频信号到还原成模拟基带信号，以及从模拟基带信号到发射高频信号的整个过程。,1.射频部分,按照各个电路所完成的功能来分，射频部分又可以分为接收电路、发射电路和频率合成电路。,接收电路为超外差接收方式，它包括天线开关、接收滤波器、高频放大器、混频器、中频滤波器、中频放大器等等。它将935960MHz（GSM900系统）或者18051880MHz（DCS1800系统）的射频信号经过混频，最后得到中频信号，送入GMSK解调器。,发射电路包括混频器、发射滤波器、功率放大器、功率控制器、天线开关等。它将经GMSK调制出来的信号经过混频，最后变成890915MHz（GSM900系统）或者17101785MHz（DCS1800系统）的射频信号，从天线发射出去。,频率合成电路为接收电路和发射电路的混频电路提供本振频率信号，包括一本振和二本振。通常接收和发射共用一个频率合成器。频率合成电路一般是由锁相环电路来实现，如图6.6所示。,图6.6 锁相环电路方框图,逻辑/音频部分可以分为系统逻辑控制和音频信号处理两个部分。它完成对数字信号的处理和对整机工作的管理与控制。,2.逻辑/音频部分,逻辑控制部分是由中央处理器(CPU)和存储器组组成。存储器包括：SRAM（静态随机存储器）、EEPROM（电可刷写只读存储器）、FLASH（闪速只读存储器）。,音频信号处理部分包括接收音频信号处理和发射音频信号处理，一般由专用的音频数字信号处理器通过CPU控制来完成。,接收时，音频部分对射频部分送来的模拟基带信号进行GMSK接调、Viterbi均衡器消除码间干扰、解密和去交织，得到22.8kbit/s的数据流，接着进行信道解码，得到13kbit/s的数据流，经过语音解码后，得到64kbit/s的数字信号，最后进行PCM解码，还原模拟语音信号，驱动听筒发声。,发射时，话筒送来的模拟语音信号在音频部分进行PCM编码，得到64kbit/s的数字信号，该信号先进行语音编码、信道编码、交织、加密、GMSK调制，最后得到67.768kHz的模拟基带信号，送到射频部分进行上变频混频处理。,功能电路包有以下几种电路：,(1)电源电路：它提供手机各个部分电路的工作电源；,3.功能电路部分,(2)时钟电路：包括主时钟13MHz或26MHz，实时时钟32.768kHz；,(3)显示电路：通过串行通信，把CPU送来的显示数据进行接收，译码和驱动，最后把结果显示在液晶显示屏上；,(4)卡电路：是指SIM卡电路，它也是通过串行通信和CPU之间进行数据交换；,通常手机的射频部分，逻辑音频部分以及电源电路、卡电路做在同一块板上，而键盘、显示屏、照明以及振铃做在另一块板上，两块板之间通过连接座连接在一起。,(6)照明：包括键盘照明灯和显示照明灯；,(7)振铃、震动：手机有来电时，发出铃声或产生震动；,(5)键盘：手机的各个数字键和功能键，通过行、列矩阵来扫描；,6.2CDMA移动通信系统,一、CDMA系统概述,二、CDMA系统构成,一、CDMA系统概述,根据理论计算以及现场试验表明，CDMA系统的信道容量是模拟系统的1020倍，是TDMA系统的4倍。CDMA系统的高容量很大一部分因素是由于它的频率复用系数远远超过其它制式的蜂窝系统，另外一个主要因素是它使用了话音激活和扇区化等技术。,1CDMA系统的主要优点,(1)大容量和软容量,软切换是指当移动台需要切换时，先与新的基站连通再与原基站切断联系，而不是先切断与原基站的联系再与新的基站连通。软切换只能在同一频率的信道间进行，因此，模拟系统、TDMA系统不具备这种功能。,由于CDMA系统中采用有效的功率控制和强纠错能力的信道编码，以及多种形式的分集技术，从而使基站和移动台以非常节约的功率发射信号，延长手机电池使用时间，同时获得了优良的话音质量。,(2)软切换,(3)高质量和低功率,工作频率：下行链路的频率为824849MHz，上行链路的频率为869894MHz，一对下行链路频率和上行链路频率的频率间隔为45MHz，带宽1.25MHz。,2主要性能指标,码片速率：1.2288Mcs；,比特率：速率集1为9.6kbits，速率集2为14.4kbits，IS-95B为115.2kbits；,帧长度：20ms；,语音编码器：QCELP 8kbits，EVRC 8kbits，ACELP 13kbits；,功率控制：上行链路采用开环+快速闭环，下行链路采用慢速闭环；,扩展码：Walsh+长m序列。,3CDMA基本原理,在CDMA系统中，不同用户传输的信息是靠各自不同的编码序列来区分的。CDMA的示意图如图6.6所示，可以看出信号在时间域和频率域是重叠的，用户信号是靠各自不同的编码序列m来区分的。,图6.6 CDMA的示意图,CDMA扩频移动通信系统的原理示意图如图6.7所示。,图6.7 CDMA扩频通信系统原理示意图,扩频通信中用的伪随机码常常采用m序列，这是因为它具有容易产生和自相关特性优良的优点，所谓自相关是指收发端相同的码型容易辨认，故只有在收发端伪随机序列相位相同时才能恢复发送信号，码分多址技术就是利用了这一点，可以采用不同相位的相同m序列作为多址通信的地址码。由于m序列的自相关特性与长度有关，因此，作为地址码，其长度应尽可能长，以供更多用户使用，同时可以获得更高的处理增益和保密性，但是又不能太长，否则不仅使电路复杂，也不利于快速捕获与跟踪。,二、CDMA系统构成,CDMA系统网络结构与一般数字蜂窝移动通信系统的网络结构基本相同，差别主要在于无线信道的构成、相关的无线接口和无线设备、特殊的控制功能等。参见图6.8。从图可见，CDMA系统由三大部分组成：,基站子系统(BSS)：含基站收发信机(BTS)和基站控制器(BSC)；,交换子系统(MSS)：含移动交换中心(MSC)、移动设备识别寄存器(EIR)、访问用户位置寄存器(VLR)、归属用户位置寄存器(HLR)、鉴权中心(AUC)、操作维护中(OMC)；,移动台系统(MS)：含手持机和车载台。,图6.8 CDMA系统网络结构,2基站,移动台(MS)是CDMA移动通信系统用户所使用的一种物理装置。它由射频(RF)系统、中频(1P)系统及基带(DB)系统组成，提供用户通往网络系统的无线通道。,1移动台,基站(BS)是用于提供其区域用户无线通道的一种物理装置。BS包括三部分：用于发射、接收无线信号的基站收发信机(BTS)；用于基站(BS)控制的基站控制器(BSC)。基站控制器(BSC)的操作可以由交换系统中的操作维护中心(OMC)提供。,是通信所需的物理装置。其区域内的用户，为了初始化移动台(MS)与 目的地的连接，移动交换中心(MSC)呼叫过程、基于时间交换的PCM及移动交换中心(MSC)资源管理都在这里实现，归属管理及与公用电话网(PSTN)或综合业务数字网(ISDN)的互联网络也是通过这里完成。,3移动交换中心,4归属寄存器/识别中心,简称HLRAC，存储和管理用户信息，包括用户位置和服务文件。识别数据也存在这里，这是一个寄存用户数据的数据库。HLRAC利用公共信道N7信令直接与MSC互通。,5操作维护与管理中心,简称OMC，是用于蜂窝网络日常管理以及为网络工程和规划提供数据库的集中化设备。通常，OMC同时管理移动交换中心(MSC)和基站(BS)，但也可配置为只负责管理由许多基站(BS)构成的无线子系统。,6.3小灵通个人通信接入系统,一、小灵通的特点,二、小灵通的技术参数,三、小灵通的网络结构,一、小灵通的特点,个人通信接人系统(PAS)：是我国电信工程技术人员根据中国国情在低轨道卫星通信、GSM、CDMA、无绳电话和无线环路等众多通信方式的基础上，选择无线环路技术，通过v5接口，并充分利用固定电话网的充裕资源来实现的一种个人通信接入手段。在该系统中，每个人都拥有一个电话号码，无论在何时何地，都可通过一部小手机或无线固定单元通话、发传真、传送数据和图像，不管在固定地点还是在移动中都能进行信息交换。,小灵通之所以受到欢迎，是因为它具有一些与众不同的特点。,1绿色手机使用方便,小灵通手机的发射功率很低，平均只有10mw，辐射极小，长期使用对人体无伤害。所以小灵通手机被称为“绿色手机”。同时小灵通手机具有体积小、重量轻、通话时间长的特点。手持机本身重量只有90g，加上电池合计约200g，连续通话时间约8h，处于待机状态可为500h。,2经济实惠音质清晰,小灵通无线电话统一按固定市活标准收费，特别是在接收电话时不收费。与蜂窝移动电话相比，小灵通手机的价钱便宜很多。小灵通语音编码方式采用了32kbits ADPCM(自适应差分脉冲编码调制)技术，该技术是传统64kbits PCM技术的改进，数据量降低一倍，效果却相似。因此小灵通的音质与固定电话没有多大的差别，比GSM系统效果要好。,3网络建设投资低，功能多样化,小灵通系统中的无线基站采用普通双绞线与交换中心连接，而且系统中的电话交换功能可由普通市话交换机来完成，这使得网络建设费用大大降低。小灵通手机可与家用电话或办公电话共用一个号码，一方取机另一方便自动切断，防止窃听。小灵通用户可以在一个城市或一个地区进行移动，漫游范围随着网络扩大而增大。小灵通还具备主叫号码显示和短消息服务功能，用户能在手机上直接发送和接收文字或数字消息。由于小灵通是数字通信系统，所以它能提供高速数据通信和ISDN服务。,任何事物都不是完美无缺的，小灵通也不例外。虽然它有上述诸多优点，但在使用中也存在以下一些问题：,由于采用19GHz微波频段，所以它的穿透能力弱，加之基站功率比较小，造成室内信号覆盖比较差，用户普遍反映小灵通的信号不好。这是小灵通的一个致命弱点。,小灵通采用微蜂窝技术，每个基站覆盖半径在100200m之间，因此在移动中通话会感到较多切换，并有ls左右的无音一般它的移动速度不能超过35kmh。,二、小灵通的技术参数,1.小灵通系统使用1.9GHz作为其小区基站和手机的通信频率，频率范围是1895.151917.95MHz：,2.小灵通系统的无线信道即基站和手机之间使用多载频时分双工模式(TDD)，并采用时分多址结构(TDMA)，在多频率子带中实现给每一基站动态分配一个频率时间信道(FDMATDMA)。,3.整个频带分成77个载波，每个载波间隔为300kHz。每帧划分为8个时隙，周期为5ms，每个时隙为5ms8=0.625ms。因此，基站空中接口速率为 240bit0.625ms=384kbits。,表6.1 小灵通和几种常见移动通信系统的参数对比,三、小灵通的网络结构,图6.9 小灵通系统的网络结构,图6.9中各部分的组成和功能如下：,1局端设备(RT),小灵通系统通过局端设备(RT)和公用电话网(PSTN)连接，局端设备(RT)向交换机(LE)提供模拟或数字接口。,2空中话务控制器(ATC),空中话务控制器(ATC)是一种可选的交叉连接系统，它通过E1链路与各覆盖区的局端设备(RT)连接，为用户提供局端设备(RT)之间的漫游服务，增强系统的漫游能力。,3基站控制器(RPC),基站控制器(RPC)通过多条E1链路与局端设备(RT)相连，控制各基站在服务区的电源分配和话音路径的集线处理。,4基站（RP）,基站(RP)通过无线空中接口与用户相连，放在服务区内的重要地点。,5手机（PS）,手机是小灵通系统的无线手持电话，向用户提供系列的移动功能。用户在稳定呼叫时，可在大范围的区域内移动。,6固定用户单元(FSU),固定用户单元(FSU)是小灵通系统与固定标准电话机连接的无线通信设备，安装在用户住宅区。固定用户单元(FSU)由无线接口和电话接口组成，用它来控制线路供电电压、铃流信号、电话拨号音和忙音，检测摘机和挂机状态，进行拨号。,7网络管理系统(NMS),网络管理系统(NMS)对整个网络进行集中管理，监控小灵通系统主要设备局端设备(RT)、空中话务控制器(ATC)及基站控制器(RPC)的状态，收集工作状态信息、告警信息、数据传输信息等，并远程载入更新程序到基站控制器(RPC)。,6.4第三代移动通信(简称3G),一、3G的特点和标准化过程,二、3G的三大主流标准介绍,三、我国3G系统的发展,3C系统由卫星移动通信网和地面移动通信网所组成，形成一个对全球无缝覆盖的立体通信网络，满足城市和偏远地区各种用户密度需求，将高速移动接入和基于互联网协议的服务结合起来，在提高频率利用率的同时，为用户提供更经济、内容更丰富的无线通信服务。,一、3G的特点和标准化过程,13G的发展,满足对高速率数据传输和多媒体业务的需求是推动3C发展的主要动力。第二代移动通信系统主要支持语音业务，仅能提供一般的低速数据业务，速率为9.614.4kbits。改进后的第二代系统能够支持几十kbits到上百kbits的数据业务。而3G最高能够支持2Mbits的速率，并且还在不断地发展，将来能够支持更高的数据速率。图6.10所示为第二代移动通信系统与3G系统所支持的业务速率。,图6.10 第二代移动通信系统与3C系统支持的业务速率,从图6.11中可以看出3G系统所支持的从窄带到宽带的不同业务及其所需的信息速率的范围。,图6.11 3C系统可提供的业务及所需的信息速率范围,23G的标准化过程,早在1985年国际电信联盟(1TU)就提出了3G的概念，同时建立了专门的组织机构进行研究，当时称为未来陆地移动通信系统。这时第二代移动通信技术还没有成熟，CDMA技术尚未出现。在此后的10年，研究进展比较缓慢。1996年后，研究工作取得了迅速的进展。首先，ITU于1996年为未来陆地移动通信系统确定了正式名称：IMT-2000，其含义为该系统预期在2000年以后投入使用，工作于2000MHz频带，最高传输数据速率为2000kbits。ITU所定义的IMT-2000系统需要具有如下的目标和要求，以提供各种不同的业务，适应不同的营运机制。,(1)目标,IMT-2000明确提出了3G的主要目标，即实现移动通信网络全球化、业务综合化和通信个人化，具体包括以下几方面：,全球漫游：用户能够以低成木的多模式终端在整个系统和全球漫游。,适应多种环境：3G应该适应于多层小区结构，如微微小区、微小区、宏小区等，同时将地面移动通信系统和卫星移动通信系统结合在一起。,提供多种业务：如高质量语音、可变速率的数据、高分辨率的图像和多媒体业务等。,具有较高的频谱利用率和较大的系统容量：为此，系统需要拥有强大的多种用户管理能力、高保密性能和服务质量。,统一标准：在全球范围内，系统设计必须保持高度一致。在IMT-2000家族内部，以及IMT-2000与固定通信网络之间的业务要相互兼容。,具有较好的经济性能：即网络投资费用，包括网络建设费、系统设备费和用户终端费要尽可能低，并且终端设备体积要小，耗电少，满足通信个人化的要求。,(2)要求,为支持高速率数据和多媒体业务，在各种条件下所应提供的业务速率为：-室内环境至少2Mbits；-室外步行环境至少384kbits：-室外车载运动中至少144kbits：传输速率能够按需分配。上下行链路适应于传输不对称业务的需要。,同时，3G系统应能够后向兼容第二代移动通信系统，实现第二代移动通信系统到3G的平滑过渡。,以美国为代表的北美电信标准化组织向ITU提出的3G方案称为CDMA2000，其核心是由高通、朗讯、摩托罗拉和北电等公司联合提出的宽带CDMAone技术。CMDA2000信号带宽为1.25MHz，码片速率1.2288Mchips；采用单载波直接序列扩频CDMA多址接人方式；帧长20ms；调制方式为QPSK(下行)和BPSK(上行)；CDMA2000的容量是IS-95A系统的两倍，可支持2Mbits以上速率的数据传输；兼容IS-95AB。,二、3G的三大主流标准介绍,1.CDMA2000标准,2.WCDMA标准,由欧洲和日本提出，它的核心网络基于GSMGPRS的演进，充分考虑了与GSM系统的互操作性和对GSM核心网络的兼容性。WCDMA的信号带宽为5MHz；码片速率为3.84Mchips；采用单载波直接序列扩频CDMA多址接人方式；帧长10ms；调制方式为QPSK(下行)和BPSK(上行)。,3.TD-SCDMA标准,是我国通信发展史上第一个具有完全自主知识产权的国际标准，TDSCDMA系统的信号带宽为1.6MHz；码片速率为1.28Mchips；单载波直接序列扩频时分多址+同步CDMA多址接入；帧长10ms；调制方式为下行QPSK、上行BPSK；内环、外环功率控制，控制速率200次s。,WCDMA、CDMA2000、TDSCDMA这3种3G标准的比较见表6.2。,表6.2 WCDMA、CDMA2000、TDSCDMA 3种3G标准的比较表,我国现在已经拥有世界上最大的移动通信网，2002年的中国移动用户已突破2亿户，并巳每年仍以净增大约6000万用户的规模持续发展，不论是用户总量，还是每年净增用户量都位居全球之首，是世界上移动通信发展最快的国家之一。,三、我国3G系统的发展,我国发展3G有以下几点有利条件：,大中城市频率资源逐渐短缺，要求3G来扩容；,对高速移动数据业务、多媒体、业务的要求逐年增加；,对第二代GSM网络已积累了营运的管理经验；,通过引进国外技术、技术合作以及近10年的研究开发，已对移动通信各类关键技术有所认识，有所掌握，有所创新。交换机及移动台开发及生产能力有明显提高；,政府及企业界非常重视。,本章小结,一、GSM移动通信系统,二、CDMA移动通信系统,三、小灵通个人通信接入系统,四、第三代移动通信（简称3G）,一、GSM移动通信系统,1GSM系统由三个部分组成：移动台(MS)、基站子系统(BS)和网络交换系统(MSC)。移动台必须包含一个用户身份识别（SIM）卡，才能入网登记。基站系统包括基站控制器和基站收发信机。它完成移动台和网络交换系统之间数据的接收和发送以及移动切换、无线网络资源管理等。网络交换系统的核心是移动交换中心，它对移动用户进行通信控制和管理，包括无线资源管理、用户信息管理、位置信息管理以及移动网络与固定网络之间的通信管理。,2.GSM系统采用了频分和时分的多址技术(FDM/TDM)，一个无线信道传输8路时隙，提高了系统容量；采用高斯最小频移键控(GMSK)调制方式，具有较高的频谱效率和抗干扰能力；语音编码采用规则脉冲激励长期预测编码(RPELTP)，它的比特率为13kbit/s；此外，还采用了交织技术、跳频技术和均衡技术来消除移动通信中的多径效应和衰落。,3.双频GSM使用GSM900和DSC1800两个频段，GSM900包括两个25MHz的频带，DSC1800包括两个75MHz的频带，每个频带被划分为200kHz宽的无线信道。,4.GSM手机从电路结构上分为射频电路、音频/逻辑电路和功能电路。射频电路包括接收电路和发射电路。接收电路把射频信号从天线接收下来，经过混频电路，得到中频信号，然后进行解调得到基带信号，送到后面的音频/逻辑电路；发射电路把音频/逻辑电路送来的基带信号进行发射中频调制、发射混频，变成射频信号，从天线发射出去。音频/逻辑电路主要完成基带信号到模拟语音信号，或者语音信号到基带信号之间的转换，以及对整个手机的工作进行控制。功能电路包括显示电路、SIM卡电路、振铃电路、键盘和显示照明电路等。,二、CDMA移动通信系统,CDMA系统采用码分多址技术及扩频通信的原理，使得系统中可以使用多种先进的信号处理技术，为系统带来了许多优点。中国联通移动通信运营商采用了CDMA制式的数字移动通信系统。,三、小灵通个人通信接入系统,小灵通系统采用了日本PHS移动通信系统的技术参数。PHS又称为个人便携电话系统，与目前广泛使用的GSM、窄带CDMA等移动通信系统同属于第二代移动通信系统。小灵通系统使用1.9GHz作为其小区基站和手机的通信频率，频率范围是1895.151917.95MHz：小灵通系统的无线信道即基站和手机之间使用多载频时分双工模式(TDD)，并采用时分多址结构(TDMA)，在多频率子带中实现给每一基站动态分配一个频率时间信道(FDMATDMA)。中国电信采用了小灵通数字移动通信系统的制式。,四、第三代移动通信（简称3G）,第三代移动通信（简称3G）有WCDMA、CDMA2000、TDSCDMA三种标准制式，TD-SCDMA标准是中国提出的、具有一定特色的3G系统标准，是我国通信发展史上第一个具有完全自主知识产权的国际标准。,本章结束,