现代通信技术(下)4.4章移动通信.ppt

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1、4.4.1 移动通信的发展历史,移动通信技术的发展史阶段：,第一阶段：20世纪20年代到40年代。在短波的几个频段上开发出专用移动通信系统。特点是专用系统开发，工作频率低。,第二阶段：40年代中期到60年代初期，公共移动通信业务开始问世。特点：从专用移动网向公用移动网过渡，接续方式为人工，网的容量较小。,第三阶段：从60年代中期到70年代中期。美国推出了改进移动电话系统IMTS。同期德国也推出了具有相同水平B网特点是：采用大区制、中小容量、使用450M，实现了自动选频与自动接续。,第四阶段：从70年代到80年代中期，美国贝尔实验室提出了采用小区制，建立蜂窝状移动通信网。被称为第一代模拟蜂窝移动

2、通信系统特点是蜂窝状移动通信网成为实用系统，并在世界各地迅速发展。,第五阶段：从80年代中期至今。这是数字移动通信系统的发展和成熟时期。被称为第二代数字蜂窝移动通信系统。特点是频谱效率提高、系统综合业务强，保密性能好，标准化程度提高等。,未来阶段：新一代的移动和个人通信系统,即第三代移动通信和第四代移动通信的研究和发展已经成为电信领域的一个新的热点.特点是更大的系统容量和更灵活的高速率、多速率数据传输能力,除了话音和数据传输外,还能传送高达100MB/S的高质量的活动图象,真正实现5W目标.,美国AT 称作全向接续通信系统；85年商用北欧四国（丹麦、芬兰、挪威和瑞典）联合研制的NMT（Nord

3、ic Mobile Telephone)称作北欧移动电话；81年商用日本电报电话公司研制的NTT系统。79年商用德国西门子公司研制的C-450系统。85年商用,4.41.1 第一代移动通信系统(1G),表、第一代移动通信系统各个标准的主要系统参数,第一代移动通信系统的主要特点：用户的接入方式采用频分多址（FDMA）技术,设备复杂、功耗高、价格昂贵。,制式太多且不兼容，限制移动通信的长途漫游,频率效率低，有限频率资源和用户容量之间的矛盾十分突出,系统的保密性差,业务种类单一，主要是话音业务,模拟话音的调制方式为调频（FM）,4.41.2 第二代移动通信系统(2G),主要包括以下标准:1991年美

4、国提出的D-AMPS(Digital Advanced Mobile Phone System)1992年欧洲推出的商用GSM(Global System for Mobile Communication)1993年日本提出的PDC(Personal Digital Cellular)1993年美国提出的IS-95,即N-CDMA(Narrowband Code Division Multiple Access),上行频段/MHz,下行频段/MHz,QCELP,第二代移动通信系统各种标准的主要系统参数,第二代移动通信系统的主要特点：用户的接入方式主要采用数字式时分多（TDMA）和码分多址(CD

5、MA)技术,采用了新的调制技术,如:GMSK、QPSK等,能提供多种业务服务，提高了通信系统的通用性,抗噪声、抗干扰和抗多径衰落的能力强,提高网络管理和控制的有效性和灵活性,便于实现通信的安全保密,可降低设备成本和减少用户手机的体积和重量,我国移动通信的发展概况：,我国移动通信是以军事通信移动通信即战术通信起步的。,我国民用移动通信起步较晚，始建于1986年随着国家实行对外开放政策，移动通信业务得到高速发展。,89年邮电系统从美国Motorola、瑞典的爱立信引进900MHz TACS体制系统，在北京、上海、珠江三角洲相继组建模拟移动电话系统。到95年元旦，我国公用900MHz模拟蜂窝移动电话

6、全国联网投入试运行。,1993年，我国引进的数字蜂窝式移动电话GSM系统也在全国推开。中国移动、中国联通两公司组成G网，目前，是世界上最大GSM通信网,2000年前后,联通公司又引进美国高通公司的符合IS-95标准的 N-CDMA,组建了C网.,国际电信联盟(ITU)称之为IMT-2000(Internatianal Mobile Telecommunications in the year 2000)其标准化工作始于1985年,当时称为“未来公共陆上移动通信系统”FPLMTS(the Future Public Land Mobile Telecomunications System).在欧

7、洲3G被称为“通用移动通信系统”UMTS(Universal Mobile Telecommunications System),4.41.3 第三代移动通信系统(3G),第三代移动通信的发展历程:1985-1994年明确概念和目标,提出FPLMTS1991年,ITU-R正式成立TG8/1工作组,负责标准的指定1992年,WARC92在2GHz频率上分配了230MHz给FPLMTS1992年-1998年,确定评估方法和程序1998年6月30日前征集IMT-2000-RTT技术方案1998年7月-1999年3月,评选确定方案和基本参数1999年3月,完成IMT-2000关键参数部分的标准化199

8、9年11月,完成IMT-2000的技术规范部分2000年,完成IMT-2000的全部网络规范,IMT-2000的关键特性和目标：（1）提供全球无缝覆盖，并且提供全球漫游业务。用户不再被限制于一个地区和一个网络，真正实现随时随地的个人通信（2）适应多种环境，采用多层小区结构，即微微蜂窝、微蜂窝、宏蜂窝，将地面移动通信系统和卫星移动通信系统结合在一起。（3）提供高质量的多媒体业务，包括高质量的话音、可变速率的数据、高分辨的图象等业务。（4）足够的系统容量、强大的多用户管理能力、高保密性能和服务质量。质量和保密功能对这一代移动通信提出更高要求。（5）便于过渡、演进。由于第三代移动通信引入时，第二代网

9、络已具有相当规模，所以第三代网络应能在第二代网络的基础上逐渐灵活演进而成，并应与固定网兼容。,为实现上述目标，IMT-2000对无线传输技术提出了以下要求：高速率的数据传输以支持多媒体业务：室内环境至少2Mbps,室外步行环境至少384kbps,室外车辆环境至少144kbps 传输速率按需分配。上下行链路能适应不对称业务的需求 简单的小区结构和易于管理的信道结构 灵活的频率和无线资源的管理,表 三种第三代候选标准比较简表,表 三种第三代候选标准比较简表(续),第三代移动通信中的典型过渡方案,GPRS技术：,GPRS（General Packet Radio Service,通用分组无线业务)是

10、GSM phase2+阶段提供的一种基于分组交换和分组传输方式的新的承载技术,它能够实现从空中接口到外部网络之间的分组数据传输,可以接入基于TCP/IP的外部网络和X.25网络,可以给GSM用户提供移动环境下的高速数据业务服务,还可以提供收发电子邮件,浏览网页等业务.,GPRS的主要特点:向用户提供从9.6到171.2的接入速率.更有效地利用无线资源,可动态地向单个用户分配位于同 一载频上的18时隙无线接口资源可根据业务流量和运营者的选择在语音和 数据业务之间共享 支持上行和下行的非对称传输,更为有效地实现和IP网络 的互通.,cdma2000 1x技术:,IS-95B与IS-95A的重要区别

11、可以通过捆绑最多8个补充码分信道,最高可以提供76.8或115.2kbps的数据速率,它后向与IS-95A兼容,可以共存于一个载波,但它仍属于第二代移动通信范畴.,cdma2000 1x是cdma2000第三代移动通信系统发展的第一阶段.它与IS-95B后向兼容,频率共享或重叠.cdma2000 1x容量是IS-95A系统的两倍,可支持144kbps的数据传输;与IS-95A相比,cdma2000 1x在无线信道类型、物理信道调制和无线分组接口功能上都有很大增强，网络部分则引入分组交换方式，支持移动IP业务。,cdma2000 1x继续向3G发展的两个阶段：cdma2000 1x EV-DO、

12、cdma2000 1x EV-DV,20世纪90年代中期我国电信技术科学研究院（CATT）就自主开发了达到国际领先水平的SCDMA无线本地环接入技术，并在此技术的基础上发展TD-SCDMA。当时欧洲的西门子(Semens)公司也在从事TDD方式的CDMA技术的研究，由于它与TD-SCDMA具有诸多共同点，后来两家提出合作并弥补了相互的技术不足，最终形成了现在的TD-SCDMA。,TD-SCDMA技术：,TD-SCDMA采用了智能天线、联合检测、接力切换、同步CDMA、软件无线电以及自适应功率调整等多项技术，使得系统容量更大、频率利用率更高。,TD-SCDMA主要发展历程,我国第三代移动通信的频

13、率规划,4.41.4 移动通信未来的发展趋势,ITU及世界各大通信公司已开始关于后IMT-2000的研究计划.“后IMT-2000”被称为“第四代移动通信系统”,也称为“后3G”,“Beyond 3G”,“Beyond IMT-2000”,1.为什么提出”后3G”移动通信的概念?1)对未来高速数据传输能力的要求,3G高速数据业务存在的问题 在CDMA结构下提供高速数据业务需要克服更大的干扰由于空中接口标准对于核心网的限制,难以胜任大量的有着各自业务质量QoS和性能要求的多速率数据业务为了有效地适应不同的无线环境,时分,频分复用结构的融合受到限制.,2)理论研究的超前性,2、有关“后3G”移动通

14、信的定义,“后3G”可以称为宽带接入和分布式网络，具有非对称的20Mbps100Mbps(甚至更高）的数据传输能力。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网络。它是集成多功能的宽带移动通信系统和宽带IP系统，其目的是提高蜂窝电话和其他设备访问互联网的速率。,对“后3G”通信系统提出的要求：统一的无线接入，全球无缝覆盖、全球漫游更高速的数据接入高速、高效的空中接口和接入网结构动态支持各种传输类型、终端类型、无线环境、QoS类型和各种移动模式基于路由的全IP网络，更高的频率利用率极大的系统容量，更高的频率利用率,3、“后3G”可能用到的关键技术,4、未来移动通信发展趋势网

15、络业务数据化、分组化，移动互联网逐步形成网络技术数字化、宽带化网络设备智能化、小型化应用于更高的频段，要求更高的频率利用率移动网络的综合化、全球化、个人化各种网络的融合移动网络的高速率、高质量和低费用,44 2 小区制区域覆盖,44 21 大区制移动通信网,大区制移动通信尽可能增大基站覆盖范围，解决大区域的移动通信业务。,大区制的优点是网络结构简单，成本低。缺点是基站频道数是有限的容量不大，不能满足用户日益增加的需要，一般用户数只能达几十到几百个。适用于中、小城市等业务量不大的地区或专用移动网。,为了增大基站覆盖区半径，基站天线架设得很高，可达几十米至百米，发射很大，一般为50W-200W；实

16、际覆盖半径达30-50公里。,大区制移动通信示意图,所谓小区制是整个服务区划分为若干小无线区，每个小无线区分别设置一个基站负责本区的移动电话的联络和控制，小区之间移动台通信又可在移动电话交换局的统一控制之下实现。,小区制的特点：（1）可以提高频率利用率,小区制(蜂窝)移动通信网,（2）具有组网的灵活性,（3）网路构成复杂,323 蜂窝网,1小区形状,将整个面状服务区划分为许多小区（无线区）。这些无线区的实际形状取决于电波传播条件和天线的方向性。如果基站使用全向发射天线，基站覆盖区实际是一个圆。,用圆的内接正多边形来近似地代替圆形，将是实际的不难看出由正多边形彼此邻接构成平面时，只能是正三角，正

17、方形和正六角形。,表、三种形状小区的比较,在服务区面积一定的情况下，正六边形小区的形状最接近理想的圆形，用它覆盖整个服务区所需的基站最少，也最经济。正六边形构成的网络形同蜂窝，因此，把小区形状为六边形的小区制移动通信网称为蜂窝网。,2区群的组成,相邻小区显然不能用相同的频道，这些不同信道的小区组成一个区群，只有不同区群的小区可以使用相同的频道，以实现有效利用频率的目的。,区群的构成应满足以下两个条件：（1）若干个区群能彼此邻接。（2）相邻区群中的同频小区中心距离相等。满足以上两个条件的关系式如下：,图、区群的组成,表、区群小区数N的取值,3同频小区的距离,图、同信道小区的确定,寻找同频小区方法

18、：自某一小区A出发，先沿边的垂直方向跨j个小区，再向左转60度，再跨i个小区，这样就到达同信道小区A。在正六边形6个方向可以找到6个相邻同频道小区，且小区距离相等。,同频小区的距离：,区群内的小区数N越大，同信道小区的距离就越远，抗同频干扰的性能就越好。,4中心激励与顶点激励,图、两种激励方式,若基站设在每个小区的中心，用全向天线形成圆形覆盖区，这就是所谓“中心激励”方式。,若将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上，每个基站采用三副120度扇形辐射的定向天线，分别覆盖三个相邻小区的各1/3区域，这就是所谓“顶点激励”。,中心激励,顶点激励,采用120度定向天线后，所接收的同频干扰功率仅为全向天

19、线系统的1/3，因而可以减少系统的同频干扰，另外，在不同地点采用多副定向天线可消除小区内障碍物的阴影区。,5小区的分裂,事实上服务区内的用户密度是不均匀的。因而在用户密度高的市中心可以使小区面积小一点，而在郊区小区的面积可以大一些,对于已设置好的蜂窝通信网，随着城市的发展，原来低用户密度区可能变成高密度区，这时相应地在该地区设置新的基站，将小区面积划小，解决以上问题可用小区分裂方法。,按小区半径的一半进行小区分裂示意图,44 3 蜂窝网移动通信概述44 31 系统结构,MS移动台可以是车载电台或手持电台（简称手机）。它由发射机，接收机、逻辑控制单元、拨号键和送受话器等组成。,MSC移动交换中心

20、是蜂窝网的控制中心，它通过电缆、光缆或数字微波线路等与公共网相连同时又与基站相连。MSC一般由专用的数字程控交换机组成，它不仅具有普通交换机所具有的交换功能，还具有适应移动通信特点的移动管理功能（:如越区切换、漫游等）。,BS基站主要由多部信道机组成，信道机数量由通信容量决定。基站信道机主要由发信机、接收机组成，天线大多采用定向天线，此外，基站还配有定位接收机，用于监测移动台的位置。,44 32 蜂窝网的功能与特征,1蜂窝通信系统的主要功能如下：（1）具有与公共电话网进行自动交换的能力。（2）双工通信，话音质量接近市话。（3）双向自动拨号。包括：移动-移动；移动-固话；（4）能够适应不同业务密

21、度需要，进行小区分裂（5）采用小区制频道再用技术，提高频率利用率（6）具有自动功率控制和自动越区切换信道的技术（7）设备通用性强，接口标准统一。（8）各地之间可以连网，具有自动漫游功能。,2蜂窝网通信的主要特征（1）频率再用是蜂窝系统的最显著的特征。（2）越区切换是蜂窝移动系统又一个重要特征。（3）蜂窝系统的第三特征是小区分裂。用小区分 裂的方式可增加系统的容量。,GSM数字蜂窝网,模拟蜂窝网表现出不适应市场需求的现象，主要为：模拟网体制混杂，不兼容。容量受限制。不能提供ISDN业务,第二代数字移动通信系统的多址接入方式基本采用TDMA方式。,GSM标准包括两个并行的系统：GSM900和DCS

22、1800,1982年，欧洲邮电行政大会CEPT(Conference Europe of Post and Telecommunication)成立了一个欧洲移动通信特别小组，简称GSM（Group Special Mobile）,根据目标提出了二项主要设计原则。1.话音和信令都采用数字信号传输，数字话音的传输速率降低到16KB/S。2.不再采用现有模拟系统使用的12.5-25KHZ标准带宽。改FDMA多址接入方式为窄带TDMA接入方式。,88年，18个欧洲国家就GSM主要技术规范达成了共识，签署了GSM谅解备忘录MOU，颁布了GSM标准。GSM被重新命名为全球移动通信系统（Global Sy

23、stem For Mobile Communication）.,一、开发GSM系统的背景,二、GSM网络结构,图、GSM蜂窝系统的网络结构,数字蜂窝移动通信在网络组成、设备配置、网络功能和工作方式等方面与模拟蜂窝移动通信是基本相同的。不同之处是GSM采用全数字传输，在实现技术和管理控制等方面与模拟网有较大差异。,基站收发器,基站控制器,移动交换中心,原籍位置寄存器,鉴权中心,设备标志寄存器,访问位置寄存器,1、移动台（MS）移动台是GSM移动通信网中用户使用的设备。,MS应具有以下各种功能：（1）无线接入GSM数字移动通信网，并完成各种控制功能。（2）支持各种基本业务和补充业务。（3）间断接收

24、和间断发射。（4）加密，对用户数据和信令单元进行加密。（5）语音编译码和信道编译码。（6）协助BSS完成自适应功率控制、跳频及各种切换。（7）无线信道速率和用户数据速率之间的适配。（8）支持人机接口MMI各种功能。（9）呼叫过程的提示。,移动台应包括移动台物理设备和用户识别卡（SIM）。SIM卡是一张符合ISO标准的智能卡。它由CPU、RAM、ROM、EPROM及串口等部分组成。大小有两种卡片式和嵌入式SIM卡装有三类信息：（1）存储与卡和持卡人有关的信息。（2）GSM网络操作所需的信息。如：IMSI国际移动用户识别 码、TMSI临时移动用户识别码TMSI、位置识别码LAI、加密键KC、用户密

25、钥KI、鉴权算法A3和加密算法A5和 密键A8等。（3）缩位拨号、短消息业务信息移动台设备参数等。,SIM卡的使用，使移动台设备与移动用户可以完全独立。即SIM卡可以在任何移动设备上使用。这为发展个人通信打下基础。,2、基站子系统BSS,对BSS的基本功能要求如下：（1）协助MSC完成地面信道管理。（2）无线信道测量和分配、链路监视、功率控制、跳频管理。（3）无线频道资源指示。（4）信道编解码、对用户数据和用户单元进行加密。（5）码型转换及速率适配。（6）独立完成小区内和同一BSC内的切换，执行MSC指令的 在BSC间的切换。(7)DRX接收和DTX发射.(8)交换功能.将无线信道连接A接口P

26、CM信道,充分利用PCM 中继通道时隙资源.(9)空间分集接收.,3、网络子系统NSS 网络子系统(Nss)主要包含有GSM系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。它对GSM移动用户之间通信和GSM移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用。NSS由一系列功能实体构成，整个GSM系统内部，即NSS的各功能实体之间和NSS与BSS之间都通过符合CCITT信令系统No7协议和GSM规范的7号信令网络互相通信。,图、网络子系统NSS结构,移动交换中心,原籍位置寄存器,鉴权中心,设备标志寄存器,访问位置寄存器,（1）移动交换中心MSC移动交换中心MSC是NSS的核心。首

27、先，MSC提供交换功能，面向固定网(公用电话网PSTN、综合业务数字网ISDN、分组交换公用数据网PSPDN、电路交换公用数据网CSPDN)的接口功能，把移动用户与移动用户、移动用户与固定用户互相连接起来。其次，它通过NO.7面向其他功能实体.移动交换中心可以从三种数据库，即原籍用户位置寄存器，访问用户寄存器和鉴权中心获取处理用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。反之，MSC也根据其最新获得的信息请求更新数据库的部分数据,（2）原籍用户位置寄存器HLR：也称归属用户位置寄存器。它是GSM系统的中央数据库，存储着该HLR控制区内的所有移动用户的相关数据，所有移动用户重要的静态数据都存储在HLR中

28、，HLR另外还存储着原籍用户有关动态数据信息,（3）访问用户位置寄存器VLR：是服务于其控制区域内移动用户的，存储着进入其控制区域来访移动用户的数据。这些数据是从该移动用户的原籍位置寄存器获取并进行暂存的。,4）鉴权中心AUC：GSM系统采取了特别的安全措施，例如用户鉴权、对无线接口上的话音、数据和信号信息进行保密等。因此，鉴权中心AUC存储着鉴权算法和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的移动用户通信的安全。,(5)移动设备识别寄存器EIR：移动设备寄存器存储移动设备识别码IMRI，通过检查白色清单、黑色清单或灰色清单这三种表格，在表格中分别列出准许使用的、失窃不准使用的、出

29、现异常需要监视的移动设备的IMEI号码。,（6）操作与维护中心OMC。网络操作与维护中心负责对全网进行集中监控与操作。GSM允许远程集中操作维护管理，并能支持高层网络管理中心NMC的接口。OMC对MSC和BSS分别进行维护。连接方式有多种如：X.25或NO.7或TMN Q3协议。,4GSM网络接口,图、GSM系统的接口,定义为网络子系统NSS与基站子系统BSS之间的通信接口,定义为基站子系统的基站控制器BSC与基站收发信机BTS两个功能实体之间远端互连方式的通信接口,(即空中接口)定义为移动台MS与基站收发信机BTS之间的无线通信接口,定义为移动交换中心MSC与访问用户位置寄存器VLR之间的内

30、部接口,定义为MSC与HLR之间的接口,定义为HLR与VLR之间的接口,为相邻区域的不同MSC之间的接口,定义为MSC与移动设备识别寄存器EIR之间的接口,定义为两个VLR之间的接口,3.1.2 GSM的区域、号码、地址与识别,1区域定义,GSM服务区是指移动台可获得服务的区域，即不同通信网用户无需知道移动台的实际位置而可与之通信的区域,公共陆地移动通信网PLMN：一个公共陆地移动通信网PLMN可由一个或多个移动交换中心组成。在该区内具有共同的编号制度和共同的路由计划,MSC区是指一个移动交换中心所控制的区域。可由一个或若干个位置区组成,位置区：移动台可任意移动不需要进行位置更新的区域。位置区

31、可以由若干个小区或基站区组成。,基站区：是指基站收发信机有效的无线覆盖区，简称小区,扇区：当基站收发信天线采用定向天线时，基站区分为几个扇区,1）国际移动用户识别码IMSI：在GSM数字公众陆地移动通信网中，IMSI是唯一地识别一个移动用户的号码。IMSI永久地属于一个注册用户，在包括漫游区域在内的所有位置都是有效的。,2.号码与识别,图、国际移动用户识别码(IMSI)的格式,MCC：移动用户所属国家代码：3位，中国460,MNC：1或2位。识别移动用户所归属的移动网,MSIN：移动用户识别码，用以识别某一移动网中的移动用户,2）临时移动用户识别码：为了对国际移动用户识别码加强安全保密。访问位

32、置寄存器VLR给来访的移动用户分配一个唯一的临时移动用户识别码TMSI。TMSI与IMSI之间可以按一定的算法互相转换。TMSI为4字节的BCD编码，由各MSC自行分配,3)国际移动设备识别码(IMEI)：是区别移动台设备的标志，可用于监控被窃或无效的的移动设备,图、国际移动设备识别码(IMEI)的格式,型号批准码TAC由欧洲型号中心分配,工厂分配码FAC表示生产厂家及其装配地,序号码SNR由厂家分配,SP备用,4)移动台的号码 移动台国际ISDN号码(MSISDN)。,此号码是指主叫用户为为呼叫数字公用陆地蜂窝移动通信网中用户所需拨的号码.,图、移动台国际ISDN的格式,CC:我国国家码为8

33、6,NDC包含数字蜂窝移动业务接入号N1N2N3和HLR识别号:H1H2H3H4.安徽H1H2=55,56,（13位）,（11位）,移动台漫游号码(MSRN)。当移动台漫游到一个新的服务区时，由VLR给它分配一个临时性的漫游号码，并通知该移动台的HLR，用于建立通信路由。一旦该移动台离开该服务区，此漫游号码即被收回，并可分配给其它来访的移动台使用。漫游号码的组成格式与移动国际(或国内)ISDN号码相同。,0XYZ：被访地的长途区号；PQR：被访地没有使用的一个端局号；ABCD：分配移动用户的漫游号码,5)位置区和基站的识别码,位置区识别(LAI)码。,图、位置区识别码的格式,MCC：移动用户所

34、属国家代号（如：中国460）,MNC：移动网号码（如：900M TDMA 移动网为00）,位置区码LAC：为两字节采用16进制，（如：安徽55X3X4）X3X4各省自定。,基站识别色码(BSIC)。,图、基站识别色码(BSIC)的格式,BSIC用于移动台识别相同载频的不同基站，特别用于区别不同国家的边界地区采用相同载频且相邻的基站。,N,NCC：PLMN色码。用于识别相邻的移动网络。BCC：用于识别相同载频的不同基站,4.4 4 数字移动通信的相关技术,4.4 4.1 多址技术：多址方式的基本类型有三种，即频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。频分多址（FDMA）,

35、FDMA通信系统的工作示意图,时分多址（TDMA）通信系统的工作示意图,码分多址（CDMA）方式示意图,4.4 4 数字移动通信的相关技术,4.4 4.2 调制技术 概念：调制是为了使信号特性与信道特性相匹配 数字调制是用基带数字信号改变高频载波信号的某一参数来传递数字信号的过程。目前在数字蜂窝系统中，多采用线性调制和恒定包络调制,线性调制重要的线性调制是以PSK调制为基础的，如正交移相键控QPSK调制、QPSK调制等，具有较高的频谱利用率。恒定包络调制重要的恒定包络调制是以FSK调制为基础的，如最小移频键控（MSK）调制、高斯滤波最小移频键控（GMSK）调制等,4.4 4 数字移动通信的相关

36、技术,4.4 4.3 分集接收技术 概念：是研究如何利用多径信号来改善系统的性能。它利用多条具有近似相等的平均信号强度和相互独立衰落特性的信号路径来传输相同信息，并在接收端对这些信号进行适当的合并以便大大降低多径衰落的影响，从而改善传输的可靠性。,分集技术：方法有空间分集，时间分集和频率分集等,合并技术：有选择式合并、最大比合并、等增益合并以及开关 式合并等四种。,选择式合并就是将M个接收机的输出信号送入选择逻辑，选择逻辑从M个接收信号中选出具有最高基带信噪比的基带信号作为输出信号。最大比合并就是将M个分集支路经过相位调整后，按适当的增益系数同相相加，再送入检测器。等增益合并是最大比合并的一种

37、特殊情况。开关式合并是监视接收信号的瞬时包络，当本支路的瞬时包络低于预定门限时，将天线开关置到另一条支路上。,4.4 4 数字移动通信的相关技术,4.4 4.4 话音编码技术：有波形编码、参量编码和混合编码三大类波形编码技术是通过对话音波形进行采样、量化，然后用二进制码表示出来。这种技术包括PCM、DPCM和DM，以及自适应量化的ADPCM、ADM技术和ATC（自适应变换编码）、SBC（子带编码）技术。参量编码技术是以话音信号产生的数学模型为基础，根据输入语音信号分析出模型参数（主要是表征声门振动的激励参数和表征声道特性的声道参数），然后在解码端根据这些模型参数来恢复话音。混合编码技术兼有波形

38、编码和声源编码的优点，它也是目前使用最多的编码技术。随着研究的深入，话音编码的研究也在不断引进新的分析技术，如非线性预测、多精度时频分析技术（包括子波分析技术）、高阶统计分析技术等。,4.4 5.1 GSM系统的无线传输方式及其特征 GSM系统采用TDMA和FDMA两种多址方式。区群内小区数为3、4或7个，每个小区含多个载频，每个载频含有8个时隙。基站发射功率为每载波500W，每时隙平均为500/8=62.5W。移动台发射功率分为0.8W、2W、5W、8和20W，供用户选择。小区半径为最大35km(用于农村)，最小为500m(市区)。采用多种抗干扰技术如自适应均衡、跳频和纠错码等。,GSM工作

39、频段(1)欧洲GSM通信系统在以下的射频频段：上行:890915MHz（移动台发、基站收）下行:935960MHz（基站发、移动台收）收发频率间隔为45MHz。载频间隔：0.2MHz系统载频数:(915-890)/0.2-1=124(对)；下频段:fl(n)=(890+0.2n)MHz；上频段:fh(n)=(935+0.2n)MHz；n=1124.每个载频有8个时隙，系统共有物理信道 1248=992(个),(2)我国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz频段：上行：905915 下行：950960下频段:fl(n)=890.200(n-1)0.200MHz;上频段:fh(n

40、)=fl(n)45MHz;n=76124频道每个载频有8个时隙，系统共有物理信道 498=392(个)随着业务的发展，可向下扩展，或向1.8GHz频段的DCSI800过渡，即1800MHz频段：上行：17101785 下行：18051880相邻两频道间隔为200kHz，每个频道采用时分多址接入（TDMA）方式，分为8个时隙，即8个信道。每信道占用带宽200kHz8=25kHz,3.频率复用形式 按信道分配原则，把n个信道分为12组。复用方式:(1)采用定向天线,区群内4个小区每小区3组频率,区群内3个小区每小区3组频率,4.45.2 信道类型及其组合 1.时分多址技术（TDMA）在GSM中，无

41、线路径上是采用时分多址（TDMA）方式。每一频点（频道或叫载频TRX）上可分成8个时隙，每一时隙为一个信道，因此，一个TRX最多可有8个移动客户同时使用。,FDMA,TDMA,TDMA系统具有如下特性：a.每载频多路;b.突发脉冲序列;c.传输速率高，自适应均衡;d.传输开销大;e.对于新技术是开放的;f.共享设备的成本低;g.移动台较复杂。,（2）TDMA的帧 结构,(3)TDMA信道概念 物理信道:一个时隙(TS)信道 控制信道（CCH）逻辑信道 业务信道(TCH)逻辑信道要映射到物理信道上传送。,业务信道（TCH）：用于传送编码后的 话音或客户数据，和少量的随路控制信令。话音业务信道 业

42、务信道 数据业务信道,全速率业务信道(TCH/F)；半速率业务信道(TCH/H):所用时隙是全速率所用时隙的一半。控制信道(CCH)：用于传送信令或同步数据。根据所需完成的功能又把控制信道分为广播、公共及专用三种控制信道。广播信道(BCH)：是“一点对多点”的单向控制信道，用于基站向移动台广播公用的信息。,广播信道又分为：频率校正信道(FCCH)、同步信道(SCH)和广播控制信道(BCCH)。公用控制信道(CCCH)：是一种双向控制信道，用于呼叫接续阶段传输链路连接所需要的控制信令。又分为寻呼信道(PCH)、随机接入信道(RACH)和准许接入信道(AGCH);专用控制信道(DCCH)：实施“点

43、对点”的双向控制信道。用于呼叫接续阶段及通信进行当中，在移动台与基站之间传输必要的控制信息。又分为独立专用控制信道(SDCCH)、慢速随路控制信道(SACCH)和快速随路控制信道(FACCH),（4）时隙格式 TDMA信道上一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列。共有五种类型。常规(普通)突发脉冲(NB,Nornal Burst)序列：用于传输业务信道TCH和专用控制信道(DCCH)的信息。频率校正突发(FB,Frequency Correction Burst)脉冲序列:用于校正移动台的载波频率,同步突发(SB,Synchronisation Burst)脉冲序列:：用于移动台的时间同步。接入

44、突发(AB,Access Burst)脉冲序列：。用于上行传输方向，在随机接入信道(RACH)上传送，用于移动用户向基站提出入网申请。空闲突发脉冲序列（DB）：此突发脉冲序列在某些情况下由BTS发出，不携带任何信息。它的格式与普通突发脉冲序列相同，其中加密比特改为具有一定比恃模型的混合比特。,交织编码 在陆地移动通信这种变参信道上，比特差错经常是成串发生的。信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才有效。希望能找到把一条消息中的相继比特分散开的方法，再用信道编码纠错功能纠正差错，恢复原消息，这种方法就是交织技术。,4.45.3 跳频和间断传输技术跳频采用跳频技术是为了确保通信的秘密性和

45、抗干扰性。跳频技术是靠躲避干扰获得抗干扰能力。Bw：跳变频率范围；Bc：最小跳变的频率间隔。,采用每帧改变频率的方法,2.鉴权与加密 鉴权的是为了确认移动台的合法性。作用是保护网路，防止非法盗用。同时通过拒绝假冒合法客户的“入侵”而保护GSM移动网路的客户。,4.45.4 呼叫接续移动用户主呼,4.45.5 过区切换 当移动台从一个小区或扇区进入另一个小区或扇区是要进行过区切换。GSM采取移动台辅助切换法切换有三种情况：同一BSC控制区内不同小区切换；2.同一MSC/VLR业务区不同BSC间的切换；3.不同MSC/VLR的区间切换。,4.45.6 GPRS(通用分组无线业务)GSM网络采用线路

46、交换的方式,主要用于语音通话，因特网上的数据传递则采用分组交换的方式，因而导致网络彼此独立运行的情况。制定GPRS(General Packet Radio Service 通用分组无线业务)标准目的：改变两种网络互相独立的现状，使GSM网轻易地实现与高速数据分组的接入。GPRS是GSM通向3G的一个重要里程碑。,4.4 5.7 WAP(无线通信协议)由于因特网上的通信协议不适用于无线传输环境，因此在1997年成立的WAP论坛上，将各通信厂商开发的适用于无线传输的通信协议整合后，形成统一标准的无线通信协议，称为WAP(Wireless Application Protocol)。WAP协议针对无线传输的信道带宽窄、易受干扰的特点，加入许多特殊的改良和设计，使得移动台与基站系统间适合传输数据信息。,4.4 6 CDMA系统,4.4 6.1 CDMA 系统概述,4.4 6.2 CDMA系统的主要优点,大容量 软容量 软切换 高话音质量和低发射功率 话音激活 保密,