第六章移動通信(48張)第一頁，共144頁。第六章移動通信6.1移動通信概述6.2移動通信的基本技術6.3數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)6.4第三代移動通信系統(tǒng)2第二頁，共144頁。移動通信——“動中通”通信雙方或至少其中一方在移動環(huán)境下進行信息傳遞的通信方式，包括移動體之間或移動體與固定體之間的通信。1、什么是移動通信6.1移動通信概述第三頁，共144頁。無論任何人（Whoever)

在任何時間（Whenever）在任何地點（Wherever）與任何一個人（Whomever）進行任何類型的通信（Whatever）

2、目標：實現(xiàn)個人通信系統(tǒng)26.1移動通信概述第四頁，共144頁。模擬移動通信系統(tǒng)，接續(xù)工作由人工操作完成，采用電子管，體積龐大、笨重且昂貴，使用短波段。第一階段交換系統(tǒng)為自動交換，接續(xù)效率高，采用晶體管，體積大為減小，使用甚高頻。第二階段第一代移動通信系統(tǒng)（蜂窩系統(tǒng)）第三階段第二代移動通信系統(tǒng)廣泛應用和第三代移動通信系統(tǒng)的具體的設計、規(guī)劃和實施階段。第四階段3、移動通信的發(fā)展歷程6.1移動通信概述第五頁，共144頁。

1887年，馬可尼在陸地和一艘輪船上完成無線通信試驗，標志無線通信的開始。

1928年，美國警用車輛的車載無線電系統(tǒng)，標志移動通信的開始。

1946年，Bell實驗室在圣路易斯建立第一個公用汽車電話網(wǎng)，1960年，實現(xiàn)無線頻道自動選擇域公用電話網(wǎng)自動撥號連接。

1974年，美國Bell實驗室提出蜂窩移動通信的概念。3、移動通信的發(fā)展歷程6.1移動通信概述第六頁，共144頁。

1980s，第一代移動通信系統(tǒng)，1983年美國的AMPS，1980年北歐的NMT，1979年日本的NAMTS,1985年英國TACS系統(tǒng)

1990s，第二代移動通信系統(tǒng)，1992年商用的GSM，1991年北美的IS-54，1993年日本的PDC,1993年美國提出的IS-95（N-CDMA）

2000s，第三代移動通信系統(tǒng)，歐洲、日本的WCDMA

，北美的CDMA-2000

，中國的TD-SCDMA6.1移動通信概述3、移動通信的發(fā)展歷程第七頁，共144頁。系統(tǒng)間沒有公共接口。無法與固定網(wǎng)迅速向數(shù)字化推進相適應，數(shù)字承載業(yè)務很難開展。頻率利用率低，無法適應大容量的要求。安全性差，易于被竊聽，易做“假機”。第一代移動通信系統(tǒng)特點6.1移動通信概述3、移動通信的發(fā)展歷程第八頁，共144頁。頻譜利用率，系統(tǒng)容量大。

用戶能獲得多種服務（以話音業(yè)務為主，并提供低速率以電路型為主的數(shù)據(jù)業(yè)務）。能自動漫游。話音質(zhì)量比第一代好。保密性好?？梢耘cISDN、PSTN等網(wǎng)絡互連。第二代移動通信系統(tǒng)優(yōu)點6.1移動通信概述3、移動通信的發(fā)展歷程第九頁，共144頁。

數(shù)據(jù)功能差，不能支持多媒體業(yè)務。如使用GSM手機上網(wǎng)，理論上只能達到9.6k的上網(wǎng)速度。全球不同的第二代移動通信系統(tǒng)彼此間不能兼容，使用的頻率也不一樣，全球漫游比較困難。第二代移動通信系統(tǒng)缺點6.1移動通信概述3、移動通信的發(fā)展歷程第十頁，共144頁。具有全球標準使用全球公共頻帶具有全球使用的小型終端具有全球漫游能力

從媒體（Media）→多媒體（Multi-media）微蜂窩結(jié)構提高改良的頻率使用效率具有易于向下一代系統(tǒng)發(fā)展的靈活性具有高速的分級數(shù)據(jù)速率在固定位置環(huán)境下能達到2Mbps對步行用戶能達到384kbps對車載用戶能達到144kbps

第三代移動通信系統(tǒng)特點6.1移動通信概述第十一頁，共144頁。①信道傳輸條件惡劣移動臺使用無線信道，在電波傳播的過程中，由于多徑衰落、建筑物阻擋造成的陰影效應、移動臺運動引起的多普勒頻移等，使接收信號極不穩(wěn)定。信號起伏幅度可達30dB以上。6.1移動通信概述4、移動通信的特點第十二頁，共144頁。②強干擾情況下工作

移動通信除受到汽車發(fā)動機的火花干擾及工業(yè)干擾以外，主要的干擾有互調(diào)干擾、鄰道干擾及同頻干擾?；フ{(diào)干擾：由于部件的非線性引起；非線性部件的輸出信號中，會包含輸入信號所沒有的新的頻率成分，如果這些新的頻率成分落入其他信號的頻率范圍之內(nèi)，就會對該信道造成干擾，稱為互調(diào)干擾；鄰道干擾：相鄰或鄰近信道之間，由于信道隔離度不夠造成的干擾；

同頻干擾：相同頻率的無用信號造成的干擾。6.1移動通信概述第十三頁，共144頁。③可供使用的頻率資源有限移動通信的可用頻率范圍有限，而移動通信的用戶數(shù)卻在猛增，故有效地利用頻率資源是移動通信系統(tǒng)的一個重要研究課題。④建網(wǎng)技術復雜由于移動臺在通信區(qū)域內(nèi)隨時運動，需要隨機選用無線通道，同時需支持位置登記、越區(qū)切換及漫游存取的跟蹤技術，這使其信令種類比固定網(wǎng)要復雜得多。此外，在入網(wǎng)和計費方式也有其特殊的要求。所以移動通信系統(tǒng)相當?shù)膹碗s。6.1移動通信概述第十四頁，共144頁。移動通信工作方式單向通信方式雙向通信方式單工通信方式雙工通信方式半雙工通信方式6.1移動通信概述5、移動通信的工作方式第十五頁，共144頁。通信雙方中的一方只能接收信號，而另一方只能發(fā)送信號，不能互逆。收信號方不能對發(fā)信號方直接進行信息反饋。陸地移動通信中的無線尋呼系統(tǒng)就采用這種工作方式。BP機只能收信而不能發(fā)信，反饋信息只能通過“打電話”間接地來完成。

6.1移動通信概述5、移動通信的工作方式第十六頁，共144頁。所謂雙向通信方式就是通信雙方都可以接收信號和發(fā)送信號。日常生活中的電話機、手機、對講機等都是雙向通信方式。6.1移動通信概述5、移動通信的工作方式第十七頁，共144頁。

移動通信的雙方只能交替地進行發(fā)信和收信，而不能同時進行發(fā)信和收信。常用的對講機就是采用的這通信方式。平時天線與接收機相連接，發(fā)信機不工作。當一方用戶需要講話時，按下“按-講”開關（PTT），天線與發(fā)信機相連（發(fā)信機開始工作）。另一方的天線接至接收機，因而可收到對方發(fā)來的信號。根據(jù)收、發(fā)頻率的異同，又可以分為同頻單工和異頻單工。單工通信方式6.1移動通信概述第十八頁，共144頁。同頻單工通信方式通信雙方使用相同的頻率工作，發(fā)送時不接收接收時不發(fā)送。只占用一個頻點。6.1移動通信概述第十九頁，共144頁。異頻單工通信方式

發(fā)信機和收信機分別使用兩個不同的頻率進行發(fā)送和接收。如甲的發(fā)射頻率和乙的接收頻率為f1，乙的發(fā)射頻率和甲的接收頻率為f2。同一部電臺的發(fā)射機和接收機是輪換工作的。6.1移動通信概述第二十頁，共144頁。雙工通信方式通信雙方在通話時收發(fā)信機同時工作，即任意一方在發(fā)話的同時，也能收聽到對方的信息，與普通有線電話的使用情況類似；通信雙方通過雙工器來完成雙工通信；分為頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD）。6.1移動通信概述5、移動通信的工作方式第二十一頁，共144頁。信道間隔：200kHz1710178518051880雙工距離:95MHz890915935960雙工距離:45MHzGSM900:GSM1800:6.1移動通信概述5、移動通信的工作方式第二十二頁，共144頁。頻分雙工通信方式（FDD）收、發(fā)信機所用頻率不同，一般雙工頻差為幾MHZ

到幾十MHZ，即從頻率上來區(qū)分收發(fā)信道。優(yōu)點：使用方便，收發(fā)信機自身的干擾較小。缺點：需占用兩個頻段才能工作，占用頻譜資源多，

MS在通信中發(fā)射機經(jīng)常處于發(fā)射狀態(tài)，耗電大。6.1移動通信概述第二十三頁，共144頁。時分雙工通信方式（TDD）信號的接收和傳送在同一頻率的信道即載波的不同時隙，用保證時間來分離接收與傳輸信道。我國的3G技術標準TD-SCDMA中就采用了此技術。與FDD模式相比具有以下五個方面優(yōu)勢：頻譜靈活性高頻譜利用率高支持不對稱數(shù)據(jù)業(yè)務有利于采用新技術成本低6.1移動通信概述第二十四頁，共144頁。半雙工通信方式

指通信雙方的一方使用頻分雙工方式，收發(fā)信機同時工作，另一方則采用異頻單工方式，收發(fā)信機交替工作，也稱為雙向異頻半雙工工方式。主要用于專用移動通信中，如汽車調(diào)度?；嘏_是雙工方式，即收發(fā)信機同時工作，而移動臺是按鍵講話的異頻單工方式。

6.1移動通信概述第二十五頁，共144頁。蜂窩移動通信系統(tǒng)無線尋呼系統(tǒng)無繩電話系統(tǒng)

6、常見的移動通信系統(tǒng)集群移動通信系統(tǒng)6.1移動通信概述第二十六頁，共144頁。蜂窩移動通信系統(tǒng)

把整個服務區(qū)劃分成若干個較小的區(qū)域（小區(qū)），各小區(qū)均用小功率的基站發(fā)射機覆蓋，許多小區(qū)像蜂窩一樣覆蓋任意形狀的服務地區(qū)。6.1移動通信概述第二十七頁，共144頁。公用電話網(wǎng)無線電尋呼控制中心及主發(fā)射臺用戶回路市話中心要呼叫某一“袖珍玲”用戶，可撥尋呼中心的專用號碼，尋呼中心的話務員記錄所要尋找的用戶號碼及要代傳的號碼及要代傳的消息，并自動在無線信道上發(fā)出呼叫.被呼用戶的袖珍接收機發(fā)出呼叫聲，并在液晶屏上顯示主呼用戶的電話號碼及簡單消息。袖珍玲用戶利用鄰近市話電話機與主呼用戶通話。無線尋呼系統(tǒng)6.1移動通信概述第二十八頁，共144頁。普通話機座機市話局用戶線無繩電話系統(tǒng)普通的電話單機分成座機和手機兩部分座機與有線電話網(wǎng)連接，手機與座機間用無線電連接。因手機與座機間不用電線相連，故稱為“無繩”電話。

以有線電話網(wǎng)為依托的通信方式，是有線電話網(wǎng)的無線延伸普通的電話單機分成座機和手機兩部分座機與有線電話網(wǎng)連接，手機與座機間用無線電連接。因手機與座機間不用電線相連，故稱為“無繩”電話。6.1移動通信概述第二十九頁，共144頁。集群移動通信系統(tǒng)用于集團調(diào)度指揮；可用信道為系統(tǒng)的全體用戶共用，具有自動選擇信道功能，是共享資源、分擔費用、共用信道設備及服務的多用途、高效能的無線調(diào)度通信系統(tǒng)。6.1移動通信概述第三十頁，共144頁。

7、移動通信的發(fā)展趨勢寬帶化、分組化、智能化、綜合化、個人化

寬帶化是通信信息技術發(fā)展的重要方向之一；IP協(xié)議將成為電信網(wǎng)的主導通信協(xié)議；核心網(wǎng)絡綜合化，接入網(wǎng)絡多樣化；移動智能網(wǎng)技術與IP技術的組合將進一步推動全球個人通信的發(fā)展；網(wǎng)絡將從以技術為中心轉(zhuǎn)向以應用為中心；IP技術將成為未來網(wǎng)絡的核心技術。6.1移動通信概述第三十一頁，共144頁。第六章移動通信6.1移動通信概述6.2移動通信的基本技術6.3數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)6.4第三代移動通信系統(tǒng)現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡技術32第三十二頁，共144頁。6.2.2移動通信的組網(wǎng)技術6.2.1移動信道特征及抗衰落方法6.2移動通信的基本技術第三十三頁，共144頁。

6.2.1移動信道特征及抗衰落方法

移動信道電波傳播原理移動信道特征抗衰落方法第三十四頁，共144頁。

蜂窩無線移動通信系統(tǒng)中，電磁波傳播機理多種多樣，但總體上可歸結(jié)為：反射、繞射和散射。在城區(qū)，發(fā)射機和接收機之間一般無直射路徑，而高層建筑產(chǎn)生強烈的繞射損耗。另外，由于不同物體的多路徑反射，經(jīng)過不同長度路徑的電磁波相互作用引起多徑損耗。同時，隨著發(fā)射機和接收機之間距離的不斷增加，引起電磁波強度的衰減。移動信道電波傳播原理第三十五頁，共144頁。（1）電磁波的自由空間傳輸自由空間傳播是指在理想的、均勻的、各向同性的介質(zhì)中傳播，不發(fā)生反射、折射、散射和吸收現(xiàn)象，只存在電磁波能量擴散而引起的傳播損耗的空間。衛(wèi)星通信和微波視距通信屬于典型的自由空間傳播。自由空間傳播損耗：移動信道電波傳播原理第三十六頁，共144頁。（2）反射：電磁波在不同介質(zhì)交接處，則一部分能量進入新介質(zhì)繼續(xù)傳播，另一部分能量在原介質(zhì)中發(fā)生了反射。若電磁波傳輸?shù)嚼硐敕瓷潴w的表面，則所有能量都將被反射。移動臺天線散射波直射波地面反射波基站天線移動信道電波傳播原理第三十七頁，共144頁。（3）繞射：由于處于障礙物前方的各點可作為新的波源產(chǎn)生球面次級波，次級波在障礙物的后方形成場強，即繞射場強。繞射能使無線電波穿過障礙物?；咎炀€移動臺天線繞射波山峰

移動信道電波傳播原理第三十八頁，共144頁。（4）散射：當電磁波在粗糙表面上發(fā)生反射時，反射能量散布于各個方向，即發(fā)生了散射。一些圓柱形的散射體，如樹木等，可以在所有方向上散射能量，從而增加了接收信號的能量。移動臺天線散射波直射波地面反射波基站天線移動信道電波傳播原理第三十九頁，共144頁。接收信道統(tǒng)計分析曲線（5）移動環(huán)境的場強特性移動通信環(huán)境下場強變化劇烈場強變化的平均值隨距離增加而衰減場強特性曲線的中值呈慢速變化（慢衰落）場強特性曲線的瞬時值呈快速變化（快衰落）

移動信道電波傳播原理第四十頁，共144頁。

6.2.1移動信道特征及抗衰落方法

移動信道電波傳播原理移動信道特征抗衰落方法第四十一頁，共144頁?？臻g傳播損耗------路徑損耗陰影效應------由地形結(jié)構引起，表現(xiàn)為慢衰落多徑效應------由移動體周圍的局部散射體引起的多徑傳播，表現(xiàn)為快衰落多普勒效應------由于移動體的運動速度和方向引起，多徑條件下將引起多普勒頻譜展寬移動信道特征第四十二頁，共144頁。（1）陰影效應產(chǎn)生原因：由于發(fā)射端與接收端存在障礙物阻擋造成場強中值變化；由此產(chǎn)生的衰落稱為陰影衰落。統(tǒng)計特性：陰影衰落為慢衰落，服從對數(shù)正態(tài)分布。特點：衰落速率與頻率無關；此衰落取決于地形、地物的分布、建筑物高度以及移動體的運動速度。解決方案：信道設計中留有一定的衰落儲備。移動信道特征第四十三頁，共144頁。（2）多徑效應產(chǎn)生原因：由于接收端周圍多個散射體反射電磁波，在接收端口形成駐波變化的情況。由此產(chǎn)生的衰落稱為多徑衰落。統(tǒng)計特性：多徑衰落為快衰落，服從瑞利分布。特點：時域存在“時延擴展”；頻域存在“頻率選擇性衰落”------相關帶寬；解決方案：采用分集接收技術。

移動信道特征第四十四頁，共144頁。（3）多普勒效應當移動臺在運動中通信時，接收信號頻率會發(fā)生變化，稱為多普勒效應。多普勒頻移：

移動信道特征第四十五頁，共144頁。

6.2.1移動信道特征及抗衰落方法

移動信道電波傳播原理

移動信道特征抗衰落方法第四十六頁，共144頁。

分集接收技術：接收端對它收到的多個衰落特性互相獨立（攜帶同一信息）的信號進行待定的處理，以降低信號的電平起伏。

抗衰落方法第四十七頁，共144頁?？臻g分集技術---用2個以上的天線接收同一個信號頻率分集技術---用2個以上的載波頻率傳輸時間分集技術---在不同時間接收同一個信號極化分集技術---接收垂直和水平極化信號常用的分集技術

抗衰落方法第四十八頁，共144頁。6.2.2移動通信的組網(wǎng)技術

6.2.1移動信道特征及抗衰落方法6.2移動通信的基本技術第四十九頁，共144頁。

6.2.2

移動通信的組網(wǎng)技術

區(qū)域覆蓋技術

多址技術第五十頁，共144頁。蜂窩系統(tǒng)---“小區(qū)制”系統(tǒng)將所要覆蓋的地區(qū)劃分為若干個小區(qū)，每個小區(qū)的半徑可視用戶的分布密度在1-10km左右,在每個小區(qū)設立一個基站為本小區(qū)范圍內(nèi)的用戶服務。

-蜂窩分類宏蜂窩(Macro-cell)2-20km

微蜂窩(Micro-cell)0.4－2km

微微蜂窩(Pico-cell)<400m

區(qū)域覆蓋技術第五十一頁，共144頁。小區(qū)小區(qū)形狀的確定小區(qū)的實際覆蓋想象的覆蓋理想的覆蓋實際的覆蓋

區(qū)域覆蓋技術第五十二頁，共144頁。

“頻率復用”的概念特點：用戶容量大，服務性能較好，頻譜利用率較高，用戶終端小巧且電池使用時間長，輻射小等問題：系統(tǒng)復雜，越區(qū)切換、漫游，位置登記、更新和管理以及系統(tǒng)鑒權等。

區(qū)域覆蓋技術第五十三頁，共144頁。頻率復用：處在不同位置(不同小區(qū))上的用戶可以同時使用相同頻率的信道可以極大地提高頻譜利用率如果系統(tǒng)設計得不好，將產(chǎn)生嚴重的同頻干擾C1C1f1P0f1P0RRDD：同頻復用距離R：小區(qū)半徑

區(qū)域覆蓋技術第五十四頁，共144頁。區(qū)群？ 通常由若干個鄰接小區(qū)構成區(qū)群，再由區(qū)群披此鄰接構成整個服務區(qū)；為防止同頻干擾，同一區(qū)群中的小區(qū)，不得使用相同的頻率；且鄰接區(qū)群中的同頻小區(qū)中心間距相等；

區(qū)域覆蓋技術第五十五頁，共144頁。區(qū)群中小區(qū)數(shù)應滿足的關系式：

N=i2+ij+j2，i、j為不同時為零的正整數(shù)。N可能的取值見下表所示。

區(qū)域覆蓋技術第五十六頁，共144頁。C1C1f1P0f1P0RRD(D/R)2=3×ND—頻率復用距離R—小區(qū)半徑N—頻率復用因子

區(qū)域覆蓋技術第五十七頁，共144頁。N=3N=4N=7

區(qū)域覆蓋技術第五十八頁，共144頁。激勵方式中心激勵基站位于小區(qū)中央，采用全向天線實現(xiàn)無線區(qū)覆蓋；頂點激勵在每個六邊型的三個頂角上設置基站，采用120度扇形輻射的定向天線實現(xiàn)無線區(qū)覆蓋。圖

激勵方式示意圖

區(qū)域覆蓋技術第五十九頁，共144頁。小區(qū)分裂隨著城市建設的發(fā)展，為適應新的用戶密度變化，可采用“小區(qū)分裂”的方法，即將原有的無線小區(qū)進一步細分，以增大系統(tǒng)的容量和密度。圖

增加新基站的分裂

區(qū)域覆蓋技術第六十頁，共144頁。

6.2.2

移動通信的組網(wǎng)技術

區(qū)域覆蓋技術多址技術第六十一頁，共144頁。多址技術多址技術：在移動通信系統(tǒng)中，有許多用戶都要同時通過同一個基站和其他用戶進行通信，因而，必須對不同用戶和基站發(fā)出的信號賦予不同特征，使基站能從眾多用戶臺的信號中區(qū)分出是哪一個用戶臺發(fā)出來的信號，而各用戶臺又能識別出基站發(fā)出的信號中哪個是發(fā)給自己的信號。多址方式的類型有：即頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)和空分多址(SDMA)。第六十二頁，共144頁。頻分多址(FDMA)：按頻道劃分用戶，頻帶獨享，時間共享時分多址(TDMA)：按時隙劃分用戶，時隙獨享，頻率共享碼分多址(CDMA)：按碼型劃分用戶，時隙/頻率共享空分多址(SDMA)：按空間角度劃分用戶，頻率/時隙/碼型共享

多址技術第六十三頁，共144頁。（1）頻分多址（FDMA）PowerFrequencyTimeFDMA

將給定的頻譜資源劃分為若干個等間隔的頻道供不同的用戶使用。

多址技術第六十四頁，共144頁。（1）頻分多址（FDMA）用戶識別：頻道號（在頻譜域?qū)崿F(xiàn)了用戶的正交分割）；特點：簡單、容易實現(xiàn)，以頻道區(qū)分用戶地址，一個頻道傳輸一路模擬/數(shù)字話路；以頻率復用為基礎，需嚴格的頻率規(guī)劃，是頻率受限和干擾受限系統(tǒng)；對功控的要求不高，硬件設備取決于頻率規(guī)劃和頻道設置；應用：模擬/數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)；

多址技術第六十五頁，共144頁。（2）時分多址（TDMA）FrequencyPowerTimeFDMA/TDMA

把時間分成周期性的幀，每一幀再分為若干個時隙供用戶作信道使用。

多址技術第六十六頁，共144頁。（2）時分多址（TDMA）用戶識別：時隙（在時間域?qū)崿F(xiàn)了用戶的正交分割）；特點：以頻率復用為基礎，小區(qū)內(nèi)以時隙區(qū)分用戶；每個時隙傳輸一路數(shù)字信號，軟件對時隙動態(tài)配置；系統(tǒng)要求嚴格的系統(tǒng)定時同步；是時隙受限和干擾受限系統(tǒng)；應用：GSM系統(tǒng)（載頻間隔：200KHz，每頻道8個時隙）；

多址技術第六十七頁，共144頁。

在CDMA通信系統(tǒng)中，不同用戶傳輸信息所用的信號不是靠頻率不同或時隙不同來區(qū)分，而是用各自不同的編碼序列來區(qū)分，或者說，靠信號的不同波形來區(qū)分。（3）碼分多址（CDMA）FrequencyCDMAPowerTime

多址技術第六十八頁，共144頁。用戶識別：碼型（在碼域?qū)崿F(xiàn)用戶的正交分割）；特點：每個基站只需一個射頻系統(tǒng)；每個碼傳輸一路數(shù)字信號，每個用戶共享時間和頻率；是一個多址干擾受限系統(tǒng)；需要嚴格的功率控制；需要定時同步；軟容量、軟切換，系統(tǒng)容量大；抗衰落、抗多徑能力強；應用：IS-95CDMA系統(tǒng)、cdma2000系統(tǒng)、WCDMA系統(tǒng)；（3）碼分多址（CDMA）

多址技術第六十九頁，共144頁。（4）空分多址（SDMA）

通過空間的分割來區(qū)別不同的用戶，即通過控制用戶的空間輻射能量，使用定向波束天線來服務于不同的用戶。依靠智能天線實現(xiàn)。多址技術第七十頁，共144頁。第六章移動通信6.1移動通信概述6.2移動通信的基本技術6.3數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)6.4第三代移動通信系統(tǒng)現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡技術71第七十一頁，共144頁。6.3.2CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)6.3.1GSM系統(tǒng)6.3數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)第七十二頁，共144頁。

GSM原意為“GroupSpecialMobile”移動特別小組，1991年在歐洲開通了第一個系統(tǒng)，工作頻率為900MHz。同時MoU組織為該系統(tǒng)設計和注冊了市場商標，將GSM更名為GlobalSystemforMobileCommunication，俗稱“全球通”。同年，移動特別小組還完成了制定1800MHz頻段的公共歐洲電信業(yè)務的規(guī)范，名為DCS1800系統(tǒng)。

GSM900和DCS1800就是我們平常講的“雙頻網(wǎng)絡”，兩系統(tǒng)功能相同，主要是工作頻率不同。

6.3.1GSM系統(tǒng)第七十三頁，共144頁。系統(tǒng)的結(jié)構與功能圖GSM系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構

6.3.1GSM系統(tǒng)第七十四頁，共144頁。移動臺（MS）GSM移動通信網(wǎng)中用戶使用的設備；用戶識別模塊（SIM）卡:一張符合ISO標準的“智慧”磁卡，包含與用戶有關的無線接口信息以及用于鑒權和加密的信息；實現(xiàn)了“個人與終端”的分離；系統(tǒng)的結(jié)構與功能

6.3.1GSM系統(tǒng)第七十五頁，共144頁。基站子系統(tǒng)（BSS）在一定無線覆蓋區(qū)中，由MSC控制與MS進行通信的系統(tǒng)設備。構成：BTS、BSC、天線公用器、天線等。在BSC中增加碼變換器及相應的復用設備，完成PRE-LTP編碼與PCM碼之間的轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)的結(jié)構與功能

6.3.1GSM系統(tǒng)第七十六頁，共144頁。網(wǎng)絡子系統(tǒng)(NSS)對GSM中MS之間通信和MS與其它通信網(wǎng)中用戶通信起著管理作用；主要功能包括：交換、移動性管理、安全性管理及負責收集計費、賬單信息等。系統(tǒng)的結(jié)構與功能

6.3.1GSM系統(tǒng)第七十七頁，共144頁。（1）MSC地域覆蓋上構成節(jié)點，主要完成接續(xù)任務；

MSC支持移動性管理、計費管理等網(wǎng)絡功能；每個MSC還應能完成入口MSC的功能。PSTNGMSCVMSCBSS系統(tǒng)的結(jié)構與功能

6.3.1GSM系統(tǒng)第七十八頁，共144頁。（2）HLR中央數(shù)據(jù)庫，存儲其所轄區(qū)的所有移動用戶的有關數(shù)據(jù)。用戶數(shù)據(jù)包括靜態(tài)數(shù)據(jù)：移動用戶碼、訪問能力、用戶類別和補充業(yè)務等；動態(tài)數(shù)據(jù)：MS目前所處的位置信息，以便建立至MS的呼叫路由；系統(tǒng)的結(jié)構與功能

6.3.1GSM系統(tǒng)第七十九頁，共144頁。（3）VLR動態(tài)用戶數(shù)據(jù)庫，存儲進入其控制區(qū)域內(nèi)來訪移動用戶的有關數(shù)據(jù)；這些數(shù)據(jù)是從該移動用戶的HLR中獲取并進行暫存的，一旦移動用戶離開該VLR的控制區(qū)域，則臨時存儲的該移動用戶的數(shù)據(jù)就會被消除；系統(tǒng)的結(jié)構與功能

6.3.1GSM系統(tǒng)第八十頁，共144頁。（4）鑒權中心（AUC）對移動用戶鑒權，防止無權用戶接入系統(tǒng)；對無線鏈路上的話音、數(shù)據(jù)和信令信息進行保密等，保證無線通信安全；AUC中存儲著鑒權信息和加密密鑰。系統(tǒng)的結(jié)構與功能

6.3.1GSM系統(tǒng)第八十一頁，共144頁。（5）移動設備識別寄存器（EIR）存儲移動設備的國際移動設備識別碼（IMEI），對移動設備進行識別、監(jiān)視、閉鎖等功能；有三種表格清單白色清單：移動設備準許使用；灰色清單：可使用，但處于監(jiān)測狀態(tài)下；黑色清單：失竊而不準使用；系統(tǒng)的結(jié)構與功能

6.3.1GSM系統(tǒng)第八十二頁，共144頁。操作支持子系統(tǒng)（OSS）操作支持子系統(tǒng)（OSS）需完成許多任務，包括移動用戶管理、移動設備管理以及網(wǎng)路操作和維護。包括網(wǎng)路管理中心（NMC）、安全性管理中心（SEMC）、用于用戶識別卡管理的個人化中心（PCS）、用于集中計費管理的數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)（DPPS）等功能實體。系統(tǒng)的結(jié)構與功能

6.3.1GSM系統(tǒng)第八十三頁，共144頁。（1）移動臺國際ISDN號碼（MSISDN）

MSISDN=CC+NDC+SN

CC：國家代號，中國為86；NDC：國內(nèi)地區(qū)碼，中國移動為139、…；SN：移動用戶號碼（包含HLR識別碼）；

GSM系統(tǒng)的編號計劃

6.3.1GSM系統(tǒng)第八十四頁，共144頁。

GSM系統(tǒng)的編號計劃（2）國際移動用戶識別碼（IMSI）IMSI=MCC+MNC+MSIN

MCC：移動用戶所屬國家代號，中國為460；MNC：移動網(wǎng)號碼，中國移動為00；MSIN：移動用戶識別碼，由10位數(shù)字組成；

6.3.1GSM系統(tǒng)第八十五頁，共144頁。（3）移動臺漫游號碼（MSRN）這是針對移動用戶的移動特性而設置的號碼，其組成如下：OXYZ為被訪地的長途區(qū)號；PQR為被訪地未使用的一個端局號；ABCD為臨時分配給移動用戶的漫游號碼。當一個HLR管轄多個MSC時，它們可公用一個端局號。

GSM系統(tǒng)的編號計劃

6.3.1GSM系統(tǒng)第八十六頁，共144頁。（4）移動用戶臨時識別碼（TMSI）使用TMSI代替IMSI，保證IMSI碼的安全；不超過4個字節(jié)，格式由各運營商決定；

GSM系統(tǒng)的編號計劃

6.3.1GSM系統(tǒng)第八十七頁，共144頁。（5）國際移動設備識別碼（IMEI）IMEI是唯一用來識別移動臺設備的號碼，稱作系列號或串號，它可防止非法移動臺設備使用移動臺業(yè)務。

GSM系統(tǒng)的編號計劃

6.3.1GSM系統(tǒng)第八十八頁，共144頁。（6）位置區(qū)識別碼（LAI）LAI=MCC+MNC+LAC

MCC：移動用戶所屬國家代號，中國460；MNC：移動網(wǎng)號碼，中國移動00；LAC：位置區(qū)碼，2字節(jié)16進制編碼；

GSM系統(tǒng)的編號計劃

6.3.1GSM系統(tǒng)第八十九頁，共144頁。

GSM系統(tǒng)的主要參數(shù)發(fā)射頻帶(MHZ)基站935～960移動臺890～915雙工間隔45MHZ載頻帶寬200KHZ射頻雙工信道總數(shù)124

小區(qū)半徑（KM）最小0.5最大35多址接入方式

TDMA/FDMA傳輸速率（kbps）

270.833全速率話音編譯碼比特率（kbps）13國際漫游能力有每載頻信道數(shù)全速率8半速率16

6.3.1GSM系統(tǒng)第九十頁，共144頁。多址技術：FDMA/TDMA

6.3.1GSM系統(tǒng)第九十一頁，共144頁。工作頻段

信道間隔：200kHz1710178518051880雙工距離:95MHz890915935960雙工距離:45MHzGSM900:GSM1800:

6.3.1GSM系統(tǒng)第九十二頁，共144頁。信道分類物理信道：一個載頻上的TDMA幀的一個時隙；邏輯信道：根據(jù)在某個物理信道上傳輸信息類型不同，定義了若干邏輯信道；邏輯信道分類如下：

6.3.1GSM系統(tǒng)第九十三頁，共144頁。信道分類

6.3.1GSM系統(tǒng)第九十四頁，共144頁。（1）業(yè)務信道（TCH）用于傳送編碼后的語音或用戶數(shù)據(jù)，分上行信道和下行信道。（2）控制信道（CCH）控制信道用于傳送控制呼叫進程的信令或同步數(shù)據(jù)。信道分類

6.3.1GSM系統(tǒng)第九十五頁，共144頁。

控制信道（CCH）廣播信道（BCH）“一點對多點”單向控制信道，用于BS向MS廣播公用信息；頻率校正信道（FCCH）同步信道（SCH）廣播控制信道（BCCH）

6.3.1GSM系統(tǒng)第九十六頁，共144頁。控制信道（CCH）共用控制信道（CCCH）“一點對多點”雙向控制信道，用于呼叫接續(xù)階段傳輸鏈路連接所需的控制信令；尋呼信道（PCH）隨機接入信道（RACH）準許接入信道（AGCH）

6.3.1GSM系統(tǒng)第九十七頁，共144頁?？刂菩诺溃–CH）專用控制信道（DCCH）“點對點”雙向控制信道，傳輸在呼叫接續(xù)階段和通信進行當中所需的控制信息；獨立專用控制信道（SDCCH）慢速輔助控制信道（SACCH）快速輔助控制信道（FACCH）

6.3.1GSM系統(tǒng)第九十八頁，共144頁。

GSM系統(tǒng)的工作過程呼叫接續(xù)

越區(qū)切換

位置更新

6.3.1GSM系統(tǒng)第九十九頁，共144頁。位置更新定義：移動通信網(wǎng)為了跟蹤移動臺的位置變化，而對其位置信息進行登記、刪除和更新的過程；在GSM系統(tǒng)中，位置信息存儲在HLR和VLR中；（1）位置區(qū)

GSM蜂窩系統(tǒng)把整個網(wǎng)絡的覆蓋區(qū)劃分為許多位置區(qū)，并以不同的LAI碼進行標識，此標識在BCCH信道中傳送。

6.3.1GSM系統(tǒng)第一百頁，共144頁。位置更新

6.3.1GSM系統(tǒng)第一百零一頁，共144頁。（2）位置登記的三個步驟：在管理新LA的VLR中登記MT；修改HLR中記錄服務該MT的新VLR的ID號；在舊VLR和MSC中注銷該MT。位置更新

6.3.1GSM系統(tǒng)第一百零二頁，共144頁。

GSM系統(tǒng)的工作過程呼叫接續(xù)

越區(qū)切換位置更新

6.3.1GSM系統(tǒng)第一百零三頁，共144頁。

越區(qū)切換（1）定義將當前正在進行的移動臺與BS之間的通信鏈路從當前BS轉(zhuǎn)移到另一個BS的過程；該過程也稱為自動鏈路轉(zhuǎn)移ALT（automaticlinktransfer）。

6.3.1GSM系統(tǒng)第一百零四頁，共144頁。（2）越區(qū)切換方式硬切換：在新連接建立以前，先中斷舊的連接。（eg，TACS、GSM系統(tǒng)）

越區(qū)切換

6.3.1GSM系統(tǒng)第一百零五頁，共144頁。（2）越區(qū)切換方式軟切換：在與新BS建立可靠連接之后再中斷舊鏈路。（eg，IS-95系統(tǒng)）

越區(qū)切換要求：軟切換只能在同一頻率的信道間進行。

6.3.1GSM系統(tǒng)第一百零六頁，共144頁。同一個BSC，不同小區(qū)同一個MSC/VLR，不同BSC不同MSC/VLR的區(qū)間切換（3）GSM系統(tǒng)中的越區(qū)種類

越區(qū)切換

6.3.1GSM系統(tǒng)第一百零七頁，共144頁。同一BSC的越區(qū)切換同一個MSC/VLR，不同BSC間的越區(qū)切換

不同MSC的越區(qū)切換

6.3.1GSM系統(tǒng)第一百零八頁，共144頁。

GSM系統(tǒng)的工作過程呼叫接續(xù)

越區(qū)切換位置更新

6.3.1GSM系統(tǒng)第一百零九頁，共144頁。呼叫接續(xù)（1）移動用戶主呼移動用戶向固定用戶發(fā)起呼叫。（2）移動用戶被呼固定用戶向移動用戶發(fā)起呼叫。

6.3.1GSM系統(tǒng)第一百一十頁，共144頁。（1）移動用戶主呼若MS處于激活且空閑狀態(tài)，要建立一個呼叫，只需撥被叫用戶號碼，再按“發(fā)送”鍵，MS便開始啟動呼叫程序：MS進入“初始化”過程；網(wǎng)絡對MS進行“鑒權”、“加密”處理；建立至被叫用戶的呼叫；

6.3.1GSM系統(tǒng)第一百一十一頁，共144頁。（2）移動用戶被呼首先，完成對MS的位置定位；其次，對MS進行“尋呼”；再次，MS收到尋呼后，進入“初始化”過程；最后，完成“呼叫接續(xù)”；

6.3.1GSM系統(tǒng)第一百一十二頁，共144頁。6.3.2CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)

6.3.1GSM系統(tǒng)6.3數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)第一百一十三頁，共144頁。

CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)概述CDMA蜂窩通信系統(tǒng)特點

CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的無線傳輸

6.3.2CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)第一百一十四頁，共144頁。CDMA發(fā)展歷史和現(xiàn)狀90年代初，Qualcomm公司首次將CDMA技術引入民用通信領域；1993年，第一個CDMA標準IS-95發(fā)布；1996年，CDMA標準IS-95A發(fā)布；2000年，CDMA2000-1X標準IS-2000Release0、ReleaseA出臺；2000年，1XEV-DO、1XEV-DV等寬帶CDMA技術紛紛出臺，部分提案已經(jīng)被3GPP2采納；CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)概述第一百一十五頁，共144頁。幾種流行的多址技術：

FDMA

頻分多址每個用戶使用不同的頻率一個信道對應一個頻率TDMA

時分多址每個用戶使用不同的時隙一個信道就是特定頻率的特定時隙CDMA

碼分多址一個信道對應一種獨特的碼序列。每個用戶使用相同的頻率，但采用不同的碼序列。FrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFDMATDMACDMA信道：通過傳輸媒介為一個用戶傳送信息的專用通路。CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)概述第一百一十六頁，共144頁。

CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)概述

CDMA蜂窩通信系統(tǒng)特點

CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的無線傳輸

6.3.2CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)第一百一十七頁，共144頁。多址干擾

CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)中，所有用戶在通信過程中都使用同一載波，占用相同的帶寬，即共享同一無線頻道，所以其中任一用戶的通信均會對其他用戶造成干擾，即“多址干擾”；且同時通話的用戶數(shù)越多，相互間的干擾越大。CDMA蜂窩通信系統(tǒng)特點第一百一十八頁，共144頁。遠近效應由于系統(tǒng)中的許多電臺共用一個頻率發(fā)送或接收信號，因而近地強信號壓制遠地弱信號的現(xiàn)象；CDMA蜂窩通信系統(tǒng)特點K信道K+1信道第一百一十九頁，共144頁。功率控制為了獲得高質(zhì)量和高的容量，所有的信號不管離基站遠近，到達基站的信號功率都應該相同，且剛達到BS所需的信噪比；反之一樣。CDMA蜂窩通信系統(tǒng)特點第一百二十頁，共144頁。類比:國際性集會-同一房間（頻率）的多個交談-使用不同的語言（碼分）

－－背景噪聲-每一對話的音量要控制到最小(功率控制）－－自干擾CDMA蜂窩通信系統(tǒng)特點第一百二十一頁，共144頁。

CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)概述

CDMA蜂窩通信系統(tǒng)特點

CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的無線傳輸

6.3.2CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)第一百二十二頁，共144頁。

在CDMA系統(tǒng)中，除要傳輸業(yè)務信息外，還要傳輸各種控制信息，即CDMA系統(tǒng)配置了各種邏輯信道，它們均是由不同的碼序列區(qū)分。CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的無線傳輸?shù)谝话俣?，?44頁。1、正向邏輯信道導頻信道（Pilotchannel）傳輸由BS連續(xù)發(fā)送的不包含信息數(shù)據(jù)的導頻信息；同步信道（Syncchannel）主要用于傳輸同步信息，MS利用它進行同步捕獲；尋呼信道（Pagingchannel）供BS在呼叫建立階段傳輸尋呼控制信息給MS；正向業(yè)務信道（ForwardTrafficchannel）傳輸話音編碼數(shù)據(jù)或其他業(yè)務數(shù)據(jù)和少量隨路信令；CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的無線傳輸?shù)谝话俣捻?，?44頁。2、反向邏輯信道接入信道（Accesschannel）MS通過它向BS發(fā)起呼叫、響應BS發(fā)來的尋呼信息及進行登記注冊；反向業(yè)務信道（ReverseTrafficchannel）與正向業(yè)務信道相對應，特點與作用基本相同；CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的無線傳輸?shù)谝话俣屙摚?44頁。第六章移動通信6.1移動通信概述6.2移動通信的基本技術6.3數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)6.4第三代移動通信系統(tǒng)現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡技術126第一百二十六頁，共144頁。模擬技術數(shù)字技術技術驅(qū)動AMPSTACSNMTC450NAMTS第一代模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)80年代FDMA話音DAMPSIS-95GSMPDC第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)90年代TDMA話言和低速數(shù)據(jù)CDMA2000WCDMA第三代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)21世紀CDMA寬帶多媒體語音業(yè)務多媒體業(yè)務業(yè)務驅(qū)動技術驅(qū)動6.4第三代移動通信系統(tǒng)（3G）6.4.1概述第一百二十七頁，共144頁。1、個人通信的概念所謂個人通信即為五個W：“在任何時間（Whenever）、任何地點（Wherever）、任何人（Whoever）可以同任何人（Whomever）進行任何業(yè)務（Whatever）的通信”。6.4第三代移動通信系統(tǒng)（3G）第一百二十八頁，共144頁。2、IMT-20003G最早由ITU在1985年提出，稱為未來公眾陸地移動通信系統(tǒng)（FPLMTS）。1996年更名為國際移動通信2000即IMT2000。工作頻段2000MHz商用時間2000年左右最高速率2000Kbit/s6.4第三代移動通信系統(tǒng)（3G）第一百二十九頁，共144頁。（1）IMT-2000具有以下特征實現(xiàn)全球漫游綜合化（提供多種業(yè)務）適應多種環(huán)境足夠的系統(tǒng)容量、強大的多種用戶管理能力、高保密性能和高的服務質(zhì)量便于過渡和演進6.4第三代移動通信系統(tǒng)（3G）第一百三十頁，共14