第5章移动通信原理.ppt

1、第5章 移动通信原理,5.1 移动通信概论 5.2 蜂窝网的基本概念 5.3 无线电波传播 5.4 抗衰落技术 5.5 多址技术 5.6 时分多址数字蜂窝网GSM 5.7 码分多址蜂窝移动通信系统,5.1 移动通信概论,5.1.1 移动通信发展简述移动通信是指通信双方或一方处于运动中进行信息交换的通信方式。移动通信系统主要有无绳电话系统、无线寻呼系统、无线集群通信系统、地面蜂窝移动通信系统和卫星移动通信系统等。而地面蜂窝移动通信系统是当今移动通信的主流和热点。,5.6蜂窝移动通信的发展与展望,第一代蜂窝移动通信(1G) 特点： 制式：FDMA 业务单一：模拟话音与传输 频谱利用率低、保密性差、

2、技术简单 主要代表：美国AMPS(高级移动电话系统)系统英国TACS(全接入通信系统)系统 我国已在2001年12月31日关闭模拟移动网,5.6移动通信的发展与展望,第二代蜂窝移动通信(2G) 特点： 主要业务：语音、低速率数据（9.6kb/s） 短消息(SMS)、彩信（MMS）等 频谱利用率较高、数字化 制式：TDMA或CDMA 代表系统： 欧洲的GSM系统（大多数国家使用）：TDMA制式 美国的D-AMPS系统（主要在美国使用） 日本的JDC系统（仅在日本使用）：TDMA制式 美国QUALCOMM公司开发的IS-95A N-CDMA系统（美、日、韩、中等国）： CDMA制式 我国1992年

3、开始使用GSM系统，2001年引进了IS-95A CDMA系统。,2.5G移动通信技术与应用,正在发展中,为2G向3G发展的过渡性产品。 90年代中期，第三代移动通信系统进入到具体的设计、规划和实施阶段 为保护2G的庞大投资，有必要发展2G向3G平稳过渡的所谓二代半（2.5G）技术 数据速率最高可达171kbit/s 主要产品有GPRS和CDMA2000 1X,例：以TDMA和电路交换为基础的GSM网络不能直接与因特网互通，但可以通过一种通用分组无线业务（GPRS，General Packet Radio Servive）网的2.5G技术与因特网互连。,第三代移动通信（3G),第三代移动通信称

4、为：IMT-2000；简称3G 它最早是国际电联（ITUR）于 1985年提出的，当时的命名为未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS）。 由于该系统预期在2000年使用，并工作在2000MHz频段，故于1996年正式改名为IMT-2000系统IMT-2000的名称为第三代移动通信系统制定了总目标： 工作在2000MHz频段在2000年左右商用,第三代移动通信的总目标,3G设计目标是为了提供比第二代系统更大的系统容量、更好的通信质量，而且要能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括话音、数据及多媒体等在内的多种业务，同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性（即全球化、综合化、个人化）。,3

5、G传输速度 2Mbps（静止） 384kbps（步行、慢速） 114kbps（高速移动环境） 可提供丰富多彩的移动多媒体业务 具有语音、文字、静态影像、动态影像等多媒体传输的特点与能力 取实际资料传输量为收费标准 于2003年至2005年间发展成熟,3G的标准,目前国际电联公开的3G标准有三个 欧洲和日本共同提出的：WCDMA 该标准提出了GSM(2G)-GPRS-EDGE-WCDMA(3G)的演进策略 美国以高通公司为代表提出的：CDMA2000 该标准提出了从 CDMA IS95(2G)-CDMA20001x-CDMA20003x(3G)的演进策略 中国以大唐集团为代表提出的：TD-SCD

6、MA 全称为Time Division Synchronous CDMA(时分同步CDMA)，是由我国大唐电信公司提出的3G标准，该标准提出不经过2.5代的中间环节，直接向3G过渡，非常适用于GSM系统向3G升级,3G标准在核心网中都采用分组交换方式， 采用CDMA技术解决无线端口问题。 因此，这三种标准无一例外的都采用了CDMA这一核心技术,未来移动通信的发展趋向,5.1.2 移动通信的特点(识记）,移动通信与其他通信方式相比具有如下特点 1.移动通信利用无线电波进行信息传输 （弥散损耗，阴影效应，多普勒频移） 2.通信在复杂的电磁环境下工作 （系统内部干扰更复杂：邻道干扰、互调干扰、多址干

7、扰以及远近效应） 3.移动通信业务量有限 （1、开辟启用新频段；2、信道窄带化；3、对有限频谱合理分配和严格管理） 4.移动通信系统建网技术复杂 5.移动台必须适用于移动环境,5.1.3 移动通信的工作方式,1、单工方式 2、半双工方式 3、全双工方式,5.1.4 移动通信的分类及常用系统,1、移动通信的分类方法 2、常用移动通信系统（领会） （1）无线寻呼系统 （2）无绳电话系统 （3）集群移动通信系统 （4）蜂窝移动通信系统,5.2 蜂窝网的基本概念,5.2.1 概述蜂窝概念是解决频率不足和用户容量问题的一个重大突破。其基本思想是用许多小功率的发射机（小覆盖区）来代替单个的大功率发射机（大

8、覆盖区）。每个基站（小覆盖区）分配整个系统可用信道的一部分，相邻基站则分配不同的信道。,无线小区的模型（蜂窝的概念）：,由许多正六边形小区作为基本几何图形覆盖整个服务区，从而构成形状类似蜂窝的移动通信网，称为小区制蜂窝移动通信网。,如果给相邻的基站分配不同的信道组，那么基站之间（以及在它们控制下的移动用户之间）的干扰就可做到最少。相隔一定距离的基站可用相同的频率，只要基站间同频干扰低于可接收的电平即可。小覆盖区的范围减少，基站数目增加，容量增加，但不增加额外频率，这一基本原理是现代无线通信系统的基础。,5.2.2 频率再用（识记）,蜂窝移动通信系统中每个蜂窝基站都分配一组无线信道，这组信道用于

9、称为蜂窝小区的一个小地理范围内。该组无线信道所包含的信道不能在其相邻小区中适用。设计基站天线时要做到能覆盖某一特定小区，并将覆盖范围限制在小区边界以内，这样相同信道组就可用于覆盖不同的小区。,要求使用相同信道组的小区两两之间的距离足够远，从而使其相互间的干扰在可接受的范围内。这种为蜂窝系统中的所有基站选择和分配信道组的设计过程称为频率再用。,5.2.3 信道分配策略（识记）,信道分配策略是指一种能实现既增加用户容量又以减少干扰为目标的频率再用方案。信道分配策略可以分为两类：固定的和动态的。选择哪一种信道分配策略将会影响系统的性能，特别是在移动用户从一个小区切换到另一个小区时的呼叫处理方面。,固

10、定的信道分配策略是指给每一个小区分配一组事先确定好的语音信道。小区中的任何呼叫都只能使用该小区中的空闲信道。如果该小区中的所有信道都已被占用，则呼叫阻塞，用户得不到服务。,固定分配策略也有许多变种。其中一种方案称为借用策略，如果它自己的所有信道都已被占用，那么允许该小区从相邻小区中借用信道。由移动交换中心（MSC)来管理这样的借用过程，并保证一个信道的借用不会中断或干扰被借用小区的任何一个正在进行的呼叫。,动态的信道分配策略是指语音信道不是固定的分配给每个小区，而是在每次呼叫请求到来时，为它服务的基站就向MSC请求一个信道。交换机则根据一种算法分配给请求的小区一个信道。这种算法考虑了该小区以后

11、呼叫阻塞的可能性、候选信道使用的频率、信道的再用距离以及其他的开销。,因此，MSC分配某一频率时必须满足两个条件:一是这个小区没有使用该频率；二是任何为了避免同频干扰而限定的最小频率再用距离内的小区也都没有使用该频率。动态的信道分配策略要求MSC连续实时地收集关于信道占用情况、话务量分布情况、所有信道的无线信号强度指示等数据。这增加了系统的存储和计算量，但有利于提高信道的利用效率和减少呼叫阻塞的概率。,5.2.4 切换策略和位置管理（识记）,当一个移动用户（MS)在通话过程中从一个小区移动到另一个小区时，MSC将该MS的连接控制也从一个小区转移到另一个小区。这种将正在通话状态的MS转移到新的业

12、务信道上（新的小区）的过程称为“切换”。因此，切换的目的是实现蜂窝移动通信的“无缝隙”覆盖，即当MS从一个小区移动到另一个小区时，保证通信的连续性。,在移动通信系统中，用户可以在系统覆盖范围内任意移动，为了能把一个呼叫传送到随机移动的用户，必须有一个高效的位置管理系统来跟踪用户位置变化。位置管理包括位置登记和位置传递。所谓位置登记，是通信网为了跟踪移动台的位置变化，而对其位置进行登记、删除和更新的过程。位置传递指在有呼叫给移动台时，根据原籍位置寄存器（HLR)和访问位置寄存器（VLR)中的位置信息来确定移动台。,5.2.5 干扰与系统容量（识记）,干扰是影响蜂窝无线系统性能的主要因素。（干扰来

13、源包括同小区中的另一个移动台、相邻小区中正在进行的通话、使用相同频率的其他基站或者无意中渗入蜂窝系统频带范围内的任何非蜂窝系统。）蜂窝系统的两种主要干扰是同频干扰和邻频干扰。,1、同频干扰和系统容量,频率再用意味着在一个给定的覆盖区域内，存在着许多使用同一组频率的小区。这些小区称为同频小区，这些小区之间的干扰称为同频干扰。不像热噪声那样可以通过增大信噪比来克服，同频干扰不能简单通过增大发射机的发射功率来克服。这是因为增大发射功率会增大对相邻同频小区的干扰。为了减少同频干扰，同频小区必须在物理上隔开一个最小的距离，为传播提供充分的空间。,如果每个小区的大小相同，基站的发射功率相同，那么同频干扰与

14、发射功率无关，而变为小区半径R与相距最近的同频小区的中心之间的距离D的函数。增加D/R值，同频小区间的空间距离和小区的覆盖距离之比就会增加，因此来自同频小区的射频能量就会减小而使干扰降低。参数Q（称为同频再用比例）与区群的大小有关。对于六边形系统来说：Q=D/R,2.邻频干扰,所谓邻频干扰是指来自使用信号频率的相邻频率的信号干扰。邻频干扰是由于接收滤波器不理想，使得相邻频率的信号泄露到传输带宽内而引起的。邻频干扰可以通过精确的滤波和信道分配而减到最小。因为每个小区只分配给可用信道中的一部分，给小区分配的信道就没有必要在频率上相邻。通过使小区中的信道间隔尽可能大，就可以大大减少邻频干扰。,因此，

15、不是给每个特定的小区分配在频谱上连续的信道，而是使在给定小区内分配的信道有最大的频率间隔。通过顺序的将连续的信道分配给不同小区，许多分配方案可以使一个小区内的邻频信道间隔为N个信道带宽，其中N是区群的大小。其中一些信道分配方案还通过避免在相邻小区中使用邻频信道来阻止一些次要的邻频干扰。,5.2.6 功率控制减小干扰,保证每个用户所发射的动率都是所需的最小功率 可以保持反向信道链路的良好质量，显著减少系统中反向信道的信干比。,5.3 无线电波传播,移动通信信道：基站天线、移动用户天线和两幅天线之间的传播路径，具有极度随机性。 5.3.1 无线电波传播特性（领会）无线电波在空间中传播的方式也有多种

16、：直射波、多径反射波、绕射波和散射波。它们分别具有如下特点：,1) 直射波：指在视距覆盖内无遮挡的传播，其信号最强。2）多径反射波：指从不同建筑物或其他物体反射后到达接收点的传播信号，其信号强度次之。3）绕射波：从较大的山区或建筑物绕射后到达接收点的传播信号，其强度与反射波相当。4）散射波：是空气中离子受激后电波产生二次发射，经过由二次发射所引起的慢反射后到达接收点的传播信号，其信号强度最弱。,5.3.2 自由空间传输特性,自由空间是指在理想的、均匀的、各向同性介质中传播，电波传播不发生反射、折射、绕射、散射和吸收现象，仅存在电磁波能量扩散引起的传播损耗。,5.3.3 3种基本的无线电波传播机

17、制（领会）,（1）反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时发生反射，反射发生在地球表面、建筑物和墙壁表面。当无线电波入射到两个具有不同介电常数介质的交界处时，一部分电波被反射，另一部分则通过。如果平面波入射到理想电介质的表面，则一部分能量进入第二个介质，一部分能量反射回第一个介质，没有能量损耗。如果第二个介质是理想导体，则所有入射能量都被反射回第一个介质，同样也没有能量损失。,（2）绕射当接收机和发射机之间的无线路径被尖锐的边缘阻挡时将发生绕射。由阻挡表面产生的二次波散布于空间，甚至到达阻挡体的背面，导致波围绕阻挡体产生弯曲。甚至当发射机和接收机之间不存在视距路径时，这种情况也会发生。,（3）散

18、射当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，将发生散射。散射波产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体。在实际通信系统中，树叶、街道标志和灯柱等会引发散射。,5.3.4 移动通信信道的主要特点 （领会）,信道是信号的传输媒质，概括来说，移动通信信道具有如下主要特点1）传输信道的开放性。2）接收点地理环境的复杂性和多样性。3）移动台的随机移动性。,5.3.5 移动通信信号传播的损耗 或衰落（领会）,由于移动通信信道及电磁波在空间传播的特点，导致了信号在传播过程中会产生3种主要的损耗，而在接收点则产生3种效应。,（1）自由空间的路径损失是指电波在自由空间传播所产生的损耗

19、，是移动台与基站之间距离的函数，它描述的是大尺度区间内接收信号强度随发射机到接收机的距离而变化的特性。 （2）阴影衰落 是由传输环境中的地形起伏、建筑物和其他障碍物对电波的阻塞或遮蔽而引起的衰落。它描述的是中等尺度区间内信号电平中值的慢变化特性。,（3）多径衰落（在微波信号的传输过程中，由于受地面或水面反射和大气折射的影响，会产生多个经过不同的路径到达接收机的信号，通过矢量叠加后合成时变信号）是由移动传播环境中的多径传输而引起的衰落，它描述的是小尺度区间内接收信号场强的瞬时值的快速变化特性。多径衰落可分为以下3类：空间选择性衰落（角度扩展）、频率选择性衰落（时延扩展）和时间选择性衰落（多普勒扩

20、展）。所谓选择性是指在不同的空间，不同的频率与不同的时间上，信号的衰落特性不同。,5.3.6 3类主要选择性衰落（领会）,1、时间选择性衰落在不同的时间，衰落特性不同。多普勒频移-由运动引起的接收信号频率的偏移称为多普勒频移，它与移动用户的移动速度成正比。多普勒频移扩展引起的衰落与相干时间有关。2、频率选择性衰落在不同的频率上，衰落特性不同。3、空间选择性衰落在不同的地点（空间）上，衰落特性不同。,5.4 抗衰落技术 分集接收、RAKE接收、交织技术、均衡技术,5.4.1 分集接收 是指接收端对它收到的多个衰落特性相互独立（携带同一信息）的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏的办法。 分集接

21、收有两重含义：一是分散传输，使接收端能获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号；二是集中处理，把多个统计独立的衰落信号进行合并以降低衰落的影响。 分集方式：宏分集和微分集微分集的3种分集方式：空间分集、频率分集和时间分集,2、合并方式（识记优缺点）,1）选择式合并选择式合并是指检测所有分集支路的信号，以选择其中信噪比最高的那一个支路的信号作为合并器的输出，在选择式合并器中，加权系数只有一项为1，其余均为0。 2）最大比值合并最大比值合并是一种最佳合并方式。 3）等增益合并等增益合并无需对信号加权，各支路的信号是等增益相加的，等增益合并方式实现比较简单，其性能接近于最大比值合并。,5.4.2

22、RAKE接收（领会）,RAKE接收机就是利用多个并行相关器检测多径信号，按照一定的准则合成一路信号提供给解调接收机。 一般的分集技术把多径信号作为干扰来处理，而RAKE接收机采取变害为利的方法，即利用多径现象来增强信号。其接收机的特点是：接收的基带信号为各路径信号分量的叠加。如果该路信号输出功率或SNR比较小，那么相应的权重就小。,5.4.3 交织技术（领会）,交织技术也叫交织编码，可以使突发差错分散成为随机差错而避免成块的数据丢失。通常，交织编码与各种纠正随机差错的编码（如卷积码或其他分组码）综合使用，从而具有较强的既能纠正随机差错又能纠正突发差错的能力。交织编码不增加监督码元，亦即交织编码

23、前后，码速率不变。,交织、解交织的方法如下：在交织之前，先进行信道编码，然后交织编码后的比特数据。具体过程为把数据按列填入交织器，然后按行读出。在接收端的解交织是交织的逆过程，把接收到的比特数据按行填入交织器然后按列读出，再将读出的比特数据送译码器译码。,5.4.4 均衡技术,均衡技术是指各种用来处理码间干扰（ISI）的算法和实现方法。在移动环境中，由于信道的时变、多径传播特性，引起了严重的码间干扰，这就需要采用均衡技术来克服该干扰。,5.5 多址技术（领会各种多址技术的原理及特点，并能举例说明）,5.5.1 频分多址（FDMA)FDMA是指将给定的频谱资源划分为若干个等间隔的频道（或称信道）

24、，供不同用户使用。,多址技术要解决的问题是通信网中的登记用户数常常远大于同一时刻实际请求服务的用户数。多址技术就是研究如何将有限的通信资源在多个用户之间进行有效的切割和分配，在保证多用户之间通信质量的同时尽可能地降低系统的复杂度并获得较高的系统容量的一门技术。主要的多址技术：频分多址、时分多址、码分多址和空分多址。,移动通信中的多址技术,FDMA 频分多址以频率来区分信道。 特点：使用简单，信号连续传输，满足模拟话音通信，技术成熟。 缺点：多频道信号互调干扰严重，频率利用率低，容量小。,FDMA具有如下特点： 1）FDMA的信道载波每次只能传送一路电话。 2）如果一个已经分配的FDMA的信道没

25、有使用，那么它就处于空闲状态，但是不能由其他用户使用，本质上是一种资源的浪费。 3）在分配好语音信道后，基站和移动台就会同时连续不断地发射。 4）FDMA的信道带宽相对较窄，通常每一个信道仅支持每个载波一条线路。,（5）窄带信号的符号连续时间与平均时延扩展相比是很大的，这意味着符号间干扰较低，因此在FDMA窄带系统中几乎不需要均衡或根本不需要均衡。（6）与TDMA相比，FDMA移动系统要简单得多。（7）FDMA系统是一种不间断发送模式，因此相对于TDMA而言，它需要较少的比特来满足系统开销，如对同步要求不高。（8）由于发射机和接收机同时工作，所以FDMA系统需要双工器，这就增加了FDMA用户单

26、元和基站的费用。,TDMA的原理和特点及应用(领会),TDMA是把时间分割成周期性的帧，每一帧再分成若干个时隙，在每一个时隙中仅允许一个用户要么接受要么发射。TDMA经常和FDMA一起使用，在一个小区中有几个频率信道，每个频率信道上用户通过不同的时隙来区分，主要就增加了整个系统的容量。,移动通信中的多址技术,TDMA 在一个无线频道上，按时间分割为若干个时隙，每个信道占用一个时隙，在规定的时隙内收发信号。 时分多址只传数字信息，信息需经压缩和缓冲存储的过程，在实际使用时常 FDMA/TDMA复分使用。,f2,f1,f3,f4,f5,特点： 1.TDMA使几个用户共享一个载波频率，并且每一个用户

27、利用不相重叠的时隙。 2.对于用户而言，TDMA系统的数据传送不是连续的，而是分组发送的。 3.由于TDMA中的不连续发送，切换处理对于一个用户单元来说比较简单，因为它可以利用空闲时隙监听其他基站。 4. TDMA用不同的时隙进行发射和接收，因此不需要双工器。 5.在TDMA中，采用自适应均衡器是必要的。因为相对于FDMA信道，TDMA信道的发射速率通常要高得多。 6.由于分组发射，因此在TDMA系统中需要较高的同步开销,5.5.3 SSMA(扩频多址或码分多址)的 原理和特点及应用,SSMA系统有两个共同的特点，一是扩频，用于传输信息的信号带宽远大于信息带宽；二是在扩频的实现上，不论通过什么

28、途径扩频，基本都是用一组优选的扩频码进行控制。扩频多址又称码分多址。就是给每个用户分配一个唯一的扩频码，通过该扩频码的不同来识别用户。,移动通信中的多址技术,CDMA （P188） 采用扩频通信技术，每个用户具有特定的地址码（相当于扩频中的PN码），利用地址码相互之间的正交性（或准正交性）完成信道分离的任务。 CDMA在频率、时间、空间上重叠。 优点： 系统容量大，实际使用中比TDMA数字系统大46倍比模拟FDMA系统的10倍 抗干扰、抗多径能力高。,码分多址分为几下几种： 1.直接序列码分多址 2.跳频码分多址 3.跳时码分多址 4.混合码分多址,CDMA 的特点： 1.CDMA系统的许多用

29、户共享同一频率，不管使用的是时分双工还是频分双工技术。 2.具有软容量的特点。理论上如果PN码的个数无限，则用户数可以使无限的。 3.由于信号被扩展在一较宽的频谱上，因而可以减小多径衰落。 4.信道数据速率高。 5.因为CDMA使用同信道小区，所以它可以用宏分集来进行软切换。 6.多址干扰，多址干扰是由不同用户的扩频序列不是完全正交性造成的。 7.如果在CDMA接收机上存在比目标用户功率更高的其他用户功率，那么就会完全出现远近效应问题。,5.5.4空分多址,空分多址（SDMA）是使用定向波束天线来服务不同的用户。SDMA实现的核心技术是智能天线的应用，理想情况下它要求天线给每个用户分配一个点波

30、束。这样根据用户的空间位置就可以区分每个用户的无线信号。即处于不同位置的用户可以在同一时间使用同一频率和同一码型而不会相互干扰。 SDMA的优势： 1.它可以提高天线增益，使得功率控制更加合理有效，显著地提升系统容量。 2.可以削弱来自外界的干扰，同时还可以降低对其他电子系统的干扰。,5.5.5 多址技术与调制技术在未来移动通信中的融合,4G移动通信技术的核心：OFDM技术 OFDM的优点：(1)频谱利用率很高。 (2)抗衰落能力强。 (3)特别适合高速数据的传送。 (4)抗码间干扰能力强。,5.6 时分多址数字蜂窝网-GSM,GSM译为全球移动通信系统。GSM系统有以下重要特点：防盗拷能力强

31、，网络容量大，手机号码资源丰富，通话清晰，稳定性强，不易受干扰，通话死角少，手机耗电量低。,5.6.3 GSM组织结构GSM系统从结构上来看主要包含4个主体：移动台（MS）、基站子系统（BSS）、网络子系统（NSS）和操作支持子系统（OSS）。GSM系统体系结构主要包括3个相关的子系统，分别是移动台、基站子系统、网络子系统。,基站子系统由基站收发台（BTS）和基站控制台（BSC）组成；网络子系统包括移动交换中心（MSC）、操作维护中心（OMC）、原籍位置寄存器（HLR）、访问位置寄存器（VLR）、鉴权中心（AUC）和设备标志寄存器（EIR）等组成。,1.移动台移动台是GSM系统的用户设备，包括

32、车载台、便携台和手持机。移动终端可以通过用户识别卡（SIM卡）来识别用户，个人识别码（PIN）可以防止用户识别卡未经授权使用。,2.基站子系统基站子系统在GSM网络的固定部分和无线部分之间提供中继，一方面基站子系统通过无线接口与移动台实现通信连接，另一方面基站子系统又连接到网络端的移动交换机。BSS可分为两部分。通过无线接口与移动台相连的基站收发信台（BTS）和另一侧与交换机相连的基站控制器（BSC）。,BTS受控于基站控制器，属于基站子系统的无线部分，服务于某小区的无线收发信设备实现BTS与移动台（MS）空中接口的功能。BTS主要分为基带单元、载频单元和控制单元3部分。基带单元主要用于话音和

33、数据速率适配以及信道编码；载频单元主要用于调制/解调与发射机/接收机间的耦合；控制单元则用于BTS的操作和控制。,3.网络子系统网络子系统主要包含有GSM系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需要的数据库功能，它对GSM移动用户之间的通信和GSM移动用户与其他通信网用户之间通信起着管理作用。,网络子系统分为5个功能单元：移动业务交换中心、原籍位置寄存器、访问位置寄存器、鉴权中心和设备识别寄存器。移动交换中心是网络的核心，它提供交换功能，完成移动用户寻呼接入、信道分配、呼叫接续、话务量控制、计费、基站管理等功能，并提供面向系统其他功能实体和面向固定网的接口功能。,VLR存储进入其

34、覆盖区的移动用户的全部有关信息，使得MSC能够建立呼入/呼出呼叫。HLR是GSM系统的中央数据库，存储着该HLR控制的所有存在的移动用户的相关数据。鉴权中心属于HLR的一个功能单元部分，是为了防止非法用户接入GSM系统而设置的安全措施。,设备识别寄存器存储着移动设备的国际移动设备识别号，通过核查白色清单、灰色清单、黑色清单这3中表格，分别列出准许使用、出现故障需监视、失窃不准使用的移动设备识别号。运营部门可据此确定被盗移动台的位置并将其阻断，对故障移动台能采取及时的防范措施。,4.操作支持子系统支持一个或多个操作维护中心，该中心用于监视和维护GSM系统中的每个MS、BS、BSC和MAS的性能。

35、OSS有3个主要功能：维护特定区域内所有通信硬件和网络操作；管理所有收费过程；管理系统中的所有移动设备。,5.6.4 GSM系统接口,GSM系统中的主要由Um接口、Abis接口 、A接口以及NSS中的内部接口。 1.Um接口Um接口被定义为MS与BTS之间的通信接口，也称它为无线接口，在所有接口中，它是最重要的。 2. Abis接口 Abis接口实际就是BTS与BSC之间的通信接口，此接口支持所有向用户提供的服务，并支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配,3.A接口A接口定义为NSS与BSS之间的通信接口，从功能实体来分析的话，即BSC与MSC之间的借口就是A接口。 4.NSS内部接口 5

36、.GSM系统与其他公用电信网接口,5.6.5 GSM技术介绍,1.工作频段的分配我国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM系统就采用900MHZ频段：890-915（移动台发、基站收）、935-960（基站发、移动台收） 2.多址方案GSM通信系统采用的多址技术有频分多址和时分多址结合，还有跳频技术。,3.无线帧结构传输的单位是一百多个调制比特的序列，称为一个“突发脉冲”，我称之为间隙。对应于相同间隙的时间间隔称为一个时隙，它的持续时间将作为一种时间单位，称为BP（突发脉冲周期）。在TDMA中，每帧包括8个时隙，要有TDMA帧号，这是因为GSM得特性之一是客户保密性好，是通过在发送信息前对信息进行加

37、密实现的。,4.无线接口管理在GSM通信系统中，可用无线信道数远小于潜在用户数，双向通信的信道智能在需要时才分配。在移动网中，需要根据用户的呼叫动态地分配和释放信道。空闲模式是指移动台在侦听广播信道，此时它不占用任何信道。专用模式是指一条双向信道分配需要通信的移动台，使它可以利用基础设施进行双向点对点通信。,5.GSM信道GSM中的信道分为物理信道和逻辑信道，逻辑信道是根据BTS与MS之间传递的信息种类的不同而定义的不同逻辑信道，这些逻辑信道映射到物理信道上传送。从BTS到MS的方向称为下行链路，相反的方向称为上行链路。,逻辑信道又分为两大类。业务信道和控制信道。业务信道用于传送编码后的语音或

38、客户数据，在上行和下行信道上，点对点的方式传播。控制信道用于传送信令或同步数据。,6.SIM卡SIM卡也称为智能卡或用户身份识别卡，GSM数字移动电话机必须装上此卡方能使用。它在一电脑芯片上存储了数字移动电话客户的信息、加密的密钥等内容，可供GSM网络对客户身份进行鉴别，并对客户通话时的语音信息进行SIM卡的使用，完全防止了并机和通话被窃听行为。SIM卡容量有8KB,16KB,32KB,64KB.,SIM卡上有20位数码。前面6位是中国的代号；第7位是业务接入号，在135、136、137、138、139中分别为5、6、7、8、9；第8位是SIM卡的功能位，一般为0，现在的预付费SIM卡为1；第

39、9、10位是各省的编码；第11、12位是年号；第13位是供应商代码；第14-19位则是用户识别码；第20位是校验位。,7.保密措施GSM与保密相关的功能有两个目标：第一，包含网络以防止未授权的接入，同时保护用户不受欺骗性的假冒；第二，保护用户的隐私权。防止未受权的接入是通过鉴权（即插入的SIM卡与移动台提供的用户标识码是否一致的安全性检查）实现的。,保护用户的隐私是通过不同手段实现的，对传输加密可以防止在无线信道上窃听通信。为防止盗打，帐单上产生讹误计费，在SIM卡上设置了PIN码操作。PIN码是由4-8位数字组成的，其位数由客户自己决定。,5.7 码分多址蜂窝移动通信系统,CDMA是一种以扩

40、频通信为基础的多址接入技术，其保密性能好，抗干扰能力强。CDMA与FDMA,TDMA相比有更大的系统容量，更好的话音质量以及抗干扰能力强，保密性能好等诸多优点。,3.IS-95A CDMA系统概述,制式：CDMA码分多址 工作频段：800MHz 上行：824849 下行：869894 频道间隔：1.25MHz。 系统容量大，多址能力强 (软容量） 理论上的CDMA系统如果各地址码完全正交，并且能够找到足够多的地址码，系统容量就能达到足够大。 CDMA采用多种手段使得多址干扰足够小 据分析，实际IS-95 CDMA系统容量可以达到模拟系统的10倍，达到现有TDMA制式系统(如GSM)的23倍。,

41、抗干扰能力强 扩频通信：使用较大的传输带宽，而消除多用户在一个频带中同时使用产生的干扰。扩频通信实际上就是通过牺牲带宽的方式来获取抗干扰的能力。,不易掉话：软切换 保密性好 CDMA系统具有天然的保密性。它采用的扩频地址码一般是长周期码，接收时，需接收方的本地相关码与扩频地址码同步，且两码必须完全相同，这就使得CDMA系统比一般系统安全，不易被窃听。另外，扩频通信在展宽频谱的同时，也降低了发射信号的功率谱密度，有利于信号的隐蔽。,电磁污染小（低发射功率） CDMA信号在空中传播时，功率谱密度大大降低，这样造成的电磁污染小，对使用者和其它电子设备的影响比较小。GSM：600mw，CDMA:200

42、mw. 组网方便、经济 基站收发设备的重复建设少，组网比较方便。另外基站的覆盖面积比较大，在同一地区，CDMA的小区数比GSM少三分之一，成本下降了三分之一。,5.7.2 CDMA 系统结构CDMA系统与TDMA系统的主要差别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。网络结构由3大部分组成：交换子系统、基站子系统和移动台子系统。基站子系统由多个基站收发信台（BTS）和基站控制器（BSC）组成。,基站控制器是基站子系统的控制部分，承担各种接口的管理、无线资源的管理和无线参数的管理。基站收发信台是基站子系统的无线部分，由基站控制器控制，完成基站控制器与无线信道之间的转换。实现

43、基站收发信台与移动之间通过空中接口的无线传输和相关的控制，完成CDMA系统的移动通信功能。满足IS-95A标准。,5.7.3 CDMA系统的技术扩频技术是CDMA系统的基础。还包含以下主要技术： 1.可变速率声码器声码器是对模拟语音信号进行数字化编译码的部件，其目的是在保证传输质量的同时使数据传输速率尽可能低。,2.功率控制“远近效应”是指，若移动台以相同的功率发射信号，远离基站的移动台信号到达基站时的强度要比离基站近的移动台信号弱很多，从而被强信号淹没。为了消除各种不良现象，必须采用功率控制技术，及时调整发射功率，维持接收信号电平在所需水平。,功率控制的准则通常有功率平衡准则、信干比平衡准则

44、和混合准则。控制方法： （1）正向信道功率控制是基站根据移动台提供的测量结果来调整基站发射信号的正向信道功率。 （2）反向信道功率控制移动台发射功率控制有开环功率控制和闭环功率控制。闭环功率控制由内环功率控制和外环功率控制责成。开环功率控制又称为粗控，即由移动台完成的开环功率控制来实现粗控功能。 闭环控制又称为精控，即由移动台和基站配合共同完成闭环功率修正的精控过程,3. CDMA 系统中的RAKE接收在IS-95蜂窝移动通信系统中，对于接收端从不同的分集支路所获得的信号，RAKE接收机采用最大比合并进行合并处理。最大比合并就是对每个支路的信号根据各自的信噪比进行加权。最大比合并产生的输出信噪

45、比等于各支路信噪比之和。,4.越区切换切换过程可以分为3个阶段：测量阶段、决策阶段和执行阶段。切换有3种类型：硬切换、软切换和更软切换。 （1）更软切换是指移动台在同一基站不同扇区之间进行切换。,（2）软切换是指移动台在两个或多个相同载频小区之间进行的越区切换，过程中移动台与不同小区同时保持通信，与更软切换不同的是，软切换是由移动交换中心（MSC）控制完成的，而更软切换时由基站控制完成的。,（3）硬切换是指移动台在不同载频的小区之间进行的越区切换。硬切换时移动台需先中断与原基站的联系，再与新基站取得联系，并且在切换过程中不能影响用户的通话。,5.7.4 CDMA系统的无线链路导频信道用于传输基

46、站连续发送的导频信号，为移动台提供解调用的相干载波，并作为移动台越区切换的测量信号。同步信道用于传输基站连续发送的同步信号，为移动台提供同步信息。同步信道在捕获阶段使用，一旦捕获成功，一般就不再使用。一般情况下，同步信道功率占64个信道总功率的1.5%-2%,寻呼信道最多可以有7个，其功能是向小区内的移动台发送呼入信号、信道分配和其他信令。正向业务信道有55个，其功能是用来传输在通话过程中基站向特定移动台发送用户语音编码数据或其他业务数据和随路信令。窄带CDMA系统中反向链路由接入信道和反向业务信道组成。,每个接入信道都对应正向信道中的一个寻呼信道。每个寻呼信道可以对应多个接入信道。反向链路中

47、的业务信道与前向链路业务信道相同。反向业务信道的特点和作用于正向信道中的业务信道基本相同，每个业务信道用不同的用户长码加以识别。,5.7.5 CDMA蜂窝移动通信系统的系统容量,采用以下技术提高系统的容量 1.采用话音激活技术所有用户共享一个无线频率，如果采用话音激活技术，使通信中的用户有语音时才发射信号，没有讲话时，该用户的发射机就停止发射功率其他用户因为背景干扰减少而受益。,2.利用扇区划分提高系统容量 3.CDMA 系统的软容量在业务高峰期，可以稍微降低系统的质量性能，以适当增多系统的用户数目，即短时间内系统容量与用户数之间存在一种“软”的关系，所以常说CDMA系统容量具有软容量的特性。

48、,领会GSM和CDMA的系统组成、空中接口、系统容量及其技术,1.移动通信是指，常用移动通信系统主要有、。 2.移动通信的特点： 3.蜂窝通信网络解决用户增多而被有限频谱制约的重要突破 4.为蜂窝系统中的所有基站选择和分配信道组的设计过程称为 5.是指一种能实现既增加用户容量又以减少干扰为目标的频率再用方案，有和两种信道分配策略。,6.当一个移动用户在通话过程中从一个小区移动到另一个小区时，移动交换中心将移动用户的连接控制也从一个小区转移到另一个小区。这个过程叫做。 7.位置管理包括和 8.蜂窝系统的两种主要干扰和。 9.无线电波在空间中传播的方式也有多种： 10.在无线通信系统中影响电波传播的3种最基本的机制：、 、,11.信号在传播过程中会产生3种主要的损耗：、。 12.无线信道的选择性衰落主要有3种，分别是、。 13分集接收简单的说有两重含义：、 14.主要的分集方式有3种：、 15.主要的合并方式有：、,16.名词解释：交织技术、均衡技术、多址技术、 17常见的3种多址技术有、 18.GSM由、4部分构成。 19.GSM系统有4个接口：、 、 20.GSM系统的技术：,21.CDMA系统的技术： 22.CDMA系统的无线链路：、 23.CDMA系统中提高系统容量的方法： 、,