1、三里港（南京）电子有限公司 研发部,课程内容,第一章 移动通信概述 第二章 移动通信网 第三章 移动通信的无线覆盖技术 第四章 干扰与噪声 第五章 移动通信的电波传播 第六章 基站控制器 第七章 GPRS系统 第八章 3G介绍,第一章 移动通信概述,移动通信的基本概念、特点 移动通信的组成与工作频段、工作方式 移动通信的关键技术 常用的移动通信系统,1.1 移动通信的基本概念 （1）,移动通信就是指通信的双方至少有一方在移动中（或暂时停留在某一非预定的位置上）进行信息传输和交换。这包括移动体（车辆、船舶、飞机或行人)和移动体之间的通信，移动体和固定点（固定无线电台或有线用户）之间的通信。按此定
2、义，陆地移动通信、卫星移动通信、舰船通信，航空航天通信等都属于移动通信的范畴。,1.移动通信的基本概念、特点,1.1 移动通信的基本概念 （2）,移动通信最终可实现人们理想中的通信终极目标（5W）：任何人 （Whoever) 在任何时候 （Whenever) 在任何地方 （Wherever) 以任何种方式（Whatever) 与任何其他人（Whomever)进行通信。,1.移动通信的基本概念、其特点,1.移动通信的基本概念、其特点,1.2 移动通信的特点,1.移动通信的基本概念、特点,终端用户的移动性：系统的网络管理和控制必须实时有效，系统复杂； 无线接入方式通信：利用无线电波进行信息传输，频
3、谱资源非常有限、电波传播环境复杂、干扰众多； 网间漫游和互通：全球漫游、多网互通、支持众多业务； 移动台必须适于在移动环境中使用： 体积、重量、功耗、可靠性等。,2.1 移动通信的基本组成（1）,2.移动通信的组成与工作方式、工作频段,基站,BTS,移动交换中心,MSC,基站,BTS,基站,BTS,基站,BTS,手持机,MS,MS,移动台,MS,移动台,移动台（MS）、基站（BS）、移动交换中心（MSC）,2.1 移动通信的基本组成（2）,移动台（MS）：移动用户使用的便携终端。由收发信机、天线、人机介面、电池等构成； 基站（BS）：基站收发信机、控制设备、天馈系统等组成，提供MS与BS间的无
4、线信道； 移动交换中心（MSC）：网络的核心，提供交换、网络控制与管理、互连接口等功能。发射机：调制、上变频、功率放大接收机：低噪声放大、下变频、解调天线：高频电流与空间电磁波间的相互转换,2.移动通信的组成与工作方式、工作频段,2.2 移动通信的工作方式（1）,无线通信的传输方式分单向传输(广播式)和双向传输(应答式)。双向传输有单工、双工和半双工等三种工作方式。 （1）单工收信和发信交替工作，又可分为同频单工和异频单工。特点：设备简单、省电，但与通话习惯不符,2.移动通信的组成与工作方式、工作频段,2.2 移动通信的工作方式（2）,PTT,f1,PTT,f1,f1,送受话机电台甲,同频单工
5、通信示意图,送受话机 电台乙,2.移动通信的组成与工作方式、工作频段,2.2 移动通信的工作方式（3）,送受话机电台甲,异频单工通信示意图,PTT,f2,PTT,f1,f2,送受话机 电台乙,2.移动通信的组成与工作方式、工作频段,2.2 移动通信的工作方式（4）,2.移动通信的组成与工作方式、工作频段,FDD：GSM、CDMA等,2.2 移动通信的工作方式（5）,发射机,接收机,f1,f2,送受话器,半双工通信示意图,基地台,f1,f2,f1,f2,送受话机 移动台,2.移动通信的组成与工作方式、工作频段,2.3 移动通信的工作频段（1）,我国无线电频率分配,2.移动通信的组成与工作方式、工
6、作频段,2.3 移动通信的工作频段（2）,我国陆地移动无线电业务频率划分,2.移动通信的组成与工作方式、工作频段,当前我国2G/3G移动通信的频谱分配,3.移动通信的关键技术,为适应移动通信复杂的电波传播环境、有限的频率资源、极大的用户需求、复杂的控制管理等特点，现代移动通信广泛采用了多址接入、信源编码、信道编码与交织、数字调制与解调、功率控制、智能天线、分集与Rake接收、多用户检测、软件无线电等技术。,3.1 多址技术（1）,利用信号的正交性原理，即利用信号参量的正交性来区分不同用户。要识别信号特征上的差异，表现为信号的某些参数上差异，如信号的工作频率、信号出现的时间、信号具有特定的波形（
7、不同的代码）等。只要这此信号特征彼此独立、或者说正交或互相关系数近似等于0，就可以识别信号。常规方式：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）、空分多址（SDMA）等 。,3.移动通信的关键技术,3.1 多址技术（2）,频分多址（FDMA）将给定的频谱资源划分为若干个等间隔的频道（或称信道)供不同的用户使用。 相同时间、不同频率 。 特点：复杂度低、干扰重、容量小,3.移动通信的关键技术,3.1 多址技术（3）,时分多址（TDMA）把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙(无论帧或时隙都互不重叠)，供不同的用户使用。 相同频率、不同时隙 。 特点：不连续发射、需
8、同步、 容量较大（P537）,3.移动通信的关键技术,3.1 多址技术（4）,码分多址（CDMA）利用相互正交的不同的码实现不同用户的信息传输。 相同频率、相同时间、不同的码 。 特点：抗衰落、高质量、大容量,3.移动通信的关键技术,3.2 数字调制与解调,调制的目的： 匹配信道特性,便于信息的传输 改变信号占据的带宽,改善系统性能 移动通信对数字调制基本要求： 良好的频谱特性：发射频谱窄，带外辐射小，必须在规定的频带内提供较高的传输速率 性能要好：抗干扰、抗衰落 实际应用： 连续相位恒包络调制：GSM中的GMSK 线性调制：CDMA中的QPSK,3.移动通信的关键技术,3.3 话音编码,语音
9、编码的种类：波形编码、参数编码 移动通信语音编码的基本要求：低速高效、较高质量、抗误码、短时延、低成本 良好通信质量、高频谱效率、大系统容量！,3.移动通信的关键技术,64Kb/s PCM,GSM：13Kb/s RPE-LTP CDMA2000：8Kb/s EVRC,3.4 信道编码与交织,移动通信环境衰落与干扰严重！信道编码（纠错编码）：以一定的规律在待发送的信息码元中加入一些多余的校验码元，以换取信息码元在传输中的可靠性。 高效、纠错能力强，如卷积码、Turbo码等。 交织：将长的突发干扰转化为短的随机错误，由纠错码纠正。,3.移动通信的关键技术,3.5 功率控制,克服“远近效应”，降低多
10、址干扰，提高系统容量。,3.移动通信的关键技术,3.6 分集与Rake接收,接收端对它收到的由多个相互独立路径传输来的同一信号进行特定的处理，从而减小衰落、提高通信质量。即分散传输、集中处理！主要有空间分集、频率分集、时间分集与极化分集等。,3.7 智能天线,3.移动通信的关键技术,利用信号传输的空间特性，自适应地调整天线方向图，跟踪强信号、减小或抵消干扰信号、提高信干比。,3.8 软件无线电,用一个统一的硬件平台，尽量用软件来实现众多的无线通信的功能与业务。,4.1 无线电寻呼系统,4.常用的移动通信系统,4.2 蜂窝移动通信系统,4.常用的移动通信系统,4.3 无绳电话系统,4.常用的移动
11、通信系统,家用无绳电话 公用无绳电话系统PHS、PACS、小灵通,4.4 集群系统,4.常用的移动通信系统,用于调度、指挥的专用移动通信网。以指挥/调度台与移动台之间的半双工无线通话为主。近年来，也向大容量、共网方向发展。,4.5 卫星移动通信系统,4.常用的移动通信系统,同步轨道移动通信系统 IMMARSAT-B IMMARSAT-M MOBILESAT-澳大利亚,中低轨道移动通信系统 IRIDIUM(铱系统66) GLOBALSTAR(全球星24/48)ODYSSEY(奥德塞12),第二章 移动通信网,移动通信网的体制 服务区的划分 移动通信网的组成 移动通信的信道 无线基站,小容量的大区
12、制和大容量的小区制 1.1 大区制（1）,1.移动通信网的体制,通过使用安装在高塔上的单个大功率发射机而获得一个大面积覆盖的移动通信系统 。,1.1 大区制（2）,1.移动通信网的体制,优点：系统简单 局限性： 覆盖范围受限 系统容量受限 系统设备受限,1.2 小区制（1）,1.移动通信网的体制,用许多相互邻接的小的覆盖区（简称小区）来覆盖一个大的覆盖区； 将整个系统的信道分成若干个信道组，给每个小区基站分配一个信道组，并且给相邻的基站分配不同的信道组； 信道组在整个系统覆盖区域内相隔一定距离重复使用。,1.2 小区制（2）,1.移动通信网的体制,小区制移动通信系统特点：利用小区覆盖、频率重用
13、提高系统容量系统需要进行频率规划，克服同频干扰系统需要进行过境切换，保证通话连续系统需要进行用户管理，保证漫游实现,从而： 可将覆盖区域无限扩展，使服务区不受限制 频率利用率大大提高，提高系统容量,1.2 小区制（3）,1.移动通信网的体制,大区制 基站发射功率大 覆盖区域较大 频率不复用,小区制 基站发射功率小 覆盖区域小（小区） 频率复用 越区切换和中央控制,2.1 带状服务区,2.服务区域的划分,B,(a),(b),2.2 面状服务区（1）,2.服务区域的划分,2.2面状服务区（2）,2.服务区域的划分,想象的 覆盖,理想的 覆盖,实际的 覆盖,小区的实际覆盖,2.3 蜂窝网（1）,2.
14、服务区域的划分,（1）无线区群,无线区群空间邻接覆盖整个服务区。 区群内每个小区使用不同的频率，区群间使用相同的频率 区群的形状能够无缝覆盖整个区域 区群间同频小区的距离保持相等,区群内无线小区数K满足：,2.3 蜂窝网（2）,2.服务区域的划分,（1）无线区群,无线区群的几种形状,2.3 蜂窝网（3）,2.服务区域的划分,（2）激励方式,中心激励：基站天线为全向天线，位于小区中心，形成圆形覆盖区。 顶点激励：基站天线为120扇形定向天线，位于正六边形相间三个的顶点 。-三叶草形,2.3 蜂窝网（4）,2.服务区域的划分,（3）无线小区模型,频率复用,2.3 蜂窝网（5）,2.服务区域的划分,
15、同频复用距离D：,同频复用系数q：,K=4时，q=3.46,（3）无线小区模型,2.3 蜂窝网（6）,2.服务区域的划分,43频率复用方式 （ 4/12频率复用方式）,33频率复用方式 （ 3/9频率复用方式）,P545,（3）无线小区模型,2.3 蜂窝网（7）,2.服务区域的划分,（4）同频干扰,6,7,5,4,3,2,1,6,7,5,4,3,2,1,6,7,5,4,3,2,1,6,7,5,4,3,2,1,6,7,5,4,3,2,1,6,7,5,4,3,2,1,6,7,5,4,3,2,1,全向天线同信道干扰,2.3 蜂窝网（8）,2.服务区域的划分,（4）同频干扰,5,5,5,5,5,5,5
16、,4,3,2,1,7,6,定向天线同信道干扰,2.4 蜂窝系统容量的提高（1）,2.服务区域的划分,随着移动服务需求的提高，分配给每个小区的信道数最终变得难以支持所要达到的用户数，需要蜂窝设计技术来给单位覆盖区域提供更多的信道。在实际中，采用小区分裂、裂向等手段来增大蜂窝系统的容量。,2.4 蜂窝系统容量的提高（2）,2.服务区域的划分,（1）小区分裂,将拥塞小区划分为更小的小区。各微小区相应地降低天线高度和减小发射功率。小区数的增加，将增加信道的复用次数，从而提高系统容量。,2.4 蜂窝系统容量的提高（3）,2.服务区域的划分,（2）裂向,使用定向天线来减小同频干扰，从而提高系统容量的技术叫
17、做裂向。,2.4 蜂窝系统容量的提高（3）,2.服务区域的划分,（3）更加紧凑的频率复用技术,13频率复用、同心园，CDMA等。,（4）采用新的频段,1800M、1900M及更高频段。,3.1 GSM系统的网络结构与设备组成（1）,3. 移动通信网的组成,3.1 GSM系统的网络结构与设备组成（2）,3.移动通信网的组成,移动台（MS）移动用户使用的便携终端。由收发信机、天线、人-机介面、SIM卡、电池等构成。SIM卡：网络及用户参数存贮、用户识别（鉴权算法及密钥）、STK功能,3.1 GSM系统的网络结构与设备组成（3）,基站子系统（BSS）由一个或多个BTS及一个BSC构成，通过地面中继线
18、路与交换中心相连。BTS：基站收发信机，常称“基站”。提供若干双向无线信道，充当与移动台沟通的通路。BSC：基站控制器。提供对下属基站无线信道的控制、分配与管理，以及本BSC覆盖区内部的切换。,3. 移动通信网的组成,3.1 GSM系统的网络结构与设备组成（4）,移动交换中心（MSC）MSC是网络的核心，提供交换功能并面向下列功能实体：基站子系统（BSS）、原籍位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）、移动设备识别寄存器（EIR）、操作维护中心（OMC）和固定网（公用电话网、综合业务数字网等）。从而把移动用户与固定网用户、移动用户与移动用户之间互相连接起来。移动交换中心可以从三种数据库（即原籍
19、用户位置寄存器、访问用户位置寄存器和鉴权中心）获取有关处理用户位置登记和呼叫请求等所需的全部数据。作为网络的核心，MSC还支持用户位置登记和更新、过区切换和漫游服务等项功能。,3. 移动通信网的组成,3.1 GSM系统的网络结构与设备组成（5）,原籍用户位置寄存器原籍用户位置寄存器，简称HLR。它可以看作是GSM系统的中央数据库，存储该HLR管辖区内的所有移动用户的有关数据。其中，静态数据有移动用户码、访问能力，用户类别和补充业务等。此外， HLR还暂存移动用户漫游时的有关动态息数据。,3. 移动通信网的组成,3.1 GSM系统的网络结构与设备组成（6）,拜访用户位置寄存器拜访用户位置寄存器，
20、简称VLR。它存储进入其控制区域内来访移动用户的有关数据，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，一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则临时存储的该移动用户的数据就会被消除。因此， VLR可看作是一个动态用户的数据库。,3. 移动通信网的组成,3.1 GSM系统的网络结构与设备组成（7）,鉴权中心AUC GSM系统采取了特别的通信安全措施，包括对移动用户鉴权，对无线链路上的话音、数据和信令信息进行保密等。因此，鉴权中心存储着鉴权信息和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证无线通信安全。,3. 移动通信网的组成,3.1 GSM系统的网络结构与设备组成（8）,移动设备识别寄存器移
21、动设备识别寄存器（EIR）存储看移动设备的国际移动设备识别码（IMEI），通过核查白色、黑色和灰色三种清单，运营部门就可判断出移动设备是属于准许使用的，还是失窃而不准使用的，还是由于技术故障或误操作而危及网络正常运行的MS设备，以确保网络内所使用的移动设备的唯一性和安全性。,3. 移动通信网的组成,3.1 GSM系统的网络结构与设备组成（9）,操作与维护中心网络操作与维护中心（OMC）负责对全网进行监控与操作。如系统的自检、报警与备用设备的激活，系统的故障诊断与处理，话务量的统计和计费数据的记录与传递，以及与网络参数有关的各种参数的收集、分析与显示等。,3. 移动通信网的组成,3.1 GSM系
22、统的网络结构与设备组成（10）,短消息中心短消息中心（SC）接收、存储、转发用户的短消息。,3. 移动通信网的组成,3.2 GSM系统的网络接口（1）,3. 移动通信网的组成,3.2 GSM系统的网络接口（2）,位于MS与BTS之间。主要完成以下功能： 规定信道结构和接入能力 定义MS-BS通信协议 完成呼叫控制处理 实现移动性、安全管理 完成如功率控制等业务功能严格满足Um接口标准的任何厂家的MS设备均可接入GSM网络。,（1）Um接口,3. 移动通信网的组成,TDMA/FDMA/FDD接入方式：8时隙/载波 频率与频道序号(GSM900)： 上行：890-915M 下行：935-960M
23、信道序号N=1124，共992个物理信道,3.2 GSM系统的网络接口（3）,3. 移动通信网的组成,频率与频道序号(GSM1800):调制方式：BT=0.3 GMSK 速率：270.833kb/s 载频复用与区群结构： C/I=9dB 采用4小区12扇区或3小区9扇区结构,1710,1785,1805,1880,双工距离 : 95 MHz,3.2 GSM系统的网络接口（4）,3. 移动通信网的组成,3.2 GSM系统的网络接口（5）,话音和信道编码 话音：13Kb/s RPELTP 信道编码：纠错编码、交织技术 跳频和间断传输技术 跳频速率：基带或射频跳频，217跳/秒 间断传输/话音激活技
24、术 采用抗干扰措施 自适应均衡 卷积编码 交织编码 跳频技术,3. 移动通信网的组成,GSM系统的话音和信道编码框图,3.2 GSM系统的网络接口（6）,（2）Abis接口位于BSC与BTS之间，为BSC和BTS完成各种功能时提供信息交换。GSM系统中的Abis接口为未公开的非标接口。,3. 移动通信网的组成,3.2 GSM系统的网络接口（7）,（3）A接口位于BSC与MSC间，标准接口。主要完成： 资源管理：地面信道与无线信道 移动性管理：切换、漫游 呼叫控制 安全性管理：鉴权,3. 移动通信网的组成,信道的含义：FDMA频道TDMA时隙CDMAWalsh码,4. 移动通信网的信道,4.1
25、GSM系统的信道类型（1）,4. 移动通信网的信道,GSM的物理信道与逻辑信道 物理信道：由不同频率的时隙构成 逻辑信道：由完成的不同功能来划分 信道类型 业务信道（TCH）：传送数字话音或用户数据。分TCH/F和TCH/H。 控制信道（CCH）：传送信令和同步信号 广播信道：频率校正、同步、广播控制信道 公共控制信道：寻呼、随机接入、接入允许 专用控制信道：信道分配、功率控制、测量数据,4.1 GSM系统的信道类型（2）,4. 移动通信网的信道,4.2 多信道共用（1）,4. 移动通信网的信道,专用呼叫信道方式（共用信令信道方式）设置专用的呼叫信道，专用于处理用户的呼叫请求。速度快，适用于中
26、大容量移动通信系统（GSM、CDMA等）。 标明空闲信道方式 循环定位、循环不定位、循环分散定位、 标明多个空闲信道的循环不定位。 速度较慢，适用于小容量移动通信系统。,4.2 多信道共用（2）,4. 移动通信网的信道,信道数与话务量,在BSC的控制下提供与MS通信的多个双向无线信道。 5.1 BTS的组成,5. 无线基站,收发信单元（TRU） 调制/解调、上/下变频、放大 射频合分路单元（CDU） 滤波、功率合成、LNA与分路、天线共用 中央控制单元（DXU） 分配交换、Abis接口、定时、G.70接口、OMT接口与功能、告警、信令链处理等。 电源控制单元（ECU）,5.2 BTS的对外接口,5. 无线基站,Um接口A-bis接口,
