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无线通信系统与技术 教材编写：钱建辉 日期：2011年3月1日 page 2 无线通信系统与技术 无线通信概述 典型无线通信系统介绍 蜂窝移动通信系统介绍 移动通信系统组成 无线通信技术 page 3 无线通信系统与技术 无线通信概述 典型无线通信系统介绍 蜂窝移动通信系统介绍 移动通信系统组成 无线通信技术 page 4 无线通信概述 有线通信介绍 无线通信介绍 无线通信技术历史回顾 无线通信频谱 无线通信应用 page 5 有线通信介绍 有线通信是指利用线缆线路（电线或者光缆）作为通讯传 导来传送信号的通信方式。 有线通信与无线通信相对。 有哪些线? l光纤 l网线（双绞线） l电话线 l同轴电缆 l page 6 无线通信介绍 无线通信（wireless communication）是利用电磁波信号可以在自由空间 中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。 无线通信与有线通信相对。 无线通信技术是近些年信息通信领域中发展最快、应用最广的通信技术。 在移动中实现的无线通信通称为移动通信，二者合称为无线移动通信。 无线通信的特点： l利用无线电磁波进行信息传输 l占用无线频谱资源 l电磁波信号强度随着距离增加而不断衰减 l无线移动通信引起多普勒效应 l在复杂的干扰环境中运行 n环境的干扰 n无线信号间的干扰 page 7 电磁波 无线通信的基础-电磁波 电场电场 电场电场 电场电场 振子 电电波传输传输方向 磁场场 磁场场 page 8 无线通信技术历史回顾 1888，rudolf hertz 发现电磁波 1920，k. armstrong 提出调频（fm）理论 1960，半导体取代电子管，集成电路和计算机出现 1970，美国bell lab提出“蜂窝”概念 1983，美国motorola：amps商用 1984，英国：tacs；日本：jtacs 1989，欧洲发布gsm phase i 标准 1992，美国fcc批准cdma（is95） 1999，国际itu对3g标准化 page 9 名词解释 fcc：federal communications commission，美国联邦通信委员会 itu：international telegraph union ，国际电信联盟 amps：advanced mobile phone system，高级移动电话系统 tacs：total access communications system，全入网通信系统 gsm：global system for mobile communications，全球移动通讯系统， 俗称“全球通” 。 page 10 无线电频谱 段号频段名称频段范围波长范围波段名称 1极低频(elf)3-30 hz100-10 兆米极长波 2超低频(slf)30-300 hz10-1 兆米超长波 3特低频(ulf)300-3000 hz100-10 万米特长波 4甚低频（vlf）3-30 khz10-1 万米甚长波 5低频（lf）30-300 khz10-1 千米长波 6中频（mf）300-3000 khz10-1 百米中波 7高频（hf）3-30 mhz100-10 米短波 8甚高频（vhf）30-300 mhz10-1 米超短波 9特高频（uhf）300-3000 mhz10-1 分米分米波 微 波 10超高频（shf）3-30 ghz10-1 厘米厘米波 11极高频（ehf）30-300 ghz10-1 毫米毫米波 12至高频（thf）300-3000 ghz10-1 丝米丝米波 page 11 通信频谱 page 12 无线通信应用 全球星 gps 小灵通寻呼机 蓝牙健康监控rfid 卫星通信 对讲机 手机wifi cmmb page 13 无线通信系统与技术 无线通信概述 典型无线通信系统介绍 蜂窝移动通信系统介绍 移动通信系统组成 无线通信技术 page 14 典型无线通信系统介绍 无线寻呼系统 微波中继通信 卫星通信 / 铱星 / 全球星 / gps 无绳电话 / 小灵通 蓝牙 / zigbee / wifi / wimax mbwa / lmds / mmds rfid cmmb 蜂窝移动通信系统 page 15 无线寻呼系统 传送简单信息的单向通信系统。 系统组成： l寻呼控制中心 l基站 l寻呼接收机（bb机/bp机） 寻呼系统体制： lgsc 格雷顺序编码，1973年，美国 lpocsag pocsag码, 1975年，英国 lermes 欧洲无线信息系统，1992年，欧洲 lflex 通用寻呼系统，1993年，motorola lapoc 高级寻呼操作码，1994年，philips page 16 微波中继通信 微波波段分为分米波段（vhf）、厘米波段（uhf）、毫米波段（ehf）。 微波传播的特点：直线传播（也称视距通信） 微波中继距离约50公里，总通信距离长达数千公里。 微波接力通信由终端站、枢纽站、若干个中继站组成。 利用静止卫星充当微波中继站，使通信距离大为增加。 微波通信经历了由模拟到数字的转变。 微波数字传输系列：pdh sdh lpdh：plesiochronous digital hierarchy 准同步数字系统 lsdh：synchronous digital hierarchy 同步数字系统 page 17 卫星通信 同步地球轨道卫星 （geos，geosynchronous earth orbit satellite） l卫星高度：35,786公里 l覆盖全球至少需要三颗卫星 l国际通信卫星组织 intelsat的 i-v代卫星 l国际海事卫星组织 inmarsat的 i-iii代卫星 移动卫星服务（mss，mobile satellite service） l采用中轨道卫星meos和低轨道卫星leos l卫星轨道高度分别为约10,000公里和800-1600公里 l多颗卫星完成移动通信的全球覆盖 l著名的低轨道卫星有： nmotorola等公司的“铱”星（iridium）系统 nloral公司的“全球星”（globalstar）系统 ntrw公司的奥德赛（odyssey）系统 page 18 “铱” iridium系统 motorola公司于1987年提出的低轨全球个人卫星移动通信系统。 与现有通信网结合，可实现全球数字化个人通信。 原设计为77颗小型卫星，分别围绕7个极地圆轨道运行。因卫星数与铱原子的 电子数相同而得名。 后来改为66颗卫星围绕6个极地圆轨道运行，但仍用原名称。 极地圆轨道高度约780km，每个轨道平面分布11+1颗卫星。 铱系统主要由四部分组成： l空间段、系统控制段、用户段、关口站段 市场定位： l商务旅行者、海事用户、航空用户、紧急援助、边远地区 提供业务： l话音、传真、数据、定位、寻呼 1998年11月1日宣布在全球投入商业运营。 2000年3月17日铱公司宣布破产，停止提供“铱”服务。 page 19 全球星globalstar 由美国劳拉公司（loral）和高通公司（qualcomm）倡导发 起，2000年1月6日开通运营 共48+4颗低轨卫星，卫星高度1414公里。 在全球范围（不包括南北极）向用户提供无缝隙覆盖的、低 价的卫星移动通信业务。 业务包括： l话音、传真、数据、短信息、定位等。 系统主要由三部分组成： l空间段、地面段、用户段 全球星不是把一个全球星用户与另一个用户直接相连，而是 在用户经过卫星和关口站之间进行通信。 如果被叫是全球星用户，就会通过pstn与关口站链 接，再 上星接通。 双模手机：全球星/gsm page 20 gps global positioning system 全球定位系统 20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 。 主要目的：为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务。 gps导航的基本原理 l卫星不断地发射导航电文。 l接收机收到导航电文时，提取出卫星时间，与自己的时钟做对比，得出卫星与接收机的距离。 l综合与多颗卫星的距离数据计算出接收机的位置。 n运用x、y、z、t 四个坐标数据解方程进行计算 n所以至少需要能接收到4颗卫星的信号 gps组成： l空间卫星：21颗工作卫星，3颗备用卫星，高度20200km。 l地面控制系统：1个主控站，3个注入站，5个监测站 l用户设备： gps接收机 全球四大卫星定位系统： l美国-gps、欧盟-伽利略、俄罗斯-格洛纳斯、中国-北斗 page 21 gpsone（agps） gpsone也叫agps，是美国高通公司推出的辅助gps定位技术。 结合gps卫星信号和cdma网络信号进行混合定位。 在gps卫星信号和无线网络信号都无法单独完成定位的情形下，gpsone会 组合这两种信息源，只要有一颗卫星和一个小区站点就可以完成定位，解决 了传统gps无法解决的问题。 特点： l定位精度能达到5-50米 l完成定位只需要几秒到几十秒 l在野外和室内都能定位 l普通手机可以集成gpsone芯片 page 22 无绳电话系统 无绳电话是利用现有固定电话网的交换和中继设备的一种增值业务。 无绳电话的发展（主要标准）： lcto： n1984年，美国fcc提出的第一代模拟无绳电话标准 lct1： n1987年，欧洲cept提出的模拟无绳电话标准 lct2 / dect： n1989年，英国提出数字无绳电话标准ct2 n首次提出远程站（telepoint）概念，远程站相当于公用电话亭。 n在远程站附近几百米范围内可以象在室内一样使用无绳电话。 n若干个ct2手机可同时接入同一个远程站，互不干扰。 n低成本，”穷人的大哥大“。 n缺点：只能呼出不能呼入。 n1991年etsi发布dect数字增强无绳电话标准 lphs / pacs n1993年，日本提出第二代数字无绳电话系统phs（personal handy-phone system) ，俗称“小灵通”。 n1995年，motorola提出pacs（personal access communication system）。 固定电话网 （pstn） page 23 phs通信系统（小灵通） 个人手持电话系统（personal handy-phone system） 采用日本rcr std-28标准，采用数字空中接口。 phs使用 1900-1920 mhz频段。 优点： l硬件投资少，资费低。 l绿色环保，发射功率非常低，仅为10mw。待机时间长。 缺点： l只能应用于用户密集区域，通信距离短，不支持用户漫游。 l不支持快速移动（速度不能超过40公里/小时）。 中国用户最多时达到9300万，全球用户超过1亿。 由于使用的频段与td-scdma相冲突，工信部要求小灵通在2011年前全部退 市。 page 24 数字无绳电话系统比较 技术参数ct2dectphspacs 推出时间1989199119931995 工作频段（mhz）864-8681880-19001895-19181850-1930 频带宽度（mhz）4202360 多址/双工fdma/tddtdma/tddtdma/tddtdma/fdd 信道宽度（khz）1001728300300 每载波用户1124/88 信道数目40120288/5761600 调制方式0.5gfsk0.5gfsk/4dqpsk/4dqpsk 比特速率（kbit/s）721152384384 语音编码adpcmadpcmadpcmadpcm ms功率（mw）5-1025010200 page 25 无线通信网络 wwa n wman wlan wpan ieee 802.20 (mbwa) ieee 802.16 (wimax) ieee 802.16 (wifi) ieee 802.15 (bluetooth /zigbee) 3gpp 3gpp2 wwan：wireless wide area network，无线远程网 wman：wireless metropolitan area network，无线城域网 wlan：wireless local area network，无线局域网 wpan：wireless personal network，无线个人网 cellular (2g/3g/4g ) rfid page 26 ieee 802无线标准系列 标准系列工作频段传输速率覆盖距离网络应用主要特征与应用 802.15x 2.4ghz/ 3.1-10.6 ghz 0.25/ 1-55/ 110mbp s 10-75米 / 10米 wpan 点对点短距离连接，工作在个人操作环境 ，用于家庭及办公室的高速数据网络。 802.15.4工作在低速率，用于家庭控制网 关。 802.11x 2.4/5.8 ghz 1-54 / 108 mbps 100米wlan 点对多点短距离连接，支持ap间的切换， 用于： 1、企业wlan 2、pwlan 3、家庭/soho无线网关 802.16x 2-11/ 11-66 ghz 70 mbps1-50公里wman 点对多点无线连接，支持基站间的漫游与 切换，用于： 1、wlan业务接入 2、无线dsl，面向城域覆盖 3、移动通信基站回程链路及企业接入网 802.20x 3.5ghz 以下 16 / 40 mbps 1-15公里wwan 点对多点无线连接，用于高速移动的无线 接入，移动中用户的接入速率可达1mbps ，面向全球覆盖。 page 27 标准产业联盟 名称全称与标准相关 sigbluetooth special internet group802.15.1 zigbeezigbee alliance802.15.4 wifiwireless fidelity 802.11x wimaxworld interoperability for microwave access802.16x mbwamobile broadband wireless access802.20 page 28 bluetooth（蓝牙） 蓝牙“bluetooth”的名字来源于古代丹麦国王harald blatand，由于发音近似 （blatand 英文意思为 bluetooth），起名者以此来寓意无线技术将人们联系 在了一起。 1998年，intel、ericsson、nokia、ibm和toshiba一起创立了名为sig的合 作组织，目的为共同制定出一个短距离无线通信标准。 蓝牙是一项适用于小范围的无线通信标准，使用使用ieee802.15协议。 蓝牙组成是微微网（piconet），支持点到点和一点到多点的低功耗通信，距 离为10米（增强功率的情况下可达到100米）。 蓝牙通信技术可以提供高达1mbps的传输率，并且支持身份验证和数据加密。 page 29 蓝牙系统结构 蓝牙使用无需申请许可证的 ism（industrial scientific medical）频段，美 国、欧洲、中国：2.4-2.4835ghz，日本：2.471-2.497ghz。 蓝牙芯片将信息和语音信号调制到ism频段上传输。 建立微微网（piconet），期间一台设备作为主机，其它设备作为从机。 如果需要连接的设备地址码是已知的，就可以通过一个寻呼消息建立连接。 蓝牙设备中属于同一piconet的设备共享1mhz的带宽。 物理链接驱动 人机交互驱动 高层协议驱动 蓝牙硬件 物理链接固件物理链接驱动 人机交互驱动 高层协议驱动 蓝牙硬件 物理链接固件 物理层物理层 用户数据 page 30 蓝牙发展史 蓝牙技术先后有v1.0/v1.1/v1.2/v2.0/v2.1/v3.0/v4.0版本。 1999年7月份蓝牙技术联盟(bluetooth sig)推出蓝牙协议1.0版，将其推向应用阶段。 v1.1 为最早期版本，2001年3月推出，传输率约在748810kb/s。因是早期设计，容易 受到同频率产品的干扰，影响通讯质量。此版本现已淘汰。 v1.2 在2003年推出，同样是只有 748810kb/s 的传输率，但加上了抗干扰的适应性跳 频技术，改善信号质量。 bluetooth 2.0+edr版本 是v1.2的改良版，2004年推出，传输率约在1.8m/s2.1m/s。 edr 即enhanced data rate。它具有双工的工作方式，即一面作语音通讯，同时亦可 以传输数据。 bluetooth 2.1+edr版本是在2007年8月推出的，它的出现是为了改善之前的技术一直 存在的功耗大的问题。 2009年4月，蓝牙技术联盟正式颁布了新一代标准规范“bluetooth core specification version 3.0 high speed” ，数据传输率提高到了大约24mbps。 2010年7月，蓝牙技术联盟正式宣布蓝牙核心规格4.0版本。蓝牙4.0实际是三位一体的蓝 牙技术，它将三种规格：传统蓝牙、低功耗蓝牙和高速蓝牙技术 合而为一。 page 31 zigbee zigbee是一种无线网络技术标准（ ieee802.15.4 ），主要用于近距离无线网络连接。 它的字面意思为“嗡嗡（zig）的蜜蜂（bee）”，来源于蜜蜂用于传递信息的舞蹈。 2000年12月ieee成立了802.15.4工作组，2001年8月zigbee联盟成立。 主要特点：低速、低功耗、低成本、支持大量网络节点、低复杂度、快速、可靠、安全。 zigbee设备在使用电池驱动下，可以运行数月甚至数年，有较高的可靠性和可维护性。 目标市场：工业、家庭及医学等需要低功耗、低成本的无线通信应用。 它工作于2.4ghz( 全球)、868mhz( 欧洲) 及915mhz( 美国)的ism 频段。 zigbee健康照顾顾系统统 zigbee工业仪业仪 表系统统 page 32 wifi wi-fi 是英文wireless fidelity（无线保真）的缩写。 wi-fi是一种可以将个人电脑、手持设备等终端以无线方式互相连接的技术。 wi-fi是一个无线网路通信技术的品牌，由wi-fi联盟(wi-fi alliance)所持有。目的是改 善基于ieee 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。 目前，wlan的推广和认证工作主要由wifi联盟完成，所以wlan技术常常被称之为 wifi。 802.11定义了两种设备： l无线接入点ap（access point）（提供无线与有线网络之间的桥接） l无线终端 page 33 ieee 802.11标准系列 ieee 标准频段（ghz）最高速率（mbps）传输距离（m） 802.112.42 802.11b2.411100 802.11a5.85430-50 802.11g2.454100+ 802.11n2.4320100+ 802.11ac5.81000100+ page 34 wapi wapi （wireless lan authentication and privacy infrastructure）无线局域网鉴 别和保密基础结构，是一种安全协议，同时也是中国无线局域网安全强制性标准。 2009年6月在iso/iec jtc1/sc6日本东京会议上，wapi获得包括美、英、法等10余 个与会国家成员体一致同意，将作为无线局域网络接入安全机制独立标准形式推进为 国际标准。 中国推进wapi是出于安全性考虑，也是出于利益方面的考虑。 l在认证保密方面，wapi比wifi强。 为了保护wapi，中国工信部明令禁止支持wifi功能的手机在国内获得入网许可，洋品 牌手机要想进入中国大陆市场必须摘除wifi模块或屏蔽该功能。 page 35 wimax wimax：worldwide interoperability for microwave access，全球微波互联接入 wimax的另一个名字是ieee802.16，其工作频段在2-11ghz。 ieee802.16于2001年被批准成为无线城域网（wman）技术之一，是一种为企业和家 庭用户提供“最后一公里”的宽带无线连接方案。 wimax也被称为“3.5g”技术，于2007年5月成为3g的第4个标准。 ieee802.16标准系列包括: 802.16、802.16a、802.16d、802.16e wimax的技术优势： l采用ofdma、mimo、amc、harq等先进技术 l传输距离长（典型6-10公里，最大50公里） l传输速率高（最高达75mbps） l系统容量可灵活扩展（信道带宽 可在1.25-20mhz之间变化） page 36 ieee 802.16 标准系列 技术参数802.16802.16a802.16d802.16e802.16m 频段(ghz)10-662-112-662-62-11 信道带宽(mhz)25/281.25-201.25-201.25-2020 信道条件视距非视距视距+非视距非视距非视距 移动性固定固定固定移动+漫游移动+漫游 额定小区半径1mbps） l支持高达250km/h的运动车辆 l小区覆盖范围相当于城域网 l全面支持internet 802.20发展前景不明朗 l高通垄断 l来自3g和wimax的竞争 page 38 lmds lmds：local multipoint distributions system，本地多点分配系统 一种微波宽带无线固定接入技术，利用高容量的点对多点微波传输，提供双向话音、 数据和图像等业务。 工作频段10-40ghz，工作距离3-5公里，传输速率可达155mbps。 lmds被认为是最后一公里光纤的灵活替代技术。 ldms网络由骨干网、基站、用户端设备及网管系统四部分组成。 ldms局限性： l覆盖范围较小，不适合远程用户使用。 l基站设备价格贵，只适合于人口集中地区。 l工作频率高，通信质量受天气影响大。 系统组统组 成 星型拓扑结结构环环型拓扑结结构 page 39 mmds mmds： microwave multipoint distribution system，微波多点分配系统 一种通过微波传输有线电视信号，并提供宽带业务的点对点分布系统。 mmds也称做无线的有线电视系统，是有线电视系统的重要组成部分。 工作频段2.5-3.5ghz，覆盖半径50公里，可传送100对数字电视信号。 mmds与有线电视网一样，可采用加/解扰技术，计算机管理用户，实现可寻址收费。 mmds与光纤网一样，可实现双向传送话务和数据信息，视频点播、电视会议等。 mmds特点： l设备重量轻、体积小， 方便安装调试 l适合中小城市或郊区 有线电视覆盖不到的 地方。 page 40 rfid（radio frequency identification）是一种非接触式的自动识别技术。 通过射频信号自动识别目标对象，并获取相关数据，识别工作无须人工干预， 作为条形码的无线版本。 系统由电子标签、读写器和数据管理系统三个主要部分组成。 应用： l零售、物流管理 l 高速公路收费及智能交通 l电子票证 l动物跟踪和管理 l资产追踪管理 l门禁管理 / 人员管理 l防伪识别 l生产自动化及过程控制 rfid（射频识别系统） rfid电电子标签结标签结 构 rfid工作原理 page 41 cmmb cmmb：china mobile multimedia broadcasting 中国移动多媒体广播 从2006年11月1日起开始实施的。 利用s波段信号实现“天地”一体覆盖、全国漫游。 支持25套电视节目和30套广播节目。 支持手机、pda、mp3、mp4、数码相机、笔记本电脑等小型接收终端，接收视频、 音频、数据等多媒体业务。 cmmb也是数字电视技术的一种，采用先进的编码、压缩、调制等数字技术。 国外手机电视技术主要有：美国的mediaflo、欧洲的dvb-h、韩国的t-dmb等。 移动动网 page 42 无线通信系统与技术 无线通信系统概述 典型无线通信系统介绍 蜂窝移动通信系统介绍 移动通信系统组成 无线通信技术 page 43 蜂窝移动通信系统介绍 蜂窝移动通信系统的发展 模拟蜂窝移动通信（1g） 数字蜂窝移动通信（2g/3g/4g） 数字蜂窝移动通信技术演进 page 44 蜂窝移动通信系统的发展 第一代（1g）：模拟移动通信系统 （80年代） lamps / tacs / jtacs / nmt 第二代（2g）：数字移动通信系统（90年代） lgsm / gprs / edge lcdma（is95）/cdma2000 1x ld-amps（is-136）/ pdc 第三代（3g）：宽带移动通信系统（2000年） lwcdma / hsdpa / hsupa / hspa+ l1xevdo (rel.0 / rel.a / rel.b) ltd-scdma / td-hsdpa / td-hsupa / td-hspa+ 第四代（4g）：多媒体移动通信系统 llte fdd / lte+ ltd-lte / td-lte+ lwimax / wimax ii page 45 模拟蜂窝移动通信 移动通信始于1921年的美国警察移动通信系统。 1946年在美国圣路易斯城建立了世界上第一个汽车电话网。 1978年，美国贝尔实验室开发了amps （advance mobile phone service 高级移动 电话系统），实现了真正意义上的可以随时随地的大容量蜂窝移动通信系统。 1983年，第一代蜂窝移动通信系统amps在美国投入商用。 1984年，英国根据amps提出了tacs（ total access communication system 全 接入通信系统）。 1984年，日本提出了jtacs（japan total access communication system 日本全 接入通信系统）。 198x年，瑞典、挪威和丹麦的电讯管理部门提出nmt（nordic mobile telephone system 北欧移动电话系统）。 1987年，中国第一个tacs制式模拟移动电话系统建成商用。 page 46 蜂窝结构 蜂窝系统“小区制”系统 l将所要覆盖的地区划分为若干个小区，每个小区的半径可视用户的分布密 度在1-10km左右。 l在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务。 蜂窝结构的优点： l采用小区复用系统，频谱利用率高。 l实现大地理区域的移动性，覆盖范围大，可以覆盖全国甚至全球。 l用户容量大，基本上不受限制。 l公用蜂窝系统的网络与pstn相连，移动电话可以方便地与任一用户通话。 l用户终端功率小，因此体积小，辐射小，电池使用时间长。 蜂窝结构的缺点： l系统结构复杂，需要涉及越区切换、漫游、位置登记、更新和管理以及系统鉴权等技术。 l需要建很多基站，人口密集区域之外有盲区。 蜂窝分类 l宏蜂窝 (macro-cell)： 2-20km l微蜂窝 (micro-cell) ：0.42 km l微微蜂窝 (pico-cell) ： 42 / 11 mbps 1xevdo rel.0495 / 824-894 / 1850-19901.25 mhz2.4 / 0.1536 mbps 1xevdo rel.a1.25 mhz3.1 / 1.8 mbps 1xevdo rel.b20 mhz (1.25x15)73.5 / 27 mbps td-scdma1880-1920 / 2010-2025 / 2300-2400 1.6 mhz384 kbps td-hsdpa / td-hsupa1.6 mhz2.2 mbps td-hspa+10 mhz (1.6x6) 16 mbps 4gfdd-lte450-470 / 698-806 /2300- 2400 / 2500-2690 / 3400- 3600 20 mhz 100 / 50 mbps lte+20 mhz100 - 1000 mbps td-lte450-470 / 2300-2400 / 2500-2690 20 mhz 100 / 50 mbps td-lte+20 mhz100 - 1000 mbps wimax (ieee 802.16d/e)2000-110001.25 - 20 mhz75 / 50 mbps wimax ii (ieee 802.16m)20 mhz100 - 1000 mbps page 78 无线通信系统与技术 无线通信概述 典型无线通信系统介绍 蜂窝移动通信系统介绍 移动通信系统组成 无线通信技术 page 79 移动通信系统组成 bts 移动动台 （ms ） bs c 基站子系统统 （bss） pstn plmn isdn 网络络交换换子系统统 （nss） 操作与维护维护 子系统统 （oss） 移动通信系统 公共网 蜂窝移动通信系统组成示意图 page 80 移动通信系统结构 ms：移动动台 bss：基站子系统统 bts：基站收发发台 bsc：基站控制器 nss：网络络交换换子系统统 msc：移动动交换换中心 vlr：访问访问 位置寄存器 auc：鉴权鉴权 中心 hlr：归归属位置寄存器 eir：设备标识设备标识 寄存器 oss：操作与维护维护 子系统统 omc：操作维护维护 中心 nmc：网络络管理中心 adc：接入数据中心 pstn：公用交换电话换电话 网 plmn：专专用陆陆地移动动网 isdn：综综合业务业务 数字网s bss bts bts bts bsc bss bts bts bsc msc msc omcomc nmcadc vlr vlr eir auc hlr pstn plmn isdn 移动动台 基站子系统统 网络络交换换子系统统 公共网 操作与维护维护子系统统 page 81 移动台（ms） ms：mobile station，移动台，是移动用户使用的终端设备，也是整个系统 中用户能够直接接触的唯一设备。 移动台可分为车载型，便携性和手持型。 移动台由移动终端和用户识别卡（sim卡）组成。 l移动终端就是“机”，它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射 和接收。 l每个移动终端都有自己的识别码，即国际移动用户识别号imei（international mobile equipment identity）。 lsim卡就是“身份卡”，它存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的 重要信息，以防止非法客户进入网路。 lsim卡还存有与网路和客户有关的管理数据， 只有插入sim卡后移动终端才能接入进网。 l在典型的移动通信系统如gsm中，移动终端 和sim卡二者是完全独立的。 page 82 基站子系统（bss） bss：base station subsystem，基站子系统。 bss是实现无线通信的关键组成部分，它通无线接口直接与移动台通信。 bss负责无线发送/接收和无线资源管理，通过有线接口与nss中的移动交换中心 （ msc）相连，实现移动台与固定网用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息。 此外，bss还受操作与维护子系统（oss）的控制。 基站子系统由基站收发台（bts）和基站控制器（bsc）组成。 page 83 基站收发台（bts） bts：base transceiver station，基站收发台，也称基站收发信机，简称 基站。 bts的主要功能： l提供小区的无线收发、控制与信道处理功能 l支持移动终端（ms）在空中接口的通信 bts系统结构（主要模块）： l基站控制功能模块（sum） l发射接收模块（tre） l天线耦合模块（an） bts还包括： l电源系统 l防雷系统 l机架 page 84 基站控制器（bsc） bsc：base station controller，基站控制器。 bsc是基站收发台（bts）和移动移动交换中心（msc）之间的连接点，为bts和 msc之间的信息交换提供接口。 一个基站控制器（bsc）可以控制几十个基站收发台（bts）。 基站控制器（bsc）一般放在中心机房，和bts通过光纤连接。 bsc的主要功能： l 基站的监视与管理 lbss的操作和维护 l 传输网络的管理 l无线网络资源的管理 l处理与移动台的连接 l定位和切换 l寻呼管理 l话音编码 / 码型变换 bsc bts page 85 基站控制器（bsc） bsc的系统结构（主要模块）： lam/cm 管理通信模块：话路交换和信息交换的中心 lbm 基本模块：呼叫处理、信令处理、无线资源管理、无线链路的管理和电路维护 ltcsm 码形变换与子复用模块：复用、解复用和码变换 bsc在系统中的位置bsc系统结构 page 86 基站子系统（bss） 结构 bsc和bts链接拓扑图 page 87 网络交换子系统（nss） nss：network switching subsystem，网络交换子系统 nss的主要组成部分： lmsc（移动交换中心， mobile switching center ） lvlr（访问位置寄存器， visitor location register ） lauc（鉴权中心，authentication center ） lhlr（归属位置寄存器，home location register） leir（设备标识寄存器 , equipment identity register ） nss的主要功能： l呼叫控制 l计费 l移动管理/用户定位 l用户数据管理 l安全性管理 page 88 移动交换中心（msc） msc： mobile switching center，移动用户交换中心 移动交换中心 （msc）是整个网络的核心。 msc的主要功能包括： l控制所有bsc的业务，提供交换功能及和系统内其它功能的连接。 l提供移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。 l控制和更新hlr、vlr、auc数据库。 l计费 l移动性管理 l辅助无线资源管理 一个nss可以包括若干个msc，每个msc都配备独立的vlr。 多个msc可以共享auc、hlr和eir。 一个msc可以连接控制多个基站控制器（bsc）。 page 89 访问位置寄存器（vlr） vlr： visitor location register ，访问位置寄存器，是一个数据库。 vlr中主要存储以下信息： limsi（国际移动用户识别码） lmsisdn（移动用户国际号码） ltmsi（临时移动用户身份） l移动台登记所在的位置区 l向用户提供的服务参数 一个msc必然与一个vlr相随。当用户漫游到新的msc服务区时， l与此msc相联的vlr就会向hlr请求发送用户数据，以便在新的msc中提供相应 的服务。 lhlr将用户信息拷贝到新的vlr中，以完成用户位置更新。 因此，vlr 可看作为一个动态用户数据库。 page 90 归属位置寄存器（hlr） hlr： home location register，归属位置寄存器，也是一个数据库。 hlr是负责移动用户管理的数据库，它存储所管辖用户的签约数据及移动用户的 位置信息，也可提供到某移动台的呼叫路由信息 hlr与auc一起，提供位置更新、漫游管理、鉴权、呼叫路由等多种功能， 还支持呼叫前转、呼叫禁止、主叫号码显示及限制、短消息等补充业务。 hlr中主要存储以下信息： limsi（国际移动用户识别码） lmsisdn（移动用户国际号码） ltmsi（临时移动用户身份） l位置信息 vlr号码 l基本电信业务签约信息/业务限制信息 l补充业务表 ，包含业务所涉及的参数 page 91 鉴权中心（auc） auc： authentication center，鉴权中心 auc属于hlr的一个功能单元部分，专门用于系统的安全性管理。 auc的功能： l产生移动用户的鉴权的三参数（随机号码rand，符合响应sres，密钥kc），用 来鉴权用户身份的合法性； l对无线接口上的话音、数据、信令信号进行加密，防止无权用户接入，保证移动 用户通信的安全。 通常，hlr、auc合设于一个物理实体中。 page 92 设备标识寄存器（eir） eir：equipment identity register ，设备标识寄存器 ，也是一个数据库。 eir主要存储有关移动台设备的参数，包括： l移动网中所有移动台设备的识别码imei l设备状态标识表（白色、黑色、灰色） 主要功能： l对移动设备进行识别、监视、闭锁，以防止非法移动台的使用。 移动通信过程中设备识别的流程： l当移动台用户发起呼叫时，msc/vlr向移动台请求imei，并把它发送给eir； leir将收到的imei与设备状态标识表进行比较，把结果发送给msc/vlr； lmsc/vlr根据结果决定是否允许该移动台设备进入网络。 如果该移动台使用的是偷来的手机或者未经型号认证的移动设备，msc/vlr将据此信 息确定被盗移动台的位置并将其阻断，对未经型号认证的移动设备也能阻止其使用。 我们通常所说的通过网络追踪器追踪被盗手机就是通过eir实现的。 在我国的移动通信系统中，没有设置设备标识寄存器（eir）。 page 93 oss：operation and support system，操作与维护子系统 oss是一个综合的业务运营和管理平台，它同时也融合了传统ip数据业务与 移动增值业务的综合管理。 oss的主要组成部分： lomc：操作维护中心 lnmc：网络管理中心 ladc：接入数据中心 oss的功能如右图： 操作与维护子系统（oss） page 94 操作维护中心（omc） omc：operations & maintenance center，操作维护中心 操作维护中心(omc)是操作维护子系统中的各功能的实体。 omc功能： l计费 l配置管理 l性能统计 l故障管理 l信令观察 l业务观察 l用户跟踪 l诊断测试 l文件管理 l版本管理 l时钟管理 l维护日记 l安全管理 l操作权限管理 page 95 网络管理中心（nmc） nmc ：network manage center，网络管理中心 网络管理中心（nmc）是一个用于管理网络资源的运转中心。 nmc功能： l网络配置管理 l用户管理 l日常运行数据的收集与统计 l路由选择管理 l网路监测 l故障告警与网路状态显示 l据交换机提供的计费信息完成计费管理 page 96 接入数据中心（ adc） adc：application data center，接入数据中心 adc其实是asp模式与idc（internet data center 互联网数据中心）业务 的结合的演变，是由中国移动推出的一项移动信息化产品业务。 adc业务主要包括有： l移动oa l手机邮箱 l无线网站 l移动进销存应用托管解决方案 page 97 无线通信系统与技术 无线通信概述 典型无线通信系统介绍 蜂窝移动通信系统介绍 移动通信系统组成 无线通信技术 page 98 无线通信技术 通信系统模型 语音编码技术 调制解调 双工方式 多址技术 天线技术 无线信号传输 分集接收技术 均衡技术 扩频通信技术 无线通信信令 切换 同步 无线数据传输 page 99 通信系统：通信中所需要的一切技术设备和传输媒质构成的总体。 通信系统由发送端、接收端和传输媒介组成。 通信机的发送端由信息源和发射机组成，接收端由接收机和终端设备组成， 信号通过空间电磁波传送。 l发射机（tx）对原始信号进行转换，形成已调制射频信号（高频电磁波），通过 发射天线送出。 l接收机（rx）接收信号，放大、变频后，将其进行解调，再送给终端设备。 通信系统模型 信息源发发射机电电磁波接收机终终端设备设备 发送端传输媒介接收端 无线通信系统模型 page 100 模拟信号和数字信号（基带） 通信传输的消息可分为模拟消息（如：声音）和离散消息（如：文字）。 l模拟消息的原始信息电信号的参量连续变化，成为模拟基带信号。 l数字消息的原始电信号参量离散取值，称为数字基带信号。 时间 时间 时间 时间 传输媒体 ： 衰减/噪音 畸变/干扰 传输媒体 ： 衰减/噪音 畸变/干扰 模拟 数字 信息同基带信号的“形 状”相关联，形状的任 何变化等于信息丢失。 信息不和形状相关联， 而是和信号的有无相关 联，即使是严重变形的 脉冲也携带了100%信息 。 page 101 模拟信号和数字信号（基带） 传输数字基带信号的数字通信系统逐渐取代传输模拟基带信号的模拟通信系 统。 对于模拟基带信号，可以通过信源编码技术转换成数字基带信号，再进行传 输，信号接收后再经过信源译码技术恢复成模拟基带信号。 数字信号的优点： l信号可以再生（便于存储） l信道容量较大 l安全性好（可以进行加密） l可以进行差错控制 l可传送数据 数字信号的缺点： l与模拟方式相比，传送同样数量的信息需要更大的系统带宽。 page 102 发射机 数字通信系统的发射机主要由编码器、调制器和放大器等组成。 发射机对原始电信号进行转换，形成射频(rf)信号。 复用 语音 编码 器 调制器 多址 接入 放大 模拟语音信号语音编码数据 数据比特 传输的rf信号 放大的信号 page 103 接收机 数字通信系统的接收机主要由放大器、调制器和解码器等组成。 射频(rf)信号经过处理后，输出音频信号或将数据送到终端设备。 解复用 语音 译码 器 解调器 多址 分离 放大 模拟语音信号语音编码数据 数据比特 接收的rf信号 放大后的信号 page 104 模拟通信系统中的语音处理 语音信号频率范围一般在300hz-3