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移动通信 本章主要介绍移动通信的基本概念 特点及组网原则 着重对数字移动通信系统中使用的话音编码和信道编码技术 GSM900以及Q CDMA实用系统结构和特点进行了详细的分析 最后简单介绍了个人通信的基本概念 第三代移动通信的发展及其演进等内容 5 1移动通信概述5 2数字移动通信原理5 3GSM数字移动通信系统5 4CDMA数字移动通信系统 5 1移动通信概述 5 1 1移动通信的基本概念 5 1 2移动通信系统的组成及组网原则5 1 3移动通信工作频段 5 1 1移动通信的基本概念 移动通信是指通信双方或至少其中一方在运动状态中进行信息传递的通信方式 5 1 2移动通信系统的组成及组网原则 一 移动通信系统的组成 移动通信系统是指移动体之间 移动体与固定用户之间用于建立信息传输通道的通信系统 下图给出了一典型的蜂窝移动通信系统 二 组网原则1 蜂窝组网思路 随着移动通信用户数量的不断增加 业务范围的不断扩大 频率资源和可用频道数之间的矛盾日益突出 采用蜂窝组网方式的目的在于解决常规移动通信系统频谱匮乏 容量小 服务质量差和频谱利用率低等问题 2 组网原则 数字移动通信网的组网原则如下 1 一般采用三级结构 即设置一 二级移动业务汇接中心和移动业务交换中心 并且在一级移动业务汇接中心之间 省内二级移动业务汇接中心之间形成网状网 实现可靠互通 2 数字移动通信网的交换网络与固定电话网之间的连接采用同一个本地网内移动业务汇接中心与固定网长途交换中心及市话汇接局相连的方式 实现移动用户与固定用户的通信 3 数字移动通信网是一个整体 必须强调实现全网管理的重要性 5 1 3移动通信工作频段 在陆地移动通信系统中 主要采用甚高频 VHF 频段 30 300MHz 和特高频 UHF 频段 300 3000MHz 作为其无线通信频率 5 2数字移动通信原理5 2 1数字移动通信中所采用的主要技术5 2 2抗干扰技术 5 2 1数字移动通信中所采用的主要技术 主要对多址联接技术 编码技术以及调制与解调技术等进行讨论 一 多址联接技术 二 话音与信道的编码技术三 调制与解调技术 一 多址联接技术 多址联接方式有多种 即频分多址 FDMA 时分多址 TDMA 及码分多址 CDMA 等 二 话音与信道的编码技术 在数字移动通信系统中所传输的信号为数字信号 因而发送端必须首先将模拟话音信号转换成为数字信号 即进行话音编码 而在接收端再将此数字信号还原成模拟信号 实用的话音编码方案有多种 由于在GSM系统中是采用规则脉冲激励长期预测 RPE LTP 编码方案 而在CDMA系统中则采用Qualcomm码激励线性预测 QCELP 话音编码技术 三 调制与解调技术 1 数字移动通信对数字调制解调技术的要求 1 采用尽量窄的功率谱信号 2 频谱效率高 3 传输质量高 4 采用差分检测方案 2 FSK MSK和GMSK FSK MSK以及GMSK都属于相位调制 即在调制时 载波的频率随调制信号的变化而变化 但信号码变化时已调信号的相位却是连续的 不存在相位突变现象 所以相对于不连续相位的调制而言 其主瓣较窄 而且旁瓣较低 满足移动通信的要求 3 GMSK GMSK是在MSK之前加一个高斯滤波器 这样首先对输入数据进行滤波 因而经滤波后输出的数据脉冲已没有陡峭的边沿 再经MSK调制后 其相位将进一步得到平滑 因此其频谱特性也得到进一步改善 5 2 2抗干扰技术 在数字移动通信系统中 其传输通道由于包括有线和无线通道 因而通信环境中存在噪声和干扰 噪声包括外部噪声和设备内噪声 干扰则包括同频干扰 邻道干扰 收发信机互调干扰 数字传输系统中的码间干扰以及多址干扰 一 邻道干扰二 远近效应 三 同频干扰四 互调干扰 一 邻道干扰 邻道干扰是指相邻或相近的频道信号所造成的干扰 二 远近效应 当两个移动台距基站的距离不同 而以相同的频率和相同的功率发送信号时 则基站接收来自远端移动台的有用信号将淹没在近端移动台所发送的信号之中 这种由于接收点位置不同 使得发信机与基站之间的路径损耗不同 而引起的接收功率下降被称之为远近效应 三 同频干扰 同频干扰是指所有落到接收机通带内的与有用信号频率相同的无用信号的干扰 也称为同信道干扰 四 互调干扰 当两个以上的不同频率作用于一个非线性电路时 这两个频率将会互相调制 并产生一个新的频率 如果该新频率正好落在某一信道中 则工作于此信道的接收系统将会接收到该新频率信号 由此构成对该接收机的干扰 这种干扰称之为互调干扰 5 3GSM数字移动通信系统5 3 1GSM数字移动通信的组成5 3 2GSM数字通信网5 3 3GSM的频率配置5 3 4GSM的关键技术 5 3 5移动管理 5 3 1GSM数字移动通信的组成 数字移动通信系统主要是由交换网络子系统 NSS 无线基站子系统 BSS 和移动台 MS 三大部分组成 如下图所示 5 3 2GSM数字通信网 我国GSM数字移动网是采用独立网号方式来组网 5 3 3GSM的频率配置一 工作频段分配二 频道间隔 三 双工收发间隔 四 频道配置 一 工作频段分配900MHzTDMA数字公用陆地蜂窝移动通信网采用900MHz作为其工作频段 移动台发送 基站接收的上行频段 905 915MHz 基站发送 移动台接收的下行频段 950 960MHz 二 频道间隔 相邻频道间隔为200kHz 每个频道采用时分多址接入方式共分为8个时隙 即8个频道 全速率 那么每个信道占用带宽为 200kHz 8 25kHz 如果将来GSM采用半速率话音编码 那么每个频道将能容纳16个半速率频道 从而可达到提高频率利用率的目标 三 双工收发间隔 双工收发间隔为45MHz 四 频道配置 在900MHz频段的数字蜂窝移动通信系统中 采用了等间隔频道配置方式 5 3 4GSM的关键技术 一 基站与移动台间的时间调整 二 交织技术 三 跳频技术 5 3 5移动管理 一 位置更新 二 切换 三 漫游 四 呼叫处理 5 4CDMA数字移动通信系统CDMA是近年来用于数字蜂窝移动通信网的一种先进的无线扩频通信技术 5 4 1扩频通信 5 4 2CDMA中的关键技术 5 4 1扩频通信 扩频通信是一种新的信息传输方式 即在系统中所传输的已调信号带宽远大于调制信息带宽 通常我们以扩频信号带宽BW与调制信号带宽BS的比作为参考 只有当BW BS 100时 才被称之为扩频通信 否则只能是宽带或窄带通信 扩频通信主要特点 扩频信号具有隐蔽性 2 扩频信号具有保密性 3 扩频信号具有很强的抗干扰能力 4 提高系统容量 5 系统复杂 5 4 2CDMA中的关键技术 一 地址码的选择二 直接扩频系统的同步 三 功率控制 四 软切换 一 地址码的选择 理想的地址码和扩频码主要应具有以下性能 1 有足够多的地址码组码 2 有尖锐的自相关特性 3 码组彼此之间的互相关性为零 4 不同的码元数平衡相等 5 尽可能大的复杂度 二 直接扩频系统的同步 一般扩频系统的同步包括三方面的内容 1 载波同步 2 位同步 3 序列同步三 功率控制 功率控制分为前向功率控制和后向功率控制 而后向功率控制又分为仅由移动台参与的