移动通信复习.doc

第一章 概论1、移动通信是指移动用户之间，或移动用户与固定用户之间进行的通信。2、移动通信具有的特点是：1)电波传播条件恶劣；2）具有多普勒效应；3）干扰严重；4）接收设备动态范围大；5）需要采用位置登记；6)综合了各种技术；7)对设备要求苛刻3、移动通信的三种工作方式;单工制，半双工制，双工制4.、单工制分为单频（同频）单工和双频（异频）单工； 同频单工：同频是指通信双方使用相同的频率，单工是指通信双方的操作采用“按讲”的方式。 异频单工：异频是指通信双方使用不同的频率，也采用“按讲”的方式。5、半双工制的优点：1)移动台设备简单，价格低，耗电少；2）收发采用不同频率，提高了频谱利用率；3）移动台受临近电台干扰小。6、双工制分为有频（异频）双工和时分（同频）双工。7、移动通信系统按经营方式或用户性质可分为专用移动通信系统和公共移动通讯系统8、蜂窝移动通信系统的基本结构：如下图MSC是移动交换中心，是移动网的核心，对位于其服务区内的MS进行交换和控制，同时提供移动网与固定公众电信网的接口。MSC具有完成呼叫接续和控制，无线资源管理和移动性管理的功能。HLR是用于移动用户管理的数据库。分为两类：一类是有关用户参数的信息，向用户提供服务，用户的各种号码，识别码以及用户的保密参数等；一类是有关用户当前位置的信息，如移动台漫游号码，VLR地址等。VLR是存储用户位置信息的动态数据库。ELR是存储有关移动台设备参数的数据库；实现对移动设备的识别、监视、闭锁等功能。AUC鉴权中心是认证移动用户的身份以及产生相应认证参数的功能实体。OMC操作维护中心是网络操作维护人员对全网进行监控和操作的功能实体。9、早期移动通信主要使用VHF和UHF频段，主要原因有：1）VHF/UHF频段教师和移动通信；2）天线较短，便于携带和移动；3）抗干扰能力强10、大容量移动通信系统均使用800MHZ频段（CDMA），900MHZ频段（AMPS、TACS、GSM）,1800MHZ频段（GSM1800）,3G使用2000MHZ频段。11、多址方式有四种：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）、空多址（SDMA）;(1)应用FDMA多址方式的蜂窝系统有北美的AMPS和英国的TACS,均为第一代通信系统（1G）；所谓FDMA,就是在频域中一个相对窄带信道里，不同信号被分配到不同频率的信道里，发往和来自邻近信道的干扰用带通滤波器限制，这样在规定的窄带里只能通过有用信号的能量，而任何其他频率的信号被排斥在外。(2)应用TDMA多址方式的蜂窝系统有北美的DAMPS和欧洲的GSM,即2G通信系统；所谓TDMA，就是一个信道由一连串周期性的时隙构成。不同信号的能量被分配到不同的时隙里，利用定时选通来限制邻近信道的干扰，从而只让在规定时隙中有用信号能量通过。(3)应用CDMA多址方式的蜂窝系统有北美的QCDMA(IS95)，即2G通信系统；所谓CDMA，就是每一个信号被分配一个伪随机二进制序列进行扩频，不同信号的能量被分配到不同的伪随机序列里。(4)应用SDMA多址方式的蜂窝系统是我国的3G通信系统TDSCDMA,SDMA实现的核心技术是智能天线的应用，他要求天线给每个用户分配一个点波束，可根据用户的空间位置区分用户的无线信号，换言之，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。12、常用技术有均衡、分集、信道编码等；(1)均衡技术主要应用于自适应均衡器，其工作模式有训练模式和跟踪模式；时分多址（TDMA）无线通信系统适合使用均衡器；最经典的三种均衡器的算法：迫零算法（ZF）、最小均方算法（LMS）、递归最小二乘算法（RLS）。(2)分集技术：分集就是如果一条无线传播路径中的信号经历了深度衰落，那另一条相对独立的路径中可能包含着较强的信号；两种方案：宏观分集方案和围观分集方案；常用的分集包括：空间分集、频率分集、时间分集、极化分集(3)信道编码技术：用于检测差错的信道编码为检错编码，即可检错又可纠错的信道编码为纠错编码；检错码和纠错码有三种基本类型：分组码、卷积码和Turbo码；13、无线传输技术主要有：多址技术、调制技术、信道编码与交织、双工技术、物理信道结构和复用、帧结构、RF信道参数。第二章 移动通信网1、移动通信网根据其覆盖方式分为：小容量的大区制、大容量的小区制（蜂窝系统）。2、大区制移动通信网：为扩大服务区域的范围，基站天线架设高，发射机输出功率大（200W左右），覆盖半径大概30-50km； 大区制的优点是组成简单，投资少，见效快，主要用于专网或用于用户较少的地域。3、小区制（蜂窝）移动通信网：即将整个服务区划分为若干的无线小区，分别有基站，负责本区移动通信的联络和控制；每个小区半径2-30km（小的有1-3km或500m），基站的发射功率一般5-20W。实际中，用小区分裂、小区扇形、覆盖区域逼近等技术增大蜂窝系统的容量。小区制优点：不仅提高了频率的利用率，而且基站功率小。也使相互间干扰小。有效地解决了频道数量有限和用户数增大之间的矛盾。4、当用正六边形来模拟覆盖范围时，基站发射机可安置在小区的中心（中心激励法）或安置在六个小区的顶点之中的三个点上（顶点激励法），中心激励方式采用全向天线，顶点激励方式采用扇形天线。5信道是通信网中传递信息的通道。6、 话音信道（VC）主要用于传递话音信号，它的占用和空闲是受移动业务中心控制和管理，还可传递检测音、数据、信号音。7、控制信道(CC)：一般下行信道用于寻呼，上行信道用于接入，控制信道还可传递大量的其他数据。(1)寻呼：当移动用户被呼时,在控制信道的下行信道发起呼叫移动台信号。(2)接入：当移动用户主呼时，就在控制信道的上行信道发起主呼信号。8、在移动通信网中，无线电干扰分为同频道干扰、邻频道干扰、互调干扰、阻塞干扰、近端对远端干扰。(一)同频道干扰保护比指标规定：静态同频道干扰保护比，同频道干扰概率，考虑衰落影响，干扰概率和静态射频保护比后的同频道干扰保护比。(二)邻频道干扰：邻道信号功率落入k频道的接收机通带内造成的干扰；解决措施：降低发射机落入相邻频道的干扰功率，即减小发射机的带外辐射；提高接收机的邻频道选择性；避免相邻频道在同一小区域或相邻小区内使用，以增加同频道防护比。(三)互调干扰：分为发射机互调干扰和接收机互调干扰；(1)其产生基本条件：几个干扰信号（）与受干扰信号的频率（）之间满足的条件；干扰信号的幅度足够大；干扰站和受干扰站的接收机都同时工作。(2)减少发射机互调干扰的措施有：加大发射机天线之间的距离；采用单向隔离器件和采用高Q谐振腔；提高发射机的互调转换衰耗。(3)减少接收机的互调干扰的措施有：提高接收机前端电路的线性度；在接收机前端插入滤波器，提高其选择性；选用无三阶互调的频道组工作。（4）在设台组网中对抗互调干扰的措施有：蜂窝移动通信网，采用互调最小的等间隔频道配置方式，并依靠设备优良的互调抑制指标来抑制互调干扰；专用的小容量移动通信网，采用不等间隔排列的无三阶互调的频道配置方式来避免发生互调干扰。(四)阻塞干扰：当外界存在一个离接收机工作频率较远，但能进入接收机并用于其前端电路的强干扰信号时，由于接收机前端电路的非线性而造成对有用信号增益降低或噪声增高，使接收机灵敏度下降的现象。(五) 近端对远端干扰：克服近端对远端干扰的措施有：一、使两个移动台所用频道拉开必要间隔；二、移动台加自动功率控制（APC），使所有工作的移动台到达基站功率基本一致。9、蜂窝移动通信网的频率规划：1）等频距分配法：若需要M个信道，将其划分为N个信道组，则每个信道组中有M/N个信道，而N个信道组的信道序列可确定：K+jN，K=1,2，N; j=0,1,2,，（M/N）1 式中：K为信道组的序列号，最大为K=N；j为信道序号的取值。我国的GSM网和TACS网均采用此方法。如果基站采用无方向性激励时，以12个无线小区（基地区）作为一个簇。按K+jN确定各信道组的信道序列如下：信道组编号K取值j取值信道序列第一信道组1012（1,13,25，）第二信道组2012（2,14,26，）第十二信道组12012（12,24,36，）这样同一信道内的最小间隔为12，保证了对邻道干扰的抑制。如果采用扇形方向的天线激励，采用4个基站、24个扇形无线小区为一簇。采用4个基站，6个顶点为60的扇形定向天线，则每个基站应有6组信道，每个簇有24个信道组，共96个频点，信道分配为：BS1选用的六个信道组为（1,25,49,73）、（5,29,53,77），（21,45,69,93）；BS2选用的六个信道组为（2,26,50,74）、（6,30,54,78），（22,46,70,94）；BS3选用的六个信道组为（3,27,51,75）、（7,31,55,79），（23,47,71,95）；BS4选用的六个信道组为（4,28,52,76）、（8,32,56,80），（24,48,72,96）。采用扇形方向德无激励时，采用7个基站，21个扇形无线小区为一个簇。2）簇分为N个区，N取值3,7，12，有，i表示沿着任何一个六边形链路移动i个小区，j表示逆时针旋转60，再移动j个小区10、话务量与呼损1）呼叫话务量A：是指单位时间内（1小时）进行的平均电话交换量，有，其中C为每小时平均呼叫次数（成功和失败的）；为每次呼叫平均占用信道的时间（以小时计）。话务量A的单位是爱尔兰（Erl）。2）呼损率：设为呼叫成功接通的话务量，C为总呼叫次数，为一小时内呼叫成功通话的次数，为每次呼叫平均占用信道的时间（以小时计），则有，呼损率B为3)电话工程中的Erlang公式：呼损率 4）繁忙小时集中度K：，一般为8%14%。5）每个用户忙时话务量（）：, 式中C为每天平均呼叫次数，T为每次呼叫平均占用时间（秒s），K为忙时集中率。11、蜂窝电话系统中设置检测音（STA）信杂比和无线频率（RF）信号强度来反映通话质量。1）STA信杂比是指当基站开始工作时，由话音信道单元连续发送的STA，经移动台接收并环回到基站后，与无线信道上的杂音的对比。2）射频（RF）信号强度：每个话音信道接收机连续地对它的无线频率进行信号强度测试。12、位置登记与一齐呼叫：通常以一个MSC服务小区为位置区。MS由小区进入小区时，位置等级的过程如下：MS通过向报告；被访根据MS的原籍区号及用户识别码等，通过数据线，找到原籍的原籍位置寄存器进行咨询，查出该用户识别码，并把给MS的新区位置号存入原籍位置寄存器（原籍）；与此同时，位置信息也存入被访问的被访问位置寄存器中，以备MS被呼时使用；由于移动台中有动态存储器，可存储新接收的区域号（AID），即使移动台在一段时间内关机（不超过24小时），存储器也不会失去记忆。一旦移动台开机时，将立即进行区域位置登记。13、强迫登记：每到一个新的区域要进行定时登记方式；定时登记：MSC要求每个移动台定时的发送相关信息。14、定位和越区切换：（1）在模拟蜂窝系统中，对移动台的信号能量检测是由BS完成，由MSC来管理。（2）在GSM数字蜂窝系统中，是否切换的决定是由移动台来辅助完成的。（3）越区切换：为保证通话的连续性，当正在通话的移动台进入相邻的无线小区时，话音信道必须能自动切换到相邻小区的基站的新信道上，此时无数通信的频率发生了改变。（4）越局切换：在通话过程中，实现由不同的MSC控制的两个无线小区间的信道切换；涉及新的定位和路由的重新选择。15、信道自动选择方式有：专用呼叫信道方式、循环定位方式、循环不定位方式、循环分散定位方式专用呼叫信道的作用：1）处理呼叫，分为下行信道（寻呼信道）和上行信道（接入信道）；2）配话音信道；应用于目前的蜂窝移动电话系统。循环定位方式:基站要另选一个空闲信道作为临时呼叫信道发空闲信号，所有未接通话的移动台接收机自动转接到新的临时呼叫信道守候。这样信道利用率高，接续快，但是移动台的同抢概率大，适用小容量系统。循环不定位方式优点是减少了同抢概率，但是接续时间长，适用信道数较少的系统。循环分散定位方式接续快，效率高，同抢概率小，适用小容量系统。第三章 移动通信的电波传播1当前陆地移动通信主要使用的频段为；VHF和UHF，即150MHz，450MHz，900MHz，1800MHz。2理论上可得视距传播的极限距离 修正后的视距传播的极限距离（接收天线高度，发射天线高度）3 不平坦地区的场强公式为:不平坦地带传播衰减为：不平坦地区的传播衰耗为：4奥村模型适用的范围：频率（f）为1501920MHz，可扩展到3000MHz，基地站天线高度（）为201000m，移动台天线高度（）为110m，传播距离（d）为1100km。5实际路径衰耗：6任意地形的信号中值预测（1）自由空间的传播损耗： dB（2）市区准平滑地形的传播损耗中值：如果发射机送至天线的发射功率为，则市区准平滑地形接收功率中值为：注意：上述方法求出的损耗中值若小于自由空间传播损耗时，则应以自由空间传播损耗为准。（3）任意地形地物情况下的传播信号中值：(为准平滑地形市区的传播损耗中值；为地形地物修正因子)（为郊区修正因子，为开阔区，准开阔区修正因子，、为丘陵地形修正因子及丘陵地微小修正值，为孤立山岳地形修正因子，为斜坡地形修正因子，为水陆混合地形修正因子）7其他因素的影响：（1）街道走向的影响：纵向街道上衰耗较小，横向街道上衰耗较大。（2）建筑物的穿透衰耗：（为实际路径衰耗中值；为在街心的衰耗中值；为建筑物的穿透衰耗，不是一个固定的数值，一般在030dB） 注意：在建筑物从建筑的入口沿着走廊向建筑物中央进入1m，穿透衰耗将增加12Db（3）植被衰耗：（为实际路径衰耗中值；为在传输路径的衰耗中值；为植被衰耗）（4）隧道中的传播衰耗：（为实际路径衰耗中值；为在传输路径的衰耗中值；为隧道中的传播衰耗）8解决电波在隧道中的传播问题，通常可采用两种措施：一是在较高频段，使用强方向性天线，把电磁波集中射入隧道中，但传播距离不能很长，且受到车体的影响；二是在隧道中纵向沿隧道壁铺设导波线，使电磁波沿着导波线在隧道中传播，从而减小传播损耗。第五章1.GSM的发展里程碑：1982，移动通信特别小组在欧洲邮政与电信大会上成立；1985法国意大利英国和德国签署联合开发GSM合同；1986欧盟各国首脑同意为GSM安排900MHZ频段；1987来自13个国家的15个成员形成谅解备忘录，确定了GSM的基本参数，先后更名为GSM大会；1989决定将GSM作为全球数字蜂窝系统标准；1990第一阶段的GSM900规范被冻结，开始DCS1800规范；1991第一个系统在telecom91展示会上运行；1992发送第一条短信；1994GSM第二阶段数据传真业务开通；1998在法国和意大利开展WAP试验；2000第一个GPRS商用业务开通；2001第一个3GSM网络开通；2003第一个EDGE网络开通，GSM成员国突破200；2005第一个HSDPA网络开通；2007引入hsupa技术。2. GSM中的电信业务可以分为基本业务和补充业务；基本业务又可以分为电信业务和承载业务。承载业务主要是保证用户在两个接入点之间传输有关信号所需的宽带容量，使用户之间实时可靠传输信息；电信业务主要是提供用户足够的容量，包括终端设备功能，与其他用户的同信。承载业务：业务内容异步数据3009600b/s同步数据12009600b/sPAD接入300-9600b/s,分组打包和拆包，为GSM用户接入分组网提供一个异步连接，该业务只能由移动台主叫发起分组接入2400-9600b/s，为GSM用户接入分组网提供一个同步连接，该业务只能由移动台主叫发起话音/数据交替在呼叫过程中，提供话音和数据交换话音后数据先话音连接，再进入数据连接电信业务：1）电话和紧急呼叫；2)短消息业务（SMS）,业务中心是作为存储转发中心。业务内容话音服务全速（13kb/s），半速（6.5kb/s）。这项服务提供语音信息和语音信号到网络的传输紧急呼叫紧急电话在一些受限情况下，更具优先权，一般只提供移动用户主叫发起短消息服务（到移动电话终端，MT/PP）短字符消息，小于160字符，此服务用于消息处理系统提供短消息给移动用户短消息服务（移动台发起，MO/PP）一个在存储器中预先存储的消息，从拨号盘上发起的一连串数字，从另外的键盘或设备终端与移动台相连的消息短消息传输（小区广播）此服务用于传输对小区范围内的所有移动用户，是一点对多点的服务自动传真此服务自动提供第3类呼叫和被呼模式传真补充业务：是在承载业务和电信业务基础上获得的，它不能单独使用，必须和基本电信业务一起提供给用户，相同的补充业务对一系列电信业务是有利的。GSM网络结构包括Um接口、A-bis接口、A接口、B接口3.移动台包括车载台，便携式移动台和手机。4.一个GSM移动台可以分为两部分，一部分包括与无线电接口有关的硬件和软件，另一部分包括用户特有数据（用户识别模块SIM）。SIM的作用：包括有关移动用户指定的GSM业务和网络信息，它存储用户的识别码、位置信息、有关保密数据、禁止GSM网络和参考语言。SIM卡支持用个人身份码（PIN）来鉴别卡的用户。5.基站（BS）及基站收发信机（BTS），移动台到网络的接口是基站收发信机（BTS）。一个BTS是由无线收发信机及多块用于无线电接口的信号处理模块组成。在朝基站控制器BSC侧，BTS区分与移动台有关的话音和控制信令，并通过各自信道传给BSC。在朝MS侧，BTS将信令和语音合在一个载波上。BTS位置在小区中心。BTS的发射功率决定小区的尺寸。一个典型的BTS通常有1-24个收发信机（TRX），每个TRX代表一个单独的RF信道。6.基站控制器（BSC）,一个基站控制器监视和控制几个基站。BSC的主要任务是实现频率的管理和BTS的控制和交换功能。BSC通过BTS和MS的远程命令对无线电接口进行管理，主要有无线信道安排和释放，切换的安排。BSC向下连接一系列BTS，向上连接移动交换中心MSC。一个BSC和他相应的BTS可以看成一个基站子系统BSS。7.移动业务交换中心（MSC）。主要功能是协调去GSM或来自GSM用户的呼叫。主要有交换机及支持呼叫建立所需的几个数据库组成，他还是GSM网和公共交换点路网之间的接口。8.归属位置寄存器（HLR），是用于移动用户管理的数据库。每个移动网都有一个HLR，储存的用户信息分为永久的信息和用户当前位置的临时信息。1）用户数据的储存，归属用户的相关数据及运营商提供给用户的不同业务2）用户数据的检索，任何时候当访问这位置寄存器VLR请求时HLR能向VLR提供用户数据3）提供移动用户漫游号，MS进行位置更新时，由当地的VLR产生的，由HLR提供给用户4）鉴权，应能支持用户的鉴权操作5）登记，HLR应能配合访问者位置寄存器VLR完成登记和向前一个VLR发起取消登记功能6）移动台去话，当HLR接到VLR发来的移动台去话通知后，HLR应能设置此移动台为去话状态7）HLR的恢复，能周期性(24小时)的拷贝HLR中的数据。9.访问者位置寄存器（VLR）。包含当前MSC中的移动用户的有关数据。1）用户数据的储存，归属用户的有关数据2）用户数据的检索，党建立呼叫时，根据MSC的请求VLR应能够依据TMSI，MSM，MSC提供用户的信息。3）登记，当移动用户出现在一个新的位置区域或从移动台收到登记呼叫建立补充业务操作消息后，若有需要，应能向HLR请求登记通知。4）移动台去话，当VLR收到MSC发来的移动台店的去话通知后，VLR应能删除此用户的数据，并能通知相应的HLR。5）鉴权，HLR向鉴权中心索取并存储鉴权参数6）提供MSRM，当位置更新时，当地的VLR应该更具HLR的请求，要求MSC分配MSM，并将MSM发往请求的HLR。7）VLR的恢复，发生数据错误能删除错误的数据。10.鉴权中心（AUC），鉴权中心是认证移动用户的身份以及产生相应参数的实体。AUC存储鉴权（A3）和加密（A8）算法。11.设备识别寄存器（EIR），储存有关移动台设备的参数数据库。EIR实现对移动设备的识别、监视、闭锁功能。12.操作和维护中心（OMC），是网络维护人员对网络进行维护和监控操作的实体。13.GSM与TACS的性能比较1）GSM的系统频率利用率高，系统容量大2)具有开放接口和通用的接口标准3）支持电信业务，承载业务和补充业务4）保密性和安全性大大提高14.GSM网络接口：空中接口，A-bis接口，A接口，PSTN接口（1）空中接口中每一个RF信道分成8个时隙，即8个用户/RF信道。（2）A-bis接口是基站收发信机BTS和基站控制器BSC之间的接口；GSM语音在E1上进行压缩，每个64kb/s信道支持4个TDMA时隙，有一个单独的信令信道用于BTS的控制，BTS通过E1时隙进行传输。（3）A接口在移动交换中心MSC和基站控制器BSC之间，接口所携带信息从属于BSS管理、呼叫处理和移动性管理。SCCP和MTP层提供数据传输。15.移动应用部分（Map）:MAP-B是MSC和与它相关的访问者位置寄存器VLR的接口，一旦MSC需要当前在某区域移动台的有关数据，询问VLR;MAP-C是MSC和HLR之间的接口，所谓“关口”表示从公共交换电话网PST