移动通信网络基础newVIP

1、M C N E 培训与认证笔记 MOTOROLA Certified Network Engineer移动通信网络基础讲师：曲泓宇手机：Q： 3830440第一章：移动通讯系统发展史2009年4月21日 星期二一、移动通讯的定义：面向网络式移动的通讯叫做移动通讯。二、世界移动通信发展史：1、第一阶段：运用在专用系统和军事通信。（专用系统指美国底特律警察局的车载无线电）使用频段主要是短波段 短波：10m100m（=f=3108 m/s f 频率 波长）人工交换切换频率大部分设备为单工2、第二阶段：开始运用于民用系统。（公交车）主要适用VHF（甚高频）频段的150MHz，

2、后期发展到400MHz名称低频中频高频甚高频超高频特高频极高频符号LFMFHFVHFUHFSHFEHF频率30-300Khz0.3-3MHz3-30MHz30-300Mhz0.3-3GHz3-30Ghz30-300GHz波段长波中波短波米波分米波厘米波毫米波波长10Km-1Km1Km-100m100m-10m10m-1m1m-0.1m10cm-1cm10mm-1mm进入半双工时代3、第三阶段（1G时代）：开始运用于个人领域使用频段位800/900MHz集成交换系统GSM 900 模拟信号 双工带宽：上行:890-915MHz 手机基站下行:935-960MHz 基站手机 采用FDD（频分双工）

3、FDMA（Frequency Division Multiple Access）频分多址TDMA（Time Division Multiple Access）码分多址GSM900是采用FDMA（频分）与TDMA（时分）制式相结合的一种通信技术，其网络中所有用户分时使用不同的频率进行通信。在GSM900频段，25MHZ的频率范围划分为124个不同的信道，每个信道带宽为200K，每个信道含8个时隙，即GSM900M频段在同一区域内，可同时供近1000个用户使用。每条信道称之为一个频点。保护带：相邻频率留100KHz作为保护带。频率复用：使同一频率覆盖不同的区域（一个基站或该基站的一部分(扇形天线)

4、所覆盖的区域），这些使用同一频率的区域彼此需要相隔一定的距离（称为同频复用距离），以满足将同频干扰抑制到允许的指标以内。典型系统地区系统频率频点美国AMPS800Mhz30KHz英国TACS900MHz25KHz北欧NMT450MHz25KHz日本NAMTS800MHHHz30KHz德国C-450400MHz25KHzAMPS: Advanced Mobile Phone System 高级移动电话系统TACS: Total Access Communications System 全入网通信系统技术NMT: Nordic Mobile Telephony 北欧移动电话NAMTS: NEC A

5、dvanced Mobile Telephone System NEC高级移动电话系统4、第四阶段（超高频UHF）：第二代移动通信系统广泛应用和第三代移动通信系统的具体设计、规划和实施阶段典型2G系统地区系统欧洲GSM美国DAMPS和IS-95A CDMA日本JDCGSM: Global System for Mobile Communications 全球移动通讯系统DAMPS: Digital AMPSJDC:现改名为PDC, Personal Digital CellularCDMA: Code Division Multiple Access典型3G系统地区系统北美CDMA2000欧洲

6、WCDMA中国TD-SCDMATD-SCDMA 采用了TDD、TDMA、CDMA（码分多址）、SDMA（空分多址）、FDMA技术WCDMA: Wideband CDMA 宽带码分多址2009年4月22日星期三一、IMT-2000概念 ITU：International Telecommunication Union,国际电信联盟 IMT-2000：International Mobile Telecom System-2000,国际移动电话系统-2000 IMT-2000规范的高速的分组数据传输速度： 1.固定位置：2Mbps 2.步行用户：384kbps 3.车载用户：144kbps IMT

7、-2000/ITU的期望（意义）： 1.工作频率在2000Mhz以上 2.希望数据分组下载速率达2000kbps 3.希望2000年实现商用二、移动通信网络的演进路线1. RTT(Radio Transmission Technology):无线传输技术2. 3GPP(3rd Generation Partnership Project)=UMTS系统WCDMA(FDD)TD-SCDMA(TDD)3.3GPP2(3rd Generation Partnership Project 2)=CDMA2000系统 IS-2000(FDD) （CDMA2000使用的空口标准）三、无线数据传输速率随着移

8、动通信网络的演进而提高GSM(9.6kbps) GPRS(171.2kbps) EDGE(384kbps) UMTS(3842Mbps)IS-95A-CDMA(9.6kbps) IS-95B-CDMA(115.2kbps) CDMA2000-1X(307.2kbps EV-DO/230.4kbps EV-DV) CDMA2000-1X EV-DO(2.4Mbps)四、中国移动通信的发展1.第1代移动通信网络 采用英国TACS体制 只支持话音业务 采用调频传输和频分多址(FDMA)技术2.第2代移动通信网络采用数字技术3.第2.5代移动通信网络 采用包交换技术（分组交换）第二章：移动通信系统概述

9、一、移动通信的特点 必须利用“无线电波”进行信息传输 工作于复杂的干扰环境 可利用的频谱资源有限 移动性使得网络管理复杂（主要复杂在被叫方，须不断向基站提交本机地址） 用户数量庞大二、移动通信的复杂性 1.发射信号传播方式多样式直射反射绕射（波长须与障碍物几乎等长）漫反射移动产生的特殊效应 2.特殊效应与解决办法多径效应 CDMA可以解决，GSM不可以（可以用RAKE接收机解决，前提为全网同频）阴影效应 直放站、微蜂窝、微微蜂窝远近效应 功率控制（PS. GSM最大2W，CDMA最大200mW）多普勒效应 增加每个频点的带宽（CDMA带宽1.23MHz） 3.外来信号的多样式干扰（同频、互调干

10、扰（系统内部产生）、邻频）噪声三、通讯系统分类按工作方式单工/双工/半双工 按多址方式FDMA/TDMA/CDMA/SDMA 按信号形式模拟网/数字网GSM系统：FDMA+TDMACDMA系统：FDMA+CDMAFDD：频率成对出现，使用不同频率 TDD：一段频率，用时间划分收发 （寻呼移动通信系统单工；集群通信系统半双工；）四、移动通信 1、蜂窝移动通信系统BTS：基站收发信台BSC：基站控制器MSC：移动交换中心OMS：操作与维护系统包括NMC（全局管理）和OMC（局域管理）OMC-R：基站、无线；OMC-S：网络交换核心网 2、移动通信系统的主要功能部件移动台(MS):手机和UIM/SI

11、M/USIM卡基站系统(BSS):BSC、BTS 完成无线到有线的转换和无线资源的控制网络交换系统(NSS):MSC等，完成移动交换、呼叫和与固定电话网连接的任务操作维护系统(OMS):用户蜂窝网络的长期或日常性的操作与维护管理 3、蜂窝概念的引入a.大区制移动通信系统（单工） 信号传输损耗通信距离有限 覆盖范围3050 km、发射功率50200W、天线很高(30m) 网络结构简单、频道数目少、没有无线交换机、直接与PSTN相连b.大区制系统的局限性 覆盖范围有限 服务的用户容量有限 服务性能较差 频谱利用率低c.蜂窝的概念（无线覆盖区域的一种理论化模型） 理论化：六边形 理想化：圆形 实际化

12、：不规则图形 一个蜂窝覆盖的区域，也被称为“小区”d.宏蜂窝（2.4kbps384kbps） 每个小区的覆盖半径大多为125km 用于大面积覆盖 基站天线置于相对较高的地方 基站发射功率较强 存在热点和盲点 盲点：由于网络漏覆盖或电波在传输过程中遇到障碍物而造成的阴影区域等、信号弱 热点：业务繁忙区域e.微蜂窝（双工 2.4kbps2Mkbps） 覆盖半径大约30300m 发射功率相对较小（12W） 基站天线置于相对低的地方 用于解决热点/盲点的问题f.微微蜂窝（32kbps100Mkbps） 微蜂窝的一种 覆盖半径更小，一般只有几十米 基站发射功率更小（几十到几百毫瓦） 用于解决热点/盲点的

13、问题e.智能蜂窝（TD-SCDMA用） 扩大系统覆盖区域 提高频谱利用率，煎炒信号间干扰 减少电磁环境污染 节省系统成本五、蜂窝移动通信的基本概念 1、切换在通话过程中发生切换的原因是多封面的，如：服务小区的信号比相邻小区的信号弱、MS在该服务校区内信号质量有问题GSM：硬切换 CDMA：软切换/硬切换 2、漫游（条件）子网络与子网络之间的通信链路漫游协议跨一个MSC第三章：通信协议一、OSI参考模型七层结构 1、七层结构 应用层 表示层 会话层 面向处理功能 传输层 网络层 数据链路层 面向传输功能物理层 2、服务访问点(SAP)层与层之间通过调用服务和提供服务达到完成网络通信的目的上层通过

14、调用下层的功能来实现与对等层的通信，这个调用接口被称为服务访问点(SAP) 3、原语请求指示响应确认 4、OSI的封装上层调用下层的功能，下层为上层提供服务上层调用下层是通过SAP和原语来完成的下层为上层提供服务是通过封装上层的PDU来实现的(SDU+PCI=PDU) 5、移动通信的标准化内容技术体制标准化网络设备标准化测试方法标准化 6、标准化组织ITU-R工作组负责无线电通信ITU-T工作组负责非无线电标准ITU-D工作组负责电信发展欧洲电信标准协会(ETSI)，制定GSM标准北美地区的标准化组织： 电子工业协会(EIA) 电信工业协会(TIA) 美国电气及电子工程师协会(IEEE) (I

15、EEE 802.3:CSMA/CD 以太网标准)第四章：传输一、传输方式 1、串序传输和并序传输串序传输：将数字信号码元序列按时间顺序一个接一个地在信道中传输（远距离用、语音通话用）并序传输：将数字信号码元分割成多路数字信号码元序列同时在信道中传输二、传输速率1、速率单位码元速率：单位：波特(Baud)，常用符号“B”表示信息速率：单位：比特/秒，常用符号“bps”表示2、码元速率与信息速率的关系N进制时，设信息速率为RB (bit/s)，码元速率为RBN (B)Rb=RBN log2N (bit/s)RBN=RB/log2N (B)三、多址方式 1、频分多址通过频道区分用户一个频道就是一个信

16、道典型系统 a.第一代模拟系统 b. TACS 系统 f=25 kHz c. AMPS 系统 f=30 kHz 2、时分多址通过时隙(Time Slot)来区分一个载频上的用户一个时隙(TS)就是一个信道典型系统 a.第二代蜂窝通讯网络GSM b. FDMA+TDMA c. f=200 kHz d. TS0TS7 3、码分多址通过正交或准正交的地址码在一个载频上区分用户一个地址码就是一个信道网内所有用户使用统一再拨、占用相同的带宽各个用户可以同时发送或接收信号典型系统 a.IS-95 CDMA网络b. FDMA+CDMAc.f=1.2288 MHz (1.23 MHz)第五章：编码和调制一、移

17、动通信知识1、数字编码信源编码：话音编码的分类/PCM编码信道编码：卷积/法尔码/交织/CRC 2、调制/解调基带传输/频带传输调制方式：BPSK/QPSK/OPQSK二、数字编码 1、信源编码两个步骤模拟转数字压缩 2、编码的作用信源在准备传送之前提供的一种编码方式，主要是为了有效（率）的传送信号信道编码是发送方和接收方通过一定的信道收发信息时采用的双方协议的编码方式，以便保证传输信息的完整性、可靠性和安全性3、信源编码a.移动通信对语音编码的要求如下速率较低，纯编码速度应低于16kbps在一定编码速率下，音质尽可能高编码延迟应较短，控制在几十毫秒以内算法复杂程度适中，易于大规模集成在强噪声

18、环境中，算法应具有较好的抗误码性能，保证通话质量b.信源编码技术 波形编码 参量编码 混合编码c.波形编码 基本原理：在时间轴上对模拟语音按一定的速率抽样，然后将幅度样本分层量化，并用代码表示 特点：适应能力强，语音质量好，编码速率高，对宽带要求高d.典型的波形编码脉冲编码调制(PCM) 采样：每秒8000次采样 量化：每个采样用8比特表示 3个步骤 编码：64kbps速率 PSTN（固话）、GSM、CDMA网络中都用到了PCMe.参量编码 又称声源编码 特点：低速率语音编码，语音质量只能达到中等 例如：线性预测编码(LPC)f.混合编码 结合波形编码和参量编码的特点，力图保持波形编码的高质量

19、和参量编码的低速率 特点：低速率(0.8kbps16kbps) 例如：规则脉冲激励长期预测编码(RPE-LTP)：GSM用 码激励线性预测编码(CELP)：CDMA用 多脉冲激励线性预测编码(MPLPC)g.典型的混合编码规则脉冲激励长期预测编码(RPE-LTP) 速率：13kbpsh.典型的混合编码码激励线性预测编码(CELP) 速率：0.8kbps、2.0kbps、4.0kbps、8.6kbps4、信道编码 a.差错控制方式： 反馈纠错（发端：纠错；收端：检错） 前向纠错（话音服务用；发端：无；收端：检错、纠错） 混合纠错 b.奇偶校验码（仅用于GSM系统添加冗余） 特点：编码速率高，只能

20、发现奇数个数错误 编码过程：分组加入校验码元 如：0100101(1)：码重为偶 0110101(1)：码重为奇 c.重复码（CDMA用于统一速率） 特点：编码和解码速率较高，信道有效利用率低 编码过程：将信息重复传几次 d.循环冗余校验码(CRC) 特点：严密的数学理论基础，编码和解码设备都中等复杂，检错和纠错能力较强 CDMA和GSM用来检错，不纠错 一般用来检测误帧率，误帧率高，升功率；误帧率低，降功率 流程 数据信息：如：125 双方约定生成式（除数）：G(x)=6 125/6，余数R=5 待发送的编码T(x)=125(5) 接收方检验(125-5)/6是否R=0，R=0时校验成功e.

21、卷积码 特点：编码简单，设备简单，性能高，解码复杂，限制了编码相关长度，适合离散差错 GSM、GPRS、UMTS、cdmaONE和CDMA2000都使用了卷积码 设备：反馈移位寄存器 前向：BTSMS，R=1/2（一进两出），K=9 反向：MSBTS，R=1/3（一进三出），K=9 （因为MS功率小，易受到干扰，所以R=1/3） f.交织特点：不增加冗余信息 配合卷积码一起对连续错误纠错 编码和解码简单GSM、GPRS、UMTS、cdmaONE和CDMA2000都使用了卷积码三、扩展频谱 1、两条准则传输带宽远远大于被传送的原始信息带宽传输带跨主要由扩频函数决定，扩频函数常用伪随机编码信号 2

22、、扩展频谱通信的分类直接序列扩展频谱系统(DS-SS)跳频扩展频谱系统(FH-SS)跳时扩展频谱系统(TH-SS) 3、扩展频谱的主要优点抗干扰性能好保密性好低通量密度（防止对地面通信的干扰） 4、DS-SS(CDMA) 直接用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱。收端用相同的扩频码序列去解扩 干扰公担：几个信号一起被干扰，放置一个信号被完全干扰（采用半加法） 5、FH-SS用一定码序列进行选择的多频率移频键控用扩频码序列去进行移频键控调制，使载波不断跳变调频分类：慢跳频（GSM系统。每秒最多217次）和快跳频（跳频速率高于或等于信息比特率通常为微秒级）四、调制/解调 1、调制方式分为

23、：基带传输：将未经处理的原始信号直接通过传输介质传送（如：音频市内电话）频带传输：对各种信号调制后传输的总称 2、基本数字调制方式移幅键控（有线用，不适合移动通信）使数字信号“1”，“0”分别对应于载波（脉冲信号）的有、无移频键控（GSM）使数字信号“1”，“0”分别对应于载波（脉冲信号）的不同频率移相键控（CDMA） 通过切换振荡器，得到相位不同的正弦波来实现调试 3、二项移相键控(BPSK)CDMA/CDMA2000系统使用二进制序列0和1，用载波的相位0和来表示0和1相遇时，出现急拐点，用线性功率放大器解决90是无法判断0或1一个波形代表1bit信息相位差简单，易于解码；频带利用率低 4、四相移相键控(QPSK)CDMA/CDMA2000系统使用压缩信号的频带提高了信道的利用率与BPSK比，传输效率增加一倍传输的可靠性随之降低一个波形代表2bit信息偏转/4时无法判断0或1需要线性功率放大器相位差/2 5、交错四相移相键控(OQPSK)I项与Q项比特流在实践上错开1/2个码片，相位跳变时只有一项在变化。最大偏转较高的抗相位抖动性能不需要线性功率放大器（手机用）前向：BTSMS，BPSK/QPSK 后项：MSBTS，OQPSK 6、高斯滤波最小移频键控(GMSK) GSM和GPRS系统中使用了