移动通信系统培训.

1、移动通信系统移动通信系统二二OO四年二月四年二月2主要内容主要内容n概述概述n移动通信技术移动通信技术nGSM数字移动通信系统数字移动通信系统nCDMA移动通信系统移动通信系统n第三代移动通信系统第三代移动通信系统n网络演进策略网络演进策略n个人通信个人通信31、概述（、概述（1）n移动通信的概念移动通信的概念n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n移动通信的发展移动通信的发展n最早的移动电话是在1921年开始使用的n第一个公用移动系统在1946年开办n第一个蜂窝系统（AMPS）是在1983年10月在芝加哥地区开始使用，由美国电话电报公司（AT&T）经营管理41、概

2、述（、概述（2）n现代移动通信的发展阶段现代移动通信的发展阶段n第一阶段从本世纪20年代至40年代，为早期发展阶段n第二阶段从40年代中期至60年代初期n第三阶段从60年代中期至70年代中期n第四阶段从70年代中期至80年代中期n第五阶段从80年代中期开始，是数字移动通信系统发展和成熟时期51、概述（、概述（3）n移动通信系统移动通信系统n陆地移动通信系统 蜂窝移动通信系统 寻呼系统 无绳电话系统 移动集群通信系统n卫星移动通信系统n海事卫星移动通信系统61、概述（、概述（4）n第一代蜂窝移动通信系统第一代蜂窝移动通信系统n采用模拟技术n频率：800MHz、900MHzn主要的制式 美国：AM

3、PS 欧洲：TACS、NMT-450、NMT-900 英国：ETACS 西德、葡萄牙：C-450 意大利：RTMS 日本：NTT、JTACS、NTACS71、概述（、概述（5）n第二代蜂窝移动通信系统第二代蜂窝移动通信系统n采用数字技术n频率： 800MHz、900MHz、1800MHzn主要的系统 美国：DAMPS、CDMA 欧洲：GSM 日本：PDC81、概述（、概述（6）n第三代蜂窝移动通信系统第三代蜂窝移动通信系统n将各种业务结合起来，用一个单一的全功能网络来实现n主要特点 全球普及和全球无缝漫游的系统 具有支持多媒体业务的能力，特别是支持Internet业务 便于过渡、演进 高频谱效

4、率 高服务质量 低成本 高保密性92、移动通信技术、移动通信技术n蜂窝移动通信网基本概念蜂窝移动通信网基本概念n多址方式多址方式n陆地无线电波传播陆地无线电波传播n语音编码技术语音编码技术n数字调制解调技术数字调制解调技术n抗衰落技术抗衰落技术102.1 蜂窝移动通信网基本概念（蜂窝移动通信网基本概念（1）n蜂窝蜂窝n解决限制移动用户数量增加的主要障碍无线频率拥挤问题n实现频率再用，即在不同的小区使用相同的频率，以便大大增加系统容量n同一频率不可能应用于每一个小区，必须间隔一定的空间距离n为了实现频率再用，除了正确的频率配置外，在小区内应限制基站发射功率，使其能有效地覆盖整个小区，而对相邻区群

5、内使用同一频率的小区所造成的干扰应低于一定的门限。112.1 蜂窝移动通信网基本概念（蜂窝移动通信网基本概念（2）n越区切换越区切换n当移动台从一个小区进入相邻的小区时，其工作频段和接续服务都是不相同的，这就需要在一次通话过程中将移动台的工作频率和接续控制从其离开的小区交换给正在进入的小区，这个过程就称为越区切换。n越区切换是在系统控制下完成的。122.1 蜂窝移动通信网基本概念（蜂窝移动通信网基本概念（3）n用小区分裂方式来增加系统容量用小区分裂方式来增加系统容量n当用户数增加并达到每个小区所能提供服务的最大数量时，就要把小区分割成更小的蜂窝状区域，并使用相同的频率再用模式，同样在新的小区内

6、降低基站功率以减少干扰。n小区分裂也是有限度的。132.2 多址方式多址方式n多址技术的基础是信号特征上的差异多址技术的基础是信号特征上的差异n基本类型基本类型nFDMA：频分多址 以频率来区分信道nTDMA：时分多址 在一个无线频道上，按时间分割为若干个时隙，每个业务信道占有一个时隙，在规定的时隙内收发信号nCDMA：码分多址 每个用户（收发信机）具有特定的地址码，利用公共频道传输信息14频分多址（频分多址（FDMA）n频分多址是把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道（或称信道）分配给不同的用户使用。n这些频道互不交叠，其宽度应能传输一路数字话音信息，而在相邻频道之间无明显的串扰。n在高

7、低两个频段之间留有一段保护频带n基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号15时分多址（时分多址（TDMA）n时分多址是把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的），然后根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动台的信号而混扰。同时，基站发向多个移动台的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分出来。162.3 陆地无线电波传播（陆地无线电波传播（1）n电波的传播方式电波的传播方式n主要是空间波，即直射波、折

8、射波、散射波以及它们的合成波。n传播环境传播环境n自然地形（高山、丘陵、平原或水域等）n人工建筑的数量、高度、分布和材料特性n该地区的植被特征n天气状况n自然和人为的电磁噪声状况172.3 陆地无线电波传播（陆地无线电波传播（2）n影响接收信号功率的因素影响接收信号功率的因素n传输损耗n阴影衰落：是由于传播环境中的地形起伏、建筑物及其他障碍物对电波遮蔽所引起的衰落，又称慢衰落。n多径衰落：是由于移动传播环境的多径传输而引起的衰落，又称快衰落或短区间衰落。182.3 陆地无线电波传播（陆地无线电波传播（3）n多径效应多径效应n由于多径现象所引起的衰落称为多径衰落n引起多径的主要原因是移动台周围的

9、建筑物和各种反射体，包括车辆、甚至行人n模拟移动通信中主要考虑多径效应所引起接收信号的幅度变化，而数字移动通信中主要考虑多径效应所引起的脉冲信号的时延扩展192.3 陆地无线电波传播（陆地无线电波传播（4）n阴影效应阴影效应n当电波在传播路径上遇到起伏地形、建筑物、植被等障碍物的阻挡时，会产生电磁场的阴影。移动台在运动中通过不同障碍物的阴影时，就构成接收天线处场强中值的变化，从而引起衰落，这种衰落因而又称为阴影衰落（慢衰落）。n慢衰落速率主要决定于传播环境202.4 语音编码技术（语音编码技术（1）n语音编码：语音编码：n信源编码，是将模拟语音信号变成数字信号以便在信道中传输n波形编码波形编码

10、n是在时间轴上对模拟话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。n对于比特速率较高的编码信号（例如从16kbit/s到64kbit/s），能够提供相当好的话音质量n脉冲编码调制（PCM）212.4 语音编码技术（语音编码技术（2）n参量编码参量编码n声源编码，是将信源信号在频率域或其他正交变换域提取特征参量，并将其变换为数字代码进行传输n可实现低速率语音编码，比特速率可压缩到24.8kbit/s，甚至更低，但语音质量只能达到中等n线性预测编码（LPC）n混合编码混合编码n将波形编码和参量编码结合起来，高质量、低速率n规则码激励长期预测编码（RPELPT）222.5 数字调制解调

11、技术数字调制解调技术nMSK：最小频移键控：最小频移键控nGMSK：高斯低通预调制滤波器：高斯低通预调制滤波器MSKnTFM：平滑频率调制：平滑频率调制nGTFM：扩展：扩展TFMn4-PAM/FM：平滑四电平调频：平滑四电平调频n/4DQPSK：四相相移键控调制：四相相移键控调制n16QAM：正交振幅调制：正交振幅调制232.6 抗衰落技术（抗衰落技术（1）n分集技术分集技术n研究如何利用多径信号来改善系统的性能n空间分集：发端采用一副发射天线，接收端采用多副接收天线。n极化分集：在发端同一地点分别安装垂直极化天线和水平极化天线，在收端同一位置也分别装上垂直极化天线和水平极化天线，就可得到两

12、路衰落特性不相关的信号。n角度分集：在接收端采用方向性天线，分别指向不同的信号到达方向242.6 抗衰落技术（抗衰落技术（2）n频率分集：将要传输的信息分别以不同的载频发射出去，只要载频之间的间隔足够大，那么在接收端就可以得到衰落特性不相关的信号。n时间分集：将给定的信号在时间上相隔一定的间隔重复传输M次，只要时间间隔大于相干时间，就可以得到M条独立的分集支路。n分集信号的合并技术分集信号的合并技术n选择式合并、最大比合并、等增益合并、开关式合并n隐分集系统隐分集系统n编码、交织、跳频252.6 抗衰落技术（抗衰落技术（3）n自适应均衡技术自适应均衡技术n均衡技术是指各种用来处理码间干扰的算法

13、和实现方法。n在移动环境中，由于信道的时变多径传播特性，引起了严重的码间干扰，这就需要采用自适应均衡技术来克服码间干扰。n可分为线性均衡和非线性均衡两类。26GSM数字移动通信系统数字移动通信系统nGSM概述概述nGSM系统结构系统结构nGSM频率配置频率配置nGSM无线接口无线接口nGSM网络结构网络结构n编号计划编号计划n呼叫建立流程呼叫建立流程n移动数据通信移动数据通信27GSM概述（概述（1）nGSM含义含义n1982年，欧洲邮电大会（CEPT）成立了一个新的标准化实体GSM（Group Special Mobile），其目的是制定欧洲900MHz数字TDMA蜂窝移动通信系统技术规范。

14、n1992年，GSM系统重新命名为全球移动通信系统（Global System For Mobile Communication）。28GSM概述（概述（2）nGSM特点特点n具有开放的接口和通用的接口标准n用户权利的保护和传输信息的加密n支持电信业务、承载业务和补充业务n具有跨国漫游能力n容量大（为模拟系统的35倍）n频谱利用率高n抗干扰能力强29GSM系统结构系统结构BTSBSCMSC/VLRHLR/AUCEIROMCMSC/VLRC,DFAA-BISEUmMSBSSNSSNSS：网络子系统MSC/VLR：移动交换中心/拜访位置寄存器HLR/AUC：归属位置寄存器/鉴权中心EIR：设备识别

15、寄存器BSS：基站子系统BSC：基站控制器BTS：基站收发信台MS：移动台OMC：操作维护中心30GSM频率配置（频率配置（1）n工作频段工作频段n900MHz：905915MHz、950960MHzn1800MHz：17101785MHz、18051880MHzn频道间隔频道间隔n相邻频道间隔为200KHzn每个频道采用TDMA方式分为8个时隙，即8个信道n频道配置频道配置n采用等间隔频道配置方法n复用方式：7小区、4*3、 3*3、 2*631GSM频率配置（频率配置（2）n干扰保护比干扰保护比n同频道干扰保护比：C/I9dBn邻频道干扰保护比：C/I-9dBn载波偏离400KHz时的干扰

16、保护比：C/I-41dBn工程设计时，必须对以上C/I值附加3dB余量n保护频带保护频带n数字蜂窝系统与模拟蜂窝系统共用频段时，两系统相邻频道中心频率之间应留大约400KHz保护频带32GSM无线接口（无线接口（1）nUm接口分为接口分为3层层n第一层是物理层，为最低层。包括各类信道，为高层信息的传输提供基本的无线信道。n第二层是数据链路层，为中间层，记为LAPDm。包括各种数据传输结构，对数据传输进行控制。n第三层为最高层。包括各类消息和程序，对业务进行控制。第三层包括无线资源管理（RM）、移动特性管理（MM）和呼叫管理3个子层。33GSM无线接口（无线接口（2）n时隙结构时隙结构n时隙：长

17、度为576.9s（15/26ms）n帧：每载波有8个基本物理信道，即相邻的8个时隙构成一个基本单元，称为帧。时隙和帧是无线物理信道的基本结构。n超帧：间隔为6.12s，是最小的公共利用时隙结构。可分为若干复帧。复帧有26帧复帧和56帧复帧两种。n超高帧：重复周期时间最长的结构称为超高帧。分为2048个超帧，含有2715648个TDMA帧。34GSM无线接口（无线接口（3）n物理信道物理信道n一个载频上的TDMA帧的一个时隙n逻辑信道逻辑信道n根据传递信息的种类来定义n业务信道TCH：传输编码及加密后的话音或数据n控制信道CCH：传输信令或同步数据 广播信道BCH：FCCH、SCH、BCCH 公

18、共控制信道CCCH：PCH、RACH、AGCH、CBCH 专用控制信道DCCH：SDCCH、SACCH、FACCH35GSM无线接口（无线接口（4）n广播信道广播信道n频率校正信道FCCH：用于移动台频率校正n同步信道SCH：用于移动台的帧同步和基站识别n广播控制信道BCCH：用于发送一般信息36GSM无线接口（无线接口（5）n公共控制信道公共控制信道CCCHn寻呼信道PCH：用于基站寻呼移动台n随机接入信道RACH：用于移动台随机接入网络的上行信道n准予接入信道AGCH：用于给成功的接续分配专用控制信道的下行信道37GSM无线接口（无线接口（6）n专用控制信道专用控制信道DCCHn独立专用控

19、制信道SDCCH：用于传送移动台与基站连接以及分配信道的信令，其指配与业务信道的指配没有联系。n快速辅助控制信道FACCH：用于传送某些特定信息，例如功率和帧调整控制信息，测量数据等，其指配总是和业务信道的指配相联系。n慢速辅助控制信道SACCH：总是与TCH或SDCCH一起被指配和使用，所携带的信令与FACCH相同，但速率较慢。38GSM无线接口（无线接口（7）n信道组织信道组织n实际应用中，各类信道是组合在一起的。组合的基本单元是复帧，各类信道有不同配置，称为信道组织。nTCH+SACCHnBCCH+CCCHnSDCCH+SACCHnBCCH+CCCH+SDCCH39相关名词解释（相关名词

20、解释（1）n小区小区n一个基站或该基站的一部分（扇形天线）所覆盖的区域。n基站区基站区n由一个基站的所有小区所覆盖的区域。n位置区位置区n移动台可任意移动不需要进行位置更新的区域；位置区可以由一个或若干个小区组成。40相关名词解释（相关名词解释（2）nMSC区区n一个MSC所管辖的所有小区共同覆盖的区域。n一个MSC区可由一个或若干个位置区组成。当MS被叫时，只须在位置区内寻呼而不要在整个覆盖区一齐呼叫，可减轻控制信道的负荷。n服务区服务区n移动台可获得服务的区域。41相关名词解释（相关名词解释（3）n位置更新位置更新 当移动台进入新的位置区（LA）以后，收到的LAI与存储的LAI不一致，即发

21、出位置更新请求，将其新位置区信息通知网络。n切换切换 一个已沟通移动信道的移动台，网络为它提供新的频道，以维持通信连续性的系统功能称为切换n漫游漫游 在联网的移动交换局之间，移动用户由归属交换局控制区进入被访交换局控制区以后，仍然能获得移动业务服务的网络功能即是漫游业务。42相关名词解释（相关名词解释（4）n话音信号间断发送话音信号间断发送DTX和间断接收和间断接收DRXn根据话音信号激活程度，在话音帧有信息时开启发送和无信息时关闭发送的系统传输控制技术n目的：降低空中干扰，提高系统容量和质量；降低电源消耗，增加移动台电池使用寿命n跳频跳频n按跳频序列随机地改变一个信道占有频道频率（频隙）的技

22、术43GSM网络结构网络结构n话路网结构话路网结构n信令网结构信令网结构44话路网结构话路网结构n三级结构三级结构n一级汇接局TMSC1 负责省际移动业务汇接n二级汇接局TMSC2 负责省内移动业务汇接 每个TMSC2分别与一对TMSC1相连n端局MSC 每个MSC分别与一对TMSC1相连 每个MSC分别与所在汇接区的一对TMSC2相连TMSC1TMSC2MSC45话路网结构话路网结构MSCMSCMSCMSC福州A1(琴亭)福州A2(电信枢纽)TMSC1福州B(电信枢纽)泉州B(丰泽)厦门B(江头)漳州B(二分局)TMSC2MSCFZG1-FZG7NDG1-NDG2PTG1-PTG2QZG1-

23、QZG8NPG1-NPG2MSCMSCMSCMSCXMG1-XMG5ZZG1-ZZG3LYG1-LYG2SMG1-SMG246信令网结构信令网结构n七号信令网七号信令网n三级结构，准直联为主，直联为辅三级结构，准直联为主，直联为辅n高级信令转接点HSTP，24位编码n低级信令转接点LSTP，24位编码n信令点SP MSC/VLR，既有24位编码，又有14位编码 HLR/AUC、GW、VMS，24位编码 BSC，14位编码nSCCP寻址方式寻址方式nDPC寻址、GT寻址47信令网结构信令网结构福州H2(电信枢纽)外省HSTPA平面B平面HLR/AUCGWVMSMSC/VLRBSC厦门L(江头)福

24、州L(一厂)福州H1(琴亭)泉州L(丰泽)漳州L(外贸)外省HSTP福州、泉州、莆田、宁德、南平HLR/AUCGWMSC/VLRBSC厦门、漳州、龙岩、三明48编号计划（编号计划（1）nMSISDN：移动用户的：移动用户的ISDN号码号码n8613SH0H1H2H3ABCD（S=59）nIMSI：国际移动用户识别码：国际移动用户识别码n46000H1H2H3SABCDEF（H0=0，S=59）n46000H1H2H3SH0 ABCDE（H0=19，S=S-5，S=59）nTMSI：临时移动用户识别码：临时移动用户识别码n仅在本地使用，由各MSC/VLR自行分配49编号计划（编号计划（2）nMS

25、C/VLR号码号码n13SM00M1M2M3（S=59，M0、M1、M2、M3同H0、H1、H2、H3）nMSRN：移动用户漫游号码：移动用户漫游号码n13S0M0M1M2M3ABCnHON：切换号码：切换号码n为MSRN的一部分nHLR/AUC号码号码n13SH0H1H2H30000（S=59） 50编号计划（编号计划（3）n位置区识别（位置区识别（LAI）nLAI=MCC+MNC+LAC，用于位置区识别和位置更新。n LAC为一个2字节的BCD编码，表示为X1X2X3X4n全球小区识别码（全球小区识别码（GCI）nGCI=MCC+MNC+LAC+CI。CI为一个2字节的BCD编码，由各MS

26、C自定。n基站识别码（基站识别码（BSIC）n用于识别相邻国家相邻基站，为6比特编码。 BSIC=NCC（3bits）+BCC（3bits）51呼叫建立流程呼叫建立流程n例：北京例：北京PSTN用户呼叫漫游至福州的广州用户呼叫漫游至福州的广州GSM用户用户GMSCMSC/VLRHLRBTSBSC福州福州北京北京广州广州PSTNMSISDNMSISDNIMSIMSRNMSRNMSRNTMSI+LAITMSIMSTMSI52移动数据通信发展历程移动数据通信发展历程2GGSM OperatorGSM 900GSM 1800GPRSPacket data support3GEDGEW-CDMATD-C

27、DMA4G53GPRS（1）Before GPRS54GPRS（2）After GPRS55GPRS（3）UMTS56GPRS（4）57CDMA移动通信系统移动通信系统n几种多址方式比较几种多址方式比较nCDMA技术标准的发展历程技术标准的发展历程nCDMA关键技术关键技术ncdma2000 1x系统系统58几种多址方式比较（几种多址方式比较（1）n频分多址（频分多址（FDMA）方式）方式n每信道占用一个载频，每个信道的每一载波仅支持一个电路连接n信号速率低n基站设备复杂庞大，重复设置收发信设备n越区切换较为复杂和困难59几种多址方式比较（几种多址方式比较（2）n时分多址（时分多址（TDMA）

28、方式）方式n突发传输的速率很高，远大于语音编码速率n用不同的时隙来发射和接收，不需双工器n基站复杂性减小，互调干扰小n抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大n越区切换简单60几种多址方式比较（几种多址方式比较（3）n码分多址（码分多址（CDMA）方式）方式nCDMA系统的许多用户共享同一频率n通信容量大n容量的软特性n由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以减小多径衰落n信道数据速率很高n平滑的软切换和有效的宏分集n低信号功率谱密度61CDMA技术标准的发展历程技术标准的发展历程n窄带窄带CDMA（N-CDMA）n由美国高通（Qualcomm）公司提出，1980年11月进行了首次现场实验n1995年

29、正式的N-CDMA标准出台，即IS-95An1998年制定了IS-95B标准n1998年3月提出了一种向后兼容IS-95的宽带CDMA框架，称为cdma2000n2000年3月通过cdma2000的标准IS-200062CDMA技术标准的发展历程技术标准的发展历程nIS-95B标准的核心思想标准的核心思想n在不改变IS-95A物理层的前提下通过自适应信道捆绑技术提供高速数据业务 9.676.8kbit/s（RS1） 14.4115.2kbit/s（RS2）63CDMA技术标准的发展历程技术标准的发展历程ncdmaOnen是基于IS-95的各种CDMA制造厂家的产品和不同运营商的网络构成的一个家

30、族概念n国际CDMA发展组织的一个品牌名称ncdma2000n是IS-95标准向第三代演进的技术体制方案n美国在制定第三代移动通信空中接口标准过程中提出的技术建议64CDMA关键技术关键技术nCDMA信道设置信道设置nCDMA编码编码nCDMA功率控制功率控制nCDMA呼叫处理呼叫处理nCDMA切换切换65CDMA信道设置信道设置n导频信道（导频信道（Pilot Channel）n同步信道（同步信道（Sync Channel）n寻呼信道（寻呼信道（Paging Channel）n前向业务信道（前向业务信道（Forward Traffic Channel）n接入信道（接入信道（Access Ch

31、annel）n反向业务信道（反向业务信道（Reverse Traffic Channel）66CDMA编码编码nWalsh码码n64位（128位），在前向信道中用于区分信道，在反向信道中用于正交调制nPN短码（短码（2）n215=32,768，在前向信道中用于区分基站小区，在反向信道中作为扰码nPN长码长码n242=4400Billion，用于区分用户67CDMA功率控制功率控制n前向功率控制（前向功率控制（Forward Power Control）n闭环（Closed loop）n反向功率控制反向功率控制n反向开环功率控制（Reverse Open Loop Power Control）n

32、反向闭环功率控制（Fast Reverse Closed Loop Power Control）n反向外环功率控制（Reverse Outer Loop Power Control）68CDMA呼叫处理（呼叫处理（1）69CDMA呼叫处理（呼叫处理（2）70CDMA切换切换n软切换（软切换（“Soft” Handoff）n同一BSC中不同基站之间n更软切换（更软切换（“Softer” Handoff）n同一基站不同小区之间n硬切换（硬切换（“Hard” Handoff）n同一系统内不同MSC之间、不同BSC之间n不同载频之间n不同系统之间71cdma2000 1x系统系统n主要采用的新技术主要

33、采用的新技术n丰富的信道结构n引入新的编码方式n快速前向功率控制n反向相干解调n不同的无线配置，适应不同需求n完善体系结构，考虑向第三代演进nEV-DO及及EV-DV标准标准72cdma2000 1x系统系统73第三代蜂窝移动通信系统第三代蜂窝移动通信系统nIMT-2000：国际移动电信：国际移动电信2000系统系统n将支持速率高达2Mb/s的业务n业务种类将涉及话音、数据、图像以及多媒体等n由包括连接至地面和卫星网络的各种移动终端以及相应的网络基础设施等构成n系统结构上采用模块化概念，将无线接入网络与核心网络这两个系统部件进行清晰的分离nIMT-2000家族： 允许各地区标准化组织有一定的灵活性，可根据市场、业务需求的不同，提出各自向第三代系统演进的策略74第三代移动通信无线传输技术第三代移动通信无线传输技术n10种提案种提案n日本：W-CDMAn欧洲：ETSI-UTRA-UMTS、EP-DECTn美国：WIMS W-CDMA、CDMA2000、UWC-136、WCDMA/NAn韩国：Global CDMA 、Global CDMA n中国：TD-SCDMA75网络演进策略（网络演进策略（1）n第一种