第6章数字移动通信系统

1、第第6章章 数字移动通信系统数字移动通信系统 6.1 移动通信概述6.2 GSM数字蜂窝移动通信系统6.3 CDMA移动通信系统6.4 新一代移动通信系统6.5 小 结 6.1 移动通信概述移动通信概述 6.1.1 移动通信的特点 1. 移动通信的传输信道必须使用无线电波 2. 移动通信的电波传播环境恶劣 3. 多普勒频移产生附加调制 4. 移动通信受干扰和噪声的影响 5. 用户量大,但频率有限 6. 组网技术复杂 7. 对设备要求苛刻6.1.2 移动通信的分类及工作方式1. 移动通信系统的分类l按使用对象可分为：民用设备和军用设备；l按使用环境可分为：陆地通信、海上通信和空中通信；l按多址方

2、式可分为：频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)；l按覆盖范围可分为：广域网和局域网；l按业务类型可分为：电话网、数据网和综合业务网；l按工作方式可分为：同频单工、异频单工、异频双工和半双工；l按服务范围可分为：专用网和公用网；l按信号形式可分为：模拟网和数字网。 2. 工作方式（1）单工通信发射机接收机f1( f2 ) 送受话器电台A发射机接收机送受话器f1( f1 ) f1( f2 ) f1( f1 ) PT电台BPT图6.1 单工通信（2）双工通信（3）半双工通信图6.2 双工通信发射机接收机f1f2送话器受话器基站双工器发射机接收机f2f1f1送话器受话器移动

3、台f26.1.3 几种典型的移动通信系统 1. 无线电寻呼系统 2. 蜂窝移动通信系统 3. 集群移动通信系统 4. 个人无线电话系统 5. 公用无绳电话系统 6. 移动卫星通信系统6.1.4 蜂窝移动通信系统的发展概况 1. 第一代(1G)模拟移动通信系统 2. 第二代(2G)数字移动通信系统 3. 第三代(3G)IMT-2000移动通信系统6.1.5 移动通信系统的组成图6.3 移动通信系统的组成市话局市话用户有线电话网控制交换中心中继线基站 1中继线中继线基站 3基站 2无线区1车载台无线区2无线区3手持机手持机车载台中继线6.1.6 数字移动通信的基本技术1. 多址技术 （1）频分多址

4、 （2）时分多址 （3）码分多址图6.4 三种多址方式概念示意图( a ) FDMAf( b ) TDMAf( c )CDMAitttTiCiFf2. 功率控制 3. 蜂窝组网技术图6.5 小区组网图案A3A1A2B3B1B2C3C1C2A3A1A2A3A1A2B3B1B2C3C1C2C3C1C2A3A1A2B3B1B2C3C1C2A3A1A2A3A1A2B3B1B2C3C1C2C3C1C2A3A1A2B3B1B2C3C1C2A3A1A2A3A1A2B3B1B2C3C1C2C3C1C2K=31234123412341K=41111213456711K=74. 调制技术 5. 分集接收技术图6.

5、6 分集方式6语音编码技术 7交织技术 图6.7 交织原理D1D2D3D4D1D2D3D4D1D2D3D4D1D2D3D4D1D1D1D1D2D2D2D2D3D3D3D3D4D4D4D4D1D2D3D4D1D2D3D4D1D2D3D4D1D2D3D4图6.8 GSM系统的语音交织260456 比 特456 比 特D126012345678D2D3D4D5D6D7D8D1D2D3D4D5D6D7D8语 音20 ms20 ms语 音 编 码 器语 音 编 码 器规 则 脉 冲 激 励长 期 预 测 编 码二 次 交 织信 道编 码 器信 道编 码 器时 隙 流(在 一 帧 仅 发 一 时 隙)单

6、帧357 bit126 bit(训 练 序 列)157 bit38.25常 规 突发 序 列第 一 个20 ms输 出保 护数 据交 织 距 离 8数 据尾 码第 二 个20 ms输 出尾 码一 次 交 织6.2 GSM数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统 6.2.1 GSM系统简介 GSM数字蜂窝移动通信系统起源于欧洲。 我国参照GSM标准制定了自己的技术要求，主要内容有：使用900MHz频段，即890915MHz(移动台发、基站收)和935960MHz(基站发、移动台收)，收发频率间隔45MHz；载频间隔200kHz，每载波信道数8个，基站最大功率300W，小区半径0.535km，调制

7、类型GMSK，手机的发射功率约为0.6W。 6.2.2 GSM系统结构图6.9 GSM系统结构6.2.3 GSM系统的传输方式1. 时隙图6.10 TDMAFDMA接入方式4.615 ms频率fn4fn3fn2fn1fn帧 物理信道577 s时隙200 kHz时间0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1

8、 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 72. 频率与频道序号3. TDMA帧结构图6.11 GSM系统帧结构及时隙的格式4. 调制方式 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 422 23 24 250 1 2 347 48 49 5001230147484850242501234562047204620452044204320421超高帧 2048超帧 27

9、15 648 TDMA帧1超帧 1326 TDMA帧(6.12 s)1 业务 复帧 26 TDMA帧(120 ms)012TDMA帧 51业务复帧 26 控制复帧1 控制 复帧 51 TDMA帧(3060/13 ms)TDMA帧TDMA帧6.2.4 GSM体制的特点1GSM体制的优点 （1）具有开放的接口和通用的接口标准 （2）能够保护用户权利和加密传输信息 （3）可以支持多种业务 （4）能够实现跨国漫游 （5）具有更大的系统容量 （6）频谱效率提高 （7）抗干扰能力强，覆盖区内通信质量好 2GSM体制的缺陷（1）系统容量有限（2）编码质量不够高 （3）终端接入速率有限 （4）切换功能较差 （

10、5）漫游能力有限6.3 CDMA移动通信系统移动通信系统 6.3.1 CDMA系统简介 CDMA是码分多址(Code Division Multiple Access)技术的英文缩写，它是在数字技术的分支扩频通信技术的基础上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。 CDMA技术的标准化经历了几个阶段。 6.3.2 CDMA系统工作原理1扩频通信系统 （1）工作原理图6.12 扩频通信工作原理信息调制信源扩频调制扩频码产生器射频调制射频发生器信息解调信宿扩频解调扩频码产生器射频解调本振发生器（2）扩频通信特点 1）隐蔽性好，对各种窄带通信系统的干扰很小；2）频谱利用率高，易于重复使用频率；3）抗

11、干扰性强，误码率低；4）可以实现码分多址；5）易于数字化，能够开展多种通信业务。2. CDMA系统工作原理编码与交织BPF扩频编码数据载波数字滤波BPF扩频编码数据载波解码与去交织图6.13 CDMA扩频通信系统原理3. CDMA系统的主要优点 (1) 大容量 (2) 软容量 (3) 软切换 (4) 高话音质量和低发射功率 (5) 话音激活 (6) 保密6.3.3 CDMA系统组成1. 网络子系统图6.14 CDMA蜂窝通信系统的网络结构收发收发发基站收/发信机(BTS)基站收/发信机(BTS)收发操作管理中心(OMC)本地用户位置寄存器(HLR)基站控制器(BSC)移动交换控制中心（MSC）

12、/被访位置寄存器（VLR）移动交换控制中心（MSC）/被访位置寄存器（VLR）市话网PSTNISTNU接口全向小区扇形小区移动台Abis接口A接口V接口控制及数据链路业务链路2. 基站子系统 3. 移动台6.3.4 CDMA系统参数1. CDMA系统的参数 2. CDMA频道参数图6.15 CDMA主载频占用的频带333.314313312311.304303.283.263262.254253.保护频带9个AMPS频道(0.27 MHz)AMPS语音频道CDMA载频带宽占41个AMPS频道(1.23 MHz)AMPS控制频道保护频带9个AMPS频道(0.27 MHz)2836.3.5 CDM

13、A系统的无线传输1. 逻辑信道图6.16 CDMA蜂窝系统的信道示意图导频信道同步信道寻呼信道正向业务信道反向业务信道接入信道移动台基站反向信道正向信道2. 正向逻辑信道图6.17 正向传输的逻辑信道组成（1）导频信道（W0） （2）同步信道（W32） （3）寻呼信道（W1W7） （4）正向业务信道（W8W31, W33W63）业务数据随路信令CDMA正向信道（共1.23MHz)业务信道W0导频信道W1寻呼信道.W7W8寻呼信道.W31W32W33.W63业务信道.同步信道业务信道业务信道.图6.18 CDMA系统正向信道电路方框图3. 反向逻辑信道（1）接入信道 （2）反向业务信道图6.19

14、 基站接收机的反向CDMA信道CDMA反 向 信 道 （ 共 1.23MHz)1接 入信 道.55n1.接 入信 道业 务信 道.业 务信 道用 户 地 址 长 码 PN序 列图6.20 CDMA系统反向信道电路方框图9.6(kb/s)4.82.41.2r1/3k928.8 ks/s码元基带滤波器基带滤波器cos?ctsin?ctQ信道序列,1.2288 Mc/sIQI信道序列, 1.2288 Mc/sI(t)Q(t)S(t)D延时406.9 n/sPN子码12长码产生器1.2288Mc/sPN子码长码掩蔽数据猝发随机化器帧数据率4.8 ks/s(307.2 kc/s)正交调制器调制码元(64

15、进制)分组交织器码元28.8ks/s码元重复码元28.8(ks/s)14.47.23.6卷积编码器加编码器尾比特帧质量指示器8.64.02.00.8(kb/s)9.2(kb/s)4.42.00.8反向业务信道信息比特(每帧172，80，40或16bit)基带滤波器基带滤波器cos?ctsin?ctQ信道序列,1.2288 Mc/sIQI信道序列, 1.2288 Mc/sI(t)Q(t)S(t)D延时406.9 n/sPN子码12长码产生器1.2288 Mc/s长码掩蔽PN子码4.8 ks/s(307.2 kc/s)正交调制器调制码元(沃尔什子码)(64进制)码元28.8ks/s分组交织器码元2

16、8.8ks/s码元重复码元14.4ks/s卷积编码器r1/3k94.8kb/s加编码器尾比特4.4kb/s接入信道比特(每帧88bit)6.3.6 CDMA系统功率控制（1）正向信道功率控制 （2）反向信道开环功率控制 （3）反向信道闭环功率控制 （4）功率控制子信道6.4 新一代移动通信系统新一代移动通信系统 6.4.1 个人通信概述 1. 个人通信的概念 2. 实现个人通信的途径6.4.2 第三代移动通信系统(3G) 1. 第三代移动通信标准之争 2. IMT-2000简介 3. IMT-2000标准 6.4.3 第三代移动通信的新技术1. 新型调制技术 （1）多载波调制 （2）可变速率调制图6.21 OFDM-CDMA调制器原理图2. 智能天线技术 （1）多波束智能天线 （2）自适应智能天线 3. 多用户信号检测技术 （1）去相关多用户检测 （2）连续干扰抵消多用户检测 4. 无线ATM图6.22 无线ATM系统示意图5. 软件无线电图6.23 软件无线电系统结构图6.5 小小 结结 数字移动通信技术是通信技术中发展最快的一个组成部分，本章首先简要介绍了移动通信的基