无线通信系统及技术-第4章移动通信系统

1、第第4章章移动通信系统移动通信系统 随着社会经济的发展，人们的社会活动、随着社会经济的发展，人们的社会活动、信息交流日益频繁，人类社会已进入信息信息交流日益频繁，人类社会已进入信息时代。时代。 在这样一个时代，人们对信息获取、交在这样一个时代，人们对信息获取、交换手段和方式的要求越来越高，人们一直换手段和方式的要求越来越高，人们一直有这样一种美好的愿望，即能实现任何人有这样一种美好的愿望，即能实现任何人（Whoever）在任何时候（）在任何时候（Whenever）、）、任何地方（任何地方（Wherever）以任何方式）以任何方式（Whatever）与任何人（）与任何人（Whomever）进）进

2、行通信，即通信的行通信，即通信的“5W”，这便是通信的，这便是通信的最高目标。最高目标。 移动通信则是帮助人们实现这一愿望的有移动通信则是帮助人们实现这一愿望的有效途径。效途径。 飞速发展、广泛普及的移动通信系统，其飞速发展、广泛普及的移动通信系统，其庞大的系统容量、日益完善的系统覆盖和不庞大的系统容量、日益完善的系统覆盖和不断提供的新业务，使得它越来越向着人们期断提供的新业务，使得它越来越向着人们期待的通信的最高目标靠近。待的通信的最高目标靠近。 什么是移动通信？顾名思义，移动通信什么是移动通信？顾名思义，移动通信就是指通信的一方或双方在移动中（或暂就是指通信的一方或双方在移动中（或暂时停留

3、在某一非预定的位置上）进行信息时停留在某一非预定的位置上）进行信息传输和交换的通信方式。它包括移动用户传输和交换的通信方式。它包括移动用户（车辆、船舶、飞机或行人）和移动用户（车辆、船舶、飞机或行人）和移动用户之间的通信，移动用户和固定用户（固定之间的通信，移动用户和固定用户（固定无线电台或有线用户）之间的通信。无线电台或有线用户）之间的通信。 按此定义，陆地移动通信、卫星移动通按此定义，陆地移动通信、卫星移动通信、舰船通信，航空通信等都属于移动通信、舰船通信，航空通信等都属于移动通信的范畴。信的范畴。 由于移动通信采用无线通信方式，用户由于移动通信采用无线通信方式，用户设备便于移动环境使用，

4、因而具有机动、设备便于移动环境使用，因而具有机动、灵活、受空间限制少和实时性好等特点，灵活、受空间限制少和实时性好等特点，因而在军事上和生产实践、社会生活中得因而在军事上和生产实践、社会生活中得到了广泛的应用，逐渐成为我们日常工作、到了广泛的应用，逐渐成为我们日常工作、生活不可或缺的部分。生活不可或缺的部分。 移动通信产业也成为最具活力、发展最移动通信产业也成为最具活力、发展最为迅速的领域，是全球经济的重要增长点为迅速的领域，是全球经济的重要增长点之一。之一。 现代移动通信技术是一门复杂的高新技现代移动通信技术是一门复杂的高新技术，它不但集中了无线通信和有线通信的术，它不但集中了无线通信和有线

5、通信的最新技术成就，而且集中了网络技术和计最新技术成就，而且集中了网络技术和计算机技术的许多成果，其技术仍在不断地算机技术的许多成果，其技术仍在不断地演进中，朝着通信的最高目标演进中，朝着通信的最高目标“5W”迈进。迈进。移动通信概述移动通信概述4.14.1GSMGSM数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统4.24.2CDMACDMA数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统4.34.3第三代移动通信系统第三代移动通信系统4.44.4本章小结本章小结4.54.54.1.1 移动通信的特点移动通信的特点 移动通信利用无线电波进行信息传输，移动通信利用无线电波进行信息传输，其电波传播环境复杂，传播

6、条件十分恶劣，其电波传播环境复杂，传播条件十分恶劣，特别是陆上移动通信。特别是陆上移动通信。 干扰问题比较严重。干扰问题比较严重。 移动通信可利用的频谱资源非常有限，移动通信可利用的频谱资源非常有限，而移动通信业务量的需求却与日俱增。而移动通信业务量的需求却与日俱增。 移动通信系统的网络结构多种多样，系移动通信系统的网络结构多种多样，系统交换控制、网络管理复杂，是多种技术统交换控制、网络管理复杂，是多种技术的有机结合。的有机结合。 移动通信设备（主要是移动台）必须适移动通信设备（主要是移动台）必须适于在移动环境中使用，其可靠性及工作条于在移动环境中使用，其可靠性及工作条件要求较高。件要求较高。

7、1移动通信发展简史移动通信发展简史2移动通信发展趋势移动通信发展趋势（1）小型化）小型化（2）宽带化）宽带化图图4-1无线移动通信发展趋势无线移动通信发展趋势 3G的进一步演进。的进一步演进。 B3G/4G。 未来的未来的4G移动通信系统应至少具备以下移动通信系统应至少具备以下特征。特征。 具有很高的数据传输速率。具有很高的数据传输速率。 实现真正的无缝漫游。实现真正的无缝漫游。 高度智能化的网络。高度智能化的网络。 良好的覆盖性能。良好的覆盖性能。 基于基于IP的网络。的网络。 实现不同实现不同QoS的业务。的业务。 先进的技术应用。先进的技术应用。 随着移动通信和互联网的迅猛发展，以随着移

8、动通信和互联网的迅猛发展，以及固定与移动通信宽带化的发展趋势，通及固定与移动通信宽带化的发展趋势，通信网络和业务正发生着根本性的变化。信网络和业务正发生着根本性的变化。 体现在两大方面：一是提供的业务将从体现在两大方面：一是提供的业务将从以传统的话音业务为主向提供综合信息服以传统的话音业务为主向提供综合信息服务的方向发展；二是通信的主体将从人与务的方向发展；二是通信的主体将从人与人之间的通信，扩展到人与物、物与物之人之间的通信，扩展到人与物、物与物之间的通信，渗透到人们日常生活的方方面间的通信，渗透到人们日常生活的方方面面，最终形成以无所不在、无所不包、无面，最终形成以无所不在、无所不包、无所

9、不能为基本特征，以实现在任何时间、所不能为基本特征，以实现在任何时间、任何地点、任何人、任何物都能顺畅地通任何地点、任何人、任何物都能顺畅地通信为目标的信为目标的“泛在网泛在网”（U网络）。网络）。（4）智能化和软件化）智能化和软件化图图4-2网络融合、业务融合、接入综合网络融合、业务融合、接入综合（5）个人化）个人化 为适应移动通信宽带化发展的趋势，为适应移动通信宽带化发展的趋势，3G+、E3G、B3G、4G等移动通信系统采用了众多等移动通信系统采用了众多的新技术，如的新技术，如OFDM技术、智能天线和空时技术、智能天线和空时编码技术、无线链路增强技术、软件无线电编码技术、无线链路增强技术、

10、软件无线电技术、自适应编码调制技术、技术、自适应编码调制技术、MIMO技术和技术和多用户检测技术等。多用户检测技术等。 1正交频分复用技术正交频分复用技术图图4-3 OFDM频谱频谱 是因为是因为OFDM有很多独特的优点。有很多独特的优点。 频谱利用率很高。频谱利用率很高。 图图4-4 OFDM原理框图原理框图 抗衰落能力强。抗衰落能力强。 适合高速数据传输。适合高速数据传输。 抗码间干扰能力强。抗码间干扰能力强。 可以提高容量和覆盖的无线链路增强技可以提高容量和覆盖的无线链路增强技术主要有以下几种。术主要有以下几种。 分集技术：如通过空间分集、时间分集分集技术：如通过空间分集、时间分集（信道

11、编码）、频率分集和极化分集等方（信道编码）、频率分集和极化分集等方法来获得最好的分集性能。法来获得最好的分集性能。 多天线技术：如采用多天线技术：如采用2或或4天线来实现发天线来实现发射分集，或者采用多输入多输出（射分集，或者采用多输入多输出（MIMO）技术来实现发射和接收分集。技术来实现发射和接收分集。图图4-5 MIMO原理框图原理框图 实际的无线信道具有两大特点：时变特实际的无线信道具有两大特点：时变特性和衰落特性，这是由通信双方、反射体、性和衰落特性，这是由通信双方、反射体、散射体之间的相对运动或者传输媒质本身散射体之间的相对运动或者传输媒质本身的变化引起的。的变化引起的。 自适应编码

12、调制（自适应编码调制（AMC）就是通过改变）就是通过改变调制和编码的格式并使它在系统限制范围调制和编码的格式并使它在系统限制范围内和当前的信道条件相适应，以便能最大内和当前的信道条件相适应，以便能最大限度地发送信息，实现比较高的通信速率。限度地发送信息，实现比较高的通信速率。 快速混合自动重传（快速混合自动重传（HARQ）也是一种）也是一种链路自适应的技术，是链路自适应的技术，是ARQ和和FEC相结合相结合的纠错方法，与的纠错方法，与FEC共同完成无差错数据共同完成无差错数据传输保护；是指接收方在检出传输错误的传输保护；是指接收方在检出传输错误的情况下，保存接收到的数据，并要求发送情况下，保存

13、接收到的数据，并要求发送方重传刚刚传输错误的数据。方重传刚刚传输错误的数据。 （1）智能天线）智能天线 智能天线是一个由多组独立天线组成的智能天线是一个由多组独立天线组成的天线阵列、自适应信号处理器构成的天线天线阵列、自适应信号处理器构成的天线系统，如图系统，如图4-6所示。所示。 图图4-6智能天线原理框图智能天线原理框图 随着智能天线技术的发展成熟和在移动随着智能天线技术的发展成熟和在移动通信中的应用，空分多址技术开始在数字通信中的应用，空分多址技术开始在数字蜂窝移动通信中得到应用。蜂窝移动通信中得到应用。 在蜂窝系统中，天线阵元可以由基站用在蜂窝系统中，天线阵元可以由基站用自适应的方法加

14、以控制，使得波束始终指自适应的方法加以控制，使得波束始终指向移动台，能够跟踪它的运动。向移动台，能够跟踪它的运动。 这种技术就是所谓的自适应这种技术就是所谓的自适应SDMA，这，这种方法有以下优点：种方法有以下优点： 波束直接对准用户，多径和信道之间的波束直接对准用户，多径和信道之间的干扰大量地减少；干扰大量地减少； 由于波束对准用户减少了电磁污染，所由于波束对准用户减少了电磁污染，所需功率也减少；需功率也减少； 直达波束提高了通信的保密性，除非在直达波束提高了通信的保密性，除非在波束辐射的方向上，否则，通信不可能被波束辐射的方向上，否则，通信不可能被截获。截获。图图4-7 SDMA技术的原理

15、技术的原理5软件无线电技术软件无线电技术6多用户检测技术多用户检测技术 4.2.1 系统组成系统组成 GSM数字蜂窝通信系统的主要组成部分数字蜂窝通信系统的主要组成部分可分为移动台（可分为移动台（MS）、基站子系统（）、基站子系统（BSS）和网络子系统（和网络子系统（NSS），）， 图图4-8 GSM蜂窝移动电话系统结构示意图蜂窝移动电话系统结构示意图 网络子系统（网络子系统（NSS）主要提供交换功能以）主要提供交换功能以及用于进行用户数据与移动管理、安全管理及用于进行用户数据与移动管理、安全管理等所需的数据库功能，它由一系列功能实体等所需的数据库功能，它由一系列功能实体构成。构成。（1）移动

16、业务交换中心）移动业务交换中心（2）归属位置寄存器）归属位置寄存器（3）访问位置寄存器）访问位置寄存器（4）鉴权中心）鉴权中心（5）设备识别寄存器）设备识别寄存器（6）操作维护中心）操作维护中心 基站子系统（基站子系统（BSS）包括基站收发信机）包括基站收发信机（BTS）和基站控制器（）和基站控制器（BSC）。）。 该子系统由该子系统由MSC控制，通过无线信道完控制，通过无线信道完成与成与MS的通信，主要负责无线信号的收发的通信，主要负责无线信号的收发以及无线资源管理等功能。以及无线资源管理等功能。（1）基站收发信机）基站收发信机（2）基站控制器）基站控制器 移动台即便携台（手机）或车载台，它

17、移动台即便携台（手机）或车载台，它包括移动终端（包括移动终端（MT）和用户识别模块）和用户识别模块（SIM卡）两部分，其中移动终端可完成卡）两部分，其中移动终端可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息调话音编码、信道编码、信息加密、信息调制和解调以及信息发射和接收等功能，制和解调以及信息发射和接收等功能，SIM卡则存有确认用户身份所需的认证信卡则存有确认用户身份所需的认证信息以及与网络和用户有关的管理数据。息以及与网络和用户有关的管理数据。 GSM系统在制定技术规范时对其子系统系统在制定技术规范时对其子系统之间及各功能实体之间的接口和协议作了比之间及各功能实体之间的接口和协议作了比较具体的定义

18、，使不同的设备供应商提供的较具体的定义，使不同的设备供应商提供的GSM系统基础设备能够符合统一的系统基础设备能够符合统一的GSM技技术规范而达到互通、组网的目的。术规范而达到互通、组网的目的。 图图4-9 GSM系统接口示意图系统接口示意图（1）Um接口接口（2）Abis接口接口（3）A接口接口（4）子系统内部接口）子系统内部接口（5）MSC/VLR、HLR、AUC、BSC与与OMC之间的接口之间的接口1GSM系统无线传输特性系统无线传输特性（1）工作频段）工作频段 GSM系统包括系统包括900MHz和和1800MHz两个两个频段。频段。 （2）多址方式）多址方式 GSM蜂窝系统采用时分多址蜂

19、窝系统采用时分多址/频分多址、频分多址、频分双工（频分双工（TDMA/FDMA/FDD）制式。）制式。 （3）频率配置）频率配置图图4-10 4 3频率复用频率复用（1）物理信道）物理信道 信道划分：信道划分：GSM的无线接口采用的无线接口采用TDMA接入方式，即在一个载频上按时间划分接入方式，即在一个载频上按时间划分8个个时隙构成一个时隙构成一个TDMA帧，每个时隙称为一帧，每个时隙称为一个物理信道，通常，一个物理信道的时隙个物理信道，通常，一个物理信道的时隙在时间上不是邻接的。在时间上不是邻接的。 帧结构：图帧结构：图4-11给出了给出了TDMA帧的完整帧的完整结构。结构。 图图4-11

20、GSM TDMA帧的完整结构帧的完整结构（2）逻辑信道）逻辑信道图图4-12 GSM系统的信道分类系统的信道分类 业务信道：业务信道（业务信道：业务信道（TCH）主要传送）主要传送数字话音或用户数据，在前向链路和反向数字话音或用户数据，在前向链路和反向链路上具有相同的功能和格式。链路上具有相同的功能和格式。 控制信道：控制信道（控制信道：控制信道（CCH）用于传送）用于传送信令和同步信号。信令和同步信号。 某些类型的控制信道只定义给前向链路某些类型的控制信道只定义给前向链路或反向链路。或反向链路。 GSM无线接口上的信息传输需经多个处无线接口上的信息传输需经多个处理单元处理才能安全可靠地送到空

21、中无线理单元处理才能安全可靠地送到空中无线信道上传输。信道上传输。 图图4-13 GSM语音输入到输出的处理过程语音输入到输出的处理过程 GSM系统在全球范围内取得了超乎想象的系统在全球范围内取得了超乎想象的成功，但是成功，但是GSM系统的最高数据传输速率系统的最高数据传输速率为为9.6kbit/s且只能完成电路型数据交换，远且只能完成电路型数据交换，远不能满足迅速发展的移动数据通信的需要。不能满足迅速发展的移动数据通信的需要。 图图4-14 GPRS网络结构简图网络结构简图 同原同原GSM网络相比，新增或升级的设备网络相比，新增或升级的设备有以下几种。有以下几种。（1）服务支持节点（）服务支

22、持节点（SGSN）（2）网关支持节点（）网关支持节点（GGSN）（3）分组控制单元（）分组控制单元（PCU）（4）原）原GSM网设备升级网设备升级 GPRS移动台有移动台有3种类型：种类型：A类类可同时提供可同时提供GPRS服务和电路交换承服务和电路交换承载业务的能力，即在同一时间内既可进行行载业务的能力，即在同一时间内既可进行行的的GSM语音业务又可以接收语音业务又可以接收GPRS数据包。数据包。B类类可同时侦听可同时侦听GPRS和和GSM系统的寻呼系统的寻呼信息，同时附着于信息，同时附着于GPRS和和GSM系统，但同系统，但同一时刻只能支持其中的一种业务；一时刻只能支持其中的一种业务；C类

23、类要么支持要么支持GSM网络，要么支持网络，要么支持GPRS网络，通过人工方式进行网络选择更换。网络，通过人工方式进行网络选择更换。 GPRS系统具有以下特点。系统具有以下特点。 传输速率快。传输速率快。 可灵活支持多种数据应用。可灵活支持多种数据应用。 网络接入速度快。网络接入速度快。 可长时间在线连接。可长时间在线连接。 计费更加合理。计费更加合理。 图图4-15 GPRS的特点的特点 高效地利用网络资源，降低通信成本。高效地利用网络资源，降低通信成本。 利用现有的无线网络覆盖，提高网络建利用现有的无线网络覆盖，提高网络建设速度，降低建设成本。设速度，降低建设成本。 GPRS的核心网络顺应

24、通信网络的发展的核心网络顺应通信网络的发展趋势，为趋势，为GSM网向第三代演进打下基础。网向第三代演进打下基础。 1EDGE的概念与特点的概念与特点 与以前的系统相比，与以前的系统相比，EDGE有以下几方面有以下几方面的优点。的优点。 系统操作更加灵活。系统操作更加灵活。 数据传输方式多样。数据传输方式多样。 支持高速分组接入。支持高速分组接入。 通信系统性能更好。通信系统性能更好。 支持对称和非对称传输。支持对称和非对称传输。 完全后向兼容完全后向兼容GSM/GPRS，原有，原有GSM/GPRS用户无需更换终端仍可照常使用。用户无需更换终端仍可照常使用。 有效降低运行和接入费用。有效降低运行

25、和接入费用。 （1）空中接口）空中接口 CDMA蜂窝移动通信系统是以码分多址蜂窝移动通信系统是以码分多址技术为核心的公用蜂窝移动通信系统，又技术为核心的公用蜂窝移动通信系统，又称码分多址移动通信系统。称码分多址移动通信系统。 4.3.1 CDMA蜂窝移动通信技术蜂窝移动通信技术的演进与标准的演进与标准图图4-16 CDMA蜂窝移动通信技术的演进蜂窝移动通信技术的演进1IS-95A和和IS-95B2cdma20001CDMA的系统结构的系统结构图图4-17 CDMA系统结构系统结构 移动台（移动台（MS）：包括车载台和手持机，）：包括车载台和手持机，由移动终端（由移动终端（MT）和用户识别模块）

26、和用户识别模块（UIM）组成，通过）组成，通过Um接口接入网络。接口接入网络。 基站子系统（基站子系统（BSS）：基站子系统是由）：基站子系统是由一个基站控制器（一个基站控制器（BSC）和若干个基站收）和若干个基站收发信台（发信台（BTS）组成。）组成。 移动业务交换中心（移动业务交换中心（MSC）：它是对其）：它是对其所覆盖区域中的移动台进行交换、移动性管所覆盖区域中的移动台进行交换、移动性管理控制的功能实体，也是移动通信系统与其理控制的功能实体，也是移动通信系统与其他公共通信网络实现互连的接口。他公共通信网络实现互连的接口。 拜访位置寄存器（拜访位置寄存器（VLR）：）：VLR中存放中存放

27、着其控制区域内所有拜访的移动用户信息，着其控制区域内所有拜访的移动用户信息，这些信息含有这些信息含有MS建立和释放呼叫以及提供建立和释放呼叫以及提供漫游和补充业务管理所需的全部数据。漫游和补充业务管理所需的全部数据。 归属位置寄存器（归属位置寄存器（HLR）：运营者用于）：运营者用于管理移动用户的数据库。管理移动用户的数据库。 HLR中存放着该中存放着该HLR控制的所有移动用控制的所有移动用户数据以及每个移动用户的路由信息和状户数据以及每个移动用户的路由信息和状态信息。态信息。 每个移动用户都应在其入网地的每个移动用户都应在其入网地的HLR进进行注册登记。行注册登记。 鉴权中心（鉴权中心（AC

28、）：它是用来进行移动）：它是用来进行移动用户的身份认证和产生相应鉴权参数的功用户的身份认证和产生相应鉴权参数的功能实体。能实体。 设备识别寄存器（设备识别寄存器（EIR）：存储有关移）：存储有关移动台设备参数的数据库。动台设备参数的数据库。 主要完成对移动设备的识别、监视及闭主要完成对移动设备的识别、监视及闭锁等功能。锁等功能。 操作维护中心（操作维护中心（OMC）：操作维护数）：操作维护数字蜂窝移动网的功能实体。字蜂窝移动网的功能实体。 消息中心（消息中心（MC）：存储和转发短消息）：存储和转发短消息的功能实体。的功能实体。 短消息实体（短消息实体（SME）：即合成和分解短）：即合成和分解短

29、消息的实体，它位于移动业务交换中心、消息的实体，它位于移动业务交换中心、归属位置寄存器和归属位置寄存器和MC中。中。 CDMA数字蜂窝移动通信系统的主要特数字蜂窝移动通信系统的主要特点如下。点如下。（1）频谱利用率高，系统容量较大）频谱利用率高，系统容量较大 在在CDMA数字蜂窝移动通信系统中，采用数字蜂窝移动通信系统中，采用了话音激活、功率控制、扇区划分等技术来了话音激活、功率控制、扇区划分等技术来减少系统内的干扰，从而提高系统容量。减少系统内的干扰，从而提高系统容量。 语音激活。语音激活。 功率控制。功率控制。 扇区划分技术。扇区划分技术。 同时，同时，CDMA系统特有的分集形式也大系统特

30、有的分集形式也大大提高了系统性能，主要包括频率分集和大提高了系统性能，主要包括频率分集和路径分集。路径分集。 频率分集。频率分集。 路径分集。路径分集。 （3）采用软切换技术，切换成功率高）采用软切换技术，切换成功率高图图4-18 软切换与硬切换示意图软切换与硬切换示意图（4）具有）具有“软容量软容量”特性特性（5）CDMA系统以扩频技术为基础，系统以扩频技术为基础，抗干扰、抗多径、抗衰落能力强，保抗干扰、抗多径、抗衰落能力强，保密性好密性好（6）发射功率低，移动台的电池使）发射功率低，移动台的电池使用寿命长用寿命长1工作频段工作频段 我国公用我国公用CDMA数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通

31、信系统采用采用800MHz工作频段，频率范围为：工作频段，频率范围为：825835MHz（上行：移动台发，基站收）（上行：移动台发，基站收）870880MHz（下行：移动台收，基站发）（下行：移动台收，基站发）频段宽度共频段宽度共10MHz。 在此工作频段内，在此工作频段内，CDMA数字移动通信数字移动通信网设置了一个基本频道和一个或若干辅助网设置了一个基本频道和一个或若干辅助频道，这样当移动台开机时，便首先在预频道，这样当移动台开机时，便首先在预置的、用于接入置的、用于接入CDMA系统的接入频道上系统的接入频道上寻找相应控制信道（基本信道），随后则寻找相应控制信道（基本信道），随后则可直接进

32、入呼叫发起和呼叫接收状态。可直接进入呼叫发起和呼叫接收状态。 图图4-19 CDMA频道频率划分频道频率划分 在在CDMA数字移动通信系统中，通常采数字移动通信系统中，通常采用用1小区频率复用模式，即相邻小区或扇区小区频率复用模式，即相邻小区或扇区使用同一频道频率，理论上讲其频率利用使用同一频道频率，理论上讲其频率利用率和系统容量可达到很高水平，但由于功率和系统容量可达到很高水平，但由于功率控制不理想和多址干扰的影响，实际系率控制不理想和多址干扰的影响，实际系统的通信容量仍是有限的。统的通信容量仍是有限的。 CDMA信道分为前向信道和反向信道，信道分为前向信道和反向信道，它们采用不同的结构和码

33、型，其中基站至它们采用不同的结构和码型，其中基站至移动台方向称为前向移动台方向称为前向CDMA信道，移动台信道，移动台至基站方向则称为反向至基站方向则称为反向CDMA信道。信道。 导频信道：用于传输由基站连续发送的导频信道：用于传输由基站连续发送的导频信号。导频信号。 同步信道：当移动台通过导频信道与引同步信道：当移动台通过导频信道与引导导PN序列同步后，则认为移动台与同步信序列同步后，则认为移动台与同步信道保持同步。道保持同步。 寻呼信道：主要用于在呼叫接续阶段传寻呼信道：主要用于在呼叫接续阶段传输寻呼移动台的信息。输寻呼移动台的信息。 前向业务信道：主要用于话音与用户数前向业务信道：主要用

34、于话音与用户数据的传输。据的传输。 接入信道：在呼叫建立时提供移动台到接入信道：在呼叫建立时提供移动台到基站的传输通路，以便进行信令及其他有基站的传输通路，以便进行信令及其他有关信息的传输。关信息的传输。 反向业务信道：反向业务信道主要用于反向业务信道：反向业务信道主要用于话音数据与用户数据的传输，与正向业务话音数据与用户数据的传输，与正向业务信道相对应。信道相对应。 1cdma2000 1x网络结构网络结构图图4-20 cdma2000 1x系统的网络结构系统的网络结构 PCF类似于类似于GPRS网络中的分组控制单元网络中的分组控制单元（PCU），通常与），通常与BSC合设，用于将分组数合设

35、，用于将分组数据业务在据业务在BSC处从话音业务中分离出来，在处从话音业务中分离出来，在BTS和和PDSN间传送。间传送。 PDSN主要提供以下功能：主要提供以下功能： 为每一个用户终端建立、终止为每一个用户终端建立、终止PPP连接，连接，以向用户提供分组数据业务；以向用户提供分组数据业务； 与与Radius服务器配合向分组数据用户提服务器配合向分组数据用户提供认证功能，以确认用户的身份和权限。供认证功能，以确认用户的身份和权限。 将接收到来自将接收到来自PCF的计费信息及自身采的计费信息及自身采集的计费信息合成用户数据记录，通过集的计费信息合成用户数据记录，通过Radius协议送往协议送往R

36、adius服务器；服务器； 支持支持PPP及及IP头压缩功能，以节约无线头压缩功能，以节约无线资源；资源； 从从AAA服务器接收用户（移动台）特性服务器接收用户（移动台）特性参数，以区分不同业务和不同安全机制。参数，以区分不同业务和不同安全机制。 对于简单对于简单IP业务，业务，PDSN在在IPCP阶段为阶段为用户终端分配一个动态用户终端分配一个动态IP地址，对于移动地址，对于移动IP业务，业务，PDSN支持外部代理（支持外部代理（FA）功能。）功能。 对于移动对于移动IP业务，支持与漫游前的业务，支持与漫游前的PDSN互操作，支持非归属互操作，支持非归属IP网时，不同网时，不同PDSN之之间

37、的切换；能够使用间的切换；能够使用IKE（Internet 密钥交密钥交换）程序，建立、保持和终结至换）程序，建立、保持和终结至HA的通信；的通信；在反向隧道的情况下，将来自终端用户的在反向隧道的情况下，将来自终端用户的IP分组路由到分组路由到IP网或者直接到网或者直接到HA。 使用移动使用移动IP业务时，应建设业务时，应建设HA。 HA主要完成以下功能：主要完成以下功能： 能够提供公网访问和穿过公网的专网访能够提供公网访问和穿过公网的专网访问；问； 鉴别来自移动台的移动鉴别来自移动台的移动IP注册。注册。 将来自网络的将来自网络的IP分组以隧道方式发送到外分组以隧道方式发送到外部代理（部代理

38、（FA）；）； 可以使用可以使用IKE（Internet密钥交换）程序，密钥交换）程序，建立、保持和终结至建立、保持和终结至PDSN（作为移动（作为移动IP FA）的通信；的通信； 接收接收AAA服务器向用户发送的规定信息；服务器向用户发送的规定信息； 可以分配动态归属地地址。可以分配动态归属地地址。 AAA服务器为鉴权、认证、计费服务器服务器为鉴权、认证、计费服务器的简称，主要完成以下功能：的简称，主要完成以下功能： 接收来自接收来自PDSN的鉴权请求、认证、计的鉴权请求、认证、计费信息，并将其转发到代理费信息，并将其转发到代理AAA服务器或服务器或归属地归属地AAA服务器，并向服务器，并向

39、PDSN发送确认发送确认消息。消息。 根据从归属地网络收到的相关信息，向根据从归属地网络收到的相关信息，向PDSN发送有关用户特征及发送有关用户特征及QoS的信息；的信息； 对于简单对于简单IP业务，可以为用户分配动态业务，可以为用户分配动态IP地址；对于移动地址；对于移动IP，作为选项，与漫游，作为选项，与漫游前的前的PDSN互操作，支持非归属互操作，支持非归属IP网不同网不同PDSN之间的切换。之间的切换。 与与cdmaOne 相比，相比，cdma2000 1x采用了一采用了一些新的技术，主要有以下几种。些新的技术，主要有以下几种。 移动台测量收到业务信道的移动台测量收到业务信道的Eb/N

40、t，并与，并与门限值比较，根据比较结果，向基站发出门限值比较，根据比较结果，向基站发出调整基站发射功率的指令，功率控制速率调整基站发射功率的指令，功率控制速率可以达到可以达到800bit/s。 快速前向功率控制可以减少基站发射功快速前向功率控制可以减少基站发射功率、减少总干扰，最终可以增大系统容量。率、减少总干扰，最终可以增大系统容量。 此技术有以下两个用途。此技术有以下两个用途。 因基站使用快速寻呼信道向移动台发出因基站使用快速寻呼信道向移动台发出指令，指定移动台是处于监听寻呼信道还指令，指定移动台是处于监听寻呼信道还是处于低功耗的睡眠状态，这样移动台便是处于低功耗的睡眠状态，这样移动台便不

41、必长时间连续监听前向寻呼信道，可减不必长时间连续监听前向寻呼信道，可减少移动台激活时间和节省移动台功耗。少移动台激活时间和节省移动台功耗。 通过前向快速寻呼信道，基地台向移动通过前向快速寻呼信道，基地台向移动台发出最近几分钟内的系统参数消息，使台发出最近几分钟内的系统参数消息，使移动台根据此新消息作相应设置处理。移动台根据此新消息作相应设置处理。 cdma2000 1x采用了直接扩频发射分集技采用了直接扩频发射分集技术，它有两种方式。术，它有两种方式。 方法是先分离数据流再用不同的正交方法是先分离数据流再用不同的正交Walsh码对两个数据流进行扩频，并通过码对两个数据流进行扩频，并通过两付发射

42、天线发射。两付发射天线发射。 使用两根空间分集的天线发射已交织的使用两根空间分集的天线发射已交织的数据，用相同原始数据，用相同原始Walsh码信道。码信道。 使用前向链路发射分集技术可以减少发使用前向链路发射分集技术可以减少发射功率，抵抗瑞利衰落，增大系统容量。射功率，抵抗瑞利衰落，增大系统容量。 基站利用反向导频信道发出的扩频信号基站利用反向导频信道发出的扩频信号捕获移动台的发射信号，再用捕获移动台的发射信号，再用Rake接收机接收机实现相干解调。实现相干解调。 与与IS-95采用的非相干解调相比，提高了采用的非相干解调相比，提高了反向链路性能，降低了移动台发射功率，反向链路性能，降低了移动

43、台发射功率，提高了系统容量。提高了系统容量。 在反向链路中，数据采用连续导频，使在反向链路中，数据采用连续导频，使信道上数据波形连续，此措施可减少外界信道上数据波形连续，此措施可减少外界电磁干扰，改善搜索性能。电磁干扰，改善搜索性能。 支持前向快速功率控制以及反向功率控支持前向快速功率控制以及反向功率控制连续监控。制连续监控。 Turbo 码具有优异的纠错性能，适于高速码具有优异的纠错性能，适于高速率、对译码时延要求不高的数据传输业务，率、对译码时延要求不高的数据传输业务，并可降低对发射功率的要求、增加系统容并可降低对发射功率的要求、增加系统容量，在量，在cdma2000 1x中中Turbo码

44、仅用于前向码仅用于前向补充信道和反向补充信道中。补充信道和反向补充信道中。 与与IS-95不同，不同，cdma2000 1x支持支持5ms、10ms、20ms、40ms、80ms和和160ms多种帧长，不同多种帧长，不同类型信道分别支持不同帧长。类型信道分别支持不同帧长。 前向基本信道、前向专用控制信道、反向基前向基本信道、前向专用控制信道、反向基本信道、反向专用控制信道采用本信道、反向专用控制信道采用5ms或或20ms帧，前向补充信道、反向补充信道采用帧，前向补充信道、反向补充信道采用20ms、40ms或或80ms帧，话音信道采用帧，话音信道采用20ms帧。帧。 较短帧可以减少时延，但解调性

45、能较低；较较短帧可以减少时延，但解调性能较低；较长帧可降低对发射功率要求。长帧可降低对发射功率要求。 媒体接入控制子层控制多种业务接入物媒体接入控制子层控制多种业务接入物理层，保证多媒体通信的实现。理层，保证多媒体通信的实现。 它实现话音、分组数据和电路数据业务，它实现话音、分组数据和电路数据业务，同时处理和提供发送、复用、同时处理和提供发送、复用、QoS控制及接控制及接入程序。入程序。 与与IS-95相比，可以满足更宽带和更多业务相比，可以满足更宽带和更多业务的要求。的要求。4.4.1 第三代移动通信系统概述第三代移动通信系统概述 20世纪世纪80年代末，第二代移动通信系统的年代末，第二代移

46、动通信系统的出现将移动通信带入了数字化的时代，但第出现将移动通信带入了数字化的时代，但第二代移动通信也只实现了区域内制式的统一，二代移动通信也只实现了区域内制式的统一，而且数据能力很有限，随着而且数据能力很有限，随着Internet应用的应用的快速普及，用户迫切希望能有一种能够提供快速普及，用户迫切希望能有一种能够提供真正意义的全球覆盖，具有宽带数据能力，真正意义的全球覆盖，具有宽带数据能力，业务更为灵活，同时其终端设备又能在不同业务更为灵活，同时其终端设备又能在不同制式的网络间漫游的新系统。制式的网络间漫游的新系统。 为此国际电联（为此国际电联（ITU）提出了）提出了FPLMTS（未来公共陆

47、地移动通信系统）概念，这（未来公共陆地移动通信系统）概念，这就是第三代移动通信系统的前身。就是第三代移动通信系统的前身。 1996年，年，FPLMTS被正式更名为被正式更名为IMT-2000，即国际移动通信系统，工作于即国际移动通信系统，工作于2000MHz频段、频段、2000年左右投入商用。年左右投入商用。 从此，第三代移动通信开始了其不断发展从此，第三代移动通信开始了其不断发展之路。之路。 第三代移动通信系统的主要目标是实现第三代移动通信系统的主要目标是实现IT网络全球化、业务综合化和通信个人化。网络全球化、业务综合化和通信个人化。 提供全球无缝覆盖和漫游（见图提供全球无缝覆盖和漫游（见图

48、4-21）。）。图图4-21 IMT-2000网络覆盖示意图网络覆盖示意图 提供高质量的话音、图像、可变速率的提供高质量的话音、图像、可变速率的数据等多种多媒体业务；数据等多种多媒体业务； 多重小区结构、多种接入方式，适应陆多重小区结构、多种接入方式，适应陆地、航空、海域等多种运行环境；地、航空、海域等多种运行环境； 系统管理和配置灵活，业务组织灵活；系统管理和配置灵活，业务组织灵活； 移动终端轻便、成本低，满足通信个人移动终端轻便、成本低，满足通信个人化的要求；化的要求； 高频谱利用率，足够的系统容量；高频谱利用率，足够的系统容量； 全球范围设计上的高度一致，与现有网全球范围设计上的高度一致

49、，与现有网络之间各种业务的相互兼容，支持系统平络之间各种业务的相互兼容，支持系统平滑升级和现有系统的演进。滑升级和现有系统的演进。 为实现上述目标，对其无线传输技术提为实现上述目标，对其无线传输技术提出了以下要求。出了以下要求。 高速传输速率以支持多媒体业务：室内高速传输速率以支持多媒体业务：室内环境至少环境至少2Mbit/s；室外步行环境至少；室外步行环境至少384kbit/s；室外车辆运动中至少；室外车辆运动中至少144kbit/s。 传输速率能够按需分配。传输速率能够按需分配。 上、下行链路能适应不对称业务的需求。上、下行链路能适应不对称业务的需求。（1）简要发展历程）简要发展历程（2）

50、系统结构）系统结构图图4-22 IMT-2000系统结构与接口系统结构与接口 我国对第三代公众移动通信系统的频率规我国对第三代公众移动通信系统的频率规划如下。划如下。 主要工作频段：主要工作频段： 频分双工（频分双工（FDD）方式：）方式：19201980MHz/21102170MHz，共，共2 60MHz；时分双工（时分双工（TDD）方式：）方式：18801920MHz、20102025MHz，共，共55MHz。 频分双工（频分双工（FDD）方式：）方式：17551785MHz/18501880MHz，共，共2 30MHz；时分双工（时分双工（TDD）方式：）方式：23002400MHz，与

51、，与无线电定位业务共用，均为主要业务。无线电定位业务共用，均为主要业务。 19802010MHz/21702200MHz。目前已规划给第二代公众移动通信系统的目前已规划给第二代公众移动通信系统的825835MHz/870880MHz、885915MHz/930960MHz和和17101755MHz/18051850MHz频段，同时规划频段，同时规划为第三代公众移动通信系统为第三代公众移动通信系统FDD方式的扩方式的扩展频段，上、下行频率使用方式不变。展频段，上、下行频率使用方式不变。 WCDMA主要由欧洲主要由欧洲ETSI和日本和日本ARIB提提出、经多方融合而形成，是在出、经多方融合而形成，

52、是在GSM系统基系统基础上发展的一种技术，其核心网基于础上发展的一种技术，其核心网基于GSM-MAP。 支持这一标准的电信运营商、设备制造支持这一标准的电信运营商、设备制造商形成了商形成了3GPP阵营。阵营。1UMTS系统系统图图4-23UMTS系统结构系统结构图图4-24UMTS网络单元构成网络单元构成 UE是用户终端设备，它主要包括射频处是用户终端设备，它主要包括射频处理单元、基带处理单元、协议栈模块以及理单元、基带处理单元、协议栈模块以及应用层软件模块等。应用层软件模块等。 UTRAN即陆地无线接入网，分为基站即陆地无线接入网，分为基站（Node B）和无线网络控制器（）和无线网络控制器

53、（RNC）两）两部分。部分。 RNC是无线网络控制器，主要完成连接是无线网络控制器，主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、无线资建立和断开、切换、宏分集合并、无线资源管理控制等功能，具体如下。源管理控制等功能，具体如下。 执行系统信息广播与系统接入控制功能；执行系统信息广播与系统接入控制功能； 执行切换和执行切换和RNC迁移等移动性管理功能；迁移等移动性管理功能； 执行宏分集合并、功率控制、无线承载分执行宏分集合并、功率控制、无线承载分配等无线资源管理和控制功能。配等无线资源管理和控制功能。 核心网（核心网（CN）负责与其他网络的连接以）负责与其他网络的连接以及对及对MS通信的管理。通信的

54、管理。 宽带码分多址（宽带码分多址（WCDMA）技术具有以）技术具有以下特点。下特点。 高度的业务灵活性。高度的业务灵活性。 频谱效率高。频谱效率高。 容量和覆盖范围大。容量和覆盖范围大。 网络规模的经济性好。网络规模的经济性好。 卓越的话音能力。卓越的话音能力。 无缝的无缝的GSM/WCDMA接入。接入。 快速业务接入。快速业务接入。 从从GSM平滑升级，技术成熟、风险低。平滑升级，技术成熟、风险低。 终端的经济性和简单性。终端的经济性和简单性。 cdma2000是由窄带是由窄带CDMA（IS-95）向上）向上演进的技术，经融合形成了现有的演进的技术，经融合形成了现有的3GPP2 cdma2

55、000。 IMT-2000标准中标准中cdma2000包括包括1x和和Nx两部分，对于射频带宽为两部分，对于射频带宽为N 1.25MHz的的cdma2000系统（系统（N=1,3,6,9,12），采用多个），采用多个载波来利用整个频带。载波来利用整个频带。 1xEV是一种依托在是一种依托在cdma2000 1x基础上的基础上的增强型技术，能在与前期增强型技术，能在与前期cdma2000 1x相同相同的的1.25 MHz带宽情况下使数据业务能力达带宽情况下使数据业务能力达到到ITU规定的第三代移动通信业务速率标准规定的第三代移动通信业务速率标准2Mbit/s以上，并与以上，并与IS-95A 和和

56、cdma2000 1x网络后向兼容。网络后向兼容。 高通公司提出的高通公司提出的HDR（High Data Rate）技术是该阶段的技术标准，它于技术是该阶段的技术标准，它于2000年被年被TIA/EIA接纳为接纳为IS-856标准标准（Rel.0 版本版本），），2001年被年被ITU-R接纳为接纳为3G技术标准之一。技术标准之一。 随着多媒体数据业务的发展，各种新的随着多媒体数据业务的发展，各种新的业务形式不断出现，对系统带宽和业务形式不断出现，对系统带宽和QoS保保证等方面的要求也不断提高。证等方面的要求也不断提高。 TD-SCDMA是时分是时分-同步码分多址的英文同步码分多址的英文缩写

57、，是由原中国电信技术研究院（现大缩写，是由原中国电信技术研究院（现大唐电信科技股份有限公司）于唐电信科技股份有限公司）于1999年正式年正式提出、具有中国独立知识产权的新技术，提出、具有中国独立知识产权的新技术，被被ITU正式批准为第三代移动通信标准之正式批准为第三代移动通信标准之一，是我国通信业发展的一个新的里程碑，一，是我国通信业发展的一个新的里程碑，它打破了国外厂商在专利、技术、市场方它打破了国外厂商在专利、技术、市场方面的垄断地位，促进了民族移动通信产业面的垄断地位，促进了民族移动通信产业的迅速发展。的迅速发展。 TD-SCDMA的主要特点如下。的主要特点如下。 频谱灵活性好，频谱效率

58、高。频谱灵活性好，频谱效率高。 图图4-25 TD-SCDMA原理示意图原理示意图 易于采用智能天线等新技术。易于采用智能天线等新技术。 特别适合不对称业务。特别适合不对称业务。 易于数字化集成，可降低产品成本和价格。易于数字化集成，可降低产品成本和价格。 采用软件无线电技术。采用软件无线电技术。 与第二代移动通信系统与第二代移动通信系统GSM兼容，可由兼容，可由GSM平滑演进。平滑演进。 如同其他如同其他3G技术一样，技术一样，TD-SCDMA技术技术也在不断演进，其演进过程如图也在不断演进，其演进过程如图4-26所示。所示。 演进过程大体分为单载波演进过程大体分为单载波/多载波多载波TD-

59、SCDMA系统、单载波系统、单载波/多载波多载波HSDPA+上上行行HSUPA系统、长期演进（系统、长期演进（TD-LTE）和）和TDD未来演进系统未来演进系统4个阶段，其中每个阶个阶段，其中每个阶段又可以分为不同的层次。段又可以分为不同的层次。图图4-26 TD-SCDMA的演进的演进1HSPA WCDMA的的R99和和R4系统能够提供的最高系统能够提供的最高上、下行速率分别为上、下行速率分别为64kbit/s和和384kbit/s，为了能够与为了能够与cdma 1x EV-DO抗衡，真正达到抗衡，真正达到IMT-2000提出的目标，提出的目标，3GPP在其在其R5规范中规范中引入了引入了H

60、SDPA，在，在R6规范中引入了规范中引入了HSUPA，这两者合称为这两者合称为HSPA（高速分组接入），俗（高速分组接入），俗称称3.5G。 对运营商和用户来说，对运营商和用户来说，HSPA意味着更高意味着更高的速率、更大的系统容量、更低的延迟、更的速率、更大的系统容量、更低的延迟、更好的业务支持能力。好的业务支持能力。 高速下行分组接入（高速下行分组接入（HSDPA）是一种下行）是一种下行传输增强型技术，它充分参考了传输增强型技术，它充分参考了cdma2000 1x EV-DO的设计思想与经验，新增加一条的设计思想与经验，新增加一条共享的高速下行信道（共享的高速下行信道（HS-DSCH）进