《移动通信技术》课件第4章

1、南京信息职业技术学院 移动通信技术通信学院移动教研室第1章 概述1 第4章 移动通信系统4第2章 天线与电波传播2 第5章 GSM系统规划与优化5第3章 移动通信基本技术3 第6章 CDMA系统规划与优化6 第7章 增强覆盖系统77移动通信技术 目 录2第4章 移动通信系统 目 录4.1 第一代移动通信系统14.2 第二代移动通信系统224.3 第三代移动通信系统3第4章 移动通信系统AMPSTACSNMT其它GSMCDMA IS95TDMAIS-136PDC第一代 80年代模拟第二代 90年代数字第三代 IMT-2000UMTSWCDMACDMA2000需求驱动需求驱动模拟技术数字技术语音业

2、务宽带业务TD-SCDMA采用了蜂窝组网技术模拟蜂窝移动通信系统主要有： （1）北美的AMPS； （2）北欧的NMT-450/900； （3）英国的TACS；特点：FDMA、模拟调制、语音业务。我国TACS制式：A系统（摩托罗拉网）B系统（爱 立 信 网）4.1 第一代移动通信系统4.1 第一代移动通信系统结论：各种系统差异较多，互不兼容，移动用户无法在各种系统之间实现漫游。新的矛盾：1 各个国家无法实现漫游。2 数据承载业务很难开展。3 频谱利用率低，无法适应大容量的需求。4 安全性差。以GSM为代表的第二代移动蜂窝系统4.1 第一代移动通信系统 90年代开发出了以数字传输、时分多址和窄带码

3、分多址为主体的移动电话系统，称之为第二代移动电话系统。代表产品分为两类：TDMA系统 N-CDMA系统4.2 第二代移动通信系统泛欧GSM美国D-AMPS日本PDC高通公司为首研制的基于IS-95的N-CDMA分析：请对比1G，给出2G的特点。日 期 成 果 1982年 “移动通信特别组”在欧洲邮政与电信大会(CEPT)内成立 1986年 在巴黎，对欧洲各国经大量研究和实验后所提出的八个建议系统进行现场试验1987年 在1986年的基础上, 选择了主要无线传输技术 1988年 18个国家签署谅解备忘录, 承诺实施GSM900规范1989年 GSM成立欧洲电信标准协会的一个技术委员会 1990年

4、 第一阶段GSM 900规范(1987-1990年制定)被冻结, 开始DCS1800的修改 1991年 GSM系统正式在欧洲问世，网路开通运行，移动通信跨入第二代1992年GSM正式定名为“全球移动通信系统”(Global System for Mobile Communications)1992年 欧洲各大GSM900营运者开始商业营运 4.2.1 GSM系统 发展历程4.2 第二代移动通信系统BSSNSS 网络结构4.2 第二代移动通信系统相关英文简写：MS：Mobile Station 移动台BSS：Base Station Subsystem 基站子系统NSS：Network and

5、Switching Subsystem 网络交换子系统OMC：Operation and Maintenance Center 操作维护中心MSC：Mobile Switching Center 移动交换中心VLR：Visitor Location Register 访问位置寄存器HLR：Home Location Register 原籍位置寄存器AUC：Authentication Center 鉴权中心EIR：Equipment Identification Register 移动设备识别寄存器BSC：Base Station Controller 基站控制器BTS：Base Transc

6、eiver Station 基站收发信台 4.2 第二代移动通信系统移动台（MS）基站子系统BSS是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分.通过无线接口直接与移动台相连，负责无线发送接收和无线资源的管理.它与NSS相连，实现移动用户间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等.与操作支持子系统OSS之间实现互通基站子系统（BSS）基站控制器（BSC）基站收发信台（BTS）网络子系统（ NSS ）是整个系统的核心，它对GSM移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换、连接与管理的功能.主要负责完成呼叫处理、通信管理、移动管理、部分无线资源管理、安全性

7、管理、用户数据和设备管理、计费记录处理、公共信道、信令处理和本地运行维护等网络子系统（NSS）移动交换中心（MSC）访问位置寄存器（VLR）归属位置寄存器（HLR）鉴权中心（AUC）设备识别寄存器（EIR）GSM主要接口Um接口A接口Abis接口NSS内部接口1、工作频段上行（移动台发送，基站接收）频率范围：890MHz915MHz下行（基站发送，移动台接收）频率范围：935MHz960MHz01240124915MHz935MHz960MHzUPLINKDOWNLINK890MHz GSM系统的无线技术双工间隔为45MHz工作带宽为25MHz载频间隔为200kHz频道序号为1124，共124

8、个频点 4.2 第二代移动通信系统 频道序号和频点标称中心频率的关系为： fl（n）=8900.2n（MHz），上行 fh（n）= fl（n）45（MHz），下行 其中1n124，n为频道序号，或称绝对射频信道号（ARFCN）01240124915MHz935MHz960MHzUPLINKDOWNLINK4.2 第二代移动通信系统 2、多址方案 在GSM 系统中，每个小区含有多个载频，每个载频上含有8个时隙，因此GSM 系统是FDMA/TDMA的接入方式。4.2 第二代移动通信系统 3、GMSK调制 GMSK是一种特殊的数字FSK调制方式，调制速率为270.833千波特。在GSM中，使用高斯预

9、调制滤波器进一步减小调制频谱，它可以降低频率转换速度。4.2 第二代移动通信系统 4、信道编码 GSM中使用的信道编码有卷积码和分组码。卷积码主要用于纠错，分组码主要用于检测和纠正成组出现的错码，通常与卷积码混合使用。 无线通信的突发误码的产生，常常是因为持续时间较长的衰落引起的，如果只依靠上述的信道编码方式来检错和纠错是不够的。为了更好地解决这类误码问题，在系统中采用信道交织技术。4.2 第二代移动通信系统 5、跳频技术 数字移动通信系统中，为了提高系统抗干扰能力，常用到扩频技术，其中包括直扩方式和跳频方式，在GSM系统中采用的是跳频方式。 引入跳频的原因有两个。第一是基于频率分集的原理，用

10、于对抗瑞利衰落，通过跳频，突发脉冲不会被瑞利衰落以同一种方式破坏。第二是基于干扰源特性。引入跳频使得它可以在一个可能干扰小区的许多呼叫之间分散干扰，而不是集中在一个呼叫上。 4.2 第二代移动通信系统 6、功率控制 功率控制可以分为上行功率控制和下行功率控制，上行和下行功率控制是独立进行的。不论是上行功率控制还是下行功率控制，通过降低发射功率，都能够减少上行或下行方向的干扰，同时降低手机或基站的功耗，表现出来的最明显的好处就是：整个GSM网络的平均通话质量大大提高，手机的电池使用时间也大大延长。 4.2 第二代移动通信系统 7、非连续发送（DTX） 话音传输有两种方式：一种是无论用户是否讲话，

11、话音总是连续编码（每20ms一个话音帧）。另一种是非连续发送方式（DTX，Discontinuous Transmission）：在话音激活期进行13kbps编码，在话音非激活期进行500bit/s编码，每480ms传输一个舒适噪声帧（每帧20 ms）。 采用DTX方式有两个目的，一是降低空中总的干扰电平，二是节约发射机的功率。 4.2 第二代移动通信系统 8、时间提前量传播时延t传播时延tTA这样下去不行，得让手机提前一个TA值时间发给我！ 随着移动到基站的距离的变化，系统随时向移动台发送指令，指示移动台需要提前发送的时间，这个过程也就是时间提前量的调整。 4.2 第二代移动通信系统 GSM

12、系统的区域覆盖及编号计划1、区域覆盖4.2 第二代移动通信系统(1)GSM网路的最小不可分割的区域是由一个基站(全向天线)或一个基站的一个扇形天线所覆盖的区域，或称小区或cell。(2)若干个小区组成一个位置区(LAI),位置区的划分是由网路运营者设置的。一个位置区可能和一个或多个BSC有关，但只属于一个MSC。位置区信息存储于系统的MSC/VLR中，系统使用位置区识别码(LAI)识别位置区。(3)一个MSC业务区是其所管辖的所有小区共同覆盖的区域，可由一个或几个位置区组成。(4)PLMN（公用陆地移动通信网）业务区是由一个或多个MSC业务区组成。每个国家有一个或多个。例如我国中国移动的全国G

13、SM移动通信网络，以网络号“00”表示；中国联通全国GSM移动通信网络，网络号用“01”表示。(5)GSM业务区是由全球各个国家的PLMN网路所组成的。 4.2 第二代移动通信系统 概念- 位置区 为了确认移动台的位置，每个GSM PLMN的覆盖区都被分为许多个位置区，一个位置区可以包含一个或多个小区。网络将存储每个移动台的位置区，并作为将来寻呼该移动台的位置信息。对移动台的寻呼是通过对移动台所在位置区的所有小区寻呼实现的。在做网络规划时，对位置区的划分相当重要，在划分位置区过程中，应保证不会产生呼叫负荷过高的前提下，尽量使位置更新次数降低到最小。 当移动台更换位置区时，移动台发现其存储器中的

14、LAI与接收到的LAI发生了变化，便执行登记。这个过程叫“位置更新”，位置更新是移动台主动发起的。4.2 第二代移动通信系统 2、GSM系统的编号计划 GSM网络是比较复杂的，它包含无线、有线信道，并与其他网络如PSTN、ISDN等网络互相连接。为了将一次呼叫接续传至某个移动用户，需要调用相应的实体。因此，正确地寻址就非常重要，各种号码就是用于识别不同的移动用户、不同的移动设备以及不同的网络。4.2 第二代移动通信系统MSISDN是指主叫用户为呼叫GSM PLMN中的一个移动用户所需拨的号码，作用同于固定网PSTN号码存储在HLR和VLR中，在MAP接口上传送例SIS

15、DN4.2 第二代移动通信系统CC： Country Code，国家码，如中国为86。NDC：National Destination Code，国内接入号，如139、130等等。SN： Subscriber NumberMSISDN的一般格式为86-139-H0 H1 H2 H3 ABCDCCNDCSNNational (significant)Mobile numberMobile station internationalISDN numberMSISDN4.2 第二代移动通信系统IMSI是GSM系统分配给移动用户(MS)的唯一的识别号。存储在SIM卡、HLR和VLR中，在无线接口及MA

16、P接口上传送。 IMSI分配原则：最多包含15个数字(0-9)。例:460002289000168IMSI4.2 第二代移动通信系统Not more than 15 digits3 digits2 digitsIMSIMCCMNCMSINNMSIMCC：移动国家码，三个数字，如中国为 460。MNC：移动网号，两个数字，如中国移动的MNC为00。MSIN：在某一PLMN内MS唯一的识别码,编码格式为:H1 H2 H3 SXXXXXXNMSI：在某一国家内MS唯一识别码。IMSI4.2 第二代移动通信系统TMSI是为了加强系统的保密性而在VLR内分配的临时用户识别，在某一VLR区域内与IMSI唯

17、一对应。TMSI分配原则：包含四个字节，可以由八个十六进制数组成，其结构可由各运营部门根据当地情况而定。TMSI4.2 第二代移动通信系统当移动用户漫游到一个新的MSC/VLR业务区时，由VLR给它分配一个临时性的漫游号码，并通知该移动台的HLR，用于建立通信路由。编码格式为: 在MSC-Number的后面增加几个字节MSRN4.2 第二代移动通信系统TAC-型号批准码，由欧洲型号批准中心分配。FAC-最后装配码，表示生产厂家或最后装配所在地，由厂家进行编码SNR-序号码。这个数字的独立序号码唯一地识别每个TAC和FAC的每个移动设备。SP-备用,为0例：490547403767335IMEI

18、唯一地识别一个移动台设备，用于监控被窃或无效的移动设备,#06#IMEI（15位数字）TACSPFACSNR6个数字2个数字6个数字1个数字IMEI4.2 第二代移动通信系统MCC：Mobile Country Code，移动国家码，中国为 460。MNC：Mobile Network Code，移动网号，两个数字， 如中国移动的MNC为00。LAC：Location Area Code，是2个字节长的十六进制BCD码， 0000与FFFE不能使用。 例:460008C90在检测位置更新时，要使用位置区识别LAI，寻呼移动台是以LAI为单位进行Location Area Identificat

19、ionMCCMNCLACLAI4.2 第二代移动通信系统在所有GSM PLMN中用作小区的唯一标识，是在LAI 的基础上再加上小区识别CI构成，即CGI=LAI+CI。CGI4.2 第二代移动通信系统NCC-PLMN色码。用来唯一地识别相邻国家不同的PLMN。 相邻国家要具体协调NCC的配置。BCC-BTS色码。用来唯一地识别采用相同载频、相邻的、不同的BTS。(取值07)例：25用于移动台识别相邻的、采用相同载频的、不同的基站收发信台（BTS），特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载频的相邻BTS.基站识别色码BSICNCCBCCBSIC4.2 第二代移动通信系统 GSM是数字通信系统，

20、其任务是传输比特流。为了更好地把通信业务与传输方案对应起来，引进了信道（CHANNEL）的概念。不同的信道可以同时传输不同的比特流，信道可分为物理信道和逻辑信道，逻辑信道至物理信道的映射是指将要发送的信息安排到合适的TDMA帧和时隙的过程。 GSM系统的无线信道4.2 第二代移动通信系统1、无线帧结构4.2 第二代移动通信系统 2、物理信道 GSM系统中，信道分成逻辑信道和物理信道。时隙是基本的物理信道，一个载频包含8个物理信道。根据BTS和MS之间传递的信息的种类不同而定义的信道称为逻辑信道。逻辑信道按其功能分为业务信道（TCH）和控制信道（CCH）。4.2 第二代移动通信系统3、逻辑信道4

21、.2 第二代移动通信系统 （1）业务信道 业务信道携载编码语音或用户数据，它有全速率业务信道（TCH/F）和半速率业务信道（TCH/H）之分： a、话音业务信道 TCH/F：全速率话音业务信道，总速率为22.8kb/s TCH/H：半速率话音业务信道，总速率为11.4kb/s b、数据业务信道4.2 第二代移动通信系统 （2）控制信道 控制信道用于携载信令或同步数据，包括三类控制信道：广播信道、公共控制信道和专用控制信道。 a、广播信道（ BCH ） 广播信道是一点对多点的单向下行控制信道，即基站到移动台单向传输，用于向MS广播各类消息，分为三种信道：FCCH：频率校准信道，该信道携载有用于M

22、S频率纠正的信息。SCH：同步信道，携载MS帧同步和基站收发信台（BTS）识别信息。BCCH：广播控制信道用于发送小区信息。在每个基站收发信台中总有一个收发信机含有这个信道，以向该小区中所有移动台广播系统消息。4.2 第二代移动通信系统 b、公共控制信道（ CCCH ） 公共控制信道是一点对多点的双向控制信道，为网络中MS所共用，它包括三种信道：PCH：寻呼信道，用于BTS寻呼MS（下行信道）。RACH：随机接入信道，用于MS随机提出入网申请，即请求分配专用控制信道（上行信道）。AGCH：准予接入信道，用于BTS对MS的随机接入请求作出应答，即分配一专用控制信道或直接分配一个TCH（下行信道）

23、。4.2 第二代移动通信系统 c、专用控制信道DCCH 专用控制信道是点对点的双向控制信道，使用时BTS将其分配给MS，进行BTS与MS之间点对点的传输。SDCCH：独立专用控制信道，用于在分配业务信道之前传送有关信令，如登记、鉴权等。SACCH：慢速随路控制信道，与一条业务信道或一条SDCCH联合使用，用来传送用户信息期间某些特定信息，例如：功率和帧调整控制信息、测量数据等。FACCH：快速随路控制信道，与一条业务信道联合使用，携带与SDCCH同样的信号，但只在没有分配SDCCH的情况下才分配FACCH，通过业务信道借取的帧（称为“偷帧”）来实现接续，传送如“越区切换”等指令。4.2 第二代

24、移动通信系统 搜寻频率校正脉冲 搜寻同步脉冲 解读系统消息 侦听寻呼消息 发送接入脉冲 信令信道分配 呼叫建立 话音信道分配 通话 呼叫释放FCCHSCHBCCHPCHRACHAGCHSDCCHFACCHTCHFACCH空闲状态关机状态专用模式空闲状态各逻辑信道作用示意4.2 第二代移动通信系统4、物理信道和逻辑信道的映射 a、控制信道的映射 广播信道(BCH)和公用控制信道(CCCH)在主载频(C0)的 TS0上的复用(下行链路) ； 随机接入信道(RACH) 在主载频(C0)的 TS0上的复用（上行链路）复用； SDCCH和 SACCH在主载频(C0) 的TS1上的复用。主载频 C0上的

25、TS1可用于独立专用控制信道和慢速辅助控制信道： 注：若只有一个载频，则公用控制信道和专用控制信道均在TS0上复用 b、业务信道的映射 除映射控制信道以外的时隙均映射业务信道（TCH）。4.2 第二代移动通信系统4.2.2 IS-95系统4.2 第二代移动通信系统 IS-95系统空中接口参数4.2 第二代移动通信系统 IS-95系统网络结构4.2 第二代移动通信系统 在CDMA数字蜂窝移动通信系统中，需要用地址码来区分地址，我们称不同类型的地址码为多址码。利用多址码可实现基站站址、信道类型、用户身份及业务类型的识别。 IS-95系统中的地址码4.2 第二代移动通信系统地址码类型用户地址：区分不

26、同的移动用户用户地址码的数量要求各用户间地址的正交（准正交）性能要求多速率（多媒体）业务地址：用于多媒体业务中区分不同类型速率的业务；质量的要求，满足不同速率业务之间的正交性能；信道地址：用于区分每个小区的不同信道；质量的要求，各信道之间正交、互不干扰；基站地址：用于区分不同基站与扇区数量上有一定的要求，要求各基站间正交减少基站间干扰。4.2 第二代移动通信系统设计问题以上四类地址码，要求完全不一致，难于用同一类正交码或PN码同时满足数量和质量上的矛盾；对不同地址码，根据不同的要求，分别设计不同类型的码组，以解决不同的矛盾，是当今地址码设计的主导思想。 （1）解决地址码数量的主要方法采用超长m

27、序列，比如242-1，模2加用户电子序列号ESN，作为地址码兼作掩码的方法，在IS-95及第三代移动通信中得到广泛的使用；从m序列扩展到Gold序列。4.2 第二代移动通信系统 （2）解决质量问题的主要方法采用完全正交的walsh码区分信道地址；采用walsh码与中等长度伪码联合扩频的复合正交码，改善walsh的互相关及小同步误差时正交性能的恶化； （3）解决多速率业务的主要方法在IS-95中，采用低速率重复和最高速率并行选通发送的方式；第三代移动通信中，采用层间可变扩频比正交码，即OVSF码方式；3G还采用多信道并行发送方式，具体实现可采用多码、多时隙和多载波的方式。4.2 第二代移动通信系

28、统m序列：最长线性反馈移位寄存器序列。m序列组成：n 级移位寄存器、抽头反馈和模2加法器；N 级移位寄存器产生的最大长度的码序列：P = 2n 1位n级移位寄存器： 2n 1个状态（除去全零状态）生成多项式Gn(x) = C0X0 + C1X1 + C2X2 + + CnXn2、伪随机序列（1）m序列4.2 第二代移动通信系统T0 010T1 101T2 110T3 111T4 011T5 001T6 100T7 010生成多项式：G3(x) = 1 + X2 + X3输出序列：0 1 0 1 1 1 0长度和重复周期：P = 23 - 1 = 74.2 第二代移动通信系统码的平衡性好一个周期

29、内“1”和“0”的个数大体相同（1比0多1个）m序列与其移位后的序列模2加所得的序列仍为m序列，但相位不同举例：0111001向左移两位再模2加所得序列仍为m序列，相位移了一位4.2 第二代移动通信系统m序列的自相关性考察某个m序列与其后移位的序列的相似性A：0的个数（相对应码元相同的数目）；D：1的个数（相对应码元不同的数目）；P = A + D（序列周期长度）Re()Re()11- 1/PP位移比特04.2 第二代移动通信系统互相关性表征两个不同信号的相似性两个不同的信号序列的互相关值越接近0，两个序列的差别越大，即相关性越弱。两个信号的互相关值等于0时，两个信号完全正交不同m序列的互相关

30、值不等于0，且呈现多值性4.2 第二代移动通信系统 对于周期为P=2n-1的m序列，若序列对ai和bi的互相关函数值只取三个值： 上述三个值被称为理想三值。能够满足这一特性的m序列对ai和bi被称为m序列优选对。其中（2）Gold序列4.2 第二代移动通信系统一种m序列的复合码将周期相等，并经过优选的两个m序列进行模2加组合形成新的序列；2n + 1个Gold序列两个m序列共有2n 1不同的相对位移两个产生Gold序列的m序列优选对Gold序列数比m序列数多的多！4.2 第二代移动通信系统一种非正弦的完备正交函数系两种取值（-1、+1或0、1）沃尔什函数族中，两两之间的互相关函数为“0”，它们

31、之间是完全正交的。沃尔什函数的产生哈达码矩阵H+l和 -l元素构成的正交方阵H中任意两行或两列这些函数互相正交一般关系式：在IS-95系统中，选用码长n = 26 = 64阶的正交Walsh函数系作为信道地址码。3、Walsh正交码4.2 第二代移动通信系统 IS-95为北美及韩国等采用的第二代数字式移动通信系统，由美国QUALCOMM公司推出的全世界第一个民用的CDMA蜂窝移动通信体制。在该系统中包括三种多址码：PN长码、PN短码、64阶Walsh码。 4、IS-95系统中的地址码4.2 第二代移动通信系统(1)PN长码 PN长码由42位移位寄存器加反馈及掩码形成的。周期为，产生码片的速率为

32、1.2288Mchip/s。 其作用如下： 前向信道上用于扰码。 反向信道上用于区分各个用户。4.2 第二代移动通信系统 （2）PN短码 长度为215-1的 m序列。 作用如下： 在反向信道上用于四相扩频。 在前向信道上区分基站或扇区：被用作对前向信道进行正交调制，不同的基站或扇区使用不同相位的m序列进行调制，其相位差至少为64个比特，这样，最多有512个不同的相位可用，码速率为1.2288Mchip/s。 1 offset =64 (chip) (215-1)+1=32768(chip) 则： 32768/64 =512个4.2 第二代移动通信系统 （3）64阶Walsh码 在CDMA系统中

33、，空中信道采用64阶Walsh码。 Walsh码在IS-95空中逻辑信道中的作用是： 前向信道上用于区分前向逻辑信道。 反向信道上作64阶正交调制。 其中：采用64位Walsh函数码作为前向信道地址码，分配如下： W(0)导频；W(32)同步信道；W(1)W(7)寻呼信道 其余为业务信道。4.2 第二代移动通信系统比特(bit)、符号(Symbol)与码片(Chip)输入含有信息的数据称为比特（bit）在经过卷积编码器、符号重复与交织后的数据被称为符号(symbol)经过最终扩频后得到的数据被称为码片(chip)前向(Forward)（正向）：从基站到移动台反向(Reverse)（后向）：从移

34、动台到基站补充常见术语 在CDMA系统中，各种逻辑信道都是由不同的码序列来区分的。任何一个通信网络除主要传输业务信息外， 还必须传输有关的控制信息。 为此，CDMA蜂窝系统在基站至移动台的传输方向(正向传输)上设置了导频信道、同步信道、寻呼信道和正向业务信道；在移动台至基站的传输方向(反向传输)上设置了接入信道和反向业务信道。这些信道的示意如图所示。 IS-95系统中的无线信道4.2 第二代移动通信系统CDMA蜂窝系统信道分类 4.2 第二代移动通信系统 正向传输的逻辑信道组成 在基站至移动台的下行链路中， 即CDMA正向传输的逻辑信道的组成如下图所示。 4.2 第二代移动通信系统 全0信息，

35、用Walsh 0码扩展，直接用PN短码进行调制 BTS连续发射导频信道 导频信道作用 帮助手机捕获系统 多径搜索 提供相位参考，帮助手机进行信道估计，作相干解调 切换时手机测量导频信道，进行导频强度比较正向信道类型导频信道导频信道（全0）Walsh 0To QPSK4.2 第二代移动通信系统导频信道（全0）Walsh 0To QPSK正向信道类型同步信道 手机通过同步信道获得与系统的同步 同步信道提供 导频偏置PILOT_PN 系统时间SYS_TIME 长码状态LC_STATE 寻呼信道速率P_RAT 同步信道速率固定为1200bps2.4kbps4.8kbps4.8kbps调制符号码符号重复

36、的码符号1.2kbps卷积编码r=1/2,K=9符号重复块交织同步信道比特To QPSKWalsh 32正向信道类型同步信道4.2 第二代移动通信系统 BTS在寻呼信道上广播 系统参数消息 接入参数消息 邻区列表 CDMA信道列表寻呼信道比特19.2kbps9.6kbps19.2kbps19.2kbps调制符号码符号重复的码符号9.6kbps4.8kbps卷积编码r=1/2,K=9码符号重复块交织寻呼信道P的长码掩码长码发生器抽取器1.2288McpsWalsh PTo QPSKBTS通过寻呼信道 寻呼手机 指配业务信道 寻呼信道速率为9600bps或4800bps 寻呼信道帧长为20ms正向

37、信道类型寻呼信道4.2 第二代移动通信系统PN码片1.2288Mcps重复的码符号重复的码符号19.2kbps码符号19.2kbps9.6kbps1.2kbps0.6kbps8.6kbps4.0kbps2.0kbps0.8kbps9.6kbps4.8kbps2.4kbps1.2kbps增加帧质量指示比特(12,8,0或0bits/frame)每帧增加8bit编码尾比特卷积编码r=1/2,K=9符号重复前向业务信道信息比特(172,80,40或16bits/frame)块交织19.2kbps64阶正交扩频复用器长码发生器功率控制比特抽取器抽取器扰码IQI信道序列1.2288McpsQ信道序列1.

38、2288Mcps基带滤波基带滤波Cos(2fct)Sin(2fct)I(t)Q(t)正向信道类型业务信道4.2 第二代移动通信系统导频“1”W0同步信道1200bit/s卷积编码码元重复交织W324800bit/s寻呼信道9.6kbit/s 4.8kbit/s 2.4kbit/s卷积编码码元重复交织Wi19.2kbit/s寻呼信道长码掩码长码发生器业务信道9.6kbit/s 4.8kbit/s 2.4kbit/s 1.2kbit/s卷积编码码元重复交织Wj用户k的长码掩码长码发生器功率控制比特19.2kbit/s复用Q信道导频伪码QI信道导频伪码I正向链路数据流方框图正向链路数据流方框图4.2

39、 第二代移动通信系统基站接收机的反向CDMA信道 CDMA系统的反向逻辑信道由接入信道和反向业务信道组成，下图示出了基站接收的反向CDMA逻辑信道的实例。4.2 第二代移动通信系统IQI信道序列1.2288Mcps4.8ksps(307.2kbps)PN码片1.2288Mcps调制符号(Walsh码片)重复的码符号重复的码符号28.8kbps码符号14.4kbps4.4kbps4.8kbps每帧增加8bit编码尾比特卷积编码r=1/3,K=9符号重复接入信道信息比特(80bits/frame)块交织28.8kbps64阶正交调制数据突发随机化长码发生器帧数据速率Q信道序列1.2288Mcps长

40、码掩码1/2 PN码片时延=406.9nsD基带滤波基带滤波Cos(2fct)Sin(2fct)I(t)Q(t)s(t)接入信道与正向传输的寻呼信道相对应，其作用是在移动台接续开始阶段提供通路，即在移动台没有占用业务信道之前，提供由移动台至基站的传输通路。供移动台发起呼叫或对基站的寻呼进行响应，以及向基站发送登记注册的信息等。反向信道接入信道4.2 第二代移动通信系统IQI信道序列1.2288Mcps4.8ksps(307.2kbps)PN码片1.2288Mcps调制符号(Walsh码片)重复的码符号重复的码符号28.8kbps码符号28.8kbps14.4kbps7.2kbps3.6kbps

41、8.6kbps4.0kbps2.0kbps0.8kbps9.6kbps4.8kbps2.4kbps1.2kbps增加帧质量指示比特(12,10,8或6bits/frame)每帧增加8bit编码尾比特卷积编码r=1/3,K=9符号重复反向业务信道信息比特(172,80,40或16bits/frame)块交织28.8kbps64阶正交调制数据突发随机化长码发生器帧数据速率Q信道序列1.2288Mcps1/2 PN码片时延=406.9nsD基带滤波基带滤波Cos(2fct)Sin(2fct)I(t)Q(t)反向信道业务信道4.2 第二代移动通信系统信道总结4.2 第二代移动通信系统GPRS是由第二代

42、向第三代进行过渡的一种移动通信技术，相当于2.5G移动通信技术发展的三个时代第一代模拟移动电话第二代GSM,CDMA第三代移动多媒体通信EDGE同样也是由第二代向第三代进行过渡的一种移动通信技术，相当于2.75G4.2.3 GPRS网络4.2 第二代移动通信系统什么是 GPRS?GPRS: General Packet Radio Service中文译为通用无线分组业务。它是在GSM网络的基础上发展起来的，为用户提供高速的无线数据通信，在行业内被称为2.5代移动通信业务。GPRS在现有GSM网络基础上发展起来的分组交换系统，与互联网或企业网相连，向移动客户提供丰富的数据业务。4.2 第二代移动

43、通信系统覆盖广适用于间断的、突发性的或频繁的、小流量数据传输 快速登录按量计费永远在线分组交换GPRS特点4.2 第二代移动通信系统 GPRS涉及的网元包括BTS、BSC、SGSN、GGSN、HLR。用户使用GPRS业务时，移动台通过BTS、BSC、SGSN和GGSN连接到互联网，用户的数据及位置信息由HLR提供。 与GSM网络相比，BSC增加了新的硬件。MSBSSCSS PSSSGSNBackboneNetworkCorporateNetworkISPNetworkGGSNGnGnGi (IP)Gi (IP)GsMSC/VLRSMS-G/IW MSCHLRBSCGrGd AGbSOGAUCB

44、TCBGw A New HW New SWGPRS网络结构4.2 第二代移动通信系统分配信道控制终端的寻呼Gb接口PCU(Packet Control Unit)分组交换控制单元，是BSC新增硬件，负责将BSC接收和发送信号打包/拆包，实现电路交换到分组交换的第一步转换。CCUCCUPCUBTSBSCSGSNAbisGbPCU功能SGSN：Serving GPRS Support Node SGSN的主要作用是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。 PSSSGSNBackboneNetworkCorporateNetworkISPNetworkGGS

45、NGnGnGi (IP)Gi (IP)GsMSC/VLRSMS-G/IW MSCHLRBSCGrGd AGbSGSN功能路由和转发选择GGSN移动性管理对话管理计费SGSN功能 PSSSGSNBackboneNetworkCorporateNetworkISPNetworkOtherPLMNGGSNGGSNSGSNGnGnGiGiGpGGSN：Gateway GPRS Support NodeGGSN：GPRS网关支持节点PSS：分组交换网络子系统 GGSN负责GPRS网络与外部数据网的连接，提供GPRS与外部数据网之间的传输通路，进行移动用户与外部数据网之间的数据传送工作。GGSN功能计费数

46、据包路由对话管理接入点管理外部接口GGSN功能第三代移动通信的提出:IMT-2000是第三代移动通信系统（3G）的统称，在欧洲，基于GSM演进的第三代移动通信系统被称为UMTS。第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（ITU）1985年提 出，最初称为FPLMTS，考虑到该系统将于2000年左右进入商用市场，工作的频段在2000MHz，且最高业务速率为2000Kbps，故于1996年正式更名为IMT-2000（International Mobile Telecommunication-2000）4.3 第三代移动通信系统IMT-2000的目标: 全球统一频段、统一标准，全球无缝覆盖高效的频谱效

47、率高服务质量、高保密性能易于2G系统演进过渡提供多媒体业务车速环境：64kbps144kbps步行环境：384kbps室内环境：2Mbps4.3 第三代移动通信系统 3G频谱分配情况 国际电联对第三代移动通信系统IMT-2000划分了230MHz频率，即上行18852025MHz、下行21102200MHz。185019001950200020502100215022002250ITUEuropeUSAMSSPCSADBBCDCEFAFEMSSReserveBroadcast auxiliary2165 MHz1990 MHz1850190019502000205021002150220022

48、501880 MHz1980 MHzUMTSGSM 1800DECTMSS1885 MHz2025 MHz2010 MHzIMT 2000MSSUMTSJapanMSSIMT 2000MSSIMT 2000PHS18951918BC1885AA2170 MHzIMT 20002110 MHz2170 MHzMSSMSSCDMATDDWLLFDDWLL19802025MHzGSM1800CDMAFDDWLL196019201945Chinacellular(1)cellular(2)cellular(2)1805 MHz18651865187018851890189519101930194519

49、65197019754.3 第三代移动通信系统目前主流方案：WCDMA由欧洲标准化组织3GPP所制定Cdma2000体制是基于IS-95的标准基础上提出的3G标准，目前其标准化工作由3GPP2来完成TD-SCDMA标准由中国无线通信标准组织CWTS提出，目前已经融合到了3GPP关于WCDMA-TDD的相关规范中4.3 第三代移动通信系统标准化进程4.3.1 WCDMA系统4.3 第三代移动通信系统无线接口参数信道带宽：5MHz码片速率：3.84Mcps帧长：10ms语音编码：AMR（Adaptive Multi-Rate）上行下行调制：QPSK导频辅助的相干解调快速开环和闭环功率控制：1500

50、Hz切换：软/硬切换支持同步和异步的基站运营4.3 第三代移动通信系统技术的选用是围绕要克服的问题来进行的WCDMA多址接入方式纠错编码技术交织技术复用技术扩频技术分集技术高速率、大容量无线传播中的干扰深衰落多媒体业务抗干扰提高系统容量4.3 第三代移动通信系统UTRANUECNUMTS WCDMA网络结构4.3 第三代移动通信系统UTRAN结构4.3 第三代移动通信系统WCDMA R99系统基本结构HLRGMSCMSC/VLRMSC/VLRAuCGGSNInternetPSTNOther PLMNSGSNGSNBTSBTSNode BNode BIu-CSRNCIu-PSGbBSCAGsGr

51、GnGcCDHEGGpIubAbisUmUuRNCIurCS域PS域Node BIubGi4.3 第三代移动通信系统AuCGGSNInternetPSTNOther PLMNSGSNGGSNNode BNode BIu-CSRNCIu-PSGbAGsGrGnGcCDGpIubBTSBTSBSCAbisUmUuRNCIurCS域PS域Node BIubNbNcMGWGMSC ServerMcMSC Server/VLRMcHHLRMGWGiWCDMA R4系统基本结构4.3 第三代移动通信系统MGWMSC ServerMGWSGSNUTRAN T-SGWMGCFR-SGWMRFPGMSC Ser

52、verHSSR-SGW CSCFCxMsMwMgMrGiGi IMS-MGWMcMcMcCDMhMhT-SGWPS域IP多媒体域CS域IuGrGi HSS CSCF GGSNPSTN Legacy/ExternalWCDMA R5系统基本结构4.3 第三代移动通信系统 WCDMA无线接口 图4-32 无线接口的物理结构显示了UTRAN无线接口与物理层有关的协议结构。 4.3 第三代移动通信系统 从协议层次的角度看，WCDMA无线接口上存在三种信道，物理信道、传输信道、逻辑信道。 逻辑信道：直接承载用户业务；根据承载的是控制平面业务还是用户平面业务分为两大类，即控制信道和业务信道。传输信道：无线

53、接口层二和物理层的接口，是物理层对MAC层提供的服务；根据传输的是针对一个用户的专用信息还是针对所有用户的公共信息而分为专用信道和公共信道两大类。物理信道：各种信息在无线接口传输时的最终体现形式；每一种使用特定的载波频率、码（扩频码和扰码）以及载波相对相位（I或Q）的信道都可以理解为一类特定的信道。4.3 第三代移动通信系统专用物理信道(DPCH)下行物理信道上行物理信道公用物理信道物理随机接入信道(PRACH)物理公共分组信道(PCPCH)主公共控制物理信道(P-CCPCH)捕获指示信道(AICH)寻呼指示信道(PICH)物理下行共享信道(PDSCH)专用物理信道(DPCH)公用物理信道物理

54、信道物理信道分类辅助公共控制物理信道(S-CCPCH)CPCH状态信道(CSICH)同步信道(SCH)接入前缀捕获指示信道(AP-AICH)碰撞检测/信道指配指示信道(CD/CA-ICH)公用导频信道(CPICH)4.3 第三代移动通信系统TD-SCDMA全称是：时分-同步码分多址接入系统 Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access4.3.2 TD-SCDMA系统4.3 第三代移动通信系统 （1）频谱灵活性和支持蜂窝网的能力 （2）高频谱利用率 （3）适用于多种使用环境 （4）设备成本低 TD-SCDMA优势:4.3 第三代移

55、动通信系统多址接入方式：FDMA/TDMA/CDMA；双工方式：TDD；码片速率：1.28Mcps；载频宽度：1.6MHz；无线帧长：10ms（分为两个子帧）；每载波时隙数：10（其中7个时隙被用作业务时隙）；扩频技术：OVSF；调制方式：QPSK、8PSK（2Mb/s业务）；编码方式：卷积编码、Turbo编码、无编码。 TD-SCDMA基本参数:4.3 第三代移动通信系统 Frequency Time Power density (CDMA codes) 1.6 MHz 0 : 15 TS0 2. Carrier (optional) 3. Carrier (optional) TS1 TS

56、2 TS3 TS4 TS5 TS6 DL DL DL DL UL UL UL 5 ms DwPTS UpPTS GP DL Time Division Duplex Synchronous Code Division Multiplex Access4.3 第三代移动通信系统TD-SCDMA标准发展历程 4.3 第三代移动通信系统 TD-SCDMA空中接口 TD-SCDMA的空中接口协议栈的分层结构如下图所示。 4.3 第三代移动通信系统 逻辑信道：直接承载用户业务；根据承载的是控制平面业务还是用户平面业务分为两大类，即控制信道和业务信道。 传输信道：无线接口层2和物理层的接口，是物理层对MA

57、C层提供的服务；根据传输的是针对一个用户的专用信息还是针对所有用户的公共信息分为专用信道和公共信道两大类。 物理信道：各种信息在无线接口传输时的最终体现形式，每一种使用特定的载波频率、码（扩频码和扰码）以及载波相对相位都可以理解为一类特定的信道。4.3 第三代移动通信系统传输信道是由L1提供给高层的服务，根据在空中接口上如何传输及传输什么特性的数据来定义的。传输信道一般可分为两种：专用信道DCH在这类信道中，UE是通过物理信道来识别。公共信道在这类信道中，当消息是发给某一特定的UE时，需要有内识别信息； 广播信道BCH寻呼信道PCH前向接入信道FACH随机接入信道RACH上行共享信道USCH下

58、行共享信道DSCH4.3 第三代移动通信系统所有的物理信道都采用四层结构：超帧、无线帧、子帧、时隙/码。 Radio frame10msSystem Frame Number Sub-frame5msTS5TS4TS0TS2TS1GPTS3TS6DwPTSUpPTSDataMidambleData675us(864chips)gL1144chipsTD-SCDMA帧结构每帧有两个上/下行转换点TS0为下行时隙TS1为上行时隙三个特殊时隙GP, DwPTS, UpPTS其余时隙可根据根据用户需要进行灵活UL/DL配置物理信道层次结构4.3 第三代移动通信系统3GPP定义的一个TDMA帧长度为10

59、ms。一个10ms的帧分成两个结构完全相同的子帧，每个子帧的时长为5ms。这是考虑到了智能天线技术的运用，智能天线每隔5ms进行一次波束的赋形。子帧分成7个常规时隙（TS0 TS6），每个时隙长度为864chips，占675us）。DwPTS（下行导频时隙，长度为96chips，占75us）GP（保护间隔，长度96chips，75us）UpPTS（上行导频时隙，长度160chips，125us）子帧总长度为6400chips，占5ms，得到码片速率为1.28Mcps。4.3 第三代移动通信系统TS0用作下行时隙来发送系统广播信息，广播信道PCCPCH占用该时隙进行发射。TS1总是固定地用作上行

60、时隙。其它的常规时隙可以根据需要灵活地配置成上行或下行以实现不对称业务的传输，上下行的转换由一个转换点（Switch Point）分开。每个5ms的子帧有两个转换点（DL到UL和UL到DL ），第一个转换点固定在TS0结束处，而第二个转换点则取决于小区上下行时隙的配置。4.3 第三代移动通信系统Data352chipsMidamble144chipsGP16Data352chips675 s常规时隙由864 Chips组成，时长675us；业务和信令数据由两块组成，每个数据块分别由352 Chips组成；训练序列(Midamble)由144 Chips组成；16 Chips为保护；可以进行波束