第二部分 移动通信技术(2次)

2.2移动通信2.2.1移动通信的概述定义：移动通信是指通信双方或至少有一方在运动之中进行信息交换通信方式。它是用户随时随地快速可靠地进行多种信息（语音、图像、数据等）交换的理想形式。移动通信采用无线传输方式：在传输过程中，信号处于强干扰环境之下，存在着电波衰落与多普勒效应，用户又经常移动，这都严重影响着通话质量。因此移动通信系统必须有抗衰落能力，移动台应具有体积小、重量轻、耗电省、坚固耐震等特点。能适应室外温度的变化、操作简便，适宜在移动中通信。发展历史:1897年，马可尼在陆地与一只拖船之间，用无线电进行了消息的传递，这是移动通信的开端。随着无线广播和无线电报的出现，早期的移动通信的雏形已开发了出来，如步话机、对讲机等等。60年代晶体管的出现，专用无线电话系统大量出现，在公安、消防、出租汽车等行业中应用。

70年代初，贝尔实验室提出蜂窝系统的覆盖小区的概念和相关的理论后，立即得到迅速的发展，很快进入了实用阶段。在1979年，AMPS制造模拟蜂窝式移动电话系统在美国芝加哥试验后，终于在1983年12月在美国投入商用。第一代移动通信(1G)模拟移动电话系统主要采用模拟和频分多址（FDMA）技术，属于第一代移动通信技术。

模拟方式：通过电波所传输的信号模拟人讲话声音的高低起伏变化的通信方式。

特点：模拟移动电话系统的质量完全可以与固定电话媲美，使通话双方能够清晰地听出对方的声音。

传输速率：1.2kb/s~10kb/s.

缺点：频分多址技术造成频率资源不足；保密性较差，极易被并机盗打；只能实现话音业务，无法提供丰富多彩的增值业务；网络覆盖范围小且漫游功能差；模拟手机体积大、重量沉、样式陈旧。

1G移动通信发展现状：目前手机供应商已停止生产模拟手机，中国移动通信集团公司于2001年12月31日后关闭模拟移动电话网，停止经营模拟移动电话业务。80年代后期，大规模集成电路、微型计算机、微处理器和数字信号处理技术的大量应用，为开发数字移动通信系统提供了技术保障，数字移动通信系统---GSM诞生了，GSM是第二代移动通信的代表，简称“2G”。第二代移动通信（2G）GSM是欧洲成立的一个移动通信小组的简称。GSM移动电话系统采用时分多址技术(TDMA)，对频谱利用率高、容量大，同时可以自动漫游和自动切换，通信质量好，其业务种类多、易于加密、抗干扰能力强等优点。

传输速率:384kb/s.移动通信的发展趋势：1、开发更高频段:2、有效利用频谱：频道窄带化。50kHz25kHz12.5kHz采用频率复用、时分复用和多信道共用技术。窄带数字调制技术。扩展频谱传输技术。3、数字化。

GSM以它相对于第一代移动通信的优势，目前广泛地占有市场。同时，在GSM基础上，增加了一些新技术，如通用分组无限技术（GPRS)、无线应用协议(WAP)和无线接口技术(篮牙技术)，增加了多媒体功能。称之为第二代向第三代过渡的“2.5G”。第三代移动通信(3G)第三代无线通信又称3G。3G系统特点：提供更高的容量、更快的数据传输速率及多媒体业务。主要通过在现有网络上发展2.5G技术来实现。核心技术：CDMA（扩频）以及更先进的空中接口技术。传输速率：9.6kb/s~32kb/s.

现在114kb/s、384kb/s、2Mb/s第四代移动通信(4G)

特点：高容量、更强的多媒体的传输。核心技术：OFDM(正交多任务)。其它技术：CDMA、无线区域环路(WLL)和数字音讯广播(DAB)等传输速率：最高可达到10Mb/s至20Mb/s现在最高可以达到100Mbps有线电话公用电话网用户回路无线电寻呼控制中心及主发射台发射台发射台常用的移动通信系统

1.无线电寻呼系统

传输方式：单向传输。适用范围：公众通信网。袖珍铃(BB机）备车载台2.典型的蜂窝移动通信系统

传输方式：双向传输．适用范围：公众通信网。公众通信网

MSBSBSMSBSBSMSCMSC移动交换中心或移动电话交换局MTSO基站移动台移动通信网MSMS3.无绳电话系统

传输方式：双向传输和单向传输。

适用范围：家庭、办公室及几十公里内。属局域网。普通电话电信点市话局手机1手机K用户线4.集群移动通信系统

传输方式：以单向传输为主。适用范围：调度系统的专用通信网。简单的调度系统

移动台移动台1移动台2移动台N选呼电路调度台５.移动卫星通信系统传输方式：双向传输。适用范围：海上、空中和地形复杂而人口稀少的地区。

6.分组无线网分组无线网：是利用无线信道进行分组交换的通信网。

分组：是由若干个比特组成的信息段。分组传输信息：包括“包头”和“正文”两部分。适用范围：实时性要求不严和短消息比较多的数据通信。2.2.2GSM数字蜂窝移动通信系统1982年北欧国家为了方便全欧洲统一使用移动电话，需要一种公共的系统，成立了移动特别小组＼GroupSpecialMobile）简称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。1991年在欧洲开通了第一个系统，将GSM更名为“全球移动通信系统”。移动特别小组还完成了制定1800MHz频段的公共欧洲电信业务的规范，名为DCS1800系统。1993年我国开通了第一个数字蜂窝移动通信网。一、GSM系统组成MS：移动台;BSS:基站子系统NSS:网络子系统二、GSM系统结构三、我国GSM通信网结构采用独立网号方式来组网的。“中国移动”

GSM网路接入号为“135-139”“中国联通”

GSM网路接入号为“130-133”。全国GSM移动电话网按大区设立一级汇接中心、省内设立二级汇接中心、移动业务本地网设立端局构成三级网路结构。

移动业务本地网的网路结构（PLMN）全国可划分为若干个移动业务本地网，每个移动业务本地网中应设立一个HLR和一个或若干个移动业务交换中心(MSC)，还可以几个移动业务本地网共用一个MSC。2.号码与识别(1)国际移动客户识别码(IMSI)GSM移动通信网给移动客户分配一个特定的识别码。存储在客户识别模块(SIM)、HLR、VLR中。IMSI号码结构为：

MCC(3位)MNC(1或2位)

MSIN|------------国际移动客户识别------------|

|--国内移动客户识别--|MCC:移动国家号码，由3位数字组成，我国为460。

MNC:移动网号，由2位数字组成，

“中国移动”GSMPLMN网为00，

“中国联通”GSMPLMN网为0l。

MSIN:移动客户识别码，采用等长11位

数字构成。(2)临时移动客户识别码(TMSI)

为了对IMSI保密，MSC／VLR可给来访移动客户分配一个唯一的TMSI号码，仅限在本MSC业务区内使用。

(4)移动台ISDN号码(MSISDN)主叫客户为呼叫数字公用陆地蜂窝移动通信网中客户所需拨的号码。号码的结构为：

CC：国家码。我国为086。

NDC：国内目的地码，即网路接入号，

“中国移动”GSM网为135-139，

“中国联通”GSM网为130-133。

SN：客户号码，采用等长8位编号计划。

CCNDCSN|-----------国际移动客户ISDN号码

-------------||--国内有效移动客户ISDN号码

--|

GSM系统的无线传输方式及其特征

GSM系统采用TDMA和FDMA两种多址方式。区群内小区数为3、4或7个，每个小区含多个载频，每个载频含有8个时隙。采用多种抗干扰技术如自适应均衡、跳频和纠错码等。一、GSM工作频段(1)欧洲GSM通信系统在以下的射频频段：上行:890～915MHz（移动台发、基站收）下行:935～960MHz（基站发、移动台收）收发频率间隔为:45MHz。载频间隔：0.2MHz系统载频数:(915-890)/0.2-1=124(对)；下频段:fl(n)=(890+0.2n)MHz；上频段:fh(n)=(935+0.2n)MHz；n=1~124.每个载频有8个时隙，系统共有物理信道1248=992(个)(2)我国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz频段：

上行：905～915（移动台发、基站收）下行：950～960（基站发、移动台收）下频段:fl(n)=[890.200＋(n-1)0.200]MHz;上频段:fh(n)=[fl(n)＋45]MHz;n=76～124频道每个载频有8个时隙，系统共有物理信道

498=392(个)随着业务的发展，可向下扩展，或向1.8GHz频段的DCSI800过渡，即1800MHz频段：

上行：1710～1785（移动台发、基站收）

下行：1805～1880（基站发、移动台收）频道间隔

相邻两频道间隔为200kHz，每个频道采用时分多址接入（TDMA）方式，分为8个时隙，即8个信道。我国每小区可用频道数都是在可用频段为10MHz情况下：邮电部：使用4MHz，序号为76～95中国联通公司：使用6MHz，序号为95～124。邮电部建的GSM数字移动通信网,邮电部下属大部分邮电管理局将4MHz带宽向下端扩展2MHz，即占用模拟B网2MHz。GSM系统的控制与管理1.位置登记2.鉴权与加密

鉴权目的是为了确认移动台的合法性。作用是保护网路，防止非法盗用。同时通过拒绝假冒合法客户的“入侵”而保护GSM移动网路的客户。

（1）三参数组的产生（2）鉴权算法A3算法A3随机数发生器SRES’=SERS?移动台网络侧鉴权结果KiSIMRANDSRES’KiAUCSRESVLR2.加密

GSM系统中的加密是指无线路径上的加密，是指BTS和MS之间交换客户信息和客户参数时不被非法个人或团体所得或监听。算法A8算法A8随机数发生器移动台网络侧KiSIMRANDKi向网络发送用户身份存储密钥Kc存储密钥Kc用户身份认证TMSI（a）加密的产生算法A5算法A5发送端接收端Kc未加密数据流密文模二加+帧号

+模二加Kc帧号

解密数据数据流数据流（b）加密过程3.设备识别系统识别的目的是确保系统中使用的设备不是盗用的或非法的。设备识别是在GSM系统的设备识别寄存器（EIR）中完成。设备识别的过程：MSC/VLR收到MS的接入请求后，向MS请求IMEI，并将IMEI发送给EIR，EIR