移动通信技术基础教程课件

移动通信技术1移动通信基本概念移动台

无线基站移动交换中心蜂窝小区切换漫游2大区制一个基站覆盖整个服务区域技术简单通信质量差频率利用率低系统容量小蜂窝通信基本原理3GSM蜂窝覆盖示意图室内站微蜂窝宏蜂窝GSM900微蜂窝微蜂窝宏蜂窝DCS18004蜂窝通信基本原理5蜂窝通信几个概念和区别多址技术频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)双工技术时分双工与频分双工窄带系统与宽带系统单个信道的带宽与所期望信道的相干带宽一致一个信道的发射带宽大于这个信道的相干带宽宽带系统通常能够带来频率分集的优势6多址技术示意图频率时间TDMA时间频率FDMA频率时间码字CDMA传统多址技术码分多址技术7频分多址技术(FDMA)

FDMA信道每次只能传递一个电话如果一个FDMA信道没有使用，并且处于空闲状态，它不能被其他用户使用以增加共享容量。在分配成语音信道后，基站和移动台就会同时地连续不断地发射。

FDMA需要精确的RF滤波器，需要双工器（单天线）。非线性效应：许多信道共享一个天线，功率放大器的非线性会产生交调频率（IM），产生额外的RF辐射。

FDMA比TDMA简单，同步和组帧比特少，系统开销

FDMA通常是窄带系统。8时分多址技术(TDMA)多个用户共享一个载波频率，分享不同时隙。TDMA系统的数据传递是不连续的，是分组发射，可以关闭。不连续发送，可以利用空闲时隙监听其他基站，实现切换处理。需要自适应均衡；需要保护时隙。分组发射需要额外的系统开销，如保护数据同步。按照不同的用户提供不同的带宽。TDMA的效率是指发射的数据中信息所占的百分比。9移动通信电波传播的特点

时间接收信号强度发射信号多径环境10移动通信电波传播的特点

电磁波多经传播——反射、散射和绕射多普勒频率扩展，运动引起信道变化（扩散频移）无线环境中的信号衰减分成三部分：幅度衰减较大的路径损耗伴随中等幅度衰减的具有对数正态分布特性的慢变化成分－大尺度变化衰减幅度较小的快变化成分－小尺度衰落两类典型小尺度衰落包络分布的描述方法：瑞利分布（非视距传播）莱斯分布（视距传播）11蜂窝无线区域的组成方法

频率复用的概念（容量扩充）

呼叫阻塞载频受限频道扩充受限成本受限12无线区域的划分

七小区频率复用13“扇区化”的技术，扇区化即是将一个基站分成多个小区，每个小区都有自己的发射和接收天线，相当于一个独立的小区。扇区化的小区使用特制的定向天线，使该小区发射的无线电波集中在一个特定的方向上。这样做有很多优点，首先小区发射的无线电波能量集中到了一个更小的区域如60度，120度或180度，而不是以360度全向发射，这样可以获得更强的信号，有利于“室内覆盖”等。另外，更好地防止同信道干扰和邻信道干扰，同频复用距离缩短，在同一地理区域可以有更多的小区，可以支持更多的移动用户。服务小区“扇区化”

14实际的无线区划和组成

15兼容性抗噪声与干扰信道扩充标准化开放接口安全与保密越区切换平稳用户识别ISDN兼容语音与数据业务增强型业务与补充业务GSM系统特点16语音与数据业务普通电话紧急呼叫短消息业务双电话号码

个人号码公司号码数据业务基本数据速率9.6Kb/s4.8Kb/s2.4Kb/s可视图文与网上浏览用户电报传真17增强型业务范围多方通话呼叫转移来显、呼叫等待短消息业务话费查询18MSCBSCBTSBTSHLRVLREIRNSSPSTNIWFECTRAU

SIMMENMCOMCOMCOMSBSSMSGSM网络结构19MSC功能与作用呼叫处理呼叫建立、连接与清除切换过程移动性管理位置更新过程用户身份识别移动设备识别操作与维护数据库管理测量人机接口（MMI）网间互通计费

MSC20HLR功能与作用HLR:HomeLocationRegister用户识别号（IMSI,MSISDN）当前用户的VLR（当前位置）业务限制信息用户申请的补充业务补充业务信息（例：当前转移的电话号码）用户状态（registered/deregistered）鉴权key和AUC功能移动用户漫游号（MSRN）HLR21VLR功能与作用VLRVLR：VisitorLocationRegister移动台状态部分补充业务数据移动站的位置登记（LAI）临时移动用户识别号（TMSI）管理移动用户漫游号MSRN管理22AUC功能与作用MSCBSCBTSBTSMSCHLRVLREIRVLRABCDEFGAUCH

鉴权和加密数据

Ki,RANDA3,A8算法

Kc,SRES23EIR功能与作用包含所有经注册登记的合法移动设备包含所有被禁止使用的移动设备包含所有要跟踪的移动设备EIR：EquipmentIdentityRegister存储移动设备分类表（IMEI）白名单黑名单灰名单24IMEI查询流程呼叫建立 在EIR查询IMEI请求IMEI传送 查询结果送MSCMS发送IMEIMSBSSMSCEIR25基站子系统（BSS）的组成OMC-RTCBSCBTSBTSMSMSUM接口Abis接口A接口基站控制器—BSC基站收发信机—BTS无线操作维护中心—OMC-R码变换器—TC（Transcoder）26BSC的一般结构数字中继交换网络控制网络数字中继A接口Abis接口27BSC的作用功能实现A接口物理层规定（PCM/E1）实现A接口No.7号信令功能（SP）实现Abis接口物理层规定（PCM/E1）实现Abis接口数据链路层（LAPD）实现A接口与Abis接口间信道交换功能实现部分网络层的功能实现无线资源管理（RR）实现BSS管理应用部分的功能实现切换功能等28BTS的一般结构基站接口设备信令处理编码与交织译码与解交织加密解密调制均衡解调发信机收信机天线跳频控制时钟AbisUmBTS的功能模块29BTS的作用功能实现Abis接口物理层规定（PCM/E1）实现Abis接口数据链路层（LAPD）实现BTS管理功能实现部分无线资源管理（RR）实现Um接口物理层规定（PCM/E1）实现Um接口数据链路层（LAPDm）实现实现跳频功能实现信道加密、解密功能实现信道编译码、交织与解交织功能实现调制与解调功能30移动台（MS）的组成MESIM31移动台的电原理图语音编码信道编码交织加密TDMA突发序列形成调制TxRx双工器解调均衡解密解交织语音解码信道解码VCO频率合成器定时与控制32功率控制与接收灵敏度0 43dBm1 41dBm2 39dBm 3 37dBm4 35dBm. .. .15 13dBm功率控制电平等级：步长：2dB;容限：2.0dB接收灵敏度：移动台：-102dBm基站：-102dBm33用户识别卡（SIM）用户固定数据IMSIKi接入控制级安全算法网络临时数据TMSILAIKc选择的PLMN业务相关数据使用的语言话费数据34GSM网络的接口GAAbisUmAUCHLRMSCEIRIWFTCBSCBTSBTSBTSECNMCOMCVLRMSCIWFTCECVLRTCPSTNBSCBTSBTSBTSBTSBTSBTSBSSBCHDEF35GSM系统的频率配置45MHz双工间隔960950935917915905890872基站发射频率基站接收频率2MHz保护频带（单位：MHz）925880GSMTACS/GSMEGSMETACS36DCS1800的频率配置95MHz双工间隔1880180517851710

基站发射频率基站接收频率20MHz保护频带（频率单位：MHz）DCS180037公众陆地移动网(PLMN)结构SPSPSPSP数据库层信令层用户层GMSCMSCMSCBSCBTSBTSSPSPSPSPLEPSTNPLMNCBDEFGHLRVLRVLREIRAuCHMS网络层38公众陆地移动网(PLMN)的组网MSCHLRBSSMSCBSSMSCBSSHLRTS2TS1TS3LSLSLS长途编号区1长途编号区3长途编号区239移动被叫计费原则LEGMSCHLRMSC/VLR归属PLMN访问PLMNMSC/VLR123456支付:1、2、3支付:5－3、6支付:440GPSR简介GPRS（GeneralPacketRadioService）通用无线分组业务作为第二代移动通信技术GSM向第三代移动通信（3G）的过渡技术，是由英国BTCellnet公司早在1993年提出的，是GSMPhase2+(1997年)规范实现的内容之一，是一种基于GSM的移动分组数据业务，面向用户提供移动分组的IP或者X.25连接。

GPRS技术41GPRS发展背景Internet数据业务的推动原有GSM系统支持数据业务的缺点无线/网络资源利用率低，费用昂贵数据速率低，HSCSD最高64kbit/s移动数据通信市场的巨大需求向第三代移动通信迈进

42GPRS的优势无线/网络资源利用率高，计费方式灵活，价格合理速率较高：1-8个时隙，CS1-CS4，可达约10kbit/s-170kbit/s分组交换平台为多种业务提供承载可以逐步向3G、全IP网演进43GPRS的特点上下行链路可不对称，数据速率可变“永远在线”：在不进行数据传输时可将数据业务挂起，不占用无线/网络资源，再进行数据传输时能较快恢复，无需重新发起业务一个MS可同时进行多个数据会话根据网络和MS的工作模式，用户可以分别/交替/同时进行话音和分组数据业务44GPRS的网络结构BG边界网关CG收费网关

DNS域名服务器

DHCP动态主机配置协议

GINGPRS截获节点

MFS多功能服务器

TC码型变换器

W@P无线应用协议

GPRS网络可以看作是一个IP子网

45CDMA的基本概念扩频多址（SSMA）所传信号的带宽必须远大于信息的带宽。所产生的射频信号的带宽与所传信息无关。

通信原理与信息论的著名Shannon公式：C=FTLg(1+S/N)；其中：F为限频带宽；

T为限时带宽；S/N为信号功率信噪比；

C为信道容量。

一个限时(T)限频(F)限功率(S)的连续白色高斯信道，其信道容量C可以形象的用3个主要信号参量所决定的体积来表示。扩频通信的基本原理，就是用频带换取信噪比。

46CDMA移动通信系统的特点

强抗干扰能力、语音质量更佳

信号在信道中传输功率低，降低了干扰，提高了保密性宽带传输系统，利用了信道的频率分集效果码字的多址传输，利用了多用户分集的效果采用RAKE接收机，有效利用了信道相干时间形成的时间分集效应扩频因子灵活变换，又助于多媒体等多速率并发业务的传输频谱效率高，优于以往的AMPS和GSM

支持软切换和更软切换支持新技术的应用，如多用户检测同步难度大、系统更复杂

47cdma20001x技术特点IS-95A/B是cdma2000的子集码片速率1.2288Mcps扩频调制：前向QPSK，反向HPSK反向导频，相干解调快速前向和反向功率控制前向发射分集：OTD、STS信道编码增加Turbo码可变帧长，5ms,10ms,20ms,40ms,80ms支持F-QPCH，延长手机待机时间速率最大可达307.2kbps支持QoS协商支持多媒体业务支持8K/13KQCELP8kbpsEVRC信道容量是IS-95A/B的2倍

48cdma2000网络结构ss7MSC/VLRHLR

PSTNISDNcdma2000BSSBTSBSCBTSBSC/PCFcdma2000BSSHAPDSNIPBackboneInte