《移动通信技术与系统》 课件 第15次课课件 - 阶段性复习一

移动通信移动通信解决了因为人的移动而产生的通信问题。通信的双方或一方处于移动中的通信就叫做移动通信。移动通信的频段变迁：1G到5G核心技术的变革！模拟系统宽带多媒体1G3G高速智能-全IP数字系统2G4G—语音业务抗干扰能力弱保密性差容纳的用户数少抗干扰能力强保密性较好容纳的用户数大大增加万物互联5G速率：2G到5G数据速率覆盖面积移动性宏小区微小区固定接入64kbps2Mbps200Mbps2G4G3G2G到5G手机的数据通信速度有显著的提升！5G数十Gbps核心技术——GSM1、频分双工－窄带时分多址（FDD－TDMA）频分双工时分多址窄带信号的上下行频率不同每路信号频带窄，200KHz按时间不同使用同一条信道，每载频支持8个信道频分双工时分多址窄带核心技术——GSM3、高斯滤波最小频移键控调制1、频分双工－窄带时分多址2、规则脉冲激励－长期预测话音编码RPE-LTPGMSKFDD－TDMA主要增加了GPRS部分的内容PHASEⅡ＋除了对PHASEI标准进行必要的修正和业务补充外，主要增加了1800M频段的技术标准PHASEⅡ标准发展的三个阶段PHASEⅠ主要定义了900M频段的技术标准我国使用的3G标准中国联通WCDMA宽带码分多址

中国移动

TD-SCDMA时分同步码分多址中国电信

CDMA2000码分多址20004G的概念0203能提供传输速率达到100Mbit/s和1Gbit/s的室外和室内数据传输能力01多功能集成的宽带移动通信系统0202一种宽带接入的IP系统和分布式的网络5G的特点低时延无人驾驶在线游戏高清视频流低功耗随身物品类一月以上充一次电泛在网万物互联家电家具医疗监测教育养老高速度传输速度可达每秒数十Gb流畅使用VR整部超高画质电影可在1秒之内下载完成GSM关键技术手机使用问题语音信号↔射频信号语音信号处理语音信号处理过程语音A/D分段语音编码信道编码交织加密突发脉冲调制射频D/A接续语音解码信道解码去交织解密均衡器解调射频33.8kbit/s22.8kbit/s13kbit/s8KHz13bit语音编码语音编码260bit分段20ms语音8kHz抽样160个样本全速率:13Kbps半速率：6.5kbps信道编码260bit很重要50bit较重要132bit不重要78bit奇偶校验+3=53bit185bit尾比特+4189bit卷积x2378bit456bit语音交织完整过程57行将456比特分成8个子块一次交织12345678... ... 4524534544554567654321076540123二次交织12345678910111213141516••••••••449450451452453454455456••••••••••••••••比特交织语音处理的数据变化20ms语音分组20ms20msABC57bits信息11偷帧偷帧33尾尾26bits训练8个突发A8A7A6A5B4B3B2B1B8B7B6B5C4C3C2C18个子块,每块

57比特

语音编码信道编码交织常规突发456bitsA456bitsB456bitsC57bits信息A8B4A7B3A6B2A5B1B8C4B7C3B6C2B5C1260bits260bits260bits13kbps22.8kbps8.25bits保护间隔GSM关键技术手机使用问题语音信号↔射频信号语音信号处理多用户同时使用手机问题复用问题地区间蜂窝技术相邻小区同小区内蜂窝技术不能使用相邻频点不能使用相同频点和相邻频点。大区制一个基站覆盖整个服务区PSTN服务区MSC服务区小区制一个基站覆盖整个服务区的一小部分蜂窝技术激励方式中心激励顶点激励基站在小区正中央全向天线O型站点基站在三个不相邻顶点上定向天线S型站点无线区群构成基本条件条件一构成无线区群的图样之间能够彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积条件二相邻单元中，同频道的小区间距离相等，且最大。满足这些条件的区群的形状和区群内小区数（即频率组数）的取值不是任意的。K频率复用模式单位区群内的小区个数

ij

满足同频干扰要求的情况下，应尽可能取小的K值。小区分裂中心激励小区的分裂顶点激励小区的分裂半径：R新=R旧/2面积：S新=S旧/4容量：T新=4T旧Tn

=4nT0

n次分裂：

GSM关键技术手机使用问题语音信号↔射频信号语音信号处理多用户同时使用手机问题复用问题地区间蜂窝技术同区内多址技术FDMATDMA多址技术频分多址时分多址码分多址当以传输信号的载波频率不同划分来建立多址接入时当以传输信号存在的时间不同划分来建立多址接入时当以传输信号的码型不同划分来建立多址接入时——FDMA——TDMA——CDMAGSM900系统915MHz100KHz100KHz100KHz100KHz200KHz双工间隔：45MHz890MHz960MHz935MHz25MHz（124个频点）25MHz25MHz（124个频点）1号——124号频点1号——124号频点频点N计算公式：FUN=890+N×0.2MHzFDN=FUN

+45MHzDCS1800系统1785MHz100KHz100KHz100KHz100KHz200KHz双工间隔：95MHz1710MHz1880MHz1805MHz75MHz（374个频点）75MHz75MHz（374个频点）512号——885号频点512号——885号频点1.分段—20ms的语音片段2.压缩—每段分4

时隙，每时隙0.577ms3.轮流传—8个用户4.成帧—4.615ms的时分多址帧分段压缩轮流传成帧20ms01234567

时隙

TDMA帧1TDMA帧24.615ms4.615ms01234567时

分在GSM中的实现多址在GSM中的实现1.拆帧发送—8个时隙分发出去2.按需接收—8个用户3.还原语音—每个用户都听到连续声音01234567

TDMA帧拆帧发送按需接收还原语音GSM关键技术手机使用问题语音信号↔射频信号语音信号处理多用户同时使用手机问题复用问题干扰问题地区间蜂窝技术同区内多址技术FDMATDMA小区内功率控制用户网络功率控制根据需要调整基站与手机的发射功率。定义手机和基站上报的测量报告。依据：减少网络的内部干扰目的：手机电池的使用时间变长了，通话质量好按功控方式静态功控动态功控普通功控快速功控采用固定步长的形式对功率进行调整的形式步长2dB采用非固定步长的形式对功率进行调整的方式GSM关键技术手机使用问题语音信号↔射频信号语音信号处理多用户同时使用手机问题复用问题干扰问题地区间蜂窝技术同区内多址技术FDMATDMA小区内功率控制同频点定时提前定时提前将移动台提前往返时延时长发送信号的技术。定时提前使基站按照规定时间接收到上行信号。目的用TA表示。以每比特的传输时间为时间单位（3.69µs）取值范围为0～63个比特之间的任意整数时间单位TA计算63

3.69

s

3

108m/s2RMAX==35kmTA

3.69

s

3

108m/s2L=2L

1000m3

108m/s

3.

69

sTA=GSM关键技术手机使用问题语音信号↔射频信号语音信号处理多用户同时使用手机问题复用问题干扰问题地区间蜂窝技术同区内多址技术FDMATDMA小区内功率控制同频点定时提前同信号分集接收分集思想集中处理.把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并以降低衰落的影响。分散发送使接收端能获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号。分集分集方法合并方式空间分集在GSM中的应用一发两收：两付接收天线独立接收同一信号GSM900，天线间距5米~6米，6dB左右的增益。DCS1800，波长较短，天线间距可以缩短。合并方式性能对比A在相同分集重数情况下，最大比值合并方式改善信噪比最多，等增益合并方式次之；B在分集重数较小时，等增益合并的信噪比改善接近最大比值合并C选择式合并得到的信噪比改善量最少。GSM关键技术手机使用问题语音信号↔射频信号语音信号处理多用户同时使用手机问题复用问题干扰问题地区间蜂窝技术同区内多址技术FDMATDMA小区内功率控制同频点定时提前干扰点跳频技术同信号分集接收跳频技术使原先固定不变的无线电发信频率按一定的规律和速度来回跳变，让对方也按此规律同步跟踪接收的通信技术。使用跳频技术的通信系统。载波频率固定的通信系统。跳频技术定频通信系统跳频通信系统跳频技术速度慢跳频A快跳频B跳频速率低于信息比特率的跳频技术。跳频速率高于或等于信息比特率的跳频技术。GSM217次/s用户跳频间隔帧跳频间隔一帧时间间隔一帧时间时隙跳频对于某个用户来说，两种跳频方式的跳频间隔时间是一样的，都是一个帧的时间。中国联通中国移动停止跳频BCCH所在发信机的0时隙不跳不影响运行BCCH所在的发信机所有时隙不跳业务信息在一个发信机上，以不同的频率间隔发送两种跳频方式对比发信机BCCH某载频故障时运营商每个发信机的频率固定有多个发信机，业务信息在不同发信机上间隔发送每个发信机的频率不固定频率基带跳频射频跳频GSM系统结构BSS基站子系统NSS网络子系统OSS操作支持子系统作用：

负责无线发送接收和无线资源的管理NSS是整个系统的核心作用：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、连接与管理作用：完成移动用户管理、移动设备管理、系统的操作与维护GSM系统结构MS移动台用户身份鉴权,可供GSM网络客户身份进行鉴别保密算法及密钥，对客户通话时的语音信息进行加密。用户PIN的操作和管理用户的电话簿等内容唯一标识一个客户。存储了该数字移动电话客户的信息。SIM23451SIM卡中的数据IMSI（国际移动用户识别码）、Ki（手机鉴权秘钥）、安全算法(A3、A8)固化数据TMSI（临时识别码）、LAI（位置区识别码）、KC临时网络数据PIN(个人识别号)、PUK（PIN码的解锁码）业务相关数据基站子系统BSSBSS基站子系统BTSBSCBIEBIEBTSSMTCSM

包含基站收发信台（BTS）、基站控制器（BSC）、码变换器（TC）和子复用设备（SM）。无线发送与接收无线资源的控制与管理执行GSM的话音编码和解码以及数据速率适配基站收发信台BTS基站主设备天馈系统板状天线抱杆室外馈线走线架主馈线防雷保护器室内超柔馈线基站主设备

发送接收天线设备

发送接收

电源供给基站主设备

控制管理

发送接收虚线为数据流、控制信号、时钟信号等内部总线基站控制管理Abis接口处理、基站操作维护、时钟同步及产生、内外告警采集及处理控制管理功能，还具有主备份功能。基站收发信机无线信道的控制和处理、无线信道数据的发送与接收、基带信号在无线载波上的调制和解调、无线载波的发送与接收功能电源进行直流电源到各模块的分配,并提供过载短路保护和电源输入滤波功能。天线设备完成载波信号的合路和分路等功能码型变换13kbps13kbps13kbps13kbpsBTSMSC64kbpsSMTC16kbps×4+3kbps×4BTSBSCMSCTC16kbps16kbpsGSM系统结构BSCMSCBSS基站子系统NSS网络子系统BTSBTSMSOSS操作支持子系统对于位于它管辖区域中的移动台进行控制、交换移动业务交换中心BSCBSCBSCGSM系统结构BSCMSCBSS基站子系统BTSBTSMSOSS操作支持子系统VLR临时存储当前MSC管辖范围内的用户数据来访用户位置寄存器NSS网络子系统GSM系统结构HLRBSCMSCBSS基站子系统BTSBTSMSOSS操作支持子系统VLR存储归属地手机用户的数据

NSS网络子系统归属用户位置寄存器一个用户的信息只能存在一个HLR中GSM系统结构HLRBSCMSCBSS基站子系统BTSBTSMSOSS操作支持子系统VLRAUC鉴权中心为用户鉴定使用权限生成密钥NSS网络子系统GSM系统结构HLREIRBSCMSCBSS基站子系统BTSBTSMSOSS操作支持子系统VLR移动设备识别寄存器AUC对网络内手机的移动设备识别码进行登记备案NSS网络子系统GSM系统结构HLREIRBSCMSCBSS基站子系统BTSBTSMSOSS操作支持子系统VLRAUC用于维护管理OMC操作维护中心NSS网络子系统GSM系统结构HLREIRBSCMSCBSS基站子系统BTSBTSMSOSS操作支持子系统VLRAUC统一管理OMCOMCOMCOMCOMCOMCNMC操作维护中心NSS网络子系统GSM系统结构HLREIRBSCMSCBSS基站子系统BTSBTSMSOSS操作支持子系统VLRAUC集中计费处理OMCNMC数据后处理系统DPPSNSS网络子系统GSM系统结构HLREIRBSCMSCBSS基站子系统BTSBTSMSOSS操作支持子系统VLRAUC集中管理用户识别卡OMCNMCDPPSPCS用户识别卡个人化中心NSS网络子系统GSM系统结构HLREIRBSCMSCBSS基站子系统BTSBTSMSOSS操作支持子系统VLRAUCOMCNMCDPPSPCS负责网络安全SEMC安全性管理中心NSS网络子系统GSM系统结构HLREIRBSCMSCBSS基站子系统BTSBTSMSOSS操作支持子系统VLR移动设备识别寄存器移动台基站收发信台基站控制器移动业务交换中心鉴权中心归属用户位置寄存器AUCOMC操作维护中心NMC操作维护中心数据后处理系统DPPSPCS用户识别卡个人化中心SEMC安全性管理中心来访用户位置寄存器NSS网络子系统NSS网络子系统BSS基站子系统GSM的接口MSBTSBSCMSCUmAbisAVLRVLRBGHLR/AUCCMSCEEIRFGMSCPSTNISDNPLMNPSPDN共用电信网DGSM信令协议的分层结构Layer2:数据链路层通过协议和ARQ机制，保证两个终端间数据传输的可靠性。主要目的是在移动台和基站之间建立可靠的专用数据链路。Layer3:网络层实际负责控制和管理的协议层，在移动台要进行通信时，建立、维持和释放交换电路。Layer1:物理层传送比特流所需的物理链路、为高层提供各种不同功能的逻辑信道定义了发送/接收信息的所有方法。GSM信令协议的分层结构L1L2L3MSBTSBSCMSCUmAbisAGSMRFGSMRFSigL1SigL1LAPDmLAPD