移动通信技术基础教程

1、2021/3/10讲解：XX1 2021/3/10讲解：XX2 移动通信基本概念 移动台移动台 无线基站无线基站 移动交换中心移动交换中心 蜂窝小区蜂窝小区 切换切换 漫游漫游 2021/3/10讲解：XX3 n大区制大区制 n一个基站覆盖整个服务区域一个基站覆盖整个服务区域 n技术简单 n通信质量差 n频率利用率低 n系统容量小 蜂窝通信基本原理 2021/3/10讲解：XX4 室内站 微蜂窝 宏蜂窝 GSM 900 微蜂窝 微蜂窝 宏蜂窝 DCS 1800 2021/3/10讲解：XX5 蜂窝通信基本原理 2021/3/10讲解：XX6 蜂窝通信几个概念和区别 n多址技术多址技术 n频分多

2、址(FDMA) 、时分多址(TDMA)和码分多 址(CDMA) n双工技术双工技术 n时分双工与频分双工 n窄带系统与宽带系统窄带系统与宽带系统 n单个信道的带宽与所期望信道的相干带宽一致 n一个信道的发射带宽大于这个信道的相干带宽 n宽带系统通常能够带来频率分集的优势 2021/3/10讲解：XX7 多址技术示意图 频率 时 间 TDMA 时 间 频率 FDMA 频率 时间 码字 CDMA 传统多址技术传统多址技术 码分多址技术码分多址技术 2021/3/10讲解：XX8 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

3、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。 2021/3/10讲解：XX9 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，

4、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。 2021/3/10讲解：XX10 移动通信电波传播的特点 时间 接收信号 强度 发射信号 2021/3/10讲解：XX11 移动通信电波传播的特点 n电磁波多经传播反射、散射和绕射 n多普勒频率扩展，运动引起信道变化（扩散频移 ） n无线环境中的信号衰减分成三部分： n幅度衰减较大的路径损耗 n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 n衰减幅度较小的快变化成分小尺度衰落 n两类典型小尺度衰落包络分布的描述方法： n瑞利分布（非视距传播） n莱斯分布（视距传播） 2021/

5、3/10讲解：XX12 蜂窝无线区域的组成方法蜂窝无线区域的组成方法 频率复用的概念（容量扩充）频率复用的概念（容量扩充） 呼叫阻呼叫阻 塞塞 载频受载频受 限限 频道扩充受频道扩充受 限限 成本受成本受 限限 2021/3/10讲解：XX13 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 3 4 5 1 2 3 7 无线区域的划分 2021/3/10讲解：XX14 “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

6、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。 服务小区服务小区“扇区化扇区化” 2021/3/10讲解：XX15 2021/3/10讲解：XX16 n兼容性 n抗噪声与干扰 n信道扩充 n标准化开放接口 n安全与保密 n越区切换平稳 n用户识别 nISDN兼容 n语音与数据业务 n增强型业务与补充业务 2021/3/10讲解：XX17 n普通电

7、话 n紧急呼叫 n短消息业务 n双电话号码 n 个人号码 n 公司号码 n数据业务 n基本数据速率 n 9.6 Kb/s n 4.8 Kb/s n 2.4 Kb/s n可视图文与网上浏览 n用户电报 n传真 2021/3/10讲解：XX18 多方通话多方通话 呼叫转移呼叫转移 来显、呼叫等待来显、呼叫等待 短消息业务短消息业务 话费查询话费查询 2021/3/10讲解：XX19 MSC BSC BTS BTS HLR VLR EIR NSS PSTN IWF EC TRAU SIM ME NMC OMC OMC OMS BSS MS 2021/3/10讲解：XX20 n呼叫处理呼叫处理 n呼叫

8、建立、连接 与清除 n切换过程 n移动性管理 n位置更新过程 n用户身份识别 n移动设备识别 n操作与维护操作与维护 n数据库管理 n测量 n人机接口（MMI ） n网间互通网间互通 n计费计费 MSC 2021/3/10讲解：XX21 nHLR: Home Location Register n用户识别号（IMSI, MSISDN） n当前用户的VLR（当前位置） n业务限制信息 n 用户申请的补充业务 n补充业务信息（例：当前转移的电话号码） n用户状态（registered/deregistered） n鉴权key和AUC功能 n移动用户漫游号（MSRN） HLR 2021/3/10讲解

9、：XX22 VLR nVLR：Visitor Location Register n移动台状态 n部分补充业务数据 n移动站的位置登记（LAI） n临时移动用户识别号（TMSI）管理 n移动用户漫游号MSRN 管理 2021/3/10讲解：XX23 MSC BSC BTS BTS MSC HLR VLR EIR VLR A B C D E F G AUC H 鉴权和加密数据鉴权和加密数据 Ki, RAND A3,A8 算法算法 Kc,SRES 2021/3/10讲解：XX24 包含所有包含所有 经注册登经注册登 记的合法记的合法 移动设备移动设备 包含所有包含所有 被禁止使被禁止使 用的移动用

10、的移动 设备设备 包含所有包含所有 要跟踪的要跟踪的 移动设备移动设备 nEIR：Equipment Identity Register n存储移动设备分类表（IMEI） n白名单 黑名单 灰名单 2021/3/10讲解：XX25 呼叫建立 在EIR查询IMEI 请求IMEI传送 查询结果送MSC MS发送IMEI MSBSSMSC EIR 2021/3/10讲解：XX26 OMC-R TCBSC BTS BTS MS MS UM接口接口Abis接口接口A接口接口 n基站控制器 BSC n基站收发信机 BTS n无线操作维护中心 OMC-R n码变换器 TC（Transcoder） 2021/

11、3/10讲解：XX27 数字数字 中继中继 交换网络交换网络 控制网络控制网络 数字数字 中继中继 A接口接口Abis接口接口 2021/3/10讲解：XX28 n实现A接口物理层规定（PCM/E1） n实现A接口No.7号信令功能（SP） n实现Abis接口物理层规定（PCM/E1） n实现Abis接口数据链路层（LAPD） n实现A接口与Abis接口间信道交换功能 n实现部分网络层的功能 n实现无线资源管理（RR） n实现BSS管理应用部分的功能 n实现切换功能等 2021/3/10讲解：XX29 基基 站站 接接 口口 设设 备备 信信 令令 处处 理理 编码与编码与 交织交织 译码与译

12、码与 解交织解交织 加密加密 解密解密 调制调制 均衡均衡 解调解调 发信机发信机 收信机收信机 天天 线线 跳频控制跳频控制时钟时钟Abis Um BTS的功能模块的功能模块 2021/3/10讲解：XX30 n实现Abis接口物理层规定（PCM/E1） n实现Abis接口数据链路层（LAPD） n实现BTS管理功能 n实现部分无线资源管理（RR） n实现Um接口物理层规定（PCM/E1） n实现Um接口数据链路层（LAPDm） n实现实现跳频功能 n实现信道加密、解密功能 n实现信道编译码、交织与解交织功能 n实现调制与解调功能 2021/3/10讲解：XX31 MESIM 2021/3/

13、10讲解：XX32 语音语音 编码编码 信道信道 编码编码 交织交织加密加密 TDMA突发突发 序列形成序列形成 调制调制Tx Rx 双工器双工器 解调解调均衡均衡解密解密解交织解交织 语音语音 解码解码 信道信道 解码解码 VCO频率合成器频率合成器定时与控制定时与控制 2021/3/10讲解：XX33 043 dBm 141 dBm 239 dBm 337 dBm 435 dBm . . . . 1513 dBm 功率控制电平等级：功率控制电平等级： 步长：步长：2 dB; 容限：容限： 2.0 dB 接收灵敏度：接收灵敏度： 移动台：移动台： -102 dBm 基站：基站： -102 d

14、Bm 2021/3/10讲解：XX34 n用户固定数据用户固定数据 nIMSI nKi n接入控制级 n安全算法 n网络临时数据网络临时数据 nTMSI nLAI nKc n选择的PLMN n业务相关数据业务相关数据 n使用的语言 n话费数据 2021/3/10讲解：XX35 G A Abis Um AUC HLR MSC EIR IWF TC BSC BTSBTSBTS EC NMC OMC VLR MSC IWFTCEC VLR TC PSTN BSC BTS BTSBTS BTS BTSBTS BSS B C H D E F 2021/3/10讲解：XX36 45 MHz 双工间隔双工间

15、隔 960950935917 915905890872 基基 站站 发射频率发射频率 基基 站站 接收频率接收频率 2 MHz保护频带保护频带 （单位：（单位：MHz） 925880 GSMTACS/GSMEGSMETACS 2021/3/10讲解：XX37 95 MHz 双工间隔双工间隔 18801805 17851710 基基 站站 发射频率发射频率 基基 站站 接收频率接收频率 20 MHz保护频带保护频带 （频率单位：（频率单位：MHz） DCS1800 2021/3/10讲解：XX38 SP SP SP SP 数据库层 信令层 用户层 GMSC MSC MSC BSCBTS BTS

16、SP SP SP SP LE PSTN PLMN CB D E F G HLRVLRVLREIR AuC H MS 网络层 2021/3/10讲解：XX39 MSC HLR BSS MSC BSS MSC BSS HLR TS2 TS1 TS3 LS LS LS 长途编号区长途编号区1 长途编号区长途编号区3 长途编号区长途编号区2 2021/3/10讲解：XX40 LE GMSC HLR MSC/ VLR 归属归属PLMN 访问访问PLMN MSC/ VLR 1 2 3 4 5 6 支付支付: 1、2、3 支付支付: 53、6 支付支付: 4 2021/3/10讲解：XX41 GPSR简介简

17、介 GPRS （General Packet Radio Service）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BT Cellnet公司早在1993 年提出的，是GSM Phase2+ (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。 2021/3/10讲解：XX42 nInternet数据业务的推动 n原有GSM系统支持数据业务的缺点 n无线/网络资源利用率低，费用昂贵 n数据速率低，HSCSD最高64kbit/s n移动数据通信市场的巨大需求 n向第三代移动通信迈进

18、2021/3/10讲解：XX43 n无线/网络资源利用率高，计费 方式灵活，价格合理 n速率较高：1-8个时隙，CS1- CS4，可达约10kbit/s - 170kbit/s n分组交换平台为多种业务提供 承载 n可以逐步向3G、全IP网演进 2021/3/10讲解：XX44 n上下行链路可不对称，数据速率可变 n“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 n一个MS可同时进行多个数据会话 n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 2021/3/10讲解：XX45 BG 边界网关

19、 CG 收费网关 DNS 域名服务器 DHCP 动态主机配置 协议 GIN GPRS截获节 点 MFS 多功能服务器 TC 码型变换器 WP 无线应用协议 GPRS网络可以看作是一个IP子网 2021/3/10讲解：XX46 q 扩频多址（SSMA） q所传信号的带宽必须远大于信息的带宽。 q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

20、体积来表示。扩频通信的基本原理，就是用频带换取信噪比 。 2021/3/10讲解：XX47 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 2021/3/10讲解：XX48 nIS-95A/B是cdma2000的子集 n码片速率1.2288 Mcps

21、n扩频调制：前向QPSK，反 向HPSK n反向导频，相干解调 n快速前向和反向功率控制 n前向发射分集：OTD、STS n信道编码增加Turbo码 n可变帧长，5ms, 10ms, 20ms, 40ms, 80ms n支持F-QPCH，延长手机待 机时间 n速率最大可达307.2kbps n支持QoS协商 n支持多媒体业务 n支持8K/13K QCELP 8 kbps EVRC n信道容量是IS-95A/B的2倍 2021/3/10讲解：XX49 cdma2000网络结构 ss7 MSC/VLRHLR PSTN ISDN cdma2000 BSS BTS BSC BTS BSC/PCF cd