GSM数字移动通信系统

1、第六章第六章GSM数字移动通信系统数字移动通信系统 Shenzhen Maxtec Technical Industry Co.,LtdContact:Jay Tel:+86-755-33076087Fax: +86-755-83033982教学重点教学重点1GSM移动通信系统系统的组成及工作原理；移动通信系统系统的组成及工作原理；2移动通信网络各组成部分的作用；移动通信网络各组成部分的作用； 3GSM手机的电路组成和工作原理；手机的电路组成和工作原理； 4GSM数字移动通信系统的信道配置，移动通信系统数字移动通信系统的信道配置，移动通信系统的运行过程；的运行

2、过程； 5移动通信系统中采用的的主要技术；移动通信系统中采用的的主要技术； 6CDMA、小灵通数字移动通信系统系统的组成及工、小灵通数字移动通信系统系统的组成及工作原理。作原理。 掌握掌握GSM移动通信系统系统的组成、工作原理以及移移动通信系统系统的组成、工作原理以及移动通信网络各组成部分的作用。动通信网络各组成部分的作用。序号序号 内内 容容学时学时1 6.1GSM移动通信系统移动通信系统 2.52 6.2CDMA移动通信系统移动通信系统 1.53 6.3小灵通个人通信接入系统小灵通个人通信接入系统 14 6.4第三代移动通信第三代移动通信(简称简称3G) 15 习题和小结习题和小结 6 本

3、章讲授学时本章讲授学时 6学时分配学时分配教学难点教学难点第六章第六章 GSMGSM数字移动通信系统数字移动通信系统 6.1 GSM6.1 GSM移动通信系统移动通信系统 6.2 CDMA6.2 CDMA移动通信系统移动通信系统 6.3 6.3 小灵通个人通信接入系统小灵通个人通信接入系统6.4 6.4 第三代移动通信第三代移动通信( (简称简称3G)3G) 本章小结本章小结 6.16.1GSMGSM移动通信系统移动通信系统 一、一、GSMGSM系统的主要特征系统的主要特征及组成及组成 三、三、GSMGSM数字移动通信的主要技术数字移动通信的主要技术 二、双频二、双频GSMGSM工作频段工作频

4、段 四、四、GPRSGPRS系统系统 五、五、GSMGSM手机的电路结构手机的电路结构1GSMGSM：是是Global System for Mobile communication（全球移动通信系统）的简称。它是由欧洲的标准化委员会（全球移动通信系统）的简称。它是由欧洲的标准化委员会设计的。设计的。80年代到年代到90年代初，年代初，TACS系统是欧洲最普遍的模拟蜂系统是欧洲最普遍的模拟蜂窝系统。窝系统。 一、一、 GSMGSM系统的主要特征及组成系统的主要特征及组成 1988年年CEPT（欧洲邮政与电信大会）颁布了（欧洲邮政与电信大会）颁布了GSM标准，标准，也称为泛欧数字蜂窝移动通信标准

5、。也称为泛欧数字蜂窝移动通信标准。 (1) 频带在频带在900MHz附近附近(GSM900)，或，或1800MHz附近附近(DCS1800)，采用中等宽度的频带（，采用中等宽度的频带（200KHz载波间隔）；载波间隔）； (2) 8路路时分时分复用；复用； (3) 全双工全双工通信方式；通信方式； (4) 调制方式：调制方式：GMSK速率速率270.83kbit/s，调制指数，调制指数0.3； (5) 分集接收：跳频分集接收：跳频217跳跳/秒，交错信道编码，自适应秒，交错信道编码，自适应均衡；均衡； (6) 每时隙信道比特率每时隙信道比特率22.8kbit/s； (7) 数字话音传输速率不超

6、过数字话音传输速率不超过16kbit/s； 2GSMGSM标准标准只对功能和接口制定了详细规定，其主要只对功能和接口制定了详细规定，其主要特特征征如下：如下： 数字蜂窝网络系统由三部分组成：数字蜂窝网络系统由三部分组成：移动台移动台、基站系统基站系统、交换系统交换系统，如图，如图6.1所示。所示。 1移动台（移动台（MSMS）系统中移动台有车载台、便携台和手持台。系统中移动台有车载台、便携台和手持台。 移动台设备本身由一个独特的国际移动设备身份号移动台设备本身由一个独特的国际移动设备身份号(IMEI)来区别。当移动台被一个用户使用时，它还有一个来区别。当移动台被一个用户使用时，它还有一个国际移

7、动用户身份号国际移动用户身份号(IMSI)。图图 6.1 GSM系统的组成系统的组成 2基站系统（基站系统（BSSBSS） 基站系统包含两部分：基站系统包含两部分：基站控制器基站控制器(BSC)和和基站收发信基站收发信机机(BTS)。通常交换系统中的一个。通常交换系统中的一个MSC监控一个或多个监控一个或多个BSC，每个每个BSC控制多个控制多个BTS。 国际移动用户身份号可做在一个用户身份模块国际移动用户身份号可做在一个用户身份模块(SIMSIM)中，中，这样移动用户可以插入它的身份模块并使用符合系统规范的这样移动用户可以插入它的身份模块并使用符合系统规范的卡卡(SIMSIM卡卡)来驱动移动

8、台。来驱动移动台。基站控制器是一个基站控制器是一个高容量的交换机高容量的交换机，负责系统与无线信，负责系统与无线信道的切换、无线网络资源管理等。道的切换、无线网络资源管理等。 3 3交换系统交换系统 交换系统交换系统由移动业务交换中心由移动业务交换中心(MSC)、原地位置寄存器、原地位置寄存器(HLR)、访问位置寄存器、访问位置寄存器(VLR)、鉴权中心、鉴权中心(AUC)、设备身、设备身份寄存器份寄存器(EIR)及操作和维护中心及操作和维护中心(OMC)等组成。等组成。 基站收发机包括无线传输所需的各种基站收发机包括无线传输所需的各种硬件和软件硬件和软件，如发，如发射机、接收机、天线等。射机

9、、接收机、天线等。(1)移动交换中心移动交换中心(MSC) 移动交换中心移动交换中心是蜂窝移动通信网络的是蜂窝移动通信网络的核心核心，其主要功能，其主要功能是对位于本是对位于本MSC控制区域内的移动用户进行通信控制和管理。控制区域内的移动用户进行通信控制和管理。 例如：例如： (1) 系统中信道的管理和分配；系统中信道的管理和分配； (2) 呼叫的处理和控制；呼叫的处理和控制； (3) 过区切换和漫游的控制；过区切换和漫游的控制； (4) 用户位置信息的登记和管理；用户位置信息的登记和管理； (5) 用户号码和移动设备号码的登记和管理；用户号码和移动设备号码的登记和管理； (6) 服务类型的管

10、理和控制；服务类型的管理和控制； (7) 对用户实施鉴权；对用户实施鉴权； (8)为系统中连接别的移动交换中心及其它公用通为系统中连接别的移动交换中心及其它公用通信网络，提供链路接口。信网络，提供链路接口。原地位置寄存器是用于原地位置寄存器是用于管理移动用户的主要数据库管理移动用户的主要数据库。(2)原地位置寄存器原地位置寄存器(HLR) 寄存器中存储两种类型的数据：寄存器中存储两种类型的数据： (1) 用户信息用户信息用户信息中注册有关电信业务、传真业务和用户信息中注册有关电信业务、传真业务和补充业务等数据；补充业务等数据； (2) 位置信息位置信息利用位置信息系统能正确地选择路由，将呼利用

11、位置信息系统能正确地选择路由，将呼叫接通至移动台。叫接通至移动台。 系统将用户数据都存放在原地位置寄存器中，对每一个系统将用户数据都存放在原地位置寄存器中，对每一个注册的移动用户分配两个号码，并存储在原地位置寄存器中。注册的移动用户分配两个号码，并存储在原地位置寄存器中。分别是：分别是： 国际移动用户身份号国际移动用户身份号(IMSI)：在某一个网络中每个用户：在某一个网络中每个用户分配一个用户身份号。分配一个用户身份号。 移动台移动台ISDN号号(MSISDN)：在在PSTNPSTN中的中的ISDNISDN编号。编号。(3)访问位置寄存器访问位置寄存器(VLR) 访问位置寄存器访问位置寄存器

12、是用来存储用户来访位置信息的数据库。是用来存储用户来访位置信息的数据库。 如果移动用户由一个访问位置寄存器服务区移动到另外如果移动用户由一个访问位置寄存器服务区移动到另外一个访问位置寄存器服务区时，原地位置寄存器在修改该用一个访问位置寄存器服务区时，原地位置寄存器在修改该用户的位置信息后，还要通知原来的访问位置寄存器，删除该户的位置信息后，还要通知原来的访问位置寄存器，删除该移动用户的位置信息，以便释放访问位置寄存器。移动用户的位置信息，以便释放访问位置寄存器。 当一个移动用户漫游到了一个新的移动交换中心区域时，当一个移动用户漫游到了一个新的移动交换中心区域时，该移动交换中心的访问位置寄存器将

13、向原地位置寄存器查询该移动交换中心的访问位置寄存器将向原地位置寄存器查询该用户有关的参数，并给该用户分配一个新的漫游号码该用户有关的参数，并给该用户分配一个新的漫游号码(MSRN)。原地位置寄存器也要修改该用户的位置信息，准备。原地位置寄存器也要修改该用户的位置信息，准备为其它用户呼叫此移动用户提供路由信息。为其它用户呼叫此移动用户提供路由信息。(4)鉴权中心鉴权中心(AUC) 鉴权中心鉴权中心是与原地位置寄存器连接在一起的，它为原地是与原地位置寄存器连接在一起的，它为原地位置寄存器提供一个与用户有关的并用于安全方面的位置寄存器提供一个与用户有关的并用于安全方面的鉴别参鉴别参数和加密密钥。数和

14、加密密钥。 操作和维护中心操作和维护中心的任务是对整个网络进行监控和操作。的任务是对整个网络进行监控和操作。 设备身份寄存器设备身份寄存器是存储移动台设备参数的数据库，移动是存储移动台设备参数的数据库，移动交换中心利用设备身份寄存器来检查用户所使用的移动设备交换中心利用设备身份寄存器来检查用户所使用的移动设备的有效性，防止非法使用未经许可的移动设备入网。的有效性，防止非法使用未经许可的移动设备入网。 (5)设备身份寄存器设备身份寄存器(EIR) (6)操作和维护中心操作和维护中心(OMC) 二、双频二、双频GSMGSM工作频段工作频段 双频双频GSM使用使用GSM900与与DCS1800两个频

15、段。两个频段。 GSM900频段包括频段包括两个两个25MHz带宽的子频带，即带宽的子频带，即890915MHz以及以及935960MHz，DCS1800频段包括频段包括两个两个75MHz带宽的子频带，即带宽的子频带，即17101785MHz以及以及18051880MHz。如。如图图6.2所示。所示。 GSM900所使用的两个所使用的两个25MHz子频带中，子频带中，890915MHz频段用于用户到基站的频段用于用户到基站的上行传输上行传输（反向链路），（反向链路），935960MHz频段用于基站到用户的频段用于基站到用户的下行传输下行传输（前向链路）。（前向链路）。DCS1800频段的两个子

16、带也是一个用于上行，一个用于下频段的两个子带也是一个用于上行，一个用于下行。行。图图6.2 双频双频GSM频段分配频段分配 在数字蜂窝移动通信中，采用的多址技术有两种：在数字蜂窝移动通信中，采用的多址技术有两种：频分频分多址多址(FDMA)、时分多址、时分多址(TDMA)。 三、三、GSMGSM数字移动通信的主要技术数字移动通信的主要技术在工作频带内，它以载波间隔在工作频带内，它以载波间隔200KHz进行频分，这样在进行频分，这样在收、发各为收、发各为25MHz的频带内，可得到的频带内，可得到124对信道。然后在每对信道。然后在每个信道（帧）中又进行时分，分成个信道（帧）中又进行时分，分成8个

17、时隙个时隙，每个时隙对应的，每个时隙对应的信道称为信道称为物理信道物理信道。在每个时隙（物理信道）中传输不同的。在每个时隙（物理信道）中传输不同的逻辑信道逻辑信道。如图。如图6.3所示。所示。 1多址技术多址技术图图6.3 GSM系统的多址技术系统的多址技术 在选择数字调制解调技术时，要考虑到两方面的因数：在选择数字调制解调技术时，要考虑到两方面的因数：功率的有效性和频谱的有效性功率的有效性和频谱的有效性。 对于功率有效的技术，它要求在相对低的载噪比对于功率有效的技术，它要求在相对低的载噪比(8.4dB或或12dB)的情况下具有的情况下具有低的差错概率低的差错概率（对应于（对应于10-4或或1

18、0-8）。）。对于频谱有效性，它应能在单位频带内具有对于频谱有效性，它应能在单位频带内具有高的比特率高的比特率(2bit/s.Hz)。 GSM数字移动通信系统采用了数字移动通信系统采用了GMSK调制方式。调制方式。 2调制技术调制技术 根据目的不同，编码可分为信源编码和信道编码两大类。根据目的不同，编码可分为信源编码和信道编码两大类。信源编码信源编码是为了提高数字信号的有效性以及为了使模拟是为了提高数字信号的有效性以及为了使模拟信号数字化而采取的编码。信号数字化而采取的编码。 信源编码信源编码的主要任务是改进话音采样和编码算法，以降的主要任务是改进话音采样和编码算法，以降低信源的基本数码率。低

19、信源的基本数码率。 话音编码技术话音编码技术有三类：波形编码、参数编码和混合编码。有三类：波形编码、参数编码和混合编码。 3编码技术编码技术(1)信源编码信源编码 参数编码技术参数编码技术是以发声机制的模型为基础的，如线性预是以发声机制的模型为基础的，如线性预测编码测编码(LPC)、自适应编码、自适应编码(APC)等，它可在低于等，它可在低于16kbit/s的的情况下，获得较好的话音质量。情况下，获得较好的话音质量。 波形编码技术波形编码技术是以再现原话音波形为目的的编码技术。是以再现原话音波形为目的的编码技术。当速率在当速率在1664kbit/sbit/s范围内时，可获得较好的话音质量。范围

20、内时，可获得较好的话音质量。但在低于但在低于16kbit/s16kbit/s时，将使话音质量迅速降低。时，将使话音质量迅速降低。 混合编码技术混合编码技术兼有波形编码和参数编码的优点，在兼有波形编码和参数编码的优点，在816kbit/s的范围内，具有良好的话音质量。的范围内，具有良好的话音质量。GSM数字蜂窝数字蜂窝系统就是采用混合编码器系统就是采用混合编码器规则脉冲激励规则脉冲激励-长期预测编码长期预测编码(RPE-LTP)。它的比特速率为。它的比特速率为13kbit/s。 信道编码：信道编码：是为了提高数字通信的可靠性而采取的编码。是为了提高数字通信的可靠性而采取的编码。它是在数字信号进行

21、射频调制之前进行的。它是在数字信号进行射频调制之前进行的。 信道编码的目的信道编码的目的在于使信号在接收端能够检查甚至纠正在于使信号在接收端能够检查甚至纠正传输期间由各种干扰引起的差错。传输期间由各种干扰引起的差错。 信道编码与信源编码的区别：信道编码与信源编码的区别：信源编码是为了提高传输信源编码是为了提高传输效率，减少带宽，所以尽量去减少信源的冗余度，而信道编效率，减少带宽，所以尽量去减少信源的冗余度，而信道编码是为了检测或纠正差错，采用了增加冗余度的办法，也就码是为了检测或纠正差错，采用了增加冗余度的办法，也就是在原来信息码的基础上多加一些码元，按照一定的代数结是在原来信息码的基础上多加

22、一些码元，按照一定的代数结构或其他相关持性，利用码间的相互关系去判断和纠正差错。构或其他相关持性，利用码间的相互关系去判断和纠正差错。 (2)信道编码信道编码交织技术交织技术就是把信息码在发端加以排列组合，使信息码就是把信息码在发端加以排列组合，使信息码相互穿插交织后再发送到信道中去。相互穿插交织后再发送到信道中去。 常用的纠错编码有常用的纠错编码有分组码和卷积码分组码和卷积码。信道编码的结果是。信道编码的结果是输出一个码字流。对于话音来说，这些码字流字长输出一个码字流。对于话音来说，这些码字流字长456比特，比特，即比特率为即比特率为22.8kbit/s。交织技术的目的交织技术的目的就是使就

23、是使成片或突发差错转换成随机差错。成片或突发差错转换成随机差错。 在接收端，进行在接收端，进行反交织反交织，恢复成原始的码序列后，就可，恢复成原始的码序列后，就可以按纠正随机错误的编码来进行纠正。以按纠正随机错误的编码来进行纠正。 4交织技术交织技术跳频跳频就是发射信号时载波频率不是固定的，而是不停就是发射信号时载波频率不是固定的，而是不停地跳变。在接收端，本地振荡的频率也必须同步地跳变才地跳变。在接收端，本地振荡的频率也必须同步地跳变才能正确接收和解调出有用信号。能正确接收和解调出有用信号。 数字移动通信中采用数字移动通信中采用跳频信号的目的跳频信号的目的在于抗多径干扰和在于抗多径干扰和抗衰

24、落。抗衰落。 跳频抗多径的原理跳频抗多径的原理是：假设到达接收机的信号有两条路是：假设到达接收机的信号有两条路径，一条直射波和一条折射波，二者有一定的时延差，在径，一条直射波和一条折射波，二者有一定的时延差，在折射波到达接收机时，如果接收机频率已跳到别的频率上折射波到达接收机时，如果接收机频率已跳到别的频率上了，则它就不会受到迟到的多径信号的干扰了。因此，可了，则它就不会受到迟到的多径信号的干扰了。因此，可以排除多径信号干扰的条件应该是频率跳变的时间间隔要以排除多径信号干扰的条件应该是频率跳变的时间间隔要小于多径干扰的时延差。小于多径干扰的时延差。 5跳频技术跳频技术 跳频抗衰落的原理跳频抗衰

25、落的原理是：如果相邻跳变的频差足够大，而是：如果相邻跳变的频差足够大，而产生频率选择性衰落是一种窄带现象，频差大的频率在同一产生频率选择性衰落是一种窄带现象，频差大的频率在同一时间产生衰落的概率是比较小的，频率跳变到其他频率上时，时间产生衰落的概率是比较小的，频率跳变到其他频率上时，则可继续保持通信。在则可继续保持通信。在TDMA系统中，跳频速率等于每秒传系统中，跳频速率等于每秒传输的帧数。输的帧数。GSM系统中每个时隙长系统中每个时隙长576.9us，8个时隙为一帧，个时隙为一帧，因此帧的长度为因此帧的长度为4.615ms，每秒跳频为，每秒跳频为217次。次。自适应均衡技术自适应均衡技术也是

26、一种有效的抗多径干扰的方法。也是一种有效的抗多径干扰的方法。所谓均衡，指的是信道均衡，也就是在接收端的信道均衡所谓均衡，指的是信道均衡，也就是在接收端的信道均衡器中产生与信道特性相反的特性，抵消信道产生的干扰，器中产生与信道特性相反的特性，抵消信道产生的干扰，从而正确的判决和恢复有用信号。从而正确的判决和恢复有用信号。均衡器基本原理均衡器基本原理是一旦能检测到信息符号，它可对未是一旦能检测到信息符号，它可对未来符号的码间干扰在符号检测前估计出和减去。来符号的码间干扰在符号检测前估计出和减去。 在在GSM的建议中并未规定采用哪种均衡器，只提出均的建议中并未规定采用哪种均衡器，只提出均衡的衡的时延

27、为时延为16us，由各生产厂家自行决定均衡器的结构。，由各生产厂家自行决定均衡器的结构。 6均均衡衡技术技术四、四、GPRSGPRS系统系统 1 GPRS(General Packet Radio Service) ： 也叫通用也叫通用分组无线业务，与分组无线业务，与GSM系统相比较有两个重要特点：一是系统相比较有两个重要特点：一是在在GSM系统中引入分组交换能力，二是将速率提高到系统中引入分组交换能力，二是将速率提高到100kbits以上。它是基于以上。它是基于GSM的移动分组数据业务，面向的移动分组数据业务，面向用户提供移动分组的用户提供移动分组的IP连接。连接。 GPRS最显著的优点最显

28、著的优点就是能够提供比现有就是能够提供比现有GSM网网9.6kbits更高的数据率，可达更高的数据率，可达170kbits。 2.GPRS2.GPRS的优点的优点 GPRS能够提供的传输速率最高可达能够提供的传输速率最高可达170kbits，这改，这改变了以往单一的文本形式的数据，各种图片、话音和视频在变了以往单一的文本形式的数据，各种图片、话音和视频在内的多媒体业务也可实现，如可视电话频点播等，可以进行内的多媒体业务也可实现，如可视电话频点播等，可以进行各种娱乐休闲，如移动聊天、游戏、交友等，或者多媒体业各种娱乐休闲，如移动聊天、游戏、交友等，或者多媒体业务。务。 (1)速率高容量大速率高容

29、量大例如当用户访问互联网时，手机就在无线信道上发送和例如当用户访问互联网时，手机就在无线信道上发送和接收数据。若没有数据传送时，手机就进入休眠状态，手机接收数据。若没有数据传送时，手机就进入休眠状态，手机所在的无线信道会让给其他用户使用，但手机与网络之间仍所在的无线信道会让给其他用户使用，但手机与网络之间仍保持着逻辑连接，一旦用户再次访问，手机立即向网络请求保持着逻辑连接，一旦用户再次访问，手机立即向网络请求无线信道，不像普通拨号上网那样断线后还要重新拨号上网。无线信道，不像普通拨号上网那样断线后还要重新拨号上网。(2)永远在线永远在线(3)收费合理收费合理GPRS手机的计费是根据用户传输的数

30、据量而不是上网手机的计费是根据用户传输的数据量而不是上网时间来计算。只要用户不在网络之间传输数据，即使一直时间来计算。只要用户不在网络之间传输数据，即使一直“在线在线”，也无需付费。，也无需付费。 GSM手机的电路结构可划分为手机的电路结构可划分为射频部分射频部分和和逻辑逻辑/音频部分音频部分。另外，。另外，再加上一些再加上一些功能电路功能电路，就组成了手机，就组成了手机的整体电路。的整体电路。五、五、GSMGSM手机的电路结构手机的电路结构图图6.5 GSM手机原理方框图手机原理方框图 GSM手机原理方框图如图手机原理方框图如图6.5所示。所示。 射频部分一般是指手机电路的射频部分一般是指手

31、机电路的模拟射频模拟射频、中频处理中频处理部分，部分，它主要完成接收射频信号到还原成模拟基带信号，以及从模它主要完成接收射频信号到还原成模拟基带信号，以及从模拟基带信号到发射高频信号的整个过程。拟基带信号到发射高频信号的整个过程。 1.1.射频部分射频部分 按照各个电路所完成的功能来分，射频部分又可以分为按照各个电路所完成的功能来分，射频部分又可以分为接收电路接收电路、发射电路发射电路和和频率合成电路频率合成电路。接收电路接收电路为超外差接收方式，它包括天线开关、接收滤为超外差接收方式，它包括天线开关、接收滤波器、高频放大器、混频器、中频滤波器、中频放大器等等。波器、高频放大器、混频器、中频滤

32、波器、中频放大器等等。它将它将935960MHz（GSM900系统）或者系统）或者18051880MHz（DCS1800系统）的射频信号经过混频，最后得到中频信号，系统）的射频信号经过混频，最后得到中频信号，送入送入GMSK解调器。解调器。 发射电路发射电路包括混频器、发射滤波器、功率放大器、功包括混频器、发射滤波器、功率放大器、功率控制器、天线开关等。它将经率控制器、天线开关等。它将经GMSK调制出来的信号经调制出来的信号经过混频，最后变成过混频，最后变成890915MHz（GSM900系统）或者系统）或者17101785MHz（DCS1800系统）的射频信号，从天线发射系统）的射频信号，从

33、天线发射出去。出去。 频率合成电路频率合成电路为接收电路和发射电路的混频电路提供为接收电路和发射电路的混频电路提供本振频率信号，包括一本振和二本振。通常接收和发射共本振频率信号，包括一本振和二本振。通常接收和发射共用一个频率合成器。频率合成电路一般是由锁相环电路来用一个频率合成器。频率合成电路一般是由锁相环电路来实现，如图实现，如图6.6所示。所示。 图图6.6 锁相环电路方框图锁相环电路方框图 逻辑逻辑/音频部分音频部分可以分为可以分为系统逻辑控制系统逻辑控制和和音频信号处理音频信号处理两个部分。它完成对数字信号的处理和对整机工作的管理与两个部分。它完成对数字信号的处理和对整机工作的管理与控

34、制。控制。 2.2.逻辑逻辑/ /音频部分音频部分 逻辑控制部分逻辑控制部分是由中央处理器是由中央处理器(CPU)和存储器组组成。和存储器组组成。存储器包括：存储器包括：SRAM（静态随机存储器）、（静态随机存储器）、EEPROM（电（电可刷写只读存储器）、可刷写只读存储器）、FLASH（闪速只读存储器）。（闪速只读存储器）。 音频信号处理部分音频信号处理部分包括接收音频信号处理和发射音频信包括接收音频信号处理和发射音频信号处理，一般由专用的音频数字信号处理器通过号处理，一般由专用的音频数字信号处理器通过CPU控制来控制来完成。完成。 接收时，音频部分对射频部分送来的模拟基带信号进行接收时，音

35、频部分对射频部分送来的模拟基带信号进行GMSK接调、接调、Viterbi均衡器消除码间干扰、解密和去交织，均衡器消除码间干扰、解密和去交织，得到得到22.8kbit/s的数据流，接着进行信道解码，得到的数据流，接着进行信道解码，得到13kbit/s的数据流，经过语音解码后，得到的数据流，经过语音解码后，得到64kbit/s的数字信号，最后的数字信号，最后进行进行PCM解码，还原模拟语音信号，驱动听筒发声。解码，还原模拟语音信号，驱动听筒发声。 发射时，话筒送来的模拟语发射时，话筒送来的模拟语音信号在音频部分进行音信号在音频部分进行PCM编码，编码，得到得到64kbit/s的数字信号，该信号的数

36、字信号，该信号先进行语音编码、信道编码、交先进行语音编码、信道编码、交织、加密、织、加密、GMSK调制，最后得调制，最后得到到67.768kHz的模拟基带信号，送的模拟基带信号，送到射频部分进行上变频混频处理。到射频部分进行上变频混频处理。 功能电路功能电路包有以下几种电路：包有以下几种电路： (1)电源电路：它提供手机各个部分电路的工作电源；电源电路：它提供手机各个部分电路的工作电源； 3.3.功能电路部分功能电路部分 (2)时钟电路：包括主时钟时钟电路：包括主时钟13MHz或或26MHz，实时时钟，实时时钟32.768kHz； (3)显示电路：通过串行通信，把显示电路：通过串行通信，把CP

37、U送来的显示数据进送来的显示数据进行接收，译码和驱动，最后把结果显示在液晶显示屏上；行接收，译码和驱动，最后把结果显示在液晶显示屏上； (4)卡电路：是指卡电路：是指SIM卡电路，它也是通过串行通信和卡电路，它也是通过串行通信和CPU之间进行数据交换；之间进行数据交换； 通常手机的射频部分，逻辑音频部分以及电源电路、卡通常手机的射频部分，逻辑音频部分以及电源电路、卡电路做在同一块板上，而键盘、显示屏、照明以及振铃做电路做在同一块板上，而键盘、显示屏、照明以及振铃做在另一块板上，两块板之间通过连接座连接在一起。在另一块板上，两块板之间通过连接座连接在一起。 (6)照明：包括键盘照明灯和显示照明灯

38、；照明：包括键盘照明灯和显示照明灯； (7)振铃、震动：手机有来电时，发出铃声或产生震动；振铃、震动：手机有来电时，发出铃声或产生震动； (5)键盘：手机的各个数字键和功能键，通过行、列矩阵键盘：手机的各个数字键和功能键，通过行、列矩阵来扫描；来扫描； 6.26.2CDMACDMA移动通信系统移动通信系统 一、一、CDMACDMA系统概述系统概述 二、二、CDMACDMA系统构成系统构成一、一、 CDMACDMA系统概述系统概述根据理论计算以及现场试验表明，根据理论计算以及现场试验表明，CDMA系统的信道容系统的信道容量是模拟系统的量是模拟系统的1020倍，是倍，是TDMA系统的系统的4倍。倍

39、。CDMA系系统的高容量很大一部分因素是由于它的频率复用系数远远超统的高容量很大一部分因素是由于它的频率复用系数远远超过其它制式的蜂窝系统，另外一个主要因素是它使用了话音过其它制式的蜂窝系统，另外一个主要因素是它使用了话音激活和扇区化等技术。激活和扇区化等技术。 1CDMACDMA系统的主要优点系统的主要优点(1) 大容量和软容量大容量和软容量 软切换是指当移动台需要切换时，先与新的基站连通软切换是指当移动台需要切换时，先与新的基站连通再与原基站切断联系，而不是先切断与原基站的联系再与再与原基站切断联系，而不是先切断与原基站的联系再与新的基站连通。软切换只能在同一频率的信道间进行，因新的基站连

40、通。软切换只能在同一频率的信道间进行，因此，模拟系统、此，模拟系统、TDMA系统不具备这种功能。系统不具备这种功能。 由于由于CDMA系统中采用有效的功率控制和强纠错能力系统中采用有效的功率控制和强纠错能力的信道编码，以及多种形式的分集技术，从而使基站和移的信道编码，以及多种形式的分集技术，从而使基站和移动台以非常节约的功率发射信号，延长手机电池使用时间，动台以非常节约的功率发射信号，延长手机电池使用时间，同时获得了优良的话音质量。同时获得了优良的话音质量。 (2) 软切换软切换(3) 高质量和低功率高质量和低功率工作频率：工作频率：下行链路的频率为下行链路的频率为824849MHz，上行链路

41、的，上行链路的频率为频率为869894MHz，一对下行链路频率和上行链路频率，一对下行链路频率和上行链路频率的频率间隔为的频率间隔为45MHz，带宽，带宽1.25MHz。 2主要性能指标主要性能指标码片速率：码片速率：1.2288Mcs；比特率：比特率：速率集速率集1为为9.6kbits，速率集，速率集2为为14.4kbits，IS-95B为为115.2kbits；帧长度：帧长度：20ms；语音编码器：语音编码器：QCELP 8kbits，EVRC 8kbits，ACELP 13kbits；功率控制：功率控制：上行链路采用开环上行链路采用开环 + 快速闭环，下行链路采快速闭环，下行链路采用慢速

42、闭环；用慢速闭环；扩展码：扩展码：Walsh + 长长m序列。序列。 3CDMACDMA基本原理基本原理 在在CDMA系统中，不同用户传输的信息是靠各自不同的系统中，不同用户传输的信息是靠各自不同的编码序列来区分的。编码序列来区分的。CDMA的示意图如图的示意图如图6.6所示，可以看出所示，可以看出信号在时间域和频率域是重叠的，用户信号是靠各自不同的信号在时间域和频率域是重叠的，用户信号是靠各自不同的编码序列编码序列m来区分的。来区分的。图图6.6 CDMA的示意图的示意图 CDMA扩频移动通信系统的原理示意图如图扩频移动通信系统的原理示意图如图6.7所示。所示。 图图6.7 CDMA扩频通信

43、系统原理示意图扩频通信系统原理示意图 扩频通信中用的伪随机码常常采用扩频通信中用的伪随机码常常采用m序列，这是因为序列，这是因为它具有它具有容易产生容易产生和和自相关特性优良自相关特性优良的优点，所谓的优点，所谓自相关自相关是是指收发端相同的码型容易辨认，故只有在收发端伪随机序指收发端相同的码型容易辨认，故只有在收发端伪随机序列相位相同时才能恢复发送信号，码分多址技术就是利用列相位相同时才能恢复发送信号，码分多址技术就是利用了这一点，可以采用不同相位的相同了这一点，可以采用不同相位的相同m序列作为多址通信序列作为多址通信的地址码。由于的地址码。由于m序列的自相关特性与长度有关，因此，序列的自相

44、关特性与长度有关，因此，作为地址码，其长度应尽可能长，以供更多用户使用，同作为地址码，其长度应尽可能长，以供更多用户使用，同时可以获得更高的处理增益和保密性，但是又不能太长，时可以获得更高的处理增益和保密性，但是又不能太长，否则不仅使电路复杂，也不利于快速捕获与跟踪。否则不仅使电路复杂，也不利于快速捕获与跟踪。二、二、 CDMACDMA系统构成系统构成CDMA系统网络结构与一般数字蜂窝移动通信系统的网系统网络结构与一般数字蜂窝移动通信系统的网络结构基本相同，差别主要在于无线信道的构成、相关的无络结构基本相同，差别主要在于无线信道的构成、相关的无线接口和无线设备、特殊的控制功能等。参见图线接口和

45、无线设备、特殊的控制功能等。参见图6.8。从图可。从图可见，见，CDMA系统由三大部分组成：系统由三大部分组成： 基站子系统基站子系统(BSS)：含基站收发信机含基站收发信机(BTS)和基站控制器和基站控制器(BSC)； 交换子系统交换子系统(MSS)：含移动交换中心含移动交换中心(MSC)、移动设备识、移动设备识别寄存器别寄存器(EIR)、 访问用户位置寄存器访问用户位置寄存器(VLR)、归属用户位置、归属用户位置寄存器寄存器(HLR)、鉴权中心、鉴权中心(AUC)、操作维护中、操作维护中(OMC)； 移动台系统移动台系统(MS)：含手持机和车载台。含手持机和车载台。 图图6.8 CDMA系

46、统系统网络网络结构结构2 2基站基站 移动台移动台(MS)是是CDMA移动通信系统用户所使用的一种移动通信系统用户所使用的一种物理装置。它由物理装置。它由射频射频(RF)系统、中频系统、中频(1P)系统系统及及基带基带(DB)系统系统组成，提供用户通往网络系统的无线通道。组成，提供用户通往网络系统的无线通道。1 1移动台移动台 基站基站(BS)是用于提供其区域用户无线通道的一种物理是用于提供其区域用户无线通道的一种物理装置。装置。BS包括三部分：包括三部分：用于发射、接收无线信号的基站收用于发射、接收无线信号的基站收发信机发信机(BTS)；用于基站；用于基站(BS)控制的基站控制器控制的基站控

47、制器(BSC)。基。基站控制器站控制器(BSC)的操作可以由交换系统中的操作维护中心的操作可以由交换系统中的操作维护中心(OMC)提供。提供。 是通信所需的物理装置是通信所需的物理装置。其区域内的用户，为了初始。其区域内的用户，为了初始化移动台化移动台(MS)与与 目的地的连接，移动交换中心目的地的连接，移动交换中心(MSC)呼呼叫过程、基于时间交换的叫过程、基于时间交换的PCM及移动交换中心及移动交换中心(MSC)资资源管理都在这里实现，归属管理及与公用电话网源管理都在这里实现，归属管理及与公用电话网(PSTN)或综合业务数字网或综合业务数字网(ISDN)的互联网络也是通过这里完成。的互联网

48、络也是通过这里完成。 3 3移动交换中心移动交换中心4 4归属寄存器归属寄存器/ /识别中心识别中心 简称简称HLRAC，存储和管理用户信息，包括用户位置，存储和管理用户信息，包括用户位置和服务文件。识别数据也存在这里，这是一个寄存用户数据和服务文件。识别数据也存在这里，这是一个寄存用户数据的数据库。的数据库。HLRAC利用公共信道利用公共信道N7信令直接与信令直接与MSC互互通。通。5 5操作维护与管理中心操作维护与管理中心 简称简称OMC，是用于蜂窝网络日常管理以及为网络工程，是用于蜂窝网络日常管理以及为网络工程和规划提供数据库的集中化设备。通常，和规划提供数据库的集中化设备。通常，OMC

49、同时管理移同时管理移动交换中心动交换中心(MSC)和基站和基站(BS)，但也可配置为只负责管理由，但也可配置为只负责管理由许多基站许多基站(BS)构成的无线子系统构成的无线子系统 。6.36.3小灵通个人通信接入系统小灵通个人通信接入系统 一、小灵通的特点一、小灵通的特点 二、小灵通的技术参数二、小灵通的技术参数 三、小灵通的网络结构三、小灵通的网络结构 一、小灵通的特点一、小灵通的特点 个人通信接人系统个人通信接人系统(PAS)：是我国电信工程技术人员根是我国电信工程技术人员根据中国国情在据中国国情在低轨道卫星通信低轨道卫星通信、GSM、CDMA、无绳电话无绳电话和和无线环路无线环路等众多通

50、信方式的基础上，选择无线环路技术，等众多通信方式的基础上，选择无线环路技术，通过通过v5接口，并充分利用固定电话网的充裕资源来实现的一接口，并充分利用固定电话网的充裕资源来实现的一种个人通信接入手段。在该系统中，每个人都拥有一个电话种个人通信接入手段。在该系统中，每个人都拥有一个电话号码，无论在何时何地，都可通过一部小手机或无线固定单号码，无论在何时何地，都可通过一部小手机或无线固定单元通话、发传真、传送数据和图像，不管在固定地点还是在元通话、发传真、传送数据和图像，不管在固定地点还是在移动中都能进行信息交换。移动中都能进行信息交换。 小灵通之所以受到欢迎，是因为它具有一些与众不同小灵通之所以

51、受到欢迎，是因为它具有一些与众不同的特点。的特点。1 1绿色手机使用方便绿色手机使用方便 小灵通手机的发射功率很低，平均只有小灵通手机的发射功率很低，平均只有10mw，辐射极，辐射极小，长期使用对人体无伤害。所以小灵通手机被称为小，长期使用对人体无伤害。所以小灵通手机被称为“绿绿色手机色手机”。同时小灵通手机具有体积小、重量轻、通话时。同时小灵通手机具有体积小、重量轻、通话时间长的特点。手持机本身重量只有间长的特点。手持机本身重量只有90g，加上电池合计约，加上电池合计约200g，连续通话时间约，连续通话时间约8h，处于待机状态可为，处于待机状态可为500h。2 2经济实惠音质清晰经济实惠音质

52、清晰 小灵通无线电话统一按固定市活标准收费，特别是在小灵通无线电话统一按固定市活标准收费，特别是在接收电话时不收费。与蜂窝移动电话相比，小灵通手机的接收电话时不收费。与蜂窝移动电话相比，小灵通手机的价钱便宜很多。小灵通语音编码方式采用了价钱便宜很多。小灵通语音编码方式采用了32kbits ADPCM(自适应差分脉冲编码调制自适应差分脉冲编码调制)技术技术，该技术是传统，该技术是传统64kbits PCM技术的改进，数据量降低一倍，效果却相技术的改进，数据量降低一倍，效果却相似。因此小灵通的音质与固定电话没有多大的差别，比似。因此小灵通的音质与固定电话没有多大的差别，比GSM系统效果要好。系统效

53、果要好。3 3网络建设投资低，功能多样化网络建设投资低，功能多样化 小灵通系统中的无线基站采用小灵通系统中的无线基站采用普通双绞线普通双绞线与交换中心连与交换中心连接，而且系统中的电话交换功能可由接，而且系统中的电话交换功能可由普通市话交换机普通市话交换机来完成，来完成，这使得网络建设费用大大降低。这使得网络建设费用大大降低。小灵通手机可与家用电话或小灵通手机可与家用电话或办公电话共用一个号码，办公电话共用一个号码，一方取机另一方便自动切断，防止一方取机另一方便自动切断，防止窃听。小灵通用户可以在一个城市或一个地区进行移动，漫窃听。小灵通用户可以在一个城市或一个地区进行移动，漫游范围随着网络扩

54、大而增大。小灵通还具备游范围随着网络扩大而增大。小灵通还具备主叫号码显示和主叫号码显示和短消息服务功能短消息服务功能，用户能在手机上直接发送和接收文字或数，用户能在手机上直接发送和接收文字或数字消息。由于小灵通是数字通信系统，所以它能提供字消息。由于小灵通是数字通信系统，所以它能提供高速数高速数据通信据通信和和ISDN服务服务。 任何事物都不是完美无缺的，小灵通也不例外。虽然任何事物都不是完美无缺的，小灵通也不例外。虽然它有上述诸多优点，但在使用中也存在以下一些问题：它有上述诸多优点，但在使用中也存在以下一些问题：由于采用由于采用19GHz微波频段微波频段，所以它的穿透能力弱，加之，所以它的穿

55、透能力弱，加之基站功率比较小，造成室内信号覆盖比较差，用户普遍反基站功率比较小，造成室内信号覆盖比较差，用户普遍反映小灵通的信号不好。这是小灵通的一个致命弱点。映小灵通的信号不好。这是小灵通的一个致命弱点。小灵通采用微蜂窝技术小灵通采用微蜂窝技术，每个基站覆盖半径在，每个基站覆盖半径在100200m之间，因此在移动中通话会感到较多切换，并有之间，因此在移动中通话会感到较多切换，并有ls左右的左右的无音一般它的移动速度不能超过无音一般它的移动速度不能超过35kmh。 二、小灵通的技术参数二、小灵通的技术参数 1. 小灵通系统使用小灵通系统使用1.9GHz作为其小区基站和手机的通作为其小区基站和手

56、机的通信频率，频率范围是信频率，频率范围是1895.151917.95MHz： 2. 小灵通系统的无线信道即基站和手机之间使用多载小灵通系统的无线信道即基站和手机之间使用多载频时分双工模式频时分双工模式(TDD)，并采用时分多址结构，并采用时分多址结构(TDMA)，在，在多频率子带中实现给每一基站动态分配一个频率时间信道多频率子带中实现给每一基站动态分配一个频率时间信道(FDMATDMA)。 3. 整个频带分成整个频带分成77个载波，每个载波间隔为个载波，每个载波间隔为300kHz。每帧划分为每帧划分为8个时隙，周期为个时隙，周期为5ms，每个时隙为，每个时隙为5ms8=0.625ms。因此，

57、基站空中接口速率为。因此，基站空中接口速率为 240bit0.625ms = 384kbits。表表6.1 小灵通和几种常见移动通信系统的参数对比小灵通和几种常见移动通信系统的参数对比三、小灵通的网络结构三、小灵通的网络结构 图图6.9 小灵通系统的网络结构小灵通系统的网络结构 图图6.9中各部分的组成和功能如下：中各部分的组成和功能如下： 1 1局端设备局端设备(RT)(RT) 小灵通系统通过局端设备小灵通系统通过局端设备(RT)和公用电话网和公用电话网(PSTN)连连接，局端设备接，局端设备(RT)向交换机向交换机(LE)提供模拟或数字接口。提供模拟或数字接口。 2 2空中话务控制器空中话

58、务控制器(ATC) (ATC) 空中话务控制器空中话务控制器(ATC)是一种可选的交叉连接系统，它是一种可选的交叉连接系统，它通过通过E1链路与各覆盖区的局端设备链路与各覆盖区的局端设备(RT)连接，为用户提供连接，为用户提供局端设备局端设备(RT)之间的漫游服务，增强系统的漫游能力。之间的漫游服务，增强系统的漫游能力。3 3基站控制器基站控制器(RPC)(RPC) 基站控制器基站控制器(RPC)通过多条通过多条E1链路与局端设备链路与局端设备(RT)相连，相连，控制各基站在服务区的电源分配和话音路径的集线处理。控制各基站在服务区的电源分配和话音路径的集线处理。 4 4基站（基站（RPRP）

59、基站基站(RP)通过无线空中接口与用户相连，放在服务区内通过无线空中接口与用户相连，放在服务区内的重要地点。的重要地点。5 5手机（手机（PSPS） 手机是小灵通系统的无线手持电话，向用户提供手机是小灵通系统的无线手持电话，向用户提供系列系列的移动功能。用户在稳定呼叫时，可在大范围的区域内移动。的移动功能。用户在稳定呼叫时，可在大范围的区域内移动。 6 6固定用户单元固定用户单元(FSU)(FSU) 固定用户单元固定用户单元(FSU)是小灵通系统与固定标准电话机连接是小灵通系统与固定标准电话机连接的无线通信设备，安装在用户住宅区。固定用户单元的无线通信设备，安装在用户住宅区。固定用户单元(FS

60、U)由由无线接口和电话接口组成，用它来控制线路供电电压、铃流信无线接口和电话接口组成，用它来控制线路供电电压、铃流信号、电话拨号音和忙音，检测摘机和挂机状态，进行拨号。号、电话拨号音和忙音，检测摘机和挂机状态，进行拨号。7 7网络管理系统网络管理系统(NMS) (NMS) 网络管理系统网络管理系统(NMS)对整个网络进行集中管理，监控小灵对整个网络进行集中管理，监控小灵通系统主要设备局端设备通系统主要设备局端设备(RT)、空中话务控制器、空中话务控制器(ATC)及基站及基站控制器控制器(RPC)的状态，收集工作状态信息、告警信息、数据传的状态，收集工作状态信息、告警信息、数据传输信息等，并远程