现代通信网_第3讲 移动通信网

1、 第第3讲讲 移动通信网移动通信网第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网23.0 内容简介内容简介u 移动通信概述移动通信概述u GSM移动通信网移动通信网u CDMA移动通信网移动通信网u 3G网网第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网33.1 移动通信概述移动通信概述 移动通信的概念、特点和组成移动通信的概念、特点和组成 概念概念 通信的通信的双方或至少有一方在移动中双方或至少有一方在移动中进行信息交进行信息交换的通信方式换的通信方式 特点特点p 采用无线电波传播，传播情况复杂采用无线电波传播，传播情况复杂p 受噪声影响，并在强干扰情况下工作受噪声影响，

2、并在强干扰情况下工作p 可用频率资源可用频率资源有限有限p 系统系统管理和控制复杂管理和控制复杂p 对移动台的要求高对移动台的要求高第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网43.1 移动通信概述移动通信概述 移动通信的概念、特点和组成移动通信的概念、特点和组成 组成组成p 移动交换中心移动交换中心(MSC)、基站、基站(BS)、移动台、移动台(MS)第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网53.1 移动通信概述移动通信概述 移动通信的移动通信的分类分类 按使用环境：陆地、海上和空中按使用环境：陆地、海上和空中 按服务对象：按服务对象：公公用和专用用和专用 按工作

3、按工作方式：单工、双工和半双工方式：单工、双工和半双工 按传输信号：模拟和移动按传输信号：模拟和移动 按多址方式：按多址方式：FDMA、TDMA和和CDMA第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网63.1 移动通信概述移动通信概述 移动通信的组网移动通信的组网 频率管理和有效利用技术频率管理和有效利用技术p 频率管理频率管理150MHz：交通、铁路、内河航运专用：交通、铁路、内河航运专用450MHz：早起的公用移动通信：早起的公用移动通信900MHz2000MHz：2G4G通信通信p 频率的有效利用技术频率的有效利用技术频率域：信道窄带化和宽带多址技术频率域：信道窄带化和宽带多

4、址技术时间域：多信道共用技术时间域：多信道共用技术空间域：同频复用、空分多址空间域：同频复用、空分多址第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网73.1 移动通信概述移动通信概述 移动通信的组网移动通信的组网 通信网的区域覆盖通信网的区域覆盖方式方式p 大区制大区制一个基站覆盖整个服务区一个基站覆盖整个服务区(2050km)发射功率较大发射功率较大(100200W)同同一时间每一信道只能被一时间每一信道只能被一个移动台使用一个移动台使用频谱利用率频谱利用率较低，适用于较低，适用于用户较少的地区用户较少的地区第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网83.1 移动通信

5、概述移动通信概述 移动通信的组网移动通信的组网 通信网的区域覆盖通信网的区域覆盖方式方式p 小区制小区制整个服务区划分成小区整个服务区划分成小区，每个小区设置一个基站，每个小区设置一个基站，整个服务区设置若干整个服务区设置若干MSC频率复用技术频率复用技术组网灵活，越区切换组网灵活，越区切换第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网93.1 移动通信概述移动通信概述 移动通信的组网移动通信的组网 区域覆盖区域覆盖p 无线区的形状无线区的形状小区中心间距最大、数目最少小区中心间距最大、数目最少正六边形正六边形蜂窝网蜂窝网p 无线区群的构成无线区群的构成无线小区无线小区无线区群无线区

6、群整个服务区整个服务区不同区不同区群之间可重复使用相同频率群之间可重复使用相同频率p 区区群群(簇簇)的构成条件的构成条件区群之间彼此连接且无空隙覆盖全区域区群之间彼此连接且无空隙覆盖全区域同频小区之间距离相等且为最大同频小区之间距离相等且为最大第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网103.1 移动通信概述移动通信概述 移动通信的组网移动通信的组网 激励方式激励方式p 中心中心激励激励p 顶点激励顶点激励 小区的分裂小区的分裂p 用户密度分布不均匀用户密度分布不均匀p 半径通常半径通常在在11.5km 直放站直放站p 消除盲区和死角消除盲区和死角第第3 3讲讲 移动通信网移动

7、通信网现代通信网现代通信网113.1 移动通信概述移动通信概述 移动通信的发展历程移动通信的发展历程从从智能手机智能手机谈起谈起移动通信移动通信第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网123.2 GSM移动通信网移动通信网 GSM系统结构系统结构第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网133.2 GSM移动通信网移动通信网 GSM系统的主要参数系统的主要参数 工作频段工作频段 通信方式：频分双工通信方式：频分双工 多址多址方式：方式：FDMA/TDMA 载频载频间隔：间隔：0.2MHz 信道信道分配：每载频分配：每载频8个时隙，构成一个个时隙，构成一个TDMA帧

8、帧 信道总速率：信道总速率：270.83Kbps第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网143.2 GSM移动通信网移动通信网 GSM系统的主要参数系统的主要参数 语音编码：语音编码：RPE-LTP(13Kbps) 信道编码：具有交织脉冲检错和信道编码：具有交织脉冲检错和1/2编码率卷积码编码率卷积码 调制调制方式：方式：GMSK 抗干扰抗干扰技术：跳频技术技术：跳频技术(217跳跳/s)、分集接收技术、分集接收技术、交织编码技术、自适应均衡技术交织编码技术、自适应均衡技术 发射发射功率：基站每载波功率：基站每载波500W，移动台，移动台0.8/2/5/7/20W 载频载频复用

9、与区群结构：小区半径复用与区群结构：小区半径0.535km，通常可，通常可采用采用4/12扇区或扇区或3/9扇区扇区第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网153.2 GSM移动通信网移动通信网 GSM系统系统的话音信号处理过程的话音信号处理过程 激励方式激励方式p 中心中心激励激励p 顶点顶点激励激励第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网163.2 GSM移动通信网移动通信网 GSM系统系统的话音信号处理过程的话音信号处理过程 话音话音编码编码p 编码方式：规则脉冲激励编码方式：规则脉冲激励长期预测编码长期预测编码p 20ms一段，压缩编码一段，压缩编码26

10、0bit，编码速率，编码速率13Kbps 信道编码信道编码p 纠正传输过程中的随机误码纠正传输过程中的随机误码p 在信息码元在信息码元中加入一些冗余码元，检测误码中加入一些冗余码元，检测误码p 编码方式：卷积码、分组码和奇偶码编码方式：卷积码、分组码和奇偶码p 编码编码后输出速率：后输出速率：22.8Kbps(456bit/20ms)第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网173.2 GSM移动通信网移动通信网 GSM系统系统的话音信号处理过程的话音信号处理过程 交织交织纠正突发误码纠正突发误码内内部部交交织织块块间间交交织织第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通

11、信网183.2 GSM移动通信网移动通信网 GSM系统系统的话音信号处理过程的话音信号处理过程 突发脉冲形成突发脉冲形成p 传输用户传输用户信息的一个物理信道信息的一个物理信道p 普通突发脉冲、频率校正突发脉冲、同步突发普通突发脉冲、频率校正突发脉冲、同步突发脉冲、接入突发脉冲、空闲突发脉冲脉冲、接入突发脉冲、空闲突发脉冲p 156.25bit，0.577ms33.8Kbps 调制调制p 0 . 3 G M S K ， 高 斯 最 小 频 移 键 控 ， 频 偏， 高 斯 最 小 频 移 键 控 ， 频 偏67.708kHz第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网193.2 G

12、SM移动通信网移动通信网 GSM系统系统的话音信号处理过程的话音信号处理过程 跳频跳频p 信号的发射频率按一定的规则改变信号的发射频率按一定的规则改变p 抵抗瑞利抵抗瑞利衰落、减小干扰，提高保密性衰落、减小干扰，提高保密性p 慢跳频，每一帧改变一次，约慢跳频，每一帧改变一次，约217次次/秒秒 语音间断传输技术语音间断传输技术 仅在产生话音信息时才打开发射机，语音间隙仅在产生话音信息时才打开发射机，语音间隙大部分时间关闭发射机，节省电源，减少同频干扰大部分时间关闭发射机，节省电源，减少同频干扰 功率控制功率控制p 克服克服“远近效应远近效应”，20mW20W，16个电平个电平第第3 3讲讲 移

13、动通信网移动通信网现代通信网现代通信网203.2 GSM移动通信网移动通信网 GSM系统系统的管理与控制的管理与控制 呼叫接续呼叫接续第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网213.2 GSM移动通信网移动通信网 GSM系统系统的管理与控制的管理与控制 呼叫接续呼叫接续第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网223.2 GSM移动通信网移动通信网 通用分组无线业务通用分组无线业务(GPRS)概述概述 基本概念基本概念p 结合了移动通信技术和数据通信技术结合了移动通信技术和数据通信技术p 4种不同的编码方式种不同的编码方式p 4种不同速率：种不同速率：9.05k、

14、13.4k、15.6k、21.4kp 最高最高速率：速率：171.2kbps 系统结构系统结构第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网233.2 GSM移动通信网移动通信网 通用分组无线业务通用分组无线业务(GPRS)概述概述 特点特点p 向向3G平稳过渡平稳过渡p 底层基于底层基于TCP/IP协议，可与协议，可与Internet无缝链接无缝链接p 可可使多个用户共享信道使多个用户共享信道p 方便方便提供短信和提供短信和WAP业务业务p 高高速率、短接入时间、永远在线速率、短接入时间、永远在线 主要业务主要业务p Internet服务、移动办公接入业务、服务、移动办公接入业务、

15、WAP业务、业务、移动移动QQ、短消息、远程操作、定位、信息服务、短消息、远程操作、定位、信息服务第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网243.3 CDMA移动通信移动通信网网 CDMA系统概述系统概述 基本原理基本原理p 码分多址，利用相互正交的编码来区分不同的码分多址，利用相互正交的编码来区分不同的用户、基站和信道。用户、基站和信道。p 足够多的地址码，地址码间良好的相关性足够多的地址码，地址码间良好的相关性p 接收接收端与发送端严格同步端与发送端严格同步p 使用同一载波、相同带宽，同时收发使用同一载波、相同带宽，同时收发第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代

16、通信网253.3 CDMA移动通信移动通信网网 CDMA系统概述系统概述 特点和优势特点和优势p 抗多径衰落能力强抗多径衰落能力强p 系统容量系统容量大大p 话音质量话音质量高高p 保密性能保密性能好，允许低功率谱密度好，允许低功率谱密度p 软软容量：系统性能逐步变坏容量：系统性能逐步变坏p 软软切换：先连接再断开切换：先连接再断开第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网263.3 CDMA移动通信移动通信网网 IS-95CDMA系统概述系统概述 系统结构系统结构第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网273.3 CDMA移动通信移动通信网网 IS-95CDMA

17、系统概述系统概述 技术指标技术指标p 频段：下行频段：下行869894MHz，上行，上行824849MHzp 射频射频带宽：第一频道带宽：第一频道21.77MHz 其他频道其他频道21.23MHzp 调制调制方式：基站方式：基站QPSK，移动台，移动台OQPSKp 扩频扩频方式：方式：DS(直接序列扩频直接序列扩频)p 话音编码：可变速率话音编码：可变速率CELP，最大速率，最大速率8kbps，最大数据速率最大数据速率9.6kbps，每帧，每帧20msp 信道编码：卷积编码和交织编码信道编码：卷积编码和交织编码第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网283.3 CDMA移动通信

18、移动通信网网 IS-95CDMA系统概述系统概述 技术指标技术指标p 导频、同步信道：供移动台作载频和时间同步导频、同步信道：供移动台作载频和时间同步p 多径利用：多径利用：RAKE接收技术，接收技术，34个个p PN码：码片速率为码：码片速率为1.2288Mc/s；基站识别码为；基站识别码为m序列，周期为序列，周期为215-1,；64个正交个正交WaLsh函数组函数组成成64个码分通道。个码分通道。第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网293.3 CDMA移动通信移动通信网网 IS-95CDMA系统概述系统概述 关键技术关键技术p 功率控制技术功率控制技术限制上下行链路的发

19、射功率，克服远近效应限制上下行链路的发射功率，克服远近效应反向开环功率控制反向开环功率控制反向反向闭环功率控制闭环功率控制正向功率控制正向功率控制p 切换技术：切换技术：软切换、更软切换、硬切换软切换、更软切换、硬切换p RAKE接收技术接收技术 利用利用多个多个并行相关器检测多径信号，按照并行相关器检测多径信号，按照一定规则合成一路信号进行解调一定规则合成一路信号进行解调第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网303.3 CDMA移动通信移动通信网网 CDMA技术实施中的问题技术实施中的问题 用户越多，干扰噪声越大，信噪比和通信质量下降用户越多，干扰噪声越大，信噪比和通信质量

20、下降 扩频增益扩频增益不足不足时残存码间干扰时残存码间干扰 功率功率控制技术导致系统复杂控制技术导致系统复杂 用户增多用户增多导致导致PN码加长，同步时间增长码加长，同步时间增长 地址码地址码间互相关性增大导致多址干扰增大间互相关性增大导致多址干扰增大 相邻蜂窝相邻蜂窝的同一码组间存在干扰的同一码组间存在干扰 用户用户容量远低于理论计算值容量远低于理论计算值第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网313.4 3G网网 3G概述概述IMT-2000，1985年提出，年提出，2000年年商用。商用。 3G的目标的目标移动通信网络全球化、业务综合化、通信个人化移动通信网络全球化、业务

21、综合化、通信个人化p 与与2G及其他通信系统兼容及其他通信系统兼容p 低成本多模式实现全球漫游低成本多模式实现全球漫游p 适应多种环境适应多种环境p 高质量的多媒体服务高质量的多媒体服务p 足够的系统足够的系统容量容量p 标准标准性性和经济性和经济性第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网323.4 3G网网 3G概述概述 3G对无线传输技术的要求对无线传输技术的要求p 室内室内2Mbps，室外，室外384kbps，室外车辆，室外车辆144kbpsp 传输速率按需分配传输速率按需分配p 上下行链路适应不对称业务需求上下行链路适应不对称业务需求p 简单简单的小区结构和易于管理的信

22、道结构的小区结构和易于管理的信道结构p 灵活的频率灵活的频率和无线资源管理、配置和服务和无线资源管理、配置和服务第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网333.4 3G网网 3G概述概述 3G的标准的标准2000年，确定三大主流无线接口标准：年，确定三大主流无线接口标准：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA 3G的频谱分配的频谱分配p 主要工作频段：主要工作频段：FDD:19201980/21102170MHz TDD:18801920/20102025MHzp 补充工作补充工作频段：频段：FDD:17751785/18501880MHz TDD:23002400MH

23、zp 卫星卫星移动通信：移动通信：19802010/21702200MHz第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网343.4 3G网网 3G概述概述 3G的网络结构的网络结构p 核心网核心网 交换子系统交换子系统NSSp 无线接入无线接入网网 基站子系统基站子系统BSSp 移动台移动台 移动台移动台MSp 用户识别用户识别模块模块 SIM卡卡 第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网353.4 3G网网 WCDMA移动通信系统移动通信系统 基于基于GSM/GPRS网络，与网络，与GSM先天兼容，中国联通先天兼容，中国联通 接口基本参数接口基本参数p 扩频方式：可变扩频比扩频方式：可变扩频比(4256)的直接扩频的直接扩频p 载波扩频速率：载波扩频速率：4.096Mchip/sp 每每载波带宽：载波带宽：5MHzp 载波间隔：载波间隔：0.2MHzp 载波载波速率：速率：16256kbpsp 帧帧长度：长度：10msp 时隙长度：时隙长度：0.625msp 调制方式：调制方式：QPSKp 功率功率控制：开环控制：开环+自适应闭环方式自适应闭环方式第第3 3讲讲 移动通信网移动通信网现代通信网现代通信网363.4 3G网网 CDMA2000移动通信系统移动通信系统 CDMA one(IS-95A)演进而来，中国电信演进而