第4章-数字移动通信网-人民邮电出版社

1、4.1 移动通信概述移动通信概述4.1.1 移动通信的发展历程移动通信的发展历程1.移动通信发展简史移动通信发展简史 20世纪20年代，车载无线电系统 1946年，“城市系统” 1978年，AMPS，蜂窝移动通信网 20世纪80年代，TACS 20世纪80年代中期，GSM（我国从1997年开始使用） 1993年，IS-95（N-CDMA） 1991年，B-CDMA进入实验阶段目前，3G（我国的TD-SCDMA） 4G2 .我国移动通信的发展状况我国移动通信的发展状况3 . 移动通信的发展趋势移动通信的发展趋势宽带化、智能化、分组化、综合化、个人化4 . 第四代移动通信系统第四代移动通信系统1、

2、自由空间传播、自由空间传播LdPGGdPtrr2221)4()(Pr为接收天线的接收功率，Pt为发射机的发射功率，Gt为发射天线增益，Gr为接收天线增益，d为发射机与接收机之间的距离，L为综合损耗因子，为波长2、平坦表面的传播、平坦表面的传播ht为发射天线的高度，hr为接收天线的高度，d为发射机与接收机之间的距离（d=d1+d2）22)(dhhGGPPrtrttr平坦表面传播时的直射波与反射波 3、多径效应、多径效应（1）大尺度衰落引起的信号衰落可分为两种)lg(10)(00ddndPLPL 为平均大尺度路径损耗，单位为dB；n为路径损耗指数；d0为近地参考距离；d为发射机和接收机之间的距离。

3、 PL3、多径效应、多径效应（2）小尺度衰落引起的信号衰落可分为两种三个表现是指无线电信号在经过短时间或短距离传播以后其幅度快速衰落。经过短距离或短时间传播后信号强度发生急剧变化；在不同多径信号上存在着时变的多普勒频移引起的随机频率调制；多径传播延时引起的扩展。频分多址、时分多址、码分多址、空分多址、时分/频分多址、码分/频分多址等。1、频分多址（、频分多址（FDMA）：将通信系统的总频段划分为若干个等间隔的频道分配给不同的用户使用，这些频道互不交叠。频分多址以频率来区分信道，因此，频道就是信道。早期的模拟蜂窝移动通信采用这种多址方式。2、时分多址（、时分多址（TDMA）：将时间分割成周期性的

4、帧，每一帧再分割成若干个时隙（帧或时隙都互不交叠）,然后根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内按指定的时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收各移动台的信号而互不混扰。时分多址以时隙（时间间隔）来区分信道，因此，时隙就是信道。这种方式只能传送数字信息。3、码分多址（、码分多址（CDMA）：基于码型来分割信道，不同用户传输信息所用的信号用各不相同的编码序列来区分。此时，码型就是信道。实现条件：（1）要有数量足够多、相关性能足够好的地址码；（2）必须用地址码对发射信号进行扩频调制；（3）在接收端，必须具有与发送端完全一致的本地地址码。 实际应用中常采用码分多址

5、与直扩技术结合，实现直扩CDMA移动通信。4.1.3 多址技术多址技术分集技术分集技术交织编码技术交织编码技术RAKE接收技术接收技术自适应均衡技术自适应均衡技术移动通信网的服务区体制可分为大区制和小区制两种。1 . 大区制和小区制大区制和小区制大区制就是用一个基站覆盖整个服务区。其特点是基站只有一个天线，架设高，功率大，覆盖半径大（2050km），但容纳的用户数有限（几百户），扩容非常困难。小区制就是将整个服务区划分为若干个小区，在各小区中分别设置基站，负责本小区移动通信的联络和控制。另外设立移动交换中心，负责与各基站之间的联系和对系统的集中控制管理。 在小区制中，可以应用频率复用技术，提高

6、频带利用率。小区数目越多，整个通信系统的容量就越大。小区制比大区制在技术上要复杂得多。但小区制的优点远远超过了它的缺点，而且随着电子技术和计算机技术的发展，复杂的控制和电路设备都已经可以实现，因此，地面公用移动通信网选用小区制是无可争议的。（1）小区形状的选择）小区形状的选择2. 区域覆盖区域覆盖 小区制的服务区有带状服务区和面状服务区两种，面状服务区是地面移动通信服务区的主要形式。 一个全向天线辐射的覆盖区是个圆形，为了不留空隙地覆盖一个面状服务区，一个个圆形辐射区之间一定会有很多的重叠区域。去除重叠之后，每个辐射区的有效覆盖区是一个多边形。 d dd面状服务区的小区形状选择形状时考虑的问题

7、： 邻接小区中心间距d越大越好，间隔大则干扰小；单位小区的有效面积越大越好，面积大则使一个区域小区个数少，使用频率数少；重叠区域面积小为好，重叠的地方少使得同频干扰减小；重叠距离要小，使移动通信便于跟踪交接；所需无线电频率个数越少越好。综合结论：采用正六边形面状服务区 蜂窝式移动通信网（2）无线区群的构成）无线区群的构成两个条件：（1）区群之间可以邻接，且无空隙无重叠地进行覆盖；（2）邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之间的距离相等。区群内的小区数N应满足下式：abbaN22式中， ， 为不能同时为零的正整数 abdd123231d14323124ddd12345677231654 N=3

8、 N=4 N=7不同小区数N构成的区群形状 同频小区的距离 ADAa个b个120orAAAAAAADarb)(322abbarD同信道小区中心之间的距离为 3. 激励方式激励方式 在每个小区中，基站可设在小区的中央，用全向天线形成圆形覆盖区，称为“中心激励”。 将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上，每个基站采用三副120度扇形辐射的定向天线，分别覆盖三个相邻小区的各三分之一区域，每个小区由三副120度扇形天线共同覆盖，称为“顶点激励”。中心激励与顶点激励120o120o120o(a) 中心激励(b) 顶点激励4. 小区的分裂小区的分裂 因各个服务区内的用户密度不均匀，原来的低用户密度区可能变

9、成高用户密度区，这时相应地在该地区设置新的基站，将小区面积划小，可采用小区分裂的方法实现。新基站原基站 5.直放站直放站6. 信道信道(频率频率)配置配置分区分组配置法：总的所占频段窄，以提高频段的利用率；同一区群内不能使用相同的信道，以避免同频干扰；小区内采用无三阶互调的相容信道组，以避免互调干扰。等频距配置法：按等频率间隔来配置信道，只要频距选得足够大，就可有效地避免邻道干扰。7. 多波道共用多波道共用 移动通信可用的信道有限，通常采用按需分配的方式，在用户发出呼叫时才分配空闲信道使用。这种从多个无线信道中捕获某信道用于通信的方法，称为“多信道选取”。 信道选取控制方式可以是“争用”，也可

10、以是“询问”。1.1.固定信道分配固定信道分配专用控制信道方式：在系统所使用的信道中，设置专用控制信道，呼叫和被叫都在专用控制信道上进行。基站根据通话信道的空闲情况，通过呼叫向摘机的移动用户送出信道指令。移动台根据指令转入指定的信道，再拨号通话。特点：处理呼叫的速度快，适合信道较多的系统。2.2.动态信道分配动态信道分配循环定位：选择呼叫与通话是在同一信道上进行。特点：接续速度快，争抢概率大时易出现冲突，适用于小容量系统。循环不定位方式特点：接续时间长，不宜用在信道数多的系统。循环分散定位方式：是以上两种循环方式的改进。GSM上行频段为上行频段为890MHz915MHz, 下行频段为下行频段为

11、935MHz960MHz， 收发双工频率间隔为收发双工频率间隔为45MHz， 相邻频道间隔为相邻频道间隔为200KHz, 每个频道采用每个频道采用TDMA方式，分为方式，分为8个时隙个时隙 4.2.1 GSM系统频率配置系统频率配置 4.2.2 GSM系统结构系统结构 移动台（MS）：手机，由发射机、接收机、逻辑控制单元、按键式电话拨号盘和送受话器等组成。 移动交换中心（MSC）：由专用的数字程控交换机组成，是蜂窝网的控制中心，与公用电话交换网（PSTN）或综合业务数字网（ISDN）以及所辖的基站相连。 基站（BS）：完成与移动台的双向通信，由多部信道机组成。1、网络交换子系统（NSS） NS

12、S的核心是移动交换中心（MSC）。 MSC可以从三种数据库（HLR、VLR和AUC）获取有关处理用户位置登记和呼叫请求等所需的全部数据，支持位置登记和更新、过区切换和漫游服务等项功能。HLR：归属地用户位置数据库VLR：外来用户位置数据库EIR：存储移动台设备参数的数据库AUC：鉴权中心2、基站子系统（BSS） 移动通信系统中，基站是移动用户与移动交换中心的桥梁和纽带。 BSS由基站控制部分（BSC）和基站发射部分（BTS）两大部分组成。3、移动终端设备（MS）MS主要由三大功能部分组成：（1）无线部分包括高频系统（天线和发送、接收模块）、调制与解调器和振荡源等。（2）基带信号处理和控制部分基

13、带信号处理部分涉及发送通道和接收通道。控制部分实现对移动台自身的控制管理。3、移动终端设备（MS）MS主要由三大功能部分组成：（3）接口部分包括语音接口、数字接口和人机接口。分别用以实现A/D、D/A变换、语音传输、数字终端的适配、以及显示器和键盘接入等功能。移动台的信息管理与控制是通过设备中的SIM卡来实现的。SIM卡是移动用户的识别卡，它是带有微处理器的智能卡片，存储了该用户个人信息与GSM网有关的管理数据。4.2.3 无线空中接口无线空中接口 4.2.4 GSM系统的信道系统的信道 4.2.5 GSM系统的帧系统的帧 4.2.6 GSM网络编号计划网络编号计划 4.2.7 GSM系统的的

14、呼叫过程系统的的呼叫过程1. 固定用户至移动用户的入局呼叫4.2.7 GSM系统的的呼叫过程系统的的呼叫过程2. 移动用户至固定用户的出局呼叫 4.2.8 GSM系统的移动性管理系统的移动性管理 1. 位置管理 2. 切换功能 按照发起方式不同，可以把切换分为硬切换和软切换两种。硬切换：指移动台先切断与旧基站的连接，再与新基站建立连接，移动台在同一时刻只能与一个基站通信；软切换：指移动台先与新基站建立连接，再切断与旧基站的连接，移动台在同一时刻可以与一个以上基站通信。目前研究提出的一些新的切换算法：1、基于移动环境的切换控制2、平衡式切换控制3、具有优先权的切换控制4、动态分配资源的切换方案5

15、、基于信道借用的切换方案6、模糊逻辑在切换中的应用3. 漫游功能漫游功能 4.2.9 GSM的安全性管理的安全性管理 GPRS（General Packet Radio Service）： 通用分组无线业务1993年，由英国BT Cellnet 公司提出，是一种基于GSM的面向用户提供移动分组的IP或者X.25连接的移动分组数据业务网。GPRS是对GSM网络的补充，是第二代GSM系统过渡到第三代WCDMA系统的必经之路，又被称为“2.5G”。GPRS的主要特点和应用的主要特点和应用优点：(1)资源利用率高(2)数据传输速率高(3)永远在线(4)支持IP协议和X.25协议可开展的业务：移动互连网

16、业务（web浏览、E-mail、FTP和Telnet等）；移动办公；电子商务和电子银行；信息点播；家庭监视与控制；多媒体聊天、娱乐游戏等。缺点：(1)网络资源有限(2)实际数据传输速率低(3)调制方式不理想(4)没有存储和发送功能GPRS网络的实现网络的实现GPRS网络是在GSM网络的基础上实现，对原有GSM网络的基站子系统以及网络子系统的设备及功能进行改进和增强。VLRHLRAUCEIRMSCBTSMSCPUBSCSGSNGGSNIP骨干网IP.X.25网络ISP移动台NSS(GSM网络子系统）BSS（基站子系统）GPRS网络的实现网络的实现1、GPRS服务支持结点SGSNSGSN主要负责传

17、输GPRS网络内的数据分组，对移动终端进行鉴权和移动性管理，建立移动终端到GGSN的传输通道，接收从BSS传送来的移动终端分组数据，通过GPRS骨干网传送给GGSN或者将分组发送到同一服务区内的移动终端。此外，还负责与数据传输有关的会话管理、手机上的逻辑频道管理以及统计传输数据量用于收费等功能2、GPRS网关支持结点GGSNGGSN是GPRS网络接连外部因特网的一个网关。4.3.1 CDMA网络结构网络结构1993年美国电信工业协会TIA公布了代号为IS-95的窄带码分多址（N-CDMA）蜂窝移动通信标准，又称为“双模式宽带扩频蜂窝移动台兼容标准”。1、系统结构发收发收发收BTSBTSOMCH

18、LRVLRVLRMSCMSCPSTNISDNV接口A接口业务链路控制及数据链路BSCN-CDMA系统的主要特色技术系统的主要特色技术1、语音激活技术2、扇区划分技术3、软容量、软切换技术4、功率控制技术5、分集技术6、同步及跟踪技术1 .全球性的全球性的3G无线传输标准无线传输标准主要有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。3G的主要特征：具有宽带数据通信和多媒体通信能力，并支持全球漫游。2. 三种代表性三种代表性3G系统制式的主要特点系统制式的主要特点1、WCDMA又称宽带CDMA或UTRA TDD，主要由欧洲ETSI提出。代表厂商有爱立信、诺基亚和NTT等。2、CDMA2000由美国TIA TR45.5提出。其核心是由朗讯、摩托罗拉、北方电讯和高通联合提出的宽带CDMA one基础。3、TD-SCDMA由我国信息产业部电信科学技术研究所（CATT）和德国西门子公司合作开发。 .1个人通信的概念个人通信的概念4.5.2 4.5.2 关于个人通信的