第六章移动通信(48张)

1、 通信概论概论第六章第六章 移动通信移动通信通信工程系第六章第六章 移动通信移动通信6.1 移动通信概述6.2 移动通信的基本技术6.3 数字蜂窝移动通信系统6.4 第三代移动通信系统 移动通信移动通信“动中通动中通” 通 信 双 方 或 至 少 其 中 一 方 在 移 动 环 境 下 进 行通 信 双 方 或 至 少 其 中 一 方 在 移 动 环 境 下 进 行 信 息 传 递 的 通 信 方 式 ， 包 括 移 动 体 之 间 或 移 动信 息 传 递 的 通 信 方 式 ， 包 括 移 动 体 之 间 或 移 动 体与固定体之间的通信。体与固定体之间的通信。1、什么是移动通信、什么是移

2、动通信6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述 无论任何人无论任何人（Whoever)Whoever) 在任何时间在任何时间（WheneverWhenever） 在任何地点在任何地点（WhereverWherever） 与任何一个人与任何一个人（WhomeverWhomever） 进行任何类型的通信进行任何类型的通信（WhateverWhatever） 2、目标：实现个人通信系统、目标：实现个人通信系统26.1 6.1 移动通信概述移动通信概述模拟移动通信系统，接续工作由人工操作完成，采模拟移动通信系统，接续工作由人工操作完成，采 用用电子管，体积庞大、笨重且昂贵，使用短波段。电子管，体积庞大

3、、笨重且昂贵，使用短波段。第一阶段第一阶段交换系统为自动交换，接续效率高，采用晶体管，体交换系统为自动交换，接续效率高，采用晶体管，体 积大为减小，使用甚高频。积大为减小，使用甚高频。第二阶段第二阶段 第一代移动通信系统（蜂窝系统）第一代移动通信系统（蜂窝系统） 第三阶段第三阶段 第二代移动通信系统广泛应用和第三代移动通信系统第二代移动通信系统广泛应用和第三代移动通信系统的具体的设计、规划和实施阶段。的具体的设计、规划和实施阶段。第四阶段第四阶段 3、移动通信的发展历程、移动通信的发展历程6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述 18871887年，马可尼在陆地和一艘轮船上完成无线通信试验，年

4、，马可尼在陆地和一艘轮船上完成无线通信试验，标志无线通信的开始。标志无线通信的开始。 19281928年，美国警用车辆的车载无线电系统，标志移动通年，美国警用车辆的车载无线电系统，标志移动通信的开始。信的开始。 19461946年，年，BellBell实验室在圣路易斯建立第一个公用汽车电实验室在圣路易斯建立第一个公用汽车电话网，话网，19601960年，实现无线频道自动选择域公用电话网自动拨年，实现无线频道自动选择域公用电话网自动拨号连接。号连接。 19741974年，美国年，美国BellBell实验室提出蜂窝移动通信的概念。实验室提出蜂窝移动通信的概念。3、移动通信的发展历程、移动通信的发展

5、历程6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述 1980s1980s，第一代移动通信系统，第一代移动通信系统，19831983年美国的年美国的AMPSAMPS，19801980年北欧的年北欧的NMTNMT，19791979年日本的年日本的NAMTS,1985NAMTS,1985年英国年英国TACSTACS系统系统 1990s1990s，第二代移动通信系统，第二代移动通信系统，19921992年商用的年商用的GSMGSM，19911991年北美的年北美的IS-54IS-54，19931993年日本的年日本的PDC,1993PDC,1993年美国提出的年美国提出的IS-IS-9595（N-N-CDM

6、ACDMA） 2000s2000s，第三代移动通信系统，第三代移动通信系统，欧洲、日本欧洲、日本的的WCDMAWCDMA ，北美北美的的CDMA-CDMA-20002000 ，中国中国的的TD-SCDMATD-SCDMA6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述3、移动通信的发展历程、移动通信的发展历程 系统间没有公共接口。系统间没有公共接口。 无法与固定网迅速向数字化推进相适应，数字承无法与固定网迅速向数字化推进相适应，数字承载业务很难开展。载业务很难开展。 频率利用率低，无法适应大容量的要求。频率利用率低，无法适应大容量的要求。 安全性差，易于被窃听，易做安全性差，易于被窃听，易做“假机假机

7、”。第一代移动通信系统特点6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述3、移动通信的发展历程、移动通信的发展历程 频谱利用率，系统容量大。频谱利用率，系统容量大。 用户能获得多种服务（以话音业务为主，并提供低速率用户能获得多种服务（以话音业务为主，并提供低速率以电路型为主的数据业务）。以电路型为主的数据业务）。 能自动漫游。能自动漫游。 话音质量比第一代好。话音质量比第一代好。 保密性好。保密性好。 可以与可以与ISDNISDN、PSTNPSTN等网络互连。等网络互连。第二代移动通信系统优点6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述3、移动通信的发展历程、移动通信的发展历程 数据功能差，不能支持多媒

8、体业务。如使用数据功能差，不能支持多媒体业务。如使用GSMGSM手机上手机上网，理论上只能达到网，理论上只能达到9.6k9.6k的上网速度。的上网速度。 全球不同的第二代移动通信系统彼此间不能兼容，使用全球不同的第二代移动通信系统彼此间不能兼容，使用的频率也不一样，全球漫游比较困难。的频率也不一样，全球漫游比较困难。第二代移动通信系统缺点6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述3、移动通信的发展历程、移动通信的发展历程具有全球标准具有全球标准使用全球公共频带使用全球公共频带具有全球使用的小型终端具有全球使用的小型终端具有全球漫游能力具有全球漫游能力 从媒体（从媒体（MediaMedia）多媒体

9、（多媒体（Multi-mediaMulti-media）微蜂窝结构微蜂窝结构提高改良的频率使用效率提高改良的频率使用效率具有易于向下一代系统发展的灵活性具有易于向下一代系统发展的灵活性具有高速的分级数据速率具有高速的分级数据速率在固定位置环境下能达到在固定位置环境下能达到2Mbps2Mbps对步行用户能达到对步行用户能达到384kbps384kbps对车载用户能达到对车载用户能达到144kbps144kbps 第三代移动通信系统特点6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述 信道传输条件恶劣 移动台使用无线信道，在电波传播的过程中，由于多径衰多径衰落落、建筑物阻挡造成的阴影效应阴影效应、移动台运

10、动引起的多普勒频多普勒频移移等，使接收信号极不稳定。 信号起伏幅度可达30dB以上。6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述4、移动通信的特点、移动通信的特点强干扰情况下工作 移动通信除受到汽车发动机的火花干扰及工业干扰以外，主要的干扰有互调干扰、邻道干扰及同频干扰互调干扰、邻道干扰及同频干扰。互调干扰互调干扰：由于部件的非线性引起；非线性部件的输出信号中，会包含输入信号所没有的新的频率成分，如果这些新的频率成分落入其他信号的频率范围之内，就会对该信道造成干扰，称为互调干扰；邻道干扰邻道干扰：相邻或邻近信道之间，由于信道隔离度不够造成的干扰； 同频干扰同频干扰：相同频率的无用信号造成的干扰。6

11、.1 6.1 移动通信概述移动通信概述 可供使用的频率资源有限 移动通信的可用频率范围有限，而移动通信的用户数却在猛增，故有效地利用频率资源是移动通信系统的一个重要研究课题。 建网技术复杂 由于移动台在通信区域内随时运动，需要随机选用无线通道，同时需支持位置登记、越区切换及漫游存取的跟踪技术，这使其信令种类比固定网要复杂得多。此外，在入网和计费方式也有其特殊的要求。所以移动通信系统相当的复杂。6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述移动通信工作方式移动通信工作方式 单向通信方式单向通信方式 双向通信方式双向通信方式 单工通信方式单工通信方式 双工通信双工通信 方式方式半双工通信方式半双工通信方

12、式 6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述5、移动通信的工作方式、移动通信的工作方式通信双方中的一方只能接收信号，而另一方只能发送信通信双方中的一方只能接收信号，而另一方只能发送信号，不能互逆。收信号方不能对发信号方直接进行信息号，不能互逆。收信号方不能对发信号方直接进行信息反馈。反馈。陆地移动通信中的无线寻呼系统就采用这种工作方式。陆地移动通信中的无线寻呼系统就采用这种工作方式。BP机只能收信而不能发信，反馈信息只能通过机只能收信而不能发信，反馈信息只能通过“打电话打电话”间接地来完成。间接地来完成。 6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述5、移动通信的工作方式、移动通信的工作方式所谓双

13、向通信方式就是通信双方都可以接收信号和发所谓双向通信方式就是通信双方都可以接收信号和发送信号。送信号。 日常生活中的电话机、手机、对讲机等都是双向通信日常生活中的电话机、手机、对讲机等都是双向通信方式。方式。6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述5、移动通信的工作方式、移动通信的工作方式 移动通信的双方只能交替地进行发信和收信，而移动通信的双方只能交替地进行发信和收信，而 不能同时进行发信和收信。不能同时进行发信和收信。 常用的对讲机就是采用的这通信方式。平时天线常用的对讲机就是采用的这通信方式。平时天线 与接收机相连接，发信机不工作。当一方用户需与接收机相连接，发信机不工作。当一方用户需

14、要讲话时，按下要讲话时，按下“按按-讲讲”开关（开关（PTT），天线与），天线与发发 信机相连（发信机开始工作）。另一方的天线接信机相连（发信机开始工作）。另一方的天线接 至接收机，因而可收到对方发来的信号。至接收机，因而可收到对方发来的信号。 根据收、发频率的异同，又可以分为同频单工和根据收、发频率的异同，又可以分为同频单工和 异频单工。异频单工。单工通信方式单工通信方式6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述同频单工通信方式同频单工通信方式通信双方使用相同的频率通信双方使用相同的频率 工作，发送时不接收接工作，发送时不接收接收时不发送。只占用一个频点。收时不发送。只占用一个频点。6.1 6

15、.1 移动通信概述移动通信概述异频单工通信方式异频单工通信方式 发信机和收信机分别使用两个不同的频率进行发送和接收发信机和收信机分别使用两个不同的频率进行发送和接收。如甲的发射频率和乙的接收频率为。如甲的发射频率和乙的接收频率为f1，乙的发射频率和，乙的发射频率和甲的接收频率为甲的接收频率为f2。同一部电台的发射机和接收机是轮换。同一部电台的发射机和接收机是轮换工作的。工作的。6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述双工通信方式双工通信方式通信双方在通话时收发信机同时工作，即任意一方在发话的通信双方在通话时收发信机同时工作，即任意一方在发话的同时，也能收听到对方的信息，与普通有线电话的使用情况

16、同时，也能收听到对方的信息，与普通有线电话的使用情况类似；类似；通信双方通过双工器来完成双工通信；通信双方通过双工器来完成双工通信；分为分为频分双工（频分双工（FDDFDD）和和时分双工（时分双工（TDDTDD）。6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述5、移动通信的工作方式、移动通信的工作方式信道间隔：信道间隔： 200kHz1710178518051880双工距离双工距离 : 95 MHz890915935960双工距离双工距离 : 45 MHzGSM 900 :GSM 1800 :6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述5、移动通信的工作方式、移动通信的工作方式频分双工通信方式（频分双工

17、通信方式（FDD）收、发信机所用频率不同，一般双工频差为几收、发信机所用频率不同，一般双工频差为几MHZ 到几十到几十MHZ，即从频率上来区分收发信道。，即从频率上来区分收发信道。优点：使用方便，收发信机自身的干扰较小。优点：使用方便，收发信机自身的干扰较小。缺点：需占用两个频段才能工作，占用频谱资源多，缺点：需占用两个频段才能工作，占用频谱资源多， MS在通信中发射机经常处于发射状态，耗电大。在通信中发射机经常处于发射状态，耗电大。6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述时分双工通信方式（时分双工通信方式（TDD）信号的接收和传送在同一频率的信道即载波的不同信号的接收和传送在同一频率的信道即

18、载波的不同 时隙，用保证时间来分离接收与传输信道。时隙，用保证时间来分离接收与传输信道。我国的我国的3G技术标准技术标准TD-SCDMA中就采用了此技术。中就采用了此技术。与与FDD模式相比具有以下五个方面优势模式相比具有以下五个方面优势： 频谱灵活性高频谱灵活性高 频谱利用率高频谱利用率高 支持不对称数据业务支持不对称数据业务 有利于采用新技术有利于采用新技术 成本低成本低6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述半双工通信方式半双工通信方式 指通信双方的一方使用频分双工方式，收发信机同指通信双方的一方使用频分双工方式，收发信机同时工作，另一方则采用异频单工方式，收发信机交替工时工作，另一方则

19、采用异频单工方式，收发信机交替工作，也称为双向异频半双工工方式。作，也称为双向异频半双工工方式。 主要用于专用移动通信中，如汽车调度。主要用于专用移动通信中，如汽车调度。 基地台是双工方式，即收发信机同时工基地台是双工方式，即收发信机同时工 作，而移动作，而移动台是按键讲话的异频单工方式。台是按键讲话的异频单工方式。 6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述F蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统F无线寻呼系统无线寻呼系统F无绳电话系统无绳电话系统 6 6、常见的移动通信系统、常见的移动通信系统 F集群移动通信系统集群移动通信系统 6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述F蜂窝移动通信系统蜂窝移动通

20、信系统 把整个服务区划把整个服务区划分成若干个较小的区分成若干个较小的区域（小区），各小区域（小区），各小区均用小功率的基站发均用小功率的基站发射机覆盖，许多小区射机覆盖，许多小区像蜂窝一样覆盖任意像蜂窝一样覆盖任意形状的服务地区。形状的服务地区。6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述通信塔通信塔通信塔公用电话网无线电寻呼控制中心及主发射台用户回路市话中心要呼叫某一市话中心要呼叫某一“袖珍玲袖珍玲”用户，可拨寻呼中心的专用户，可拨寻呼中心的专用号码，寻呼中心的话务员记录所要寻找的用户号码及要用号码，寻呼中心的话务员记录所要寻找的用户号码及要代传的号码及要代传的消息，并自动在无线信道上发出呼代

21、传的号码及要代传的消息，并自动在无线信道上发出呼叫叫.被呼用户的袖珍接收机发出呼叫声，并在液晶屏上显示主被呼用户的袖珍接收机发出呼叫声，并在液晶屏上显示主呼用户的电话号码及简单消息。呼用户的电话号码及简单消息。袖珍玲用户利用邻近市话电话机与主呼用户通话。袖珍玲用户利用邻近市话电话机与主呼用户通话。F无线寻呼系统无线寻呼系统6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述普通话机座机市话局用户线F无绳电话系统无绳电话系统 普通的电话单机分成座机普通的电话单机分成座机和手机两部分和手机两部分 座机与有线电话网连接，座机与有线电话网连接，手机与座机间用无线电连接。手机与座机间用无线电连接。 因手机与座机间不

22、用电线因手机与座机间不用电线相连，故称为相连，故称为“无绳无绳”电话。电话。 以有线电话网为依托的通信方式，是有线电话网的无线延伸以有线电话网为依托的通信方式，是有线电话网的无线延伸 普通的电话单机分成座机普通的电话单机分成座机和手机两部分和手机两部分 座机与有线电话网连接，座机与有线电话网连接，手机与座机间用无线电连接。手机与座机间用无线电连接。 因手机与座机间不用电线因手机与座机间不用电线相连，故称为相连，故称为“无绳无绳”电话。电话。6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述F集群移动通信系统集群移动通信系统用于集团调度指挥；用于集团调度指挥；可用信道为系统的全可用信道为系统的全体用户共用

23、，具有自体用户共用，具有自动选择信道功能，是动选择信道功能，是共享资源、分担费用、共享资源、分担费用、共用信道设备及服务共用信道设备及服务的多用途、高效能的的多用途、高效能的无线调度通信系统。无线调度通信系统。6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述 7、移动通信的发展趋势、移动通信的发展趋势宽带化、分组化、智能化、综合化、个人化宽带化、分组化、智能化、综合化、个人化 宽带化是通信信息技术发展的重要方向之一； IP协议将成为电信网的主导通信协议；核心网络综合化，接入网络多样化；移动智能网技术与IP技术的组合将进一步推动全球个人通信的发展；网络将从以技术为中心转向以应用为中心； IP技术将成为未

24、来网络的核心技术。6.1 6.1 移动通信概述移动通信概述第六章第六章 移动通信移动通信6.1 移动通信概述6.2 移动通信的基本技术6.3 数字蜂窝移动通信系统6.4 第三代移动通信系统6.2.2 移动通信的组网技术移动通信的组网技术 6.2.1 移动信道特征及抗衰落方法移动信道特征及抗衰落方法6.2 移动通信的基本技术移动通信的基本技术 6.2.1 移动信道特征及抗衰落方法移动信道特征及抗衰落方法 移动信道电波传播原理 移动信道特征 抗衰落方法蜂窝无线移动通信系统中，电磁波传播机理多种多样，但总体上可归结为：反射、绕射和散射。 在城区，发射机和接收机之间一般无直射路径，而高层建筑产生强烈的

25、绕射损耗。 另外，由于不同物体的多路径反射，经过不同长度路径的电磁波相互作用引起多径损耗。 同时，随着发射机和接收机之间距离的不断增加，引起电磁波强度的衰减。 移动信道电波传播原理（1）电磁波的自由空间传输 自由空间传播是指在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，不发生反射、折射、散射和吸收现象，只存在电磁波能量扩散而引起的传播损耗的空间。 卫星通信和微波视距通信属于典型的自由空间传播。 自由空间传播损耗：kmdMHzfdfLdBfs:,:lg20lg2044.32 移动信道电波传播原理（2 2）反射：电磁波在不同介质交接处，则一部分能量进入新介质继续）反射：电磁波在不同介质交接处，则一部分能

26、量进入新介质继续传播，另一部分能量在原介质中发生了反射。若电磁波传输到理想反射传播，另一部分能量在原介质中发生了反射。若电磁波传输到理想反射体的表面，则所有能量都将被反射。体的表面，则所有能量都将被反射。 移动信道电波传播原理（3 3）绕射：由于处于障碍物前方的各点可作为新的波源产生球面次级波）绕射：由于处于障碍物前方的各点可作为新的波源产生球面次级波，次级波在障碍物的后方形成场强，即绕射场强。绕射能使无线电波穿，次级波在障碍物的后方形成场强，即绕射场强。绕射能使无线电波穿过障碍物。过障碍物。 移动信道电波传播原理（4 4）散射：当电磁波在粗糙表面上发生反射时，反射能量散布于各个方）散射：当电

27、磁波在粗糙表面上发生反射时，反射能量散布于各个方向，即发生了散射。一些圆柱形的散射体，如树木等，可以在所有方向向，即发生了散射。一些圆柱形的散射体，如树木等，可以在所有方向上散射能量，从而增加了接收信号的能量。上散射能量，从而增加了接收信号的能量。 移动信道电波传播原理接收信道统计分析曲线（5）移动环境的场强特性 移动通信环境下场强变化剧烈 场强变化的平均值随距离增加而衰减 场强特性曲线的中值呈慢速变化（慢衰落） 场强特性曲线的瞬时值呈快速变化（快衰落） 移动信道电波传播原理 6.2.1 移动信道特征及抗衰落方法移动信道特征及抗衰落方法 移动信道电波传播原理 移动信道特征 抗衰落方法 空间传播

28、损耗-路径损耗 阴影效应-由地形结构引起，表现为慢衰落 多径效应-由移动体周围的局部散射体引起的多径传播，表现为快衰落 多普勒效应-由于移动体的运动速度和方向引起，多径条件下将引起多普勒频谱展宽 移动信道特征（1）阴影效应产生原因：由于发射端与接收端存在障碍物阻挡造成场强中值变化；由此产生的衰落称为阴影衰落。统计特性：阴影衰落为慢衰落，服从对数正态分布。特点：衰落速率与频率无关；此衰落取决于地形、地物的分布、建筑物高度以及移动体的运动速度。解决方案：信道设计中留有一定的衰落储备。 移动信道特征（2）多径效应产生原因：由于接收端周围多个散射体反射电磁波，在接收端口形成驻波变化的情况。由此产生的衰

29、落称为多径衰落。统计特性：多径衰落为快衰落，服从瑞利分布。特点：时域存在“时延扩展”；频域存在“频率选择性衰落”-相关带宽；解决方案：采用分集接收技术。 移动信道特征（3）多普勒效应当移动台在运动中通信时，接收信号频率会发生变化，称为多普勒效应。多普勒频移：称为最大多普勒频移。其中：动方向的夹角；：入射电波与移动台运：波长；移动台运动速度；/:cosvfvvfmd 移动信道特征 6.2.1 移动信道特征及抗衰落方法移动信道特征及抗衰落方法 移动信道电波传播原理 移动信道特征 抗衰落方法 分集接收技术：接收端对它收到的多个衰落特性互相独立（携带同一信息）的信号进行待定的处理，以降低信号的电平起伏

30、。 抗衰落方法空间分集技术-用2个以上的天线接收同一个信号频率分集技术-用2个以上的载波频率传输时间分集技术-在不同时间接收同一个信号极化分集技术-接收垂直和水平极化信号 抗衰落方法6.2.2 移动通信的组网技术移动通信的组网技术 6.2.1 移动信道特征及抗衰落方法移动信道特征及抗衰落方法6.2 移动通信的基本技术移动通信的基本技术 6.2.2 移动通信的组网技术移动通信的组网技术 区域覆盖技术 多址技术蜂窝系统-“小区制”系统 将所要覆盖的地区划分为若干个小区，每个小区的半径可视用户的分布密度在1-10km左右,在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务。 - 蜂窝分类 宏蜂窝 (Ma

31、cro-cell) 2-20km 微蜂窝 (Micro-cell) 0.42 km 微微蜂窝 (Pico-cell) 400m 区域覆盖技术小区小区形状的确定小区形状的确定小区的实际覆盖小区的实际覆盖 区域覆盖技术 “频率复用”的概念 特点：用户容量大，服务性能较好，频谱利用率较高，用户终端小巧且电池使用时间长，辐射小等 问题：系统复杂，越区切换、漫游，位置登记、更新和管理以及系统鉴权等。 区域覆盖技术频率复用：处在不同位置(不同小区)上的用户可以同时使用相同频率的信道可以极大地提高频谱利用率如果系统设计得不好，将产生严重的同频干扰C C1 1C C1 1f f1 1P P0 0f f1 1P

32、 P0 0R RR RD DD：同频复用距离R：小区半径 区域覆盖技术区群？ 通常由若干个邻接小区构成区群，再由区群披此邻接构成整个服务区； 为防止同频干扰，同一区群中的小区，不得使用相同的频率；且邻接区群中的同频小区中心间距相等； 区域覆盖技术区群中小区数应满足的关系式： N=i2+ij+j2，i、j为不同时为零的正整数。N可能的取值见下表所示。 区域覆盖技术C C1 1C C1 1f f1 1P P0 0f f1 1P P0 0R RR RD D(D/R)(D/R)2 2=3=3N NDD频率复用距离频率复用距离RR小区半径小区半径NN频率复用因子频率复用因子 区域覆盖技术 区域覆盖技术

33、激励方式 中心激励 基站位于小区中央，采用全向天线实现无线区覆盖； 顶点激励 在每个六边型的三个顶角上设置基站，采用120度扇形辐射的定向天线实现无线区覆盖。图 激励方式示意图 区域覆盖技术小区分裂 随着城市建设的发展，为适应新的用户密度变化，可采用“小区分裂”的方法，即将原有的无线小区进一步细分，以增大系统的容量和密度。图 增加新基站的分裂 区域覆盖技术 6.2.2 移动通信的组网技术移动通信的组网技术 区域覆盖技术 多址技术 多址技术多址技术多址技术：在移动通信系统中，有许多用户都要同时通过同一个基站和其他用户进行通信，因而，必须对不同用户和基站发出的信号赋予不同特征，使基站能从众多用户台

34、的信号中区分出是哪一个用户台发出来的信号，而各用户台又能识别出基站发出的信号中哪个是发给自己的信号。多址方式的类型有：即频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)和空分多址(SDMA)。频分多址 (FDMA)：按频道划分用户，频带独享，时间共享时分多址 (TDMA)：按时隙划分用户，时隙独享，频率共享码分多址 (CDMA)：按码型划分用户，时隙/频率共享空分多址 (SDMA)：按空间角度划分用户，频率/时隙/码型共享 多址技术多址技术（1 1）频分多址（）频分多址（FDMAFDMA）PowerFrequencyTimeFDMA 将给定的频谱资源划分为若干个等间隔的频道供不

35、同的用户使用。 多址技术多址技术（1 1）频分多址（）频分多址（FDMAFDMA）用户识别：频道号（在频谱域实现了用户的正交分割）；特点：简单、容易实现，以频道区分用户地址，一个频道传输一路模拟/数字话路；以频率复用为基础，需严格的频率规划，是频率受限和干扰受限系统；对功控的要求不高，硬件设备取决于频率规划和频道设置；应用：模拟/数字蜂窝移动通信系统； 多址技术多址技术（2 2）时分多址（）时分多址（TDMATDMA）FrequencyPowerTimeFDMA/TDMA 把时间分成周期性的帧，每一帧再分为若干个时隙供用户作信道使用。 多址技术多址技术（2 2）时分多址（）时分多址（TDMAT

36、DMA）用户识别：时隙（在时间域实现了用户的正交分割）；特点：以频率复用为基础，小区内以时隙区分用户；每个时隙传输一路数字信号，软件对时隙动态配置；系统要求严格的系统定时同步；是时隙受限和干扰受限系统；应用：GSM系统（载频间隔：200KHz，每频道8个时隙）； 多址技术多址技术 在CDMA通信系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分，而是用各自不同的编码序列来区分，或者说，靠信号的不同波形来区分。（3 3）码分多址（）码分多址（CDMACDMA）FrequencyCDMAPowerTime 多址技术多址技术用户识别：码型（在码域实现用户的正交分割）；特点：每个基站只需

37、一个射频系统；每个码传输一路数字信号，每个用户共享时间和频率；是一个多址干扰受限系统；需要严格的功率控制；需要定时同步；软容量、软切换，系统容量大；抗衰落、抗多径能力强；应用：IS-95 CDMA系统、cdma2000系统、WCDMA系统；（3 3）码分多址（）码分多址（CDMACDMA） 多址技术多址技术（4 4）空分多址（）空分多址（SDMASDMA） 通过空间的分割来区别不同的用户，即通过控制用户的空间辐射能量，使用定向波束天线来服务于不同的用户。依靠智能天线实现。 多址技术多址技术第六章第六章 移动通信移动通信6.1 移动通信概述6.2 移动通信的基本技术6.3 数字蜂窝移动通信系统6

38、.4 第三代移动通信系统6.3.2 CDMA蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统 6.3.1 GSM系统系统6.3 数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统 GSM原意为“Group Special Mobile”移动特别小组，1991年在欧洲开通了第一个系统，工作频率为900MHz。 同时MoU组织为该系统设计和注册了市场商标，将GSM更名为Global System for Mobile Communication，俗称“全球通”。 同年，移动特别小组还完成了制定1800MHz频段的公共欧洲电信业务的规范，名为DCS1800系统。 GSM900和DCS1800就是我们平常讲的“双频网络”，两系

39、统功能相同，主要是工作频率不同。 6.3.1 GSM系统系统 系统的结构与功能系统的结构与功能图 GSM系统的网络结构 6.3.1 GSM系统系统 系统的结构与功能系统的结构与功能 6.3.1 GSM系统系统 系统的结构与功能系统的结构与功能 6.3.1 GSM系统系统网络子系统(NSS) 系统的结构与功能系统的结构与功能 6.3.1 GSM系统系统（1） MSC PSTNGMSCVMSCBSS 系统的结构与功能系统的结构与功能 6.3.1 GSM系统系统（2） HLR 中央数据库，存储其所辖区的所有移动用户的有关数据。用户数据包括 静态数据： 动态数据： 系统的结构与功能系统的结构与功能 6

40、.3.1 GSM系统系统（3） VLR 动态用户数据库，存储进入其控制区域内来访移动用户的有关数据； 这些数据是从该移动用户的HLR中获取并进行暂存的，一旦移动用户离开该VLR的控制区域， 则临时存储的该移动用户的数据就会被消除； 系统的结构与功能系统的结构与功能 6.3.1 GSM系统系统（4）鉴权中心（AUC）对移动用户鉴权，防止无权用户接入系统；对无线链路上的话音、 数据和信令信息进行保密等，保证无线通信安全；AUC中存储着鉴权信息和加密密钥。 系统的结构与功能系统的结构与功能 6.3.1 GSM系统系统（5） 移动设备识别寄存器（EIR）存储移动设备的国际移动设备识别码（IMEI），对

41、移动设备进行识别、监视、闭锁等功能；有三种表格清单白色清单：移动设备准许使用；灰色清单：可使用，但处于监测状态下；黑色清单：失窃而不准使用； 系统的结构与功能系统的结构与功能 6.3.1 GSM系统系统操作支持子系统（OSS）操作支持子系统（OSS）需完成许多任务，包括移动用户管理、移动设备管理以及网路操作和维护。包括网路管理中心（NMC）、安全性管理中心（SEMC）、用于用户识别卡管理的个人化中心（PCS）、用于集中计费管理的数据后处理系统（DPPS）等功能实体。 系统的结构与功能系统的结构与功能 6.3.1 GSM系统系统（1）移动台国际ISDN号码（MSISDN） MSISDN = CC

42、 + NDC + SN CC：国家代号，中国为86；NDC：国内地区码，中国移动为139、；SN：移动用户号码（包含HLR识别码）； GSMGSM系统的编号计划系统的编号计划 6.3.1 GSM系统系统 GSMGSM系统的编号计划系统的编号计划（2）国际移动用户识别码（IMSI） IMSI = MCC + MNC + MSIN MCC：移动用户所属国家代号，中国为460；MNC：移动网号码，中国移动为00；MSIN：移动用户识别码，由10位数字组成； 6.3.1 GSM系统系统（3）移动台漫游号码（MSRN） 这是针对移动用户的移动特性而设置的号码，其组成如下：OXYZ为被访地的长途区号；PQ

43、R为被访地未使用的一个端局号；ABCD为临时分配给移动用户的漫游号码。 当一个HLR管辖多个MSC时，它们可公用一个端局号。 GSMGSM系统的编号计划系统的编号计划 6.3.1 GSM系统系统（4）移动用户临时识别码（TMSI） 使用TMSI代替IMSI，保证IMSI码的安全； 不超过4个字节，格式由各运营商决定； GSMGSM系统的编号计划系统的编号计划 6.3.1 GSM系统系统（5）国际移动设备识别码（IMEI） IMEI是唯一用来识别移动台设备的号码，称作系列号或串号，它可防止非法移动台设备使用移动台业务。 GSMGSM系统的编号计划系统的编号计划 6.3.1 GSM系统系统（6）位

44、置区识别码（LAI） LAI=MCC+ MNC+ LAC MCC：移动用户所属国家代号，中国460；MNC：移动网号码，中国移动00；LAC：位置区码，2字节16进制编码； GSMGSM系统的编号计划系统的编号计划 6.3.1 GSM系统系统 GSMGSM系统的主要参数系统的主要参数发射频带(MHZ)基站935960移动台890915双工间隔45MHZ载频带宽200KHZ射频双工信道总数124小区半径（KM）最小0.5最大35多址接入方式TDMA/FDMA传输速率（kbps）270.833全速率话音编译码比特率（kbps）13国际漫游能力有每载频信道数全速率8半速率16 6.3.1 GSM系统

45、系统 时间0 1 2 3 4 5 6 7fnfn+1fn+2fn+3fn+4帧4.6 ms时隙577s200 kHZ= 物理信值频率 多址技术：FDMA/TDMA 6.3.1 GSM系统系统 工作频段 信道间隔：信道间隔： 200kHz1710178518051880双工距离双工距离 : 95 MHz890915935960双工距离双工距离 : 45 MHzGSM 900 :GSM 1800 : 6.3.1 GSM系统系统 信道分类物理信道：一个载频上的TDMA帧的一个时隙；逻辑信道：根据在某个物理信道上传输信息类型不同，定义了若干逻辑信道；逻辑信道分类如下： 6.3.1 GSM系统系统频率较

46、正信道 FCCH同步信道SCH广播控制信道 BCCH广播信道BCH寻呼信道PCH准许接入信道AGCH随机接入信道RACH公用控制信道 CCCH独立专用控制信道 SDCCH慢速辅助控制信道 SACCH快速辅助控制信道 FACCH专用控制信道 DCCH业务信道TCH控制信道CH信道分类（下行）（下行）（下行）（下行）（下行）（上行）（上/下行）（上/下行）（上/下行） 信道分类 6.3.1 GSM系统系统（1）业务信道（TCH） 用于传送编码后的语音或用户数据，分上行信道和下行信道。（2）控制信道（CCH） 控制信道用于传送控制呼叫进程的信令或同步数据。 信道分类 6.3.1 GSM系统系统 控制

47、信道（CCH） 广播信道（BCH） “一点对多点”单向控制信道，用于BS向MS广播公用信息； 频率校正信道（FCCH） 同步信道（SCH） 广播控制信道 （BCCH） 6.3.1 GSM系统系统 控制信道（CCH）共用控制信道（CCCH） “一点对多点”双向控制信道，用于呼叫接续阶段传输链路连接所需的控制信令； 寻呼信道（PCH） 随机接入信道（RACH） 准许接入信道（AGCH） 6.3.1 GSM系统系统 控制信道（CCH）专用控制信道（DCCH） “点对点”双向控制信道，传输在呼叫接续阶段和通信进行当中所需的控制信息； 独立专用控制信道（SDCCH） 慢速辅助控制信道（SACCH） 快速

48、辅助控制信道（FACCH） 6.3.1 GSM系统系统 GSMGSM系统的工作过程系统的工作过程 呼叫接续呼叫接续 越区切换越区切换 位置更新位置更新 6.3.1 GSM系统系统 位置更新位置更新 定义：移动通信网为了跟踪移动台的位置变化，而对其位置信息进行登记、删除和更新的过程； 在GSM系统中，位置信息存储在HLR和VLR中； （1）位置区 GSM蜂窝系统把整个网络的覆盖区划分为许多位置区，并以不同的LAI码进行标识，此标识在BCCH信道中传送。 6.3.1 GSM系统系统BTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBSCBSCBSCV LRM SCV LRM SCH LRLA1

49、LA2LA3LA4 位置更新位置更新 6.3.1 GSM系统系统（2）位置登记的三个步骤： 在管理新LA的VLR中登记MT； 修改HLR中记录服务该MT的新VLR的ID号； 在旧VLR和MSC中注销该MT。 位置更新位置更新 6.3.1 GSM系统系统 GSMGSM系统的工作过程系统的工作过程 呼叫接续呼叫接续 越区切换越区切换 位置更新位置更新 6.3.1 GSM系统系统 越区切换越区切换（1）定义 将当前正在进行的移动台与BS之间的通信链路从当前BS转移到另一个BS的过程； 该过程也称为自动链路转移ALT（automatic link transfer）。 6.3.1 GSM系统系统（2）

50、越区切换方式 硬切换：在新连接建立以前，先中断旧的连接。（eg，TACS、GSM系统） 越区切换越区切换 6.3.1 GSM系统系统（2）越区切换方式 软切换：在与新BS建立可靠连接之后再中断旧链路。 （eg，IS-95系统） 越区切换越区切换要求：软切换只能在同一频率的信道间进行。 6.3.1 GSM系统系统 同一个BSC，不同小区 同一个MSC/VLR，不同BSC 不同MSC/VLR的区间切换（3）GSM系统中的越区种类 越区切换越区切换 6.3.1 GSM系统系统BSCMSCVLR新链路原链路同一BSC的越区切换BSCMSCVLR新链路原链路BSC2同一个MSC/VLR，不同BSC间的越

51、区切换BSCMSC1VLR新链路BSC2MSC2VLR原链路 不同MSC的越区切换 6.3.1 GSM系统系统 GSMGSM系统的工作过程系统的工作过程 呼叫接续呼叫接续 越区切换越区切换 位置更新位置更新 6.3.1 GSM系统系统 呼叫接续呼叫接续（1）移动用户主呼 移动用户向固定用户发起呼叫。（2）移动用户被呼 固定用户向移动用户发起呼叫。 6.3.1 GSM系统系统（1）移动用户主呼 若MS处于激活且空闲状态，要建立一个呼叫，只需拨被叫用户号码，再按“发送”键，MS便开始启动呼叫程序：MS进入“初始化”过程；网络对MS进行“鉴权”、“加密”处理；建立至被叫用户的呼叫； 6.3.1 GS

52、M系统系统（2）移动用户被呼首先，完成对MS的位置定位；其次，对MS进行“寻呼”；再次，MS收到寻呼后，进入“初始化”过程；最后，完成“呼叫接续”； 6.3.1 GSM系统系统6.3.2 CDMA蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统 6.3.1 GSM系统系统6.3 数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统 CDMACDMA蜂窝移动通信系统概述蜂窝移动通信系统概述 CDMA CDMA蜂窝通信系统特点蜂窝通信系统特点 CDMACDMA蜂窝通信系统的无线传输蜂窝通信系统的无线传输 6.3.2 CDMACDMA蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统CDMACDMA发展历史和现状发展历史和现状9090年代初，年

53、代初，QualcommQualcomm公司首次将公司首次将CDMACDMA技术引入民用通信领域；技术引入民用通信领域；19931993年，第一个年，第一个CDMACDMA标准标准IS-95IS-95发布；发布；19961996年，年，CDMACDMA标准标准IS-95AIS-95A发布；发布；20002000年，年，CDMA2000-1XCDMA2000-1X标准标准IS-2000 Release 0 IS-2000 Release 0 、Release ARelease A出台；出台；20002000年，年，1XEV-DO1XEV-DO、1XEV-DV1XEV-DV等宽带等宽带CDMACDM

54、A技术纷纷出台，部分技术纷纷出台，部分提案已经被提案已经被3GPP23GPP2采纳；采纳；CDMACDMA蜂窝移动通信系统概述蜂窝移动通信系统概述几种流行的多址技术：几种流行的多址技术： FDMA 频分多址频分多址 每个用户使用不同的频率每个用户使用不同的频率 一个信道对应一个频率一个信道对应一个频率TDMA 时分多址时分多址 每个用户使用不同的时隙每个用户使用不同的时隙 一个信道就是特定频率的特定时隙一个信道就是特定频率的特定时隙CDMA 码分多址码分多址 一个信道对应一种独特的码序列。一个信道对应一种独特的码序列。 每个用户使用相同的频率，但采用不同每个用户使用相同的频率，但采用不同的码序

55、列。的码序列。FrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFDMATDMACDMA信道：信道： 通过传输媒介为一个用户传送信息通过传输媒介为一个用户传送信息的专用通路。的专用通路。CDMACDMA蜂窝移动通信系统概述蜂窝移动通信系统概述 CDMACDMA蜂窝移动通信系统概述蜂窝移动通信系统概述 CDMACDMA蜂窝通信系统特点蜂窝通信系统特点 CDMACDMA蜂窝通信系统的无线传输蜂窝通信系统的无线传输 6.3.2 CDMACDMA蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统多址干扰 CDMA蜂窝移动通信系统中，所有用户在通信过程中都使用同一

56、载波，占用相同的带宽，即共享同一无线频道，所以其中任一用户的通信均会对其他用户造成干扰，即“多址干扰”；且同时通话的用户数越多，相互间的干扰越大。CDMACDMA蜂窝通信系统特点蜂窝通信系统特点远近效应 由于系统中的许多电台共用一个频率发送或接收信号，因而近地强信号压制远地弱信号的现象；CDMACDMA蜂窝通信系统特点蜂窝通信系统特点K信道K+1信道功率控制 为了获得高质量和高的容量，所有的信号不管离基站远近，到达基站的信号功率都应该相同，且刚达到BS所需的信噪比；反之一样。CDMACDMA蜂窝通信系统特点蜂窝通信系统特点类比: 国际性集会-同一房间（频率）的多个交谈 -使用不同的语言（码分）

57、 背景噪声-每一对话的音量要控制到最小(功率控制） 自干扰CDMACDMA蜂窝通信系统特点蜂窝通信系统特点 CDMACDMA蜂窝移动通信系统概述蜂窝移动通信系统概述 CDMACDMA蜂窝通信系统特点蜂窝通信系统特点 CDMACDMA蜂窝通信系统的无线传输蜂窝通信系统的无线传输 6.3.2 CDMACDMA蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统 在CDMA系统中，除要传输业务信息外，还要传输各种控制信息，即CDMA系统配置了各种逻辑信道，它们均是由不同的码序列区分。CDMACDMA蜂窝通信系统的无线传输蜂窝通信系统的无线传输1、正向逻辑信道导频信道（Pilot channel） 传输由BS连续发送的不

58、包含信息数据的导频信息；同步信道（ Sync channel ） 主要用于传输同步信息，MS利用它进行同步捕获；寻呼信道（ Paging channel ） 供BS在呼叫建立阶段传输寻呼控制信息给MS；正向业务信道（ Forward Traffic channel ） 传输话音编码数据或其他业务数据和少量随路信令；CDMACDMA蜂窝通信系统的无线传输蜂窝通信系统的无线传输2、反向逻辑信道接入信道（ Access channel ） MS通过它向BS发起呼叫、响应BS发来的寻呼信息及进行登记注册；反向业务信道（ Reverse Traffic channel ） 与正向业务信道相对应，特点与作

59、用基本相同；CDMACDMA蜂窝通信系统的无线传输蜂窝通信系统的无线传输第六章第六章 移动通信移动通信6.1 移动通信概述6.2 移动通信的基本技术6.3 数字蜂窝移动通信系统6.4 第三代移动通信系统模拟技术数字技术技术驱动AMPSTACSNMTC450NAMTS第一代模拟蜂窝移动通信系统80年代FDMA话音DAMPS IS-95 GSMPDC第二代数字蜂窝移动通信系统90年代TDMA话言和低速数据CDMA2000 WCDMA第三代数字蜂窝移动通信系统21世纪CDMA宽带多媒体语音业务多媒体业务业务驱动技术技术驱动驱动6.4 第三代移动通信系统第三代移动通信系统（3G）6.4.1 概述1、个人通信的概念 所谓个人通信即为五个W：“在任何时间（Whenever）、任何地点（Wherever）、任何人（Whoever）可以同任何人（Whomever）进行任何业务（Whatever）的通信”。6.4 第三代移动通信系统（第三代移动通信系统（3G）2、IMT-20003G最早由ITU在1985年提出，称为未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS）。1996年更名为国际移动通信2000即IMT2000。工作频段2000MHz