河南城建学院 (无线通信基础及应用复习汇总)

1.1无线通信系统的基本构成1.2无线通信系统的主要规格指标1.3无线通信技术的发展1.4无线通信的发展趋势1.5现代无线通信系统实例1.6无线通信面临的技术挑战第一章绪论1

1.1无线通信系统的构成

无线通信系统的基本构成如图1-1所示。图1-1无线通信系统的基本构成2双工器的作用：对发射机与接收机进行隔离，将来自发射机的发射信号送到天线发射出去，而不会进入接收机;同时将来自天线的接收信号送到接收机,而不进入发射机。

3按通话状态的不同，无线通信系统可以分为如下三种类型。

（1）单工无线通信系统。只提供单向通信的系统。

（2）半双工无线通信系统。通信双方交替地进行收信和发信，收信和发信不能同时进行。

（3）全双工无线通信系统。允许通信双方同时进行发信和收信的无线通信系统。移动通信中广泛采用的通信方式。蜂窝电话是当前典型的全双工系统。无线通信系统的分类14实现全双工系统采用的技术：

时分双工(TDD)和频分双工(FDD)两种。

FDD是将发射机和接收机设计在两个不同的无线频率上工作，从而实现收发隔离的双工技术。

TDD是在同一个无线频率信道上使通信系统的发射机和接收机分时工作，发射时不接收，接收时不发射，通过分时控制来避免发射机和接收机之间可能产生的干扰。TDD技术的优点:

1、不需要使用成对的频谱资源。

2、可根据业务需要动态地分配上下行链路的比例，适用于上下行链路不对称和具有不同数据传输速率的业务。5按照无线小区覆盖半径的大小，无线通信系统可以分为大区制、中区制和小区制系统。

早期的无线通信系统采用大区制，一个基站的覆盖半径为30～50km，功率为50-200w，天线塔高大于30m

。

优点:网络结构简单，投资少，见效快。

缺点：

(1)需使用大功率发射机，并要求天线架设得很高。

(2)覆盖范围有限。

(3)系统容量有限。

(4)BS和MS均需要有较大的发射功率。

（5）扩容非常困难。无线通信系统的分类26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，提高了频带利用率。

优点：大大提高系统容量；

缺点：技术复杂(位置等记、越区切换等)，投资相对较大。

蜂窝系统一般采用小区制，其覆盖半径一般为1～20km，在城市高密度用户区域甚至可达到1km以下。

无线覆盖介于大区制与小区制之间的系统称为中区制系统。为了解决频率资源有限与用户数量不断增加之间的矛盾，采用小区制覆盖方式。7移动交换中心蜂窝A基站移动台上行链路蜂窝B下行链路R移动台、基站、无线小区、小区覆盖半径、上行链路、下行链路几个常用术语8多址技术基本类型:目的：主要是解决多个用户能方便地接入网络，不会造成相互干扰或拥堵，并能很好的区分不同用户。空分多址SDMA、随机多址等码分多址CDMA时分多址TDMA频分多址FDMA典型的多址方式9FDMA：利用不同用户分配不同工作频率的方法避免多用户相互干扰。

TDMA：让所有用户工作在同一个频率上，但在时间上分配不同的时间段（称为时隙），由于不同用户工作在不同的时隙，从而避免了相互间的干扰。

CDMA：也是让所有用户工作在同一个频率上，但对不同用户的信息使用不同的伪随机码序列进行扩频调制，在接收端采用相同的伪随机码序列进行相关解调，以达到区分不同用户的目的。

第一代模拟无线通信系统采用了FDMA技术。GSM系统采用TDMA方式，CDMA系统采用码分多址接入方式。

三种工作方式既可单独使用，也可混合使用，而且通常在无线通信中混合使用。10FDD系统的工作频段是成对分配的上行890～909MHz(19MHz)移动GSM下行935～954MHz(19MHz)上行909～915MHz(6MHz)联通GSM下行954～960MHz(6MHz)上行825～835MHz(10MHz)电信CDMA下行870～880MHz(10MHz)收发频段间隔都是45MHz

1.2无线通信系统的主要规格指标

1.工作频段及频谱使用112.覆盖距离和传输方式

无线覆盖距离

陆地移动通信系统距离在50km以内；(自由空间)

地面绕射传播距离为200km；(地波)

对流层反射传播距离可达几百千米；(天波)

电离层传播距离可达几千千米；(天波)

卫星通信系统可以达到洲际无线覆盖的范围。

3.信道速率与传输质量

4.调制方式与信道编码方式

常用的数字调制方式有MSK(最小频移键控)、GMSK(高斯滤波最小频移键控)、QPSK(四相相移键控)等。

5.多用户接入方式121.3无线通信技术的发展数字技术的发展、程控技术的发展、蜂窝概念的提出1.4无线通信的发展趋势

无线通信未来的发展总体上表现为一种融合发展的趋势。多种通信网络相融合的多媒体个人通信，其目标是实现：无论任何人(Whoever)在任何时候(Whenever)和在任何地方(Wherever),都能够和另一个人(Whomever)进行任何类型(Whatever)的信息交换。(5W)13

1.5现代无线通信系统实例

1.5.1无线寻呼系统1.5.2蜂窝电话

1.5.3集群通信系统

1.5.4无绳电话1.5.5无线局域网1.5.6个人域网

1.5.7固定无线接入141.5.1无线寻呼系统

无线寻呼是给用户发送短消息的一种单向无线通信系统。特点：单向通信；小巧、便于携带；价格低廉；较小的频率资源和较大的用户容量。流行于20世纪80年代至90年代早期。151.5.2蜂窝电话

蜂窝电话的特点:能向用户提供随时随地的全双工通信。

该系统主要由基站（BS）、移动台（MS）和移动业务交换中心（MSC）构成。一个MSC可以控制多个基站控制器(BSC)，一个BSC可以控制多个基站收发信机(BTS)。16

MSC是整个网络的核心，其主要功能是控制整个蜂窝系统的工作和对用户进行管理。

MSC配接有两个数据库分别称为归属位置寄存器HLR和访问位置寄存器VLR

，用于对移动用户进行管理。当移动台从一个基站覆盖小区移动到另一个基站覆盖小区时，MSC会控制基站将对移动台的服务从一个小区转移到另一个小区，这个过程称为越区切换。171.5.3集群通信系统

集群通信是一种专门用于指挥调度的移动通信系统。作为某一封闭用户群的专用网络使用。用户主要包括公安、消防、军队、政府部门、出租车等。

特点：用户规模较小，用户密度远远小于公众通信的蜂窝网络，因此集群通信系统一般都设计成中大区制。采用单工或半双工方式。181.5.4无绳电话

无绳电话是一种全双工系统，是对固定电话的移动性扩展。允许手持机用户在一定范围内自由活动时进行通话。

家用型：座机、手机组成；图1-7简单无绳电话原理191.5.5无线局域网

无线局域网（WLAN）是采用无线链路实现通信的计算机局域网。

WLAN网络的无线传输媒质包括无线电波、红外线或激光。目前大多数WLAN都工作在2.4GHz免许可频段。

1.5.6个人域网

个人域网（PAN）是一种覆盖范围比WLAN更小的无线局域网。其核心思想是用无线电传输代替传统的有线电缆，实现个人信息终端网络互联。

主要技术包括：蓝牙、红外和HomeRF。202.1无线信道传播概述2.2大尺度路径损耗2.3小尺度衰落和多径效应第二章无线通信基础21电磁波的传播特性主要表现两个方面：大尺度衰落(慢衰落)：主要影响通信距离或覆盖范围。大尺度路径损耗、阴影衰落、雨衰小尺度衰落(快衰落)：主要影响接收信号质量。多径效应、多普勒效应无线电波的四种传播机制：直射、反射、绕射和散射电磁场可划分为三个不同的区域：近场区、中间区和远场区。2.1无线信道传播概述22表2-1无线电频率的频段划分及主要应用米波2324移动通信中接收信号存在的四种效应阴影效应；多径效应；远近效应：收发机距离远近的不同引起的。(功率控制)多普勒效应：用户高速移动引起的。不同频率的无线电波在空间有三种基本传播方式：地球表面波传播(中长波)、天波传播(短波)和空间波传播。空间波传播时，两点之间的最大通信距离为：252.2大尺度路径损耗建立贴合实际的大尺度损耗模型，需要将不同的地域环境进行分类。根据地形起伏情况，分成中等起伏地形和不规则地形两大类。中等起伏地形：指在无线传播路径的地形剖面图上，地面起伏高度不超过20米，并且起伏缓慢，起伏地形最高点与最低点之间的水平距离大于它们之间的高度差。按服务区域的人口密度、建筑物密度及高度等情况进行分类：大城市、中等城市、小城镇和农村。按照地物密集程度不同可分为：开阔地、郊区、市区262.2.2自由空间传播模型

电波向周围空间扩散传播时，距离越远，单位面积上所接收的能量就越少，这种电波扩散衰耗称为自由空间传播损耗。

自由空间传播的条件：理想的均匀介质；无阻挡、无反射、无绕射、无散射，无吸收。

自由空间传播模型用于预测接收机和发射机之间完全无遮挡时的视线路径接收信号强度。

直射波可近似按自由空间传播模型进行预测，是电磁波传播的最简单情况。

27Friis公式给出了在自由空间中，距发射机d处接收天线的接收功率为：仅适用于天线远场区,远场距离df

计算公式：（D为天线的最大物理线性尺寸）信号强度随着距离的平方成反比衰减。以dB为单位表示，则在自由空间传播距离d时产生的衰减为接收天线有效面积：Ae=Gr2/4

其中：Gr为接收天线增益，为信号波长。28以距离d0作为接收功率的参考点，距离为d处的接收功率：d0必须满足远场区条件。以dBm为单位表示为

式中，Pr（d0）的单位为mW。29明确几个常用单位：损耗单位dB：dBW表示大于或小于1瓦的分贝数：dBmW（dBm）表示大于或小于1毫瓦的分贝数：0dBmW——1mW0dBW——1W302.2.4电磁波基本传播机制

电磁波传播四种机制：直射、反射、绕射和散射。

1.电磁波的反射和透射

反射的条件：当电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面时，如果界面的尺寸远大于电波的波长时，产生反射。地面反射双线模型接收信号功率随传播距离的4次方成反比衰减，这表明其接收功率衰减比自由空间（2次方衰减）要快的多。31用于预测远距离通信范围的大尺度路径损耗。以dB为单位表示的路径损耗计算公式为

PL(d)=40lgd－(10lgGt+10lgGr+20lght+20lghr)衰减指数变化的拐点：32

4.电磁波的绕射

定义：电磁波被尖锐障碍物的边缘阻挡时，阻挡面产生的二次波传播到障碍物之后的现象。绕射损耗所研究的是以自由空间传播损耗为基础的附加损耗。研究结果表明，随阻挡体高度（可以为负）的不同，绕射损耗既可以为正，也可以为负。单个障碍物刃形绕射模型绕射增益G可以通过Fresnel积分计算G（dB）=20lg|F(νF)|33Fresnel参数νF的表达式为式中：一个障碍物对信号的影响还可根据Fresnel区估算出来34信道传播模型一、Okumura（奥村）模型二、奥村-哈塔(Okumura-Hata)路径损耗模型多重刃形绕射情况的处理（1）Bullington方法(布灵顿)。（2）Epstein-Petersen(普斯丁-彼得森)方法。（3）Deygout(戴高特)方法。（4）国际电联（ITU）提出的半经验模型。存在散射的情况下，对粗糙表面的反射系数Γ进行修正：

Γrough=ρsΓ散射损耗系数ρs：ρs=exp［－2(k0σhsinδ)2］

352.3小尺度衰落和多径效应1、小尺度衰落：无线信号在短时间内或短距离上传播后，其幅度、相位或时延快速变化，以至于大尺度路径损耗的影响可以忽略不计，又称为多径衰落。2、小尺度衰落产生的原因：多径传播引起的多径效应环境物体的运动引起的多普勒频移36结论：其中，表示多普勒频移最大值。

多普勒频移(基于双线模型)多普勒频移的大小取决于通信系统的工作频率、接收机相对发射机的移动速度以及相对运动的方向。37多径传播分成两种情况：

1、无主导分量的多径传播。当发射机与接收机之间没有LOS路径时，通常多径分量中没有幅度特别大的，则属于无主导分量的情况。

2、有主导多径分量的多径传播。当发射机与接收机之间存在视线传播（LOS）路径时，LOS传播分量要强于其他多径分量,这时LOS分量成为主导分量。3、小尺度衰落的统计特性38(1)无主导分量的多径传播。(2)有主导多径分量的多径传播。幅度衰落r服从瑞利分布；相位失真θ服从均匀分布幅度衰落r服从莱斯分布；相位失真θ服从均匀分布394、电平通过率和平均衰落持续时间

是描述衰落频率的两个统计量。电平通过率平均衰落持续时间衡量多径传播对无线通信系统影响的两个参数。402.3.2多径信道的冲激响应模型

无线传播信道是一种线性时变信道。

对于具有线性时变特性的无线信道，在短时间和短距离运动的情况下，相对运动的速度可以看做不变，可以用信道的冲激响应描述线性时变无线信道特性，即可用时变的冲激响应模型来描述。

【定义】线性时变信道的冲激响应是信道在t时刻对于时刻作用于信道的输入冲激的响应。41t时刻第i多径分量的幅度t时刻第i多径分量的附加时延t时刻第i多径分量的信道附加相移第i多径分量自由空间传播的附加相移时变多径信道的基带冲激响应模型为：信道测量分两种：窄带信道测量主要用于建立无线传播的大尺度损耗模型。宽带信道测量用于建立无线传播信道的小尺度统计模型。宽带信道测量：直接射频脉冲测量、扩频相关器测量、信道频域测量2.3.3无线多径信道特性测量422.3.4无线多径信道特性参数

时间色散特性参数和频率色散特性参数由于信号路径的不同延迟，接收信号具有比发射信号更长的持续时间。这一现象称为时间色散。

时间色散特性参数：平均附加时延、最大附加时延、时延扩展、相干带宽等由于多径分量引入不同的多普勒频移，接收信号具有比发射信号更大的带宽。这一现象称为频率色散。频率色散特性参数：多普勒扩展、相干时间等43信道相干带宽rms时延扩展多径时延越大相干带宽越窄信号带宽Bs（符号周期）相干带宽Bc（rms时延扩展）时间色散平坦衰落频率选择性衰落比较Bs<<BcBs>>Bc时间色散特性参数44相干时间多普勒扩展信号带宽Bs（符号周期）多普勒扩展Bd（信道相干时间）频率色散快衰落慢衰落比较Bs<BdBs>Bd频率色散特性参数452.3信道相关函数快/慢衰落和平坦/频率选择性衰落之间，在概念上是平等的。小结：多普勒扩展发送信号的带宽发送信号的带宽相干带宽Bs频率选择

慢衰落平坦慢衰落频率选择

快衰落平坦快衰落Bs频域上分类46快/慢衰落和平坦/频率选择性衰落之间，在概念上是平等的。小结：发送信号的符号周期发送信号的符号周期rms时延扩展相干时间Ts频率选择

慢衰落平坦慢衰落频率选择

快衰落平坦快衰落TscT时域上分类473.1信源编码

3.2信道编码

3.3调制技术

3.4多址技术

3.5抗衰落技术第3章无线通信基本技术48

3.1信源编码

信源编码实质就是将信源的原始符号按一定规则进行的一种变换。

信源编码分为有损编码和无损编码两种。

无失真编码：零失真的信源编码；

有损编码：失真较小并且处于可接受范围内的信源编码。

3.1.1语音编码

语音编码器分成两类:波形编码器和声码器（参量编码器）。

波形编码是将时域的模拟语音信号经过采样、量化、编码形成数字的语音信号的过程(将波形直接变换成数字码流)。

参量编码是基于人类语言发声机理，提取表征语音的特征参量，然后对特征参量进行编码的一种方法。49

3.2信道编码

信道编码：根据一定的规律，在待发送的信息码元中人为的加入一些必要的（监督）码元。在接收端根据规律，发现和纠正差错，以提高码元传输的可靠性。

按照功能和结构分类，信道编码可以分为以下三类：检错编码、纠错编码和混合编码。

3.2.2线性分组码

3.2.3循环码

3.2.4卷积码

交织编码技术：把一个消息块原来连续的比特按一定规则分开发送传输，使突发差错信道变为离散信道。50

3.3调制技术

3.3.1调制技术概述

调制的目的就是使携带信息的信号与信道特性相匹配，从而有效地利用信道传输。

3.3.2最小频移键控(MSK)

最小频移键控（MSK）：调制指数为0.5的连续相位2FSK，对应2FSK信号的两个频率正交的最小频率间隔。

高斯滤波最小频移键控(GMSK)：将矩形脉冲信号先通过高斯低通滤波器，形成高斯形脉冲，再进行MSK调制，即在MSK调制器前加入一高斯低通滤波器来实现。

3.3.3π/4QPSK(π/4正交相移键控调制)

π/4QPSK：是两个彼此相差/4的QPSK信号叠加形成的。513.4.1

频分多址(FDMA)3.4.4

扩频多址(SSMA)/码分多址(CDMA)3.4.3

空分多址(SDMA)3.4.2

时分多址(TDMA)3.4.5

分组无线电(PR)/随机多址(RA)3.4

多址技术521、多址技术：希望多个用户可以同时利用同一个信道相互通信而不会相互干扰。2、常见的多址方式：时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)和空分多址(SDMA)3、频分多址(FDMA)频分多址：把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道(或称信道)分配给不同的用户使用。

FDMA系统中可以同时支持的信道数：Bt是系统带宽，Bg是保护带宽，Bc是信道带宽。53FDMA系统的特点：不需要信道均衡；系统开销小；容易产生互调干扰；收发频率间隔必须大于一定的数值。时分多址(TDMA)时分多址：把一个载波在时间上分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙，然后根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发送信号。54TDMA系统的特点：频谱利用率高，系统容量较大。移动台的电池消耗较低。时隙分配灵活。需采用自适应均衡。系统开销相对较大。TDMA系统的信道数：

Btot是系统带宽，Bg是保护带宽，Bc是信道带宽。

m是每一个无线载频所能支持的最大TDMA用户数；55空分多址(SDMA)特点：通过空间分割来区分不同用户方式：利用自适应天线阵列，使用定向天线服务于不同的用户

SDMA的优点：可以提高天线增益，从而提高系统容量；可以削弱来自外界的干扰。

SDMA的缺点：

SDMA的关键技术是智能天线技术，对多用户的动态捕捉、识别与跟踪以及信道的辨识等极为复杂。56扩频多址(SSMA)/码分多址(CDMA)原理：以扩频技术为基础的一种多址方式，利用不同的码型来实现不同用户的信息传输，又称为码分多址。对于扩频码的选择要求：

1、要求满足正交性，自相关性强、互相关性弱；

2、要求其能够提供足够多的地址码；

3、要求周期足够长；

4、要求地址码类似白噪声，以增强隐蔽性；

5、要求地址码产生与捕获容易、同步建立时间较短。

常用的基本扩频方式有3种：直接序列扩频、跳频扩频和跳时扩频。直接序列码分多址(DS-CDMA)

原理：将携带信息的窄带信号与高速扩频码(PN码)相乘而获得的宽带扩频信号。57DS-CDMA系统的优点：

1、具有较强的抗窄带干扰、抗多径衰落能力和较好的保密性。

2、许多用户可共享频率资源，无需复杂的频率分配和管理；

3、具有“软容量”特性，即在一定限度内用户数增加，只会使得信噪比下降，而不会终止通信，即增加用户数目只会线性地增加系统噪声。

4、具有“小区呼吸功能”，即小区负荷量可以动态控制，相邻小区可通过覆盖范围的互动来重新分担负荷；

5、可以通过“软切换”实现移动台的越区管理，保证越区时通信的连续性。DS-CDMA系统存在的问题：

1、多址干扰问题；2、远近效应；583.5抗衰落技术3.5.1分集接收定义：利用多径信号来改善系统性能的技术。基本思想：把接收到的多个多径信号分别加以处理，然后将处理后的信号合并输出，从而达到改善接收信号质量的目的。作用：可以减小接收信号的衰落深度和衰落的持续时间。包含两个过程：分散传输和集中处理（信号合并）。针对慢衰落和快衰落，常用的分集技术可以分为宏分集和微分集。通常所说的是微分集。主要包括空间分集、频率分集、时间分集、角度分集和极化分集；59空间分集依据：小尺度衰落的空间独立性。特点：要求接收机至少有两副天线，天线之间必须有足够大的空间间隔；频率分集依据：当载频间隔大于相关带宽时，两个信号所遭受的衰落是独立的。特点：需用两部以上发射机同时发送信号，并用两部以上独立接收机接收信号；需要占用两个以上频带，降低了频谱利用率；60时间分集依据：小尺度衰落具有时间独立性

优点：减少了接收天线的数目；缺点：引入了信号处理时延，要占用更多的时隙资源，从而降低了传输效率。角度分集利用多个方向性尖锐的接收天线，分别指向不同的方向进行接收相互独立的多径信号。极化分集在发送端和接收端可以用两个位置很近但极化方向相互正交的天线分别发送和接收信号，以获得分集效果。61合并技术在接收端使用合并技术位置的不同，可以分为检测前合并技术和检测后合并技术；合并器中加权系数的确定依据不同，分为选择式合并、最大比值合并和等增益合并三种方式。选择式合并：加权系数只有一项为1，其余均为0。特点：方法简单，实现容易；但性能最差。

最大比值合并：各支路的加权系数由该支路信噪比决定。特点：实现复杂，但性能最好。等增益合并：即将最大比值合并中各支路加权系数均取为1。特点：实现较容易，设备也简单，其性能接近于最大比值合并。623.5.2均衡技术用于消除码间干扰的各种技术3.5.3RAKE接收技术

所谓RAKE接收机，就是利用多个并行相关检测器获取多径信号中的各路信号，按照一定的准则合成一路信号供解调用的接收机。是分集方式中的一种——路径分集。

适合对象：主要是适合于直接序列扩频通信系统。63第四章移动通信网络技术4.1概述移动通信系统的基本组成移动通信系统的结构：移动台(MS)、基站子系统(BSS)、网络子系统。基站子系统：基站控制器BSC、基站收发信机BTS。BSCBSC64

4.2频率复用技术和系统容量4.2.1频率复用技术区域划分两大类：小容量的大区制和大容量的小区制小区制又分为2种：带状服务区和面状服务区为增加用户容量，采用小区制（蜂窝网），可以实现频率复用；蜂窝网：小区形状——正六边形根据蜂窝小区的覆盖半径，蜂窝又可划分为三类：宏蜂窝、微蜂窝和微微蜂窝。区群：由使用不同频率组的一组小区组成。在区群之间可进行频率复用。同一区群内小区不能频率复用，不同区群的小区才能频率复用65要满足以上两个条件，区群内的小区数N应满足：

N=i2+ij+j2(N=1、3、4、7、9、12、13…

)

确定最近的同频小区的步骤：1)从当前小区开始，沿任意一条边的垂直方向数i个小区；2)顺（逆）时针方向旋转60。，再数j个小区。则该小区为当前小区的一个相邻同频道小区。1j12ij66i=1，j=2,N=7N=3N=4i=1,j=1i=0,j=2

i=1,j=2，N=767相邻同频小区距离的计算

1）相邻小区之间的中心距离：2）相邻同频道小区的距离：N为区群内小区数目，R为小区辐射半径D60°提高小区容量和减小同频干扰之间相互矛盾683.信道分配信道的合理分配不仅可以降低干扰(如邻道干扰、互调干扰)外，还可以提高系统的容量。主要有三种方式：①固定信道分配方式。优点：实现起来比较简单；缺点：频率利用率不高，造成频率资源的浪费。

②动态信道分配方式。

优点：提高了信道利用率，可适应业务的动态变化；缺点：增加了系统存储量和运算量。③固定、动态结合信道分配方式。694.2.2干扰和系统容量影响系统的主要干扰：同频干扰、邻道干扰和互调干扰。可通过合理分配信道的方式减小邻道干扰和互调干扰；同频干扰的定义：指两个相同频率的不同信号产生的干扰。蜂窝通信系统中采用频率复用技术，同频小区之间就会存在同频干扰。同频小区间的距离越近，则产生的同频干扰越严重。同频再用距离与小区半径之间的关系

式中，D/r0称为同频再用系数。70

同频干扰与区群大小的关系结论：给定［S/I］时就能确定区群中小区的数目。蜂窝系统的扩容：小区分裂：将原来拥塞的小区划分成更小的新小区，增大相同覆盖区内区群的复制次数，从而提高了系统容量。

分裂后原基站是否可用，两种分裂方式

裂向：依靠定向基站天线来减小同频干扰。

微小区：将多个区域站点与一个基站相连实现无线设备共享。中心激励方式和顶点激励方式714.3移动性管理移动性管理包括：移动用户的位置管理和越区切换管理。位置管理是保证网络随时知道移动用户所处的位置；越区切换管理是保证用户通信的连续性和通信质量。

724.3.1位置管理位置管理就是网络跟踪移动台的位置变化，对移动台位置信息进行登记、删除和更新的过程。移动台的位置信息存储在两个数据库中：归属地位置寄存器HLR和访问位置寄存器VLR。位置登记过程包括登记、修改和注销三个步骤。位置更新的两种情况：同一个MSC/VLR业务区内两个小区间的位置更新不同MSC/VLR业务区内两个小区间的位置更新。

掌握两种位置更新的具体过程。

734.3.2切换控制切换是指需将移动台正在通信的信道转接到一条新的空闲信道，以保持通信的连续性和通信的质量的过程。移动台在通信中从一个BS区移动到另一个BS区。由于外界干扰造成通话质量下降。切换的分类

1)按照切换目的分类

分为救援切换、边缘切换和业务量切换三种类型。

2)按照通信链路的建立方式分类

分为硬切换、软切换、更软切换和接力切换。

3)按照切换涉及的网元分类

分为小区内切换、BSC内小区间切换、MSC内BSC间切换、MSC间切换和网络间切换等。

74越区切换准则

(1)相对信号强度准则(准则1)：

(2)具有门限规定的相对信号强度准则(准则2)(3)具有滞后余量的相对信号强度准则(准则3)(4)具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则(准则4)：切换控制方式主要有：移动台控制的越区切换(MCHO)、网络控制的越区切换(NCHO)和移动台辅助的越区切换(MAHO)三种。针对既有高速用户又有较多的低速用户的地区，采用伞状蜂窝小区设计，从而减小切换次数，并保证系统容量。针对小区拖尾现象，可以通过调整切换门限和无线覆盖参数来解决。755.1GSM移动通信系统5.4卫星通信5.3第三代移动通信系统5.2CDMA蜂窝移动通信系统5.5无线局域网第5章无线通信系统5.6其他无线通信系统76

5.1GSM移动通信系统

5.1.1概述

GSM是GlobalSystemforMobilecommunications(全球移动通信系统)的缩写，是第二代数字蜂窝移动通信系统标准。GSM有三种不同的版本，分别是GSM900、DCS1800和PCS1900。

GSM系统由四部分组成，即运营支持子系统(OSS)，网络子系统(NSS)和基站子系统(BSS)【移动台】。77基站子系统BSS包括基站控制器BSC和基站收发信机BTS两部分。每个BSS包括多个BSC，一个BSC可以控制多个BTS。

Um接口：BTS与MS之间的接口；Abis接口：BSC与BTS之间的接口；A接口：BSC与MSC之间的接口。5.1.2GSM基站子系统的结构原理785.1.3GSM系统的主要规格参数

GSM系统的主要规格参数如表5-1所示。795.1.4GSM逻辑信道

GSM逻辑信道分为业务信道(TCH)和控制信道(CCH)。

业务信道：传输用户的数字化语音或数据，无论是上行还是下行链路，都有相同的格式和功能。

控制信道：传输系统的信令和同步信息，在上下行链路之间，不同的控制信道格式可能是不同的。

GSM系统中，一个时隙构成一个物理信道。

在不同的时间可以映射为不同的逻辑信道。80

1.业务信道(TCH)

TCH可分为全速率信道和半速率信道两大类。

全速率信道：传送信息时，用户数据在一个时隙中传送。

半速率信道：传输信息时，两个用户的业务数据映射到同一个时隙上，采用隔帧传送的方式，即每个用户的信息都是每隔一帧交替进行发送。

2.控制信道(CCH)

GSM中主要有三种控制信道：广播信道(BCH)、公共控制信道(CCCH)和专用控制信道(DCCH)。81

1)广播信道(BCH)

BCH是一种一点对多点的单方向控制信道，用于基站给小区内的移动用户提供同步信息。

BCH只用于前向链路。

GSM系统中有以下三种类型的BCH。

(1)频率校正信道(FCCH)：该信道传送的信令保证使MS的频率与基站的频率同步。

(2)同步信道(SCH)：传送供MS对基站进行同步识别的信息。

(3)广播控制信道(BCCH)：传送BTS的一般信息，如小区和网络的特征、小区内其他可用的信道等。82

2)公共控制信道(CCCH)

CCCH用以发送普遍使用的控制信息，如寻呼信息、信道分配信息和用户请求接入信息。

CCCH可分为以下三种类型：

(1)寻呼信道(PCH)：是一个前向信道，当基站寻呼MS，用于通知MS有来自网络的呼叫。

(2)随机接入信道(RACH)：是一个反向信道，用于MS对PCH的回应，或随机提出入网申请，即请求分配独立专用控制信道(SDCCH)。

(3)接入认可信道(AGCH)：是一个前向信道，用于基站对移动台的随机接入请求作出应答，即给移动台分配一个SDCCH或直接分配一个TCH。

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3)专用控制信道(DCCH)

DCCH和业务信道TCH一样，也是双向传送的，在上下行链路中有相同的功能和格式，可存在于除了广播信道TS0帧之外的任何时隙中。

GSM中有三种类型的专用控制信道：

(1)独立专用控制信道(SDCCH)。用于传送鉴权、业务信道指配信息。

(2)慢速辅助控制信道(SACCH)。SACCH是一个双向的点对点控制信道，用于在MS和BTS之间周期性地传送某些特定信息。

(3)快速辅助控制信道(FACCH)。当没有为移动用户分配SDCCH，但需要处理紧急事务时才分配。845.1.5GSM帧结构

GSM系统中每8个时隙组成一个TDMA帧，多个TDMA帧构成复帧。

GSM中有两种复帧：

第一种是26帧的业务复帧，每个业务复帧包含26个TDMA帧。

第二种是51帧的控制复帧，每个控制复帧包含51个TDMA帧。

多个复帧构成超帧，超帧由51个26帧的业务复帧或者由26个51帧的控制复帧组成，因此一个超帧包含51×26=1326个TDMA帧，共占6.12s的时间长度。

2048个超帧构成超高帧。855.1.6语音编码和信道编码

1.语音编码

GSM采用规则脉冲激励-长期预测编码(RPE-LTP)的语音编码方式。

2.信道编码

交织技术就是将要传输的数据码重新排序，重新排序的结果使得突发差错时产生的成串错误的比特位来自交织前信道编码不同的位置，从而使连续的突发差错就变成了离散的随机差错。

GSM系统中采用了比特交织和块交织两种方法。865.1.7GSM安全性管理

包括用户鉴权、加密、移动设备识别等。

鉴权：是确认移动用户是否有权入网，即鉴别移动台传送的IMSI是否是在入网时等记或签约的。是在网络MSC和用户SIM卡之间进行的。鉴权是为了确认移动台的合法性，

加密：是为了防止移动用户信息被人非法窃听。

移动设备识别：防止用户手机被盗用，这是通过IMEI检查来实现的；

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1.鉴权过程

鉴权的过程简述如下：

1、首先是移动交换中心MSC/VLR向移动台发出鉴权命令信息,其中包含鉴权算法所需的随机数(RAND)。

2、移动台的SIM卡在收到命令之后,先将RAND与本身用户SIM卡的密钥Ki按照A3算法计算，得出一个响应数(SRES),MS再通过鉴权响应信息，将SRES值送回网络方。

883、MSC在给移动台发出鉴权命令的同时,也采用同样的算法得到自己的一个响应数(SRES)。

图5-25鉴权过程若这两个SRES完全相同,则认为该用户是合法用户,鉴权成功;否则,认为是非法用户,拒绝用户的业务要求。89

2.GSM系统的加密过程

1、在鉴权过程中,移动台在计算SRES的同时,用另一算法(A8算法)计算出加密密钥Kc。

2、当MSC／VLR发送出加密命令(M)时,BTS先收到该命令,再传送给MS。

3、MS将Kc和数据信息一起经A5加密算法得到加密数据,经加密的用户信息传送至网络方。

4、同时，网络方也采用同样的算法得到自己的加密密钥Kc。对接收到的已加密数据，用加密密钥Kc和算法A5进行解密，若得到正确的用户数据，则加密成功，否则，加密失败。90图5-26加密过程915.1.8GPRS通用分组无线业务

1.GPRS概述

GPRS是GeneralPacketRadioService的简称，又称为通用分组无线业务，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采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、跳频规则以及相同的TDMA帧结构。因此，在GSM系统的基础上构建GPRS系统时，GSM系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动，只需作软件升级。92

GPRS网络是对原有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实现的。包括：①在网络子系统中增加了两个网络结点:GPRS服务支持结点(SGSN)和GPRS网关支持结点(GGSN)。这2个结点如同Internet上的IP路由器。多个SGSN与一个GGSN构成电信网络内的一个IP网络，由GGSN与外部的Internet相连接。②对HLR和VLR的功能进行扩展，以实现对GPRS的移动性管理和路由管理。③增强基站子系统的功能，以支持用户分组数据的传送;增加了业务信道和控制信道的种类，以支持GPRS的多种业务。

2.GPRS系统结构9394

5.2CDMA蜂窝移动通信系统

CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）移动通信系统，即码分多址通信系统，是一种先进扩频通信技术。IS-95A是最早商用CDMA移动通信空中接口标准IS-95B是IS-95A的进一步发展，主要目的是能满足更高的比特速率业务的需求，IS-95B可提供的理论最大比特速率为115kbit/sIS-95A和IS-95B均有一系列标准，其总称为IS-95。95

CDMA系统的特点如下：

(1)系统容量大。采用话音激活技术和扇形小区提高容量。

(2)系统具有“软容量”的特性。可以通过通信质量的适当下降来换取用户数的增加。

体现软容量的另一种形式是小区呼吸功能：指各个小区的覆盖大小可动态变化。当相邻两个小区负荷一轻一重时，负荷重的小区通过减小导频发射功率，使本小区的边缘用户由于导频强度不足切换到邻小区(负荷轻的小区)。

(3)具有“软切换”功能。由于CDMA相邻小区可以使用相同频率，因此可以方便地实现软切换，降低掉话率。

(4)频率规划简单。

(5)保密性强，通话不易被窃听。96

5.2.1IS-95CDMA系统

IS-95窄带码分多址（N-CDMA）蜂窝移动通信标准，是一种直接序列扩频的CDMA