现代通信技术基础第6章

第六章移动无线通信技术6.1数字微波通信6.2卫星通信6.3移动通信6.4无线局域网16.1数字微波通信6.1.1基本概念

微波是指频率为300MHz～300GHz的电磁波，其对应的波长为1m～1mm。微波通信是指利用微波段电磁波进行的通信。微波波段又可细分为分米波、厘米波和毫米波。

频段名称频率范围波长范围分米波300MHz～3GHz10～100cm厘米波3GHz～30GHz1～10cm毫米波30GHz～300GHz1～10mm21、微波通信的发展微波通信的发展可以追溯到19世纪30年代中期的模拟微波中继通信，第一个商用的模拟无线通信系统工作在VHF频段(30MHz～300MHz,超短波)，采用AM调制、传输12路频分复用的模拟话音信号。40年代二战期间，由于军事用途，出现了UHF频段(300MHz～3GHz)的军用无线中继通信系统，为了降低对功放的线性性能要求，系统采用FM方式和PPM(脉冲调制)技术。此时，由于采用的频段低、带宽窄，无线中继通信系统的容量、规模还很小。1951年，美国纽约一旧金山成功开通了商用的微波通信线路，该微波通信线路途经100多个站的接力，工作在4GHz频段，带宽为20MHz，能承载480路的模拟话音，第一次实现了长距离、中容量的通信。3

在随后的二三十年间，半导体器件取代电子管，工作在2-12GHz频段基于FM技术的中、大容量模拟微波通信系统迅速发展，形成覆盖全球地面长途通信容量约1/2的规模。80年代，利用更高频带利用率的调制技术如16QAM，64QAM，256QAM，使数字微波通信系统的传输效率大大提高，系统容量达90～400Mbit/s，这个时期是微波通信系统的迅速发展时期。90年代后，出现了容量更大的数字微波通信系统（512QAM，1024QAM等），并且出现了基于SDH的数字微波通信系统。4

我国从“七五”期间引入微波通信系统建设长途通信线路。当时光纤技术、卫星技术尚未成熟，因此长途的通信传输一般靠微波接力通信来完成。由于光纤技术的发展，长途传输干线容量大大提高，光纤已取代微波作为长途传输干线的主要角色，但世界上已经存在着大量的微波通信系统。在未来的很长时间内，数字微波将与卫星通信一起作为光纤通信系统的辅助手段。并且数字微波具有建站快、成本低、不须铺设线路的特点。此外微波在固定宽带接入领域也有重要应用。工作在28GHz频段的LMDS（本地多点分配业务）已开始大量应用，数字微波通信仍具有良好的市场前景。5

微波中继通信主要是解决城市与城市之间、地区与地区之间大容量信息的传输问题，用于长途电话及电视节目的传输。目前我国已建起了以北京为中心，连接全国各主要城市的微波中继通信系统。我们每天收看到的中央电视台的电视节目就是通过微波及卫星通信方式传送的。此外，一些工矿企业，如石油、电力、铁道等部门也建立了自己的微波中继通信专用网，用来传送本部门内部的遥控、遥测及各种业务信号。62、微波通信的特点

（1）具有类似光波的特性－直线传播。（2）微波波段的频带宽、通信容量大。（3）适于传送宽频带信号。（4）采用中继传输方式，中继距离一般40～50km（5）抗干扰能力强，由于波长短，天线尺寸可做得很小，方向性强。76.1.2数字微波通信系统的组成

1、微波中继线路的组成微波通信一般每隔50km要设一个微波中继站。微波通信靠几个甚至几十个微波站进行无线电波的发射和接收，进行接力传送达到远距离通信的目的。微波天线安装在铁塔上，铁塔的高度应保证两个相邻站天线满足视距传播的要求。由于地面的高低不平以及为了避开地面上的一些障碍物，天线塔一般高达几十米。目前大多数的微波接力天线都是采用反射式的抛物面天线，抛物面的口径为1～3米，形状像一口大锅。8

一个典型的微波中继通信线路示意图如图6-1所示。它由终端站、枢纽站、分路站（也有不设分路站的）和若干个中继站（也称再生站）组成。图6-1微波中继通信线路示意图9终端站：

处在微波通信线路的两端，一般都设在省会以上的大城市。它将数字复用设备送来的基带信号或从电视台送来的电视信号，经微波设备处理后由微波发信机发射给中继站同时将微波接收机接收到的信号，经微波设备处理后变成基带信号送给数字复用设备。或经数字解码设备处理后还原成电视信号传送给电视台。

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枢纽站：大都设在省会以上大城市，处在微波通信线路的中间，有二条以上微波通信线路汇接的城市。这样不仅可以进行本线路的用户间信息交换，也可以与其他线路的用户进行信息交换构成通信网。

分路站：又称上下话路站，为了适应一些地方小容量的信息交换而设置的，设备简单，投资小，这样可满足一些中小城市与省会以上城市进行信息交流，这种站型一般很少设置。中继站：是微波通信线路数量最多的站型，一般都有几个到几十个。中继站的作用是将信号进行再生、放大处理后，再转发给下一个中继站，以确保传输信号的质量。所以，中继站又叫再生站。11为了提高系统的容量，一条微波中继线路往往有几个载波同时并行传输。这种多载波并行传输也叫多波道传输。虽然各个载波有自己独立的收发信设备，但天馈线是共用的。微波站的设备包括天线、收发信机、调制器、多路复用设备以及电源设备、自动控制设备等。多个收发信机可以共同使用一个天线而互不干扰，增加微波通信系统的总体容量。我国的SDH数字微波设备在一条电路上，可同时传送三万多路数字电话(2.4Gbit/s)。122、数字微波通信系统的组成

数字微波通信系统由两个终端站、天线馈线系统和中间站(中继站)构成。136.1.3微波通信的应用与发展（1）干线光纤传输的备份及补充，如点对点的SDH微波、PDH微波等。（2）边远地区和专用通信网。（3）城市内的短距离支线连接.在移动通信基站之间、基站控制器与基站间的互连、局域网之间的无线联网等环境下，也广泛应用微波通信，既可使用中小容量点对点微波，也可使用无需申请频率的微波数字扩频系统。例如，基于IEEE802.11系统标准的无线局域网工作在微波频段，其中802.11b工作于2.4GHz，802.11a/g工作于5.8GHz。144）无线宽带业务接入

多点分配业务（MDS）是一种固定无线接入技术，其包括运营商设置的主站和位于用户处的子站，可以提供数十MHz甚至数GHz的带宽，该带宽由所有用户共享。MDS主要为个人用户、宽带小区和办公楼等设施提供无线宽带接入，其特点是建网迅速但资源分配不够灵活。MDS包括两类业务：(a)多信道多点分配业务（MMDS），其特点是覆盖范围较大。(b)本地多点分配业务（LMDS），其特点是覆盖范围较小，但提供带宽更为充足。156.2卫星通信1.卫星通信

卫星通信是微波接力通信向太空的延伸，采用的是微波频段。卫星通信是指利用人造卫星作为中继站转发无线电信号，在多个地球站之间进行的通信。由于作为中继站的卫星离地面很高，所以经过一次中继转接之后即可进行长距离的通信。

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(1)通信距离远,覆盖范围大,只要3颗地球静止卫星就可以基本实现全球的覆盖.(2)以广播方式工作，便于实现多址联接.

(3)通信容量大，传送的业务种类多.由于卫星采用的射频频率在微波波段，可供使用的频带宽.（4）性能稳定可靠.几乎不受气候和气象变化的影响。就是发生磁暴甚至核爆炸的情况下，线路仍能正常工作。卫星通信特点:17

(1)需要采用先进的空间电子技术。高增益天线、大功率发射机、低噪声接收设备和高灵敏度调制解调器等，并且空间的电子环境复杂多变，系统必须要承受高低温差大、宇宙辐射强等不利条件.(2)需要解决信号传播时延带来的影响由于卫星与地面站距离远，信号传输的时延很明显。对一些业务（如话音）来说，必须采取措施解决时延带来的影响.(3)需要解决卫星的姿态控制问题.卫星通信需要解决的问题:18卫星通信的频率范围一般选在微波频段（300MHz~300GHz）。微波频段的特点是：有较宽的频谱，可以获得较大的通信容量；天线增益高、尺寸小；现有的微波通信设备稍加改造就可以利用。此外，考虑到卫星处于电离层之外的外层空间，而微波频率恰恰能够较容易地穿透电离层。卫星通信使用的频率:

19表6.2-1卫星通信的主要工作频段目前大部分国际通信卫星尤其是商业卫星使用C频段，即6/4GHz频段（上行频率为6GHz，下行频率为4GHz），转发器带宽为500MHz，国内区域性通信卫星多数也应用该频段.许多国家的政府和军事卫星使用X频段,即8/7GHz.为了避免C波段的拥挤，以及地面微波网干扰问题，目前已开发使用Ku频段，并用于民用卫星和广播卫星业务。另外也开始使用Ka频段.20地面站A通过定向天线向通信卫星发射的无线电信号，首先被通信卫星内的转发器所接收，由转发器进行处理（如放大、变频）后，再通过卫星天线发回地面，被地面站B接收，完成从A站到B站之间的信号传递。卫星通信大都工作于微波波段，为此，地球站天线常常采用面式天线，主要用卡塞格伦天线。天线直径有30m、10m、5m、3m、lm等.21图6-6通信卫星的组成框图22

1.卫星移动通信系统按卫星运行轨道分类1低轨卫星(LEO)：hmax＜5000Km，运行周期2～4小时；2中轨卫星(MEO)：5000Km～20000Km，运行周期4～12小时；3高轨卫星(HEO)：hmax＞20000Km，运行周期12小时以上。4静止地球轨道卫星(GEO)：hmax≈35860Km，运行周期24小时。231．移动卫星通信系统具有的技术特点

（1)系统庞大、构造复杂、技术要求高、站址数量多

(2)移动终端设备的体积、重量、功耗均受天线尺寸外形限制。

(3)卫星天线波束应能适应地面覆盖区域的变化并保持指向，用户移动终端的天线波束应能随用户的移动而保持对卫星的指向，或者是“方向性天线波束。

(4)移动卫星通信系统中的用户链路，其工作频段受到一定的限制，一般在200MHz一10GHz。

(5)因为移动终端的EIRP(有效全向辐射功率)有限，对空间段的卫星转发器及星上天线需专门设计，并采用多点波束技术和大功率技术以满足系统的要求。

24(6)由于移动，当移动终端与卫星转发器间的链路受到阻挡时，会产生“阴影”效应，造成通信的阻断。对此，移动卫星通信系统应使用户移动终端能够多星共视。(7)多颗卫星构成的卫星星座系统，需要建立星间通信链路和星上处理、星上交换。或者，需建立具有交换和处理能力的信关关口地球站。2．移动卫星通信系统的卫星轨道带来的一些特点(1)移动卫星通信覆盖区域的大小与卫星轨道高度及卫星数量有关。(2)为了实现全球覆盖，需要采用多卫星系统。(3)采用中、低轨道带来的好处为传播时延较小，服务质量提高；传播损耗小，使手持卫星终端易于实现；252、低轨道（LEO）移动卫星通信系统低轨道移动卫星通信系统是位于500Km~1500Km高度范围的多颗卫星组成的全球移动通信系统。主要优点：1）、信号传输时延小。2）、地面终端设备简单、造价低，是手持式终端的最佳方式。3）、卫星造价低、发射容易。低轨卫星系统的两种成功的应用：铱星系统全球星系统26铱星系统：铱星移动通信系统是美国于1987年提出的第一代卫星移动通信系统，由66颗低轨卫星（轨道高度780km）组成，其每颗卫星的质量670千克左右，功率为1200瓦，寿命约5年。铱星移动通信系统于1996年开始试验发射，1998年11月投入使用，耗资50亿美圆，每年系统的维护费就达几亿美元。2000年3月破产，成为通信史上的一个神话。铱星移动通信系统最大的技术特点是通过卫星与卫星之间的接力来实现全球通信，铱系统是唯一可以实现在两极通话的卫星通信系统。使人类在地球上任何“能见到的地方”都可以相互联络。其最大特点就是通信终端手持化，个人通信全球化，实现了5个“任何”(5W)，即任何人(Whoever)在任何地点(Wherever)、任何时间(Whenever)与任何人(Whomever)采取任何方式(Whatever)进行通信。铱星移动通信系统为用户提供的主要业务是：移动电话（手机）、寻呼和数据传输。27图6-14“铱”系统的示意图地面移动终端以L波段与卫星相连，功率只需0.4瓦28全球星系统（GLOBALSTAR）福特空间公司（即现在的劳拉空间系统公司）在1986年提出为轿车提供移动卫星通信服务的计划，全球星于1999年第三季度开始逐渐在全球范围内开通业务。2000年5月开始为中国地区提供服务。全球星系统有48颗低轨卫星组成，轨道高度1414km，卫星重量450kg，寿命7.5年。全球星系统提供的业务有：话音、数据（最高速率达9.6kbps）、短信息、传真、紧急呼叫、语音信箱、定位及全球漫游等，其中定位和全球漫游是全球星能提供的特别业务。系统弥补了现有地面通信网无法全球覆盖的不足，为现有通信用户和发展中国家的广大人口开辟了新的通信机会。2002年2月申请破产保护，2004年完成重组，至今仍提供服务。29302、全球卫星定位系统

全球定位系统(GPS，GlobalPositionSystem)是利用通信卫星进行的一种空间无线电导航系统。它能使位于地球表面及空间上任何位置的用户接收到精确的定位(三维空间坐标位置)、速度和时间信号。

1.美国GPS系统1994年建成，有24颗低轨道卫星，GPS保证任一用户至少同时收到4颗以上的卫星信号，进行无源定位，获得三维空间的位置参数。2.中国北斗卫星导航系统,约5颗静止轨道，30颗非静止轨道卫星，截止2012年10月，已发射16颗卫星。北斗系统具有短信功能，由终端发起定位请求。31GPS由三大部分组成：空间部分、控制部分和用户部分。1)空间部分是GPS人造卫星的总称。人造卫星的平均高度约20200Km，运行轨道是一个椭圆，地球位于该椭圆的一个焦点上；运行周期约12小时。2)控制部分是整个系统的核心。所有GPS卫星所播发的用于导航定位的星历，都是由分布在地面的5个监控站提供的。地面系统负责监测GPS信号、收集数据、计算并注入导航电文，状态诊断、轨道修正等。3)用户部分，它像“收音机”一样接收、解调卫星广播的C/A码信号，通过运算与每个卫星的伪距离，求出接收机的经度、纬度、高度和时间修正量这四个参数。(因此可容纳的用户数目没有限制）32

GPS的每颗卫星上装有一部原子钟，其稳定度约10-13量级。它为导航信号提供时间标准。导航信号中包括卫星星历和时钟性能数据。遥控监测站接收这些信号，同时将它送给主控站。主控站处理这些数据，不断预测和修正卫星在不同时刻的位置数据，然后将它送往卫星。卫星将这些数据存储起来，向用户播送。目前GPS提供的定位精度优于10米(民用)。

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GPS采用了两种测距码及数据码。

(1)C/A码(Coarse/Acquistioncode),粗测码Gold序列，长1023位，码速率1.023Mbit/s，伪码周期1ms。每个卫星的GOLD码都不一样，且互相间接近正交。由于码长较短，便于捕获。由于码元宽，因此测量误差大.伪码同步精度约码元宽度的1/100～1/10(2)P码（precisecode）码速率10.23Mbit/s(一个码元宽度对应约29米)，周期266天。在C/A码捕获的基础上进行捕获。加快捕获时间。码宽为C/A码的1/10，测量误差小，又称为精测码。P码同时调制在L1和L2两个载波上，可较完善地消除电离层延迟.P码是一种结构保密的军用码。一般不提供民用。

数据码：导航电文,包含卫星星历，工作状态、时间系统、卫星运行状态、轨道摄动状态、大气折射校正，C/A码捕获P码的导航信息。34GPS定位原理：

当同步时，可得到接收的的时间t2，同时从收到的数据中又可得到发送的时间t1。从而可以计算出距离R。所有卫星的时基相同(系统时基)，并与GPS接收机时基存在误差△。利用4颗卫星，可测得4个距离R1、R2、R3、R4。4颗卫星的坐标可从GPS接收到的数据中得到。有四个未知数，时基误差△，GPS接收机的坐标(X，Y，Z)。

用户移动速度可根据测得的GPS接收机载波的多普勒频移求出。356.3移动通信

6.3.1基本概念

移动通信是指通信双方至少有一方在移动中的通信。1、移动通信的特点（1）多普勒效应。（2）多径传播。接收信号呈现快而深的衰落，每隔半个波长左右的距离就发生一次，最大深度可达20～30dB。（3）阴影效应。产生慢衰落，对数正态分布，标准偏差为6～8dB，严重时可达20dB。36（4）远近效应

在同一基地站覆盖范围内，移动台在基地站附近时场强最大，至服务区边缘时最小，期间的差异有几十分贝，这种现象叫“远近效应”。这就要求接收机必须有较大的动态范围，并且各个用户会产生干扰。（5）干扰严重（6）对设备要求苛刻要求设备体积小、重量轻、操作维护方便，而且要保证在有振动、冲击、高低温等恶劣环境下，移动台能稳定、可靠地工作。372、移动通信发展史

1921年美国底特律和密执安警察厅开始使用工作在2MHz频段的车载无线电。从20世纪40年代中期到60年代中期，美国等发达国家陆续开通了公用汽车电话业务，此时的通话主要是采用大区制的人工接续，使用电子管，可用频道很少，设备笨重，使用不方便，不容易保密，发展缓慢，用户总数也只有几百个。从20世纪60年代中期到70年代中期，随着电子技术的发展，出现了自动交换式的三级结构及频率合成技术，可用频道数增加，采用了大、中区制，使频谱利用率有较大的增加，保密性增强，用户日益增多。但由频谱利用率仍不高，使许多用户的装机申请得不到满足。这一时期属于移动通信的初级阶段。38

从20世纪70年代中期开始，随着集成电路的出现和应用，为了解决在频道有限的情况下，进一步提高频谱利用率以增大系统容量的问题，提出了小区制大容量系统。该系统是美国贝尔实验室最早提出来的。这种系统的典型代表就是蜂窝移动通信系统，这种系统有效地采用了信道频率复用技术，它采用在同一业务区内多次重复使用可用信道组的办法来扩大系统的容量。这一阶段的移动通信主要是以模拟通信为代表的第一代移动通信。39

大区制是指一个城市仅有一个无线区覆盖，此时基地站的发射功率很大，无线区覆盖半径约30～40km，仅适用于业务量不大的情形。其优点是设备简单、投资较小。缺点是难以进行频率复用。

中区制是指无线区覆盖半径为20km左右，基地站数多，在相距较远的两个无线区中可以利用频率。网络结构较大区制复杂，投资亦大，但可容纳更多的用户。适用于专用移动通信网。

小区制一般指覆盖半径2～10km的多个无线区链合而成整个服务区的制式。它可实现信道复用，较好地解决了信道数有限而用户数很大的矛盾。同时为减小信道干扰，发射功率很小，一般为1～3W。目前，大容量公用移动通信系统均采用小区制。40公用移动通信系统从20世纪70年代中期开始至今，一共有三代移动通信系统。第一代移动通信系统是模拟移动通信系统，第二代是数字移动通信系统，第三代是具有分组化、宽带化、智能化的特点，能在全球实现个人化的移动多媒体通信业务。目前，第四代移动通信系统正在开始商用。

41模拟移动通信系统在20世纪70年代产生。1978年底，美国贝尔实验室研制成功先进移动电话服务，建成蜂窝移动通信网，1983年在美国芝加哥投入商用。随后，其他工业化国家也相继开发出了蜂窝移动通信系统。这些系统采用频分多址FDMA方式，都属于模拟移动通信系统。20世纪80年代开始，模拟移动通信获得了迅速发展。1981年世界上仅有五个国家建立了蜂窝移动通信系统；到1985年发展至十几个国家，用户总数为56万多；到1991年6月用户总数为1038万；1992年7月用户数达到了1797万。我国，1987年11月，第一个模拟蜂窝移动电话系统(英国的TACS)在广东省建成并投入商用。1985年，中兴通讯成立，1988年，华为成立。42模拟移动通信之所以能迅速发展，其基本原因有：一、采用了多信道共用和频率复用技术，频率的利用率较高；二、系统具有越区切换、漫游功能；三、可以直拨市话、长途、国际长途；四、计费功能齐全；五、用户使用方便。第一代模拟移动通信系统存在的问题：如系统保密性不好、设备价格高，体积大，电池的寿命短以及频率资源的有限与用户数不断增加的矛盾。43第二代数字移动通信系统：数字移动通信系统从20世纪80年代开始研究。到20世纪90年代世界上有四种数字移动通信系统：一种是欧洲的GSM(GlobalSystemforMobileCommunication)系统；在世界上绝大多数国家使用。另一种是美国的D-AMPS系统，主要在美国使用。再一种是日本的JDC系统,仅在日本使用。第四种是美国的CDMA系统,应用范围仅次于GSM。其中前三种是采用时分多址TDMA(TimeDivisionMultipleAccess)技术，第四种采用码分多址CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）技术。44

从1992年开始，我国使用GSM系统，1994年12月底，广东首先开通了GSM数字移动电话网。随后又引进了CDMA系统，1997年底北京、上海、西安、广州4个CDMA商用实验网先后建成开通。

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进入20世纪90年中期，随着网络的问世和广泛应用。对移动通信也就提出了更高要求，那就是：（1）要求移动通信也能提供综合化的信息业务。如语音、数据、图像等多媒体业务。（2）要求移动用户能够接入因特网，不仅能看到文本文件，还要能看到活动图像。（3）解决巨大的移动通信市场与频率资源有限的矛盾。（4）通信实现全球无缝覆盖和全球漫游。为了解决上述问题，出现了2.5代及第三代移动通信技术。46

2.5代移动通信系统主要解决数字移动通信系统传输速率低并能直接上因特网的问题。GSM系统在原来的系统基础上增加了分组无线业务GPRS部分，使原来数据传输速率从9.6kbit/s提高到120kbit/s。CDMA系统在原来系统的基础上发展成CDMA1X系统，传输速率也就从9.6kbit/s升到150kbit/s左右。2.5代移动通信技术只提高了用户数据通信的速率，加快了用户上因特网的速度。要实现多媒体通信，必须过渡到第三代移动通信。47

第三代移动通信系统就是国际电信联盟ITU在1985年提出的未来公用陆地移动通信系统FPLMTS。1996年更名为IMT-2000，意为工作在2000MHz频段、在2000年之后投入商用的全球移动通信系统。该系统的特点是：1）提供全球无缝覆盖和自动漫游。2）提供固定点2Mbit/s、步行384Kb/s、车辆行进144Kb/s、卫星9.6Kb/s速率的多媒体通信。尤其能支持Internet业务。3）适应多种业务环境。如蜂窝、卫星移动、PSTN、因特网等。4）具有全球惟一的用户号码。5）频谱利用率高、容量大。6）与第二代移动通信系统兼容。48第三代移动通信IMT－2000的标准（1）2000年,ITU确定了W-CDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三大主流无线接口标准。2007年10月，WiMax也成为3G标准之列。（2）目前3G已开始应用，但大多数运营的仍然是2G或2.5G的移动通信系统。（3）三大标准间存在相互兼容的问题，并不是真正意义上的全球通信。（4）3G支持的速率还不够高．如单载波只支持最大2Mbps的业务。实际所能提供的速率一般远低于标称速率，难以满足用户日益增长的需求。因此研制第四代移动通信系统。493、移动通信系统的组成

一个基本的蜂窝移动通信系统由移动台（MS）、基站（BS）和移动电话交换中心（MSC）三部分以及连接这三部分的链路组成。服务区呈蜂窝状50移动台(MS)包括控制单元、收发信机和天线。基站(BS)分布在每个小区，负责本小区内移动用户与移动电话交换中心之间的连接，它包括控制单元、收发信机组、天馈系统、电源与数据终端等。移动电话交换中心(MSC)是所有基站、所有移动用户的交换控制与管理中心，它还负责与本地电话网的连接、交换接续，以及对移动台的计费。基站与移动电话交换中心之间通过微波、同轴电缆或光缆相连.移动电话交换中心通过同轴电缆或光缆与市话网交换局相连。516.3.2数字移动通信的基本技术1、多址技术

在移动通信中，多个用户要同时通过一个基站与其他用户通信，必须对不同用户和基站之间通信的信号赋予不同的特征，使基站从众多用户中区分出是哪一个用户的信号，而各用户也能从基站发出的众多信号中识别出哪一个信号是发给自己的。解决这个问题的办法称为多址技术。

多址技术的基本类型有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。实际中常用到这三种多址方式的混合方式.另外还有空分多址方式。52（1）频分多址（FDMA）

频分多址就是就是把整个可分配的频谱划分成若干等间隔的频道（或称信道），每个信道可以传输一路话音或控制信息。在系统的控制下任何一个用户都可以接入这些信道中的任何一个。即FDMA是以不同的频率信道实现通信的。模拟蜂窝系统是FDMA结构的一个典型例子，GSM系统采用了FDMA、TDMA两种方式。53（2）时分多址（TDMA）

时分多址是在一个宽带的无线载波上按时间（或称为时隙）划分为若干时分信道，每一用户占用一个时隙，只在这一指定的时隙内收（或发）信号，故称为时分多址。即TDMA是以不同的时隙实现通信的。TDMA的一个变形是在一个单频信道上进行发射和接收，称之为时分双工（TDD）。其最简单的结构就是利用两个时隙，一个发一个收。当手机发射时基站接收，基站发射时手机接收，交替进行。54（3）码分多址（CDMA）

码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同码序列实现的多址方式，即CDMA各用户是以不同的代码序列实现通信的。它不像FDMATDMA那样把用户的信息从频率和时间上进行分离，而是在码域上进行分离。有多少个互为正交的码序列，就可以有多少个用户同时在一个载波上通信。每个用户都有自己唯一的代码，根据正交性原理，接收机用相应的地址码就能从所有其他信号的背景中恢复出原来的信息码。55混频解调调制功放d1S1W1f0调制功放dNSNWNf0采样yk判决Wkf0JCDMA接收、发送系统方框图56依靠智能天线实现SDMA通常也不是独立使用的，而是与其他如FDMA、TDMA和CDMA等结合使用。TD－SCDMA包含了TDMA、SDMA和CDMA技术（4）空分多址（SDMA）将空间方向进行划分。在相同时间间隙，相同频率段，在相同地址码情况下，根据信号在空间中的方位不同来区分不同的用户。572、蜂窝技术

移动通信的一大限制是使用频带比较有限，这就限制了系统的容量，为了满足越来越多的用户需求，必须要在有限的频率范围尽可能地扩大它的利用率，除了采用前面介绍过的多址技术等以外还发明了蜂窝技术。58（1）蜂窝网的构成

将一个移动通信服务区划分成许多小区(Cell)，每个小区设立基站，与用户移动台之间建立通信。正六边形组网是最经济的方式,正六边形的网络形同蜂窝，蜂窝网亦由此得名。

(a)正三角形（b）正方形（c）正六边形图6-18小区的形状59（2）频率复用

频率复用指处在不同空间位置（不同小区）上的用户可以同时使用相同频率的信道。即将若干个小区组成一个区群或簇(Cluster)，区群内不同的小区使用不同的频率，另一区群对应小区可重复使用相同的频率。不同区群中的相同频率的小区之间将产生同频干扰，但当两同频小区间距足够大时，同频干扰将不影响正常的通信质量。60（3）小区分裂当蜂窝移动通信系统服务区内的部分地区业务量增加时，分配给该部分小区的信道数量最终将不足以支持所要求的用户数。一般采用小区分裂的办法来增加信道数，以满足系统增加容量的要求。

小区分裂是一种将拥塞的小区分成更小的小区的方法，分裂后的每个小区都有自己的基站，并相应地减低天线高度和减小发射机功率。通过设定比原小区半径更小的新小区和在原小区间安置这些小区，使得单位面积内的信道数目增加，从而增加系统容量。616.3.3GSM数字蜂窝移动通信系统

GSM系统是基于时分多址（TDMA）的数字蜂窝系统，属于第二代移动通信系统，为世界上绝大多数国家使用。1、GSM系统的结构GSM数字蜂窝移动通信系统由移动台（MS）、基站子系统（BSS）、网络子系统（NSS）和操作维护中心（OMC）四部分组成。62GSM系统结构基站收发信台移动台基站控制器归属用户位置寄存器(HLR)访问用户位置寄存器(VLR)鉴权中心(AUC)移动设备识别寄存器(EIR)移动交换中心(MSC)操作维护中心(OMC)短消息中心SMC63（1）移动台（MS）

移动台由SIM卡与机身设备组成。

SIM：SubscriberIdentityModule用户识别模块。SIM卡基本上是一张符合ISO标准的“智慧卡”，它包含所有与用户有关的和某些无线接口的信息，其中也包括鉴权和加密信息。使用GSM标准的移动台都需要插入SIM卡，只有当处理异常的紧急呼叫时，可以在不用SIM卡的情况下操作移动台。SIM卡的应用使移动台并非固定地缚于一个用户，因此。GSM是通过SIM卡来识别移动电话用户的。64（2）基站子系统（BSS）基站子系统是由基站收发信台（BTS）和基站控制器（BSC）这两部分的功能实体构成。BTS属于基站子系统的无线部分，由基站控制器（BSC）控制，实现BTS与移动台MS之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。BTS可以直接与BSC相连接，也可以通过基站接口设备BIE采用远端控制的连接方式与BSC相连接。BSC是基站子系统BSS的控制部分，提供MS与网络子系统之间的接口管理，承担无线信道的分配、释放和越区切换管理。一个基站控制器根据话务量需要可以控制数十个BTS和若干无线信道。65（3）网络子系统（NSS）NSS主要包含有GSM系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能，它对GSM移动用户之间通信和GSM移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用。

NSS由移动交换中心（MSC）、归属用户位置寄存器（HLR）、访问用户位置寄存器（VLR）、鉴权中心（AUC）、移动设备识别寄存器（EIR）五部分功能实体构成。66①移动交换中心（MSC）MSC是整个网络的核心，协调、控制整个GSM网络中BSS、OMC的各个功能实体。MSC是移动通信系统与另一个移动通信系统的接口设备；也是移动通信系统与固定地面公众网的接口设备。MSC可从三种数据库，即归属用户位置寄存器HLR、访问用户位置寄存器VLR和鉴权中心AUC获取用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。也能更新这些数据库。MSC可为移动用户提供电信业务、承载业务和补充业务；MSC还支持位置登记、越区切换和自动漫游等移动功能和其它网络功能。67②归属用户位置寄存器（HLR）

HLR是GSM系统的中央数据库，存储着该HLR控制的所有注册移动用户的相关数据。一个HLR能够控制若干个移动交换区域以及整个移动通信网，所有移动用户重要的静态数据都存储在HLR中，这包括移动用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等数据。HLR还存储并且为MSC提供关于移动用户实际漫游所在的MSC区域相关动态信息数据。这样任何入局呼叫可以即刻按选择路径送到被叫的用户。68③访问用户位置寄存器（VLR）

VLR存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。VLR从该移动用户的归属用户位置寄存器HLR处获取并存储必要的数据。一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户数据。因此，VLR可看作为一个动态用户数据库。通常VLR和MSC在同一物理实体。69④鉴权中心（AUC）

鉴权中心AUC负责管理和提供用户合法性和安全性的保密数据，从而实现用户鉴权，保护空中接口，防止非法用户的假冒。AUC在归属用户位置寄存器HLR的请求下产生用户专用的一组鉴权参数，并由HLR传给VLR。⑤移动设备识别寄存器（EIR）

EIR存储着移动设备的国际移动设备识别码IMEI,通过检查白色清单、黑色清单或灰色清单三种表格，在表格中列出了准许使用的、出现故障需监视的、失窃不准使用的移动设备的IMEI识别码，使得运营部门对于不管是失窃还是由于技术故障或误操作而危及网路正常运行的MS设备都能采取及时的防范措施。702、GSM系统主要接口

GSM系统的主要接口有A接口、Abis接口和Um接口。这三种接口能保证不同供应商生产的移动台、基站子系统和网路子系统设备能纳入同一个GSM数字移动通信网运行和使用。图6-22GSM系统的主要接口71（1）A接口：为网络子系统NSS与基站子系统BSS之间的通信接口。就是移动业务交换中心MSC与基站控制器BSC之间的互连接口。其物理链接采用标准的2.048Mb/sPCM来实现。此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等。（2）Abis接口：为基站控制器BSC和基站收发信台BTS之间的通信接口。物理链接通过采用标准的2.048Mb/s或64kbit/sPCM数字链路来实现。此接口支持所有向用户提供的服务，并支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配。（3）Um接口(空中接口)：为移动台与基站收发信台（BTS）之间的通信接口，用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通。此接口用于传输MS与网络之间的信令信息和业务信息。72特性900MHz1800MHz频率范围上行890MHz～915MHz下行935MHz～960MHz上行1710MHz～1785MHz下行1805MHz～1880MHz频带宽度25MHz75MHz双工间隔45MHz95MHz信道带宽200KHz200KHz频道序号n1～124(共124个信道)512～885(共374个信道)3、GSM系统的频率配置

GSM包括900MHz和1800MHz两个频段。早期使用的是GSM900频段，随着业务量的不断增大，DCS1800频段投入使用。目前，许多地方这两个频段的网络同时存在，构成“双频”网络。73（1）移动用户的ISDN号码(MSISDN：MobileSubscriberInternationalISDN/PSTNnumber)此号码为主叫用户呼叫PLMN(陆上公用移动通信网)用户所要拨的号码(即用户的手机号)。其组成如下：其中，CC：CountryCode国家码，如中国为86。NDC：NationalDestinationCode国内接入号，中国移动通信的为135～139，中国联通的为130～134.SN：SubscriberNumber移动用户号。典型的号码举例：8613904770001。CCNDCSN4、GSM网的编号计划74（2）国际移动用户识别码（IMSI：InternationalMobileSubscriberIdentity）

此为GSM系统分配给移动用户（MS）的唯一识别号(网络识别SIM卡的号码)，此码在所有位置包括在漫游区都是有效的。典型的IMSI举例：460-00-4777770001。（3）临时移动用户识别码TMSITMSI是为了加强系统保密性而在VLR内分配的临时用户识别，它在某一VLR区域内与IMSI唯一对应。75（4）移动用户漫游号码MSRN与切换号码HONMSRN(MobileSubscriberRoaming-Number)。HON(Handover-Number)

MSRN在移动被叫过程中临时分配，用于移动交换网关GMSC寻址VMSC或MSCA寻址MSCB所用，在接续完成后立即释放。它对用户而言是不可见的。76（5）位置区识别码LAI、全球小区识别码CGILAI用于移动用户的位置更新。CGI是所有GSMPLMN中小区的唯一标识，它由位置区识别LAI加上小区识别CI构成。即CGI=LAI+CI。（6）基站识别码（BSIC）

用于识别相邻的、采用相同载频的、不同基站收发信台BTS。特别是国家边界地区采用相同载频的相邻BTS。（7）国际移动台识别码（IMEI）IMEI唯一地识别一个移动台设备，用于监控被窃或无效的移动设备。775、GSM无线接口的信道结构

GSM系统采用频分多址（FDMA）和时分多址（TDMA）的混合模式。FDMA用于相邻蜂窝小区之间分享频率。

TDMA则是每载频分8个时隙，不同用户使用不同的时隙，所以一路载频最多可供8个用户同时使用。从基站收发信台BTS到移动台MS的方向称为下行链路，相反的方向称为上行链路。

GSM无线信道可分为物理信道和逻辑信道。

78

物理信道：一个时隙就称为一个物理信道。

逻辑信道：按信道中传送的信息内容性质划分，是指在时隙内发送的比特流（突发）构成的信道。这些逻辑信道映射到物理信道上传送。逻辑信道又分为两大类，业务信道和控制信道。

业务信道（TCH）用于传送编码后的话音或客户数据，在上行和下行信道上，点对点(BTS对一个MS，或反之)方式传播。

控制信道用于传送信令或同步数据。根据所需完成的功能又把控制信道定义成广播、公共及专用三种控制信道，79

（1）广播信道（BCH）：由基站发向移动台的下行信道，都是点对多点（BTS对多个MS）方式.频率校正信道(使移动台能调到相应频率上)同步信道（SCH）：基站向移动台传送帧同步和基站识别码信息。广播控制信道（BCCH）：向移动台传送所有小区的通用信息。如位置区识别码，小区内允许的最大输出功率等。80（2）公共控制信道（CCCH）：用于寻呼被叫及完成移动台所需专用控制信道的申请和分配。它分为以下三种信道。寻呼信道（PCH）：用于寻呼（搜索）MS，下行信道、点对多点方式传播；随机接入信道（RACH）：MS通过此信道申请分配一个独立专用控制信道（SDCCH），作为对寻呼的响应或MS主叫/登记时的接入，上行信道、点对点方式传播；允许接入信道（AGCH）：用于基站对移动台的入网请求作出应答，即为MS分配一个独立专用控制信道（SDCCH）或直接分配一个业务信道TCH。下行信道、点对点方式传播。81（3）专用控制信道（DCCH）：用于传送基站和移动台之间的指令和信道指配等消息。它分为以下三种信道。

独立专用控制信道（SDCCH）：用在分配业务信道TCH之前呼叫建立过程中传送系统信令。

慢速随路控制信道（SACCH）：传送移动台接收到的关于服务及邻近小区的信号强度的测试报告，这对实现移动台参与切换功能是必要的，它还用于MS的功率管理和时间调整。

快速随路控制信道（FACCH）：在话音传输过程中如果突然需要以比SACCH所能处理的高得多的速度传送信令信息，则借用20ms的话音（数据）帧来传送。这一般在切换时发生。826、GSM系统的安全性管理

GSM系统主要有如下安全性措施：（1）接入网络时采用了对用户进行鉴权；（2）无线路径上采用对通信信息加密；（3）对用户识别码（IMSI）采用临时用户识别码（TMSI）保护；（4）对移动设备采用识别码进行识别。GSM系统中鉴权和加密的过程如下：在鉴权中心AUC和用户的SIM卡中都存储着用户的IMSI号码和鉴权键Ki，同时还分别存储着鉴权算法A3和加密算法A8，上述IMSI号码、鉴权键Ki、算法A3和A8都是保密的，用户本人也不知道。83对每个用户来说，鉴权中心能不断产生随机数RAND，并根据算法A3和A8为每个用户算出相应的加密键Kc、鉴权响应SRES和随机数RAND三个参数组成的一组参数，再将这个参数组送到HLR中存储。当用户要求入网时必须经过鉴权，MSC/VLR根据用户识别码IMSI向其归属的HLR要求提供鉴权参数组。要到后，将随机数RAND发给移动台MS，移动台收到后利用其鉴权Ki，A3，A8得到鉴权响应SRES和加密键Kc。移动台将SRES送回给MSC/VLR，MSC/VLR把收到的符号响应与参数组中的符号响应比较，若两者一致，则鉴权成功，移动台MS可以入网，若不一致，则禁止移动台入网。84（1）漫游管理

移动用户在移动性的情况下要求改变与小区和网络联系的特点称为漫游。

而在漫游期间改变位置区及位置区的确认过程则称为位置更新。在相同位置区中的移动不需通知MSC,而在不同位置区间的小区间移动则需通知MSC，位置更新主要由以下几种组成。7、GSM系统的移动性管理

GSM系统移动性管理就是确定MS当前位置以及使MS与网络的联系达到最佳状态。根据MS当前状态的不同，可分为漫游管理及切换管理。85

①常规位置更新

所谓常规位置更新，是指移动台从一个位置区移动到另一位置区时进行的位置更新过程。

GSM系统每个小区的广播控制信道都会通过系统消息向位于该小区内的所有移动用户发送该小区所属的位置区识别码(LAI)，移动台收到该小区的LAI消息并与其SIM卡中存储的LAI进行比较，如果移动台发现两个LAI不同，说明移动台已移动到新位置区，此时移动台向MSC/VLR报告其新的位置区信息，申请位置更新。MSC/VLR接受移动台的位置更新请求后，更新VLR中该移动用户当前所在位置区的信息。这样，当出现对该移动用户新的呼叫时，MSC/VLR可将该呼叫准确地传递到移动台所在的新位置区，并在该位置区所属的所有小区基站发起寻呼。86②国际移动用户识别码IMSI的分离/附着

IMSI分离也称为关机登记。当移动台关机或拿走SIM卡时，移动台向网络发送IMSI分离操作消息，MSC/VLR收到该消息后对VLR中的IMSI做上分离标记。

IMSI分离的目的是为了避免无效的寻呼，提高系统接通率。当移动台重新开机后，若此时移动台处于分离前相同的位置区，则将MSC/VLR中VLR的IMSI做附着标记，可有效地向移动用户传递寻呼消息；若位置区已变，则要进行新的常规位置更新。这种IMSI附着的位置更新过程也称为开机登记。87③周期性位置登记

当移动台关机发送“IMSI分离”的消息时，往往会因无线信令链路质量不好，MSC/VLR无法正确收到“IMSI分离”消息，系统仍会认为“IMSI附着”，移动台仍在原来位置，或者由于用户移动到无线覆盖不良的地区，系统可能无法对用户进行有效的寻呼。为此，系统可通过BCCH广播消息通知移动台按系统消息中周期性登记参数指定的时间周期进行定期登记，例如要求移动台30分钟周期性登记一次，若系统收不到周期登记信息，MSC/VLR就给移动台做“IMSI分离”标记。88（2）切换管理

在移动台通话过程中，不中断通话而进入新的服务小区并由之提供服务的过程称为切换。改变移动台服务小区进行切换的依据是移动台对相邻小区信号强度的测量报告、BTS接收移动台信号的强度、通话质量及通信距离等，最后由BSC进行评估，判断是否需要切换。切换条件还有BSS负荷调整、来自OMC的请求等。当需要切换时，网络必须为正在通信的移动台提供切换到新小区的频道，以便维持通信的连续性。89图6-25由相同MSC、不同BSC控制的小区间的切换90切换过程如下：①、旧BSC把切换请求及目的小区标识一起发给MSC。②、MSC判断是哪个BSC控制的BTS，并向新BSC发送切换请求。③、新BSC预订目标BTS激活一个业务信道TCH。④、新BSC把包含有频率、时隙及发射功率的参数通过MSC、、旧BSC和旧BTS、传到MS。⑤、MS在新频率上通过快速随路控制信道发送接入突发脉冲。⑥、新BTS收到此脉冲后，回送时间提前量TA至MS.(手机与基站距离,0~63,TA一个单位对应距离554m)。⑦、MS发送切换成功信息通过新BSC传至MSC。⑧、MSC命令旧BSC去释放TCH。⑨、旧BSC转发MSC命令至旧BTS并执行918、GSM系统的通信管理GSM提供给用户的业务主要有电话业务、移动数据业务、短信息业务等。下图表示移动台主叫通信流程。92（1）MS拨被叫号，通过空中接口向基站BSS请求随机接入信道，然后与MSC/VLR建立信令连接。（2）进入ID鉴权程序，MSC请求HLR提供主叫MS的多套鉴权三元参数组。（3）HLR从AUC取其生成的RAND/SRES/Kc三元参数组多套，转送MSC/VLR。（4）MSC任选一套三元参数组中的随机数RAND通过BSS送给MS。（5）MS用收到的RAND和SIM卡的鉴权键Ki以及鉴权算法A3和加密算法A8算出SRES和加密键Kc，并把SRES发给MSC/VLR。93

6）MSC把MS送来的SRES与所选三元参数组的SRES作比较，若相同，则鉴权通过；若需加密，则设置加密模式；为MS重新分配TMSITMSI；进入呼叫建立起始阶段。（7）MSC为MS指配业务信道。（8）MSC采用NO.7信令，通过固定网（ISDN/PSTN）或移动网建立至被叫用户的通路，并向被叫用户振铃。（9）MSC经基站向MS回送呼叫证实信号。（10）被叫摘机应答。（11）BSS向MS发应答（连接）信号，进入通话阶段。94GSM相关参数①使用频段为：900MHz和1.8GHz频段。我国：935～960MHz(基站发),890～915MHz(移动台发)。②频带宽度为25MHz(对900MHz频段)，25MHz的频段内，信道进行频分复用：分为125个载频（间隔200kHz），在每个载频上进行时分复用，分为8个时隙，这样共有125x8=1000个物理信道。每时隙577μs，8个时隙构成一个TDMA帧，帧长4.615ms。③通信方式为全双工,双工通信时收、发频率间隔为45MHz。④调制方式：高斯低通最小移频键控GMSK⑤

跳频速率为1/4.615ms＝217跳/s⑥话音传输：采用规则脉冲激励长线性预测编码(RPE-LTP)。⑦话音速率为13kb/s，差错保护比特9.8kb/s。共22.8kb/s。⑧数据业务：可提供9.6kb/s的透明数据业务。956.3.4CDMA数字蜂窝移动通信系统

CDMA数字移动通信系统是北美的第二代移动通信系统。使用了码分多址技术，由于码分多址技术本身的特点，使CDMA移动通信系统具有频谱利用率高，系统容量大而且是软容量、软切换、抗窄带干扰能力强等优点。从而在第三代移动通信中全部采用了码分多址CDMA技术。96

码分多址技术包含了两个基本技术，一个是码分技术，其基础是扩频技术；另一个是多址技术。CDMA数字移动通信系统是扩展频谱技术在移动通信中的一种应用。所谓扩频技术是指用比信息频带宽得多的带宽传输信息的技术。设代表系统占用带宽，代表信息带宽，通常为1~2称为窄带通信，50以上称为宽带通信，100以上称为扩频通信。97根据信息论中的香农定理，信道容量、信道带宽和信噪比 有下述关系：上式表明，在不变的条件下，只要足够大，即使在很低的情况下也可实现无差错的信息传输。扩频通信就是将信息信号的频谱扩展100倍以上，然后进行传输，从而提高通信的抗干扰能力。98

在全球广泛应用的第一个CDMA标准是IS-95A，这一标准支持8kb/s编码话音服务，后又推出13kb/s话音编码器。1998年2月，美国高通公司又推出了IS-95B标准。IS-95B是IS-95A的进一步发展，可提供对64kb/s数据业务的支持。IS-95A和IS-95B总称为IS-95。CDMAone是基于IS-95标准的各种CDMA产品的总称。1995年9月，世界上第一个商用CDMA系统在香港开通。2001年12月31日，中国联通CDMA网在全国开通运营。99

CDMA数字蜂窝移动通信系统的主要特点：

（1）频谱利用率高，系统容量较大(比GSM要大4～5倍)。（2）通话质量好。（3）采用软切换技术，切换成功率高。（4）具有“软容量”特性（5）CDMA以扩频通信技术为基础，抗干扰、抗多径、抗衰落能力强，保密性好。（6）发射功率低，辐射小，移动台电池寿命长。

(7)频率规划简单。CDMA手机最高发射功率只有200mW左右，一般通话平均功率1～2毫瓦量级。GSM手机最高发射功率达1～2W，一般通话平均功率上百毫量级。理论上CDMA手机的辐射比GSM手机要小2个数量级。100CDMA系统的关键技术(1)同步技术——捕获与跟踪；(2)Rake接收；(3)功率控制；(4)软切换。(5)话音激活技术101

1．同步技术

PN码序列的同步是CDMA扩频通信的关键技术。CDMA系统要求接收机的本地伪随机码PN序列与接收到的PN码在结构、频率和相位上完全一致，否则就不能正常接收所发送的信息。PN码同步过程分为PN码捕获和PN码跟踪两部分。

2．Rake接收技术

移动通信信道是一种多径衰落信道，Rake接收技术就是分别接收每一路的信号进行解调，然后叠加输出达到增强接收效果的目的，这里多径信号不仅不是一个不利因素，反而在CDMA系统中变成了一个可供利用的有利因素。1023．功率控制

功率控制是CDMA系统的核心技术。CDMA系统是一个自扰系统，所有移动用户都占用相同带宽和频率，“远近效应”问题特别突出。CDMA功率控制可有效克服“远近效应”，使系统既能维持高质量通信，又不对其他用户产生干扰。功率控制分为正向功率控制和反向功率控制，

反向功率控制又可分为仅有移动台参与的开环功率控制和移动台、基站同时参与的闭环功率控制。103

4．软切换

与GSM不同，CDMA中越区切换可分为软切换和硬切换。1)软切换软切换是CDMA系统中特有的。在软切换过程中，移动台与原基站和新基站都保持着通信链路，可同时与两个(或多个)基站通信。不需要进行频率的转换，而只有导频信道PN序列偏移的转换。软切换在两个基站覆盖区的交界处起到了业务信道的分集作用，大大减少由于切换造成的通话中断，提高了通信质量。避免了小区边界处的“乒乓效应”(在两个小区间来回切换)。

2)硬切换指在载波频率不同的基站覆盖小区之间的信道切换。一个小区中可有多个载频。如在热点小区中，其频率数要多于相邻小区。当进行切换的两个小区的频率不同时，就必须进行硬切换。这时既有载波频率的转换，又有导频信道PN序列偏移的转换。在硬切换过程中，移动用户与基站的通信会有一个很短的中断。104

5．话音编码与话音激活技术目前CDMA系统的话音编码主要有两种，即码激励线性预测编码8kbit/s和13kbit/s。8kbit/s的话音编码达到GSM系统的13bit/s的话音水平甚至更好。根据对话音通信的统计，一般通话时间只占35%40%，其它时间是停顿、等待、倾听对方讲话等空闲时间，话音激活技术即是在通话时，发送功率，不通话时不发功率，以减少对其它用户的影响，提高系统容量。1051、CDMA数字蜂窝系统的结构

CDMA系统结构与GSM系统结构相似，各单元的功能也大体相似。网络子系统1062、CDMA系统的频率配置（1）工作频段

我国CDMA数字蜂窝移动通信系统采用800MHzAMPS工作频段，频率范围为：上行频段：825MHz～835MHz；下行频段：870MHz～880MHz；在此工作频道上，CDMA数字移动通信网设置了一个基本频道和一个或若干个辅助频道，这样当移动台开机时，便首先在预先放置的、用于接入CDMA系统的接入频道上寻找相应控制信道（基本信道），随后则可直接进入呼叫发起和呼叫接收状态。

CDMA频道间隔为1.23MHz。107图6-28CDMA频道频率分配108FrequencyDomainUser#3User#2User#1SynchPagingPilot1.2288MHzfreqCodeDomain0123456789324063User1User3User264位长的Walsh码PilotPaging1～7SynchIS-95系统：信号在频域和码域上的分布情况H1

=0H2

=0001

H4

=0000010100110110H2N

=HNHNHNHN

Walsh码CDMA2000中Walsh码长度4~256可变。

(最少3个)(最多61个)1096.3.5GPRS技术1、GPRS的概念

GPRS(GeneralPacketRadioService),充分利用了现有的GSM移动通信网设备，在GSM网络上增加一些硬件设备和软件升级，形成一个新的网络逻辑实体，它以分组交换技术为基础，采用IP数据网络协议，使现有GSM网的数据业务突破了最高速率为9.6kbit/s的限制，最高数据速率可达170kbit/s。GPRS是GSM向3G系统演进的重要一环，故又把它称为“2.5代技术。1102、GPRS的特点（1）GPRS的目的是提供较高速率的分组数据业务，它是对目前GSM网络的补充。（2）GPRS采用分组交换方式，实际传送或接收数据时才占用无线资源。对突发性数据传输可按需分配业务信道。（3）GPRS还有“永远在线”的特点，即用户随时与网络保持联系。没有数据传送时，手机进入一种“准休眠”状态，释放无线信道给其他的用户使用。（4）GPRS的计费是根据用户传输的数据量而不是上网时间来计算的，只要你不传输数据，哪怕你一直“在线”也不需另外付费。（5）数据传输与话音传输可同时进行或切换进行。111一、第三代移动通信系统

第三代移动通信系统（3G）是一种能提供多种类型、高质量多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，与固定网络相兼容，能以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何类型通信的通信系统。3G是为多媒体通信而设计的，它通过提供高质量的视频和图像，进一步增强人们相互之间的通信能力，其更新颖、更灵活的通信能力和更高的数据速率使得公网和专网上的信息和业务的接入能力大为增强。6.3.6数字移动通信的发展112第三代移动通信系统主要特点可以概括为：（1）全球覆盖，无缝漫游。2G系统一般为区域或国家标准，而3G系统是一个在全球范围内覆盖的系统，使用相同频段。

（2）具有支持多媒体业务的能力，特别是支持Internet业务。现有的移动通信系统的业务以话音为主，数据业务一般也仅能提供100Kbps至200Kbps的速率。而第三代移动通信系统最高业务速率可达2Mbps，其业务能力可支持话音、分组数据、多媒体以及流媒体业务。113

（3）第三代移动通信的核心网络采用下一代网络(NGN)技术，实现从时分复用的电路交换到全分组化的IP网络的过渡，完成从第二代到第三代的平滑演进，并为未来的后三代(B3G)、第四代(4G)移动通信系统的发展奠定基础。（4）高频谱效率。理论上3G的频谱效率是第二代的10倍。（5）低成本。综合每用户造价，3G设备价格低于第二代数字移动通信系统。（6）高保密性。由于码分多址、时分多址技术等数字技术的采用，系统保密性得到极大提高。1143G标准概述早在1985年ITU-T就提出了第三代移动通信系统的概念，后来考虑到该系统将于2000年左右进入商用市场，工作的频段在2000MHz，且最高业务速率为2000kb/s，故1996年正式更名为IMT-2000(InternationalMobileTelecommunication-2000)目前国际电联接受的3G标准主要有以下几种：WCDMA—中国联通（HSPA，下行14.4M，上行5.75M）CDMA2000—中国电信（下行3.1Mbps

上行1.8Mbps）TD-SCDMA—中国移动。（HSDPA,2.8M下行,128K上行）2007年又增加Wimax标准。(10M带宽时上下行速率30Mbps)115

WCDMA

WCDMA是欧洲和日本提出的宽带CDMA技术。继承了第二代移动通信体制GSM标准化程度高和开放性好的特点。其关键技术基于窄带CDMA技术并有所改进。WCDMA支持高速数据传输(慢速移动时384kbps，室内走动时2Mbps)，支持可变速传输。其主要特点如下：基站支持异步和同步的基站运行方式，组网方便、灵活；适应多种速率的传输，同时对多速率、多媒体的业务可通过改变扩频比和多码并行传送的方式来实现；上、下行快速、高效的功率控制大大减少了系统的多址干扰，提高了系统容量，也降低了传输的功率；核心网络基于GSM/GPRS网络的演进，并保持与GSM/GPRS网络的兼容性；支持软切换和更软切换。支持自适应天线阵技术与多用户检测的技术。116

WCDMA的演进：R99版本:该版本于2000年3月确定，成熟稳定,目前在全球广泛开通的WCDMA都是基于这个版本的。核心网络基于GSM/GPRS网络的演进，并保持与GSM/GPRS网络的兼容，核心网分为电路域(CS)和分组域(PS)分别支持话音业务和数据业务。采用了分组化的传输，使最高下行速率可以达到384kb/s.R4版本：是向全分组化演进的过渡版本，针对R99基于TDM的核心网作很大的改进，引入了软交换，将控制和承载分离。R5版本：全面IP化。引入了基于会话发起协议(SIP)的IP多媒体子系统(IMS)，提出了高速下行分组接入(HSDPA)的方案，最高下行速率可达14.4Mb/s(16QAM调制方式)。R6版本：引入HSUPA，上行速率可达5.76Mbps。R7版本：HSPA+，在下行/上行分别采用64QAM/16QAM方式。可以支持下行/上行高达28/11Mbps的峰值速率。另外引入了2×2MIMO技术，下行峰值速率可以到达42Mbps。

R8版本：引入OFDM和多载波技术，下行/上行速率100/50Mbps.117WCDMA

基于GSM网发展出来的3G标准，是欧洲提出的宽带CDMA技术。支持384kbps～2Mbps不等的数据传输速率，及未来高速无线数据业务的需求。适应多种速率的传输，可灵活提供多种业务，根据不同的服务质量和业务速率分配不同的资源。对多速率、多媒体的业务可通过改变扩频比和多码并行传送的方式来实现。核心网络基于GSM/GPRS网络的演进，并保持与GSM/GPRS网络的兼容。演进策略:GSM(2G)—GPRS—EDG