通信概论课件第5章

第5章移动通信通信技术专业教学资源库石家庄邮电职业技术学院《通信概论》课程目录移动通信概述01GSM移动通信系统02CDMA移动通信系统03第三代移动通信系统04第四代移动通信系统05第五代移动通信系统06其他无线通信系统07

5.1移动通信概述5.1.1移动通信的概念及特点5.1.2移动通信的工作方式5.1.3移动通信中的多址方式5.1.4移动通信服务区体制5.1.5移动性管理5.1.6同频复用5.1.7信道分配技术5.1.8移动通信系统的频率分配5.1.9移动通信发展历程

5.1.1移动通信的概念及特点移动通信是指通信体双方或至少有一方可以在移动中通信的一种通信手段。移动通信系统的分类方式有多种，常见的分类有：按移动系统覆盖的区域分类按信号处理技术分类按多址方式分类按移动通信的标准制式分类

5.1.1移动通信的概念及特点移动通信是指通信体双方或至少有一方可以在移动中通信的一种通信手段。移动通信系统的分类方式有多种，常见的分类有：按移动系统覆盖的区域分类按信号处理技术分类按多址方式分类按移动通信的标准制式分类

5.1.1移动通信的概念及特点移动通信系统中，信息是以无线信号的形式传输的，其信息的传送与接收都是以无线通信模型为基础的。图5-1发射机和接收机原理方框图

5.1.1移动通信的概念及特点移动通信的特点电磁波传播具有多径效应移动通信是在强干扰环境下工作移动通信具有多普勒效应用户在经常地移动

5.1.2

移动通信的工作方式

移动通信的工作方式移动通信与固定通信一样，按照通话的状态和频率的使用方法可分为三种工作方式：单工、半双工和全双工，在移动通信系统中，广泛采用准双工方式目前常见的双工方式有两种，一种是频分双工（FDD），即通过不同频率区分收发信号；另一种为时分双工（TDD），即通过不同时隙区分收发信号。

5.1.3移动通信中的多址方式根据信道特征不同，多址方式主要有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）、空分多址（SDMA）。信道分配方式主要有预分配）、按申请分配、动态分配（DYA）和随机分配。

5.1.4移动通信服务区体制移动通信服务区体制按照无线覆盖区的范围，移动通信网的体制分为大区制和小区制两大类。图5-6大区制图5-7小区制

5.1.4移动通信服务区体制图5-8面状服务区形状

5.1.4移动通信服务区体制图5-9带状服务区

5.1.4移动通信服务区体制图5-10区域划分示意图（1）小区：是基站中的一付天线所覆盖的区域。（2）基站区：是一个基站所覆盖的区域，一个基站区可包括多个小区。（3）位置区：可由几个基站区组成，移动台在该区内可自由移动而无需更新位置登记。（4）移动业务交换区：是一个移动业务交换中心覆盖的网络中的一部分，可以由一个或几个位置区组成。移动业务交换区之内的部分构成本地公用移动电话通信网。（5）服务区：由几个移动业务交换区组成。每个服务区可对应于一个移动运营商，如：中国联通GSM网、中国移动GSM网，它们分别属于两个服务区。（6）系统区：由一个或几个服务区组成，它可容纳全部制式相同的移动台。例如GSM系统区包括中国移动GSM服务区和中国联通GSM服务区。

5.1.5

移动性管理

位置更新：位置更新由手机发起，当前的位置信息存储于SIM卡中，手机实时监听网络信息，一旦发现当前位置信息与SIM卡中存储的信息不一致，则发起位置更新。越区切换技术：移动用户从一个基站覆盖区进入另一个基站覆盖区时，需要切换信道，这种过程称为切换。（1）硬切换：移动台先断掉与原基站的联系，然后再寻找新进入的覆盖区的基站进行联系，这就是通常所说的“先断后接”，称为硬切换（2）软切换：在越区切换时，移动台并不断掉与原基站的联系而同时与新基站联系，当移动台确认已经和新基站联系后，才将与原基站的联系断掉，也就是“先接后断”，称为软切换。

5.1.6同频复用

由于移动频率资源的稀缺性及移动覆盖范围的有限性，为实现大范围内的移动覆盖需要采用移动频率重复利用的方式，即同频复用技术。

图5-12移动通信的同频复用示意图

5.1.7信道分配技术

移动通信是通过无线信道进行的，而无线资源的有限性要求我们对用户使用的信道进行有效的分配及管理。预分配是最古老的分配方式按申请分配又叫按需分配动态分配随机分配

5.1.8移动通信系统的频率分配

5.1.9移动通信发展历程

1．第一代移动通信技术（1G）2．第二代移动通信技术（2G）3．第三代移动通信技术（3G）4．第四代移动通信技术（4G）5．第五代移动通信技术（5G）

5.2GSM移动通信系统GSM是全球移动通信系统（Globalsystermformobilecommunication）简称，是20世纪80年代中期，欧洲首先推出的数字蜂窝移动电话系统。世界上第一个GSM网络于1992年在芬兰投入使用，揭开了第二代移动通信的序幕，成为数字公用陆地移动通信网PLMN的主要系统。

5.2.1GSM系统的组成GSM移动电话系统由网络交换子系统（NSS）、基站子系统（BSS）、操作维护子系统（OSS）和移动台（MS）等四大部分组成，如图5-13所示。图5-13GSM系统网络结构

5.2.1GSM系统的组成基站子系统（BSS）：基站子系统是在一定的无线覆盖区中，由移动业务交换中心（MSC）控制、与MS进行通信的系统设备。移动台有手持机、车载台、便携台等三类。网络交换子系统（NSS）由五部分组成，即鉴权中心（AUC）、归属位置寄存器（HLR）、访问位置寄存器（VLR）、设备识别寄存器（EIR）和移动业务交换中心（MSC）等。操作与维护子系统（OSS）是一个功能实体。操作人员通过OSS中OMC（操作维护中心）来监视和控制GSM系统，对基站分系统和交换分系统分别进行操作和维护，以保证系统的正常运转。

5.2.2GSM的网络结构移动业务本地网的网络结构，如图5-14所示。图5-14本地网的结构

5.2.2GSM的网络结构图5-15所示是省内网络结构的一个实例。图5-15省内网结构实例一

5.2.2GSM的网络结构图5-16所示是省内网络结构的一个实例。图5-16省内网结构实例二

5.2.2GSM的网络结构移动网与固定网的连接如图5-17所示。图5-17移动网与固定网的连接示意图

5.2.3移动电话的编号方式码号种类码号结构相关名词含义移动用户的ISDN号码（MSISDN）MSISDN指主叫用户为呼叫GSMPLMN中的一个移动用户所需拨的号码，作用同于固定网PSTN号码。它是在公共电话网交换网络编号计划中，唯一能识别移动用户的号码。国家（地区）码+网号+H0H1H2H3+ABCD最大位长为15位，目前的长度为13位。例如：86139012345671．国家（地区）码：由国际电联管理的用来标识国家或特定地区的代码。如我国的国家码是86。2．网号：标记一个网络的号码，在号码结构中位于国家号码后面。如139、130、150、159、188等。3．H0H1H2H3：HLR的标识码。4．ABCD局内用户号码5．短号码：目前是指长度小于11位的号码（包含国家码）。国际移动用户识别码（IMSI）IMSI（InternationalMobileSubscriberIdentificationNumber）是区别移动用户的标志，储存在SIM卡中，用来唯一地识别一个移动用户的号码。国家（地区）码（3位）+移动网络识别码+移动台识别码长度为等长15位例如：46000

09123456781．国家（地区）码：由国际电联管理的，在国际移动台中，用来标识国家或特定地区的代码。如我国国际移动台的国家码是4602．移动网络识别码：用于识别不同运营者的网路，位长2位.例如中国移动的GSM网为00，中国联通的GSM网为013．移动台识别码：识别移动台的号码。

5.2.4数字移动台的构成移动台由一套具有收发功能的单元和控制单元组成，能自动选择信道进行转换和接续，包括手持台和车载台。所有的与用户有关的信息都用专用设备输进移动台或存储在用户SIM卡上，这些信息包括MSISDN号和IMSI号。图5-18数字移动台构成框图

5.2.4数字移动台的构成GSM系统的手机卡被称为SIM卡CDMA系统中的手机卡被称为UIM（UserIdentityModel，用户识别模块）卡第三代手机卡称为USIM（UniversalSubscriberIdentityModule，全球用户识别卡）卡

5.2.5GSM无线接口GSM移动通信系统的帧结构图5-19超高频、超帧、复帧和TDMA帧之间关系图

5.2.5GSM无线接口无线接口是移动台与基站收发信台之间接口的统称，从基站到移动台的方向称为下行，移动台到基站的方向称为上行。物理信道：GSM采用时分多址/频分双工（TDMA/FDD）方式入网，即用户上下行通信分别使用不同频道，而且每一频道上可分为8个时隙，每一时隙为一个信道，称物理信道。GSM中每个载波有8个时隙，即应有8个物理信道。

5.2.5GSM无线接口无线接口是移动台与基站收发信台之间接口的统称，从基站到移动台的方向称为下行，移动台到基站的方向称为上行。物理信道：GSM采用时分多址/频分双工（TDMA/FDD）方式入网，即用户上下行通信分别使用不同频道，而且每一频道上可分为8个时隙，每一时隙为一个信道，称物理信道。GSM中每个载波有8个时隙，即应有8个物理信道。

5.3CDMA移动通信系统CDMA系统结构及主要优势系统容量高越区软切换成功率高CDMA的保密性好CDMA手机辐射小覆盖范围大话音音质好提供数据业务成本低便于向第三代移动通信系统平滑过渡

5.3CDMA移动通信系统CDMA系统结构：CDMA系统是由若干个子系统或功能实体组成。其中基站子系统（BSS）在移动台（MS）和网络子系统（NSS）之间提供和管理传输通路，特别是包括了MS与CDMA系统的功能实体之间的无线接口管理。MS、BSS和NSS组成CDMA系统的实体部分。操作子系统（OSS）则提供运营部门一种手段来控制和维护这些实际运行部分。图5-21CDMA系统结构

5.3.2CDMA系统工作原理码分多址技术扩频通信技术图5-23码分多址原理波形示意图图5-21码分多址收发系统示意图

5.4第三代移动通信系统5.4.1CDMA20005.4.2WCDMA5.4.3TD-SCDMA5.4.4WiMAX

5.4第三代移动通信系统CDMA20001x网络主要有BTS、BSC、MSC和PCF、PDSN等节点组成。基于ANSI-41核心网的系统结构如图5-24所示。图5-24CDMA2000

1x系统结构

5.4.1CDMA2000CDMA20001x网络主要有BTS、BSC、MSC和PCF、PDSN等节点组成。基于ANSI-41核心网的系统结构如图5-24所示。图5-24CDMA2000

1x系统结构

5.4.1CDMA2000CDMA2000的关键技术前向快速功率控制技术前向快速寻呼信道技术前向链路发射分集技术反向相干解调连续导频灵活的帧长

5.4.1CDMA2000CDMA2000的发展演进CDMAOneCDMA20001x（3x）CDMA20001xEV-DO其中从CDMA20001x之后均属于第三代技术。

5.4.2WCDMAWCDMA系统由主要由CN（核心网：CoreNetwork）、UTRAN（UMTS陆地无线接入网）和UE（用户设备：UserEquipment）三部分组成。图5-25WCDMA/UMTS网络结构

5.4.2

WCDMAWCDMA的发展演进

5.4.3TD-SCDMATD-SCDMA，即时分双工、同步码分多址移动通信系统。TD-SCDMA系统的核心思想就是在GSM的核心网上使用TD-SCDMA的基站设备，基站与核心网MSC的接口（A接口）与GSM完全相同，只需对GSM的基站控制器进行升级。优点：频谱利用率高；适用于上下行不对称、不同传输速率的数据业务；提高性能、降低成本。缺点：抗快衰落和多普勒效应能力差；通信距离小。

5.4.3TD-SCDMATD-SCDMA主要由CN（核心网）、UTRAN（无线接入网）和UE（用户设备）三部分组成。

5.4.3TD-SCDMATD-SCDMA的关键技术上行同步智能天线联合检测接力切换动态信道分配（DCA）

5.4.4WiMAXWiMAX的全名是WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess（全球微波接入互操作性），最初是以无线宽带接入标准提出的，是由IEEE（电气电子工程师协会）提出的。WiMAX能提供面向互联网的高速连接，在城域网一点对多点的多厂家设备环境下，可实现有效的、可互操作的宽带无线接入。

5.4.4WiMAXWiMAX系统的参考架构将整个网络分成接入网（ASN）和核心网（CSN）两大部分，在支持漫游和不支持漫游的情况下，两者的网络架构稍有不同。WiMAX网络系统结构图如下图5-34所示：

5.4.4WiMAXWiMAX关键技术正交频分复用OFDM多输入多输出技术（MIMO）

5.5第四代移动通信系统5.5.1第四代移动通信技术产生的背景5.5.2第四代移动通信系统

5.5.1第四代移动通信技术产生的背景第四代移动通信系统是希望能满足用户对更大带宽的需求而产生的

5.5.2第四代移动通信系统4G最突出的特点之一，就是网路传输速率达到了80Mbit/s以上，完全能够满足用户的上网需求。4G关键技术：主要包括OFDM交频分复用和MIMO多输入多输出技术。

5.5.2第四代移动通信系统4G系统网络融合的趋势是显而易见的，如图5-38所示。图中的“全IP核心网”包括从IP骨干传输层到控制层、应用层的一个整体。

5.6第五代移动通信系统5.6.1第五代移动通信系统产生的背景5.6.2