移动通信系统基础

移动通信系统根底大唐移动通信学院课程目标掌握移动通信根底知识了解2G/2G+移动通信系统结构掌握3G移动通信系统结构和演进掌握CN结构和移动通信根本呼叫流程参考书目【1】《TD-SCDMA第三代移动通信系统标准》.李世鹤.【2】《TD-SCDMA第三代移动通信系统、信令及实现》.李小文、李贵勇等.人民邮电出版社.【3】《移动通信》郭俊强，李成北京大学出版社大唐移动©版权所有2移动通信系统简史移动通信根底知识第二代通信系统第三代移动通信系统大唐移动©版权所有31.1移动通信系统开展1.2移动通信系统的特性1.3移动通信系统体制1.4移动通信系统频率划分1.5移动通信系统的关键技术1.6移动通信系统呼叫大唐移动©版权所有4移动通信系统简史1移动通信根底知识第一代移动通信系统：AMPS〔美国〕TACS〔英国〕

NMT〔北欧〕第二代移动通信系统：GSM/DCS1800〔欧洲〕IS-95CDMA〔美国〕第三代移动通信系统：

WCDMAcdma2000TD-SCDMAWiMAX模拟系统数字系统数字系统由模拟向数字的开展：1移动通信根底知识1.1移动通信系统开展5大唐移动©版权所有第四代移动通信系统：LTETDDLTEFDD1移动通信根底知识1.1移动通信系统开展6大唐移动©版权所有历史回忆：1978年，美国的贝尔实验室成功开发了AMPS〔AdvanceMobilePhoneService〕系统，实现了真正意义上的可以随时随地通信的大容量的蜂窝移动通信系统。1987年，中国首个TACS制式模拟移动系统建成商用，之后AMPS也曾被引入中国。主要标准：美国的AMPS、欧洲的TACS、英国的ETACS、欧洲的NMT-450和NMT-900、日本的NTT和JTACS/NTACS。主要特点：用户的接入方式采用频分多址〔FDMA〕，当一个呼叫建立后，该用户在其呼叫结束以前一直占用一个频段；调制方式：FM；业务的种类单一，主要是话音业务；系统的保密性较差；频谱效率较低，有限频谱资源和无限用户；容量之间的矛盾十分突出。7大唐移动©版权所有1移动通信根底知识1.1移动通信系统开展历史回忆：1992年，第一个数字蜂窝移动通信系统——欧洲的GSM〔GlobalSystemforMobileCommunication〕网络在欧洲开始铺设，由于其优越的性能，在全球范围内以惊人的速度得以扩张，目前已是全球最大的蜂窝通信系统。1993年，中国的第一个全数字移动GSM系统建成开通，之后中国电信和中国联通都采用了GSM。主要特点：微蜂窝小区结构数字化技术---语音信号数字化新的调制方式---GMSK、QPSK等FDMA/TDMA频谱利用率高，系统容量大便于实现通信平安保密8大唐移动©版权所有1移动通信根底知识1.1移动通信系统开展历史回忆：1995年，美国的高通公司〔Qualcomm〕提出了一种采用码分多址〔CDMA)方式的数字蜂窝系统技术解决方案〔IS-95CDMA)，目前已分别在中国香港、韩国、北美等国家和地区投入使用，用户反映良好。CDMA系统的主要特点：用户的接入方式采用码分多址〔CDMA〕软容量、软切换，系统容量大抗多径衰落可运用话音激活、分集接收等先进技术IS-95CDMA9大唐移动©版权所有1移动通信根底知识1.1移动通信系统开展3G的主要特点：支持移动多媒体业务宽带CDMA技术高频谱效率

FDMA/TDMA/CDMA

从电路交换到分组交换

从媒体(media)到多媒体(Multi-media)

高保密性全球范围无缝漫游系统微蜂窝结构3G主流技术：

WCDMAcdma2000TD-SCDMA10大唐移动©版权所有1移动通信根底知识1.1移动通信系统开展InformationServicesSMSChatRoomE-Mailm-stocktradingm-bankingm-cashPictureMailRouteplanningMulti-playerGamesMobileOfficeScheduleManagementWorkflowManagementElectronicConferenceFileSharingRadioMusicVideoMailVideostreamingWebInteractiveTVTVConference低速数据高速数据WAPGPRS3G11大唐移动©版权所有1移动通信根底知识1.1移动通信系统开展1.1移动通信系统开展1.2移动通信系统的特性1.3移动通信系统体制1.4移动通信系统频率划分1.5移动通信系统的关键技术1.6移动通信系统呼叫流大唐移动©版权所有12移动通信系统简史1移动通信根底知识电磁波的自由空间传播：

接收机和发射机之间无任何阻挡的视距路径 接收功率：

接收机功率随着收发两端之间距离的平方衰减1移动通信根底知识1.2移动通信系统的特性13大唐移动©版权所有反射

绕射散射电磁波的根本传播机制1移动通信根底知识1.2移动通信系统的特性14大唐移动©版权所有反射、散射反射波直射波地面散射波基站天线移动台天线1移动通信根底知识1.2移动通信系统的特性15大唐移动©版权所有绕射基站天线移动台天线绕射波山峰1移动通信根底知识1.2移动通信系统的特性16大唐移动©版权所有移动环境的场强特性：接收信道统计分析曲线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〕空间传播损耗---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环境的几个效应：1移动通信根底知识1.2移动通信系统的特性17大唐移动©版权所有

接收信号的场强中值在长时间内的缓慢变化称为慢衰落服从对数正态分布移动环境的衰落特性---慢衰落式中，为信号中值的分贝值为信号中值的均值〔分贝〕1移动通信根底知识1.2移动通信系统的特性18大唐移动©版权所有移动环境的衰落特性---快衰落产生原因 多径效应：同一信号沿着两个或多个路径传播 多普勒频移：移动台与基站之间的相对运动，随机频率调制 环境物体相对于基站和移动台在运动，时变。对系统性能的影响 场强信号随机快速起伏、时延扩展、随机调频移动信道的系统特性表征 瑞利〔Rayleigh〕分布 莱斯〔Ricean〕分布 Nakagami－m分布1移动通信根底知识1.2移动通信系统的特性19大唐移动©版权所有多普勒频移fcfcfd-fcfd+信号功率f1移动通信根底知识1.2移动通信系统的特性20大唐移动©版权所有直射波光滑地面反射波基站天线多径对信号的影响1移动通信根底知识1.2移动通信系统的特性21大唐移动©版权所有1.1移动通信系统开展1.2移动通信系统的特性1.3移动通信系统体制1.4移动通信系统频率划分1.5移动通信系统的关键技术1.6移动通信系统呼叫流大唐移动©版权所有22移动通信系统简史1移动通信根底知识基站f1f2f4f5f6MS1MS3MS2f3上行信号下行信号一个信道包含收、发一对频率23大唐移动©版权所有1移动通信根底知识1.3移动通信系统体制蜂窝移动通信的根本概念蜂窝系统---“小区制〞系统将所要覆盖的地区划分为假设干个小区，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效劳。“频率复用〞的概念特点：用户容量大，效劳性能较好，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蜂窝分类宏蜂窝(Macro-cll)2-20km微蜂窝(Micro-celel)0.4－2km微微蜂窝(Pico-cell)<400m分层蜂窝(由多种蜂窝组成)24大唐移动©版权所有1移动通信根底知识1.3移动通信系统体制F1F1F1F3F3F8F8F1蜂窝技术不单纯分割频率而是分割地理区域更加有效的使用无线频率25大唐移动©版权所有1移动通信根底知识1.3移动通信系统体制oo中心发射小区边角发射小区26大唐移动©版权所有1移动通信根底知识1.3移动通信系统体制由大区向蜂窝的开展容量大幅度提高连续覆盖面广功率大大降低27大唐移动©版权所有1移动通信根底知识1.3移动通信系统体制系统的总面积为As，小区的面积为Ac，单位带宽所能支持的小区用户数〔小区容量〕为m，整个工作频段的带宽为W，系统的簇尺寸为K。系统的总用户数为：

整个系统在单位带宽、单位面积内的用户数〔系统容量〕为：

系统容量n和小区容量m成正比，和簇尺寸K成反比，和小区面积Ac成反比。28大唐移动©版权所有1移动通信根底知识1.3移动通信系统体制1.1移动通信系统开展1.2移动通信系统的特性1.3移动通信系统体制1.4移动通信系统频率划分1.5移动通信系统的关键技术1.6移动通信系统呼叫流大唐移动©版权所有29移动通信系统简史1移动通信根底知识1移动通信根底知识1.4移动通信系统频率划分30大唐移动©版权所有3G频率规划1880192019802010202521102170220023002400TDDFDD卫星TDD空FDD卫星空TDD40MHz60MHz301585MHz60MHz30100MHz100MHz1移动通信根底知识1.4移动通信系统频率划分31大唐移动©版权所有1.1移动通信系统开展1.2移动通信系统的特性1.3移动通信系统体制1.4移动通信系统频率划分1.5移动通信系统的关键技术1.6移动通信系统呼叫流大唐移动©版权所有32移动通信系统简史1移动通信根底知识分类：

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/码型共享多址技术分类1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术33大唐移动©版权所有频分多址〔FDMA〕技术含义：每个用户占用一个频率用户识别：频道号特点： 简单，容易实现，适用于模拟和数字信号 以频率复用为根底，以频带划分各种小区 需要严格的频率规划，是频率受限和干扰受限系统 以频道区分用户地址，一个频道传输一路模拟/数字话路 对功控的要求不严，硬件设备取决于频率规划和频道设置 基站由多部不同载波频率的发射机同时工作，不适宜大容量系统使用应用：模拟/数字蜂窝移动通信系统PowerFrequencyTimeFDMA1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术34大唐移动©版权所有时分多址〔TDMA〕技术含义：每个用户占用一个时隙用户识别：时隙特点： 以频率复用为根底，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 对功控的要求不严 是时隙受限和干扰受限系统 TDD模式下，上下型信道信息可以共享应用：GSM系统FrequencyPowerTimeFDMA/TDMA1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术35大唐移动©版权所有码分多址〔CDMA〕技术FrequencyCDMAPowerTime含义：每个用户使用一个码型，频率/时间共享用户识别：码型特点：

每个基站只需一个射频系统 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-95CDMA系统、cdma2000系统、WCDMA系统1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术36大唐移动©版权所有空分多址〔SDMA〕技术依靠智能天线实现1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术37大唐移动©版权所有调制技术目的：使传输的数字信号与信道特性相匹配，以便有效进行信息传输分类： 调制信号：模拟调制、数字调制 相位连续性：相位连续调制、相位不连续调制 信号包络：恒定包络调制、非恒定包络调制1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术38大唐移动©版权所有数字调制技术分类BFSK(二进制频移键控）MFSK（多进制频移键控）FSK(频移键控）ASK(幅移键控）QAM（正交幅度调制）MQAM（星座调制）非恒定包络OQPSK(参差QPSK）л/4QPSKDQPSK（差分QPSK）QPSK(正交四相相移键控）DPSK（差分二进制相移键控）BPSK（二进制相移键控）PSK（相移键控）CPM（连续相位调制）MSK（最小频移键控）GMSK（高斯成型MSK）TFM（平滑调频）恒定包络数字调制1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术39大唐移动©版权所有模拟调制技术---FM应用：第一代模拟蜂窝移动通信系统1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术40大唐移动©版权所有

恒定包络调制技术---FSK、MSK、GFSK、GMSK特点：强

对线性要求低，可使用C类放大器，功率效率高 带外辐射低可达-60-70dB

可使用限幅器---鉴频器检测系统结构简单，实现容易 限幅器可克服随机噪声和瑞利衰落导致的信号幅度的变化，抗干扰和衰落能力具有较好的解调门限1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术41大唐移动©版权所有MSK调制/解调技术差分编码串/并转换ak码bk码调制器解调器1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术42大唐移动©版权所有GMSK调制技术目的：抑制高频分量，防止过量的瞬时频率偏移，满足相干检测的需要要求：带外辐射功率为－60～－80dB特点：实现简单，在原MSK调制器的根底上增加前置滤波器 高斯滤波器：带宽窄且为锐截止型 较低的过脉冲响应 输出脉冲的面积不变应用：GSM系统高斯成型滤波器1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术43大唐移动©版权所有BPSK调制技术调制器解调器

m（t）S（t）x（t）cos

ct

y（t）S（t）r（t）cos

ctLPF

∫dtT1

T0星座图QI1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术44大唐移动©版权所有调制器解调器QPSK调制技术

LPFRb/2

LPFRb/2串并变换本振90°相移﹢BPF输入RbQPSK信号

LPF

LPF载波恢复电路90°相移BPF接收信号恢复电路符号时序恢复判决电路判决电路复用1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术45大唐移动©版权所有QPSK调制技术星座图QIQI载波相位为(0，

/2，，3/2)载波相位为(/4，3/4,5/4,7/4)1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术46大唐移动©版权所有1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术47大唐移动©版权所有信道编码是抗干扰的有效方式1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术48大唐移动©版权所有交织是抗衰落的有效方式数据调制OVSF码扰码扩频加扰后的复值码片经过信道编码和交织的数据流脉冲成型1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术49大唐移动©版权所有经过物理信道映射之后，信道上的数据将进行扩频和加扰处理。扩频，就是用高于数据bit速率的数字序列与信道数据相乘，相乘的结果扩展了信号的带宽，将bit速率的数据流转换成了具有码片速率的数据流；扩频处理通常也叫信道化操作，所用的数字序列称为信道化码；加扰与扩频类似，就是用扰码与扩频后数据流相乘；不同的是，扰码的数字序列与扩频后待发送信号序列具有相同的码片速率；扰码的目的是为了标识数据的小区属性。1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术50大唐移动©版权所有码速率1.28Mcps载波间隔1.6MHz数据调制方式QPSK/8PSK/16QAM码片调制根升余弦滚降系数α=0.22扩频特性正交Q码片/符号Q＝2P，P＝0,1,2,3,4来源于物理信道映射的比特流在进行扩频处理之前，先要经过数据调制，把连续的二进制比特映射成复数值的数据符号；1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术51大唐移动©版权所有连续二进制bit复数符号00+j01+110-111-j1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术52大唐移动©版权所有Qk，也就是SF，为1、2、4、8和16。在同一时隙上的不同扩频因子的扩频码须保持正交。当一个码已经在一个时隙中采用，其父系上的码和子系上的码就不能在同一时隙中被采用。信道化码标识了用户〔码分信道〕。SF=1SF=2SF=41移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术53大唐移动©版权所有128个扰码分成32组，每组4个，扰码码组由基站使用的SYNC-DL序列确定，与根本midamble码一一对应；扰码长度16位，v=(v1,v2,…,v16)；复数扰码为：vi=(j)ivii=1,…,16；加扰前可以通过级联16/SF个扩频数据来实现长度匹配；扰码在业务上标识了小区。1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术54大唐移动©版权所有Base1Base2Base3小区软切换1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术55大唐移动©版权所有小区软切换1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术56大唐移动©版权所有接力切换根本定义

使用上行预同步技术，在切换过程中，UE从源小区接收下行数据，向目标小区发送上行数据，即上下行通信链路先后转移到目标小区。接力切换原理

在切换测量期间，使用上行预同步的技术，提前获取切换后的上行信道发送时间、功率信息，从而到达减少切换时间，提高切换的成功率、降低切换掉话率的目的。接力切换目标高切换成功率高资源利用率1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术57大唐移动©版权所有大唐移动©版权所有〔1〕测量控制过程〔3〕切换判决过程〔2〕测量〔预同步〕过程〔4〕切换执行过程1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术58切换前切换中切换后1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术59大唐移动©版权所有接力切换硬切换软切换〔长期保持〕软切换浪费资源！硬切换容易掉话！在切换操作中大大减少因失步造成的丢包，这样在不损失容量的前提下，极大的提升了通信质量。实际测试结果已验证了接力切换的性能优势！1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术60大唐移动©版权所有相对于软切换，TD-SCDMA系统采用接力切换，一个用户不会长时间同时占用多个基站的空中业务信道资源及其网络传输资源。节约了基站资源，增加了用户接入量。节约运营商网络传输资源，减少运营投入。简化了RAN系统的处理，提高了集成度。接力切换资源占用少15%以上1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术61大唐移动©版权所有大唐移动©版权所有根本原理调整UE发射功率，使距离NodeB远近不同的UE的信号到达NodeB的功率大小根本相等；特点功控是CDMA系统的根底；补偿衰落，阴影效应和多径衰落；克服远近效应；快速功控可以有效提高接收电平稳定度；1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术621移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术63大唐移动©版权所有开环功控主要针对上行链路主要用于随机接入UE空闲模式下的开环功控大唐移动©版权所有NodeB以PTX-PCCPCH在PCCPCH上发射，并在系统消息广播中通报此功率UE接收BCH广播，并测量接收到的PCCPCH功率PPCCPCH-RSCPUE计算路损=PPCCPCH-RSCP-PTX-PCCPCH1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术64大唐移动©版权所有外环功控测量误块率，调整目标SIR；内环功控测量SIR和目标SIR的差异，并向对方发送调整指令；内环外环测量接收信号SIR并与目标SIR比较测量接收数据BLER并与目标BLER比较下发TPC设置SIRtar设置BLERtarUENodeBRNC1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术65大唐移动©版权所有66上行内环功控详细过程内环功控基于SIR，且使用DPCH的TPC命令；NodeB估计接收到的上行DPCH的信干比SIRest。然后，按以下规那么生成并发送TPC命令：如果SIRest>SIRtarget，那么要发射的TPC命令设置为〞down〞;如果SIRest<SIRtarget，那么要发射的TPC命令设置为〞up〞。UE侧执行TPC比特的软判决。TPC为“Down〞：功率减小一个功控步长；TPC为“Up〞:：功率增加一个功控步长。1移动通信根底知识1.5移动通信系统的关键技术1.1移动通信系统开展1.2移动通信系统的特性1.3移动通信系统体制1.4移动通信系统频率划分1.5移动通信系统的关键技术1.6移动通信系统呼叫流大唐移动©版权所有67移动通信系统简史1移动通信根底知识1移动通信根底知识1.6移动通信系统呼叫流程68大唐移动©版权所有思考题：移动通信系统分为哪几类？蜂窝区制相对于大区制有哪些优点？请说出有哪几种多址方案？69大唐移动©版权所有第二代通信系统CDMA移动通信系统GSM移动通信系统GPRS移动通信系统大唐移动©版权所有702.1CDMA移动通信系统2.2GSM移动通信系统2.3GPRS移动通信系统大唐移动©版权所有71移动通信系统简史

第二代移动通信系统2.1CDMA移动通信系统2.2GSM移动通信系统2.3GPRS移动通信系统2.4移动通信系统呼叫流程大唐移动©版权所有72移动通信系统简史

第二代移动通信系统CDMA扩频技术原理扩频原理：以频带换取信噪比 香农理论：C=Bwlog2(1+S/N)扩频系统的优点：抗干扰能力强，可抗白噪声、人为干扰、多径干扰等保密性好。扩频信号频谱近似白噪声，假设不知PN序列生成方法就难以获取原始信息隐蔽性好。扩频信号近似白噪声，难以检测，宽带扩频信号功率谱密度很低，难以监听易于实现大容量多址通信易于精确定时和测距易于采用各种先进的分集技术，如RAKE接收、智能天线等2第二代通信系统

2.1CDMA移动通信系统73大唐移动©版权所有CDMA直接序列扩频技术2第二代通信系统

2.1CDMA移动通信系统74大唐移动©版权所有CDMA多址码码分：用户、信道和基站均依靠多址码识别针对不同的多址码需求，分别使用不同类型的码组基站的识别---不同相移的PN序列，码元周期为215－1信道的识别---正交的Walsh函数，完全正交的64阶Walsh码用户的识别---周期足够长的PN序列，码元周期为242－1 公共掩码：移动台电子序列号〔ESN〕 专用掩码：移动台识别号〔MIN〕卷积编码和重复：解决多速率业务的矛盾在IS-95系统中采用低速率重复和高速率并行选通发送在WCDMA系统中采用层间可变速率扩频正交码〔OVSF〕，多信道并行发送块交织：抗快衰落75大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.1CDMA移动通信系统IS95CDMA功率控制{反向功率控制前向功率控制{开环功率控制闭环功率控制{内环功率控制外环功率控制76大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.1CDMA移动通信系统基站的识别---不同相移的PN序列，码元周期为215－1信道的识别---正交的Walsh函数，完全正交的64阶Walsh码用户的识别---周期足够长的PN序列，码元周期为242－1 公共掩码：移动台电子序列号〔ESN〕 专用掩码：移动台识别号〔MIN〕IS95CDMA地址码的选择77大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.1CDMA移动通信系统直接序列扩频—PN码长码发生器ESN

=

(E31,E30,E29,E28,E27,E26,E25,...

E2,

E1,

E0)重新排列的ESN=(E0,E31,E22,E13,E4,E26,E17,E8,E30,E21,E12,E3,E25,E16,E7,E29,E20,E11,E2,E24,E15,E6,E28,E19,E10,E1,E23,E14,E5,E27,E18,E9)++++++1234567891039404142x1x2x3x4x5x6x7x8x9x39x40x41x42x10LongCode4242-bitLongCodeMaskModulo-2AdditionMSBLSBM41～M32

=

1100011000M31～M0

=

重排的ESN公用长码掩码：78大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.1CDMA移动通信系统PN码短码发生器PI(x)=x15

+x13

+x9

+x8

+x7

+x5

+1PQ(x)=x15

+x12

+x11

+x10

+x6

+x5

+x4

+x3

+1前向链路用于区分机站反向链路用于扩频79大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.1CDMA移动通信系统FrequencyDomainUser#3User#2User#1SynchPagingPilot1.2288MHzfreqCodeDomain0123456789324063User1User3User2WalshCodePilotPagingSynchIS-95系统：信号在频域和码域上的分布情况80大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.1CDMA移动通信系统前向链路导频信道调制＋＋＋基带滤波×Q信道序列1.2288McpsI信道序列1.2288Mcpssin〔2fct〕基带滤波×cos〔2fct〕∑s〔t〕I〔t〕Q〔t〕IQ导频信道W0215215全0〔无数据〕81大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.1CDMA移动通信系统前向链路同步信道调制卷积编码器R＝1/2，L＝9码符号重复块交织1.2kb/s2.4kb/s4.8kb/s4.8kb/s码符号码符号码符号＋＋＋基带滤波×Q信道序列1.2288McpsI信道序列1.2288Mcpssin〔2fct〕基带滤波×cos〔2fct〕∑s〔t〕I〔t〕Q〔t〕IQ同步信道幀结构W3221521582大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.1CDMA移动通信系统前向链路卷积编码r＝1/2，k＝983大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.1CDMA移动通信系统IQPhase00π/4103π/411-3π/401-π/4前向CDMA信道调制—QPSKI、Q映射星座和相位转移图84大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.1CDMA移动通信系统反向接入信道调制增加8bit尾比特卷积编码器R＝1/3，L＝9码符号重复块交织64-阶正交调制4.4kb/s4.8kb/s14.4ks/s28.8ks/s28.8ks/s307.2kcps码符号码符号码符号调制符＋242长码发生器长码掩码＋＋D基带滤波×Q信道序列1.2288McpsI信道序列1.2288Mcpssin（2fct）基带滤波×cos（2fct）∑s（t）I（t）Q（t）IQ延时1/2PN码片＝406.9ns接入信道幀结构PN码片1.2288Mcps85大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.1CDMA移动通信系统反向链路卷积编码r＝1/2，k＝986大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.1CDMA移动通信系统IQPhase00π/4103π/411-3π/401-π/4反向CDMA信道调制—OQPSKI、Q映射星座和相位转移图87大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.1CDMA移动通信系统基带滤波88大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.1CDMA移动通信系统分集技术最优相干合并前向链路多径/基站分集非相干最大比合并反向链路多径/基站分集符号判决维特比译码器天线1天线2直射路径反射路径径1径2径3径489大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.1CDMA移动通信系统2.1CDMA移动通信系统2.2GSM移动通信系统2.3GPRS移动通信系统2.4移动通信系统呼叫流程大唐移动©版权所有90移动通信系统简史

第二代移动通信系统PSTN/ISDNGMSCMSC/VLRSCPHLR/AC/EIRNSSAbisBSCBTSBSSSMSIW/GMSCMSAUmBSCGSM结构图2第二代通信系统

2.2GSM移动通信系统91大唐移动©版权所有GSM各区域间的关系GSM业务区PLMN业务区MSC业务区位置区LAC小区Cell92大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.2GSM移动通信系统位置区(LocationArea)MSCVLRLA1LA2LA3LA4LA5LA6cell11cell12cell7cell8cell9cell4cell6cell5cell3cell2cell193大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.2GSM移动通信系统BTS/CELL/SECTORBTSBTS定向站全向站小区小区小区小区0度，扇区1240度，扇区3120度，扇区294大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.2GSM移动通信系统MSMSBSSBSSMSCMSCOMCHLRVLRAUCEIRPDNPSTNISDNUm接口A接口GCR网络物理结构95大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.2GSM移动通信系统BTSBTSBSCAUmMSCMSCVLRVLRHLRAUCEIRBCEFGHDNSSBSSNSS96大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.2GSM移动通信系统MSMSBSCBTSA接口Um接口BTS

OMC_R

TRAUAbis接口Asub接口BSS97大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.2GSM移动通信系统CMMMRRLAPDmTDMARRBTSMLAPDmLAPDTDMAPCMRRBTSMLAPDPCMBSSMAPSCCPMTP

MAPSCCPMTPMMCMUmAbisAMSBTSBSCMSC网络信令结构98大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.2GSM移动通信系统用于储存归属移动用户信息，包括：国际移动用户身份〔IMSI〕移动台ISDN号码〔MSISDN〕用于呼叫接续和计费的位置信息，如MS漫游号、VLR地址和MSC地址等等业务能力信息业务限制信息语音群业务信息补充业务能力信息，等等归属位置登记处HLR99大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.2GSM移动通信系统用于储存其管辖区内的移动用户信息，包括：国际移动用户身份〔IMSI〕移动台ISDN号码〔MSISDN〕MS漫游号临时移动用户身份〔TMSI〕用户位置区等必要时，VLR需从HLR提取有关用户信息拜访位置登记处VLR100大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.2GSM移动通信系统用于储存相关HLR中所有用户的加密键，包括：用于用户身份鉴别的加密键〔A3、A8算法〕用于无线接口加密的加密键〔A5算法〕鉴权中心AUC101大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.2GSM移动通信系统BTSBTSBSCMSC/VLRHLR/AUC/EIRMSC/VLRCFFCEGAUmB，H为内部接口移动业务交换中心MSC102大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.2GSM移动通信系统电信业务用户终端业务承载业务根本业务根本业务根本业务＋补充业务根本业务＋补充业务GSM系统的业务

103大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.2GSM移动通信系统GSMPLMN其它网络终端网络终端设备终端设备承载业务用户终端业务业务分类104大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.2GSM移动通信系统用户终端业务是一种电信业务，它提供给用户包括终端设备功能在内的各种必须功能，使之能与其他用户通信。业务紧急呼叫业务短消息业务移动被叫点对点短消息业务移动主叫点对点短消息业务播送型短消息业务语音和三类交替业务自动的三类业务话音群呼叫业务话音播送业务105大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.2GSM移动通信系统用户终端业务是一种电信业务，它在某个接入点上提供用户所需的传送相应信号的能力。双向异步数据电路〔300～9600bps〕双向同步数据电路〔1200～9600bps〕异步分组数据接入电路〔300～9600bps〕双向同步分组数据〔2400～9600bps〕交替语音和数据数据后接语音业务承载业务106大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.2GSM移动通信系统补充业务用于补充或修饰根本业务，以提供用户完整的业务补充业务不能独立存在例如：主叫号码显示、呼叫转移等。根本业务和补充业务107大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.2GSM移动通信系统2.1CDMA移动通信系统2.2GSM移动通信系统2.3GPRS移动通信系统2.4移动通信系统呼叫流程大唐移动©版权所有108移动通信系统简史

第二代移动通信系统什么是2G+2.5G称为下一代过渡技术建立两个平行的电路〔CS〕与分组〔PS〕交换平台，并在其根底上完成数字式话音和小于64kbps的电路交换、小于171.2bps的分组交换的各类数据业务效劳；例如：通用分组无线电业务GPRS高速电路交换数据HSCSD另：GSM演进增强型数据率EDGE〔2.75G〕2第二代通信系统

2.3GPRS移动通信系统109大唐移动©版权所有GPRS网络结构PSTN/ISDN/现有PLMNINTERNETGGSNGSS(IPNetwork)GMSCMSC/VLRSCPHLR/AC/EIRBG其他GPRSNSSMSAbisBSCBTSBSSSGSNSMSIW/GMSCMSAGbCGDNSUmPCU110大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.3GPRS移动通信系统GPRS网络新增的网元SGSN：与BSS接口，和GSM网中的MSC/VLR功能类似，为MS提供分组数据效劳GGSN：负责提供GPRS网与外局部组数据网络的接口。111大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.3GPRS移动通信系统GPRS网络的接口Gb：BSS和SGSN之间的接口，提供移动性管理和平安管理功能。其它接口详见备注112大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.3GPRS移动通信系统EDGE系统从根本上来讲，EDGE仅仅是一种新的调制技术和新的信道编码，可以用于传输分组交换〔PS〕和电路交换〔CS〕数据/语音。EDGE网络的体系结构与GPRS网络的体系结构根本相同。3GPP已经标准化EDGE，成为了众所知的GERAN。113大唐移动©版权所有2第二代通信系统

2.3GPRS移动通信系统2.1CDMA移动通信系统2.2GSM移动通信系统2.3GPRS移动通信系统2.4移动通信系统呼叫流程大唐移动©版权所有114移动通信系统简史

第二代移动通信系统1移动通信根底知识2.4移动通信系统呼叫流程115大唐移动©版权所有UE发起位置更新请求，发送LAI和IMSI到核心网的VLR设备1VLR找到UE归属HLR，并请求鉴权数组并完成对用户鉴权加密操作2VLR向HLR发送用户位置更新请求消息，消息中携带了VLR号码3HLR发送位置更新接受消息，并向旧VLR发送取消用户数据的消息同时新VLR向用户发送位置更新接受的消息5HLR向VLR插入用户数据，包括签约信息，权限等，VLR收到后回确认消息4RNCNodeBUEMGWVLR(OLD)HLRMSCSERVERVLR(NEW)得到鉴权数组鉴权加密完成插入用户数据完成116大唐移动©版权所有1移动通信根底知识2.4移动通信系统呼叫流程……..86138000MSRN86136001MSRN……..139010MSISDN138119MSISDN137000MSISDN…….PSTNPSTNPSTN……..131010PSTN133011PSTN……..UE拨号，发起服务请求1对UE进行鉴权加密操作2UE向CN发送呼叫信息，MSCSERVER命令MGW和RNC分配资源3命令MGW为本次呼叫分配资源并将资源信息通过IAM消息发送给PSTN5MSCSERVER进行被叫号码分析，被叫属性是PSTN号码4UERNCNodeBMGWMSCSERVERVLRPSTN交换机58832678PSTN处理完毕回送ACM消息，此时被叫振铃6丁铃铃……丁玲玲……117大唐移动©版权所有1移动通信根底知识2.4移动通信系统呼叫流程MSCSERVER收到ACM消息后，命令MGW给UE放回铃音1被叫用户摘机，停止振铃，PSTN发ANS消息给MSCSERVER2通话计时开始（产生话单），MSCSERVER命令MGW停止发送回铃音3拆线，MSCSERVER命令MGW和RNC释放此次呼叫占用的资源5从主叫到被叫语音通道完全连接，通话开始，4UERNCNodeBMGWMSCSERVERVLRPSTN交换机58832678丁铃铃……丁玲玲……喂!118大唐移动©版权所有1移动通信根底知识2.4移动通信系统呼叫流程PSTN拨发起服务请求1PSTN交换机进行号码分析，向GMSCServer发IAM消息2GMSCServer根据MSISDN号进行GT分析，寻找被叫归属的HLR并发送SRI_REQ消息3VLR为该用户分配MSRN，回送PRI_ACK消息5HLR根据被叫漫游信息向VLR发PRI_REQ消息(此时被叫标识已变为IMSI)4UERNCNodeBMGWMSCSERVERVLRPSTN交换机58832678HLR将MSRN号通过SRI_ACK消息回送给GMSCServer6MGWGMSCSERVERHLR119大唐移动©版权所有1移动通信根底知识2.4移动通信系统呼叫流程GMSCServer命令MGW为该呼叫分配资源并向MSCServer发IAM消息1MSCServer根据MSRN号向VLR查询用户信息2MSCServer根据VLR提供的TMSI&LAI号通过RNC向用户发起寻呼3MSCServer命令MGW和RNC为此次呼叫分配资源5UE响应寻呼消息4UERNCNodeBMGWMSCSERVERVLRPSTN交换机58832678UE与MGW之间的语音通路搭建成功，UE开始振铃6MGWGMSCSERVERHLR120大唐移动©版权所有1移动通信根底知识2.4移动通信系统呼叫流程MSCServer回ACM消息，GMSCServer向PSTN回ACM消息1PSTN给主叫播放回铃音2UE摘机通话开始3UERNCNodeBMGWMSCSERVERVLRPSTN交换机58832678MGWGMSCSERVERHLR喂!121大唐移动©版权所有1移动通信根底知识2.4移动通信系统呼叫流程HLR/AUC

(mnc01.mcc208)A.V.IMSIxSGSNPDPcontext:

1type:IPPDPIP@

=0APN:QoS:...AV请求IMSI2AV3OK位置更新6SGSN当前地址7位置更新应答10IMSIxP-TMSIx5接入模式:

GSM/GPRSSubscription

PDPcontext:

1

type:IPPDP@

=(MSIP@)APN=isp1.mnc1.mcc2.gprsQoS:...插入用户数据8P-TMSIx鉴权4当前RA9SS7网11附着接受(P-TMSIx)1附着请求(IMSIx)PMM别离PMM连接122大唐移动©版权所有1移动通信根底知识2.4移动通信系统呼叫流程TEMTGPRS骨干网SGSNGGSN激活PDP_context请求(APN=PDN1/PDN2,PDP_address=0)1创建PDP_context请求(APN=PDN1/PDN2,PDP_address=0)3APN配置

透明模式

DHCP参数

路由隧道DHCP4DNS2激活PDP_context响应(PDPaddress=UE@IP)6创建PDP_context响应(PDPaddress=UE@IP)5PDN1internetIntranetPDN2PDP激活流程123大唐移动©版权所有1移动通信根底知识2.4移动通信系统呼叫流程思考题：请画出GSM系统的网络架构图？请说说GSM系统有哪些传输控制信道？GSM系统中抗衰落采用的技术有哪些？说说GPRS系统有哪些相关业务？GPRS业务对GSM网络有哪些影响？124大唐移动©版权所有第三代移动通信系统第三代移动通信系统开展第三代移动通信系统体制第三代移动通信系统业务第三代移动通信系统后续演进大唐移动©版权所有1253.1第三代移动通信系统开展3.2第三代移动通信系统体制3.3第三代移动通信系统业务3.4第三代移动通信系统演进大唐移动©版权所有126移动通信系统简史

第三代移动通信系统IMT-2000IMT2000(InternationalMobileTelecommunications-2000)1985年ITU(国际电联)提出FPLMTS1996年正式更名为IMT2000IMT-2000系统无线接口的根本要求全球范围高度的兼容性支持多媒体业务的能力，特别是支持internet业务。高频谱效率高效劳质量低本钱高保密性3第三代通信系统3.1第三代移动通信系统开展127大唐移动©版权所有为什么开展IMT-2000现有第二代数字移动通信系统的缺乏频谱利用率不够高—容量问题传输速率较低—业务单一存在多个标准—无法实现全球漫游个人通信的目标—“任何人，在任何地点、任何时间与其他任何人进行任何方式的通信。〞128大唐移动©版权所有3第三代通信系统3.1第三代移动通信系统开展EnvironmentRTServicePeakRate(Delayfixed20–300ms)NRTServicePeakRate(Delayvaries20–300ms)RuralOutdoor(Speed<250km/h)144–384kb/s144–384kb/sUrban/Suburban(Speed<150km/h)384–512kb/s384–512kb/sIndoor/LowRangeOutdoor(Speed<10km/h)-2Mb/s(Specialconditions)-2Mb/s(Specialconditions)RT:RealTimePedestrian&Office(<10km/h):Outdoor(<150km/h)Outdoor(<250km/h):3GRadioAccess3G的主要目标：实现移动通信网络全球化、业务综合化和通信个人化。129大唐移动©版权所有3第三代通信系统3.1第三代移动通信系统开展国际3G标准化格局3GPP制定基于GSM/GPRS核心网、全IP核心网，无线技术为WCDMA、TD-SCDMA和EDGE的技术标准；中国无线通信标准组〔CWTS〕于1999年参加3GPP。3GPP2制定基于ANSI-41核心网、全IP核心网，无线技术为cdma2000的技术标准130大唐移动©版权所有3第三代通信系统3.1第三代移动通信系统开展GSM2.5GRel'5新运营商Rel'4Rel'99131大唐移动©版权所有3第三代通信系统3.1第三代移动通信系统开展3GPP:R99网络ATMNetworkUTRANMSCGGSNMSCSGSNIPNetworkPSTNGnIuCSIuPSGiAMRVoiceoverAAL-2IP(GTP)overAAL-5TDM132大唐移动©版权所有3第三代通信系统3.1第三代移动通信系统开展3GPPR99网络结构IuCSIubPSTN/ISDN/现有PLMNINTERNETRNCIuPSGGSNPSBackbone(IPNetwork)GMSCMSC/VLRSCPHLR/AC/EIRBG其他GPRSCSBackbone〔TDM〕NodeBRNSMSAbisBSCBTSBSSSGSNSMSIW/GMSCMSAGbBSDomainIuBCCBCGeCGDNSIurUuUm新增接口133大唐移动©版权所有3第三代通信系统3.1第三代移动通信系统开展R99网络中的网元接入网络包括两类功能实体：NodeB、RNCNodeB与BTS功能类似RNC与BSC功能类似接入网内部接口基于ATM。134大唐移动©版权所有3第三代通信系统3.1第三代移动通信系统开展

R99网络中的网元核心网CS域：包括MSC、VLR、GMSC等设备，增加IuCS接口的功能，向3G移动用户提供传统的话音业务。核心网PS域：由SGSN(效劳GPRS支持节点)和GGSN(关口GPRS支持节点)两局部组成。HLR/AuC：作为公共设施，存储移动用户的业务和位置等数据，存储与用户平安有关的鉴权数据及鉴权算法。135大唐移动©版权所有3第三代通信系统3.1第三代移动通信系统开展3GPP:R4网络IP/MPLSNetworkUTRANMSCserver/MGWGGSNMSCserver/MGWSGSNIPNetworkPSTNIuCSIuPSGiAMRVoiceRTP/UDP/IPIP(GTP)TDMGnNb136大唐移动©版权所有3第三代通信系统3.1第三代移动通信系统开展R4网络结构

IuCSIubPSTN/ISDN/现有PLMNINTERNETRNCIuPSGGSNPSBackbone(IPNetwork)其他GPRSNodeBRNSMSAbisBSCBTSBSSSGSNMSAGb新增接口BG新增设备业务层控制层媒体/接入层信令信令和数据GMSCServerMGWSCPHLR/AC/EIRCSBackbone（ATM/IP）MGWMSCServerSGWMcMcNcNbAS137大唐移动©版权所有3第三代通信系统3.1第三代移动通信系统开展

R4核心网新增网络实体R4核心网中新增设备〔主要发生在电路域〕包括：MSC效劳器〔MSCServer〕：它独立于底层承载协议，主要实现呼叫控制、移动性管理、媒体网关接入控制等主要功能。GMSC效劳器〔GMSCServer〕：与MSC效劳器的功能根本相似。媒体网关〔MGW〕：主要功能是将一种网络中的媒体转换成另一种网络所要求的媒体格式〔媒体转换和帧协议转换〕。138大唐移动©版权所有3第三代通信系统3.1第三代移动通信系统开展R4核心网新增接口R4核心网新增接口〔主要发生在电路域〕包括：Mc：是MSCServer与MGW之间的接口Nc：是MSCServer与GMSCServer之间的接口Nb：是MGW之间的接口，实现承载的控制与传输。GMSCServer与PSTN/ISDN/现有PLMN的接口：该接口应用层协议为TUP、ISUP、MAP，基于MTP。139大唐移动©版权所有3第三代通信系统3.1第三代移动通信系统开展3GPP:R5网络IP/MPLSNetworkUTRANMSCserver/MGWGGSNMSCserver/MGWSGSNIPNetworkPSTNGnNbIuCSIuPSGiAMRVoiceRTP/UDP/IPIP(GTP)IMSTDM140大唐移动©版权所有3第三代通信系统3.1第三代移动通信系统开展R5概述R5的工作集中在业务侧---基于IP的多媒体业务域(IMS)，完成路由选取以及多媒体会话等功能。在传统的电路交换域〔CSdomain〕和分组交换域〔PSdomain〕,其架构保持不变。为解决IP管理问题IMS引入了IPv6，目前业界普遍认为3G的开展将是运营商部署IPv6网络的最大推动力。随着R5的完成，将为转向全IP网络的运营商提供一个可以开始建设的根底。141大唐移动©版权所有3第三代通信系统3.1第三代移动通信系统开展R5网络结构

IuCSIubPSTN/ISDN/现有PLMNINTERNETRNCIuPS

GGSNPSBackbone(IPNetwork)3GGMSCSCPHSS其他GPRSCSBackbone〔ATM/IP〕NodeBRNSMSAbisBSCBTSBSSSGSNMSAGb新增接口BG3GMSC新增功能实体信令信令和数据IMS-MGWMGCFCSCFOtherIPIMNetworkIMSMRFBG142大唐移动©版权所有3第三代通信系统3.1第三代移动通信系统开展3.1第三代移动通信系统开展3.2第三代移动通信系统体制3.3第三代移动通信系统业务3.4第三代移动通信系统演进大唐移动©版权所有143移动通信系统简史

第三代移动通信系统全球有代表性的3G协议ＷＣＤＭＡDS-FDDJ-Phone爱立信阿尔卡特诺基亚朗讯北电ＮＴＴ富士通夏普ＣＤＭＡ2000MC-FDD美国高通摩托罗拉朗讯韩国三星ＴＤ-ＳＣＤＭＡDS-TDD(LCR)大唐西门子中兴华为普天3第三代通信系统

3.2第三代移动通信系统体制144大唐移动©版权所有三种标准技术参数比较WCDMATD-SCDMAcdma2000载频间隔5MHz1.6MHz1.25MHz码片速率3.84Mc/s1.28Mc/s1.2288Mc/s帧长10ms10ms（两个子帧）20ms基站同步不需要需要,GPS需要，GPS功率控制快速功控：上、下行1500Hz0~200Hz开环,闭环反向：800Hz前向：慢速、快速功控检测方式相干解调相干解调(联合检测)相干解调信道估计公共导频DwPCH、UpPCH、Midamble前向、反向导频编码方式卷积码Turbo码卷积码Turbo码卷积码Turbo码145大唐移动©版权所有3第三代通信系统

3.2第三代移动通信系统体制CDMA2000CDMA2000的第一阶段也称为1x比1x更高的CDMA2000技术进展包括1xEV(高速数据速率)cdma2000的网络组织方式为模块化方式146大唐移动©版权所有3第三代通信系统

3.2第三代移动通信系统体制CDMA2000(续)无线局部采用前向功率控制、TURBO码等新技术电路交换局部采用传统的电路交换方式分组交换局部以IP技术为根底的网络结构147大唐移动©版权所有3第三代通信系统

3.2第三代移动通信系统体制WCDMAWCDMA采用FDD双工方式由于接收机可获取的信道信息较多，可以适应更加高速的移动信道。上下行频段对称分配，更加适合话音等对称业务。上下行信道间隔较大，不利于智能天线的使用。148大唐移动©版权所有3第三代通信系统

3.2第三代移动通信系统体制TD-SCDMATD-SCDMA采用TDD双工方式由于接收机不能连续接收信号，不利于高速移动用户信号的接收