现代通信技术讲义

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1、移动通信,了解移动通信的分类与特点、蜂窝通信概念及移动通信管理的基本内容 了解移动通信中的无线传输技术和码分多址（CDMA）技术 了解GSM移动通信系统的基本概念、系统组成、通信过程以及GPRS业务 了解CDMA移动通信系统原理、系统体制概念 了解第三代移动通信（3G）的基本概念、关键技术与技术标准,移动通信概述,移动通信是指通信双方或至少有一方是在运动中通过通信网络进行信息交换的。例如固定点与移动体之间、移动体与移动体之间、人与人之间或人与移动体之间的通信，都属于移动通信 移动通信包括陆地移动通信和卫星移动通信（若无特别说明，一般泛指陆地移动通信）,移动通信分类,（1）按设备的使用环境分类

2、（2）按服务对象分类 （3）按系统组成结构分类 （4）按移动通信的业务分类,移动通信系统的分类,1. 蜂窝公用移动通信系统 系统由移动业务交换中心（MSC）、基站（BS）、移动台（MS）及与市话网相连的中继线等组成 在基于“蜂窝”概念建立的系统中，一个大区域划分为若干小区域（往往用六边形，结构类似蜂窝），多个小区彼此相连，覆盖整个服务区。每个小区半径为几公里，小区基站发射功率一般为5 10 W 公用蜂窝移动通信系统可覆盖无限大的范围，为公众用户提供通信服务，如GSM系统和CDMA系统等,移动通信系统的分类,2. 集群移动通信系统 集群移动通信系统是一种多用途、高效能的无线调度通信系统 集群移动

3、通信系统可实现将几个部门所需的基地台和控制中心统一规划和集中管理，每个部门只需建设自己的分调度台并配置必要的移动台，即可共用频率、共用覆盖区，使资源共享、费用分担，公用性与独立性兼顾，从而获得最大效益,移动通信系统的分类,集群移动通信系统的可用信道为系统的全体用户共用，并有自动选择信道功能；系统具有单呼、组呼、全呼、紧急告警呼叫、多级优先及私密电话等适合调度业务专用的功能 集群移动通信系统除完成调度通信外，也可通过控制中心的电话互连终端与本部门小交换机相连接，提供无线用户与有线用户之间的电话接续 集群移动通信系统是专为调度通信而设计的，优先保证调度业务，电话通信为辅助业务并受到限制,移动通信系

4、统的分类,3. 无线市话 无线市话是电信运营部门利用现有网络和设备潜力，以与固定网相近的低资费，提供有限范围漫游，开拓新业务增长点，是现有市话网的延伸和补充 无线市话把现有的电话传输、交换资源和无线接入技术进行结合，将用户终端以无线方式接入市话网；该业务在我国称为“小灵通”业务 无线市话的基站覆盖范围有限、信号穿透能力不强（室内使用效果较差）、越区切换导致通话断续、无升级能力，制约了其通话质量和业务发展,移动通信系统的分类,4. 无线寻呼系统 专用寻呼系统由用户交换机、寻呼控制中心、发射台及寻呼接收机组成 公用寻呼系统由与公用电话网相连接的无线寻呼控制中心、寻呼发射台及寻呼接收机组成 寻呼系统

5、是一种单向通信系统，有人工和自动两种接续方式；公用和专用系统的区别仅在于规模大小 由于蜂窝移动通信系统的发展，无线寻呼业务正逐渐退出市场,移动通信系统的分类,典型移动通信系统,移动通信系统的特点,1. 移动通信与其他通信方式的比较 （1）无线电波传播模式的复杂性 （2）多普勒频移产生调制噪声 （3）干扰比较严重 （4）信道传输条件恶劣 （5）可供使用的频率资源有限 （6）需采用跟踪交换技术 （7）信令、入网方式和计费方式较复杂,移动通信系统的特点,2. 数字移动通信与模拟通信方式的比较 容量大 可提供多种业务，可与ISDN以及局域网互联 可有多种加密措施，容易确保通信的安全 利用窄带调制和低比

6、特率的语音编码技术，可得到较高的频谱利用率,移动通信系统的特点,利用高效的差错控制技术，可恢复质量较高的信号 信道利用率高，小区制缩短了频率重复使用距离，信道分配等技术可提高频率资源的有效利用 便于与固定网及ISDN的兼容，较易于实现非话业务传输 便于网络智能化、设备集成化与降低系统成本,移动通信系统的小区制,移动通信网的覆盖方式,1大区制所谓大区制，是指由一个基站(发射功率为50100 W)覆盖整个服务区，该基站负责服务区内所有移动台的通信与控制。大区制的覆盖半径一般为3050 km。,1976年，美国纽约1000万人，但贝尔移动通信系统IMTS只有12个频道，为543个用户提供服务。同时3

7、700个用户在排队等待。,2小区制小区制移动通信系统中需采用频率复用技术。在相隔一定距离的小区进行频率再用，可以提高系统的频率利用率和系统容量，但网络结构复杂，投资巨大。尽管如此，为了获得系统的大容量，在大容量公用移动通信网中仍普遍采用小区制结构。,1000用户,1000* n 用户,蜂窝结构全面提高了移动用户的容量， 推动了移动通信的快速发展，,基本小区超小区 R20km宏小区 R=1-20km微小区 R=0.1-1km微微小区 R0.1km 优点：提高频谱利用率，组网方式灵活 缺点：组网较为复杂,蜂窝组网技术,移动通信系统按照服务区电磁波的覆盖方式，可分为小容量的大区制和大容量的蜂窝式 蜂

8、窝概念在覆盖区的处理上与大区制不同，其不用广播的方法，而是使用低功率的发射机服务于小的区域。一个城市被划分为若干个小区域（小区） 每个小区有一个发射机；在不同的小区内可再使用相同的频率。小区的大小由容量和应用环境确定。为了获得全覆盖，无死角，小区面积多为正多边型，如正六角型（即蜂窝式）,以无线区群划分,移动通信的基本技术,（1）低功率的发射机和小的覆盖范围 根据小区覆盖的大小，蜂窝可分成巨区、宏区、微区及微微区 小区半径决定了可靠的通信范围，其范围与输出功率、业务类型、接收灵敏度、编码及调制等有关 终端速度为基站与移动台的相对速度，与移动特性有关，其大小决定了区间切换的次数 基站的安装高度与蜂

9、窝半径有关，半径越大安装高度也越高,移动通信系统的概念,（2）频率再用 为了降低小区间的干扰，相邻小区使用不同的频率。而为了提高频谱效率，用空间划分的方法，可在不同的空间进行频率再用 在一个给定的覆盖区域内，存在着许多使用同一频率的小区，称为同频小区，其间的信号干扰称为同频干扰 为了减小同频干扰，同频小区必须在物理上隔开一个最小的距离，为传播提供充分的隔 离,正六边形区群的结构,移动通信系统的概念,（3）小区分裂以增加容量 为满足系统增加容量的要求，一般采用无线小区分裂的办法来增加信道数 小区分裂是将拥塞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，并相应地降低天线高度和减小发射机

10、功率 通过设定比原小区半径更小的新小区和在原有小区间安置这些小区，使得单位面积内的信道数目增加，系统容量增加,移动通信系统的概念,（4）切换 切换将正在处于通信状态的移动用户转移到新的业务信道上（新的小区）的过程。移动用户处于通话状态时，若从一个小区移动到另一个小区，为保证通话的连续，系统需对该移动用户的连接控制作相应转移 切换的目的：实现蜂窝移动通信的“无缝隙”覆盖，即当移动台从一个小区进入另一个小区时，保证通信的连续性 切换分为硬切换和软切换,移动通信系统的概念,硬切换和软切换,蜂窝式移动通信系统的组成 移动业务交换中心（MSC） 基站（BS） 移动台（MS） 与市话网相连接的中继线等,移

11、动通信的关键技术,分集技术 调制技术 均衡技术 信道编码技术 跳频技术 直接序列扩频技术 多址技术 智能天线技术,GSM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 与第一代移动通信系统（语音传输采用模拟调频方式的模拟蜂窝网）不同，GSM系统信道中传输的全部是数字信号，其采用窄带时分复用（TDMA）、线性预测语音编码和高斯滤波最小移频键控（GMSK）结合的方式，使用户容量扩大，保密性能提高,GSM系统概述,GSM 的原意为欧洲电信运营部门的移动特别小组（Group Special Mobile）。GSM系统于1991年首次在欧洲开通，又称为泛欧数字蜂

12、窝系统 我国参照 GSM 标准制定了数字蜂窝移动通信系统的技术要求 我国的GSM 蜂窝移动通信系统以GSM 900系统（工作频率为900 MHz）为依托、DCS 1800系统（工作频率为1800 MHz）为补充，构成GSM 900DCS 1800 双频网,GSM系统特点,（1）具有开放的通用接口标准。 （2）提供可靠的安全保护功能 。 （3）支持各种电信承载业务和补充业务，增值业务丰富。 （4）具有跨系统、跨地区、 跨国度的自动漫游能力。 （5）容量大，频谱利用率高，抗衰落、抗干扰能力得到加强。 （6）易于实现向第三代系统的平滑过渡。,GSM系统概述,1. GSM 系统基本原理 GSM系统基于

13、时分多址（TDMA），按时序组成信号的帧结构。移动台在收发的同时，还要接收基站发送的指令；GSM帧结构比PCM帧结构复杂 基本思想：小区中各移动台占用同一频带不同时隙。各移动台只在规定时隙内，以突发形式发射它的信号，这些信号通过基站控制在时间上依次排列、互不重叠；同样，各移动台只要在指定时隙内接收信号，就能从合路信号中将发给它的信号区分出来,2. GSM系统的区域定义 小区：一个基站或基站一部分的扇区覆盖区域 基站区：由一个基站（一个或数个基站收发信台）提供服务的所有小区覆盖区域 位置区：移动台可任意移动而不需位置更新的区域 移动交换（MSC）区：由一个MSC所控制的所有小区共同覆盖的区域 服

14、务区：指移动台在该区域内可被另一通信网中用户找到、无需知道移动台实际位置即可通信的区域。服务区由若干个公用移动通信网组成,GSM系统的网络结构,GSM系统的组成,1. 网络子系统 由一系列功能实体构成，各功能实体间以及交换系统与基站系统间都通过 No.7 信令系统互相通信 交换系统主要完成功能： 交换 呼叫控制 移动管理 用户数据管理 数据库管理等,GSM系统的组成,交换系统的组成： 移动业务交换中心（MSC）：包括使用No.7信令系统的移动应用部分，完成信道的接续控制；配合基站完成基站子系统（BSS）全部功能（如频率管理、信道管理、切换/漫游控制）；鉴权与加密；位置更新；切换；互通功能；操作

15、与维护功能等 访问用户位置寄存器（VLR）：外来动态用户的位置信息数据库 本地用户位置寄存器（HLR）：永久性用户的位置信息数据库,GSM系统的组成,鉴权中心（AUC）：属于HLR的一个功能单元，用于产生为确定移动客户身份和保密所需要的鉴权和加密参数（随机号码、符合响应、密钥），以便对用户鉴权以及对用户信息加密 短消息业务中心（SC）：短消息业务包括移动台发起和移动台为接收终端的点对点短消息以及小区广播短消息 操作维护中心（OMC）：提供日常操作、负荷充分利用和平衡、支持网络维护等服务,GSM系统的组成,2. 基站子系统 基站收发信机（BTS）：是服务于某个小区的无线收发信设备，其通过空中接口

16、实现BTS与移动台（MS）之间的无线传输 基站控制器（BSC）：BSC上接移动业务交换中心MSC，下连基站收发信机BTS。BSC的功能为监控基站，为每个小区配置业务信道和控制信道；负责建立和管理由MSC发起的与移动台的连接；负责定位与切换、无线参数及资源管理、功率控制等,GSM系统的组成,3. 移动台 移动台（MS）是通信网络的终端无线设备。移动台的类型不仅包括手持台（手机），还包括车载台和便携式台，目前手机用户已占整个用户的极大部分移动台由移动终端(MT)和客户识别卡（SIM）组成： 移动终端主要由射频部分和逻辑音频部分组成 SIM卡包含所有与用户相关的信息（也包括鉴权和加密信息）。使用GS

17、M标准的移动台需在插入SIM卡的情况下才能操作,GSM系统的组成,移动台原理图,GSM系统的组成,4. GSM系统信道连接 在GSM系统中，移动用户通过基站与移动交换机（即移动交换中心MSC）相连 基站只提供信道，包括移动用户与基站间的无线信道和基站与MSC间的中继线,GSM系统的接口,移动业务的国际漫游要求各个厂家生产的移动设备之间必须能够进行互通。因此，GSM系统在制定技术规范时就对其子系统之间及各功能实体之间的接口和协议作了比较具体的定义，使不同供应商提供的GSM系统基础设备能够符合统一的GSM技术规范而达到互通、组网的目的。GSM系统的主要接口有A接口、Abis接口、Um接口和内部接口。,