移动通信PPT幻灯片

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1、第10章 现代移动通信系统简介10.1 移动通信概述10.2 GSM移动通信系统10.3 IS-95 CDMA移动通信系统10.4 第三代移动通信系统简介10.5 第四代移动通信展望清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 110.1.1 移动通信的定义、特点移动通信系指是通信双方至少有一方是处在运动状态中所进行的信息传输和交换方式。移动体与固定点之间、移动体相互之间信息的交换都可以称为移动通信。其中移动体可以是人，也可以是车、船、飞机等处在移动状态中的物体。移动通信定义10.1 移动通信概述清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移

2、动通信系统简介现代移动通信系统简介 2移动通信应用系统无绳电话无线寻呼陆地蜂窝移动通信卫星移动通信海事卫星移动通信集群移动通信清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 3移动通信特点（1）多径传播会导致信号衰落。（2）多普勒频移效应会导致附加调频噪声。（3）存在远近效应。（4）存在外部干扰和自身干扰等多种干扰。（5）系统复杂，综合了多种技术。（6）对移动台设备要求苛刻。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 4多卜勒效应示意图 清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现

3、代移动通信系统简介 510.1.2 移动通信的发展历程 现代移动通信技术的发展历史可以追溯到20世纪20年代, 到目前为止, 大致经历了以下五个发展阶段： 第一阶段从20世纪20年代至40年代, 为现代移动通信的起步阶段。在此期间, 主要完成了通信实验和电波传播试验工作, 在短波频段(330 MHz)上实现了小容量专用移动通信系统, 其代表是美国底特律市警察使用的车载无线电系统。这种系统话音质量差, 自动化程度低, 仅限于专用, 不能与公众网相连。 清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 6 第二阶段是从20世纪40年代中期至60年代初期。 在

4、此期间, 各种公用移动通信系统相继建立。首先是1946年, 美国贝尔系统在圣路易斯城建立的称为“城市系统”的公用汽车电话网, 这是世界上第一个公用移动通信系统。继而, 西德、法国、英国等国也陆续研制出了公用移动电话系统。 这一阶段的特点是开始从专用移动网向公用移动网过渡, 自动化程度有所提高。 清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 7 第三阶段是从20世纪60年代中期至70年代中期。这一阶段是移动通信系统改进和完善的阶段。在此期间, 各国陆续推出了改进的移动通信系统, 其代表是美国的改进型移动电话系统IMTS。这一阶段的特点是使用了新频段,

5、采用大区制, 实现了系统的中小容量, 自动化程度进一步提高。 第四阶段是从20世纪70年代中期至80年代初期。在此期间, 由于微电子技术及计算机技术的长足发展和移动用户数量的急剧增加, 促使移动通信得到了蓬勃发展。 清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 8 第五阶段是从20世纪80年代中期到现在。这是数字移动通信发展和成熟的时期。 在此期间, 用户数量急剧增加, 频率资源相对紧缺, 第一代模拟蜂窝移动通信系统的缺陷日益暴露出来。 针对这些问题, 新一代的数字蜂窝移动通信系统被开发出来并得以广泛应用。20世纪70年代末期, 当模拟蜂窝系统还处于

6、开发阶段之时, 一些发达国家就已着手数字蜂窝移动通信系统的研究。最典型的数字蜂窝移动通信系统是欧洲基于时分多址(TDMA)技术的全球通移动通信系统GSM。 另外还有北美的DAMPS(IS-54)和日本的PDC等。这一阶段的特点是用户数量急剧增加, 频率资源日益紧缺, 新体制、新技术、新业务层出不穷。 清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 9第一代移动通信系统清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 10第二代移动通信系统清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动

7、通信系统简介 11v微蜂窝小区结构-更优的空分复用提高用户数量 v数字化技术-语音信号数字化 v新的调制方式-GMSK、QPSK等 vTDMA、CDMA v频谱利用率高，系统容量大 v提供多种业务服务、提高通信系统的通用性 v抗噪声抗干扰和抗多径衰落能力强 v能实现更有效灵活的网络管理和控制 v便于实现通信安全保密 v可降低设备成本和减小用户手机的体积和重量第二代移动通信系统的特点清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 12第三代移动通信系统WCDMACDMA2000清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通

8、信系统简介 13第三代移动通信系统的特点v微蜂窝结构v宽带CDMA技术 vQPSK/自适应调制 vFDMA/TDMA/CDMA v电路交换分组交换 v从媒体(media)多媒体(Multi_media)清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 14移动通信的发展目标个人通信 个人通信目标是实现个人通信系统(PCN)v无论任何人(Whoever） v在任何时候(Whenever) v在任何地方(Wherever) v与另一个人(Whomever) v进行任何类型(Whatever) 的通信“Whenever”要求支持动中通: 无线通信是前提 “Wh

9、oever”要求支持巨大用户量: 频谱资源有限“Wherever”要求无缝覆盖: 传输能力有限“Whatever”要求多媒体: 处理能力有限清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 1510.1.3 移动通信的工作频段GSM900使用900MHz频段：890915MHz(上行)；935960MHz(下行)。其中上行是指移动台发/基站收，下行是指基站发/移动台收。IS-95CDMA使用800MHz频段：824849MHz(上行)；869894MHz(下行)。DCS1800使用1.8GHz频段：17101785MHz(上行)；18051880MHz(

10、下行)。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 16WRC-92规定的3G频谱分配清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 17 图10.2 我国的3G频谱划分方案MSS移动卫星通信系统FDD频分双工TDD时分双工清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 18发送保护时间间隔(b) 时分双工（TDD）t发送接收接收发送接收f收发保护频段(a) 频分双工（FDD）清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介

11、1910.2 GSM移动通信系统GSM(GlobalSystemForMobileCommunication)v大区制移动通信系统 信号传输损耗，通信距离有限 大区制系统：覆盖范围3050km，发射功率50200W；天线很高(30m) 具有网络结构简单，频道数目少，无需无线交换直接，与PSTN相连 v大区系统的局限性 覆盖范围有限 服务的用户容量有限 服务性能较差 频谱利用率低 清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 20v蜂窝系统-“小区制”系统 将所要覆盖的地区划分为若干个小区每个小区的半径可视用户的分布密度在110km左右在每个小区设立一

12、个基站为本小区范围内的用户服务 特点：用户容量大；服务性能较好；频谱利用率高；用户终端小巧；电池使用时间长；辐射小 新的问题：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 v蜂窝分类 宏蜂窝(Macro-cell) 220km微蜂窝(Micro-cell) 0.42km皮蜂窝(Pico-cell) 400m分层蜂窝(由多种蜂窝组成)清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 21蜂窝小区的形状清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 22蜂窝小区的图案清清 华华 大大 学学 出出 版版第

13、第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 23蜂窝的三个基本概念v频率再用（Frequency Reuse) 1)不同的小区使用相同的频率，以便大大增加系统容量 例如：一个城市分成100个小区，每个小区12对信道，则同时可有1200对信道可用。 2)同一频率不能作用于每个小区，必须间隔一定空间距离。v越区切换(Handover) 当移动台从一个小区进入相邻小区时，其工作频率和接续控制从其离开的小区交换给正在进入的小区。v小区分裂(Cell Splitting) 当用户数增加到每个小区能提供的最大数量时，可把小区分为更小的蜂窝状区域，并使用相同的频率复用模式。 清清 华华 大大 学学

14、 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 24GSM系统特点：（1）开放的接口，可利用现有标准与各种公用通信网互连互通。（2）自动漫游功能。（3）业务种类多。（4）安全性好。（5）频谱效率高，通信容量大。（6）GSM系统抗干扰能力强，覆盖区域内的通信质量高。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 2510.2.1 GSM系统的主要性能参数特性特性GSM900DCS1800发射类别：业务信道 控制信道271KF7W271KF7W271KF7W271KF7W发射频带(MHz)：基 站 移动台9359608909151805

15、188017101785双工间隔45MHz95MHz射频带宽200KHz200KHz射频双工信道总数124374基站最大有效发射功率射频载波峰值（W）30020业务信道平均值（W）37.52.5小区半径（Km）：最小 最大0.5350.535接续方式TDMATDMA清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 26调制GMSKGMSK传输速率（Kbps）270.833270.833全速率话音编译码：比特率（Kbps）误差保护13 9.813 9.8语音编码算法RPE-LTPRPE-LTP信道编码具有交织脉冲检错和1/2编码率卷积码具有交织脉冲检错和1

16、/2编码率卷积码控制信道结构：公共控制信道 随路控制信道 广播控制信道有快速和慢速有有快速和慢速有时延均衡能力（s）2020国际漫游能力有有每载频信道数：全速率 半速率816816清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 271、GSM网络900/1800MHz频段GSM 900/1800频段移动台发、基站收基站发、移动台收GSM900/1800频段900MHz频段890-915MHz935-960MHz1800MHz频段1710-1785MHz1805-1880MHz国家无委分配给中国移动900MHz频段890-909MHz935-954MHz

17、1800MHz频段1710-1720MHz1805-1815MHz国家无委分配给中国联通900MHz频段909-915MHz954-960MHz1800MHz频段1745-1755MHz1840-1855MHz双工收发间隔： （1）在900MHz频段，双工收发间隔为45MHz（2）在1800MHz频段，双工收发间隔为95MHz清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 282、无线频谱的分配1805178517101880 95 MHz双工间隔基站收基站发DCS1800频率MHz20MHz保护频带925915TACS/GSM频率MHZ96045MH

18、z双工间隔950935905890880基站发基站收10 MHz保护频带DCS1800GSMTACS/GSMETACS/EGSM清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 293、GSM 900等间隔频道配置方法在900MHz频段，共25MHz带宽，载频间隔200KHz，频道序号为1124，其中，中国移动占用194频道（890909/935954MHz），中国联通占用96124频道（909915/954960MHz）。 频道序号和 频道标称中心频率关系为： fl(n)=890.200+(n-1)*0.200MHz fh(n)=fl(n)+ 45MH

19、z 清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 30频道组号123456789101112各频道组的频道号123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100 101 102 103 104 105 106 107 108

20、109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120121 123 124GSM 900MHz各频道组的频道号清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 31DCS1800采用等间隔频道配置方法 在1800MHz频段，共45MHz带宽，载频间隔200KHz，频道序号为512885 。其中：中国移动占用前10MHz ，512559频道，中国联通占用后10MHz， 687736频道。频道序号和频道标称中心频率关系为： fl(n) = 1710.200+(n-512)*0.200MHz fh(n) = fl(n)

21、+95MHz清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 32中国联通GSM 1800MHz占用的频道号频道组号123456789101112各频道组的频道号687688689690691692693694695696697698699700701702703704705706707708709710711712713714715716717718719720721722723724725726727728729730731732733734735736频道组号123456789101112各频道组的频道号5125135145155165175185

22、19520521522523524525526527528529530531532533534535536537538539540541542543544545546547548549550551552553554555556557558559中国移动GSM 1800MHz占用的频道号清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 33 载波干扰保护比(C/I)简称载干比，是指接收到的有用信号电平与所有非有用信号电平的比值，即加到接收天线输入口的有用载频功率C与干扰信号功率I的比值。载干比是反映通信信号在空间传播过程中接收端接收信号好坏质量的比值，此比

23、值与MS的瞬时位置有关。GSM规范中规定 同频干扰保护比(C/I)：C/I 9dB；工程中加3dB的余量，即C/I12dB 邻频干扰保护比(C/A)：C/A-9dB；工程中加3dB的余量，即C/A-6dB载波偏离400KHZ时的干扰保护比：C/I-41dB4、载波干扰保护比（C/I）清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 345、频率复用方式 频率复用技术是指同一载频的无线信道用于覆盖不同的区域，这些区域彼此相隔一定的距离，以便把频率干扰控制在系统允许范围内，这样作的结果相当于宝贵的频率资源获得再生。 在按蜂窝结构的移动网中，蜂窝小区是以N个正

24、六边形组成群，各蜂窝小区群可以按一定的规律使用相同的频率组。假设每个群有N个小区，则需用N组频率。 频率复用结果，使系统内部必然会产生频率干扰，因此必须采取抗干扰措施，使频率干扰控制在系统允许范围内。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 35 根据GSM体制的推荐，GSM无线网络规划基本上采用4*3频率复用方式，即每4个基站为一群，每个基站分成3个三叶草形60扇区或3个120扇区，共需12组频率。因为这种方式同频干扰保护比C/I能够比较可靠的满足GSM标准的要求。 GSM本身采用了许多抗干扰技术，如跳频、自动功率控制、基于话音激活非连续发射、

25、天线分集等，这些技术合理利用，将有效提高C/I比，因此可以采用更紧密的频率复用方式，增加频率复用系数，提高频率利用率。比较典型的频率复用方式除4*3外，还有3*3、2*6、1*3及多重频率复用MRP(MultipleReusePatten)。各种复用方式的复用图如下。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 36A3A2A1A3A2A1D3D2D1C3C2C1C3C2C1D3D2D1A3A2D3D2D1A1B3B2B1C3C2C1B3B2B1B3B2B1C3C2C1B3B2B1C3C2C1A3A2A14*3频率复用方式清清 华华 大大 学学 出出

26、 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 37A3A2A1C3C2C1B3B2B1A3A2A1C3C2C1B3B2B1A3A2A1C3C2C1B3B2B1A3A2A1C3C2C1B3B2B1A3A2A1B3B2B1B3B2B13*3频率复用方式 采用3*3频率复用方式，一般不需要改变现有网络结构，但容量增加有限，同时需要采用跳频技术降低干扰。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 381 11735 91 11735 91 11735 94 12628101 11735 91 11735 91 11735 91 11735

27、91 11735 94 12628101 11735 94 12628101 11735 91 11735 91 11638 94 12628 101 11735 94 12628101 11735 9 采用2*6频率复用方式，虽然可较大提升系统容量(约是4*3复用的1.6倍)，但需要对天线系统及频率规划作较大的调整。要求系统具备自动功率控制、不连续发射、跳频(一般基带跳频)等功能，另外对天线系统要求较高，需配置高性能的窄带天线。2*6频率复用方式清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 39A3T3A2 T2T1A1B3T3B2 T2T1B1C

28、3T3C2 T2T1C1D3T3D2 T2T1D1A3T3A2 T2T1A1C3T3C2 T2T1C1A3T3A2 T2T1A1B3T3B2 T2T1B1A3T3A2 T2T1A1B3T3B2 T2T1B1D3T3D2 T2T1D1C3T3C2 T2T1C1B3T3B2 T2T1B1D3T3D2 T2T1D1 采用1*3频率复用方式必须注意三点：一是必须采用射频跳频、自动功率控制、不连续发射、天线分集等技术有效地降低干扰，二是要保证一定的跳频频点数，第三是频率加载率必须控制在50%以下，同时需加强网络优化，才能获得较好的效果。1*3频率复用方式清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现

29、代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 4010.2.2 GSM系统结构与功能图10.4 GSM系统组成结构清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 41OSS：操作维护子系统BSS：基站子系统NSS：网络子系统NMC：网络管理中心DPPS：数据后处理系统SEMC：安全性管理中心PCS：用户识别卡个人化中心OMC：操作维护中心MSC：移动业务交换中心VLR：拜访位置寄存器HLR：归属位置寄存器AUC：鉴权中心EIR：移动设备识别寄存器BSC：基站控制器BTS：基站收发信台PDN：公用数据网PSTN：公用电话网ISDN：综合业务数字网MS：移动台清

30、清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 421、移动台（MS）用户使用的设备，俗称手机。包括手持台、车载台和便携式台，它一般由机和卡两部分组成，即移动终端(MS)和用户识别卡(SIM)。MS主要完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收等功能。SIM是一张符合ISO标准的智慧卡，存有认证客户身份所需的所有信息，也包括某些无线接口信息、鉴权和加密信息。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 432、基站子系统（BSS）图10.5 一种典型的BSS组成方式 清清 华华 大大 学

31、学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 44BSS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，主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。包括基站控制器(BSC)和基站收发信台(BTS)。BTS是BSS的无线接口设备，在网络的固定部分和无线部分提供中继，MS通过空中接口Um与BTS相连。BTS包括收发信机、天线以及与无线接口有关的信号处理电路等，它也可以看作是一个复杂的无线解调器。在GSM系统中，为了保持BTS尽可能的简单，BTS往往只包含那些靠近无线接口所必须的功能，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信

32、道加密、跳频等功能。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 45BTS主要分为基带单元、载频单元、控制单元和天馈单元四大部分。基带单元主要用于必要的话音和数据速率适配以及信道编码等；载频单元主要用于调制/解调与发射机/接收机之间的耦合等；控制单元则用于BTS的操作与维护；天馈单元包括天线及其馈线，主要实现高频电流与电磁波之间的转换。BTS完全由BSC控制，当BSC与BTS不设在同一处需采用Abis接口时，必须增加传输单元以实现BSC与BTS之间的远端连接方式；如果BSC与BTS并置在同一处，只需采用BS接口时，不需要传输单元。清清 华华 大大

33、学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 46BSC是BSS的控制部分，可以对一个或多个BTS进行控制，主要负责无线网络资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，如无线信道的分配与释放、越区信道的切换，它起着BSS系统中交换设备的作用。BSC主要由以下部分构成：朝向与MSC相接的A接口或与码变换器相接的Ater接口的数字中继控制部分；朝向与BTS相接的Abis接口或BS接口的BTS控制部分；公共处理部分，包括与操作维护中心相接的接口控制；交换部分。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 473、网络与交

34、换子系统（NSS） 主要完成交换功能及客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能，管理GSM用户和其它网络用户之间的通信，包括信道的管理和分配、呼叫的处理和控制、用户位置信息的登记与管理、越区切换和漫游的控制、用户号码和移动设备号码的登记和管理、服务类型的控制、对用户进行鉴权等。 清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 484、操作维护子系统（OSS） 对GSM网络进行管理和监控，通过它实现对GSM网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。OSS是一个相对独立的管理和服务中心，主要包括网络管理中心(NMC)、安全性管理中心(SEM

35、C)、用于用户识别卡管理的个人化中心(PCS)、用于集中计费管理的数据后处理系统(DPPS)等功能实体，完成包括移动用户管理、移动设备管理以及网络操作和维护等多种任务。 清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 4910.2.3 GSM系统接口与协议1、GSM系统主要接口图10.5GSM系统主要接口清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 502、网络子系统内部接口图10.6网络子系统内部接口NSS由MSC、VLR、HLR等功能实体组成，GSM技术规范定义了不同的接口以保证各功能实体之间的接口标准化

36、，包括D接口、B接口、C接口、E接口、F接口和G接口。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 513、各接口协议图10.7系统主要接口的协议分层示意图按照OSI参考模型，Um接口可分为三层。第一层L1是物理传输层；第二层L2是数据链路层；第三层L3为协议层，需要实现呼叫管理(CM)、移动特性管理(MM)、无线资源管理(RR)三个子层的功能。 清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 52BSSAP：BSS应用部分SCCP：信令连接控制部分DTAP：直接转移应用部分MTP：消息传递部分BSSMAP：

37、BSS移动应用部分图10.8A接口信令协议参考模型清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 53图10.9应用于GSM系统的7号信令协议层清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 5410.2.4 GSM系统技术原理 1、蜂窝技术与频率复用 （1）大区、小区、区群与蜂窝的概念大区制：把一个通信服务区域仅规划为一个或少数几个无线覆盖区,简称无线区。无线区半径2545Km，用户容量为几十至数百个。每个无线区仅为一个基站所覆盖,基站相互独立。天线塔一般高于30m，发射功率50W200W。结构简单，不需要交

38、换。频道数量较少，覆盖范围有限。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 55小区制：将给定的服务区域划分成多个小区(cell)，每个小区中设立一个基站，负责本小区内移动台的联络和控制，各基站通过MSC相互联系，并与市话局连接。小区覆盖的半径较小，一般为1Km20Km。较小的发射功率。每个小区只需提供较少的几个无线电信道(一个信道组)就可满足通信的要求，邻近的小区使用不同的信道组，相距足够远的小区则可以重复使用这些信道组。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 56图10.10小区的形状正六边形的

39、形状最接近圆形，在半径相同的情况下，其交叠部分最小，面积最大，因而所需的小区数目最少，即需要架设的基站数目最少，系统投资也就最小。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 57为了减小干扰，相邻小区一般应工作在不同的频率上。但由于移动信道的传输损耗随着距离的增加而不断增加，因此，如果两个小区相距足够远，那么它们完全可以工作在相同的频率上，且相互之间的干扰可以忽略不计，这就是频率复用，并将相邻的采用不同工作频率的若干小区构成的覆盖区叫做区群(即单位无线区群)。为了防止同频干扰，要求每个区群中的小区，不得使用相同频率，只有在不同的无线区群中，才可使用

40、相同的频率。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 58区群的构成应满足两个基本条件：若干个单位无线区群彼此邻接组成蜂窝式服务区域；邻接单位无线区群中的同频无线小区的中心间距相等。可以证明，如果所有的区群具有相同的形态，则区群中包含的小区数目K应满足公式：（10-2）其中i、j为非负整数，代表两个同频小区所夹1200角两条边上的小区数，且不同时为零。 清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 59图10.11区群的形状由于区群的结构酷似蜂窝，因此人们将小区制移动通信系统叫做蜂窝移动通信系统。蜂窝系

41、统通常是先由若干邻接的无线小区组成一个无线区群，一个区群构成一个复用簇，利用频率复用再将若干无线区群进行延伸，构成整个服务区。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 60图10.12 K=4、7时的小区复用模式 清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 61（2）频率复用技术 将可用的有限频率分成K组，构成一个复用簇，其它的区群再重复使用这一簇频率。 GSM系统中常采用1200或600的定向天线，形成三叶草小区，即把基站分成三个扇形小区，从而构成43、33的频率复用方式：清清 华华 大大 学学 出

42、出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 622、多址技术 频分多址：可用频谱的信道化，即把整个可分配频谱划分成许多单个无线电信道(发射和接收载频对，间隔45MHz)，每个信道(25KHz)可以传输一路话音或控制信息。 图10.15GSM中FDMA的信道化原理清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 63时分多址：在一个宽带的无线载波上按时隙(Time Slot)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。即一个信道由若干周期性的时隙构成，不同用户信号的能量被分配到不同的时隙里，利用定时选通

43、就可以限制邻近信道的干扰，从而只让在规定时隙中有用的信号通过。 图10.16GSM系统中的FDMA+TDMA及对应信道清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 64码分多址：CDMA技术是建立在正交编码、相关接收的理论基础上的一种扩频通信(直接序列扩频)。它用一个带宽远大于信号本身带宽的高速伪随机编码序列去调制所需传输的信号，使原信息数据的带宽大大扩展，再经载波调制后发射出去；接收端经解凋后，使用与发送端完全相同的伪随机码，与接收的宽带信号做相关处理，把宽带信号解扩为原始的数据信息。由于CDMA是一种利用扩频码序列实现的多址方式，它不像FDMA、

44、TDMA那样把用户的信息从频率和时间上进行分离，故可在一个信道上同时传输多个用户的信息，也就是说，允许用户之间的相互干扰，只要这种干扰不超过允许的容限。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 65 以上三种多址技术相比较, CDMA技术的频谱利用率最高, 所能提供的系统容量最大, 它代表了多址技术的发展方向; 其次是TDMA技术, 目前技术比较成熟, 应用比较广泛; FDMA技术由于频谱利用率低, 将逐渐被TDMA和CDMA所取代, 或者与后两种方 式 结 合 使 用 , 组 成 TDMA/FDMA、 CDMA/FDMA方式。 清清 华华 大大

45、 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 663TDMA信道与帧 蜂窝通信系统要传输不同类型的信息，按逻辑功能而言，可分为业务信息和控制信息。因而在时分、频分复用的物理信道主要安排相应的逻辑信道。在时分多址的物理信道中，帧的结构或组成是基础。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 67清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 68清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 69信道分类：清清 华华 大大 学学 出出 版版

46、第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 70时隙的格式常规突发脉冲序列常规突发（NB，NormalBurst）脉冲序列亦称普通突发脉冲序列，用于业务信道及专用控制信道，其组成格式如图10.22所示。信息位占116bit，分成两段，各58bit。其中57位为数据（加密比特），另用1位表示此数据的性质是业务信号或控制信号。这两段信息之间插入26位训练序列，以消除多径效应产生的码间干扰。GSM系统共有8种训练序列，可分别用于邻近的同频小区。由于选择了互相关系数很小的训练序列，因此接收端很容易辨别各自所需的训练序列，产生信道模型，作为时延补偿的参照。清清 华华 大大 学学 出出 版版第

47、第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 71图10.22突发脉冲序列数据格式清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 724语音信号处理技术图10.23语音信号在MS中无线接口路径的处理过程清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 73图10.24RPE-LTP语音编码原理框图话音编码：GSM系统话音编码器是采用声码器和波形编码器的混合物-混合编码器，全称为线性预测编码-长期预测编码-规则脉冲激励编码器（LPC-LTP-RPE编码器）。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现

48、代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 74信道编码：移动通信的传输信道属变参信道，它不仅会引起随机错误，而更主要的是造成突发错误。随机错误的特点是码元间的错误互相独立，即每个码元的错误概率与它前后码元的错误与否无关。突发错误则不然，一个码元的错误往往影响前后码元的错误概率。或者说，一个码元产生错误，则后面几个码元都可能发生错误。因此在数字通信中，要利用信道编码对整个通信系统进行差错控制。差错控制编码可以分为分组编码和卷积编码两类。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 75在GSM系统中，上述两种编码方法均在使用。首先对一些信息比特进行分组编

49、码，构成一个“信息分组十奇偶(检验)比特”的形式，然后对全部比特做卷积编码，从而形成编码比特。这两次编码适用于话音和数据二者，但它们的编码方案略有差异。采用“两次”编码的好处是：在有差错时，能校正的校正(利用卷积编码特性)，能检测的检测(利用分组编码特性)。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 76GSM系统首先是把话音分成20ms的音段，这20ms的音段通过话音编码器被数字化和话音编码，产生260个比特流，并被分成：50个最重要比特132个重要比特78个不重要比特对上述50个比特添加上3个奇偶检验比特（分组编码），这53个比特同132个重要

50、比特与4个尾比特一起卷积编码，比率1：2，因而得378个比特，另外78个比特不予保护。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 77交织技术： 在陆地移动通信这种变参信道上，比特差错经常是成串发生的。这是由于持续较长的深衰落谷点会影响到相继一串的比特。然而，信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才有效。为了解决这一问题，希望能找到把一条消息中的相继比特分散开的方法，即一条消息中的相继比特以非相继方式被发送。这样，在传输过程中即使发生了成串差错，恢复成一条相继比特串的消息时，差错也就变成单个(或长度很短)，这时再用信道编码纠错功能纠正差错

51、，恢复原消息。这种方法就是交织技术。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 78交织的基本思想是把码字的b个比特分散到n个突发脉冲序列中，以改变比特间的邻近关系。n值越大，传输特性越好，但传输时延也越大，因此必须作折衷考虑，这样，交织就与信道的用途有关，所以在GSM系统中规定了几种交织方法。GSM系统采用二次交织方法。第一次交织在20ms话音内进行，称为内部交织；第二次交织在相邻的两个20ms话音间进行，称为块间交织。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 79图10.26GSM系统第一次交织及

52、脉冲串形成清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 80图10.27GSM系统第二次交织原理示意清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 81交织过程示意图清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 82调制技术：GSM系统采用了GMSK 调制。GMSK是MSK(最小频移键控)的改进型调制方法。 MSK是恒定包络连续相位调制，称调制指数为0.5的FSK为最小移频键控MSK，意味着MSK在一个码元周期内，能用最小的信号频差产生最大的相位差，在一个码元内相位

53、变化是直线。当信号“1”时载波相位增加，当信号“0”时，载波相位减小，在码元交替时刻保持相位连续没有突跳。实际上MSK中，“1”仅比“0”多半个波形。由于MSK调频带宽较窄，且具有恒定的包络，因而可以在接收端采用相干检测法进行解调。但是对于数字移动通信系统，对信号带外辐射功率的限制十分严格，如带外衰减要求在7080 dB以上，再采用MSK就不能满足要求了，改进的方法是在MSK调制之前增加一个高斯低通滤波器(亦称高斯前置滤波器)，以进一步压缩频谱，防止信号能量扩散到邻近信道频谱中去。 清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 83图10.28GMS

54、K调制原理框图图10.29GMSK信号的功率谱清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 84跳频技术：采用跳频技术的主要目的：改善衰落，处于多径环境中的慢速移动的移动台，通过采用跳频技术，大大改善移动台的通信质量，相当于频率分集。GSM系统中的跳频分为基带跳频和射频跳频两种。射频跳频是将话音信号用固定的发射机，由跳频序列控制，采用不同频率发射。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 85 基带跳频原理：将话音信号随着时间的变换使用不同频率发射机发射。基带跳频原理图基带跳频实施框图清清 华华 大大

55、学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 86时序调整：清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 87空间分集： 在移动通信中，空间略有变动就可能出现较大的场强变化。当使用两个接收信道时，它们受到的衰落影响是不相关的，且二者在同一时刻经受深衰落谷点影响的可能性也很小，这一设想引出了利用两付接收天线的方案，独立地接收同一信号，再合并输出，衰落的程度能被大大地减小，这就是空间分集。 空间分集是利用场强随空间的随机变化实现的，空间距离越大，多径传播的差异就越大，所接收场强的相关性就越小。这里所提相关性是个统计术语，表明信号

56、间相似的程度，因此必须确定必要的空间距离。经过测试和统计，CCIR建议为了获得满意的分集效果，移动单元两天线间距大于0.6个波长，即d0.6，并且最好选在/4的奇数倍附近。若减小天线间距，即使小到/4，也能起到相当好的分集效果。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 88均衡技术：均衡有两种基本途径：一为频域均衡，二为时域均衡。时域均衡是直接从时间响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰的条件。在无线信道中，可以使用各种格式的均衡器来消除干扰，并同时提供分集。由于移动衰落信道具有随机性和时变性，这就要求均衡器是时域的，且能实

57、时跟踪移动信道的时变特性，因此这种均衡器又称为自适应均衡器。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 89 在GSM系统中采用自适应均衡技术解决时间色散问题。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 90功率控制技术：当手机在小区内移动时，它的发射功率需要进行调整。当它离基站较近时，需要降低发射功率，减少对其它用户的干扰，当它离基站较远时，就应该增加功率，克服增加了的路径衰耗。所有的GSM手机都可以以2dB为一等级来调整它们的发送功率，GSM900移动台的最大输出功率是8W(规范中最大允许功率是20

58、W，但现在还没有20W的移动台存在)。DCS1800移动台的最大输出功率是1W，相应地，它的小区也要小一些。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 9110.3 第三代移动通信系统简介(1)全球性标准和系统，全球普及和全球无缝漫游；(2)业务多样性(话音、数据、图象、Internet接入、多媒体等)和可变性(按需分配带宽),具有支持多媒体业务特别是支持Internet的能力；(3)能与各种移动通信系统融合，互连互通，便于过渡和演进；(4)高频谱利用率；(5)高比特率分组数据传输，能够传送高达2Mbps的高质量图象。3G主要特点：清清 华华 大大

59、 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 92IMT-2000无线传输使用2000MHz频段，两个工作频段为18852025MHz和21102200MHz，两段带宽总共230MHz，其中19802010MHz和21702200MHz用于卫星通信。IMT-2000数据传输速率要求在室内环境达到2Mbps，室外步行环境达到384Kbps，室外车辆中达到144Kbps，卫星移动环境中达到96Kbps，能提供目前PSTN/ISDN和其它公网的大多数业务和有移动通信附加业务以及通用个人电信(UPT)业务。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介

60、现代移动通信系统简介 933G标准组织主要由欧洲GSMMAP的3GPP和美国ANSI-41的3GPP2组成，以CDMA码分多址技术为核心。CDMA技术使用单一的频率，并在整个系统区域内可重复使用，各个用户采用一组正交码来区分，频率规划简单，频谱利用率高，容量大。使用功率控制技术、智能天线、干扰消除等技术后可进一步提高系统容量。因此，IMT-2000技术方案基本上统一以宽带码分多址技术为核心。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 9410.3.1 IMT-2000无线接口和无线传输技术方案截至1998年6月底，提交ITU的第三代地面候选无线接口

61、技术多达上十种。最后，IMT-2000无线接口规范(IMT.RSPC)接纳了5个无线接口，即W-CDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、UWC136和EP-DECT。W-CDMA是欧洲和日本支持的方案，CDMA2000是由美国提出的方案，UWC-136是基于IS-136(D-AMPS)的TDMA方案，EP-DECT是在欧洲DECT基础上稍加改进而来的，我国提出的TD-SCDMA采用TDMA和CDMA混合接入方案。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 955个无线接口标准名称：IMT-2000CDMA-DS(简称IMT-DS)：UTRAF

62、DD/WCDMA；IMT-2000CDMA-TTD(简称IMT-TD)：TDCDMA/TD-SCDMA/UTRATDD;IMT-2000CDMA-MC(简称IMT-MC)：CDMA2000MC/WCDMAone；IMT-2000TDMASC(简称IMT-SC)：UWC(UniversalWirelessCommunication)-136;IMT-2000FDMA/TDMA(简称IMT-FT)：DECT。其中，DS(DirectSpread)是直接扩频；MC(Multi-Carrier)是多载波；SC(SingleCarrier)是单载波。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移

63、动通信系统简介现代移动通信系统简介 96表10.3 IMT-2000无线传输技术方案 UTRA是欧洲电信标准化协会(ETSI)针对IMT-2000提出的解决方案和欧洲的3G无线多媒体标准，与TD-CDMA和WCDMA接近。因此，三者被融合为W-CDMA(也写成WCDMA)。于是5种无线接口标准的竞争实际上变成3GPP的WCDMA、TD-CDMA和3GPP2的CDMA2000两大阵营、三大标准的竞争，特别是WCDMA和CDMA2000的竞争。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 9710.3.2 IMT-2000标准1、WCDMAWCDMA标准

64、是3GPP融合欧洲UMTS标准和日本ARIB提出的WCDMA标准之后提出的，核心部分为电路域和分组域，分别支持话音业务和数据业务，并提出了开放业务接入(OSA)的概念。它是目前技术最成熟商用最广泛的一种标准。WCDMA技术优势主要有： (1) 业务灵活。WCDMA允许每个5MHz载波处理从8Kbps到2Mbps的混合业务。在同一信道上既可进行电路交换业务也可以进行分组交换业务，利用在单一终端上进行多个电路和分组交换连接，实现真正的多媒体业务。可以支持不同质量要求的业务(例如话音和分组数据)并保证高质量和完美的覆盖。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信

65、系统简介 98 (2) 频谱效率高。采用单小区复用，不需要频率规划。利用分层小区结构、自适应天线阵列和相干解调等技术，网络容量可以得到大幅提高。 (3) 容量和覆盖范围大。射频收发信机能够处理的话音用户是窄带收发信机的8倍。每个射频载波可处理80个同时话音呼叫或者50个同时的Internet数据用户。其容量接近窄带CDMA的两倍。 (4) 每个连接可提供多种业务。符合真正的UMTS/IMT-2000要求，分组和电路交换业务可在不同的带宽内自由地混合，并可同时向同一用户提供。每个WCDMA终端能够同时接入多达6种不同业务，这些业务可以是话音或传真、电子邮件和视频等数据业务的组合。 (5) 无缝G

66、SM/UMTS接入。双模终端将在GSM网络和UMTS/IMT-2000网络之间提供无缝的切换和漫游，在两个接入系统之间有尽可能大的业务映像。 (6) 终端的经济性和简单性。 清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 992、CDMA2000 CDMA2000是从窄频CDMAone数字标准衍生出来的，可从原有的CDMAone结构直接升级到3G，建设成本低廉。按照使用的带宽来区分，CDMA2000可以分为1x系统和3x系统。其中1x系统使用1.25MHz的带宽，提供的数据业务速率最高只能达到307Kbps。在1x系统以后，国际上公认的发展方向是1x

67、EV-DO和1x EV-DV系统。其中1x EV-DO系统重点提高了数据业务的性能，将用户的最大数据业务传送速率提高到2.4Mbps。而1x EV-DV系统在将数据业务最大速率提高到3.1Mbps的同时，又进一步提高了话音业务的容量。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 100 CDMA2000的技术特点是具有多种信道带宽。前向链路支持多载波(MC)和直扩(DS)两种方式；反向链路仅支持直扩方式。当采用多载波方式时，能支持多种射频带宽，即射频带宽可为N1.25MHz(N=1、3、5、9或12)。目前技术仅支持前两种，即1.25MHz(CDMA

68、2000-1x)和3.75MHz(CDMA2000-3x)。其他的技术特点还包括：可以更加有效地使用无线资源；可实现CDMAone向CDMA2000系统平滑过渡；核心网协议可使用IS-41、GSM-MAP以及IP骨干网标准；前向发送分集；快速前向功率控制；使用Turbo码；辅助导频信道；灵活帧长；反向链路相干解调。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 1013、TD-SCDMA TD-SCDMA实际上包括了码片速率较低的TD-SCDMA(中国)和码片速率较高的UTRA TDD(TD-CDMA，欧洲)两种技术。目前，这两种技术已完成了融合，统一

69、命名为TD-SCDMA。它得到了CWTS及3GPP的全面支持，是中国电信行业近百年来第一个完整的通信技术标准，是集CDMA、TDMA、FDMA技术优势于一体、系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强的移动通信技术，采用了智能天线、联合检测、接力切换、动态信道分配、同步CDMA、软件无线电、低码片速率、多时隙、可变扩频系数、自适应功率调整等技术。TD-SCDMA的技术特点主要表现在以下几个方面：清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 102 (1) 频谱灵活性和支持蜂窝网的能力高。TD-SCDMA仅需要1.6MHz的最小带宽。若带宽为5MHz则支持

70、3个载波，在一个地区可组成蜂窝网，支持移动业务，并可通过动态信道分配(DCA)技术提供不对称数据业务。 (2) 高频谱利用率。在使用相同频带宽度时，TD-SCDMA可支持多一倍的用户。 (3) 设备成本低。主要因为由多天线阵、相干收发信机和DSP算法组成的智能天线具有降低多址干扰、提高容量和接收灵敏度以及降低发射功率和天线基站成本等优点。 (4) 系统兼容。TD-SCDMA同时满足Iub、A、Gb、Iu、IuR多种接口的要求，所以TD-SCDMA的基站子系统既可作为2G和2.5G GSM基站的扩容，又可作为3G网中的基站子系统，能同时兼顾现在的需求和未来的发展。清清 华华 大大 学学 出出 版

71、版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 103表10.4 WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA技术比较清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 10410.3.3 IMT-2000系统的基本结构图10.30 IMT-2000的功能模型及接口 IMT-2000系统主要由四个功能子系统构成，图中UIM(User Identify Module)是用户识别模块，MT(Mobile Terminal)是移动终端，RAN(Radio Access Network)为无线接入网，CN(Core Network)表示核心网。各模块间

72、的连接，ITU定义了4个标准接口，它们是UIM和MT之间的UIM接口、UNI无线接口、无线接入网与核心网之间的RAN-CN接口、NNI网间接口。 清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 105图10.31 IMT-2000系统的基本结构 从实体看，IMT-2000系统由移动台MS、一系列基站收发信台(BTS-A、BTS-B等)和基站控制与移动交换综合仿真设备MCC-SIM构成。 清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 10610.3.4 3G的关键技术1、新型调制技术(1)多载波调制 多载波调制

73、是指将一个信道带宽分成N个载波作自适应多进制调制，载波数随信道速率增减，进制数随信道衰落和忙闲调节。多载波调制的原理是把要传输的数据流分解成若干个子数据流，每个子数据流具有低得多的码元速率，然后用这些子数据流去并行调制若干子载波。由于在多载波调制的子信道中，码元速率低，码元周期长，因而对传输信道中的时延扩展和选择性衰落不敏感，或者说在满足一定条件下，多载波调制具有抗多径扩展和选择性衰落的能力。多载波调制可用以下的不同方法实现。 清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 107 多载波正交振幅调制(MC-QAM)。把待传输的数据流分解成多路低速率的

74、子数据流，每一路数据流被编码成多进制QAM 码元，再插入同步/引导码元，分别去调制各个子信道的载波，这些子载波综合在一起就形成了MC-QAM 信号。 正交频分复用和码分多址结合(OFDM-CDMA)。OFDM 技术属于多载波调制(Multi Carrier Modulation，MCM)技术。其基本思想是将待传输的高速率的信息流经串/并转换，变成多个低速率的码流，每个码流再分别去调制N个相互正交的子载波(子信道)中的一个，然后再把这些调制后的信号进行合并，最后一起发送出去。在接收端，用相同数量和频率的载波进行相干接收，恢复出单个低速数据，再经并/串转换，最后获得高速原始数据流。 清清 华华 大

75、大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 108图10.32 OFDM-CDMA 调制器原理图清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 109(2)可变速率调制实现可变速率调制方法： 可变速率正交振幅调制(VR-QAM)。QAM是一种振幅和相位联合键控技术。电平数越多，每码元携带的信息比特数就越多。可变速率QAM是根据信道质量的好坏，自适应地增加或减少QAM的电平数，从而在保持一定传输质量的情况下，尽量提高通信系统的信息传输速率。实现VR-QAM的关键是如何实时判断信道条件的好坏，以改变QAM的电平数。 可变扩频

76、增益码分多址(VSG-CDMA)。这种技术依靠动态改变扩展增益和发射功率以实现不同业务速率的传输。在传输高速业务时降低扩频增益，为保证传输质量，可相应提高其发射功率；在传输低速业务时增大扩频增益，在保证业务质量的条件下，可适当降低其发射功率，以减少多址干扰。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 110 多码码分多址(MC-CDMA)。待传输的业务数据流经串/并变换后，分成多个(1，2，M)支路，支路的数目随业务数据流的速率而变，当业务数据速率小于或等于基本速率时，串/并变换器只输出一个支路；当业务数据速率大于基本速率而小于二倍基本速率时，串/

77、并变换输出两个支路；以此类推，最多可达M个支路，即最大业务速率可达基本速率的M 倍。MC-CDMA通信系统中的每个用户都用到两种码序列，一是区分不同用户身份的标志码PNi，二是区分不同支路的正交码集PN1，PN2，PNM，这样，第i个用户的第j个支流所用扩频码为Ci=PNiPNj。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 1112、智能天线技术 智能天线是一种自适应阵列天线，其基本原理是通过各阵元信号的加权幅度和相位来改变阵列的方向图形状，使天线的方向图可以在任意方向上具有尖峰或者凹陷，即具有测向和调零功能，能够把主波束对准入射信号并自适应实时跟

78、踪信号，同时将零点对准干扰信号，从而抑制干扰信号，提高信号的信噪比，改善整个通信系统的性能及能够识别不同的入射方向的直射波和反射波。 智能天线的阵元通常是按直线等距、圆周或平面等距方式排列，每个阵元为全向天线。当移动台距天线足够远，实际信号入射角的均值和方差满足一定条件时，可以近似地认为信号来自一个方向。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 112图10.33 智能天线结构示意图 (a)线阵 (b)圆阵(a)(b)清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 1133、多用户信号检测技术 多用户检测

79、(MD：Multi-user Detection)技术又称干扰消除。CDMA系统中多个用户的信号在时域和频域上是混叠的，接收时需要在数字域上用一定的信号分离方法把各个用户信号分离开来。信号分离的方法大致分为单用户检测技术和多用户检测技术两种。 MD基本思想是把所有用户的信号都当作有用信号，而不是当作干扰信号来对待。要充分利用多址干扰信号的结构特征和其中包含的用户间的互相关信息，通过各种算法来估计干扰，最终达到降低或消除干扰的目的。多用户信号检测技术中最佳方法是最大似然序列(MLSE)检测，它算法过于复杂，实现起来非常困难。近年来，人们研究出了各种次优化方法，大体可分为两类：去相关多用户检测、连

80、续干扰抵消多用户检测等。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 1144、无线ATM图10.34 无线ATM系统示意图清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 115 无线ATM系统大致由无线接入部分和移动ATM网络部分组成，前者的主要功能是无线传输、媒质接入控制和数据链路控制；后者是在ATM网络基础上增加移动控制功能，如越区切换、位置管理、路由选择、业务质量控制以及网络管理等。与常规的ATM类似，无线ATM信元的净荷可选为48字节(或24字节或16字节)。 清清 华华 大大 学学 出出 版版第第

81、10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 1165、软件无线电技术 软件无线电技术是随着计算机技术的发展、大规模集成电路技术的进步和芯片处理速度的提高特别是数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)等可编程数字器件的快速发展而出现的一种新的无线通信技术。传统的基于专用集成电路(ASIC)的无线通信系统的全部功能由硬件实现，只能工作于单一频段、单一调制方式，不同体系结构的通信系统难以相互沟通。而软件无线电是在一个通用、开放的硬件平台上采用软件技术通过可编程的DSP、FPGA实现无线通信系统的各种功能。在移动通信系统采用软件无线电技术，有益于实现与不同频带、带宽和调制方式通信

82、系统的互联互通；系统的升级和嵌入新技术更方便；便于开发新的增值业务；能更充分地利用有限的频谱资源。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 117 软件无线电的基本思想是高速A/D与D/A尽可能靠天线，所有基带信号处理都用软件方式替代硬件实施，建立一个“A/D-DSP-D/A”的公共硬件平台，用DSP进行软件处理，以实现尽可能多的无线通信功能。 图10.35 软件无线电系统结构图清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 118 软件无线电系统的关键部分为宽带多频段天线、高速A/D和D/A转换器以及高

83、速信号处理部分。宽带多频段天线采用多频段天线阵列，覆盖不同频程的几个窗口；高速A/D转换器的关键是采样速率和量化位数高速信号处理部分完成基带处理、调制解调、比特流处理和编解码等工作。 软件无线电技术的最大优点是基于同样的硬件环境，针对不同的功能采用不同的软件来实施，其系统升级、多种模式的运行可以自适应地完成。如可任意改变信道接入方式、调制方式、信号频带宽度、编解码运算、保密算法、网络协议和终端控制功能等。在实际应用中，要求发射机能判明可用的传输信道，探测可行的传播路径，选择合适的多址方式和调制方式，自适应控制天线波束使之指向正确方向和使用合适的功率电平等。接收机应能判明所需信道和邻近信道的能量

84、分布，识别接收信号的模式，自适应抵消干扰，能估计所需信号的多径特性，采用自适应均衡，最佳合并与利用所需信号的多径能量，对信道调制进行最佳译码和判决，并通过前向纠错以降低误码率等。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 1196、高效信道编译码技术 在3G主要提案中，除采用卷积编码技术和交织技术之外，还采用了Turbo编码技术及RS-卷积级联码技术。 Turbo编码器采用两个并行相连的系统递归卷积编码器，并辅之以一个交织器。两个卷积编码器的输出经并串转换以及凿孔(Puncture)操作后输出。Turbo解码器由首尾相接、中间由交织器和解交织器隔离

85、的两个以迭代方式工作的软判输出卷积解码器构成。 从计算机仿真结果来看，在交织器长度大于1000、软判输出卷积解码采用标准的最大后验概率(MAP)算法的条件下，其性能比约束长度为9的卷积码提高1至2.5dB。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 12010.4 第四代移动通信展望10.4.1 4G技术的特点 (1) 更高的工作频率及通信速率。4G是建立在新的频段(比如58 GHz乃至更高)上的无线通信系统，可以实现基于分组数据的高速数据传输：对高速移动用户(250Km/h)数据速率为2Mbps；对中速移动用户(60Km/h)数据速率为20Mbp

86、s；对低速移动用户(室内或步行者)数据速率为100Mbps。 (2) 更宽的网络频谱。4G网络在通信带宽上比3G网络的带宽高出许多，每个4G信道将占有约100MHz的频谱，相当于WCDMA网络的20倍。 (3) 较强的灵活性。采用智能技术使其能自适应地进行资源分配，能调整系统对通信过程中变化的业务流大小进行相应处理而满足通信要求。采用智能信号处理技术对信道条件不同的各种复杂环境都能进行信号的正常发送与接收，有很强的智能性、适应性和灵活性。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 121 (4) 业务的多样性。在未来的全球通信中，个人通信、信息系统

87、、广播和娱乐等各行业将会结合成一个整体。提供给用户比以往更广泛的服务与应用；系统的使用会更加的安全、方便与更加照顾用户的个性，4G技术能提供各种标准的通信业务。 (5) 高度自组织、自适应网络。基于全新网络体制的系统，其无线部分将是对新网络(智能的、支持多业务的、可进行移动管理)的“无线接入”。或者说，4G系统的网络将是一个完全自治、自适应的网络，它可以自动管理、动态改变自己的结构，以满足系统变化和发展的要求。 清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 1224G系统为宽带接入和分布网络，未来的4G网络系统将是一种全IP的网络结构(包括各种接入网

88、和核心网)，是一个融合广播电视网络(DAB和DVB)、无线蜂窝网络、卫星网络、无线局域网(WLAN)、蓝牙等系统和固定有线网络为一体的结构，各种类型的接入网通过媒体接入系统都能够无缝地接入基于IP的核心网，形成一个公共的、灵活的、可扩展的平台。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 12310.4.2 4G中的关键技术1、TDD技术与传输预处理技术 利用传输预处理技术可有效减低移动终端的复杂性。4G中的传输预处理技术主要有预RAKE(Pre-RAKE)技术和联合传输技术(JT)两种。由于TDD模式具有上下行信道互惠性，从而可以利用基站估计的上行

89、信道参数进行发送端的RAKE多径合并。在发送端进行RAKE多径合并后，会在移动终端形成可友好接收的信号，移动终端可以用一个简单的匹配器接收(单径接收机)而没有牺牲接收性能，这样就大幅度地降低了移动终端的复杂性和成本，其结果就象在发送端即基站预先做了一次RAKE接收，这种技术称为预RAKE技术。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 124图10.36 Pre-RAKE系统原理清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 125 在3G系统中使用联合检测技术(JD)，由于受手机处理能力的限制，会严重影响

90、下行链路性能和系统容量，于是，提出了一种新的联合传输技术。联合传输(JT)的基本思想是将下行手机中复杂的联合检测转移到基站中去，只在上行链路对信道进行估计，下行链路利用估计得到的信道冲激响应值把在移动台判决传输信号的任务交给基站来完成。这种方式使得移动台的数据只需一个简单的线性时变滤波器就可获得。联合传输可以提高系统性能，特别是系统容量，并且大大降低了接收机的计算量，进一步简化了手机处理，同时，JT技术的实现不需对现在通信标准作大的修改，商用前景很好。 清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 1262、OFDM技术 OFDM技术主要原理是把高速

91、的数据流通过串并变换，分配到传输速率较低的若干子信道中进行传输。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，而在频域内将给定信道分成许多正交的子信道。在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波独立地并行传输，这样，尽管总的信道是非平坦的。即具有频率选择性，但是每个子信道的频谱特性是相对平坦的。并且在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此，就可以消除符号间的干扰(ISI)，这样接收端可以不用信道均衡技术就能对接收信号进行解调。OFDM技术的最大优点是能对抗频率选择性衰落或窄带干扰，在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交，于是它们的频谱是相互重叠的。这样不但减小了子载波

92、间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。基于以上优点，OFDM技术被认为是第四代移动通信中的核心技术。 清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 1273、MIMO技术 MIMO技术指无线网络信号通过多重天线进行同步收发，在发射端和接收端均采用多天线(或阵列天线)和多通道，以提高传输率，增加系统容量，即信号通过多重切割之后经过多重天线进行同步传送。 图10.37 MIMO系统框图清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 1284、自适应编码调制(AMC)技术 AMC技术的本质是根据信道情况确定当前信道

93、的容量，根据容量确定合适的编码调制方式，以便最大限度地发送信息，实现较高的速率；而且，针对每个用户的信道质量变化，AMC都能提供可相应变化的调制编码方案，从而可提高速率和频谱利用率。信道状态信息可以根据系统的信道信噪比测量或其他相似的测量报告确定，然后，AMC根据CSI确定相应的编码和调制格式。当信道质量好时，可以采用效率较高的高阶调制方案，并结合较弱的信道进行编码或不编码，以提高传输速率和频谱利用率；当信道质量差时，则采用性能较好的低阶调制方案，并结合较强的信道编码，以对付信道变差带来的性能恶化。清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 129图10.38 AMC的调整算法示意图清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 130