移動通信基本原理要點課件

第2章移動通信基本原理2.1手機發(fā)展概況2.2移動通信網(wǎng)的組成2.3多址接入技術(shù)2.4語音處理技術(shù)2.5數(shù)字調(diào)制與解調(diào)技術(shù)2.6用戶通信終端設(shè)備2.7SIM卡與UIM卡習(xí)題二第2章移動通信基本原理2.1手機發(fā)展概況2.1手機發(fā)展概況1.模擬式手機模擬式手機泛指第一代移動通信的終端設(shè)備。第一代移動通信俗稱“本地通”，多采用TACS制，頻分多址（FDMA）方式。2.1手機發(fā)展概況1.模擬式手2.數(shù)字式手機現(xiàn)在正處于移動通信的第二階段，數(shù)字式手機泛指第二代移動通信的終端設(shè)備。第二代數(shù)字式手機，俗稱“全球通”，我國現(xiàn)有GSM、CDMA兩種制式。我國首先采用GSM制，它屬時分多址（TDMA）方式。2.數(shù)字式手機3.第三代手機實用的第三代手機已經(jīng)問世，主要采用CDMA2000技術(shù)。顯然，它必須與第三代移動通信相適應(yīng)，第三代手機應(yīng)具備以下幾個特點：（1）不僅能傳送語音信號，也為傳遞圖像信號奠定了基礎(chǔ)。（2）手機中可加裝微型攝像頭，可實時拍攝景物，使可視通信成為可能，可隨意撥打可視電話。3.第三代手機（3）由于通頻帶拓寬，通過無線電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能輕松地上網(wǎng)，能瀏覽網(wǎng)頁，收發(fā)電子郵件，能下載網(wǎng)上文件和圖片，實現(xiàn)多媒體通信。（4）手機與商務(wù)通渾然一體，能以手寫體錄入文字。（3）由于通頻帶拓寬，通過無線電網(wǎng)4.第四代手機第三代手機以能達到3G頻段為主要特征，第四代移動電話機的4G技術(shù)已經(jīng)問世。美國AT&T實驗室正在研究第四代移動通信技術(shù)，其研究的目標(biāo)是提高手機訪問互聯(lián)網(wǎng)的速率。目前，手機上網(wǎng)的連接速率大約為調(diào)制解調(diào)器的1/4，而采用4G技術(shù)的連接速率一開始就能達到撥號調(diào)制解調(diào)器的十幾倍，但現(xiàn)在還不能將這種技術(shù)轉(zhuǎn)向?qū)嵱没?。?-1為三代移動通信的主要特點。4.第四代手機表2-1三代移動通信的比較表2-1三代移動通信的比較5．小靈通PHS小靈通又叫無線市話，英文簡稱為PHS(PersonalHandphoneSystem)，是一種個人無線接入系統(tǒng)。在不少城市，“小靈通”已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚耐ㄐ殴ぞ??！靶§`通”采用的是微蜂窩技術(shù)，將用戶終端以無線的方式接入固定電話網(wǎng)，使傳統(tǒng)意義上的電話不再固定在某個位置，用戶可在小靈通網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)自由移動實現(xiàn)通信。正是由于無線市話小巧、價廉、環(huán)保的特點，人們親切地稱之為“小靈通”。5．小靈通PHS小靈通定位在對固定電話的補充與延伸上。它的最大特點是通信費用低廉，其手機發(fā)射功率小，平均發(fā)射功率為10mW，手機通話時間較長。但其室內(nèi)信號覆蓋比較差，且它的移動速度一般不能超過35km/h。在最后一章將詳細(xì)討論其工作原理。小靈通定位在對固定電話的補充與延伸上2.2移動通信網(wǎng)的組成1.2.1數(shù)字移動通信系統(tǒng)基本組成

一個數(shù)字移動通信系統(tǒng)主要由交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)NSS、基站子系統(tǒng)BSS和手機MS組成?；咀酉到y(tǒng)與移動電話機之間依賴無線信道來傳輸信息。移動通信系統(tǒng)與其他通信系統(tǒng)如PSTN固定電話網(wǎng)之間，需要通過中繼線相連，實現(xiàn)系統(tǒng)之間的互連互通，其組成框圖如圖1-1所示。當(dāng)然，對整個通信網(wǎng)絡(luò)需要進行管理和監(jiān)控，這是由操作維護子系統(tǒng)OMS來完成的。2.2移動通信網(wǎng)的組成1.2.1數(shù)字移動通信系統(tǒng)基圖1-1移動通信系統(tǒng)組成框圖圖1-1移動通信系統(tǒng)組成框圖1.手機MS終端設(shè)備就是移動客戶設(shè)備部分，它由兩部分組成：移動終端(MS)和客戶識別模塊（SIM）。移動終端在早期是以車載臺、便攜臺形式出現(xiàn)的，現(xiàn)在多為大眾化的移動電話機——手機所取代，車載臺仍有少量生產(chǎn)，主要用于通信部門和軍事上。1.手機MS2.基站子系統(tǒng)BSS基站又稱基地臺，它是一個能夠接收和發(fā)送信號的固定電臺，負(fù)責(zé)與手機進行通信。基站（BSS）系統(tǒng)是在一定的無線覆蓋區(qū)中由MSC控制，與MS進行通信的系統(tǒng)設(shè)備，它主要負(fù)責(zé)完成無線發(fā)送接收和無線資源管理等功能。功能實體可分為基站控制器（BSC）和基站收發(fā)信臺（BTS）。2.基站子系統(tǒng)BSS1）基站收發(fā)信臺BTSBTS完全由BSC控制，主要負(fù)責(zé)無線傳輸，完成無線與有線的轉(zhuǎn)換、無線分集、無線信道加密、跳頻等功能。2）基站控制器BSC基站控制器是基站的智能控制部分，負(fù)責(zé)本基站的收發(fā)信機的運行、呼叫管理、信道分配、呼叫接續(xù)等。一個基站控制器可以控制管理最多可達256個基站收發(fā)器。1）基站收發(fā)信臺BTS3．交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)NSS交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）主要完成交換功能和客戶數(shù)據(jù)與移動性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能。交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)NSS能在任意選定的兩條用戶線（或信道）之間建立和（而后）釋放一條通信鏈路，并實現(xiàn)整個通信系統(tǒng)的運行、管理。3．交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)NSS1）移動交換中心MSCMSC是計算機控制的全自動交換系統(tǒng)。MSC與基站以光纜相連進行通信，一個MSC可以管理數(shù)十個基站，并組成局域網(wǎng)。1）移動交換中心MSCMSC支持的呼叫業(yè)務(wù)是：（1）本地呼叫、長途呼叫和國際呼叫。（2）通過MSC進行移動用戶與市話、長話之間的聯(lián)系，控制不同蜂窩小區(qū)的運營。（3）支持移動電話機的越區(qū)切換、漫游、入網(wǎng)登錄和計費。MSC支持的呼叫業(yè)務(wù)是：2）訪問位置寄存器VLR訪問位置寄存器VLR是一個用于存儲來訪用戶信息的數(shù)據(jù)庫。一個VLR通常為一個MSC控制區(qū)服務(wù)，也可以為幾個相鄰的MSC控制區(qū)服務(wù)。移動臺MS的不斷移動導(dǎo)致了其位置信息的不斷變化，這種變化的位置信息在VLR中進行登記。2）訪問位置寄存器VLR3）歸屬位置寄存器HLRHLR是一種用來儲存本地用戶位置信息的數(shù)據(jù)庫。當(dāng)一個移動用戶購機后首次使用SIM卡加入蜂窩系統(tǒng)時，必須通過MSC在該地的HLR中登記注冊，把其有關(guān)參數(shù)存放在HLR中。4）鑒權(quán)中心AUC鑒權(quán)中心AUC的作用是可靠地識別用戶的身份，只允許有權(quán)用戶接入網(wǎng)絡(luò)并取得服務(wù)。3）歸屬位置寄存器HLR5）設(shè)備號識別寄存器EIR設(shè)備號識別寄存器EIR存放設(shè)備類型信息，每個移動電話機都有一個國際移動設(shè)備識別碼IMEI，EIR用來監(jiān)視和鑒別移動設(shè)備，并拒絕非法移動臺入網(wǎng)。5）設(shè)備號識別寄存器EIR6）操作維護子系統(tǒng)OMS操作維護子系統(tǒng)OMS，又稱操作維護中心。其任務(wù)主要是對整個GSM網(wǎng)絡(luò)進行管理和監(jiān)控。通過OMS實現(xiàn)對GSM網(wǎng)內(nèi)各種部件功能的監(jiān)視、狀態(tài)報告、故障診斷等功能。6）操作維護子系統(tǒng)OMS2.2.2CDMA數(shù)字移動通信系統(tǒng)的基本組成

各種CDMA系統(tǒng)的主要技術(shù)、具體構(gòu)成不完全相同，我國主要是聯(lián)通的800MHzCDMA數(shù)字系統(tǒng)。一種CDMA數(shù)字移動通信系統(tǒng)的基本組成如圖1-2所示。2.2.2CDMA數(shù)字移動通信系統(tǒng)的基本組成圖1-2CDMA數(shù)字移動通信系統(tǒng)基本組成圖1-2CDMA數(shù)字移動通信系統(tǒng)基本組成CDMA的基本組成與GSM的大同小異，交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)NSS、基站子系統(tǒng)BSS、操作維護子系統(tǒng)OMS和手機MS是必不可少的組成部分。圖1-2中，PCF部分主要實現(xiàn)對分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的處理功能。它能夠提供強大的分組數(shù)據(jù)處理能力，滿足用戶對高速分組數(shù)據(jù)的傳輸要求，能適應(yīng)目前和將來不斷增長的業(yè)務(wù)需要。OMC-R部分主要是對整個BSS子系統(tǒng)來進行管理和控制，它是整個BSS子系統(tǒng)的操作維護中心。CDMA的基本組成與GSM的大同小2.3多址接入技術(shù)多址技術(shù)就是要使眾多的客戶共用公共通信信道所采用的一種技術(shù)。實現(xiàn)多址的方法基本上有三種，即采用頻率、時間或碼元分割的多址方式，人們通常稱它們?yōu)轭l分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）。2.3多址接入技術(shù)多址技術(shù)就是要2.3.1頻分多址（FDMA）FDMA是把通信系統(tǒng)的總頻段劃分成若干個等間隔的頻道（或稱信道）分配給不同的用戶使用。這些頻道互不交疊，其寬度應(yīng)能傳輸一路話音或數(shù)據(jù)信息，而在相鄰頻道之間無明顯的串?dāng)_。如圖1-3所示。2.3.1頻分多址（FDMA）圖1-3頻分多址的頻道劃分圖1-3頻分多址的頻道劃分2.3.2時分多址（TDMA）

TDMA將每個頻帶信道分成若干時隙（時間片），然后把每個時隙再分配給每個用戶，根據(jù)一定的時隙分配原則，使各個移動用戶在每幀內(nèi)只能按指定的時隙向基站發(fā)送信號，在滿足定時和同步的條件下，基站可以分別在各時隙中接收到各個移動用戶的信號而不混擾。2.3.2時分多址（TDMA）圖2-4頻分多址和時分多址工作示意圖(a)FDMA；(b)TDMA圖2-4頻分多址和時分多址工作示意圖圖2-4中所示（(a)為FDMA，(b)為TDMA）是一個方向的情況，在相反方向上必定有一組對應(yīng)的頻率/時隙（FDMA/TDMA）。TDMA信道的劃分如圖1-5所示?，F(xiàn)在正廣泛使用的GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)采用的就是TDMA/FDMA相結(jié)合的方式。圖2-4中所示（(a)為FDMA，圖2-5TDMA信道的劃分圖2-5TDMA信道的劃分TDMA系統(tǒng)具有如下特性：(1)每載頻多路。（2）突發(fā)脈沖序列傳輸。（3）傳輸速率高，自適應(yīng)均衡。（4）傳輸開銷大。(5)對于新技術(shù)是開放的。（6）共享設(shè)備的成本低。TDMA系統(tǒng)具有如下特性：2.3.3碼分多址（CDMA）在碼分多址CDMA通信系統(tǒng)中，不同用戶傳輸信息所用的信號不是靠頻率不同或時隙不同來區(qū)分的，而是用不同的編碼序列來區(qū)分的，或者說，靠信號的不同波形來區(qū)分。如果從頻率域或時間域來觀察，多個CDMA信號是互相重疊的。2.3.3碼分多址（CDMA）在FDMA和TDMA系統(tǒng)中，為了擴大通信用戶容量，都盡力壓縮信道帶寬，但這種壓縮是有限度的，因為信道帶寬的變窄將導(dǎo)致通話質(zhì)量的下降。而CDMA卻相反，可大幅度地增加信道寬度，這是因為它采用了擴頻通信技術(shù)。在FDMA和TDMA系統(tǒng)中，為了擴CDMA的關(guān)鍵是所用擴頻碼有多少個不同的互相正交的碼序列，就有多少個不同的地址碼，也就有多少個碼分信道。為了擴大系統(tǒng)容量，人們正在致力于這種正交碼序列的編碼研究。CDMA按照其采用的擴頻調(diào)制方式的不同，可以分為直接序列擴頻（DS）、跳頻擴頻（FH）、跳時擴頻（TH）和復(fù)合式擴頻，如圖1-6所示。直接序列擴頻（DS-SS）CDMA發(fā)射和接收電路構(gòu)成如圖1-7所示。CDMA的關(guān)鍵是所用擴頻碼有多少個不圖2-6CDMA擴頻調(diào)制方式圖2-6CDMA擴頻調(diào)制方式圖2-7直接序列擴頻（DS-SS）發(fā)射和接收電路構(gòu)成框圖圖2-7直接序列擴頻（DS-SS）發(fā)射和接收電路構(gòu)成框圖CDMA技術(shù)近年得到了迅速的發(fā)展，正在成為一項全球性的無線通信技術(shù)，它具有如下優(yōu)點：（1）系統(tǒng)具有軟容量。（2）能實現(xiàn)多媒體通信。（3）語音質(zhì)量高。（4）無需防護間隔。（5）能實現(xiàn)軟切換。（6）保密性強。（7）實現(xiàn)低功耗。（8）建網(wǎng)成本下降。CDMA技術(shù)近年得到了迅速的發(fā)展，2.4語音處理技術(shù)2.4.1語音編碼由于GSM系統(tǒng)是一種全數(shù)字系統(tǒng)，語音或其它信號都要進行數(shù)字化處理，因而第一步要把語音模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號（即1和0的組合）。語音信號有多種編碼方式，但最基本的是脈沖編碼調(diào)制PCM。典型的脈沖編碼調(diào)制電路組成如圖1-8所示。2.4語音處理技術(shù)2.4.1語音編碼圖2-8脈沖編碼調(diào)制電路組成圖2-8脈沖編碼調(diào)制電路組成PCM編碼是采用A律波形編碼，分為三步：(1)采樣。(2)量化。(3)編碼。PCM編碼是采用A律波形編碼，分為聲碼器編碼可以是很低的速率（可以低于5kb／s），雖然不影響語音的可懂性，但語音的失真很大，很難分辨是誰在講話。波形編碼器語音質(zhì)量較高，但要求的比特速率相應(yīng)的較高。因此GSM系統(tǒng)語音編碼器是采用聲碼器和波形編碼器的混合物——混合編碼器，全稱為線性預(yù)測編碼-長期預(yù)測編碼-規(guī)則脈沖激勵編碼器（LPC-LTP-RPE編碼器），見圖1-9。聲碼器編碼可以是很低的速率（可以低于圖2-9GSM語音編碼器框圖圖2-9GSM語音編碼器框圖2.4.2信道編碼1.信道編碼的基本原理語音信號經(jīng)過語音編碼后，緊接著還要進行信道編碼。由語音編碼過程可以看出，采用LPC-LTP-RPE編碼方案，可以降低數(shù)字信號的傳輸速率，實現(xiàn)數(shù)字信號壓縮。2.4.2信道編碼采用數(shù)字傳輸時，所傳信號的質(zhì)量常常用接收比特中有多少是正確的來表示，并由此引出比特差錯率(BER)的概念。BER表明總比特率中有多少比特被檢測出錯誤，差錯比特數(shù)目或所占的比例要盡可能小。為了有所補益，可使用信道編碼。信道編碼能夠檢出和校正接收比特流中的差錯。這是因為加入一些冗余比特，把幾個比特上攜帶的信息擴散到更多的比特上。為此付出的代價是必須傳送比該信息所需要的更多的比特，但這種方法可以有效地減少數(shù)據(jù)差錯。采用數(shù)字傳輸時，所傳信號的質(zhì)量常常為了便于理解，我們舉一個簡單的例子加以說明。假定要傳輸?shù)男畔⑹且粋€“0”或是一個“1”，為了提高保護能力，各添加3個比特：信息添加比特發(fā)送比特0000000011111111為了便于理解，我們舉一個簡單的例子加對于每一比特(0或1)，只有一個有效的編碼組(0000或1111)。如果收到的不是0000或1111，就說明傳輸期間出現(xiàn)了差錯。比例關(guān)系是1∶4，必須發(fā)送的是該信息所需要的4倍的比特。保護作用如何?

接收編碼組可能為：00000010011001111111判決結(jié)果：00X11對于每一比特(0或1)，只有一個有圖2-10表示了數(shù)字信號傳輸?shù)倪^程，其中信源可以是語音、數(shù)據(jù)或圖像的電信號“s”，經(jīng)信源編碼構(gòu)成一個具有確定長度的數(shù)字信號序列“m”，人為地再按一定規(guī)則加進非信息數(shù)字序列，以構(gòu)成一個一個碼字“c”(信道編碼)，然后再經(jīng)調(diào)制器變換為適合信道傳輸?shù)男盘?。圖2-10表示了數(shù)字信號傳輸?shù)倪^程，圖2-10數(shù)字信息傳輸方框圖圖2-10數(shù)字信息傳輸方框圖移動通信的傳輸信道屬變參信道，它不僅會引起隨機錯誤，更主要的是會造成突發(fā)錯誤。隨機錯誤的特點是碼元間的錯誤互相獨立，即每個碼元的錯誤概率與它前后碼元的錯誤與否是無關(guān)的。分組編碼的原理框圖見圖2-11。卷積編碼的原理框圖見圖2-12。移動通信的傳輸信道屬變參信道，它不圖2-11分組編碼圖2-11分組編碼圖2-12卷積編碼圖2-12卷積編碼2．GSM數(shù)字語音的信道編碼在GSM系統(tǒng)中，上述兩種編碼方法均在使用。首先對一些信息比特進行分組編碼，構(gòu)成一個“信息分組+奇偶(檢驗)比特”的形式，然后對全部比特做卷積編碼，從而形成編碼比特。這兩次編碼適用于語音和數(shù)據(jù)二者，但它們的編碼方案略有差異。采用“兩次”編碼的好處是：在有差錯時，能校正的校正(利用卷積編碼特性)，能檢測的檢測(利用分組編碼特性)。2．GSM數(shù)字語音的信道編碼GSM系統(tǒng)首先是把語音分成20ms的音段，這20ms的音段通過語音編碼器被數(shù)字化和語音編碼，產(chǎn)生260個比特流，并被分成：(1)50個最重要比特。（2)132個重要比特。（3)78個不重要比特。如圖1-13所示，對上述50個最重要比特添加3個奇偶檢驗比特(分組編碼)，這53個比特同132個重要比特與4個尾比特一起卷積編碼，比率1∶2，因而得378個比特，另外78個比特不予保護。GSM系統(tǒng)首先是把語音分成20m圖2-13GSM數(shù)字話音的信道編碼圖2-13GSM數(shù)字話音的信道編碼2.4.3交織技術(shù)1．交織技術(shù)的一般原理假定由一些4比特組成的消息分組，把4個相繼分組中的第1個比特取出來，并讓這4個第1比特組成一個新的4比特分組，稱作第一幀，4個消息分組中的比特2～4，也作同樣處理，如圖1-14所示。

2.4.3交織技術(shù)圖2-14交織原理圖2-14交織原理2．GSM系統(tǒng)中交織方式在GSM系統(tǒng)中，信道編碼后進行交織。交織分為兩次，第一次交織為內(nèi)部交織，第二次交織為塊間交織。話音編碼器和信道編碼器將每一20ms語音數(shù)字化并編碼，提供456個比特。首先對它進行內(nèi)部交織，即將456個比特分成8幀，每幀57比特，見圖1-15。2．GSM系統(tǒng)中交織方式圖2-15GSM20ms話音編碼交織圖2-15GSM20ms話音編碼交織如果將同一20ms語音的2組57比特插入到同一普通突發(fā)脈沖序列中(見圖1-16)，那么該突發(fā)脈沖串丟失則會導(dǎo)致該20ms的語音損失25％的比特，顯然信道編碼難以恢復(fù)這么多丟失的比特。因此必須在兩個話音幀間再進行一次交織，即塊間交織。如果將同一20ms語音的2組57比圖2-16普通突發(fā)脈沖串圖2-16普通突發(fā)脈沖串把每20ms語音456比特分成的8幀為一個塊，假設(shè)有A、B、C、D四塊，見圖1-17。在第一個普通突發(fā)脈沖串中，兩個57比特組分別插入A塊和D塊的各1幀(插入方式如圖1-18所示.把每20ms語音456比特分成的8圖2-17話音信道編碼圖2-17話音信道編碼圖2-18二次交織圖2-18二次交織1.4.4CDMA系統(tǒng)的話音編碼目前CDMA系統(tǒng)的話音編碼主要有兩種，即碼激勵線性預(yù)測編碼(CELP)8kb/s和13kb/s。8kb/s的話音編碼達到GSM系統(tǒng)的13kb/s的話音水平甚至更好。13b/s的話音編碼已達到有線長途話音水平。CELP采用與脈沖激勵線性預(yù)測編碼相同的原理，只是將脈沖位置和幅度用一個矢量碼表代替。1.4.4CDMA系統(tǒng)的話音編碼2.5數(shù)字調(diào)制與解調(diào)技術(shù)1.5.1調(diào)制與解調(diào)

1.什么是調(diào)制人的耳朵能夠聽到語音的頻率在20～20000Hz的范圍內(nèi)。一般認(rèn)為只要有300～3400Hz，就足以表達說話的內(nèi)容了。如果考慮到語音的原始聲音和真實度問題，則需要50～15000Hz的頻率范圍。聲音范圍的頻率被稱作低頻或音頻。2.5數(shù)字調(diào)制與解調(diào)技術(shù)1.5.1調(diào)制與解調(diào)2.常見的調(diào)制—解調(diào)調(diào)制時必須具備調(diào)制信號和載波。調(diào)制信號可以分為模擬信號和數(shù)字信號。可供使用的載波有正弦波和方波。調(diào)制方式可以按照調(diào)制信號的形式和載波形式的組合來分類。表1-2示出了調(diào)制方式的分類情況，可以依照信息的形式、傳送線路的特性和對傳送質(zhì)量的要求來選擇調(diào)制方式。2.常見的調(diào)制—解調(diào)表2-2調(diào)制方式表2-2調(diào)制方式載波具有振幅、頻率、相位和寬度等要素。調(diào)制就是讓載波的某一個要素隨調(diào)制信號變化，如圖1-19所示。數(shù)字調(diào)制是指調(diào)制信號是數(shù)字基帶信號，載波為高頻正弦波的調(diào)制。與模擬調(diào)制相同，數(shù)字調(diào)制也同樣是讓載波的振幅、頻率或者相位產(chǎn)生變化，但調(diào)制信號是1或0。載波具有振幅、頻率、相位和寬度等要圖2-19載波的要素圖2-19載波的要素2.5.2數(shù)字移動通信系統(tǒng)的調(diào)制方式經(jīng)語音編碼后的信號是數(shù)字信號，此信號向外發(fā)送還需要經(jīng)過調(diào)制。應(yīng)用于移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，按信號相位是否連續(xù)可分為相位連續(xù)型調(diào)制和相位不連續(xù)型調(diào)制；按信號包絡(luò)是否恒定可分為恒包絡(luò)調(diào)制和非恒包絡(luò)調(diào)制。頻移鍵控FSK是數(shù)字信號的頻率調(diào)制，可看成調(diào)頻的一種特例。產(chǎn)生頻移鍵控信號的基本原理如圖1-20所示。2.5.2數(shù)字移動通信系統(tǒng)的調(diào)制方式圖2-20FSK基本原理示意圖圖2-20FSK基本原理示意圖傳送編碼為10001101，其工作波形示意如圖1-21所示。從圖中可以看出，F(xiàn)SK調(diào)制相當(dāng)于D/A變換，經(jīng)過調(diào)制后的數(shù)字信號變成了f1、f2二值頻率變化，顯然，這個信號具有模擬信號的特點。完成頻移鍵控后，接收端如何解調(diào)出這個二進制碼呢？FSK解調(diào)如圖2-22所示。傳送編碼為10001101，其工作圖2-21FSK波形示意圖圖2-21FSK波形示意圖圖2-22FSK解調(diào)圖2-22FSK解調(diào)1.5.3高斯最小頻移鍵控GMSK調(diào)制技術(shù)。其中應(yīng)用最多的是最小頻移鍵控MSK、平滑調(diào)頻TFM、高斯最小頻移鍵控GMSK。GSM系統(tǒng)采用高斯最小頻移鍵控GMSK。GMSK與FSK不同之處是：（1）在調(diào)制時，使高、低電平所調(diào)制的兩個頻率f1、f2盡可能接近，即頻移最小，這樣可節(jié)省頻帶。1.5.3高斯最小頻移鍵控GMSK（2）GMSK調(diào)制可以控制相位的連續(xù)性，在每個碼元持續(xù)期Ts內(nèi)，頻移恰好引起π/2的相位變化。（3）在MSK之前加入了高斯濾波器，因其濾波特性與高斯曲線相似，故以此相稱。GMSK信號產(chǎn)生原理如圖1-23所示，電路框圖如圖1-24所示。（2）GMSK調(diào)制可以控制相位的連續(xù)性，圖2-23GMSK信號產(chǎn)生原理圖2-23GMSK信號產(chǎn)生原理圖2-24GMSK調(diào)制器電路框圖圖2-24GMSK調(diào)制器電路框圖2.6用戶通信終端設(shè)備1.6.1手機組成手機與SIM卡共同構(gòu)成GSM移動通信系統(tǒng)的終端設(shè)備，也是移動通信系統(tǒng)的重要組成部分。雖然手機品牌、型號眾多，但從電路結(jié)構(gòu)上都可簡單地分為射頻部分、邏輯音頻部分、接口部分和電源部分。手機的簡單組成框圖如圖1-25所示。2.6用戶通信終端設(shè)備1.6.1手機組成圖2-25GSM手機組成框圖圖2-25GSM手機組成框圖1)射頻部分射頻部分由天線、接收、發(fā)送、調(diào)制解調(diào)器和振蕩器等高頻系統(tǒng)組成。2）邏輯音頻部分發(fā)送通道的處理包括語音編碼、信道編碼、加密、TDMA幀形成。3)接口部分接口模塊包括模擬語音接口、數(shù)字接口及人機接口三部分。1)射頻部分4）電源電源部分為射頻部分和邏輯部分供電，同時又受到邏輯部分的控制。另外，軟件也是手機的重要組成部分。手機的整個工作過程由CPU(中央處理器)控制，CPU由其內(nèi)部的軟件程序控制，而軟件程序來源于GSM規(guī)范。后面的章節(jié)將詳細(xì)介紹各部分電路的組成和功能。雙頻GSM手機的技術(shù)指標(biāo)見表1-3。4）電源表2-3雙頻GSM手機的技術(shù)指標(biāo)表2-3雙頻GSM手機的技術(shù)指標(biāo)2.6.2CDMA手機1．CDMA手機技術(shù)指標(biāo)CDMA手機一般的技術(shù)指標(biāo)見表1-4。2.6.2CDMA手機表2-4CDMA手機的技術(shù)指標(biāo)表2-4CDMA手機的技術(shù)指標(biāo)2．CDMA手機比GSM手機更具有優(yōu)越性（1）接通率高。（2）手機電池的使用壽命延長。（3）“綠色手機”。（4）話音質(zhì)量高。（5）不易掉話。（6）保密性能更好。2．CDMA手機比GSM手機更具有優(yōu)越性2.7SIM卡與UIM卡1.7.1概述手機與SIM卡共同構(gòu)成移動通信終端設(shè)備。GSM手機用戶在“入網(wǎng)”時會得到一張SIM卡，機卡分離式CDMA手機“入網(wǎng)”時也需配置UIM卡，SIM或UIM卡是“用戶識別模塊”的意思。2.7SIM卡與UIM卡1.7.1概述2.7.2手機卡的內(nèi)容手機卡是一張符合通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)范的“智能”卡，它內(nèi)部包含了與用戶有關(guān)的、被存儲在用戶這一方的信息。SIM卡內(nèi)部保存的數(shù)據(jù)可以歸納為以下四種類型：2.7.2手機卡的內(nèi)容（1）由SIM卡生產(chǎn)商存入的系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)，如生產(chǎn)廠商代碼、生產(chǎn)串號、SIM卡資源配置數(shù)據(jù)等基本參數(shù)。（2）由GSM網(wǎng)絡(luò)運營商寫入的SIM卡所屬網(wǎng)絡(luò)與用戶有關(guān)的、被存儲在用戶這一方的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和用戶數(shù)據(jù)等，包括：（1）由SIM卡生產(chǎn)商存入的系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)①鑒權(quán)和加密信息Ki(Kc算法輸入?yún)?shù)之一：密鑰號)②國際移動用戶號（IMSI）；③A3：IMSI認(rèn)證算法；④A5：加密密鑰生成算法；⑤A8：密鑰（Kc）生成前，用戶密鑰（Kc）生成算法；⑥移動電話機用戶號碼、呼叫限制信息等。①鑒權(quán)和加密信息Ki(Kc算法輸入?yún)?shù)之一：密鑰號)（3）由用戶自己存入的數(shù)據(jù)。如縮位撥號信息、電話號碼簿、移動電話機通信狀態(tài)設(shè)置等。（4）用戶在使用SIM卡過程中自動存入及更新的網(wǎng)絡(luò)接續(xù)和用戶信息。（3）由用戶自己存入的數(shù)據(jù)。如縮位撥號在實際使用中有兩種功能相同而形式不同的SIM卡：(1)卡片式(俗稱大卡)SIM卡，這種形式的SIM卡符合有關(guān)IC卡的ISO標(biāo)準(zhǔn)，類似IC卡。(2)嵌入式(俗稱小卡)SIM卡，其大小只有25mm×15mm，是半永久性地裝入到移動臺設(shè)備中的卡。在實際使用中有兩種功能相同而形式不同的圖2-26SIM卡外形圖2-26SIM卡外形2.7.3SIM卡的構(gòu)造SIM卡是帶有微處理器的芯片，包括五個模塊，每個模塊對應(yīng)一個功能：微處理器、程序存儲器、工作存儲器、數(shù)據(jù)存儲器和串行通信單元。最少有五個端口：①電源；②時鐘；③數(shù)據(jù)；④復(fù)位；⑤接地端。圖1-27為SIM卡觸點端口功能，圖1-28為移動電話機中SIM卡座。

2.7.3SIM卡的構(gòu)造圖2-27SIM卡觸點功能圖2-27SIM卡觸點功能圖2-28SIM卡座圖2-28SIM卡座2.7.4SIM卡相關(guān)知識

1.國際移動設(shè)備識別碼（IMEI碼）

在移動電話機背面標(biāo)簽上有一些代碼，這些代碼有其特殊的含義。首先是15位數(shù)字組成的國際移動設(shè)備識別碼（IMEI碼），每部移動電話機出廠時設(shè)置的該號碼是全世界惟一的，作為移動電話機本身的識別碼，不僅標(biāo)在機背的標(biāo)簽上，還以電子方式存儲于移動電話機中，具體地說是在移動電話機電路板中的電可擦除存儲器（EEPROM）中。IMEI碼各部分含義如下：2.7.4SIM卡相關(guān)知識第1～6位數(shù)字（TAC（6位））——型號批準(zhǔn)號，由歐洲型號批準(zhǔn)中心分配；第7～8位數(shù)字（FAC（2位））——最后裝配號碼，表示生產(chǎn)廠家或最后裝配所在地，由廠家進行編碼；第9～14位數(shù)字（SNR（6位））——序號碼，這個獨立序號惟一地識別每個TAC和FAC中的每個移動設(shè)備；第15位數(shù)字（SP（1位））——備用，一般為0。第1～6位數(shù)字（TAC（6位））——2.開戶管理開戶管理主要是在辦理登記和購機時選定移動電話機號碼。只有在運營商指定的業(yè)務(wù)處，或電信管理部門授權(quán)允許經(jīng)營移動電話機的商業(yè)點購機，才給予辦理入網(wǎng)登記手續(xù)，允許入網(wǎng)使用。3.收費管理目前收費管理分為開戶入網(wǎng)收費和通話計費管理。開戶入網(wǎng)費包括開戶費和SIM卡費，不同的GSM網(wǎng)絡(luò)運營商的此項費用價格也不同，而且和地區(qū)也有關(guān)。2.開戶管理2.7.5UIM卡機卡分離式CDMA手機，“入網(wǎng)”時需要配置UIM卡（機卡一體式手機無須配置）。UIM卡功能、外型與SIM卡相似，同樣有電源、時鐘、數(shù)據(jù)、復(fù)位、接地端，只是各個觸點的具體位置排列與SIM略有差異。相應(yīng)的，CDMA手機中必須有一個UIM卡電路，以給UIM卡提供電源、時鐘、數(shù)據(jù)、復(fù)位等。2.7.5UIM卡習(xí)題二1. 簡述手機的發(fā)展概況。2. 說明數(shù)字移動通信系統(tǒng)的基本組成。3. 什么是多址接入技術(shù)？有哪些基本方法？4. CDMA技術(shù)有什么特點？5. 什么是信道編碼？信源編碼與信道編碼有什么不同？6. 什么是交織技術(shù)？7. 什么是信號調(diào)制技術(shù)？習(xí)題二1. 簡述手機的發(fā)展概況。8.GSM系統(tǒng)采用什么調(diào)制方法？畫出GMSK調(diào)制電路的框圖。9.簡述GSM手機的組成。10．試比較CDMA手機、GSM手機的技術(shù)指標(biāo)，它們有什么異同？8.GSM系統(tǒng)采用什么調(diào)制方法？畫第2章移動通信基本原理2.1手機發(fā)展概況2.2移動通信網(wǎng)的組成2.3多址接入技術(shù)2.4語音處理技術(shù)2.5數(shù)字調(diào)制與解調(diào)技術(shù)2.6用戶通信終端設(shè)備2.7SIM卡與UIM卡習(xí)題二第2章移動通信基本原理2.1手機發(fā)展概況2.1手機發(fā)展概況1.模擬式手機模擬式手機泛指第一代移動通信的終端設(shè)備。第一代移動通信俗稱“本地通”，多采用TACS制，頻分多址（FDMA）方式。2.1手機發(fā)展概況1.模擬式手2.數(shù)字式手機現(xiàn)在正處于移動通信的第二階段，數(shù)字式手機泛指第二代移動通信的終端設(shè)備。第二代數(shù)字式手機，俗稱“全球通”，我國現(xiàn)有GSM、CDMA兩種制式。我國首先采用GSM制，它屬時分多址（TDMA）方式。2.數(shù)字式手機3.第三代手機實用的第三代手機已經(jīng)問世，主要采用CDMA2000技術(shù)。顯然，它必須與第三代移動通信相適應(yīng)，第三代手機應(yīng)具備以下幾個特點：（1）不僅能傳送語音信號，也為傳遞圖像信號奠定了基礎(chǔ)。（2）手機中可加裝微型攝像頭，可實時拍攝景物，使可視通信成為可能，可隨意撥打可視電話。3.第三代手機（3）由于通頻帶拓寬，通過無線電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能輕松地上網(wǎng)，能瀏覽網(wǎng)頁，收發(fā)電子郵件，能下載網(wǎng)上文件和圖片，實現(xiàn)多媒體通信。（4）手機與商務(wù)通渾然一體，能以手寫體錄入文字。（3）由于通頻帶拓寬，通過無線電網(wǎng)4.第四代手機第三代手機以能達到3G頻段為主要特征，第四代移動電話機的4G技術(shù)已經(jīng)問世。美國AT&T實驗室正在研究第四代移動通信技術(shù)，其研究的目標(biāo)是提高手機訪問互聯(lián)網(wǎng)的速率。目前，手機上網(wǎng)的連接速率大約為調(diào)制解調(diào)器的1/4，而采用4G技術(shù)的連接速率一開始就能達到撥號調(diào)制解調(diào)器的十幾倍，但現(xiàn)在還不能將這種技術(shù)轉(zhuǎn)向?qū)嵱没１?-1為三代移動通信的主要特點。4.第四代手機表2-1三代移動通信的比較表2-1三代移動通信的比較5．小靈通PHS小靈通又叫無線市話，英文簡稱為PHS(PersonalHandphoneSystem)，是一種個人無線接入系統(tǒng)。在不少城市，“小靈通”已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚耐ㄐ殴ぞ?。“小靈通”采用的是微蜂窩技術(shù)，將用戶終端以無線的方式接入固定電話網(wǎng)，使傳統(tǒng)意義上的電話不再固定在某個位置，用戶可在小靈通網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)自由移動實現(xiàn)通信。正是由于無線市話小巧、價廉、環(huán)保的特點，人們親切地稱之為“小靈通”。5．小靈通PHS小靈通定位在對固定電話的補充與延伸上。它的最大特點是通信費用低廉，其手機發(fā)射功率小，平均發(fā)射功率為10mW，手機通話時間較長。但其室內(nèi)信號覆蓋比較差，且它的移動速度一般不能超過35km/h。在最后一章將詳細(xì)討論其工作原理。小靈通定位在對固定電話的補充與延伸上2.2移動通信網(wǎng)的組成1.2.1數(shù)字移動通信系統(tǒng)基本組成

一個數(shù)字移動通信系統(tǒng)主要由交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)NSS、基站子系統(tǒng)BSS和手機MS組成。基站子系統(tǒng)與移動電話機之間依賴無線信道來傳輸信息。移動通信系統(tǒng)與其他通信系統(tǒng)如PSTN固定電話網(wǎng)之間，需要通過中繼線相連，實現(xiàn)系統(tǒng)之間的互連互通，其組成框圖如圖1-1所示。當(dāng)然，對整個通信網(wǎng)絡(luò)需要進行管理和監(jiān)控，這是由操作維護子系統(tǒng)OMS來完成的。2.2移動通信網(wǎng)的組成1.2.1數(shù)字移動通信系統(tǒng)基圖1-1移動通信系統(tǒng)組成框圖圖1-1移動通信系統(tǒng)組成框圖1.手機MS終端設(shè)備就是移動客戶設(shè)備部分，它由兩部分組成：移動終端(MS)和客戶識別模塊（SIM）。移動終端在早期是以車載臺、便攜臺形式出現(xiàn)的，現(xiàn)在多為大眾化的移動電話機——手機所取代，車載臺仍有少量生產(chǎn)，主要用于通信部門和軍事上。1.手機MS2.基站子系統(tǒng)BSS基站又稱基地臺，它是一個能夠接收和發(fā)送信號的固定電臺，負(fù)責(zé)與手機進行通信。基站（BSS）系統(tǒng)是在一定的無線覆蓋區(qū)中由MSC控制，與MS進行通信的系統(tǒng)設(shè)備，它主要負(fù)責(zé)完成無線發(fā)送接收和無線資源管理等功能。功能實體可分為基站控制器（BSC）和基站收發(fā)信臺（BTS）。2.基站子系統(tǒng)BSS1）基站收發(fā)信臺BTSBTS完全由BSC控制，主要負(fù)責(zé)無線傳輸，完成無線與有線的轉(zhuǎn)換、無線分集、無線信道加密、跳頻等功能。2）基站控制器BSC基站控制器是基站的智能控制部分，負(fù)責(zé)本基站的收發(fā)信機的運行、呼叫管理、信道分配、呼叫接續(xù)等。一個基站控制器可以控制管理最多可達256個基站收發(fā)器。1）基站收發(fā)信臺BTS3．交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)NSS交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）主要完成交換功能和客戶數(shù)據(jù)與移動性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能。交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)NSS能在任意選定的兩條用戶線（或信道）之間建立和（而后）釋放一條通信鏈路，并實現(xiàn)整個通信系統(tǒng)的運行、管理。3．交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)NSS1）移動交換中心MSCMSC是計算機控制的全自動交換系統(tǒng)。MSC與基站以光纜相連進行通信，一個MSC可以管理數(shù)十個基站，并組成局域網(wǎng)。1）移動交換中心MSCMSC支持的呼叫業(yè)務(wù)是：（1）本地呼叫、長途呼叫和國際呼叫。（2）通過MSC進行移動用戶與市話、長話之間的聯(lián)系，控制不同蜂窩小區(qū)的運營。（3）支持移動電話機的越區(qū)切換、漫游、入網(wǎng)登錄和計費。MSC支持的呼叫業(yè)務(wù)是：2）訪問位置寄存器VLR訪問位置寄存器VLR是一個用于存儲來訪用戶信息的數(shù)據(jù)庫。一個VLR通常為一個MSC控制區(qū)服務(wù)，也可以為幾個相鄰的MSC控制區(qū)服務(wù)。移動臺MS的不斷移動導(dǎo)致了其位置信息的不斷變化，這種變化的位置信息在VLR中進行登記。2）訪問位置寄存器VLR3）歸屬位置寄存器HLRHLR是一種用來儲存本地用戶位置信息的數(shù)據(jù)庫。當(dāng)一個移動用戶購機后首次使用SIM卡加入蜂窩系統(tǒng)時，必須通過MSC在該地的HLR中登記注冊，把其有關(guān)參數(shù)存放在HLR中。4）鑒權(quán)中心AUC鑒權(quán)中心AUC的作用是可靠地識別用戶的身份，只允許有權(quán)用戶接入網(wǎng)絡(luò)并取得服務(wù)。3）歸屬位置寄存器HLR5）設(shè)備號識別寄存器EIR設(shè)備號識別寄存器EIR存放設(shè)備類型信息，每個移動電話機都有一個國際移動設(shè)備識別碼IMEI，EIR用來監(jiān)視和鑒別移動設(shè)備，并拒絕非法移動臺入網(wǎng)。5）設(shè)備號識別寄存器EIR6）操作維護子系統(tǒng)OMS操作維護子系統(tǒng)OMS，又稱操作維護中心。其任務(wù)主要是對整個GSM網(wǎng)絡(luò)進行管理和監(jiān)控。通過OMS實現(xiàn)對GSM網(wǎng)內(nèi)各種部件功能的監(jiān)視、狀態(tài)報告、故障診斷等功能。6）操作維護子系統(tǒng)OMS2.2.2CDMA數(shù)字移動通信系統(tǒng)的基本組成

各種CDMA系統(tǒng)的主要技術(shù)、具體構(gòu)成不完全相同，我國主要是聯(lián)通的800MHzCDMA數(shù)字系統(tǒng)。一種CDMA數(shù)字移動通信系統(tǒng)的基本組成如圖1-2所示。2.2.2CDMA數(shù)字移動通信系統(tǒng)的基本組成圖1-2CDMA數(shù)字移動通信系統(tǒng)基本組成圖1-2CDMA數(shù)字移動通信系統(tǒng)基本組成CDMA的基本組成與GSM的大同小異，交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)NSS、基站子系統(tǒng)BSS、操作維護子系統(tǒng)OMS和手機MS是必不可少的組成部分。圖1-2中，PCF部分主要實現(xiàn)對分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的處理功能。它能夠提供強大的分組數(shù)據(jù)處理能力，滿足用戶對高速分組數(shù)據(jù)的傳輸要求，能適應(yīng)目前和將來不斷增長的業(yè)務(wù)需要。OMC-R部分主要是對整個BSS子系統(tǒng)來進行管理和控制，它是整個BSS子系統(tǒng)的操作維護中心。CDMA的基本組成與GSM的大同小2.3多址接入技術(shù)多址技術(shù)就是要使眾多的客戶共用公共通信信道所采用的一種技術(shù)。實現(xiàn)多址的方法基本上有三種，即采用頻率、時間或碼元分割的多址方式，人們通常稱它們?yōu)轭l分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）。2.3多址接入技術(shù)多址技術(shù)就是要2.3.1頻分多址（FDMA）FDMA是把通信系統(tǒng)的總頻段劃分成若干個等間隔的頻道（或稱信道）分配給不同的用戶使用。這些頻道互不交疊，其寬度應(yīng)能傳輸一路話音或數(shù)據(jù)信息，而在相鄰頻道之間無明顯的串?dāng)_。如圖1-3所示。2.3.1頻分多址（FDMA）圖1-3頻分多址的頻道劃分圖1-3頻分多址的頻道劃分2.3.2時分多址（TDMA）

TDMA將每個頻帶信道分成若干時隙（時間片），然后把每個時隙再分配給每個用戶，根據(jù)一定的時隙分配原則，使各個移動用戶在每幀內(nèi)只能按指定的時隙向基站發(fā)送信號，在滿足定時和同步的條件下，基站可以分別在各時隙中接收到各個移動用戶的信號而不混擾。2.3.2時分多址（TDMA）圖2-4頻分多址和時分多址工作示意圖(a)FDMA；(b)TDMA圖2-4頻分多址和時分多址工作示意圖圖2-4中所示（(a)為FDMA，(b)為TDMA）是一個方向的情況，在相反方向上必定有一組對應(yīng)的頻率/時隙（FDMA/TDMA）。TDMA信道的劃分如圖1-5所示。現(xiàn)在正廣泛使用的GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)采用的就是TDMA/FDMA相結(jié)合的方式。圖2-4中所示（(a)為FDMA，圖2-5TDMA信道的劃分圖2-5TDMA信道的劃分TDMA系統(tǒng)具有如下特性：(1)每載頻多路。（2）突發(fā)脈沖序列傳輸。（3）傳輸速率高，自適應(yīng)均衡。（4）傳輸開銷大。(5)對于新技術(shù)是開放的。（6）共享設(shè)備的成本低。TDMA系統(tǒng)具有如下特性：2.3.3碼分多址（CDMA）在碼分多址CDMA通信系統(tǒng)中，不同用戶傳輸信息所用的信號不是靠頻率不同或時隙不同來區(qū)分的，而是用不同的編碼序列來區(qū)分的，或者說，靠信號的不同波形來區(qū)分。如果從頻率域或時間域來觀察，多個CDMA信號是互相重疊的。2.3.3碼分多址（CDMA）在FDMA和TDMA系統(tǒng)中，為了擴大通信用戶容量，都盡力壓縮信道帶寬，但這種壓縮是有限度的，因為信道帶寬的變窄將導(dǎo)致通話質(zhì)量的下降。而CDMA卻相反，可大幅度地增加信道寬度，這是因為它采用了擴頻通信技術(shù)。在FDMA和TDMA系統(tǒng)中，為了擴CDMA的關(guān)鍵是所用擴頻碼有多少個不同的互相正交的碼序列，就有多少個不同的地址碼，也就有多少個碼分信道。為了擴大系統(tǒng)容量，人們正在致力于這種正交碼序列的編碼研究。CDMA按照其采用的擴頻調(diào)制方式的不同，可以分為直接序列擴頻（DS）、跳頻擴頻（FH）、跳時擴頻（TH）和復(fù)合式擴頻，如圖1-6所示。直接序列擴頻（DS-SS）CDMA發(fā)射和接收電路構(gòu)成如圖1-7所示。CDMA的關(guān)鍵是所用擴頻碼有多少個不圖2-6CDMA擴頻調(diào)制方式圖2-6CDMA擴頻調(diào)制方式圖2-7直接序列擴頻（DS-SS）發(fā)射和接收電路構(gòu)成框圖圖2-7直接序列擴頻（DS-SS）發(fā)射和接收電路構(gòu)成框圖CDMA技術(shù)近年得到了迅速的發(fā)展，正在成為一項全球性的無線通信技術(shù)，它具有如下優(yōu)點：（1）系統(tǒng)具有軟容量。（2）能實現(xiàn)多媒體通信。（3）語音質(zhì)量高。（4）無需防護間隔。（5）能實現(xiàn)軟切換。（6）保密性強。（7）實現(xiàn)低功耗。（8）建網(wǎng)成本下降。CDMA技術(shù)近年得到了迅速的發(fā)展，2.4語音處理技術(shù)2.4.1語音編碼由于GSM系統(tǒng)是一種全數(shù)字系統(tǒng)，語音或其它信號都要進行數(shù)字化處理，因而第一步要把語音模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號（即1和0的組合）。語音信號有多種編碼方式，但最基本的是脈沖編碼調(diào)制PCM。典型的脈沖編碼調(diào)制電路組成如圖1-8所示。2.4語音處理技術(shù)2.4.1語音編碼圖2-8脈沖編碼調(diào)制電路組成圖2-8脈沖編碼調(diào)制電路組成PCM編碼是采用A律波形編碼，分為三步：(1)采樣。(2)量化。(3)編碼。PCM編碼是采用A律波形編碼，分為聲碼器編碼可以是很低的速率（可以低于5kb／s），雖然不影響語音的可懂性，但語音的失真很大，很難分辨是誰在講話。波形編碼器語音質(zhì)量較高，但要求的比特速率相應(yīng)的較高。因此GSM系統(tǒng)語音編碼器是采用聲碼器和波形編碼器的混合物——混合編碼器，全稱為線性預(yù)測編碼-長期預(yù)測編碼-規(guī)則脈沖激勵編碼器（LPC-LTP-RPE編碼器），見圖1-9。聲碼器編碼可以是很低的速率（可以低于圖2-9GSM語音編碼器框圖圖2-9GSM語音編碼器框圖2.4.2信道編碼1.信道編碼的基本原理語音信號經(jīng)過語音編碼后，緊接著還要進行信道編碼。由語音編碼過程可以看出，采用LPC-LTP-RPE編碼方案，可以降低數(shù)字信號的傳輸速率，實現(xiàn)數(shù)字信號壓縮。2.4.2信道編碼采用數(shù)字傳輸時，所傳信號的質(zhì)量常常用接收比特中有多少是正確的來表示，并由此引出比特差錯率(BER)的概念。BER表明總比特率中有多少比特被檢測出錯誤，差錯比特數(shù)目或所占的比例要盡可能小。為了有所補益，可使用信道編碼。信道編碼能夠檢出和校正接收比特流中的差錯。這是因為加入一些冗余比特，把幾個比特上攜帶的信息擴散到更多的比特上。為此付出的代價是必須傳送比該信息所需要的更多的比特，但這種方法可以有效地減少數(shù)據(jù)差錯。采用數(shù)字傳輸時，所傳信號的質(zhì)量常常為了便于理解，我們舉一個簡單的例子加以說明。假定要傳輸?shù)男畔⑹且粋€“0”或是一個“1”，為了提高保護能力，各添加3個比特：信息添加比特發(fā)送比特0000000011111111為了便于理解，我們舉一個簡單的例子加對于每一比特(0或1)，只有一個有效的編碼組(0000或1111)。如果收到的不是0000或1111，就說明傳輸期間出現(xiàn)了差錯。比例關(guān)系是1∶4，必須發(fā)送的是該信息所需要的4倍的比特。保護作用如何?

接收編碼組可能為：00000010011001111111判決結(jié)果：00X11對于每一比特(0或1)，只有一個有圖2-10表示了數(shù)字信號傳輸?shù)倪^程，其中信源可以是語音、數(shù)據(jù)或圖像的電信號“s”，經(jīng)信源編碼構(gòu)成一個具有確定長度的數(shù)字信號序列“m”，人為地再按一定規(guī)則加進非信息數(shù)字序列，以構(gòu)成一個一個碼字“c”(信道編碼)，然后再經(jīng)調(diào)制器變換為適合信道傳輸?shù)男盘?。圖2-10表示了數(shù)字信號傳輸?shù)倪^程，圖2-10數(shù)字信息傳輸方框圖圖2-10數(shù)字信息傳輸方框圖移動通信的傳輸信道屬變參信道，它不僅會引起隨機錯誤，更主要的是會造成突發(fā)錯誤。隨機錯誤的特點是碼元間的錯誤互相獨立，即每個碼元的錯誤概率與它前后碼元的錯誤與否是無關(guān)的。分組編碼的原理框圖見圖2-11。卷積編碼的原理框圖見圖2-12。移動通信的傳輸信道屬變參信道，它不圖2-11分組編碼圖2-11分組編碼圖2-12卷積編碼圖2-12卷積編碼2．GSM數(shù)字語音的信道編碼在GSM系統(tǒng)中，上述兩種編碼方法均在使用。首先對一些信息比特進行分組編碼，構(gòu)成一個“信息分組+奇偶(檢驗)比特”的形式，然后對全部比特做卷積編碼，從而形成編碼比特。這兩次編碼適用于語音和數(shù)據(jù)二者，但它們的編碼方案略有差異。采用“兩次”編碼的好處是：在有差錯時，能校正的校正(利用卷積編碼特性)，能檢測的檢測(利用分組編碼特性)。2．GSM數(shù)字語音的信道編碼GSM系統(tǒng)首先是把語音分成20ms的音段，這20ms的音段通過語音編碼器被數(shù)字化和語音編碼，產(chǎn)生260個比特流，并被分成：(1)50個最重要比特。（2)132個重要比特。（3)78個不重要比特。如圖1-13所示，對上述50個最重要比特添加3個奇偶檢驗比特(分組編碼)，這53個比特同132個重要比特與4個尾比特一起卷積編碼，比率1∶2，因而得378個比特，另外78個比特不予保護。GSM系統(tǒng)首先是把語音分成20m圖2-13GSM數(shù)字話音的信道編碼圖2-13GSM數(shù)字話音的信道編碼2.4.3交織技術(shù)1．交織技術(shù)的一般原理假定由一些4比特組成的消息分組，把4個相繼分組中的第1個比特取出來，并讓這4個第1比特組成一個新的4比特分組，稱作第一幀，4個消息分組中的比特2～4，也作同樣處理，如圖1-14所示。

2.4.3交織技術(shù)圖2-14交織原理圖2-14交織原理2．GSM系統(tǒng)中交織方式在GSM系統(tǒng)中，信道編碼后進行交織。交織分為兩次，第一次交織為內(nèi)部交織，第二次交織為塊間交織。話音編碼器和信道編碼器將每一20ms語音數(shù)字化并編碼，提供456個比特。首先對它進行內(nèi)部交織，即將456個比特分成8幀，每幀57比特，見圖1-15。2．GSM系統(tǒng)中交織方式圖2-15GSM20ms話音編碼交織圖2-15GSM20ms話音編碼交織如果將同一20ms語音的2組57比特插入到同一普通突發(fā)脈沖序列中(見圖1-16)，那么該突發(fā)脈沖串丟失則會導(dǎo)致該20ms的語音損失25％的比特，顯然信道編碼難以恢復(fù)這么多丟失的比特。因此必須在兩個話音幀間再進行一次交織，即塊間交織。如果將同一20ms語音的2組57比圖2-16普通突發(fā)脈沖串圖2-16普通突發(fā)脈沖串把每20ms語音456比特分成的8幀為一個塊，假設(shè)有A、B、C、D四塊，見圖1-17。在第一個普通突發(fā)脈沖串中，兩個57比特組分別插入A塊和D塊的各1幀(插入方式如圖1-18所示.把每20ms語音456比特分成的8圖2-17話音信道編碼圖2-17話音信道編碼圖2-18二次交織圖2-18二次交織1.4.4CDMA系統(tǒng)的話音編碼目前CDMA系統(tǒng)的話音編碼主要有兩種，即碼激勵線性預(yù)測編碼(CELP)8kb/s和13kb/s。8kb/s的話音編碼達到GSM系統(tǒng)的13kb/s的話音水平甚至更好。13b/s的話音編碼已達到有線長途話音水平。CELP采用與脈沖激勵線性預(yù)測編碼相同的原理，只是將脈沖位置和幅度用一個矢量碼表代替。1.4.4CDMA系統(tǒng)的話音編碼2.5數(shù)字調(diào)制與解調(diào)技術(shù)1.5.1調(diào)制與解調(diào)

1.什么是調(diào)制人的耳朵能夠聽到語音的頻率在20～20000Hz的范圍內(nèi)。一般認(rèn)為只要有300～3400Hz，就足以表達說話的內(nèi)容了。如果考慮到語音的原始聲音和真實度問題，則需要50～15000Hz的頻率范圍。聲音范圍的頻率被稱作低頻或音頻。2.5數(shù)字調(diào)制與解調(diào)技術(shù)1.5.1調(diào)制與解調(diào)2.常見的調(diào)制—解調(diào)調(diào)制時必須具備調(diào)制信號和載波。調(diào)制信號可以分為模擬信號和數(shù)字信號?？晒┦褂玫妮d波有正弦波和方波。調(diào)制方式可以按照調(diào)制信號的形式和載波形式的組合來分類。表1-2示出了調(diào)制方式的分類情況，可以依照信息的形式、傳送線路的特性和對傳送質(zhì)量的要求來選擇調(diào)制方式。2.常見的調(diào)制—解調(diào)表2-2調(diào)制方式表2-2調(diào)制方式載波具有振幅、頻率、相位和寬度等要素。調(diào)制就是讓載波的某一個要素隨調(diào)制信號變化，如圖1-19所示。數(shù)字調(diào)制是指調(diào)制信號是數(shù)字基帶信號，載波為高頻正弦波的調(diào)制。與模擬調(diào)制相同，數(shù)字調(diào)制也同樣是讓載波的振幅、頻率或者相位產(chǎn)生變化，但調(diào)制信號是1或0。載波具有振幅、頻率、相位和寬度等要圖2-19載波的要素圖2-19載波的要素2.5.2數(shù)字移動通信系統(tǒng)的調(diào)制方式經(jīng)語音編碼后的信號是數(shù)字信號，此信號向外發(fā)送還需要經(jīng)過調(diào)制。應(yīng)用于移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，按信號相位是否連續(xù)可分為相位連續(xù)型調(diào)制和相位不連續(xù)型調(diào)制；按信號包絡(luò)是否恒定可分為恒包絡(luò)調(diào)制和非恒包絡(luò)調(diào)制。頻移鍵控FSK是數(shù)字信號的頻率調(diào)制，可看成調(diào)頻的一種特例。產(chǎn)生頻移鍵控信號的基本原理如圖1-20所示。2.5.2數(shù)字移動通信系統(tǒng)的調(diào)制方式圖2-20FSK基本原理示意圖圖2-20FSK基本原理示意圖傳送編碼為10001101，其工作波形示意如圖1-21所示。從圖中可以看出，F(xiàn)SK調(diào)制相當(dāng)于D/A變換，經(jīng)過調(diào)制后的數(shù)字信號變成了f1、f2二值頻率變化，顯然，這個信號具有模擬信號的特點。完成頻移鍵控后，接收端如何解調(diào)出這個二進制碼呢？FSK解調(diào)如圖2-22所示。傳送編碼為10001101，其工作圖2-21FSK波形示意圖圖2-21FSK波形示意圖圖2-22FSK解調(diào)圖2-22FSK解調(diào)1.5.3高斯最小頻移鍵控GMSK調(diào)制技術(shù)。其中應(yīng)用最多的是最小頻移鍵控MSK、平滑調(diào)頻TFM、高斯最小頻移鍵控GMSK。GSM系統(tǒng)采用高斯最小頻移鍵控GMSK。GMSK與FSK不同之處是：（1）在調(diào)制時，使高、低電平所調(diào)制的兩個頻率f1、f2盡可能接近，即頻移最小，這樣可節(jié)省頻帶。1.5.3高斯最小頻移鍵控GMSK（2）GMSK調(diào)制可以控制相位的連續(xù)性，在每個碼元持續(xù)期Ts內(nèi)，頻移恰好引起π/2的相位變化。（3）在MSK之前加入了高斯濾波器，因其濾波特性與高斯曲線相似，故以此相稱。GMSK信號產(chǎn)生原理如圖1-23所示，電路框圖如圖1-24所示。（2）GMSK調(diào)制可以控制相位的連續(xù)性，圖2-23GMSK信號產(chǎn)生原理圖2-23GMSK信號產(chǎn)生原理圖2-24GMSK調(diào)制器電路框圖圖2-24GMSK調(diào)制器電路框圖2.6用戶通信終端設(shè)備1.6.1手機組成手機與SIM卡共同構(gòu)成GSM移動通信系統(tǒng)的終端設(shè)備，也是移動通信系統(tǒng)的重要組成部分。雖然手機品牌、型號眾多，但從電路結(jié)構(gòu)上都可簡單地分為射頻部分、邏輯音頻部分、接口部分和電源部分。手機的簡單組成框圖如圖1-25所示。2.6用戶通信終端設(shè)備1.6.1手機組成圖2-25GSM手機組成框圖圖2-25GSM手機組成框圖1)射頻部分射頻部分由天線、接收、發(fā)送、調(diào)制解調(diào)器和振蕩器等高頻系統(tǒng)組成。2）邏輯音頻部分發(fā)送通道的處理包括語音編碼、信道編碼、加密、TDMA幀形成。3)接口部分接口模塊包括模擬語音接口、數(shù)字接口及人機接口三部分。1)射頻部分4）電源電源部分為射頻部分和邏輯部分供電，