移動(dòng)通信技術(shù)基礎(chǔ)教程

移動(dòng)通信技術(shù)基礎(chǔ)教程第一頁(yè)，共52頁(yè)。移動(dòng)通信基本概念移動(dòng)臺(tái)無(wú)線基站移動(dòng)交換中心蜂窩小區(qū)切換漫游第二頁(yè)，共52頁(yè)。大區(qū)制一個(gè)基站覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)域技術(shù)簡(jiǎn)單通信質(zhì)量差頻率利用率低系統(tǒng)容量小蜂窩通信基本原理第三頁(yè)，共52頁(yè)。GSM蜂窩覆蓋示意圖室內(nèi)站微蜂窩宏蜂窩GSM900微蜂窩微蜂窩宏蜂窩DCS1800第四頁(yè)，共52頁(yè)。蜂窩通信基本原理第五頁(yè)，共52頁(yè)。蜂窩通信幾個(gè)概念和區(qū)別多址技術(shù)頻分多址(FDMA)、時(shí)分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)雙工技術(shù)時(shí)分雙工與頻分雙工窄帶系統(tǒng)與寬帶系統(tǒng)單個(gè)信道的帶寬與所期望信道的相干帶寬一致一個(gè)信道的發(fā)射帶寬大于這個(gè)信道的相干帶寬寬帶系統(tǒng)通常能夠帶來(lái)頻率分集的優(yōu)勢(shì)第六頁(yè)，共52頁(yè)。多址技術(shù)示意圖頻率時(shí)間TDMA時(shí)間頻率FDMA頻率時(shí)間碼字CDMA傳統(tǒng)多址技術(shù)碼分多址技術(shù)第七頁(yè)，共52頁(yè)。頻分多址技術(shù)(FDMA)FDMA信道每次只能傳遞一個(gè)電話如果一個(gè)FDMA信道沒(méi)有使用，并且處于空閑狀態(tài)，它不能被其他用戶使用以增加共享容量。在分配成語(yǔ)音信道后，基站和移動(dòng)臺(tái)就會(huì)同時(shí)地連續(xù)不斷地發(fā)射。FDMA需要精確的RF濾波器，需要雙工器（單天線）。非線性效應(yīng)：許多信道共享一個(gè)天線，功率放大器的非線性會(huì)產(chǎn)生交調(diào)頻率（IM），產(chǎn)生額外的RF輻射。FDMA比TDMA簡(jiǎn)單，同步和組幀比特少，系統(tǒng)開(kāi)銷FDMA通常是窄帶系統(tǒng)。第八頁(yè)，共52頁(yè)。時(shí)分多址技術(shù)(TDMA)多個(gè)用戶共享一個(gè)載波頻率，分享不同時(shí)隙。TDMA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞是不連續(xù)的，是分組發(fā)射，可以關(guān)閉。不連續(xù)發(fā)送，可以利用空閑時(shí)隙監(jiān)聽(tīng)其他基站，實(shí)現(xiàn)切換處理。需要自適應(yīng)均衡；需要保護(hù)時(shí)隙。分組發(fā)射需要額外的系統(tǒng)開(kāi)銷，如保護(hù)數(shù)據(jù)同步。按照不同的用戶提供不同的帶寬。TDMA的效率是指發(fā)射的數(shù)據(jù)中信息所占的百分比。第九頁(yè)，共52頁(yè)。移動(dòng)通信電波傳播的特點(diǎn)

時(shí)間接收信號(hào)強(qiáng)度發(fā)射信號(hào)多徑環(huán)境第十頁(yè)，共52頁(yè)。移動(dòng)通信電波傳播的特點(diǎn)

電磁波多經(jīng)傳播——反射、散射和繞射多普勒頻率擴(kuò)展，運(yùn)動(dòng)引起信道變化（擴(kuò)散頻移）無(wú)線環(huán)境中的信號(hào)衰減分成三部分：幅度衰減較大的路徑損耗伴隨中等幅度衰減的具有對(duì)數(shù)正態(tài)分布特性的慢變化成分－大尺度變化衰減幅度較小的快變化成分－小尺度衰落兩類典型小尺度衰落包絡(luò)分布的描述方法：瑞利分布（非視距傳播）萊斯分布（視距傳播）第十一頁(yè)，共52頁(yè)。蜂窩無(wú)線區(qū)域的組成方法

頻率復(fù)用的概念（容量擴(kuò)充）

呼叫阻塞載頻受限頻道擴(kuò)充受限成本受限第十二頁(yè)，共52頁(yè)。無(wú)線區(qū)域的劃分

七小區(qū)頻率復(fù)用第十三頁(yè)，共52頁(yè)?！吧葏^(qū)化”的技術(shù)，扇區(qū)化即是將一個(gè)基站分成多個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)都有自己的發(fā)射和接收天線，相當(dāng)于一個(gè)獨(dú)立的小區(qū)。扇區(qū)化的小區(qū)使用特制的定向天線，使該小區(qū)發(fā)射的無(wú)線電波集中在一個(gè)特定的方向上。這樣做有很多優(yōu)點(diǎn)，首先小區(qū)發(fā)射的無(wú)線電波能量集中到了一個(gè)更小的區(qū)域如60度，120度或180度，而不是以360度全向發(fā)射，這樣可以獲得更強(qiáng)的信號(hào)，有利于“室內(nèi)覆蓋”等。另外，更好地防止同信道干擾和鄰信道干擾，同頻復(fù)用距離縮短，在同一地理區(qū)域可以有更多的小區(qū)，可以支持更多的移動(dòng)用戶。服務(wù)小區(qū)“扇區(qū)化”

第十四頁(yè)，共52頁(yè)。實(shí)際的無(wú)線區(qū)劃和組成

第十五頁(yè)，共52頁(yè)。兼容性抗噪聲與干擾信道擴(kuò)充標(biāo)準(zhǔn)化開(kāi)放接口安全與保密越區(qū)切換平穩(wěn)用戶識(shí)別ISDN兼容語(yǔ)音與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增強(qiáng)型業(yè)務(wù)與補(bǔ)充業(yè)務(wù)GSM系統(tǒng)特點(diǎn)第十六頁(yè)，共52頁(yè)。語(yǔ)音與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)普通電話緊急呼叫短消息業(yè)務(wù)雙電話號(hào)碼

個(gè)人號(hào)碼公司號(hào)碼數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)基本數(shù)據(jù)速率9.6Kb/s4.8Kb/s2.4Kb/s可視圖文與網(wǎng)上瀏覽用戶電報(bào)傳真第十七頁(yè)，共52頁(yè)。增強(qiáng)型業(yè)務(wù)范圍多方通話呼叫轉(zhuǎn)移來(lái)顯、呼叫等待短消息業(yè)務(wù)話費(fèi)查詢第十八頁(yè)，共52頁(yè)。MSCBSCBTSBTSHLRVLREIRNSSPSTNIWFECTRAU

SIMMENMCOMCOMCOMSBSSMSGSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第十九頁(yè)，共52頁(yè)。MSC功能與作用呼叫處理呼叫建立、連接與清除切換過(guò)程移動(dòng)性管理位置更新過(guò)程用戶身份識(shí)別移動(dòng)設(shè)備識(shí)別操作與維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)管理測(cè)量人機(jī)接口（MMI）網(wǎng)間互通計(jì)費(fèi)

MSC第二十頁(yè)，共52頁(yè)。HLR功能與作用HLR:HomeLocationRegister用戶識(shí)別號(hào)（IMSI,MSISDN）當(dāng)前用戶的VLR（當(dāng)前位置）業(yè)務(wù)限制信息用戶申請(qǐng)的補(bǔ)充業(yè)務(wù)補(bǔ)充業(yè)務(wù)信息（例：當(dāng)前轉(zhuǎn)移的電話號(hào)碼）用戶狀態(tài)（registered/deregistered）鑒權(quán)key和AUC功能移動(dòng)用戶漫游號(hào)（MSRN）HLR第二十一頁(yè)，共52頁(yè)。VLR功能與作用VLRVLR：VisitorLocationRegister移動(dòng)臺(tái)狀態(tài)部分補(bǔ)充業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)移動(dòng)站的位置登記（LAI）臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別號(hào)（TMSI）管理移動(dòng)用戶漫游號(hào)MSRN管理第二十二頁(yè)，共52頁(yè)。AUC功能與作用MSCBSCBTSBTSMSCHLRVLREIRVLRABCDEFGAUCH

鑒權(quán)和加密數(shù)據(jù)Ki,RANDA3,A8算法Kc,SRES第二十三頁(yè)，共52頁(yè)。EIR功能與作用包含所有經(jīng)注冊(cè)登記的合法移動(dòng)設(shè)備包含所有被禁止使用的移動(dòng)設(shè)備包含所有要跟蹤的移動(dòng)設(shè)備EIR：EquipmentIdentityRegister存儲(chǔ)移動(dòng)設(shè)備分類表（IMEI）白名單黑名單灰名單第二十四頁(yè)，共52頁(yè)。IMEI查詢流程呼叫建立 在EIR查詢IMEI請(qǐng)求IMEI傳送 查詢結(jié)果送MSCMS發(fā)送IMEIMSBSSMSCEIR第二十五頁(yè)，共52頁(yè)。基站子系統(tǒng)（BSS）的組成OMC-RTCBSCBTSBTSMSMSUM接口Abis接口A接口基站控制器—BSC基站收發(fā)信機(jī)—BTS無(wú)線操作維護(hù)中心—OMC-R碼變換器—TC（Transcoder）第二十六頁(yè)，共52頁(yè)。BSC的一般結(jié)構(gòu)數(shù)字中繼交換網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)字中繼A接口Abis接口第二十七頁(yè)，共52頁(yè)。BSC的作用功能實(shí)現(xiàn)A接口物理層規(guī)定（PCM/E1）實(shí)現(xiàn)A接口No.7號(hào)信令功能（SP）實(shí)現(xiàn)Abis接口物理層規(guī)定（PCM/E1）實(shí)現(xiàn)Abis接口數(shù)據(jù)鏈路層（LAPD）實(shí)現(xiàn)A接口與Abis接口間信道交換功能實(shí)現(xiàn)部分網(wǎng)絡(luò)層的功能實(shí)現(xiàn)無(wú)線資源管理（RR）實(shí)現(xiàn)BSS管理應(yīng)用部分的功能實(shí)現(xiàn)切換功能等第二十八頁(yè)，共52頁(yè)。BTS的一般結(jié)構(gòu)基站接口設(shè)備信令處理編碼與交織譯碼與解交織加密解密調(diào)制均衡解調(diào)發(fā)信機(jī)收信機(jī)天線跳頻控制時(shí)鐘AbisUmBTS的功能模塊第二十九頁(yè)，共52頁(yè)。BTS的作用功能實(shí)現(xiàn)Abis接口物理層規(guī)定（PCM/E1）實(shí)現(xiàn)Abis接口數(shù)據(jù)鏈路層（LAPD）實(shí)現(xiàn)BTS管理功能實(shí)現(xiàn)部分無(wú)線資源管理（RR）實(shí)現(xiàn)Um接口物理層規(guī)定（PCM/E1）實(shí)現(xiàn)Um接口數(shù)據(jù)鏈路層（LAPDm）實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)跳頻功能實(shí)現(xiàn)信道加密、解密功能實(shí)現(xiàn)信道編譯碼、交織與解交織功能實(shí)現(xiàn)調(diào)制與解調(diào)功能第三十頁(yè)，共52頁(yè)。移動(dòng)臺(tái)（MS）的組成MESIM第三十一頁(yè)，共52頁(yè)。移動(dòng)臺(tái)的電原理圖語(yǔ)音編碼信道編碼交織加密TDMA突發(fā)序列形成調(diào)制TxRx雙工器解調(diào)均衡解密解交織語(yǔ)音解碼信道解碼VCO頻率合成器定時(shí)與控制第三十二頁(yè)，共52頁(yè)。功率控制與接收靈敏度0 43dBm1 41dBm2 39dBm 3 37dBm4 35dBm. .. .15 13dBm功率控制電平等級(jí)：步長(zhǎng)：2dB;容限：2.0dB接收靈敏度：移動(dòng)臺(tái)：-102dBm基站：-102dBm第三十三頁(yè)，共52頁(yè)。用戶識(shí)別卡（SIM）用戶固定數(shù)據(jù)IMSIKi接入控制級(jí)安全算法網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)數(shù)據(jù)TMSILAIKc選擇的PLMN業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)使用的語(yǔ)言話費(fèi)數(shù)據(jù)第三十四頁(yè)，共52頁(yè)。GSM網(wǎng)絡(luò)的接口GAAbisUmAUCHLRMSCEIRIWFTCBSCBTSBTSBTSECNMCOMCVLRMSCIWFTCECVLRTCPSTNBSCBTSBTSBTSBTSBTSBTSBSSBCHDEF第三十五頁(yè)，共52頁(yè)。GSM系統(tǒng)的頻率配置45MHz雙工間隔960950935917915905890872基站發(fā)射頻率基站接收頻率2MHz保護(hù)頻帶（單位：MHz）925880GSMTACS/GSMEGSMETACS第三十六頁(yè)，共52頁(yè)。DCS1800的頻率配置95MHz雙工間隔1880180517851710

基站發(fā)射頻率基站接收頻率20MHz保護(hù)頻帶（頻率單位：MHz）DCS1800第三十七頁(yè)，共52頁(yè)。公眾陸地移動(dòng)網(wǎng)(PLMN)結(jié)構(gòu)SPSPSPSP數(shù)據(jù)庫(kù)層信令層用戶層GMSCMSCMSCBSCBTSBTSSPSPSPSPLEPSTNPLMNCBDEFGHLRVLRVLREIRAuCHMS網(wǎng)絡(luò)層第三十八頁(yè)，共52頁(yè)。公眾陸地移動(dòng)網(wǎng)(PLMN)的組網(wǎng)MSCHLRBSSMSCBSSMSCBSSHLRTS2TS1TS3LSLSLS長(zhǎng)途編號(hào)區(qū)1長(zhǎng)途編號(hào)區(qū)3長(zhǎng)途編號(hào)區(qū)2第三十九頁(yè)，共52頁(yè)。移動(dòng)被叫計(jì)費(fèi)原則LEGMSCHLRMSC/VLR歸屬PLMN訪問(wèn)PLMNMSC/VLR123456支付:1、2、3支付:5－3、6支付:4第四十頁(yè)，共52頁(yè)。GPSR簡(jiǎn)介GPRS（GeneralPacketRadioService）通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)作為第二代移動(dòng)通信技術(shù)GSM向第三代移動(dòng)通信（3G）的過(guò)渡技術(shù)，是由英國(guó)BTCellnet公司早在1993年提出的，是GSMPhase2+(1997年)規(guī)范實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容之一，是一種基于GSM的移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，面向用戶提供移動(dòng)分組的IP或者X.25連接。

GPRS技術(shù)第四十一頁(yè)，共52頁(yè)。GPRS發(fā)展背景Internet數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的推動(dòng)原有GSM系統(tǒng)支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的缺點(diǎn)無(wú)線/網(wǎng)絡(luò)資源利用率低，費(fèi)用昂貴數(shù)據(jù)速率低，HSCSD最高64kbit/s移動(dòng)數(shù)據(jù)通信市場(chǎng)的巨大需求向第三代移動(dòng)通信邁進(jìn)

第四十二頁(yè)，共52頁(yè)。GPRS的優(yōu)勢(shì)無(wú)線/網(wǎng)絡(luò)資源利用率高，計(jì)費(fèi)方式靈活，價(jià)格合理速率較高：1-8個(gè)時(shí)隙，CS1-CS4，可達(dá)約10kbit/s-170kbit/s分組交換平臺(tái)為多種業(yè)務(wù)提供承載可以逐步向3G、全I(xiàn)P網(wǎng)演進(jìn)第四十三頁(yè)，共52頁(yè)。GPRS的特點(diǎn)上下行鏈路可不對(duì)稱，數(shù)據(jù)速率可變“永遠(yuǎn)在線”：在不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)可將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)掛起，不占用無(wú)線/網(wǎng)絡(luò)資源，再進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)能較快恢復(fù)，無(wú)需重新發(fā)起業(yè)務(wù)一個(gè)MS可同時(shí)進(jìn)行多個(gè)數(shù)據(jù)會(huì)話根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和MS的工作模式，用戶可以分別/交替/同時(shí)進(jìn)行話音和分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)第四十四頁(yè)，共52頁(yè)。GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)BG邊界網(wǎng)關(guān)CG收費(fèi)網(wǎng)關(guān)

DNS域名服務(wù)器

DHCP動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議

GINGPRS截獲節(jié)點(diǎn)

MFS多功能服務(wù)器

TC碼型變換器

W@P無(wú)線應(yīng)用協(xié)議

GPRS網(wǎng)絡(luò)可以看作是一個(gè)IP子網(wǎng)

第四十五頁(yè)，共52頁(yè)。CDMA的基本概念擴(kuò)頻多址（SSMA）所傳信號(hào)的帶寬必須遠(yuǎn)大于信息的帶寬。所產(chǎn)生的射頻信號(hào)的帶寬與所傳信息無(wú)關(guān)。

通信原理與信息論的著名Shannon公式：C=FTLg(1+S/N)；其中：F為限頻帶寬；

T為限時(shí)帶寬；S/N為信號(hào)功率信噪比；

C為信道容量。

一個(gè)限時(shí)(T)限頻(F)限功率(S)的連續(xù)白色高斯信道，其信道容量C可以形象的用3個(gè)主要信號(hào)參量所決定的體積來(lái)表示。擴(kuò)頻通信的基本原理，就是用頻帶換取信噪比。

第四十六頁(yè)，共52頁(yè)。CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)

強(qiáng)抗干擾能力、語(yǔ)音質(zhì)量更佳

信號(hào)在信道中傳輸功率低，降低了干擾，提高了保密性寬帶傳輸系統(tǒng)，利用了信道的頻率分集效果碼字的多址傳輸，利用了多用戶分集的效果采用RAKE接收機(jī)，有效利用了信道相干時(shí)間形成的時(shí)間分集效應(yīng)擴(kuò)頻因子靈活變換，又助于多媒體等多速率并發(fā)業(yè)務(wù)的傳輸頻譜效率高，優(yōu)于以往的AMPS和GSM支持軟切換和更軟切換支持新技術(shù)的應(yīng)用，如多用戶檢測(cè)同步難度大、系統(tǒng)更復(fù)雜

第四十七頁(yè)，共52頁(yè)。cdma20001x技術(shù)特點(diǎn)IS-95A/B是cdma2000的子集碼片速率1.2288Mcps擴(kuò)頻調(diào)制：前向QPSK，反向HPSK反向?qū)ьl，相干解調(diào)快速前向和反向功率控制前向發(fā)射分集：OTD、STS信道編碼增加Turbo碼可變幀長(zhǎng)，5ms,10ms,20ms,40ms,80ms支持F-QPCH，延長(zhǎng)手機(jī)待機(jī)時(shí)間速率最大可達(dá)307.2kbps支持QoS協(xié)商支持多媒體業(yè)務(wù)支持8K/13KQCELP8kbpsEVRC信道容量是IS-95A/B的2倍

第四十八頁(yè)，共52頁(yè)。cdma2000網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)ss7MSC/VLRHLR

PSTNISDNcdma2000BSSBTSBSCBTSBSC/PCFcdma2000BSSHAPDSNIPBackboneInternet,Intrane