通信技術(shù)基礎(chǔ)課件第六章移動通信網(wǎng)

第六章移動通信網(wǎng)7/24/20231第六章移動通信網(wǎng)6.1移動通信的發(fā)展歷史6.2移動通信的特點6.3移動通信的分類6.4移動通信的組成6.5移動通信的工作方式6.6GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)6.7數(shù)字移動通信系統(tǒng)的運行6.8GPRS6.9GPRS的業(yè)務(wù)6.10GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)6.11GPRS協(xié)議模型6.12GPRS的路由管理6.13CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)6.14數(shù)字蜂窩網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)6.15CDMA系統(tǒng)提高系統(tǒng)容量的關(guān)鍵技術(shù)6.16CDMA系統(tǒng)的發(fā)展趨勢6.17實訓(xùn)

結(jié)束7/24/20232移動通信概念：

就是指通信的雙方，至少有一方是在移動（或暫時靜止）中進行信息交換的。其中，包括移動臺（汽車、火車、飛機、船艦等移動體上）與固定臺之間通信，移動臺與移動臺之間通信。7/24/20233第二階段在此期間，移動通信業(yè)務(wù)向民用方向發(fā)展，即形成了公用汽車電話網(wǎng)。所使用的頻率開始向更高的頻段發(fā)展。主要使用甚高頻（VHF）150MHz和特高頻（UHF）450MHz頻段，東歐的一些國家采用330MHz頻段，信道間隔為50～120KHz，通信方式為單工。接續(xù)方式仍為人工操作，而且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)大都屬于二級結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)體制采用大區(qū)制，可用的信道數(shù)很少，因而網(wǎng)的容量也較小。7/24/20236第三階段

推出了自動交換式的三級結(jié)構(gòu)網(wǎng)，工作頻率為150MHz和450MHz，信道間隔已縮小到20～30KHz，采用大區(qū)制、中小容量的結(jié)構(gòu)方式，信道數(shù)目大大增加，實現(xiàn)了無線頻道自動選擇并能夠自動接續(xù)到公用電話網(wǎng)。其代表是美國推出的改進型移動電話系統(tǒng)（IMTS），同時在這一時期德國也推出了具有相同技術(shù)水平的B網(wǎng)。可以說，這一階段是移動通信系統(tǒng)改進與完善的階段。

7/24/20237第四階段各工業(yè)化國家相繼開發(fā)出模擬蜂窩式公用移動通信網(wǎng)，形成了幾種典型的模擬蜂窩移動電話系統(tǒng)。有北美的AMPS，日本的大容量移動電話系統(tǒng)HCMTS，北歐的移動電話系統(tǒng)NMT450和NMT900，英國的全接入通信系統(tǒng)TACS，前西德的C450系統(tǒng)以及法國的RadioComm2000系統(tǒng)。分別采用400MHz，450MHz，800MHz和900MHz頻段，信道間隔為12.5—30KHz。

7/24/20238第五階段到80年代中期，歐、美、日等國都著手開發(fā)數(shù)字蜂窩系統(tǒng)，其中以GSM系統(tǒng)為代表。它不但能克服模擬網(wǎng)的一些弱點，還能提供話音、數(shù)字多種業(yè)務(wù)服務(wù)，并與綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）相兼容。與GSM系統(tǒng)幾乎同時誕生的一項移動通信新成果，即美國的CDMA碼分多址方式，與GSM相比具有許多優(yōu)點，如每個信道所容納的用戶數(shù)比GSM多，大大提高了頻譜的利用率，抗干擾能力也增強了，對設(shè)備指標的要求相對要低，降低了設(shè)備的難度和成本，采用軟切換的方式大大提高了話音傳輸質(zhì)量等，優(yōu)勢較大。7/24/20239第六階段

從21世紀開始，移動通信向?qū)拵Ф嗝襟w方向發(fā)展。其主要特點是：1．業(yè)務(wù)集成。2．業(yè)務(wù)交互，能夠同時捆綁多個業(yè)務(wù)3．可開發(fā)多方會議以及基于定位的業(yè)÷務(wù)等。

7/24/202310

縱觀移動通信的發(fā)展規(guī)律就像數(shù)據(jù)通信一樣，都是從專業(yè)網(wǎng)開始，只有技術(shù)和規(guī)模都達到相當程度后，才發(fā)展公眾網(wǎng)。近20年來，移動通信技術(shù)的發(fā)展非常迅速，短短的20年間，已從第一代模擬移動通信系統(tǒng)過渡到第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)，第三代全球綜合移動通信系統(tǒng)即將面世。預(yù)計到2010年，在所有通信設(shè)備銷售額中移動通信設(shè)備將居于首位。7/24/202311

6.2移動通信的特點

7/24/2023121．衰落現(xiàn)象

2．強干擾情況下工作

3．多卜勒效應(yīng)4．跟蹤交換技術(shù)

6.2移動通信的特點7/24/2023136.3移動通信的分類按使用環(huán)境來分：陸地、水上和航空移動通信按服務(wù)對象來分：軍事、專業(yè)和公眾移動通信按工作方式可分為：單工、半雙工和全雙工工作方式按交通工具來分：汽車、坦克、火車、船舶、飛機和航天飛行器等的移動通信，還有個人便攜移動通信等等。

7/24/2023146.4移動通信系統(tǒng)的組成7/24/2023156.4移動通信系統(tǒng)組成

移動通信系統(tǒng)一般由移動臺（MS）、基地站（BS）、移動業(yè)務(wù)交換中心（MSC）及與市話網(wǎng)（PSTN）相連的中繼線等組成

7/24/2023166.5移動通信的工作方式

★按通信狀態(tài)和頻率使用方法劃分，移動通信系統(tǒng)有單工制、半雙工制和雙工制三種工作方式。

7/24/2023176.5移動通信的工作方式1.4.1

單工制:是指通信的雙方同時只能有一方發(fā)送信號，而另一方接收信號。單工制又分為同頻單工和雙頻單工兩種。7/24/2023181.☆同頻單工:指基地站和移動臺均使用相同的工作頻率

☆雙頻單工:指通信雙方使用兩個頻率7/24/2023192.半雙工制：指通信的雙方有一方在通信的過程中既

能發(fā)射信號也能接收信號，而另一方只能是單工工作

7/24/2023203.雙工制：雙工通信的任一方在發(fā)話的同時也能收

聽到對方講話，而且不需采用“按-講”的方式

7/24/2023216.6

GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)

GSM系統(tǒng)主要由移動臺(MS)、移動網(wǎng)子系統(tǒng)(NSS)和基站子系

統(tǒng)(BSS)和操作支持子系統(tǒng)（OSS）四部分組成,看下圖:GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

7/24/202322

6.6

GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)

1)移動臺(MS):移動臺是公用GSM移動通信網(wǎng)中移動用戶使用的設(shè)備，也是用戶能夠直接接觸的整個GSM系統(tǒng)中的唯一設(shè)備,它可以為車載型、便攜型和手持型。2)移動網(wǎng)子系統(tǒng)（NSS）:移動網(wǎng)子系統(tǒng)又稱交換子系統(tǒng)，主要完成GSM系統(tǒng)的交換功能和用戶數(shù)據(jù)與移動性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能，它對GSM移動用戶之間通信和GSM移動用戶與其它通信網(wǎng)用戶之間通信起著管理作用

7/24/202323

6.6

GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)

3)基站子系統(tǒng)(BSS)

是在一定的無線覆蓋區(qū)域中由MSC控制并與MS進行通信的系統(tǒng)設(shè)備。它主要負責無線發(fā)送、接收和無線資源管理等功能。

基站子系統(tǒng)是由基站控制器(BSC)和基站收發(fā)信臺(BTS)這兩部分的功能實體構(gòu)成。

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4)操作支持子系統(tǒng)（OSS）

操作支持子系統(tǒng)（OSS）需要完成許多任務(wù)，包括移動用戶管理、移動設(shè)備管理以及網(wǎng)路操作與維護。主要包括網(wǎng)路管理中心(NMC)、安全性管理中心(SEMC)、用于用戶識別卡管理的個人化中心(PCS)、用于集中計費管理的數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)(DPPS)等功能實體。

6.6GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)7/24/202325

6.7數(shù)字移動通信系統(tǒng)的運行1）位置登記位置登記過程舉例

7/24/202326

6.7數(shù)字移動通信系統(tǒng)的運行2）呼叫過程☆移動用戶被呼☆移動用戶主呼

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6.7數(shù)字移動通信系統(tǒng)的運行3）越區(qū)切換越區(qū)切換流程圖

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6.8GPRS

1.GPRS的功能

GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(GeneralPacketRadioService)的簡稱，它突破了GSM網(wǎng)只能提供電路交換的思維定式，在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上疊加了一個新的網(wǎng)絡(luò)，充分利用了現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)設(shè)備。僅通過增加相應(yīng)的功能實體和對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進行部分改造，增加一些硬件設(shè)備和軟件升級，形成一個新的網(wǎng)絡(luò)邏輯實體來實現(xiàn)分組交換，使現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)與數(shù)據(jù)網(wǎng)結(jié)合起來。7/24/202329

6.8GPRS

2.GPRS的特征

（1)在廣域網(wǎng)中能實現(xiàn)低成本的數(shù)據(jù)通信方式，而且用戶總是在線，不用撥號上網(wǎng)；(2)從信息技術(shù)角度上，GPRS與IP類似，網(wǎng)絡(luò)管理有效使用網(wǎng)絡(luò)資源；(3)當GPRS業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換成IP時，能通過新的全球網(wǎng)絡(luò)傳輸，而且電話可以采用本地雙向工作呼叫方式；(4)采用GPRS技術(shù)可以極其有效地利用現(xiàn)有的頻譜進行傳送；(5)在一般學(xué)校和家庭內(nèi)提供無線LAN通信能力；(6)用戶進行站到端的分組交換；(7)GPRS+IP和等于Internet和Intranet；(8)GPRS是一種完全成熟的信息處理技術(shù)；(9)第三代移動通信系統(tǒng)將與GPRS后向兼容，所以GPRS的投資效益在未來發(fā)展中可以得到保障。7/24/202330

6.9GPRS業(yè)務(wù)

GPRS是一組新的GSM承載業(yè)務(wù)，利用在PLMN和與外部網(wǎng)絡(luò)互通的內(nèi)部網(wǎng)提供分組模式傳輸。GPRS不應(yīng)妨礙用戶的其它GSM業(yè)務(wù)。在有GPRS承載業(yè)務(wù)支持的標準化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基礎(chǔ)上，GPRS網(wǎng)絡(luò)管理可以提供（或支持）一系列的交互電信業(yè)務(wù)。其中包括：承載業(yè)務(wù)、用戶終端業(yè)務(wù)、附加業(yè)務(wù)。

1.承載業(yè)務(wù)點到點（PTP）業(yè)務(wù)點到多點（PTM）業(yè)務(wù)

7/24/2023316.9GPRS業(yè)務(wù)

2.用戶終端業(yè)務(wù)基于PTP的用戶終端業(yè)務(wù)基于PTM的用戶終端業(yè)務(wù)

3.附加業(yè)務(wù)

7/24/202332

6.10

GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

GPRS網(wǎng)絡(luò)參考模型

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GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中還引入了下列新的網(wǎng)絡(luò)接口:1.Gb：BSS和SGSN之間的接口2．Gn：SGSN與GGSN間的接口3．Gs:SGSN和MSC/VLR之間的接口。4．Gr:SGSN和HLR之間的接口。5．Gi:GGSN與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的接口6．Gp:不同的GSM網(wǎng)絡(luò)（不同的PLMN）之間的接口

6.10GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)7/24/202334

6.11GPRS協(xié)議模型

GPRS協(xié)議模型

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GPRS協(xié)議模型是移動臺（MS）和SGSN之間的GPRS分層協(xié)議模型。Um接口是GSM的空中接口。Um接口上的通信協(xié)議有5層，自上而下依次為物理層、MAC（MediumAccessControl）層、LLC（LogicalLinkControl）層、SNDC（SubnetworkDependantConvergence）層和網(wǎng)絡(luò)層。

6.11GPRS協(xié)議模型7/24/202336

6.12

GPRS的路由管理

GPRS的路由管理是指GPRS網(wǎng)絡(luò)如何進行尋址和建立數(shù)據(jù)傳送路由。GPRS的路由管理表現(xiàn)在以下三個方面：移動臺發(fā)送數(shù)據(jù)的路由建立；移動臺接收數(shù)據(jù)的路由建立；移動臺處于漫游時數(shù)據(jù)路由的建立。

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1.移動臺發(fā)送數(shù)據(jù)的路由建立GPRS的路由管理

6.12GPRS的路由管理7/24/202338

2.移動臺接收數(shù)據(jù)的路由建立GPRS的路由管理

6.12GPRS的路由管理7/24/202339

3.移動臺處于漫游時數(shù)據(jù)路由的建立GPRS的路由管理

6.12GPRS的路由管理7/24/202340

6.13

CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)

1.CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的基本原理

CDMA擴頻通信系統(tǒng)原理示意圖

7/24/2023412.CDMA系統(tǒng)的特點1）不需要均衡器2）語音激活

3)頻率復(fù)用和扇區(qū)劃分4)大容量和軟容量

5)可變速率聲碼器6)良好的保密能力

7)軟切換8)多種形式的分集9)發(fā)射功率低、移動臺的電池使用壽命長10)從模擬向CDMA的過渡

6.13CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)

7/24/2023423.信道劃分

邏輯信道

6.13CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)

7/24/202343

3.信道劃分前向CDMA信道結(jié)構(gòu)

前向信道7/24/2023443.信道劃分反向信道7/24/202345

6.14數(shù)字蜂窩網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

CDMA蜂窩系統(tǒng)由移動臺(MS)、基站子系