《移动通信》PPT课件 (2).ppt

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 10.1.1 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 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 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 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 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代移动通信系统简介 10.1.2 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 第二阶段是从20世纪40年代中期至60年代初期。在此期间,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 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,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 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 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 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通信系统简介 v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 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信系统简介 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 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“Whoever”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 10.1.3 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(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 WRC-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 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 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 10.2 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 v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 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 蜂窝小区的图案清清 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 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 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 GSM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 10.2.1 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9359608909151805188017101785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 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1/2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 1、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890-909MHz935-954MHz1800MHz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 2、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MHZ96045MHz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 3、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)+45MHz 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 频道组号123456789101112各频道组的频道号123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100 101 102 103 104 105 106 107 108109 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 DCS1800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)+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 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512513514515516517518519520521522523524525526527528529530531532533534535536537538539540541542543544545546547548549550551552553554555556557558559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 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 5、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 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、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 A3A2A1A3A2A1D3D2D1C3C2C1C3C2C1D3D2D1A3A2D3D2D1A1B3B2B1C3C2C1B3B2B1B3B2B1C3C2C1B3B2B1C3C2C1A3A2A14*3频率复用方式清清 华华 大大 学学 出出 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 A3A2A1C3C2C1B3B2B1A3A2A1C3C2C1B3B2B1A3A2A1C3C2C1B3B2B1A3A2A1C3C2C1B3B2B1A3A2A1B3B2B1B3B2B13*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 1 11735 91 11735 91 11735 94 12628101 11735 91 11735 91 11735 91 11735 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 A3T3A2 T2T1A1B3T3B2 T2T1B1C3T3C2 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 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 10.2.2 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 OSS：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 1、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 2、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 BSS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 BTS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 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 BSC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 3、网络与交换子系统（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 4、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(SEMC)、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 10.2.3 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 2、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，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 3、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 BSSAP：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：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 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 10.2.4 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 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 图10.10小区的形状正六边形的形状最接近圆形，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 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 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 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 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（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 2、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 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 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、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 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 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 3TDMA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 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 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 信道分类：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 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 版版第第10章章 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 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 4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 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 现代移动通信系统简介现代移动通信系统简介 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 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 GSM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 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，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 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