移动通信设备原理与维修-第2版-教学ppt课件--第4章-数字移动通信系统.ppt

在线教务辅导网：在线教务辅导网：http:/教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网QQ:349134187 或者直接输入下面地址：或者直接输入下面地址：http:/移动通信设备原理与维修第2版 李延廷 主编第四章数字移动通信系统第一节数字移动通信系统概述第二节数字移动通信技术第三节数字移动通信系统的编号方案第四节GSM数字移动通信系统第五节窄带CDMA数字移动通信系统第六节GPRS移动通信系统第七节第三代移动通信系统本 章 小 结第一节数字移动通信系统概述数字移动通信网是和公用电话网、公用数据网、无线寻呼网、电报网及传真网等并列的通信网。一、数字移动通信系统的组成和功能1.数字移动通信系统的组成数字移动通信系统，同早期移动通信系统一样，是由移动台(MS)、基站(BS)、移动交换中心(MSC)以及与公用市话网(PSTN)相连接的中继线等组成的。移动台作为移动用户设备，其作用是与基站进行通信。基站是基站区组织管理的核心，负责与该区域内所有移动台进行通信。移动交换中心主要负责信息的交换和整个系统的集中控制管理。2.数字移动通信系统的功能1)无线信道的选取。2)位置登记。第一节数字移动通信系统概述3)移动网内部及与公用电话网间的自动交换。4)双向全自动直接拨号。5)双工通信，语音质量接近市话网的标准。6)可进行语音服务，对于数字系统还可进行多种非语音服务。7)可通过小区分裂与频率复用技术进行系统扩容。8)具有监视和边界切换功能。9)具有鉴权与加密功能。10)自动计费功能。二、数字移动通信系统的制式和信道切换1.制式移动通信系统的制式(也叫服务区覆盖方式)分为两种：大区制和小区制。第一节数字移动通信系统概述2.信道切换(1)区内信道切换在小区内因同频干扰或其他干扰使通话质量下降到某一门限值时，移动交换中心的交换机将向移动台发出指令，令其进行信道切换。(2)越区切换越区切换是指移动用户从一个小区进入另一个相邻小区时进行的信道切换。(3)越局切换越局切换是移动用户从一个移动交换区进入另一个移动交换区时进行的信道切换。三、数字移动通信系统的优点模拟移动通信系统传输的语音信号为模拟信号，而数字移动通信系统所传输的语音信号为数字信号。1)提高了频率利用率，扩大了系统的容量。第一节数字移动通信系统概述2)可提供话音服务和多种形式的非话音服务。3)采用了数字加密技术，信息保密性强。4)采用数字编码技术，提高了通信质量。5)可与地面各种通信网兼容，如综合业务数字网(ISDN)、公用电话网(PSTN)和公用数据网(PDN)等。6)采用多种数字信号处理技术，降低了成本与功耗，减小了设备的体积，易于小型化。第二节数字移动通信技术一、语音编码语音编码又称信源编码，它不仅提高了系统的频率利用率和容量，而且具有超强纠错功能，保证系统在低载干比的情况下，也能获得正常质量的语音。1.波形编码将时间域信号经抽样、量化及编码变成数字代码。2.参量编码对语音信号的若干特征参量进行编码。3.混合编码将声源编码和波形编码相结合而形成的编码方式。二、数字调制技术数字调制是将要传输的数字信号变成频带信号的过程。第二节数字移动通信技术图4-1GMSK调制原理框图图4-2直接序列扩频调制原理框图数字调制是将要传输的数字信号变成频带信号的过程。调制后生成的频带信号可与信道传输特性相适应，具有低的带外辐射及对多径衰减不敏感的特点。数字调制技术可分为两种类型：(1)利用模拟调制方法实现数字调制，即把数字信号当作模拟信号的特殊类型进行数字调制；(2)利用数字信号的离散性进行键控载波，实现数字调制。如幅度键控(ASK)、移频键控(FSK)及移相键控(PSK)。第二节数字移动通信技术三、多址接入技术在无线通信中，建立移动用户与基站间无线联系的方法称为多址接入技术，简称多址技术。(一)频分多址图4-3FDMA示意图第二节数字移动通信技术(二)时分多址图4-4TDMA示意图第二节数字移动通信技术(三)码分多址图4-5FDMA、TDMA和CDMA的比较第二节数字移动通信技术四、分集接收技术分集接收技术是指发送端通过多条路径发送包含相同信息内容的信号，接收端接收到这些具有相互独立衰落特性的信号后，经过特定的合并处理以降低接收信号电平的起伏。1.分散传输(1)空间分集该分集方式在发送端采用一副天线，接收端采用多副天线。(2)频率分集该分集方式将要传输的信号分别调制到频率间隔足够大的不同频率的载波上，从而在接收端可以接收到具有相互独立的衰落特性的信号。第二节数字移动通信技术(3)时间分集该分集方式将同一个信号按一定时间间隔重复发送，只要发送时间间隔足够长，各次发送信号的衰落特性将是相互独立的，接收机对重复接收到的同一信号进行合并，即可减小衰落对无线信道传输性能的影响。2.接收合并(1)选择式合并该合并方式是将多个分集接收机的输出信号送入选择逻辑电路，选择信噪比最大的一个分集信号作为输出信号。(2)最大比值合并该合并方式是在接收端将多个分集信号经过相位调整，并按适当的可变增益加权，再按同相相加得到输出信号。(3)等增益合并该合并方式是将各条路径的分集信号的增益加权系数都看做1，直接将各分集信号经相位调整后按同相位相加。第二节数字移动通信技术五、跳频与均衡技术1.跳频技术跳频是常用的扩频方式。其工作原理为：通信双方传输信号的载波频率因受伪随机码控制而发生变化。从时域上看，跳频信号是一个多频率的移频键控信号。跳频通信优点：通信信号的隐蔽性强；即使有个别频率受到干扰，仍可在其他未受干扰的频率上进行通信，使得通信信号的抗干扰能力增强；作为瞬时窄带系统，容易与其他窄带通信系统兼容。2.均衡技术均衡是指对信道特性进行校正和补偿的过程。用作均衡的器件称为均衡器。均衡器实际是一个可调滤波器。均衡器用某种算法对实际传输的数字信号进行处理后不断地调整自身的增益，因而能适应信道的随机变化，从而具有较强的信道失真校正和补偿能力。第二节数字移动通信技术六、信道编码和交织技术在数字移动通信中，由于延迟、多径衰落、干扰等因素的影响，造成接收到的数字信号会产生误码。(一)信道编码信道编码方法:按照一定规则在原信息码中插入一些码元，使无规律性或规律性不强的信号变换成有规律性或规律性增强的信号。这种通过编码获得的规律性可用于判断和纠正差错。信道编码方法：前向纠错(FEC)、检错重发(ARQ)、信息反馈(IRQ)和混合纠错(HEC)。(二)交织技术交织是把信道编码信息码加以重新排列组合，相互穿插交织，形成能克服成片或突发差错的信息码。第二节数字移动通信技术七、鉴权和加密技术鉴权用于对用户进行身份识别和认证，以确定移动用户是否有权进入移动通信网。同时，语音编码及数字控制信道技术也可提供有效的保密与认证，可以保证移动用户正确入网与漫游。其实，数字移动通信技术远不止上面提到的那些。它主要分为三类：信道机技术，包括语音编码、信道编码和数字调制技术；数字传输技术，包括分集、交织、均衡和扩频技术；网络技术，包括多址接入、功率控制、越区与漫游、信令和网管技术。第三节数字移动通信系统的编号方案一、移动用户的ISDN号码移动用户的ISDN号码，简称MSISDN，是指其他用户为呼叫数字移动通信系统中的移动用户所需拨打的号码，总长度不超过15位十进制数。MSISDN=CC+NDC+SN 二、国际移动用户识别号码国际移动用户识别号码，简称IMSI，用于识别移动通信网中的移动用户。IMSI=MCC+MNC+MSIN 三、移动用户漫游号码移动用户漫游号码，简称MSRN，是指当移动用户漫游到另一个移动交换区时，新移动交换中心分配给移动用户的临时号码，它用于路由选择。四、临时移动用户识别号码第三节数字移动通信系统的编号方案一、移动用户的ISDN号码移动用户的ISDN号码，简称MSISDN，是指其他用户为呼叫数字移动通信系统中的移动用户所需拨打的号码，总长度不超过15位十进制数。MSISDN=CC+NDC+SN 二、国际移动用户识别号码国际移动用户识别号码，简称IMSI，用于识别移动通信网中的移动用户。IMSI=MCC+MNC+MSIN 三、移动用户漫游号码移动用户漫游号码MSRN，是指当移动用户漫游到另一个移动交换区时，新移动交换中心分配给移动用户的临时号码，用于路由选择。第三节数字移动通信系统的编号方案四、临时移动用户识别号码临时移动用户识别号码，简称TMSI，是一个临时性的移动用户识别号码，用于加强IMSI号码的保密性。五、国际移动设备识别码国际移动设备识别码简称IMEI，是惟一用于识别移动通信设备的号码，它为一个15位的十进制数字。IMEI=TAC+FAC+SNR+SP六、位置区识别码位置区识别码，简称LAI，用于移动用户的位置更新。七、全球小区识别码全球小区识别码，简称GCI，用于识别一个位置区的小区。第三节数字移动通信系统的编号方案八、基站识别码基站识别码，简称BSIC，用于移动用户识别不同的基站，为6bit编码。第四节GSM数字移动通信系统一、GSM数字移动通信系统概述GSM起源于欧洲，后来由于其技术成熟而被世界许多国家采用。我国从1994年开始在上海、广州等地使用GSM系统。GSM标准同模拟制式标准相比，具有许多明显的优点。移动用户的安全性好；抗干扰性能好；采用时分多址、半速率语音编码等数字技术降低了系统的成本；提供诸如紧急呼叫、语音信箱、语音存储、转移、短信息、多方通话、传真和数据通信的多种服务，移动电话小巧轻便、功能强大、不易并机；系统频率利用率高，容量大；用户自动漫游。(一)GSM900系统的主要技术指标第四节GSM数字移动通信系统(一)GSM900系统的主要技术指标工作频段 890915MHz(MSBS)935960MHz(BSMS)频段宽度 25MHz双工间隔 45MHz信道间隔 200KHz双工信道数 124个接入方式 时分多址TDMA，每载波8时隙调制方式 GMSK分集方式 跳频速率217/s，跳频周期4.616ms语音编码 13kb/s，脉冲激励长时预测编码(RPE-LTP)信息传速率 22.8kb/s信道总速率 270.833kb/s 第四节GSM数字移动通信系统图4-7GSM900系统的频分双工频谱图(二)频谱分配和频道划分GSM体制采用时分多址窄带标准，图4-7为GSM 900MHz系统的频分双工频谱图。第四节GSM数字移动通信系统表6-1是GSM 900MHz 系统的工作信道号与频率对照表。表4-1GSM900系统的工作信道号与频率对照表对于GSM标准的新频段DCS 1800MHz和PCS 1900MHz，其使用频段分别是1800MHz和1900MHz。具体地说，DCS 1800MHz频段的接收频段是17101785MHz，发射频段是18051880MHz，共有374个双工信道，每个信道8个时隙；PCS 1900MHz频段的接收频段是19301990MHz，发射频段是18501910MHz，共有个299个双工信道，每个信道8个时隙。第四节GSM数字移动通信系统(三)信道类型和时帧结构1.信道类型GSM系统每个载频对应一个TDMA帧，每帧包括8个时隙，一个时隙称为一个物理信道。因此GSM系统中每个载频有8个物理信道。GSM系统中的物理信道相当于FDMA系统中的频道。每个用户通过一系列频率的一个物理信道接入系统，并在某一个物理信道上发送信息。(1)广播信道可分为三种根据传递信息的种类并依托物理信道，可定义不同类型的逻辑信道。逻辑信道可分为两类：业务信道(TCH)和控制信道(CCH)。业务信道用于传送编码后的语音或用户数据；控制信道用于传送信令信息和同步信息。对于控制信道又可分为三种：广播信道(BCH)、公共控制信道(CCCH)和专用控制信道(DCCH)。第四节GSM数字移动通信系统1)频率校正信道(FCCH)：为下行信道，用于基站向移动台传送频率校正信息。2)同步信道(SCH)：为下行信道，用于基站向移动台传送帧同步信息(TDMA帧号)和基站的识别码信息。3)广播控制信道(BCCH)：为下行信道，用于广播每个基站的小区通用信息。(2)公共控制信道可分为三种1)寻呼信道(PCH)：为下行信道，用于寻呼移动台。2)随机接入信道(RACH)：为上行信道，移动台通过此信道申请分配独立专用控制信道(SDCCH)，也可作为寻呼响应或移动台主叫时的接入信道。第四节GSM数字移动通信系统3)允许接入信道(AGCH)：为下行信道，用于为移动台分配独立专用控制信道(SDCCH)。(3)专用控制信道可分为三种1)独立专用控制信道(SDCCH)：为上、下行信道，用于在呼叫过程中传送系统信令。2)慢速随路控制信道(SACCH)：该信道与一个业务信道或独立专用控制信道相关，是一个传送连接信息的连续数据通道。3)快速随路控制信道(FACCH)：该信道与一个业务信道相关。2.时帧结构第四节GSM数字移动通信系统图4-8GSM系统的时隙与帧结构(1)时隙结构时隙长度为577s，第四节GSM数字移动通信系统每时隙传送符号的比特数为156.25bit。(2)帧结构帧长为4.615ms，等于跳频周期。(3)复帧结构1)业务复帧。每复帧的帧数为26帧。2)控制复帧。每复帧的帧数为51帧。(4)超帧结构每个超帧的帧数为1326帧，超帧的时长为6.12s。(5)超高帧结构超高帧帧数为2715648帧，超高帧时长为12533.76s。二、GSM系统的服务种类GSM系统支持的通信服务主要有：承载服务、电信服务和附加服务。1.承载服务承载服务提供非ISDN标准终端与ISDN标准终端之间、非ISDN标准终端与移动终端之间的信息传输服务。第四节GSM数字移动通信系统2.电信服务电信服务提供ISDN标准终端与移动终端之间的信息传输服务。它主要包括电话通信、短信息、可视图文、图文电视、话音及传真服务等。3.附加服务附加服务是对承载服务和电信服务的补充服务，它不能单独向用户提供服务，必须与承载服务或电信服务共同提供服务。它主要包括号码识别、免费电话服务及移动接入跟踪等28项服务。三、GSM系统的组成和结构(一)GSM系统的组成GSM系统由三部分组成：移动台(MS)、基站系统(BSS)和交换系统(NSS)，如图4-9所示。第四节GSM数字移动通信系统图4-9GSM系统组成第四节GSM数字移动通信系统1.移动台2.基站系统基站系统连接GSM系统的固定部分和无线部分，通过无线信道与多个MS相连接。基站系统包括：基站控制器(BSC)和基站收发信机(BTS)。一个移动交换中心MSC监控一个或多个BSC，每个BSC又控制多个BTS。3.交换系统(1)移动交换中心MSC是移动通信系统的核心部分，对移动用户以及在固定网络中的用户提供呼叫的交换功能。(2)本地用户位置寄存器也称归属用户位置寄存器。(3)访问用户位置寄存器访问用户位置寄存器是一种存储外来用户位置信息的数据库。(4)鉴权中心也称认证中心。第四节GSM数字移动通信系统(5)设备识别寄存器移动用户的国际移动设备识别码(IMEI)存储在设备识别寄存器中，用以检验及认证用户移动台的身份，防止未授权的设备入网，可以保证网络内所有移动台的惟一性和安全性。(6)操作维护中心负责所有移动网络部件的操作运行与维护，也负责无线网络的运行与维护。(二)GSM系统的结构1.移动业务本地网的结构全国分为若干移动业务本地网，移动业务本地网结构如图4-10所示。2.省内数字移动通信网的结构省内数字移动通信网如图4-11所示，它由省内的各移动业务本地网和若干个移动业务汇接中心构成。第四节GSM数字移动通信系统图4-10移动业务本地网的结构第四节GSM数字移动通信系统图4-11省内数字公用移动通信网3.全国数字公用陆地移动通信网结构全国数字公用陆地蜂窝移动通信网如图412所示，它由多个省内数字公用陆地蜂窝移动通信网和一级移动汇接中心构成。第四节GSM数字移动通信系统图4-12全国数字公用陆地移动通信网与公用电话网的连接四、GSM数字移动通信系统运行管理与通信过程第四节GSM数字移动通信系统(一)GSM系统运行管理1.信道的连接切换在GSM移动通信系统中，发生在同一小区不同信道之间以及同一基站覆盖区不同小区之间的信道连接切换称为信道的内部连接切换。信道的内部连接切换是由基站自动完成的。不同基站覆盖区的不同小区以及不同移动交换中心之间的信道连接切换称为信道的外部连接切换。外部连接切换是由移动交换中心根据移动台报告的信息自动完成的，并且原移动交换中心始终保持在外部切换中以对通话进行控制。2.位置登记移动用户的位置信息记录在移动交换中心的本地用户位置寄存器中，移动通信网必须根据移动用户的当前位置来确定通话路由。第四节GSM数字移动通信系统3.呼叫路由管理呼叫可以是固定用户呼叫移动用户，也可以是移动用户呼叫固定用户。为使呼叫通过一定的路线到达被呼用户，网络必须先确定移动用户的当前位置。(二)移动用户的通信过程1.移动用户开机1)开机后移动台搜索BCCH载频，搜索到最强的广播控制信道对应的载频，通过读取频率校正信道FCCH，协调移动台的频率与载波同步。2)移动台读取同步信道SCH的信息，找出基站的识别码，并同步到超高帧TDMA帧号上。第四节GSM数字移动通信系统3)移动台在处理呼叫前读取系统信息，如邻近小区的频率、所在的小区的频率、小区是否禁用、移动网国家号码和网络号码等。2.移动用户进行登记1)移动台在随机接入信道RACH上发出接入请求。2)系统通过允许接入信道AGCH给移动用户分配一个独立专用控制信道SDCCH。3)移动台在SDCCH上完成登录，即位置更新。3.移动用户被呼1)系统通过寻呼信道PCH呼叫移动用户，移动用户在随机接入信道RACH上通过发寻呼响应信息来应答。2)系统通过允许接入信道AGCH为移动台分配一个独立专用控制信道SDCCH。第四节GSM数字移动通信系统3)在SDCCH信道上，系统与移动台交换必要的信息，如鉴权、加密等信息，以便识别移动台的身份。4)系统给移动台分配一个业务信道TCH，并在TCH上开始通话。4.移动用户主呼1)移动台在随机接入信道RACH上发送呼叫请求信息。2)系统通过允许接入信道AGCH为移动台分配一个独立专用控制信道SDCCH。3)在SDCCH上系统与移动台交换必要信息，在SACCH上交换控制信息，并分配一个业务信道TCH。4)在已分配的业务信道TCH上进行通话。第五节窄带CDMA数字移动通信系统一、系统综述(一)系统发展过程在1991年12月美国Qualcomm公司进行了CDMA蜂窝网的现场实验。1993年3月，制定了CDMA公共空中接口标准(IS-95)。1993年至1994年又陆续开发了新业务和新功能，相应颁布了IS-96、IS-97、IS-98、IS-99标准。在1994年3月，我国引入CDMA网络，建立CDMA实验网。2001年9月，实现CDMA 133网全国联网。(二)IS95标准工作频段：869-894MHz(移动台收)；824-849MHz(移动台发)信道：64码分信道/载频；64个码分信道由64个正交沃尔什函数组成；每小区可分为3个扇区,可共用一个载频；每个网络分为9个载频,收发各用12.5MHz,共占25MHz频段射频带宽：第一频道21.77MHz第五节窄带CDMA数字移动通信系统其它频道：21.23MHz基站调制方式：四相移相键控(QPSK)移动台调制方式：交错四相移相键控(OQPSK)扩频方式：DS(直接序列扩频)语音编码：可变速率，最大速率为8kb/s，最大数据速率9.6kb/s，每帧时间20ms信道编码：上行，码速R=1/2，约束长度K=9；下行，码速R=1/3，约束长度K=9交织编码：交织间距20msPN码：码片的速率为1.2288Mc/s基站识别码：m序列，周期为215-1导频、同步信道：供移动台做载频和时间同步分集方式：空间、频率及时间分集第五节窄带CDMA数字移动通信系统二、CDMA系统的特点与信道配置(一)CDMA系统的特点1.双向功率控制2.采用语音激活技术3.系统容量大4.软容量5.软切换技术6.采用多种形式的分集技术7.保密性能好8.抗干扰能力强9.发射功率低第五节窄带CDMA数字移动通信系统(二)信道配置1.正向信道正向信道是指将信息由基站传向移动台的无线通道。按照功能的不同又可将正向信道分为：导频信道、同步信道、寻呼信道和正向业务信道。正向信道共有64个，有1个导频信道、1个同步信道、7个寻呼信道和55个正向业务信道。2.反向信道反向信道是指将信息由移动台传向基站的无线通道。反向信道分为：接入信道和业务信道。其中，有55个反向业务信道和n个接入信道。三、CDMA系统的组成CDMA系统组成主要包括移动台、基站、移动交换中心、操作与维护中心、鉴权中心、本地用户位置寄存器及访问用户位置寄存器等。第五节窄带CDMA数字移动通信系统图4-13双模式移动台结构框图四、CDMA系统的运行过程第五节窄带CDMA数字移动通信系统(一)位置登记(二)移动台主呼图4-14移动台呼叫处理第五节窄带CDMA数字移动通信系统1.初始化状态2.空闲状态3.接入状态4.业务信道控制状态(三)基站主呼1.导频和同步信道处理状态2.寻呼信道处理状态3.接入信道处理状态4.业务信道处理状态(四)信道切换1.硬切换第五节窄带CDMA数字移动通信系统在硬切换中，移动台先中断与原基站的联系，再取得与新基站的联系，无线链路是瞬间中断的。硬切换一般发生在不同频率的CDMA信道间。2.软切换软切换在具有相同的CDMA频道的小区(或扇区)之间进行切换。在该切换中，移动台开始与一个新的基站联系时，并不立即中断与原来基站之间的通信，而是同时与两个基站建立了通话链路，当原基站的信号强度降低到某一门限值时，再切断与原基站的通信联系。因此软切换没有通信中断的现象。3.CDMA系统向模拟系统的切换CDMA系统的双模式移动台能够实现由CDMA系统向模拟系统的切换。这种切换和硬切换类似，即在切换过程中无线链路也不具备连续性。第六节GPRS移动通信系统一、概述1.GPRS概念通用分组无线业务（General Packet Radio Service，GPRS）是GSM标准化组织制定的、由GSM系统向第三代移动通信系统过渡的一套标准(GSM Phase2+)，用于实现移动分组数据业务。GPRS系统作为一个数据传输承载平台，提供端对端分组交换方式下的数据发送和接收。2.GPRS系统特点1)数据传输速度和网络接入速度快。2)用户实时在线。3)资源和资金利用率高。4)能够与IP网络实现无缝链接。5)作为移动数据业务的承载业务，能更有效提供短信息、WAP等业务。第六节GPRS移动通信系统6)利用GSM系统的广阔覆盖，能实现Internet和其他数据分组网络的全球性无线接入。7)充分利用现有的无线网络覆盖，投资少，功能强，并且技术上采用分组与IP相结合，顺应通信网的发展趋势。8)按量计费。9)自如切换。3.GPRS业务(1)承载业务提供用户与网络接入点之间的数据传输，有点对点(PTP)和一点对多点(PTM)两种业务形式。(2)用户终端业务GPRS支持电信业务，具有提供全面的通信业务的能力。(3)附加业务附加业务用于支持所有的GPRS基本业务。第六节GPRS移动通信系统二、GPRS系统结构GPRS系统主要由移动台（MS)、基站子系统（BSS)、移动交换中心、/访问位置寄存器(MSC/VLR),归属位置寄存器/鉴权中心（HLR/AUC)、设备识别寄存器(EIR)、No.7信令网、GPRS服务支持节点（SGSN)、GPRS网关支持节点（GGSN)、GPRS骨干网、短消息业务网关移动交换中心/短消息业务互通移动交换中心(SMSGMSC/SMSIWMSC)及边界网关（BG)等组成。图4-15GPRS系统总体结构第六节GPRS移动通信系统1.GPRS移动台2.基站子系统3.移动交换中心访问位置寄存器4.归属位置寄存器鉴权中心5.设备识别寄存器6.No.7信令网7.GPRS服务支持节点8.GPRS网关支持节点9.GPRS骨干网10.短消息业务网关移动交换中心短消息业务互通移动交换中心具体的收发短消息的过程如图5-16所示。第六节GPRS移动通信系统图4-16短消息收发过程图11.边界网关三、GPRS系统的接口GPRS系统的各种接口如图417所示。第六节GPRS移动通信系统图4-17GPRS系统的接口四、GPRS信道类型第六节GPRS移动通信系统与GSM系统相同，GPRS系统的每个载频对应一个TDMA时帧，每个TDMA时帧可分为8个时隙，一个时隙构成一个物理信道。1.分组公用控制信道(1)分组寻呼信道(PPCH)下行信道。(2)分组随机接入信道(PRACH)上行信道。(3)分组允许接入信道(PAGCH)下行信道。2.分组广播控制信道3.分组业务信道(1)分组数据业务信道(PDTCH)上、下行信道。(2)分组随机控制信道(PACCH)上、下行信道。五、GPRS系统管理功能第六节GPRS移动通信系统GPRS系统管理功能主要包括网络访问控制、路由管理、逻辑链路管理、无线资源管理及移动性管理等方面。1.网络访问控制网络访问控制是指用户连接到电信网并使用网络所提供的服务的途径。主要包括注册、身份认证与授权、许可证控制、消息筛选、分组终端适配及计费数据收集等功能。2.路由管理路由是指一系列有先后顺序的节点的列表，用于在PLMN内或PLMN之间传递信息。每个路由由源节点、中继节点及目的节点组成。GPRS系统的路由管理是指GPRS系统按照一定规则进行寻址并建立数据传输路由的过程。GPRS系统的路由管理过程如图4-18所示。第六节GPRS移动通信系统图4-18GPRS系统的路由管理过程第六节GPRS移动通信系统(1)MS发送数据路由管理该过程如图4-18中的路由A所示。(2)MS接收数据路由管理该过程如图4-18中的路由B所示。(3)MS漫游数据传输路由管理在漫游时，MS发送数据的路由管理过程与路由A基本相同。3.逻辑链路管理MS通过无线接口参与和维护MS与PLMN间通信信道。具体包括协调MS与PLMN之间的链路状态信息、监管逻辑链路上的数据传输活动性。4.无线资源管理无线资源管理功能参与无线通信路径的分配和维护。GSM无线资源由电路模式服务（语音和数据）和GPRS服务共享。无线资源管理功能主要包括Um管理功能、蜂窝选择功能、Um-tranx功能及路径管理功能。第六节GPRS移动通信系统5移动性管理移动性管理功能用于跟踪移动台在PLMN中的当前位置。与GPRS移动台相关的移动性管理定义了空闲、等待和就绪三种状态，并且三种状态在满足一定条件时可以相互转换。第七节第三代移动通信系统一、IMT-2000系统概述(一)IMT-2000系统主要目标1)实现全球多媒体化、智能化和宽带化的个人通信；实现全球通信无缝隙漫游；支持高质量的话音、分组数据、多用户速率通信；并能依据用户要求对不同业务设置不同服务等级；适应多环境；能与不同网络互通及终端多样化等。2)规范无线、蜂窝、寻呼和低轨道卫星等多种通信标准。(二)IMT-2000系统的特点(1)高速率数据传输速率可从1kbit/s2Mbit/s。(2)多媒体化提供高质量的移动多媒体信息业务，如话音、变速率数据、高清晰图像及视频等多种业务，实现多种信息的一体化。第七节第三代移动通信系统(3)全球性IMT-2000系统是全球性的系统，在设计上具有高度的通用性。(4)综合化能把无线寻呼系统、无绳电话系统、陆地蜂窝移动通信系统及移动卫星通信系统综合起来，实现与不同通信系统的互联互通。(5)智能化主要表现在优化网络结构方面，引入了智能网概念，在收发信机上采用软件无线电技术。(6)个人化用户可用惟一的个人电信号码在任何终端上获取所需要的电信业务，超越了传统的终端设备的移动性，实现了用户个人的移动性。(7)移动终端多功能化移动终端不再是单纯的通信工具，还是集计算、娱乐及定位等应用于一体的工具。第七节第三代移动通信系统(8)平滑过渡与演进IMT-2000系统是在第二代移动通信系统的基础上平滑过渡来的，可以与第二代系统共存和互通。(三)IMT-2000系统的业务表4-23G业务分类业务分类业务实例业务分类业务实例会话类电路域普通电话娱乐类流媒体业务：音频点播/直播电路域移动可视电话流媒体业务：视频点播/直播会议电话信息服务类WAP浏览业务会议电视短消息信息点播消息类短消息MMS信息点播多媒体信息服务（MMS）移动商务类移动小额支付基于版权管理的MMS移动大额支付即时消息和Presence消息移动企业应用集团短息移动电子邮件移动企业接入语音便笺无线DDNInternet接入电路域承载业务：移动Internet接入，9.6kbit/s智能业务预付费、VPN、语音内容服务等数据域承载业务：移动Internet接入，14.4 384kbit/sIP多媒体Push to Talk定位类基于蜂窝小区标识的定位Rich Voice高精度定位Click to Dial区域触发定位IM、Presence娱乐类娱乐下载业务有QoS保障的SIP电话移动在线游戏Auto-conference第七节第三代移动通信系统(四)IMT-2000系统的技术标准1.IMT-2000系统地面无线传输技术提案序号技术方案双工方式应用环境提交者1J:WCDMAFDD TDD所有环境日本ARIB2UTRA-UMTSFDD TDD所有环境欧洲ETSI3CDMA2000FDD TDD所有环境美国TIA4WIMS WCDMAFDD所有环境美国TIA5WCDMA/NAFDD所有环境美国T1P16GLOBAL CDMAFDD所有环境韩国TTA7GLOBAL CDMA FDD所有环境韩国TTA8UWC-136FDD所有环境美国TIA9TD-SCDMATDD所有环境中国CWTS10EP-DECTTDD室内、外欧洲ETSI表4-3IMT-2000地面无线传输技术方案第七节第三代移动通信系统2.三种主流标准的技术比较WCDMACDMA2000TD-SCDMA载频带宽5MHz1.25/3.75MHz1.6MHz双工方式FDD/TDDFDDTDD多址方式CDMACDMATDMA+CDMA码片速率3.84Mchip/s1.2288/3.6864Mchip/s1.28Mchip/s语音编码AMREVRCAMR信道编码卷积码、Turbo码卷积码、Turbo码卷积码、Turbo码扩频码OVSF码下行：Walsh码、长码；上行：Walsh码、准正交码OVSF码扩频因子下行：4256；上行：451242561、2、4、8、16调制方式下行：QPSK；上行：BPSK下行：QPSK；上行：BPSKQPSK、8PSK帧长10ms2ms、10ms、40ms、80 ms5ms/10ms时隙数/帧15167/14最大数据速率2Mbit/s2.4Mbit/s2Mbit/s功率控制开环+闭环，功率控制速率为1600Hz开环+闭环，功率控制速率为800Hz或50Hz开环+闭环，功率控制速率最大为200Hz接收机RakeRake基站：联合检测；移动台：Rake基站同步/异步同步/异步GPS同步GPS或网络同步表4-4WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA的主要技术比较第七节第三代移动通信系统(五)IMT-2000系统的频谱1.IMT-2000系统的频率划分2.主流技术标准的实际使用频段(1)WCDMA技术使用频段FDD模式下：19201980MHz(上行)/21102170MHz(下行)，但在美洲地区却采用18501910MHz(上行)/19301990MHz(下行)。(2)CDMA2000技术使用频段目前，该技术使用频段共有10个，其中的Band Class6为IMT-2000规定的19201980MHz(上行)/21102170MHz(下行)频段。(3)TD-SCDMA技术使用频段ITU规定18801920MHz、20102025MHz为TD-SCDMA技术的核心频段。第七节第三代移动通信系统(4)中国IMT-2000系统使用频段为保证IMT-2000系统频谱需要，并结合我国无线电频谱使用实际情况，原信息产业部在2000年10月通过了IMT-2000频谱划分方案。二、IMT-2000系统的结构IMT2000系统的结构框图如图419所示。图4-19IMT-2000系统结构框图第七节第三代移动通信系统1.无线接入网 无线接入网主要用于实现无线传输功能。2.核心网 核心网主要用于提供信息交换和传输，将采用分组交换或ATM网络，最终过渡到全球IP网络。3.用户终端 用户终端用于完成与无线接入网的基站之间的通信。三、WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA系统的结构1.WCDMA系统的结构(1)UEUE包括移动终端(ME)和UMTS用户识别模块(USIM)两部分。图4-20WCDMA系统的结构第七节第三代移动通信系统(2)UTRANUTRAN包括一个或多个无线网络子系统(RNS)。(3)CNCN负责连接其他网络和对UE的通信和管理。2.CDMA2000系统的结构图4-21CDMA2000 1X系统的结构(1)PCF该部件的主要功能如下：完成无线数据到分组交换数据第七节第三代移动通信系统的格式转换；与PDSN一起建立、维护及释放链路层的链路资源；为分组数据业务建立与管理无线资源；在移动台不能获得无线资源时，可以缓存分组数据；收集与无线链路有关的计费信息，并通知PDSN。(2)PDSN该部件是连接无线网与分组数据网的接入网关。(3)HA为移动台提供分组数据业务的移动性管理和安全认证。(4)FA该部件是移动台所访问网络的一个路由器，为在本FA登记的移动台提供路由服务。(5)AAA为移动用户在分组域核心网内提供用户身份与服务资格的认证、授权及计费等服务。3.TD-SCDMA系统的结构四、IMT-2000系统的关键技术第七节第三代移动通信系统1.初始同步与Rake多径分集接收(1)初始同步CDMA2000系统接收机的初始同步包括PN码同步、符号同步、帧同步及扰码同步等。(2)Rake多径分集接收在CDMA移动通信中，由于信号带宽较宽，因而在时间上可以分辨出较细微的多径信号。对分辨出的多径信号分别进行加权调整，使合成后的信号增强，从而可大大降低多径衰落造成的负面影响。该技术称为Rake多径分集接收。2.高效的信道编译码技术除采用与IS-95 CDMA系统相似的卷积编码和交织技术外，还建议采用Turbo编码。在Turbo编码器内的交织器长度大于1000、软判输出、卷积解码采用标准的最大后验概率算法的条件下，其性能比约束长度为9的卷积编码性能提高1至2.5dB。第七节第三代移动通信系统3.智能天线技术智能天线技术是雷达系统的自适应天线阵在移动通信中的新应用。智能天线具有两个重要功能：对来自移动台的多径电波方向进行到达角（DOA）估计，并进行空间滤波，抑制其他移动台的干扰；对基站发射信号进行波束形成，使基站发射信号能够沿着移动台发射电波的方向到达移动台，从而可以降低基站发射功率，减少对其他移动台的干扰。4.联合检测技术TD-SCDMA系统采用的联合检测技术是在传统检测技术的基础上，充分利用造成多址干扰的所有用户信号和多径先验信息，把用户信号的分离当作一个统一的相互关联的检测过程来完成。第七节第三代移动通信系统5.功率控制技术用户发射功率的大小将直接影响系统的容量，从而使得功率控制技术成为CDMA系统的重要核心技术。常见的CDMA功率控制技术可分为开环功率控制、闭环功率控制和外环功率控制三种类型。开环功率控制是移动台根据接收功率与发射功率之积为常数的原则，先行测量接收功率的大小，并由此确定自身发射功率的大小。闭环功率控制是接收端（基站或移动台）通过对接收功率的测量值与信干比门限值进行对比，确定功率控制信息，然后通过信道把功率控制信息传送到发射端（移动台或基站），发射端根据接收到的功率控制信息调节自身发射功率的大小。外环功率控制则是接收端（基站或移动台）通过对接收误帧率的计算，确定自身进行闭环功率控制所需要的信干比门限值。外环功率控制通常需要采用变步长方法，以便加快调节信干