移動(dòng)通信原理

1、第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 第第2章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 2.1 手機(jī)發(fā)展概況手機(jī)發(fā)展概況 2.2 移動(dòng)通信網(wǎng)的組成移動(dòng)通信網(wǎng)的組成 2.3 多址接入技術(shù)多址接入技術(shù) 2.4 語音處理技術(shù)語音處理技術(shù) 2.5 數(shù)字調(diào)制與解調(diào)技術(shù)數(shù)字調(diào)制與解調(diào)技術(shù) 2.6 用戶通信終端設(shè)備用戶通信終端設(shè)備 2.7 SIM卡與卡與UIM卡卡 習(xí)題二習(xí)題二 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 2.1 手機(jī)發(fā)展概況手機(jī)發(fā)展概況 1. 模擬式手機(jī) 模擬式手機(jī)泛指第一代移動(dòng)通信的終端設(shè)備。 第 一代移動(dòng)通信俗稱“本地通”， 多采用TACS制， 頻 分多址（FDMA）方式

2、。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 2. 數(shù)字式手機(jī) 現(xiàn)在正處于移動(dòng)通信的第二階段， 數(shù)字式手機(jī)泛 指第二代移動(dòng)通信的終端設(shè)備。 第二代數(shù)字式手機(jī)， 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(shí)分多址（TDMA）方式。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 3. 第三代手機(jī) 實(shí)用的第三代手機(jī)已經(jīng)問世， 主要采用CDMA 2000技術(shù)。 顯然， 它必須與第三代移動(dòng)通信相適應(yīng)， 第三代手機(jī)應(yīng)具備以下幾個(gè)特點(diǎn)： （1） 不僅能傳送語音信號(hào)， 也為傳遞圖像信號(hào)奠 定了基礎(chǔ)。 （2） 手機(jī)中可加裝微型攝像頭， 可實(shí)時(shí)拍攝景物， 使可

3、視通信成為可能， 可隨意撥打可視電話。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 （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(shí)現(xiàn)多媒體通信。 （4） 手機(jī)與商務(wù)通渾然一體， 能以手寫體錄入文字。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 4. 第四代手機(jī) 第三代手機(jī)以能達(dá)到3G頻段為主要特征， 第四代 移動(dòng)電話機(jī)的4G技術(shù)已經(jīng)問世。 美國AT&T實(shí)驗(yàn)室正 在研究第四代移動(dòng)通信技術(shù)， 其研究的目標(biāo)是提高手 機(jī)訪問互聯(lián)網(wǎng)的速率。 目前， 手機(jī)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

4、接速率一開 始就能達(dá)到撥號(hào)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?表1-1為三代移動(dòng)通信的主要特點(diǎn)。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 表2-1 三代移動(dòng)通信的比較 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 5 小靈通PHS 小靈通又叫無線市話， 英文簡稱為PHS(Personal Handphone System)， 是一種個(gè)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?的通信工具。 “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(gè)位置， 用戶可在小靈通網(wǎng)絡(luò)覆

5、蓋范圍內(nèi)自由移動(dòng)實(shí)現(xiàn)通信。 正是由于無線市話小巧、 價(jià)廉、 環(huán)保的特點(diǎn)， 人們親切地稱之為“小靈通”。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 小靈通定位在對(duì)固定電話的補(bǔ)充與延伸上。 它的 最大特點(diǎn)是通信費(fèi)用低廉， 其手機(jī)發(fā)射功率小， 平均 發(fā)射功率為10 mW， 手機(jī)通話時(shí)間較長。 但其室內(nèi)信 號(hào)覆蓋比較差， 且它的移動(dòng)速度一般不能超過35 km/h。 在最后一章將詳細(xì)討論其工作原理。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 2.2 移動(dòng)通信網(wǎng)的組成移動(dòng)通信網(wǎng)的組成 1.2.1 數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)基本組成 一個(gè)數(shù)字移動(dòng)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

6、手機(jī)MS組成。 基站子系統(tǒng)與移動(dòng)電 話機(jī)之間依賴無線信道來傳輸信息。 移動(dòng)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(shí)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(duì)整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行管理和監(jiān) 控， 這是由操作維護(hù)子系統(tǒng)OMS來完成的。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖1-1 移動(dòng)通信系統(tǒng)組成框圖 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 1. 手機(jī)MS 終端設(shè)備就是移動(dòng)客戶設(shè)備部分， 它由兩部分組 成： 移動(dòng)終端(MS)和客戶識(shí)別模塊（SIM）。 移動(dòng)終 端在早期是以車載臺(tái)、 便攜臺(tái)形式出現(xiàn)的， 現(xiàn)在多為 大眾化

7、的移動(dòng)電話機(jī)手機(jī)所取代， 車載臺(tái)仍有少 量生產(chǎn)， 主要用于通信部門和軍事上。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 2. 基站子系統(tǒng)BSS 基站又稱基地臺(tái)， 它是一個(gè)能夠接收和發(fā)送信號(hào) 的固定電臺(tái)， 負(fù)責(zé)與手機(jī)進(jìn)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(jìn)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(shí)體可分為基站控制器 （BSC）和基站收發(fā)信臺(tái)（BTS）。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 1） 基站收發(fā)信臺(tái)BTS BTS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

8、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(jī)的運(yùn)行、 呼叫管理、 信道分配、 呼叫接續(xù) 等。一個(gè)基站控制器可以控制管理最多可達(dá)256個(gè)基站 收發(fā)器。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 3 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(dòng)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(shí)現(xiàn)整個(gè)通信系統(tǒng)的運(yùn)行、 管理。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 1） 移動(dòng)交換中心MSC MS

9、C是計(jì)算機(jī)控制的全自動(dòng)交換系統(tǒng)。 MSC與基 站以光纜相連進(jìn)行通信， 一個(gè)MSC可以管理數(shù)十個(gè)基 站， 并組成局域網(wǎng)。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 MSC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(jìn)行移動(dòng)用戶與市話、 長話之間的 聯(lián)系， 控制不同蜂窩小區(qū)的運(yùn)營。 （3） 支持移動(dòng)電話機(jī)的越區(qū)切換、 漫游、 入網(wǎng)登 錄和計(jì)費(fèi)。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 2） 訪問位置寄存器VLR 訪問位置寄存器VLR是一個(gè)用于存儲(chǔ)來訪用戶信 息的數(shù)據(jù)庫。 一個(gè)VLR通常為一個(gè)MSC控制區(qū)服務(wù)， 也可以為幾個(gè)相鄰的MSC控制區(qū)服務(wù)

10、。 移動(dòng)臺(tái)MS的 不斷移動(dòng)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(jìn)行登記。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 3） 歸屬位置寄存器HLR HLR是一種用來儲(chǔ)存本地用戶位置信息的數(shù)據(jù)庫。 當(dāng)一個(gè)移動(dòng)用戶購機(jī)后首次使用SIM卡加入蜂窩系統(tǒng) 時(shí)， 必須通過MSC在該地的HLR中登記注冊(cè)， 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(shí)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)。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 5） 設(shè)備號(hào)識(shí)別寄存器EIR 設(shè)備號(hào)識(shí)別寄存器EIR存放設(shè)備類型信息， 每個(gè)移 動(dòng)電話機(jī)都有

11、一個(gè)國際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼IMEI， EIR用 來監(jiān)視和鑒別移動(dòng)設(shè)備， 并拒絕非法移動(dòng)臺(tái)入網(wǎng)。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 6） 操作維護(hù)子系統(tǒng)OMS 操作維護(hù)子系統(tǒng)OMS， 又稱操作維護(hù)中心。 其任 務(wù)主要是對(duì)整個(gè)GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和監(jiān)控。 通過OMS 實(shí)現(xiàn)對(duì)GSM網(wǎng)內(nèi)各種部件功能的監(jiān)視、 狀態(tài)報(bào)告、 故 障診斷等功能。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 2.2.2 CDMA數(shù)字移動(dòng)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800 MHz CDMA數(shù)字系統(tǒng)。 一 種CDMA數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本組成如圖1-2所

12、示。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖1-2 CDMA數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)基本組成 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 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(hù)子系統(tǒng)OMS 和手機(jī)MS是必不可少的組成部分。 圖1-2中， PCF部分主要實(shí)現(xiàn)對(duì)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的處 理功能。 它能夠提供強(qiáng)大的分組數(shù)據(jù)處理能力， 滿足 用戶對(duì)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(duì)整個(gè)BSS子系統(tǒng)來進(jìn)行管理 和控制， 它是整個(gè)BSS子系統(tǒng)的操作維護(hù)中心。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移

13、動(dòng)通信基本原理 2.3 多址接入技術(shù)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(shí)現(xiàn)多址的方法基本上有三種， 即采用頻率、 時(shí) 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(shí)分多址（TDMA）和碼分多址 （CDMA）。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 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(gè)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。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信

14、基本原理 圖1-3 頻分多址的頻道劃分 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 2.3.2 時(shí)分多址（TDMA） TDMA將每個(gè)頻帶信道分成若干時(shí)隙（時(shí)間片）， 然后把每個(gè)時(shí)隙再分配給每個(gè)用戶， 根據(jù)一定的時(shí)隙 分配原則， 使各個(gè)移動(dòng)用戶在每幀內(nèi)只能按指定的時(shí) 隙向基站發(fā)送信號(hào)， 在滿足定時(shí)和同步的條件下， 基 站可以分別在各時(shí)隙中接收到各個(gè)移動(dòng)用戶的信號(hào)而 不混擾。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖2-4 頻分多址和時(shí)分多址工作示意圖 (a) FDMA； (b) TDMA 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖2-4中所示（(a)為FDMA， (b

15、)為TDMA）是一個(gè) 方向的情況， 在相反方向上必定有一組對(duì)應(yīng)的頻率/時(shí) 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(dòng)通信系統(tǒng)采用的就是TDMA/FDMA相 結(jié)合的方式。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖2-5 TDMA信道的劃分 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 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(duì)于新技術(shù)是開放的。 （6） 共享設(shè)備的成本低。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 2

16、.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(hào)不是靠頻率不同或時(shí)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(hào)的 不同波形來區(qū)分。 如果從頻率域或時(shí)間域來觀察， 多 個(gè)CDMA信號(hào)是互相重疊的。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 在FDMA和TDMA系統(tǒng)中， 為了擴(kuò)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?yàn)樾诺缼挼淖冋瓕?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?yàn)?它采用了擴(kuò)頻通信技術(shù)。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 CDMA的關(guān)

17、鍵是所用擴(kuò)頻碼有多少個(gè)不同的互相 正交的碼序列， 就有多少個(gè)不同的地址碼， 也就有多 少個(gè)碼分信道。 為了擴(kuò)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(kuò)頻調(diào)制方式的不同， 可以 分為直接序列擴(kuò)頻（DS）、 跳頻擴(kuò)頻（FH）、 跳時(shí) 擴(kuò)頻（TH）和復(fù)合式擴(kuò)頻， 如圖1-6所示。 直接序列擴(kuò)頻（DS-SS）CDMA發(fā)射和接收電路構(gòu) 成如圖1-7所示。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖2-6 CDMA擴(kuò)頻調(diào)制方式 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖2-7 直接序列擴(kuò)頻（DS-SS）發(fā)射和接收電路構(gòu)成框圖 第第1 1章章 移動(dòng)通

18、信基本原理移動(dòng)通信基本原理 CDMA技術(shù)近年得到了迅速的發(fā)展， 正在成為一 項(xiàng)全球性的無線通信技術(shù)， 它具有如下優(yōu)點(diǎn)： （1） 系統(tǒng)具有軟容量。 （2） 能實(shí)現(xiàn)多媒體通信。 （3） 語音質(zhì)量高。 （4） 無需防護(hù)間隔。 （5） 能實(shí)現(xiàn)軟切換。 （6） 保密性強(qiáng)。 （7） 實(shí)現(xiàn)低功耗。 （8） 建網(wǎng)成本下降。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 2.4 語音處理技術(shù)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(hào)都要進(jìn)行數(shù)字化處理， 因而第一步要把語音模擬信 號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)（即1和0的組合）。 語音信號(hào)有多 種編碼方式， 但最基本的是脈沖編碼

19、調(diào)制PCM。 典型 的脈沖編碼調(diào)制電路組成如圖1-8所示。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖2-8 脈沖編碼調(diào)制電路組成 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 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。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 聲碼器編碼可以是很低的速率（可以低于5 kbs）， 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)

20、測(cè)編碼-長期預(yù)測(cè)編碼-規(guī)則脈沖激勵(lì)編碼器（LPC- LTP-RPE編碼器）， 見圖1-9。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖2-9 GSM語音編碼器框圖 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 2.4.2 信道編碼 1. 信道編碼的基本原理 語音信號(hào)經(jīng)過語音編碼后， 緊接著還要進(jìn)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(hào)的傳輸速率， 實(shí)現(xiàn)數(shù)字 信號(hào)壓縮。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 采用數(shù)字傳輸時(shí)， 所傳信號(hào)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(cuò)率 (BER)

21、的概念。 BER表明總比特率中有多少比特被檢 測(cè)出錯(cuò)誤， 差錯(cuò)比特?cái)?shù)目或所占的比例要盡可能小。 為了有所補(bǔ)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(cuò)。 這是因?yàn)榧尤胍恍?冗余比特， 把幾個(gè)比特上攜帶的信息擴(kuò)散到更多的比 特上。 為此付出的代價(jià)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(cuò)。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 為了便于理解， 我們舉一個(gè)簡單的例子加以說明。 假定要傳輸?shù)男畔⑹且粋€(gè)“0”或是一個(gè)“1”， 為了提 高保護(hù)能力， 各添加3個(gè)比特： 信息 添加比特 發(fā)送比特 0 000 0000 1 111 1111 第

22、第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 對(duì)于每一比特(0或1)， 只有一個(gè)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(cuò)。 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(hù)作用如何? 接收編碼組可能為： 0000 0010 0110 0111 1111 判決結(jié)果： 0 0 X 1 1 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖2-10表示了數(shù)字信號(hào)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(hào)“s”， 經(jīng)信源編碼構(gòu) 成一個(gè)具有確定長度的數(shù)字信號(hào)序列“m”， 人為地再 按一定規(guī)則加進(jìn)非信息數(shù)字序

23、列， 以構(gòu)成一個(gè)一個(gè)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?hào)。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖2-10 數(shù)字信息傳輸方框圖 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 移動(dòng)通信的傳輸信道屬變參信道， 它不僅會(huì)引起 隨機(jī)錯(cuò)誤， 更主要的是會(huì)造成突發(fā)錯(cuò)誤。 隨機(jī)錯(cuò)誤的 特點(diǎn)是碼元間的錯(cuò)誤互相獨(dú)立， 即每個(gè)碼元的錯(cuò)誤概 率與它前后碼元的錯(cuò)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。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖2-11 分組編碼 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖

24、2-12 卷積編碼 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 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(duì)一些信息比特進(jìn)行分組編碼， 構(gòu)成一個(gè)“信息分 組+奇偶(檢驗(yàn))比特”的形式， 然后對(duì)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(cuò)時(shí)， 能校正的校正(利用卷 積編碼特性)， 能檢測(cè)的檢測(cè)(利用分組編碼特性)。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 GSM系統(tǒng)首先是把語音分成20 ms的音段， 這20 ms的音段通過語音編碼器被數(shù)字化

25、和語音編碼， 產(chǎn)生 260個(gè)比特流， 并被分成： (1) 50個(gè)最重要比特。 （2) 132個(gè)重要比特。 （3) 78個(gè)不重要比特。 如圖1-13所示， 對(duì)上述50個(gè)最重要比特添加3個(gè)奇 偶檢驗(yàn)比特(分組編碼)， 這53個(gè)比特同132個(gè)重要比特 與4個(gè)尾比特一起卷積編碼， 比率1 2， 因而得378個(gè) 比特， 另外78個(gè)比特不予保護(hù)。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖2-13 GSM數(shù)字話音的信道編碼 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 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(gè)相繼分 組中的第1個(gè)比特取出來， 并讓

26、這4個(gè)第1比特組成一個(gè) 新的4比特分組， 稱作第一幀， 4個(gè)消息分組中的比特 24， 也作同樣處理， 如圖1-14所示。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖2-14 交織原理 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 2 GSM系統(tǒng)中交織方式 在GSM系統(tǒng)中， 信道編碼后進(jìn)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一20 ms語音數(shù)字化并 編碼， 提供456個(gè)比特。 首先對(duì)它進(jìn)行內(nèi)部交織， 即將 456個(gè)比特分成8幀， 每幀57比特， 見圖1-15。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖2-1

27、5 GSM 20 ms話音編碼交織 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 如果將同一20 ms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(huì)導(dǎo)致該20 ms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(gè)話音 幀間再進(jìn)行一次交織， 即塊間交織。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖2-16 普通突發(fā)脈沖串 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 把每20 ms語音456比特分成的8幀為一個(gè)塊， 假設(shè) 有A、 B、 C、 D四塊， 見圖1-17。 在第一個(gè)普通突 發(fā)脈沖串中， 兩

28、個(gè)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. 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖2-17 話音信道編碼 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖2-18 二次交織 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 1.4.4 CDMA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(lì)線性預(yù)測(cè)編碼(CELP)8 kb/s和13 kb/s。 8 kb/s的話音 編碼達(dá)到GSM系統(tǒng)的13 kb/s的話音水平甚至更好。 13 b/s的話音編碼已達(dá)到有線長途話音水平。 CELP采用 與脈沖激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼相同的原理， 只是將脈沖位 置

29、和幅度用一個(gè)矢量碼表代替。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 2.5 數(shù)字調(diào)制與解調(diào)技術(shù)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2020 000 Hz的 范圍內(nèi)。 一般認(rèn)為只要有3003400 Hz， 就足以表達(dá)說話 的內(nèi)容了。 如果考慮到語音的原始聲音和真實(shí)度問題， 則需要5015 000 Hz的頻率范圍。 聲音范圍的頻率被 稱作低頻或音頻。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 2. 常見的調(diào)制解調(diào) 調(diào)制時(shí)必須具備調(diào)制信號(hào)和載波。 調(diào)制信號(hào)可以 分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。 可供使用的載波有正弦波 和方波。 調(diào)制方式

30、可以按照調(diào)制信號(hào)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(duì)傳送質(zhì)量 的要求來選擇調(diào)制方式。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 表2-2 調(diào) 制 方 式 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 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(gè)要素隨調(diào)制信號(hào)變化， 如圖1-19 所示。 數(shù)字調(diào)制是指調(diào)制信號(hào)是數(shù)字基帶信號(hào)， 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(hào)是1或0。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)

31、通信基本原理 圖2-19 載波的要素 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 2.5.2 數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的調(diào)制方式 經(jīng)語音編碼后的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)， 此信號(hào)向外發(fā) 送還需要經(jīng)過調(diào)制。 應(yīng)用于移動(dòng)通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)， 按信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)的基本原理如圖1- 20所示。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖2-20 FSK基本原理示意圖 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 傳送編碼為1

32、0001101， 其工作波形示意如圖1-21 所示。 從圖中可以看出， FSK調(diào)制相當(dāng)于D/A變換， 經(jīng)過調(diào)制后的數(shù)字信號(hào)變成了f1、 f2二值頻率變化， 顯然， 這個(gè)信號(hào)具有模擬信號(hào)的特點(diǎn)。 完成頻移鍵控后， 接收端如何解調(diào)出這個(gè)二進(jìn)制 碼呢？FSK解調(diào)如圖2-22所示。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖2-21 FSK波形示意圖 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖2-22 FSK解調(diào) 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 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

33、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(shí)， 使高、 低電平所調(diào)制的兩個(gè)頻率 f1、 f2盡可能接近， 即頻移最小， 這樣可節(jié)省頻帶。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 （2） GMSK調(diào)制可以控制相位的連續(xù)性， 在每個(gè) 碼元持續(xù)期Ts內(nèi)， 頻移恰好引起/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(hào)產(chǎn)生原理如圖1-23所示， 電路框圖如 圖1-24所示。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖2-23 GMSK信號(hào)產(chǎn)生原理 第第1 1

34、章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖2-24 GMSK調(diào)制器電路框圖 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 2.6 用戶通信終端設(shè)備用戶通信終端設(shè)備 1.6.1 手機(jī)組成 手機(jī)與SIM卡共同構(gòu)成GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)的終端 設(shè)備， 也是移動(dòng)通信系統(tǒng)的重要組成部分。 雖然手機(jī) 品牌、 型號(hào)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(jī) 的簡單組成框圖如圖1-25所示。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖2-25 GSM手機(jī)組成框圖 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 1) 射頻部分 射頻部分由天線、 接收

35、、 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(jī)接 口三部分。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 4） 電源 電源部分為射頻部分和邏輯部分供電， 同時(shí)又受 到邏輯部分的控制。 另外， 軟件也是手機(jī)的重要組成部分。 手機(jī)的整 個(gè)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(jī)的技術(shù)指標(biāo)見表1-3。 第第1 1章章 移動(dòng)

36、通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 表2-3 雙頻 GSM手機(jī)的技術(shù)指標(biāo) 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 2.6.2 CDMA手機(jī) 1 CDMA手機(jī)技術(shù)指標(biāo) CDMA手機(jī)一般的技術(shù)指標(biāo)見表1-4。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 表2-4 CDMA手機(jī)的技術(shù)指標(biāo) 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 2 CDMA手機(jī)比GSM手機(jī)更具有優(yōu)越性 （1） 接通率高。 （2） 手機(jī)電池的使用壽命延長。 （3） “綠色手機(jī)”。 （4） 話音質(zhì)量高。 （5） 不易掉話。 （6） 保密性能更好。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 2.7 SIM卡與卡

37、與UIM卡卡 1.7.1 概述 手機(jī)與SIM卡共同構(gòu)成移動(dòng)通信終端設(shè)備。 GSM 手機(jī)用戶在“入網(wǎng)”時(shí)會(huì)得到一張SIM卡， 機(jī)卡分離 式CDMA手機(jī)“入網(wǎng)”時(shí)也需配置UIM卡， SIM或 UIM卡是“用戶識(shí)別模塊”的意思。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 2.7.2 手機(jī)卡的內(nèi)容 手機(jī)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(chǔ)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： 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 （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(hào)、 SIM卡資源配置數(shù)據(jù)

38、等基本 參數(shù)。 （2） 由GSM網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商寫入的SIM卡所屬網(wǎng)絡(luò)與 用戶有關(guān)的、 被存儲(chǔ)在用戶這一方的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和用戶 數(shù)據(jù)等， 包括： 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 鑒權(quán)和加密信息Ki(Kc算法輸入?yún)?shù)之一： 密鑰號(hào)) 國際移動(dòng)用戶號(hào)（IMSI）； A3： IMSI認(rèn)證算法； A5： 加密密鑰生成算法； A8： 密鑰（Kc）生成前， 用戶密鑰（Kc）生成算法； 移動(dòng)電話機(jī)用戶號(hào)碼、 呼叫限制信息等。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 （3） 由用戶自己存入的數(shù)據(jù)。 如縮位撥號(hào)信息、 電話號(hào)碼簿、 移動(dòng)電話機(jī)通信狀態(tài)設(shè)置等。 （4） 用戶在使用SIM卡過程中自動(dòng)存入及更新的網(wǎng) 絡(luò)接續(xù)和用戶信息。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 在實(shí)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25 mm15 mm， 是半永久性地裝入到移動(dòng)臺(tái)設(shè)備中的卡。 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 圖2-26 SIM卡外形 第第1 1章章 移動(dòng)通信基本原理移動(dòng)通信基本原理 2.7.3 SIM卡的構(gòu)造 SIM卡是帶有微處理器的芯片