第6章數(shù)字移動通信系統(tǒng)

1、第第6章章 數(shù)字移動通信系統(tǒng)數(shù)字移動通信系統(tǒng) 6.1 移動通信概述6.2 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)6.3 CDMA移動通信系統(tǒng)6.4 新一代移動通信系統(tǒng)6.5 小 結(jié) 6.1 移動通信概述移動通信概述 6.1.1 移動通信的特點 1. 移動通信的傳輸信道必須使用無線電波 2. 移動通信的電波傳播環(huán)境惡劣 3. 多普勒頻移產(chǎn)生附加調(diào)制 4. 移動通信受干擾和噪聲的影響 5. 用戶量大,但頻率有限 6. 組網(wǎng)技術(shù)復(fù)雜 7. 對設(shè)備要求苛刻6.1.2 移動通信的分類及工作方式1. 移動通信系統(tǒng)的分類l按使用對象可分為：民用設(shè)備和軍用設(shè)備；l按使用環(huán)境可分為：陸地通信、海上通信和空中通信；l按多址方

2、式可分為：頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)；l按覆蓋范圍可分為：廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)；l按業(yè)務(wù)類型可分為：電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)；l按工作方式可分為：同頻單工、異頻單工、異頻雙工和半雙工；l按服務(wù)范圍可分為：專用網(wǎng)和公用網(wǎng)；l按信號形式可分為：模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)。 2. 工作方式（1）單工通信發(fā)射機接收機f1( f2 ) 送受話器電臺A發(fā)射機接收機送受話器f1( f1 ) f1( f2 ) f1( f1 ) PT電臺BPT圖6.1 單工通信（2）雙工通信（3）半雙工通信圖6.2 雙工通信發(fā)射機接收機f1f2送話器受話器基站雙工器發(fā)射機接收機f2f1f1送話器受話器移動

3、臺f26.1.3 幾種典型的移動通信系統(tǒng) 1. 無線電尋呼系統(tǒng) 2. 蜂窩移動通信系統(tǒng) 3. 集群移動通信系統(tǒng) 4. 個人無線電話系統(tǒng) 5. 公用無繩電話系統(tǒng) 6. 移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)6.1.4 蜂窩移動通信系統(tǒng)的發(fā)展概況 1. 第一代(1G)模擬移動通信系統(tǒng) 2. 第二代(2G)數(shù)字移動通信系統(tǒng) 3. 第三代(3G)IMT-2000移動通信系統(tǒng)6.1.5 移動通信系統(tǒng)的組成圖6.3 移動通信系統(tǒng)的組成市話局市話用戶有線電話網(wǎng)控制交換中心中繼線基站 1中繼線中繼線基站 3基站 2無線區(qū)1車載臺無線區(qū)2無線區(qū)3手持機手持機車載臺中繼線6.1.6 數(shù)字移動通信的基本技術(shù)1. 多址技術(shù) （1）頻分多址

4、 （2）時分多址 （3）碼分多址圖6.4 三種多址方式概念示意圖( a ) FDMAf( b ) TDMAf( c )CDMAitttTiCiFf2. 功率控制 3. 蜂窩組網(wǎng)技術(shù)圖6.5 小區(qū)組網(wǎng)圖案A3A1A2B3B1B2C3C1C2A3A1A2A3A1A2B3B1B2C3C1C2C3C1C2A3A1A2B3B1B2C3C1C2A3A1A2A3A1A2B3B1B2C3C1C2C3C1C2A3A1A2B3B1B2C3C1C2A3A1A2A3A1A2B3B1B2C3C1C2C3C1C2K=31234123412341K=41111213456711K=74. 調(diào)制技術(shù) 5. 分集接收技術(shù)圖6.

5、6 分集方式6語音編碼技術(shù) 7交織技術(shù) 圖6.7 交織原理D1D2D3D4D1D2D3D4D1D2D3D4D1D2D3D4D1D1D1D1D2D2D2D2D3D3D3D3D4D4D4D4D1D2D3D4D1D2D3D4D1D2D3D4D1D2D3D4圖6.8 GSM系統(tǒng)的語音交織260456 比 特456 比 特D126012345678D2D3D4D5D6D7D8D1D2D3D4D5D6D7D8語 音20 ms20 ms語 音 編 碼 器語 音 編 碼 器規(guī) 則 脈 沖 激 勵長 期 預(yù) 測 編 碼二 次 交 織信 道編 碼 器信 道編 碼 器時 隙 流(在 一 幀 僅 發(fā) 一 時 隙)單

6、幀357 bit126 bit(訓(xùn) 練 序 列)157 bit38.25常 規(guī) 突發(fā) 序 列第 一 個20 ms輸 出保 護(hù)數(shù) 據(jù)交 織 距 離 8數(shù) 據(jù)尾 碼第 二 個20 ms輸 出尾 碼一 次 交 織6.2 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng) 6.2.1 GSM系統(tǒng)簡介 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)起源于歐洲。 我國參照GSM標(biāo)準(zhǔn)制定了自己的技術(shù)要求，主要內(nèi)容有：使用900MHz頻段，即890915MHz(移動臺發(fā)、基站收)和935960MHz(基站發(fā)、移動臺收)，收發(fā)頻率間隔45MHz；載頻間隔200kHz，每載波信道數(shù)8個，基站最大功率300W，小區(qū)半徑0.535km，調(diào)制

7、類型GMSK，手機的發(fā)射功率約為0.6W。 6.2.2 GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖6.9 GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6.2.3 GSM系統(tǒng)的傳輸方式1. 時隙圖6.10 TDMAFDMA接入方式4.615 ms頻率fn4fn3fn2fn1fn幀 物理信道577 s時隙200 kHz時間0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1

8、 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 72. 頻率與頻道序號3. TDMA幀結(jié)構(gòu)圖6.11 GSM系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)及時隙的格式4. 調(diào)制方式 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 422 23 24 250 1 2 347 48 49 5001230147484850242501234562047204620452044204320421超高幀 2048超幀 27

9、15 648 TDMA幀1超幀 1326 TDMA幀(6.12 s)1 業(yè)務(wù) 復(fù)幀 26 TDMA幀(120 ms)012TDMA幀 51業(yè)務(wù)復(fù)幀 26 控制復(fù)幀1 控制 復(fù)幀 51 TDMA幀(3060/13 ms)TDMA幀TDMA幀6.2.4 GSM體制的特點1GSM體制的優(yōu)點 （1）具有開放的接口和通用的接口標(biāo)準(zhǔn) （2）能夠保護(hù)用戶權(quán)利和加密傳輸信息 （3）可以支持多種業(yè)務(wù) （4）能夠?qū)崿F(xiàn)跨國漫游 （5）具有更大的系統(tǒng)容量 （6）頻譜效率提高 （7）抗干擾能力強，覆蓋區(qū)內(nèi)通信質(zhì)量好 2GSM體制的缺陷（1）系統(tǒng)容量有限（2）編碼質(zhì)量不夠高 （3）終端接入速率有限 （4）切換功能較差 （

10、5）漫游能力有限6.3 CDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 6.3.1 CDMA系統(tǒng)簡介 CDMA是碼分多址(Code Division Multiple Access)技術(shù)的英文縮寫，它是在數(shù)字技術(shù)的分支擴頻通信技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術(shù)。 CDMA技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)歷了幾個階段。 6.3.2 CDMA系統(tǒng)工作原理1擴頻通信系統(tǒng) （1）工作原理圖6.12 擴頻通信工作原理信息調(diào)制信源擴頻調(diào)制擴頻碼產(chǎn)生器射頻調(diào)制射頻發(fā)生器信息解調(diào)信宿擴頻解調(diào)擴頻碼產(chǎn)生器射頻解調(diào)本振發(fā)生器（2）擴頻通信特點 1）隱蔽性好，對各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很??；2）頻譜利用率高，易于重復(fù)使用頻率；3）抗

11、干擾性強，誤碼率低；4）可以實現(xiàn)碼分多址；5）易于數(shù)字化，能夠開展多種通信業(yè)務(wù)。2. CDMA系統(tǒng)工作原理編碼與交織BPF擴頻編碼數(shù)據(jù)載波數(shù)字濾波BPF擴頻編碼數(shù)據(jù)載波解碼與去交織圖6.13 CDMA擴頻通信系統(tǒng)原理3. CDMA系統(tǒng)的主要優(yōu)點 (1) 大容量 (2) 軟容量 (3) 軟切換 (4) 高話音質(zhì)量和低發(fā)射功率 (5) 話音激活 (6) 保密6.3.3 CDMA系統(tǒng)組成1. 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)圖6.14 CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)收發(fā)收發(fā)發(fā)基站收/發(fā)信機(BTS)基站收/發(fā)信機(BTS)收發(fā)操作管理中心(OMC)本地用戶位置寄存器(HLR)基站控制器(BSC)移動交換控制中心（MSC）

12、/被訪位置寄存器（VLR）移動交換控制中心（MSC）/被訪位置寄存器（VLR）市話網(wǎng)PSTNISTNU接口全向小區(qū)扇形小區(qū)移動臺Abis接口A接口V接口控制及數(shù)據(jù)鏈路業(yè)務(wù)鏈路2. 基站子系統(tǒng) 3. 移動臺6.3.4 CDMA系統(tǒng)參數(shù)1. CDMA系統(tǒng)的參數(shù) 2. CDMA頻道參數(shù)圖6.15 CDMA主載頻占用的頻帶333.314313312311.304303.283.263262.254253.保護(hù)頻帶9個AMPS頻道(0.27 MHz)AMPS語音頻道CDMA載頻帶寬占41個AMPS頻道(1.23 MHz)AMPS控制頻道保護(hù)頻帶9個AMPS頻道(0.27 MHz)2836.3.5 CDM

13、A系統(tǒng)的無線傳輸1. 邏輯信道圖6.16 CDMA蜂窩系統(tǒng)的信道示意圖導(dǎo)頻信道同步信道尋呼信道正向業(yè)務(wù)信道反向業(yè)務(wù)信道接入信道移動臺基站反向信道正向信道2. 正向邏輯信道圖6.17 正向傳輸?shù)倪壿嬓诺澜M成（1）導(dǎo)頻信道（W0） （2）同步信道（W32） （3）尋呼信道（W1W7） （4）正向業(yè)務(wù)信道（W8W31, W33W63）業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)隨路信令CDMA正向信道（共1.23MHz)業(yè)務(wù)信道W0導(dǎo)頻信道W1尋呼信道.W7W8尋呼信道.W31W32W33.W63業(yè)務(wù)信道.同步信道業(yè)務(wù)信道業(yè)務(wù)信道.圖6.18 CDMA系統(tǒng)正向信道電路方框圖3. 反向邏輯信道（1）接入信道 （2）反向業(yè)務(wù)信道圖6.19

14、 基站接收機的反向CDMA信道CDMA反 向 信 道 （ 共 1.23MHz)1接 入信 道.55n1.接 入信 道業(yè) 務(wù)信 道.業(yè) 務(wù)信 道用 戶 地 址 長 碼 PN序 列圖6.20 CDMA系統(tǒng)反向信道電路方框圖9.6(kb/s)4.82.41.2r1/3k928.8 ks/s碼元基帶濾波器基帶濾波器cos?ctsin?ctQ信道序列,1.2288 Mc/sIQI信道序列, 1.2288 Mc/sI(t)Q(t)S(t)D延時406.9 n/sPN子碼12長碼產(chǎn)生器1.2288Mc/sPN子碼長碼掩蔽數(shù)據(jù)猝發(fā)隨機化器幀數(shù)據(jù)率4.8 ks/s(307.2 kc/s)正交調(diào)制器調(diào)制碼元(64

15、進(jìn)制)分組交織器碼元28.8ks/s碼元重復(fù)碼元28.8(ks/s)14.47.23.6卷積編碼器加編碼器尾比特幀質(zhì)量指示器8.64.02.00.8(kb/s)9.2(kb/s)4.42.00.8反向業(yè)務(wù)信道信息比特(每幀172，80，40或16bit)基帶濾波器基帶濾波器cos?ctsin?ctQ信道序列,1.2288 Mc/sIQI信道序列, 1.2288 Mc/sI(t)Q(t)S(t)D延時406.9 n/sPN子碼12長碼產(chǎn)生器1.2288 Mc/s長碼掩蔽PN子碼4.8 ks/s(307.2 kc/s)正交調(diào)制器調(diào)制碼元(沃爾什子碼)(64進(jìn)制)碼元28.8ks/s分組交織器碼元2

16、8.8ks/s碼元重復(fù)碼元14.4ks/s卷積編碼器r1/3k94.8kb/s加編碼器尾比特4.4kb/s接入信道比特(每幀88bit)6.3.6 CDMA系統(tǒng)功率控制（1）正向信道功率控制 （2）反向信道開環(huán)功率控制 （3）反向信道閉環(huán)功率控制 （4）功率控制子信道6.4 新一代移動通信系統(tǒng)新一代移動通信系統(tǒng) 6.4.1 個人通信概述 1. 個人通信的概念 2. 實現(xiàn)個人通信的途徑6.4.2 第三代移動通信系統(tǒng)(3G) 1. 第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)之爭 2. IMT-2000簡介 3. IMT-2000標(biāo)準(zhǔn) 6.4.3 第三代移動通信的新技術(shù)1. 新型調(diào)制技術(shù) （1）多載波調(diào)制 （2）可變速率調(diào)制圖6.21 OFDM-CDMA調(diào)制器原理圖2. 智能天線技術(shù) （1）多波束智能天線 （2）自適應(yīng)智能天線 3. 多用戶信號檢測技術(shù) （1）去相關(guān)多用戶檢測 （2）連續(xù)干擾抵消多用戶檢測 4. 無線ATM圖6.22 無線ATM系統(tǒng)示意圖5. 軟件無線電圖6.23 軟件無線電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖6.5 小小 結(jié)結(jié) 數(shù)字移動通信技術(shù)是通信技術(shù)中發(fā)展最快的一個組成部分，本章首先簡要介紹了移動通信的基