《計算機網(wǎng)絡教程》第5章 無線網(wǎng)絡-1

《計算機網(wǎng)絡教程》電子教案

第五章無線網(wǎng)絡無線通信基礎與GSM主要內容5.1無線通信基礎無線信道 改善無線信道性能 多路訪問機制 5.2移動通信移動通信概述全球移動通信系統(tǒng)GSM2無線通信基礎：天線天線：全向天線：天線輻射的電磁能的方向是全方位的，且各個方向輻射出功率相等定向天線天線只沿著一個給定的方向進行輻射天線增益指的是在特定方向上的輸出功率的增加一個3dB的天線增益表示在特定方向上的輸出功率是理想情況下的全向天線的功率的一倍。與采用的無線信號的頻率、天線的有效面積相關3影響無線信道的因素衰減指信號的強度隨著其傳輸?shù)木嚯x增加而降低的現(xiàn)象噪聲：影響兩個無線節(jié)點間信號的視線傳播而導致衰減和失真的因素多徑干擾：信號在無線媒體傳播過程中由于各種障礙物和其他因素的影響還可能會出現(xiàn)反射、散射和衍射等多徑傳播而導致的干擾4無線信號的空間傳播模型無線信號本身的傳輸特性：距離越遠，衰減越大自由空間傳播模型：在理想條件下即兩點間直線傳播且沒有任何地表或者障礙物的阻隔、沒有損傷源存在時帶來的信號衰減5發(fā)送功率接收功率信號的波長距離接收天線增益發(fā)送天線增益自由空間路徑損耗：不考慮天線增益情況下發(fā)送功率與接收功率之比，常以分貝為單位：d以km為單位,f以MHz為單位噪聲噪聲：影響兩個無線節(jié)點間信號的視線傳播而導致衰減和失真的因素熱噪聲：由于電子的熱攪動而引起的可以看作是溫度在絕對零度之上時物體的一個基本特性均勻分布在信道的整個頻譜上，常稱為白噪聲與信道的帶寬和溫度相關，與頻率無關加性白高斯噪聲AWGN（AdditiveWhiteGaussianNoise）信道文獻在討論僅含有熱噪聲的信道時常這樣假設加性指噪聲與信號之間的關系遵從疊加原理的線性關系高斯是指噪聲分布服從正態(tài)（高斯）分布。多個不同頻率或者相同頻率的信號可能同時進行傳播互調噪聲：系統(tǒng)本身允許的其他頻率信號的傳播而導致的兩點間的信號傳播出現(xiàn)的非線性因素串擾：信號傳輸?shù)穆窂缴嫌捎诮邮盏奖旧聿⒉幌Ｍ钠渌盘柖a(chǎn)生的干擾。脈沖（突發(fā)）噪聲：由于閃電、電鋸等電磁干擾而導致短時期的信號出現(xiàn)比較大的噪聲干擾6多徑干擾信號傳播過程由于各種障礙物和其他因素的影響出現(xiàn)出現(xiàn)多徑傳輸，接收方可能會接收到具有不同延遲的信號的多個副本而造成的干擾7反射：遇到一個相對于該信號波長更大的障礙物（大多數(shù)建筑物、懸崖、大的玻璃窗等）的表面散射：遇到一個比較大的物體的不規(guī)則的邊緣處衍射:遇到一個相對于該信號的波長而言要更小些的障礙物（如電線桿和交通標志）反射路燈衍射散射衰退（fading）衰退表示由于傳輸媒體或者傳輸路徑的因素而引起的接收方接收到的信號隨時間而變化的情況接收者的信號可能是視線傳播或者反射、散射和衍射傳輸而混合在一起的，在無線通信文獻中，經(jīng)常假設信號服從如下分布：假設發(fā)送者和接收者之間不存在一條LOS路徑，則幅度服從瑞利（Rayleigh）分布，而相位服從[0,π]區(qū)間的均勻分布。如果存在一條相當穩(wěn)定的LOS路徑，則幅度服從瑞森（Rician）分布，參數(shù)K=LOS路徑功率/多徑功率K=0時，退化為瑞利分布k=∞時，信道退化為LOS路徑，相當于AWGN信道納卡伽米（Nakagami-m）分布是從實際測量中檢測出來的，可用于描述地面移動、室內環(huán)境下或者電離層反射的無線信號，主要參數(shù)mm=1時退化為瑞利分布m趨近于無窮大時相當于一個AWGN信道m(xù)大于等于1時，可以近似為瑞森分布。多普勒（Doppler）效應：接收者處于高速移動過程（如車載通信）中導致傳播頻率的擴散而引起，其程度與用戶的運動速度成正比8快衰退和慢衰退快衰退（FastFading）和慢衰退（SlowFading）快衰退：描述的是小范圍（小尺度）的特性大致反映了移動用戶在數(shù)十個波長范圍內接收信號的電平平均值的相對來說比較快速的變化趨勢。瑞利衰退、瑞森衰退和納卡伽米衰退模型屬于快衰退慢衰退：描述的是中等范圍的特性反映了在中等范圍（數(shù)百波長數(shù)量級）內的接收信號電平平均值起伏變化的趨勢指移動用戶的信號在傳播路徑上受到地形地物及高大建筑物等的阻擋產(chǎn)生傳播半盲區(qū)即陰影效應（ShadowEffect）而產(chǎn)生的損耗，變化速率相對來說要慢一些，一般用對數(shù)正態(tài)（Log-normal）分布來描述。9窄帶和寬帶無線信道多徑（時延）擴展：多徑傳輸中接收方收到的第一個和最后一個到達的多徑分量間的時間間隔碼間干擾：時延擴展超過一個比特的傳輸時間而導致前一比特的延遲到達的多徑分量對當前比特的傳輸造成的干擾相干帶寬=多徑擴展的倒數(shù)傳輸信號的帶寬位于信道的相干帶寬之內窄帶信道平坦衰退（flatfading）信道：傳輸信號的所有頻率分量都會受到信道類似的影響傳輸信號的帶寬超過相干帶寬的范圍寬帶信道頻率選擇性信道：傳輸信號中某些頻率分量會大量衰退，但另外一些頻率分量的衰退要弱得多深度衰退：信道上接收者接收到的信號功率下降到太低以至于無法滿足原先系統(tǒng)設計的最低要求平坦衰退的信道：簡單的提升發(fā)送功率的方法效率比較低頻率選擇性信道：增加發(fā)送功率同時會放大符號間自干擾的程度10改善無線信道性能調制技術：要傳輸?shù)男畔⑦M行處理并將其變?yōu)檫m合傳輸?shù)男问剑ㄝd波信號）的過程根據(jù)要調制的基帶信號是模擬還是數(shù)字信號可以分為模擬調制和數(shù)字調制現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)一般都采用數(shù)字調制技術更好的抗噪聲性能、更強的抗信道損耗、更好的安全性更容易復用各種不同形式的信息（音頻、視頻和文本等）數(shù)字傳輸系統(tǒng)也可以采用各種差錯控制編碼，且支持包括信源編碼和均衡等在內的復雜信號處理技術。數(shù)字調制：根據(jù)每個信號符號攜帶的比特數(shù)分為二進制調制和多進制調制線性調制：傳輸信號s(t)的幅度和/或相位隨著要調制的數(shù)字信號m(t)的變化而線性變化非線性調制：傳輸信號幅度是恒定的自適應調制：通過檢測信道的SNR或者誤碼率，動態(tài)地改變調制方案和調制速率11信道編碼信道編碼：發(fā)送的信息添加冗余無線信道誤碼率較高一般采用使用糾錯碼的FEC技術分組編碼(n,k)：每個k比特的數(shù)據(jù)塊通過附加相應的冗余位后映射到一個稱為碼字的n（n>k）比特的塊上編碼器中需要在生成碼字之前緩沖整個信息碼組卷積碼(n,k,L)每k比特分組仍然映射為n比特分組n比特的輸出分組是最近的（L*k）個輸入信息比特的函數(shù)，L稱為約束因子n和k通常是相當小的數(shù)，信息位是串行而不是以一個大分組的形式到達編碼增益指的是經(jīng)過編碼后的信息在信道上傳輸?shù)恼`碼率相比不采用編碼的信息獲得的誤碼率的改善情況卷積碼相比分組碼可以獲得更大的編碼增益。卷積碼編碼器k*L比特的移位寄存器保存最近的k*L個輸入比特最右端的k個移位寄存器的內容被丟棄新的k比特信息進入最左邊的移位寄存器通過n個半加器將移位寄存器中的某些比特加在一起作為輸出。13k比特信息L*k12k12k12k12n3輸出的編碼序列unun-1un-2k=1n=2L=3（）

）

卷積碼（2,1,3）n（=2）個矢量g1，g2，...，gn來表示半加器邏輯電路（生成序列）生成序列為{111},{101}交織（Interleaving）交織：用于糾正比較長的突發(fā)差錯把突發(fā)差錯轉換為隨機差錯，然后可利用信道編碼進行糾錯。將信息比特的順序打亂，突發(fā)錯分散到不同的位置分組交織把待編碼的mХn個比特放入一個m行n列的矩陣中，m稱為交織器的深度編碼時數(shù)據(jù)以列方式寫入，一旦矩陣填滿，按照行的方式讀出。解碼時采取相反的操作：數(shù)據(jù)以行方式填入，以列的方式讀出。交織深度越大，則糾正突發(fā)差錯的能力越強，但帶來一定的延遲，無線系統(tǒng)采用的交織器延遲都不超過40ms。隨機交織：N個比特的分組根據(jù)偽隨機序列來按照隨機方式輸出卷積交織則是利用輸入和輸出換向器和移位寄存器組來實現(xiàn)的，經(jīng)常用在卷積碼中14分集（Diversity）為改進鏈路抗衰退性能，接收端尋找多條獨立多徑信號路徑：傳輸相同信息、且具有大致相等的平均信號強度和相對獨立的衰退特性考慮到所有信號分量同時衰退的可能性比較小，可通過把這些信號按照適當?shù)姆绞胶喜慝@得傳輸?shù)男盘栠x擇合并：通過檢測這些獨立多徑分量的信噪比，然后選擇具有最大信噪比的信號最大比、等增益和平方律合并等。頻率分集在多個不同頻率的載波上傳輸相同的信息要求相鄰載波頻率的間隔等于或者大于信道的相干帶寬時間分集同一攜帶信息的信號在不同的時槽發(fā)送相鄰時槽的間隔等于或者大于信道的相干時間。前面介紹的交織技術可以看作一種隱式的時間分集，15空間分集也被稱為天線分集，是無線通信中使用最多的一種分集方式使用兩個或多個天線，并且通過選擇相鄰天線間的空間距離足夠遠以保證信號的多徑分量可能發(fā)生衰退時是相互獨立的根據(jù)多個天線安裝在無線信道的哪一端：接收分集：使用一個發(fā)射天線和多個接收天線發(fā)送分集：使用多個發(fā)射天線和一個接收天線收發(fā)分集：發(fā)射和接收端都使用多個天線多輸入多輸出（Multiple-InputMultiple-Output，MIMO）16自適應均衡（AdaptiveEqualization）均衡：為削弱碼間干擾而對接收信號進行信號處理。相當于傳輸信道的反向濾波器均衡器增強頻率衰退大的頻譜部分，而削弱頻率衰退小的頻譜部分，以使得接收端收到的頻譜的各部分衰退趨于平坦，相位趨于線性。自適應均衡器：訓練：獲得正確的濾波器參數(shù)用戶數(shù)據(jù)之前附加已知的、定長的訓練序列通過遞歸算法評估信道的特性，并且修正濾波器的參數(shù)跟蹤：實時跟蹤信道的時變特性而改變其濾波特性均衡器的抗碼間干擾的能力受到均衡計算復雜度的制約17多載波：正交頻分復用OFDM一個高速的數(shù)據(jù)流分解成許多低速率的子數(shù)據(jù)流，然后以并行方式在多個子信道上傳輸傳統(tǒng)頻分復用系統(tǒng)：獨立地產(chǎn)生多個窄帶信號，然后搬移到不同的頻帶上傳輸，在接收端采用濾波器加以分離。正交頻分復用：通過快速傅里葉變換FFT聯(lián)合產(chǎn)生多個子信號，每個子信道上的頻譜是相互正交的在頻率選擇性信道上OFDM子載波的正交性仍然被保留，使得信道干擾的影響為在每個子載波上乘以一個信道因子碼元間隔是采用全部帶寬且與OFDM傳輸速率相同的單載波系統(tǒng)的N倍，通過選取足夠大的N，使得其比信道的時延擴展大，這樣碼間干擾可以忽略不計18擴頻技術通過數(shù)學函數(shù)把要傳輸?shù)恼瓗盘枺赡苤挥袔浊z）擴散到一個更加大的頻譜（上兆Hz），在接收方進行相反的操作來重構原來的窄帶信號。19增加帶寬來提高抗干擾能力通過一個偽噪聲序列PN進行控制，產(chǎn)生的信號具有偽隨機和類似噪聲的特性非常適合于多用戶同時使用，并且不會產(chǎn)生明顯的干擾：由于PN一般近似正交，接收者知道正確的PN序列經(jīng)相關運算后完成解擴運算來自其他用戶的不相關信號只是在接收機的輸出產(chǎn)生很小的寬帶噪聲。抗多徑干擾：寬帶信號是頻率選擇性的任意時間只有一部分頻譜受影響針對碼間干擾，那些延遲到來的信號與當前正在接收的信號是采用不同的PN，兩個多徑信號的相關性很低擴頻技術直接序列擴頻：將要傳送的信息經(jīng)過PN（碼片）序列編碼后再調制原始信號中的每個比特經(jīng)過擴頻編碼后以多個比特表示經(jīng)常才采用異或運算：要傳送的信息為1，則最后擴頻后的信號為碼片序列的反，如果傳送的信息為0，則直接傳輸碼片序列20跳頻：根據(jù)PN序列來選擇載波的頻率，這樣載波以隨機的方式從一個頻率跳到另外一個頻率。跳時（TimeHopping）：傳輸?shù)臅r間被分成固定的間隔（幀），每個幀進一步再分成多個時槽，在每個幀時間，根據(jù)PN序列來選擇相應的時槽進行傳輸。要傳輸?shù)男畔⒋a片序列擴頻后的信號跳頻擴頻可用的信道帶寬（總跳頻帶寬BH）被分割成大量互不重疊的載波頻率間隔每隔固定的時間間隔（跳頻時間TH），根據(jù)偽隨機序列從跳頻集中選擇所采用的頻率來調制載波：時間頻率-矩陣21fifNf3f1tmtit2t1慢跳頻：跳頻速率等于或者小于碼元速率兩個跳頻點之間會以相同的頻率傳輸兩個或者多個碼元快跳頻：跳頻速率大于碼元速率傳輸一個碼元時會使用多個頻率相比慢跳頻在抗噪聲或者干擾方面有更好的性能，但接收端的檢測需要更多開銷全雙工通信無線通信系統(tǒng)的通信一般采用全雙工方式：正向信道：基站到移動終端的信道，又被稱為下行信道反向信道：移動終端到基站的信道，又被稱為上行信道。頻分雙工FDD：正向信道和反向信道采用不同的載波頻率，且載波頻率之間有足夠大的間隔，以避免正向和反向信道之間的干擾時分雙工TDD：正向信道和反向信道采用相同的載波頻率，但是分別在不同的時槽交替使用，要求時槽能夠同步，并且經(jīng)常在接收和發(fā)送之間會有一段小的時間間隔22多路訪問機制固定分配（信道分割）：用戶在接入信道時按照預先確定的原則分配到一個固定信道的資源（比如頻率、時間和擴頻碼或者空間），獨享該資源直到通信結束隨機訪問：適合要傳輸?shù)呢撦d是隨機突發(fā)的情形大多數(shù)音頻通信的無線系統(tǒng)中，控制信道采用隨機訪問方式，而通信（負載）信道采用信道分割機制。23多路訪問機制頻分多址FDMA和時分多址TDMA的容量是硬容量FDMA的容量由總的載波頻率數(shù)決定，而TDMA的容量由一個TDMA幀的時槽數(shù)決定。硬容量使得TDMA和FDMA很難從全局的角度來最優(yōu)地利用頻譜資源，如即便只有一個活躍用戶的情況下，由于頻率/時槽已經(jīng)被分配給其他用戶，重新分配信道資源就變得比較困難。24碼分多址CDMA廣義上來說CDMA技術：指的是頻譜資源按照某種方式分割成相互正交的各個部分，每個用戶在其中某個子資源上進行傳輸可以分為DS-CDMA、FH-CDMA和TH-CDMA，類似的還可能會出現(xiàn)上面三種技術的混合CDMA直接序列DS-CDMA：每個用戶具有特定的CDMA碼，CDMA碼是相互正交的或者準正交所有用戶可能在同一時刻、同一頻率發(fā)送各自的通過自身的CDMA碼擴頻之后的信號接收者只要知道發(fā)送者的CDMA碼就能夠把發(fā)送者發(fā)送的信號從所有混雜的信號中分離出來，其他用戶發(fā)送的信號類似于在信道中引入了噪聲或者干擾（稱為多址干擾）CDMA碼充當了兩個角色：編址：用于標識是哪個用戶發(fā)送的信息擴頻：用于多路訪問和抗干擾在實際的CDMA系統(tǒng)中，這兩個角色并不一定要使用相同的CDMA碼，如在IS-95A/BCDMA系統(tǒng)中，上行信道的地址碼使用的是M-序列，而擴頻碼采用的是64-aryWalsh序列，而下行信道的地址碼和擴頻碼都采用64-aryWalsh序列。25DS-CDMA原理每個站點被指定一個唯一的m位碼片序列，碼片序列常采用雙極型的形式描述：二進制0用“-1”代替，二進制1用“+1”代替。站點發(fā)送比特1時，發(fā)送其碼片序列（符號S），發(fā)送比特0時，發(fā)送其碼片序列的反碼（）。碼片序列必須是兩兩正交的：任意兩個不同的碼片序列S和T的內積（記為S?T）均為0

任何碼片序列與自己的內積均為1：26A：00011011B:00101110C:01011100D:01000010碼片序列A：-1-1-1+1+1-1+1+1B:-1-1+1-1+1+1+1-1C:-1+1-1+1+1+1-1-1D:-1+1-1-1-1-1+1-1雙極型表示DS-CDMA原理若兩個或兩個以上的站點同時開始傳輸，它們的雙極型信號就線性相加接收方只要知道發(fā)送者的碼片序列，就可從收到的混合信息中還原出發(fā)送者發(fā)送的信息，這是通過計算接收到的混合序列和發(fā)送站點的碼片序列的內積得到的：如果結果為+1，表示發(fā)送了1如果結果為-1，表示發(fā)送了0如果結果為0，表示沒有發(fā)送假設站點A、C均發(fā)送“1”，站點B發(fā)送“0”，接收到的信息為S，還原C發(fā)送的信息：27CDMA示例28A：-1-1-1+1+1-1+1+1B:-1-1+1-1+1+1+1-1C:-1+1-1+1+1+1-1-1D:-1+1-1-1-1-1+1-1雙極型表示--1-CS1=(-1+1-1+1+1+1-1-1)S1?C=(1+1+1+1+1+1+1+1)/8=1-11-B+CS2=(-2000+2+20-2)S2?C=(2+0+0+0+2+2+0+2)/8=110--A+BS3=(00-2+20-20+2)S3?C=(0+0+2+2+0-2+0-2)/8=0101-A+B+CS4=(-1+1-3+3-1-1-1+1)S4?C=(1+1+3+3+1-1+1-1)/8=11111A+B+C+DS5=(-40-20+20+2-2)S5?C=(4+0+2+0+2+0-2+2)/8=11101A+B+C+DS6=(-2-20-20-2+40)S6?C=(2-2+0-2+0-2-4+0)/8=-1CDMA優(yōu)點擴頻技術使得其抗噪聲和多徑干擾能力強軟容量：任何給定的信號帶寬，可找到的正交碼的個數(shù)是有限的?？梢圆捎脺收淮a，接收者進行解擴后會殘余一些其他用戶的多址干擾，但是大多數(shù)情況下這個干擾比較小準正交碼的個數(shù)并沒有一個硬性的性質準正交碼的CDMA系統(tǒng)會出現(xiàn)遠近（near-far）問題遠端用戶的信號要比近端用戶而言有更大的多址干擾：來自于離接收者近的用戶的信號功率要比更遠距離的用戶的信號功率大得多一般通過功率控制進行均衡來解決。其性能會隨著系統(tǒng)中的用戶數(shù)的增加而降低，進一步可以通過智能天線、干擾抑制和多用戶檢測技術來處理。多個用戶可以共享同一頻率，支持小區(qū)之間的軟切換29移動通信的歷史現(xiàn)代無線通信的發(fā)展歷史最早可以追溯于19世紀后半期：1897年紀列爾摩.馬可尼（GuglielmoMarconi）發(fā)明了第一個移動無線通信系統(tǒng)（無線電報）大區(qū)制移動通信：只有一個大功率的基站來覆蓋一個較大的區(qū)域1963年Bell系統(tǒng)引入了改進的移動電話服務IMTS,采用FDMA，1976年紐約的IMTS系統(tǒng)僅僅支持543個用戶。蜂窩技術的模擬移動通信網(wǎng)絡被稱為第一代（1G）移動網(wǎng)絡蜂窩通信概念最早出現(xiàn)在1947年貝爾實驗室的D.H.Ring所撰寫的技術備忘錄1971年Bell實驗室發(fā)布了先進移動電話系統(tǒng)（AMPS）的規(guī)范，1979年完成了AMPS的研制，并于1983年在美國芝加哥第一次投入實用工作在800MHz頻率，信道帶寬為30kHz日本、歐洲也發(fā)布了自己的模擬蜂窩系統(tǒng)采用FDMA和模擬傳輸技術，頻譜利用率低，移動設備復雜，業(yè)務種類受到限制，語音質量較差，通話容易被竊聽，系統(tǒng)的容量非常有限。30移動通信的歷史第二代（2G）移動網(wǎng)絡GSM:1990年歐洲電信標準學會ESTI發(fā)布了第一個GSM規(guī)范，命名為全球移動通信系統(tǒng)(俗稱全球通)信道帶寬為30kHz，采用TDMA/FDMA，除語音服務外還支持最高可達9.6kbps的數(shù)據(jù)傳輸服務工作于900MHz，1991年進一步提出了可以工作在1.8GHz的GSM計劃。1992年中國在嘉興建立和開通第一個GSM演示系統(tǒng)，并于1993年9月正式開放業(yè)務IS-54（IS-136）1990美國的電信工業(yè)協(xié)會TIA提出了美國數(shù)字蜂窩USDC標準，命名為IS-54（IS-136），采用TDMA技術，并且與AMPS兼容，稱為數(shù)字AMPS（D-AMPS）工作于900MHz和1.9GHz，信道帶寬為30kHzIS-951993年TIA采納了美國高通（Qualcomm）公司提出的IS-95標準IS-95采用了CDMA技術，又被稱為cdmaOne，和以后的3G技術W-CDMA相區(qū)別，經(jīng)常被稱為窄帶CDMA（N-CDMA）工作在800MHz和1900MHz，其信道帶寬為1.25MHz31移動通信的歷史2.5G移動通信系統(tǒng)：支持更高的數(shù)據(jù)速率GSM引入高速電路交換數(shù)據(jù)（HSCSD)服務對于原來的GSM鏈路協(xié)議作了改進，減少了糾錯的開銷，原來每個時槽支持的9.6kbps提高到14.4kbps同時分配多個全速率的負載信道來支持更高的數(shù)據(jù)速率，HSCSD最高支持4×14.4

=

57.6kkbpsGSM引入新的通用分組無線服務（GPRS）來訪問IP或者X.25網(wǎng)絡，采用分組交換方式，減少了連接建立的開銷，支持突發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)速率最高可達115.2kbps。IS-136也引入了GPRS服務，被稱為GPRS-136。第三代移動通信國際電信聯(lián)盟（ITU）于1985年提出的未來公眾陸地移動通信系統(tǒng)（FPLMTS），1996年改稱為國際移動通信IMT-2000能夠支持語音、數(shù)據(jù)、視頻等多種服務，提供比2G系統(tǒng)更大的容量，更加有效地利用頻譜資源，在移動（室外）環(huán)境支持下不低于144kbps的數(shù)據(jù)速率，在固定（室內）環(huán)境下支持2Mbps的數(shù)據(jù)速率。日本的ARIB和歐洲的ETSI共同提出WCDMA-UMTS、中國電信技術研究院提出的TD-SCDMA以及美國TIA提出的CDMA2000，都采用CDMA技術。32越區(qū)切換和位置管理越區(qū)切換（handoff或者handover）當前正在進行的移動用戶與基站之間的通信站轉移到另一個基站的過程硬切換指在新的鏈路建立之前先斷開原來的鏈路軟切換指在切換過程中既維持老的鏈路，又同時建立新的鏈路，直到移動用戶與新的基站的鏈路趨于穩(wěn)定之后再斷開老的鏈路。越區(qū)切換要解決三個問題：是否需要進行越區(qū)切換？考慮接收到的信號的信號強度，另外還可以根據(jù)當前的地理環(huán)境以及用戶移動的方向和速度等來預測決定。如何控制越區(qū)切換？網(wǎng)絡或移動用戶發(fā)起，也可讓移動用戶告知基站再由基站發(fā)起。切換到新的小區(qū)時如何為移動用戶分配信道以使得切換失敗的概率盡可能地小。位置管理：每個移動用戶有一張SIM（SubscriberIdentityModule）卡，SIM卡保存了用戶身份認證所需要的信息，包括用戶的國際移動用戶識別號（IMSI）等移動網(wǎng)絡系統(tǒng)還通過一個數(shù)據(jù)庫來保存當前用戶的參數(shù)以及用戶目前所處位置的信息33全球移動通信系統(tǒng)（GlobalSystemforMobileCommunication，GSM）移動臺MSGSM系統(tǒng)的移動用戶設備包括具有唯一國際移動設備標識IMEI的移動設備和用戶識別模塊SIM卡?；咀酉到y(tǒng)BSS提供無線傳輸通道BSS基站收發(fā)站BTS或基站，定義一個單獨的小區(qū)，提供與移動臺之間的無線空中接口基站控制器BSC用于控制一個或者多個BTS，提供小區(qū)參數(shù)配置、信道資源管理、功率控制、在BSC控制的小區(qū)之間的越區(qū)切換等。34網(wǎng)絡和交換子系統(tǒng)NSS管理GSM內部用戶間以及與其他網(wǎng)絡用戶之間的通信完成電話交換功能、用戶信息管理與移動性管理等功能。還包括：用于短消息服務的短消息中心，用于數(shù)據(jù)通信服務的GSM互聯(lián)單元GSM體系結構網(wǎng)絡和交換子系統(tǒng)NSS包括移動交換中心MSCNSS核心，對所管轄區(qū)域中的BSC進行控制和完成電話交換，也是移動通信系統(tǒng)與其它公用通信網(wǎng)間的接口，能查詢移動臺當前位置信息。存儲用戶數(shù)據(jù)和位置信息的四個數(shù)據(jù)庫：本地位置寄存器HLR每個移動用戶都應在HLR注冊登記存儲用于移動用戶管理的數(shù)據(jù):有關用戶的參數(shù)以及可以使用的服務；有關用戶目前所處位置（當前的MSC/VLR）的信息到訪位置寄存器VLR保存MSC為所管轄區(qū)域中MS的呼叫提供服務所需的臨時信息，包括標識用戶的IMSI、所處的位置區(qū)域號、向用戶提供的服務等。一個用戶進入到一個新的MSC，該MSC所連接的VLR將從用戶所注冊的HLR獲得相應的信息，避免每次通信時都要和HLR聯(lián)系。認證中心AuC保存驗證身份和保證通信隱私所需認證、加密等參數(shù)設備標識寄存器EIR維護了一個通過IMEI標識的合法設備列表

35GSM系統(tǒng)的信道GSM采用FDMA和TDMA以及慢跳頻擴展的多址接入技術GSM900為例，890～915MHz的頻帶用于上行鏈路，930～960MHz的頻帶用于下行鏈路。25MHz的頻帶分為124個200kHz帶寬的頻帶GSM采用FDD全雙工模式，發(fā)送和接收頻率的間隔為45MHz36每個載頻按照TDMA方式分成8個時槽，每個時槽對應著一個（共992個）GSM物理信道，采用高斯最小頻移鍵控GMSK調制每個時槽的持續(xù)時間為15/26ms每個TDMA時槽可以傳輸156.25比特的數(shù)據(jù)空中無線鏈路的數(shù)據(jù)速率為156.25/0.577=270.83kbps每個小區(qū)分配一個頻率集，即只使用這些物理信道的一部分采用慢跳頻擴展的技術，避免多徑傳輸而引起的碼間干擾載波頻率每隔TDMA幀持續(xù)時間（8×15/26=4.615ms）改變一次，即每秒跳頻次數(shù)為217跳。GSM邏輯信道GSM采用13kbps的RPE-LPC編碼。每20毫秒260比特，經(jīng)過CRC和卷積碼糾錯產(chǎn)生456比特的輸出，數(shù)據(jù)速率為22.8kbps。采用交織編碼方法456比特分成8個57位子塊當前幀的456比特以子塊為單位分別與前面音頻幀的228比特的后半幀和后面音頻幀的228比特的前半幀進行交織原來57個比特的子塊通過交織后變?yōu)?14比特的數(shù)據(jù)塊，然后在某個TCH傳輸37邏輯信道業(yè)務信道TCH小區(qū)廣播信道CBCH控制信道CCH廣播信道BCH頻率校正信道FCCH同步信道SCH廣播控制信道BCCH公共控制信道CCCH尋呼信道PCH隨機接入信道RACH允許接入信道AGCH專用控制信道DCCH獨立專用控制信道SDCCH輔助控制信道ACCH慢速輔助控制信道SACCH快速輔助控制信道FACCHGSM物理信道在不同的時間可以映射為不同的邏輯信道，每個邏輯信道用于傳輸負載、控制和小區(qū)廣播等不同類型的信息TC