移動通信技術(shù)基礎(chǔ)教程課件

移動通信技術(shù)1移動通信基本概念移動臺

無線基站移動交換中心蜂窩小區(qū)切換漫游2大區(qū)制一個基站覆蓋整個服務(wù)區(qū)域技術(shù)簡單通信質(zhì)量差頻率利用率低系統(tǒng)容量小蜂窩通信基本原理3GSM蜂窩覆蓋示意圖室內(nèi)站微蜂窩宏蜂窩GSM900微蜂窩微蜂窩宏蜂窩DCS18004蜂窩通信基本原理5蜂窩通信幾個概念和區(qū)別多址技術(shù)頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)雙工技術(shù)時分雙工與頻分雙工窄帶系統(tǒng)與寬帶系統(tǒng)單個信道的帶寬與所期望信道的相干帶寬一致一個信道的發(fā)射帶寬大于這個信道的相干帶寬寬帶系統(tǒng)通常能夠帶來頻率分集的優(yōu)勢6多址技術(shù)示意圖頻率時間TDMA時間頻率FDMA頻率時間碼字CDMA傳統(tǒng)多址技術(shù)碼分多址技術(shù)7頻分多址技術(shù)(FDMA)

FDMA信道每次只能傳遞一個電話如果一個FDMA信道沒有使用，并且處于空閑狀態(tài)，它不能被其他用戶使用以增加共享容量。在分配成語音信道后，基站和移動臺就會同時地連續(xù)不斷地發(fā)射。

FDMA需要精確的RF濾波器，需要雙工器（單天線）。非線性效應(yīng)：許多信道共享一個天線，功率放大器的非線性會產(chǎn)生交調(diào)頻率（IM），產(chǎn)生額外的RF輻射。

FDMA比TDMA簡單，同步和組幀比特少，系統(tǒng)開銷

FDMA通常是窄帶系統(tǒng)。8時分多址技術(shù)(TDMA)多個用戶共享一個載波頻率，分享不同時隙。TDMA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞是不連續(xù)的，是分組發(fā)射，可以關(guān)閉。不連續(xù)發(fā)送，可以利用空閑時隙監(jiān)聽其他基站，實現(xiàn)切換處理。需要自適應(yīng)均衡；需要保護時隙。分組發(fā)射需要額外的系統(tǒng)開銷，如保護數(shù)據(jù)同步。按照不同的用戶提供不同的帶寬。TDMA的效率是指發(fā)射的數(shù)據(jù)中信息所占的百分比。9移動通信電波傳播的特點

時間接收信號強度發(fā)射信號多徑環(huán)境10移動通信電波傳播的特點

電磁波多經(jīng)傳播——反射、散射和繞射多普勒頻率擴展，運動引起信道變化（擴散頻移）無線環(huán)境中的信號衰減分成三部分：幅度衰減較大的路徑損耗伴隨中等幅度衰減的具有對數(shù)正態(tài)分布特性的慢變化成分－大尺度變化衰減幅度較小的快變化成分－小尺度衰落兩類典型小尺度衰落包絡(luò)分布的描述方法：瑞利分布（非視距傳播）萊斯分布（視距傳播）11蜂窩無線區(qū)域的組成方法

頻率復(fù)用的概念（容量擴充）

呼叫阻塞載頻受限頻道擴充受限成本受限12無線區(qū)域的劃分

七小區(qū)頻率復(fù)用13“扇區(qū)化”的技術(shù)，扇區(qū)化即是將一個基站分成多個小區(qū)，每個小區(qū)都有自己的發(fā)射和接收天線，相當(dāng)于一個獨立的小區(qū)。扇區(qū)化的小區(qū)使用特制的定向天線，使該小區(qū)發(fā)射的無線電波集中在一個特定的方向上。這樣做有很多優(yōu)點，首先小區(qū)發(fā)射的無線電波能量集中到了一個更小的區(qū)域如60度，120度或180度，而不是以360度全向發(fā)射，這樣可以獲得更強的信號，有利于“室內(nèi)覆蓋”等。另外，更好地防止同信道干擾和鄰信道干擾，同頻復(fù)用距離縮短，在同一地理區(qū)域可以有更多的小區(qū)，可以支持更多的移動用戶。服務(wù)小區(qū)“扇區(qū)化”

14實際的無線區(qū)劃和組成

15兼容性抗噪聲與干擾信道擴充標準化開放接口安全與保密越區(qū)切換平穩(wěn)用戶識別ISDN兼容語音與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增強型業(yè)務(wù)與補充業(yè)務(wù)GSM系統(tǒng)特點16語音與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)普通電話緊急呼叫短消息業(yè)務(wù)雙電話號碼

個人號碼公司號碼數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)基本數(shù)據(jù)速率9.6Kb/s4.8Kb/s2.4Kb/s可視圖文與網(wǎng)上瀏覽用戶電報傳真17增強型業(yè)務(wù)范圍多方通話呼叫轉(zhuǎn)移來顯、呼叫等待短消息業(yè)務(wù)話費查詢18MSCBSCBTSBTSHLRVLREIRNSSPSTNIWFECTRAU

SIMMENMCOMCOMCOMSBSSMSGSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)19MSC功能與作用呼叫處理呼叫建立、連接與清除切換過程移動性管理位置更新過程用戶身份識別移動設(shè)備識別操作與維護數(shù)據(jù)庫管理測量人機接口（MMI）網(wǎng)間互通計費

MSC20HLR功能與作用HLR:HomeLocationRegister用戶識別號（IMSI,MSISDN）當(dāng)前用戶的VLR（當(dāng)前位置）業(yè)務(wù)限制信息用戶申請的補充業(yè)務(wù)補充業(yè)務(wù)信息（例：當(dāng)前轉(zhuǎn)移的電話號碼）用戶狀態(tài)（registered/deregistered）鑒權(quán)key和AUC功能移動用戶漫游號（MSRN）HLR21VLR功能與作用VLRVLR：VisitorLocationRegister移動臺狀態(tài)部分補充業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)移動站的位置登記（LAI）臨時移動用戶識別號（TMSI）管理移動用戶漫游號MSRN管理22AUC功能與作用MSCBSCBTSBTSMSCHLRVLREIRVLRABCDEFGAUCH

鑒權(quán)和加密數(shù)據(jù)

Ki,RANDA3,A8算法

Kc,SRES23EIR功能與作用包含所有經(jīng)注冊登記的合法移動設(shè)備包含所有被禁止使用的移動設(shè)備包含所有要跟蹤的移動設(shè)備EIR：EquipmentIdentityRegister存儲移動設(shè)備分類表（IMEI）白名單黑名單灰名單24IMEI查詢流程呼叫建立 在EIR查詢IMEI請求IMEI傳送 查詢結(jié)果送MSCMS發(fā)送IMEIMSBSSMSCEIR25基站子系統(tǒng)（BSS）的組成OMC-RTCBSCBTSBTSMSMSUM接口Abis接口A接口基站控制器—BSC基站收發(fā)信機—BTS無線操作維護中心—OMC-R碼變換器—TC（Transcoder）26BSC的一般結(jié)構(gòu)數(shù)字中繼交換網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)字中繼A接口Abis接口27BSC的作用功能實現(xiàn)A接口物理層規(guī)定（PCM/E1）實現(xiàn)A接口No.7號信令功能（SP）實現(xiàn)Abis接口物理層規(guī)定（PCM/E1）實現(xiàn)Abis接口數(shù)據(jù)鏈路層（LAPD）實現(xiàn)A接口與Abis接口間信道交換功能實現(xiàn)部分網(wǎng)絡(luò)層的功能實現(xiàn)無線資源管理（RR）實現(xiàn)BSS管理應(yīng)用部分的功能實現(xiàn)切換功能等28BTS的一般結(jié)構(gòu)基站接口設(shè)備信令處理編碼與交織譯碼與解交織加密解密調(diào)制均衡解調(diào)發(fā)信機收信機天線跳頻控制時鐘AbisUmBTS的功能模塊29BTS的作用功能實現(xiàn)Abis接口物理層規(guī)定（PCM/E1）實現(xiàn)Abis接口數(shù)據(jù)鏈路層（LAPD）實現(xiàn)BTS管理功能實現(xiàn)部分無線資源管理（RR）實現(xiàn)Um接口物理層規(guī)定（PCM/E1）實現(xiàn)Um接口數(shù)據(jù)鏈路層（LAPDm）實現(xiàn)實現(xiàn)跳頻功能實現(xiàn)信道加密、解密功能實現(xiàn)信道編譯碼、交織與解交織功能實現(xiàn)調(diào)制與解調(diào)功能30移動臺（MS）的組成MESIM31移動臺的電原理圖語音編碼信道編碼交織加密TDMA突發(fā)序列形成調(diào)制TxRx雙工器解調(diào)均衡解密解交織語音解碼信道解碼VCO頻率合成器定時與控制32功率控制與接收靈敏度0 43dBm1 41dBm2 39dBm 3 37dBm4 35dBm. .. .15 13dBm功率控制電平等級：步長：2dB;容限：2.0dB接收靈敏度：移動臺：-102dBm基站：-102dBm33用戶識別卡（SIM）用戶固定數(shù)據(jù)IMSIKi接入控制級安全算法網(wǎng)絡(luò)臨時數(shù)據(jù)TMSILAIKc選擇的PLMN業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)使用的語言話費數(shù)據(jù)34GSM網(wǎng)絡(luò)的接口GAAbisUmAUCHLRMSCEIRIWFTCBSCBTSBTSBTSECNMCOMCVLRMSCIWFTCECVLRTCPSTNBSCBTSBTSBTSBTSBTSBTSBSSBCHDEF35GSM系統(tǒng)的頻率配置45MHz雙工間隔960950935917915905890872基站發(fā)射頻率基站接收頻率2MHz保護頻帶（單位：MHz）925880GSMTACS/GSMEGSMETACS36DCS1800的頻率配置95MHz雙工間隔1880180517851710

基站發(fā)射頻率基站接收頻率20MHz保護頻帶（頻率單位：MHz）DCS180037公眾陸地移動網(wǎng)(PLMN)結(jié)構(gòu)SPSPSPSP數(shù)據(jù)庫層信令層用戶層GMSCMSCMSCBSCBTSBTSSPSPSPSPLEPSTNPLMNCBDEFGHLRVLRVLREIRAuCHMS網(wǎng)絡(luò)層38公眾陸地移動網(wǎng)(PLMN)的組網(wǎng)MSCHLRBSSMSCBSSMSCBSSHLRTS2TS1TS3LSLSLS長途編號區(qū)1長途編號區(qū)3長途編號區(qū)239移動被叫計費原則LEGMSCHLRMSC/VLR歸屬PLMN訪問PLMNMSC/VLR123456支付:1、2、3支付:5－3、6支付:440GPSR簡介GPRS（GeneralPacketRadioService）通用無線分組業(yè)務(wù)作為第二代移動通信技術(shù)GSM向第三代移動通信（3G）的過渡技術(shù)，是由英國BTCellnet公司早在1993年提出的，是GSMPhase2+(1997年)規(guī)范實現(xiàn)的內(nèi)容之一，是一種基于GSM的移動分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，面向用戶提供移動分組的IP或者X.25連接。

GPRS技術(shù)41GPRS發(fā)展背景Internet數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的推動原有GSM系統(tǒng)支持數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的缺點無線/網(wǎng)絡(luò)資源利用率低，費用昂貴數(shù)據(jù)速率低，HSCSD最高64kbit/s移動數(shù)據(jù)通信市場的巨大需求向第三代移動通信邁進

42GPRS的優(yōu)勢無線/網(wǎng)絡(luò)資源利用率高，計費方式靈活，價格合理速率較高：1-8個時隙，CS1-CS4，可達約10kbit/s-170kbit/s分組交換平臺為多種業(yè)務(wù)提供承載可以逐步向3G、全IP網(wǎng)演進43GPRS的特點上下行鏈路可不對稱，數(shù)據(jù)速率可變“永遠在線”：在不進行數(shù)據(jù)傳輸時可將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)掛起，不占用無線/網(wǎng)絡(luò)資源，再進行數(shù)據(jù)傳輸時能較快恢復(fù)，無需重新發(fā)起業(yè)務(wù)一個MS可同時進行多個數(shù)據(jù)會話根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和MS的工作模式，用戶可以分別/交替/同時進行話音和分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)44GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)BG邊界網(wǎng)關(guān)CG收費網(wǎng)關(guān)

DNS域名服務(wù)器

DHCP動態(tài)主機配置協(xié)議

GINGPRS截獲節(jié)點

MFS多功能服務(wù)器

TC碼型變換器

W@P無線應(yīng)用協(xié)議

GPRS網(wǎng)絡(luò)可以看作是一個IP子網(wǎng)

45CDMA的基本概念擴頻多址（SSMA）所傳信號的帶寬必須遠大于信息的帶寬。所產(chǎn)生的射頻信號的帶寬與所傳信息無關(guān)。

通信原理與信息論的著名Shannon公式：C=FTLg(1+S/N)；其中：F為限頻帶寬；

T為限時帶寬；S/N為信號功率信噪比；

C為信道容量。

一個限時(T)限頻(F)限功率(S)的連續(xù)白色高斯信道，其信道容量C可以形象的用3個主要信號參量所決定的體積來表示。擴頻通信的基本原理，就是用頻帶換取信噪比。

46CDMA移動通信系統(tǒng)的特點

強抗干擾能力、語音質(zhì)量更佳

信號在信道中傳輸功率低，降低了干擾，提高了保密性寬帶傳輸系統(tǒng)，利用了信道的頻率分集效果碼字的多址傳輸，利用了多用戶分集的效果采用RAKE接收機，有效利用了信道相干時間形成的時間分集效應(yīng)擴頻因子靈活變換，又助于多媒體等多速率并發(fā)業(yè)務(wù)的傳輸頻譜效率高，優(yōu)于以往的AMPS和GSM

支持軟切換和更軟切換支持新技術(shù)的應(yīng)用，如多用戶檢測同步難度大、系統(tǒng)更復(fù)雜

47cdma20001x技術(shù)特點IS-95A/B是cdma2000的子集碼片速率1.2288Mcps擴頻調(diào)制：前向QPSK，反向HPSK反向?qū)ьl，相干解調(diào)快速前向和反向功率控制前向發(fā)射分集：OTD、STS信道編碼增加Turbo碼可變幀長，5ms,10ms,20ms,40ms,80ms支持F-QPCH，延長手機待機時間速率最大可達307.2kbps支持QoS協(xié)商支持多媒體業(yè)務(wù)支持8K/13KQCELP8kbpsEVRC信道容量是IS-95A/B的2倍

48cdma2000網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)ss7MSC/VLRHLR

PSTNISDNcdma2000BSSBTSBSCBTSBSC/PCFcdma2000BSSHAPDSNIPBackboneInte