無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ)課件：移動(dòng)通信系統(tǒng)

移動(dòng)通信系統(tǒng)10.1移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展10.2GSM蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)10.33G移動(dòng)通信系統(tǒng)10.44G移動(dòng)通信系統(tǒng)10.5衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)本章小結(jié)習(xí)題與思考題

教學(xué)目標(biāo)

?了解移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展。

?掌握GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)。

?掌握3G移動(dòng)通信系統(tǒng)。

?熟悉4G移動(dòng)通信系統(tǒng)。

?了解衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。

重點(diǎn)、難點(diǎn)

?GSM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

?TDSCDMA中的時(shí)隙。

?4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

10.1移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展

10.1.1移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)介

移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展演進(jìn)經(jīng)歷了三代，從第一代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)(FirstGeneration，1G)，到第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)(SecondGeneration，2G)，再到第三代多媒體移動(dòng)通信系統(tǒng)(ThirdGeneration，3G)，目前正在向后三代或第四代寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)(B3G/4G)發(fā)展，其發(fā)展如圖10-1所示。

圖10-1移動(dòng)通信系統(tǒng)的演進(jìn)過(guò)程圖

第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)以模擬式蜂窩網(wǎng)為主要特征，于20世紀(jì)70年代末80年代初開(kāi)始商用。其典型系統(tǒng)有北美的高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)(AdvancedMobilePhoneSystem，AMPS)、歐洲的全接入通信系統(tǒng)(TotalAccessCommunicationSystem，TACS)和日本的高容量移動(dòng)電話系統(tǒng)(HighCapacityMobileTelephoneSystem，HCMTS)等。第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要采用模擬技術(shù)和頻分多址(FrequencyDivisionMultipleAccess，F(xiàn)DMA)技術(shù)，由于受到傳輸帶寬的限制，它不能進(jìn)行移動(dòng)通信的長(zhǎng)途漫游，只能是一種區(qū)域性的移動(dòng)通信系統(tǒng)。我國(guó)主要采用的是TACS。第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)有很多不足之處，如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通話質(zhì)量不高、不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、不能提供自動(dòng)漫游等。

第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要采用數(shù)字的時(shí)分多址(TimeDivisionMultipleAccess，TDMA)技術(shù)和碼分多址(CodeDivisionMultipleAccess，CDMA)技術(shù)，它的主要業(yè)務(wù)是語(yǔ)音，主要特性是提供數(shù)字化的語(yǔ)音業(yè)務(wù)及低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。它克服了模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)的弱點(diǎn)，語(yǔ)音質(zhì)量、保密性得到很大提高。正如第一代沒(méi)有全球范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)一樣，第二代移動(dòng)通信在發(fā)展過(guò)程中也沒(méi)有形成統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在使用的系統(tǒng)有4種：D-AMPS、GSM、CDMA和PDC。PDC只用于日本，它基本上是為了與日本的第一代模擬系統(tǒng)向后兼容而修訂的D-AMPS。由于第二代采用不同的制式，移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，用戶只能在同一制式覆蓋的范圍內(nèi)漫游，無(wú)法全球漫游。

第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)于1985年由國(guó)際電信聯(lián)盟(InternationalTelecommunicationUnion，ITU)提出。第三代移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作的主要目標(biāo)是制定一個(gè)通用的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能夠支持現(xiàn)有和將來(lái)的服務(wù)。2000年5月，ITU全會(huì)通過(guò)了5個(gè)正式的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(IMT2000)無(wú)線接口標(biāo)準(zhǔn)；IMT-DS(即WCDMA/UTRA-FDD)、IMTMC(即cdma2000)、IMT-TD(包括UTRA-TDD作為高碼片速率選項(xiàng)和TD-SCDMA作為低碼片速率選項(xiàng))、1MT-SC(UWC-136)、IMTFT(E-EDCT)，其中IMT-SC和IMTFT將只作為區(qū)域性標(biāo)準(zhǔn)，用于IS-136和DECT系統(tǒng)的升級(jí)。WiMax的802、16e在2007年10月被ITU接納為3G標(biāo)準(zhǔn)之一。因此到目前為止，3G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要包括歐洲提出的WCDMA、中國(guó)提出的TD-SCDMA，美國(guó)提出的cdma2000和WiMax的802.16e這4大標(biāo)準(zhǔn)。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)有5MHz以上的傳輸帶寬，傳輸速度最低為384kb/s，最高可達(dá)2Mb/s，支持語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和寬帶多媒體服務(wù)，但第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)仍是基于地面的、標(biāo)準(zhǔn)不一的區(qū)域性通信系統(tǒng)。

第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)提出的目標(biāo)是提供寬帶移動(dòng)多媒體服務(wù)，滿足第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)尚未達(dá)到的在覆蓋、質(zhì)量、造價(jià)上支持的高速數(shù)據(jù)和高分辨率多媒體服務(wù)的需要。不同的標(biāo)準(zhǔn)化組織在不斷發(fā)展完善3G標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，也積極開(kāi)展B3G/4G的標(biāo)準(zhǔn)化工作。第三代合作伙伴計(jì)劃(The3rd-GenerationPartnershipProject，3GPP)的WCDMA、TD-SCDMA分別發(fā)展為L(zhǎng)TEFDD和TD-LTE，第三代合作伙伴計(jì)劃2(3rdGenerationPartnershipProject2，3GPP2)的cdma2000演進(jìn)為AIE，移動(dòng)WiMax也發(fā)展成為一項(xiàng)準(zhǔn)4G技術(shù)。

E3G與B3G的關(guān)系可簡(jiǎn)要地通過(guò)圖10-2來(lái)說(shuō)明。3GPP，3GPP2演進(jìn)型3G的目標(biāo)與B3G的演進(jìn)接近，采用相同的核心技術(shù)。同時(shí)，E3G階段有利于將來(lái)向B3G的演進(jìn)工作，為眾多研究B3G的組織和項(xiàng)目提供了將現(xiàn)在的研究成果輸出成為標(biāo)準(zhǔn)的舞臺(tái)。因此包括FuTURE和WINNER在內(nèi)的B3G研究項(xiàng)目都在積極參與E3G的工作，使得E3G朝著有利于向B3G演進(jìn)的方向發(fā)展。

圖10-2E3G與B3G關(guān)系示意圖

10.1.2移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步、市場(chǎng)需求的不斷提高，移動(dòng)通信在廣泛普及的同時(shí)，也正不斷向前發(fā)展。其發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.小型化

目前世界各國(guó)均把移動(dòng)臺(tái)小型化、微型化作為技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要目標(biāo)，大量采用超大規(guī)模集成電路(ASIC)、表面貼裝技術(shù)、微處理器等技術(shù)，使移動(dòng)臺(tái)的體積、重量和能耗等大大下降，集成了微處理器、基帶和RF(射頻)組件的單芯片手機(jī)也已誕生。

2.寬帶化

近十幾年來(lái)，蜂窩移動(dòng)通信在無(wú)線通信領(lǐng)域的發(fā)展可謂一枝獨(dú)秀，但隨著寬帶業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，移動(dòng)化和寬帶化成為了整個(gè)通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的兩大技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。移動(dòng)與寬帶的結(jié)合恰恰代表著兩個(gè)發(fā)展最快、最具發(fā)展前景的技術(shù)和業(yè)務(wù)趨勢(shì)?！耙苿?dòng)寬帶化、寬帶移動(dòng)化”正是這種趨勢(shì)的真實(shí)寫照，如圖10-3所示。圖10-3無(wú)線移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)

1）3G的進(jìn)一步演進(jìn)

在“移動(dòng)寬帶化”的同時(shí)，寬帶固定無(wú)線接入也在向著移動(dòng)化方向發(fā)展，即“寬帶移動(dòng)化”。隨著WLAN/IEEE802.11，特別是WiMax/802.16無(wú)線城域網(wǎng)(WMAN)等無(wú)線寬帶接入技術(shù)的逐漸普及和應(yīng)用，整個(gè)無(wú)線通信領(lǐng)域由此開(kāi)始了新一輪的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，從而加速了蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)演進(jìn)的步伐。為了提高3G在新興的寬帶無(wú)線接入市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，3GPP和3GPP2分別在2004年底和2005年初開(kāi)始了3G演進(jìn)技術(shù)E3G的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

其中3GPP啟動(dòng)了長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)計(jì)劃，提出的技術(shù)要求是實(shí)現(xiàn)下行速率達(dá)到100Mb/s、上行速率達(dá)到50Mb/s，頻譜效率比R6版本高2～4倍，能更好地支持IP傳輸業(yè)務(wù)，而且成本更低。2007年6月3GPP完成了其標(biāo)準(zhǔn)化工作。中國(guó)移動(dòng)在2010年上海世界博覽會(huì)上率先建設(shè)了全球首個(gè)TD-LTE規(guī)模演示網(wǎng)，為眾多游客帶來(lái)了下行100Mb/s、上行50Mb/s速率的寬帶移動(dòng)通信的全新體驗(yàn)。

2）B3G/4Ga

B3G(SystemsBeyond3G)又被稱為4G，是國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)在1999年底隨著第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的塵埃落定之后提出的，它面向3G進(jìn)一步增強(qiáng)下一代/第四代移動(dòng)通信技術(shù)。2000年10月6日國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)在加拿大蒙特利爾市成立了“IMT-2000andBeyond”工作組，開(kāi)始了對(duì)4G的研究，同時(shí)，歐洲、日木、韓國(guó)對(duì)4G的研究也陸續(xù)展開(kāi)，我國(guó)在2002年3月也正式宣布啟動(dòng)對(duì)4G通信系統(tǒng)的研究工作。

未來(lái)的4G移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)至少具備以下特征。

（1）具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率。對(duì)于大范圍高速移動(dòng)用戶(250km/h)，4G移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率為2Mb/s；對(duì)于中速移動(dòng)用戶(60km/h)，4G移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率為20Mb/s；對(duì)于低速移動(dòng)用戶(室內(nèi)或步行者)，4G移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率達(dá)100Mb/s。

（2）實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)縫漫游。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，能使各類媒體、通信主機(jī)及網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行“無(wú)縫連接”，真正實(shí)現(xiàn)一部手機(jī)在全球的任何地點(diǎn)都能進(jìn)行通信。

（3）高度智能化的網(wǎng)絡(luò)。采用智能技術(shù)的4G通信系統(tǒng)將是一個(gè)高度自治、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。采用智能信號(hào)處理技術(shù)對(duì)信道條件不同的各種復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行自適應(yīng)，有很強(qiáng)的智能性、適應(yīng)性和靈活性。

（4）良好的覆蓋性能。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)具有良好的覆蓋性能并能提供高速可變速率傳輸。對(duì)于室內(nèi)環(huán)境，由于要提供高速傳輸，小區(qū)的半徑會(huì)更小。

（5）基于IP的網(wǎng)絡(luò)。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)采用IPv6，在IP網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)話音和多媒體業(yè)務(wù)。

（6）實(shí)現(xiàn)不同QoS的業(yè)務(wù)。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)通過(guò)動(dòng)態(tài)帶寬分配和調(diào)節(jié)發(fā)射功率等來(lái)提供不同質(zhì)量的業(yè)務(wù)。

（7）先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)以幾項(xiàng)突破性技術(shù)為基礎(chǔ)，如OFDM多址接入方式、智能天線和空時(shí)編碼技術(shù)、無(wú)線鏈路增強(qiáng)技術(shù)、軟件無(wú)線電技術(shù)、高效的調(diào)制解調(diào)技術(shù)、高性能的收發(fā)信機(jī)和多用戶檢測(cè)技術(shù)等。

3.網(wǎng)絡(luò)融合化、泛在化和業(yè)務(wù)綜合化

隨著移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，以及固定與移動(dòng)通信寬帶化的發(fā)展趨勢(shì)，通信網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)正發(fā)生著根本性的變化。體現(xiàn)在兩大方面：一是提供的業(yè)務(wù)將從以傳統(tǒng)的話音業(yè)務(wù)為主向提供綜合信息服務(wù)的方向發(fā)展；二是通信的主體將從人與人之間的通信，擴(kuò)展到人與物、物與物之間的通信，滲透到人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?，最終形成以無(wú)所不在、無(wú)所不包、無(wú)所不能為基本特征，以實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何人、任何物都能順暢地通信為目標(biāo)的“泛在網(wǎng)”(U網(wǎng)絡(luò))。

順應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，相關(guān)行業(yè)將逐步融合，通過(guò)一系列新的技術(shù)、新的業(yè)務(wù)和應(yīng)用來(lái)滿足市場(chǎng)的需求。未來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)融合、業(yè)務(wù)融合、接入綜合的網(wǎng)絡(luò)如圖10-4所示。融合將是全方位、多層次的，包括網(wǎng)絡(luò)融合、業(yè)務(wù)融合和終端的融合。特別是固定網(wǎng)與移動(dòng)網(wǎng)的融合，通信、計(jì)算機(jī)、廣播電視和傳感器網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的融合成為發(fā)展的大趨勢(shì)，而且已經(jīng)在技術(shù)基礎(chǔ)、市場(chǎng)需求和設(shè)備方面日益具備條件。

圖10-4網(wǎng)絡(luò)融合、業(yè)務(wù)融合、接入綜合

同時(shí)采用多種無(wú)線接入技術(shù)和固定接入技術(shù)將是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的必由之路，包括蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)(廣域網(wǎng))、寬帶無(wú)線接入技術(shù)(城域網(wǎng))和各種短距離無(wú)線技術(shù)(如RFID、UWB和藍(lán)牙等技術(shù))，它們與各種固定的寬帶共同接入基于IP的同一個(gè)核心網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫切換，實(shí)現(xiàn)無(wú)處不在、無(wú)所不能的最佳服務(wù)。

4.智能化和軟件化

微處理器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)在移動(dòng)通信中得到廣泛應(yīng)用，移動(dòng)通信網(wǎng)中的交換、控制、監(jiān)測(cè)、管理等均已智能化，操作更加簡(jiǎn)便、功能更加齊全、性能更加可靠的新一代移動(dòng)通信設(shè)備和系統(tǒng)正不斷涌現(xiàn)。軟件無(wú)線電技術(shù)在移動(dòng)通信中的廣泛應(yīng)用，更進(jìn)一步加快了移動(dòng)通信設(shè)備小型化、智能化、業(yè)務(wù)綜合化的進(jìn)程。目前，采用軟件無(wú)線電技術(shù)的GSM/CDMA/GPRS/WCDMA/TD-SCDMA雙模、多模手機(jī)基站均已投入使用，融合數(shù)碼相機(jī)、PDA、MP3/MP4，GPS導(dǎo)航等功能的智能手機(jī)也越來(lái)越受到人們的喜愛(ài)。

5.個(gè)人化

社會(huì)對(duì)通信要求的不斷提高，促使了通信方式和通信技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展。公用電話網(wǎng)、公用數(shù)據(jù)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)、蜂窩移動(dòng)電話網(wǎng)、專用集群網(wǎng)、無(wú)線尋呼、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等，都使人們信息交流更為方便、迅捷。但到目前為止，通信系統(tǒng)給人類提供的僅是終端與終端之間的通信，而未能真正達(dá)到用戶個(gè)人間通信的目標(biāo)。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)通信方式不斷提出更高的要求，通信個(gè)人化成為人類通信的最高目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)無(wú)論何人(Whoever)在任何時(shí)候(Whenever)和任何地點(diǎn)(Wherever)都能和任何人(Whomever)以任何方式(Whatever)進(jìn)行通信的愿望，以往人們?cè)堰@種愿望稱之為幻想。然而隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這種愿望已經(jīng)不是幻想，而是可以實(shí)現(xiàn)的。這被稱為“個(gè)人通信”，實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信的網(wǎng)絡(luò)稱之為個(gè)人通信網(wǎng)(PCN)。

10.2GSM蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)

歐洲各國(guó)為了建立全歐統(tǒng)一的數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)，在1982年成立了移動(dòng)通信特別小組(GSM)，提出了開(kāi)發(fā)數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的目標(biāo)。在進(jìn)行大量研究、實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、比較論證的基礎(chǔ)上，于1988年制訂出GSM標(biāo)準(zhǔn)，并于1991年率先投入商用，隨后在整個(gè)歐洲、大洋洲以及其他許許多多的國(guó)家和地區(qū)得到了廣泛普及，成為目前覆蓋面最大、用戶數(shù)最多的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，占據(jù)了全球移動(dòng)通信市場(chǎng)80%以上的份額。

10.2.1GSM系統(tǒng)的主要參數(shù)

1.GSM系統(tǒng)無(wú)線傳輸特性

1）工作頻段

GSM系統(tǒng)包括900MHz和1800MHz兩個(gè)頻段。早期使用的是GSM900頻段，隨著業(yè)務(wù)量的不斷增長(zhǎng)，GSM1800頻段投入使用，構(gòu)成“雙頻”網(wǎng)絡(luò)。

GSM使用的900MHz、1800MHz頻段信息如表10-1所示。在我國(guó)，上述兩個(gè)頻段又被分給了中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)聯(lián)通兩家移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商。

2）多址方式

GSM蜂窩系統(tǒng)采用時(shí)分多址/頻分多址、頻分雙工(TDMA/FDMA/FDD)方式。頻道間隔為200kHz，每個(gè)頻道采用時(shí)分多址接入方式，共分為8個(gè)時(shí)隙，時(shí)隙寬為0.577ms。8個(gè)時(shí)隙構(gòu)成一個(gè)TDMA幀，幀長(zhǎng)為4.615ms。當(dāng)采用全速率話音編碼時(shí)，每個(gè)頻道提供8個(gè)時(shí)分信道；當(dāng)采用半速率話音編碼時(shí)，每個(gè)頻道將能容納16個(gè)半速率信道，從而達(dá)到提高頻率利用率、增大系統(tǒng)容量的目的。收發(fā)采用不同的頻率，一對(duì)雙工載波上下行鏈路各用一個(gè)時(shí)隙構(gòu)成一個(gè)雙向物理信道，根據(jù)需要分配給不同的用戶使用。移動(dòng)臺(tái)在特定的頻率上和特定的時(shí)隙內(nèi)，以突發(fā)方式向基站傳輸信息，基站在相應(yīng)的頻率上和相應(yīng)的時(shí)隙內(nèi)，以時(shí)分復(fù)用的方式向各個(gè)移動(dòng)臺(tái)傳輸信息。

2.無(wú)線空中接口信道定義

1）物理信道

GSM的無(wú)線接口采用TDMA接入方式，即在一個(gè)載頻上按時(shí)間劃分8個(gè)時(shí)隙構(gòu)成一個(gè)TDMA幀，每個(gè)時(shí)隙稱為一個(gè)物理信道，通常一個(gè)物理信道的時(shí)隙在時(shí)間上不是鄰接的。每個(gè)用戶在指定載頻和時(shí)隙的物理信道上接入系統(tǒng)并周期性地發(fā)送和接收脈沖突發(fā)序列，完成無(wú)線接口上的信息交互。每個(gè)載頻的8個(gè)物理信道記為信道0～7(時(shí)隙0～7)，當(dāng)采用半速率話音編碼后，每個(gè)頻道可容納16個(gè)半速率信道。當(dāng)需要更多的物理信道時(shí)，就需要增加新的載波，因而GSM實(shí)質(zhì)上是一個(gè)FDMA與TDMA混合的接入系統(tǒng)。

2）邏輯信道

根據(jù)無(wú)線接口上MS與網(wǎng)絡(luò)間傳送的信息種類，GSM定義了多種邏輯信道傳遞這些信息。邏輯信道在傳輸過(guò)程中映射到某個(gè)物理信道上，最終實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸。邏輯信道可分為兩類，即業(yè)務(wù)信道(TCH)和控制信道(CCH)，如圖10-5所示。

圖10-5GSM系統(tǒng)的信道分類

（1）業(yè)務(wù)信道。業(yè)務(wù)信道(TCH)主要傳送數(shù)字話音或用戶數(shù)據(jù)，在前向鏈路和反向鏈路上具有相同的功能和格式。GSM業(yè)務(wù)信道又可以分為全速率業(yè)務(wù)信道(TCH/F)和半速率業(yè)務(wù)信道(TCH/H)。當(dāng)以全速率傳送時(shí)，用戶數(shù)據(jù)包含在每幀的一個(gè)時(shí)隙內(nèi)；當(dāng)以半速率傳送時(shí)，用戶數(shù)據(jù)映射到相同的時(shí)隙上，但是在交替幀內(nèi)發(fā)送。也就是說(shuō)，兩個(gè)半速率信道用戶將共享相同的時(shí)隙，但是每隔一幀交替發(fā)送。目前使用的是全速率業(yè)務(wù)信道，采用低比特率話音編碼器后可使用半速率業(yè)務(wù)信道，從而在信道傳輸速率不變的情況下，信道數(shù)目可加倍，也就是系統(tǒng)容量加倍。

因此一個(gè)頻道可提供8個(gè)全速率或16個(gè)半速率業(yè)務(wù)信道(或兩者的組合)并包括各自所帶有的隨路控制信道。

（2）控制信道?？刂菩诺?CCH)用于傳送信令和同步信號(hào)。某些類型的控制信道只定義給前向鏈路或反向鏈路。GSM系統(tǒng)中有3種主要的控制信道：廣播信道(BCH)、公共控制信道(CCCH)和專用控制信道(DCCH)。每個(gè)信道由幾個(gè)邏輯信道組成，這些邏輯信道按時(shí)間分布提供GSM必要的控制功能。

CCH信道類型總結(jié)如表10-2所示。

3.無(wú)線空中接口技術(shù)

GSM無(wú)線接口上的信息傳輸需經(jīng)多個(gè)處理單元處理才能安全可靠地送到空中無(wú)線信道上傳輸。無(wú)線空中接口接收端的處理過(guò)程與之相反。涉及的技術(shù)有話音編解碼、信道編譯碼、交織、加密與解密、均衡、不連續(xù)發(fā)射(DTX)、跳頻等。

10.2.2GSM的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

GSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的主要組成部分可分為移動(dòng)臺(tái)(MS)、基站子系統(tǒng)(BSS)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)，如圖10-6所示?；咀酉到y(tǒng)(BSS)由基站收發(fā)信機(jī)(BTS)組和基站控制器(BSC)組成；網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)由移動(dòng)交換中心(MSC)和操作維護(hù)中心(OMC)以及歸屬位置寄存器(HLR)、訪問(wèn)位置寄存器(VLR)、鑒權(quán)中心(AUC)和設(shè)備識(shí)別寄存器(EIR)等組成。除此之外，GSM網(wǎng)中還配有短信息業(yè)務(wù)中心(SC)，既可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的短信息業(yè)務(wù)，也可實(shí)現(xiàn)廣播式的公共信息業(yè)務(wù)以及語(yǔ)音留言業(yè)務(wù)，從而提高網(wǎng)絡(luò)接通率。

圖10-6GSM蜂窩移動(dòng)電話系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.移動(dòng)臺(tái)

移動(dòng)臺(tái)即便攜臺(tái)(手機(jī))或車載臺(tái)，它包括移動(dòng)終端(MT)和用戶識(shí)別模塊(SIM卡)兩部分，其中移動(dòng)終端可完成話音編碼、信道編碼、信息加密、信息調(diào)制和解調(diào)以及信息發(fā)射和接收等功能，SIM卡則存有確認(rèn)用戶身份所需的認(rèn)證信息以及與網(wǎng)絡(luò)和用戶有關(guān)的管理數(shù)據(jù)。只有插入SIM卡后移動(dòng)終端才能入網(wǎng)，同時(shí)SIM卡上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器還可用作電話號(hào)碼簿、支持手機(jī)銀行、手機(jī)證券等STK增值業(yè)務(wù)。

2.基站子系統(tǒng)

基站子系統(tǒng)(BSS)包括基站收發(fā)信機(jī)(BTS)和基站控制器(BSC)。該子系統(tǒng)由MSC控制，通過(guò)無(wú)線信道完成與MS的通信，主要負(fù)責(zé)無(wú)線信號(hào)的收發(fā)以及無(wú)線資源管理等功能。

1）基站收發(fā)信機(jī)

基站收發(fā)信機(jī)(BTS)包括無(wú)線傳輸所需要的各種硬件和軟件，如多部收發(fā)信機(jī)、支持各種小區(qū)結(jié)構(gòu)(如全向、扇形)所需要的天線、連接基站控制器的接口電路以及收發(fā)信機(jī)本身所需要的檢測(cè)和控制裝置等。它實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)區(qū)的無(wú)線覆蓋，并在BSC的控制下提供足夠的與MS連接的無(wú)線信道。

2）基站控制器

基站控制器(BSC)是基站收發(fā)信機(jī)(BTS)和移動(dòng)交換中心之間的連接點(diǎn)，也為BTS和操作維護(hù)中心(OMC)之間交換信息提供接口。一個(gè)基站控制器通?？刂茙讉€(gè)BTS，完成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源管理、小區(qū)配置數(shù)據(jù)管理、功率控制、呼叫和通信鏈路的建立和拆除、本控制區(qū)內(nèi)移動(dòng)臺(tái)的過(guò)區(qū)切換控制等功能。

3.網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)主要提供交換功能以及進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)與移動(dòng)管理、安全管理等所需的數(shù)據(jù)庫(kù)功能，它由一系列功能實(shí)體構(gòu)成。

1）移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心

移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(MSC)是蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的核心，主要功能是對(duì)位于本MSC控制區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)用戶進(jìn)行通信控制、話音交換和管理，同時(shí)也為本系統(tǒng)連接別的MSC和其他公用通信網(wǎng)絡(luò)(如公用交換電信網(wǎng)(PSTN)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)和公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(PDN))提供鏈路接口，完成交換功能、計(jì)費(fèi)功能、網(wǎng)絡(luò)接口功能、無(wú)線資源管理與移動(dòng)性能管理功能等，具體包括信道的管理和分配、呼叫的處理和控制、過(guò)區(qū)切換和漫游的控制、用戶位置信息的登記與管理、用戶號(hào)碼和移動(dòng)設(shè)備號(hào)碼的登記和管理、服務(wù)類型的控制、對(duì)用戶實(shí)施鑒權(quán)、保證用戶在轉(zhuǎn)移或漫游的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙的服務(wù)等。

2）歸屬位置寄存器

它是GSM系統(tǒng)的中央數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)著該歸屬位置寄存器(HLR)控制區(qū)內(nèi)所有移動(dòng)用戶的管理信息。其中包括用戶的注冊(cè)信息和有關(guān)各用戶當(dāng)前所處位置的信息等。每一個(gè)用戶都應(yīng)在入網(wǎng)所在地的HLR中登記注冊(cè)。

3）訪問(wèn)位置寄存器

訪問(wèn)位置寄存器(VLR)是一個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，記錄著當(dāng)前進(jìn)入其服務(wù)區(qū)內(nèi)已登記的移動(dòng)用戶的相關(guān)信息，如用戶號(hào)碼、所處位置區(qū)域信息等。一旦移動(dòng)用戶離開(kāi)該VLR服務(wù)區(qū)而在另一個(gè)VLR中重新登記時(shí)，該移動(dòng)用戶的相關(guān)信息即被刪除。

4）鑒權(quán)中心

鑒權(quán)中心(AUC)存儲(chǔ)著鑒權(quán)算法和加密密鑰，在確定移動(dòng)用戶身份和對(duì)呼叫進(jìn)行鑒權(quán)、加密處理時(shí)，提供所需的3個(gè)參數(shù)(隨機(jī)號(hào)碼RAND、符合響應(yīng)SRES、密鑰Kb)，用來(lái)防止無(wú)權(quán)用戶接入系統(tǒng)和保證通過(guò)無(wú)線接口的移動(dòng)用戶通信的安全。

5）設(shè)備識(shí)別寄存器(EIR)

設(shè)備識(shí)別寄存器(EIR)也是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存儲(chǔ)移動(dòng)臺(tái)的有關(guān)設(shè)備參數(shù)，主要完成對(duì)移動(dòng)設(shè)備的識(shí)別、監(jiān)視、閉鎖等功能，以防止非法移動(dòng)臺(tái)的使用。

6）操作維護(hù)中心

操作維護(hù)中心(OMC)用于對(duì)GSM系統(tǒng)的集中操作維護(hù)與管理，允許遠(yuǎn)程集中操作維護(hù)與管理，并支持高層網(wǎng)絡(luò)管理中心(NMC)的接口。具體又包括無(wú)線操作維護(hù)中心(OMC-R)和交換網(wǎng)絡(luò)操作維護(hù)中心(OMC-S)。OMC通過(guò)X.25接口對(duì)BSS和NSS分別進(jìn)行操作維護(hù)與管理，實(shí)現(xiàn)事件告警管理、故障管理、性能管理、安全管理和配置管理功能。

4.系統(tǒng)接口

GSM系統(tǒng)在制定技術(shù)規(guī)范時(shí)對(duì)其子系統(tǒng)之間及各功能實(shí)體之間的接口和協(xié)議作了比較具體的定義，使不同的設(shè)備供應(yīng)商提供的GSM系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)備能夠符合統(tǒng)一的GSM技術(shù)規(guī)范而達(dá)到互通、組網(wǎng)的目的。為使GSM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)國(guó)際漫游功能和在業(yè)務(wù)上邁入面向ISDN的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，必須建立規(guī)范和統(tǒng)一的信令網(wǎng)絡(luò)以傳遞與移動(dòng)業(yè)務(wù)有關(guān)的數(shù)據(jù)和各種信令信息。因此，GSM系統(tǒng)引入了7號(hào)信令系統(tǒng)和信令網(wǎng)絡(luò)。

GSM系統(tǒng)接口示意圖如圖10-7所示，系統(tǒng)內(nèi)部的主要接口有以下幾種。

圖10-7GSM系統(tǒng)接口示意圖

1）Um接口

Um接口是移動(dòng)臺(tái)(MS)與BTS之間的接口，采用Dm信道的鏈路接入規(guī)程(LAPDm)用于移動(dòng)臺(tái)與GSM系統(tǒng)的固定部分之間的互通。采用TDMA多址方式和GMSK調(diào)制方式。在該接口上主要傳遞無(wú)線資源管理、移動(dòng)性管理和接續(xù)管理等信息。

2）Abis接口

Abis接口是BTS與BSC之間的接口，采用D信道的鏈路接入規(guī)程(LAPD)，物理鏈路是標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mb/sPCM數(shù)字鏈路。此接口支持所有向用戶提供的服務(wù)，并支持對(duì)BTS無(wú)線設(shè)備的控制和無(wú)線頻率的分配。

Abis接口是私有接口，GSM系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范并沒(méi)有對(duì)Abis接口作出詳細(xì)的規(guī)定，因而導(dǎo)致各廠家接口的協(xié)議會(huì)有所不同，并且信道結(jié)構(gòu)亦不同。一般說(shuō)來(lái)，廠家A的BTS不能與廠家B的BSC一起使用。

3）A接口

A接口是NSS與BSS之間的接口，采用七號(hào)信令系統(tǒng)(No.7)。從系統(tǒng)上來(lái)講，A接口就是MSC與BSC之間的接口，物理鏈路采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mb/sPCM數(shù)字傳輸鏈路來(lái)實(shí)現(xiàn)。該接口傳送有關(guān)移動(dòng)呼叫處理、基站管理、移動(dòng)臺(tái)管理、信道管理等信息，并與Um接口互通，在MSC和移動(dòng)臺(tái)之間互傳信息。

4）子系統(tǒng)內(nèi)部接口

除以上各子系統(tǒng)間的接口外，GSM系統(tǒng)還有許多子系統(tǒng)內(nèi)部物理實(shí)體間的接口，包括：VLR與MSC之間的B接口、HLR與MSC之間的C接口、HLR與VLR之間的D接口、相鄰區(qū)域的不同MSC之間的E接口、MSC與EIR之間的F接口、兩個(gè)VLR之間的G接口等。這些接口的物理鏈路通常都采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mb/sPCM數(shù)字傳輸鏈路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

通常，實(shí)際的GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般把VLR和MSC集成在同一實(shí)體內(nèi)，大多數(shù)廠商的GSM900/GSM1800系統(tǒng)都采用這種結(jié)構(gòu)。相應(yīng)地，B接口變成一設(shè)備內(nèi)部接口，C接口和D接口可以走同一物理連接，E接口和G接口可以走同一物理連接。B至G這6個(gè)接口都是由MAP(移動(dòng)應(yīng)用部分)支持的，又稱為MAP接口。

5）MSC/VLR、HLR、AUC、BSC與OMC之間的接口

MSC/VLR、HLR、AUC、BSC與OMC之間的接口原則上使用Q3協(xié)議。

10.2.3GSM的特殊技術(shù)

1.越區(qū)切換

切換是指將行進(jìn)中的呼叫轉(zhuǎn)換到另一個(gè)信道或小區(qū)的過(guò)程。GSM的四種切換方式：

（1）同一個(gè)小區(qū)內(nèi)的不同信道(時(shí)隙)間傳送呼叫；

（2）②同一個(gè)基站控制器范圍內(nèi)的小區(qū)(各基站收發(fā)信機(jī))之間傳送呼叫；

（3）同一個(gè)移動(dòng)交換中心下不同基站控制器間的呼叫轉(zhuǎn)移；

4）不同移動(dòng)交換中心間的呼叫轉(zhuǎn)移。

前兩種切換稱為內(nèi)部切換，都在一個(gè)基站控制器內(nèi)。為節(jié)省信令帶寬，它們都由基站控制器管理而不通過(guò)移動(dòng)交換中心，除非要通報(bào)切換完成。后兩種切換稱為外部切換，要通過(guò)MSC進(jìn)行。

GSM并不指定切換所必需的算法。有兩種基本的算法都與功率控制有關(guān)。

（1）最小可接受性能算法。將功率控制優(yōu)先于切換，所以當(dāng)信號(hào)衰落至某一點(diǎn)時(shí)，移動(dòng)臺(tái)的功率電平會(huì)增加，假如進(jìn)一步的增加不能改善信號(hào)，才會(huì)考慮切換。這是簡(jiǎn)單且很常用的方法，但可能會(huì)出現(xiàn)這樣的情況：當(dāng)一個(gè)移動(dòng)臺(tái)以峰值功率發(fā)送時(shí)，其位置可能超出原來(lái)的小區(qū)而進(jìn)入到另一個(gè)小區(qū)。

（2）功率預(yù)算方法。使用切換去維護(hù)或改善一個(gè)固定的在相同或更低的功率電平上的信號(hào)質(zhì)量水平。這樣它使切換優(yōu)先于功率控制。它避免了“抹去”小區(qū)邊界的問(wèn)題，減少了同信道干擾，但技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜。

2.位置更新與呼叫路由選擇

MSC提供GSM移動(dòng)網(wǎng)與公用固定網(wǎng)之間的接口。從固定網(wǎng)絡(luò)角度看，MSC正是另一個(gè)交換節(jié)點(diǎn)。然而，由于MSC必須知道現(xiàn)在移動(dòng)臺(tái)漫游在什么地方——GSM系統(tǒng)甚至?xí)诹硪粋€(gè)國(guó)家，因此移動(dòng)網(wǎng)的交換會(huì)更復(fù)雜一些。GSM通過(guò)使用兩個(gè)位置寄存器來(lái)進(jìn)行位置登記和呼叫路由選擇，一個(gè)是本地用戶寄存器(HLR)，另一個(gè)是外來(lái)用戶寄存器(VLR)。

位置登記由移動(dòng)臺(tái)開(kāi)始。當(dāng)它通過(guò)監(jiān)視控制信道注意到位置區(qū)域廣播與原先儲(chǔ)存在移動(dòng)臺(tái)中的位置信息不同時(shí)，它會(huì)向新的MSC發(fā)出一個(gè)更新請(qǐng)求，與IMSI或原先的臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別號(hào)(TMSI)一起送到新的VLR。新的VLR將一個(gè)MSRN分配給移動(dòng)臺(tái)并送到移動(dòng)臺(tái)入網(wǎng)登記地的HLR中(它總是保存著最新的位置信息)。HLR送回必要的呼叫控制參數(shù)，并且也送一個(gè)刪除信息到老的VLR，這樣原來(lái)的MSRN可以被再分配。最后，一個(gè)新的TMSI被分配并送給移動(dòng)臺(tái)，以便將來(lái)的尋呼或呼叫請(qǐng)求。將移動(dòng)臺(tái)的漫游號(hào)轉(zhuǎn)換成TMSI的過(guò)程如圖10-8所示。圖10-8將移動(dòng)臺(tái)的漫游號(hào)轉(zhuǎn)換成TMSI

3.鑒權(quán)管理

鑒權(quán)的作用是保護(hù)網(wǎng)路，防止非法盜用。同時(shí)通過(guò)拒絕假冒合法客戶的“入侵”而保護(hù)GSM移動(dòng)網(wǎng)路的客戶。鑒權(quán)數(shù)據(jù)組由三個(gè)數(shù)字組成：

（1）RAND(RandomChallenge隨機(jī)數(shù))：由隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生，長(zhǎng)度為16B，主要作為計(jì)算三元組中其他兩個(gè)參數(shù)的基礎(chǔ)。

（2）SRES(SignedResponse符號(hào)響應(yīng))：簽字應(yīng)答，對(duì)RAND和鑒權(quán)密鑰Ki通過(guò)A3算法計(jì)算得出，長(zhǎng)度為4B，用來(lái)判斷鑒權(quán)是否通過(guò)。

（3）KC(CipherKey密碼密鑰)：對(duì)RAND和Ki通過(guò)A8算法計(jì)算得出，長(zhǎng)度為8B，用于空間無(wú)線信道加密的密鑰。

鑒權(quán)數(shù)據(jù)組中的三個(gè)值彼此相互聯(lián)系，即某個(gè)RAND和KC通過(guò)某種算法總是產(chǎn)生某個(gè)SRES和一個(gè)KC。鑒權(quán)的過(guò)程如圖10-9所示，當(dāng)移動(dòng)客戶開(kāi)機(jī)請(qǐng)求接入網(wǎng)路時(shí)，MSC／VLR通過(guò)控制信道將三參數(shù)組的一個(gè)參數(shù)偽隨機(jī)數(shù)RAND傳送給客戶，SIM卡收到RAND后，用此RAND與SIM卡存儲(chǔ)的客戶鑒權(quán)鍵Ki，經(jīng)同樣的A3算法得出一個(gè)響應(yīng)數(shù)SRES，傳送給MSC／VLR。MSC／VLR將收到的SRES與三參數(shù)組中的SRES進(jìn)行比較。由于是同一RAND，同樣的Ki和A3算法，因此結(jié)果與SRES應(yīng)相同。MSC／VLR比較的結(jié)果相同時(shí)就允許接入，否則為非法客戶，網(wǎng)路拒絕為此客戶服務(wù)。圖10-9鑒權(quán)過(guò)程

10.2.4GPRS系統(tǒng)

1.GPRS概念

GPRS(GeneralPacketRadioService)中文全稱為通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)，作為第二代移動(dòng)通信技術(shù)GSM向第三代移動(dòng)通信(3G)的過(guò)渡技術(shù)，是由英國(guó)BTCellnet公司在1993年提出的。GPRS是GSMPhase2+(1997年)規(guī)范實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容之一，是一種基于GSM的移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，面向用戶提供移動(dòng)分組的IP或者X.25連接。

GPRS在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)上增加一些硬件設(shè)備和軟件升級(jí)，形成一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)邏輯實(shí)體，提供端到端的、廣域的無(wú)線IP連接。通俗地講，GPRS是一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理的科技，它以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)，用戶通過(guò)GPRS可以在移動(dòng)狀態(tài)下使用各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括收發(fā)E-mail、進(jìn)行Internet瀏覽等。GPRS是一種新的GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在移動(dòng)用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給移動(dòng)用戶提供高速無(wú)線IP和X.25服務(wù)。GPRS采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線信道，在同一無(wú)線信道又可以由多個(gè)用戶共享，資源被有效地利用。使用GPRS，數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)分組發(fā)送和接收，用戶永遠(yuǎn)在線且按流量、時(shí)間計(jì)費(fèi)，迅速降低了服務(wù)成本。

構(gòu)成GPRS系統(tǒng)的方法是

（1）在GSM系統(tǒng)中引入如下3個(gè)主要組件：GPRS服務(wù)支持結(jié)點(diǎn)(ServingGPRSSupportingNode，SGSN)、GPRS網(wǎng)關(guān)支持結(jié)點(diǎn)(GatewayGPRSSupportNode，GGSN)、分組控制單元(PCU)。

（2）對(duì)GSM的相關(guān)部件進(jìn)行軟件升級(jí)。ETSI指定了GSM900、GSM1800和GSM1900三個(gè)工作頻段用于GSM，相應(yīng)地，GPRS也工作于這三個(gè)頻段?，F(xiàn)有的GSM移動(dòng)臺(tái)(MS)不能直接在GPRS中使用，需要按GPRS標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改造(包括硬件和軟件)才可以用于GPRS系統(tǒng)。GPRS被認(rèn)為是2G向3G演進(jìn)的重要一步，不僅被GSM支持，同時(shí)也被北美的IS-136支持。

通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)為Internet提供無(wú)線接入，使制約移動(dòng)數(shù)據(jù)通信發(fā)展的各種問(wèn)題逐步得到解決，并推動(dòng)了移動(dòng)數(shù)據(jù)通信的發(fā)展。同時(shí)，進(jìn)行GPRS網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)不僅是業(yè)務(wù)本身的迫切需求，也可以促進(jìn)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)向第三代的平滑過(guò)渡。

2.GPRS業(yè)務(wù)的具體應(yīng)用

GPRS的業(yè)務(wù)主要有如下幾類：

（1）信息業(yè)務(wù)。傳送給移動(dòng)電話用戶的信息內(nèi)容廣泛，如股票價(jià)格、體育新聞、天氣預(yù)報(bào)、航班信息、新聞標(biāo)題、娛樂(lè)、交通信息等。

（2）交談。人們更加喜歡直接進(jìn)行交談，而不是通過(guò)枯燥的數(shù)據(jù)進(jìn)行交流。目前互聯(lián)網(wǎng)聊天組是互聯(lián)網(wǎng)上非常流行的應(yīng)用。有共同興趣和愛(ài)好的人們已經(jīng)開(kāi)始使用非語(yǔ)音移動(dòng)業(yè)務(wù)進(jìn)行交談和討論。由于GPRS與互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同作用，GPRS將允許移動(dòng)用戶完全參與到現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)聊天組中，而不需要建立屬于移動(dòng)用戶自己的討論組。因此，GPRS在這方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。

（3）網(wǎng)頁(yè)瀏覽。移動(dòng)用戶使用電路交換數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)頁(yè)瀏覽無(wú)法獲得持久的應(yīng)用。由于電路交換傳輸速率比較低，因此數(shù)據(jù)從互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器到瀏覽器需要很長(zhǎng)的一段時(shí)間。因此GPRS更適合于互聯(lián)網(wǎng)瀏覽。

（4）文件共享及協(xié)同性工作。移動(dòng)數(shù)據(jù)使文件共享和遠(yuǎn)程協(xié)同性工作變得更加便利。這就可以使在不同地方工作的人們可以同時(shí)使用相同的文件工作。

（5）分派工作。非語(yǔ)音移動(dòng)業(yè)務(wù)能夠用來(lái)給外出的員工分派新的任務(wù)并與他們保持聯(lián)系，同時(shí)業(yè)務(wù)工程師或銷售人員還可以利用它使總部及時(shí)了解用戶需求的完成情況。

（6）企業(yè)E-mail。在一些企業(yè)中，往往由于工作的緣故需要大量員工離開(kāi)自己的辦公桌，因此通過(guò)擴(kuò)展員工辦公室里的PC上的企業(yè)E-mail系統(tǒng)使員工與辦公室保持聯(lián)系就非常重要。GPRS能力的擴(kuò)展，可使移動(dòng)終端接轉(zhuǎn)PC上的E-mail，擴(kuò)大企業(yè)E-mail應(yīng)用范圍。

（7）互聯(lián)網(wǎng)E-mail?；ヂ?lián)網(wǎng)E-mail可以轉(zhuǎn)變成為一種信息不能存儲(chǔ)的網(wǎng)關(guān)業(yè)務(wù)，或能夠存儲(chǔ)信息的信箱業(yè)務(wù)。在網(wǎng)關(guān)業(yè)務(wù)的情況下，無(wú)線E-mail平臺(tái)將信息從SMTP轉(zhuǎn)化成SMS，然后發(fā)送到SMS中心。

（8）交通工具定位。該應(yīng)用綜合了無(wú)線定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)告訴人們所處的位置，并且利用短消息業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)告其他人其所處的位置。任何一個(gè)具有GPS接收器的人都可以接收他們的衛(wèi)星定位信息以確定他們的位置，且可以對(duì)被盜車輛進(jìn)行跟蹤等功能。

（9）靜態(tài)圖像。如照片、圖片、一明信片、賀卡和演講稿等靜態(tài)圖像能在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送和接收。使用GPRS可以將圖像從與一個(gè)GPRS無(wú)線設(shè)備相連接的數(shù)字相機(jī)直接傳送到互聯(lián)網(wǎng)站點(diǎn)或其他接收設(shè)備，并且可以實(shí)時(shí)打印。

（10）遠(yuǎn)程局域網(wǎng)接入。當(dāng)員工離開(kāi)辦公桌外出工作時(shí)，他們需要與自己辦公室的局域網(wǎng)保持連接，遠(yuǎn)程局域網(wǎng)包括所有應(yīng)用的接入。

（11）文件傳送。包括從移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)下載數(shù)量比較大的數(shù)據(jù)的所有形式。

GPRS分組型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與GSM電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的比較如表10-3所示。

3.GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖參見(jiàn)圖10-10。

圖10-10GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

GPRS網(wǎng)絡(luò)是基于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的。GSM是專為電路型交換而設(shè)計(jì)的，現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)不足以提供支持分組數(shù)據(jù)路由的功能，因此GPRS必須在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上增加新的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體，如GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)(GGSN)、GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)(SGSN)和分組控制單元(PCU)等，并對(duì)部分原GSM系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，以滿足分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的交換與傳輸。同原GSM網(wǎng)絡(luò)相比，新增或升級(jí)的設(shè)備有以下幾種。

（1）服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)(SGSN)。SGSN的主要功能是對(duì)MS進(jìn)行鑒權(quán)、移動(dòng)性管理和進(jìn)行路由選擇，建立MS到GGSN的傳輸通道，接收BSS傳送來(lái)的MS分組數(shù)據(jù)，通過(guò)GPRS骨干網(wǎng)傳送給GGSN或進(jìn)行反向操作，并進(jìn)行計(jì)費(fèi)和業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)。

（2）網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)(GGSN)。GGSN主要起網(wǎng)關(guān)作用，與外部多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)如ISDN，PDN，LAN等相連。對(duì)于外部網(wǎng)絡(luò)它就是一個(gè)路由器，因而也稱為GPRS路由器。GGSN接收MS發(fā)送的分組數(shù)據(jù)包并進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，從而把這些分組數(shù)據(jù)包傳送到遠(yuǎn)端的TCP/IP或X.25網(wǎng)絡(luò)?；蜻M(jìn)行相反的操作。另外GGSN還具有地址分配和計(jì)費(fèi)等功能。

（3）分組控制單元(PCU)。PCU通常位于BSC中，用于處理數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，將分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在BSC處從GSM語(yǔ)音業(yè)務(wù)中分離出來(lái)，在BTS和SGSN間傳送。PCU增加了分組功能，可控制無(wú)線鏈路，并允許多個(gè)用戶占用同一無(wú)線資源。

（4）原GSM網(wǎng)設(shè)備升級(jí)。GPRS網(wǎng)絡(luò)使用原GSM基站，但基站要進(jìn)行軟件更新；GPRS要增加新的移動(dòng)性管理程序，通過(guò)路由器實(shí)現(xiàn)GPRS骨干網(wǎng)互連；GSM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要進(jìn)行軟件更新和增加新的MAP信令和GPRS信令等。

（5）GPRS終端。必須采用新的GPRS終端。GPRS移動(dòng)臺(tái)有3種類型：

A類——可同時(shí)提供GPRS服務(wù)和電路交換承載業(yè)務(wù)的能力，即在同一時(shí)間內(nèi)既可進(jìn)行GSM語(yǔ)音業(yè)務(wù)又可以接收GPRS數(shù)據(jù)包。

B類——可同時(shí)偵聽(tīng)GPRS和GSM系統(tǒng)的尋呼信息，同時(shí)附著于GPRS和GSM系統(tǒng)上，但同一時(shí)刻只能支持其中的一種業(yè)務(wù)。

C類——要么支持GSM網(wǎng)絡(luò)，要么支持GPRS網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)人工方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選擇更換。GPRS終端也可以做成計(jì)算機(jī)PCMCIA卡，用于移動(dòng)Internet接入。

4.GPRS系統(tǒng)綜述

綜上所述，GPRS主要有如下五個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1）瞬間上網(wǎng)

GPRS的用戶一開(kāi)機(jī)，就始終附著在GPRS網(wǎng)絡(luò)上，每次使用時(shí)只需一個(gè)激活的過(guò)程，一般只需要2～3秒的時(shí)間就能登錄至互聯(lián)網(wǎng)，而固定撥號(hào)方式接入互聯(lián)網(wǎng)需要撥號(hào)、驗(yàn)證用戶名密碼、登錄服務(wù)器等過(guò)程，至少需要10～15秒甚至更長(zhǎng)的時(shí)間，

2）永遠(yuǎn)在線

GPRS由于使用了“分組”的技術(shù)，用戶上網(wǎng)可以免受斷線的痛苦，因?yàn)镚PRS是“永遠(yuǎn)在線”的，只要用戶的GPRS手機(jī)處于開(kāi)機(jī)狀態(tài)，就隨時(shí)與移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系。舉個(gè)例子，用戶訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，手機(jī)就在無(wú)線信道上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，就算沒(méi)有數(shù)據(jù)傳送，手機(jī)還一直與網(wǎng)絡(luò)保持連接，不但可以由用戶側(cè)發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，還可以從網(wǎng)絡(luò)側(cè)隨時(shí)自動(dòng)PUSH類業(yè)務(wù)，不像普通撥號(hào)上網(wǎng)那樣斷線后還得重新?lián)芴?hào)才能上網(wǎng)沖浪。

3）快速傳輸

GPRS采用分組交換的技術(shù)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率達(dá)到了56～144kb/s，但實(shí)際速度受到編碼和手機(jī)終端的限制可能會(huì)有所不同。只有同時(shí)啟用8個(gè)信道進(jìn)行GPRS傳送時(shí)，用戶使用GPRS技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾什拍苓_(dá)到114kb/s，而一般情況下進(jìn)行語(yǔ)音傳送時(shí)，只會(huì)用1～4個(gè)信道進(jìn)行GPRS應(yīng)用，因此實(shí)際傳輸速率一般為56kb/s左右，CSD電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率為9.6kb/s。因此電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與GPRS的關(guān)系就像是9.6kb/sMODEM和56kb/sMODEM的區(qū)別一樣。

當(dāng)利用GPRS手機(jī)上WAP網(wǎng)站時(shí)，頁(yè)面打開(kāi)速度明顯加快，幾乎沒(méi)有延時(shí)。而在利用GPRS終端加上筆記本上互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量不高時(shí)，40～50kb/s的速度可輕易達(dá)到，夜間速度更快，較之GSM所提供的9.6kb/s理論速度有了明顯的提高。這個(gè)速度與用固定電話56.6kb/sMODEM撥號(hào)上網(wǎng)的速度已經(jīng)比較接近了，對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)而言這種傳輸速率已經(jīng)相當(dāng)不錯(cuò)了。

4）按流量計(jì)費(fèi)

利用CSD上WAP或者互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，用戶必須根據(jù)連接時(shí)間來(lái)繳納費(fèi)用，這是阻礙WAP技術(shù)跨入市場(chǎng)主流的一道門檻，用戶只要開(kāi)始連接，哪怕是在輸入字符時(shí)都要進(jìn)行計(jì)費(fèi)。這種不受歡迎的計(jì)費(fèi)方式使很多用戶都盡量控制使用WAP連接時(shí)間。

GPRS技術(shù)是一種面向非連接的技術(shù)，用戶只有在真正收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)才需要保持與網(wǎng)絡(luò)的連接，因此大大提高了無(wú)線資源的利用率。GPRS技術(shù)同時(shí)向“AlwaysOnline”的無(wú)線上網(wǎng)目標(biāo)邁進(jìn)了一步，使用了GPRS后，數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)分組發(fā)送和接收，這同時(shí)意味著用戶總是在線且按流量計(jì)費(fèi)，迅速降低了服務(wù)成本。

用戶可以一直在線，按照用戶接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來(lái)收取費(fèi)用，沒(méi)有傳遞數(shù)據(jù)流量時(shí)，用戶即使掛在網(wǎng)上，也是不收費(fèi)的，這對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)更加公平，用戶可以更多地關(guān)注所需的信息內(nèi)容而無(wú)須關(guān)心撥入時(shí)間的長(zhǎng)短，由于不按時(shí)間計(jì)費(fèi)也就可以慢慢進(jìn)行輸入，避免操作匆忙造成失誤了。

5）自由切換

使用GPRS上網(wǎng)的方法與以前的CSD上網(wǎng)方式并不同，用CSD上網(wǎng)就如同使用MODEM進(jìn)行撥號(hào)連接，上網(wǎng)后便不能同時(shí)使用該電話線，但GPRS就較為優(yōu)越，它具有數(shù)據(jù)傳輸與語(yǔ)音傳輸可同時(shí)進(jìn)行或切換進(jìn)行的優(yōu)勢(shì)。也就是說(shuō)用戶在用移動(dòng)電話上網(wǎng)沖浪的同時(shí)，可以接收語(yǔ)音電話，而原來(lái)的電話撥號(hào)上網(wǎng)，接入之后就不能再打電話，也不能接電話。因此GPRS就類似于ISDN的概念，上網(wǎng)和通話是可以同時(shí)進(jìn)行的，并且可以自由進(jìn)行切換，通話上網(wǎng)兩不誤。

與此同時(shí)，GPRS技術(shù)由于其本身的原因，還存在一些問(wèn)題，主要包括如下幾個(gè)方面。

（1）發(fā)生包丟失現(xiàn)象。

由于分組交換連接的可靠性比電路交換連接差，使用GPRS可能會(huì)發(fā)生一些包丟失現(xiàn)象。而且，由于語(yǔ)音和GPRS業(yè)務(wù)無(wú)法同時(shí)使用相同的網(wǎng)絡(luò)資源，用于專門提供GPRS使用的時(shí)隙數(shù)量越多，能夠提供給語(yǔ)音通信的網(wǎng)絡(luò)資源就越少。

GPRS確實(shí)會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的小區(qū)容量產(chǎn)生影響，對(duì)于不同的用途而言只有有限的無(wú)線資源可供使用。

（2）實(shí)際速率比理論值低

GPRS數(shù)據(jù)傳輸速率要達(dá)到理論上的最大值172.2kb/s，就必須只有一個(gè)用戶占用所有的8個(gè)時(shí)隙，并且沒(méi)有任何防錯(cuò)保護(hù)。但運(yùn)營(yíng)商將所有的8個(gè)時(shí)隙都給一個(gè)用戶使用顯然是不太可能的。

另外，最初的GPRS終端預(yù)計(jì)可能僅支持1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)時(shí)隙，一個(gè)GPRS用戶的帶寬因此將會(huì)受到嚴(yán)重的限制，所以理論上的GPRS最大速率將會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)和終端現(xiàn)實(shí)條件的制約。

（3）終端不支持無(wú)線終止功能

目前還沒(méi)有任何一家主要手機(jī)制造廠家宣稱其GPRS終端支持無(wú)線終止接收來(lái)電的功能。啟用GPRS服務(wù)時(shí)，用戶將根據(jù)服務(wù)內(nèi)容的流量支付費(fèi)用，GPRS終端會(huì)裝載WAP瀏覽器。但是，未經(jīng)授權(quán)的內(nèi)容也會(huì)發(fā)送給終端用戶，這意味著用戶將要為這些垃圾內(nèi)容付費(fèi)。

（4）調(diào)制方式不是最優(yōu)

GPRS采用基于GMSK(GaussianMinimumShiftKeying)的調(diào)制技術(shù)，相比于3G采用的8PSK(eight-Phase-ShiftKeying)，它允許的無(wú)線接口支持速率要低一些，且頻譜利用率也差些。網(wǎng)絡(luò)營(yíng)運(yùn)商如果想過(guò)渡到第三代，必須在某一階段改用新的調(diào)制方式。

10.33G移動(dòng)通信系統(tǒng)

10.3.1第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)概述

20世紀(jì)80年代末，第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的出現(xiàn)將移動(dòng)通信帶入了數(shù)字化的時(shí)代，但第二代移動(dòng)通信也只實(shí)現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)制式的統(tǒng)一，而且數(shù)據(jù)能力很有限，隨著Internet應(yīng)用的快速普及，用戶迫切希望能有一種能夠提供真正意義的全球覆蓋，具有寬帶數(shù)據(jù)能力，業(yè)務(wù)更為靈活，同時(shí)其終端設(shè)備又能在不同制式的網(wǎng)絡(luò)間漫游的新系統(tǒng)。

為此國(guó)際電聯(lián)(ITU)提出了FPLMTS(未來(lái)公共陸地移動(dòng)通信系統(tǒng))概念，這就是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的前身。在1996年，F(xiàn)PLMTS被正式更名為IMT2000，即國(guó)際移動(dòng)通信系統(tǒng)，工作于2000MHz頻段，2000年左右投入商用。從此，第三代移動(dòng)通信開(kāi)始了其不斷發(fā)展之路。

1.第三代移動(dòng)通信的目標(biāo)

第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)IT網(wǎng)絡(luò)全球化、業(yè)務(wù)綜合化和通信個(gè)人化。IMT2000不但要滿足多速率、多環(huán)境、多業(yè)務(wù)的要求，還應(yīng)能將現(xiàn)存的通信系統(tǒng)集成為統(tǒng)一的可替代的系統(tǒng)。因此，它應(yīng)具有以下特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

（1）提供全球無(wú)縫覆蓋和漫游(見(jiàn)圖10-11)。

（2）提供高質(zhì)量的話音、圖像、可變速率的數(shù)據(jù)等多種多媒體業(yè)務(wù)。

（3）多重小區(qū)結(jié)構(gòu)、多種接入方式，適應(yīng)陸地、航空、海域等多種運(yùn)行環(huán)境。

（4）系統(tǒng)管理和配置靈活，業(yè)務(wù)組織靈活。

（5）移動(dòng)終端輕便、成本低，滿足通信個(gè)人化的要求。

（6）高頻譜利用率，足夠的系統(tǒng)容量。

（7）全球范圍設(shè)計(jì)上的高度一致，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)之間各種業(yè)務(wù)的相互兼容，支持系統(tǒng)平滑升級(jí)和現(xiàn)有系統(tǒng)的演進(jìn)。

圖10-11IMT-2000網(wǎng)絡(luò)覆蓋示意圖

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，對(duì)其無(wú)線傳輸技術(shù)提出了以下要求。

（1）高速傳輸速率以支持多媒體業(yè)務(wù)：室內(nèi)環(huán)境至少2Mb/s；室外步行環(huán)境至少384kb/s；室外車輛運(yùn)動(dòng)中至少144kb/s。

（2）傳輸速率能夠按需分配。

（3）上、下行鏈路能適應(yīng)不對(duì)稱業(yè)務(wù)的需求。

2.第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)

1）簡(jiǎn)要發(fā)展歷程

第三代移動(dòng)通信IMT2000標(biāo)準(zhǔn)化的研究工作由ITU負(fù)責(zé)和領(lǐng)導(dǎo)，其最初的研究工作始于1985年，ITU-R成立臨時(shí)工作組，提出了未來(lái)公共陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)(FLMNTS)的概念。1996年，F(xiàn)PLMTS被正式更名為IMT2000，由ITU-R完成無(wú)線傳輸技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，而ITU-T則負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)部分。經(jīng)過(guò)一系列的會(huì)議討論、技術(shù)融合，在2000年5月的ITU-R全會(huì)上，正式通過(guò)了“第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(IMT2000)無(wú)線接口技術(shù)規(guī)范”建議——IMT.SRC，即ITU-RM.1457。確定了第三代移動(dòng)通信RTT技術(shù)，包括3種CDMA標(biāo)準(zhǔn)，即MC-CDMA(即cdma2000)、DS-CDMA(即WCDMA)和CDMATDD(即TD-SCDMA)。

2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為使現(xiàn)有的第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)能夠順利地向第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)過(guò)渡，保護(hù)已有投資，這就要求IMT2000系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)組成上應(yīng)考慮不同無(wú)線接口和不同網(wǎng)絡(luò)。于是ITU-T提出“IMT2000家族”的概念，允許各地區(qū)性標(biāo)準(zhǔn)化組織有一定的靈活性，使它們能根據(jù)市場(chǎng)、業(yè)務(wù)需求上的不同，提出各個(gè)國(guó)家和地區(qū)向第三代系統(tǒng)演進(jìn)的策略。IMT2000家族就是IMT-2000系統(tǒng)的聯(lián)合體，為用戶提供IMT2000業(yè)務(wù)。家族的特點(diǎn)在于它具有向任何其他家族成員的漫游用戶提供業(yè)務(wù)服務(wù)的能力，以滿足IMT2000的全球漫游業(yè)務(wù)需求。

ITU建議的IMT2000的一個(gè)主要特點(diǎn)是將依賴無(wú)線傳輸技術(shù)的功能和不依賴無(wú)線傳輸技術(shù)的功能分離，網(wǎng)絡(luò)的定義盡可能獨(dú)立于無(wú)線傳輸技術(shù)。

IMT-2000的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖10-12所示。它分為終端側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)。終端側(cè)包括用戶識(shí)別模塊(UIM)和移動(dòng)終端(MT)；網(wǎng)絡(luò)側(cè)設(shè)備分為兩個(gè)網(wǎng)：無(wú)線接入網(wǎng)(RAN)和核心網(wǎng)(CN)。

圖10-12IMT-2000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與接口

3）推薦標(biāo)準(zhǔn)

ITU-R最終推薦的第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)中包括3種CDMA標(biāo)準(zhǔn)，即WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA，這3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的核心差異在于無(wú)線傳輸技術(shù)(RTT)，即多址技術(shù)、調(diào)制技術(shù)、信道編碼與交織、雙工技術(shù)、物理信道結(jié)構(gòu)和復(fù)用、幀結(jié)構(gòu)、RF信道參數(shù)等方面的差異。這3種推薦標(biāo)準(zhǔn)將在后續(xù)小節(jié)中討論，其主要特性對(duì)比如表10-4所示。

驅(qū)動(dòng)3G發(fā)展的一大動(dòng)力是目前可供2G網(wǎng)絡(luò)使用的無(wú)線頻率資源有限。為了發(fā)展第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，首先要解決適合第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的頻譜問(wèn)題。因此研究第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻譜利用，合理地分配和劃分相應(yīng)的頻段，是提高系統(tǒng)性能，高效率地利用頻譜資源，滿足移動(dòng)通信發(fā)展需要的基礎(chǔ)。

ITU關(guān)于3G頻譜的劃分是建議性的，世界各國(guó)和地區(qū)頻率分配的方式各不相同。依據(jù)國(guó)際電聯(lián)(ITU)有關(guān)第三代公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)(IMT2000)頻率劃分和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，按照我國(guó)無(wú)線電頻率劃分規(guī)定，結(jié)合我國(guó)無(wú)線電頻譜使用的實(shí)際情況，我國(guó)對(duì)第三代公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率規(guī)劃如下。

（1）主要工作頻段：

頻分雙工(FDD)方式：1920～1980MHz、2110～2170MHz，共2×60MHz；

時(shí)分雙工(TDD)方式：1880～1920MHz、2010～2025MHz，共55MHz。

（2）補(bǔ)充工作頻段：

頻分雙工(FDD)方式：1755～1785MHz、1850～1880MHz，共2×30MHz；

時(shí)分雙工(TDD)方式：2300～2400MHz，與無(wú)線電定位業(yè)務(wù)共用，均為主要業(yè)務(wù)。

3）衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)工作頻段：1980～2010MHz/2170～2200MHz。

目前已規(guī)劃給第二代公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)的825～835MHz/870～880MHz、885～915MHz/930～960MHz和1710～1755MHz/1805～1850MHz頻段，同時(shí)規(guī)劃為第三代公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)FDD方式的擴(kuò)展頻段，上、下行頻率使用方式不變。

10.3.2TD-SCDMA

TD-SCDMA是時(shí)分-同步碼分多址的英文縮寫，是由原中國(guó)電信技術(shù)研究院(現(xiàn)大唐電信股份有限公司)于1999年正式提出、具有中國(guó)獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)，被ITU正式批準(zhǔn)為第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)之一，是我國(guó)通信業(yè)發(fā)展的一個(gè)新的里程碑，它打破了國(guó)外廠商在專利、技術(shù)、市場(chǎng)方面的壟斷地位，促進(jìn)了民族移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。

在實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)制定與演進(jìn)中，TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)具有鮮明的特征。它基于GSM系統(tǒng)，其基本設(shè)計(jì)思想是使用較窄的帶寬(1.2～1.6MHz)和較低的碼片速率(不超過(guò)1.35Mchip/s)用同步CDMA、軟件無(wú)線電、智能天線、現(xiàn)代信號(hào)處理等技術(shù)來(lái)達(dá)到IMT2000的要求。

TD-SCDMA系統(tǒng)采用時(shí)分雙工(TDD)，TDMA/CDMA多址方式工作，基于同步CDMA、智能天線、多用戶檢測(cè)、正交可變擴(kuò)頻系數(shù)、Turbo編碼技術(shù)、軟件無(wú)線電等新技術(shù)，工作在1880～1920MHz、2010～2025MHz等非成對(duì)頻段上。

1.TD-SCDMA技術(shù)特點(diǎn)

TD-SCDMA的主要特點(diǎn)如下。

（1）頻譜靈活性好，頻譜效率高。如圖10-13所示，TD-SCDMA采用時(shí)分雙工(TDD)方式，不需要成對(duì)的頻率，并且僅需要1.6MHz的最小帶寬，因而它對(duì)頻譜的使用非常靈活，將來(lái)可以利用逐步空置出來(lái)的第二代系統(tǒng)頻率開(kāi)展第三代業(yè)務(wù)，有效地使用日益寶貴的頻譜資源(如空置出的8個(gè)連續(xù)GSM頻點(diǎn)就可安排一個(gè)1.6MHz的TD-SCDMA載波)。TD-SCDMA以較低的碼片速率和較窄的帶寬就能滿足IMT2000的要求，因而它的頻譜利用率很高，可以達(dá)到GSM的3～5倍，能夠解決人口密度地區(qū)頻率資源緊張的問(wèn)題。相對(duì)而言，F(xiàn)DD方式的WCDMA占用2/5MHz帶寬，cdma20001x占用2×1.25MHz帶寬。

圖10-13TD-SCDMA原理示意圖

（2）易于采用智能天線等新技術(shù)。時(shí)分雙工(TDD)上下行鏈路工作于同一頻率、不同的時(shí)隙，因而上下行鏈路的電波傳播特性基本一致，易于使用智能天線等新技術(shù)。

（3）特別適合不對(duì)稱業(yè)務(wù)。在第三代移動(dòng)通信中，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將是主要業(yè)務(wù)，尤其是不對(duì)稱的IP業(yè)務(wù)。TDD方式靈活的時(shí)隙配置可高效率地滿足上下行不對(duì)稱、不同傳輸速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需要，大大提高了資源利用率，在互聯(lián)網(wǎng)瀏覽等非對(duì)稱移動(dòng)數(shù)據(jù)和視頻點(diǎn)播等多媒體業(yè)務(wù)方面具有突出優(yōu)勢(shì)。業(yè)務(wù)發(fā)展初期，為適應(yīng)語(yǔ)音業(yè)務(wù)上下對(duì)稱的特點(diǎn)可采用3：3(上行：下行)的對(duì)稱時(shí)隙結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)一步發(fā)展時(shí)，可采用2：4或1：5的時(shí)隙結(jié)構(gòu)。

（4）易于數(shù)字化集成，可降低產(chǎn)品成本和價(jià)格。

（5）采用軟件無(wú)線電技術(shù)。

（6）與第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM兼容，可由GSM平滑演進(jìn)。

2.TD-SCDMA技術(shù)演進(jìn)

如同其他3G技術(shù)一樣，TD-SCDMA技術(shù)也在不斷演進(jìn)，其演進(jìn)過(guò)程如圖10-14所示。演進(jìn)過(guò)程大體分為單載波/多載波TD-SCDMA系統(tǒng)、單載波/多載波HSDPA十上行HSUPA系統(tǒng)、長(zhǎng)期演進(jìn)(TD-LTE)和TDD未來(lái)演進(jìn)系統(tǒng)4個(gè)階段，其中每個(gè)階段又可以分為不同的層次。

圖10-14TD-SCDMA的演進(jìn)

10.3.3WCDMA

WCDMA主要由歐洲ETSI和日本ARIB提出、經(jīng)多方融合而形成，是在GSM系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展的一種技術(shù)，其核心網(wǎng)基于GSM-MAP。支持這一標(biāo)準(zhǔn)的電信運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備制造商形成了3GPP陣營(yíng)。

1.UMTS系統(tǒng)

采用WCDMA空中接口技術(shù)的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)通常稱為通用移動(dòng)通信系統(tǒng)(UMTS)，它采用了與第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)類似的結(jié)構(gòu)，包括無(wú)線接入網(wǎng)(RAN)和核心網(wǎng)(CN)。其中RAN處理所有與無(wú)線有關(guān)的功能；而CN從邏輯上分為電路交換域(CS域)和分組交換域(PS域)，處理UMTS系統(tǒng)內(nèi)所有的話音呼叫和數(shù)據(jù)連接，并實(shí)現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)的交換和路由功能。UMTS陸地?zé)o線接入網(wǎng)(UTRAN)、CN與用戶設(shè)備(UE)一起構(gòu)成了整個(gè)UMTS系統(tǒng)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖10-15所示。

圖10-15UMTS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通過(guò)3GPP的標(biāo)準(zhǔn)化工作，UMTS的技術(shù)也在不斷地更新和增強(qiáng)。為了盡快將WCDMA系統(tǒng)商用，3GPP對(duì)UMTS的系列規(guī)范劃定了不同的版本。首先完成標(biāo)準(zhǔn)化工作的版本是R99，也稱為WCDMA第一階段。隨后3GPP在R99的基礎(chǔ)上進(jìn)行了技術(shù)更新和增強(qiáng)，推出R4、R5、R6等版本。R99版本的UMTS網(wǎng)絡(luò)單元構(gòu)成如圖10-16所示。

圖10-16UMTS網(wǎng)絡(luò)單元構(gòu)成

1）UE

UE是用戶終端設(shè)備，它主要包括射頻處理單元、基帶處理單元、協(xié)議棧模塊以及應(yīng)用層軟件模塊等。UE通過(guò)Uu接口與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，為用戶提供電路域和分組域內(nèi)各種業(yè)務(wù)功能。

2）UTRAN

UTRAN即陸地?zé)o線接入網(wǎng)，分為基站(NodeB)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)兩部分。

NodeB是WCDMA系統(tǒng)的基站(即無(wú)線收發(fā)信機(jī))，包括無(wú)線收發(fā)信機(jī)和基帶處理部件，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的Iub接口和RNC互連，主要完成Uu接口物理層協(xié)議的處理。NodeB由RF收發(fā)放大、射頻收發(fā)系統(tǒng)(TRX)、基帶部分(BB)、傳輸接口單元、基站控制部分等幾個(gè)邏輯功能模塊構(gòu)成，其主要功能是擴(kuò)頻、調(diào)制、信道編碼及解擴(kuò)、解調(diào)、信道解碼，還包括基帶信號(hào)和射頻信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換等功能。

RNC是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器，主要完成連接建立和斷開(kāi)、切換、宏分集合并、無(wú)線資源管理控制等功能，具體如下：

（1）執(zhí)行系統(tǒng)信息廣播與系統(tǒng)接入控制功能。

（2）執(zhí)行切換和RNC遷移等移動(dòng)性管理功能。

（3）執(zhí)行宏分集合并、功率控制、無(wú)線承載分配等無(wú)線資源管理和控制功能。

3）CN

核心網(wǎng)(CN)負(fù)責(zé)與其他網(wǎng)絡(luò)的連接以及對(duì)MS通信的管理。它分成兩個(gè)子系統(tǒng)：電路域(CS域)和分組域(PS域)。CS域設(shè)備是指為用戶提供電路型業(yè)務(wù)或提供相關(guān)信令連接的實(shí)體，CS域特有的實(shí)體包括MSC、GMSC、VL、IWF；PS域?yàn)橛脩籼峁┓纸M型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，PS域特有的實(shí)體包括SGSN和GGSN。其他設(shè)備如HLR(或HSS)、AUC、EIR、智能網(wǎng)設(shè)備(SCP)等為CS域與PS域共用。

在核心網(wǎng)，R5協(xié)議引入了IP多媒體子系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱IMS。IMS疊加在分組域網(wǎng)絡(luò)之上，由CSCF(呼叫狀態(tài)控制功能)、MGCF(多媒體網(wǎng)關(guān)控制功能)、MRF(媒體資源功能)和HSS(歸屬地用戶服務(wù)器)等功能實(shí)體組成。IMS的引入，為開(kāi)展基于IP技術(shù)的多媒體業(yè)務(wù)創(chuàng)造了條件，代表了未來(lái)業(yè)務(wù)的發(fā)展方向。

2.WCDMA技術(shù)特點(diǎn)

寬帶碼分多址(WCDMA)技術(shù)具有以下特點(diǎn)。

（1）高度的業(yè)務(wù)靈活性。WCDMA允許每個(gè)5MHz載波提供從8kb/s到2Mb/s的混合業(yè)務(wù)。另外在同一信道上既可進(jìn)行電路交換業(yè)務(wù)也可以進(jìn)行分組交換業(yè)務(wù)，分組和電路交換業(yè)務(wù)可在不同的帶寬內(nèi)自由地混合，并可同時(shí)向同一用戶提供。每個(gè)WCDMA終端能夠同時(shí)接入多達(dá)6個(gè)不同業(yè)務(wù)，可以支持不同質(zhì)量要求的業(yè)務(wù)(例如語(yǔ)音和分組數(shù)據(jù))并保證高質(zhì)量和完美的覆蓋。

2）頻譜效率高。WCDMA能夠高效利用可用的無(wú)線電頻譜。由于它采用單小區(qū)復(fù)用，因此不需要頻率規(guī)劃。利用分層小區(qū)結(jié)構(gòu)、自適應(yīng)天線陣列和相干解調(diào)(雙向)等技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)容量可以得到大幅提高。

（3）容量和覆蓋范圍大。WCDMA射頻收發(fā)信機(jī)能夠處理的話音用戶是典型窄帶收發(fā)信機(jī)的8倍。每個(gè)射頻載波可同時(shí)處理80個(gè)語(yǔ)音呼叫，或者每個(gè)載波可同時(shí)處理50個(gè)的Internet數(shù)據(jù)用戶。在城市和郊區(qū)，WCDMA的容量差不多是窄帶CDMA的兩倍。更大的帶寬以及在上行鏈路與下行鏈路中使用相干解調(diào)和快速功率控制允許更低的接收機(jī)門限，有利于提高覆蓋。

（4）網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的經(jīng)濟(jì)性好。通過(guò)在現(xiàn)有數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)(如GSM)增加WCDMA無(wú)線接入網(wǎng)，同一核心網(wǎng)絡(luò)可被復(fù)用，并使用相同的站點(diǎn)。WCDMA接入網(wǎng)絡(luò)與GSM核心網(wǎng)絡(luò)之間的鏈路使用了最新的ATM模式的微型小區(qū)傳輸規(guī)程AAL2，這種高效地處理數(shù)據(jù)分組的方法將標(biāo)準(zhǔn)El/T1線路的容量由30個(gè)提高到了大約300個(gè)話音呼叫，傳輸成本將節(jié)約50%左右。

（5）卓越的話音能力。盡管下一代移動(dòng)接入的主要目的是傳輸高比特率多媒體通信，但對(duì)于話音通信它仍是一個(gè)重要業(yè)務(wù)。在WCDMA網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)小區(qū)將能夠處理至少192個(gè)話音呼叫，而在GSM網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)小區(qū)只能處理大約100個(gè)話音呼叫。

（6）無(wú)縫的GSM/WCDMA接入。雙模終端將在GSM網(wǎng)絡(luò)和WCDMA網(wǎng)絡(luò)之間提供無(wú)縫的切換和漫游。

（7）快速業(yè)務(wù)接入。為了支持多媒體業(yè)務(wù)的即時(shí)接入，開(kāi)發(fā)了一種新的隨機(jī)接入機(jī)制，它利用快速同步來(lái)處理384kb/s分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。在移動(dòng)用戶和基站之間建立連接只需零點(diǎn)幾毫秒。

（8）從GSM平滑升級(jí)，技術(shù)成熟、風(fēng)險(xiǎn)低。在日本和歐洲已經(jīng)對(duì)WCDMA試驗(yàn)、測(cè)試、評(píng)估了多年，技術(shù)非常成熟。

（9）終端的經(jīng)濟(jì)性和簡(jiǎn)單性。WCDMA手機(jī)所要求的信號(hào)處理大約是復(fù)合TD/CDMA技術(shù)的十分之一。技術(shù)成熟、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的終端易于進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，為此帶來(lái)了更高的規(guī)模經(jīng)濟(jì)、更多的競(jìng)爭(zhēng)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)公司和用戶也將獲得更大的選擇余地。目前，終端市場(chǎng)上WCDMA在終端種類、性價(jià)比、數(shù)量等方面都占有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。

10.3.4cdma2000

cdma2000是由窄帶CDMAIS-95)向上演進(jìn)的技術(shù)，經(jīng)融合形成了現(xiàn)有的3GPP2cdma2000。IMT2000標(biāo)準(zhǔn)中cdma2000包括“l(fā)x”和“Nx”兩部分，對(duì)于射頻帶寬為Nx1.25MHz的cdma2000系統(tǒng)(N=1、3、6、9、12)，采用多個(gè)載波來(lái)利用整個(gè)頻帶。

1.cdma2000主要技術(shù)特點(diǎn)

表10-5歸納了IMT2000標(biāo)準(zhǔn)中cdma2000系列的主要技術(shù)特點(diǎn)。

與cdmaOne相比，cdma2000有下列技術(shù)特點(diǎn)：

（1）N×1.25MHz多種信道帶寬。

（2）可以更加有效地使用無(wú)線資源。

（3）具備先進(jìn)的媒體接入控制，從而有效地支持高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

（4）可在cdmaOne的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)向cdma2000系統(tǒng)的平滑過(guò)渡。

（5）核心網(wǎng)協(xié)議可使用IS-41、GSM-MAP以及IP骨干網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

（6）采用了前向發(fā)送分集、快速前向功率控制、Turbo碼、輔助導(dǎo)頻信道、靈活幀長(zhǎng)、反向鏈路相干解調(diào)、選擇較長(zhǎng)的交織器等技術(shù)，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)容量、增強(qiáng)了系統(tǒng)性能。

正如上一節(jié)所述，嚴(yán)格意義上來(lái)講cdma2000lx系統(tǒng)只能算是2.5G系統(tǒng)，其后續(xù)演進(jìn)走上了一條新的演進(jìn)之路。3GPP2從2000年開(kāi)始在cdma2000lx基礎(chǔ)上制訂lx的增強(qiáng)技術(shù)——1xEV標(biāo)準(zhǔn)，通常人們認(rèn)為從此開(kāi)始cdm