1概论05移动通信系统

1移动通信系统2一、移动通信系统概述二、移动通信发展简史三、蜂窝移动通信思想四、多址复用技术简介五、模拟移动通信系统六、数字移动通信系统七、WAP和GPRS简介八、3G移动通信系统3一、移动通信技术概述1、什么是移动通信2、无线信道的主要特点3、电磁波传播方式4、三类不同的损耗5、无线通信三种效应6、多址干扰和其他干扰41、什么是移动通信通信双方或至少有一方具备或实际在移动中进行信息交换的通信。52、无线通信的主要特点通信的移动性无线方式或无线与有线通信的结合电波传输条件复杂电磁波的反射、绕射、折射等受到干扰相对严重火花噪声、工业噪声等62、无线通信的主要特点系统和网络结构复杂本身是多用户系统，还要与其他通信系统连接要求频带复用率高无线电频率资源紧张，要尽量使资源得到充分使用73、电磁波的传播方式直射波在视距覆盖区无遮挡传播；反射波从不同物体反射后到达接收点；绕射波从较大的建筑物绕射后到达接收点；84、电磁波的传输损耗路径传播的损耗电波在自由空间传播所产生的损耗；快衰落损耗由多径传播产生，电磁波到达接收天线的路径不同，造成电信号的减弱，变化率相对较快。慢衰落损耗主要由绕射产生，变化率较慢，衰落的深度取决于信号的频率和障碍物的材料、结构;95、无线传输的三种效应阴影效应由大型建筑物的遮挡而形成在传播接收区域上的半盲区。远近效应发射机附近接收效果好，远就差；多普勒效应高速运动引起，对快速数据传输影响较大。1、移动用户高速运动和附近建筑物可产生多普勒频移。2、远处小山、高大建筑物反射，电信号到达基站的路径较长。3、基站附近建筑物反射，影响天线入射角。基站116、多址干扰和其他干扰多址干扰产生于多个信源用户要求同时通信，而系统不能完全将它们隔离而引起的。其他干扰邻频干扰、工业干扰和太阳黑子干扰。12二、移动通信发展简史1、麦克斯韦(1831-1879)预言了电磁波的存在电磁场内周期性振动是能够发生的。这样的振动产生电磁波，它可以向宇宙空间延伸、传播。传播速度为30万公里/秒。132、赫兹(1857-1894)证实了电磁波的存在赫兹利用自己设计的实验装置成功的证实了电磁波的存在，为无线电通信成为现实奠定了基础。物理学中频率的单位Hz就是以他的名字命名的。143、无线电通信的问世马可尼（1874-1937）1895年实现了2英里的无线电收发1897年5月跨越海峡通信获得成功1901年实现了跨越大西洋的通信获得了1909年的诺贝尔物理学奖波波夫（1859-1906）1894年实验中发现了天线的作用1895年制作了完整的无线电收报机1896年传送了第一份无线电报5月7日被定为“无线电发明日”154、最初的应用（20世纪20年代）★船舶上用于海上救援、天气预报★完成飞机之间、飞机与地面联系★警方车载无线电保持与总部联系★消防车替代火灾损坏的通信设备16★频段：采用短波频段，话音质量差★元件：采用电子管，体积大、设备笨★接续方式：人工交换，人工切换频率★消耗功率：耗电量大20世纪70年代我军师团级使用的短波电台（仿美国产品）世纪175、发展时期（20世纪40-60年代）★频段：采用150-400MHz，话音质量较好★元件：采用晶体管，体积减小★接续方式：自动交换，自动切换频率★消耗功率：消耗功率成倍减小18发展时期（20世纪70-80年代）★个人无线寻呼系统问世基于集成电路和计算机技术★第一代模拟移动电话问世贝尔实验室推出蜂窝系统概念之后196、现在与未来★第二代数字移动电话系统已推广普及成为公众必备通信工具★第三代数字移动电话（3G）相应的方案、标准已公布，通信系统已在运营中★第四代移动电话标准制定、方案论证的试验阶段20三、蜂窝移动通信思想★什么是蜂窝系统★蜂窝系统的意义★蜂窝系统带来的技术难点211、蜂窝移动通信思想贝尔实验室提出，蜂窝原理把移动通信的区域按照蜂窝形状划分成若干小区，而两个小区之间只要相隔一定距离，无线载频就可以重复使用。背景：频率资源紧缺，无法满足众多用户的需要！22蜂窝移动通信思想f1f1f2f2f2f3f3f3232、蜂窝思想的重大意义频率重复使用一定程度上解决了频率资源紧张问题，可以满足大容量的要求。容量可以通过配置调整用户密集的地方采用更小的蜂窝。可以缩短传输距离效果更有保证，发射功率可以减小；243、蜂窝系统—技术难点定位与跟踪移动中用户通话、待机，如何更新位置。从关机到开机，系统怎样才能很快获得移动用户的位置？保持最佳接入系统必须对目前的连接作连续的质量评估，同时必须不断的测量相邻接入点的质量。25通常用户处于多个基站包围之中，那么最基本的问题：如何找到最佳接入点。移动终端同时处于多个基站的监控之中26四、多址复用技术频分多址技（FDMA）时分多址技（TDMA）码分多址技（CDMA）27频分多址技术定义当以传输信号的载波频率不同来区分信道建立多址接入时，称为频分多址。28MSCBSMS1MS2f2Fnff3频段概念：收音机和电视机FDMA系统工作原理示意图FDMA系统工作原理图MSCBSMS1MS2MSn频段概念：收音机和电视机29老式收音机电视机30时分多址技术定义当以传输信号存在的时间不同来区分信道建立多址接入时称为时分多址。31时钟的重要性：只有严格同步才能完成分路的作用TDMA系统工作原理示意图MSCBSMS1MSN时隙帧32码分多址技术定义当以传输信号的码型不同来区分建立信道建立多址接入时，称为码分多址。33CDMA通信系统既不分频道又不分时隙，无论传送何种信息的信道都靠采用不同的码型来区分。CDMA系统工作示意图MSCMS1MS2MS3BSC1C2C3C1C2C334三种多址技术的比较技术复用效率抗干扰性保密性FDMA简单较低较差较差TDMA较复杂较高较好较好CDMA复杂最高最好最好35五、模拟移动通信系统1、产生历史2、通信体制3、发展时期4、主要缺点361、产生历史初步构想产生于四十年代，但是由于当时的技术条件难以达到，只能作为一种设想。正式建议1971年12月，贝尔公司向美国联邦通信委员会提出了蜂窝移动通信系统HCMTS的建议，并获得批准。372、三种通信体制共同点：小区蜂窝、频分多址（FDMA）美国标准：1983年，AMPS系统，频率824～894MHz欧洲标准：1985年，ETACS系统，频率900MHz日本标准：1988年，JTACS，频率860～925MHz383、发展时期1981年：世界上只有五个国家建立蜂窝系统1985年：经过4、5年已经发展至十几个国家1987年：我国引进了TACS移动通信系统39手机照片404、主要缺点通信制式复杂系统间没有公共接口，不能自动漫游；业务功能单一很难开展数据业务（用于话音）；频谱效率低频谱利用率低，容量小（FDMA）；安全保密性差易被窃听，易做“假机”。41六、GSM移动通信系统1、GSM移动通信系统的产生2、GSM移动通信系统的组成3、GSM移动通信系统关键技术4、GSM系统的主要电信业务5、GSM移动通信系统工作过程421、GSM移动通信系统的产生GSM系统（欧洲电信制定）：GlobalSystemofMobile，1990年开放性标准：没有设立专利障碍；100多个国家采用、能够国际漫游。复用方式时分多址复用TDMA；432、GSM移动通信系统的组成基站子系统（BSS）BaseStationSubsystem网络交换子系统（NSS）NetSwitchingSubsystem移动台（MS）MobileStation操作维护子系统OperationandMaintenanceSubsystem442、GSM移动通信系统的组成(续)基站控制器（BSC）基站收发信台（BTS）基站子系统（BSS）负责无线传输含收发信机天线单元进行无线信道分配开关机和越区管理45网络交换子系统（NSS）移动交换中心（MSC）归属位置寄存器（HLR）拜访移位寄存器（VLR）鉴权中心（AUC）交换并对移动网络管理与VLR完成登记、切换与HLR完成登记、切换负责用户数据安全等46移动台（MS）手机SIM卡存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法客户进入网路。话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。47PSTN网关BTSHLROMCACMSCVLRBSCBSCBSCBTSMTMTBTS图3.4蜂窝移动通信系统的功能模块结构和信号流BSC具有对一个或多个BTS进行控制的功能，负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等。BTSBTSMSMSBTS无线接口设备，它完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。48PSTN网关BTSHLROMCACMSCVLRBSCBSCBSCBTSMTMTBTS图3.4蜂窝移动通信系统的功能模块结构和信号流鉴权中心操作维护中心访问用户位置寄存器归属用户位置寄存器交换中心AC用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的功能实体。OMC对整个网路进行管理和监控。如各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。BTSBTSMSMS49PSTN网关BTSHLROMCACMSCVLRBSCBSCBSCBTSMTMTBTS图3.4蜂窝移动通信系统的功能模块结构和信号流HLR是存储管理部门用于移动客户管理的数据。每个客户都在HLR注册登记，它主要存储：1、客户参数；2、所处位置交换中心归属用户位置寄存器BTSBTSMSMSVLR是存储MSC为了处理所管辖区域中MS（统称拜访客户）的来话、去话呼叫所需检索的信息，例如客户的号码，所处位置区域的识别，向客户提供的服务等参数。50GSM移动通信系统网络TMSC1TMSC1TMSC1TMSC2TMSC2TMSC2TMSC2MSCMSCMSCMSC一级汇接中心一级汇接中心一级汇接中心二级汇接中心移动端局移动端局513、GSM移动通信系统的关键技术时分多址技术空间分集技术保密安全技术523、关键技术－时分多址TDMA技术多个的用户共用一个信道。多址方案在GSM中，无线路径上是采用TDMA。每一频点上可分成8个时隙，每一时隙为一个信道，因此，一个射频信道最多可有8个移动客户同时使用。53F1F2f2f1第一代采用频分多址方案01234567GSM采用时分多址方案FDMATDMA54分集背景：多径传输的结果造成同样一个射频信号到达接收点时，信号相位不一致。3、关键技术－空间分集解决方法：即在若干个支路上接收相互间相关性很小的载有同一消息的信号，然后通过合并技术再将各个支路信号合并输出，那么便可在接收终端上大大降低衰落的概率。553、关键技术－保密技术主要目的保护用户隐私和经济利益；保密方法1：信道中传输的信号和信令进行加密。保密方法2：引入了SIM卡，一卡和用户一一对应。SIM卡特点：客户与设备分离、通信安全可靠、成本低。564、GSM系统主要的电信业务电话业务紧急呼叫业务短消息业务SMS彩信业务MMS数据业务手机电邮业务574、电信业务－电话通信电话业务经过GSM网和PSTN网，能为移动用户与移动用户之间、移动用户与固定网客户之间，提供实时双向通信。业务种类包括各种特服呼叫、各类查询业务和申告业务，以及提供人工、自动无线电寻呼业务。584、电信业务－紧急呼叫紧急呼叫业务119、110或120；可以依据客户所处基站位置，就近接入火警中心(119)、匪警中心(110)、急救中心(120)等。移动位置业务96年美国相关部门规定2001年10月，要求移动电话具备拨出紧急呼叫时，能够提供准确的位置信息。巴萨耶夫巴萨耶夫夫吴吴若甫若甫594、电信业务－短消息短消息业务发送、接收和小区广播短消息业务。点对点：通常用于移动用户之间户互发短信。短消息