现代通信技术

现代通信技术移动通信1.什么是移动通信?2.无线通信系统的组成3.移动通信的特点移动通信的特点1．衰落现象2．远近效应3．干扰大4．多普勒效应5.环境条件差当移动台在运动中通信时，接收信号频率会发生变化，称为多普勒效应。由此引起的附加频移称为多普勒频移（DopplerShift），可用下式表示多普勒频移Dmcoscosvff（2-20）移动通信系统的多址方式1．FDMA系统原理FDMA为每一个用户指定了特定信道，这些信道按要求分配给请求服务的用户。在呼叫的整个过程中，其他用户不能共享这一频段。FDMA系统的工作示意图FDMA系统频谱分割示意图前向与反向信道的频带分割，是实现频分双工通信的要求。频道间隔（如为25kHz）是保证频道之间不重叠的条件。TDMA方式1．TDMA系统原理TDMA是在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的），每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户。TDMA系统的工作示意图TDMA系统的工作示意图2．TDMA的帧结构TDMA帧是TDMA系统的基本单元，它由时隙组成，在时隙内传送的信号叫做突发（Burst），各个用户的发射相互连成1个TDMA帧，帧结构示意图如图示。CDMA方式1．CDMA系统原理CDMA系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息。CDMA系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间和空间上都可能重叠。1．CDMA系统原理图CDMA系统的工作示意图区域覆盖和小区设计服务区的体制1、大区制大区制是指在城市内只设一个基站（BS），由它控制联络接通各个移动台（MS）、大区制适用于用户少的地区，如图所示。图大区制移动通信示意图在大区中，所有频道的频率都不重复。大区制覆盖的区域大，基站的发射机输出功率也较大，往往需200W左右，覆盖半径约为30～50km。大区制的优点是建网简单、投资少、见效快，在用户较少的地域非常适宜。2、中区制服务区由一个或多个基站组成，每个基站能覆盖半径约为15～25km。与大区制相比，提高了频道利用率，因为在这种体制中．允许相隔一定距离的两个基站使用相同的工作频率3、小区制小区制就是把整个服务区域划分为若干个小区，每个小区设置一个基站，负责本小区内移动通信的联络和控制，同时还要在几个小区间设置移动业务交换中心。图小区制移动通信示意图4、服务区形状服务区形状有：线状服务区带状服务区面状服务区。常见的线状服务区域有高速公路、铁路和水运航道等，可采用定向天线。线状区域构成常见的带状服务区有狭长城市、沿海水域等带状区域的通信。带状区域构成小区设计1、蜂窝结构对于频率资源有限的无线通信重要的是有效利用频率。为此，组建移动通信网时，特别需要研究地理位置不同的区域如何重复利用相同频率的问题，即频率复用向题。小区结构特征1、频率利用率高、无线小区越少，频率利用率越高。2、可以保证有良好的通信质量3、发射功率较小，设备构成比较复杂2、小区构成（1）小区图案由正多边形彼此邻接构成平面时只能是正三角形、正方形和正六边形．图小区构成的几何图形图小区构成几何图形1）小区间隔正三角形为R正方边形2R3R正六边形3R2R2）小区面积与重叠面积图重叠小区宽度的定义正三角形为R正六边形为正方形为(22)R(23)R3）需要的最少无线频率数邻接小区会产生于扰。因此下能使用同一频率。当邻接小区使用不同频率时，需要的最少频率数目随构成小区方法不同而异，正三角形需要6种频卒，正方形需要4种，而正六边形需要3种。（2）正六边形小区结构图正六边形3小区重复图案图重复小区之间关系O0与O1～O6间的距离为D，小区半径为R。图扇形小区结构实例（3扇区7区群）（3）扇形小区结构34我国蜂窝移动通信系统的频率分配GSM900MHz►上行：905MHz-915MHz下行：950MHz-960MHz►中国移动公司：905～909MHz（上行），950～954MHz（下行），共4MHz带宽，20个频道，频道号为76～95。►中国联通公司：909～915MHz（上行），954～960MHz（下行），共6MHz带宽，29个频道，频道号为96～124。DCS1800：►上行：1710MHz-1785MHz►下行：1805MHz-1880MHzCDMA►上行：825MHz-835MHz►下行：870MHz-880MHz（频道间隔是1.25MHz）GSM系统概述GSM以前是GroupSpecialMobile(1982年设立)的缩写，现在是(GlobalSystemforMobilecommunications)的缩写。由欧洲ETSI(EuropeanTelecommunicationsStandardizationInstitute)提出的第二代数字蜂窝移动通信系统标准。采用TDMA/FDMA复用方式。采用数字化语音编码和数字调制技术。以语音业务为主，也支持无线的数据业务。是世界上使用最广、用户数最多的移动通信系统。GSM的发展现状第二阶段标准到1993年底也基本完成了主要部分，并于1994年底冻结。1994年6月又开始考虑第2＋阶段的有关标准的定义，后并入第二阶段标准。全世界已有欧洲、亚洲、非洲、美洲、大洋州的130多个国家和地区建立了GSM网络，实现全球漫游；移动通信用户的40％采用GSM，仅中国的用户数就超过了2亿。GSM系统构成图示1GSM系统构成图示2GSM系统构成GSM是一种公共陆地移动网(PLMN)。◆一个国家内可以由数个运营商根据GSM标准建设蜂窝移动通信网络。◆组成：►MS(移动站)►BS(基站)►MSC(移动交换中心)►LR(位置寄存器)◆子系统：►RSS(无线子系统)：涵盖所有无线方面。►NSS(网络和交换子系统)：呼叫下传、越区切换、交换。►OSS(操作子系统)：网络管理。GSM蜂窝网络把服务区分割成小区：无线子系统（RSS)组成：◆MS(移动站)◆BSS(基站子系统)，组成：►BTS(基站收发信机)：发射机和接收机。►BSC(基站控制器)：控制数个收发信机。接口：◆Um：无线空中接口。◆Abis：标准化的开放接口，用户信道数据速率16kbit/s◆A：标准化的开放接口，用户信道数据速率64kbit/s。基站收发信机和基站控制器BSS包括BSC和BTS。BTS包括了无线空中接口规定的功能。BSC是无线信道的交换中心。BSC：具有对一个或多个BTS进行控制的功能，它主要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，是个很强的业务控制点。BTS：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。一个BTS由无线收发信机及多块用于无线电接口的信号处理模块组成。BTS位置通常在小区中心。BTS的发射功率决定小区的尺寸。一个典型的BTS通常具有1到24个收发信机（TRX），每个TRX代表一个单独的RF信道。BTS功能：在朝BSC侧，BTS区分与移动台有关的话音和控制信令，并通过各自信道传给BSC。在朝MS侧，BTS将信令和语音合在一个载波上。功率级GSM900基站的最大功率DCS1800基站的最大功率1320W20W2160W10W380W5W440W2.5W520W610W75W82.5W基站的功率等级移动站使用GSM业务的终端。移动站(MS)由以下几个功能组成：◆移动终端(MT)►提供MS所有业务时要应用的功能。►相当于ISDN接入网的网络终端。►无线空中接口(Um)的末端。◆终端适配器(TA)►终端自适应、隐藏无线空中接口规定的特性。◆终端设备(TE)►MS的外围设备，向用户提供业务。►不包括GSM规定的功能。◆用户身份模块(SIM)►移动终端的个人化（personalization），存储用户参数。SIM卡支持个人移动性；SIM包括有关移动用户指定的GSM业务和网络信息。它存储有用户识别号、位置信息和有关保密数据（如密钥）、禁止GSM网络和参考语言。QIM卡支持个人身份码（PIN）来鉴别卡的用户，以防非法卡的使用。PIN由4到8位数字组成，在SIM出售时写入。移动台如无SIM卡只能进行紧急呼叫。网络和交换子系统(NSS)组成：►MSC(移动交换中心)►IWF(互通功能)►ISDN(综合业务数字网)►PSTN(公共交换电话网)►PSPDN(分组交换公共数据网)►CSPDN(电路交换公共数据网)►AUC（鉴权中心）数据库：►HLR(归属位置寄存器)►VLR(访问位置寄存器)►EIR(设备识别寄存器）移动业务交换中心（MSC）移动交换中心(MSC)在GSM中是核心：►交换功能；►支持移动性的附加功能；►网络资源管理；►通过网关MSC(GMSC)实现互通功能；►数个数据库的综合。MSC的功能：►下传寻呼和呼叫所特定的功能；►7号信令系统(SS7)的中止处；►支持移动性的特定信令；►位置登记和位置信息下传；►新业务的提供(传真、数据呼叫)；►支持短消息业务(SMS)；►生成并下传计费和帐单信息。数据库（1）HLR：是一个存储管理部门用于移动客户管理的数据的数据库。每个移动客户都应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记。HLR所存储的用户信息分为两类：一类是有关用户参数的信息，例如用户类别，业务限制,所提供的业务，用户的各种号码、识别码，以及用户的保密参数等。另一类是有关用户当前位置的信息，例如移动台漫游号码、VLR地址等，用于建立至移动台的呼叫路由。数据库（2）VLR：包含所有当前在服务MSC中的移动用户的有关数据，是一个动态用户的数据库。VLR中永久性数据与HLR中的相同,临时性数据略有所不同。这些数据包括当前已激活的特性,临时用户识别号(TMSI)和移动台在网络中准确位置(位置区域识别号)。一个VLR可以负责一个或若干个MSC区域。数据库（3）EIR——设备识别寄存器►存储GSM移动站和用户的权利；►偷窃或伪造的移动站可被锁死，而且有时甚至能被定位。鉴权中心(AUC)►基于VLR的申请生成用户的特定鉴权参数；►鉴权参数用于GSM系统内移动终端的鉴权和空中接口用户数据加密。操作子系统(OSS)操作子系统(OSS)使所有GSM子系统的操作、管理和维护能集中进行。组成：操作与维护中心(OMC)►对无线子系统和网络子系统的不同的控制能力。GSM的号码(1)1.IMSI---国际移动用户识别码GSM系统中每个用户均分配一个唯一的IMSI。这个码驻留在SIM卡中。它用于识别用户和用户与网络的予约关系。在呼叫建立和位置更新时都要使用IMSI，其组成如下图所示：MCCMNCMSINNMSIIMSI（=15位数字)3位数字1或2位数字MCC：移动国家号码MNC：移动网号MSIN：移动用户识别码IMSI（续）MCC由ITU-T管理，由3位数字组成，表示所属国家，如我国MCC位460。MNC位该国中的网络，如中国移动GSM网为00，中国联通GSM网为01。MSIN表示某一特殊网下的用户。GSM的号码3.IMEI---国际移动识别标识码IMEI是唯一的用于识别移动设备的号码，用于监控被窃或无效的这一类移动设备，IMEI=TAC+FAC+SNR+SP（15位数）。►TAC-型号批准码，6位，由欧洲型号批准中心分配，前2位为国家码。►FAC-工厂装配码，2位，表示生产厂或最后装配地，由厂家编码。►SNR-序列号码，6位，独立地、唯一地识别每个TAC和FAC移动设备，所以同一个牌子的、同一型号的SNR是不可能一样的。►SP-备用码，1位，通常是0。MSISDN国家代码由ITU-T管理。如中国为86，美国为1。NDC和SN由国家指定的管理部门管理。其中，NDC可以有两种使用方法，可以识别目的网或识别用户所属的地理区域。在我国，NDC用目的网进行识别。GSM的号码5.MSRN---移动用户漫游号码当移动台漫游到一个新的服务区时，由VLR给它分配一个临时性的漫游号码，并通知该移动台的HLR，用于建立通信路由。一旦该移动台离开该服务区，此漫游号码即被收回，并可分配给其它来