第五章移动通信

第五章移动通信系统本章内容移动通信概述GSM移动通信系统CDMA移动通信系统第三代移动通信系统其他移动通信系统简介本章重点移动通信的特点、工作方式和多址方式GSM移动通信系统的组成码分多址的基本原理3G移动通信的制式5.1.1什么是移动通信移动通信是指通信双方至少有一方是处在移动状态下进行信息交换的通信方式。通常是一个有线和无线相结合的通信系统。按照移动体所处运动区域的不同，移动通信可分为–陆地移动通信–海上移动通信–空中移动通信目前使用的移动通信系统有–航空航天通信系统–航海通信系统–国际卫星移动通信–陆地移动通信系统。陆地移动通信系统应用最为广泛，主要是蜂窝移动通信系统。5.1.2无线通信系统的组成无线通信系统由发射机、接收机和相连接的天线（含馈线）构成用户在移动通信当中遇到的问题？手机没有信号呼叫无法接通通话过程中出现回音短信会延时···········5.1.3移动通信的特点1．电磁波传播具有多径效应2．移动通信是在强干扰环境下工作–互调干扰–邻道干扰–同频干扰3．移动通信具有多普勒效应4．用户在经常地移动5.1.4移动通信的工作方式按照通话的状态和频率的使用方法可分为三种工作方式：单工、半双工和全双工。在移动通信系统中，广泛采用准双工方式。–移动电话的发射机仅在发话时才工作，而移动电台的接收机总是时刻在工作，通常称这种系统为准双工系统。目前常见的双工方式有两种–一种是频分双工（FDD），即通过不同频率区分收发信号–另一种为时分双工（TDD），即通过不同时隙区分收发信号。目前3G制式中WCDMA和CDMA2000使用的双工方式是FDD，TD-SCDMA使用的双工方式是TDD。5.1.5移动通信中的多址方式频分多址(FDMA)时分多址(TDMA)码分多址(CDMA)频分多址(FDMA)–把通信系统的总频段划分成若干等间隔的互不重叠的频道，分配给不同的用户使用。–为了实现双工通信，收、发使用不同的频率(称为双频双工)。早期时模拟移动通信系统采用频分多址方式。–FDMA的缺点是频率利用率低。时分多址(TDMA)–时分多址是把时间分割成周期性帧，每一帧又分割成若干个时隙(无论帧或时隙都互不重叠)，然后根据一定的时隙分配原则，使移动台在每帧中按指定的时隙向基站发送信号，而基站可以分别在各时隙中接收到各移动台的信号而互不混扰，同时，基站向多个移动台发送的信号都按规定的时隙发射，各移动台在指定的时隙中接收，从各路的信号中提取发给它的信息。–优点•频率利用率高，在同一频道可供几个移动台同时进行通信。抗干扰能力强。–缺点•时分多址移动通信系统需要全网同步，技术比较复杂。码分多址(CDMA)–码分多址是各发送端用各不相同、相互正(准)交的地址码调制其所发送的信号。在接收端利用码型的正(准)交性，通过地址识别(相关检测)，从混合信号中选出相符的信号。–在(CDMA)移动通信中，各移动用户传输信息所用的信号，不是靠频率的不同或时隙的不同来区分的，而是用各自不同的编码序列(地址码)来区分的。–特点•网内所有用户使用同一载波，共同占用整个带宽，各个用户可以同时发送或接收信号，所以各用户的发射信号，在时间上，频率上都可以互相重叠。频分多址、时分多址和码分多址的比较5.1.6移动通信服务区体制1.移动通信网体制2.无线覆盖的区域结构1.移动通信网体制根据无线电波的传输特性一个基站台发射的电磁波只能在有限的地理区域内被移动台接收，这个能为移动用户提供服务的范围称为无线覆盖区。按照无线覆盖区的范围，移动通信网的体制分为小容量的大区制和大容量的小区制两大类。（1）大区制大区制，就是在一个服务区(如一个小城市)内，只设有一个基站，并由它负责移动通信的联络和控制。通常为了扩大服务区域的范围，基地站天线架设得很高，发射机输出功率也较大，覆盖半径大（服务区半径通常可为20～50km）。在服务区内的所有信道的频率都不能重复。优点–简单、投资少、见效快。–在客户较少的地区，或在开展移动通信业务的初期使用。缺点–频率利用率低、通信容量小（容纳的用户数有限，通常只有几百用户）。（2）小区制小区制–把整个服务区域划分为若干个小区，每个小区分别设置一个基地站，负责本区移动通信的联络和控制。–每个小区的半径可视用户的分布密度在一至数十公里左右。–每个小区和相隔较远的其他小区可再重复使用相同频率，称为频率复用。–优点•频率利用率高（不相邻小区频率重复使用）、整体容量大。（3）小区制的形式面状服务区–面状服务区有正三角形、正方形、正六边形等。–用正六边形无线小区邻接构成整个面状服务区是最好的，形状很像蜂窝，所以又称为蜂窝式网。带状服务区–带状网主要用于覆盖公路、铁路、海岸等，其服务区内的用户呈带状分布。AABBAABBAABB小区铁路ACBACB小区河道2．无线覆盖的区域结构为便于控制和交换，公用移动电话一般包括小区、基站区、位置区、移动业务交换区、服务区及系统区六个区域。(1)小区：是一个基站或基站的一部分(一付天线)所覆盖的区域。(2)基站区：是一个基站所覆盖的区域。(3)位置区：可由几个基站区组成，移动台在该区内可自由移动而无需更新位置登记。(4)移动业务交换区：是一个移动业务交换中心覆盖的网络中的一部分范围，可以由一个或几个位置区组成。(5)服务区：由几个移动业务交换区组成，在该服务区内，固定客户无需知道移动台的实际位置即可与该移动台建立连接。如中国移动和中国联通分别属于两个服务区。(6)系统区：由一个或几个服务区所组成，它可容纳全部制式相同的移动台。例如GSM系统区包括中国移动GSM服务区和中国联通GSM服务区。无线覆盖区域结构小区小区基站区位置区移动业务交换区服务区5.1.7我国蜂窝移动通信系统的频率分配无线电频率是是全人类共享的有限自然资源。1993年国务院中央军委颁布《中华人民共和国无线电管理条例》明确提出：“无线电管理实行统一领导、统一规划、分工管理、分级负责的原则，贯彻科学管理、促进发展的方针。”2002年，经国务院批准，信息产业部发布了《中华人民共和国无线电频率划分规律》该频率划分规定是参照国际电信联盟《无线电规则》，结合我国无线电技术应用的市场需求制定的，是我国使用无线电频率、从事无线电设备研制、生产、进口、销售、试验和设置使用的基础性和纲领性法规文件。1．2G移动通信系统频率分配CDMAGSM900GSM18008258358708809059159509601710178518051880图例：移动台发基站台发（1）GSM900MHz频率分配–我国GSM900MHz系统可用频段规定为：•905MHz～915MHz移动台发、基站收，•950MHz～960MHz基站发、移动台收。–可用频段为10MHz。–双工间隔为45MHz。–相邻频道间隔为200KHz。•每个频道采用时分多址接入（TDMA）方式，分8个时隙，即8个信道。每信道占用带宽200kHz／8=25kHz•采用半速率话音编码，每个频道可容纳16个半速率信道。（2）DCSl800频率分配–DCS1800使用1800MHz频段，频率范围是•1710MHz～1785MHz移动台发、基站收，•1805MHz～1880MHz基站发、移动台收。–可用频段为75MHz。–双工间隔为95MHz。–频道间隔为200kHz。（3）CDMA频率分配–825MHz～835MHz移动台发、基站收，–870MHz～880MHz基站发、移动台收。–频段宽度为10MHz。–双工间隔为45MHz。–频道间隔为1.25MHz。频率分配举例采用等间隔频道配置方法，频道序号为76～124，共49个频点对于GSM900FL(n)=890.200MHz+(n-1)0.200MHz（移动台发，基站收），上行。FH(n)=fl(n)+45MHz（基站发，移动台收），下行。n=76～124共49个频道例如：n=76，FL(76)=905.2MHz；FH(76)=950.2MHzn=124，FL(124)=914.8MHz；FH(76)=959.8MHz其中76-95给移动,96-124给联通。2001年度模拟退网后，1—124均可使用。GSM1800MHz频段为：FL(n)=1710.2MHz+(n-512)×0.2MHz(移动台发,基站收）FH(n)=fl(n)+95MHz(基站发,移动台收）–n=512～885例如：n=512，FL(512)=1710.2MHz；FH(512)=1805.2MHz。n=885，FL(885)=1805.2MHz；FH(885)=1879.8MHz。900MHz1800MHz2．3G移动通信系统的频率分配依据国际电联有关第三代公众移动通信系统（IMT-2000）频率划分和技术标准，按照我国无线电频率划分规定，结合我国无线电频谱使用的实际情况，信息产业部于2002年12月23日公布了我国第三代公众移动通信系统频率规划（信息产业部无[2002]479号文件）。目前在800MHz/900MHz频段及1800MHz频段的2G/2.5G相应频带，规划为向3G演进的扩展频带。主要工作频段有–IMT～2000•FDD方式为1920MHz～1980MHz/2110～2170MHz；•TDD方式为1880MHz～1920MHz、2010～2025MHz。补充工作频段：–对FDD方式为1755MHz～1785MHz/1850～1880MHz；–对TDD方式为2300MHz～2400MHz。卫星移动通信系统3GMSS工作频段：–1980MHz～2010MHz/2170MHz～2200MHz。TD-SCDMA2010MHz-2025MHz1880MHz-1920MHz2300MHz-2400MHz共155MHZ我国目前给无线局域网规划频率已有2400MHz～2483.5MHz和5725～5850MHz。在2003年召开的世界无线电通信大会（WRC—03）上，无线电局域网为主要应用的移动业务新增加了5150MHZ～5350MHz和5470～5725MHz共计455MHz的频率资源。我国根据技术发展和市场需求适时调整频率规划，目前规划的无线电移动和固定通信频率资源从400MHZ和1800MHz无线接入，到3.5GHz和5.8GHz的中宽带无线接入，一直到26GHzLMDS宽带无线接入等，涵盖了各个层面的需要。5.2GSM移动通信系统GSM是全球移动通信系统（Globalsystermformobilecommunication）简称，是20世纪80年代中期，欧洲首先推出的数字蜂窝移动电话系统，它采用时分多址/频分双工（TDMA/FDD）方式入网，即用户在不同频道上通信，而且每一频道上可分为8个时隙，每一时隙为一个信道，又称物理信道。世界上第一个GSM网络于1992年在芬兰投入使用，揭开了第二代移动通信的序幕，成为陆地公用移动通信的主要系统。5.2.1GSM网络系统的组成GSM移动电话系统由网络交换子系统（NSS）、基站子系统（BSS）、操作维护中心（OMC）和移动台（MS）等四大部分组成.子单元功能MS（移动台）包括ME(移动设备)和SIM(用户识别模块)BTS（基站收发信台）为一个小区服务的无线收发信设备BSC（基站控制器）对一个或多个BTS进行控制以及相应呼叫控制MSC（移动业务交换中心）对于位于它管辖区域中的移动台进行控制、交换VLR（拜访位置寄存器）存储与呼叫处理有关的一些数据HLR（归属位置寄存器）管理部门用于移动用户管理的数据库存储有关用户的参数和目前所处位置的信息EIR（设备识别寄存器）对移动设备的识别、监视、闭锁存储有关移动台设备参数的数据库AUC（鉴权中心）认证移动用户的身份和产生相应鉴权参数OMC（操作维护中心）操作维护系统中的各功能实体5.2.2GSM的网络结构本地网省内网全国网1.本地网的网络结构全国划分为若干个移动业务本地网，原则上长途编号区编号为二位、三位的地区建立移动业务本地网。每个移动业务本地网设一个HLR，可设一个或若干MSC2.省内网的网络结构省内设若干移动业务汇接中心省内每个MSC至