现代通信系统概论_07_数字移动通信系统

第七章数字移动通信系统第七章数字移动通信系统7.1移动通信的概念7.3GSM移动通信系统7.5CDMA移动通信系统7.7移动通信的发展学习要点1．掌握移动通信的概念、工作方式、系统组成。2．理解频率复用、小区、多址方式。3．理解扩频通信的概念。4．了解GSM和CDMA系统的特点及工作方式。5．了解GSM系统空中接口和IS-95系统的无线传输信道。6．了解影响CDMA容量的因素。7．理解功率控制技术和软切换技术。8．了解移动通信的发展7.1移动通信的概念就通信而言，个人通信（PersonalCommunications）是最高目标，它是用各种可能的网络技术实现任何人（Whoever）在任何时间（Whenever）、任何地点（Wherever）与任何人（Whoever）进行任何种类（Whatever）的交换信息。一、移动通信与发展简述移动通信是指通信双方或至少有一方可以处于运动中进行信息交换的通信方式移动通信示意一、移动通信与发展简述移动通信是实现个人通信的必由之路陆地蜂窝移动通信是当今移动通信发展的主流和热点一、移动通信与发展简述移动通信的发展历程A/D接入方式典型代表第一代（1G）模拟蜂窝系统FDMA美国AMPS系统，欧洲TACS系统第二代（2G）数字蜂窝系统TDMAGSM系统CDMAN-CDMA系统目标典型代表过渡代（2.5G）高速传输GPRS，CDMA20001X系统第三代（3G）全球漫游，高质量多媒体业务，系统容量、管理能力、保密性和服务质量均有很大改善欧洲WCDMA系统，北美CDMA2000系统，中国TD-SCDMA系统第四代（4G）高速率，各种数据话音业务，全IP，多协议，新技术目前还没有一个4G网络的标准结构一、移动通信与发展简述4G网络结构的概念IP核心网网关PSTN/ISDNINTERNET路由器4GRAN（4G无线接入网）WLAN(无线局域网）4GRAN（4G无线接入网）4GRAN（4G无线接入网）网关2G、3GRAN（2G、3G无线接入网）MN(Movablenetwork)MN(Movablenetwork)MT(移动终端)MT(移动终端)MT(移动终端)MT(移动终端)二、移动通信使用的频段无线电磁波是以频率或波长来分类的无线电频段的划分如表频段频率范围波长范围长波30~300kHz10000~1000m中波300~3000kHz1000~100m短波3~30MHz100~10m超短波（特高频）30~300MHz10~1m微波分米波300~3000MHz100~10cm厘米波3G~30GHz10~1cm毫米波30G~300GHz10~1mm红外线（光波）300GHz1mm二、移动通信使用的频段电磁波频率不同（波长不同），其空间传播的特性也不一样，因而用途也有不同长波绕射能力最强，靠地波传播，常用于长波电台进行海上通信。中波较稳定，主要用于短距离广播。短波利用了电离层反射进行远距离传播，主要用于短波通信和短波广播。二、移动通信使用的频段微波波长短，接近于光波，是直线传播，这就要求两个通信点（信号转接点）间无阻挡，即所谓的视距通信频谱是宝贵的资源，分配和使用必须服从国际和国内的统一管理二、移动通信使用的频段移动通信工作频段（原邮电部规定）150MHz频段138~149.9MHz(移发基收)150.05~167MHz(基发移收)450MHz频段403~420MHz(移发基收)450~470MHz(基发移收)900MHz频段890~915MHz（移动台发、基站收）935~960MHz（基站发、移动台收）IS-95CDMA800MHz频段824~849MHz（移动台发、基站收）869~894MHz（基站发、移动台收）PCSIMT-2000UMTSIMT-2000IMT2000UMTSIMT-2000MSSMSSMSSMSSMSSMSSMSSMSS185019001950200020502100215022002250美国日本欧洲电联二、移动通信使用的频段第三代移动通信系统主要工作在2000MHz频段上，世界各国和地区频率分配的方式各不相同。三、移动通信的特点利用无线电波进行信息传输复杂的无线传播环境导致信号衰落010.20.40.62340.81.05t/sd/m相对于中值电平/dB－30－20－10010三、移动通信的特点利用无线电波进行信息传输多普勒（Doppler）频移cosvfd三、移动通信的特点在强干扰环境（外部干扰＋自身干扰）下工作互调干扰邻道干扰同频干扰三、移动通信的特点通信容量有限移动通信可以利用的频谱资源非常有限，而移动通信业务量的需求却与日俱增一方面要开辟和启用新的频段另一方面要研究各种新技术和新措施，以压缩信号所占的频带宽度和提高频谱利用率有效利用频率的措施：窄带化、缩小频带间隔、频道重复利用等三、移动通信的特点通信系统复杂移动通信系统的网络结构多种多样移动台随时移动，需要随机选用无线信道，进行频率切换与功率控制、地址登记、越区切换及漫游存取等跟踪技术三、移动通信的特点对移动台要求高移动台长期处于不固定位置状态，环境难于预料，要求移动台具有很强的适应能力四、移动通信的工作方式单工通信双工通信半双工通信四、移动通信的工作方式单工通信通信双方电台交替地进行收信和发信。方式同频单工双频单工TRf1f1(f2)B同频单工：收发均采用f1双频单工：收发分别采用f1和f2发话器受话器发射机接收机ATRf1f1(f2)Play双工通信通信双方均同时进行收发工作。即任一方讲话时，可以听到对方的话音。发话器受话器发射机接收机ATRf1f2TRf1f2B天线共用器play四、移动通信的工作方式半双工通信通信双方中，一方使用双频双工方式，即收发信机同时工作；另一方使用双频单工方式，即收发信机交替工作。发话器受话器发射机接收机ATRf1f2TRf1f2B天线共用器Play四、移动通信的工作方式五、移动通信应用系统无线电寻呼系统公用电话网无线寻呼控制中心及主发射台用户回路发射台发射台集群移动通信系统五、移动通信应用系统无绳电话系统市话局用户线座机普通话机Telepoint（公用无绳电话）五、移动通信应用系统蜂窝式公用移动通信系统蜂窝系统：位于各个小区的许多小功率发射机覆盖相同的地区全自动拨号、全双工工作、大容量公用移动陆地网组网五、移动通信应用系统蜂窝式公用移动通信系统BGA小区8FBCEDBGDAGFE再用距离七小区群相同字母小区使用相同频率族小区1124MSC3675基站至公众电话网频率复用五、移动通信应用系统卫星移动通信系统利用卫星中继，在海上、空中和地形复杂而人口稀疏的地区中实现移动通信，具有独特的优越性海事卫星组织（IMARSAT）铱（Iridium）系统全球星（Globalstar）系统奥德赛（Odessey）系统白羊（Aries）系统COSCON系统六、移动通信系统组成移动通信在追求最大容量的同时，还要追求最大的覆盖移动通信网络由两部分组成一部分是空中网络另一部分是地面网络六、移动通信系统组成fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20,自由空间传播损耗）空中网络fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20,自由空间传播损耗）基站与固定网络服务区内各基站的相互连接多址接入切换和位置更新频率复用和蜂窝小区地面网络六、移动通信系统组成典型的蜂窝移动通信系统基站基站SS7MSC2（访问MSC）用户变成漫游者BSSBSSSSOMSPSTNMSC1（归属移动交换中心）SS六、移动通信系统组成移动通信中建立呼叫是由基站子系统（BSS）和移动交换子系统（SS）共同完成。BSS提供并管理移动台和SS之间的无线传输通道；SS负责呼叫控制功能，所有呼叫都经由SS建立连接。操作维护管理子系统（OMS）负责管理控制整个移动网。移动台（MS）由移动终端设备和用户数据两部分组成。用户数据存放于用户识别卡（SIM）中，与移动终端设备分离。七、无线（区域）覆盖频率复用和蜂窝小区的设计是与移动网的区域覆盖和容量需求紧密相连的移动通信的区域覆盖可分为两类小容量的大区制。一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大大容量的小区制。将整个无线服务区划分成一些相互紧邻但不重叠的小区域（小区，Cell），每个小区设置一个基站（BS），利用小功率发射机来实现小区域的覆盖八、带状服务覆盖区（带状网）带状网主要用于覆盖公路、铁路、海岸等基站天线若采用全向天线，覆盖区是圆形的，可以采用有向天线，小区呈扁圆形八、带状服务覆盖区（带状网）带状网可以进行频率再用双频组频率配置三频组频率配置f1f2f1f2f1f2f1f1f2f3f1f2f3f1九、面状服务覆盖区（蜂窝网）在平面区域内划分小区，通常组成蜂窝式的网络一般采用六边形作为覆盖模型，因为可用最小的小区数就能覆盖整个地理区域，且最接近于全向的基站天线和自由空间传播的全向辐射模式1523467152346715234671523467DRN=712234341234341223N=4簇Cluster九、面状服务覆盖区（蜂窝网）簇的组成簇之间可以邻接且无空隙无重叠覆盖；邻接后簇应保证各个相邻同信道小区之间的距离相等22jijiNi01234j11371321247121928391319273741621283748九、面状服务覆盖区（蜂窝网）N即是簇的大小，典型值为4、7、12。九、面状服务覆盖区（蜂窝网）同频相邻小区rNrjijiijijrD3)(3120cos232222同频距离沿着任何一条六边形链移动j个小区顺（或逆）时针旋转60°再移动i个小区N越大，同频率小区越远九、面状服务覆盖区（蜂窝网）激励方式中心激励小区：安置在小区的中心顶点激励小区：安置在六边形顶点之中的三个上九、面状服务覆盖区（蜂窝网）不均匀结构与小区分裂十、越区切换切换（Handover）将处于通话状态的MS转移到新的业务信道上（新的小区）的过程称为切换移动交换中心蜂窝A时间1时间2时间3蜂窝B当移动单元从蜂窝A越区到蜂窝B时，切换在移动交换中心的控制下进行。目的实现蜂窝移动通信的“无缝隙”覆盖，即当移动台从一个小区进入另一个小区时，保证通信的连续性十、越区切换原因信号的强度或质量下降到由系统规定的一定参数以下，此时移动台被切换到信号强度较强的相邻小区，由移动台发起。由于某小区业务信道容量全被占用或几乎全被占用，这时移动台被切换到业务信道容量较空闲的相邻小区，由上级实体发起。十、越区切换操作识别新的小区分配给移动台在新小区的话音信道和控制信道要求切换必须顺利完成，并且尽可能少地出现，同时要使用户觉察不到切换门限要恰当切换前对信号的监视：保证信号电平的下降确实由于移动台正离开当前基站十、越区切换越区切换分为两大类：一类是硬切换。硬切换是指在新的连接建立以前，先中断旧的连接。另一类是软切换。软切换是指既维持旧的连接，又同时建立新的连接，并利用新旧链路的分集合并来改善通信质量，当与新基站建立可靠连接之后再中断旧链路。十一、位置管理与漫游漫游是指移动台在某地登记进网后，可在异地同样进行呼叫处理通信一个高效的位置管理系统来跟踪用户的位置变化位置管理采用两层数据库，即原籍（归属）位置寄存器（HLR）和访问位置寄存器（VLR）十一、位置管理与漫游位置管理包括两个主要任务位置登记（LocationRegistration）。已知移动台的实时位置信息时，更新位置数据库和认证移动台；呼叫传递（CallDelivery）。在有呼叫给移动台的情况下，根据归属寄存器（HLR，HomeLocationRegister）和访问寄存器（VLR，VisitorLocationRegister）中可用的位置信息来定位移动台。十一、位置管理与漫游与上述两个问题紧密相关的另外两个问题是位置更新（LocationUpdate）。解决的问题是移动台如何发现位置变化及何时报告它的当前位置。寻呼