2G移动通信

2G移动通信讲座2020年2月26日22G移动通信讲座移动通信概述蜂窝通信原理移动通信系统结构移动区域与编号计划移动通信网路结构移动通信信令网结构GSM无线接口技术业务呼叫流程GPRS与EDGE技术CDMA技术简介3移动通信概述什么是移动通信？移动通信是指移动体之间，或移动体与固定体之间的通信；通常移动通信是一个有线和无线相结合的通信系统；由于其可移动的特点，可使人们随时随地进行各种信息交互。4移动通信特点移动通信的电波传播环境十分恶劣多普勒频移产生附加调频噪声移动台受干扰和噪声的骚扰移动接收设备应该有很大的动态范围频谱拥挤建网技术复杂5移动通信系统组成6第一代移动通信系统采用频分多址（FDMA），模拟系统代表系统：美国的AMPS、欧洲的TACS主要缺点•频谱利用率低采用FDMA所致•业务种类有限采用模拟方式所致•无数据业务采用模拟方式所致•保密性差采用模拟方式所致•设备成本高、体积、重量大采用模拟方式所致移动通信系统的发展7第二代移动通信系统（2G）时分多址（TDMA）或窄带码分多址（CDMA），数字系统代表系统：美国的IS－95A（CDMA）、欧洲的GSM（TDMA）、日本的JDC对第一代移动通信系统缺点的改善•频谱利用率提高－提高了2倍（GSM）或10倍（CDMA）•业务种类增加－提供了较丰富的电信业务•窄带数据业务－提供了低速数据业务（最大64Kbit/s）•保密性较好－具有良好的保密性能•减小了设备成本－设备（尤其是终端设备）成本大大降低体积、重量也大大减少移动通信系统的发展8第三代移动通信系统（3G）：IMT2000采用宽带码分多址（CDMA），实现移动宽带多媒体通信IMT2000：2000年，在2000M频段实现2000K的数据通信3G对数据通信速率的要求IMT2000推荐的3种制式：•WCDMA（欧洲）•CDMA2000（美国）•TD－SCDMA（中国）TD－SCDMA：中国的第一个国际通信标准移动通信系统的发展9移动通信系统的发展AMPSTACSNMT其它GSMCDMAIS95TDMAIS-136PDC第一代80年代模拟第二代90年代数字第三代IMT-2000UMTSWCDMACDMA2000需求驱动需求驱动模拟技术数字技术语音业务宽带业务TD-SCDMA10无线传播与移动信道概念移动信道属于无线信道，它既不同于传统的固定有线信道，也与一般具有可移动功能的无线接入的无线信道有所区别，它是移动的动态信道；移动信道取决于用户所在地的环境条件，其信道参数是时变的；移动通信中的各类新技术都是针对移动信道的动态时变特性，为解决移动通信中的有效性、可靠性和安全性的基本指标而设计的。11移动信道的特点移动通信信道的三个主要特点传播的开放性•一切无线信道都是基于电磁波在空间的传播来实现开放式信息传输；接收环境的复杂性•是指接收点地理环境的复杂性与多样性；•一般可以将接收点地理环境划分为三类典型区域：高楼林立的城市繁华区，以一般性建筑物为主体的近郊区，以山丘、湖泊、平原为主的农村及远郊区；通信用户的随机移动性•移动通信主要包含三种类型：准静态的室内用户通信、慢速步行用户通信和高速车载用户通信。12移动信道的特点移动通信信道中的电磁波传播直射波•在视距覆盖区内无遮挡的传播，是超短波、微波的主要传输方式，经直射波传播的信号最强；反射波•从不同建筑物或其他反射体反射后到达接收点的传播信号，其信号强度较直射波弱；绕射波•从较大的建筑物与山丘绕射后到达接收点的传播信号。但是，它需要满足电波产生绕射的条件，其信号强度较直射波弱；散射波•穿透建筑物的传播及空气中离子受激后二次发射的漫反射产生的信号。但它们相对直射波、反射波、绕射波都比较弱。13移动信道的特点接收信号中的三种损耗路径传播损耗•路径传播损耗是指电波在空间传播所产生的损耗，反映了传播在宏观大范围（千米量级）的空间距离上的接收信号电平平均值的变化趋势。慢衰落损耗•慢衰落损耗主要指电磁波在传播路径上受到建筑物等的阻挡所产生的阴影效应而产生的损耗，反映了在中等范围内（数百波长量级）的接收信号电平平均值起伏变化产生的趋势。•慢衰落损耗为无线传播所特有，从统计规律上服从对数正态分布，其变化率比信息速率慢，所以称为慢衰落。快衰落损耗•快衰落损耗反映了微观小范围（数十波长以下量级）接收电平平均值的起伏变化趋势，其电平幅度分布一般遵循瑞利（Rayleigh）、莱斯（Rice）和纳卡伽米（Nakagami）分布，其变化速率比慢衰落快，故称为快衰落。14移动信道的特点接收信号中的四种主要效应阴影效应•由于大型建筑物和其它物体的阻挡，在电波传播的接收区域中产生传播半盲区，类似于太阳光受阻挡后产生的阴影。•光线的波长较短，阴影可见，电磁波波长较长，阴影不可见，但接收机可以感觉出来。远近效应•由于用户的随机移动性，移动用户与基站之间的距离也在随机变化，若个移动用户发射信号的功率一样，那么到达基站时信号的强弱将不同，离基站近者信号强，离基站远者信号弱。•通信系统中的非线性将进一步加重信号强弱的不平衡性，甚至出现以强压弱的现象，并使弱者即离基站较远的用户产生掉话（通信中断）现象，通常称这一现象为远近效应。15移动信道的特点接收信号中的四种主要效应多径效应•由于接收者所处地理环境的复杂性，使得接收到的信号不仅有直射波的主径信号、还有从不同建筑物发射及绕射过来的多条不同路径的信号，而且它们到达时的信号强度、到达时间及到达时的载波相位都不一样。•所接收到的信号是上述各路径信号的矢量和，也就是说，各路径之间可能产生自干扰，称这类自干扰为多径干扰或多径效应•多径干扰非常复杂，有时根本收不到主径直射波，收到的是一些连续的反射波等。多谱勒效应•多谱勒效应是由于接收用户处于高速移动中，比如车载通信时传播频率的扩散而引起的，其扩散的程度与用户运动速度成正比。•这种现象只产生在高速（70km/h）车载通信时，而对于通常慢速移动的步行和准静态的室内通信则不予考虑。16三类主要快衰落空间选择性衰落空间选择性衰落是指不同地点和不同空间位置衰落特性不一致的现象；空间选择性衰落的现象、成因与机理如图所示：ttS3tS2tS1S/0开放型无线移动信道017三类主要快衰落空间选择性衰落信号输入•射频：单频等幅载波•角度域：在0角上送如一个脉冲式的点波束信道输出•时空域：在不同接收点S1，S2，S3，时域上衰落特性是不一样的，即同一时间，不同地点（空间）衰落起伏是不一样的，这样在空域上看，其信号包络的起伏周期为T1。•角度域：在原来的0角度上的点波束产生了扩散，其扩散宽度为。结论•由于开放型的时变信道使天线的点波束产生了扩散而引起了空间选择性衰落，其衰落周期为T1/，其中为波长。•空间选择性衰落，通常又称为平坦瑞利衰落。这里的平坦特性是指在时域、频域不存在选择性衰落。18三类主要快衰落频率选择性衰落频率选择性衰落是指不同频段上衰落特性不一致的现象；频率选择性衰落的现象、成因与机理如图所示：f1/Ltt0+tt宽带移动信道t0fL/219三类主要快衰落频率选择性衰落信号输入•频域：白色等幅频谱•角度域：在t0时刻输入一个脉冲信道输出•频域：衰落起伏的有色谱。•时域：在t0+t瞬间，脉冲在时域产生了扩散，其扩散宽度为L/2，其中，t为绝对时延。结论•由于信道在时域的时延扩散，引起了在频域的频率选择性衰落，且衰落周期为T2=1/L，即与时域中的时延扩散程度成正比。20三类主要快衰落时间选择性衰落时间选择性衰落是指不同的时间衰落特性不一致的现象；空间选择性衰落的现象、成因与机理表示如图所示：tt/BfBf0+ff高速移动用户信道f021三类主要快衰落时间选择性衰落信号输入•时域：单频等幅载波•频域：在单一频率f0上单根谱线（脉冲）信道输出•时域：包络起伏不平。•频域：以f0+f为中心产生频率扩散，其宽度为B，其中，f为绝对多谱勒频移，B为相对值。结论•由于用户的高速移动在频域引起多谱勒频移，在相应的时域其波形产生时间选择性衰落，其衰落周期为T3=/B。222G移动通信讲座移动通信概述蜂窝通信原理移动通信系统结构移动区域与编号计划移动通信网路结构移动通信信令网结构GSM无线接口技术业务呼叫流程GPRS与EDGE技术CDMA技术简介23移动通信组网结构大区制移动通信网小区制移动通信网24大区制25小区制移动通信网构成方式小区制的特点提高频率利用率具有组网的灵活性网路构成复杂26条状服务区及其频率复用27面状服务区小区形状采用的规则结构随着业务量的增长，系统要增加新的小区和频道。如果选用不规则小区图形，则会因同频干扰而无法再用频率，从而不能有效地使用频谱。重新由一个区分配到另一个小区，还会导致设备利用不经济。在系统的发展阶段，系统每次都要在工程上投入大量精力来重新调整传输，交换以及控制资源。采用规则小区图形可避免这些麻烦事。28采用正六边形规则结构组网的原因六边形布局所需的小区数比较少，因而只需少量的发射机基站；六边形小区布局所需的花费比正方形和三角形少。结论：正六边形组网是最经济的组网方式。29簇的组成由若干个正六边形组成的区域图样称为区群或簇(Cluster)。构成单元无线区群的基本条件：1.这一基本图样应能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积；2.相邻单元中，同频道的小区间距离相等，且为最大满足上述条件的簇的形状和簇内小区数N是有限的,并且N应该满足下式：N=（i2+j2+ij）30无线区群的结构图形31N=7和N=3的小区配置示例32蜂窝体系组成的基本规则低功率发射机和小覆盖区域或蜂窝频率复用通过蜂窝分裂以提高容量切换和中央控制33小区形状–规则六边形蜂窝小区•所需小区、基站数少。•布局所需投资花费少。–实际覆盖形状•覆盖区边缘不规小区结构分层小区结构–蜂窝网分为两层以上小区•顶层小区：覆盖面积最大•底层小区：覆盖面积最小–频率规划•各层的频率规划独立•上下各层使用不同的频率–切换要求•层间电平或载干比切换•快速移动的切换34GSM常用频率再用模式7小区频率复用模式43标准复用模式（GSM体制推荐）紧密复用模式3313（NORTEL）26（MOTOROLA）多重复用MAP（ERICSSON）357小区频率重复再用36GSM43标准复用模式无线区族4个基站每基站3扇区基站结构3个120或三叶草扇区C/I12dB37复用方式3个基站9个扇区特点不增加新基站容量增加（有限）抗干扰措施功率控制，DTX跳频（跳频的频率3）BCCH43（不跳频）GSM33标准复用模式382G移动通信讲座移动通信概述蜂窝通信原理移动通信系统结构移动区域与编号计划移动通信网路结构移动通信信令网结构GSM无线接口技术业务呼叫流程GPRS与EDGE技术CDMA技术简介39移动通信系统结构40移动台（MS）组成MESIM41移动设备组成语音编码信道编码交织加密TDMA突发序列形成调制TxRx双工器解调均衡解密解交织语音解码信道解码VCO频率合成器定时与控制42用户识别模块（SIM）用户固定数据–IMSI–Ki–接入控制级–安全算法网络临时数据–TMSI–LAI–Kc–禁止的PLMN业务相关数据–使用的语言–话费数据43基站子系统（BSS）的组成基站控制器—BSC基站收发信机—BTS无线操作维护中心—OMC-R码变换器—TC（Transcoder）OMC-RTCBSCBTSBTSMSMSUM接口Abis接口A接口44BSC的一般结构数字中继交换网络处理器网络数字中继A接口Abis接口45BSC的功能作用实现A接口物理层规定（PCM/E1）实现A接口No.7号信令功能实现Abis接口物理层规定（PCM/