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2020/3/231移动通信原理与系统2020/3/232移动通信概念与特点移动通信就是移动台MS（MobileStation）移动通信是指通信双方或至少其中一方在运动状态下进行通信.移动通信系统是移动用户之间、移动用户和固定用户之间建立信息传输通道的通信系统。常见的移动通信系统有蜂窝移动通信系统（AMPS、GSM、IS-95）、卫星通信系统（如铱星系统、海事卫星通信系统）、寻呼系统、无绳电话系统以及集群移动通信系统。2020/3/233蜂窝的概念蜂窝概念提出解决了频率资源和用户容量之间的矛盾,其思想是:用许多小覆盖区来代替大覆盖区,小覆盖区采用小功率发射机,大覆盖区采用大功率发射机,每个基站分配整个系统可用信道的一部分,相邻基站分配不同信道组,以降低基站之间的干扰.换一种说法,蜂窝是指将整个覆盖区划分为小单元,每个单元复用频带的一部分以提高频带的利用率,其代价是增加系统的结构开销.频率复用是蜂窝移动通信中的重要概念,其思想是:在不同的小区使用相同的频率,以增加系统容量.2020/3/234蜂窝频率复用思想的示意图2020/3/235蜂窝通信的特点电波传播条件恶劣具有多普勒效应干扰严重无线频谱资源非常紧缺需要采用位置登记、过境切换等移动性管理技术综合了交换、计算机、传输等技术多种网络结构,网络管理复杂2020/3/236蜂窝通信的优点对于移动用户的优点移动性灵活性便利性对于网络运营商的优点易于扩容高收益率频谱利用率高易于重新配置2020/3/237蜂窝移动通信系统发展第一代:模拟移动通信系统利用模拟传输方式实现话音业务,包括美国AMPS(先进的移动电话业务)、英国的（全接入通信系统）、斯堪的纳维亚的NMT（北欧移动电话）以及日本的NTT日本电话和电报）等。第二代：数字蜂窝移动通信系统利用数字传输方式实现话音和低码率数据业务，其容量和频谱利用率高于第一代，包括GSM（全球移动通2020/3/238信系统）、PDC（个人数字蜂窝）、CDMAONE（IS-95）以及US-TDMA（IS-136）。2.5代：第二代向第三代演变，提供更先进的业务，如速率为100-200Kb/s的电话和分组交换数据业务，这些演变的系统称为2.5代系统，如GPRS（一般分组无线业务）。第三代：3G主要特点：宽带化、智能化、个人化，具有大容量、高速率、多业务、多码率以及变码率。代表系统：中国TD-SCDMA，欧洲WCDMA，美国CDMA20002020/3/239移动通信系统的基本结构系统组成：移动台MS（mobilestation）基站子系统BSS(basestationsystem)：基站收发信机BSC和基站控制器BTS组成网络子系统O&M：移动交换中心MSC、操作维护中心OMC、归属位置寄存器HLR、访问位置寄存器VLR、设备识别寄存器EIR、鉴权中心AUC组成2020/3/2310移动台MS(MobileStation)：实现移动终端功能基站收发信台BTS(BaseTransceiverStation)：实现移动通信系统与MS之间的无线通信基站控制器BSC(BaseStationController)：实现无线系统到交换系统的集线功能、无线资源管理功能以及其它与无线相关的控制功能移动业务交换中心MSC(MobileserviceSwitchingcenter)：实现移动业务交换功能操作维护中心OMC(OperationandMaintenanceCenter)：提供人机界面实现对系统设备的监测和控制功能2020/3/2311归属位置登记处HLR(HomeLocationRegister)：实际上是一个数据库，主要储存二类数据：用户数据，主要包括：•用户的身份IMSI(InternationalMobileSubscriberIdentification)•用户ISDN号码•VLR地址用户的位置信息访问位置寄存器VLR(VisitorLocationRegister)：实际上是一个数据库，储存用户信息，主要包括：MSRN(MobileStationRoamingNumber):移动台漫游号码TMSI(TemporaryMobileSubscriberIdentification):临时移动用户身份移动台登记的位置区（LAC）与补充业务有关的数据2020/3/2312鉴权中心AUC(AuthenticateCenter):用于对用户身份的鉴别设备识别寄存器EIR(mobilestationEquipmentIdentityRegister):用于储存及鉴别移动台的设备身份。2020/3/2313移动通信系统的基本结构示意图2020/3/2314移动通信网的网络结构按覆盖区域分：带状服务区和面状服务区按容量大小分：大容量的大区制和小容量的小区制大区制：是指在一个服务区内只设置一个基站，该基站覆盖整个服务区。基站设置几十个频道，为50-200个用户服务，服务半径为10-40Km。小区制：是将整个通信服务区划分为若干个小区，每个小区的半径为2-10Km，每个小区设置一个基站负责与小区内移动用户的通信。2020/3/2315移动通信系统的基本技术移动通信系统的多址方式：在移动通信系统中，许多用户同时通过一个基站和其他用户进行通信，必须对不同用户和基站发出的信号赋予不同的特征，是基站能区分不同用户的信号，而各个用户又能识别出基站发出的信号中哪个是发给自己的，这就是多址技术。多址技术的基础是信号特征上的差异，这种差异可以表现在某些参数上，如信号的工作频率、信号的出现时间以及信号具有的特定波形等，它要求各信号互相正交，或者说任意两个信号波形之间的互相函数等于或接近零。2020/3/2316多址方式根据不同的频率、时隙以及码字可以分为频分多址、时分多址、码分多址：频分多址（FDMA）将通信系统的总频段划分为若干个等间隔的频道分配给不同用户使用，这些频道互不交叠。通常在两个相邻频道之间留有一段保护频带，其作用是防止同一部电台的发射机对接受机产生干扰。具体的作法是：若某一基站的发射机在高频段的某一频道工作，则其接受机必须在低频段的某一频道工作；与此对应，移动台的接受机要在高频段相应的频道中接受来自基站的信号，其发射机要在低频段相应的频道中发射发往基站的信号。2020/3/2317时分多址（TDMA）将时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙（帧或时隙都互不交叠），然后根据一定的时隙分配原则，使各移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动台的信号而互不干扰。基站发向各个移动台的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中将发给它的信号区分出来。2020/3/2318码分多址（CDMA）码分多址不是根据频率或时隙来区分不同用户，而是利用各自不同的扩展码来区分，或者说，靠信号的不同波形来区分。从频域或时域看，多个CDMA信号是相互重叠的。接收机用相关器可以从多个CDMA信号中选出使用预定码型的信号。2020/3/2319三种常用的多址方式2020/3/2320移动通信系统的功率控制功率控制的概念：是控制发射端的发射功率，减小小区间的干扰，补偿无线信号衰落。功率控制要遵循功率平衡的原则，即接收到的有用信号功率相等。对上行链路，要求各个移动台到达基站的信号功率相等；对下行链路，要求各个移动台接收到基站的信号功率相等。功率控制的分类：前向（下行）链路控制和反向（上行）链路控制。2020/3/2321移动通信系统的切换技术切换的基本概念：在3GPP中，切换是指无线接入网改变提供承载业务的无线发射装置或无线接入模式或无线系统，同时保证承载业务的QoS达到一定的级别。切换分类：切换按发起方式分为：硬切换（hardhandover）、软切换（softhandover）和更软切换（softehandover）硬切换是指移动终端先中断与旧基站的连接，再与新基站建立连接，移动终端只能和一个基站通信。2020/3/2322软切换是指移动终端先与新基站建立连接，再中断与旧基站的连接，移动终端可以和一个以上的基站通信。更软切换是指在同一小区的不同扇面之间的切换。切换按系统内外可分为系统内切换和系统间切换。系统内切换是指同一系统内的越区切换，如GSM系统内切换。系统间切换是指两个不同系统间的切换，如从GSM系统到UMTS系统间切换。切换还分频率间切换、空闲切换2020/3/2323GSM系统GSM系统结构PSTNOMCOMCNMCOMSSIMMEMSBTSBTSBSCAUmMSCMSCVLRVLRHLRAUCEIRBCEFGHDNSSBSSNSS2020/3/2324GSM系统接口2020/3/2325GSM900频谱分配45MHz双工间隔基站发射频率基站接收频率2MHz保护频带905890880872950935925917915GSMTACS/GSMEGSMETACS2020/3/2326DCS1800频谱分配基站发射频率基站接收频率2MHz保护频带18801805178590MHz双工间隔1710DCS18002020/3/2327GSM系统频段GSM900主频段（P-GSM）上行：890MHz-915MHz（移动台发，基站收）下行：935MHz-960MHz（基站发，移动台收）GSM扩展频段（E-GSM）上行：880MHz-890MHz（移动台发，基站收）下行：925MHz-935MHz（基站发，移动台收）DCS1800频段上行：1710MHz-1785MHz（移动台发，基站收）下行：1805MHz-1880MHz（基站发，移动台收）2020/3/2328GSM的空中接口P-GSME-GSM上行频率(MHz)890-915880-890下行频率(MHz)935-960925-935收发延迟3时隙3时隙双工间隔(MHz)4545频带带宽(MHz)2510频道数12449频道号1-124975-1023,02020/3/2329DCSPCS上行频率(MHz)1710-17851850-1910下行频率(MHz)1805-18801930-1990收发延迟3时隙3时隙双工间隔(MHz)9580频带带宽(MHz)2*752*60频道数374299频道号512-885512-8102020/3/2330无线逻辑信道（一）Um接口上的信息由各种无线逻辑信道承载MSMS基站Um接口无线逻辑信道类型：控制信道业务信道上行方向：移动台到基站方向下行方向：基站到移动台方向2020/3/2331无线逻辑信道（二）控制信道广播控制信道(BCCH)公共控制信道(CCCH)专用控制信道(DCCH)频率校正信道(FCCH)同步信道(SCH)广播信道(BCH)随机接入信道(RACH)准许接入信道(AGCH)寻呼信道(PCH)独立专用控制信道(SDCCH)快速随路控制信道(FACCH)慢速随路控制信道(SACCH)业务信道(TCH)小区广播信道(CBCH)2020/3/2332无线逻辑信道（三）频率校正信道（FCCH，下行信道，广播方式，每小区一个）为了保证移动台和基站能够正确的接收对方的信息，必须保证移动台和基站的频率一致，即移动台的接收频率与基站的发射频率一致，移动台的发射频率和基站的接收频率一致。在GSM系统中，由于一个基站要同时和若干移动台进行通信，因此采用主从同步方式，以基站的频率为基准，基站在频率校正信道上发送频率信息，移动台根据该信息调整自己的频率，保持自己的频率与基站同步。2020/3/2333无线逻辑信道（四）同步信道（SCH，下行信道，广播方式，每小区一个）由于Um接口采用TDMA方式，为了保证移动台和基站能够正确的接收对方的信息，必须保证移动台和基站的时间基准一致。基站在同步信道上发送定时信息，移动台根据该信息调整自己的时间基准，保持自己的时间基准与基站同步。刚才最后一响，是北京时间一点整。基站的时间基准移动台A的