移动通信技术基础教程课件

移动通信技术1移动通信基本概念 移动台移动台 无线基站无线基站 移动交换中心移动交换中心 蜂窝小区蜂窝小区 切换切换 漫游漫游2n大区制大区制n一个基站覆盖整个服务区域一个基站覆盖整个服务区域n技术简单n通信质量差n频率利用率低n系统容量小蜂窝通信基本原理3GSM蜂窝覆盖示意图室内站微蜂窝宏蜂窝 GSM 900微蜂窝微蜂窝宏蜂窝 DCS 18004蜂窝通信基本原理5蜂窝通信几个概念和区别n多址技术多址技术n频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)n双工技术双工技术n时分双工与频分双工n窄带系统与宽带系统窄带系统与宽带系统n单个信道的带宽与所期望信道的相干带宽一致n一个信道的发射带宽大于这个信道的相干带宽n宽带系统通常能够带来频率分集的优势6多址技术示意图频率时间TDMA时间频率FDMA频率时间码字CDMA传统多址技术传统多址技术码分多址技术码分多址技术7频分多址技术(FDMA)FDMA信道每次只能传递一个电话如果一个FDMA信道没有使用，并且处于空闲状态，它不能被其他用户使用以增加共享容量。在分配成语音信道后，基站和移动台就会同时地连续不断地发射。FDMA需要精确的RF滤波器，需要双工器（单天线）。非线性效应：许多信道共享一个天线，功率放大器的非线性会产生交调频率（IM），产生额外的RF辐射。FDMA比TDMA简单，同步和组帧比特少，系统开销 FDMA通常是窄带系统。8时分多址技术(TDMA)多个用户共享一个载波频率，分享不同时隙。TDMA系统的数据传递是不连续的，是分组发射，可以关闭。不连续发送，可以利用空闲时隙监听其他基站，实现切换处理。需要自适应均衡；需要保护时隙。分组发射需要额外的系统开销，如保护数据同步。按照不同的用户提供不同的带宽。TDMA的效率是指发射的数据中信息所占的百分比。9移动通信电波传播的特点 时间接收信号强度发射信号多径环境多径环境多径环境多径环境10移动通信电波传播的特点 n电磁波多经传播反射、散射和绕射n多普勒频率扩展，运动引起信道变化（扩散频移）n无线环境中的信号衰减分成三部分：n幅度衰减较大的路径损耗n伴随中等幅度衰减的具有对数正态分布特性的慢变化成分大尺度变化n衰减幅度较小的快变化成分小尺度衰落n两类典型小尺度衰落包络分布的描述方法：n瑞利分布（非视距传播）n莱斯分布（视距传播）11蜂窝无线区域的组成方法蜂窝无线区域的组成方法 频率复用的概念（容量扩充）频率复用的概念（容量扩充）呼叫阻呼叫阻塞塞载频受载频受限限频道扩充受频道扩充受限限成本受成本受限限12无线区域的划分 七小区频率复用13“扇区化”的技术，扇区化即是将一个基站分成多个小区，每个小区都有自己的发射和接收天线，相当于一个独立的小区。扇区化的小区使用特制的定向天线，使该小区发射的无线电波集中在一个特定的方向上。这样做有很多优点，首先小区发射的无线电波能量集中到了一个更小的区域如60度，120度或180度，而不是以360度全向发射，这样可以获得更强的信号，有利于“室内覆盖”等。另外，更好地防止同信道干扰和邻信道干扰，同频复用距离缩短，在同一地理区域可以有更多的小区，可以支持更多的移动用户。服务小区服务小区“扇区化扇区化”14实际的实际的无线区划和组成无线区划和组成 15n兼容性n抗噪声与干扰n信道扩充n标准化开放接口n安全与保密n越区切换平稳n用户识别nISDN兼容n语音与数据业务n增强型业务与补充业务GSM系统特点16语音与数据业务n普通电话n紧急呼叫n短消息业务n双电话号码n 个人号码n 公司号码n数据业务n基本数据速率n 9.6 Kb/sn 4.8 Kb/sn 2.4 Kb/sn可视图文与网上浏览n用户电报n传真17增强型业务范围多方通话多方通话呼叫转移呼叫转移来显、呼叫等待来显、呼叫等待短消息业务短消息业务话费查询话费查询18MSC BSC BTS BTSHLRVLREIRNSS PSTN IWF ECTRAU SIM ME NMC OMC OMCOMSBSSMSGSM网络结构19MSC功能与作用n呼叫处理呼叫处理n呼叫建立、连接与清除n切换过程n移动性管理n位置更新过程n用户身份识别n移动设备识别n操作与维护操作与维护n数据库管理n测量n人机接口（MMI）n网间互通网间互通n计费计费 MSC20HLR功能与作用nHLR:Home Location Registern用户识别号（IMSI,MSISDN）n当前用户的VLR（当前位置）n业务限制信息n 用户申请的补充业务n补充业务信息（例：当前转移的电话号码）n用户状态（registered/deregistered）n鉴权key和AUC功能n移动用户漫游号（MSRN）HLR21VLR功能与作用VLRnVLR：Visitor Location Registern移动台状态n部分补充业务数据n移动站的位置登记（LAI）n临时移动用户识别号（TMSI）管理 n移动用户漫游号MSRN 管理22AUC功能与作用MSCBSCBTSBTSMSCHLRVLREIRVLRABCDEFGAUCH 鉴权和加密数据鉴权和加密数据 Ki,RAND A3,A8 算法算法 Kc,SRES23EIR功能与作用包含所有包含所有经注册登经注册登记的合法记的合法移动设备移动设备包含所有包含所有被禁止使被禁止使用的移动用的移动设备设备包含所有包含所有要跟踪的要跟踪的移动设备移动设备nEIR：Equipment Identity Registern存储移动设备分类表（IMEI）n白名单 黑名单 灰名单24IMEI查询流程 呼叫建立 在EIR查询IMEI 请求IMEI传送 查询结果送MSC MS发送IMEIMSBSSMSCEIR25基站子系统（BSS）的组成OMC-RTCBSCBTSBTSMSMSUM接口接口Abis接口接口A接口接口n基站控制器 BSCn基站收发信机 BTSn无线操作维护中心 OMC-Rn码变换器 TC（Transcoder）26BSC的一般结构数字数字中继中继交换网络交换网络控制网络控制网络数字数字中继中继A接口接口Abis接口接口27BSC的作用功能n实现A接口物理层规定（PCM/E1）n实现A接口No.7号信令功能（SP）n实现Abis接口物理层规定（PCM/E1）n实现Abis接口数据链路层（LAPD）n实现A接口与Abis接口间信道交换功能n实现部分网络层的功能n实现无线资源管理（RR）n实现BSS管理应用部分的功能n实现切换功能等28BTS的一般结构基基站站接接口口设设备备信信令令处处理理编码与编码与交织交织译码与译码与解交织解交织加密加密解密解密调制调制均衡均衡解调解调发信机发信机收信机收信机天天 线线跳频控制跳频控制时钟时钟AbisUmBTS的功能模块的功能模块29BTS的作用功能n实现Abis接口物理层规定（PCM/E1）n实现Abis接口数据链路层（LAPD）n实现BTS管理功能n实现部分无线资源管理（RR）n实现Um接口物理层规定（PCM/E1）n实现Um接口数据链路层（LAPDm）n实现实现跳频功能n实现信道加密、解密功能n实现信道编译码、交织与解交织功能n实现调制与解调功能30移动台（MS）的组成MESIM31移动台的电原理图语音语音编码编码信道信道编码编码交织交织加密加密TDMA突发突发序列形成序列形成调制调制TxRx双工器双工器解调解调均衡均衡解密解密解交织解交织语音语音解码解码信道信道解码解码VCO频率合成器频率合成器定时与控制定时与控制32功率控制与接收灵敏度043 dBm141 dBm239 dBm337 dBm435 dBm.1513 dBm功率控制电平等级：功率控制电平等级：步长：步长：2 dB;容限：容限：2.0 dB接收灵敏度：接收灵敏度：移动台：移动台：-102 dBm基站：基站：-102 dBm33用户识别卡（SIM）n用户固定数据用户固定数据nIMSInKin接入控制级n安全算法n网络临时数据网络临时数据nTMSInLAInKcn选择的PLMNn业务相关数据业务相关数据n使用的语言n话费数据34GSM网络的接口GAAbisUmAUCHLRMSCEIRIWFTCBSCBTSBTSBTSECNMCOMCVLRMSCIWFTCECVLRTCPSTNBSCBTSBTSBTSBTSBTSBTSBSSBCHDEF35GSM系统的频率配置45 MHz双工间隔双工间隔960950935917 915905890872 基基 站站发射频率发射频率 基基 站站接收频率接收频率2 MHz保护频带保护频带（单位：（单位：MHz）925880GSMTACS/GSMEGSMETACS36DCS1800的频率配置95 MHz双工间隔双工间隔18801805 17851710 基基 站站发射频率发射频率 基基 站站接收频率接收频率20 MHz保护频带保护频带（频率单位：（频率单位：MHz）DCS180037公众陆地移动网(PLMN)结构SPSPSPSP数据库层信令层用户层GMSCMSCMSCBSCBTSBTSSPSPSPSPLEPSTNPLMNCBDEFGHLRVLRVLREIRAuCHMS网络层38 公众陆地移动网(PLMN)的组网MSCHLRBSSMSCBSSMSCBSSHLRTS2TS1TS3LSLSLS长途编号区长途编号区1长途编号区长途编号区3长途编号区长途编号区239移动被叫计费原则LEGMSCHLRMSC/VLR归属归属PLMN访问访问PLMNMSC/VLR123456支付支付:1、2、3支付支付:53、6支付支付:440GPSR简介简介 GPRS（General Packet Radio Service）通用无线分组业务作为第二代移动通信技术GSM向第三代移动通信（3G）的过渡技术，是由英国BT Cellnet公司早在1993年提出的，是GSM Phase2+(1997年)规范实现的内容之一，是一种基于GSM的移动分组数据业务，面向用户提供移动分组的IP或者X.25连接。GPRS技术41GPRS发展背景nInternet数据业务的推动n原有GSM系统支持数据业务的缺点n无线/网络资源利用率低，费用昂贵n数据速率低，HSCSD最高64kbit/sn移动数据通信市场的巨大需求 n向第三代移动通信迈进 42GPRS的优势n无线/网络资源利用率高，计费方式灵活，价格合理n速率较高：1-8个时隙，CS1-CS4，可达约10kbit/s-170kbit/sn分组交换平台为多种业务提供承载n可以逐步向3G、全IP网演进43GPRS的特点n上下行链路可不对称，数据速率可变n“永远在线”：在不进行数据传输时可将数据业务挂起，不占用无线/网络资源，再进行数据传输时能较快恢复，无需重新发起业务n一个MS可同时进行多个数据会话n根据网络和MS的工作模式，用户可以分别/交替/同时进行话音和分组数据业务44GPRS的网络结构BG 边界网关 CG 收费网关 DNS 域名服务器 DHCP 动态主机配置协议 GIN GPRS截获节点 MFS 多功能服务器 TC 码型变换器 WP 无线应用协议 GPRS网络可以看作是一个IP子网 45CDMA的基本概念 q 扩频多址（SSMA）q所传信号的带宽必须远大于信息的带宽。q所产生的射频信号的带宽与所传信息无关。通信原理与信息论的著名Shannon公式：C=FTLg(1+S/N)；其中：F为限频带宽；T为限时带宽；S/N为信号功率信噪比；C为信道容量。一个限时(T)限频(F)限功率(S)的连续白色高斯信道，其信道容量C可 以形象的用3个主要信号参量所决定的体积来表示。扩频通信的基本原理，就是用频带换取信噪比。46CDMA移动通信系统的特点 强抗干扰能力、语音质量更佳 信号在信道中传输功率低，降低了干扰，提高了保密性 宽带传输系统，利用了信道的频率分集效果 码字的多址传输，利用了多用户分集的效果 采用RAKE接收机，有效利用了信道相干时间形成的时间分集效应 扩频因子灵活变换，又助于多媒体等多速率并发业务的传输 频谱效率高，优于以往的AMPS和GSM 支持软切换和更软切换 支持新技术的应用，如多用户检测 同步难度大、系统更复杂 47cdma2000 1x技术特点nIS-95A/B是cdma2000的子集n码片速率1.2288 Mcpsn扩频调制：前向QPSK，反向HPSKn反向导频，相干解调n快速前向和反向功率控制n前向发射分集：OTD、STSn信道编码增加Turbo码n可变帧长，5ms,10ms,20ms,40ms,80msn支持F-QPCH，延长手机待机时间n速率最大可达307.2kbpsn支持QoS协商n支持多媒体业务n支持8K/13K QCELP 8 kbps EVRCn信道容量是IS-95A/B的2倍 48cdma2000网络结构ss7MSC/VLRHLR PSTNISDNcdma2000 BSSBTSBSCBTSBSC/PCFcdma2000 BSSHAPDSNIPBackboneInternet,Intranet,etc.RadiusGMSC49三种主要3G体制比较体制比较采用国家采用国家欧洲，日本美国，韩国中国继承基础继承基础GSM窄带 CDMAGSM试用期试用期日本 2002 年韩国 2001 年底同步方式同步方式异步同步异步码片速率码片速率(Mcps)3.84N*1.22881.28空中接口空中接口WCDMAcdma 2000，兼容 IS95TD-SCDMA核心网核心网GSM MAPANSI-41GSM MAPWCDMAcdma2000TD-SCDMA503G 使用的频段 ITU identifications18501900195020002050210021502200ReserveIMT 2000GSM 1800DECTMSSIMT 2000MSSIMT 2000IMT 2000MSSIMT 2000IMT 2000IMT 2000MSSIMT 2000MSSA DB EFABCMSSMSSMSSDFEBBCEuropeChinaJapanKorea(w/o PHS)North America1700175018009501000800850900IMT 2000IMT 2000GSMAMPSPDCTACS P C SMSSGSMGSM 1800,PCSMSSPHS51