移动通信技术基础教程

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,移动通信技术,1,移动通信基本概念,移动台,无线基站,移动交换中心,蜂窝小区,切换,漫游,2,大区制,一个基站覆盖整个服务区域,技术简单,通信质量差,频率利用率低,系统容量小,蜂窝通信基本原理,3,GSM,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 1800,4,蜂窝通信基本原理,5,蜂窝通信几个概念和区别,多址技术,频分多址(,FDMA) 、,时分多址(,TDMA),和码分多址(,CDMA),双工技术,时分双工与频分双工,窄带系统与宽带系统,单个信道的带宽与所期望信道的相干带宽一致,一个信道的发射带宽大于这个信道的相干带宽,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,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,10,移动通信电波传播的特点,电磁波多经传播反射、散射和绕射,多,普勒频率扩展，运动引起信道变化（,扩散频移,）,无线环境中的信号衰减分成三部分：,幅度衰减较大的路径损耗,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,衰减幅度较小的快变化成分小尺度衰落,两类典型小尺度衰落包络分布的描述方法：,瑞利分布（非视距传播）,莱斯分布（视距传播）,11,蜂窝无线区域的组成方法,频率复用的概念（容量扩充）,呼叫阻塞,载频受限,频道扩充受限,成本受限,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“扇区化”,14,实际的,无线区划和组成,15,兼容性,抗噪声与干扰,信道扩充,标准化开放接口,安全与保密,越区切换平稳,用户识别,ISDN,兼容,语音与数据业务,增强型业务与补充业务,GSM,系统特点,16,语音与数据业务,普通电话,紧急呼叫,短消息业务,双电话号码,个人号码,公司号码,数据业务,基本数据速率,9.6,Kb/s,4.8 Kb/s,2.4 Kb/s,可视图文与网上浏览,用户电报,传真,17,增强型业务范围,多方通话,呼叫转移,来显、呼叫等待,短消息业务,话费查询,18,MSC,BSC,BTS,BTS,HLR,VLR,EIR,NSS,PSTN,IWF,EC,TRAU,SIM,ME,NMC,OMC,OMC,OMS,BSS,MS,GSM,网络结构,19,MSC,功能与作用,呼叫处理,呼叫建立、连接与清除,切换过程,移动性管理,位置更新过程,用户身份识别,移动设备识别,操作与维护,数据库管理,测量,人机接口（,MMI）,网间互通,计费,MSC,20,HLR,功能与作用,HLR: Home Location Register,用户识别号（,IMSI, MSISDN）,当前用户的,VLR（,当前位置）,业务限制信息,用户申请的补充业务,补充业务信息（例：当前转移的电话号码）,用户状态（,registered/deregistered）,鉴权,key,和,AUC,功能,移动用户漫游号（,MSRN）,HLR,21,VLR,功能与作用,VLR,VLR：Visitor Location Register,移动台状态,部分补充业务数据,移动站的位置登记（,LAI）,临时移动用户识别号（,TMSI）,管理,移动用户漫游号,MSRN,管理,22,AUC,功能与作用,MSC,BSC,BTS,BTS,MSC,HLR,VLR,EIR,VLR,A,B,C,D,E,F,G,AUC,H,鉴权和加密数据,Ki, RAND,A3,A8,算法,Kc,SRES,23,EIR,功能与作用,包含所有经注册登记的合法移动设备,包含所有被禁止使用的移动设备,包含所有要跟踪的移动设备,EIR：Equipment Identity Register,存储移动设备分类表（,IMEI）,白名单 黑名单 灰名单,24,IMEI,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,IMEI,MS,BSS,MSC,EIR,25,基站子系统（,BSS）,的组成,OMC-R,TC,BSC,BTS,BTS,MS,MS,UM,接口,Abis,接口,A,接口,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）,26,BSC,的一般结构,数字中继,交换网络,控制网络,数字中继,A,接口,Abis,接口,27,BSC,的,作用功能,实现,A,接口物理层规定（,PCM/E1）,实现,A,接口,No.7,号,信令功能（,SP）,实现,Abis,接口,物理层规定（,PCM/E1）,实现,Abis,接口数据链路层（,LAPD）,实现,A,接口与,Abis,接口间信道交换功能,实现部分网络层的功能,实现无线资源管理（,RR）,实现,BSS,管理应用部分的功能,实现切换功能等,28,BTS,的,一般结构,基站接口设备,信令处理,编码与交织,译码与解交织,加密,解密,调制,均衡解调,发信机,收信机,天,线,跳频控制,时钟,Abis,Um,BTS,的功能模块,29,BTS,的,作用功能,实现,Abis,接口,物理层规定（,PCM/E1）,实现,Abis,接口数据链路层（,LAPD）,实现,BTS,管理功能,实现部分无线资源管理（,RR）,实现,Um,接口物理层规定（,PCM/E1）,实现,Um,接口,数据链路层（,LAPDm）,实现实现跳频功能,实现信道加密、解密功能,实现信道编译码、交织与解交织功能,实现调制与解调功能,30,移动台（,MS）,的组成,ME,SIM,31,移动台的电原理图,语音编码,信道编码,交织,加密,TDMA,突发序列形成,调制,Tx,Rx,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,32,功率控制与接收灵敏度,043 dBm,141 dBm,239 dBm,337 dBm,435 dBm,. .,. .,1513 dBm,功率控制电平等级：,步长：,2,dB;,容限：,2.0,dB,接收灵敏度：,移动台：,-102,dBm,基站：,-102,dBm,33,用户识别卡（,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,选择的,PLMN,业务相关数据,使用的语言,话费数据,34,GSM,网络的接口,G,A,Abis,Um,AUC,HLR,MSC,EIR,IWF,TC,BSC,BTS,BTS,BTS,EC,NMC,OMC,VLR,MSC,IWF,TC,EC,VLR,TC,PSTN,BSC,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BSS,B,C,H,D,E,F,35,GSM,系统的频率配置,45 MHz,双工间隔,960,950,935,917,915,905,890,872,基 站,发射频率,基 站,接收频率,2,MHz,保护频带,（,单位：,MHz）,925,880,GSM,TACS/GSM,EGSM,ETACS,36,DCS1800,的频率配置,95 MHz,双工间隔,1880,1805,1785,1710,基 站,发射频率,基 站,接收频率,20,MHz,保护频带,（,频率单位：,MHz）,DCS1800,37,公众陆地移动网 (,PLMN),结构,SP,SP,SP,SP,数据库层,信令层,用户层,GMSC,MSC,MSC,BSC,BTS,BTS,SP,SP,SP,SP,LE,PSTN,PLMN,C,B,D,E,F,G,HLR,VLR,VLR,EIR,AuC,H,MS,网络层,38,公众陆地移动网 (,PLMN),的组网,MSC,HLR,BSS,MSC,BSS,MSC,BSS,HLR,TS2,TS1,TS3,LS,LS,LS,长途编号区,1,长途编号区,3,长途编号区,2,39,移动被叫计费原则,LE,GMSC,HLR,MSC/,VLR,归属,PLMN,访问,PLMN,MSC/,VLR,1,2,3,4,5,6,支付,:,1、2、3,支付,:,53、6,支付,: 4,40,GPSR,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（,3,G,）,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,41,GPRS,发展背景,Internet,数据业务的推动,原有,GSM,系统支持数据业务的缺点,无线/网络资源利用率低，费用昂贵,数据速率低，,HSCSD,最高64,kbit/s,移动数据通信市场的巨大需求,向第三代移动通信迈进,42,GPRS,的优势,无线/网络资源利用率高，计费方式灵活，价格合理,速率较高：1-8个时隙，,CS1-CS4，,可达,约10,kbit/s - 170kbit/s,分组交换平台为多种业务提供承载,可以逐步向,3,G、,全,IP,网演进,43,GPRS,的特点,上下行链路可不对称，数据速率可变,“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,一个,MS,可同时进行多个数据会话,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,44,GPRS,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,45,CDMA,的基本概念,扩频多址（,SSMA,）,所传信号的带宽必须远大于信息的带宽。,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,。,46,CDMA,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,47,cdma2000 1x,技术特点,IS-95A/B,是,cdma2000,的子集,码片速率1.2288,Mcps,扩频调制：前向,QPSK，,反向,HPSK,反向导频，相干解调,快速前向和反向功率控制,前向发射分集：,OTD、STS,信道编码增加,Turbo,码,可变帧长，5,ms, 10ms, 20ms, 40ms, 80ms,支持,F-QPCH，,延长手机待机时间,速率最大可达307.2,kbps,支持,QoS,协商,支持多媒体业务,支持,8,K/13K QCELP 8 kbps EVRC,信道容量是,IS-95A/B,的2倍,48,cdma2000,网络结构,ss7,MSC/VLR,HLR,PSTN,ISDN,cdma2000 BSS,BTS,BSC,BTS,BSC/PCF,cdma2000 BSS,HA,PDSN,IP,Backbone,Internet,Intranet,etc.,Radius,GMSC,49,三种主要3,G,体制比较,采用国家,欧洲,，日本,美国，韩国,中国,继承基础,GSM,窄带,CDMA,GSM,试用期,日本,2002,年,韩国,2001,年底,同步方式,异步,同步,异步,码片速率,(,Mcps,),3.84,N*1.2288,1.28,空中接口,WCDMA,cdma,2000,，兼容,IS95,TD-SCDMA,核心网,GSM MAP,ANSI-41,GSM MAP,WCDMA,cdma2000,TD-SCDMA,50,3,G,使用的频段,ITU identifications,1850,1900,1950,2000,2050,2100,2150,2200,Reserve,IMT 2000,GSM 1800,DECT,MSS,IMT 2000,MSS,IMT 2000,IMT 2000,MSS,IMT 2000,IMT 2000,IMT 2000,MSS,IMT 2000,MSS,A,D,B,E,F,A,B,C,MSS,MSS,MSS,D,F,E,B,B,C,Europe,China,Japan,Korea (w/o PHS),North America,1700,1750,1800,950,1000,800,850,900,IMT 2000,IMT 2000,GSM,AMPS,PDC,TACS,P C S,MSS,GSM,GSM 1800, PCS,MSS,PHS,51,