《蜂窝移动通信技术》PPT课件

,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,*,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,*,蜂窝移动通信技术,基础知识和基本概念,移动通信技术的发展,2G,蜂窝移动通信技术,课后复习题,基础知识和基本概念,标准化组织,多址方式,通信工作方式,蜂窝通信概念,标准化组织,标准的重要性,国际标准化组织,地区性标准化组织,标准的重要性,DVD,专利风波,6C,联盟：,13.8,美元,/,台；,3C,联盟：,5,美元,/,台专利费合计：,20,美元,/,台左右,CDMA,90%,的,3G,无线通信技术专利都与,Qualcomm,（,高通,）,相关,入门费约一亿元，必须购买高通芯片，销售额,5%8%,提成，安全无保障,标准的重要性,一流企业卖标准,二流企业卖服务,三流企业卖技术,四流企业卖产品,五流企业卖力气,国际标准化组织,ISO,（,International Organization for Standardization,）国际标准化组织,ITU,（,International Telecommunications Union,）,国际电信联盟,地区性标准化组织,ANSI,（,American National Standards Institute,）,美国国家标准学会,ARIB,（,Association of Radio Industries and Businesses,）日本无线工业及商贸联合会,CCSA,（,China Communications Standards Association,）中国通信标准化协会,CWTS,（,China Wireless Telecommunications Standards group,）中国无线电讯标准组,地区性标准化组织,EIA,（,Electronic Industries Alliance,）美国电子工业协会,ETSI,（,European Telecommunications Standards Institute,）欧洲电信标准化协会,/,欧洲电信标准化组织,FCC,（,Federal Communications Commission,）美国联邦通信委员会。,TTA,（,Telecommunications Technology Association,）韩国电信技术协会,多址方式,电信资源是有限的！,FDMA,（频分多址）,TDMA,（时分多址）,CDMA,（码分多址）,SDMA,（空分多址）,FDMA,（频分多址）,Frequency Division Multiple Access,不同用户使用不同的频段发送信号,FDMA,系统为每位用户在可用频段内分配一小部分频率或频道，且在相邻的一对频道之间留出一小部分频谱作为保护带，以减少来自相邻频道的干扰,无争用协议,TDMA,（时分多址）,Time Division Multiple Access,不同用户使用整个频段的不同时间段发送信号,每个时间周期分为多个时间段，称为时隙。每对相邻的时隙都被一小段时间段（作为保护时间）分隔开，以减少来自相邻信道的干扰,基于奈奎斯特抽样定理,无争用协议,CDMA,（码分多址）,Code Division Multiple Access,不同用户使用整个频段的不同,特定码字,发送信号,在,CDMA,系统中，每个用户信号在整个传输过程中都使用一个宽带信道，使用相同的载频，占用相同的带宽,根据分配给每个用户的特定码字来区分不同用户的信号,CDMA,（码分多址）,根据信道情况，,CDMA,可被认为是无争用协议或争用协议,如果信道中同时传输的用户数或者多址干扰值低于某一给定的阈值，系统可成功处理所有的传输，那么,CDMA,就是无争用协议,如果干扰值大于该阈值，将会在传输中丢失所有同时传输的分组，那么,CDMA,就是争用协议,因此，我们将,CDMA,视为一个功率受限系统，受限于来自其他用户的全部干扰功率,SDMA,（空分多址）,Spatial Division Multiple Access,利用空间分割构成不同的信道,是一种信道增容方式，与其他多址方式完全兼容，从而可实现组合的多址方式，例如空分,-,码分多址（,SD-CDMA,）,实现的关键是智能天线技术,通信工作方式,单工通信,只能有一个方向的通信而没有反方向的交互,半双工通信,通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送,(,当然也就不能同时接收,),全双工通信,通信的双方可以同时发送和接收信息。,TDD,：,Time Division Duplex,时分双工,FDD,：,Frequency Division Duplex,频分双工,蜂窝通信,概念,蜂窝移动通信,宏蜂窝小区,微蜂窝小区,分级蜂窝结构,微微蜂窝小区,三层分级蜂窝结构,智能蜂窝,一个蜂窝组,A,C,D,E,F,G,B,一个字母代表一组频率，不同的字母代表不同组的频率。,蜂窝式无线电话网,A,C,D,E,F,G,B,A,C,D,E,F,G,B,A,C,D,E,F,G,B,A,C,D,E,F,G,B,A,C,D,E,F,G,B,蜂窝移动通信,FCC,的定义,:,一个,高容量,的陆上移动通信系统，分配给系统中的,频谱,被划分为独立的信道，这些信道按组分配给各个地理,小区,，这些小区覆盖了一个蜂窝地理服务区。独立的信道能够被服务区内的不同小区,复用,。,蜂窝移动通信,蜂窝概念可用于,FDMA,系统，使同样的子频段可在距离足够远的蜂窝群中多次使用,也可用于,CDMA,系统，降低干扰，提高系统容量,同样可用于,TDMA,系统，通过,TDMA,与,FDMA,技术的结合提供较高的系统容量，容纳更多用户,宏蜂窝小区,(macrocell),每小区的覆盖半径较大，大多为,1km,25km,。,宏蜂窝小区基站的发射功率较强，一般在,10W,以上，天线也做得较高。,宏蜂窝小区,每个小区中有一个基站，与处于其服务区内的移动台建立无线通信链路。,各个小区的基站可通过电缆、光缆或微波链路与移动交换中心,(MSC),相连。,移动交换中心通过,PCM,电路与市话交换局相连接。,宏蜂窝小区存在的问题,“,盲点,”,：由于网络漏覆盖或电波在传播过程中遇到障碍物而造成阴影区域等原因，使得该区域的信号强度极弱，通信质量低劣,“,热点,”,：由于客观存在商业中心或交通要道等业务繁忙区域，造成空间业务负荷的不均匀分布,微蜂窝小区,(microcell),微蜂窝小区是在宏蜂窝小区的基础上发展起来的一门技术。,覆盖半径大约为,30m,300m,；,发射功率较小，一般在,1W,以下；,基站天线置于相对低的地方，如屋顶下方，高于地面,5m,10m,；,传播主要沿着街道的视线进行，信号在楼顶的泄露小。,微蜂窝小区,最初被用来加大无线电覆盖，消除宏蜂窝中的,“,盲点,”,。,由于低发射功率的微蜂窝基站允许较小的频率复用距离，每个单元区域的信道数量较多，因此业务密度得到了巨大的增长，且,RF,干扰很低，将它安置在宏蜂窝的,“,热点,”,上，可满足该微小区域质量与容量两方面的要求。,分级蜂窝结构,相邻微蜂窝的切换都回到所在的宏蜂窝上，宏蜂窝的广域大功率覆盖可看成是宏蜂窝上层网络，并作为移动用户在两个微蜂窝区间移动时的,“,安全网,”,大量的微蜂窝构成微蜂窝下层网络。,微微蜂窝小区,(picocell),随着容量需求进一步增长，运营者可按同一规则安装第三或第四层网络，即微微蜂窝小区,覆盖半径更小，一般只有,10m,30m,；,基站发射功率更小，大约在几十毫瓦左右；,天线一般装于建筑物内，业务集中地点,微微蜂窝小区,微微蜂窝实质就是微蜂窝的一种，作为网络覆盖的一种补充形式而存在,主要用来解决商业中心、会议中心等室内,“,热点,”,的通信问题。,三层分级蜂窝结构,宏蜂窝用于处理快速移动车辆的业务；,微蜂窝处理慢速移动，集中于步行或交通阻塞车辆的业务；,微微蜂窝用于覆盖商场和办公区等室内区域。,用户接入时，系统根据所测得的信号强度和各蜂窝的容量为某一呼叫选择最恰当的蜂窝。,智能蜂窝,是相对于智能天线而言的，指基站采用具有高分辨阵列信号处理能力的自适应天线系统，智能地监测移动台所处的位置，并以一定的方式将确定的信号功率传递给移动台的蜂窝小区。,智能蜂窝,智能天线利用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。,智能蜂窝既可以是宏蜂窝，也可以是微蜂窝和微微蜂窝。,这项技术正在研制过程中。,智能蜂窝,提高未来移动通信系统性能的几个方面：,扩大系统覆盖区域；,提高频谱利用率，增加系统容量；,降低基站发射功率，减少信号间干扰；,减少电磁环境污染；,节省系统成本。,移动通信技术的的发展,移动通信技术的的发展史,移动通信技术的历史发展趋势,移动通信技术的分代,移动通信技术在我国的发展,移动通信技术的的发展史,移动通信可以说从无线电通信发明之日就产生了。,标志：,1897,年，,M.G.,马可尼完成在固定站与一艘拖船之间进行的的无线通信试验，距离为,18,海里。,现代移动通信技术的发展始于,20,世纪,20,年代，大致经历了五个发展阶段,移动通信技术的发展史,1.,时间：,20,世纪,20,年代至,40,年代,特点：,专用系统开发,工作频率较低。工作频率从最初,2MHz,，到,40,年代提高到,30,40MHz,。,代表：美国底特律市警察使用的车载无线电系统。,移动通信技术的发展史,2.,时间：,20,世纪,40,年代中期至,60,年代初期,特点：,从专用移动网向,公用,移动网过渡,接续方式为人工,网的容量较小。,代表：,20,世纪,40,年代，美国建立了世界上首个公用移动通信系统,公用汽车电话网,移动通信技术的发展史,3.,时间：,20,世纪,60,年代中期至,70,年代中期,特点：,采用大区制、中小容量,开拓了,150MHz,和,450MHz,频段,实现了,自动选频与自动拨号接续,形成了移动通信的无线传输、信道管理及移动交换的基本技术,移动通信技术的发展史,4.,时间：,20,世纪,70,年代中期至,80,年代中期,特点：建成了,蜂窝,状移动通信网,代表：,1978,年底，美国贝尔试验室研制成功先进移动电话系统,(AMPS),移动通信技术的发展史,5.,时间：,20,世纪,80,年代中期开始,特点：开发了新一代,数字,蜂窝移动通信系统。,数字无线传输的频谱利用率高，可大大提高系统容量。,数字网能提供语音、数据多种业务服务，并与,ISDN,等兼容。,移动通信技术的发展史,代表：,1988,年，欧洲提出主要建议和投标方案,GSM900,，频段,900MHz,；,1989,年，英国发放个人通信网,PCN,的许可证，工作在,1800MHz,的,150MHz,带宽，并采用,GSM,标准，将,GSM,推广到新的频段。称为,DCS1800,（,数字蜂窝系统,1800,）。,移动通信技术的历史发展趋势,从军用、专用到民用、公用,从低频段到高频段,从单基站的大区制到多基站小区制的蜂窝结构,从模拟系统到数字系统,第一代模拟系统，,20,世纪,80,年代开始,第二代数字系统，,20,世纪,90,年代开始，主要制式有：,GSM,、,IS-95CDMA,、,IS136,、,TDMA/CDMA,数字无绳电话、,WLL,等,第三代多媒体系统，即,3G,，,21,世纪开始，主要制式有：,WCDMA,，,cdma2000,，,TD-SCDMA,，,WiMAX,第四代？,System Beyond IMT-2000,，,B3G,，超,3G,移动通信技术的分代,移动通信技术在我国的发展,1987,年，决定以,900 MHz,频段,TACS,体制为我国公众蜂窝移动通信体制；,1987,年,11,月,18,日，广州开通了国内第一个模拟蜂窝移动通信系统；（,2001,年,12,月,31,日我国关闭了模拟移动网络 ）,1994,年,12,月底，广东首先开通了,GSM,数字移动电话网；,1995,年,7,月 中国联通,GSM 130,数字移动电话网在北京、天津、上海、广州建成开放,1997,年以后，国产第二代通信设备少量进入运营网络。,移动通信技术在我国的发展,2001,年,1,月，原部队所有的,133CDMA,网在经过资产清算后，正式移交中国联通。,2002,年,4,月,8,日，联通新时空,CDMA,网络正式运行,2002,年,5,月，中国移动、中国联通实现短信互通互发,2002,年,5,月,17,日，中国移动通信,GPRS,业务正式投入商用。,2002,年,10,月,1,日 中国移动通信彩信,(MMS),业务正式商用,移动通信技术在我国的发展,2003,年,1,月,28,日 上海联通率先开通,CDMA 1X,网络,2008,年,4,月,1,日，中国移动正式面向北京、上海、天津、沈阳、广州、深圳、厦门和秦皇岛,8,个城市，启动,TDSCDMA,社会化业务测试和试商用工作,2009,年,1,月,7,日下午,14,：,30,分，工业和信息化部举行了一个低调的,3G,牌照发放仪式，为中国移动、中国电信和中国联通发放,3,张第三代移动通信,(3G),牌照。此刻开始，我国真正开始进入了,3G,的时代。,2G,蜂窝移动通信技术,GSM,系统,CDMA,系统,GSM,系统,GSM,简介,GSM,系统组成,GSM,系统的说明,GSM,关键,技术,GSM,系统特点,GSM,简介,1982,年，北欧国家为方便全欧洲统一使用移动电话，向,CEPT,（欧洲邮电行政大会）提交了一份建议书，要求制定,900MHz,频段的公共欧洲电信业务规范。,在这次大会上成立了一个在,ETSI,技术委员会下的,“,Group Special Mobile,（移动特别小组,）,”,简称,“,GSM,”,，来制定有关的标准和建议书。,GSM,简介,1987,年,5,月，,GSM,成员国就以下方面达成一致意见,数字系统,采用窄带时分多址,TDMA,规则脉冲激励线性预测,RPE,一,LTP,话音编码,高斯滤波最小移频键控,GMSK,调制方式,1991,年，在欧洲开通了第一个系统，并将,GSM,更名为,Globa1 system for Mobile communications,全球移动通信系统 ，俗称,“,全球通,”,GSM,系统组成,移动终端部分,MS,基站子系统,BSS,网络子系统,NSS,其中,MS,与,BSS,之间的接口为,Um,接口，,BSS,与,NSS,之间的接口为,A,接口。,GSM,规范对系统的,A,接口和,Um,接口都有明确的规定，也就是说，,A,接口和,Um,接口是开放的接口。参见下页,GSM,系统的总体框图,GSM,系统的总体框图,MS,BSS,NSS,Um,接口,A,接口,移动终端部分,MS,一般称为移动台，是,GSM,网络中用户使用的设备,由两部分组成：,移动终端,客户识别卡（,SIM,卡）,由它所漫游到的地理区域的一个,VLR,（访问用户位置寄存器）,管理。,移动终端,完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。,客户识别卡（,SIM,卡）,存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法客户进入网路。,还存储与网路和客户有关的管理数据，只有插入,SIM,卡后移动终端才能接入进网。,基站子系统,BSS,组成,基站收发信台（,BTS）：,每个小区有一或多个,BTS,基站控制器（,BSC）：,控制、管理多个,BTS，,与一个,MSC,（移动业务交换中心）相连,基站子系统,BSS,功能,通过无线接口与移动台连接，负责无线资源管理和收发信息。,与网络子系统,NSS,中的移动交换中心,MSC,相连，实现移动用户之间或与固定网用户之间的通信。,网络子系统,NSS,移动业务交换中心,MSC,访问用户位置寄存器,VLR,归属用户位置寄存器,HLR,鉴权中心,AUC,移动设备识别器,EIR,操作维护中心,OMC,移动业务交换中心,MSC,网络的中心，主要执行交换功能，控制一或多个,BSS。,这种交换功能包括移动用户之间的呼叫，移动用户与固定用户（,PSTN,和,ISDN）,及分组交换网用户之间的呼叫。,一般一个,MSC,对应一个,VLR,访问用户位置寄存器,VLR,动态用户数据库，存储进入其控制区内已登记的移动用户相关信息，并从,HLR,获取必要的数据,可以服务一或多个位置区,归属用户位置寄存器,HLR,GSM,的中央数据库。存储其控制区内的所有移动用户的,注册信息,移动用户的静态数据， 包括用户的接入能力，申请的业务和补充业务。,一个可用的三元组（,RAND/SRES/Kc），,依照,MSC/VLR,的请求提供使用；,当前正管理,MS,的,VLR,信息，并随,MS,位置改变而更新，并向呼叫,MSC,提供。,鉴权中心,AUC,GSM,系统的安全中心。,对用户鉴权,对无线接口上的话音、数据信号信息加密,移动设备识别器,EIR,存储、识别移动设备的国际移动设备识别码,IMEI。,注：另一种识别码是国际移动用户识别码,IMSI，,与设备无关，存储在,SIM,卡中，直接计费。,操作维护中心,OMC,对,GSM,系统进行集中维护与操作,允许实施远程集中操作维护管理,支持高层维护管理中心（,NMC）,的接口,GSM,系统的说明,无线覆盖区域结构,识别码,信令,位置更新,固定网用户呼叫移动台,越区切换,鉴权和加密,无线覆盖区域结构,国际移动用户识别码,IMSI,用于在国际上唯一识别移动用户,结构（,15,位），如图所示，其中：,我国,MCC,为,460,MNC,的值中国移动的,GSM,网为,00,、中国联通的,GSM,网为,01,区域识别,位置区识别码,LAI,结构：,MCC+MNC+LAC,LAC,用于识别移动网中的一个位置区,全球小区识别码,GCI,结构：,MCC+MNC+LAC+CI CI,用于小区识别,基站小区识别码,BSIC,用于识别相邻国家、地区或相邻的不同运营商,结构：,NCC+BCC,NCC,为网络色码，用于识别不同国家（国内区别不同的省）及不同运营商,BCC,为基站色码，由运营部门设定,临时移动用户识别码,TMSI,为了对,IMSI,保密，,IMSI,仅在空中传送一次，便由,VLR,临时给来访移动用户分配一个惟一的,TMSI,号码替代,仅在本地有效 ，当用户离开此,VLR,服务区后释放,TMSI,的更新,国际移动设备识别码,IMEI,用于在国际上惟一地识别一个移动设备，监控被窃或无效的移动设备。,结构（,15,位）：,TAC(6)+FAC(2)+SNR(6)+SP(1),TAC,为型号批准码，由欧洲型号中心分配；,FAC,为工厂装配码，由厂家编码，表示生产厂家及装配地；,SNR,为序号码，由厂家分配；,SP,为备用,IMEI,可在待机状态下按,“,*,#06#,”,读取，读取的,IMEI,码与手机后盖板上的条码标签、外包装上的条码标签应一致,信令,移动台与网络系统之间交换的控制信息,信令通路与话音通路完全分开，移动台,MS,处于空闲状态时也要向系统更新位置信息。,位置更新,1.当移动台开机时，将自己存储的位置区识别码与当前所在小区广播的位置区识别码比较。如果一致，已正确定位；如果不一致，移动台发送自己的,IMSI,及原先和当前位置区的识别码；,2.,BSC,将收到的信息传给相应的,VLR；,位置更新,3.,一个,VLR,服务一个或多个位置区。如果当前和原先的位置区由同一个,VLR,服务，移动台得到一个新的临时移动用户识别码,TMSI，VLR,存储器更新；如果移动台进入一个新的,VLR,区，,HLR,存储器更新、旧的,VLR,删除数据、新的,VLR,增加数据。,固定网用户呼叫移动台,1.呼叫者拨号，呼叫送到,MSC,2.MSC,在,HLR,中查询移动用户当前所在区域的,MSC；,3.,当前所在区域的,MSC,从,VLR,中查询用户的位置,4.用户位置不十分明确时，当前所在区域的,MSC,管理的所有,BSS,寻呼此移动台；寻呼是通过公共控制信道发出,TMSI,实现,5.,移动台收到寻呼向基站发出响应；,固定网用户呼叫移动台,6.基站向,MSC,提供响应信息；,7.,VLR,对被叫的移动台鉴权，并准备业务信道编码；,8.移动台发出振铃，同时呼叫者也得到回铃；,9.被叫移动台回答时，一个业务信道准备好并建立呼入电路的连接。,越区切换,移动台不断测量本小区及16个邻近小区的信号强度,当测量结果表明当前连接的基站的信号变弱时，,MSC、BSC、BTS,协同移动台选择信号好的小区建立新的通信链路，同时释放旧的链路。,鉴权和加密,鉴权是确认移动台,MS,是否合法；,加密是通过密钥将业务信道的话音和数据信息都进行编码，来防止第三者监听。,鉴权和加密的流程,1.移动台请求呼出，,MSC,向,VLR,通知移动台的请求，,VLR,接管鉴权进程。,2.,MSC,询问移动台的,IMSI,并将它传给,VLR。VLR,确定移动台的,HLR，,然后将,IMSI,和自己与当前,MSC,的识别码传给,HLR。HLR,收到用户的,IMSI,后，向鉴权中心请求用户的密钥,Ki，,此密钥保存在移动台和鉴权中心。,鉴权和加密的流程,3.鉴权中心产生随机数,RAND，,利用存储的,Ki,通过算法,A3,和,A8,生成符号响应,SERS,及用于业务信道编码的密钥,Kc。RAND、SERS、Kc,构成移动台的一个三元组，用于以后的加密。这个三元组仅在通信中使用一次，之后便被毁掉。鉴权中心应,MSC/VLR,请求，计算出若干个三元组，并把它们送往,HLR,存储及送往相关的,VLR。VLR,又把它们传送给移动台当前的,MSC。,鉴权和加密的流程,4.,MSC/VLR,向移动台发送鉴权的随机数,RAND，,移动台用该随机数计算出响应,SRES，,回送给,MSC/VLR。,移动台同时用算法,A5,和,Kc,进行话音编码。,VLR,比较移动台的响应,SRES,和鉴权中心的,SRES，,如果一致，鉴权结束。,VLR,分配一个,TMSI,给移动台。移动台接收并记录下此,TMSI。,移动台保持在同一,VLR,区中时，所有的传输都使用同一个,TMSI。,基站用,A5,算法进行话音解码，并将解码的话音和数据信号传送给,MSC。,鉴权原理图,加密原理图,GSM,关键,技术,频段和带宽分配,业务和控制信道,编码技术,调制和解调,时延要求,数据交织,跳频,间断传输,DTX,RF,功率控制,频段和,带宽分配,GSM,系列主要有,GSM900,、,DCS1800,和,PCS1900,，主要区别是工作频段的差异。,目前我国主要的两大,GSM,系统为,GSM 900,及,DCS1800,：,每信道频宽,200kHz,；,每个载波频道在同一小区内对不同用户进行,TDMA,，按每帧长,4.165ms,分为,8,个时隙；,每个时隙是一个用户占用的一个物理信道；,上行（移动台发、基站收）和下行（基站发、移动台收）组成一频率对，供一个用户使用,频段和,带宽分配,GSM900,系统,频谱较低，波长较长，穿透力较差，但传送的距离较远，小区半径,35km,移动台发射功率较强（最大功率是,8W,，一般的手机最大功率是,2W,），耗电量较大，因此待机时间较短,使用两个,25MHz,频段，分别,124,个,(1 124),可用的上行和下行载波，双工间隔,45MHz,：,上行链路,890 915MHz,下行链路,935 960MHz,频段和,带宽分配,DCS1800MHz,系统,频谱较高，波长较短，穿透力佳，但传送的距离短，小区半径,2km,移动台的发射功率较小（手机的最大功率是,1W,），待机时间则相应地较长,使用两个,75MHz,频段，分别,374,个（,512885,）可用的上行和下行载波，双工间隔为,95MHz,上行链路,1710 1785 MHz,下行链路,1805 1880 MHz,几大蜂窝通信系统时间和频率多址方式比较,信道频宽,GSM,：,200kHz,美国：,30kHz,日本：,25kHz,信道数,GSM,：,124,美国：,832,日本：,540,帧长,GSM,：,4.615ms,美国：,40.0ms,日本：,20.0ms,每帧时隙数,GSM,：,8,美国：,3,日本：,6,业务和控制信道,业务信道,(TCH),：传递两类信息,编码的语音,用户数据,控制信道,(CCH),：传递信令信息，分三类,广播控制信道,公共控制信道,专用控制信道,编码技术,GSM,系统是一种数字通信系统，话音或其它信号都要进行数字化处理,我国固定电话系统采用的,PCM,A,律编码，采样速率,8kHz/s,，每个样值用,8,个比特的量化值来表示，数字信号比特速率为,64kbit/s,考虑实际可用的带宽，,GSM,规范中规定载频间隔是,200kHz,因此要把信号保持在规定的带宽内，必需大大地降低每个话音信道的编码的比特率，这就要靠采用低速率话音编码技术来实现,编码技术,为了满足,GSM,系统的窄带通信模式，,GSM,采用三种话音编码技术，即：,速率为,13k,的全速率（,FR,）编码技术：,规则脉冲激励线性预测编码技术（,RPE-LPT,）,最常用,速率为,12.2k,的增强型全速率（,EFR,）编码技术：代数码激励线性预测编码技术（,ACELPT,）,速率为,6.5k,的半速率（,HR,）矢量和激励线性预测编码技术编码方式（,VSELP,）,RPE-LTP,的主要特征,设置若干个脉冲位置固定、幅度变化的脉冲序列作为,RPE,激励序列,选择与话音信号误差最小的一个,RPE,序列，将其参数传输，有效降低传输码率,RPE-LTP,编码结构图,调制和解调,采用调制前高斯滤波的最小频移键控，简称,GMSK ，,从而降低带宽。,时延要求,话音编码的时延越大，话音的质量越好,时延大，通话有回声,全部时延小于等于,80,ms,数据交织,是为对抗突发错误，把数据重新排列和分配的过程。,重排的数据将突发错误分散开，有助于接收端在进行话音恢复时抵抗多径造成的错误,方法：每相邻的两个,20ms,时段产生的话音编码被交织到个时隙中，然后分别在个帧中传送,跳频,按照跳频序列伪随机地改变一个信道频率的技术。,作用：,减少衰落谷点对传输的影响,分离小区内的强干扰,间断传输,DTX,只在有话音时才打开发射机传输，减少空中干扰，提高系统容量,RF,功率控制,为了将移动台的发送功率降到能满足最低质量的要求，以降低共道干扰电平，在基站和移动台之间使用了,RF,功率控制,MS,有改变发送功率的能力，可将发送功率从最大值以,2dB,为步长递减到,20mW,基站计算,MS,需要的,RF,功率电平，并以,4bit,长的数字指令发送给相对应的移动台,GSM,系统特点,防盗拷能力佳,网络容量大,手机号码资源丰富,通话清晰,稳定性强不易受干扰,信息灵敏,通话死角少,手机耗电量低,CDMA,系统,CDMA,原理,CDMA,工作频带,CDMA,关键技术,CDMA,技术特点,CDMA,系统提供的电信业务,CDMA,原理,在,CDMA,中，每个比特时间分成,m,个码片，每个站分配一个惟一的,m,比特码序列。,当某站欲发送,“,1,”,时，它就在信道中发送它的码序列；,当某站欲发送,“,0,”,时，它就在信道中发送它的码序列的反码；,多个站同时发送时，信号在信道中被线性叠加。,发送站所占用的频带带宽提高到原来数据的,m,倍,CDMA,原理,码序列的性质：不同的码序列之间是相互正交的，即假如有,S,和,T,两个码序列，,S,和,T,表示各自码序列的反码，则应有如下关系式：,S,T=0S,T=0,S,S=1S,S=-1,例如：,S=,（,-1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 -1,）,T=,（,-1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1,）,CDMA,工作频带,国际上通行的可在,CDMA,个人通信系统中使用的频段,800MHz,900MHz,1.8GHz,1.9GHz,2.2GHz,2.4GHz,这些频段的大气传播特性、城市传播特性各不相同,CDMA,工作频带,800MHz,900 MHz,频段适合应用于工作小区较大的蜂窝移动通信系统,1.8GHz,1.9GHz,频段不如,800MHz,900 MHz,理想，但仍有较好的传播特性，比较适合较小区、微小区的个人通信系统,2.2GHz,2.4GHz,频段的传播特性比较适合于给定小区，在,CDMA,无线用户终端系统中应用,中国2G频率资源分配情况,移动,GSM,共使用频率资源,34M,对：,900,频段为,885-909,，,930-954,；,1800,频段为,1710-1720,，,1805-1815,；,联通,GSM,共使用频率资源,16M,对：,900,频段为,909-915,，,954-960,；,1800,频段为,1745-1755,，,1840-1850,；,电信,CDMA,共使用频率资源,4M,对：,上行为,821,825MHz,，,下行为,866,870MHz,CDMA,关键技术,扩频,信道编码技术,功率控制,RAKE,接收技术,软切换,扩频,CDMA,给每一用户分配的码序列（扩频码）的带宽远大于所承载信息的信号的带宽，编码过程扩展了信号的频谱，所以也称为扩频调制，其所产生的信号也称为扩频信号。,所传信号的带宽,Bt,与信息带宽,Bi,之比称为扩频系统的处理增益,Gp,Gp=Bt,Bi,扩频信号的的性能,由于扩频信号扩展了信号的频谱，所以它具有一系列不同于窄带信号的性能,抗干扰的能力,抗衰落能力,低载干比，隐蔽性,抗截获的能力,多址能力,扩频调制方式,CDMA,按照其采用的扩频调制方式的不同，可分为,直接序列扩频（,DS,）,跳频扩频（,FH,）,跳时扩频（,TH,）,复合式扩频,直接序列扩频（,DS-SS,）发射机和接收机结构图,信道编码技术,cdma,信道合成了三种不同的扩频序列以实现信息传递安全、稳定和独立行,扩频序列,A,沃尔什码（,Walsh Codes,）,扩频序列,B,和,C,伪随机序列,PN,码,（,Pseudorandom Noise,）,沃尔什码（,Walsh Codes,）,沃尔什函数是相互正交（,Mutual Orthogonality,）的，以保证用户信号正交。理论上，如果在多址信道中信号是相互正交的，那么多址干扰可以减少至零。,实际上由于多径信号和来自其他小区的信号与所需信号是不同步的，共信道干扰不会为零。,异步到达的延迟和衰减的多径信号与同步到达的原始信号不是完全正交的，这些信号就带来了干扰。,来自其他小区的信号也不是同步或正交的，这也会导致干扰发生。,沃尔什序列在前向链路中用于复用目的，用来区分信道；在反向链路中，沃尔什码仅用作正交调制码。,PN,码,CDMA,系统中，伪随机序列（,PN,）用于数据的加扰和扩谱调制。,在传送数据之前，把数据序列转化成,“,随机的,”,，类似于噪声的形式，从而实现数据加扰。接收机再用,PN,码把被加扰的序列恢复成原始数据序列。,目前的,CDMA,系统采用一种基本的,PN,序列,m,序列作为地址码，利用它的不同相位来区分不同用户,可变速率编码器,使用不同速率的编码器可以得到不同等级的服务质量。,随着话音激活因子的不同而变化，提高系统容量,功率控制,CDMA,在蜂窝系统中的应用几乎与,GSM,同时被提出，但一直没有得到重视，主要原因在于,CDMA,的蜂窝系统必须具有高速、精确的功率控制要求，否则整个系统难以理想地工作甚至出现系统崩溃。,QUALCOMM,（高通）公司解决了这一难题后，使得,CDMA,码分多址技术应用于蜂窝移动通信成为可能，由此拉开了,CDMA,数字蜂窝移动通信系统蓬勃发展的序幕。,功率控制,主要是通过测量移动台和基站的接收功率，利用开环和闭环相结合的功率控制方式，调整移动台发射功率，使移动台输出的功率电平在维持适当性能的情况下达到最小。一方面减轻了对其他用户的干扰，减少对小区以外的干扰；同时有助于克服衰落（,“,远近效用,”,），使靠近基站的移动台的到达功率与在小区边界的移动台的到达功率相同。,功率控制分为,前向功率控制,前向指从基站到移动台,反向功率控制,仅由移动台参与的开环功率控制,移动台、基站同时参与的闭环功率控制,前向功率控制,基站根据测量结果调整每个移动台的发射功率，其目的是对路径衰落小的移动台分派较小的前向链路功率，而对那些远离基站的和误码率高的移动台分派较大的前向链路功率。,反向开环功率控制（一）,移动台根据在小区中接受功率的变化，调节移动台发射功率以达到所有移动台发出的信号在基站时都有相同的功率。它主要是为了补偿阴影、拐弯等效应，所以它有一个很大的动态范围，根据,IS,95,标准，它至少应该达到正负,32dB,的动态范围,反向闭环功率控制（二）,基站对移动台的开环功率估计迅速做出纠正，以使移动台保持最理想的发射功率。,RAKE,（分集合并）接收技术,在移动通信中，由于城市建筑物和地形地貌的影响，电波传播必然会出现不同路径和时延，使接收信号出现起伏和衰落，即移动通信信道是一种多径衰落信道,RAKE,接收技术就是分别接收每一路的信号进行解调，然后叠加输出达到增强接收效果的目的，这里多径信号不仅不是一个不利因素，而且在,CDMA,系统变成一个可供利用的有利因素,RAKE,（分集合并）接收技术,CDMA,系统采用两种,RAKE,接收方法：,空间分集：基站使用有一定间隔的两组天线，分别接收来自不同方向的信号，独立处理，最后合并解调,时间分集：移动台让接收信号通过相关延迟为,D,的逐次延迟相关器，延迟间隔,D,为扩频码码元宽或大于码元宽，不同的延迟相关输出结果对应不同路径的信号，选其最大输出的前几个做合并，实现,RAKE,接收。,软切换,采用了移动台辅助的软切换。在切换过程中，移动用户与原基站和新基站都保持着通信链路，可同时与两个（或多个）基站通信，然后才断开与原基站的链路，而保持与新基站的通信链路。,通过软切换可以实现无缝切换，保证了通话的连续性，减少了掉话的可能性。,处于切换区域的移动台通过分集接收多个基站的信号，可以减低自身的发射功率，从而减少了对周围基站的干扰，这样有利于提高反向联路的容量和覆盖范围,CDMA,技术优势,CDMA,移动通信网是由扩频、多址接入、蜂窝组网和频率再用等几种技术结合而成，含有频域、时域和码域三维信号处理的一种协作，因此它具有比其它系统非常重要的优势。,与,FDMA,和,TDMA,相比，,CDMA,具有许多独特的优点，其中,一部分是扩频通信系统所固有的,一部分是由软切换和功率控制等新的关键技术所带来的。,CDMA,优点,抗干扰性好,抗多径衰落,保密安全性高,同频率可在多个小区内重复使用,所要求的载干比,(C,I),小于,1,容量和质量之间可做权衡取舍,网络规划灵活，扩展简单,CDMA,优点,无需均衡器,没有,TDMA,中的保护时间,容易从模拟向数字过渡,无需,FDMA,和,TDMA,中的信道频率管理,软切换保证移动台在小区间顺利过渡,增大系统的容量，是,GSM,的45倍,手机电池使用寿命延长,CDMA,系统提供的电信业务,用户终端业务,是在用户终端协议互通基础上提供终端间信息传递能力的业务，该类业务包括,电话业务,紧急呼叫业务,短消息业务,语音邮箱业务,CDMA,系统提供的电信业务,承载业务,在两个网络终端接口间的信息传递能力。,CDMA,能陆续向用户提供,120014400bit/s,异步数据,120014400bit/s,分组数据及交替语音,120014400bit/s,数据等承载业务。,CDMA,系统提供的电信业务,补充业务,向用户提供包括补充业务授权、补充业务操作和补充业务应用等功能。包括,呼叫前转,主叫号码识别显示,主叫号码别限制,会议电话,免打扰,三方通话 等,课后复习题,移动通信技术的多址方式有哪几种,?,蜂窝移动通信概念,宏蜂窝小区存在哪些问题？怎样解决？,GSM,系统组成,手机什么时候辐射较大？为什么？,CDMA,基本原理,整理本章出现的技术名词缩写的中英文,