移动通信课程设计

. . 移 动 通 信 技 术 课 程 设 计 设 计 题 目 ： 移 动 通 信 系 统 发 展 及 其 业 务 能 力 的 探 索 班 级 ： 姓 名 ： 指 导 教 师 ： . . 七 、 答 辩 记 录 ： 答 辩 意 见 及 答 辩 成 绩 答 辩 小 组 教 师 （ 签 字 ） ： 年 月 日 . . 课 题 移 动 通 信 系 统 发 展 及 其 业 务 能 力 的 探 索 设 计 任 务 1. 通 过 市 场 调 研 （ 含 手 机 市 场 、 运 营 商 网 站 、 Internet 上 的 其 它 资 源 网 站 ） 了 解 GSM、 CDMA、 3G 手 机 终 端 的 外 形 、 功 能 、 业 务 、 辐 射 等 ， 结 合 所 学 知 识 ， 了 解 手 机 终 端 的 构 造 原 理 以 及 信 号 的 处 理 流 程 ， 并 作 比 较 和 总 结 阐 述 ； 2. 了 解 从 2G 到 3G 以 及 LTE-Advanced 的 技 术 演 进 路 线 、 网 络 结 构 变 化 等 ， 并 作 分 析 比 较 ； 3. 查 阅 文 献 资 料 ， 总 结 并 阐 述 移 动 通 信 增 值 业 务 的 发 展 历 程 、 市 场 情 况 、 以 及 增 值 业 务 发 展 的 驱 动 力 ； 4. 了 解 并 总 结 阐 述 移 动 增 值 业 务 提 供 的 体 系 结 构 ； 了 解 并 总 结 移 动 通 信 增 值 业 务 的 典 型 行 业 应 用 以 及 发 展 的 主 要 方 向 ； 根 据 自 己 对 移 动 通 信 业 务 的 理 解 ， 提 出 若 干 你 认 为 可 行 的 增 值 业 务 ； 5. 完 成 课 程 设 计 论 文 。 . . 目 录 摘 要 .- 1 - ABSTRACT .- 2 - 1 GSM,CDMA,3G 手 机 .- 3 - 1.1 GSM 手 机 .- 3 - 1.2 CDMA 手 机 .- 3 - 1.2.1 关 于 GSM 和 CDMA 手 机 的 辐 射 问 题 .- 4 - 1.2.2 手 机 安 全 辐 射 标 准 与 手 机 发 射 功 率 .- 5 - 1.3 3G 手 机 .- 6 - 1.4 手 机 结 构 和 原 理 .- 6 - 2 移 动 通 信 技 术 演 进 .- 8 - 2.1 第 二 代 移 动 通 信 技 术 .- 8 - 2.1.1 概 述 .- 8 - 2.1.2 第 二 代 移 动 通 信 技 术 -GSM.- 8 - 2.1.3 第 二 代 移 动 通 信 技 术 -CDMA .- 9 - 2.2 2G 向 3G 的 过 渡 .- 9 - 2.2.1 基 于 GSM 的 演 进 .- 9 - 2.2.2 基 于 CDMA 的 演 进 .- 10 - 2.3 第 三 代 移 动 通 信 系 统 (3G).- 10 - 2.3.1 概 述 .- 10 - 2.3.2 3G 主 要 技 术 标 准 .- 11 - 2.4 现 有 3G 技 术 向 LTE 演 进 的 路 线 .- 15 - 2.4.1 概 述 .- 15 - 2.5 LTE- ADVANCED .- 16 - 2.5.1 概 述 .- 16 - 2.5.2 LTE-Advanced 的 演 进 目 标 .- 17 - 3 移 动 通 信 增 值 业 务 .- 18 - 3.1 移 动 通 信 增 值 业 务 概 述 .- 18 - 3.1.1 移 动 通 信 增 值 业 务 定 义 .- 18 - 3.1.2 移 动 通 信 增 值 业 务 的 分 类 .- 18 - 3.2 移 动 通 信 增 值 业 务 发 展 历 程 .- 20 - 3.2.1 全 球 移 动 通 信 增 值 业 务 发 展 历 程 .- 20 - 3.2.2 我 国 移 动 通 信 增 值 业 务 发 展 历 程 .- 20 - 3.2.3 中 国 移 动 通 信 增 值 业 务 现 状 .- 23 - 3.3 移 动 通 信 增 值 业 务 市 场 分 析 .- 23 - . . 3.4 移 动 通 信 增 值 业 务 发 展 驱 动 力 分 析 .- 26 - 4 移 动 增 值 业 务 体 系 结 构 及 经 典 行 业 应 用 .- 28 - 4.1 移 动 增 值 业 务 提 供 的 体 系 结 构 .- 28 - 4.2 移 动 增 值 业 务 的 应 用 领 域 .- 30 - 4.2.1 移 动 增 值 服 务 市 场 发 展 特 点 .- 30 - 4.2.2 物 流 行 业 应 用 .- 31 - 4.3 移 动 增 值 业 务 发 展 方 向 .- 31 - 4.3.1 基 于 移 动 通 信 网 络 的 传 统 增 值 业 务 .- 31 - 4.3.2 不 使 用 移 动 通 信 网 络 的 移 动 增 值 业 务 .- 33 - 4.4 未 来 的 移 动 业 务 的 展 望 增 值 业 务 .- 34 - 5 总 结 .- 35 - 参 考 文 献 .- 36 - . . 摘要 回顾移动通信的发展历程，可以看出，移动通信业务从单一的话音业务发 展到话音、数据等多种业务，再到话音、数据、视频、多媒体、移动互联网等 业务；随着计算机、微电子、互联网等科学技术的快速进步，移动通信设备从 模拟发展到全数字化；移动通信核心网络从电路交换、分组交换发展到正在向 全 IP 网络演进，同时正向实现不同接入技术之间互联和网络融合的方向发展。 本文介绍了移动通信系统的发展及业务能力的进步。 关键词：G SM； CDMA； 3G； LTE-Advanced； 增 值 业 务 Abstract Review the development process of mobile communications, we can see, mobile communication services from a single voice business to voice, data and other services, to voice, data, video, multimedia, mobile Internet and other services.With computers, microelectronics , the Internet and other rapid progress of science and technology, the mobile communication equipment develop from analog to all digital. Mobile communication core network from circuit switching, packet switching is being developed to evolve to all-IP network, while achieving a positive interconnection between different access technologies and network convergence direction. This article describes the development of mobile communications systems and operational capacity of the progress. Keywords: GSM；CDMA；3G；LTE-Advanced ；Value added service 1 GSM,CDMA,3G 手机 1.1 GSM 手机 目 前 ， 手 机 制 式 主 要 包 括 GSM、 CDMA、 3G 三 种 ， 手 机 自 问 世 至 今 ， 经 历 了 第 一 代 模 拟 制 式 手 机 （ 1G） 、 第 二 代 GSM、 TDMA 等 数 字 手 机 （ 2G） 、 第 2.5 代 移 动 通 信 技 术 CDMA 和 第 三 代 移 动 通 信 技 术 3G。 GSM 数 字 网 :GSM(Global System For Mobile Communication)网 即 全 球 移 动 通 信 系 统 ， 又 称 “全 球 通 ”， 很 多 公 司 参 与 了 标 准 的 制 定 工 作 。 GSM 采 用 的 是 数 字 调 制 技 术 ， 其 关 键 技 术 之 一 是 时 分 多 址 (每 个 用 户 在 某 一 时 隙 上 选 用 载 频 且 只 能 在 特 定 时 间 下 收 信 息 )， GSM 系 统 有 几 项 重 要 特 点 ： 防 盗 能 力 佳 、 网 络 容 量 大 、 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 底 等 。 因 此 其 话 音 清 晰 ， 保 密 容 易 ， 能 提 供 的 数 据 传 输 服 务 较 多 。 GSM 网 能 支 持 的 用 户 数 量 为 模 拟 网 的 1.8-2 倍 。 . . GPRS： GPRS 是 General Packet Radio Service 的 英 文 简 称 ， 中 文 为 通 用 无 线 分 组 业 务 ， 是 一 种 基 于 GSM 系 统 的 无 线 分 组 网 络 ， 提 供 端 到 端 的 、 广 域 的 无 线 IP 连 接 。 相 对 原 来 GSM 的 拨 号 方 式 的 电 路 交 换 数 据 传 送 方 式 ， GPRS 是 分 组 交 换 技 术 ， 具 有 “实 时 在 线 ”、 “按 量 计 费 ”、 “快 捷 登 录 ”、 “高 速 传 输 ”、 “自 如 切 换 ”的 优 点 。 图 1.1 GSM手 机 lenovo E268D 1.2 CDMA 手机 CDMA 手 机 即 采 用 了 CDMA 技 术 的 手 机 。 CDMA (Code Division Multiple Access) 又 称 码 分 多 址 ， 是 在 无 线 通 讯 上 使 用 的 技 术 ， CDMA 允 许 所 有 使 用 者 同 时 使 用 全 部 频 带 (1.2288Mhz)， 且 把 其 他 使 用 者 发 出 讯 号 视 为 杂 讯 ， 完 全 不 必 考 虑 到 讯 号 碰 撞 。 CDMA 中 所 提 供 语 音 编 码 技 术 ， 通 话 品 质 比 目 前 GSM 好 ， 可 把 用 户 对 话 时 周 围 环 境 噪 音 降 低 ， 使 通 话 更 清 晰 。 就 安 全 性 能 而 言 ， CDMA 不 但 有 良 好 认 证 体 制 ， 更 因 其 传 输 特 性 ， 用 码 来 区 分 用 户 ， 防 盗 听 能 力 大 大 增 强 。 Wideband CDMA(WCDMA)宽 带 码 分 多 址 传 输 技 术 ， 为 IMT-2000 重 要 基 础 技 术 ， 将 是 第 三 代 数 字 无 线 通 信 系 统 标 准 之 一 。 图 1.2 CDMA 手机华为 C2829 . . 1.2.1 关 于 GSM 和 CDMA 手 机 的 辐 射 问 题 众 所 周 知 ， 由 于 CDMA (IS-95) 系 统 中 采 用 快 速 的 反 向 功 率 控 制 、 软 切 换 、 语 音 激 活 等 技 术 ， 以 及 IS-95 规 范 对 手 机 最 大 发 射 功 率 的 限 制 ， 使 CDMA 手 机 在 通 信 过 程 中 辐 射 功 率 很 小 而 享 有 绿 色 手 机 的 美 誉 。 但 最 近 有 一 些 报 导 对 绿 色 手 机 提 出 了 质 疑 ， 认 为 GSM 手 机 与 CDMA 手 机 辐 射 相 当 ， 其 基 本 观 点 是 GSM 手 机 只 有 八 分 之 一 的 时 间 产 生 辐 射 ， 因 此 GSM 手 机 与 CDMA 手 机 的 SAR 值 (人 体 单 位 质 量 吸 收 的 射 频 功 率 ) 大 体 相 当 。 1） CDMA 和 GSM 系 统 对 手 机 发 射 功 率 要 求 比 较 目 前 普 遍 使 用 的 GSM 手 机 900MHz 频 段 最 大 发 射 功 率 为 2W (33dBm)， 1800MHz 频 段 最 大 发 射 功 率 为 1W(30dBm)， 同 时 规 范 要 求 ， 对 于 GSM900 和 1800 频 段 ， 通 信 过 程 中 手 机 最 小 发 功 率 分 别 不 能 低 于 5dBm 和 0dBm。 CDMA IS-95A 规 范 对 手 机 最 大 发 射 功 率 要 求 为 0.2W 1W(23dBm 30dBm)， 目 前 网 络 实 际 上 允 许 手 机 的 最 大 发 射 功 率 为 23dBm (0.2W)， 规 范 对 CDMA 手 机 最 小 发 射 功 率 没 有 要 求 。 在 实 际 通 信 过 程 中 ， 在 某 个 时 刻 某 个 地 点 ， 手 机 的 实 际 发 射 功 率 取 决 于 环 境 ， 系 统 对 通 信 质 量 的 要 求 ,语 音 激 活 等 诸 多 因 素 , 实 际 上 就 是 取 决 于 系 统 的 链 路 预 算 。 在 通 常 的 网 络 设 计 和 规 划 中 , 对 于 基 本 相 同 的 误 帧 率 要 求 , GSM 系 统 要 求 到 达 基 站 的 手 机 信 号 的 载 干 比 通 常 为 9dB 左 右 ， 由 于 CDMA 系 统 采 用 扩 频 技 术 , 扩 频 增 益 对 全 速 率 编 码 的 增 益 为 21dB, (对 其 他 低 速 率 编 码 的 增 益 更 大 ), 所 以 对 解 扩 前 信 号 的 等 效 载 干 比 的 要 求 小 于 - 14dB! (CDMA 系 统 通 常 要 解 扩 后 信 号 的 值 为 7dB 左 右 )。 手 机 与 系 统 的 通 信 可 分 为 两 个 阶 段 ， 一 是 接 入 阶 段 ， 二 是 话 务 通 信 阶 段 。 对 于 GSM 系 统 ， 手 机 在 随 机 接 入 阶 段 没 有 进 入 专 用 模 式 以 前 ， 是 没 有 功 率 控 制 的 ， 为 保 证 接 入 成 功 ， 手 机 以 系 统 允 许 的 最 大 功 率 发 射 (通 常 是 手 机 的 最 大 发 射 功 率 )。 在 分 配 专 用 信 道 (SDCCH 或 TCH)后 ， 手 机 会 根 据 基 站 的 指 令 调 整 手 机 的 发 射 功 率 ， 调 整 的 步 长 通 常 为 2dB。 调 整 的 频 率 为 60ms 一 次 。 对 于 CDMA 系 统 ， 在 随 机 接 入 状 态 下 ， 手 机 会 根 据 接 收 到 的 基 站 信 号 电 平 估 计 一 个 较 小 的 值 作 为 手 机 的 初 始 发 射 功 率 , 发 送 第 一 个 Access Probe， 如 果 在 规 定 的 时 间 内 没 有 得 到 基 站 的 应 答 信 息 ， 手 机 会 加 大 发 射 功 率 ， 发 送 第 二 个 Access Probe， 如 果 在 规 定 时 间 内 还 没 有 得 到 基 站 的 应 答 信 息 ， 手 机 会 再 加 大 发 射 功 率 。 这 个 过 程 重 复 下 去 ， 直 到 收 到 基 站 的 应 答 或 者 到 达 设 定 的 最 多 尝 试 次 数 为 止 。 在 通 话 状 态 下 ， 每 1.25ms 基 站 会 向 手 机 发 送 一 个 功 率 控 制 命 令 信 息 ， 命 令 手 机 增 大 或 减 少 发 射 功 率 ,步 长 为 1dB。 可 以 看 出 ， CDMA 系 统 对 手 机 的 发 射 功 率 的 要 求 比 GSM 系 统 对 手 机 发 射 功 的 要 求 要 小 得 多 。 而 GSM 手 机 在 接 入 过 程 中 以 最 大 的 功 率 发 射 ， 在 通 话 过 程 中 功 率 控 制 速 度 较 慢 ， 所 以 手 机 以 大 功 率 发 射 的 机 率 较 大 。 而 CDMA 手 机 独 特 的 随 机 接 入 机 制 和 快 速 的 反 向 功 率 控 制 ， 可 以 使 手 机 平 均 发 射 功 率 维 持 在 一 个 较 低 的 水 平 。 . . 1.2.2 手 机 安 全 辐 射 标 准 与 手 机 发 射 功 率 手 机 辐 射 对 人 体 的 影 响 尚 在 不 断 的 观 察 与 研 究 之 中 , 国 外 有 大 量 相 互 矛 盾 的 研 究 报 告 , 目 前 尚 未 有 全 面 的 科 学 的 结 论 。 目 前 国 际 上 普 遍 采 用 的 标 准 是 SAR 值 (SPECIFIC ABSORPTION RATE)， 它 指 的 是 人 体 单 位 质 量 吸 收 的 射 频 功 率 。 由 于 手 机 在 通 话 时 靠 近 人 的 脑 部 (不 带 耳 机 )， 手 机 辐 射 天 线 与 人 脑 的 距 离 通 常 小 于 15cm。 人 脑 处 于 天 线 辐 射 的 近 场 ， 由 于 人 体 组 织 结 构 的 复 杂 性 ， 理 论 上 计 算 天 线 辐 射 功 率 与 人 体 内 场 强 分 布 的 关 系 非 常 困 难 。 但 根 据 电 磁 场 理 论 ， 在 天 线 结 构 以 及 手 机 和 人 体 相 对 位 置 一 定 的 情 况 下 ， 天 线 输 出 功 率 越 大 ， 在 人 体 内 形 成 的 电 场 强 度 越 高 ， 人 体 吸 收 的 射 频 辐 射 功 率 越 大 。 目 前 测 量 SAR 值 一 个 重 要 方 法 是 使 用 人 体 组 织 等 效 模 型 ， 利 用 探 头 来 测 量 受 射 频 辐 射 的 人 体 内 的 实 际 场 强 值 。 对 SAR 要 求 较 严 的 是 FCC 标 准 ， 对 30MHz-15GHz 频 段 推 荐 了 两 类 辐 射 标 准 ： a. 受 控 制 的 辐 射 极 限 ： 0.4mw/g(人 体 平 均 值 )， 峰 值 8mw/g(对 任 何 1 克 人 体 组 织 平 均 )， 平 均 时 间 6 分 钟 ； b. 非 控 制 的 辐 射 极 限 :0.08mw/g(人 体 平 均 值 ), 峰 值 1.6mw/g(对 任 何 1 克 人 体 组 织 平 均 )， 平 均 时 间 30 分 钟 。 1.33G 手机 3G 手 机 通 俗 地 说 就 是 指 第 三 代 （ The Third Generation） 手 机 。 具 备 强 大 功 能 的 基 础 是 3G 手 机 极 高 的 数 据 传 输 速 度 ， 目 前 的 GSM 移 动 通 信 网 的 传 输 速 度 为 每 秒 9 6KB， 而 第 三 代 手 机 最 终 可 能 达 到 的 数 据 传 输 速 度 将 高 达 每 秒 2MB。 而 为 此 做 支 撑 的 则 是 互 联 网 技 术 充 分 糅 合 到 3G 手 机 系 统 中 ， 其 中 最 重 要 的 就 是 数 据 打 包 技 术 。 3G 手 机 支 持 高 质 量 的 话 音 ， 分 组 数 据 ， 多 媒 体 业 务 和 多 用 户 速 率 通 讯 ， 将 大 大 扩 展 手 机 通 讯 的 内 涵 。 图 1.3 CDMA2000 明 星 手 机 摩 托 罗 拉 XT800 . . 1.4手机结构和原理 1.4.1 手 机 的 结 构 一 部 手 机 从 结 构 上 来 看 ， 大 致 上 可 以 分 为 发 射 机 、 接 收 机 、 控 制 部 分 、 人 机 界 面 及 电 源 系 统 。 1) 控 制 部 分 控 制 部 分 需 要 完 成 对 整 个 系 统 的 控 制 功 能 ,它 包 含 了 将 解 调 制 后 的 信 号 转 化 为 音 频 输 出 ， 将 音 频 经 受 话 器 （ MIC） 输 入 并 送 至 发 射 调 制 器 ； 也 包 含 了 一 个 中 央 处 理 器 ； 并 为 人 机 接 口 电 路 接 供 接 口 ， 当 然 它 还 包 括 有 自 己 的 存 储 器 ， 用 于 存 储 手 机 的 系 统 及 字 库 等 数 据 。 人 机 接 口 用 于 提 供 基 本 的 输 入 输 出 功 能 ， 如 显 示 屏 、 键 盘 等 。 电 源 系 统 则 为 整 个 手 机 的 各 个 电 路 供 电 。 2)接 收 机 的 电 路 结 构 手 机 接 收 到 的 射 频 信 号 很 弱 ， 需 要 对 其 进 行 放 大 才 能 使 用 。 手 机 的 接 收 机 部 分 的 功 能 大 致 上 可 以 归 纳 为 ： 首 先 ， 天 线 收 到 的 信 号 经 过 射 频 滤 波 和 低 噪 声 放 大 器 后 送 至 混 频 电 路 ； 混 频 电 路 将 接 收 到 的 高 频 信 号 转 换 为 中 频 信 号 ， 中 频 信 号 经 中 频 滤 波 、 中 频 放 大 后 ， 进 行 I/Q 解 调 制 ， 最 后 得 到 67.707KHz 的 I/Q 信 号 。 这 个 信 号 将 送 到 控 制 部 分 做 处 理 。 控 制 部 分 对 I/Q 信 号 做 的 处 理 主 要 有 ： GMSK 解 调 制 、 去 分 间 插 入 、 解 密 、 信 道 解 码 ， 最 后 经 PCM 解 码 还 原 为 音 频 信 号 输 出 。 3). 反 射 机 的 电 路 结 构 反 射 机 的 电 路 功 能 则 基 本 与 接 收 机 相 反 。 首 先 受 话 器 （ MIC） 将 语 音 转 化 为 模 拟 电 信 号 ， 这 些 电 信 号 经 过 PCM 编 码 后 变 成 数 字 语 音 信 号 。 然 后 在 控 制 部 分 电 路 中 会 经 过 数 字 音 频 处 理 ， 如 ： 信 道 编 码 、 均 衡 、 加 密 以 及 I/Q 分 离 等 ， 最 后 得 到 I/Q 信 号 。 I/Q 信 号 在 反 射 机 的 中 频 电 路 中 经 过 I/Q 信 号 调 制 ， 将 I/Q 信 号 调 制 在 一 个 中 频 的 信 号 上 ， 中 频 信 号 经 过 频 率 变 换 回 路 ， 得 到 一 个 包 含 发 送 数 据 的 直 流 脉 冲 信 号 ， 这 个 信 号 经 调 制 得 到 最 终 发 射 信 号 。 发 射 信 号 通 过 功 率 放 大 后 经 天 线 发 出 。 4). I/Q 信 号 I/Q 信 号 就 是 控 制 部 分 从 射 频 部 分 接 收 到 的 或 者 是 由 控 制 部 分 向 射 频 部 分 发 送 的 基 带 信 号 ， 频 率 是 67.707KHz。 在 控 制 部 分 需 要 对 I/Q 信 号 完 成 GMSK 调 制 解 调 、 加 解 密 、 信 道 编 码 解 码 等 功 能 ， 也 就 是 完 成 “基 带 处 理 ” 的 功 能 。 5). GSM 模 块 由 于 基 带 处 理 部 分 及 射 频 回 路 的 复 杂 性 ， 不 太 适 合 一 般 的 开 发 人 员 ， 故 使 用 GSM 模 块 开 发 手 机 项 目 会 很 大 程 度 降 低 手 机 开 发 的 难 度 。 因 为 一 个 GSM 模 块 其 实 已 经 完 成 了 手 机 中 射 频 部 分 电 路 的 功 能 、 基 带 处 理 部 分 的 功 . . 能 ， 它 有 自 己 的 CPU、 操 作 系 统 。 开 发 人 员 只 要 通 过 AT 指 令 ， 用 串 口 与 GSM 模 块 上 的 系 统 通 讯 ， 告 诉 GSM 模 块 要 干 什 么 就 好 了 。 图 1.4 手 机 的 结 构 2 移动通信技术演进 2.1 第二代移动通信技术 2.1.1 概 述 随 着 移 动 用 户 的 急 剧 增 长 ， 第 一 代 模 拟 移 动 通 信 的 缺 点 也 越 来 越 多 的 暴 露 出 来 ， 主 要 缺 点 可 以 概 括 为 三 个 ： 第 一 是 频 率 利 用 率 不 高 ， 用 户 受 到 极 大 的 限 制 ， 不 能 满 足 大 城 市 快 速 增 长 的 密 度 容 量 的 要 求 ； 第 二 是 个 各 系 统 技 术 体 制 杂 乱 ， 不 能 实 现 各 网 间 和 国 际 间 的 漫 游 服 务 ； 第 三 是 业 务 单 一 ， 不 能 满 足 数 据 等 新 业 务 的 需 求 。 为 此 ， 从 20 世 纪 80 年 代 中 期 ， 各 国 相 继 推 出 了 第 二 代 蜂 窝 移 动 通 信 系 统 标 准 。 第 二 代 蜂 窝 移 动 通 信 系 统 的 业 务 主 要 集 中 在 语 音 和 低 速 电 路 型 数 据 业 务 上 ， 它 的 出 现 极 大 推 动 了 移 动 通 信 的 发 展 ， 使 移 动 用 户 出 现 了 爆 炸 式 的 增 长 。 下 面 分 别 介 绍 我 国 的 第 二 代 两 大 数 字 移 动 通 信 系 统 ： GSM 和 CDMA IS- 95。 . . 2.1.2 第 二 代 移 动 通 信 技 术 -GSM 1） GSM 系 统 的 主 要 特 点 微 蜂 窝 小 区 结 构 数 字 化 技 术 -语 音 信 号 数 字 化 新 的 调 制 方 式 -GMSK、 QPSK FDMA/TDMA 等 频 谱 利 用 率 高 ， 系 统 容 量 大 便 于 实 现 通 信 安 全 保 密 2） GSM 系 统 的 主 要 技 术 （ 1） TDMA 时 分 多 址 技 术 TDMA 时 分 多 址 是 在 一 个 较 宽 的 载 波 上 把 时 间 分 成 周 期 性 的 帧 ， 每 一 帧 再 分 成 若 干 时 隙 ， 每 个 时 隙 就 构 成 了 一 个 无 线 信 道 ， 分 配 给 每 一 个 移 动 用 户 使 用 。 GSM 系 统 是 在 一 个 200KHz 宽 的 无 线 载 波 上 ， 把 时 间 分 割 成 周 期 为 4.615ms 的 无 线 帧 ， 每 一 帧 再 分 割 成 8 个 时 隙 ， 换 句 话 说 每 一 个 200KHz 宽 的 载 波 上 有 8 个 TDMA 的 无 线 信 道 。 （ 2） 紧 密 频 率 复 用 技 术 根 据 GSM 体 制 的 推 荐 ， GSM 采 用 43 频 率 复 用 方 式 ， 即 每 4 个 基 站 为 一 群 ， 每 个 基 站 分 成 3 个 三 叶 草 形 120 度 扇 形 ， 共 需 12 组 频 率 。 （ 3） 跳 频 技 术 跳 频 是 指 载 波 频 率 在 一 定 宽 度 的 频 带 范 围 内 按 某 种 图 案 （ 跳 频 序 列 ） 进 行 跳 变 ， 跳 频 相 当 于 展 宽 了 频 谱 ， 因 此 是 扩 频 通 信 基 本 技 术 方 式 中 的 一 种 ， 跳 频 有 频 率 分 集 和 干 扰 源 分 集 两 个 作 用 ， 因 此 可 以 提 高 系 统 抗 干 扰 和 抗 衰 落 的 能 力 ， 从 而 改 善 无 线 信 号 传 输 质 量 ， 降 低 误 码 率 。 （ 4） 分 集 技 术 在 移 动 通 信 中 ， 为 了 克 服 由 于 受 地 形 地 物 等 影 响 ， 电 波 传 输 产 生 的 多 径 和 时 延 ， 造 成 无 线 信 号 的 衰 落 而 影 响 通 信 质 量 ， 移 动 通 信 现 在 广 泛 采 用 了 天 线 分 集 接 收 技 术 ， 因 为 它 可 以 有 效 的 减 少 无 线 信 号 衰 落 的 影 响 。 2.1.3 第 二 代 移 动 通 信 技 术 -CDMA 1） CDMA 系 统 的 主 要 特 点 用 户 的 接 入 方 式 采 用 码 分 多 址 （ CDMA） 软 容 量 、 软 切 换 ， 系 统 容 量 大 抗 多 径 衰 落 可 运 用 话 音 激 活 、 分 集 接 收 等 先 进 技 术 2） CDMA 系 统 的 主 要 技 术 . . （ 1） 软 切 换 所 谓 软 切 换 就 是 当 移 动 台 需 要 跟 一 个 新 的 基 站 通 信 时 ， 并 不 先 中 断 与 原 基 站 的 联 系 。 而 以 往 的 系 统 所 进 行 的 都 是 硬 切 换 ， 即 先 中 断 与 原 基 站 的 联 系 ， 再 在 一 指 定 时 间 内 与 新 基 站 取 得 联 系 。 软 切 换 只 能 在 相 同 频 率 的 CDMA 信 道 间 进 行 。 它 在 两 个 基 站 覆 盖 区 的 交 界 处 起 到 了 业 务 信 道 的 分 集 作 用 。 这 样 可 大 大 减 少 由 于 切 换 造 成 的 掉 话 。 （ 2） 功 率 控 制 技 术 相 比 于 带 宽 受 限 的 FDMA 和 TDMA 系 统 ， CDMA 系 统 能 够 提 供 足 够 大 的 系 统 容 量 ， 其 主 要 受 限 于 系 统 所 受 干 扰 ， 降 低 干 扰 可 以 直 接 增 加 系 统 的 通 信 容 量 。 由 于 对 CDMA 系 统 采 用 同 时 同 频 载 波 ， 控 制 各 移 动 台 的 功 率 就 是 实 现 最 大 容 量 的 关 键 ， 可 以 通 过 功 率 控 制 技 术 将 移 动 台 之 间 的 干 扰 减 到 最 小 ， 实 现 信 道 的 最 大 容 量 。 2.2 2G 向 3G 的过渡 2.2.1 基 于 GSM 的 演 进 GSM 网 的 数 据 传 输 速 率 为 9.6kb/s， 向 3G 演 进 的 第 一 步 是 增 强 数 据 传 输 能 力 ， 已 有 两 种 高 速 移 动 数 据 规 范 。 1） HSCSD (High-Speed Circuit-Switched Data) 高 速 电 路 交 换 数 据 业 务 ， 同 时 利 用 4 个 14.4kbps 的 时 隙 以 电 路 交 换 方 式 提 供 57.6kbps 的 信 息 传 输 速 率 。 2） GPRS (General Packet Radio Service) 通 用 分 组 无 线 交 换 业 务 ， 欧 洲 ETSI 建 议 GPRS 分 为 两 个 发 展 阶 段 (即 Phase 1+和 Phase 2+) 2.2.2 基 于 CDMA 的 演 进 1） CDMA 网 络 通 过 第 一 阶 段 无 线 传 输 标 准 （ 1xRTT） 过 渡 到 第 二 阶 段 无 线 传 输 标 准 （ 3xRTT） ， 从 而 实 现 2G 向 3G 的 平 滑 过 渡 。 2） IS-95B 即 CDMA one， 利 用 码 聚 集 (aggregation)技 术 ， 在 一 个 突 发 中 将 8 个 码 道 分 配 给 一 个 高 速 信 道 移 动 台 ， 构 成 一 基 本 码 信 道 ， 系 统 的 数 据 速 率 改 进 到 IS-95B 规 定 的 中 等 数 据 速 率 (MDR)， 即 到 115.2kb/s， IS-95 采 用 的 软 切 换 和 移 动 台 辅 助 的 频 率 间 的 硬 切 换 (MAHO)的 改 进 措 施 也 可 增 加 系 统 容 量 。 3） IS-95C(CDMA 2000 1xRTT)将 达 到 IMT-2000 的 MDR， 是 CDMA one 系 统 容 量 的 两 倍 ， 并 可 增 加 守 候 时 间 。 . . TDMA (IS- 136) GSM PDC CDMAon e GPRS CDMA 2000 1X CDMA2000 3X EDGE TD- SCDMA CDPD WCDMA 2G 3GFirst step into 3G into 3G 图 2.1 2 向 3G 演 进 过 程 示 意 图 2.3 第三代移动通信系统(3G) 2.3.1 概 述 第 三 代 移 动 通 信 系 统 简 称 3G, 是 由 国 际 电 信 联 盟 (ITU)率 先 提 出 并 负 责 组 织 研 究 的 , 采 用 宽 带 码 分 多 址 (CDMA)数 字 技 术 的 新 一 代 通 信 系 统 , 是 近 20 年 来 现 代 移 动 通 信 技 术 和 实 践 的 总 结 和 发 展 。 1） 3G 的 主 要 特 点 支 持 移 动 多 媒 体 业 务 宽 带 CDMA 技 术 高 频 谱 效 率 FDMA/TDMA/CDMA 从 电 路 交 换 到 分 组 交 换 从 媒 体 (media)到 多 媒 体 (Multi-media) 高 保 密 性 全 球 范 围 无 缝 漫 游 系 统 微 蜂 窝 结 构 2） 3G 的 主 流 技 术 WCDMA CDMA 2000 TD-SCDMA 2.3.2 3G 主 要 技 术 标 准 1） WCDMA 图 2.2 WCDMA 系 统 结 构 WCDMA 是 日 本 的 ABIB 向 国 际 电 联 提 供 的 技 术 提 案 ， 它 能 够 在 FDD 和 TDD 两 种 方 式 下 工 作 ， 并 能 与 现 行 的 GSM 系 统 使 用 同 一 时 钟 、 实 现 WCDMA 与 GSM 系 统 手 机 的 双 模 工 作 ， 是 一 种 兼 容 的 系 统 。 当 WCDMA 在 FDD 方 式 下 工 作 时 ， 其 码 片 速 率 为 4.0 MHz/s， 数 据 速 率 可 达 2 Mb/s， WCDMA 的 每 个 载 波 仅 占 UE Uu UTRAN Iu CN . . 5 MHz 带 宽 ， 若 有 15 MHz 的 频 带 就 可 传 送 3 个 载 波 。 为 了 保 证 各 载 波 间 至 少 有 20 kHz 以 上 的 间 隔 ， 15 MHz 内 的 3 个 载 波 所 占 的 带 宽 只 能 在 4.2 5.0 MHz 间 变 动 。 WCDMA 的 越 区 切 换 是 采 用 移 动 台 发 起 的 异 步 软 切 换 方 式 进 行 的 ， WCDMA 的 基 站 之 间 不 需 要 同 步 ， 也 不 需 要 特 别 的 同 步 参 考 源 。 为 了 实 现 软 切 换 ， 基 站 需 要 确 定 在 什 么 时 间 ， 什 么 位 置 为 移 动 台 启 动 软 切 换 算 法 。 WCDMA 的 移 动 台 可 在 同 一 频 率 下 检 测 到 其 他 基 站 与 本 基 站 的 信 号 ， 确 定 它 们 之 间 的 时 间 差 。 检 测 到 的 时 间 信 息 经 由 本 基 站 到 达 新 的 候 选 基 站 ， 候 选 基 站 调 整 它 新 的 专 用 信 道 的 发 射 时 间 ， 即 在 发 送 信 息 的 时 间 上 进 行 调 整 ， 使 不 同 基 站 在 这 个 信 息 比 特 期 间 与 下 行 码 道 同 步 。 在 TDD 方 式 中 ， WCDMA 的 扩 频 增 益 不 变 ， 可 使 用 多 码 传 输 ， 实 现 高 速 数 据 通 信 。 它 的 最 大 特 点 是 具 有 上 行 链 路 的 多 用 户 检 测 技 术 ， 多 用 户 检 测 技 术 可 通 过 测 量 各 用 户 扩 频 码 之 间 的 非 正 交 性 ， 用 矩 阵 求 逆 法 或 迭 代 来 消 除 多 用 户 间 的 相 互 干 扰 。 WCDMA 的 核 心 网 采 取 的 是 由 GSM 的 核 心 网 逐 步 演 进 的 思 路 , 即 由 最 初 的 GSM 的 电 路 交 换 的 一 些 实 体 , 然 后 加 入 GPRS 的 分 组 交 换 的 实 体 , 再 到 最 终 演 变 成 全 IP 的 核 心 网 。 这 样 可 以 保 证 业 务 的 连 续 性 和 核 心 网 络 建 设 投 资 的 节 约 化 。 由 于 WCDMA 的 无 线 接 入 方 式 完 全 不 同 于 GSM 的 TDMA 的 无 线 接 入 方 式 , 因 此 , WCDMA 的 无 线 接 入 网 是 全 新 的 , 需 要 重 新 进 行 无 线 网 络 规 划 和 布 站 。 为 了 体 现 业 务 的 连 续 性 , WCDMA 的 业 务 与 GSM 的 业 务 是 完 全 兼 容 的 。 2） CDMA 2000 （ 1） 系 统 结 构 一 个 完 整 的 CDMA 2000 移 动 通 信 网 络 由 多 个 相 对 独 立 的 部 分 构 成 , 如 图 2.3 所 示 。 其 中 的 三 个 基 础 组 成 部 分 分 别 是 无 线 部 分 、 核 心 网 的 电 路 交 换 部 分 和 核 心 网 的 分 组 交 换 部 分 。 无 线 部 分 由 BSC(基 站 控 制 器 )、 分 组 控 制 功 能 (PCF)单 元 和 基 站 收 发 信 机 (BTS)构 成 ; 核 心 网 电 路 交 换 部 分 由 移 动 交 换 中 心 (MSC)、 访 问 位 置 寄 存 器 (VLR)、 归 属 位 置 寄 存 器 /鉴 权 中 心 (HLR/AC)构 成 ; 核 心 网 的 分 组 交 换 部 分 由 分 组 数 据 服 务 点 /外 部 代 理 (PDSN/FA)、 认 证 服 务 器 (AAA)和 归 属 代 理 (HA)构 成 。 除 了 基 础 组 成 部 分 以 外 , 系 统 还 包 括 各 种 业 务 部 分 , 比 较 典 型 的 业 务 有 以 下 四 种 : 智 能 网 部 分 由 业 务 交 换 点 (SSP)、 业 务 控 制 点 (SCP)和 智 能 终 端 (IP)构 成 ; 短 信 息 部 分 主 要 是 短 信 息 中 心 (MC); 位 置 业 务 部 分 主 要 由 移 动 位 置 中 心 (MPC)和 定 位 实 体 (PDE)构 成 。 另 外 , 还 有 WAP 等 业 务 平 台 。 这 四 个 部 分 构 成 了 当 前 CDMA 2000 网 络 的 主 要 业 务 部 分 。 图 2.3 CDMA 2000 系 统 结 构 IP MSC /SSP SCPIP MPCPDE MC WAPIWF HAPDSN / FA AAA PCF BSCBTS BSC PCFBTS BTS PSTN /ISDN WAP HLR / ACVLR . . CDMA 2000 是 美 国 向 国 际 电 联 提 供 的 IMT-2000 系 统 方 案 之 一 。 它 是 基 于 CDMA one（ IS-95） 系 统 发 展 演 进 而 来 的 ， 它 是 在 原 IS-95 标 准 的 基 础 上 ， 进 一 步 改 进 上 行 链 路 ， 增 设 导 频 信 号 ， 实 现 基 站 的 相 干 接 收 。 当 该 系 统 上 行 链 路 的 传 输 速 率 很 低 （ 小 于 8 kb/s） 时 ， 将 不 再 使 用 分 组 突 发 的 方 式 而 采 用 连 续 信 号 发 射 的 方 式 。 下 行 链 路 也 使 用 与 上 行 链 路 相 同 的 功 率 控 制 技 术 。 由 于 在 CDMA 系 统 中 ， 各 用 户 共 享 相 同 的 频 带 、 且 扩 频 码 之 间 存 在 着 非 理 想 相 关 特 性 ， 因 而 必 须 采 用 功 率 控 制 技 术 。 常 见 的 CDMA 功 率 控 制 技 术 可 分 为 开 环 、 闭 环 和 外 环 功 率 控 制 3 种 类 型 。 CDMA 2000 在 高 速 数 据 传 输 时 ， 使 用 了 Turbo 纠 错 编 码 ， 下 行 发 送 采 用 了 分 集 方 式 ， 并 采 用 了 先 进 的 智 能 天 线 技 术 和 波 束 成 形 技 术 。 智 能 天 线 技 术 是 指 无 线 波 束 可 以 自 动 地 跟 踪 移 动 用 户 信 号 源 并 自 动 地 避 开 干 扰 源 ， 以 使 所 接 收 信 号 的 载 噪 比 （ 载 波 干 扰 之 比 ） 达 到 最 大 。 由 于 智 能 天 线 波 束 窄 ， 这 就 有 效 的 减 少 了 同 一 波 束 内 用 户 的 数 量 ， 从 而 减 少 了 第 三 代 移 动 通 信 系 统 中 多 用 户 干 扰 的 问 题 。 CDMA 2000 采 用 的 是 不 同 射 频 信 道 带 宽 ， 它 可 从 1.2 kb/s 2 Mb/s 甚 至 更 高 的 信 息 速 率 来 传 送 数 据 。 CDMA 2000 的 建 议 射 频 带 宽 是 基 本 信 道 带 宽 (1.25 MHz) 加 上 保 护 频 隙 间 隔 （ 0.45 MHz） 共 计 1.7 MHz， 三 个 基 本 信 道 合 用 时 为 3.75 MHz， 加 上 保 护 频 隙 间 隔 为 5 MHz。 CDMA 2000 系 统 还 可 增 加 为 使 用 6 个 、 9 个 、 12 个 基 本 信 道 ， 其 信 号 带 宽 也 会 相 应 地 提 高 ， 数 据 传 输 速 率 将 会 更 高 。 （ 2） CDMA 2000-1X CDMA 2000-1x（ 单 载 波 方 式 ） 是 CDMA 2000 的 第 一 阶 段 ， 它 在 网 络 部 分 引 入 了 分 组 交 换 方 式 ， 可 支 持 移 动 的 IP 业 务 ， 也 就 是 说 网 络 部 分 可 在 窄 带 CDMA 网 络 的 基 础 上 保 持 电 路 交 换 的 部 分 ， 引 入 分 组 交 换 方 式 ， 分 别 支 持 话 音 和 数 据 业 务 的 传 输 。 系 统 结 构 图 2.4 CDMA 2000-1X 系 统 结 构 由 图 可 见 , 与 IS-95 相 比 , 核 心 网 中 的 PCF 和 PDSN 是 两 个 新 增 模 块 , 通 过 支 持 移 动 IP 协 议 的 A10、 A11 接 口 互 联 , 可 以 支 持 分 组 数 据 业 务 传 输 。 BSCC SDU BSC A1A 2 MSC /VLRCDMA 2000-lXBTS BSCC SDU BSC A8A 9 PCF A3 A7 IS-95-A / BBTS Abis A10 A11 PDSN Internet HLR / AC ANSI-41 PSTNISDN 3G IS-95 Um PCF BSCC SDU PDSN . . 而 以 MSC/VLR 为 核 心