移動(dòng)通信系統(tǒng)原理

1、數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)原理數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)原理及工程技術(shù) 20142014年年4 4月月1010日日1 移動(dòng)通信的概念v 1.1 移動(dòng)通信泛指用戶可以在移動(dòng)中進(jìn)行通信的系統(tǒng)。v 1.2 移動(dòng)通信的定義：v 移動(dòng)通信是指移動(dòng)體之間或移動(dòng)體與固定體之間的相互通信（也可解釋為：利用無線信道進(jìn)行移動(dòng)體之間或移動(dòng)體與固體之間的相互通信）。2.1 按服務(wù)對(duì)象劃分 按服務(wù)對(duì)象的不同可分為專用移動(dòng)通信網(wǎng)和公眾移動(dòng)通信網(wǎng)。2.1.1 專用移動(dòng)通信網(wǎng)具有很強(qiáng)的針對(duì)性和閉合性（例如公安、交通、鐵路等系統(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)）2.1.2 公眾移動(dòng)通信網(wǎng)亦稱公用移動(dòng)通信網(wǎng)，即任何人申請(qǐng)并辦理手續(xù)都可使用的移動(dòng)通信網(wǎng)。2.2 按通信體

2、質(zhì)劃分 按通信體質(zhì)分可分為頻分多址（FDMA）移動(dòng)通信、時(shí)分多址（TDMA）移動(dòng)通信、碼分多址（CDMA）移動(dòng)通信。2 移動(dòng)通信的分類v 模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)采用FDMA，現(xiàn)代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)采用TDMA和CDMA為主。v 2.1.3按無線設(shè)備工作方式劃分v 根據(jù)設(shè)備的工作方式的不同，移動(dòng)通信可分為單工、雙工和準(zhǔn)（半）雙工三種方式。v 2.1.3.1單工方式v 單工方式亦稱單頻單工方式，即接收和發(fā)送使用同一頻率。因?yàn)槭褂猛活l率，所以接收和發(fā)送不能同時(shí)進(jìn)行。v 2.1.3.2雙工方式v 雙工方式亦稱異頻雙工方式，即接收和發(fā)送使用不同頻率，任何一方在發(fā)話的同時(shí)都能收到對(duì)方的講話。2 移動(dòng)通信的分類v

3、 對(duì)雙工器（收信機(jī)和發(fā)信機(jī)之間的天線公用裝置）的要求是：隔離度高。一般要求隔離度要大于80dB。自身?yè)p耗小。v 2.1.3.3 準(zhǔn)（半）雙工方式v 接收和發(fā)送可同時(shí)工作。優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)省移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率，缺點(diǎn)是移動(dòng)臺(tái)操作不便。 2 移動(dòng)通信的分類3 移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成v 1 GSM的系統(tǒng)組成v 移動(dòng)臺(tái)（MS）：無線信號(hào)收發(fā)。 基站子系統(tǒng)（BSS）：負(fù)責(zé)無線發(fā)送、接收和無線資源管理。（BSS包括基站收發(fā)信臺(tái)BTS和基站控制器BSC）v MS移動(dòng)終端（移動(dòng)終端（ME）信號(hào)處理、信號(hào)發(fā)送信號(hào)處理、信號(hào)發(fā)送用戶識(shí)別模塊（SIM） 用戶參數(shù)永久性：號(hào)碼、密碼、權(quán)限暫時(shí)性：位置BSS基站收發(fā)信臺(tái)（基站收發(fā)信臺(tái)

4、（BTS）信號(hào)收發(fā)處理（使用設(shè)備：收發(fā)信單元、信號(hào)收發(fā)處理（使用設(shè)備：收發(fā)信單元、天饋線）天饋線）基站控制器（BSC）無線信道管理（信道分配，鏈路建立、拆除）、功率控制、切換管理v 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）：NSS具有系統(tǒng)交換功能和數(shù)據(jù)庫(kù)功能。NSS由移動(dòng)業(yè)務(wù)中心（MSC）、歸屬位置寄存器（HLR）、拜訪位置寄存器（VLR）、鑒權(quán)中心（AUC）、設(shè)備識(shí)別寄存器（ELR）和操作維護(hù)中心（OMC）。 v 操作支持子系統(tǒng)（OSS）：OSS的主要功能是移動(dòng)用戶管理、移動(dòng)設(shè)備管理以及網(wǎng)絡(luò)操作和維護(hù)。 用戶用戶位置信息位置信息功能功能HLR本地當(dāng)前MSC地址永久性：IMSI（用戶識(shí)別碼）、KI權(quán)限暫時(shí)性：位置

5、信息、MSC地址VLR來訪位置區(qū)分配MSRN（漫游號(hào)碼）、位置登記LAT（位置區(qū)識(shí)別碼）3 移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成4 移動(dòng)通信的特點(diǎn)及要求v 4.1 移動(dòng)通信的特點(diǎn)v 4.1.1多徑效應(yīng)：v 移動(dòng)臺(tái)的電波傳播因受到高大建筑物的反射、阻擋以及電離層的散射，它所收到的信號(hào)是從許多路徑來的電波的組合，這種現(xiàn)象稱為多徑效應(yīng)。（此效應(yīng)會(huì)使信號(hào)嚴(yán)重衰落）v 4.1.2多普勒效應(yīng)：v 由于移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)而產(chǎn)生的頻率偏移的現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。v 工作頻率越高，運(yùn)動(dòng)速度越快，多普勒效應(yīng)越大。v v 4.1.3 遠(yuǎn)近效應(yīng)v 在運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行的通信，移動(dòng)臺(tái)之間就會(huì)出現(xiàn)近距離移動(dòng)臺(tái)干擾遠(yuǎn)距離移動(dòng)臺(tái)之間通信的現(xiàn)象就稱為遠(yuǎn)近效應(yīng)

6、。v 4.1.4 陰影效應(yīng)v 由于地形起伏和沿途建筑物的不同，接收信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)在大范圍內(nèi)產(chǎn)生衰弱，即地形衰落，亦稱陰影效應(yīng)。v 4.1.5 干擾噪聲大v （1）同頻干擾：相同頻率的重復(fù)使用，簡(jiǎn)稱頻率復(fù)用。它會(huì)造成同頻覆蓋區(qū)域之間電波的相互干擾，將這種相同頻率的重復(fù)使用造成的干擾稱為同頻干擾。v 相同頻率干擾的大小與同頻區(qū)域間的距離成反比。4 移動(dòng)通信的特點(diǎn)及要求v （2）鄰道干擾：（將分配給的可用頻段按等間隔劃分成若干個(gè)可用頻點(diǎn)，每個(gè)頻點(diǎn)都有1個(gè)或2個(gè)相鄰的頻點(diǎn)，稱為相鄰頻道）由于要提高頻率的利用率，相鄰頻道間的距離不會(huì)很大，這樣會(huì)造成相鄰頻道間電波的相互干擾，將這種干擾稱為鄰道干擾。v （3

7、）互調(diào)干擾。v 4.2 對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的要求v 系統(tǒng)的抗衰弱能力強(qiáng)。v 系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)。v 頻帶利用率高。v 具有多種功能（通話、數(shù)據(jù)和圖像傳輸?shù)龋? 移動(dòng)通信的特點(diǎn)及要求第一節(jié) 信道分配技術(shù)v 一 呼損率、話務(wù)量、信道利用和通信概率v 1 呼損率：由于信道限制所造成的呼叫失敗的概率稱為呼損率。v 2 話務(wù)量：衡量電話系統(tǒng)業(yè)務(wù)量大小的度量。v 3 信道利用率：系統(tǒng)信道利用程度的度量。v 信道數(shù)一定時(shí)，完成話務(wù)量越大，信道利用率越高。v 呼損率越小，信道利用率越低。v 二 信道分配：固定信道分配和動(dòng)態(tài)信道分配。（小區(qū)內(nèi)用戶的信道是固定的）第二章 移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)第二節(jié) 信令系統(tǒng)v 一 信令

8、的概念：把一整套由各種控制、操作和應(yīng)答信號(hào)組成的系統(tǒng)成為信令系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱信令。v 對(duì)信令系統(tǒng)的要求：v 1 可靠性好。 2 信令占用時(shí)間段。 v 3 功能齊全。 4 實(shí)現(xiàn)方便。v 5 不干擾電話。 6 與計(jì)算機(jī)接口方便。v 二 信令系統(tǒng)的分類：v 1 按通信方式分：?jiǎn)蜗蛐帕詈碗p向信令v 單向信令：只從基站到移動(dòng)臺(tái)一個(gè)方向上有信令。v 雙向信令：基站到移動(dòng)臺(tái)和移動(dòng)臺(tái)到基站兩個(gè)方向上都有信令。第二節(jié) 信令系統(tǒng)v 三 數(shù)字信令：v 把要傳送的信令以二進(jìn)制編碼的形式組成編碼系統(tǒng)。v 1 N0.7信令系統(tǒng)（國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)公共信道信令（CCS）v NO.7信令系統(tǒng)由信令點(diǎn)（SP）、信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)(STP）和信令鏈

9、路組成。v NO.7信令系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)： 信令傳送速度快。 信息容量大，功能強(qiáng)，具有提高大量信號(hào)的能力。 信道利用率高。 便于維護(hù)和管理、靈活、可靠。 5 降低信令設(shè)備投資。第三節(jié) 編碼技術(shù)v 移動(dòng)通信的編碼技術(shù)包括信源編碼和信道編碼。v 信源編碼是為了提高信息傳輸?shù)挠行?，信道編碼（差錯(cuò)控制碼）是為了提高信息傳輸?shù)目煽啃浴 一 信源編碼v 將信源轉(zhuǎn)化成適于在信道中傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)。v 參量編碼可用實(shí)現(xiàn)低速率語(yǔ)音編碼，比特率低，語(yǔ)音質(zhì)量較差，自然度較低。v 移動(dòng)通信對(duì)語(yǔ)音編碼的要求：編碼速度應(yīng)低于16kb/s。v 混合編碼：將波形編碼和參量編碼組合起來，以參量編碼為基礎(chǔ)，附加一定波形編碼的特性，保持

10、在低速率上得到高質(zhì)量的合成語(yǔ)音。第三節(jié) 編碼技術(shù)v 二 信道編碼：以加入多余的碼元（監(jiān)督碼元）為代價(jià)，換取信息碼元在傳輸中可靠性的提高，即信道編碼的主要作用是進(jìn)行差錯(cuò)控制。v 在移動(dòng)通信中常用的信道編碼是線性分組碼和卷積碼。第四節(jié) 擴(kuò)頻技術(shù)v 擴(kuò)頻技術(shù)的全稱為擴(kuò)展頻譜技術(shù)。v 一 基本概念：1.信號(hào)的頻譜被擴(kuò)寬。2.采用擴(kuò)頻碼序列調(diào)制的方式來展寬信號(hào)頻譜。3.在接收端用相關(guān)解調(diào)來解擴(kuò)。v 二 主要性能指標(biāo)：系統(tǒng)的處理增益和抗干擾容限。v 1 處理增益：也成為擴(kuò)頻增益。定義為擴(kuò)頻信號(hào)的帶寬（擴(kuò)展后的信號(hào)帶寬）與信息帶寬（擴(kuò)展前的帶寬）之比。v 2 抗干擾容限：擴(kuò)頻通信系統(tǒng)能在多大干擾環(huán)境下正常工

11、作的能力。第五節(jié)第五節(jié) 多址接入技術(shù)多址接入技術(shù)v 移動(dòng)通信系統(tǒng)的多址方式分為：頻分多址、時(shí)分多址、碼分多址和空分多址（SDMA）。v 一 頻分多址技術(shù)：v 將可以使用的帶寬分為多個(gè)頻率互不重疊的信道，每個(gè)信道具有一對(duì)頻率，每個(gè)用戶需要通信時(shí)都被分配給一個(gè)信道，該信道的寬度應(yīng)能傳輸一路信息數(shù)據(jù)且相鄰信道之間無明顯串?dāng)_。v 二 時(shí)分多址技術(shù)：v 移動(dòng)通信系統(tǒng)中所有用戶都使用同一射頻帶寬，將一定的秩序分不同時(shí)間發(fā)射。將時(shí)間軸劃分成許多時(shí)隙，不同的用戶使用不用的時(shí)隙，N個(gè)時(shí)隙組成一幀，以幀的形式傳送，達(dá)到共用信道的目的。（發(fā)射和接收不是連續(xù)的）v 三：碼分多址：v 利用擴(kuò)頻通信的多址性，每個(gè)移動(dòng)用戶

12、使用不用的擴(kuò)頻偽隨機(jī)碼，這些偽隨機(jī)碼相互之間是正交或接近正交的，是的每個(gè)用戶之間沒有影響或相互影響極小。第六節(jié)第六節(jié) 移動(dòng)通信交換技術(shù)移動(dòng)通信交換技術(shù)v 一 切換技術(shù)：v 切換是移動(dòng)在移動(dòng)過程中為保持與網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)連接而發(fā)生的，一般情況下，切換由無線測(cè)量、網(wǎng)絡(luò)判斷和系統(tǒng)執(zhí)行三個(gè)步驟組成。v 1 越區(qū)切換和漫游切換v 越區(qū)切換：移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)小區(qū)到另一個(gè)小區(qū)的切換。 v 漫游切換：移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)服務(wù)區(qū)到另一個(gè)服務(wù)區(qū)的切換。 v 2 “硬切換”和“軟切換”v 硬切換：移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)基站覆蓋區(qū)進(jìn)入另一個(gè)基站覆蓋區(qū)時(shí)，先斷掉與原基站的聯(lián)系，再與新進(jìn)入的覆蓋區(qū)基站聯(lián)系（先斷后接）。 v 軟切換：在越區(qū)切換時(shí)，移

13、動(dòng)臺(tái)不斷掉與原基站的聯(lián)系，并同時(shí)與新基站聯(lián)系，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)確認(rèn)與新基站聯(lián)系上后，再斷掉與原基站的聯(lián)系（先接后斷）。CDMA即采用這種技術(shù)。v 二 分集技術(shù)v 分集技術(shù)：利用多條路徑的信號(hào)，在收端選擇其中最好的一路信號(hào)。是克服多徑衰落的一項(xiàng)有效技術(shù)。v 分集技術(shù)可分為：時(shí)間分集，頻率分集，空間分集。v 1 時(shí)間分集：將信源比特分散到不同的時(shí)間段中發(fā)射出去。v 交織就是一種時(shí)間分集方式。交織器的作用是將信源比特分散到不同的時(shí)段中，以減輕衰落帶來的對(duì)重要碼位的同時(shí)干擾。信源比特被分開后，還可以利用信道編碼來減弱信道干擾對(duì)信源比特的影響。v 2 空間分集：利用場(chǎng)強(qiáng)隨空間的隨機(jī)變化實(shí)現(xiàn)的。第七節(jié) 天線技術(shù)v

14、 天線：天線是用來完成輻射和接收無線電波的裝置。v 在移動(dòng)通信中將天線分為：基站天線和移動(dòng)臺(tái)天線。v 1 基站天線：v 按照輻射方向分為：全向天線和定向天線。v 2 移動(dòng)臺(tái)天線：v 移動(dòng)臺(tái)天線在不斷移動(dòng)。v 優(yōu)點(diǎn)：1.收發(fā)共用一根天線。2.水平方向內(nèi)天線是無方向的。3.錘子面內(nèi)盡可能抑制角方向的輻射。4.體積小，重量輕。第三章 數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)v 第一節(jié) GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)v GSM系統(tǒng)概述：泛指數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)。v GSM系統(tǒng)特點(diǎn)：v 1.漫游功能。v 2.提供多種業(yè)務(wù)，除了語(yǔ)音業(yè)務(wù)外，還開放各種承載業(yè)務(wù)，補(bǔ)充業(yè)務(wù)和ISDN相關(guān)的業(yè)務(wù)。v 3.GSM具有較好的抗干擾能力和保密能力。v

15、4.越區(qū)切換功能。v 5.GSM具有系統(tǒng)容量大，通話音質(zhì)好。v GSM系統(tǒng)主要參數(shù)：v 頻段：935-960MHz基站發(fā)，移動(dòng)臺(tái)收的頻段v 890-915MHz移動(dòng)臺(tái)發(fā)，基站收的頻段v 頻段寬度：25MHzv 通信方式：全雙工v 信道分配：TDMA每載波8時(shí)隙，全速信道8個(gè)，半速信道16個(gè)v 信道總速率：270.83kb/sv 語(yǔ)音編碼:規(guī)則脈沖激勵(lì)射線性預(yù)測(cè)碼v 數(shù)據(jù)速率：9.6kb/sv GSM系統(tǒng)主要技術(shù)v 1.發(fā)信功率控制。 2.分集接收。 3.跳頻技術(shù)。 v 4.均衡技術(shù)。 5.不連續(xù)發(fā)射DTX。v 移動(dòng)用戶與網(wǎng)外用戶的通信v 出局呼叫：v 1.移動(dòng)臺(tái)向基站請(qǐng)求隨機(jī)接入信道RACH。v 2.MS與M