現(xiàn)代通信系統(tǒng)導論-第7章移動通信系統(tǒng)課件

第七章移動通信系統(tǒng)7.1移動通信的定義與特點7.2移動通信系統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)7.3GSM移動通信系統(tǒng)7.4CDMA移動通信系統(tǒng)7.5第三代移動通信系統(tǒng)7.6集群移動通信系統(tǒng)7.7數(shù)字集群移動通信習題第七章移動通信系統(tǒng)7.1移動通信的定義與特點17.1移動通信的定義與特點 7.1.1移動通信的特點 1.移動性 2.電波傳播條件復雜 3.噪聲和干擾嚴重 4.系統(tǒng)和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)復雜7.1移動通信的定義與特點 7.1.1移動通信的特點2 7.1.2移動通信的分類 隨著移動通信應用范圍的不斷擴大,移動通信系統(tǒng)的類型越來越多,其分類方法也多種多樣。 1.按設備的使用環(huán)境分類 2.按服務對象分類 3.按系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)分類 (1)集群移動通信。 (2)蜂窩移動通信。 (3)衛(wèi)星移動通信。 (4)無繩電話系統(tǒng)。 7.1.2移動通信的分類3 7.1.3移動通信的工作方式 按通話狀態(tài)和頻率使用方法可將移動通信的工作方式分為單工制、半雙工制和雙工制三類。 1.單工制 單工制通信系統(tǒng)根據(jù)使用頻率的情況分為同頻單工和異頻單工兩種。圖7-1(a)所示為同頻單工的情況。 雙頻單工是指通信的雙方使用兩個頻率f1和f2,而操作仍采用“按-講”方式,一個頻率用于接收,一個頻率用于發(fā)射,如圖7-1(b)所示。 7.1.3移動通信的工作方式 4圖7-1單工方式(a)同頻單工方式；(b)異頻單工方式圖7-1單工方式5 2.半雙工制 半雙工制是指通信的雙方,有一方(如A方)使用雙工方式,即收發(fā)信機同時工作,且使用兩個不同的頻率f1和f2;而另一方(如B方)則采用雙頻單工方式,即收發(fā)信機交替工作,如圖7-2(a)所示。 3.雙工制 雙工制指通信的雙方,收發(fā)信機均同時工作,即任一方在發(fā)話的同時,也能收聽到對方的話音,無需按壓“按-講”開關(guān),與普通市內(nèi)電話的使用情況類似,操作方便,如圖7-2(b)所示。 2.半雙工制6圖7-2雙工方式(a)半雙工方式；(b)全雙工方式圖7-2雙工方式7 7.1.4移動通信系統(tǒng)的組成 移動通信系統(tǒng)一般由移動臺(MS,MobileStation)、基站(BS,BaseStation)、移動業(yè)務交換中心(MSC,MobileSwitchingCenter)等組成,如圖7-3所示。 7.1.4移動通信系統(tǒng)的組成8圖7-3移動通信系統(tǒng)的組成圖7-3移動通信系統(tǒng)的組成97.2移動通信系統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù) 7.2.1頻率管理與有效利用技術(shù) 1.頻率管理 無線電頻率資源是人類所共有的一種特殊資源,它并非取之不盡用之不竭的,和其他資源相比,它有一些特殊的性質(zhì),例如無線電頻率資源是非消耗性的,用戶只是在某一空間和時間內(nèi)占用,用完之后依然存在,不使用或使用不當都是浪費,這和煤炭、石油等資源的不可再生性是有本質(zhì)上區(qū)別的。其次,電波傳播不分地區(qū)與國界。另外,它還具有時間、空間和頻率的三維特性。7.2移動通信系統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù) 7.2.1頻率管理與有效10 2.無線信道 信道是對無線通信中發(fā)送端和接收端之間的通路的一種形象比喻,對于無線電波而言,它從發(fā)送端傳送到接收端,其間并沒有一個有形的連接,它的傳播路徑不可能只有一條,但是我們?yōu)榱诵蜗蟮孛枋霭l(fā)送端與接收端之間的工作,我們想象兩者之間有一個看不見的道路銜接,把這條銜接通路稱為信道。 3.有效利用技術(shù) (1)信道的窄帶化。這樣可以得到更多的載波信道,可選的一種信道的配置方法如圖7-4所示。

2.無線信道11圖7-4無線信道的配置圖7-4無線信道的配置12 (2)復用技術(shù)。 (3)多址技術(shù)。應用寬帶多址技術(shù),可使一個載波信道上傳輸多個用戶信息,從而增加了系統(tǒng)容量。 7.2.2區(qū)域覆蓋與網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) 任何移動通信網(wǎng)都有一定的服務區(qū)域,無線電波輻射必須覆蓋整個區(qū)域。由VHF和UHF的傳播特性知道,一個基站能在其天線高度的視距范圍內(nèi)為移動用戶提供服務，這樣的覆蓋區(qū)稱為一個無線電區(qū),或簡稱小區(qū)。通信網(wǎng)的服務范圍若很大,或者地形很復雜,則需用幾個小區(qū)才能覆蓋整個服務區(qū)。例如公路、鐵路、海岸等就需用若干個小區(qū)的帶狀網(wǎng)絡才能進行覆蓋,如圖7-5所示。 (2)復用技術(shù)。13圖7-5帶狀網(wǎng)絡圖7-5帶狀網(wǎng)絡14 1.大區(qū)制 所謂大區(qū)是指在一個比較大的區(qū)域中,只用一個基站覆蓋全地區(qū)的,不論是單工或雙工工作,單信道還是多信道,都稱這種組網(wǎng)方式為“大區(qū)制”,以別于后面所稱的小區(qū)制。如圖7-6所示,大區(qū)制的特點是只有一個基站,服務(覆蓋)面積大,因此所需的發(fā)射功率也較大。 1.大區(qū)制15圖7-6大區(qū)制的分集接收圖7-6大區(qū)制的分集接收16 2.小區(qū)制 所謂小區(qū)是相對于大區(qū)而言的,由于大區(qū)制的主要缺點是系統(tǒng)容量不高,為了適合大城市或更大區(qū)域的服務,必須突破這一限制。采用小區(qū)制(CellularSystem)組網(wǎng)方式,可以在有限的頻譜條件下,達到大容量的目的,如圖7-7所示。 2.小區(qū)制17圖7-7小區(qū)制蜂窩網(wǎng)圖7-7小區(qū)制蜂窩網(wǎng)18 7.2.3信令 1.信令的功能及類型 1)信令分類 按照功能的不同,信令可分為以下四種信號: (1)狀態(tài)標志信號,它包括對頻道示閑、示忙的頻道標志,表示用戶摘機、掛機狀態(tài)用的信號標志等。 (2)操作指令信號,這種信號用于啟動某種特定的操作,如使用戶振鈴和向一個方向發(fā)回鈴音的指令,給用戶送撥號音的指令及轉(zhuǎn)頻指令等。

7.2.3信令19 (3)選擇呼叫信號,這種信號用于識別用戶,也稱為本機識別。不同用戶有自己的識別號碼,用以接收選呼及主叫時作為計費依據(jù)等。 (4)撥號信號,這種信號為主叫用戶發(fā)給被叫用戶的地址碼,碼的位數(shù)由編號計劃決定。 2)信令的形式 從信令的形式看,可分為模擬信令和數(shù)字信令兩類。 (1)模擬信令。 模擬信令通常是用話音頻帶(300～3400Hz)內(nèi)的各種單音來表示各種信令。 (3)選擇呼叫信號,這種信號用于識別用戶,也稱為本20 (2)數(shù)字信令。 上面介紹的模擬信令傳輸速度慢,占用設備時間長,容易模仿,也容易由于語音中帶有某些頻率成分而導致誤動作。 2.數(shù)字信令的構(gòu)成與傳輸特點 1)數(shù)字信令構(gòu)成 為便于收端解碼,對所傳輸?shù)臄?shù)字信令必須按一定格式編排。一種典型的數(shù)字信令格式如圖7-8所示。 (2)數(shù)字信令。21圖7-8數(shù)字信令基本格式圖7-8數(shù)字信令基本格式22 (1)前置碼(P),它又稱位同步,用于提供位同步信息,使移動用戶接收機比特同步,并確定每一碼位的起始和終止時刻。為便于收端提取位同步信息,前置碼一般采用1010……間隔碼。 (2)字同步碼(SW),它是信息(報文)的起始位,也稱幀同步。 (3)地址和數(shù)據(jù)碼(A和D),它是要傳送的信息內(nèi)容,通常包括控制、選呼、撥號等信令。不同系統(tǒng)有不同的規(guī)定和位數(shù)。 (4)糾錯碼(SP),糾錯碼與信令共同構(gòu)成糾錯編碼。 2)數(shù)字信令傳輸特點 為了在無線信道上傳輸數(shù)字信令,必須進行調(diào)制。 (1)前置碼(P),它又稱位同步,用于提供位同步信237.3GSM移動通信系統(tǒng) 7.3.1GSM系統(tǒng)概述 GSM系統(tǒng)主要采用了時分多址(TDMA)技術(shù),由此引出了許多不同的特點,并為移動用戶提供廣泛的業(yè)務功能。 1.TDMA的基本概念 時分多址是在一個寬帶的無線載波上,把時間分成周期性的幀,每一幀再分割成若干時隙(不論幀還是時隙都是互不重疊的),每個時隙就是一個通信信道,分配給一個用戶。7.3GSM移動通信系統(tǒng) 7.3.1GSM系統(tǒng)概述24 2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu) GSM移動通信系統(tǒng)是一種典型的基于TDMA的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng),GSM系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖7-9所示,主要由以下功能單元組成: 2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)25圖7-9GSM移動通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖7-9GSM移動通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)26 (1)移動臺(MS,MobileStation)：包括移動設備(ME,MobileEquipment)和用戶識別模塊(SIM,SubscriberIdentityModel)。 (2)基站子系統(tǒng)(BSS,BaseStationSystem)：在一定的無線覆蓋區(qū)中,由移動業(yè)務交換中心(MSC,MobileSwitchingCenter)控制,與MS進行通信的系統(tǒng)設備。 (3)移動交換中心(MSC,MobileSwitchingCenter)：對于位于它管轄區(qū)域中的移動臺進行控制、交換的功能實體。 (4)外來用戶位置寄存器(VLR,VisitorLocationRegister)：

(1)移動臺(MS,MobileStation)：27 (5)本地用戶位置寄存器(HLR,HomeLocationRegister)：管理部門用于移動用戶管理的數(shù)據(jù)庫。每個移動用戶都應在其歸屬位置寄存器注冊登記。 (6)設備識別寄存器(EIR,EquipmentIdentifyRegister)：存儲有關(guān)移動臺設備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，主要完成對移動設備的識別、監(jiān)視、閉鎖等功能。 (7)鑒別中心(AUC,AuthenticationCenter)：認證移動用戶的身份和產(chǎn)生相應鑒權(quán)參數(shù)(隨機數(shù)RAND,符號響應SRES,密鑰Kc)的功能實體。 (8)操作維護中心(OMC,OperationsandMaintenanceCenter)：網(wǎng)絡操作者對全網(wǎng)進行監(jiān)控和操作的功能實體。 (5)本地用戶位置寄存器(HLR,HomeLo28 3.網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) 全國可劃分為若干個移動業(yè)務本地網(wǎng),劃分的原則是長途區(qū)號為2位或3位的地區(qū)為一個移動業(yè)務本地網(wǎng)。 每個移動業(yè)務本地網(wǎng)中應設立一個HLR(必要時可增設HLR,HLR可以是有物理實體的,也可是虛擬的,即幾個移動業(yè)務本地網(wǎng)共用同一個物理實體HLR,HLR內(nèi)部劃分成若干個區(qū)域,每個移動業(yè)務本地網(wǎng)用一個區(qū)域,由一個業(yè)務終端來管理)和一個或若干個移動業(yè)務交換中心(MSC),還可以幾個移動業(yè)務本地網(wǎng)共用一個MSC,如圖7-10所示。 省內(nèi)GSM移動通信網(wǎng)中一般設置兩三個移動匯接局較為適宜,最多不超過四個,每個移動端局至少應與省內(nèi)兩個二級匯接中心相連,如圖7-11所示。 3.網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)29圖7-10移動業(yè)務本地網(wǎng)由幾個長途編號組成的示意圖圖7-10移動業(yè)務本地網(wǎng)由幾個長途編號組成的示意圖30圖7-11省內(nèi)GSM移動通信網(wǎng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖7-11省內(nèi)GSM移動通信網(wǎng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)31 4.識別號碼 GSM網(wǎng)絡是十分復雜的,它包括交換系統(tǒng),基站子系統(tǒng)和移動臺。移動用戶可以與市話網(wǎng)用戶、綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)用戶和其他移動用戶進行接續(xù)呼叫,因此必須具有多種識別號碼。 (1)國際移動用戶識別碼(IMSI,InternationalMobileSubscriberIdentifier)。IMSI的構(gòu)成如下：

4.識別號碼32 (2)臨時用戶識別碼(TMSI,TemporaryMobileStationIdentify)。 (3)國際移動設備識別碼(IMEI,InternationalMobileEquipmentIdentify)。 IMEI的構(gòu)成如下： (2)臨時用戶識別碼(TMSI,Temporary33 (4)移動臺PSTN/ISDN號碼(MSISDN,MobileStationIntegeritedServicesDigitalNetwork)。 MSISDN用于公用交換電信網(wǎng)(PSTN,PublicSwitchedTelephoneNetwork)或綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(ISDN,IntegritedServicesDigitalNetwork)撥向GSM系統(tǒng)的號碼,其構(gòu)成如下: (4)移動臺PSTN/ISDN號碼(MSISDN,M34 (5)移動臺漫游號碼(MSRN,MobileStationRoamingNumber)。 (6)位置區(qū)識別碼(LAI,LocationAreaIdentity)。 LAI用于移動用戶的位置更新。位置識別碼的格式如下： (5)移動臺漫游號碼(MSRN,MobileSta35 (7)小區(qū)全球識別碼(CGI,CellGlobalIdentify)。 (8)基站識別碼(BSIC,BaseStationIdentifyCode)。 7.3.2路由及接續(xù) 1.移動用戶呼叫固定用戶 (1)移動用戶呼叫固定用戶。主叫移動用戶發(fā)起呼叫,如果被呼叫用戶是固定用戶,則系統(tǒng)直接將被呼用戶號碼送入固定網(wǎng)(PSTN,PublicSwitchedTelephoneNetwork),固定網(wǎng)將號碼連接至目的,如圖7-12所示。 (7)小區(qū)全球識別碼(CGI,CellGlobal36圖7-12移動用戶呼叫MSC所在地的固定用戶圖7-12移動用戶呼叫MSC所在地的固定用戶37 (2)移動用戶呼叫外地的固定用戶。始呼MSC分析(0)XYZ。若XYZ與所在XYZ不同,則接至長途局,由PSTN網(wǎng)進行接續(xù),如圖7-13所示。 (2)移動用戶呼叫外地的固定用戶。始呼MSC分析(038圖7-13移動用戶呼叫外地固定用戶圖7-13移動用戶呼叫外地固定用戶39 2.固定用戶呼叫移動用戶(1)固定網(wǎng)的用戶撥打移動用戶的電話號碼。(2)固定電話網(wǎng)(程控交換網(wǎng))交換機分析用戶所撥打的移動用戶的號碼。(3)網(wǎng)關(guān)移動交換中心分析用戶所撥打的移動用戶的號碼。(4)網(wǎng)關(guān)移動交換中心找到當前為被呼移動用戶服務的移動交換中心。(5)被呼用戶所在的移動交換中心產(chǎn)生一個移動臺漫游號碼(MSRN),并給出呼叫路由信息。(6)移動交換中心與被呼叫的用戶所在基站連接,完成呼叫。 2.固定用戶呼叫移動用戶40 3.移動用戶呼叫移動用戶 始發(fā)MSC即為GMSC,查詢被叫移動用戶的路由信息即MSRN移動臺漫游號碼,在移動網(wǎng)中選擇路由。 4.位置更新 由于移動臺經(jīng)常處于運動之中,因此必須將自己的位置登記到歸屬的移動交換局的存儲器中,以便網(wǎng)絡對移動臺的尋呼工作,位置登記也是移動通信網(wǎng)必須具備的功能。 (1)同一基站控制的不同小區(qū)之間的移動。 如圖7-14所示,移動臺從小區(qū)1向小區(qū)2行駛。

3.移動用戶呼叫移動用戶41圖7-14MS從一小區(qū)移動到另一小區(qū)圖7-14MS從一小區(qū)移動到另一小區(qū)42 (2)同一移動交換局控制的不同基站小區(qū)之間的移動。當移動用戶由小區(qū)2向小區(qū)3移動時,這兩個小區(qū)不屬于同一位置區(qū),如圖7-15所示。 (2)同一移動交換局控制的不同基站小區(qū)之間的移動。當43圖7-15MS從一個位置移動到另一個位置圖7-15MS從一個位置移動到另一個位置44 (3)不同移動交換局的基站小區(qū)之間的移動(即漫游時位置更新)。若移動臺是從另一舊的MSC/VLR移動到新的MSC/VLR,則本地局還要通知舊的MSC/VLR進行位置刪除,新的MSC/VLR通知其基站發(fā)出位置更新證實,而舊的MSC/VLR則刪除VLR中該移動臺的漫游位置后,通知本地局位置刪除接收,如圖7-16所示。 (3)不同移動交換局的基站小區(qū)之間的移動(即漫游時位置45圖7-16不同MSC/VLR區(qū)間漫游時位置更新圖7-16不同MSC/VLR區(qū)間漫游時位置更新46 5.移動用戶的激活和分離 移動用戶開機后,空中接口啟動搜索,當接收到頻率校正和同步信息后,鎖定到一個頻率上,該頻率上有廣播信息和可能的尋呼信息。 6.越區(qū)切換 通常,有以下兩個原因引起一個切換: (1)信號的強度或質(zhì)量下降到由系統(tǒng)規(guī)定的一定參數(shù)以下,此時移動臺被切換到信號強度較強的相鄰小區(qū)。 (2)由于某小區(qū)業(yè)務信道容量全被占用或幾乎全被占用,這時移動臺被切換到業(yè)務信道容量較空閑的相鄰小區(qū)。

5.移動用戶的激活和分離47 切換過程可分如下三種情況考慮。 (1)同一BSC的兩個BTS間的切換。在這種情況下,BSC需要建立與新BTS間的鏈路,并在新小區(qū)內(nèi)分配一TCH供MS切換到此小區(qū)后使用,而網(wǎng)絡MSC對這種切換不做進一步了解。由于切換后鄰近小區(qū)發(fā)生了變化,MS必須接收了解有關(guān)新的鄰近小區(qū)的信息。若MS所在的位置區(qū)也變了,那么在呼叫完成后還需進行位置更新,如圖7-17所示。其切換流程如圖7-18所示。 切換過程可分如下三種情況考慮。48圖7-17同一BSC的兩個BTS間的切換圖7-17同一BSC的兩個BTS間的切換49圖7-18同一BSC間的切換流程圖圖7-18同一BSC間的切換流程圖50 (2)同一MSC/VLR業(yè)務區(qū)的不同BSC間的切換。在這種情況下,網(wǎng)路很大程度地參與了切換過程,如圖7-19所示。 (2)同一MSC/VLR業(yè)務區(qū)的不同BSC間的切換。51圖7-19同一MSC/VLR但不同BSC間的切換圖7-19同一MSC/VLR但不同BSC間的切換52圖7-20連接同一MSC的BSC間的切換流程圖圖7-20連接同一MSC的BSC間的切換流程圖53 (3)不同MSC/VLR業(yè)務區(qū)間的切換。 這種切換由于涉及兩個MSC,我們稱切換前MS所處的MSC為服務交換機(MSC1),切換后MS所處的MSC為目標交換機(MSC2),如圖7-21所示。 (3)不同MSC/VLR業(yè)務區(qū)間的切換。54圖7-21不同MSC/VLR交換之間的切換圖7-21不同MSC/VLR交換之間的切換557.4CDMA移動通信系統(tǒng) 7.4.1CDMA系統(tǒng)概述 1.CDMA基本原理 CDMA給每一用戶分配一個惟一的碼序列(擴頻碼),并用它對承載信息的信號進行編碼。 CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的原理如圖7-22所示。7.4CDMA移動通信系統(tǒng) 7.4.1CDMA系統(tǒng)概56圖7-22CDMA擴頻通信系統(tǒng)原理圖7-22CDMA擴頻通信系統(tǒng)原理57 (1)地址碼的選擇。 (2)擴頻碼速率的選擇。 2.CDMA系統(tǒng)的主要優(yōu)點 與FDMA和TDMA相比,CDMA具有許多獨特的優(yōu)點,其中一部分是擴頻通信系統(tǒng)所固有的,另一部分則是由軟切換和功率控制等技術(shù)所帶來的。 (1)地址碼的選擇。58 這些屬性使CDMA比其 他系統(tǒng)有非常重要的優(yōu)勢。 (1)系統(tǒng)容量大。 (2)系統(tǒng)容量的靈活配置。 (3)系統(tǒng)性能質(zhì)量更佳。 (4)頻率規(guī)劃簡單。 (5)延長手機電池壽命。 這些屬性使CDMA比其59 3.CDMA存在的問題 (1)CDMA鑒權(quán)問題。 CDMA標準中已經(jīng)詳細規(guī)定了CDMA鑒權(quán)的場合和需要的參數(shù),但由于網(wǎng)絡現(xiàn)狀,許多系統(tǒng)目前不支持鑒權(quán)功能,許多手機既沒有鑒權(quán)算法也無法輸入。 (2)CDMA國際漫游問題。 7.4.2CDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1.網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) CDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)符合典型的數(shù)字蜂窩移動通信的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),如圖7-23所示。 3.CDMA存在的問題60圖7-23CDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖7-23CDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)61 CDMA系統(tǒng)由三大部分組成: (1)基站子系統(tǒng)含BTS(BaseTransceiverStation,基站收發(fā)信機)和BSC(BaseStationController,基站控制器); (2)交換子系統(tǒng)含MSC、EIR、VLR、HLR、AUC(相應的英文和中文含義與GSM系統(tǒng)相同； (3)移動臺子系統(tǒng)含手持機和車載臺。 基站子系統(tǒng)主要包括兩類設備:基站收發(fā)臺(BTS)和基站控制器(BSC)。 (1)基站收發(fā)臺。 CDMA系統(tǒng)由三大部分組成:62 基站發(fā)射機工作原理是:把由頻率合成器提供的載頻已調(diào)信號,分別經(jīng)濾波進入雙平衡變頻器,并獲得射頻信號,此射頻信號再經(jīng)濾波和放大后進入驅(qū)動級,然后加到功率放大器模塊。功率控制電路采用負反饋技術(shù)自動調(diào)整前置驅(qū)動級或推動級的輸出功率以使驅(qū)動級的輸出功率保持在額定值上。 (2)基站控制器。 基站控制器包括無線收發(fā)信機、天線和有關(guān)的信號處理電路等,是基站子系統(tǒng)的控制部分。主要包括四個部件:小區(qū)控制器(CSC,CellSupervisionControl)、話音信道控制器(VCC,VoiceChannelController)、信令信道控制器(SCC,SignallingChannelController)和用于擴充的多路端接口(EMPI,ExtendedMultiPathInterface)。 基站發(fā)射機工作原理是:把由頻率合成器提供的載頻已調(diào)信63 2.接口標準 在MS、BSS和MSS三大部分中,存在著幾個重要接口 (1)空中接口。 (2)A接口。 (3)Abis接口。 (4)交換子系統(tǒng)內(nèi)部功能實體之間的接口。 CMS功能結(jié)構(gòu)是基于CDMA技術(shù)的,如圖7-24所示。

2.接口標準64圖7-24CDMA功能結(jié)構(gòu)圖7-24CDMA功能結(jié)構(gòu)65 2.服務資源功能 (1)傳輸和同步。傳輸是服務資源組中最重要的功能,傳輸系統(tǒng)模型如圖7-25所示。 2.服務資源功能66圖7-25傳統(tǒng)系統(tǒng)模式框圖圖7-25傳統(tǒng)系統(tǒng)模式框圖67 (2)功率控制。功率控制對無線鏈路性能有很大的影響。功率經(jīng)MS和BTS適當發(fā)送以增大鏈路容量,發(fā)送功率必須盡可能低且足以維持所需的幀誤碼率(FER,FrameErrorRate),圖7-26為功率控制圖。 (2)功率控制。功率控制對無線鏈路性能有很大的影響。68圖7-26功率控制框圖圖7-26功率控制框圖69 3.服務控制和管理功能呼叫控制。 (2)切換。 (3)鑒權(quán)。 (4)定位管理。 (5)資源管理。 (6)OAM管理。 (7)小區(qū)邊界管理。 (8)性能測試。 3.服務控制和管理功能707.5第三代移動通信系統(tǒng) 7.5.13G主要技術(shù)標準 1.WCDMA WCDMA全稱為WidebandCDMA,是基于GSM網(wǎng)發(fā)展出來的3G技術(shù)規(guī)范,是歐洲提出的寬帶CDMA技術(shù),它與日本提出的寬帶CDMA技術(shù)基本相同,目前正在進一步融合。 2.CDMA2000 CDMA2000是由窄帶CDMA(CDMAIS-95)技術(shù)發(fā)展而來的寬帶CDMA技術(shù),由美國主推。7.5第三代移動通信系統(tǒng) 7.5.13G主要技術(shù)標準71 3.TD-SCDMA 7.5.2三個技術(shù)標準的比較 1.雙工模式的比較WCDMA與CDMA2000都是采用FDD(FrequencyDivisionDuplex,頻分數(shù)字雙工)模式,TD-SCDMA則采用TDD(TimeDivisionDuplex,時分數(shù)字雙工)模式。 2.碼片速率與載波帶寬的比較 WCDMA(FDD-DS)采用直接序列擴頻方式,其碼片速率為3.84Mchip/s。

3.TD-SCDMA72 3.天線技術(shù)的比較 智能天線技術(shù)是TD-SCDMA采用的關(guān)鍵技術(shù),已由大唐電信申請了專利,目前WCDMA與CDMA2000都還沒有采用這項技術(shù)。 4.越區(qū)切換技術(shù)的比較 WCDMA與CDMA2000都采用了越區(qū)“軟切換”技術(shù),即當手機發(fā)生移動或是目前與手機通信的基站話務繁忙而使手機需要與一個新的基站通信時,并不先中斷與原基站的聯(lián)系,而是先與新的基站連接后,再中斷與原基站的聯(lián)系,這是經(jīng)典的CDMA技術(shù)。 5.與第二代系統(tǒng)的兼容性的比較 WCDMA由GSM網(wǎng)絡過渡而來,雖然可以保留GSM核心網(wǎng)絡,但必須重新建立WCDMA的接入網(wǎng),并且不可能重用GSM基站。 3.天線技術(shù)的比較73 7.5.3第三代移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 1.初始同步與Rake多徑分集接收技術(shù) CDMA通信系統(tǒng)接收機的初始同步包括PN碼同步,符號同步、幀同步和擾碼同步等。 2.高效信道編譯碼技術(shù) 第三代移動通信的另外一項核心技術(shù)是信道編譯碼技術(shù)。 7.5.3第三代移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)74 目前Turbo碼用于第三代移動通信系統(tǒng)的主要困難體現(xiàn)在以下幾個方面: (1)由于交織長度的限制,無法用于速率較低、時延要求較高的數(shù)據(jù)(包括話音)傳輸; (2)基于MAP的軟判輸出解碼算法所需計算量和存儲量較大,而基于軟判輸出Viterbi的算法所需迭代次數(shù)往往難以保證; (3)Turbo編碼在衰落信道下的性能還有待于進一步研究。 目前Turbo碼用于第三代移動通信系統(tǒng)的主要困難體現(xiàn)在以75 3.智能天線技術(shù) 從本質(zhì)上來說,智能天線技術(shù)是雷達系統(tǒng)自適應天線陣在通信系統(tǒng)中的新應用。由于其體積及計算復雜性的限制,目前僅適應于在基站系統(tǒng)中的應用。 4.多用戶檢測技術(shù) 在傳統(tǒng)的CDMA接收機中,各個用戶的接收是相互獨立進行的。 5.功率控制技術(shù) 在CDMA系統(tǒng)中,由于用戶共用相同的頻帶,且各用戶的擴頻碼之間存在著非理想的相關(guān)特性,用戶發(fā)射功率的大小將直接影響系統(tǒng)的總?cè)萘?因此使得功率控制技術(shù)成為CDMA系統(tǒng)中的最為重要的核心技術(shù)之一。 3.智能天線技術(shù)767.6集群移動通信系統(tǒng) 7.6.1集群移動通信系統(tǒng)的定義 集群通信系統(tǒng)是一種高級移動調(diào)度系統(tǒng),代表著通信體制之一的專用移動通信網(wǎng)發(fā)展方向。 圖7-27為一個典型的集群移動通信系統(tǒng)的框圖。7.6集群移動通信系統(tǒng) 7.6.1集群移動通信系統(tǒng)的77圖7-27集群移動通信系統(tǒng)框圖圖7-27集群移動通信系統(tǒng)框圖78 7.6.2集群移動通信系統(tǒng)的特點共用頻率。 (2)共用設施。 (3)共享覆蓋區(qū)。 (4)共享通信業(yè)務。 (5)分擔費用。 (6)改善服務。

7.6.2集群移動通信系統(tǒng)的特點79 (7)具有調(diào)度指揮功能。 (8)兼容有線通信。 (9)智能化,微機軟件化,增加了系統(tǒng)功能。 (10)具有控制、交換、中繼功能。 7.6.3集群移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) 根據(jù)國內(nèi)外各種資料來看,集群通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)有下列四種方式: (1)單區(qū)、單點、單中心網(wǎng)絡。 (2)單區(qū)、多點、單中心網(wǎng)絡。 (3)多區(qū)、多中心網(wǎng)絡。 (4)多區(qū)、多層次、多中心網(wǎng)絡。 (7)具有調(diào)度指揮功能。80 智慧網(wǎng)單區(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖7-28所示。 智慧網(wǎng)單區(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖7-28所示。81圖7-28智慧網(wǎng)單區(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖圖7-28智慧網(wǎng)單區(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖82 智慧網(wǎng)區(qū)域網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖7-29所示。 智慧網(wǎng)區(qū)域網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖7-29所示。83圖7-29智能網(wǎng)區(qū)域結(jié)構(gòu)示意圖圖7-29智能網(wǎng)區(qū)域結(jié)構(gòu)示意圖84 7.6.4集群移動通信系統(tǒng)的信令 (1)控制信令。 (2)選呼信令。(3)撥號信令。 7.6.4集群移動通信系統(tǒng)的信令857.7數(shù)字集群移動通信 7.7.1數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)的特點 采用數(shù)字通信可進一步發(fā)揮集群通信的優(yōu)點。 1.頻譜利用率高 2.信號抗信道衰落的能力提高 3.保密性好 4.多種業(yè)務服務 5.網(wǎng)絡管理和控制更加有效和靈活7.7數(shù)字集群移動通信 7.7.1數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)86 7.7.2數(shù)字集群移動通信的關(guān)鍵技術(shù) 1.數(shù)字話音編碼 (1)波形編碼是將時間域信號直接變換成數(shù)字代碼,其目的是盡可能精確地再現(xiàn)原來的話音波形。 (2)聲源編碼又稱為參量編碼,它是對信源信號在頻率域或其他正交變換域提取特征參量,并把其變換成數(shù)字代碼進行傳輸。 (3)混合編碼是一種近幾年提出的新的話音編碼技術(shù),它是將波形編碼和參量編碼相結(jié)合而得到的，以達到波形編碼的高質(zhì)量和參量編碼的低速率的優(yōu)點。 7.7.2數(shù)字集群移動通信的關(guān)鍵技術(shù)87 歸納起來,移動通信對數(shù)字語言編碼的要求有如下幾條: ·速率較低,純編碼速率應低于16kb/s; ·在一定編碼速率下話音質(zhì)量應盡可能高; ·編解碼時延應短,應控制在幾十毫秒之內(nèi); ·在強噪聲環(huán)境中,應具有較好的抗誤碼性能,從而保證較好的話音質(zhì)量; ·算法復雜程度適中,應易于在大規(guī)模集成電路上實現(xiàn)。 歸納起來,移動通信對數(shù)字語言編碼的要求有如下幾條:88 2.數(shù)字調(diào)制技術(shù) 數(shù)字調(diào)制技術(shù)應用于集群移動通信需要考慮的因素有: (1)在瑞利衰落條件下誤碼率應盡量低。 (2)占用頻帶應盡量地窄。 (3)盡量用高效率的解調(diào)技術(shù),以降低移動臺的功耗和體積。 (4)使用的C類放大器失真要小。 (5)提供高傳輸速率。 2.數(shù)字調(diào)制技術(shù)89 3.多址方式 數(shù)字通信系統(tǒng)中采用的多址方式有: (1)頻分多址(FDMA)。 (2)時分多址(TDMA,有窄帶TDMA和寬帶TDMA)。 (3)碼分多址(CDMA)。 (4)由頻分多址、時分多址和碼分多址組合而成的混合多址(時分多址/頻分多址TDMA/FDMA、碼分多址/頻分多址CDMA/FDMA等)。 3.多址方式90習題 1.什么叫移動通信？移動通信的特點有哪些? 2.構(gòu)成移動通信的設備主要有哪些? 3.單工通信與雙工通信有什么區(qū)別? 4.移動通信網(wǎng)為什么采用六邊形的小區(qū)覆蓋? 5.數(shù)據(jù)通信中為什么要采用多路復用技術(shù)? 6.我國現(xiàn)行的數(shù)字移動通信系統(tǒng)采用的是什么體制? 7.GSM移動通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是怎樣的?它們的主要功能是什么?習題 1.什么叫移動通信？移動通信的特點有哪些91 8.簡述GSM系統(tǒng)中移動臺位置更新的過程。 9.簡述在同一MSC業(yè)務區(qū)不同BSC間切換的過程。 10.CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)的基本原理是什么? 11.第三代移動通信系統(tǒng)有哪些優(yōu)點? 12.什么是數(shù)據(jù)通信的同步傳輸和異步傳輸? 13.第三代移動通信系統(tǒng)采用了哪些關(guān)鍵技術(shù)? 14.第三代移動通信系統(tǒng)有哪三大標準？ 15.數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)有什么好處? 16.移動通信的主要外部干擾有哪些? 8.簡述GSM系統(tǒng)中移動臺位置更新的過程。92第七章移動通信系統(tǒng)7.1移動通信的定義與特點7.2移動通信系統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)7.3GSM移動通信系統(tǒng)7.4CDMA移動通信系統(tǒng)7.5第三代移動通信系統(tǒng)7.6集群移動通信系統(tǒng)7.7數(shù)字集群移動通信習題第七章移動通信系統(tǒng)7.1移動通信的定義與特點937.1移動通信的定義與特點 7.1.1移動通信的特點 1.移動性 2.電波傳播條件復雜 3.噪聲和干擾嚴重 4.系統(tǒng)和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)復雜7.1移動通信的定義與特點 7.1.1移動通信的特點94 7.1.2移動通信的分類 隨著移動通信應用范圍的不斷擴大,移動通信系統(tǒng)的類型越來越多,其分類方法也多種多樣。 1.按設備的使用環(huán)境分類 2.按服務對象分類 3.按系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)分類 (1)集群移動通信。 (2)蜂窩移動通信。 (3)衛(wèi)星移動通信。 (4)無繩電話系統(tǒng)。 7.1.2移動通信的分類95 7.1.3移動通信的工作方式 按通話狀態(tài)和頻率使用方法可將移動通信的工作方式分為單工制、半雙工制和雙工制三類。 1.單工制 單工制通信系統(tǒng)根據(jù)使用頻率的情況分為同頻單工和異頻單工兩種。圖7-1(a)所示為同頻單工的情況。 雙頻單工是指通信的雙方使用兩個頻率f1和f2,而操作仍采用“按-講”方式,一個頻率用于接收,一個頻率用于發(fā)射,如圖7-1(b)所示。 7.1.3移動通信的工作方式 96圖7-1單工方式(a)同頻單工方式；(b)異頻單工方式圖7-1單工方式97 2.半雙工制 半雙工制是指通信的雙方,有一方(如A方)使用雙工方式,即收發(fā)信機同時工作,且使用兩個不同的頻率f1和f2;而另一方(如B方)則采用雙頻單工方式,即收發(fā)信機交替工作,如圖7-2(a)所示。 3.雙工制 雙工制指通信的雙方,收發(fā)信機均同時工作,即任一方在發(fā)話的同時,也能收聽到對方的話音,無需按壓“按-講”開關(guān),與普通市內(nèi)電話的使用情況類似,操作方便,如圖7-2(b)所示。 2.半雙工制98圖7-2雙工方式(a)半雙工方式；(b)全雙工方式圖7-2雙工方式99 7.1.4移動通信系統(tǒng)的組成 移動通信系統(tǒng)一般由移動臺(MS,MobileStation)、基站(BS,BaseStation)、移動業(yè)務交換中心(MSC,MobileSwitchingCenter)等組成,如圖7-3所示。 7.1.4移動通信系統(tǒng)的組成100圖7-3移動通信系統(tǒng)的組成圖7-3移動通信系統(tǒng)的組成1017.2移動通信系統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù) 7.2.1頻率管理與有效利用技術(shù) 1.頻率管理 無線電頻率資源是人類所共有的一種特殊資源,它并非取之不盡用之不竭的,和其他資源相比,它有一些特殊的性質(zhì),例如無線電頻率資源是非消耗性的,用戶只是在某一空間和時間內(nèi)占用,用完之后依然存在,不使用或使用不當都是浪費,這和煤炭、石油等資源的不可再生性是有本質(zhì)上區(qū)別的。其次,電波傳播不分地區(qū)與國界。另外,它還具有時間、空間和頻率的三維特性。7.2移動通信系統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù) 7.2.1頻率管理與有效102 2.無線信道 信道是對無線通信中發(fā)送端和接收端之間的通路的一種形象比喻,對于無線電波而言,它從發(fā)送端傳送到接收端,其間并沒有一個有形的連接,它的傳播路徑不可能只有一條,但是我們?yōu)榱诵蜗蟮孛枋霭l(fā)送端與接收端之間的工作,我們想象兩者之間有一個看不見的道路銜接,把這條銜接通路稱為信道。 3.有效利用技術(shù) (1)信道的窄帶化。這樣可以得到更多的載波信道,可選的一種信道的配置方法如圖7-4所示。

2.無線信道103圖7-4無線信道的配置圖7-4無線信道的配置104 (2)復用技術(shù)。 (3)多址技術(shù)。應用寬帶多址技術(shù),可使一個載波信道上傳輸多個用戶信息,從而增加了系統(tǒng)容量。 7.2.2區(qū)域覆蓋與網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) 任何移動通信網(wǎng)都有一定的服務區(qū)域,無線電波輻射必須覆蓋整個區(qū)域。由VHF和UHF的傳播特性知道,一個基站能在其天線高度的視距范圍內(nèi)為移動用戶提供服務，這樣的覆蓋區(qū)稱為一個無線電區(qū),或簡稱小區(qū)。通信網(wǎng)的服務范圍若很大,或者地形很復雜,則需用幾個小區(qū)才能覆蓋整個服務區(qū)。例如公路、鐵路、海岸等就需用若干個小區(qū)的帶狀網(wǎng)絡才能進行覆蓋,如圖7-5所示。 (2)復用技術(shù)。105圖7-5帶狀網(wǎng)絡圖7-5帶狀網(wǎng)絡106 1.大區(qū)制 所謂大區(qū)是指在一個比較大的區(qū)域中,只用一個基站覆蓋全地區(qū)的,不論是單工或雙工工作,單信道還是多信道,都稱這種組網(wǎng)方式為“大區(qū)制”,以別于后面所稱的小區(qū)制。如圖7-6所示,大區(qū)制的特點是只有一個基站,服務(覆蓋)面積大,因此所需的發(fā)射功率也較大。 1.大區(qū)制107圖7-6大區(qū)制的分集接收圖7-6大區(qū)制的分集接收108 2.小區(qū)制 所謂小區(qū)是相對于大區(qū)而言的,由于大區(qū)制的主要缺點是系統(tǒng)容量不高,為了適合大城市或更大區(qū)域的服務,必須突破這一限制。采用小區(qū)制(CellularSystem)組網(wǎng)方式,可以在有限的頻譜條件下,達到大容量的目的,如圖7-7所示。 2.小區(qū)制109圖7-7小區(qū)制蜂窩網(wǎng)圖7-7小區(qū)制蜂窩網(wǎng)110 7.2.3信令 1.信令的功能及類型 1)信令分類 按照功能的不同,信令可分為以下四種信號: (1)狀態(tài)標志信號,它包括對頻道示閑、示忙的頻道標志,表示用戶摘機、掛機狀態(tài)用的信號標志等。 (2)操作指令信號,這種信號用于啟動某種特定的操作,如使用戶振鈴和向一個方向發(fā)回鈴音的指令,給用戶送撥號音的指令及轉(zhuǎn)頻指令等。

7.2.3信令111 (3)選擇呼叫信號,這種信號用于識別用戶,也稱為本機識別。不同用戶有自己的識別號碼,用以接收選呼及主叫時作為計費依據(jù)等。 (4)撥號信號,這種信號為主叫用戶發(fā)給被叫用戶的地址碼,碼的位數(shù)由編號計劃決定。 2)信令的形式 從信令的形式看,可分為模擬信令和數(shù)字信令兩類。 (1)模擬信令。 模擬信令通常是用話音頻帶(300～3400Hz)內(nèi)的各種單音來表示各種信令。 (3)選擇呼叫信號,這種信號用于識別用戶,也稱為本112 (2)數(shù)字信令。 上面介紹的模擬信令傳輸速度慢,占用設備時間長,容易模仿,也容易由于語音中帶有某些頻率成分而導致誤動作。 2.數(shù)字信令的構(gòu)成與傳輸特點 1)數(shù)字信令構(gòu)成 為便于收端解碼,對所傳輸?shù)臄?shù)字信令必須按一定格式編排。一種典型的數(shù)字信令格式如圖7-8所示。 (2)數(shù)字信令。113圖7-8數(shù)字信令基本格式圖7-8數(shù)字信令基本格式114 (1)前置碼(P),它又稱位同步,用于提供位同步信息,使移動用戶接收機比特同步,并確定每一碼位的起始和終止時刻。為便于收端提取位同步信息,前置碼一般采用1010……間隔碼。 (2)字同步碼(SW),它是信息(報文)的起始位,也稱幀同步。 (3)地址和數(shù)據(jù)碼(A和D),它是要傳送的信息內(nèi)容,通常包括控制、選呼、撥號等信令。不同系統(tǒng)有不同的規(guī)定和位數(shù)。 (4)糾錯碼(SP),糾錯碼與信令共同構(gòu)成糾錯編碼。 2)數(shù)字信令傳輸特點 為了在無線信道上傳輸數(shù)字信令,必須進行調(diào)制。 (1)前置碼(P),它又稱位同步,用于提供位同步信1157.3GSM移動通信系統(tǒng) 7.3.1GSM系統(tǒng)概述 GSM系統(tǒng)主要采用了時分多址(TDMA)技術(shù),由此引出了許多不同的特點,并為移動用戶提供廣泛的業(yè)務功能。 1.TDMA的基本概念 時分多址是在一個寬帶的無線載波上,把時間分成周期性的幀,每一幀再分割成若干時隙(不論幀還是時隙都是互不重疊的),每個時隙就是一個通信信道,分配給一個用戶。7.3GSM移動通信系統(tǒng) 7.3.1GSM系統(tǒng)概述116 2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu) GSM移動通信系統(tǒng)是一種典型的基于TDMA的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng),GSM系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖7-9所示,主要由以下功能單元組成: 2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)117圖7-9GSM移動通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖7-9GSM移動通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)118 (1)移動臺(MS,MobileStation)：包括移動設備(ME,MobileEquipment)和用戶識別模塊(SIM,SubscriberIdentityModel)。 (2)基站子系統(tǒng)(BSS,BaseStationSystem)：在一定的無線覆蓋區(qū)中,由移動業(yè)務交換中心(MSC,MobileSwitchingCenter)控制,與MS進行通信的系統(tǒng)設備。 (3)移動交換中心(MSC,MobileSwitchingCenter)：對于位于它管轄區(qū)域中的移動臺進行控制、交換的功能實體。 (4)外來用戶位置寄存器(VLR,VisitorLocationRegister)：

(1)移動臺(MS,MobileStation)：119 (5)本地用戶位置寄存器(HLR,HomeLocationRegister)：管理部門用于移動用戶管理的數(shù)據(jù)庫。每個移動用戶都應在其歸屬位置寄存器注冊登記。 (6)設備識別寄存器(EIR,EquipmentIdentifyRegister)：存儲有關(guān)移動臺設備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，主要完成對移動設備的識別、監(jiān)視、閉鎖等功能。 (7)鑒別中心(AUC,AuthenticationCenter)：認證移動用戶的身份和產(chǎn)生相應鑒權(quán)參數(shù)(隨機數(shù)RAND,符號響應SRES,密鑰Kc)的功能實體。 (8)操作維護中心(OMC,OperationsandMaintenanceCenter)：網(wǎng)絡操作者對全網(wǎng)進行監(jiān)控和操作的功能實體。 (5)本地用戶位置寄存器(HLR,HomeLo120 3.網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) 全國可劃分為若干個移動業(yè)務本地網(wǎng),劃分的原則是長途區(qū)號為2位或3位的地區(qū)為一個移動業(yè)務本地網(wǎng)。 每個移動業(yè)務本地網(wǎng)中應設立一個HLR(必要時可增設HLR,HLR可以是有物理實體的,也可是虛擬的,即幾個移動業(yè)務本地網(wǎng)共用同一個物理實體HLR,HLR內(nèi)部劃分成若干個區(qū)域,每個移動業(yè)務本地網(wǎng)用一個區(qū)域,由一個業(yè)務終端來管理)和一個或若干個移動業(yè)務交換中心(MSC),還可以幾個移動業(yè)務本地網(wǎng)共用一個MSC,如圖7-10所示。 省內(nèi)GSM移動通信網(wǎng)中一般設置兩三個移動匯接局較為適宜,最多不超過四個,每個移動端局至少應與省內(nèi)兩個二級匯接中心相連,如圖7-11所示。 3.網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)121圖7-10移動業(yè)務本地網(wǎng)由幾個長途編號組成的示意圖圖7-10移動業(yè)務本地網(wǎng)由幾個長途編號組成的示意圖122圖7-11省內(nèi)GSM移動通信網(wǎng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖7-11省內(nèi)GSM移動通信網(wǎng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)123 4.識別號碼 GSM網(wǎng)絡是十分復雜的,它包括交換系統(tǒng),基站子系統(tǒng)和移動臺。移動用戶可以與市話網(wǎng)用戶、綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)用戶和其他移動用戶進行接續(xù)呼叫,因此必須具有多種識別號碼。 (1)國際移動用戶識別碼(IMSI,InternationalMobileSubscriberIdentifier)。IMSI的構(gòu)成如下：

4.識別號碼124 (2)臨時用戶識別碼(TMSI,TemporaryMobileStationIdentify)。 (3)國際移動設備識別碼(IMEI,InternationalMobileEquipmentIdentify)。 IMEI的構(gòu)成如下： (2)臨時用戶識別碼(TMSI,Temporary125 (4)移動臺PSTN/ISDN號碼(MSISDN,MobileStationIntegeritedServicesDigitalNetwork)。 MSISDN用于公用交換電信網(wǎng)(PSTN,PublicSwitchedTelephoneNetwork)或綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(ISDN,IntegritedServicesDigitalNetwork)撥向GSM系統(tǒng)的號碼,其構(gòu)成如下: (4)移動臺PSTN/ISDN號碼(MSISDN,M126 (5)移動臺漫游號碼(MSRN,MobileStationRoamingNumber)。 (6)位置區(qū)識別碼(LAI,LocationAreaIdentity)。 LAI用于移動用戶的位置更新。位置識別碼的格式如下： (5)移動臺漫游號碼(MSRN,MobileSta127 (7)小區(qū)全球識別碼(CGI,CellGlobalIdentify)。 (8)基站識別碼(BSIC,BaseStationIdentifyCode)。 7.3.2路由及接續(xù) 1.移動用戶呼叫固定用戶 (1)移動用戶呼叫固定用戶。主叫移動用戶發(fā)起呼叫,如果被呼叫用戶是固定用戶,則系統(tǒng)直接將被呼用戶號碼送入固定網(wǎng)(PSTN,PublicSwitchedTelephoneNetwork),固定網(wǎng)將號碼連接至目的,如圖7-12所示。 (7)小區(qū)全球識別碼(CGI,CellGlobal128圖7-12移動用戶呼叫MSC所在地的固定用戶圖7-12移動用戶呼叫MSC所在地的固定用戶129 (2)移動用戶呼叫外地的固定用戶。始呼MSC分析(0)XYZ。若XYZ與所在XYZ不同,則接至長途局,由PSTN網(wǎng)進行接續(xù),如圖7-13所示。 (2)移動用戶呼叫外地的固定用戶。始呼MSC分析(0130圖7-13移動用戶呼叫外地固定用戶圖7-13移動用戶呼叫外地固定用戶131 2.固定用戶呼叫移動用戶(1)固定網(wǎng)的用戶撥打移動用戶的電話號碼。(2)固定電話網(wǎng)(程控交換網(wǎng))交換機分析用戶所撥打的移動用戶的號碼。(3)網(wǎng)關(guān)移動交換中心分析用戶所撥打的移動用戶的號碼。(4)網(wǎng)關(guān)移動交換中心找到當前為被呼移動用戶服務的移動交換中心。(5)被呼用戶所在的移動交換中心產(chǎn)生一個移動臺漫游號碼(MSRN),并給出呼叫路由信息。(6)移動交換中心與被呼叫的用戶所在基站連接,完成呼叫。 2.固定用戶呼叫移動用戶132 3.移動用戶呼叫移動用戶 始發(fā)MSC即為GMSC,查詢被叫移動用戶的路由信息即MSRN移動臺漫游號碼,在移動網(wǎng)中選擇路由。 4.位置更新 由于移動臺經(jīng)常處于運動之中,因此必須將自己的位置登記到歸屬的移動交換局的存儲器中,以便網(wǎng)絡對移動臺的尋呼工作,位置登記也是移動通信網(wǎng)必須具備的功能。 (1)同一基站控制的不同小區(qū)之間的移動。 如圖7-14所示,移動臺從小區(qū)1向小區(qū)2行駛。

3.移動用戶呼叫移動用戶133圖7-14MS從一小區(qū)移動到另一小區(qū)圖7-14MS從一小區(qū)移動到另一小區(qū)134 (2)同一移動交換局控制的不同基站小區(qū)之間的移動。當移動用戶由小區(qū)2向小區(qū)3移動時,這兩個小區(qū)不屬于同一位置區(qū),如圖7-15所示。 (2)同一移動交換局控制的不同基站小區(qū)之間的移動。當135圖7-15MS從一個位置移動到另一個位置圖7-15MS從一個位置移動到另一個位置136 (3)不同移動交換局的基站小區(qū)之間的移動(即漫游時位置更新)。若移動臺是從另一舊的MSC/VLR移動到新的MSC/VLR,則本地局還要通知舊的MSC/VLR進行位置刪除,新的MSC/VLR通知其基站發(fā)出位置更新證實,而舊的MSC/VLR則刪除VLR中該移動臺的漫游位置后,通知本地局位置刪除接收,如圖7-16所示。 (3)不同移動交換局的基站小區(qū)之間的移動(即漫游時位置137圖7-16不同MSC/VLR區(qū)間漫游時位置更新圖7-16不同MSC/VLR區(qū)間漫游時位置更新138 5.移動用戶的激活和分離 移動用戶開機后,空中接口啟動搜索,當接收到頻率校正和同步信息后,鎖定到一個頻率上,該頻率上有廣播信息和可能的尋呼信息。 6.越區(qū)切換 通常,有以下兩個原因引起一個切換: (1)信號的強度或質(zhì)量下降到由系統(tǒng)規(guī)定的一定參數(shù)以下,此時移動臺被切換到信號強度較強的相鄰小區(qū)。 (2)由于某小區(qū)業(yè)務信道容量全被占用或幾乎全被占用,這時移動臺被切換到業(yè)務信道容量較空閑的相鄰小區(qū)。

5.移動用戶的激活和分離139 切換過程可分如下三種情況考慮。 (1)同一BSC的兩個BTS間的切換。在這種情況下,BSC需要建立與新BTS間的鏈路,并在新小區(qū)內(nèi)分配一TCH供MS切換到此小區(qū)后使用,而網(wǎng)絡MSC對這種切換不做進一步了解。由于切換后鄰近小區(qū)發(fā)生了變化,MS必須接收了解有關(guān)新的鄰近小區(qū)的信息。若MS所在的位置區(qū)也變了,那么在呼叫完成后還需進行位置更新,如圖7-17所示。其切換流程如圖7-18所示。 切換過程可分如下三種情況考慮。140圖7-17同一BSC的兩個BTS間的切換圖7-17同一BSC的兩個BTS間的切換141圖7-18同一BSC間的切換流程圖圖7-18同一BSC間的切換流程圖142 (2)同一MSC/VLR業(yè)務區(qū)的不同BSC間的切換。在這種情況下,網(wǎng)路很大程度地參與了切換過程,如圖7-19所示。 (2)同一MSC/VLR業(yè)務區(qū)的不同BSC間的切換。143圖7-19同一MSC/VLR但不同BSC間的切換圖7-19同一MSC/VLR但不同BSC間的切換144圖7-20連接同一MSC的BSC間的切換流程圖圖7-20連接同一MSC的BSC間的切換流程圖145 (3)不同MSC/VLR業(yè)務區(qū)間的切換。 這種切換由于涉及兩個MSC,我們稱切換前MS所處的MSC為服務交換機(MSC1),切換后MS所處的MSC為目標交換機(MSC2),如圖7-21所示。 (3)不同MSC/VLR業(yè)務區(qū)間的切換。146圖7-21不同MSC/VLR交換之間的切換圖7-21不同MSC/VLR交換之間的切換1477.4CDMA移動通信系統(tǒng) 7.4.1CDMA系統(tǒng)概述 1.CDMA基本原理 CDMA給每一用戶分配一個惟一的碼序列(擴頻碼),并用它對承載信息的信號進行編碼。 CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的原理如圖7-22所示。7.4CDMA移動通信系統(tǒng) 7.4.1CDMA系統(tǒng)概148圖7-22CDMA擴頻通信系統(tǒng)原理圖7-22CDMA擴頻通信系統(tǒng)原理149 (1)地址碼的選擇。 (2)擴頻碼速率的選擇。 2.CDMA系統(tǒng)的主要優(yōu)點 與FDMA和TDMA相比,CDMA具有許多獨特的優(yōu)點,其中一部分是擴頻通信系統(tǒng)所固有的,另一部分則是由軟切換和功率控制等技術(shù)所帶來的。 (1)地址碼的選擇。150 這些屬性使CDMA比其 他系統(tǒng)有非常重要的優(yōu)勢。 (1)系統(tǒng)容量大。 (2)系統(tǒng)容量的靈活配置。 (3)系統(tǒng)性能質(zhì)量更佳。 (4)頻率規(guī)劃簡單。 (5)延長手機電池壽命。 這些屬性使CDMA比其151 3.CDMA存在的問題 (1)CDMA鑒權(quán)問題。 CDMA標準中已經(jīng)詳細規(guī)定了CDMA鑒權(quán)的場合和需要的參數(shù),但由于網(wǎng)絡現(xiàn)狀,許多系統(tǒng)目前不支持鑒權(quán)功能,許多手機既沒有鑒權(quán)算法也無法輸入。 (2)CDMA國際漫游問題。 7.4.2CDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1.網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) CDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)符合典型的數(shù)字蜂窩移動通信的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),如圖7-23所示。 3.CDMA存在的問題152圖7-23CDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖7-23CDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)153 CDMA系統(tǒng)由三大部分組成: (1)基站子系統(tǒng)含BTS(BaseTransceiverStation,基站收發(fā)信機)和BSC(BaseStationController,基站控制器); (2)交換子系統(tǒng)含MSC、EIR、VLR、HLR、AUC(相應的英文和中文含義與GSM系統(tǒng)相同； (3)移動臺子系統(tǒng)含手持機和車載臺。 基站子系統(tǒng)主要包括兩類設備:基站收發(fā)臺(BTS)和基站控制器(BSC)。 (1)基站收發(fā)臺。 CDMA系統(tǒng)由三大部分組成:154 基站發(fā)射機工作原理是:把由頻率合成器提供的載頻已調(diào)信號,分別經(jīng)濾波進入雙平衡變頻器,并獲得射頻信號,此射頻信號再經(jīng)濾波和放大后進入驅(qū)動級,然后加到功率放大器模塊。功率控制電路采用負反饋技術(shù)自動調(diào)整前置驅(qū)動級或推動級的輸出功率以使驅(qū)動級的輸出功率保持在額定值上。 (2)基站控制器。 基站控制器包括無線收發(fā)信機、天線和有關(guān)的信號處理電路等,是基站子系統(tǒng)的控制部分。主要包括四個部件:小區(qū)控制器(CSC,CellSupervisionControl)、話音信道控制器(VCC,VoiceChannelController)、信令信道控制器(SCC,SignallingChannelController)和用于擴充的多路端接口(EMPI,ExtendedMultiPathInterface)。 基站發(fā)射機工作原理是:把由頻率合成器提供的載頻已調(diào)信155 2.接口標準 在MS、BSS和MSS三大部分中,存在著幾個重要接口 (1)空中接口。 (2)A接口。 (3)Abis接口。 (4)交換子系統(tǒng)內(nèi)部功能實體之間的接口。 CMS功能結(jié)構(gòu)是基于CDMA技術(shù)的,如圖7-24所示。

2.接口標準156圖7-24CDMA功能結(jié)構(gòu)圖7-24CDMA功能結(jié)構(gòu)157 2.服務資源功能 (1)傳輸和同步。傳輸是服務資源組中最重要的功能,傳輸系統(tǒng)模型如圖7-25所示。 2.服務資源功能158圖7-25傳統(tǒng)系統(tǒng)模式框圖圖7-25傳統(tǒng)系統(tǒng)模式框圖159 (2)功率控制。功率控制對無線鏈路性能有很大的影響。功率經(jīng)MS和BTS適當發(fā)送以增大鏈路容量,發(fā)送功率必須盡可能低且足以維持所需的幀誤碼率(FER,FrameErrorRate),圖7-26為功率控制圖。 (2)功率控制。功率控制對無線鏈路性能有很大的影響。160圖7-26功率控制框圖圖7-26功率控制框圖161 3.服務控制和管理功能呼叫控制。 (2)切換。 (3)鑒權(quán)。 (4)定位管理。 (5)資源管理。 (6)OAM管理。 (7)小區(qū)邊界管理。 (8)性能測試。 3.服務控制和管理功能1627.5第三代移動通信系統(tǒng) 7.5.13G主要技術(shù)標準 1.WCDMA WCDMA全稱為WidebandCDMA,是基于GSM網(wǎng)發(fā)展出來的3G技術(shù)規(guī)范,是歐洲提出的寬帶CDMA技術(shù),它與日本提出的寬帶CDMA技術(shù)基本相同,目前正在進一步融合。 2.CDMA2000 CDMA2000是由窄帶CDMA(CDMAIS-95)技術(shù)發(fā)展而來的寬帶CDMA技術(shù),由美國主推。7.5第三代移動通信系統(tǒng) 7.5.13G主要技術(shù)標準163 3.TD-SCDMA 7.5.2三個技術(shù)標準的比較 1.雙工模式的比較WCDMA與CDMA2000都是采用FDD(FrequencyDivisionDuplex,頻分數(shù)字雙工)模式,TD-SCDMA則采用TDD(TimeDivisionDuplex,時分數(shù)字雙工)模式。 2.碼片速率與載波帶寬的比較 WCDMA(FDD-DS)采用直接序列擴頻方式,其碼片速率為3.84Mchip/s。

3.TD-SCDMA164 3.天線技術(shù)的比較 智能天線技術(shù)是TD-SCDMA采用的關(guān)鍵技術(shù),已由大唐電信申請了專利,目前WCDMA與CDMA2000都還沒有采用這項技術(shù)。 4.越區(qū)切換技術(shù)的比較 WCDMA與CDMA2000都采用了越區(qū)“軟切換”技術(shù),即當手機發(fā)生移動或是目前與手機通信的基站話務繁忙而使手機需要與一個新的基站通信時,并不先中斷與原基站的聯(lián)系,而是先與新的基站連接后,再中斷與原基站的聯(lián)系,這是經(jīng)典的CDMA技術(shù)。 5.與第二代系統(tǒng)的兼容性的比較 WCDMA由GSM網(wǎng)絡過渡而來,雖然可以保留GSM核心網(wǎng)絡,但必須重新建立WCDMA的接入網(wǎng),并且不可能重用GSM基站。 3.天線技術(shù)的比較165 7.5.3第三代移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 1.初始同步與Rake多徑分集接收技術(shù) CDMA通信系統(tǒng)接收機的初始同步包括PN碼同步,符號同步、幀同步和擾碼同步等。 2.高效信道編譯碼技術(shù) 第三代移動通信的另外一項核心技術(shù)是信道編譯碼技術(shù)。 7.5.3第三代移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)166 目前Turbo碼用于第三代移動通信系統(tǒng)的主要困難體現(xiàn)在以下幾個方面: (1)由于交織