現(xiàn)代通信系統(tǒng)新技術(shù) (第三版) 課件 第5章 移動(dòng)通信

第5章

移動(dòng)通信5.1概述5.2移動(dòng)通信的基本技術(shù)5.3GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)5.4第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)5.5第四代移動(dòng)通信技術(shù)簡(jiǎn)介5.6第五代移動(dòng)通信技術(shù)簡(jiǎn)介5.7正交頻分復(fù)用小結(jié)

5.1概

述

5.1.1移動(dòng)通信的特點(diǎn)移動(dòng)通信是指通信雙方至少有一方在移動(dòng)中或臨時(shí)停留在某非預(yù)定位置進(jìn)行信息傳輸和交換的一種通信手段。與其他通信方式相比，移動(dòng)通信有如下特點(diǎn)：

(1)移動(dòng)通信的電波傳播環(huán)境惡劣。

移動(dòng)通信電波傳播的基本理論模型是超短波在平面大地上直射與反射的矢量合成。分析表明：直射波的擴(kuò)散損耗正比于收/發(fā)距離的平方d2；而光滑地平面上的路徑損耗正比于d4，與頻率無(wú)關(guān)。對(duì)于不同地形和地物上的移動(dòng)通信傳播，必須根據(jù)不同的環(huán)境條件，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析方法來(lái)找出傳播規(guī)律，以得出相應(yīng)的接收?qǐng)鰪?qiáng)預(yù)測(cè)模型。

2)多普勒頻移會(huì)產(chǎn)生附加調(diào)制。由于移動(dòng)臺(tái)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中，因此接收信號(hào)會(huì)有附加的頻率變化，即多普勒頻移fd。fd與移動(dòng)體的移動(dòng)速度有關(guān)，若電波方向與移動(dòng)方向之間的夾角為θ，則有

式中，υ為移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度；λ為信號(hào)工作波長(zhǎng)。若運(yùn)動(dòng)方向面向基站，則fd為正值；反之，fd為負(fù)值。當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)，必須考慮多普勒頻移的影響，而且工作頻率越高，頻移越大。

(3)移動(dòng)通信受干擾和噪聲的影響。移動(dòng)通信網(wǎng)是多頻道、多電臺(tái)同時(shí)工作的通信系統(tǒng)。移動(dòng)臺(tái)工作時(shí)往往會(huì)受到其他電臺(tái)的干擾；同時(shí)，還可能受到天電干擾、工業(yè)干擾和各種噪聲的影響。

(4)頻譜資源緊缺。在移動(dòng)通信中，用戶數(shù)與可利用的頻道數(shù)之間的矛盾特別突出。要解決這一問題，除開發(fā)新頻段外，還應(yīng)該采用頻帶利用率高的調(diào)制技術(shù)。例如，采用窄帶調(diào)制技術(shù)以縮小頻道間隔，在空間域上采用頻率復(fù)用技術(shù)，在時(shí)間域上采用多信道共用技術(shù)等。頻率擁擠是影響移動(dòng)通信發(fā)展的主要因素之一。

(5)建網(wǎng)技術(shù)復(fù)雜。因?yàn)橐苿?dòng)臺(tái)可以在整個(gè)移動(dòng)通信服務(wù)區(qū)域內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)，所以為實(shí)現(xiàn)通信，交換中心必須知道移動(dòng)臺(tái)的位置，為此，需采用“位置登記”技術(shù)；移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)蜂窩小區(qū)駛?cè)肓硪粋€(gè)小區(qū)時(shí)，需進(jìn)行頻道切換(亦稱過境切換)；移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)蜂窩網(wǎng)業(yè)務(wù)區(qū)移入另一個(gè)蜂窩網(wǎng)業(yè)務(wù)區(qū)時(shí)，被訪蜂窩網(wǎng)亦能為外來(lái)用戶提供服務(wù)，這種過程稱為漫游。移動(dòng)通信網(wǎng)為滿足這些要求，必須具有很強(qiáng)的控制功能，如通信的建立和拆除、頻道的控制和分配、用戶的登記和定位以及過境切換和漫游控制。

數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)如下：

(1)頻譜效率高。

(2)容量大。

(3)抗噪性能強(qiáng)。

(4)接口開放。

(5)網(wǎng)絡(luò)管理與控制靈活。

(6)安全性能好。

(7)業(yè)務(wù)范圍廣。

5.1.2移動(dòng)通信的分類

1．按設(shè)備的使用環(huán)境分類

按設(shè)備的使用環(huán)境，移動(dòng)通信主要有陸地移動(dòng)通信、海上移動(dòng)通信和航空移動(dòng)通信3種類型。作為特殊使用環(huán)境，還有地下隧道/礦井、水下潛艇、太空航天等移動(dòng)通信。

2．按服務(wù)對(duì)象分類

按服務(wù)對(duì)象，移動(dòng)通信可分為公用移動(dòng)通信和專用移動(dòng)通信兩種類型。在公用移動(dòng)通信中，目前我國(guó)有中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通經(jīng)營(yíng)的移動(dòng)電話業(yè)務(wù)，它面向社會(huì)各階層人士，因此稱為公用網(wǎng)。專用移動(dòng)通信是為保證某些特殊部門的通信所建立的通信系統(tǒng)，由于各部門的性質(zhì)和環(huán)境有很大區(qū)別，故各部門使用的移動(dòng)通信網(wǎng)的技術(shù)要求有很大差異，如公安、消防、急救、防汛、交通管理、機(jī)場(chǎng)調(diào)度等對(duì)其技術(shù)有不同的要求。

3．按系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)分類

(1)蜂窩狀移動(dòng)電話系統(tǒng)。蜂窩狀移動(dòng)電話系統(tǒng)是移動(dòng)通信的主體，它是具有全球性用戶容量的最大移動(dòng)電話網(wǎng)。

(2)集群調(diào)度移動(dòng)電話。它可將各部門所需的調(diào)度業(yè)務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)和集中管理，每個(gè)部門都可建立自己的調(diào)度中心臺(tái)。其特點(diǎn)是共享頻率資源、共享通信設(shè)施、共享通信業(yè)務(wù)及共同分擔(dān)費(fèi)用，是一種專用調(diào)度系統(tǒng)的高級(jí)發(fā)展階段，具有高效廉價(jià)的自動(dòng)撥號(hào)系統(tǒng)，頻率利用率高。

(3)無(wú)中心個(gè)人無(wú)線電話系統(tǒng)。它沒有中心控制設(shè)備，這是與蜂窩網(wǎng)和集群網(wǎng)的主要區(qū)別，它將中心集中控制轉(zhuǎn)化為電臺(tái)分散控制。

(4)公用無(wú)繩電話系統(tǒng)。公用無(wú)繩電話是公共場(chǎng)所使用的無(wú)繩電話系統(tǒng)，如商場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)、火車站等。

(5)移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)。21世紀(jì)通信的最大特點(diǎn)是衛(wèi)星通信終端手持化和個(gè)人通信全球化。所謂個(gè)人通信，是移動(dòng)通信的進(jìn)一步發(fā)展，是面向個(gè)人的通信。

4．其他分類方法

移動(dòng)通信的其他一些分類方法如下：

(1)按使用對(duì)象，可分為民用設(shè)備和軍用設(shè)備；

(2)按多址方式，可分為頻分多址(FDMA)、時(shí)分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)；

(3)按覆蓋范圍，可分為寬域網(wǎng)和局域網(wǎng)；

(4)按業(yè)務(wù)類型，可分為電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)；

(5)按工作方式，可分為同頻單工、異頻單工、異頻雙工和半雙工；

(6)按信號(hào)形式，可分為模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)。

5.1.3移動(dòng)通信系統(tǒng)的小區(qū)制

移動(dòng)通信系統(tǒng)一般由移動(dòng)臺(tái)(MobileSet，MS)、基站(BaseStation，BS)、移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(MobileSwitchCenter，MSC)等組成，如圖5-1所示。圖5-1移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成

小區(qū)制有以下四個(gè)特點(diǎn)：

(1)基站只提供信道，其交換、控制都集中在一個(gè)移動(dòng)電話交換局(MobileTelephoneSwitchingOffice，MTSO)，或稱為移動(dòng)交換中心完成。其作用相當(dāng)于一個(gè)市話交換局。而大區(qū)制的信道交換、控制等功能都集中在基站完成。

(2)具有“過區(qū)切換功能”(Handoff)，簡(jiǎn)稱“過區(qū)功能”，即一個(gè)移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)小區(qū)進(jìn)入另一個(gè)小區(qū)時(shí)，要從原基站的信道切換到新基站的信道上，而且不能影響正在進(jìn)行的通話。

(3)具有漫游(Roaming)功能，即一個(gè)移動(dòng)臺(tái)從本小區(qū)進(jìn)入到另一個(gè)小區(qū)時(shí)，其電話號(hào)碼不能變，仍然像在原小區(qū)一樣能夠被呼叫到。

(4)具有頻率再用的特點(diǎn)。所謂頻率再用，是指一個(gè)頻率可以在不同的小區(qū)重復(fù)使用。由于同頻信道可以重復(fù)使用，且再用的信道越多，用戶數(shù)也就越多，因此，小區(qū)制可以提供比大區(qū)制更大的通信容量。

5.2移動(dòng)通信的基本技術(shù)

5.2.1蜂窩組網(wǎng)技術(shù)

1．蜂窩網(wǎng)移動(dòng)通信服務(wù)的區(qū)域可以劃分成許多小區(qū)，每個(gè)小區(qū)均設(shè)立基站來(lái)與用戶移動(dòng)臺(tái)之間建立通信；小區(qū)的覆蓋半徑一般為3～10km。如果基站采用全向天線，那么覆蓋區(qū)實(shí)際上是一個(gè)圓，但從理論上來(lái)說，圖形小區(qū)鄰接會(huì)出現(xiàn)多重覆蓋或無(wú)覆蓋，有效覆蓋整個(gè)平面區(qū)域的實(shí)際上是圓的內(nèi)接規(guī)則多邊形，這樣的規(guī)則多邊形有正三角形、正方形、正六邊形三種，如圖5-2所示。圖5-2小區(qū)的形狀

圖5-3給出了一個(gè)蜂窩網(wǎng)的展開圖形，其中，A表示一個(gè)小區(qū)的中心。圖5-3蜂窩網(wǎng)的展開圖形

構(gòu)成單元無(wú)線區(qū)群的基本條件如下：

(1)區(qū)群之間彼此鄰接且無(wú)空隙、無(wú)重疊地覆蓋整個(gè)面積。

(2)相鄰單元中，同信道小區(qū)之間距離保持相等，且為最大。

滿足上述條件的區(qū)群形態(tài)和區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)不是任意的，可以證明，區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)N應(yīng)滿足

式中，a和b分別是相鄰?fù)l小區(qū)之間的二維距離，不能同時(shí)取0的正整數(shù)。由式(5-2)可計(jì)算出N為不同值時(shí)正六邊形蜂窩的區(qū)群結(jié)構(gòu)，如圖5-4所示。圖5-4正六邊形區(qū)群的結(jié)構(gòu)

確定相鄰區(qū)群同頻小區(qū)的方法是：自某一小區(qū)A出發(fā)，先沿邊的垂線方向跨a個(gè)小區(qū)，再按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)60°，然后再跨b個(gè)小區(qū)，這樣就可以找出同頻小區(qū)A。在正六邊形的6個(gè)方向上，可以找到6個(gè)相鄰的同頻小區(qū)，如圖5-4(h)所示(a?=?2，b?=?3，N?=?19)。區(qū)群間同頻復(fù)用距離為

式中，N為區(qū)群內(nèi)的區(qū)數(shù)；r0為小區(qū)的輻射半徑。

當(dāng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)覆蓋區(qū)內(nèi)部分地區(qū)的業(yè)務(wù)量增長(zhǎng)時(shí)，可將該部分的蜂窩小區(qū)分裂成多個(gè)較小的區(qū)域，這種做法叫蜂窩小區(qū)的分裂。圖5-5為用戶分布密度不等時(shí)基站覆蓋區(qū)劃分的情形，中心區(qū)用戶密度高，基站覆蓋區(qū)小，所提供服務(wù)的信道數(shù)相對(duì)較多；邊緣區(qū)用戶密度低，基站覆蓋區(qū)大，所提供服務(wù)的信道數(shù)相對(duì)較少。采用蜂窩分裂的方法，在頻率資源有限的前提下，通過縮小同頻復(fù)用距離將使單位面積的頻道數(shù)增多、系統(tǒng)容量增大。圖5-5用戶分布密度不等時(shí)基站覆蓋區(qū)的劃分

具體實(shí)施方法有兩種：一是在原基站基礎(chǔ)上采用方向性天線將小區(qū)扇形化，如圖5-6(a)、(b)所示；二是將小區(qū)半徑縮小并增加新基站，如圖5-6(c)所示，將原來(lái)較大的小區(qū)分裂成4個(gè)較小的小區(qū)，采用這種方法時(shí)應(yīng)將基站天線高度適當(dāng)降低，發(fā)射功率減小，以避免小區(qū)間的同頻干擾。圖5-6小區(qū)分裂方案

2．多信道共用

所謂多信道共用，就是一個(gè)無(wú)線區(qū)內(nèi)的n個(gè)信道為該區(qū)內(nèi)所有用戶共用，任何一個(gè)移動(dòng)用戶選取空閑信道及占用時(shí)間均是隨機(jī)的。多信道共用可以提高信道的利用率，它保證著移動(dòng)網(wǎng)的呼損率、中斷率、系統(tǒng)容量等指標(biāo)。下面分別闡述話務(wù)量、呼損率、信道利用率的概念及其與同系統(tǒng)用戶數(shù)的關(guān)系。

話務(wù)量定義為在一特定時(shí)間內(nèi)呼叫次數(shù)與每次呼叫平均占用信道時(shí)間的乘積，可分為流入話務(wù)量與完成話務(wù)量。流入話務(wù)量取決于單位時(shí)間內(nèi)(通常為1小時(shí))發(fā)生的平均呼叫次數(shù)與每次呼叫平均占用時(shí)間。在系統(tǒng)的流入話務(wù)量中，必然有一部分呼叫失敗(信道全部被占用時(shí)，新傳入的呼叫不能被接續(xù))，而完成接續(xù)的那部分話務(wù)量稱為完成話務(wù)量。

如用A表示流入話務(wù)量，A0表示完成話務(wù)量，C表示單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的平均呼叫次數(shù)，C0表示單位時(shí)間內(nèi)呼叫成功的次數(shù)，t表示每次呼叫平均占用信道時(shí)間，則

式中，若t所取的單位與C所用的單位時(shí)間相同，則話務(wù)量單位稱為“愛爾蘭”(Erlang)，用Erl表示。

損失話務(wù)量(呼叫失敗的話務(wù)量)與流入話務(wù)量之比稱為呼損率，用來(lái)說明呼叫損失的概率，用B表示，有

顯然，呼損率越小，呼叫成功的概率就越大，用戶就越滿意。呼損率也稱為系統(tǒng)的服務(wù)等級(jí)，是衡量通信網(wǎng)接續(xù)質(zhì)量的主要指標(biāo)。

根據(jù)話務(wù)量理論，話務(wù)量、呼損率、信道數(shù)之間存在式(5-7)所示的定量關(guān)系，稱為愛爾蘭呼損公式：

采用多信道共用技術(shù)能提高信道利用率，信道利用率可以用每個(gè)信道平均完成的話務(wù)量來(lái)表示，有

在工程設(shè)計(jì)中，計(jì)算系統(tǒng)的用戶數(shù)需要知道每戶的忙時(shí)話務(wù)量(用a表示)。忙時(shí)話務(wù)量與全天(24小時(shí))話務(wù)量之比稱為忙時(shí)集中系數(shù)(用K表示)，K一般取10%～15%。假設(shè)每戶每天平均呼叫次數(shù)為C，每次呼叫平均占用信道時(shí)間為T(s/次)，忙時(shí)集中系數(shù)為K，則每戶忙時(shí)話務(wù)量為

當(dāng)每戶忙時(shí)話務(wù)量確定后，每個(gè)信道所能容納的用戶數(shù)m可由式(5-10)計(jì)算：

若系統(tǒng)有n個(gè)信道，則系統(tǒng)所能容納的用戶數(shù)(M)為

那么如何實(shí)現(xiàn)多信道共用技術(shù)呢？移動(dòng)通信系統(tǒng)要求每個(gè)移動(dòng)臺(tái)都必須具有自動(dòng)選擇空閑信道的能力，即由控制中心自動(dòng)發(fā)出信道指令，移動(dòng)臺(tái)自動(dòng)調(diào)諧到被指定的空閑信道上進(jìn)行通信，這就是信道的自動(dòng)選擇問題。信道的自動(dòng)選擇方式有多種，但基本上可以分成兩類。

(1)專用呼叫信道方式。

(2)標(biāo)明空閑信道方式。

3．位置登記與信道切換

位置登記是指移動(dòng)臺(tái)在所處位置上向控制中心發(fā)送規(guī)定的報(bào)文，表明它的位置信息及其被移動(dòng)網(wǎng)登記存儲(chǔ)的過程。在構(gòu)造復(fù)雜的移動(dòng)通信服務(wù)區(qū)，一般將一個(gè)MSC控制作為一個(gè)位置區(qū)或劃分成若干個(gè)位置區(qū)。移動(dòng)臺(tái)將所處位置的位置信息進(jìn)行“位置登記”，可以提高尋呼一個(gè)移動(dòng)臺(tái)的效率，移動(dòng)臺(tái)的位置登記信息被存儲(chǔ)于MSC內(nèi)。不同的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)可以使用不同的“位置登記”方式。

信道切換可以分為兩類，即越區(qū)切換和漫游切換。當(dāng)正在通話的移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)小區(qū)(扇區(qū))移動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)(扇區(qū))時(shí)，MSC控制使一個(gè)信道上的通話切換到另一個(gè)信道上以維持通話的連續(xù)性，這一過程稱為越區(qū)切換。判斷發(fā)生越區(qū)切換的準(zhǔn)則：

①

信號(hào)電平準(zhǔn)則；

②

載干比準(zhǔn)則。

其中，信號(hào)電平準(zhǔn)則是依據(jù)接收信號(hào)電平的高低來(lái)表征移動(dòng)臺(tái)是否遠(yuǎn)離基站；載干比準(zhǔn)則是依據(jù)接收端的載波與干擾比的大小來(lái)表征移動(dòng)臺(tái)是否遠(yuǎn)離基站。

5.2.2多址技術(shù)

多址接入是多用戶無(wú)線通信網(wǎng)中按用戶地址進(jìn)行連接的通信技術(shù)。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，基站覆蓋區(qū)內(nèi)存在著許多移動(dòng)臺(tái)，移動(dòng)臺(tái)必須能識(shí)別出基站發(fā)射的信號(hào)中哪一個(gè)是發(fā)給自己的，基站也必須從眾多移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的信號(hào)中識(shí)別出每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)所發(fā)射的信號(hào)。由此可見，多址(接入)技術(shù)在數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信中占有重要的地位。

1．頻分多址

頻分多址是按頻率來(lái)區(qū)分信道的。頻分多址方式將移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的信息調(diào)制到移動(dòng)通信頻帶內(nèi)的不同載頻位置上，這些載頻在頻率軸上分別排開，互不重疊?；究梢愿鶕?jù)載波頻率的不同來(lái)識(shí)別發(fā)射地址，從而完成多址連接。頻分多址方式中，N個(gè)波道在頻率軸上嚴(yán)格分割，但在時(shí)間和空間上是重疊的，此時(shí)，“信道”一詞的含義即為“頻道”。模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)都可采用頻分多址方式來(lái)傳輸。該技術(shù)有如下特點(diǎn)：

(1)每路一個(gè)載頻。每個(gè)頻道只傳送一路業(yè)務(wù)信息，所以載頻間隔必須滿足業(yè)務(wù)信息傳輸帶寬的要求。

(2)連續(xù)傳輸。系統(tǒng)分配給移動(dòng)臺(tái)和基站一個(gè)FDMA信道，移動(dòng)臺(tái)和基站會(huì)連續(xù)傳輸，直到通話結(jié)束，此時(shí)信道收回。

(3)?FDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)是頻道受限和干擾受限的系統(tǒng)。其主要干擾有鄰道干擾、互調(diào)干擾和同頻干擾。

(4)?FDMA系統(tǒng)需要周密的頻率計(jì)劃，頻率分配工作復(fù)雜?；镜挠布渲萌Q于頻率計(jì)劃和頻道配置。

(5)頻率利用率低，系統(tǒng)容量小。

2．時(shí)分多址

時(shí)分多址是按時(shí)隙(時(shí)間間隔)來(lái)區(qū)分信道的。在一個(gè)無(wú)線頻道上，按時(shí)間分割為若干個(gè)時(shí)隙，每個(gè)業(yè)務(wù)信道占其中的一個(gè)，并在規(guī)定的時(shí)隙內(nèi)收/發(fā)信號(hào)。在時(shí)分多址方式中，分配給各移動(dòng)臺(tái)的是一個(gè)特定的時(shí)隙。該技術(shù)具有如下特點(diǎn)：

(1)以每一時(shí)隙為一個(gè)話路傳輸數(shù)字信號(hào)。

(2)各移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的是周期性信號(hào)，而基站發(fā)送的是時(shí)分復(fù)用(TDM)信號(hào)；發(fā)射信號(hào)的速率隨時(shí)隙數(shù)的增大而提高。

(3)?TDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)是時(shí)隙受限和干擾受限的系統(tǒng)。

(4)系統(tǒng)的定時(shí)和同步是關(guān)鍵問題。定時(shí)和同步是TDMA系統(tǒng)正常工作的前提，因?yàn)橥ㄐ烹p方只允許在規(guī)定的時(shí)隙中收/發(fā)信號(hào)，故必須在嚴(yán)格的幀同步、時(shí)隙同步和比特(位)同步的條件下進(jìn)行工作。

(5)抗干擾能力強(qiáng)，頻率利用率高，系統(tǒng)容量大。

(6)基站成本低。N個(gè)時(shí)分信道共用一個(gè)載波，占據(jù)相同寬帶，所以只需一部收/發(fā)信機(jī)。

3．碼分多址

碼分多址基于碼型分割信道。在CDMA方式中，不同用戶傳輸信息所用的信號(hào)不是靠頻率不同或時(shí)隙不同來(lái)區(qū)分的，而是用兩個(gè)不相同的編碼序列來(lái)區(qū)分的。如果從頻域或時(shí)域來(lái)觀察，多個(gè)信號(hào)是互相重疊的，但是接收機(jī)用相關(guān)器可以在多個(gè)CDMA信號(hào)中選出其中使用預(yù)定碼型的信號(hào)，其他使用不同碼型的信號(hào)則不能被解調(diào)。它們的存在類似于在信道中引入了噪聲和干擾(稱為多址干擾)。CDMA系統(tǒng)中，無(wú)論傳送何種信息的信道都是靠采用不同的碼型來(lái)區(qū)分的，所以，此時(shí)“信道”一詞的含義為“碼型”。

在移動(dòng)通信中，要實(shí)現(xiàn)碼分多址，必須具備以下三個(gè)條件：

(1)要有數(shù)量足夠多、相關(guān)性足夠好的地址碼，使系統(tǒng)能通過不同的地址碼建立足夠多的信道。所謂好的相關(guān)性，是指有強(qiáng)的自相關(guān)性和弱的互相關(guān)性。

(2)必須用地址對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，并使發(fā)送的已調(diào)波頻譜極大地展寬(幾百倍)、功率譜密度降低。

(3)在碼分多址系統(tǒng)的接收端，必須具有與發(fā)送端完全一致的本地地址碼。用本地地址碼對(duì)收到的全部信號(hào)進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，從中選出所需要的信號(hào)。

從實(shí)現(xiàn)技術(shù)看，只有高速地址碼才能支持大容量CDMA通信，因而CDMA必須采用擴(kuò)頻傳輸技術(shù)，也稱直接序列擴(kuò)頻(DSSS)技術(shù)。

5.2.3調(diào)制技術(shù)

調(diào)制的目的是把要傳輸?shù)男畔⒆兂蛇m合在信道上傳輸?shù)男盘?hào)。模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)中廣泛使用角度調(diào)制(調(diào)頻或調(diào)相)，現(xiàn)代移動(dòng)通信則已完成由模擬通信到數(shù)字通信的過渡，所以先進(jìn)的數(shù)字調(diào)制技術(shù)是移動(dòng)通信的研究方向之一。

1．?dāng)?shù)字調(diào)制的要求

數(shù)字調(diào)制技術(shù)作為數(shù)字移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)，主要有如下要求：

(1)頻帶利用率高。

(2)誤碼性能好。

(3)能接受差分檢測(cè)，易于解調(diào)。

(4)功效高。

2．主要的數(shù)字調(diào)制方式

其主要的數(shù)字調(diào)制方式如下：

(1)最小頻移鍵控(MSK)；

(2)高斯濾波最小頻移鍵控(GMSK)；

(3)?QPSK調(diào)制；

(4)?π/4-QPSK調(diào)制。

5.2.4交織技術(shù)

交織技術(shù)的一般原理：假定有一些比特組成的消息分組，把4個(gè)相繼分組中的第1個(gè)比特取出來(lái)，并讓這4個(gè)第1比特組成一個(gè)新的4比特分組，稱作第1幀；4個(gè)消息分組中的第2～4比特，也做同樣的處理，如圖5-7所示。圖5-7交織技術(shù)原理

在GSM交織方案的實(shí)施中，交織分兩次進(jìn)行，第一次為比特間交織—語(yǔ)音編碼器和信道編碼器將每20?ms語(yǔ)音數(shù)字化并進(jìn)行編碼，編為456?bit，速率為22.8?kb/s，并將

456bit按(57?×?8)交織矩陣分成8組，每組57bit就成為經(jīng)矩陣交織后的離散編碼比特分布；第二次交織為塊間交織—一個(gè)普通突發(fā)脈沖(時(shí)隙)中可傳輸2組57bit數(shù)據(jù)，GSM系統(tǒng)將相鄰的兩個(gè)語(yǔ)音塊進(jìn)行交織，每一個(gè)20?ms語(yǔ)音已成為8組57bit數(shù)據(jù)，前一個(gè)20ms的第5、6、7、8組分別與后一個(gè)20ms的第1、2、3、4組結(jié)合，構(gòu)成一個(gè)時(shí)隙(TS)的語(yǔ)音數(shù)據(jù)，如圖5-8所示。圖5-8GSM系統(tǒng)的語(yǔ)音交織

5.2.5自適應(yīng)均衡技術(shù)

均衡有兩條基本途徑：一是頻域均衡，它使包括均衡器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的總傳輸函數(shù)滿足無(wú)失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件。頻域均衡往往分別校正幅頻特性和群時(shí)延特性。二是時(shí)域均衡，就是直接從時(shí)間響應(yīng)的角度來(lái)考慮，使包括均衡器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的沖激響應(yīng)滿足無(wú)碼間串?dāng)_的條件。數(shù)字通信中面臨的問題是時(shí)變信號(hào)，因而需采用時(shí)域均衡來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的無(wú)碼間串?dāng)_。

時(shí)域均衡的主體是橫向?yàn)V波器，它由多級(jí)抽頭延遲線、加全系數(shù)相乘器(或可變?cè)鲆骐娐?及相加器組成，如圖5-9所示。圖5-9橫向?yàn)V波器

自適應(yīng)均衡技術(shù)的目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)最佳抽頭增益系數(shù)。它直接從傳輸?shù)膶?shí)際數(shù)字信號(hào)中根據(jù)某種算法來(lái)不斷調(diào)整增益，因而能適應(yīng)信道的隨機(jī)變化，從而使均衡器保持最佳的工作狀態(tài)并有較好的失真補(bǔ)償性能。

自適應(yīng)均衡器有三個(gè)特點(diǎn)：快速初始收斂特性、好的信道跟蹤特性和低運(yùn)算量。因此，實(shí)際使用的自適應(yīng)均衡器在正式工作前先要發(fā)一定長(zhǎng)度的測(cè)試脈沖序列，又稱訓(xùn)練序列，以調(diào)整均衡器的抽頭系數(shù)，使均衡器基本上趨于收斂后再自動(dòng)變?yōu)樽赃m應(yīng)工作方式，最終使均衡器維持最佳狀態(tài)。

5.2.6信道配置技術(shù)

信號(hào)傳輸損耗是隨著距離的增加而增加的，并且與地形環(huán)境密切相關(guān)，因而移動(dòng)臺(tái)與基站的通信距離是有限的。

當(dāng)服務(wù)區(qū)域呈現(xiàn)條形結(jié)構(gòu)時(shí)，通常使用帶狀網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信道配置。帶狀網(wǎng)主要用于覆蓋公路、鐵路、海岸、狹長(zhǎng)城市等的條形服務(wù)區(qū)，如圖5-10所示。條形服務(wù)區(qū)的基站可以使用定向天線，整個(gè)系統(tǒng)由許多細(xì)長(zhǎng)區(qū)域鏈接而成。圖5-10條形服務(wù)區(qū)

帶狀網(wǎng)頻率復(fù)用常采用的方法有二頻組和三頻組。二頻組是指采用不同頻率組的兩個(gè)小區(qū)組成的一個(gè)區(qū)群；三頻組是指采用不同頻率組的三個(gè)小區(qū)組成的一個(gè)區(qū)群，如圖5-11所示。圖5-11二頻組和三頻組工作方式

5.3GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)

GSM系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

(1)具有開放的通用接口標(biāo)準(zhǔn)。

(2)提供可靠的安全保護(hù)功能。

(3)支持各種電信承載業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)，增值業(yè)務(wù)豐富。

(4)具有跨系統(tǒng)、跨地區(qū)、跨國(guó)度的自動(dòng)漫游能力。

(5)容量大、頻譜利用率高、抗衰落和抗干擾能力得到加強(qiáng)。

(6)易于實(shí)現(xiàn)向第三代系統(tǒng)的平滑過渡。

5.3.1GSM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

GSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的主要組成部分為網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)、基站子系統(tǒng)(BSS)和移動(dòng)臺(tái)(MS)，如圖5-12所示。圖5-12GSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1．網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)由一系列功能實(shí)體構(gòu)成。

(1)移動(dòng)交換中心(MSC)。

(2)歸屬位置寄存器(HLR)。

(3)訪問位置寄存器(VLR)。

(4)鑒權(quán)中心(AUC)。

(5)設(shè)備識(shí)別寄存器(EIR)。

(6)操作維護(hù)中心(OMC)。

2．基站子系統(tǒng)

基站子系統(tǒng)包括基站收/發(fā)信機(jī)和基站控制器。該子系統(tǒng)由MSC控制，通過無(wú)線信道完成與MS的通信，主要實(shí)現(xiàn)無(wú)線信號(hào)的收/發(fā)以及無(wú)線資源管理等功能。

(1)基站收/發(fā)信機(jī)(BTS)。基站收/發(fā)信機(jī)包括無(wú)線傳輸所需的各種硬件和軟件，如多部收/發(fā)信機(jī)、支持各種小區(qū)結(jié)構(gòu)(如全向、扇形)所需要的天線、連接基站控制的接口電路以及收/發(fā)信機(jī)本身所需要的檢測(cè)和控制裝置等。它實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)區(qū)的無(wú)線覆蓋，并在BSC的控制下提供足夠的、與MS連接的無(wú)線信道。

(2)基站控制器(BSC)。基站控制器是基站收/發(fā)信機(jī)和移動(dòng)交換中心之間的連接點(diǎn)，也為BTS和OMC之間交換信息提供接口。一個(gè)基站控制器通常控制多個(gè)BTS，完成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源管理、小區(qū)配置數(shù)據(jù)管理、功能控制、呼叫和通信鏈路的建立和拆除、本控制區(qū)內(nèi)移動(dòng)臺(tái)的越區(qū)切換控制等功能。

3．移動(dòng)臺(tái)

移動(dòng)臺(tái)即便攜臺(tái)(手機(jī)或車載臺(tái))，它包括移動(dòng)終端(MT)和用戶識(shí)別模塊(SIM卡)兩部分。其中，移動(dòng)終端可完成語(yǔ)音編碼、信息加密、信息調(diào)制和解調(diào)，以及信息發(fā)射、接收等功能；SIM卡則存有確認(rèn)用戶身份所需的認(rèn)證信息以及與網(wǎng)絡(luò)和用戶有關(guān)的管理數(shù)據(jù)。只有插入后移動(dòng)終端才能入網(wǎng)，同時(shí)SIM卡上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器還可用作電話號(hào)碼簿，并支持手機(jī)銀行、手機(jī)證券等MIK增值業(yè)務(wù)。

4．移動(dòng)話路網(wǎng)結(jié)構(gòu)

移動(dòng)話路網(wǎng)由三級(jí)構(gòu)成，即移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)、省內(nèi)網(wǎng)和全國(guó)網(wǎng)。

在各大區(qū)設(shè)置一級(jí)匯接中心，稱為TMSC1。各省設(shè)兩個(gè)或兩個(gè)以上二級(jí)匯接中心，稱為TMSC2，彼此間以網(wǎng)狀相連，并與其歸屬的TMSC1連接，完成省內(nèi)地區(qū)移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)的話路匯接，構(gòu)成省內(nèi)網(wǎng)。

通常，長(zhǎng)途區(qū)號(hào)為兩位或三位的地區(qū)設(shè)為一個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)，每個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)中可以設(shè)立一個(gè)或幾個(gè)移動(dòng)端局(MSC)，并設(shè)立一個(gè)或多個(gè)HLR，用于存儲(chǔ)歸屬于該移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)的所有用戶的有關(guān)數(shù)據(jù)。移動(dòng)端局與其歸屬的二級(jí)匯接中心間以星狀相連，如果兩個(gè)移動(dòng)端局間的業(yè)務(wù)量較大，則可申請(qǐng)建立直達(dá)專線。移動(dòng)本地網(wǎng)與其他固定網(wǎng)市話端局(LS)、匯接局(TM)和長(zhǎng)途局(TS)的互連互通是通過各自的關(guān)口局實(shí)現(xiàn)的。我國(guó)移動(dòng)通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5-13所示。圖5-13我國(guó)移動(dòng)通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

5．移動(dòng)信令網(wǎng)結(jié)構(gòu)

為了提高傳輸?shù)目煽啃裕琈SC、VLR、AUC、EIR等的每個(gè)SP至少應(yīng)連接到兩個(gè)省內(nèi)的LSTP上；省內(nèi)LSTP之間以網(wǎng)狀相連，同時(shí)還與它們歸屬的兩個(gè)HSTP相連；根據(jù)省際話務(wù)量的大小，還可將本地網(wǎng)的信令點(diǎn)直接與相應(yīng)的LSTP相連；HSTP之間以網(wǎng)狀相連接。移動(dòng)信令網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖5-14所示。圖5-14移動(dòng)信令網(wǎng)結(jié)構(gòu)

6．編號(hào)方式

GSM蜂窩電話系統(tǒng)中移動(dòng)用戶的編碼與ISDN網(wǎng)的一致。我國(guó)國(guó)家碼為86，國(guó)內(nèi)移動(dòng)用戶ISDN號(hào)碼為一個(gè)11位數(shù)字的等長(zhǎng)號(hào)碼：

相應(yīng)的撥號(hào)程序如下：

·移動(dòng)用戶→固定用戶：0?+?長(zhǎng)途區(qū)號(hào)?+?固定用戶電話號(hào)碼。

·移動(dòng)用戶→移動(dòng)用戶：移動(dòng)用戶電話號(hào)碼。

·固定用戶→本地移動(dòng)用戶：移動(dòng)用戶電話號(hào)碼。

·固定用戶→其他區(qū)移動(dòng)用戶：0?+?移動(dòng)用戶電話號(hào)碼。

5.3.2GSM系統(tǒng)的無(wú)線空中接口(Um)

在制定技術(shù)規(guī)范時(shí)，對(duì)GSM子系統(tǒng)之間及各功能實(shí)體之間的接口和協(xié)議也作了比較具體的定義，使不同的設(shè)備供應(yīng)商提供的系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)備能夠符合統(tǒng)一的GSM技術(shù)規(guī)范而達(dá)到互通/組網(wǎng)的目的。根據(jù)GSM系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，系統(tǒng)內(nèi)部的主要接口有4個(gè)，如圖5-15所示。除Abis接口外，其他接口都是標(biāo)準(zhǔn)化接口，這樣有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化與通用化。圖5-15GSM系統(tǒng)內(nèi)的接口

1．GSM系統(tǒng)無(wú)線傳輸特性

1)工作頻段

GSM使用的900MHz、1800MHz頻段介紹如表5-1所示。

2)多址方式

GSM蜂窩系統(tǒng)采用時(shí)分多址/頻分雙工(TDMA/FDMA/FDD)制式。頻道間隔為200kHz，每個(gè)頻道采用多址接入方式，共分為8個(gè)時(shí)隙，時(shí)隙寬度為0.577ms；8個(gè)時(shí)隙構(gòu)成一個(gè)TDMA幀，幀長(zhǎng)為4.615ms。

3)頻率配置

在FDMA網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行組網(wǎng)和頻率分配時(shí)，為了防止同頻和鄰頻干擾，應(yīng)遵循以下原則：

(1)在滿足同頻抑制要求的條件下，減少小區(qū)數(shù)N值，即盡量減少一簇內(nèi)的小區(qū)數(shù)，以提高頻率利用率。

(2)同一簇內(nèi)的小區(qū)不得使用相同頻率，只有不同簇中的小區(qū)才能使用相同的頻率。

(3)在同一個(gè)基站或同一個(gè)小區(qū)內(nèi)，應(yīng)盡量使用相隔頻率以避免鄰頻引起的干擾。

常用的頻分復(fù)用模式有：21小區(qū)形式，即一簇中有7個(gè)基站，每個(gè)基站有3個(gè)扇區(qū)；12小區(qū)形式，即一簇中有4個(gè)基站，每個(gè)基站有3個(gè)扇區(qū)；9小區(qū)形式，即一簇中有3個(gè)基站，每個(gè)基站有3個(gè)扇區(qū)。12小區(qū)和9小區(qū)形式示意圖如圖5-16(a)、(b)所示。在12小區(qū)形式(4基站、3扇區(qū))中，可使用36個(gè)連續(xù)頻道號(hào)，按照上述頻率分配原則，各基站的每個(gè)扇區(qū)分配的頻道號(hào)如表5-2所示。當(dāng)采用跳頻技術(shù)時(shí)，多采用9小區(qū)(3基站、3扇區(qū))頻率復(fù)用方式。圖5-16小區(qū)中頻分復(fù)用示意圖

2．無(wú)線空中接口信道定義

1)物理信道

GSM的無(wú)線空中接口采用TDMA接入方式，即在一個(gè)載頻上按時(shí)間劃分為8個(gè)時(shí)隙，構(gòu)成一個(gè)TDMA幀。每個(gè)時(shí)隙稱為一個(gè)物理信道，每個(gè)用戶按指定載頻和時(shí)隙的物理信道接入系統(tǒng)，并周期性地發(fā)送和接收脈沖突發(fā)序列，完成無(wú)線接口上的信道交互。

2)邏輯信道

根據(jù)無(wú)線接口上MS與網(wǎng)絡(luò)間傳送的信息種類，GSM定義了多種邏輯信道來(lái)傳送這些信息。邏輯信道在傳輸過程中映射到某個(gè)物理信道上，最終實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸。邏輯信道可分為兩類，即業(yè)務(wù)信道(TCH)和控制信道(CCH)。

(1)業(yè)務(wù)信道。業(yè)務(wù)信道主要傳送數(shù)字語(yǔ)音或用戶數(shù)據(jù)，在前向鏈路和反向鏈路上具有相同的功能和格式。GSM業(yè)務(wù)信道又分為全速率業(yè)務(wù)信道(TCH/F)和半速率業(yè)務(wù)信道(TCH/H)。當(dāng)以全速率傳送時(shí)，用戶數(shù)據(jù)包含在每幀的一個(gè)時(shí)隙內(nèi)；當(dāng)以半速率傳送時(shí)，用戶數(shù)據(jù)映射到相同的時(shí)隙上，但是在交替幀內(nèi)發(fā)送。也就是說，兩個(gè)半速率信道用戶將共享相同的時(shí)隙，但是每隔一幀交替發(fā)送。目前使用的是全速率業(yè)務(wù)信道，將來(lái)采用低比特率語(yǔ)音編碼器后可使用半速率業(yè)務(wù)信道，從而在信道傳輸速率不變的情況下，信道數(shù)目將加倍，也就是系統(tǒng)容量加倍。

(2)控制信道?？刂菩诺烙糜趥魉托帕詈屯叫盘?hào)。某些類型的控制信道只定義給前向鏈路或反向鏈路。GSM系統(tǒng)中有三種主要的控制信道，即廣播信道(BCH)、公用控制信道(CCCH)和專用控制信道(DCCH)，每個(gè)信道由幾個(gè)邏輯信道組成，這些邏輯信道按時(shí)間分布給GSM提供必要的控制功能，如圖5-17所示。表5-3總結(jié)了CCH類型，并對(duì)每個(gè)信道及其任務(wù)進(jìn)行了詳細(xì)的說明。圖5-17GSM系統(tǒng)的信道分類

3．無(wú)線空中接口技術(shù)

1)無(wú)線空中接口上的信息傳輸

GSM無(wú)線接口上的信息需經(jīng)多個(gè)處理才能安全可靠地送到空中無(wú)線信道上傳輸。

2)語(yǔ)音編碼與信道編碼

GSM語(yǔ)音編碼器采用規(guī)則脈沖激勵(lì)-長(zhǎng)期預(yù)測(cè)編碼(RPE-LTP)，其處理過程是先對(duì)模擬語(yǔ)音進(jìn)行8kHz抽樣，將其調(diào)整為一幀后再進(jìn)行編碼，編碼后的語(yǔ)音幀幀長(zhǎng)為20ms，含260bit，因而語(yǔ)音的純比特率為13kb/s。

語(yǔ)音信號(hào)的信道編碼過程如圖5-18所示。經(jīng)過信道編碼后，GSM一個(gè)語(yǔ)音幀的數(shù)據(jù)比特達(dá)到456bit，速率為22.8kb/s。圖5-18語(yǔ)音信號(hào)的信道編碼過程

3)交織

雖然信道編碼為語(yǔ)音信號(hào)傳輸提供了糾錯(cuò)功能，但它只能糾正一些隨機(jī)突發(fā)誤碼；由于移動(dòng)傳播環(huán)境的惡劣和移動(dòng)用戶移動(dòng)的復(fù)雜性，常會(huì)遇到連續(xù)突發(fā)誤碼的情況，如MS快速通過大樓底部或快速穿過短隧道等，此時(shí)就無(wú)法充分發(fā)揮信道編碼的糾錯(cuò)性能。因此，語(yǔ)音信號(hào)通過信道編碼后，還需進(jìn)行交織處理，以提高抗御連續(xù)突發(fā)誤碼影響的能力。

4)不連續(xù)發(fā)射(DTX)

DTX是通過語(yǔ)音激活，在語(yǔ)音幀有信息時(shí)開啟發(fā)送，而無(wú)信息時(shí)關(guān)閉發(fā)送的系統(tǒng)傳輸控制技術(shù)。其目的在于降低空中干擾，提高系統(tǒng)容量和質(zhì)量，降低電源消耗，增加移動(dòng)臺(tái)電池的使用壽命。

舒適噪聲有兩個(gè)用途：抑制發(fā)射機(jī)開關(guān)造成的干擾和防止發(fā)射機(jī)關(guān)閉期間可能產(chǎn)生的電路中斷錯(cuò)覺。

5)跳頻

所謂跳頻，是指按跳頻序列隨機(jī)地改變一個(gè)信道占有頻道頻率的技術(shù)。在一個(gè)頻道組內(nèi)各跳頻序列應(yīng)是正交的，而且各信道在跳頻傳輸過程中不應(yīng)出現(xiàn)碰撞現(xiàn)象。跳頻技術(shù)首先使用在軍事通信領(lǐng)域以確保通信的保密性和抗干擾性能，如短波電臺(tái)通過改變頻率的方法來(lái)躲避干擾和防止被敵方竊聽。

通過跳頻，系統(tǒng)可以得到以下特性：

(1)改善衰落，提高系統(tǒng)性能。

(2)起到干擾分集的作用。

6)?GSM900/DCS1800雙頻組網(wǎng)

經(jīng)過十多年的飛速發(fā)展，GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)具有了相當(dāng)大的規(guī)模，而且擁有龐大的用戶群。隨著網(wǎng)絡(luò)的逐期建設(shè)、用戶數(shù)的不斷增加，GSM900網(wǎng)絡(luò)變得越來(lái)越擁擠，其有限的頻率資源已無(wú)法適應(yīng)用戶數(shù)的快速增長(zhǎng)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及其他新業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，所以開辟新的頻段即建設(shè)DCS1800網(wǎng)絡(luò)是解決這個(gè)矛盾的有效方法。

雙頻移動(dòng)終端可以使用兩個(gè)頻段的資源，并在兩個(gè)頻段中自由切換。

(1)獨(dú)立建網(wǎng)。獨(dú)立建網(wǎng)方式是完全新建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，使用不同的網(wǎng)號(hào)、不同的號(hào)碼段，獨(dú)立發(fā)展用戶，與原有的GSM900網(wǎng)絡(luò)沒有任何的資源共享。這種方式的好處在于技術(shù)方案簡(jiǎn)單，但不利于資源的有效利用和業(yè)務(wù)的發(fā)展。

(2)獨(dú)立MSC組網(wǎng)。獨(dú)立MSC組網(wǎng)是指DCS1800和GSM900網(wǎng)絡(luò)各自擁有獨(dú)立的MSC、BSC和BTS，但使用相同的網(wǎng)號(hào)，構(gòu)成統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。

(3)獨(dú)立BSC組網(wǎng)。獨(dú)立BSC組網(wǎng)方式是指DCS1800和GSM900系統(tǒng)的BTS、BSC各自獨(dú)立，二者通過A接口(網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(NSS)與基站子系統(tǒng)(BSS)之間的通信接口)連到同一個(gè)MSC上。

(4)共BSC組網(wǎng)。DCS1800基站與GSM900網(wǎng)使用相同的BSC的方式徹底解決了雙頻切換的問題。

綜上所述，4種方式各有優(yōu)、缺點(diǎn)，獨(dú)立建網(wǎng)方式適合新運(yùn)營(yíng)商的建網(wǎng)；獨(dú)立MSC方式適合大規(guī)模的DCS1800網(wǎng)的建設(shè)，且需要良好的DCS1800無(wú)線覆蓋的場(chǎng)合；獨(dú)立BSC方式可以減少一定的系統(tǒng)投資，但會(huì)引發(fā)A接口配合問題；共BSC組網(wǎng)方式則較為節(jié)約投資，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量也有一定的保證，具有較明顯的優(yōu)勢(shì)。

5.3.3移動(dòng)用戶的接續(xù)過程

1．開機(jī)進(jìn)入空閑模式

(1)移動(dòng)臺(tái)開機(jī)后搜索最強(qiáng)的BCCH載頻，然后讀取BCCH信道信息，并使移動(dòng)臺(tái)的頻率與之同步。

(2)移動(dòng)臺(tái)先讀取SCH信道信息，然后再找出基站識(shí)別碼(BSIC)和幀同步信息，并同步到超高幀TDMA幀號(hào)上。

(3)移動(dòng)臺(tái)讀取系統(tǒng)信息，如鄰近小區(qū)情況、現(xiàn)所處小區(qū)使用頻率及小區(qū)是否可用、移動(dòng)系統(tǒng)的國(guó)家號(hào)碼和網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼等，這些信息都可在BCCH上得到。

2．位置登記

移動(dòng)臺(tái)向網(wǎng)絡(luò)登記的方式有如下兩種：

(1)開機(jī)登記。移動(dòng)臺(tái)登記后，接收廣播信息LAI(位置區(qū)域識(shí)別碼)，并更新位置儲(chǔ)存器的內(nèi)容；接著向MSC/VLR發(fā)送位置登記報(bào)文，MSC/VLR接收并存儲(chǔ)該移動(dòng)臺(tái)的位置信息，這時(shí)MSC/VLR認(rèn)為此MS被激活，在其IMSI號(hào)碼上作“附著”標(biāo)記。

(2)周期性登記。MS關(guān)機(jī)時(shí)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送最后一條消息，其中包含“使IMSI分離”的處理請(qǐng)求；MSC收到后，即通知VLR在該MS對(duì)應(yīng)的IMSI上作“分離”標(biāo)記。但是此時(shí)如果無(wú)線鏈路質(zhì)量不好，MSC/VLR就有可能收不到分離處理請(qǐng)求而仍認(rèn)為MS處于“IMSI附著”狀態(tài)。另外，MS進(jìn)入盲區(qū)時(shí)，MSC/VLR卻不知道，也會(huì)認(rèn)為MS處于“附著”狀態(tài)。此時(shí)，該用戶被尋呼時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)不斷發(fā)出尋呼消息，無(wú)限占用無(wú)線資源。鑒于上述原因，系統(tǒng)采用強(qiáng)迫登記的措施，例如，要求移動(dòng)臺(tái)30s便周期性登記一次，若系統(tǒng)收不到周期性登記消息，就給此移動(dòng)臺(tái)以“IMSI分離”標(biāo)記。

移動(dòng)用戶的登記過程如下：

(1)移動(dòng)臺(tái)在RACH上發(fā)出接入請(qǐng)求；

(2)系統(tǒng)通過AGCH分配給移動(dòng)用戶一個(gè)SDCCH信道；

(3)移動(dòng)臺(tái)在SDCCH上與系統(tǒng)交換信息(如鑒權(quán))，完成登記；

(4)移動(dòng)臺(tái)返回空閑狀態(tài)，并監(jiān)聽BCCH和CCCH信道。

3．移動(dòng)臺(tái)被呼(以固定用戶呼叫MS為例)

圖5-19為入局呼叫建立的方案，過程如下：

(1)從ISDN/PSTN來(lái)的呼叫通過固定途徑送到最近的入口局MSC(GMSC)(①②)。

(2)?GMSC詢問該用戶的HLR，以獲得呼叫來(lái)建立路由(③)。

(3)?HLR詢問當(dāng)前為該用戶服務(wù)的VLR(④⑤)，請(qǐng)求VLR為該用戶分配一個(gè)漫游號(hào)碼(MSRN)，然后HLR將漫游號(hào)碼及訪問MSC(VMSC)地址發(fā)給GMSC(⑥)。

(4)?GMSC根據(jù)從HLR獲得的信息建立起到VMSC的呼叫(⑦)。

(5)?VMSC咨詢VLR，以便與被呼用戶建立聯(lián)系(⑧⑨)。

(6)?VMSC/VLR通過PCH呼叫被呼移動(dòng)用戶(⑨⑩)。移動(dòng)用戶在RACH上通過發(fā)尋呼響應(yīng)來(lái)應(yīng)答(?)，在SDCCH上發(fā)測(cè)試報(bào)告和功率控制。

(7)系統(tǒng)通過AGCH為移動(dòng)臺(tái)分配一個(gè)SDCCH。

(8)系統(tǒng)與移動(dòng)臺(tái)在SDCCH上交換必要的信息，如鑒權(quán)、加密模式等。

(9)系統(tǒng)通過SDCCH為移動(dòng)臺(tái)分配一個(gè)TCH，并在TCH上開始通話。圖5-19入局呼叫建立的方案

4．移動(dòng)臺(tái)主呼(以MS呼叫固定用戶為例)

(1)?MS在RACH上發(fā)送呼叫請(qǐng)求。

(2)系統(tǒng)通過AGCH為MS分配一個(gè)SDCCH信道。

(3)?MSC/VLR與MS經(jīng)SDCCH交換必需的信息，如鑒權(quán)、加密模式、TMSI再分配等。

(4)系統(tǒng)通過SDCCH為移動(dòng)臺(tái)分配一個(gè)TCH，并建立與PSTN/ISDN的連接信道。

(5)被叫用戶摘機(jī)，進(jìn)入通話狀態(tài)。

5.4第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)

5.4.1CDMA2000系統(tǒng)簡(jiǎn)介

CDMA2000系統(tǒng)是在窄帶CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。CDMA2000系統(tǒng)又分成兩類，一類是CDMA20001X，另一類是CDMA20003X。CDMA20001X屬于2.5代移動(dòng)通信系統(tǒng)，與GPRS移動(dòng)通信系統(tǒng)屬同一類；CDMA20003X則是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)。

1．物理信道

(1)上行鏈路物理信道。

(2)下行鏈路物理信道。

當(dāng)前，下行鏈路存在兩種主要方式：多載頻和直接擴(kuò)頻。

2．?dāng)U頻

CDMA2000移動(dòng)通信系統(tǒng)在無(wú)線接口方面有以下特征：

(1)無(wú)線信道的帶寬可以是N?×?1.25MHz，其中N可為1、3、5、9、12，即帶寬可選擇1.25MHz、3.75MHz、7.5MHz、11.25MHz、15MHz中的一種。但目前僅支持1.25MHz和3.75MHz兩種帶寬。

(2)在前向信道上，CDMA20001X系統(tǒng)用的是單載頻，頻寬是1.25MHz，CDMA20003X用的則是三載頻；在反向信道上用的都是單載頻。

(3)對(duì)于帶寬為N?×?1.25?MHz的載頻，擴(kuò)頻的碼片速率為N

×?1.2288Mchip/s。

(4)在前向鏈路上采用了發(fā)射分集方式。對(duì)多載波，使用不同的載波發(fā)射到不同的發(fā)射天線上；對(duì)單載波，采用正交分集發(fā)射。

(5)用Turbo編碼。

(6)在前向信道上用了變長(zhǎng)的Wald函數(shù)。碼片速率為1.2288Mchip/s時(shí)，Wald長(zhǎng)128；碼片速率為3.6864Mchip/s時(shí)，Wald長(zhǎng)256。

(7)不僅前向鏈路上用了導(dǎo)頻信道，反向鏈路上也使用了導(dǎo)頻信道。

CDMA20001X的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5-20所示。CDMA20001X的網(wǎng)絡(luò)分成兩大部分：基站子系統(tǒng)和核心網(wǎng)?；咀酉到y(tǒng)包括基站控制器(BSC)和基站(BTS)，它們的作用與WCDMA系統(tǒng)中的基站子系統(tǒng)一樣；核心網(wǎng)分成電路域核心網(wǎng)和分組域核心網(wǎng)。電路域核心網(wǎng)包括移動(dòng)交換中心(MSC)、訪問位置寄存器(VLR)、歸屬位置寄存器(HLR)和鑒權(quán)中心。這部分設(shè)備的功能與第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的基本相同，但在歸屬位置寄存器中增加了與分組業(yè)務(wù)有關(guān)的用戶信息；分組域核心網(wǎng)包括分組控制節(jié)點(diǎn)(PCF)、分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)(PDSN)、歸屬代理(HA)和認(rèn)證、授權(quán)、計(jì)費(fèi)器(AAA)。圖5-20CDMA20001X的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)各設(shè)備的主要功能如下：

(1)分組控制節(jié)點(diǎn)(PCF)管理與分組業(yè)務(wù)相關(guān)的無(wú)線資源和與基站子系統(tǒng)的通信，以便傳送來(lái)自或送給移動(dòng)臺(tái)的數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)建立、保持和終止至分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)(PDSN)的連接，實(shí)現(xiàn)與分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)(PDSN)的通信。

(2)分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)(PDSN)負(fù)責(zé)為移動(dòng)臺(tái)建立與終止分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的連接，為簡(jiǎn)單的IP用戶終端分配一個(gè)動(dòng)態(tài)IP地址，與認(rèn)證服務(wù)器(RADIVS服務(wù)器)配合向分組數(shù)據(jù)用戶提供認(rèn)證服務(wù)，以確認(rèn)用戶的身份與權(quán)限。

(3)認(rèn)證、授權(quán)、計(jì)費(fèi)服務(wù)器(AAA)負(fù)責(zé)移動(dòng)臺(tái)使用分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)。

(4)歸屬代理(HA)主要負(fù)責(zé)鑒別來(lái)自移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)IP注冊(cè)和動(dòng)態(tài)分配歸屬IP地址。

1998年3月在美國(guó)負(fù)責(zé)IS-95標(biāo)準(zhǔn)的通信工業(yè)協(xié)會(huì)(TIA)TR45.5委員會(huì)采用了一種向后兼容IS-95的寬帶CDMA框架，稱為CDMA2000。但是，CDMA2000最終的正式標(biāo)準(zhǔn)是2000年3月通過的。CDMA2000的目標(biāo)是提供較高的數(shù)據(jù)速率以滿足IMT-2000的性能需求，即車輛環(huán)境下至少為144kb/s，室外環(huán)境下為384kb/s，室內(nèi)辦公環(huán)境下為2048kb/s。表5-4給出了CDMA2000的主要特點(diǎn)。

3．CDMA2000的主要內(nèi)容

CDMA2000系列標(biāo)準(zhǔn)是為了滿足3G無(wú)線通信系統(tǒng)的要求而提出的，其無(wú)線接口采用了碼分多址(CDMA)擴(kuò)譜技術(shù)。該標(biāo)準(zhǔn)包括以下部分：

(1)?IS-2000-1.A，IntroductiontoCDMA2000StandardsforSpreadSpectrumSystems。這部分是對(duì)CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)整體的簡(jiǎn)要介紹。

(2)?IS-2000-2.A，PhysicalLayerStandardforCDMA2000SpreadSpectrumSystems。這部分是對(duì)CDMA2000物理層標(biāo)準(zhǔn)的描述，主要包括空中接口的各種信道的調(diào)制結(jié)構(gòu)和參數(shù)，是整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的關(guān)鍵部分。

(3)?IS-2000-3.A，MediumAccessControl(MAC)StandardforCDMA2000SpreadSpectrumSystems。這部分是對(duì)CDMA2000第二層標(biāo)準(zhǔn)中的媒體接入控制(MAC)子層的描述。

(4)?IS-2000-4.A，SignalingLinkAccessControl(LAC)StandardforCDMA2000SpreadSpectrumSystems。這部分是對(duì)CDMA2000第二層標(biāo)準(zhǔn)中的鏈路接入控制(LAC)子層的

描述。

(5)?IS-2000-5.A，UpperLayer(Layer3)SignalingStandardforCDMA2000SpreadSpectrumSystems。這部分是對(duì)CDMA2000高層(層3)信令標(biāo)準(zhǔn)的描述。

(6)?IS-2000-6.A，AnalogSignalingStandardforCDMA2000SpreadSpectrumSystems。這部分是對(duì)模擬工作方式的規(guī)定，用以支持雙模的移動(dòng)臺(tái)(MS)基站(BS)。

4．CDMA2000的主要技術(shù)特點(diǎn)

CDMA2000具有一些新的技術(shù)特點(diǎn)：

(1)多種信道寬帶，帶寬可以是N?×?1.2288MHz；

(2)快速前向功率控制；

(3)前向發(fā)送分集；

(4)?Turbo碼；

(5)輔助導(dǎo)頻信道；

(6)反向鏈路相干解調(diào)；

(7)靈活的幀長(zhǎng)(5ms、10ms、20ms、40ms、80ms、160ms)；

(8)可選擇較長(zhǎng)的交織器；

(9)改進(jìn)的媒體接入控制(MAC)方案。

5．CDMA2000系統(tǒng)主要的新增業(yè)務(wù)功能

由于使用了上述的一些新技術(shù)，CDMA2000系統(tǒng)可以為用戶提供一些新的服務(wù)，如：

(1)新的物理層技術(shù)能支持多種傳輸速率和QoS指標(biāo)，每信道傳輸速率可達(dá)1Mb/s，每用戶傳輸速率可達(dá)2Mb/s。

(2)新的鏈路接入控制(LAC)和媒體接入控制(MAC)協(xié)議結(jié)構(gòu)可以更加有效地使用無(wú)線資源，并支持靈活有效的復(fù)用控制與QoS管理。

(3)新的頻帶和帶寬選擇可以滿足運(yùn)營(yíng)商的多種需要，從而實(shí)現(xiàn)CDMAOne向CDMA2000系統(tǒng)的平滑過渡。

(4)核心網(wǎng)協(xié)議除使用IS-41標(biāo)準(zhǔn)外，還可以使用GSM-MAP標(biāo)準(zhǔn)，以及新型的IP骨干網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

5.4.2TD-SCDMA系統(tǒng)簡(jiǎn)介

TD-SCDMA是我國(guó)提出的經(jīng)國(guó)際電聯(lián)批準(zhǔn)的第三代移動(dòng)通信中的三種主要技術(shù)之一。

1．TD-SCDMA采用的技術(shù)

TD-SCDMA主要采用了如下技術(shù)：

(1)采用時(shí)分雙工TDD模式，不但能在不同的時(shí)隙中發(fā)送上行業(yè)務(wù)或下行業(yè)務(wù)，而且可以根據(jù)上、下行業(yè)務(wù)量的多少來(lái)分配不同數(shù)量的時(shí)隙。這樣，TD-SCDMA在上、下行非對(duì)稱業(yè)務(wù)中可實(shí)現(xiàn)最佳的頻譜利用率，而頻分雙工FDD在上、下行非對(duì)稱業(yè)務(wù)中則不能實(shí)現(xiàn)最佳的頻譜利用率。

(2)同時(shí)采用了FDMA、CDMA和TDMA三種多址技術(shù)。

(3)采用了智能天線技術(shù)。把不同方向性的波束分配給不同的用戶，可以有效減弱用戶間的干擾，并擴(kuò)大小區(qū)的覆蓋范圍和系統(tǒng)的容量。

(4)采用了多用戶聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)。多用戶信號(hào)經(jīng)聯(lián)合處理后可精確地解調(diào)出用戶信號(hào)，可以降低對(duì)功率控制的要求。

(5)采用了軟件無(wú)線技術(shù)。

(6)一個(gè)載波的寬帶為1.6MHz，擴(kuò)頻的碼片速率是1.2288Mchip/s。

(7)對(duì)高速率的數(shù)據(jù)編碼采用Turbo碼。

(8)保持與GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的兼容性。這樣可以從GSM/GPRS系統(tǒng)平滑過渡到TD-SCDMA。

2．TD-SCDMA的特點(diǎn)

TD-SCDMA即時(shí)分同步碼分多址接入，該項(xiàng)通信技術(shù)也屬于一種無(wú)線通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它是由中國(guó)第一次提出并在此無(wú)線傳輸技術(shù)(RTT)的基礎(chǔ)上與國(guó)際合作，完成了TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)，成為CDMATDD標(biāo)準(zhǔn)的一員。這是中國(guó)移動(dòng)通信界的一次創(chuàng)舉，也是中國(guó)對(duì)第三代移動(dòng)通信發(fā)展所作出的貢獻(xiàn)。

CDMA系統(tǒng)是一個(gè)干擾受限的系統(tǒng)，干擾的大小對(duì)系統(tǒng)容量至關(guān)重要。智能天線和上行同步技術(shù)的結(jié)合，可極大地降低多址干擾；同時(shí)，智能天線技術(shù)還可有效地降低系統(tǒng)內(nèi)的自干擾，從而有效提高系統(tǒng)容量和頻譜利用率。TD-SCDMA是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中系統(tǒng)容量最大的一種。

綜上所述，TD-SCDMA技術(shù)特別適合于用戶密度較高的城市及近郊地區(qū)，因?yàn)檫@些地區(qū)的人口密度高，頻率資源很緊張，系統(tǒng)容量是最關(guān)鍵的問題；此外，這些地區(qū)對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(特別是因特網(wǎng)等非對(duì)稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù))的需求較大。除高密度的城市小區(qū)應(yīng)用外，TD-SCDMA也適合大區(qū)制覆蓋組網(wǎng)；與FDD模式一樣，也適合大面積覆蓋組全國(guó)大網(wǎng)。

由于中國(guó)移動(dòng)通信業(yè)務(wù)分布極其不均勻：在大中城市等人口密度大的區(qū)域，頻譜資源緊張，問題突出，高速移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求大；而在其他地區(qū)頻率緊張程度并不嚴(yán)重，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求也不是很大，因此在中國(guó)第三代移動(dòng)通信的組網(wǎng)初期不必進(jìn)行全覆蓋，而是以第三代移動(dòng)通信孤島方式建網(wǎng)來(lái)解決大城市語(yǔ)音頻率緊張和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)移動(dòng)接入的問題。但它必須具備良好的后向兼容性，而依托現(xiàn)有的GSM系統(tǒng)混合組網(wǎng)，采用3G/GSM雙頻雙模終端能有效解決上述問題。

由此可見，TD-SCDMA技術(shù)所具備的頻譜利用率高、系統(tǒng)容量大、支持不對(duì)稱業(yè)務(wù)、能在GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上平滑過渡、設(shè)備成本低等特點(diǎn)與中國(guó)第三代移動(dòng)通信發(fā)展的要求一致，優(yōu)勢(shì)明顯，所以是中國(guó)第三代移動(dòng)通信組網(wǎng)的極佳選擇。

5.5第四代移動(dòng)通信技術(shù)簡(jiǎn)介

第一代移動(dòng)通信基于模擬幅度調(diào)制(AmplitudeModulation，AM)，與傳統(tǒng)的銅線電話類似，資源按照固定頻率劃分，即采用頻分多址(FrequencyDivisionMultipleAccess，F(xiàn)DMA)技術(shù)。第二代移動(dòng)通信采用數(shù)字調(diào)制，語(yǔ)音經(jīng)過信源壓縮成為數(shù)字信號(hào)，并加入信道編碼進(jìn)行糾錯(cuò)，而且運(yùn)用功率控制，使得信道的傳輸效率大大提高，系統(tǒng)容量也有很大提升。

第三代移動(dòng)通信有兩大標(biāo)準(zhǔn)，即cdma2000/EV-DO和UMTS/HSPA。在第三代移動(dòng)通信中大規(guī)模應(yīng)用了碼分多址(CodeDivisionMultipleAccess，CDMA)技術(shù)。通過頻率擴(kuò)展，信道的抗干擾能力大大增強(qiáng)，從而提升了系統(tǒng)容量。系統(tǒng)容量的提高很大程度上得益于信道編碼技術(shù)的突破，1993年TurboCodes的出現(xiàn)使信道鏈路性能逼近香農(nóng)極限容量(ShannonCapacity)，因此迅速地在第三代移動(dòng)通信中得到應(yīng)用。

5.5.1第四代移動(dòng)通信的系統(tǒng)要求

第四代移動(dòng)通信是全I(xiàn)nteractProtocol(IP)的系統(tǒng)，全部是分組交換業(yè)務(wù)(PacketSwitchedService)，語(yǔ)音全部通過VoiceoverInteractProtocol(VoIP)技術(shù)進(jìn)行傳輸，達(dá)到了數(shù)據(jù)和語(yǔ)音的完全融合，實(shí)現(xiàn)了大容量和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的移動(dòng)通信。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的部署在第四代移動(dòng)通信中體現(xiàn)出多樣性，場(chǎng)景比以前的系統(tǒng)更加復(fù)雜，包括異構(gòu)網(wǎng)，具有各自的獨(dú)特性。因此場(chǎng)景的定義、模型的建立和參數(shù)的設(shè)置成為關(guān)鍵技術(shù)研究的重要部分。

5.5.2第四代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展

1.?IEEE802.16家族

IEEE早在1999年就已經(jīng)成立了802.16工作組，負(fù)責(zé)制定固定無(wú)線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范。

2.?3GPP努力發(fā)展IP業(yè)務(wù)

3GPP和3GPP2都已認(rèn)識(shí)到其系統(tǒng)提供互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務(wù)的局限性，試圖在原來(lái)的體系框架內(nèi)，在下行鏈路中采用分組接入技術(shù)，大幅度提高IP數(shù)據(jù)下載和流媒體速率。

5.5.3第四代移動(dòng)通信主要技術(shù)簡(jiǎn)介

第四代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)一方面繼承了前幾代移動(dòng)通信中的一些經(jīng)典技術(shù)，另一方面融入了前沿?zé)o線通信的研究突破。其中的經(jīng)典技術(shù)主要包括第三代移動(dòng)通信中的Turbo信道編碼、鏈路自適應(yīng)、HARO、多天線發(fā)射分集(TransmitDiversity)、VoIP等。

1.?OFDM/OFDMA/SC-FDMA

第四代移動(dòng)通信的幾大標(biāo)準(zhǔn)都采用了OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交頻分復(fù)用)技術(shù)，這體現(xiàn)了移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的必然性。首先，4G的帶寬要求為20～100MHz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過3G的帶寬1.2～5MHz。大帶寬意味著更精細(xì)的時(shí)間采樣粒度和更多的多徑分量。

2.軟件無(wú)線電

軟件無(wú)線電的概念是由MITRE公司的美國(guó)人JeeMitala在1992年5月的美國(guó)電信會(huì)議上首次明確提出的。其主要目的是解決美國(guó)軍方不同軍種之間由于通信裝備不同而引起的通信不暢的問題，后來(lái)則逐漸引起了民用研究機(jī)構(gòu)的廣泛注意。軟件無(wú)線電的出現(xiàn)是無(wú)線通信從模擬到數(shù)字、從固定到移動(dòng)后，從硬件到軟件的第三次變革。

軟件無(wú)線電的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通用，功能實(shí)現(xiàn)靈活，改進(jìn)升級(jí)方便。

(2)提供了不同系統(tǒng)間互操作的可能性。

(3)由于通過軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主要功能，因此更易于采用新的信號(hào)處理手段，從而提高了系統(tǒng)抗干擾的性能。

(4)擁有較強(qiáng)的跟蹤新技術(shù)的能力。

但軟件無(wú)線電的實(shí)現(xiàn)還需要克服以下技術(shù)難點(diǎn)：

(1)多頻段天線的設(shè)計(jì)。

(2)寬帶A/D、D/A轉(zhuǎn)換。

(3)高速DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)。

3.智能天線和MIMO技術(shù)

MIMO技術(shù)是無(wú)線通信領(lǐng)域智能天線技術(shù)的重大突破。該技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。

分集模式的主要原理：多個(gè)天線分別產(chǎn)生不同信號(hào)，無(wú)線信號(hào)在復(fù)雜無(wú)線信道中傳播會(huì)產(chǎn)生多徑瑞利衰落，在不同空間位置上，其衰落特性是不同的，因此不同的天線接收的信號(hào)也各不相同。

分集發(fā)射(TransmitDiversity)是一種更復(fù)雜的技術(shù)，發(fā)射端需要確認(rèn)接收端的優(yōu)先級(jí)，然后提供最優(yōu)的傳輸路徑。其最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)思路是在選擇之前已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了信號(hào)收/發(fā)的路徑，在此基礎(chǔ)上，通過在多個(gè)天線上傳輸信號(hào)，從而提供“備份線路”來(lái)傳輸，使得路徑更加穩(wěn)定。在這種情況下，同樣的信息必須首先轉(zhuǎn)換為不同的RF信號(hào)以避免相互干擾。復(fù)雜的信號(hào)變換技術(shù)需要接收端采用相應(yīng)的“反變換”算法。

分集模式最大化了無(wú)線范圍和覆蓋范圍，通過尋找較高質(zhì)量的通路來(lái)提升網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，也能降低產(chǎn)生錯(cuò)包和重發(fā)的概率。一般來(lái)說，所使用的非關(guān)聯(lián)天線的數(shù)量、分集次序同性能的關(guān)系大致是對(duì)數(shù)的關(guān)系。

空分復(fù)用模式的主要原理：在室內(nèi)，電磁環(huán)境較為復(fù)雜，多徑效應(yīng)、頻率選擇性衰落和其他干擾源的存在使實(shí)現(xiàn)無(wú)線信道的高速數(shù)據(jù)傳輸比有線信道困難。通常多徑效應(yīng)會(huì)引起衰落，被視為有害因素。

4.?CoMP技術(shù)

協(xié)調(diào)多點(diǎn)傳輸與接收(CoordinatedMultiplePointstransmission/reception，CoMP)是指地理位置上分離的多個(gè)傳輸點(diǎn)，利用多個(gè)具有共同特點(diǎn)的相同技術(shù)或者不同技術(shù)，協(xié)同參與為一個(gè)終端的數(shù)據(jù)傳輸和/或接收一個(gè)終端發(fā)送的數(shù)據(jù)，從而增強(qiáng)系統(tǒng)性能和終端用戶的感知。

無(wú)線系統(tǒng)是個(gè)時(shí)滯系統(tǒng)。聯(lián)合發(fā)送/聯(lián)合接收就是盡最大可能地避免在發(fā)送/接收的環(huán)節(jié)造成信息的積壓和時(shí)間的浪費(fèi)。實(shí)現(xiàn)用戶的最小時(shí)間等待，甚至“零”等待是“無(wú)線人”的夢(mèng)想，但這一夢(mèng)想對(duì)通信鏈路上的各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、性能各異的接收/發(fā)射天線等的低時(shí)延，提出了更高的要求。

5.載波聚合

提高系統(tǒng)和用戶吞吐量最直接的途徑是使用更多的頻率資源。LTE終端需要支持20MHz帶寬，而IMT-Advanced鼓勵(lì)帶寬延展至100MHz。

載波聚合(CarrierAggregation)對(duì)射頻器件的影響很大，功率放大、濾波器設(shè)計(jì)等都要引入新的設(shè)計(jì)以滿足性能要求。所以很多的標(biāo)準(zhǔn)化工作涉及射頻/基帶性能指標(biāo)的制定，而射頻器件等的工程實(shí)現(xiàn)水平也是載波聚合標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定的重要考慮因素。

6.無(wú)線中繼

無(wú)線中繼(Relay)是一種特殊的異構(gòu)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，與其他類型的低功率節(jié)點(diǎn)不同，中繼與宏站的連接使用無(wú)線回傳(WirelessBackhaul)，這樣就大大地增加了節(jié)點(diǎn)部署的靈活性。無(wú)線回傳也可以通過微波進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)發(fā)送，但是微波回傳需要視距傳播條件，再加上易受雨雪天氣的影響，部署很受限制。LTE-Advanced所研究的中繼是通過解碼轉(zhuǎn)發(fā)(Decode-and-Forward)方式傳輸?shù)?。不同于傳統(tǒng)的直放站(Repeater)，中繼依靠解碼再傳輸，從而可提高目的地接收器的信干噪比，提升系統(tǒng)容量。

LTE-Advanced中繼的研究階段定義了兩種類型中繼：類型1(Type1relay)和類型2(Type2relay)。前者相當(dāng)于一個(gè)獨(dú)立的低功率基站，主要用于覆蓋增強(qiáng)；而后者屬于協(xié)同類中繼，適于容量提升。其中類型1中繼在版本10(Release10)形成標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)轭愋?中繼必須能與LTERelease8的終端兼容，其標(biāo)準(zhǔn)化的重點(diǎn)在無(wú)線回傳鏈路上，包括下行物理控制信道(R-PDCCH)設(shè)計(jì)和回傳子幀的配置。

7.?ePDCCH

ePDCCH是指加強(qiáng)的下行物理控制信道，旨在提高控制信道的頻譜效率。隨著異構(gòu)網(wǎng)、多用戶MIMO和CoMP等技術(shù)的迅速發(fā)展，下行控制信道逐漸成為系統(tǒng)容量的瓶頸。另外，同頻異構(gòu)網(wǎng)的研究表明，小區(qū)間下行物理控制信道(PDCCH)的干擾問題比下行物理共享信道(PDSCH)的干擾問題更難解決，即使采用幾乎空白的子幀，小區(qū)公共參考信號(hào)仍然會(huì)對(duì)PDCCH造成嚴(yán)重的干擾。

8.云計(jì)算

云計(jì)算的特點(diǎn)如下：

(1)超大規(guī)模。

(2)虛擬化。

(3)高可靠性。

(4)通用性。

(5)高可擴(kuò)展性。

(6)按需服務(wù)。

(7)極其廉價(jià)。

5.6第五代移動(dòng)通信技術(shù)簡(jiǎn)介

第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)又稱為5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，是在已經(jīng)普及的4G通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上全方位地提升技術(shù)水平，使用戶獲得更快速、更穩(wěn)定的通信體驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)商用目的。與4G相比，5G具有更高的速率、更寬的帶寬、更高的可靠性、更低的時(shí)延等，能夠滿足未來(lái)虛擬現(xiàn)實(shí)、超高清視頻、智能制造、自動(dòng)駕駛等方面的應(yīng)用需求。

1.?5G發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，各國(guó)通信行業(yè)均將5G技術(shù)當(dāng)作研發(fā)的重點(diǎn)。我國(guó)移動(dòng)通信技術(shù)起步雖晚，但在5G的研發(fā)上正逐漸成為全球的領(lǐng)跑者。

政府層面，頂層前沿布局已逐步展開，明確了5G技術(shù)的突破方向。

1)從國(guó)家宏觀層面明確了5G的發(fā)展目標(biāo)和方向

2)依托國(guó)家重大專項(xiàng)等方式，積極組織推動(dòng)5G核心技術(shù)的突破

2.?1G到5G的演進(jìn)

5G具有以下特點(diǎn)：

(1)高速率。5G的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率是4G的10倍以上，在5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境比較好的情況下，1GB文件只需1～3s就能下載完成。

(2)低時(shí)延。5G的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延已達(dá)到毫秒級(jí)，僅為4G的十分之一。

(3)大容量。5G網(wǎng)絡(luò)容量更大，即使50個(gè)用戶在一個(gè)地方同時(shí)上網(wǎng)，也能有100Mb/s以上的速率。

從1G到5G的演進(jìn)可以看到移動(dòng)通信的發(fā)展歷程：

(1)起始/部署時(shí)間：1970/1980年→1980/1990年→1990/2000年→2000/2010年→2015/2020年。

(2)理論下載速度(峰值)：2kb/s→384kb/s→21Mb/s→1Gb/s→10Gb/s。

(3)無(wú)線網(wǎng)往返時(shí)延：N/A→600ms→200ms→10ms→≤1ms。

(4)單用戶體驗(yàn)速率：N/A→440kb/s→10Mb/s→100Mb/s。

(5)標(biāo)準(zhǔn)：AMPS→TDMA/CDMA/GSM/EDGE/GPRS/1xRTT→WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA→FDD-LTE/TD-LTE/WIMAX→5GNR。

(6)支持服務(wù)：模擬通信(語(yǔ)音)→數(shù)字通信(語(yǔ)音、短信、全I(xiàn)P包交換)→高質(zhì)量數(shù)字通信(音頻、短信、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù))→高速數(shù)字通信(VoLTE、高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù))→eMBB、mMTC、uRLLC。

(7)多址方式：FDMA→TDMA/CDMA→CDMA→OFDM→F-OFDM/FBMC/PDMA/SCMA。

(8)信道編碼：N/A→Turbo→Turbo→LDPC/Polar。

(9)核心網(wǎng)：PSTN(公共交換電話網(wǎng))→PS-CSCore(包-電路交換核心網(wǎng))→EPC(全I(xiàn)P分組網(wǎng))→5GC(虛擬化、網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算)。

(10)天線技術(shù)：全向天線→60°/90°/120°定向天線→±45°雙極化、多頻段天線→MIMO天線→MassiveMIMO天線(16T16R以上)。

(11)單載波：N/A→200kHz→5MHz→20MHz→根據(jù)場(chǎng)景可變(10～200MHz)。

(12)數(shù)字調(diào)制技術(shù)(最高)：N/A→GMSK/8PSK/16QAM→32QAM→256QAM→1024QAM。

5G網(wǎng)絡(luò)端到端的技術(shù)，從新終端、新無(wú)線網(wǎng)、新傳輸網(wǎng)到新核心網(wǎng)、新業(yè)務(wù)都有不同程度的創(chuàng)新和發(fā)展。

(1)新終端：更高功率(26dBm)，更多天線(2個(gè)發(fā)射天線、4個(gè)接收天線)，更多形態(tài)(智能手機(jī)、AR/VR眼鏡、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人等)。

(2)新無(wú)線網(wǎng)：更大帶寬(100?MHz@3.5/4.9?GHz，400?MHz@26/39?GHz)，更多天線(標(biāo)配天線64通道、192陣子)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)(波束管理、新參考信號(hào)、新編碼等)，靈活參數(shù)(短幀結(jié)構(gòu)、短調(diào)度等(空口時(shí)延1～3.5ms))，更新結(jié)構(gòu)(CU/DU分離、超密集組網(wǎng))。

(3)新傳輸網(wǎng)：更大交換容量(核心層由640GB提升至12.8TB)，更高性能(節(jié)點(diǎn)時(shí)延達(dá)10ps級(jí)，時(shí)間誤差為ns級(jí))，切片支持(支持分組，實(shí)現(xiàn)軟、硬融合切片)，智慧運(yùn)維(引入SDN，實(shí)現(xiàn)全局視角智能調(diào)度)。

(4)新核心網(wǎng)：IT化(軟件功能化、C/D(計(jì)算與數(shù)據(jù))分離)，極簡(jiǎn)化(CP/UP(控制平面與用戶平面)分離)，服務(wù)化(網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算)。

(5)新業(yè)務(wù)：eMBB、uRLLC、mMTC。

5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵能力指標(biāo)包括用戶體驗(yàn)速率、峰值速率、流量密度、連接密度、時(shí)延、移動(dòng)速度、頻譜效率和能耗效率，如表5-5所示。

3．5G核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

1)?5G核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的兩種呈現(xiàn)方式

通過不同的用戶面，網(wǎng)元可同時(shí)建立多個(gè)不同的會(huì)話并由多個(gè)控制面網(wǎng)元同時(shí)管理，實(shí)現(xiàn)本地分流和遠(yuǎn)端流量的并行操作。5G核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的呈現(xiàn)方式有參考點(diǎn)架構(gòu)和服務(wù)化架構(gòu)兩種，分別如圖5-21(a)、(b)所示。圖5-215G核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的呈現(xiàn)方式圖5-215G核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的呈現(xiàn)方式

2)?5G核心網(wǎng)的兩種狀態(tài)模型

(1)注冊(cè)管理模型。5G核心網(wǎng)定義了兩種注冊(cè)管理(RM)狀態(tài)，用于反映UE與網(wǎng)絡(luò)側(cè)的注冊(cè)狀態(tài)：一是取消RM注冊(cè)狀態(tài)。此狀態(tài)下，UE沒有注冊(cè)核心網(wǎng)，AMF不知道UE在哪兒，沒有UE的上下文，即UE對(duì)AMF來(lái)說是不可達(dá)的。二是RM注冊(cè)狀態(tài)。此狀態(tài)下，UE注冊(cè)到核心網(wǎng)，可訪問5G核心網(wǎng)提供的業(yè)務(wù)，AMF知道用戶具體位置，并建立UE的上下文。

注冊(cè)