1、移動通信技術電子教案本章要點：本章要點：本章要點：第一章 概述移動通信系統的組成及特點移動通信的工作方式及使用頻段數字移動通信的相關技術1.1移動通信的發展概況1.1.1移動通信的發展歷史第一階段：20世紀20年代40年代， 使用對象：船舶、航空、警車等專用無線電通信及軍事通信。代表：美 底特律 車載無線電系統第二階段：20世紀40年代60年代，使用對象;公用移動通信業務問世。代表：美 圣路易斯 公用汽車電話網第三階段：20世紀60年代70年代代表：美 改進型移動電話系統第四階段：20世紀70年代80年代代表：美 貝爾實驗室 先進移動電話系統第五階段：20世紀80年代20世紀末代表：GSM C

2、DMA第六階段：21世紀始代表：寬帶多媒體1.1.2我國移動通信的發展概況我國移動通信事業起步于軍事移動通信即戰術通信，它經歷了電子管、晶體管和集成電路三個時代。1、 A網和B網 模擬網2、 G網 GSM 全球通3、 D網 DCS1800系統4、 C網 CDMA系統1.2移動通信的特點及分類1.2.1 移動通信的特點1、衰落現象在移動通信中，各接收點的信號是由直射波和各反射波疊加而成，這些波都是從同一天線發射出來，由于到達接收點的途徑不同，且移動臺處于運動中，所以其接收信號合成的強度是不同的，這就是所謂的衰落。2、強干擾情況下工作移動通信的質量不僅取決與設備本身的性能，而且與外界的干擾和噪聲有

3、關3、多卜勒效應當載體運動速度達到一定程度時，固定點接收到的信號載波頻率將隨著載體運動速度而改變，產生不同的頻移，這就是多卜勒效應4、交換跟蹤技術1.2.2移動通信的分類1、按使用環境分;陸地移動通信水上移動通信航空移動通信2、按其服務對象分：軍事移動通信專業移動通信公眾移動通信3、按交通工具分：汽車、坦克、火車、船舶、飛機和航天飛行器等4、按工作方式分：單工、半雙工和全雙工工作方式5、按組網方式及業務性質分：公用自動撥號移動電話系統無線電尋呼系統專用調度系統無線市話系統衛星移動通信系統1.3移動通信系統組成1、移動系統由移動臺（MS）、基地站（BS）、移動業務交換中心（MSC）及與市話網相連

4、的中繼線。2、基站的作用是為移動臺提供一個雙向的無線鏈路。3、無限小區的大小由基地站天線的高度和發射功率決定。4、移動業務交換中心主要用來處理信息的交換和整個系統的集中控制管理。1.4移動通信的工作方式1.4.1單工制單工方式：同時只能單方向工作，發信時需“按-講”操作同頻單工異頻單工1.4.2半雙工制半雙工方式：只有一方可收發同時進行；另一方同時只能單方向工作1.4.3雙工制雙工方式：通信雙方均可同時收發工作準雙工方式：移動臺僅在發信時開啟發射機，而接收機常開。1.5移動通信系統的頻段使用1、GSM900：890915MHZ 上行頻率 935960MHZ下行頻率雙工間隔為45MHZ，工作帶寬

5、為25MHZ，載頻間隔200KHZ。2、GSM（DCS）1800：17101785MHZ上行頻率 18051880MHZ下行頻率雙工間隔為95MHZ，工作帶寬為75MHZ，載頻同隔為200kHZ.3、EGSM900：880915MHZ（上行）925960MHZ（下行）1.6數字移動通信的相關技術1.6.1多址技術多址技術就是基站能從眾多的用戶信號中區分出是哪一個用戶發來的信號，而移動臺能從基站發來的眾多的信號中識別出哪一個是發給自己的，避免用戶間的多址干擾。 1、頻分多址頻分多址技術：是把移動通信系統的總頻段劃分成若干個等間隔的頻道，每個頻道就是一個無線信道。頻分多址的頻道劃分FDMA系統的工

6、作原理2、時分多址時分多址技術（TDMA）：是把一個頻道按等時間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時隙，一個時隙就是一個信道。時分多址通信系統的工作示意圖3、碼分多址碼分多址技術（CDMA）是通過不同的地址碼來區分用戶的，系統為每個用戶分配了各自特定的地址碼。碼分多址方式示意圖1.6.2調制技術1、調制：是為了使信號特性與信道特性相匹配。2、數字調制：是用基帶數字信號改變高頻載波信號的某一參數來傳遞數字信號的過程。3、在數字蜂窩系統中，多采用線性調制和恒定包絡調制1.6.3分集接收技術分集技術：就是研究如何利用多徑信號來改善系統的性能。利用多條具有近似平等的平均信號強度和相互獨立衰落特性的信號

7、路徑來傳輸相同的信息，并在接收端對這些信號進行適當的合并以便大大降低多徑衰落的影響，從而改善傳輸的可靠性。1、分集技術（1）空間分集（2）時間分集（3）頻率分集2合并技術選擇式合并最大比合并等增益合并開關式合并1.6.4語音編碼技術波形編碼技術參量編碼技術混合編碼技術1.7移動通信的發展趨勢1、移動通信設備正朝著數字化、寬帶化、小型化的方向發展2、移動通信網絡正朝著綜合化、智能化、全球化、個人化的方向發展第2章 移動通信的組網技術移動通信網的體制及服務區域的劃分方法正六邊形無線區群的構成條件及無線小區的激勵方式移動通信網絡的構成及進入市話網的方式2.1移動通信的體制2.1.1大區制1、大區制是

8、指在一個地區內只設置一個基站，由它負責這個地區移動用戶的通信聯絡和控制。2、每個基站都有一個服務區，即無線電波的覆蓋范圍，服務區的大小是由基站的天線高度和發射功率決定，一般發射機輸出功率為200W左右，覆蓋半徑大約為3050km。3、由于大區制的基站天線架設較高、發射功率大，移動臺接收信號容易，但移動臺不能用較大的發射功率，所以移動臺在服務區的邊緣時，基站的所接收的信號效果不太好，為了解決這個問題，也可以在服務區建立一些分集接收站，為基站提供良好的接收效果。 4、大區制的特點：大區制雖然有組網簡單、投資少、見效快的優勢，但由于一個地區只有一個基站，服務范圍有限，服務區內所有信道不能重復使用。一

9、因此大區制通信容量較小，一般只能容納數百至數千個用戶。 大區制移動通信示意圖2.1.2小區制1、小區制是指將整個服務區劃分成若干個小區，每個小區分別設置一個基站，由它負責本區移動通信的聯絡和控制。同時又可在移動業務交換中心（MSC）的統一控制下，實現小區間移動通信的轉接及以及移動用戶與市話用戶的聯系。2、每個基站的服務區稱為一個無線小區。 3、移動臺和基站的發射功率減小，同時也減小了相互干擾；服務區內所有頻率能重復利用，即同頻復用，提高了頻率利用率，增大了通信容量，有效地解決有限的頻率資源和日益增長的通信用戶數的矛盾；組網靈活，小區范圍可根據用戶數靈活確定，當小區內用戶數增加到一定程度，可進行

10、“小區分裂”。小區制移動通信示意圖2.2服務區域的劃分方法2.2.1帶狀服務區帶狀服務區：服務區是一狹長的區域，如，鐵路、公路、海岸等，無線小區需采用定向天線，按狹長的區域形成帶狀網絡，相鄰小區可進行頻率再用。F1 F2 F1 F2帶狀服務區頻率復用2.2.2面狀服務區1、面狀服務區：服務區的地形是一寬廣的平面2、假設無線小區半徑都是r，將這三種圓內接正多邊形的鄰區中心間距、小區面積、重疊區面積三種參數。比較后發現：正六邊形小區的鄰區中心間距最大、小區面積最大也最接近理想的圓形、重疊區面積卻最小。這意味著對于同樣面積的服務區域，采用正六邊形構成小區所需的小區數最少、基站數最少也最經濟、所需信道

11、數最少，頻率利用率較高。所以服務區的無線小區采用正六邊形結構是最佳選擇。小區形狀正三角形正方形正六邊形鄰區中心間距rrr小區面積1.3r22r22.6r2重疊區面積1.2r20.73r20.35r22.3正六邊形無線區群的構成2.3.1構成條件1、單位無線區群：若干個彼此相鄰的正六邊形無線小區組成無線區群。2、若干個無線區群彼此鄰接形成整個覆蓋區。3、構成條件：（1）無線區群能彼此鄰接，且無縫隙、無重疊地覆蓋整個服務區。（2）相鄰單位無線區群中各使用相同頻率的無線小區的中心間距一定相等。4、滿足上述條件的單位無線區群內的無線小區個數為： N=a2+ab+b2 式中，a、b為0的整數，但不能同時

12、為0，N為無線區群中的小區數。 區群示意圖5、設r是無線小區的半徑(即正六邊形外接圓的半徑)，Dg是鄰接的無線區群中同頻無線小區的中心間隔距離，可見無線區群中的小區數N越大，Dg越大；r越大時，Dg也越大。Dg越大同頻干擾就越小。例如：N=3，Dg /r=3；N=7，Dg/r=4.6；N=9，Dg/r=5.2，在實際應用中，只要同頻干擾在允許范圍內，N取值越小，頻率復用率就越高。2.3.2激勵方式1、中心激勵方式： 無線小區中的基站如果設在小區的中心位置，采用圓形輻射的全向天線覆蓋無線小區，這就是所謂的“中心激勵”方式2、頂點激勵： 如果基站設在每個正六邊形小區的三個頂點上，并且每個基站采用三

13、副輻射角是120°的扇形定向天線，分別覆蓋三個相鄰無線小區的各三分之一區域，每個三分之一區域稱作扇區，既一個無線小區分為三個扇區，這就是“頂點激勵”方式，由于采用了定向天線，天線發射功率小，對同頻干擾有一定的抑制作用，且同頻復用距離小，頻率復用率較高，但是由于每個基站覆蓋面積減小，使頻率切換次數增加。頂點激勵方式也可以用六副輻射角是60°的扇形定向天線。2.3.3小區模式1、無線小區模型2、小區的裂變（1）小區分裂就是一種將擁塞的小區分成更小的小區的方法，分裂后的每個小區都有自己的基站并相應地降低天線高度和減小發射機功率。（2）小區分裂能提高信道的復用次數，從而提高系統容量

14、。常用的方式有1：3分裂方式和1：4分裂方式 1：3分裂方式和1：4分裂方式（3）如果整個服務區的地理環境一致，用戶密度分布均勻，則所采用的無線小區大小相同。而實際上在整個服務區內，建筑物分布復雜，用戶密度也是不均勻的，例如，在城市中心，用戶密度高，話務量大，而城市郊區的用戶密度相對較低，所以小區的劃分應隨外界環境而靈活變化，例如，在用戶密度高的市中心，可使無線小區的面積小一些。在用戶密度低的城市郊區可使無線小區的面積大一些。用戶分布密度不等時的區域劃分2.3.4直放站1、盲區：服務區的地形起伏變化復雜，加之移動通信的陰影效應，這兩個原因都會使得服務區存在信號很弱或基站覆蓋范圍達不到的地方，這

15、些地方稱之為盲區2、為了使信號有效地到達盲區，最大限度地滿足用戶對于通話服務的要求，通常在適當的地方建立直放站，用來對移動通信基站起延伸距離范圍和覆蓋重要盲區的作用。直放站是具有小型基站功能的設備，它的成本低、架設簡單，所以廣泛應用于隧道、偏遠的礦區、建筑物內部。 2.4移動通信網的組成1、本地網結構2、聯網的網絡結構2.5移動通信網進入市話網的方式2.5.1用戶線接入方式直接把移動用戶作為市話局的一個用戶。系統常采用單個基地站，利用無線用戶集中器通過市話用戶線接入市話網。2.5.3市話中繼線接入方式一些專業移動通信系統的通信業務主要集中在系統內部，而與市話網的話務量不大，故可通過小交換機接入

16、市話網。2.5.3移動電話匯接中心移動電話匯接中心就是將某個大地區或全國的各移動電話局匯接起來構成一個區域性的或全國性的移動電話匯接中心第3章 蜂窩移動通信系統及設備蜂窩移動通信系統結構及其相關知識通用分組無線業務接入技術第三代移動通信系統移動臺的基本原理及信號流程3.1 GSM數字蜂窩移動通信系統3.1.1 GSM系統結構GSM系統主要由四個子系統組成：移動臺子系統（MS）、基站子系統(BSS)、網絡子系統(NSS)和操作支持系統（OSS）。1、移動臺MS移動臺是GSM移動通信網中用戶使用的設備，它是通過無線接口接入GSM系統的，所以移動臺是用戶能夠直接接觸的整個GSM系統中的唯一設備,它分

17、為車載型、便攜型和手持型三種類型。為了用戶的使用，移動臺必須提供話筒、揚聲器、顯示屏和按鍵等與用戶之間的接口，或者提供與傳真機和計算機等其它一些終端設備（TE）之間的接口。 移動臺的另外一個重要組成部分是用戶識別卡（SIM），SIM卡(Subscriber Identity Module)是一種符合ISO標準的智能卡片，SIM卡是用戶入網登記的憑證，具有防止竊用、鑒權和加密的功能，用戶的全部資料幾乎都存儲在SIM卡內,供GSM系統對用戶身份進行鑒別，同時，用戶通過它完成與系統的連接和信息保存與交換。SIM卡存儲的數據分為四類：用戶身份認證的信息；安全保密信息；網絡和用戶的管理數據；用戶的個人信

18、息。2、移動網子系統網絡子系統NSS是整個GSM網絡的核心，對移動用戶之間或移動用戶與固定網用戶之間的通信起著管理作用，主要完成GSM系統的交換功能和用戶數據與移動性管理、安全性管理所需的數據庫功能。組成NSS的各功能實體之間的信令傳輸符合CCITT信令系統No.7 協議（1）移動業務交換中心MSC移動業務交換中心MSC是網絡子系統NSS的核心，也是整個GSM網絡的核心，MSC提供面向系統其它功能實體和固定網的接口，并對移動用戶之間或移動用戶與固定網用戶之間的通信起著交換與連接的作用，并對系統的正常工作集中控制管理。（2）歸屬位置寄存器HLR歸屬位置寄存器HLR相當于GSM網絡的中央數據庫，每

19、個首次入網的移動客戶都應在其歸屬位置寄存器（HLR）注冊登記，將移動用戶相關的入網信息存儲在HLR中，如用戶的識別號碼、保密參數和注冊的有關業務信息等靜態數據，HLR還存儲著有關移動用戶漫游時的動態信息數據，如移動臺漫游號碼等。 （3）訪問位置寄存器VLR 訪問位置寄存器VLR是GSM網絡的動態用戶數據庫，存儲著進入其控制區域內已登記的來訪移動用戶的相關信息數據。當移動用戶離開其注冊登記的原籍地區漫游到其它地區時，被訪地區的VLR從該移動用戶的歸屬位置寄存器HLR處獲取并暫時存儲必要的數據，一旦移動用戶離開該VLR的控制區域，則VLR將取消這些暫時存儲的該移動用戶數據。一個VLR可以負責一個或

20、若干個MSC區域。（4） 鑒權中心AUC鑒權和加密是解決移動通信系統信息安全的主要手段，鑒權中心AUC存儲著用于系統安全的鑒權信息和加密密鑰，用來對移動用戶鑒權認證，防止無權用戶接入系統和對無線接口上的話音、數據和信號信息進行保密。（5）設備識別寄存器EIR移動設備管理是由EIR完成的，在EIR中存儲了移動設備的設備識別碼（IMEI），通過使用EIR中的三種設備清單：白色清單（準許使用的移動設備的識別號）、黑色清單（禁止使用的移動設備的識別號）和灰色清單（由于技術故障或誤操作不能使用的移動設備的識別號），使得運營部門對移動設備進行正確識別，以確保網絡內所使用的移動設備的唯一性和安全性。何時需要

21、設備識別取決于網絡運營者。目前我國大部分省市的GSM網絡均未配置此設備（EIR），所以此保護措施也未采用。3.基站子系統BSS 基站子系統在整個GSM系統中擔任無線發送接收和無線資源管理的任務。它通過無線接口直接與移動臺MS相連，并與網網絡子系統NSS中的移動業務交換中心MSC相連，由MSC控制，實現移動用戶之間或移動用戶與固定網路用戶之間的通信連接。基站子系統是由基站控制器BSC和基站收發信臺BTS這兩部分功能實體構成。BTS和BSC的連接可以是直接連接方式，也可以通過基站接口設備采用遠端控制的連接方式。（1）基站控制器BSC基站控制器（BSC）是基站子系統（BSS）的控制部分，分別與BTS

22、、MSC和操作維護中心相接，起著無線網絡資源的管理、無線參數管理及各種接口的管理控制作用。一個基站控制器根據話務量的需要可以控制一個BTS也可以控制多個BTS。（2）基站收發信臺BTS基站收發信臺BTS是基站子系統的無線接口設備，由基站控制器BSC控制，通常設置在小區中心，完成無線與有線的轉換，實現BTS與移動臺MS之間接口的無線傳輸及相關的控制功能。4.操作支持子系統OSS操作支持系統OSS為運營部門提供一種手段來控制和維護MS、BSS和NSS這些實際運行部分，其任務是移動用戶管理、移動設備管理以及網路操作和維護。如對GSM系統的BSS和NSS進行操作和維護的管理；網絡的監視、告警、故障處理

23、等；話務量的統計和計費數據的記錄與傳遞等。3.1.2 編號為了將一個呼叫接至某個移動用戶，需要調用相應的功能實體，這就需要正確尋址。因此，編號計劃非常重要。1移動臺國際ISDN號碼 (MSISDN)MSISDN號碼是指主叫用戶呼叫GSM系統中某一個移動用戶所需撥的號碼。一個移動臺可分配一個或多個MSISDN號碼，一個MSISDN號碼總長不超過15位數字，其編號規則應與各國的編號規則相一致。國家代碼CC國內地區碼NDC用戶號碼SNCC：國家代碼NDC：國內地區碼SN：4位移動用戶號碼2、國際移動用戶識別碼(IMSI) 在GSM系統中，每個移動用戶均分配一個唯一的國際移動用戶識別碼(IMSI)，用

24、來在整個GSM移動通信網中正確識別某個移動用戶，IMSI碼存儲在用戶識別卡(SIM)、HLR、VLR中，通常在呼叫建立和位置更新時，需要使用IMSI。移動用戶國家碼MCC移動網號MNC移動用戶識別碼MSINIMSI的總長不超過15位數字，每位數字僅使用09的數字。移動用戶國家碼MCC移動網號MNC移動用戶識別碼MSINMCC：移動用戶所屬國家代號，3位數字，用于唯一地識別移動用戶所歸屬的國家，中國的MCC為460。MNC：移動網號碼，最多由兩位數字組成，用于識別移動用戶所歸屬的移動通信網。中國移動的電信的MNC為00，中國聯通的MNC為01。MSIN：移動用戶識別碼，用于識別某一移動通信網（P

25、LMN）中的移動用戶，號碼組成為H0H1 H2 H3XXXX。由MNC和MSIN兩部分組成為國內移動用戶識別碼（NMSI）。用于唯一地識別國內GSM通信網中的移動用戶。3、臨時移動用戶識別碼 (TMSI) 國際移動用戶識別碼(IMSI)只在起始入網登記時使用，在后續的呼叫中用臨時移動用戶識別碼(TMSI)代替IMSI，目的是避免通過無線信道發送其IMSI為了對移動用戶識別碼(IMSI)保密，從而防止竊聽者檢測用戶的通信內容，或者非法盜用合法用戶的IMSI。臨時移動用戶識別碼 (TMSI)是MSC/VLR給每個來訪的移動用戶臨時分配的號碼TMSI與IMSI號碼之間可按一定的算法互相轉換。TMSI

26、總長不超過4個字節。4、移動臺漫游號碼（MSRN）當移動臺漫游到一個新的業務區后，為使GSM移動通信網路能再進行路由選擇，該移動臺的HLR請求由VLR給分配一個臨時性的漫游號碼（MSRN），并將MSRN送至HLR，用于建立通信路由。一旦該移動臺離開該服務區，此漫游號碼即被收回，并可分配給其它來訪的移動臺使用。漫游號碼MSRN的組成與移動臺ISDN號碼相同。5國際移動臺設備識別碼（IMEI） 國際移動設備識別碼（IMEI）是分配給每一個移動臺唯一地識別一個移動臺設備的號碼，可用于監控被竊或無效的的移動設備。設備識別的作用就是確保系統中使用的移動臺設備不是盜用的或非法的。設備的識別是在設備識別寄存

27、器EIR中完成。IMEI號碼為一個15位的十進制數字，組成為TAC(6)+ FAC(2)+ SNR(6)+ SP(1) 。型號批準碼TAC裝配廠家號碼FAC產品序號SNR備用數字SP6位置區識別碼 (LAI)在檢測位置更新和信道切換時，要使用位置區識別標志（LAI）。移動用戶國家碼MCC移動網號MNC位置區號碼LACMCC和MNC均與IMSI的MCC和MNC一樣。LAC：位置區碼，用于識別GSM移動通信網中的一個位置區，采用十六進制編碼，最多不超過兩個字節7全球小區識別碼 (CGI) 在位置區識別標志（LAI）后面加上小區的標志號（CI），就可以組成小區識別碼(CGI)，用于識別一個位置區內的

28、小區。8基站識別色碼（BSIC）基站識別色碼（BSIC）用于移動臺識別采用相同載頻且相鄰的基站。BSIC為一個6比特編碼。網絡色碼NCC（3bit） BTS色碼BCC（3bit）NCC：網絡色碼，用來識別相鄰的通信網絡。BCC：BTS色碼，用來識別采用相同載頻的相鄰基站。9. MSC/VLR號碼 MSC/VLR號碼 是 在No.7信令消息中使用的,代表MSC的號碼。10.HLR號碼 HLR號碼是在No.7信令消息中使用的代表HLR的號碼。11.切換號碼HON切換號碼(HON)是指當越區切換時，目標MSC(即要求切換到的MSC)臨時分配給移動用戶的一個號碼，用于路由選擇。3.1.3 GSM網絡接

29、口1. Um接口Um接口(空中接口)定義為移動臺MS與基站收發信臺BTS之間的無線通信接口，是GSM網絡非常重要的無線接口，此接口傳遞的信息包括無線資源管理、移動性管理和接續管理等。2. A接口A接口定義為移動業務交換中心MSC與基站子系統BSS之間的通信接口，也是功能實體MSC與BSC間的互連接口，此接口傳遞的信息包括移動臺管理、基站管理、移動性管理、接續管理等，其物理鏈接通過采用標準的2.048Mb/s PCM數字傳輸鏈路來實現。3. Abis接口Abis 接口定義為基站子系統的兩個功能實體基站控制器BSC和基站收發信臺BTS之間的通信接口，在BTS和BSC不是直接連接方式時，此接口用于B

30、TS與BSC間的遠端互連，此接口支持所有向用戶提供的服務，并支持對BTS無線設備的控制和無線頻率的分配，其物理鏈接通過采用標準的2.048Mbit/s或64kbit/sPCM數字傳輸鏈路來實現。4B接口B接口定義為MSC與訪問位置寄存器VLR之間的接口，此接口用于MSC向VLR詢問有關移動臺MS當前的位置信息或者通知VLR有關移動臺MS的位置更新信息等。5C接口C接口定義為MSC與歸屬位置寄存器HLR之間的接口，此接口用于傳遞路由選擇和管理信息。其物理鏈接通過采用標準的2.048Mb/s PCM數字傳輸鏈路來實現。6D接口D接口定義為歸屬位置寄存器HLR與訪問位置寄存器VLR之間的接口，此接口

31、用于交換有關移動用戶的位置和用戶管理的信息，保證移動臺在整個服務區內建立和接收呼叫。其物理鏈接與C接口相同，通過采用標準的2.048Mb/s PCM數字傳輸鏈路來實現。7.E接口E接口定義為控制相鄰區域的不同MSC之間的接口，此接口用于移動用戶在MSC之間進行越區切換過程中交換有關切換信息，以啟動和完成切換。其物理鏈接通過采用標準的2.048Mb/s PCM數字傳輸鏈路來實現。8F接口F接口定義為MSC與設備識別寄存器EIR之間的接口，此接口用于交換移動設備識別碼的管理信息。其物理鏈接通過采用標準的2.048Mb/s PCM數字傳輸鏈路來實現。9G 接口G接口定義為不同的VLR之間的接口，當一

32、個移動用戶使用臨時移動用戶識別號(TMSI) 時，此接口用于向分配TMSI的VLR詢問此用戶的國際移動用戶識別碼IMSI的信息。其物理鏈接通過采用標準的2.048Mb/s PCM數字傳輸鏈路來實現。10Sm接口Sm接口定義為用戶與GSM網絡間的接口，此接口在移動臺中實現，包括移動用戶與移動臺的接口、用戶識別卡SIM及用戶識別卡SIM與移動終端間的接口等內容。3.1.4 GSM系統的無線接口1、頻率配置（1）工作頻帶和載頻間隔GSM900：890915MHZ 上行頻率 935960MHZ下行頻率雙工間隔為45MHZ，工作帶寬為25MHZ，載頻間隔200KHZ。GSM（DCS）1800：17101

33、785MHZ上行頻率 18051880MHZ下行頻率雙工間隔為95MHZ，工作帶寬為75MHZ，載頻同隔為200kHZ.EGSM900：880915MHZ（上行）925960MHZ（下行）（2）頻道編號fL(n) = 890 + 0.2´n MHzfH(n) = fL(n) + 45 MHz，01£ n £ 124通常第1和第124頻道作為系統保護頻道不予使用。2、多址方式GSM蜂窩系統采用時分多址、頻分多址和頻分雙工制式。200kHZ頻率幀時隙物理信道跳頻技術：主要是為了對抗移動通信電波傳播多徑效應引起的瑞利衰落，提高通信系統的抗干擾能力和減少多徑衰落對傳輸的影

34、響。跳頻有慢跳頻和快調頻，GSM中是用的是慢跳頻，每秒鐘217次。3、業務類型（1）語音業務（2）數據業務4、信道類型GSM中每個載頻分為8個時隙，用TS0TS7表示，每個用戶占用一個時隙用于傳遞信息，一個時隙就是一個物理信道，GSM系統共有124X8=992個物理信道。根據在物理信道所傳輸信息的種類，可人為定義不同的邏輯信道。邏輯信道要被映射到某個物理信道上才能實現信息的傳輸。邏輯信道分為業務信道TCH和控制信道CCH兩大類。 （1）業務信道TCH業務信道TCH用于在MS和BS之間傳送數字話音或數據等用戶信息的雙向信道，根據傳輸速率分成兩種形式：全速率信道和半速率信道。全速率信道信息速率是1

35、3kbit/s，半速率信道信息速率是6.5kbit/S（2）控制信道CCH控制信道CCH用于傳遞信令或同步數據，控制信道的下行信道用于發送呼叫移動臺的尋呼信號，上行信道用于移動用戶主呼時發送主呼信號。控制信道CCH一般分為三類：廣播信道（BCH）公共控制信道（CCCH）專用控制信道（DCCH）。廣播信道(BCH)廣播信道(BCH)是從基站到移動臺的單向下行信道，用于基站同時向多個移動臺廣播公用信息，信息內容為移動臺入網和呼叫建立所需的相關信息。廣播信道(BCH)又分為以下三類：頻率校正信道(FCCH)：用于傳輸供移動臺校正其頻率的信息。同步信道(SCH)：用于傳輸供移動臺進行同步的幀同步（TD

36、MA幀號）和基站識別碼（BSIC）的信息。廣播控制信道(BCCH)：用于廣播系統的公用信息，如小區的識別信息、公共控制信道（CCCH）的號碼和移動臺測量信號強度。 公共控制信道(CCCH)公共控制信道(CCCH)是基站與移動臺間的一點對多點的雙向信道。分為以下三類：尋呼信道(PCH)：用于廣播基站尋呼（搜索）移動臺的尋呼消息，是下行信道。隨機接入信道(RACH)：用于移動臺在尋呼響應或主叫接入時在此信道向系統申請分配一條獨立專用控制信道(SDCCH)，是上行信道。接入允許信道(AGCH)：用于基站向入網成功的移動臺分配一個SDCCH，是下行信道。專用控制信道(DCCH) 專用控制信道(DCCH

37、)是呼叫接續和通信過程中，在基站與移動臺間點對點地傳輸必須的控制信息，是雙向信道。分為以下三類：獨立專用控制信道(SDCCH)：用于在分配業務信道TCH之前，傳送基站和移動臺間的連接和信道分配的信令，如鑒權、登記信令等。慢速隨路控制信道(SACCH)：用于基站向移動臺傳送功率控制信息、幀調整信息和移動臺向基站發送移動臺接收到的信號強度數據和鏈路質量報告。SACCH可與一個業務信道TCH或一個獨立專用控制信道SDCCH聯用。快速隨路控制信道(FACCH)：在沒有分配獨立專用控制信道(SDCCH)時，用快速隨路控制信道(FACCH)傳送與SACCH相同的信息，通常在切換時使用。使用此信道(FACC

38、H)時，要占用業務信道20ms左右。5、突發脈沖序列在TDMA幀的一個時隙TS中發送的信息稱為一個突發脈沖序列，共156.25 bit，長度為577mS。時隙TS中傳輸的信息不同，對應的突發脈沖類型也不同。（1）普通突發脈沖序列（NB）普通突發脈沖(NB)用于攜帶業務信道TCH以及除頻率校正信道(FCCH)、同步信道(SCH)和隨機接入信道(RACH)以外的所有控制信道信息。加密信息(2×57bit)：加密語音、數據或控制信息；訓練序列(26bit)：是一串已知比特，是供信道均衡用；尾比特TB(2×3bit)：一般是000，是突發脈沖開始與結尾的標志；借用標志F(2

39、5;1bit)：當業務信道被快速隨路控制信道(FACCH)借用時，以此表示這個突發脈沖序列被快速隨路控制信道(FACCH)信令借用；保護時間GP(8.25bit)：是用來防止由于定時誤差而造成突發脈沖間的重疊，既各用戶間各自使用的時隙重疊，故而采用8.25bit的空白保護間隔；（2）頻率校正突發脈沖序列（FB）頻率校正突發脈沖(FB)用于構成頻率校正信道(FCCH)，并傳送142bit的固定頻率校正信息，用于校正移動臺的載頻，另外還有尾比特TB(2×3bit)和保護時間GP(8.25bit)和普通突發脈沖(NB)一樣。（3）同步突發脈沖序列（SB） 同步突發脈沖(SB)用于構成同步信

40、道(SCH)，并傳送系統的同步信息，使移動臺獲得與系統的時間同步。同步突發脈沖由攜帶TDMA幀號和基站識別碼BSIC信息的加密信息（2×39bit）和一個易被檢測的長同步序列(64bit)構成。（4）接入突發脈沖序列(AB)接人突發脈沖(AB)用于構成移動臺的隨機接入信道(RACH)，并傳送隨機接入信息。接入突發脈沖由同步序列(41bit)、加密信息(36bit)、尾比特TB(2×3bit)和保護時間間隔(68.25bit)構成。其中保護時間間隔較長，這是因為移動臺首次接人或切換到一個新的基站時，由于移動臺和基站間的傳輸時間的長短不知道，為了不與正常到達的下一個時隙中的突發

41、脈沖序列重疊，需要設置較長的保護時間間隔。當保護時間長達252s時，允許小區半徑為35km，在此范圍內可保證移動臺隨機接人移動網。（5）空閑突發脈沖序列(DB) 空閑突發脈沖(DB)的作用是當無用戶信息傳輸時，用空閑突發脈沖（不攜帶任何信息，不發送給任何移動臺）替代普通突發脈沖在TDMA時隙中傳送。空閑突發脈沖(DB)的結構與普通突發脈沖的結構相同，只是將普通突發脈沖中的加密比特換成固定比特。6 幀結構GSM中每個載頻分為8個時隙：TS0TS7，這相同頻率的8個時隙被稱為一個TDMA幀，前述的物理信道就是一個時隙，一個TDMA幀長4.615ms。不同通信系統的幀長度和幀結構是不一樣的，GSM時

42、隙幀結構有時隙、TDMA幀、復幀(multiframe)、超幀(superframe)和超高幀5個層次。 復幀是由若干個TDMA幀組成，由26個TDMA幀組成的復幀稱作業務復幀，幀長120ms，主要用于TCH、SACCH和FACCH傳輸業務信息；由51個TDMA幀組成的復幀稱作控制復幀，幀長235.385ms，主要用于BCCH和CCCH傳輸控制信息。超幀是由51個由26幀的復幀或26個由51幀的復幀構成，超幀等于1326個TDMA幀。超高幀由2048個超幀構成，等于2715648個TDMA幀。幀的編號是從02715648為一個周期。7.語音間斷傳輸技術由于人的講話過程是不連續的，既話音是間斷傳

43、輸的，所以在GSM系統中還采用了話音間斷傳輸技術（DTX），該技術是指在話音的間隙時間關閉發射機，暫時停止傳輸，僅在包含有用信息幀時打開發射機的一種傳輸模式。在關閉發射機之前，必須把發端背景噪聲的參數傳遞給收端，收端利用這些參數合成與發端相類似的噪聲，這樣收端在無語音時，移動臺自動產生舒適的背景噪聲，使通話者不會關閉發射機而產生通話中斷的誤會。采用話音間斷傳輸技術DTX可以節省移動臺電源，延長電池使用時間減少空中平均干擾電平，提高頻譜利用率。DTX工作原理圖3.1.5數字移動通信系統的運行1、位置登記GSM網絡所覆蓋的整個區域劃分為許多位置區，位置區是指用戶在移動中通信無需更改位置信息的區域，

44、每個位置區都有一個位置區識別碼(LAI),為了告知移動用戶所在的實際位置信息,系統要在廣播控制信道（BCCH）中連續發送位置區識別碼(LAI)，移動臺開機后，就可以搜索此BCCH，從中獲取所在位置區的識別碼(LAI)，由于位置信息非常重要，因此,位置區的變化一定要通知網絡進行登記。 在移動通信中，由于傳輸信道和通信用戶是動態不固定的，為了跟蹤移動臺的位置變化，通信網必須對移動臺的位置信息進行登記、刪除和更新，這種行為被稱作位置登記。移動臺的位置信息儲存在原籍位置寄存器（HLR）和訪問位置寄存器（VLR）中，通常移動臺經過位置登記才能進行通信。當一個移動用戶首次進入GSM移動通信網時，它必須在入

45、網當地（原籍）進行位置登記，通過移動交換中心(MSC)把用戶的有關的數據：位置信息、移動臺國際ISDN號碼(MSISDN)及國際移動用戶識別碼(IMSI)等，存放在原籍位置寄存器(HLR)中。移動臺的位置是不斷變化的，當移動臺離開原籍位置區漫游到其他新位置區“訪問”時，移動臺以它的國際移動用戶識別碼(IMSI)標明其身份，在新位置區的訪問位置寄存器（VLR）進行位置登記，報告原籍位置區號及自己的國際移動用戶識別碼(IMSI)。VLR向該移動臺的HLR查詢其有關數據，并通知HLR修改該移動臺的位置信息，同時VLR分配給移動臺一個臨時性的漫游號碼（MSRN），此HLR要臨時保存該VLR提供的位置信

46、息，以便為其他用戶呼叫此移動臺提供所需的路由，該VLR所存儲的位置信息是臨時性的。2、呼叫過程（1）移動用戶主呼移動用戶要建立一個呼叫,首先需要撥被呼用戶的號碼并發送,同時移動臺(MS)在隨機接入信道（RACH）上向基站(BS)發送呼叫請求信息，申請分配一個專用控制信道（DCCH），MSC/VLR便分配給它一個專用信道,并向MS發出立即指配信令，MS收到“立即分配”信令后，通過分配的專用控制信道（DCCH）經BS向MSC發送業務請求信息，接著，MSC向VLR發送請求認證信息,對移動臺(MS)進行鑒權，若MS通過鑒權，系統承認此MS的合法性，之后MSC經BS向MS發送“置密模式”指令，MS完成加

47、密后，向MSC發送“加密模式完成”的響應信息。此時，VLR才向MSC做出“開始接入請求”應答。為了保護IMSI不被監聽或盜用，VLR將給MS分配一個新的TMSI。MS向MSC發出“建立呼叫請求”，MSC即向MS發送“呼叫開始”指令，并向MS發出分配無線業務信息的“信道支配”信令。如果被呼用戶是移動用戶,則系統直接將被呼用戶號碼接入傳輸網絡,轉接至被呼用戶的交換機,一旦接通被呼用戶的鏈路準備好,網絡便向主呼用戶發出呼叫建立證實 ,并給他分配專用業務信道TCH,主呼用戶等候被呼用戶響應的證實信號,這是便完成了移動用戶的主呼過程。如果被呼用戶是固定用戶，則系統直接將被呼用戶號碼接入固定網絡,轉接至被

48、呼用戶的交換機。 （2）移動用戶被呼固定用戶向移動用戶撥出號碼后，固定網絡把呼叫接續到就近的移動網絡GMSC入口局，GMSC入口局分析被叫用戶號碼，向相應的HLR查詢路由信息，查出被呼MS所在的地區，HLR將所撥的移動用戶號碼轉換為GSM用戶識別碼IMSI，向該區VLR發出被叫的IMSI，請求分配MSRN，VLR臨時分配給被叫用戶一個漫游號碼（MSRN），并告知HLR，HLR再轉發給查詢路由信息的GMSC；GMSC把入局呼叫接到被呼MS所在地區的移動交換中心，記作VMSC。由VMSC向該VLR查詢有關的“呼叫參數”，查出被叫用戶的位置區LAI后，MSC/VLR將尋呼消息發送給位置區內所有的基站

49、，這些基站通過尋呼信道PCH發送尋呼消息。MS收到尋呼信息后，在隨機接入信道(RACH) 上向BS發尋呼響應，同時，申請分配一個專用控制信道（DCCH），MS用分配的專用控制信道（DCCH）與BS建立起信令鏈路，并向VMSC發回尋呼響應，即完成移動用戶被呼過程。系統開始進行鑒權和加密模式的過程，VMSC向被呼MS發送“呼叫建立”的信令，被呼MS收到此信令后，向VMSC發回“呼叫證實”信息，表明呼叫建立完成，MS已可進入通信狀態，此時BS給MS分配無線業務信道TCH，通過無線鏈路接通移動用戶，移動臺轉入TCH，開始通話。 3、越區切換越區切換是移動通信系統的非常重要的網絡控制功能之一。由于用戶的

50、移動性，在通話過程中，移動用戶有可能離開原小區進入一個新的小區時，系統就會將移動用戶從原小區的業務信道轉換到新小區的業務信道，并保證通話不間斷，這種信道轉換叫越區切換。切換的操作不僅包括識別新的小區，而且需要分配給移動臺在新小區的業務信道和控制信道。如果小區采用扇區定向天線，當移動臺在小區內從一個扇區進入另一扇區時，也要進行信道的切換。3.2CDMA數字蜂窩移動通信系統3.2.1CDMA數字系統的基本原理及特點1、CDMA蜂窩通信系統的基本原理CDMA蜂窩通信系統的基本原理基于擴展頻譜通信技術。擴頻（SS：Spread Spectrum）通信技術是一種信息傳輸方式，用來傳輸信息的信號帶寬遠遠大

51、于信息本身的帶寬。在通信系統的發送端用一個帶寬比信息帶寬寬得多的擴頻碼（偽隨機碼）對信息數據進行調制，使信號所占的頻帶寬度遠大于所傳信息必須的帶寬，且與所傳信息數據無關。在接收端使用完全相同的擴頻碼（偽隨機碼），對接收到的擴展頻譜信號進行解擴，以恢復所傳信息數據，人們把傳輸擴頻信號的系統為擴頻系統。 2、CDMA系統的特點（1）不需要均衡器FDMA和TDMA需要均衡器以減少由于時延擴展所產生的碼間干擾。（2）語音激活當用戶講話時語音編碼器輸出速率高，發射機發射的平均功率大；當用戶不講話是時語音編碼器輸出速率低，發射功率就小，減輕對其他用戶的干擾。（3）頻率復用和扇區的劃分不同的扇區可以使用相同

52、的頻率，所以小區容量隨著扇區數的增加而增加。（4）大容量和軟容量（5）可變速率聲碼器（6）良好的保密能力擴頻技術，使得發射的信號頻譜被擴展的很寬，從而使發射的信號完全隱藏在噪聲、干擾之中，不一被發現和接收。（7）軟切換不需要移動臺的收發頻率切換，只需要在碼序列上作相應的調整。（8）多種形式的分集（9）發射功率低，移動臺的電池使用壽命長（10）從模擬向CDMA的過渡3.2.2信道劃分1、邏輯信道CDMA系統不分頻帶也不分時隙，所有的信道是靠不同的碼型來劃分的。為了實現雙工通信，CDMA系統的前向信道和反向信道各使用一個頻段。2、前向信道64個信道，1個導頻信道、1個同步信道、7個尋呼信道、55個

53、業務信道。3、反向信道55個業務信道、n個接入信道3.2.3CDMA數字蜂窩網的網絡結構與GSM基本相同3.2.4CDMA系統提高系統容量的關鍵技術1、功率控制（1）反向鏈路功率控制（用戶到基站）（上行鏈路）解決“遠近效應”以及各種衰落，使移動臺發射的信號在到達基站時具有相同的電平，且等于系統對信干比要求的門限值。當信號的傳播條件突然改善時，功率控制應作出快速反應，以防止信號突然增強而對其他用戶產生附加干擾；相反，當傳播條件突然變壞時，功率調整的速度可以相對慢一些。a）開環功率控制移動臺獨立完成。過程：移動臺根據基站發來信號的強度來增加或降低自身的發射功率。移動臺接收到強信號：表明MS與BS距離近，或傳播路徑好，這時MS降低發射功率；移動臺接收到弱信號：表明MS與BS距離遠，或傳播路徑差，這時MS增加發射功率。b)閉環功率控制基站和移動臺聯合完成，基站起關鍵作用。目的：使基站對移動臺的開環