移動通信系統導論中國移動通信集團設計院有限公司陜西分公司2010年7月2010年新員工無線專業培訓系列膠片1課程要求及主要內容移動通信的基本定義雙工和多址方式蜂窩系統信息在系統中的處理移動通信系統發展歷程常見的移動通信系統本課程主要介紹移動通信系統的基本概念、發展歷史和關鍵技術。課程結束后，應當了解移動通信系統形成的基本要素和發展的驅動力，并清楚幾種常見的移動通信系統的基本特征。課程要求主要內容移動通信基本定義有效性：盡可能少的資源傳送盡可能多的信息。可靠性：抵抗各種人為和非人為干擾的能力。安全性：傳輸中的安全保密能力。衡量通信系統的主要方面追求更高的頻譜利用率提供更大的用戶容量提供個性化、智能化的服務支持更高速率的新業務降低對人體的危害性提供更高的通信質量移動通信系統的發展目標問題：移動通信相比固定通信的特點是什么？（用戶移動、信道開放、信號時變）基本定義：移動通信是指通信雙方或至少有一方在運動中所進行的信息交換，如移動體（車輛、船舶、飛行物或行人）與固定體之間，移動體與移動體之間的通信，均屬于移動通信范疇。通信的內容：聲音、文字、圖像、視頻。即人類五感當中聽覺和視覺，至于觸覺、嗅覺、味覺目前通信系統還無法做到傳遞。移動通信系統：用于完成上述移動用戶之間信息傳遞和交換的全部設備的總和。移動通信系統的組成用戶終端接入網核心網接入網用戶終端業務承載網（GSM、TD-SCDMA……）傳送網（PDH、SDH、PTN）核心網：負責對用戶業務進行核心處理，包括用戶位置控制、交換、鑒權、設備識別等功能。接入網：負責將業務從用戶接入至核心網，或將業務從核心網接出至用戶，是核心網與用戶之間的通道。接入網只負責業務的接入以及通道資源管理和分配、對業務是不進行處理的。支撐管理網：包括網管系統和BOSS系統，作用是提高電信企業的運營效率支撐管理網（網管、BOSS系統等）空中接口空中接口空中接口—移動通信最特殊最復雜的部分由于移動通信系統的特點，決定了用戶與網絡之間必須采用自由空間作為信息傳遞的基本介質。無線信道從本質來講，是隨參信道，其傳輸函數h(,t)是“時變”的。h(,t)s(t)r(t)n(t)空間選擇性衰落時間選擇性衰落頻率選擇性衰落衰落干擾同頻干擾鄰頻干擾阻塞干擾互調干擾多址方式—區分用戶的方法SDMAOFDMA……..CDMATDMAFDMA在無線通信中，許多用戶同時通話，以不同的無線信道分隔，防止相互干擾的技術方式稱為多址方式。問題：多址方式的發展意味著什么?雙工方式—沒有最佳，只有適宜頻分雙工（FDD）（FrequencyDivisionDuplex)時分雙工（TDD）

(TimeDivisionDuplex)TDD與FDD相比：TDD能使用各種頻率資源，不需要成對的頻率；TDD適用于不對稱的上下行數據傳輸速率，特別適用于IP型的數據業務；TDD上下行工作于同一頻率，上下行特性相同;對定時、同步的要求高;上行數據下行數據時分雙工/TDD頻分雙工/

FDD問題：TDD系統比FDD系統頻譜利用率高嗎？雙工方式（duplexmode）：通信雙方能夠同時進行雙向傳送消息的一種通信方式。蜂窩系統----用可靠性換取有效性引入蜂窩概念是無線移動通信的重大突破，是一種系統級的概念。其思想是用許多小功率的發射機（小覆蓋區）來代替單個的大功率發射機（大覆蓋區），每一個小覆蓋區只提供服務范圍內的一小部分覆蓋。其主要目的是為了在有限的頻譜資源上提供更多的移動電話用戶服務。－通過控制發射功率使得頻譜資源在不同小區間重復利用，－通過將小區劃分成更小的小區的方法（小區分裂）來增大系統的容量。蜂窩系統在幾何上可以看出由六邊形組成。形同蜂窩。頻率再用距離：D小區半徑：R頻率再用因子：Q＝D/R不同多址體制的Q值：FDMA，Q＝7TDMA，Q＝3或4CDMA，Q＝1問題：1、為什么說蜂窩系統是用可靠性換取有效性？2、為何FDMA/TDMA/CDMA的頻率再用因子不同？越區切換---因蜂窩系統而存在的概念

當一個移動臺正在通話的時候，從一個基站移動到另一個基站，為了使通話不被中斷，系統自動地將呼叫轉移到新基站的信道上。這種切換操作不僅要識別一個新基站，而且要求將話音和信令信號分派到新基站的信道上，此過程不需要用戶的介入。

由于切換受到衰落和干擾的影響，可能會不成功，如果不成功會導致掉話，因此切換成功率是無線網絡的重點考核指標之一。

目前移動通信系統中的切換有：硬切換（GSM、WCDMA、TD-SCDMA）、軟切換（WCDMA）接力切換（TD-SCDMA）信息在系統中的處理信源編碼信道編碼交織數據調制擴頻調制跳頻分集接收將信息變成碼，關鍵是可靠型與有效性的均衡。增加差錯冗余碼，不同的差錯敏感度采用辦法不同。克服較長的突發誤碼，實際是克服時間選擇性衰落。是將需要傳輸的信息編碼搬移到適合傳送的頻帶內。對數據調制后的編碼進行擴頻和加擾。射頻跳變，實際是克服頻率選擇性衰落。利用不同多徑分量信號的不相干性克服快衰落擴頻通信定義擴頻通信，即擴展頻譜通信(SpreadSpectrumCommunication)，它與光纖通信、衛星通信，一同被譽為進入信息時代的三大高技術通信傳輸方式。擴頻通信技術是一種信息傳輸方式，其信號所占有的頻帶寬度遠大于所傳信息必需的最小帶寬；頻帶的擴展是通過一個獨立的碼序列來完成，用編碼及調制的方法來實現的，與所傳信息數據無關；在接收端則用同樣的碼進行相關同步接收、解擴及恢復所傳信息數據。香農公式：C＝B（1＋S/N），C為信道容量，B為信號帶寬，S/N為信躁比。擴頻通信利用了此公式的結論，在信道容量C不變的情況下，信號頻帶寬度B與信噪比S/N完全可以互相交換，即可以通過增大傳輸系統的帶寬以在較低信噪比的條件下獲得比較滿意的傳輸質量。問題：擴頻通信犧牲了什么？換取了什么？移動通信的發展歷史AMPSTACSNMT其它第一代80年代模擬模擬技術第二代90年代數字需求驅動GSMCDMAIS95TDMAIS-136PDC數字技術語音業務第三代IMT-2000WCDMACDMA2000需求驅動寬帶業務TD-SCDMA麥克斯韋方程組——赫茲實驗——馬可尼無線電通信實驗（1897）——1921年單工汽車無線電臺——雙工無線電臺——蜂窩系統概念的出現WIMAX第一代蜂窩移動通信系統代表：歐洲的TACS和北美的AMPS多址方式：FDMA/FDD信道帶寬：30KHz（AMPS）、25KHz（TACS）使用頻率：800－900MHz語音調制：PM基站有效輻射功率：最大100W移動臺發射功率：3W（AMPS），7-10W（TACS）控制信號調制方式：FSK控制信號碼型：曼徹斯特編碼缺少公共接口頻譜利用率低保密性差不適合數據傳送模擬蜂窩系統缺點第二代蜂窩移動通信系統第二代（2.5G）移動通信系統以數字傳輸、時分多址TDMA或碼分多址CDMA為主體技術，采用FDD雙工。是當前移動通信的主流。目前我國已進入商用的數字蜂窩系統主要有歐洲的GSM（2.5G加上了GPRS）、美國的CDMA。其中GSM采用TDMA，標準化程度高，進入市場早，已經非常的成熟目前被應用的最廣泛；CDMA具有容量大、覆蓋好、話音質量高的優點，（話音容量超過GSM系統3-4倍），但標準化程度較低，進入市場晚，沒有GSM成熟。

代表：歐洲的GSM和北美的IS-95。使用頻率：800－900MHz。多址方式：TDMA/FDMA/FDD(GSM)，CDMA/FDMA/FDD(IS-95)。傳輸速率：270.833kbps(GSM)，1.2288Mbps(IS-95)。調制方式：GMSK(GSM)，QPSK/OQPSK(IS－95)。語音編碼：13kbpsRPE-LTP(GSM)，1200/2400/4800/9600bps變速率CELP(IS-95)。信道編碼：1/2卷積碼(GSM)，1/2卷積碼/維特比譯碼（IS-95)。特點：具有數字傳輸的優點，話音質量提高，保密性提高，可以自動省際、省內漫游。

缺點：通信帶寬有限，限制了數據業務的發展，也無法實現移動的多媒體業務，各國標準不統一，無法實現全球漫游。第三代移動通信系統(IMT-2000)IMT-2000(國際移動通信-2000)，意即該系統工作在2000MHz頻段，最高業務速率可達2000kb/s，預期在2000年左右得到商用。最高傳輸速率：144kb/s（高速運動），384kb/s（步行速度），2Mb/s（室內環境）。四種代表性技術方案：歐洲和日本的WCDMA方案，北美的CDMA2000方案，中國CATT提出的TD-SCDMA方案、IEEE的WiMAX(全球微波互聯接入)開環，閉環(最高200Hz)，外環開環，閉環(最高800Hz)，外環開環，閉環(最高1500Hz)，外環功率控制自適應多速率可變速率(basedonvoiceactivity)自適應多速率(basedonRFcondition)語音編碼硬切換或接力切換軟切換，頻間切換，與IS-95間的切換軟切換，頻間切換，與GSM間的切換切換QPSKQPSK(前向)，BPSK(后向)QPSK(前向)，BPSK(后向)調制方式5ms子幀20ms等10ms幀長同步同步(需GPS)異步(不需GPS)or同步基站同步方式1.28Mcps1.2288Mcps3.84Mcps碼片速率TDDFDDFDD雙工方式TDMA+CDMA單載波寬帶直接序列擴頻cdma單載波寬帶直接序列擴頻cdma接入方式1.6MHz1.25MHz5MHz信道間隔TD-SCDMAcdma20001XUMTSWimax全稱為WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess,即全球微波互聯接入。WiMAX的另一個名字是802.16。WiMAX是一項新興的寬帶無線接入技術，能提供面向互聯網的高速連接，數據傳輸距離最遠可達50km。WiMAX還具有QoS保障、傳輸速率高、業務豐富多樣等優點。WiMax四大優勢優勢之一，實現更遠的傳輸距離。WiMax所能實現的50公里的無線信號傳輸距離是無線局域網所不能比擬的，網絡覆蓋面積是3G發射塔的10倍，只要少數基站建設就能實現全城覆蓋，這樣就使得無線網絡應用的范圍大大擴展。優勢之二，提供更高速的寬帶接入。WiMax所能提供的最高接入速度是70M，這個速度是3G所能提供的寬帶速度的30倍。對無線網絡來說，這的確是一個驚人的進步。優勢之三，提供優良的最后一公里網絡接入服務。作為一種無線城域網技術，它可以將Wi－Fi熱點連接到互聯網，也可作為DSL等有線接入方式的無線擴展，實現最后一公里的寬帶接入。WiMax可為50公里線性區域內提供服務，用戶無需線纜即可與基站建立寬帶連接。優勢之四，提供多媒體通信服務。由于WiMax較之Wi－Fi具有更好的可擴展性和安全性，從而能夠實現電信級的多媒體通信服務。HSDPAHSUPAHSPA+和LTE3G4GHSDPA充分參考了cdma20001XEV-DO的設計思想與經驗，新增加一條高速共享信道(HS-DSCH)，同時采用了一些更高效的自適應鏈路層技術。共享信道使得傳輸功率、PN碼等資源可以統一利用，根據用戶實際情況動態分配，從而提高了資源的利用率。自適應鏈路層技術根據當前信道的狀況對傳輸參數進行調整，如快速鏈路調整技術、結合軟合并的快速混合重傳技術、集中調度技術等，從而盡可能地提高系統的吞吐率。應用新技術提高系統容量共享信道傳輸，快速調度快速重傳和軟合并