《現(xiàn)代通信技術(shù)基礎(chǔ)》第6章-移動通信

1、 第第6章章 移動通信移動通信v 6.1 移動通信概述 v 6.2 移動通信的主要關(guān)鍵技術(shù) v 6.3 GSM移動通信系統(tǒng) v 6.4 CDMA移動通信系統(tǒng) v 6.5 第三代移動通信系統(tǒng)v 6.6 WCDMA移動通信系統(tǒng)v 6.7 TD-SCDMA移動通信系統(tǒng)v 6.8 cdma 2000移動通信系統(tǒng) v 6.9 新一代移動通信技術(shù)v6.1 移動通信概述 6.1.1 移動通信系統(tǒng)的分類 6.1.2 移動通信的特點 6.1.3 蜂窩通信的概念 6.1.4 移動通信的管理 v6.2 移動通信的主要關(guān)鍵技術(shù) 6.2.1 無線傳輸技術(shù)概述 6.2.2 碼分多址（CDMA） v6.3 GSM移動通信系

2、統(tǒng) 6.3.1 GSM系統(tǒng)概述 6.3.2 GSM系統(tǒng)的組成 6.3.3 GSM系統(tǒng)的通信過程 6.3.4 通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS） v6.4 CDMA移動通信系統(tǒng) 6.4.1 CDMA系統(tǒng)原理 6.4.2 CDMA系統(tǒng)的技術(shù)體制 v6.5 第三代移動通信系統(tǒng)（3G） 6.5.1 3G概述 6.5.2 3G的關(guān)鍵技術(shù) 6.5.3 3G的技術(shù)標準v6.6 WCDMA移動通信系統(tǒng) 6.6.1 WCDMA的網(wǎng)絡(luò)特點 6.6.2 WCDMA網(wǎng)絡(luò)接口與系統(tǒng)技術(shù)v6.7 TD-SCDMA移動通信系統(tǒng) 6.7.1 TD-SCDMA的技術(shù)特點 6.7.2 TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)接口與系統(tǒng)技術(shù)v6.8 cdm

3、a 2000移動通信系統(tǒng) 6.8.1 cdma 2000的網(wǎng)絡(luò)特點 6.8.2 cdma 2000 1x空中接口v 移動通信是指通信雙方或至少有一方是在運動中通過通信網(wǎng)絡(luò)進行信息交換的。例如固定點與移動體之間、移動體與移動體之間、人與人之間或人與移動體之間的通信，都屬于移動通信。移動通信主要包括陸地移動通信和衛(wèi)星移動通信；若無特別說明，一般泛指前者。v 典型的移動通信系統(tǒng)如圖6-1所示。v 硬切換是指移動終端被連接到不同的移動通信系統(tǒng)、不同的頻率分配或不同的空中接口特性時，必須斷掉原來小區(qū)的無線信道，才能使用新小區(qū)的無線信道進行通信；硬切換在空中接口是先斷后通的過程。v 軟切換是當移動終端的通

4、信被連到另一個小區(qū)的業(yè)務(wù)信道時，不需要中斷當前服務(wù)小區(qū)的業(yè)務(wù)信道。 v 蜂窩式移動通信系統(tǒng)由移動業(yè)務(wù)交換中心（MSC）、基站（BS）、移動臺（MS）及與市話網(wǎng)相連接的中繼線等組成，如圖6-3所示。6.2.1 無線傳輸技術(shù)無線傳輸技術(shù)（1）顯分集和隱分集v 顯分集：也稱為空間分集，其工作原理是將若干個天線分隔開來，然后連接到一個公共的接收系統(tǒng)，當任一天線監(jiān)測到信號峰值，接收機即可選擇接收到的最佳信號作為輸入。v 隱分集：在接收端利用信號處理技術(shù)實現(xiàn)分集，其分集作用隱蔽于傳輸?shù)男盘栔校ㄈ缃豢椌幋a、直接序列擴頻技術(shù)等），隱分集技術(shù)只需單一天線來接收信號，因而廣泛應(yīng)用于數(shù)字移動通信系統(tǒng)中。無線傳輸技術(shù)

5、（2）宏分集和微分集v 宏分集：是把多個基站設(shè)備安放在不同的地理位置和不同的方向上，同時和小區(qū)內(nèi)的一個移動臺進行通信，接收機選擇信號最好的基站接收，這種方式可減少慢衰落。v 微分集：是一種減少快衰落的技術(shù)，常用的實現(xiàn)方法有多種，如天線分集技術(shù)、時間分集技術(shù)、頻率隱分集技術(shù)、多徑分集技術(shù)等。無線傳輸技術(shù) 無線傳輸技術(shù)無線傳輸技術(shù)v 開關(guān)多波束智能天線：結(jié)構(gòu)較簡單，整個區(qū)域由數(shù)目確定的多個并行波束覆蓋，每個波束的指向和寬度是固定的，用戶在小區(qū)內(nèi)移動，基站選擇某個波束使接收信號最強。v 自適應(yīng)陣天線：采用多天線陣元結(jié)構(gòu)形成全向天線，系統(tǒng)采用數(shù)字信號處理技術(shù)識別用戶信號的到達方向，并在此方向形成天線主

6、波束。 1. CDMA基本原理基本原理v CDMA擴頻通信系統(tǒng)原理圖如圖6-4 所示。v CDMA是一種以擴頻通信為基礎(chǔ)的調(diào)制和多址連接技術(shù)。擴頻通信技術(shù)在信號發(fā)端用一高速偽隨機序列與數(shù)字信號相乘，由于偽隨機碼的速率比數(shù)字信號的速率大得多，因此擴展了信息傳輸帶寬。在收信端，則用相同的偽隨機序列與接收信號相乘，進行相關(guān)運算，將擴頻信號進行解擴。擴頻通信具有隱蔽性、保密性、抗干擾等優(yōu)點。4. OFDM與與CDMA技術(shù)比較技術(shù)比較 （1）調(diào)制技術(shù)（2）峰均功率比（3）抗窄帶干擾能力（4）抗多徑干擾能力（5）功率控制技術(shù)（6）網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃（7）均衡技術(shù)v GSM 系統(tǒng)由交換系統(tǒng)（即移動交換中心，MSC）、

7、基站系統(tǒng)（BSS）、移動臺（MS）、操作維護中心（OMC）等部分組成，如圖6-6所示。3. 移動臺移動臺v 移動臺（MS）是通信網(wǎng)絡(luò)的終端無線設(shè)備，也是用戶能與GSM系統(tǒng)中直接接觸的唯一設(shè)備。移動臺的類型不僅包括手持臺（手機），還包括車載臺和便攜式臺，目前手機功能豐富使用方便，手機用戶已占整個用戶的極大部分。v 移動臺由移動終端（MS）和客戶識別卡（SIM）兩部分組成v 通話中，移動臺不斷向所在小區(qū)基站報告本小區(qū)和相鄰小區(qū)基站無線信號參數(shù)；本小區(qū)基站依據(jù)這些參數(shù)，判斷是否需要進行越區(qū)切換。v 當滿足越區(qū)切換條件時，基站向移動臺發(fā)出越區(qū)切換請求。越區(qū)切換請求信息包括國際移動用戶識別碼（IMSI）

8、和新基站位置碼。同時，將越區(qū)切換請求信息傳送給移動業(yè)務(wù)交換中心MSC。v MSC判斷新的基站是否屬于本轄區(qū)；若屬于本轄區(qū)，MSC將通知訪問位置寄存器（VLR）并為其選擇空閑信道。VLR將空閑信道號及識別碼（IMSI）回送給MSC，MSC將空閑信道頻率及IMSI經(jīng)本小區(qū)基站通知移動臺。移動臺將工作頻率切換到新的頻率點上，并進行環(huán)路核準。核準信息經(jīng)MSC核準后，MSC通知基站釋放原信道。v 若MSC判定新基站屬于新的MSC轄區(qū)，則將越區(qū)切換請求轉(zhuǎn)送給新MSC。新MSC訪問其VLR，該VLR找出空閑信道并通知新MSC；而新MSC再將新基站號、新信道頻率值及識別碼經(jīng)MSC本區(qū)的基站發(fā)送給移動臺。以后越

9、區(qū)切換的過程同上v 碼分多址（CDMA）體制具有抗人為干擾、抗窄帶干擾、抗多徑干擾、抗多徑延遲擴展的能力，同時具有提高蜂窩系統(tǒng)的通信容量、便于模擬與數(shù)字體制的共存及過渡等優(yōu)點，使CDMA系統(tǒng)成為時分多址（TDMA）系統(tǒng)的強有力的競爭對手。 6.5.1 3G概述 v 擁有較高的通信服務(wù)質(zhì)量 v 具有高度的靈活性v 由第二代移動通信平滑演進到3G系統(tǒng) v 具有較強的抗干擾能力 3G概述 v 資訊類業(yè)務(wù) v 互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù) v 金融業(yè)務(wù) v 定位導(dǎo)航 v 遠程監(jiān)控 雙工方式 多址方式 聲碼器 信道編碼 功率控制 切換 基站同步方式 用戶設(shè)備 通用陸地無線接入網(wǎng)絡(luò) 核心網(wǎng) 外部網(wǎng)絡(luò) v 空中接口協(xié)議結(jié)構(gòu)空

10、中接口協(xié)議結(jié)構(gòu) WCDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的空中接口（Uu）是指用戶設(shè)備（UE）和無線接入網(wǎng)（UTRAN）之間的接口，通過使用無線傳輸技術(shù)，將用戶設(shè)備接入到系統(tǒng)固定網(wǎng)絡(luò)部分。 WCDMA空中接口的協(xié)議結(jié)構(gòu)分為兩面三層，垂直方向分為控制平面和用戶平面；水平方向分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層。數(shù)據(jù)鏈路層又包括媒體接入控制（MAC）層、無線鏈路控制（RLC）層、分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議（PDCP）層和廣播多播控制（BMC）層；其中MAC和RLC由控制面與用戶面共用，PDCP和BMC僅用于用戶面。 Uu接口協(xié)議用于在UE和UTRAN之間傳送用戶數(shù)據(jù)和控制信息，建立、重新配置和釋放無線承載業(yè)務(wù)。 v TD-CDMA系

11、統(tǒng)的技術(shù)特征系統(tǒng)的技術(shù)特征 TDD模式 低碼片速率 上行同步 接力切換 智能天線 軟件無線電技術(shù)v TD -SCDMA系統(tǒng)空中接口信道系統(tǒng)空中接口信道 邏輯信道 傳輸信道 物理信道 v cdma 2000的主要特點是與現(xiàn)有的TIAEIA-95-B標準向后兼容，并可與IS-95系統(tǒng)的頻段共享或重疊，使得cdma 2000系統(tǒng)可從IS-95系統(tǒng)的基礎(chǔ)上平滑的過渡和發(fā)展，保護已有的投資。同時，通過網(wǎng)絡(luò)擴展方式可提供在基于GSM-MAP的核心網(wǎng)上運行的能力。v cdma 2000采用MC-CDMA（多載波CDMA）的多址方式，可支持話音、分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等，并且可實現(xiàn)業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS）保證。v cdma

12、2000采用的功率控制有開環(huán)、閉環(huán)和外環(huán)等3種方式（速率為800次秒或50次秒），還可采用輔助導(dǎo)頻、正交分集、多載波分集等技術(shù)來提高系統(tǒng)的性能。v cdma 2000系統(tǒng)的一個載波帶寬為1.25 MHz。若系統(tǒng)分別獨立使用每個載波，則稱為cdma 2000 1x系統(tǒng)；若系統(tǒng)將3個載波捆綁使用，則稱為cdma 2000 3x系統(tǒng)。cdma 2000 1x系統(tǒng)的空中接口技術(shù)稱為1x無線傳輸技術(shù)（RTT）。cdma 2000 1x系統(tǒng)是cdma 2000移動通信系統(tǒng)發(fā)展的第一階段，已在世界上多個國家和地區(qū)投入商用。v cdma 2000 1x分別獨立使用每個載波；一個載波帶寬為1.25 MHz。系統(tǒng)前向信道和反向信道均采用碼片速率為1.2288 Mchip/s的單載波直接序列擴頻方式，可與現(xiàn)有的IS-95系統(tǒng)后向兼容，并可以與IS-95B系統(tǒng)的頻段共享或重疊。v 空中接口協(xié)議結(jié)構(gòu)與物理信道空中接口協(xié)議結(jié)構(gòu)與物理信道 空中接口的協(xié)議結(jié)構(gòu)中包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層及高