移动通信技术基础教程

1移动通信技术教程江西财经大学电子信息学院通信工程系2移动通信技术课程提纲移动通信概论GSM数字蜂窝移动通信系统GPRS技术CDMA数字移动通信系统通信电源系统简介3移动通信基本概念移动台无线基站移动交换中心蜂窝小区切换漫游4大区制一个基站覆盖整个服务区域技术简单通信质量差频率利用率低系统容量小蜂窝通信基本原理5GSM蜂窝覆盖示意图室内站微蜂窝宏蜂窝GSM900微蜂窝微蜂窝宏蜂窝DCS18006蜂窝通信基本原理7蜂窝通信几个概念和区别多址技术频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)双工技术时分双工与频分双工窄带系统与宽带系统单个信道的带宽与所期望信道的相干带宽一致一个信道的发射带宽大于这个信道的相干带宽宽带系统通常能够带来频率分集的优势8多址技术示意图频率时间TDMA时间频率FDMA频率时间码字CDMA传统多址技术码分多址技术9频分多址技术(FDMA)FDMA信道每次只能传递一个电话如果一个FDMA信道没有使用，并且处于空闲状态，它不能被其他用户使用以增加共享容量。在分配成语音信道后，基站和移动台就会同时地连续不断地发射。FDMA需要精确的RF滤波器，需要双工器（单天线）。非线性效应：许多信道共享一个天线，功率放大器的非线性会产生交调频率（IM），产生额外的RF辐射。FDMA比TDMA简单，同步和组帧比特少，系统开销FDMA通常是窄带系统。10时分多址技术(TDMA)多个用户共享一个载波频率，分享不同时隙。TDMA系统的数据传递是不连续的，是分组发射，可以关闭。不连续发送，可以利用空闲时隙监听其他基站，实现切换处理。需要自适应均衡；需要保护时隙。分组发射需要额外的系统开销，如保护数据同步。按照不同的用户提供不同的带宽。TDMA的效率是指发射的数据中信息所占的百分比。11移动通信电波传播的特点时间接收信号强度发射信号多径环境12移动通信电波传播的特点-40-35-30-25-20-15-10-50dB发射信号接收数据信道衰落特性13移动通信电波传播的特点电磁波多经传播——反射、散射和绕射多普勒频率扩展，运动引起信道变化（扩散频移）无线环境中的信号衰减分成三部分：幅度衰减较大的路径损耗伴随中等幅度衰减的具有对数正态分布特性的慢变化成分－大尺度变化衰减幅度较小的快变化成分－小尺度衰落两类典型小尺度衰落包络分布的描述方法：瑞利分布（非视距传播）莱斯分布（视距传播）14高斯噪声信道模拟当前径权重接收信号发射信号信道模拟当前径权重信道模拟当前径权重信道模拟当前径权重移动通信信道模型15噪声和干扰噪声车辆点火系统工业电气噪声自然噪声背景杂散噪声干扰来源同频道干扰邻频道干扰互调干扰多址干扰16蜂窝无线区域的组成方法频率复用的概念（容量扩充）呼叫阻塞载频受限频道扩充受限成本受限17121345671213456712134567134512137无线区域的划分七小区频率复用18全向小区3扇区/小区6扇区/小区（OMNICELLSITE）（120SECTOR/CELLS）（60SECTOR/CELLS）CellCellCellSiteSiteSite=1ANTENNA=3ANTENNA=6ANTENNA基站天线激励方式19“扇区化”的技术，扇区化即是将一个基站分成多个小区，每个小区都有自己的发射和接收天线，相当于一个独立的小区。扇区化的小区使用特制的定向天线，使该小区发射的无线电波集中在一个特定的方向上。这样做有很多优点，首先小区发射的无线电波能量集中到了一个更小的区域如60度，120度或180度，而不是以360度全向发射，这样可以获得更强的信号，有利于“室内覆盖”等。另外，更好地防止同信道干扰和邻信道干扰，同频复用距离缩短，在同一地理区域可以有更多的小区，可以支持更多的移动用户。服务小区“扇区化”20GSM系统频率复用模式4×3标准复用模式（GSM体制推荐）无线区族4个基站每基站3扇区基站结构3个120或三叶草扇区C/I12dB21GSM系统频率复用模式复用方式3个基站9个扇区特点不增加新基站容量增加（有限）抗干扰措施3×3标准复用模式22GSM常规信道分配方式要求各邻小区禁止使用同频各小区使用的邻频间隔尽可能大链形分配23实际的无线区划和组成24蜂窝小区规划初步人口密度和居民购买力，用来估计服务的深度和广度经济活力决定了时间、地点和话务量密度现有的网络规模25兼容性抗噪声与干扰信道扩充标准化开放接口安全与保密越区切换平稳用户识别ISDN兼容语音与数据业务增强型业务与补充业务GSM系统特点26RADIOCOMRTMSTACSC-450NMT2000ITALYU.KSPAINAUSTRIANORWAYFINLANDSWITZERLANDNETHERLANDSDENMARKSWEDENFRANCEPORTUGALGERMANY兼容性27G.703X.25C7ISDNIEEE802.3LAP_BLAP_DV.35标准化开放接口28安全与保密IMEIA5SIM29语音与数据业务普通电话紧急呼叫短消息业务双电话号码个人号码公司号码数据业务基本数据速率9.6Kb/s4.8Kb/s2.4Kb/s可视图文与网上浏览用户电报传真30增强型业务范围多方通话呼叫转移来显、呼叫等待短消息业务话费查询31MSCBSCBTSBTSHLRVLREIRNSSPSTNIWFECTRAUSIMMENMCOMCOMCOMSBSSMSGSM网络结构32MSC功能与作用呼叫处理呼叫建立、连接与清除切换过程移动性管理位置更新过程用户身份识别移动设备识别操作与维护数据库管理测量人机接口（MMI）网间互通计费MSC33HLR功能与作用HLR:HomeLocationRegister用户识别号（IMSI,MSISDN）当前用户的VLR（当前位置）业务限制信息用户申请的补充业务补充业务信息（例：当前转移的电话号码）用户状态（registered/deregistered）鉴权key和AUC功能移动用户漫游号（MSRN）HLR34VLR功能与作用VLRVLR：VisitorLocationRegister移动台状态部分补充业务数据移动站的位置登记（LAI）临时移动用户识别号（TMSI）管理移动用户漫游号MSRN管理35AUC功能与作用MSCBSCBTSBTSMSCHLRVLREIRVLRABCDEFGAUCH•鉴权和加密数据•Ki,RAND•A3,A8算法•Kc,SRES36EIR功能与作用包含所有经注册登记的合法移动设备包含所有被禁止使用的移动设备包含所有要跟踪的移动设备EIR：EquipmentIdentityRegister存储移动设备分类表（IMEI）白名单黑名单灰名单37IMEI查询流程呼叫建立在EIR查询IMEI请求IMEI传送查询结果送MSCMS发送IMEIMSBSSMSCEIR38基站子系统（BSS）的组成OMC-RTCBSCBTSBTSMSMSUM接口Abis接口A接口基站控制器—BSC基站收发信机—BTS无线操作维护中心—OMC-R码变换器—TC（Transcoder）39BSC的一般结构数字中继交换网络控制网络数字中继A接口Abis接口40BSC的作用功能实现A接口物理层规定（PCM/E1）实现A接口No.7号信令功能（SP）实现Abis接口物理层规定（PCM/E1）实现Abis接口数据链路层（LAPD）实现A接口与Abis接口间信道交换功能实现部分网络层的功能实现无线资源管理（RR）实现BSS管理应用部分的功能实现切换功能等41BTS的一般结构基站接口设备信令处理编码与交织译码与解交织加密解密调制均衡解调发信机收信机天线跳频控制时钟AbisUmBTS的功能模块42BTS的作用功能实现Abis接口物理层规定（PCM/E1）实现Abis接口数据链路层（LAPD）实现BTS管理功能实现部分无线资源管理（RR）实现Um接口物理层规定（PCM/E1）实现Um接口数据链路层（LAPDm）实现实现跳频功能实现信道加密、解密功能实现信道编译码、交织与解交织功能实现调制与解调功能43移动台（MS）的组成MESIM44移动台的电原理图语音编码信道编码交织加密TDMA突发序列形成调制TxRx双工器解调均衡解密解交织语音解码信道解码VCO频率合成器定时与控制45功率控制与DTX（不连续发射）DTX克服远近效应减少频率污染节省手机电力1W4W30mW46功率控制与接收灵敏度043dBm141dBm239dBm337dBm435dBm....1513dBm功率控制电平等级：步长：2dB;容限：2.0dB接收灵敏度：移动台：-102dBm基站：-102dBm47用户识别卡（SIM）用户固定数据IMSIKi接入控制级安全算法网络临时数据TMSILAIKc选择的PLMN业务相关数据使用的语言话费数据48GSM网络的接口GAAbisUmAUCHLRMSCEIRIWFTCBSCBTSBTSBTSECNMCOMCVLRMSCIWFTCECVLRTCPSTNBSCBTSBTSBTSBTSBTSBTSBSSBCHDEF49GSM系统的频率配置45MHz双工间隔960950935917915905890872基站发射频率基站接收频率2MHz保护频带（单位：MHz）925880GSMTACS/GSMEGSMETACS50DCS1800的频率配置95MHz双工间隔1880180517851710基站发射频率基站接收频率20MHz保护频带（频率单位：MHz）DCS180051无线信道编号（N）GSM900主频段（P-GSM）上行：Fl=890+0.2×N(MHz)(1N124)下行：Fh=Fl+45(MHz)GSM扩展频段（E-GSM）上行：Fl=890+0.2×(N-1024)(MHz)下行：Fh=Fl+45(MHz)(975N1023)DCS1800频段上行：Fl=1710.2+0.2×(N-512)(MHz)下行：Fh=Fl+95(MHz)(512N885)52空间接口信道类型物理信道：一个载频上的TDMA帧的一个时隙(TS)逻辑信道业务信道语音信道数据信道随路控制信道控制信道广播控制信道公共控制信道专用控制信道53业务信道（TCH）TCHTrafficChannelsSpeechDataTCH/FSTCH/HSTCH/9.6TCH/2.4TCH/9.6TCHSACCHFACCH54控制信道（CCH）CcHControlChannelDCCHACCHSDCCHFACCHSACCHBCCHSCHBCCHCCCHRACHPCH/AGCHCBCHBCCHNBNBNBFBNBABSBNB/ABNB/DB注：*B为突发脉冲序列类型55GSM系统的关键技术时分多址(TDMA)基站与移动台间的时间调整分集技术时间色散与均衡技术话音编码信道编码交织技术跳频技术安全保密措施56GSM的FDMA/TDMA结构时间频率f5f4f3f2f0f1TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TDMA帧57时隙与TDMA帧0123456701234567TDMAFRAME1TDMAFRAME2时隙突发序列（BURST）58突发脉冲序列（NB）与帧NORMALBURST0123456701234567TDMAFRAME1TDMAFRA