移动通信网及其业务-移动通信网及其业务

第4章移动通信网及其业务第二篇电信运营系统的运行本章主要内容：移动通信网及其业务移动通信网概述移动通信网的基本技术GSM系统及业务CDMA系统及业务第三代移动通信系统及业务其他移动通信系统及业务移动通信网通信质量与服务质量第4章移动通信网及其业务移动通信的概念及特点移动通信就是通信双方至少有一方在运动中进行信息的交换。其中包括:移动体之间的通信移动体与固定点之间的通信移动通信的类型目前使用的移动通信系统包括：航空（航天）、航海、陆地和国际卫星移动通信系统陆地移动通信系统又包括无线寻呼系统、无绳电话系统、集群移动通信系统和蜂窝移动通信系统等移动通信网概述移动通信系统的特点（1）移动性----移动通信必须使用无线通信技术（2）波传播条件复杂，信号接收不稳定（3）噪声干扰严重（4）通信系统和网络结构复杂（5）要求频带利用率高，设备性能好移动通信系统的组成市话局移动业务交换中心有线中继线公用市话网（PSTN）BS公用移动网（PLMN）BS基站BS移动台MSMSC有线或无线移动台（MS）基地站（BS）移动业务交换中心（MSC）与固定网相连接的中继线基站和移动台设有收、发信机和天馈线等设备。移动台可分为手持机和车载台等。它包括收发信机、逻辑控制单元（简称监控单元）等。每个基站都有一个可靠通信的服务范围，称为无线小区。无线小区的大小，主要由发射功率和基地站天线的高度决定。移动业务交换中心主要用来处理信息的交换和整个系统的集中控制管理。大容量移动电话系统可以由多个基站构成一个移动通信网。通过基站、移动业务交换中心就可以实现在整个服务区内任意两个移动用户之间的通信。通过中继线与固定网相连接，实现移动用户和固定用户之间的通信，从而构成一个有线、无线相结合的移动通信系统。1、第一代移动通信技术主要采用的是模拟技术和频分多址(FDMA)技术。第一代移动通信有多种制式，我国主要采用的是TACS。2、第二代移动通信技术(2G)主要采用的是数字的时分多址(TDMA)技术和码分多址(CDMA)技术。全球主要有GSM和CDMA两种体制。3、第三代移动通信技术(3G)目前全球有三大标准，分别是欧洲提出的WCDMA、美国提出的CDMA2000和我国提出的TD-SCDMA。移动通信的发展移动通信发展已经经历了两代，目前正在向第三代演进。第一代模拟移动电话网自80年代开始发展，服务的移动范围比较受限，仅能提供单一的语音业务，其技术特点是模拟调制、FDMA（频分多址）、FDD双工、工作在450／800／900MHz频段。典型代表系统为AMPS和TACS。第二代数字移动电话网从90年代开始发展，以提供语音业务为主，兼顾低速数据业务，并具有相当的全球移动性。其技术特点是采用数字调制、TDMA（时分多址）或CDMA（码分多址）、FDD或TDD双工、工作在800／900／1800／1900MHz频段。典型代表系统有GSM和窄带CDMA。第三代移动通信系统最早是在1985年由国际电信联盟(ITU)提出，当时称为未来公众陆地移动通信系统(FPLMTS)，1996年更名为IMT-2000(国际移动通信-2000)，意即该系统工作在2000MHz频段，最高业务速率可达2000kb/s，预期在2000年左右得到商用。可以提供速率至少为2Mb／s的移动数据业务和多媒体业务，并实现全球漫游。其技术特点为数字调制、CDMA（主流）或TDMA、FDD或TDD双工、工作在2GHz频段，目前国际电联已采用的标准有WCDMA，CDMA-2000和TD-SCDMA等。目前移动通信网络正处于由2G向3G演进的过程中，电信设备厂商与电信企业又发展了2.5G的技术，以实现2G向3G的平稳过度。例如GPRS（通用无线分组业务）就是其中的典型代表。多址技术与多址方式在移动通信系统中是以信道来区分通信对象的，一个信道只容纳一个用户进行通话，多个同时通话的用户，互相以不同的信道来区分，彼此互不干扰，这就是多址通信。在无线电波覆盖区内，如何建立用户与无线信道之间的连接，就是多址接入问题，解决多址接入问题的技术叫多址接入技术。多址方式频分多址(FDMA)----依据传输信号的载波频率来区分信道时分多址(TDMA)----依据传输信号的占用时间来区分信道码分多址(CDMA)----依据传输信号的码址来区分信道移动通信网的基本技术频率的分配和使用需要在全球范围内制定统一的规则。国际上，由国际电信联盟(ITU)召开世界无线电行政大会，制定无线电规则，它包括各种无线电系统的定义、国际频率分配表和使用频率的原则、频率的分配和登记、抗干扰的措施、移动业务的以及无线电业务的分类等。目前大容量陆地移动通信系统一般使用900MHz（1800MHz）和800MHz频段。频率的管理频率的有效利用对于频率的有效利用，可以从以下三个方面进行：频率域的频率有效利用时间域的频率有效利用空间域的频率有效利用频率域的频率有效利用信道窄带化相邻信道之间必须有足够的频率间隔，应用窄带化技术减小信道间隔，可在有限的频段内设置更多的信道，从而提高频率的利用率。宽带多址技术为进一步提高频率利用率，可采用同频共用技术，关键是采用合适的多址方式。可采用的多址方式有FDMA、TDMA、CDMA以及它们的组合。频分多址（FDMA）：不同的移动台占用不同的无线频率，基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号，频率利用率较低，而且容易形成干扰。频率域的频率有效利用时分多址（TDMA）：把时间分成周期性的帧，每一帧再分成若干个时隙，然后根据一定的时隙分配原则，多个移动台可占用同一个无线频率，各移动台的信号都按顺序安排在预定的时隙中传播。TDMA系统中基站可只使用一部发射机，避免不同频率的发射机同时工作时产生的干扰。TDMA更容易实现对时隙的动态分配，有利于提高系统容量。TDMA系统必须有精确的定时和同步，保证各移动台发送的信号不会在基站发生重叠或混淆。频率域的频率有效利用频率域的频率有效利用码分多址（CDMA）：不同用户传输信息所用的信号用各自不同的编码序列来区分。CDMA系统抗干扰能力较强，系统容量较大，而且在系统工作时，CDMA小区内同时通话的用户数可在满负荷的情况下，有所增加，代价是各用户的通话质量略有下降，具有软容量、软切换、保密性好。BACEDGCEBFGDAFEGCBDAF蜂窝技术目前常用的移动通信系统通常是一种小区制移动通信系统，即把整个大范围的无线服务区划分成许多彼此相邻的小区，每个小区设置一个基站，负责向本小区各个移动台提供无线覆盖服务。每个基站都要使用多个无线电频率作为通信信道，为避免各个相邻基站的无线电频率的相互干扰，各相邻基站必须使用不同的无线电频率。为了提高频率利用率，增加系统服务信道的容量，在不产生同频干扰的条件下，可在不相邻的基站使用相同的无线电频率，这就是频道重复利用技术。蜂窝结构蜂窝式移动通信网络（多局多站制）基站移动电话局移动汇接局接长途局接市话汇接局接长途局接长途局接市话汇接局接市话汇接局移动电话局间信号专线移动电话局间通话专线中继线区域覆盖任何移动通信网都有一定的服务区域，无线电波辐射必须覆盖整个区域。无线电波的覆盖区域取决于发射天线的高度和发射功率，一个基地台能在其天线高度的视距范围为移动用户提供服务。这样的覆盖区称为一个无线小区，或简称小区。网的服务范围若很大，或者地形复杂等，则需用几个小区才能覆盖整个服务区。一般说来，移动通信网的区域覆盖方式分为两类，一类是小容量的大区制，另一类是大容量的小区制。大区制大区制就是在一个服务区域(如一个城市)内只有一个基地站，并由它负责移动通信的联络和控制。其特点有：发射机输出功率较大(一般在200W左右)，其覆盖半径大约为30-50km。在服务区内的所有频道(一个频道包含收、发一对频率)的频率不能重复。存在上行和下行通信不一致的问题。控制方式简单、投资少、见效快，在用户较少（如少于1000户）的地域，这种体制目前仍得到广泛的运用。小区制小区制就是把整个服务区域划分为若干个小区，每个小区分别设置一个基地站，负责本区移动通信的联络和控制。在移动业务交换中心的统一控制下，实现小区之间移动用户通信的切换，以及移动用户与固定用户的联系。在考虑了交叠之后，实际上每个小区的有效覆盖区是一个多边形。在服务区面积一定的情况下，正六边形小区所需的基地台数量最小，最经济，这就形成了蜂窝网。小区制的特点有：发射功率一般为5-10W，由于基地站功率减小，也使相互间的干扰减少了。小区制采用了空间域的同信道再用，频率资源利用率高，容量大，无线小区的范围还可根据实际用户数的多少灵活确定。存在越区切换的问题，对交换功能的要求提高了，再加上基地站数量的增加，建网的成本增加。小区制常见的蜂窝移动通信系统结构可以分为宏蜂窝结构、微蜂窝结构以及智能蜂窝结构三类。1、宏蜂窝结构特点是基站数量少，投资少。在宏蜂窝结构中，每个小区的覆盖半径为1～25km。宏蜂窝小区内，存在两种特殊的微小区域。一是“盲点”，即由于电波在传播过程中遇到障碍物而造成的阴影区域，该区域通信质量严重低劣；二是“热点”，即由于通信业务负荷集中而形成的业务繁忙区域。宏蜂窝结构主要用于无高楼大厦的平坦地区。2、微蜂窝结构与宏蜂窝结构相比，微蜂窝结构具有覆盖范围小、传输功率低以及安装方便、灵活等特点小区的覆盖半径为30～300m，基站天线低于屋顶高度，传播主要沿着街道的视线进行微蜂窝可用来加大无线电地域楼盖率，消除宏蜂窝中的“盲点”，如地铁、地下室等地；同时，由于低发射功率的微蜂窝基站允许较小的频率复用距离，使得区域的信道数量较多，因此业务密度得到了巨大的增长，且相互干扰很小。将微蜂窝基站放在宏蜂窝的“热点”上，如繁华的商业衔、购物中心、体育场等地，可满足该服务区域通信质量与容量两方面的要求。3、智能蜂窝结构智能蜂窝结构是指基站采用具有高分辨阵列信号处理能力的自适应天线系统，智能地监测移动台所处的位置，并以一定的力式将确定的信号功率传递给移动台的蜂窝小区。对于上行链路而言，采用自适应天线降接收技术，可以极大地降低多址干扰，增加系统容量；对于下行链路而言，则可以将信号的有效区域控制在移动台附近半径为100～200m的范围内，使同频干扰大为减小。智能蜂窝小区既可以是宏蜂窝，也可以是微蜂窝。利用智能蜂窝小区的概念进行组网设计，能够显著地提高系统容量，改善系统性能。GSM通信系统的提出GSM的提出始于1982年，欧洲邮政和电信管理联合会CEPT成立了移动通信特别小组GSM（GroupSpecialMobile），研究欧洲统一的蜂窝移动通信标准和建立全欧统一的蜂窝系统，使欧洲的移动电话用户能在欧洲自动漫游。经过近7年的研究开发。1988年。基于TDMA的GSM技术规范完成，颁布了GSM标准。1990年后，各国的制造商先后生产出GSM系统，1992年，GSM系统投入商用，并更名为全球移动通信系统（GlobalSystemforMobileCommunication）。到1995年，GSM标准的数字蜂窝系统几乎覆盖全欧，并向全世界扩展。我国于1993年首先选择了GSM发展数字蜂窝移动通信网。GSM系统及业务GSM集无线技术、程控交换技术、计算机技术、数字传输技术、细心加密技术和大规模集成电路技术于一体，与模拟移动通信相比显著地提高了系统容量，除此之外，还具有以下特点。GSM系统的特点GSM系统的特点具有鲜明的个人化色彩；保密性好；通话时干扰小；提供业务种类多；标准化程度高；可以实现国际漫游。GSM系统的组成GSM系统由以下几部分组成：交换网络子系统（NSS）、无线基站子系统（BSS）、移动台（MS）和操作维护中心（OMC）。如果将移动台与基站归并在一起，则称为无线子系统。GSM系统的组成ISDNPDNPSTNAUCHLRVLRMSCEIRBSCBTSOMCBSS