移动通信系统原理

数字移动通信系统原理及工程技术2014年4月10日1移动通信的概念1.1移动通信泛指用户可以在移动中进行通信的系统。1.2移动通信的定义：移动通信是指移动体之间或移动体与固定体之间的相互通信（也可解释为：利用无线信道进行移动体之间或移动体与固体之间的相互通信）。2.1按服务对象划分按服务对象的不同可分为专用移动通信网和公众移动通信网。2.1.1专用移动通信网具有很强的针对性和闭合性（例如公安、交通、铁路等系统的移动通信网）2.1.2公众移动通信网亦称公用移动通信网，即任何人申请并办理手续都可使用的移动通信网。2.2按通信体质划分按通信体质分可分为频分多址（FDMA）移动通信、时分多址（TDMA）移动通信、码分多址（CDMA）移动通信。2移动通信的分类模拟移动通信系统采用FDMA，现代数字移动通信系统采用TDMA和CDMA为主。2.1.3按无线设备工作方式划分根据设备的工作方式的不同，移动通信可分为单工、双工和准（半）双工三种方式。2.1.3.1单工方式单工方式亦称单频单工方式，即接收和发送使用同一频率。因为使用同一频率，所以接收和发送不能同时进行。2.1.3.2双工方式双工方式亦称异频双工方式，即接收和发送使用不同频率，任何一方在发话的同时都能收到对方的讲话。2移动通信的分类对双工器（收信机和发信机之间的天线公用装置）的要求是：隔离度高。一般要求隔离度要大于80dB。自身损耗小。2.1.3.3准（半）双工方式接收和发送可同时工作。优点是：节省移动台的发射功率，缺点是移动台操作不便。2移动通信的分类3移动通信系统的组成1GSM的系统组成移动台（MS）：无线信号收发。基站子系统（BSS）：负责无线发送、接收和无线资源管理。（BSS包括基站收发信台BTS和基站控制器BSC）MS移动终端（ME）信号处理、信号发送用户识别模块（SIM）用户参数永久性：号码、密码、权限暂时性：位置BSS基站收发信台（BTS）信号收发处理（使用设备：收发信单元、天馈线）基站控制器（BSC）无线信道管理（信道分配，链路建立、拆除）、功率控制、切换管理网络子系统（NSS）：NSS具有系统交换功能和数据库功能。NSS由移动业务中心（MSC）、归属位置寄存器（HLR）、拜访位置寄存器（VLR）、鉴权中心（AUC）、设备识别寄存器（ELR）和操作维护中心（OMC）。操作支持子系统（OSS）：OSS的主要功能是移动用户管理、移动设备管理以及网络操作和维护。用户位置信息功能HLR本地当前MSC地址永久性：IMSI（用户识别码）、KI权限暂时性：位置信息、MSC地址VLR来访位置区分配MSRN（漫游号码）、位置登记LAT（位置区识别码）3移动通信系统的组成4移动通信的特点及要求4.1移动通信的特点4.1.1多径效应：移动台的电波传播因受到高大建筑物的反射、阻挡以及电离层的散射，它所收到的信号是从许多路径来的电波的组合，这种现象称为多径效应。（此效应会使信号严重衰落）4.1.2多普勒效应：由于移动台移动而产生的频率偏移的现象称为多普勒效应。工作频率越高，运动速度越快，多普勒效应越大。4.1.3远近效应在运动过程中进行的通信，移动台之间就会出现近距离移动台干扰远距离移动台之间通信的现象就称为远近效应。4.1.4阴影效应由于地形起伏和沿途建筑物的不同，接收信号的强度会在大范围内产生衰弱，即地形衰落，亦称阴影效应。4.1.5干扰噪声大（1）同频干扰：相同频率的重复使用，简称频率复用。它会造成同频覆盖区域之间电波的相互干扰，将这种相同频率的重复使用造成的干扰称为同频干扰。相同频率干扰的大小与同频区域间的距离成反比。4移动通信的特点及要求（2）邻道干扰：（将分配给的可用频段按等间隔划分成若干个可用频点，每个频点都有1个或2个相邻的频点，称为相邻频道）由于要提高频率的利用率，相邻频道间的距离不会很大，这样会造成相邻频道间电波的相互干扰，将这种干扰称为邻道干扰。（3）互调干扰。4.2对移动通信系统的要求系统的抗衰弱能力强。系统的抗干扰能力强。频带利用率高。④具有多种功能（通话、数据和图像传输等）。4移动通信的特点及要求第一节信道分配技术一呼损率、话务量、信道利用和通信概率1呼损率：由于信道限制所造成的呼叫失败的概率称为呼损率。2话务量：衡量电话系统业务量大小的度量。3信道利用率：系统信道利用程度的度量。信道数一定时，完成话务量越大，信道利用率越高。呼损率越小，信道利用率越低。二信道分配：固定信道分配和动态信道分配。（小区内用户的信道是固定的）第二章移动通信关键技术第二节信令系统一信令的概念：把一整套由各种控制、操作和应答信号组成的系统成为信令系统，简称信令。对信令系统的要求：1可靠性好。2信令占用时间段。3功能齐全。4实现方便。5不干扰电话。6与计算机接口方便。二信令系统的分类：1按通信方式分：单向信令和双向信令单向信令：只从基站到移动台一个方向上有信令。双向信令：基站到移动台和移动台到基站两个方向上都有信令。第二节信令系统三数字信令：把要传送的信令以二进制编码的形式组成编码系统。1N0.7信令系统（国际通用标准公共信道信令（CCS））NO.7信令系统由信令点（SP）、信令转接点(STP）和信令链路组成。NO.7信令系统优点：信令传送速度快。信息容量大，功能强，具有提高大量信号的能力。信道利用率高。④便于维护和管理、灵活、可靠。5降低信令设备投资。第三节编码技术移动通信的编码技术包括信源编码和信道编码。信源编码是为了提高信息传输的有效性，信道编码（差错控制码）是为了提高信息传输的可靠性。一信源编码将信源转化成适于在信道中传输的数字信号。参量编码可用实现低速率语音编码，比特率低，语音质量较差，自然度较低。移动通信对语音编码的要求：编码速度应低于16kb/s。混合编码：将波形编码和参量编码组合起来，以参量编码为基础，附加一定波形编码的特性，保持在低速率上得到高质量的合成语音。第三节编码技术二信道编码：以加入多余的码元（监督码元）为代价，换取信息码元在传输中可靠性的提高，即信道编码的主要作用是进行差错控制。在移动通信中常用的信道编码是线性分组码和卷积码。第四节扩频技术扩频技术的全称为扩展频谱技术。一基本概念：1.信号的频谱被扩宽。2.采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱。3.在接收端用相关解调来解扩。二主要性能指标：系统的处理增益和抗干扰容限。1处理增益：也成为扩频增益。定义为扩频信号的带宽（扩展后的信号带宽）与信息带宽（扩展前的带宽）之比。2抗干扰容限：扩频通信系统能在多大干扰环境下正常工作的能力。第五节多址接入技术移动通信系统的多址方式分为：频分多址、时分多址、码分多址和空分多址（SDMA）。一频分多址技术：将可以使用的带宽分为多个频率互不重叠的信道，每个信道具有一对频率，每个用户需要通信时都被分配给一个信道，该信道的宽度应能传输一路信息数据且相邻信道之间无明显串扰。二时分多址技术：移动通信系统中所有用户都使用同一射频带宽，将一定的秩序分不同时间发射。将时间轴划分成许多时隙，不同的用户使用不用的时隙，N个时隙组成一帧，以帧的形式传送，达到共用信道的目的。（发射和接收不是连续的）三：码分多址：利用扩频通信的多址性，每个移动用户使用不用的扩频伪随机码，这些伪随机码相互之间是正交或接近正交的，是的每个用户之间没有影响或相互影响极小。第六节移动通信交换技术一切换技术：切换是移动在移动过程中为保持与网络的持续连接而发生的，一般情况下，切换由无线测量、网络判断和系统执行三个步骤组成。1越区切换和漫游切换越区切换：移动台从一个小区到另一个小区的切换。漫游切换：移动台从一个服务区到另一个服务区的切换。2“硬切换”和“软切换”硬切换：移动台从一个基站覆盖区进入另一个基站覆盖区时，先断掉与原基站的联系，再与新进入的覆盖区基站联系（先断后接）。软切换：在越区切换时，移动台不断掉与原基站的联系，并同时与新基站联系，当移动台确认与新基站联系上后，再断掉与原基站的联系（先接后断）。CDMA即采用这种技术。二分集技术分集技术：利用多条路径的信号，在收端选择其中最好的一路信号。是克服多径衰落的一项有效技术。分集技术可分为：时间分集，频率分集，空间分集。1时间分集：将信源比特分散到不同的时间段中发射出去。交织就是一种时间分集方式。交织器的作用是将信源比特分散到不同的时段中，以减轻衰落带来的对重要码位的同时干扰。信源比特被分开后，还可以利用信道编码来减弱信道干扰对信源比特的影响。2空间分集：利用场强随空间的随机变化实现的。第七节天线技术天线：天线是用来完成辐射和接收无线电波的装置。在移动通信中将天线分为：基站天线和移动台天线。1基站天线：按照辐射方向分为：全向天线和定向天线。2移动台天线：移动台天线在不断移动。优点：1.收发共用一根天线。2.水平方向内天线是无方向的。3.锤子面内尽可能抑制角方向的辐射。4.体积小，重量轻。第三章数字移动通信系统第一节GSM数字移动通信系统GSM系统概述：泛指数字蜂窝移动通信网。GSM系统特点：1.漫游功能。2.提供多种业务，除了语音业务外，还开放各种承载业务，补充业务和ISDN相关的业务。3.GSM具有较好的抗干扰能力和保密能力。4.越区切换功能。5.GSM具有系统容量大，通话音质好。GSM系统主要参数：频段：935-960MHz基站发，移动台收的频段890-915MHz移动台发，基站收的频段频段宽度：25MHz通信方式：全双工信道分配：TDMA每载波8时隙，全速信道8个，半速信道16个信道总速率：270.83kb/s语音编码:规则脉冲激励射线性预测码数据速率：9.6kb/sGSM系统主要技术1.发信功率控制。2.分集接收。3.跳频技术。4.均衡技术。5.不连续发射DTX。移动用户与网外用户的通信出局呼叫：1.移动台向基站请求随机接入信道RACH。2.MS与MSC支架建立信令连接的建立过程。3.鉴权。4.分配业务信道。5.建立链路，向被叫用户振铃。6.被叫用户摘机应答，进入通话阶段。切换：切换的概念：在归属本地网被移动台通信时，从一个无线信道转换到另一个无线信道，并保持通话不中断（越区切换）。当移动台切换到其他本地网和在其他本地网切换则发生了漫游。切换可分为：小区内部切换、小区之间切换（BSC间切换）、BSC之间切换（MSC内部切换）、MSC之间切换（PLMN内部切换）和PLMN之间切换（漫游）。