GSM和CDMA系统

移动通信2G系统及设备介绍GSM系统简介GSM移动通信系统GSM数字蜂窝移动通信系统（简称GSM系统）是完全依照欧洲通信标准化委员会（ETSI）制定的GSM规范研制而成的，任何GSM数字蜂窝移动通信系统都必须符合GSM技术规范。组网体制GSM采用小区制组网方式，每个覆盖小区成正六边形，其形状像“蜂窝”，故称蜂窝小区。其目的是频率复用以提高容量。必须具备越区切换、位置管理等功能。CACBABCACBAB分为3扇区全向天线组网体制－频率复用频率复用系统基本特点GSM系统是一种典型的开放式结构GSM系统由几个分系统组成，各分系统之间都有定义明确的标准化方案GSM系统可以开放多种业务频率利用率高，具有灵活方便的组网结构具有鉴权和加密功能具有较强的抗干扰能力组成与功能——基本组成操作与维护分系统(OSS)基站子系统(BSS)网络和交换子系统(NSS)移动台（MS）GSM系统构成BTSBTSBTSBTSBSCMSC/VLRHLR/AUC/EIRPSTNPSPDNISDNOMCUm接口Abis接口A接口MAP接口BSSNSSOSSGSM系统结构图BSS子系统结构基站控制器—BSC(BaseStationController)基站收发信机—BTS(BaseTransceiverStation)无线操作维护中心—OMC码变换器—TC(TransCoder)OMCTCBSCBTSBTSMSMSUM接口Abis接口A接口BTS功能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实现各种接口BTS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AbisUmBSC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实现各种接口层信令BSC的一般结构数字中继交换网络处理器网络数字中继A接口Abis接口OMCOMC:OperationMaintenanceCenter操作维护中心OMC-R:Radio(无线部分）OMC-S:Switch(交换部分）OMC具有软件和数据库的管理、统计数据的收集、事件/告警的管理等功能。系统内接口介绍A接口定义为网络子系统（NSS）与基站子系统（BSS）之间的通信接口。从系统的功能实体来说，就是移动交换中心（MSC）与基站控制器（BSC）之间的互连接口，其物理连接通过采用标准的2.048Mbit/sPCM数字传输链路来实现。此接口传输的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理和接续管理等。系统内接口介绍Abis接口定义为BSS内部的两个功能实体即基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）之间的接口，用于实现BTS（不与BSC并置）与BSC之间的远端互连。其物理连接通过采用标准的2.048Mbit/s或64kbit/sPCM数字传输链路来实现。此接口支持所有向用户提供的业务，并支持对BTS无线设备的控制以及无线频率的分配和管理。系统内接口介绍Um接口（空中接口）定义为移动台与BTS之间的无线接口，用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通。其物理连接通过无线链路来实现。此接口传递的信息包括无线资源管理、移动性管理、接续管理以及用户的话音和数据信息等。GSM系统构成GSM系统详细说明基站内部结构基站内部模块射频子系统包括合分路单元、收发信机单元、功放单元。合分路单元：主要完成收发信双工、发射信号合路、滤波以及接收信号的滤波、低噪声放大和上行信号分路；采用同频合路器使多个发射信号和多个接收信号共用一个天线单元。收发信机单元：接收基带子系统送过来的基带信号，通过解复用、滤波、变频等操作将其转换成射频信号，通过合分路单元送往天线发射出去；接收主、分集接收信号，对信号进行变频、滤波、复用等操作将其转换成基带信号，送往基带子系统处理。功放单元：主要完成对射频信号的放大。基站内部模块基带子系统主要是对基带数据进行处理，如信道编码、数据调制、解调、译码等。公共资源子系统包括供电单元、电源监控单元、传输单元、控制单元等。供电单元：主要为收发信机单元供电。根据系统供电方式（220VAC或-48VDC）会配置不同型号的电源模块。电源监控单元：主要提供电源管理功能。传输单元：主要用于数据传输，提供E1、SDH等各种接口，便于基站灵活组网。控制单元：主要实现对基站的各种管理功能，提供人机接口，用于对基站的操作维护。GSM基站硬件结构框图CDU：合分路单元TRX：收发信机单PSU：供电单元PMU：电源监控板TMU：定时传输管理板TES：传输扩展供电板TEU：传输扩展板FANBOX：风扇TDU：时钟分配板CDMA系统简介GSM/CDMA频谱分配联通800MCDMA频段是：移动台：825MHz～835MHz基站：870MHz～880MHz联通900MGSM的频段是：移动台：909MHz～915MHz基站：954MHz～960MHz移动900MGSM的频段是：移动台：897MHz～909MHz基站：942MHz～954MHz所谓CDMA，即在发送端使用各不相同的、相互（准）正交的伪随机地址码调制其所发送的信号；在收端则采用同样的伪随机地址码从混合信号中解调检测出相应的信号。CDMA的基本概念CDMA简介CDMA码分多址技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端由使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。两大突出优点：一、是系统抗干扰能力增强；二、是系统容量增大。FDMATDMACDMA多址方式：CDMA采用码分多址CDMA给每一用户分配一个唯一的码序列（扩频码），并用它对承载信息的信号进行编码。各个用户的码序列之间的互相关性很小，故用户的接收机对可以对收到的信号进行解码，并恢复出原始数据。由于码序列的带宽远大于所承载信息的信号的带宽，编码过程扩展了信号的频谱，所以也称为扩频调制，其所产生的信号也称为扩频信号。CDMA按照其采用的扩频调制方式的不同，可以分为直接序列扩频（DS）、跳频扩频（FH）、跳时扩频（TH）和复合式扩频。基本概念CDMA蜂窝移动通信网的特点1.系统容量大：理论上CDMA移动网比GSM要大4～5倍。2.系统容量的灵活配置：CDMA是一个自扰系统，所有移动用户都占用相同带宽和频率。CDMA蜂窝移动通信网的特点3.通话质量好：声码器可动态调整数据传输速率，并根据适当的门限值选择不同的电平级发射。同时门限值根据背景噪声的改变而改变，这样即使在背景噪声较大的情况下，也可以得到较好的通话质量。另外CDMA系统采用软切换技术，“先连接再断开”，这样完全克服了硬切换容易掉话的缺点。4.手机发射功率小：技术体制平均发射功率最大发射功率GSM125mW2WCDMA2mW200mW工程设计简单，扩容方便1324324244123142314GSM：N＝4频率复用1111111111111111111CDMA：N＝1频率复用1114.频率规划简单：用户按不同的序列码区分，所以相同的CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。CDMA系统关键技术介绍1.功率控制技术：•远近效应•CDMA是一个自干扰系统•功率控制分为前向功率控制和反向开环功率控制和反向闭环功率控制。反向开环功率控制移动台根据接收功率的变化，迅速调节移动台发射功率。反向闭环功率控制基站对移动台的开环功率估计迅速做出纠正，以使移动台保持最理想的发射功率。前向功率控制基站根据测量结果调整移动台的发射功率。CDMA系统关键技术介绍2.PN码技术：PN码的选择直接影响到CDMA系统的容量、抗干扰能力、接入和切换速度等性能。CDMA信道的区分是靠PN码来进行的，因而要求PN码自相关性要好，互相关性要弱，实现和编码方案简单等。目前的CDMA系统就是采用一种基本的PN序列—m序列作为地址码，利用它的不同相位来区分不同用户。CDMA系统关键技术介绍3.RAKE接收技术：发射机发出的扩频信号，在传输过程中受到各种不同障碍物的反射和折射，到达接收机时每个波束具有不同延迟，形成多径信号。如果不同路径信号的延迟超过一个伪码的码片时延，则在接收端可将不同的波束区别开来。将这些不同波束分别经过不同的延迟线，对齐以及合并在一起，则可达到变害为利，把原来是干扰的信号变成有用信号组合在一起。这就是RAKE接收机的基本原理。CDMA系统关键技术介绍4.软切换技术：所谓软切换就是当移动台需要跟一个新的基站通信时，并不先中断与原基站的联系。软切换只能在相同频率的CDMA信道间进行，它在两个基站覆盖区的交界处起到业务信道分集的作用，软切换可以大大减少掉话，保证通信的可靠性。CDMA系统中支持的切换：硬切换、软切换、更软切换。更软切换：同一基站、相同频率、不同扇区的CDMA信道间。小区/扇区切换采用软/更软切换，切换是先接续再中断，服务质量高,有效减低掉话。其他无线系统小区/扇区切换采用硬切换，切换是先中断再接续，容易产生掉话。更软切换：同一基站、相同频率、不同扇区的CDMA信道间。CDMA简介5.话音编码技术：目前CDMA系统的话音编码主要有两种，即码激励线性预测编码(CELP)8kbit/s和13bit/s。8kbit/s的话音编码达到GSM系统的13bit/s的话音水平甚至更好。13bit/s的话音编码已达到有线长途话音水平。CELP采用与脉冲激励线性预测编码相同的原理，只是将脉冲位置和幅度用一个矢量码表代替。CDMA系统网络结构介绍网络参考模型如下图所示，CDMA网络参考模型与GSM网相似，定义了网中的功能实体和相互间的接口。CDMA系统网络结构介绍MSC移动交换中心HLR归属位置寄存器VLR拜访位置寄存器AC鉴权中心MC短消息中心SME短消息实体PSTN公用交换电话网MS移动台EIR设备识别寄存器BS基站系统OMC操作维护中心IWF互连功能简单组网模型CDMA系统包括：移动终端、BSS子系统、MSS子系统、OMM子系统等部分。基站子系统BSS可分为两部分。通过无线接口与移动台相连的基站收发信台（BTS）以及与移动交换中心相连的基站控制器（BSC），BTS负责无线传输、BSC负责控制与管理。基站子系统BSS系统组成移动交换子系统MSS完成CDMA的主要交换功能，同时管理用户数据和移动性所需的数据库。MSS子系统的主要作用是管理CDMA移动用户之间的通信和CDMA移动用户与其它通信网用户之间的通信。移动交换子系统MSS包括以下主要功能单元：移动交换中心（MSC）拜访位置寄存器（VLR）归属位置寄存器（HLR）鉴权中心（AUC）短消息中心（SC）MSS子系统MSC是CDMA网络的核心。MSC对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路接续的功能，也是CDMA网和其他网络之间的接口。另外，为了建立至移动台的呼叫路由，每个MSC还完成GMSC的功能。MSC从三种数据库，拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）和鉴权中心（AUC）中取得处理用户呼叫请求所需的全部数据。反之，MSC根据其最新数据更新数据库。移动交换中心（MSC）VLR通常与MSC合设，其中存储MSC所管辖区域中的移动台（称拜访客户）的相关用户数据，包括：用户号码、移动台的位置区信息、移动用户识别码、批准数据、鉴权数据和用户服务清单等参数。VLR是一个动态用户数据库。VLR从移动用户的归属位置寄存器（HLR）处获取并存贮必要的数据，一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消该移动用户的数据记录。拜访位置寄存器（VLR）HLR存储管理部门用于移动用户管理的数据。每个移动用户都应在其归属位置寄