蜂窩移動通信技術(shù)

1、蜂窩移動通信技術(shù),基礎(chǔ)知識和基本概念移動通信技術(shù)的發(fā)展2G蜂窩移動通信技術(shù)課后作業(yè),基礎(chǔ)知識和基本概念,標準化組織多址方式通信工作方式蜂窩通信概念,,標準化組織,標準的重要性國際標準化組織地區(qū)性標準化組織,,國際標準化組織,ISO（International Organization for Standardization）國際標準化組織ITU（International Telecommunications Unio

2、n）國際電信聯(lián)盟,,地區(qū)性標準化組織,ANSI （American National Standards Institute） 美國國家標準學會ARIB（Association of Radio Industries and Businesses）日本無線工業(yè)及商貿(mào)聯(lián)合會CCSA（ China Communications Standards Association）中國通信標準化協(xié)會CWTS（China Wireless Tel

3、ecommunications Standards group）中國無線電訊標準組,地區(qū)性標準化組織,EIA（Electronic Industries Alliance）美國電子工業(yè)協(xié)會ETSI（ European Telecommunications Standards Institute）歐洲電信標準化協(xié)會/歐洲電信標準化組織FCC（Federal Communications Commission）美國聯(lián)邦通信委員會。TT

4、A（Telecommunications Technology Association）韓國電信技術(shù)協(xié)會,,多址方式,電信資源是有限的！FDMA（頻分多址）TDMA（時分多址）CDMA（碼分多址）SDMA（空分多址）,,FDMA（頻分多址）,Frequency Division Multiple Access不同用戶使用不同的頻段發(fā)送信號FDMA系統(tǒng)為每位用戶在可用頻段內(nèi)分配一小部分頻率或頻道，且在相鄰的一對頻道之間留出一小

5、部分頻譜作為保護帶，以減少來自相鄰頻道的干擾無爭用協(xié)議,,TDMA（時分多址）,Time Division Multiple Access不同用戶使用整個頻段的不同時間段發(fā)送信號每個時間周期分為多個時間段，稱為時隙。每對相鄰的時隙都被一小段時間段（作為保護時間）分隔開，以減少來自相鄰信道的干擾基于奈奎斯特抽樣定理無爭用協(xié)議,,CDMA（碼分多址）,Code Division Multiple Access不同用戶使用整個頻段

6、的不同特定碼字發(fā)送信號在CDMA系統(tǒng)中，每個用戶信號在整個傳輸過程中都使用一個寬帶信道，使用相同的載頻，占用相同的帶寬根據(jù)分配給每個用戶的特定碼字來區(qū)分不同用戶的信號,CDMA（碼分多址）,根據(jù)信道情況，CDMA可被認為是無爭用協(xié)議或爭用協(xié)議如果信道中同時傳輸?shù)挠脩魯?shù)或者多址干擾值低于某一給定的閾值，系統(tǒng)可成功處理所有的傳輸，那么CDMA就是無爭用協(xié)議如果干擾值大于該閾值，將會在傳輸中丟失所有同時傳輸?shù)姆纸M，那么CDMA就是爭用

7、協(xié)議因此，我們將CDMA視為一個功率受限系統(tǒng)，受限于來自其他用戶的全部干擾功率,,SDMA（空分多址）,Spatial Division Multiple Access利用空間分割構(gòu)成不同的信道是一種信道增容方式，與其他多址方式完全兼容，從而可實現(xiàn)組合的多址方式，例如空分--碼分多址（SD-CDMA）實現(xiàn)的關(guān)鍵是智能天線技術(shù),,通信工作方式,單工通信——只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互半雙工通信——通信的雙方都可以發(fā)送信

8、息，但不能雙方同時發(fā)送(當然也就不能同時接收)全雙工通信——通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息。 TDD：Time Division Duplex 時分雙工FDD：Frequency Division Duplex頻分雙工,,蜂窩通信概念,蜂窩移動通信宏蜂窩小區(qū)微蜂窩小區(qū)分級蜂窩結(jié)構(gòu)微微蜂窩小區(qū)三層分級蜂窩結(jié)構(gòu)智能蜂窩,,一個蜂窩組,一個字母代表一組頻率，不同的字母代表不同組的頻率。,蜂窩式無線電話網(wǎng),蜂窩移動通信,FC

9、C的定義: 一個高容量的陸上移動通信系統(tǒng)，分配給系統(tǒng)中的頻譜被劃分為獨立的信道，這些信道按組分配給各個地理小區(qū)，這些小區(qū)覆蓋了一個蜂窩地理服務(wù)區(qū)。獨立的信道能夠被服務(wù)區(qū)內(nèi)的不同小區(qū)復(fù)用。,蜂窩移動通信,蜂窩概念可用于FDMA系統(tǒng)，使同樣的子頻段可在距離足夠遠的蜂窩群中多次使用也可用于CDMA系統(tǒng)，降低干擾，提高系統(tǒng)容量同樣可用于TDMA系統(tǒng)，通過TDMA與FDMA技術(shù)的結(jié)合提供較高的系統(tǒng)容量，容納更多用戶,,宏蜂窩

10、小區(qū)(macrocell),每小區(qū)的覆蓋半徑較大，大多為1km～25km。宏蜂窩小區(qū)基站的發(fā)射功率較強，一般在10W以上，天線也做得較高。,宏蜂窩小區(qū),每個小區(qū)中有一個基站，與處于其服務(wù)區(qū)內(nèi)的移動臺建立無線通信鏈路。各個小區(qū)的基站可通過電纜、光纜或微波鏈路與移動交換中心(MSC)相連。移動交換中心通過PCM電路與市話交換局相連接。,宏蜂窩小區(qū)存在的問題,“盲點”：由于網(wǎng)絡(luò)漏覆蓋或電波在傳播過程中遇到障礙物而造成陰影區(qū)域等原因，使得

11、該區(qū)域的信號強度極弱，通信質(zhì)量低劣“熱點”：由于客觀存在商業(yè)中心或交通要道等業(yè)務(wù)繁忙區(qū)域，造成空間業(yè)務(wù)負荷的不均勻分布,,微蜂窩小區(qū) (microcell),微蜂窩小區(qū)是在宏蜂窩小區(qū)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門技術(shù)。覆蓋半徑大約為30m～300m；發(fā)射功率較小，一般在1W以下；基站天線置于相對低的地方，如屋頂下方，高于地面5m～10m；傳播主要沿著街道的視線進行，信號在樓頂?shù)男孤缎　?微蜂窩小區(qū),最初被用來加大無線電覆蓋，消除宏蜂窩

12、中的“盲點”。由于低發(fā)射功率的微蜂窩基站允許較小的頻率復(fù)用距離，每個單元區(qū)域的信道數(shù)量較多，因此業(yè)務(wù)密度得到了巨大的增長，且RF干擾很低，將它安置在宏蜂窩的“熱點”上，可滿足該微小區(qū)域質(zhì)量與容量兩方面的要求。,,分級蜂窩結(jié)構(gòu),相鄰微蜂窩的切換都回到所在的宏蜂窩上，宏蜂窩的廣域大功率覆蓋可看成是宏蜂窩上層網(wǎng)絡(luò)，并作為移動用戶在兩個微蜂窩區(qū)間移動時的“安全網(wǎng)”大量的微蜂窩構(gòu)成微蜂窩下層網(wǎng)絡(luò)。,,微微蜂窩小區(qū)(picocell),隨著容量

13、需求進一步增長，運營者可按同一規(guī)則安裝第三或第四層網(wǎng)絡(luò)，即微微蜂窩小區(qū)覆蓋半徑更小，一般只有10m～30m；基站發(fā)射功率更小，大約在幾十毫瓦左右；天線一般裝于建筑物內(nèi)，業(yè)務(wù)集中地點,微微蜂窩小區(qū),微微蜂窩實質(zhì)就是微蜂窩的一種，作為網(wǎng)絡(luò)覆蓋的一種補充形式而存在主要用來解決商業(yè)中心、會議中心等室內(nèi)“熱點”的通信問題。,,三層分級蜂窩結(jié)構(gòu),宏蜂窩用于處理快速移動車輛的業(yè)務(wù)；微蜂窩處理慢速移動，集中于步行或交通阻塞車輛的業(yè)務(wù)；微微蜂

14、窩用于覆蓋商場和辦公區(qū)等室內(nèi)區(qū)域。用戶接入時，系統(tǒng)根據(jù)所測得的信號強度和各蜂窩的容量為某一呼叫選擇最恰當?shù)姆涓C。,,智能蜂窩,是相對于智能天線而言的，指基站采用具有高分辨陣列信號處理能力的自適應(yīng)天線系統(tǒng)，智能地監(jiān)測移動臺所處的位置，并以一定的方式將確定的信號功率傳遞給移動臺的蜂窩小區(qū)。,智能蜂窩,智能天線利用數(shù)字信號處理技術(shù)，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對準用戶信號到達方向，旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，達到充分高效利用移動用戶信

15、號并刪除或抑制干擾信號的目的。 智能蜂窩既可以是宏蜂窩，也可以是微蜂窩和微微蜂窩。這項技術(shù)正在研制過程中。,智能蜂窩,提高未來移動通信系統(tǒng)性能的幾個方面： 擴大系統(tǒng)覆蓋區(qū)域；提高頻譜利用率，增加系統(tǒng)容量；降低基站發(fā)射功率，減少信號間干擾；減少電磁環(huán)境污染；節(jié)省系統(tǒng)成本。,,移動通信技術(shù)的的發(fā)展,移動通信技術(shù)的的發(fā)展史 移動通信技術(shù)的歷史發(fā)展趨勢移動通信技術(shù)的分代移動通信技術(shù)在我國的發(fā)展,,移動通信技術(shù)的的發(fā)展史,移動

16、通信可以說從無線電通信發(fā)明之日就產(chǎn)生了。 標志：1897年，M.G.馬可尼完成在固定站與一艘拖船之間進行的的無線通信試驗，距離為18海里。 現(xiàn)代移動通信技術(shù)的發(fā)展始于20世紀20年代，大致經(jīng)歷了五個發(fā)展階段,移動通信技術(shù)的發(fā)展史,1. 時間：20世紀20年代至40年代特點：專用系統(tǒng)開發(fā)工作頻率較低。工作頻率從最初2MHz，到40年代提高到30～40MHz。代表：美國底特律市警察使用的車載無線電系統(tǒng)。,移動通信技術(shù)的發(fā)

17、展史,2.時間：20世紀40年代中期至60年代初期 特點：從專用移動網(wǎng)向公用移動網(wǎng)過渡接續(xù)方式為人工網(wǎng)的容量較小。 代表：20世紀40年代，美國建立了世界上首個公用移動通信系統(tǒng)——公用汽車電話網(wǎng),移動通信技術(shù)的發(fā)展史,3.時間：20世紀60年代中期至70年代中期 特點：采用大區(qū)制、中小容量開拓了150MHz和450MHz頻段實現(xiàn)了自動選頻與自動撥號接續(xù)形成了移動通信的無線傳輸、信道管理及移動交換的基本技

18、術(shù),移動通信技術(shù)的發(fā)展史,4.時間：20世紀70年代中期至80年代中期 特點：建成了蜂窩狀移動通信網(wǎng) 代表：1978年底，美國貝爾試驗室研制成功先進移動電話系統(tǒng)(AMPS),移動通信技術(shù)的發(fā)展史,5.時間：20世紀80年代中期開始 特點：開發(fā)了新一代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)。數(shù)字無線傳輸?shù)念l譜利用率高，可大大提高系統(tǒng)容量。數(shù)字網(wǎng)能提供語音、數(shù)據(jù)多種業(yè)務(wù)服務(wù)，并與ISDN等兼容。,移動通信技術(shù)的發(fā)展史,代表：1988年，歐

19、洲提出主要建議和投標方案GSM900，頻段900MHz；1989年，英國發(fā)放個人通信網(wǎng)PCN的許可證，工作在1800MHz的150MHz帶寬，并采用GSM標準，將GSM推廣到新的頻段。稱為DCS1800（數(shù)字蜂窩系統(tǒng)1800）。,,移動通信技術(shù)的歷史發(fā)展趨勢,從軍用、專用到民用、公用從低頻段到高頻段從單基站的大區(qū)制到多基站小區(qū)制的蜂窩結(jié)構(gòu)從模擬系統(tǒng)到數(shù)字系統(tǒng),,第一代模擬系統(tǒng)，20世紀80年代開始第二代數(shù)字系統(tǒng)，20世紀90

20、年代開始，主要制式有：GSM、IS-95CDMA、IS136、TDMA/CDMA數(shù)字無繩電話、WLL等第三代多媒體系統(tǒng)，即3G，21世紀開始，主要制式有：WCDMA，cdma2000，TD-SCDMA，WiMAX第四代？System Beyond IMT-2000， B3G，超3G,移動通信技術(shù)的分代,,移動通信技術(shù)在我國的發(fā)展,1987年，決定以900 MHz頻段TACS體制為我國公眾蜂窩移動通信體制；1987年11月18日，廣

21、州開通了國內(nèi)第一個模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)；（2001年12月31日我國關(guān)閉了模擬移動網(wǎng)絡(luò) ）1994年12月底，廣東首先開通了GSM數(shù)字移動電話網(wǎng)；1995年7月 中國聯(lián)通GSM 130數(shù)字移動電話網(wǎng)在北京、天津、上海、廣州建成開放1997年以后，國產(chǎn)第二代通信設(shè)備少量進入運營網(wǎng)絡(luò)。,移動通信技術(shù)在我國的發(fā)展,2001年1月，原部隊所有的133CDMA網(wǎng)在經(jīng)過資產(chǎn)清算后，正式移交中國聯(lián)通。 2002年4月8日，聯(lián)通新時空CDMA網(wǎng)

22、絡(luò)正式運行2002年5月，中國移動、中國聯(lián)通實現(xiàn)短信互通互發(fā) 2002年5月17日，中國移動通信GPRS業(yè)務(wù)正式投入商用。 2002年10月1日 中國移動通信彩信(MMS)業(yè)務(wù)正式商用,移動通信技術(shù)在我國的發(fā)展,2003年1月28日 上海聯(lián)通率先開通CDMA 1X網(wǎng)絡(luò)2008年4月1日，中國移動正式面向北京、上海、天津、沈陽、廣州、深圳、廈門和秦皇島8個城市，啟動TD―SCDMA社會化業(yè)務(wù)測試和試商用工作2009年1月7日

23、下午14：30分，工業(yè)和信息化部舉行了一個低調(diào)的3G牌照發(fā)放儀式，為中國移動、中國電信和中國聯(lián)通發(fā)放3張第三代移動通信(3G)牌照。此刻開始，我國真正開始進入了3G的時代。,,2G蜂窩移動通信技術(shù),GSM系統(tǒng)CDMA系統(tǒng),,GSM系統(tǒng),GSM簡介GSM系統(tǒng)組成GSM系統(tǒng)的說明GSM關(guān)鍵技術(shù)GSM系統(tǒng)特點,,GSM簡介,1982年，北歐國家為方便全歐洲統(tǒng)一使用移動電話，向CEPT（歐洲郵電行政大會）提交了一份建議書，要求制定90

24、0MHz頻段的公共歐洲電信業(yè)務(wù)規(guī)范。在這次大會上成立了一個在ETSI技術(shù)委員會下的“Group Special Mobile（移動特別小組 ）”簡稱“GSM”，來制定有關(guān)的標準和建議書。,GSM簡介,1987年5月，GSM成員國就以下方面達成一致意見數(shù)字系統(tǒng)采用窄帶時分多址TDMA規(guī)則脈沖激勵線性預(yù)測RPE一LTP話音編碼高斯濾波最小移頻鍵控GMSK調(diào)制方式1991年，在歐洲開通了第一個系統(tǒng)，并將GSM更名為Glob

25、a1 system for Mobile communications 全球移動通信系統(tǒng) ，俗稱“全球通”,,GSM系統(tǒng)組成,移動終端部分MS 基站子系統(tǒng)BSS網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)NSS 其中MS與BSS之間的接口為Um接口， BSS與NSS之間的接口為A接口。GSM規(guī)范對系統(tǒng)的A接口和Um接口都有明確的規(guī)定，也就是說，A接口和Um接口是開放的接口。參見下頁GSM系統(tǒng)的總體框圖,GSM系統(tǒng)的總體框圖,MS,BSS,NSS,,Um接

26、口,A接口,移動終端部分MS,一般稱為移動臺，是GSM網(wǎng)絡(luò)中用戶使用的設(shè)備由兩部分組成：移動終端客戶識別卡（SIM卡）由它所漫游到的地理區(qū)域的一個VLR（訪問用戶位置寄存器）管理。,,移動終端,完成話音編碼、信道編碼、信息加密、信息的調(diào)制和解調(diào)、信息發(fā)射和接收。,,客戶識別卡（SIM卡）,存有認證客戶身份所需的所有信息，并能執(zhí)行一些與安全保密有關(guān)的重要信息，以防止非法客戶進入網(wǎng)路。還存儲與網(wǎng)路和客戶有關(guān)的管理數(shù)據(jù)，只有插入SI

27、M卡后移動終端才能接入進網(wǎng)。,,基站子系統(tǒng)BSS——組成,基站收發(fā)信臺（BTS）：每個小區(qū)有一或多個BTS基站控制器（BSC）：控制、管理多個BTS，與一個MSC（移動業(yè)務(wù)交換中心）相連,基站子系統(tǒng)BSS——功能,通過無線接口與移動臺連接，負責無線資源管理和收發(fā)信息。與網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)NSS中的移動交換中心MSC相連，實現(xiàn)移動用戶之間或與固定網(wǎng)用戶之間的通信。,,網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)NSS,移動業(yè)務(wù)交換中心MSC訪問用戶位置寄存器VLR歸屬用戶

28、位置寄存器HLR鑒權(quán)中心AUC移動設(shè)備識別器EIR操作維護中心OMC,,移動業(yè)務(wù)交換中心MSC,網(wǎng)絡(luò)的中心，主要執(zhí)行交換功能，控制一或多個BSS。這種交換功能包括移動用戶之間的呼叫，移動用戶與固定用戶（PSTN和ISDN）及分組交換網(wǎng)用戶之間的呼叫。一般一個MSC對應(yīng)一個VLR,,訪問用戶位置寄存器VLR,動態(tài)用戶數(shù)據(jù)庫，存儲進入其控制區(qū)內(nèi)已登記的移動用戶相關(guān)信息，并從HLR獲取必要的數(shù)據(jù)可以服務(wù)一或多個位置區(qū),,歸屬用戶位

29、置寄存器HLR,GSM的中央數(shù)據(jù)庫。存儲其控制區(qū)內(nèi)的所有移動用戶的注冊信息——移動用戶的靜態(tài)數(shù)據(jù)， 包括用戶的接入能力，申請的業(yè)務(wù)和補充業(yè)務(wù)。一個可用的三元組（RAND/SRES/Kc），依照MSC/VLR的請求提供使用；當前正管理MS的VLR信息，并隨MS位置改變而更新，并向呼叫MSC提供。,,鑒權(quán)中心AUC,GSM系統(tǒng)的安全中心。 對用戶鑒權(quán) 對無線接口上的話音、數(shù)據(jù)信號信息加密,,移動設(shè)備識別器EIR,存儲、識別移動設(shè)備

30、的國際移動設(shè)備識別碼IMEI。注：另一種識別碼是國際移動用戶識別碼IMSI，與設(shè)備無關(guān)，存儲在SIM卡中，直接計費。,,操作維護中心OMC,對GSM系統(tǒng)進行集中維護與操作允許實施遠程集中操作維護管理支持高層維護管理中心（NMC）的接口,,GSM系統(tǒng)的說明,無線覆蓋區(qū)域結(jié)構(gòu)識別碼信令 位置更新 固定網(wǎng)用戶呼叫移動臺 越區(qū)切換 鑒權(quán)和加密,,無線覆蓋區(qū)域結(jié)構(gòu),,國際移動用戶識別碼IMSI,用于在國際上唯一識別移動用戶結(jié)

31、構(gòu)（15位），如圖所示，其中：我國MCC為460MNC的值中國移動的GSM網(wǎng)為00、中國聯(lián)通的GSM網(wǎng)為01,區(qū)域識別,位置區(qū)識別碼LAI結(jié)構(gòu)：MCC+MNC+LACLAC用于識別移動網(wǎng)中的一個位置區(qū) 全球小區(qū)識別碼GCI結(jié)構(gòu)：MCC+MNC+LAC+CI CI用于小區(qū)識別,基站小區(qū)識別碼BSIC,用于識別相鄰國家、地區(qū)或相鄰的不同運營商結(jié)構(gòu)：NCC+BCCNCC為網(wǎng)絡(luò)色碼，用于識別不同國家（國內(nèi)區(qū)別不同的省）及不同運

32、營商BCC為基站色碼，由運營部門設(shè)定,臨時移動用戶識別碼TMSI,為了對IMSI保密，IMSI僅在空中傳送一次，便由VLR臨時給來訪移動用戶分配一個惟一的TMSI號碼替代 僅在本地有效 ，當用戶離開此VLR服務(wù)區(qū)后釋放,TMSI的更新,國際移動設(shè)備識別碼IMEI,用于在國際上惟一地識別一個移動設(shè)備，監(jiān)控被竊或無效的移動設(shè)備。結(jié)構(gòu)（15位）：TAC(6)+FAC(2)+SNR(6)+SP(1)TAC為型號批準碼，由歐洲型號中心分配

33、；FAC為工廠裝配碼，由廠家編碼，表示生產(chǎn)廠家及裝配地；SNR為序號碼，由廠家分配；SP為備用 IMEI可在待機狀態(tài)下按“*#06#”讀取，讀取的IMEI碼與手機后蓋板上的條碼標簽、外包裝上的條碼標簽應(yīng)一致,,信令,移動臺與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間交換的控制信息信令通路與話音通路完全分開，移動臺MS處于空閑狀態(tài)時也要向系統(tǒng)更新位置信息。,,位置更新,1.當移動臺開機時，將自己存儲的位置區(qū)識別碼與當前所在小區(qū)廣播的位置區(qū)識別碼比較。如果一致

34、，已正確定位；如果不一致，移動臺發(fā)送自己的IMSI及原先和當前位置區(qū)的識別碼；2.BSC將收到的信息傳給相應(yīng)的VLR；,位置更新,3.一個VLR服務(wù)一個或多個位置區(qū)。如果當前和原先的位置區(qū)由同一個VLR服務(wù)，移動臺得到一個新的臨時移動用戶識別碼TMSI，VLR存儲器更新；如果移動臺進入一個新的VLR區(qū)，HLR存儲器更新、舊的VLR刪除數(shù)據(jù)、新的VLR增加數(shù)據(jù)。,,固定網(wǎng)用戶呼叫移動臺,1.呼叫者撥號，呼叫送到MSC2.MSC在HLR

35、中查詢移動用戶當前所在區(qū)域的MSC；3.當前所在區(qū)域的MSC從VLR中查詢用戶的位置4.用戶位置不十分明確時，當前所在區(qū)域的MSC管理的所有BSS尋呼此移動臺；尋呼是通過公共控制信道發(fā)出TMSI實現(xiàn)5.移動臺收到尋呼向基站發(fā)出響應(yīng)；,固定網(wǎng)用戶呼叫移動臺,6.基站向MSC提供響應(yīng)信息；7.VLR對被叫的移動臺鑒權(quán)，并準備業(yè)務(wù)信道編碼；8.移動臺發(fā)出振鈴，同時呼叫者也得到回鈴；9.被叫移動臺回答時，一個業(yè)務(wù)信道準備好并建立呼入

36、電路的連接。,,越區(qū)切換,移動臺不斷測量本小區(qū)及16個鄰近小區(qū)的信號強度當測量結(jié)果表明當前連接的基站的信號變?nèi)鯐r，MSC、BSC、BTS協(xié)同移動臺選擇信號好的小區(qū)建立新的通信鏈路，同時釋放舊的鏈路。,,鑒權(quán)和加密,鑒權(quán)是確認移動臺MS是否合法；加密是通過密鑰將業(yè)務(wù)信道的話音和數(shù)據(jù)信息都進行編碼，來防止第三者監(jiān)聽。,鑒權(quán)和加密的流程,1.移動臺請求呼出，MSC向VLR通知移動臺的請求，VLR接管鑒權(quán)進程。2.MSC詢問移動臺的IMS

37、I并將它傳給VLR。VLR確定移動臺的HLR，然后將IMSI和自己與當前MSC的識別碼傳給HLR。HLR收到用戶的IMSI后，向鑒權(quán)中心請求用戶的密鑰Ki，此密鑰保存在移動臺和鑒權(quán)中心。,鑒權(quán)和加密的流程,3.鑒權(quán)中心產(chǎn)生隨機數(shù)RAND，利用存儲的Ki通過算法A3和A8生成符號響應(yīng)SERS及用于業(yè)務(wù)信道編碼的密鑰Kc。RAND、SERS、Kc構(gòu)成移動臺的一個三元組，用于以后的加密。這個三元組僅在通信中使用一次，之后便被毀掉。鑒權(quán)中心應(yīng)M

38、SC/VLR請求，計算出若干個三元組，并把它們送往HLR存儲及送往相關(guān)的VLR。VLR又把它們傳送給移動臺當前的MSC。,鑒權(quán)和加密的流程,4.MSC/VLR向移動臺發(fā)送鑒權(quán)的隨機數(shù)RAND，移動臺用該隨機數(shù)計算出響應(yīng)SRES，回送給MSC/VLR。移動臺同時用算法A5和Kc進行話音編碼。VLR比較移動臺的響應(yīng)SRES和鑒權(quán)中心的SRES，如果一致，鑒權(quán)結(jié)束。VLR分配一個TMSI給移動臺。移動臺接收并記錄下此TMSI。移動臺保持在同一

39、VLR區(qū)中時，所有的傳輸都使用同一個TMSI?；居肁5算法進行話音解碼，并將解碼的話音和數(shù)據(jù)信號傳送給MSC。,,鑒權(quán)原理圖,加密原理圖,,GSM關(guān)鍵技術(shù),頻段和帶寬分配業(yè)務(wù)和控制信道編碼技術(shù)調(diào)制和解調(diào)時延要求,數(shù)據(jù)交織跳頻間斷傳輸DTXRF功率控制,,頻段和帶寬分配,GSM系列主要有 GSM900、DCS1800和PCS1900，主要區(qū)別是工作頻段的差異。目前我國主要的兩大GSM系統(tǒng)為GSM 900及DCS1800

40、 ：每信道頻寬200kHz；每個載波頻道在同一小區(qū)內(nèi)對不同用戶進行TDMA，按每幀長4.165ms分為8個時隙；每個時隙是一個用戶占用的一個物理信道；上行（移動臺發(fā)、基站收）和下行（基站發(fā)、移動臺收）組成一頻率對，供一個用戶使用,,頻段和帶寬分配,GSM900系統(tǒng)頻譜較低，波長較長，穿透力較差，但傳送的距離較遠，小區(qū)半徑35km移動臺發(fā)射功率較強（最大功率是8W，一般的手機最大功率是2W ），耗電量較大，因此待機時間較短使

41、用兩個25MHz頻段，分別124個(1 ~124)可用的上行和下行載波，雙工間隔45MHz ：上行鏈路890 ~ 915MHz下行鏈路935 ~ 960MHz,頻段和帶寬分配,DCS1800MHz系統(tǒng)頻譜較高，波長較短，穿透力佳，但傳送的距離短，小區(qū)半徑2km移動臺的發(fā)射功率較?。ㄊ謾C的最大功率是1W ），待機時間則相應(yīng)地較長使用兩個75MHz頻段，分別374個（ 512~885 ）可用的上行和下行載波，雙工間隔為95MHz

42、上行鏈路1710 ~ 1785 MHz下行鏈路1805 ~ 1880 MHz,幾大蜂窩通信系統(tǒng)時間和頻率多址方式比較,信道頻寬GSM：200kHz美國：30kHz日本：25kHz信道數(shù)GSM：124美國：832日本：540,幀長GSM：4.615ms美國：40.0ms日本：20.0ms每幀時隙數(shù)GSM：8美國：3日本：6,,業(yè)務(wù)和控制信道,業(yè)務(wù)信道(TCH)：傳遞兩類信息編碼的語音用戶數(shù)據(jù)控制信道(

43、CCH)：傳遞信令信息，分三類廣播控制信道公共控制信道專用控制信道,,編碼技術(shù),GSM系統(tǒng)是一種數(shù)字通信系統(tǒng)，話音或其它信號都要進行數(shù)字化處理 我國固定電話系統(tǒng)采用的PCM－A律編碼，采樣速率8kHz/s，每個樣值用8個比特的量化值來表示，數(shù)字信號比特速率為64kbit/s 考慮實際可用的帶寬，GSM規(guī)范中規(guī)定載頻間隔是200kHz因此要把信號保持在規(guī)定的帶寬內(nèi)，必需大大地降低每個話音信道的編碼的比特率，這就要靠采用低速率話

44、音編碼技術(shù)來實現(xiàn),編碼技術(shù),為了滿足GSM系統(tǒng)的窄帶通信模式，GSM采用三種話音編碼技術(shù)，即：速率為13k的全速率（FR）編碼技術(shù)：規(guī)則脈沖激勵線性預(yù)測編碼技術(shù)（RPE-LPT）——最常用 速率為12.2k的增強型全速率（EFR）編碼技術(shù)：代數(shù)碼激勵線性預(yù)測編碼技術(shù)（ACELPT）速率為6.5k的半速率（HR）矢量和激勵線性預(yù)測編碼技術(shù)編碼方式（VSELP）,,RPE-LTP的主要特征,設(shè)置若干個脈沖位置固定、幅度變化的脈沖序列作

45、為RPE激勵序列選擇與話音信號誤差最小的一個RPE序列，將其參數(shù)傳輸，有效降低傳輸碼率,RPE-LTP編碼結(jié)構(gòu)圖,,調(diào)制和解調(diào),采用調(diào)制前高斯濾波的最小頻移鍵控，簡稱GMSK ，從而降低帶寬。,,時延要求,話音編碼的時延越大，話音的質(zhì)量越好時延大，通話有回聲全部時延小于等于80ms,,數(shù)據(jù)交織,是為對抗突發(fā)錯誤，把數(shù)據(jù)重新排列和分配的過程。 重排的數(shù)據(jù)將突發(fā)錯誤分散開，有助于接收端在進行話音恢復(fù)時抵抗多徑造成的錯誤方法：每相鄰

46、的兩個20ms時段產(chǎn)生的話音編碼被交織到８個時隙中，然后分別在８個幀中傳送,,跳頻,按照跳頻序列偽隨機地改變一個信道頻率的技術(shù)。作用：減少衰落谷點對傳輸?shù)挠绊懛蛛x小區(qū)內(nèi)的強干擾,,間斷傳輸DTX,只在有話音時才打開發(fā)射機傳輸，減少空中干擾，提高系統(tǒng)容量,,RF功率控制,為了將移動臺的發(fā)送功率降到能滿足最低質(zhì)量的要求，以降低共道干擾電平，在基站和移動臺之間使用了RF功率控制MS有改變發(fā)送功率的能力，可將發(fā)送功率從最大值以2dB為步

47、長遞減到20mW基站計算MS需要的RF功率電平，并以4bit長的數(shù)字指令發(fā)送給相對應(yīng)的移動臺,,GSM系統(tǒng)特點,防盜拷能力佳網(wǎng)絡(luò)容量大手機號碼資源豐富通話清晰穩(wěn)定性強不易受干擾信息靈敏通話死角少手機耗電量低,,CDMA系統(tǒng),CDMA原理CDMA工作頻帶CDMA關(guān)鍵技術(shù)CDMA技術(shù)特點CDMA系統(tǒng)提供的電信業(yè)務(wù),,CDMA原理,在CDMA中，每個比特時間分成m個碼片，每個站分配一個惟一的m比特碼序列。當某站欲發(fā)送

48、“1”時，它就在信道中發(fā)送它的碼序列；當某站欲發(fā)送“0”時，它就在信道中發(fā)送它的碼序列的反碼；多個站同時發(fā)送時，信號在信道中被線性疊加。發(fā)送站所占用的頻帶帶寬提高到原來數(shù)據(jù)的m倍,CDMA原理,碼序列的性質(zhì)：不同的碼序列之間是相互正交的，即假如有S和T兩個碼序列，~S和~T表示各自碼序列的反碼，則應(yīng)有如下關(guān)系式：S·T=0S·~T=0S·S=1S·~S=-1例如：S=（-1

49、-1 -1 +1 +1 -1 -1 -1） T=（-1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1）,,CDMA工作頻帶,國際上通行的可在CDMA個人通信系統(tǒng)中使用的頻段800MHz～900MHz1.8GHz～1.9GHz2.2GHz～2.4GHz這些頻段的大氣傳播特性、城市傳播特性各不相同,CDMA工作頻帶,80MHz～900 MHz頻段適合應(yīng)用于工作小區(qū)較大的蜂窩移動通信系統(tǒng)1.8GHz～1

50、.9GHz頻段不如800MHz～900 MHz理想，但仍有較好的傳播特性，比較適合較小區(qū)、微小區(qū)的個人通信系統(tǒng)2.2GHz～2.4GHz頻段的傳播特性比較適合于給定小區(qū)，在CDMA無線用戶終端系統(tǒng)中應(yīng)用,,CDMA關(guān)鍵技術(shù),擴頻信道編碼技術(shù)功率控制RAKE接收技術(shù) 軟切換,,擴頻,CDMA給每一用戶分配的碼序列（擴頻碼）的帶寬遠大于所承載信息的信號的帶寬，編碼過程擴展了信號的頻譜，所以也稱為擴頻調(diào)制，其所產(chǎn)生的信號也稱為擴頻信

51、號。 所傳信號的帶寬Bt與信息帶寬Bi之比稱為擴頻系統(tǒng)的處理增益Gp Gp=Bt／Bi,擴頻信號的的性能,由于擴頻信號擴展了信號的頻譜，所以它具有一系列不同于窄帶信號的性能抗干擾的能力抗衰落能力 低載干比，隱蔽性抗截獲的能力多址能力,擴頻調(diào)制方式,CDMA按照其采用的擴頻調(diào)制方式的不同，可分為直接序列擴頻（DS）跳頻擴頻（FH）跳時擴頻（TH）復(fù)合式擴頻,,,直接序列擴頻（DS-SS）發(fā)射機和接收機結(jié)構(gòu)圖,,信

52、道編碼技術(shù),cdma信道合成了三種不同的擴頻序列以實現(xiàn)信息傳遞安全、穩(wěn)定和獨立行擴頻序列A—沃爾什碼（Walsh Codes） 擴頻序列B和C—偽隨機序列PN碼（Pseudorandom Noise）,沃爾什碼（Walsh Codes）,沃爾什函數(shù)是相互正交（Mutual Orthogonality）的，以保證用戶信號正交。理論上，如果在多址信道中信號是相互正交的，那么多址干擾可以減少至零。實際上由于多徑信號和來自其他小區(qū)的信號與

53、所需信號是不同步的，共信道干擾不會為零。異步到達的延遲和衰減的多徑信號與同步到達的原始信號不是完全正交的，這些信號就帶來了干擾。來自其他小區(qū)的信號也不是同步或正交的，這也會導(dǎo)致干擾發(fā)生。 沃爾什序列在前向鏈路中用于復(fù)用目的，用來區(qū)分信道；在反向鏈路中，沃爾什碼僅用作正交調(diào)制碼。,PN碼,CDMA系統(tǒng)中，偽隨機序列（PN）用于數(shù)據(jù)的加擾和擴譜調(diào)制。在傳送數(shù)據(jù)之前，把數(shù)據(jù)序列轉(zhuǎn)化成“隨機的”，類似于噪聲的形式，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)加擾。接收

54、機再用PN碼把被加擾的序列恢復(fù)成原始數(shù)據(jù)序列。 目前的CDMA系統(tǒng)采用一種基本的PN序列——m序列作為地址碼，利用它的不同相位來區(qū)分不同用戶,可變速率編碼器,使用不同速率的編碼器可以得到不同等級的服務(wù)質(zhì)量。 隨著話音激活因子的不同而變化，提高系統(tǒng)容量,,功率控制,CDMA在蜂窩系統(tǒng)中的應(yīng)用幾乎與GSM同時被提出，但一直沒有得到重視，主要原因在于CDMA的蜂窩系統(tǒng)必須具有高速、精確的功率控制要求，否則整個系統(tǒng)難以理想地工作甚至出現(xiàn)系統(tǒng)

55、崩潰。QUALCOMM（高通）公司解決了這一難題后，使得CDMA碼分多址技術(shù)應(yīng)用于蜂窩移動通信成為可能，由此拉開了CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)蓬勃發(fā)展的序幕。,功率控制,主要是通過測量移動臺和基站的接收功率，利用開環(huán)和閉環(huán)相結(jié)合的功率控制方式，調(diào)整移動臺發(fā)射功率，使移動臺輸出的功率電平在維持適當性能的情況下達到最小。一方面減輕了對其他用戶的干擾，減少對小區(qū)以外的干擾；同時有助于克服衰落（“遠近效用”），使靠近基站的移動臺的到達功率與在

56、小區(qū)邊界的移動臺的到達功率相同。功率控制分為前向功率控制 前向指從基站到移動臺反向功率控制僅由移動臺參與的開環(huán)功率控制√移動臺、基站同時參與的閉環(huán)功率控制 √,,前向功率控制,基站根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整每個移動臺的發(fā)射功率，其目的是對路徑衰落小的移動臺分派較小的前向鏈路功率，而對那些遠離基站的和誤碼率高的移動臺分派較大的前向鏈路功率。,,反向開環(huán)功率控制（一）,移動臺根據(jù)在小區(qū)中接受功率的變化，調(diào)節(jié)移動臺發(fā)射功率以達到所有移動臺發(fā)出

57、的信號在基站時都有相同的功率。它主要是為了補償陰影、拐彎等效應(yīng)，所以它有一個很大的動態(tài)范圍，根據(jù)IS—95標準，它至少應(yīng)該達到正負32dB的動態(tài)范圍,,反向閉環(huán)功率控制（二）,基站對移動臺的開環(huán)功率估計迅速做出糾正，以使移動臺保持最理想的發(fā)射功率。,,RAKE （分集合并）接收技術(shù),在移動通信中，由于城市建筑物和地形地貌的影響，電波傳播必然會出現(xiàn)不同路徑和時延，使接收信號出現(xiàn)起伏和衰落，即移動通信信道是一種多徑衰落信道RAKE接收技術(shù)

58、就是分別接收每一路的信號進行解調(diào)，然后疊加輸出達到增強接收效果的目的，這里多徑信號不僅不是一個不利因素，而且在CDMA系統(tǒng)變成一個可供利用的有利因素,RAKE（分集合并）接收技術(shù),CDMA系統(tǒng)采用兩種RAKE接收方法：空間分集：基站使用有一定間隔的兩組天線，分別接收來自不同方向的信號，獨立處理，最后合并解調(diào)時間分集：移動臺讓接收信號通過相關(guān)延遲為D的逐次延遲相關(guān)器，延遲間隔D為擴頻碼碼元寬或大于碼元寬，不同的延遲相關(guān)輸出結(jié)果對應(yīng)不同

59、路徑的信號，選其最大輸出的前幾個做合并，實現(xiàn)RAKE接收。,,軟切換,采用了移動臺輔助的軟切換。在切換過程中，移動用戶與原基站和新基站都保持著通信鏈路，可同時與兩個（或多個）基站通信，然后才斷開與原基站的鏈路，而保持與新基站的通信鏈路。通過軟切換可以實現(xiàn)無縫切換，保證了通話的連續(xù)性，減少了掉話的可能性。處于切換區(qū)域的移動臺通過分集接收多個基站的信號，可以減低自身的發(fā)射功率，從而減少了對周圍基站的干擾，這樣有利于提高反向聯(lián)路的容量和覆

60、蓋范圍,,CDMA技術(shù)優(yōu)勢,CDMA移動通信網(wǎng)是由擴頻、多址接入、蜂窩組網(wǎng)和頻率再用等幾種技術(shù)結(jié)合而成，含有頻域、時域和碼域三維信號處理的一種協(xié)作，因此它具有比其它系統(tǒng)非常重要的優(yōu)勢。與FDMA和TDMA相比，CDMA具有許多獨特的優(yōu)點，其中一部分是擴頻通信系統(tǒng)所固有的一部分是由軟切換和功率控制等新的關(guān)鍵技術(shù)所帶來的。,CDMA優(yōu)點,抗干擾性好抗多徑衰落保密安全性高同頻率可在多個小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用所要求的載干比(C／I)小于1

61、容量和質(zhì)量之間可做權(quán)衡取舍 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃靈活，擴展簡單,CDMA優(yōu)點,無需均衡器沒有TDMA中的保護時間容易從模擬向數(shù)字過渡無需FDMA和TDMA中的信道頻率管理軟切換保證移動臺在小區(qū)間順利過渡增大系統(tǒng)的容量，是GSM的4~5倍手機電池使用壽命延長,,CDMA系統(tǒng)提供的電信業(yè)務(wù),用戶終端業(yè)務(wù)——是在用戶終端協(xié)議互通基礎(chǔ)上提供終端間信息傳遞能力的業(yè)務(wù)，該類業(yè)務(wù)包括電話業(yè)務(wù)緊急呼叫業(yè)務(wù)短消息業(yè)務(wù)語音郵箱業(yè)務(wù),CDMA系統(tǒng)

62、提供的電信業(yè)務(wù),承載業(yè)務(wù)——在兩個網(wǎng)絡(luò)終端接口間的信息傳遞能力。CDMA能陸續(xù)向用戶提供1200~14400bit/s異步數(shù)據(jù)1200~14400bit/s分組數(shù)據(jù)及交替語音1200~14400bit/s數(shù)據(jù)等承載業(yè)務(wù)。,CDMA系統(tǒng)提供的電信業(yè)務(wù),補充業(yè)務(wù)——向用戶提供包括補充業(yè)務(wù)授權(quán)、補充業(yè)務(wù)操作和補充業(yè)務(wù)應(yīng)用等功能。包括呼叫前轉(zhuǎn) 主叫號碼識別顯示 主叫號碼別限制 會議電話 免打擾三方通話 等,,課后作業(yè),移動通信