6典型蜂窩移動通信系統(tǒng)

1、2024/3/21,6.1 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)6.2 CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng),重點：GSM系統(tǒng)組成；GSM控制與管理；GSM數(shù)據(jù)傳輸；CDMA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。,6 典型蜂窩移動通信系統(tǒng),2024/3/21,6.1.1 GSM蜂窩系統(tǒng)概述6.1.2 GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6.1.3 GSM信道配置6.1.4 GSM系統(tǒng)的控制與管理6.1.5 GSM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),6.1 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng),2024/3/21,模擬

2、系統(tǒng)的四大缺點：1. 各系統(tǒng)間沒有公共接口；2. 很難開展數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)；3. 頻譜利用率低無法適應(yīng)大容量的需求；4. 安全保密性差，易被竊聽，易做“假機”。,GSM產(chǎn)生背景,6.1.1 GSM系統(tǒng)概述,GSM： Global System for Mobile Communications，中文為全球移動通訊系統(tǒng)，俗稱"全球通"，是一種起源于歐洲的移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是第

3、二代移動通信技術(shù)，其開發(fā)目的是讓全球各地可以共同使用一個移動電話網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，讓用戶使用一部手機就能行遍全球。,2024/3/21,GSM規(guī)范,1982年歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化委員會（ETSI）開始研究GSM規(guī)范1990年ETSI推出GSM規(guī)范Phase I1991年ETSI制定DCS1800技術(shù)規(guī)范1994年ETSI推出GSM規(guī)范Phase II，將DCS1800歸并1996年ETSI推出GSM規(guī)范Phase II+1993年我國開通了

4、第一個數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)。,2024/3/21,,,,10 k,100 k,,64 k,1 M,,2 M,1 k,,,,,,,,,98,99,00,01,02,,,,,,,時間,,速率bps,,9.6,SMS,,,電路型,分組型,話音,GSM的演進(jìn),2024/3/21,GSM系統(tǒng)主要業(yè)務(wù),2024/3/21,GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),三級結(jié)構(gòu)組成一個完全獨立的數(shù)字移動通信網(wǎng)絡(luò),6.1.2 GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu),2024/3/21,,GSM系統(tǒng)組成,,2

5、024/3/21,基站系統(tǒng)是在小區(qū)內(nèi)建立無線電覆蓋的設(shè)備，負(fù)責(zé)管理無線資源，建立移動臺與網(wǎng)絡(luò)之間的無線信道，傳送網(wǎng)絡(luò)的各種信令及用戶信息等。,基站子系統(tǒng)BSS,BSS功能無線信道管理信道配置管理獨立專用控制信道和業(yè)務(wù)信道管理廣播控制信道和公共控制信道管理隨機接入信道編碼解碼定時超前無線資源指示尋呼越區(qū)切換,2024/3/21,網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng),,MSC：移動業(yè)務(wù)交換中心，實現(xiàn)移動業(yè)務(wù)交換功能。VLR：存儲用戶位置信息

6、的動態(tài)數(shù)據(jù)庫。HLR：用于移動用戶管理的數(shù)據(jù)庫。包含的用戶信息分為兩類：一類是有關(guān)用戶參數(shù)的信息，另一類是有關(guān)用戶當(dāng)前位置的信息。 AUC：存儲有關(guān)移動用戶的身份以及產(chǎn)生相應(yīng)認(rèn)證參數(shù)的功能實體。EIR：存儲有關(guān)移動臺設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫。OMC：對交換分系統(tǒng)及基站分系統(tǒng)的操作維護。,2024/3/21,GSM系統(tǒng)中的各類接口,,Um無線接口：規(guī)定信道結(jié)構(gòu)和接入能力、定義MS-BS通信協(xié)議、完成呼叫控制處理、實現(xiàn)移動性、安全管理、完成

7、功率控制等業(yè)務(wù)功能。Abis接口：通過標(biāo)準(zhǔn)的PCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn)BTS與BSC之間的互連的。 此接口支持所有向用戶提供的服務(wù)，并支持對BTS無線設(shè)備的控制和無線頻率的分配。A接口：實現(xiàn)基站控制器(BSC)與移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)之間的連接的。此接口傳遞的信息有：移動臺管理、基站管理、移動性管理和接續(xù)管理。SS7/C7：是7號信令系統(tǒng)，確定了局間傳輸信令信息和智能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能。,2024/3/21,GSM系統(tǒng)信令結(jié)構(gòu),TDM

8、A : Time Division Muple AccessLAPDm: Link Access Protocol for Dm ChannelRR : Radio ResourceMM : Mobility ManagementCM : Connection ManagementPCM : Pulse Code ModulationLAPD : Link Access Pr

9、otocol for D channel,BTSM : Base Transceiver Station ManagementMTP : Message Transfer PartSCCP : Signalling Connection & Control PartBSSMAP: Base Station System Mobile Application PartL1 : Layer 1

10、L2 : Layer 2L3 : Layer 3,2024/3/21,6.1.3 GSM信道配置,,,FDMA,TDMA,2024/3/21,TDMA的幀結(jié)構(gòu),2024/3/21,TDMA信道概念,物理信道：是指一個時隙（約577us，156.25個比特）。邏輯信道：是指GSM04.03中描述的信道。邏輯信道到物理信道的映射：是指一個物理信道（時隙）要承載若干邏輯信道。只有一些特定的邏輯信道才能組合

11、在一起（信道組合），在一個物理信道上承載。,Um接口上的信息由各種無線邏輯信道承載,,,,,,,基站,Um接口,無線邏輯信道類型：,控制信道,業(yè)務(wù)信道,上行方向：移動臺到基站方向,下行方向：基站到移動臺方向,,2024/3/21,信令傳輸協(xié)議,2024/3/21,2024/3/21,5種數(shù)據(jù)突發(fā)格式,2024/3/21,語音和信道編碼,選擇低速率的編碼方式，以適應(yīng)有限帶寬的要求；,數(shù)字化話音信號在無線傳輸時主要面臨三個問題,選擇有效的方

12、法減少誤碼率，即信道編碼問題；,選用有效的調(diào)制方法，減小雜波輻射，降低干擾。,,,,2024/3/21,GSM話音和信道編碼組成框圖,2024/3/21,采用跳頻技術(shù)是為了確保通信的秘密性和抗干擾性。跳頻技術(shù)是靠躲避干擾獲得抗干擾能力。 Bw：跳變頻率范圍；Bc：最小跳變的頻率間隔。,跳頻參數(shù)：Mobile Allocation (MA)Mobile Allocation Indication Offset (MAIO)

13、Hopping Sequence Number (HSN)HSN=0 CyclicHSN=1-63 Pseudo Random HoppingARFCN=Absolute Radio Frequency Channel Number,跳 頻,2024/3/21,,移動臺跳頻工作過程,,,,,,,,,,,,f0 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7,,

14、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,f0 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7,,t,t,0 1 2 3 4 5 6,,,,,,,,跳頻圖案：（5、4、7、0、6、3、1）,采用每幀改變頻率的方法,2024/3/21,1. GSM識別碼2. 位置區(qū)劃分3. 位置登記/刪除4. 用戶管理5. 鑒權(quán)與加密6. 呼叫處理過程7. 越區(qū)切換/漫游,6.1.4 GSM系統(tǒng)

15、的控制與管理,2024/3/21,1. GSM識別碼,國家號碼(CC):中國為86MAC：移動接入碼 ，=139(8、7、6、5、0、1)移動用戶號：H0H1H2H3ABCDH0H1H2H3：HLR識別碼，由總部統(tǒng)一分配到本地網(wǎng)；ABCD：移動用戶號，由HLR自行分配,移動用戶ISDN號碼(MSISDN),2024/3/21,移動國家號碼(MCC):中國為460. 移動網(wǎng)號(MNC):移動為00，聯(lián)通：01.移動用戶識別碼

16、(MSIN):H1H2H3??????,國際移動用戶識別碼(IMSI),2024/3/21,小區(qū)全球識別CGI,MCC: Mobile Country CodeMNC: Mobile Network CodeLAC: Location Area CodeCI : Cell IdentificationLAI: Location IdentificatoinCGI: Cell Global Identificati

17、on,2024/3/21,2. 位置區(qū)劃分,2024/3/21,MSC業(yè)務(wù)區(qū),(1)MSC/VLR業(yè)務(wù)區(qū)： MSC/VLR所覆蓋的服務(wù)區(qū)域，凡在該區(qū)的移動臺均在該區(qū)的拜訪位置寄存器（VLR）登記。(2)位置區(qū)（LA） 廣播尋呼消息以便找到某移動用戶的尋呼區(qū)域。利用位置區(qū)識別碼（LAI），系統(tǒng)能夠區(qū)別不同的位置區(qū)。(3)小區(qū)（CELL） 一個位置區(qū)劃分為若干個小區(qū)，它是一個BTS的無線覆蓋區(qū)域。一個

18、小區(qū)具有一個全球識別碼（CGI）。同時，利用基站識別碼（BSIC），移動臺本身能區(qū)分使用同樣的載頻的各個小區(qū)。,2024/3/21,Cell A : 宏蜂窩Cell B : 微蜂窩,2024/3/21,3. 位置登記/刪除,移動臺的幾種狀態(tài)：1、移動臺關(guān)機 系統(tǒng)啟動IMSI分離進(jìn)程，再有關(guān)的VLR和HLR中設(shè)置標(biāo)志。MS不能應(yīng)答尋呼消息，網(wǎng)絡(luò)不能達(dá)到MS。同時它也不能通知網(wǎng)絡(luò)其所處的位置區(qū)的變化。IMSI“分離”狀態(tài)。2、

19、移動臺開機，空閑狀態(tài) 系統(tǒng)可以成功地尋呼MS，IMSI“附著”狀態(tài)。3、移動臺忙 網(wǎng)絡(luò)分配給MS一個業(yè)務(wù)信道傳送話音或數(shù)據(jù)，當(dāng)MS移動時它必須有能力進(jìn)行定位和切換。,討論：被叫在不同狀態(tài)時（不關(guān)機，直接拆電池；通話中拆電池等情況），主叫聽到的提示音？您撥叫的電話正在通話中；您撥叫的電話已關(guān)機；您撥叫的電話暫時無法接通；,2024/3/21,當(dāng)MS向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送“IMSI分離”消息時，無線鏈路質(zhì)量差，系統(tǒng)有可能不能正確譯出信

20、息，由于沒有證實消息發(fā)送給MS，之后MS也沒有再發(fā)分離信號，因此系統(tǒng)仍認(rèn)為MS處于附著狀態(tài)，為解決這一問題，系統(tǒng)采取了強制登記措施，要求MS每過一定周期要登記一次。 若系統(tǒng)沒有接收到某MS的周期性登記信息。它所處的VLR就以“分離”在此MS上做標(biāo)記，稱“隱分離”。,周期性位置登記,位置登記的種類開機登記；初次漫游；二次漫游；漫游返回；周期性登記,2024/3/21,位置登記,2024/3/21,不同MSC/VLR區(qū)間漫

21、游時的位置更新過程,討論：漫游費問題；目前資費方式。,2024/3/21,4. 用戶管理,用戶注冊 發(fā)放用戶識別卡SIM和在網(wǎng)絡(luò)端的數(shù)據(jù)庫中為該用戶建立相應(yīng)的檔案，即在HLR和AUC中為用戶開戶頭--分配IMSI。SIM卡 --SIM卡生產(chǎn)廠商存入的系統(tǒng)原始數(shù)據(jù) --網(wǎng)絡(luò)運營商注入的參數(shù)：IMSI、鑒權(quán)密鑰Ki、A3算法、A8算法討論：SIM卡丟失，補卡為什么不需要換手機號碼？,2024/3/21,5. 鑒權(quán)與

22、加密,加密：GSM系統(tǒng)中的加密是指無線路徑上的加密，是指BTS和MS之間交換客戶信息和客戶參數(shù)時不被非法個人或團體所得或監(jiān)聽。,鑒權(quán)：為了確認(rèn)移動臺的合法性。作用是保護網(wǎng)路，防止非法盜用。同時通過拒絕假冒合法客戶的“ 入侵” 而保護GSM移動網(wǎng)路的客戶。下列情況需先經(jīng)過鑒權(quán)： 移動臺呼出及呼入。 移動臺位置登記、位置更新。 移動臺補充業(yè)務(wù)的登記、使用、刪除。,2024/3/21,2024/3/21,鑒權(quán)過程,20

23、24/3/21,6. 呼叫處理過程,2024/3/21,7. 越區(qū)切換,越區(qū)切換：當(dāng)移動臺在通話期間從一個小區(qū)移動到另一個小區(qū)時，要進(jìn)行無線信道的轉(zhuǎn)換而不中斷正在進(jìn)行的通話。在呼叫過程中，移動臺不斷測量它所在小區(qū)的基站及相鄰小區(qū)基站發(fā)射無線信號的射頻和信號質(zhì)量，并周期的將測量結(jié)果報告給BSS并送給MSC。 切換類型包括：同一BSC內(nèi)小區(qū)間的切換同一MSC內(nèi)不同BSC小區(qū)間切換不同MSC/VLR間小區(qū)切換,2024/3/21,1

24、、命令新BTS激活新的TCH2、向MS發(fā)新的信道信息3、MS調(diào)諧后發(fā)RACH4、基站收到后在FACCH上發(fā)動態(tài)信息5、MS收到后發(fā)切換完成6、釋放原TCH,,,BSC,,,BTS1,BTS2,,,,,,,,,,1,2,2,3,4,5,5,6,同一BSC內(nèi)區(qū)間的切換,2024/3/21,同一MSC內(nèi)不同BSC小區(qū)間切換,4、發(fā)送新頻道、信道信息5、用RACH發(fā)切換接入6、發(fā)功率控制等級等信息7、收到信息后發(fā)切換完成信息8

25、-9、釋放原信道 TCH,老FACCH,RACH,新FACCH,,激活新的TCH,1、發(fā)新小區(qū)基站號2、查出新的BSC并發(fā)請求3、激活新的TCH,2024/3/21,10,5,6,6,,,,,,,1、發(fā)送切換請求信息2、發(fā)送切換協(xié)助請求信息3、分配切換號，發(fā)送切換請求信息4、要求激活新TCH，送給BSC5、將切換號、TCH信息送回,6、 MSCA與MSCB建立局間中繼路由7、經(jīng)FACCH發(fā)送有關(guān)切換的信息8、經(jīng)RACH發(fā)

26、切換接入9、發(fā)送功率控制等信息10、發(fā)送切換完成信息,MSCA將掌握總的呼叫控制直至呼叫結(jié)束,2024/3/21,1. 短消息業(yè)務(wù)2. 無線應(yīng)用協(xié)議--WAP3. 通用分組無線業(yè)務(wù)GPRS4. 移動夢網(wǎng)--掌中的超市,6.1.5 GSM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),2024/3/21,1. 短消息業(yè)務(wù),短消息業(yè)務(wù)分類：移動臺接收/發(fā)送點對點短消息 短消息的傳遞總是在移動臺和某個短消息中心之間進(jìn)行。小區(qū)廣播型短消息:

27、 如交通流量狀況、氣象狀況。,2024/3/21,短消息業(yè)務(wù)流程,接收短消息的短消息關(guān)口站稱為SMS-GMSC；發(fā)短消息的短消息關(guān)口站稱為SMS-IWMSC。,小提示：短信送達(dá)確認(rèn)信息，可確認(rèn)對方收到短信。,討論：為什么手機關(guān)機，開機后可以收到短信？,2024/3/21,2. 無線應(yīng)用協(xié)議--WAP,WAP--Wireless Application ProtocolWAP是一種向移動終端提供互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和先進(jìn)增值服務(wù)的全球性開放標(biāo)

28、準(zhǔn)面向移動終端提供數(shù)據(jù)服務(wù)是個開放的標(biāo)準(zhǔn),2024/3/21,為什么需要WAP,無線信道的帶寬窄、穩(wěn)定性差，TCP/IP的性能將受嚴(yán)重影響移動終端的處理能力和內(nèi)存有限，難以處理現(xiàn)有的因特網(wǎng)協(xié)議族移動終端的顯示和輸入方式與計算機不同，現(xiàn)有因特網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)不能被移動終端使用結(jié)論：在現(xiàn)有條件下，需要為移動終端制定新的協(xié)議,2024/3/21,WAP的設(shè)計原則,基于現(xiàn)有因特網(wǎng)--對現(xiàn)有的因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡化--盡量利用現(xiàn)有的因特網(wǎng)資

29、源獨立于無線網(wǎng)絡(luò)--能在各種無線承載網(wǎng)絡(luò)上使用獨立于無線設(shè)備--能運行在從手機到PDA等移動終端上保證交互操作--遵循WAP標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家的設(shè)備就可以互操作,2024/3/21,WAP系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),因特網(wǎng),,WAP終端,無線網(wǎng),WAP網(wǎng)關(guān),,WAP服務(wù)器,WWW服務(wù)器,2024/3/21,WAP over GSM SMS實例,2024/3/21,WAP提供的業(yè)務(wù),信息服務(wù)--新聞、天氣、體育、交通、股票行情消息服務(wù)--E

30、mail、語音信箱、短消息、傳真電子商務(wù)--在線定票、股票交易、手機銀行,2024/3/21,3. 通用分組無線業(yè)務(wù)GPRS,GSM網(wǎng)絡(luò)采用電路交換方式，主要用于語音通話，缺乏高速數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)； SMS：基于信令信道 CSD：獨占信道，數(shù)據(jù)率只有9.6kbps移動通信網(wǎng)上數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量增加，GSM電路交換方式難以滿足；因特網(wǎng)上的數(shù)據(jù)傳遞采用分組交換方式，導(dǎo)致兩網(wǎng)絡(luò)彼此獨立運行；G

31、PRS ( General Packet Radio Service 通用分組無線業(yè)務(wù))：是一種基于GSM的移動分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)，在移動用戶和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)網(wǎng)之間提供數(shù)據(jù)連接。改變了兩種網(wǎng)絡(luò)互相獨立的現(xiàn)狀，使GSM網(wǎng)容易地實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)分組接入。GPRS是GSM通向3G的一個重要里程碑 。,2024/3/21,GPRS的特點,采用分組交換技術(shù)提供較高得數(shù)據(jù)速率可實現(xiàn)非對稱鏈路一次連接永遠(yuǎn)在線同時支持話音和數(shù)據(jù)提供了與IP網(wǎng)絡(luò)的互通功

32、能,2024/3/21,分組的統(tǒng)計復(fù)用,多個用戶共用一個時隙,2024/3/21,GPRS四種編碼方案,編碼方式級別越高，速率越高，前向糾錯能力越弱CS-4的碼率將近1:1，幾乎沒有冗余信息，也就沒有糾錯能力由于基站傳輸、無線干擾等因素，可用的編碼方案是CS-1和CS-2目前GPRS可提供的最大理論速率為： 8下行： 13.4*8=107.2Kbps 2下行：最大26.8Kbps 4

33、下行：最大53.6Kbps,2024/3/21,GPRS的實現(xiàn),BTS,BSC,,,,,,,GPRS 主干IP網(wǎng)絡(luò),,MSC/VLR,HLR,PCU,SGSN,GGSN,防火墻,GPRS可以疊加在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)上，GSM的無線資源可以在話音和GPRS數(shù)據(jù)之間共享疊加部署所需的工作對BSS進(jìn)行軟硬件升級，增加PCU功能或獨立設(shè)置PCU；構(gòu)建GPRS全I(xiàn)P骨干網(wǎng)；對GSM網(wǎng)相關(guān)實體進(jìn)行升級；將GPRS與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)互聯(lián)；,,P

34、CU：Packet Control Unit 分組控制單元,SGSN：Serving GPRS Supporting Node GPRS業(yè)務(wù)支持節(jié)點,GGSN：Gateway GPRS Supporting Node GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點,2024/3/21,GPRS骨干網(wǎng)的特點,由SGSN和GGSN組成的GPRS骨干網(wǎng)是一個純粹的IP網(wǎng)GPRS骨干網(wǎng)可以使用與因特網(wǎng)相同的方法構(gòu)建，或在現(xiàn)有IP網(wǎng)上通過VPN來構(gòu)建GPRS

35、骨干網(wǎng)中，所有數(shù)據(jù)通過隧道傳送，隧道協(xié)議GTP使用隧道的好處移動臺的移動對IP透明，只需改變隧道的配置來自網(wǎng)外的IP報文不在骨干網(wǎng)內(nèi)路由，增加了系統(tǒng)隱蔽性和報文的保密性隧道可以封裝任意數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與多種數(shù)據(jù)網(wǎng)互通,2024/3/21,WAP與GPRS的關(guān)系,WAP和GPRS屬于兩種不同的范疇，WAP是建立在TCP/IP基礎(chǔ)上的無線數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用協(xié)議，屬于IP層以上的應(yīng)用層；而GPRS是無線數(shù)據(jù)的一種傳輸方式，屬于IP層以下的承載層。

36、WAP既可以在GPRS上實現(xiàn)，也可以在現(xiàn)有的GSM電路交換數(shù)據(jù)系統(tǒng)和短信系統(tǒng)上實現(xiàn)。 我們可以把GPRS想像成一條快速公路，WAP則是公路上行駛的車輛，通過這條公路，我們可以快速便捷的享受各種內(nèi)容和服務(wù)。GPRS的開通，對WAP的發(fā)展是一種促進(jìn)。,2024/3/21,4. 移動夢網(wǎng)--掌中的超市,移動夢網(wǎng)： 中國移動與眾多SP合作，向移動客戶提供數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)，包括：WAP、短消息、移動游戲、信息點播、掌上理財、旅行服務(wù)、移

37、動辦公、移動銀行、移動電子商務(wù)等等各種各樣的業(yè)務(wù)。移動夢網(wǎng)現(xiàn)狀： 目前與中國移動進(jìn)行合作的SP已近500家，包括新浪、搜狐、網(wǎng)易、263等一些知名的門戶網(wǎng)站，也包括一些有很強創(chuàng)新性和特色的網(wǎng)站，如騰訊QQ，靈通網(wǎng)及168WAP等。 使用移動夢網(wǎng)業(yè)務(wù)的方法： 到相關(guān)的網(wǎng)站定制用手機直接點播通過手機瀏覽器獲取,2024/3/21,6.2.1 CDMA概述6.2.2 CDMA技術(shù)基礎(chǔ)-擴頻通信6.2.3 CDMA

38、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù),6.2 CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng),2024/3/21,GSM ：FDMA/TDMA 混合方案 窄帶載頻復(fù)用,碼分多址 ：多個用戶同時使用一個載頻三層次的擴頻碼 寬帶單頻復(fù)用,6.2.1 CDMA概述,2024/3/21,CDMA系統(tǒng)雙工實現(xiàn)方式,FDD: 上下行頻率配對 WCDMA的基本帶寬為5MHz×2，如果運營者建設(shè)多層網(wǎng)，即用宏蜂窩完成大面積覆蓋，用微蜂窩覆蓋熱點地區(qū)，用微微蜂窩提供

39、高速接入，則至少需要3個頻點，即15MHz×2的頻率。TDD：上下行頻率相同  TD-SCDMA的單載波帶寬為1.6MHz，而且不需要對稱頻段，在考慮三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時，分配5MHz就可組建一個基本的全國網(wǎng)。 在TDD的工作模式中，上下行數(shù)據(jù)的傳輸通過控制上、下行的發(fā)送時間長短來決定，這尤其適合今后的移動因特網(wǎng)、多媒體視頻點播等非對稱業(yè)務(wù)的高效傳輸。,2024/3/21,CDMA系統(tǒng)特點及優(yōu)勢,,減少

40、對其他電子系統(tǒng)干擾,容量高,延長電池壽命,減少掉話,增強安全性,網(wǎng)絡(luò)頻率規(guī)劃簡單,覆蓋大,,擴頻/編碼,,,,,,,,,為運營者帶來的好處,“綠色”手機,節(jié)省投資提高頻率利用率,方便用戶提高通話可靠性,提高服務(wù)質(zhì)量,提高網(wǎng)絡(luò)安全性,減少工程設(shè)計工作量，擴容方便,節(jié)省投資,提高服務(wù)質(zhì)量,功率控制,,,,,,,,,軟切換更軟切換,,,,,,,,,語音激活,,,,,,,,,,技術(shù),特點,話音質(zhì)量高,處理增益,無需復(fù)雜頻率規(guī)劃

41、,偽隨機序列擴頻,,,,,2024/3/21,CDMA的演進(jìn),,,,10 k,100 k,,64 k,1 M,,>2 M,1 k,,,,,,,,,98,99,00,01,02,,,,,,,時間,速率bps,SMS,話音,,,9.6,,,電路型,分組型,IS-95A,,,IS-95B,115.2/64,更高的頻譜效率和網(wǎng)絡(luò)容量更高的分組數(shù)據(jù)速率和更豐富的業(yè)務(wù)平滑向3G過渡,2024/3/21,定 義：擴頻技術(shù)就是將信息的頻譜

42、展寬后進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。理論基礎(chǔ)：在白噪聲干擾的條件下，信道容量 C = B log2（1+ S/N ） Shannon公式 B：信道帶寬 S：信號平均功率 N：噪聲平均功率結(jié) 論：在信道容量C不變的情況下，信道帶寬B與信噪比S/N完全可以互相交換，即通過增大傳輸系統(tǒng)的帶寬可以在較低信噪比的條件下獲得比較滿意的傳輸質(zhì)量。,6.2.2 CDMA技術(shù)基礎(chǔ)—擴頻通信,2024/3/21

43、,擴頻通信原理圖,2024/3/21,比特(bit)、符號(Symbol)與碼片(Chip)輸入含有信息的數(shù)據(jù)稱為比特（bit）在經(jīng)過卷積編碼器、符號重復(fù)與交織后的數(shù)據(jù)被稱為符號(symbol)經(jīng)過最終擴頻后得到的數(shù)據(jù)被稱為碼片(chip)處理增益(Processing Gain)理解為最終擴頻速率與信息速率的比；在IS-95中處理增益為128，即21dB前向(Forward)：從基站到移動臺反向(Reverse)：從移動

44、臺到基站,常見術(shù)語,2024/3/21,在直接序列擴頻技術(shù)的基礎(chǔ)上，對不同用戶的信息采用不同的獨立非相干、相互正交的偽隨機序列PN碼進(jìn)行擴頻調(diào)制，以實現(xiàn)多址通信。,CDMA系統(tǒng)擴頻模型,2024/3/21,擴頻過程,2024/3/21,(1)抗噪聲能力極強（門限信噪比很低）(2)抗干擾能力極強(3)抗衰落能力強(4)抗多徑干擾能力強(5)可以采用碼分多址（CDMA）(6)易于多媒體通信組網(wǎng)(7)具有良好的安全通信能力(8)

45、不干擾同類的其他系統(tǒng),擴頻通信技術(shù)的優(yōu)點,2024/3/21,1. 功率控制技術(shù)2. 越區(qū)切換技術(shù)3. 同步技術(shù)4. 分集技術(shù)與RAKE接收技術(shù)5. 信源編碼、話音激活6. 信道編碼7. 多用戶檢測8. 智能天線技術(shù)9. 軟件無線電技術(shù),6.2.3 CDMA系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù),2024/3/21,FDMA和TDMA系統(tǒng)提高容量的根本措施: 減小頻率再用的距離，頻率再用距離受載干比的限制。模擬蜂窩系統(tǒng)：1/7小區(qū)共用；數(shù)字蜂

46、窩系統(tǒng)（GSM）：1/4小區(qū)共用；CDMA系統(tǒng)：每小區(qū)可以使用相同的頻率，但存在多址干擾，容量受到限制。CDMA提高容量的根本措施：減少多址干擾。減少多址干擾的主要技術(shù)：功率控制扇區(qū)話音激活技術(shù),CDMA系統(tǒng)軟容量,2024/3/21,CDMA系統(tǒng)是自干擾系統(tǒng)，限制CDMA系統(tǒng)容量的因素是總干擾；多址干擾的存在，引起遠(yuǎn)近效應(yīng)，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能，降低系統(tǒng)容量；在CDMA系統(tǒng)中，功率控制是關(guān)鍵技術(shù)。,1.功率控制技術(shù),2

47、024/3/21,CDMA功率控制的目標(biāo)：克服反向鏈路的遠(yuǎn)近效應(yīng)：基站從各個移動臺接收到的功率相同；保證接收機的解調(diào)性能情況下，盡量降低發(fā)射功率，減小對其他用戶的干擾。當(dāng)達(dá)到以下條件，系統(tǒng)容量最大當(dāng)在可接受的信號質(zhì)量下，基站發(fā)射功率最小基站從各個移動臺接收到的功率相同,2024/3/21,反向功率控制：控制移動臺的發(fā)射功率，保證基站接收 到各用戶的功率相同，克服“遠(yuǎn)近效應(yīng)” 開環(huán)功率控制 閉環(huán)功率控制

48、內(nèi)環(huán)功率控制：800 Hz 外環(huán)功率控制 前向功率控制：控制基站的發(fā)射功率，保證每個用戶能正確接收時基站發(fā)射功率最小，使對其他用戶干擾最小 閉環(huán)功率控制 消息報告方式：周期報告、門限報告,功率控制類型,2024/3/21,移動臺所需發(fā)射功率受以下因素影響 移動臺與基站距離 小區(qū)負(fù)荷 信道環(huán)境CDMA系統(tǒng)規(guī)定用一個常數(shù)來補償路徑損耗與小區(qū)負(fù)荷的影響，這個常數(shù)可由基站調(diào)整移動臺根據(jù)接收前向信道的功率，直接確定發(fā)射功率,反向

49、開環(huán)功率控制,2024/3/21,內(nèi)環(huán)功率控制基站測量Eb/Nt和設(shè)定的目標(biāo)Eb/Nt進(jìn)行比較，大于則指令移動臺降低發(fā)射功率，否則增加發(fā)射功率。調(diào)節(jié)速率為 800Hz 外環(huán)功率控制統(tǒng)計誤幀率，設(shè)定所需的目標(biāo)Eb/Nt,反向閉環(huán)功率控制,2024/3/21,移動臺測量前向業(yè)務(wù)信道幀質(zhì)量，周期方式或門限方式上報幀質(zhì)量。基站根據(jù)上報的幀質(zhì)量情況確定是否進(jìn)行前向功率調(diào)節(jié)； 前向閉環(huán)功率控制是一種慢速功率調(diào)節(jié)。,前向閉環(huán)功率控制,2024

50、/3/21,反向鏈路開環(huán)功率控制假設(shè)前向路徑與反向路徑的衰耗類似反向鏈路閉環(huán)功率控制基站檢測Eb/No，與門限值比較，產(chǎn)生對移動臺的功率控制命令每1.25 ms更新一次(每秒重復(fù)800次，1 d b 的步長)反向鏈路外環(huán)功率控制在BSC中統(tǒng)計的FER須等于1%，據(jù)此更新基站的Eb/No門限值。,,前向鏈路功率控制基站系統(tǒng)緩慢地減少對每一移動臺的前向鏈路發(fā)射功率當(dāng)移動臺檢測到 FER 增大，就請求基站系統(tǒng)增大前向鏈路發(fā)射功

51、率,功率控制工作示意圖,2024/3/21,當(dāng)相鄰小區(qū)的負(fù)荷不相同時，負(fù)荷重的小區(qū)降低發(fā)射功率，使本小區(qū)邊緣的用戶切換到臨近小區(qū)，從而實現(xiàn)負(fù)載控制。,CDMA系統(tǒng)特色——小區(qū)呼吸,“小區(qū)呼吸”動態(tài)分配小區(qū)負(fù)荷，改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，增加系統(tǒng)容量,負(fù)載控制使用的主要手段包括小區(qū)呼吸和同覆蓋異頻小區(qū)之間的切換。,,,,,,,,,,,,,,,,,2024/3/21,2. 越區(qū)切換技術(shù),切換的目的：實現(xiàn)移動通信系統(tǒng)的“無縫隙”覆蓋，即當(dāng)移動臺從一個小

52、區(qū)進(jìn)入另一個小區(qū)時，保證通信的連續(xù)性。,硬切換：在切換過程中，移動臺與新的基站聯(lián)系前，先中斷與原基站的通信，再與新基站建立聯(lián)系。硬切換過程中有短暫的中斷，容易掉話。不同頻率間的切換到其它系統(tǒng)的切換,2024/3/21,更軟切換：同一基站、相同頻率、不同扇區(qū)的CDMA信道間。更軟切換由BSC控制。,軟切換：在切換過程中，移動臺開始與新的基站聯(lián)系時，并不中斷與原有的基站的通信。軟切換會帶來更好的話音質(zhì)量，實現(xiàn)無縫切換、減少掉話可

53、能，且有利于增加反向容量。軟切換由MSC控制。,2024/3/21,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,移動臺合并功率,各自小區(qū)的接收能量,討論：越區(qū)切換時反向功率控制原則,2024/3/21,CDMA系統(tǒng)的軟切換優(yōu)點,軟切換提高質(zhì)量改善話音質(zhì)量控制手機干擾降低掉話率改善小區(qū)覆蓋軟切換需要手機協(xié)助完成手機搜索強的導(dǎo)頻信號手機上報導(dǎo)頻信號搜索情況基站引導(dǎo)手機進(jìn)行軟切換,2024/3/21,導(dǎo)頻集：具有相同的頻率但有不同

54、的PN碼相位的導(dǎo)頻集合。 有效集：與正在聯(lián)系的基站對應(yīng)的導(dǎo)頻集合。 候選集：當(dāng)前不在有效集中，但是已有足夠的強度表明與該導(dǎo)頻對應(yīng)基站的前向業(yè)務(wù)信道可以被成功解調(diào)的導(dǎo)頻集合。 相鄰集：當(dāng)前不在有效集或候選集中但是有可能進(jìn)入候選集的導(dǎo)頻集合。 剩余集：其它導(dǎo)頻集合。,軟切換過程（A）,2024/3/21,(1) 導(dǎo)頻強度超過T_ADD，MS將其加入候選集并上報BS(2) BS命令MS將該導(dǎo)頻加入有效集(3) 導(dǎo)頻強度小于T_DR

55、OP，手機啟動T_DROP定時器(4) T_DROP定時器超時，MS上報BS(5) BS命令MS將該導(dǎo)頻從有效集中刪除,軟切換過程（B）,,,相鄰集,候選集,有效集,相鄰集,T_ADD,T_DROP,導(dǎo)頻強度,時間,,,,,,,,,（1）,（2）,（3）,（4）,（5）,2024/3/21,同步是碼分多址的一項關(guān)鍵技術(shù)，可以分為二個過程：確定地址碼的相位，稱為捕獲；維持地址碼相位的同步，稱為跟蹤。采用方法舉例：捕獲可以采用匹

56、配濾波器；跟蹤可以采用延遲鎖定環(huán)。,3. 同步技術(shù),2024/3/21,捕獲原理,誤捕：自相關(guān)旁瓣峰值高,2024/3/21,碼字跟蹤環(huán)路,,延遲鎖定環(huán),2024/3/21,延遲鎖定環(huán)的鑒相特性,,2024/3/21,時間分集 采用符號交織，檢錯糾錯編碼等方法。 頻率分集 通過將信號能量在寬頻帶中擴展實現(xiàn)的,CDMA將信 號擴展到整個1.23M上。 空間分集

57、 1：在基站采用雙接收天線 2：在手機和基站采用RAKE接收，合并不同傳輸延時的信號 3：軟切換的時候，移動臺和多個基站同時聯(lián)系，從中選出最 好的幀送給交換機,4. 分集技術(shù)與RAKE接收技術(shù),2024/3/21,,,RAKE 接收技術(shù)有效地克服多徑衰落，提高接收性能,,,,,,,,,,,,,,,,接收機,單徑接收電路,單徑接收電路,單

58、徑接收電路,搜索器,,,,,,計算信號強度與時延,,,,,,,,,,,合 并,合并后的信號,,,,,,,,t,t,s(t),s(t),,,,,,RAKE接收原理,傳輸環(huán)境時變： 頻率、相位、時間的變化,2024/3/21,RAKE接收機工作過程,對于CDMA系統(tǒng)，當(dāng)多徑延時大于一個碼片時，多徑信號可以看成是不相關(guān)的。假設(shè)接收信號中可以分離出M個不同延時的多徑分量，每個分量用不同的相關(guān)器進(jìn)行相關(guān)運算。相關(guān)器1和支路1同步，相關(guān)器2和

59、支路2同步，等等，這樣不同相關(guān)器就可以檢測出各個支路的CDMA信號能量。對各個相關(guān)器的輸出進(jìn)行加權(quán)，然后相加，就得到發(fā)送信號的最大可能的能量輸出，對此輸出進(jìn)行判決再生，就可以恢復(fù)出數(shù)字信息。加權(quán)系數(shù)可以根據(jù)不同的準(zhǔn)則，如：最大功率準(zhǔn)則、最大信噪比準(zhǔn)則，等。,2024/3/21,5.信源編碼技術(shù),信源編碼—有效性AMR(動態(tài)多碼率編碼)：AMR編碼允許系統(tǒng)根據(jù)無線接口的資源動態(tài)調(diào)整話音編碼速率，進(jìn)一步提高編碼效率。 8K EV

60、RC（Enhanced Variable Rate Vocoder), 8K QCELP,13KQCELP （Qualcomm Code-Excited Linear Predictive ）,根據(jù)不同的區(qū)域/時效/用戶，提供不同QoS服務(wù)負(fù)載重的情況下，減輕負(fù)載，增加系統(tǒng)容量負(fù)載輕的情況下，盡量提高QoS，增加滿意度采用4.75Kbps時相對12.2Kbps容量提高約40%,支持話音激活：典型的雙工通話中，通話的占空比小于

61、35%,不通話的時候降低發(fā)射功率，有效提高系統(tǒng)容量。,2024/3/21,,6.信道編碼-可靠性,,無糾錯編碼： BER<10-1 ~ 10-2,,不能滿足通信需要,卷積編碼： BER<10-3,,滿足語音、信令、低速數(shù)據(jù)通信需要,Turbo 碼： BER<10-6,,滿足數(shù)據(jù)通信需要,WCDMA采用高性能的信道編碼和二次交織，提高系統(tǒng)性能編解碼極大地降低了工作點的信噪比，是無線傳輸中的常用

62、手段；Turbo碼能夠使傳輸信號的信噪比接近Shannon極限；,2024/3/21,7.多址干擾消除技術(shù)----多用戶檢測,傳統(tǒng)接收機結(jié)構(gòu),2024/3/21,常用的多用戶檢測模型,CDMA系統(tǒng)實際選用的地址碼間的互相關(guān)函數(shù)不可能全部達(dá)到理想的全零狀態(tài)，造成多個用戶同時通信時，產(chǎn)生多址干擾（Multi Access Interference）。因此，CDMA系統(tǒng)是一個干擾受限系統(tǒng)，其容量受到用戶間多址干擾的限制。 多用戶檢測：抗M

63、AI最根本的方法，基本思想是利用多址干擾中包含的用戶間的互相關(guān)信息來估計干擾、降低或消除干擾的影響。,2024/3/21,多級串行消除SIC信號排序，大信號先判決，再生后，從源信號中消除之；信噪比增益高，實現(xiàn)相對簡單，延時大；功率控制精度要求低。,2024/3/21,,并行消除PIC,實現(xiàn)較SIC復(fù)雜，但在可接受的限度內(nèi)；需要信道的準(zhǔn)確估計（相位、幅度信息）；實現(xiàn)延時??；信噪比得益較線性法為好，但比SIC差；需要較高的功率

64、控制精度；,2024/3/21,多用戶檢測的主要優(yōu)點,消除或減弱多址干擾消除或減弱多徑干擾消除或減弱遠(yuǎn)近效應(yīng)簡化功率控制，降低功率控制精度彌補正交擴頻碼互相關(guān)性不理想所帶來的消極影響改善系統(tǒng)性能、提高系統(tǒng)容量、增大小區(qū)覆蓋范圍,2024/3/21,多用戶檢測的主要缺點,大大增加系統(tǒng)設(shè)備的復(fù)雜度增加系統(tǒng)時延，特別是當(dāng)采用自適應(yīng)算法并對于擴頻碼較長的系統(tǒng)更是如此多用戶檢測一般需要知道用戶擴頻碼的主要特征參量，這對于實際的多徑時

65、變信道則不是一件容易的事，它需要通過不停的信道估計來實現(xiàn)，而且估值的精度將直接影響多用戶檢測器的性能,2024/3/21,多用戶檢測器的局限,由于不知道相鄰小區(qū)干擾用戶的地址碼，它們不能夠消除其它小區(qū)的MAI干擾對本小區(qū)的影響。需要知道本小區(qū)各個用戶的地址碼以及對時延、功率、信道參數(shù)等系統(tǒng)參量的準(zhǔn)確估計，實現(xiàn)復(fù)雜度高，一般只在基站使用，即只適用于上行鏈路的檢測。,多用戶檢測技術(shù)已取得很多研究成果，但仍有很多問題有待進(jìn)一步研究。,20

66、24/3/21,多用戶檢測器的商業(yè)應(yīng)用,制約MUD商用的主要因素是復(fù)雜度高。 對于窄帶CDMA，例如TD-SCDMA，擴頻序列最大長度為16，使用多用戶檢測算法抑制多址干擾時，有較多種類的算法可以選擇。 對于擴頻序列很長的CDMA系統(tǒng)，如WCDMA、cdma2000，擴頻序列長度最大可達(dá)256，目前的器件水平來實現(xiàn)多用戶檢測算法，還有很大的難度,2024/3/21,利用智能天線（SA）形成方向性很強的波束，將空間劃分成若干個扇區(qū)

67、，不同扇區(qū)的用戶進(jìn)行空分復(fù)用，提高系統(tǒng)用戶容量。,8 智能天線,源于軍用的相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)；智能天線技術(shù)以無線信號在空間上可分離這一特性為出發(fā)點；利用由多個陣元組成的天線陣列，采用先進(jìn)的信號處理算法對各天線陣元進(jìn)行加權(quán)處理，使得天線陣列的方向圖在期望方向上形成高增益以增強期望信號，而在干擾方向上形成零陷來抑制干擾信號；有效提高接收端的信干噪比（SINR），進(jìn)而改善系統(tǒng)性能、增大系統(tǒng)容量。,2024/3/21,最大優(yōu)點：能有效降低干擾

68、，提高系統(tǒng)覆蓋和容量,TD-SCDMA上下行鏈路工作于同一頻率，對稱的電波傳播特性使之便于使用智能天線等新技術(shù),2024/3/21,9 SDR技術(shù),SDR Forum：能夠?qū)崿F(xiàn)充分可編程通信，對信息進(jìn)行有效控制，覆蓋多個頻段，支持大量波形和應(yīng)用軟件的通信設(shè)備 無線8F組 ：政府關(guān)注軟件無線電的核心思想是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶A/D和D/A變換器,并盡可能多地用軟件來定義無線功能，各種信號處理功能都盡可能用軟件實現(xiàn)。 由于第

69、三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一，軟件無線電作為個人全球漫游極有前景的解決手段，會越來越多地應(yīng)用到下一代多模多頻終端中。,2024/3/21,動態(tài)信道分配（DCA，Dynamic Channel Allocation） 動態(tài)信道分配，就是根據(jù)用戶的需要進(jìn)行實時動態(tài)的資源（頻率、時隙、碼字等）分配。 　　動態(tài)信道分配的優(yōu)點： 　　1、頻帶利用率高 　　2、無需網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的信道預(yù)規(guī)劃 　　3、可以自動適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載和干擾的變化等