《移動通信基站》ppt課件

1、移動通信基站安裝與維護(hù)技術(shù),,,,,主講 郭雙貴,華北局中職評委,高級工程師,2024/4/3,2,第1章 移動通信系統(tǒng)概述,移動通信是指通信雙方或至少一方處于移動中進(jìn)行信息交互的通信，即移動體與移動體、移動體與固定體之間的通信。按照移動體所處的運(yùn)動區(qū)域不同，移動通信可分為陸地移動通信、海上移動通信和空中移動通信。陸地移動通信以蜂窩移動通信系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，以數(shù)字蜂窩移動通信發(fā)展最為迅速，本章著重介紹數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)。,20

2、24/4/3,3,第一節(jié) 移動通信的特點(diǎn)及分類 移動通信系統(tǒng)由于用戶的移動性，管理技術(shù)要比固定通信要復(fù)雜，移動通信網(wǎng)中依靠的是無線電波的傳播，傳播環(huán)境比有線媒質(zhì)的傳播特性復(fù)雜，移動通信有著與固定通信不同的特點(diǎn)。一、移動通信的特點(diǎn) 1、無線電波傳播環(huán)境復(fù)雜： 移動通信的電波處在特高頻（300－3000MHz）頻段，電波傳播主要方式是視距傳播。電磁波在傳播時不僅有直射波信號，還有經(jīng)地面、建筑群等產(chǎn)生的反射、折射、

3、繞射的傳播，從而產(chǎn)生多徑傳播引起的快衰落、陰影效應(yīng)引起的慢衰落，系統(tǒng)必需配有抗衰落措施，才能保證正常運(yùn)行。,2024/4/3,4,2、噪聲和干擾嚴(yán)重： 移動臺在移動時即受到環(huán)境噪聲的干擾，又有系統(tǒng)干擾。由于系統(tǒng)內(nèi)有多個用戶，必須采用頻率復(fù)用技術(shù)，系統(tǒng)就有了互調(diào)干擾、鄰道干擾、同頻干擾等主要的系統(tǒng)干擾，這就要求系統(tǒng)有合理的同頻復(fù)用規(guī)劃和無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等措施。3、用戶的移動性：用戶的移動性和移動的不可預(yù)知性，要求系統(tǒng)有完善的管理技術(shù)對用戶

4、的位置進(jìn)行登記、跟蹤，不因位置改變中斷通信。4、頻率資源有限： ITU對無線頻率的劃分有嚴(yán)格規(guī)定，要設(shè)法提高系統(tǒng)的頻率利用率。,2024/4/3,5,二、移動通信的分類 1. 按服務(wù)對象分類： 公用移動通信和專用移動通信。 2. 按組網(wǎng)方式分類： 峰窩狀移動通信、移動衛(wèi)星通信、移動數(shù)據(jù)通信、公用無繩電話、集群調(diào)度電話等。 3. 按工作方式分類： 單向和雙向通信方式兩大類，雙向通信方

5、式可又分為單工、雙工和半雙工通信方式。 4. 按采用的技術(shù)分類： 分為模擬移動通信系統(tǒng)和數(shù)字移動通信系統(tǒng)。,2024/4/3,6,第二節(jié) 移動通信的發(fā)展歷程80年代發(fā)展起來的第一代模擬移動通信系統(tǒng)。90年代初發(fā)展為第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)?，F(xiàn)正在建設(shè)第三代寬帶數(shù)字移動通信系統(tǒng)（3G）。3G以寬帶多媒體移動通信為目標(biāo)，數(shù)據(jù)傳輸速率： 高速移動環(huán)境－ 144kbit/s； 步行慢速移動環(huán)境－ 38

6、4kbit/s； 室內(nèi)靜態(tài)環(huán)境－ 2Mbit/s；3G世界三大主流標(biāo)準(zhǔn)： WCDMA、CDMA 2000、TD-SCDMA（我國提出的標(biāo)準(zhǔn)）。,2024/4/3,7,第三節(jié) 數(shù)字移動通信技術(shù)一、數(shù)字調(diào)制技術(shù)數(shù)字調(diào)制是使在信道上傳送的信號特性與信道特性相匹配的一種技術(shù)。 模擬語音信號，經(jīng)過語音編碼所得到的數(shù)字信號必須經(jīng)過調(diào)制才能實(shí)際傳輸。無線傳輸系統(tǒng)中，是利

7、用載波來攜帶語音編碼信號的，即用語音編碼后的數(shù)字信號對載波進(jìn)行調(diào)制。數(shù)字調(diào)制方式有以下幾種：,2024/4/3,8,移頻鍵控（FSK）： 載波的頻率按照數(shù)字信號 “1”、“0”變化而對應(yīng)變化；移相鍵控（PSK）： 載波的相位按照數(shù)字信號“1”、“0”變化而對應(yīng)變化；振幅鍵控（ASK）： 載波的振幅按照數(shù)字信號“1”、“0”變化而對應(yīng)變化。GSM移動通信系統(tǒng)采用高斯預(yù)濾波最小移頻鍵控GMSK。移動通信使用的調(diào)制技術(shù)還有： 二相移

8、相鍵控（BPSK）、四相移相鍵控（QPSK）、正交調(diào)幅（QAM）,頻譜利用率較高,設(shè)計難度和成本較高。,2024/4/3,9,二、多址技術(shù) 多址技術(shù)就是把多個用戶接入一個傳輸媒質(zhì)實(shí)現(xiàn)相互間通信時，給每個用戶信號賦予不同的特征，以區(qū)分不同的用戶的技術(shù)。常用的多址方式： 頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）。GSM系統(tǒng)使用：頻分多址（FDMA）/時分多址（TDMA）混和多址方式，即 FDMA/TDMA。

9、3G系統(tǒng)多址方式使用：碼分多址（CDMA)方式。,2024/4/3,10,1、頻分多址（FDMA）FDMA是把工作頻段劃分成多個無線載頻，每一個載頻信道可以傳輸一路語音或控制信息，通信時不同的MS占用不同的頻率信道進(jìn)行通信。FDMA的特點(diǎn)：（1）信道的帶寬較窄（25－30KHz），相鄰頻道要留有防護(hù)頻帶；（2）與TDMA系統(tǒng)比，F(xiàn)DMA系統(tǒng)的復(fù)雜程度低。（3）采用單路單載波（SCPC）設(shè)計，需使用高性能的射頻（RF）帶通濾波

10、器來減少鄰道干擾，成本較高。,2024/4/3,11,2、時分多址（TDMA）TDMA是把時間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時隙，一個時隙就是一個通信信道。通信時，給每個用戶分配一個時隙，使各移動臺在每幀內(nèi)只能按指定的時隙向基站發(fā)射或接收信號。同一個頻道就可供幾個用戶同時進(jìn)行通信。GSM系統(tǒng)無線路徑上采用TDMA方式，每一個載頻可分成8個時隙，一個時隙為一個信道，一個載頻最多可有8個移動用戶同時進(jìn)行通信。,供幾個用戶,2024

11、/4/3,12,如下圖所示的頻分多址和時分多址方式： a. FDMA b. TDMA,2024/4/3,13,時分多址（TDMA）的特點(diǎn) （1）TDMA系統(tǒng)中幾個用戶共享同一個載頻，但每個用戶使用彼此互不重疊的時隙。 （2）TDMA系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)發(fā)射是不連續(xù)的，是以突發(fā)方式發(fā)射，耗電較少，移動臺可在空閑的時隙里監(jiān)聽其他基站，使越區(qū)切換大為簡化。 （3）共享設(shè)備的成本低

12、，每一載頻為許多用戶提供業(yè)務(wù)，用戶平均成本大大低于FDMA系統(tǒng)。 （4）移動臺復(fù)雜，它需要處理復(fù)雜的數(shù)字信號。,2024/4/3,14,3、碼分多址（CDMA） 移動通信中，多個用戶使用的頻率和時間都是相同的，而給每個移動臺分配一個獨(dú)立的碼序列，這種用不同的正交編碼序列來區(qū)分不同移動用戶的通信方式，稱為碼分多址。碼分多址（CDMA)的特點(diǎn) （1）系統(tǒng)容量大。CDMA 無線信道容量 比 FDMA大近10倍。 （2）有很強(qiáng)的抑制

13、干擾和多徑衰落的能力。CDMA的擴(kuò)頻系統(tǒng)可以把多徑干擾信號解擴(kuò)去除。 （3）具有軟容量和小區(qū)呼吸功能。系統(tǒng)忙時只需少許增加系統(tǒng)噪聲就可增加通話用戶，即所謂軟容量。小區(qū)呼吸功能是指負(fù)荷量動態(tài)控制。,2024/4/3,15,（4）軟切換。當(dāng) 移動臺超越小區(qū)或扇區(qū)時，由于工作頻率相同，只是地址碼序列不同，不需要頻率的切換，稱之為軟切換。軟切換是先接后斷切換，軟切換可靠性高。 （5）存在多址干擾和遠(yuǎn)近效應(yīng)。CDMA的地址碼不可能完全正交，在

14、解擴(kuò)過程中必然帶來用戶間的干擾；CDMA的信道也采用地址碼分割，并切公用載波，增加信道的同時干擾也增加。 CDMA系統(tǒng)通過自動功率控制減輕其影響。由于信道地址碼的相互作用，任何一個信道將受到其他不同地址碼信道的干擾，稱為多址干擾。,2024/4/3,16,CDMA系統(tǒng)的多址干擾直接限制容量的擴(kuò)大。 碼分多址技術(shù)是基于以下兩種擴(kuò)頻通信方式： （1）跳頻技術(shù) 跳頻技術(shù)是擴(kuò)頻通信中的一種，GSM系統(tǒng)中使用跳頻技術(shù)，其

15、主要功能是可有效地減小傳播信道對某個頻率的選擇性衰落；可避免多徑信號的干擾。 跳頻分為基帶跳頻和射頻跳頻兩種。 如圖所示。（a）基帶跳頻 （b）射頻跳頻 （2）擴(kuò)頻技術(shù),2024/4/3,17,,TRXn,TRX2,TRX1,耦 合 器,,,,,,,,,,,,基帶信號,時隙交叉控制,,,圖 1.2（a）基帶跳頻,,2024/4/3,18,PN碼發(fā)生器,可變頻率合成器,射頻調(diào)制,頻率合成器,射頻調(diào)

16、制,耦 合 器,,,,,,,,,,,基帶信令,基帶信息,F0,F1-Fn,圖 1.2（b）射頻跳頻,2024/4/3,19,擴(kuò)頻通信是將信息信號的頻譜擴(kuò)展后再進(jìn)行傳輸，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，在強(qiáng)干擾甚至信號被噪聲淹沒的情況下，能保證可靠通信。 常用的擴(kuò)頻通信技術(shù)如下：直接擴(kuò)頻（DS）－ 將要傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)用高速偽隨機(jī)碼序列調(diào)制，由于偽隨機(jī)序列的速率（帶寬）遠(yuǎn)大于信息數(shù)據(jù)速率，使要傳遞信息數(shù)據(jù)信號的頻譜被展寬。

17、跳頻（FH）－ 荷載信息的信號受偽隨機(jī)序列的控制，在一組預(yù)先指定的頻率上離散地跳變，從而擴(kuò)展了發(fā)射信號的頻譜。,2024/4/3,20,三、雙工方式 1、頻分雙工（FDD）： 收發(fā)信各占用一個頻率。 優(yōu)點(diǎn)是收、發(fā)信號同時進(jìn)行，時延小，技術(shù)成熟，缺點(diǎn)是設(shè)備成本高。 2、時分雙工（TDD）： 收發(fā)信使用同一個頻率,但使用不同時隙。 優(yōu)點(diǎn)是頻譜利用靈活,上、下行使用相同的頻率，傳輸特性相同，有利于使用智能天線,無收發(fā)間隔要求,支持

18、不對稱業(yè)務(wù),設(shè)備成本低等。 缺點(diǎn)是小區(qū)半徑小,抗快衰落和多普勒效應(yīng)的能力低于FDD,終端移動速度不能超過120km/h。,2024/4/3,21,四、頻率復(fù)用技術(shù) 在移動通信系統(tǒng)中，頻率資源有限，為提高頻譜利用率，在相隔一定距離后重新使用相同的頻率組，這種采用同頻復(fù)用和頻率分組來提高頻率利用率方式，就是頻率復(fù)用技術(shù)。實(shí)際應(yīng)用中常采用 4/12 和 3/9 頻率復(fù)用分組方式。即將12組頻率輪流分配到4個基站和將9組頻率輪流分配到

19、3個基站，每個站點(diǎn)可用到3個頻率組。頻率復(fù)用會帶來小區(qū)間的干擾，GSM系統(tǒng)要求： 同頻干擾保護(hù)比 C/I≥9dB 鄰頻干擾保護(hù)比 C/I≥-9dB,2024/4/3,22,,,圖 1.3 按4/12方式復(fù)用的小區(qū)示意圖,2024/4/3,23,,圖1.5 按3/9方式復(fù)用的小區(qū)示意圖,2024/4/3,24,第四節(jié) 無線電頻譜管理與使用 1、無線電頻譜管理 2、移動通信的頻譜特性和管理,2024/4/3,25,

20、第2章 GSM系統(tǒng)的基本原理,GSM是全球第一個標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)，它對數(shù)字調(diào)制方式、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)種類等進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范，GSM系統(tǒng)可以提供全球漫游。主要特點(diǎn)1、頻譜效率高：采用了高效調(diào)制器、信道編碼和語音編碼等技術(shù)，系統(tǒng)具有高頻譜效率。2、容量大：比TACS（模擬移動通信系統(tǒng)）高3-5倍3、話音質(zhì)量好： 接收信號在門限值以上時，達(dá)到與有線傳輸相同的水平而與無線傳輸質(zhì)量無關(guān)。,2024/4/3,26,4、開放的接口

21、： GSM系統(tǒng)從空中接口到網(wǎng)絡(luò)之間以及網(wǎng)絡(luò)中各實(shí)體之間，提供的接口都是開放性的。 5、安全性高： 通過鑒權(quán)、加密和TMSI（臨時用戶識別碼）號碼的使用，實(shí)現(xiàn)了安全保護(hù)，鑒權(quán)用來驗(yàn)證用戶的入網(wǎng)權(quán)力，加密防止有人跟蹤而泄漏地理位置。 6、可與ISDN（綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)）、PSTN（公用電話網(wǎng)）等互連，與其它網(wǎng)絡(luò)互連是利用現(xiàn)有接口。 在SIM卡基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)漫游，漫游是移動通信的重要特征，GSM系

22、統(tǒng)可以提供全球漫游。,2024/4/3,27,第一節(jié) GSM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一、GSM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 主要由 移動臺（MS）、基站子系統(tǒng) （BSS）和 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）三部分組成。 GSM系統(tǒng)通過一定的網(wǎng)絡(luò)接口和用戶連接。 其結(jié)構(gòu)方框圖見圖2.1,2024/4/3,28,,SMC,,,,,圖2.1 GSM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖,2024/4/3,29,1.移動臺（MS）： 是移動用戶設(shè)備部分，由移動終端和用戶識別卡(SIM)

23、兩部分組成，移動終端是“機(jī)”，SIM卡是“身份卡”，存有認(rèn)證用戶身份的所有信息。SIM卡還存儲與網(wǎng)絡(luò)和用戶有關(guān)的管理數(shù)據(jù)，只有插入SIM卡后移動臺才能接入進(jìn)網(wǎng)。2.基站子系統(tǒng)（BSS）： 由基站控制器（BSC）和基站收發(fā)信機(jī)（BTS）兩部分組成，是GSM系統(tǒng)的基本組成部分。 基站控制器（BSC）：具有對一個或多個BTS進(jìn)行控制的功能，主要負(fù)責(zé)無線資源管理、小區(qū)配置數(shù)據(jù)管理、功率控制、定位和切換等。 基站控制器（BSC)是一個

24、很強(qiáng)的業(yè)務(wù)控制點(diǎn)。,2024/4/3,30,基站收發(fā)信臺（BTS）： 是無線接口設(shè)備，主要包括無線發(fā)射和接收設(shè)備、天線設(shè)備及信號處理部分。完成無線傳輸、有線與無線轉(zhuǎn)換、分集、加密、跳頻等。實(shí)現(xiàn)BTS 與 MS 之間無線傳輸和相關(guān)控制功能。3.網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）： 由移動業(yè)物交換中心（MSC）、來訪用戶位置寄存器（VLR）、歸屬用戶位置寄存器（HLR）、鑒權(quán)中心（AUC）和移動設(shè)備識別寄存器（EIR）、短消息業(yè)物中心（SMC)等

25、單元組成。主要完成交換功能和用戶數(shù)據(jù)與移動性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能。,2024/4/3,31,（1） 移動業(yè)務(wù)交換中心（MSC）：是GSM系統(tǒng)的核心，它一側(cè)和 BSS接口，另一側(cè)與外部網(wǎng)絡(luò)接口，主要提供交換功能，MSC可以從HLR、VLR和AUC中獲取有關(guān)處理用戶位置登記和呼叫請求的全部數(shù)據(jù)，支持位置登記和更新、越區(qū)切換、漫游和計費(fèi)功能。外部網(wǎng)絡(luò)用戶與GSM用戶之間呼叫時，外部網(wǎng)絡(luò)用戶首先被接到入口移動交換中心（GMSC－

26、網(wǎng)關(guān)移動業(yè)務(wù)交換中心），它負(fù)責(zé)獲取移動用戶的位置信息，并把呼叫轉(zhuǎn)移到可向被叫用戶提供服務(wù)的 MSC。,2024/4/3,32,（2）來訪用戶位置寄存器（VLR）： 是一個動態(tài)用戶數(shù)據(jù)庫，存儲著進(jìn)入其控制區(qū)域內(nèi)來訪的移動用戶的有關(guān)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是從該用戶的歸屬位置寄存器獲得并暫存的，當(dāng)該用戶離開它的控制區(qū)域時，暫時存儲的該用戶數(shù)據(jù)即被刪除。VLR可以看作是一個動態(tài)用戶數(shù)據(jù)庫。 VLR總是和MSC集成在一起的（MSC/VLR）。 （

27、3）歸屬用戶位置寄存器（HLR）：它也是一個數(shù)據(jù)庫，存儲著該GSM系統(tǒng)業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)所有移動用戶的有關(guān)數(shù)據(jù)。 存儲的靜態(tài)數(shù)據(jù)有：移動用戶號碼、訪問能力、用戶類別和補(bǔ)充業(yè)務(wù)等，還暫存移動用戶漫游時的有關(guān)動態(tài)信息數(shù)據(jù)。,,2024/4/3,33,（4）鑒權(quán)中心（AUC）：用于產(chǎn)生為確定移動用戶 的身份和對呼叫保密所需監(jiān)權(quán)、加密的3個參數(shù)（隨機(jī)數(shù)RAND. 響應(yīng)數(shù)SRES. 密鑰Kc）。 （5）移

28、動設(shè)備識別寄存器（EIR）：也是一個數(shù)據(jù)庫，存儲有關(guān)移動臺設(shè)備識別碼（IMSI）。 通過核查白色、黑色和灰色三種清單，完成對移動設(shè)備的識別、監(jiān)視、閉鎖功能，以防止非法移動臺的使用。 （6）短消息業(yè)務(wù)中心（SMC）：短消息業(yè)務(wù)是一 種類似傳呼機(jī)的業(yè)務(wù)功能，在移動用戶和移動用戶之間或移動用戶和固定用戶之 間發(fā)送較短的信息。,2024/4/3,34,4. 操

29、作維護(hù)中心（OMC） 操作維護(hù)中心，是對整個GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制和操作。通過它實(shí)現(xiàn)對GSM系統(tǒng)內(nèi)的自檢、故障診斷和處理、話務(wù)量統(tǒng)計和計費(fèi)數(shù)據(jù)的記錄和傳遞，以及各種參數(shù)的收集、分析與顯示等。 5. GSM的網(wǎng)絡(luò)接口 如圖5.2所示。 （1）主要接口 GSM主要接口是指 A接口、Abis接口和 Um 接口。 這三種接口可保證不同廠商生產(chǎn)的MS、BSS及NSS等設(shè)備能夠納入GSM系

30、統(tǒng)中正常運(yùn)行和使用。,2024/4/3,35,圖2.2 GSM系統(tǒng)的接口,2024/4/3,36,1）A接口。 A接口為NSS與BSS之間的通信接口。 從系統(tǒng)實(shí)體來看，就是MSC與BSC之間的互連接口，其網(wǎng)絡(luò)連接是通過采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mbit/s的PCM數(shù)字傳輸鏈路來實(shí)現(xiàn)的。A接口傳送的信息包括對移動臺和基站的管理、移動性及呼叫接續(xù)管理等。 2）Abis接口。 是基站子系統(tǒng)的BSC與BTS之間的通信接口。它是采用標(biāo)準(zhǔn)的

31、2.048Mbit/s或64Kbit/s的PCM數(shù)字傳輸鏈路來實(shí)現(xiàn)。 Abis接口支持所有向用戶提供的服務(wù)，支持對BTS無線設(shè)備的控制和無線資源的分配。,2024/4/3,37,3）Um接口（空中接口）。 Um接口定義為 MS 和 BTS 之間的無線通信接口，是GSM系統(tǒng)中最重要、最復(fù)雜的接口，包含信令接口和物理接口兩方面的含義。⑵ 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）內(nèi)部接口。 NSS內(nèi)部接口有：B接口、C接口、D接口、E接口、F

32、接口、G接口。⑶ GSM系統(tǒng)與其它公用網(wǎng)絡(luò)接口。 GSM通過移動業(yè)務(wù)交換中心 MSC 與 PSTN、ISDN等公用網(wǎng)絡(luò)連接，一般采用No.7信令接口，其物理連接是2.048Mbit/s的PCM數(shù)字傳輸鏈路。,2024/4/3,38,第二節(jié) GSM的 TDMA 信道GSM系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)，由小區(qū)構(gòu)成，每個小區(qū)有多個載頻，每個載頻又有8個時隙，即8個物理信道。GSM 采用 FDMA/TDMA 的混和接入方式。 下面介紹FDM

33、A/TDMA接入方式中的無線信道。 一、TDMA 信道TDMA信道：可分為物理信道和邏輯信道。物理信道：一個物理信道就是一個時隙。邏輯信道：是根據(jù) BTS 與 MS 之間傳遞的消息種類不同而定義的不同邏輯信道，邏輯信道要通過BTS影射到不同的物理信道上來傳送，從BTS到MS的方向稱為下行鏈路，從MS到BTS方向稱為上行鏈路。,2024/4/3,39,邏輯信道又可分為業(yè)務(wù)信道和控制信道。1、業(yè)務(wù)信道（TCH） 用于傳送數(shù)字話

34、音或數(shù)據(jù)，還有少量控制信令。 業(yè)務(wù)信道可分為：語音業(yè)務(wù)信道和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道，在TCH中可安排慢速隨路控制信道（SACCH)或快速隨路控制信道（FACCH)。2、控制信道（CCH） 用于傳送信令或同步數(shù)據(jù)。根據(jù)所完成的功能把 控制信道分為：廣播信道 (BCH)、公共控制信道(CCCH)和專用控制信道 (DCCH)。 （1）廣播信道（BCH）：用于基站向移動臺廣播公用,2024/4/3,40,用于基站向移動臺廣播公用信息。

35、 BCH包括廣播控制信道（BCCH）、頻率校正信道（FCCH）和同步信道（SCH）。 它們攜帶的信息目標(biāo)是小區(qū)內(nèi)所有手機(jī)，是一點(diǎn) 對多點(diǎn)的單向的下行信道。（2）公共控制信道（CCCH）：用于傳輸MS接入過程中所需的控制指令。接入許可信道（AGCH）、尋呼信道（PCH）、小區(qū)廣播控制信道（CBCH）和隨機(jī)接入信道（RACH）。（3）專用控制信道（DCCH）：是一種雙

36、向控制信道，其用途是在呼叫接續(xù)階段以及在通信進(jìn)行中，在 MS 和 BTS 之間傳輸必需的控制信息。 又分為SDCCH、SACCH 和 FACCH。,2024/4/3,41,二、TDMA 幀結(jié)構(gòu) GSM系統(tǒng)TDMA的物理信道，是用幀來描述的，每一個載頻被定義為一個幀。每個幀的周期是4.615ms，包括8個時隙：

37、 TS0 － TS7, 每個時隙占 0.577ms。TDMA幀的編號以超高幀為周期的： 從 0－2715647，每2715648個TDMA幀為一個超高幀。一個超高幀由2048個超幀組成，一個超幀的幀長為6.12s，它由51業(yè)務(wù)復(fù)幀或26個控制復(fù)幀組成。,2024/4/3,42,第三節(jié) 話音、信道編碼和交織

38、一、話音編碼 1.GSM 是全數(shù)字系統(tǒng)，話音或其他信號都要進(jìn)行數(shù)字化處理，第一步就是要把話音模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 2.PCM編碼是波形編碼，可分為三個步驟： ⑴采樣 ⑵量化 ⑶編碼 3.采用PCM方式編碼數(shù)字話信號的速率是： 8bit（一個字節(jié)） ×8000次/s＝64Kbit/s8個時隙的速率：64kbit/s×8=512kbit/s。,2024/4/3,43,G

39、SM系統(tǒng)若采用這種編碼方式，則8個語音信道的比特率就是 64kbt/s×8＝ 512Kbit/s，GSM系統(tǒng)的載頻間隔為200KHz,要保持在規(guī)定的頻帶內(nèi)，必需大大降低每路語音信道的編碼的比特率。4、GSM采用了規(guī)則脈沖激勵長期預(yù)測編碼器（RPE-LTP編碼器）,來降低每路語音信道編碼比特率。 這種混和編碼一路數(shù)字話的比特率為 13Kbt/s； 混合編碼的優(yōu)點(diǎn)：編碼速率低,語音質(zhì)量好。 8路數(shù)字話的速率是：13K

40、bit/s×8＝104Kbit/s,滿足了無線信道帶寬(200Kbit/s)的傳輸要求。,2024/4/3,44,,圖2.4 GSM話音編碼器框圖,2024/4/3,45,二、信道編碼信道編碼的目的 信道編碼用于改善信道的傳輸質(zhì)量，克服各種干擾因素對信號產(chǎn)生的不良影響。是以增加比特而降低信息量為代價的。編碼的基本原理 在所傳送的數(shù)據(jù)上增加一些冗余比特信息，進(jìn)行糾錯編碼，減少傳輸過程中比特差錯率。信道編碼的糾錯方式

41、 1.塊卷積碼：主要用于糾錯，糾錯效果好。 2.糾錯循環(huán)碼：用于檢測和糾正成組的誤碼。 3.奇偶校驗(yàn)碼：常用最簡單的檢測誤碼的方法。,2024/4/3,46,三、交織技術(shù)無線電信道是變參信道，比特差錯經(jīng)常是成串發(fā)生的，這是由于持續(xù)的深衰落會影響到相繼一串的比特。辦法是信息中的相繼比特分開，把順序相關(guān)的比特非相關(guān)化，使突發(fā)差錯信道變?yōu)殡x散信道，再用信道編碼的糾錯功能來糾正差錯，這種辦法就是交織技術(shù)。交織可以把碼字順序相關(guān)的bi

42、t非相關(guān)化，把 m 個bit的碼字分布到 n 個傳輸單元之中,n 越大，非相關(guān)性越好,持續(xù)誤碼越少,傳輸質(zhì)量越高。 但會增加傳輸時延，移動臺和中繼電路上增加了回波抵消器，改善由時延引起的通話回音。,2024/4/3,47,第四節(jié) GSM的調(diào)制技術(shù)一、GSM調(diào)制方式 GSM采用的是高斯濾波最小移頻鍵控GMSK。工作原理： 在保持MSK較好的頻譜特性和較低的誤碼率基礎(chǔ)上，在MSK之前加入一高斯濾波器，輸入的基帶信號經(jīng)過高斯濾波器

43、形成的高斯脈沖包絡(luò)無陡峭沿、拐點(diǎn)，經(jīng)調(diào)制后的信號比較平滑，改善了頻譜特性。GMSK調(diào)制方式，改善了頻譜特性，加快帶外衰減，滿足了相鄰信道干擾電平小于-60dB要求。,2024/4/3,48,預(yù)調(diào)制濾波器,MSK,,,,輸入,GMSK,h=0.5,圖5.5 GMSK調(diào)制原理框圖,二、GMSK的解調(diào)可以采用正相干解調(diào)，但相干載波提取比較難。GMSK信號的解調(diào)常采用差分解調(diào)和鑒頻器解調(diào)等非相干解調(diào)。,2024/4/3,49,第五節(jié) GS

44、M的控制和管理 控制和管理對GSM系統(tǒng)的正常運(yùn)行是至關(guān)重要，本節(jié)僅就位置登記和更新、鑒權(quán)與保密、呼叫接續(xù)和越區(qū)切換等控制和管理進(jìn)行討論。一、位置登記和更新 GSM為了跟蹤 MS 的位置變化,對其位置信息進(jìn)行登記、刪除和更新的過程。二、鑒權(quán)與加密 GSM系統(tǒng)為了保證安全，采取了鑒權(quán)與加密。 1.鑒權(quán)：確認(rèn) MS 的合法性。 2.加密：防止第三者竊聽。,2024/4/3,50,3.設(shè)備識別碼（IMEI) 每個

45、移動臺均有一個惟一的設(shè)備識別碼 IMEI，EIR中存儲了所有入網(wǎng)移動臺設(shè)備的IMEI，目的是確保系統(tǒng)中使用的設(shè)備不是盜用或非法的。 EIR中存有3種名單：即白名單（合法）、黑名單（禁用）、灰名單（由運(yùn)營商決定）。4.臨時識別碼（TMSI） 是為防止非法監(jiān)聽或盜用用戶識別碼 IMSI，在無線鏈路上需要傳送IMSI時，均用臨時用戶識別 碼TMSI代替IMSI。 由 MSC/VLR 分配并定期更換TMSI,在無線信道上傳送

46、的是TMSI,確保了IMSI的安全性。,2024/4/3,51,三、GSM用戶呼叫接續(xù)過程 1、移動用戶主叫固定用戶： 移動臺在 “ 隨機(jī)信道RACH ”向基站發(fā)出 “信道請求” 信息，若BS接收成功，給 MS 分配一個“ 專用接入信道 DCCH ”，即在“準(zhǔn)許接入信道 AGCH ”上，向MS發(fā)出“立刻分配”指令。 MS在發(fā)起呼叫的同時，設(shè)置一定時器，在規(guī)定的時間內(nèi)可重復(fù)呼叫。 MS 收到 “ 立即分配 ”的信令后，利用分

47、配的DCCH與 BS 建立起信令鏈路，經(jīng) BS 向 MSC 發(fā)送“ 業(yè)務(wù)請求信息 ”。 MSC向VLR發(fā)送“開始接入請求”應(yīng)答信令，VLR收到后，經(jīng)MSC和BS向MS發(fā)出“鑒權(quán)請求”，其中包含一隨機(jī)數(shù)（RAND），MS按鑒權(quán)算法A3進(jìn)行處理后，向MSC發(fā)回“鑒權(quán)”響應(yīng)信息。,2024/4/3,52,若鑒權(quán)通過，承認(rèn)MS的合法性，VLR就給MSC發(fā)送“置密模式”信息，由 MSC 經(jīng) BS 向 MS 發(fā)送“置密模式”指令。

48、 MS 收到并完成置密后，要向 MSC 發(fā)送“置密模式完成”的相應(yīng)信息，經(jīng)鑒權(quán)、置密完成后，VLR才向 MSC 作出“開始接入請求”應(yīng)答。 為了保護(hù) IMSI 不被監(jiān)聽或盜用，VLR 將給 MS分配一個新的TMSI。 接著 MS 向 MSC 發(fā)出“建立呼叫請求”，MSC收到后，向 VLR 發(fā)出指令，要求它傳送建立呼叫所需的信息。,2024/4/3,53,如果成功，MSC 即向 MS 發(fā)送“呼叫開始”的指令，并向 BS

49、 發(fā)出分配無線業(yè)務(wù)信道的“信道指配”指令。 如果 BS 有空閑“ 業(yè)務(wù)信道 TCH ”，即向 MS 發(fā)出“ 信道指配 ” 指令，當(dāng) MS 得到業(yè)務(wù)信道時，向 BS 和 MSC 發(fā)送“ 信道指配完成 ”的信息。 MSC 在無線鏈路和地面有線鏈路建立后，把呼叫接續(xù)到固定網(wǎng)絡(luò)，并和被叫的固定用戶建立連接，然后給 MS 發(fā)送回鈴音。 當(dāng)被叫固定用戶摘機(jī)后，MSC 向 BS和 MS 發(fā)送“連接”指令，待 MS 發(fā)

50、回 “ 連接 ”確認(rèn)后，即轉(zhuǎn)入通話狀態(tài)，完成整個接續(xù)過程。,2024/4/3,54,2、固定用戶主叫移動用戶： 固定用戶向移動用戶撥出號碼后發(fā)起呼叫后，固定網(wǎng)絡(luò)把呼叫接續(xù)到就近入口移動交換中心 GMSC。 GMSC即向相應(yīng)的 HLR 查詢路由信息，HLR 在保存的用戶位置數(shù)據(jù)庫中，查出被叫 MS 所在的地區(qū)，并向該區(qū) VLR 查詢該 MS 的漫游號碼MSRN，VLR 把該 MS 的 MSRN 送到 HLR,并轉(zhuǎn)發(fā)給查詢路由信息

51、的GMSC。 GMSC 即把呼叫接續(xù)到被叫 MS 所在地區(qū)的移動交換中心 VMSC。 VMSC 向該 VLR 查詢有關(guān)的“ 呼叫參數(shù) ”，獲得成功后，再向相關(guān)的基站BS 發(fā)出“ 尋呼請求 ”。,2024/4/3,55,基站控制器 BSC 根據(jù) MS 所在的小區(qū)，確定所用的收發(fā)臺 BTS，在“ 尋呼信道BCH ”上發(fā)送此“ 尋呼要求 ” 信息。MS 收到尋呼請求信息后，在“ 隨機(jī)信道 RACH ”向 BS 發(fā)送“ 信道請求 ”，

52、由 BS 分配“專用控制信道 DCCH ”，在“公用控制信道CCCH ”上給 MS 發(fā)送“ 立即分配 ” 指令。MS 利用分配到的 DCCH 與 BS 建立起信令鏈路，然后向 VMSC 發(fā)回 “ 尋呼 響應(yīng) ”。 VMSC接到 MS 的 “ 尋呼相應(yīng) ”后，向 VLR 發(fā)送“ 開始接入請求 ”，按著啟動常規(guī)的“鑒權(quán)”和“置密模式”的過程之后，VLR 即向 VMSC 發(fā)回“ 開始接入應(yīng)答 ” 和 “ 完成呼叫 ” 的請求。,2

53、024/4/3,56,VMSC 向 BS 及 MS 發(fā)送“呼叫建立”的信令。 被叫 MS 收到信令后，向 BS和VMSC 發(fā)回“呼叫證實(shí)” 信息，表明 MS 已可進(jìn)入通信狀態(tài)。 VMSC收到 MS 的“呼叫證實(shí)”信息后，向 BS發(fā)出信道 “指配請求”，要求BS給MS分配無線“業(yè)務(wù)信道TCH”，接著，MS 向BS及VMSC發(fā)回“指配完成”響應(yīng)和回鈴音，VMSC 向固定用戶發(fā)送 “連接完成” 信息。

54、 被叫MS摘機(jī)時，向 VMSC 發(fā)送“連接”信息。VMSC 向主叫固定用戶發(fā)送 “撥號應(yīng)答” 信息，并向MS發(fā)送 “連接” 確認(rèn)信息，整個接續(xù)過程全部完成。,2024/4/3,57,四、越區(qū)切換 越區(qū)切換是指通信期間，當(dāng) MS從一個小區(qū)進(jìn)入另一個小區(qū)時，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時控制把 MS 在原小區(qū)所用的信道轉(zhuǎn)換到新小區(qū)的某一信道的過程。 1、同一個 BSC、不同 BTS之間的切換，包括不同扇區(qū)的切換； 2、同一個 MSC/VLR、不

55、同 BSC 之間的切換； 3、不同的 MSC/VLR 之間的切換。GSM系統(tǒng)采取了移動臺輔助切換法（MAHO）,MS測量本基站和周圍基站的信號強(qiáng)度,把測得的結(jié)果送給MSC分析和處理,從而作出越區(qū)切換的決定。如果不能進(jìn)行切換,BS會向MS發(fā)出拒絕切換的決定。,2024/4/3,58,第六節(jié) GPRS 系統(tǒng) GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)的英文簡寫，是GSM向3G演進(jìn)的第一階段，GPRS 也稱為 2.5 G 。一、特點(diǎn)： （1）G

56、PRS數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)100kbit/s以上，比GSM網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率9.6Kbit/s 高的多。 實(shí)際的非對稱速率只有14-43kbit/s ，但仍使圖片、視頻等多媒體業(yè)務(wù)的應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。 （2）GPRS采用分組交換技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)信道只在用戶需要時分配，提高了信道利用率，充分利用了網(wǎng)絡(luò)資源。 （3）GPRS用戶訪問互聯(lián)網(wǎng)時，保持著邏輯上的連接，可使GPRS用戶“實(shí)時在線”,按用戶下載流量計費(fèi)。,2024/4/3,59,二、GPRS

57、的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) （1）在 GSM 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上：增加 SGSN（GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)）和 GGSN（GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)）兩個節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成了移動分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。 如圖2.10所示。 （2）SGSN 的功能：類似于MSC，與MSC同一級別，記錄移動臺當(dāng)前的位置信息，執(zhí)行安全功能和接入控制，在MS和GGSN之間完成移動分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。 （3）GGSN 的功能：是網(wǎng)關(guān)作用，可以和多種不

58、同的數(shù)據(jù)網(wǎng)連接，如 ISDN、LAN、PSPDN 等，GPRS 提供了移動網(wǎng)到 TCP/IP 或 X.25 的網(wǎng)絡(luò)接口。 可把 GPRS網(wǎng)絡(luò) 看作是一個 IP子網(wǎng)。,2024/4/3,60,圖2.10 GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),2024/4/3,61,三、GPRS的網(wǎng)絡(luò)接口和參考點(diǎn) （1）Um接口： 無線空中接口，射頻部分與 GSM 相同，邏輯信道增加了分組信道 PDCH, 采用了4種新的編碼方式，并支持多時隙傳輸方式，最多可傳輸8個時

59、隙。 （2）Gb接口： SGSN與BSS之間的接口。 Gb接口 即傳送信令又傳送話務(wù)信息，提供流量控制，支持移動管理和會話功能，如GPRS 附著/分離、安全、路由更新、數(shù)據(jù)連接信息的激活/去活等，支持移動臺分組業(yè)務(wù)經(jīng)BSS到SGSN的傳輸。 （3）Gn接口： 同一個PLMN中的兩個GSN（GPRS支持節(jié)點(diǎn)）之間的接口，支持用戶數(shù)據(jù)和有關(guān)信令的傳輸，支持移動性管理。,2024/4/3,62,（4）Gp接口。不同PLMN中的兩個G

60、SN的接口。Gp接口的功能與Gn相似，它還提供邊緣網(wǎng)關(guān)（BG）、防火墻及不同PLMN間互聯(lián)功能，如安全和路由等。（5）Gr接口。SGSN與HLR之間的接口。 Gr接口為SGSN提供了接入HLR并獲得用戶管理數(shù)據(jù)和位置信息的接口，通過MAP信令進(jìn)行傳送,該HLR可以屬于不同PLMN。（6）Gs接口。SGSN與MSC/VLR之間的接口。 是用來支持SGSN和MSC/VLR配合工作的，使SGSN可以向MSC/VLR發(fā)送MS的

61、位置信息或接收來自MSC/VLR的尋呼信息。Gs接口能使網(wǎng)絡(luò)為一個MS同時提供電路和分組業(yè)務(wù)服務(wù)。,2024/4/3,63,（7）Gc接口。 GGSN 與 HLR之間的接口。選用Gc接口，GGSN可直接從HLR中獲得MS的位置信息。（8）Gi參考點(diǎn)。GGSN與外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò) IP、X.25 之間的接口參考點(diǎn)。GPRS可支持各種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，Gi不是標(biāo)準(zhǔn)接口，是一個參考點(diǎn)。（9）Gf接口。SGSN 與 EIR之間的接口，交換有關(guān)

62、數(shù)據(jù)、認(rèn)證 MS 的 IMSI 信息。（10）Gd接口。SMS-GMSC（短消息業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)移動交換中心）和SGSN之間的接口，SMS-IWMSC（短消息業(yè)務(wù)互通移動交換中心）和SGSN之間的接口，可以提高SMS的使用效率。,2024/4/3,64,第3章 碼分多址系統(tǒng) 和移動通信的發(fā)展,碼分多址（CDMA)系統(tǒng),是在數(shù)字技術(shù)的分支－擴(kuò)頻通信技術(shù)上發(fā)展起來的一種無線通信技術(shù)，它源自于人類對無線通信更高質(zhì)量的要求，全

63、球許多國家都已建有CDMA網(wǎng)絡(luò)。 第一節(jié) 碼分多址（CDMA)技術(shù) 碼分多址（CDMA）采用的關(guān)鍵技術(shù)有： 擴(kuò)頻技術(shù)、碼分多址技術(shù)、信道技術(shù)、功率控制技術(shù)、切換技術(shù)等。,2024/4/3,65,一、CDMA擴(kuò)頻通信技術(shù) 1、擴(kuò)頻通信的基本原理 擴(kuò)頻通信技術(shù)是CDMA的關(guān)鍵技術(shù)之一。CDMA 采用的是直接擴(kuò)頻： 發(fā)送端：將需傳送的窄帶信息數(shù)據(jù)，用一個帶寬遠(yuǎn)大于信號帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使窄帶

64、數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴(kuò)展，稱為擴(kuò)頻，再經(jīng)調(diào)制載波后發(fā)送出去。接收端：使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的被擴(kuò)展的寬帶信號作相關(guān)解調(diào)，把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號即解擴(kuò),以實(shí)現(xiàn)信息通信。,2024/4/3,66,發(fā)送端： 帶有用戶信息的窄帶數(shù)據(jù)信號 d(t)，通過偽隨機(jī)碼c(t)擴(kuò)頻后，在頻域內(nèi)被擴(kuò)展成寬帶頻譜信號s(t),經(jīng)調(diào)制載波后發(fā)射出去。 接收端： 接收機(jī)接收到的寬帶信息,經(jīng)載波同步解調(diào)后不僅有用戶信息的寬帶信號 s(t

65、)，而且還有窄帶干擾噪聲n(t)。 因此，合成信號為 s(t)+ n(t) 如圖3.1和圖3.2所示。,2024/4/3,67,對合成信號 s(t)+ n(t)解擴(kuò)過程： 用同樣的偽隨機(jī)碼c(t)進(jìn)行解擴(kuò)，由于偽隨機(jī)碼c(t)具有尖銳的自相關(guān)特性，即可認(rèn)為c(t)c(t)=1,得到： [s(t)+n(t)]c(t)= s(t)c(t)+n(t)c(t) =d(t)c(t)c(t)+n(t)c(t)= d(t)+n

66、(t)c(t)n(t)c(t)實(shí)際是對窄帶干擾噪聲的擴(kuò)頻操作，結(jié)果 n(t)被擴(kuò)展成寬帶頻譜，單位頻帶內(nèi)的噪聲功率降低了，對有用信號的干擾減小了，通過帶通濾波器后，寬帶低功率噪聲干擾大部分被濾除，只輸出用戶信號d(t)和濾波器帶通內(nèi)干擾噪聲。,2024/4/3,68,2024/4/3,69,圖 3.2 擴(kuò)頻和解擴(kuò)過程示意圖,2024/4/3,70,2.處理增益和抗干擾容限 處理增益（Gp）和抗干擾容限（Mj）是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的兩個

67、重要指標(biāo)。處理增益（Gp）：又稱擴(kuò)頻增益，它定義為擴(kuò)頻信號帶寬（Bw）與信息帶寬（Bs）之比。 即： Gp = Bw/Bs 擴(kuò)頻增益Gp表示擴(kuò)頻系統(tǒng)輸出信噪比改善的程度，是擴(kuò)頻系統(tǒng)的一個重要指標(biāo)。Gp 值越大，系統(tǒng)的信噪比改善程度越大，通信質(zhì)量也越好。,2024/4/3,71,抗干擾容限： 反映了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)抗干擾能力，表示在保證系統(tǒng)所要求的信噪比（S/Nout）時，系統(tǒng)能夠承受的最大干擾值。 就是接收機(jī)輸入端

68、能承受的干擾信號比有用信號高出的分貝數(shù)。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： Mj=Gp-[Ls+(S/Nout)] 式中：Gp為處理增益， Ls為系統(tǒng)損耗， S/Nout 為系統(tǒng)所要求的信噪比。一般要求接收機(jī)輸出信噪比 S/Nout≥10dB。,2024/4/3,72,二、碼分多址通信技術(shù)碼分多址技術(shù)是CDMA通信的基本技術(shù)，是區(qū)別于TDMA、FDMA的重要標(biāo)志。如圖3.3所示。 CDMA引入了碼域概念，