移动通信技术电子教案Word文档格式.doc
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4、C网CDMA系统
1.2移动通信的特点及分类
1.2.1移动通信的特点
1、衰落现象
在移动通信中，各接收点的信号是由直射波和各反射波叠加而成，这些波都是从同一天线发射出来，由于到达接收点的途径不同，且移动台处于运动中，所以其接收信号合成的强度是不同的，这就是所谓的衰落。
2、强干扰情况下工作
移动通信的质量不仅取决与设备本身的性能，而且与外界的干扰和噪声有关
3、多卜勒效应
当载体运动速度达到一定程度时，固定点接收到的信号载波频率将随着载体运动速度而改变，产生不同的频移，这就是多卜勒效应
4、交换跟踪技术
1.2.2移动通信的分类
1、按使用环境分;
陆地移动通信
水上移动通信
航空移动通信
2、按其服务对象分：
军事移动通信
专业移动通信
公众移动通信
3、按交通工具分：
汽车、坦克、火车、船舶、飞机和航天飞行器等
4、按工作方式分：
单工、半双工和全双工工作方式
5、按组网方式及业务性质分：
公用自动拨号移动电话系统
无线电寻呼系统
专用调度系统
无线市话系统
卫星移动通信系统
1.3移动通信系统组成
1、移动系统由移动台（MS）、基地站（BS）、移动业务交换中心（MSC）及与市话网相连的中继线。
2、基站的作用是为移动台提供一个双向的无线链路。
3、无限小区的大小由基地站天线的高度和发射功率决定。
4、移动业务交换中心主要用来处理信息的交换和整个系统的集中控制管理。
1.4移动通信的工作方式
1.4.1单工制
单工方式：
同时只能单方向工作，发信时需“按-讲”操作
同频单工
异频单工
1.4.2半双工制
半双工方式：
只有一方可收发同时进行；
另一方同时只能单方向工作
1.4.3双工制
双工方式：
通信双方均可同时收发工作
准双工方式：
移动台仅在发信时开启发射机，而接收机常开。
1.5移动通信系统的频段使用
1、GSM900：
890～915MHZ上行频率
935～960MHZ下行频率
双工间隔为45MHZ，工作带宽为25MHZ，载频间隔200KHZ。
2、GSM（DCS）1800：
1710～1785MHZ 上行频率
1805～1880MHZ 下行频率
双工间隔为95MHZ，工作带宽为75MHZ，载频同隔为200kHZ.
3、EGSM900：
880～915MHZ（上行）
925～960MHZ（下行）
1.6数字移动通信的相关技术
1.6.1多址技术
多址技术就是基站能从众多的用户信号中区分出是哪一个用户发来的信号，而移动台能从基站发来的众多的信号中识别出哪一个是发给自己的，避免用户间的多址干扰。
1、频分多址
频分多址技术：
是把移动通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道，每个频道就是一个无线信道。
频分多址的频道划分
FDMA系统的工作原理
2、时分多址
时分多址技术（TDMA）：
是把一个频道按等时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙，一个时隙就是一个信道。
时分多址通信系统的工作示意图
3、码分多址
码分多址技术（CDMA）是通过不同的地址码来区分用户的，系统为每个用户分配了各自特定的地址码。
码分多址方式示意图
1.6.2调制技术
1、调制：
是为了使信号特性与信道特性相匹配。
2、数字调制：
是用基带数字信号改变高频载波信号的某一参数来传递数字信号的过程。
3、在数字蜂窝系统中，多采用线性调制和恒定包络调制
1.6.3分集接收技术
分集技术：
就是研究如何利用多径信号来改善系统的性能。
利用多条具有近似平等的平均信号强度和相互独立衰落特性的信号路径来传输相同的信息，并在接收端对这些信号进行适当的合并以便大大降低多径衰落的影响，从而改善传输的可靠性。
1、分集技术
（1）空间分集
（2）时间分集
（3）频率分集
2合并技术
选择式合并
最大比合并
等增益合并
开关式合并
1.6.4语音编码技术
波形编码技术
参量编码技术
混合编码技术
1.7移动通信的发展趋势
1、移动通信设备正朝着数字化、宽带化、小型化的方向发展
2、移动通信网络正朝着综合化、智能化、全球化、个人化的方向发展
第2章移动通信的组网技术
移动通信网的体制及服务区域的划分方法
正六边形无线区群的构成条件及无线小区的激励方式
移动通信网络的构成及进入市话网的方式
2.1移动通信的体制
2.1.1大区制
1、大区制是指在一个地区内只设置一个基站，由它负责这个地区移动用户的通信联络和控制。
2、每个基站都有一个服务区，即无线电波的覆盖范围，服务区的大小是由基站的天线高度和发射功率决定，一般发射机输出功率为200W左右，覆盖半径大约为30～50km。
3、由于大区制的基站天线架设较高、发射功率大，移动台接收信号容易，但移动台不能用较大的发射功率，所以移动台在服务区的边缘时，基站的所接收的信号效果不太好，为了解决这个问题，也可以在服务区建立一些分集接收站，为基站提供良好的接收效果。
4、大区制的特点：
大区制虽然有组网简单、投资少、见效快的优势，但由于一个地区只有一个基站，服务范围有限，服务区内所有信道不能重复使用。
一因此大区制通信容量较小，一般只能容纳数百至数千个用户。
大区制移动通信示意图
2.1.2小区制
1、小区制是指将整个服务区划分成若干个小区，每个小区分别设置一个基站，由它负责本区移动通信的联络和控制。
同时又可在移动业务交换中心（MSC）的统一控制下，实现小区间移动通信的转接及以及移动用户与市话用户的联系。
2、每个基站的服务区称为一个无线小区。
3、移动台和基站的发射功率减小，同时也减小了相互干扰；
服务区内所有频率能重复利用，即同频复用，提高了频率利用率，增大了通信容量，有效地解决有限的频率资源和日益增长的通信用户数的矛盾；
组网灵活，小区范围可根据用户数灵活确定，当小区内用户数增加到一定程度，可进行“小区分裂”。
小区制移动通信示意图
2.2服务区域的划分方法
2.2.1带状服务区
带状服务区：
服务区是一狭长的区域，如，铁路、公路、海岸等，无线小区需采用定向天线，按狭长的区域形成带状网络，相邻小区可进行频
率再用。
F1
F2
F1
F2
带状服务区频率复用
2.2.2面状服务区
1、面状服务区：
服务区的地形是一宽广的平面
2、假设无线小区半径都是r，将这三种圆内接正多边形的邻区中心间距、小区面积、重叠区面积三种参数。
比较后发现：
正六边形小区的邻区中心间距最大、小区面积最大也最接近理想的圆形、重叠区面积却最小。
这意味着对于同样面积的服务区域，采用正六边形构成小区所需的小区数最少、基站数最少也最经济、所需信道数最少，频率利用率较高。
所以服务区的无线小区采用正六边形结构是最佳选择。
小区形状
正三角形
正方形
正六边形
邻区中心间距
r
小区面积
1.3r2
2r2
2.6r2
重叠区面积
1.2r2
0.73r2
0.35r2
2.3正六边形无线区群的构成
2.3.1构成条件
1、单位无线区群：
若干个彼此相邻的正六边形无线小区组成无线区群。
2、若干个无线区群彼此邻接形成整个覆盖区。
3、构成条件：
（1）无线区群能彼此邻接，且无缝隙、无重叠地覆盖整个服务区。
（2）相邻单位无线区群中各使用相同频率的无线小区的中心间距一定相等。
4、满足上述条件的单位无线区群内的无线小区个数为：
N=a2+ab+b2
式中，a、b为≧0的整数，但不能同时为0，N为无线区群中的小区数。
区群示意图
5、设r是无线小区的半径（即正六边形外接圆的半径），Dg是邻接的无线区群中同频无线小区的中心间隔距离，可见无线区群中的小区数N越大，Dg越大；
r越大时，Dg也越大。
Dg越大同频干扰就越小。
例如：
N=3，Dg/r=3；
N=7，Dg/r=4.6；
N=9，Dg/r=5.2，在实际应用中，只要同频干扰在允许范围内，N取值越小，频率复用率就越高。
2.3.2激励方式
1、中心激励方式：
无线小区中的基站如果设在小区的中心位置，采用圆形辐射的全向天线覆盖无线小区，这就是所谓的“中心激励”方式
2、顶点激励：
如果基站设在每个正六边形小区的三个顶点上，并且每个基站采用三副辐射角是120°
的扇形定向天线，分别覆盖三个相邻无线小区的各三分之一区域，每个三分之一区域称作扇区，既一个无线小区分为三个扇区，这就是“顶点激励”方式，由于采用了定向天线，天线发射功率小，对同频干扰有一定的抑制作用，且同频复用距离小，频率复用率较高，但是由于每个基站覆盖面积减小，使频率切换次数增加。
顶点激励方式也可以用六副辐射角是60°
的扇形定向天线。
2.3.3小区模式
1、无线小区模型
2、小区的裂变
（1）小区分裂就是一种将拥塞的小区分成更小的小区的方法，分裂后的每个小区都有自己的基站并相应地降低天线高度和减小发射机功率。
（2）小区分裂能提高信道的复用次数，从而提高系统容量。
常用的方式有1：
3分裂方式和1：
4分裂方式
1：
4分裂方式
（3）如果整个服务区的地理环境一致，用户密度分布均匀，则所采用的无线小区大小相同。
而实际上在整个服务区内，建筑物分布复杂，用户密度也是不均匀的，例如，在城市中心，用户密度高，话务量大，而城市郊区的用户密度相对较低，所以小区的划分应随外界环境而灵活变化，例如，在用户密度高的市中心，可使无线小区的面积小一些。
在用户密度低的城市郊区可使无线小区的面积大一些。
用户分布密度不等时的区域划分
2.3.4直放站
1、盲区：
服务区的地形起伏变化复杂，加之移动通信的阴影效应，这两个原因都会使得服务区存在信号很弱或基站覆盖范围达不到的地方，这些地方称之为盲区
2、为了使信号有效地到达盲区，最大限度地满足用户对于通话服务的要求，通常在适当的地方建立直放站，用来对移动通信基站起延伸距离范围和覆盖重要盲区的作用。
直放站是具有小型基站功能的设备，它的成本低、架设简单，所以广泛应用于隧道、偏远的矿区、建筑物内部。
2.4移动通信网的组成
1、本地网结构
2、联网的网络结构
2.5移动通信网进入市话网的方式
2.5.1用户线接入方式
直接把移动用户作为市话局的一个用户。
系统常采用单个基地站，利用无线用户集中器通过市话用户线接入市话网。
2.5.3市话中继线接入方式
一些专业移动通信系统的通信业务主要集中在系统内部，而与市话网的话务量不大，故可通过小交换机接入市话网。
2.5.3移动电话汇接中心
移动电话汇接中心就是将某个大地区或全国的各移动电话局汇接起来构成一个区域性的或全国性的移动电话汇接中心
第3章蜂窝移动通信系统及设备
蜂窝移动通信系统结构及其相关知识
通用分组无线业务接入技术
第三代移动通信系统
移动台的基本原理及信号流程
3.1GSM数字蜂窝移动通信系统
3.1.1GSM系统结构
GSM系统主要由四个子系统组成：
移动台子系统（MS）、基站子系统（BSS）、网络子系统（NSS）和操作支持系统（OSS）。
1、移动台MS
移动台是GSM移动通信网中用户使用的设备，它是通过无线接口接入GSM系统的，所以移动台是用户能够直接接触的整个GSM系统中的唯一设备,它分为车载型、便携型和手持型三种类型。
为了用户的使用，移动台必须提供话筒、扬声器、显示屏和按键等与用户之间的接口，或者提供与传真机和计算机等其它一些终端设备（TE）之间的接口。
移动台的另外一个重要组成部分是用户识别卡（SIM），SIM卡（SubscriberIdentityModule）是一种符合ISO标准的智能卡片，SIM卡是用户入网登记的凭证，具有防止窃用、鉴权和加密的功能，用户的全部资料几乎都存储在SIM卡内,供GSM系统对用户身份进行鉴别，同时，用户通过它完成与系统的连接和信息保存与交换。
SIM卡存储的数据分为四类：
用户身份认证的信息；
安全保密信息；
网络和用户的管理数据；
用户的个人信息。
2、移动网子系统
网络子系统NSS是整个GSM网络的核心，对移动用户之间或移动用户与固定网用户之间的通信起着管理作用，主要完成GSM系统的交换功能和用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。
组成NSS的各功能实体之间的信令传输符合CCITT信令系统No.7协议
（1）移动业务交换中心MSC
移动业务交换中心MSC是网络子系统NSS的核心，也是整个GSM网络的核心，MSC提供面向系统其它功能实体和固定网的接口，并对移动用户之间或移动用户与固定网用户之间的通信起着交换与连接的作用，并对系统的正常工作集中控制管理。
（2）归属位置寄存器HLR
归属位置寄存器HLR相当于GSM网络的中央数据库，每个首次入网的移动客户都应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记，将移动用户相关的入网信息存储在HLR中，如用户的识别号码、保密参数和注册的有关业务信息等静态数据，HLR还存储着有关移动用户漫游时的动态信息数据，如移动台漫游号码等。
（3）访问位置寄存器VLR
访问位置寄存器VLR是GSM网络的动态用户数据库，存储着进入其控制区域内已登记的来访移动用户的相关信息数据。
当移动用户离开其注册登记的原籍地区漫游到其它地区时，被访地区的VLR从该移动用户的归属位置寄存器HLR处获取并暂时存储必要的数据，一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则VLR将取消这些暂时存储的该移动用户数据。
一个VLR可以负责一个或若干个MSC区域。
（4）鉴权中心AUC
鉴权和加密是解决移动通信系统信息安全的主要手段，鉴权中心AUC存储着用于系统安全的鉴权信息和加密密钥，用来对移动用户鉴权认证，防止无权用户接入系统和对无线接口上的话音、数据和信号信息进行保密。
（5）设备识别寄存器EIR
移动设备管理是由EIR完成的，在EIR中存储了移动设备的设备识别码（IMEI），通过使用EIR中的三种设备清单：
白色清单（准许使用的移动设备的识别号）、黑色清单（禁止使用的移动设备的识别号）和灰色清单（由于技术故障或误操作不能使用的移动设备的识别号），使得运营部门对移动设备进行正确识别，以确保网络内所使用的移动设备的唯一性和安全性。
何时需要设备识别取决于网络运营者。
目前我国大部分省市的GSM网络均未配置此设备（EIR），所以此保护措施也未采用。
3.基站子系统BSS
基站子系统在整个GSM系统中担任无线发送接收和无线资源管理的任务。
它通过无线接口直接与移动台MS相连，并与网网络子系统NSS中的移动业务交换中心MSC相连，由MSC控制，实现移动用户之间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接。
基站子系统是由基站控制器BSC和基站收发信台BTS这两部分功能实体构成。
BTS和BSC的连接可以是直接连接方式，也可以通过基站接口设备采用远端控制的连接方式。
（1）基站控制器BSC
基站控制器（BSC）是基站子系统（BSS）的控制部分，分别与BTS、MSC和操作维护中心相接，起着无线网络资源的管理、无线参数管理及各种接口的管理控制作用。
一个基站控制器根据话务量的需要可以控制一个BTS也可以控制多个BTS。
（2）基站收发信台BTS
基站收发信台BTS是基站子系统的无线接口设备，由基站控制器BSC控制，通常设置在小区中心，完成无线与有线的转换，实现BTS与移动台MS之间接口的无线传输及相关的控制功能。
4.操作支持子系统OSS
操作支持系统OSS为运营部门提供一种手段来控制和维护MS、BSS和NSS这些实际运行部分，其任务是移动用户管理、移动设备管理以及网路操作和维护。
如对GSM系统的BSS和NSS进行操作和维护的管理；
网络的监视、告警、故障处理等；
话务量的统计和计费数据的记录与传递等。
3.1.2编号
为了将一个呼叫接至某个移动用户，需要调用相应的功能实体，这就需要正确寻址。
因此，编号计划非常重要。
1．移动台国际ISDN号码（MSISDN）
MSISDN号码是指主叫用户呼叫GSM系统中某一个移动用户所需拨的号码。
一个移动台可分配一个或多个MSISDN号码，一个MSISDN号码总长不超过15位数字，其编号规则应与各国的编号规则相一致。
国家代码CC
国内地区码NDC
用户号码SN
CC：
国家代码
NDC：
国内地区码
SN：
4位移动用户号码
2、国际移动用户识别码（IMSI）
在GSM系统中，每个移动用户均分配一个唯一的国际移动用户识别码（IMSI），用来在整个GSM移动通信网中正确识别某个移动用户，IMSI码存储在用户识别卡（SIM）、HLR、VLR中，通常在呼叫建立和位置更新时，需要使用IMSI。
移动用户国家码MCC移动网号MNC移动用户识别码MSIN
IMSI的总长不超过15位数字，每位数字仅使用0～9的数字。
移动用户国家码MCC
移动网号MNC
移动用户识别码MSIN
MCC：
移动用户所属国家代号，3位数字，用于唯一地识别移动用户所归属的国家，中国的MCC为460。
MNC：
移动网号码，最多由两位数字组成，用于识别移动用户所归属的移动通信网。
中国移动的电信的MNC为00，中国联通的MNC为01。
MSIN：
移动用户识别码，用于识别某一移动通信网（PLMN）中的移动用户，号码组成为H0H1H2H3XXXX。
由MNC和MSIN两部分组成为国内移动用户识别码（NMSI）。
用于唯一地识别国内GSM通信网中的移动用户。
3、临时移动用户识别码（TMSI）
国际移动用户识别码（IMSI）只在起始入网登记时使用，在后续的呼叫中用临时移动用户识别码（TMSI）代替IMSI，目的是避免通过无线信道发送其IMSI为了对移动用户识别码（IMSI）保密，从而防止窃听者检测用户的通信内容，或者非法盗用合法用户的IMSI。
临时移动用户识别码（TMSI）是MSC/VLR给每个来访的移动用户临时分配的号码
TMSI与IMSI号码之间可按一定的算法互相转换。
TMSI总长不超过4个字节。
4、移动台漫游号码（MSRN）
当移动台漫游到一个新的业务区后，为使GSM移动通信网路能再进行路由选择，该移动台的HLR请求由VLR给分配一个临时性的漫游号码（MSRN），并将MSRN送至HLR，用于建立通信路由。
一旦该移动台离开该服务区，此漫游号码即被收回，并可分配给其它来访的移动台使用。
漫游号码MSRN的组成与移动台ISDN号码相同。
5．国际移动台设备识别码（IMEI）
国际移动设备识别码（IMEI）是分配给每一个移动台唯一地识别一个移动台设备的号码，可用于监控被窃或无效的的移动设备。
设备识别的作用就是确保系统中使用的移动台设备不是盗用的或非法的。
设备的识别是在设备识别寄存器EIR中完成。
IMEI号码为一个15位的十进制数字，组成为TAC（6）+FAC
（2）+SNR（6）+SP
（1）。
型号批准码TAC
装配厂家号码FAC
产品序号SNR
备用数字SP
6．位置区识别码（LAI）
在检测位置更新和信道切换时，要使用位置区识别标志（LAI）。
位置区号码LAC
MCC和MNC均与IMSI的MCC和MNC一样。
LAC：
位置区码，用于识别GSM移动通信网中的一个位置区，采用十六进制编码，最多不超过两个字节
7．全球小区识别码（CGI）
在位置区识别标志（LAI）后面加上小区的标志号（CI），就可以组成小区识别码（CGI），用于识别一个位置区内的小区。
8．基站识别色码（BSIC）
基站识别色码（BSIC）用于移动台识别采用相同载频且相邻的基站。
BSIC为一个6比特编码。
网络色码NCC（3bit）
BTS色码BCC（3bit）
NCC：
网络色码，用来识别相邻的通信网络。
BCC：
BTS色码，用来识别采用相同载频的相邻基站。
9.MSC/VLR号码
MSC/VLR号
升级会员 