数字蜂窝移动通信系统

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第三代数字蜂窝移动通信系统

cdma one至 cdma 2000性能的改善
CDMA2000前向信道结构
扩充的信道
CDMA2000反向信道结构
扩充的信道
MSC
R
AAA 服务器
IWF
智能外设IP
HLR
业务控制点 SCP
SCE/ SMS
BTS64
BTS1
BSC12
GAN
BTS1
R
Internet
PSTN
PLMN
IS-2000 空中接口
cdma one至 cdma 2000性能的改善
反向链路的非相平解调(cdma one系统)改善为相干解调（cdma2000系统）信道编码性能的改善: 特别针对不同速率的数据采用了不同交织长度的turbo码，大大提高了数据传输的抗干扰性能；
分集性能的改善：．采用发端分集技术；．采用空时编码技术；．采用智能天线技术；功率控制性能的改善: 与cdmaone不同的是cdma2000中的快速功率控制不仅用在反向链路，也用在前向链路中。
TD-SCDMA @ UMTS MS
TD-SCDMA @ GSM MS
TD-SCDMA @ IP MS
Radio Access Network
NodeB
Iub
RNC
Radio Commander and LMT
Iu
WCDMA MS
NodeB
Iub
Um WCDMA
Um TD-SCDMA
TD-SCDMA @ IP-Based Core Network
TD-SCDMA——Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access （时分同步的码分多址技术）

第7章GSM数字蜂窝移动通信系统

本章提示
GSM系统是个时分多址系统，其功率发射是在严格规定的时间窗内，以突发形式不停地发射；所以接收机与发射机要保持严格地定时同步。
GSM系统是一个数字蜂窝系统。为了便于系统管理，它有条件安排9种逻辑信道，如何将这么多逻辑信道映射到TDMA的物理信道上（即信道组合）是很值得学习的。
2．基站子系统（BSS）
（2）基站控制器（BSC）基站控制器是基站子系统的控制部分，起着
BSS的变换设备的作用，即承担各种接口及无线资源和无线参数管理的任务。
2．基站子系统（BSS）
BSC主要由下列部分构成：朝向与MSC相接的A接口或与码变换器相
接的Ater接口的数字中继控制部分；朝向与BTS相接的Abis接口或BS接口的
2．基站子系统（BSS）
图7-3 一种典型BSS组成方式
2．基站子系统（BSS）
（1）基站收发信台（BTS）。由基站控制器（BSC）控制，服务于某个小
区的无线收发设备，完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与移动台（MS）之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。 BTS主要分为基带单元、载频单元、控制单元三大部分。
7.1.2 GSM系统与蜂窝结构的关系
泛欧GSM数字蜂窝移动通信系统是在频分多址下的时分多址，当它工作在跳频方式时，又引入了码分多址。
数字移动通信系统也是蜂窝系统，即蜂窝区群结构和频率复用。
蜂窝区群小区数的多少以及小区半径的大小，取决于数字系统保证正常通信所需载干比和本地区业务量的分布和大小。
本章提示
GPRS是GSM网络向3G演进的重要一步，被称为2.5G技术。GPRS是基于GSM网无线接口所开发的分组数据传输业务；是按需分配占用信道资源，频谱利用率高。理论上数据传输速率最高可达到171.2kbit/s，适合各种突发性强的数据传输。

CDMA数字蜂窝移动通信系统

数据业务质量
CDMA系统支持多种数据业务，如分组数据和电路数据。通过采用高速数据传输技术和前向纠错编码技术，CDMA系统可以提供较高的数据传输速率和较低的误码率。
无线资源管理
功率控制
CDMA系统采用功率控制技术，通过调整移动台的发射功率，降低干扰水平，提高系统容量和语音与数据业务质量。
呼叫接纳控制
鉴权中心（AUC）
用于用户身份验证和密钥分配，确保网络安全。
网络接口与协议
A接口
基站与移动交换中心之间的通信接口，采用AT命令集进行控制。
B接口
移动交换中心与归属位置寄存器之间的通信接口，采用 MAP协议进行通信。
C接口
移动交换中心与拜访位置寄存器之间的通信接口，采用 MAP协议进行通信。
D接口
保密的目的。
扩频通信利用伪随机序列对信息信号进行扩频调制，将信息信号扩展到宽频带上，以实现信号的
频谱扩展。
扩频通信具有抗干扰能力强、抗多径干扰、抗窃听等优点，因此
在移动通信中得到广泛应用。
CDMA编码原理
CDMA（码分多址）是一种多址接入技术，允许多个用户在同一频段上同时进行通信。
CDMA系统采用伪随机序列对用户信号进行扩频调制，不同的用户使用不同的伪随机序列，从而实现多用户同时通信。
容量
CDMA系统采用扩频技术，可以在同一频段上支持更多的用户。CDMA系统的容量主要受到干扰和多径传播的影响。通过采用功率控制和导频污染控制等措施，可以提高系统容量。
语音与数据业务质量
语音质量
CDMA系统采用宽带语音编码技术，如EVRC和AMR，可以在较低的比特率下提供较好的语音质量。此外，CDMA系统还支持语音激活检测技术和可变速率声码器，以进一步改善语音质量。

第7章IS-95数字蜂窝移动通信系统

A和D发送了比特1，B发送了比特0，C保持沉默。
10
二、网络结构与接口
二、网络结构与接口
与GSM相似，也有MS、BTS、BSC、MSC、HLR、VLR、OMC、 AUC、EIR、SMSC等。
主要接口：Um、Abit、A
Um接口主要参数：上行824MHz-849MHz 频道间隔1.25MHz 调制方式QPSK 下行869MHz-894MHz 双工间隔45MHz 信道速率1.2288Mbps
M=G-（Ls+SNR） Ls-系统内部损耗例：G=30dB，SNR=10dB，Ls=2dB，M=18dB 表明干扰功率超过信号功率18dB时，系统就不用正常工作，极限18dB。
5
扩频通信
4、直接序列扩频
m(t) × c(t) PSK s1(t) 放功载波 m(t):10 采用双极性不归零码 c(t)=m(t)×p(t) p(t):1101001
理想的信号是类似白噪声的随机信号，因为任何时间上不同的两段白噪声都不一样，若代表二种信号，差别就最大。真正的随机信号是不能重复再现的，所以只能用一种周期性的码序列来逼近它的性能，故称伪随机码PN。 PN在扩频系统或CDMA系统中起着十分重要的作用，这类码序列的重要特性是它具有近似白噪声的性能。
在C不变的条件下，频带B和信噪比S/N是可以相互转换的，甚至信号被噪声淹没时，只要有足够的宽带，也能可靠通信，这就是扩频通信使用宽带的原因。
4
扩频通信
2、处理增益 G= 10lgB/Bm B-扩频信号带宽 Bm-信号带宽
表示信噪比改善程度，是扩频系统一个重要指标。 3、抗干扰容限
通信系统要正常工作，需保证输出端有一定的SNR，抗干扰能力有限，引入抗干扰容限。

第9章数字蜂窝移动通信系统介绍

④ 移动交换中心与访问位置寄存器之间的接口(B);
⑤ 移动交换中心与原籍位置寄存器之间的接口(C)
⑥ 原籍位置寄存器与访问位置寄存器之间的接口(D)
⑦ 移动交换中心之间的接口(E);
⑧ 移动交换中心与设备标志寄存器之间的接口(F);
⑨ 访问位置寄存器之间的接口(G) 。
第 9 章现代数字通信系统介绍
每个载频有 8 个时隙，因此 GSM 系统总共有 124×8=992 个物理信道，有的书籍中简称GSM系统有1 000个物理信道。
第 9 章现代数字通信系统介绍
3. 调制方式 GSM的调制方式是高斯型最小移频键控(GMSK)方式。矩形脉冲在调制器之前先通过一个高斯滤波器。这一调制方案由于改善了频谱特性，从而能满足CCIR提出的邻信道功率电平小于-60 dBW的要求。高斯滤波器的归一化带宽 BT=0.3。基于200 kHz的载频间隔及 270.833 kb/s的信道传输速率，其频谱利用率为 1.35 b/s/Hz。
第 9 章现代数字通信系统介绍
数字蜂窝移动通信系统介绍
第 9 章现代数字通信系统介绍
移动通信的主要特点
1. 移动通信必须利用无线电波进行信息传输 2. 移动通信是在复杂的干扰环境中运行的 3. 移动通信可以利用的频谱资源非常有限，而移动通信业务量的需求却与日俱增 4. 移动通信系统的网络结构多种多样，网络管理和控制必须有效 5. 移动通信设备(主要是移动台)必须适于在移动环境中使用
(3) 访问用户位置寄存器。访问用户位置寄存器，简称 VLR。它存储进入其控制区域内来访移动用户的有关数据，这些数据是从该移动用户的原籍位置寄存器获取并进行暂存的，一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则临时存储的该移动用户的数据就会被消除。因此， VLR可看作是一个动态用户的数据库。

蜂窝移动通信系统组成

蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统（NSS）、无线基站子系统(BSS)和移动台（MS）三大部分组成，如图2－1所示。

其中NSS与BSS之间的接口为“A”接口，BSS与MS之间的接口为“Um”接口。

在模拟移动通信系统中，TACS规范只对Um接口进行了规定，而未对A接口做任何的限制。

因此，各设备生产厂家对A接口都采用各自的接口协议，对Um接口遵循TACS规范。

也就是说，NSS系统和BSS系统只能采用一个厂家的设备，而MS可用不同厂家的设备。

图2－1 蜂窝移动通信系统的组成由于GSM规范是由北欧一些运营公司“炒”出的规范，运营公司当然喜欢花最少的投资，用最好的设备来建最优良的通信网，因此GSM规范对系统的各个接口都有明确的规定。

也就是说，各接口都是开放式接口。

GSM系统框图如图2-2，A接口往右是NSS系统，它包括有移动业务交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）和移动设备识别寄存器（EIR），A接口往左Um 接口是BSS系统，它包括有基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。

Um接口往左是移动台部分（MS），其中包括移动终端（MS）和客户识别卡（SIM）。

图2－2 GSM系统框图在GSM网上还配有短信息业务中心（SC），即可开放点对点的短信息业务，类似数字寻呼业务，实现全国联网，又可开放广播式公共信息业务。

另外配有语音信箱，可开放语音留言业务，当移动被叫客户暂不能接通时，可接到语音信箱留言，提高网路接通率，给运营部门增加收入。

2.2 交换网路子系统交换网路子系统（NSS）主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。

NSS 由一系列功能实体所构成，各功能实体介绍如下：MSC：是GSM系统的核心，是对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体，也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。

它可完成网路接口、公共信道信令系统和计费等功能，还可完成BSS、MSC之间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等。

蜂窝移动通信

蜂窝移动通信是采用蜂窝无线组网方式，在终端和网络设备之间通过无线通道连接起来，进而实现用户在活动中可相互通信。

其主要特征是终端的移动性，并具有越区切换和跨本地网自动漫游功能。

蜂窝移动通信业务是指经过由基站子系统和移动交换子系统等设备组成蜂窝移动通信网提供的话音、数据、视频图像等业务。

目录1概念▪概念的提出▪蜂窝移动系统的改进▪分类2历史▪第一代蜂窝移动通信系统▪第二代蜂窝移动通信系统▪ 900/1800MHz GSM移动通信▪ 800MHz CDMA移动通信▪第三代蜂窝移动通信系统3市场▪ GSM：全球应用最广▪ UMTS：市场发展的核心趋动力▪ CDMA：成熟并极具潜力▪供应商比较4未来▪设备模块化和平台化：迈向SDR▪链接：蜂窝市场增长的驱动力1概念编辑概念的提出移动通信的发展历史可以追溯到19 世纪。

1864 年麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存在；1876 年赫兹用实验证实了电磁波的存在；1900 年马可尼等人利用电磁波进行远距离无线电通信取得了成功，从此世界进入了无线电通信的新时代。

现代意义上的移动通信开始于20 世纪20 年代初期。

1928 年，美国Purdue 大学学生发明了工作于2MHz 的超外差式无线电接收机，并很快在底特律的警察局投入使用，这是世界上第一种可以有效工作的移动通信系统；20 世纪30 年代初，第一部调幅制式的双向移动通信系统在美国新泽西的警察局投入使用；20 世纪30 年代末，第一部调频制式的移动通信系统诞生，试验表明调频制式的移动通信系统比调幅制式的移动通信系统更加有效。

在20 世纪40 年代，调频制式的移动通信系统逐渐占据主流地位，这个时期主要完成通信实验和电磁波传输的实验工作，在短波波段上实现了小容量专用移动通信系统。

这种移动通信系统的工作频率较低、话音质量差、自动化程度低，难以与公众网络互通。

在第二次世界大战期间，军事上的需求促使技术快速进步，同时导致移动通信的巨大发展。

移动通信讲义第七章蜂窝移动通信系统

第七章蜂窝移动通信系统
第一节 GSM数字蜂窝系统（六）编码与调制 3. GSM系统的交织 4. 调制 GSM系统采用 GSMK（BT=0.3）窄带数字调制，传输速率为 270.833kbps。
第七章蜂窝移动通信系统
第一节 GSM数字蜂窝系统（七）话音激活与功率控制在GSM系统中，采用话音激活与功率控制可有效地减少同信道干扰。话音激活控制就是采用非连续发射（DTX）。图6-22给出非连续发射（DTX）的原理框图。在发端，话音激活检测器（VAD）的功能是检测是否在讲话，或仅仅是噪音。图6-23给出话音激活检测器（VAD）的框图。图中反演滤波器利用背景噪音在每帧的频谱特性相似的特点，根据背景噪音频谱特性的差异来区分话音是否存在。其原理是，反演滤波器的系数只是在仅有噪音时才导出，当有话音存在时则将噪音衰减，形成频谱特性的差异，以此来判断出是话音。反演滤波器输出的信号能量与一门限值比较，大于门限才判定是话音信号。
第七章蜂窝移动通信系统Байду номын сангаас
第二节通用分组无线业务 2．GPRS的会话管理 GPRS的会话管理（session mpt）是指 GPRS移动台连接到外部数据网络的处理过程，其主要功能是支持用户终端对PDP移动关联的处理。所谓 PDP移动关联是指GPRS系统提供一组将移动台与一个PDP地址（通常是IP 地址）相关联和释放相关联的功能。通常移动台附着到网络后，应激活所有需要与外部网络进行数据传输的地址，当数据传输结束后，再解除这些地址。移动台只有在守候或就绪状态下，才能使用PDP移动关联的功能。 PDP地址一般是指IP地址，移动台通常被分配三种PDP地址： 1）静态PDP地址。归属PLMN（HPLMN）运营商永久地给移动台分配的PDP 地址。 2）动态 HPLMN PDP地址。激活 PDP移动关联时，HPLMN给移动台分配的 PDP地址。 3）动态 VPLMN PDP地址。激活 PDP移动关联时，VPLMN给移动台分配的 PDP地址。

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表7.1 CDMA系统信道间隔、信道分配和800MHz频段的发送中心频率
发射机
CDMA信道编号
CDMA信道中心频率（MHz）
移动台（MS）
1≤N≤799
0.030×N＋825.00
基站（BS）
991≤N≤1023
1≤N≤799 991≤N≤1023
0.030×（N－1023）＋825.00
0.030×N＋870.00
（1）根据理论分析，CDMA蜂窝系统通信容量是模拟蜂窝系统（AMPS）的20倍或GSM数字蜂窝系统的4倍。（2）CDMA蜂窝系统的全部用户共享一个无线信道，用户信号的区分只靠所用码型的不同，因此当蜂窝系统的负荷满载时，另外
增加少数用户，只会引起语音质量的轻微下降（或者说信干比稍微降低），而不会出现阻塞现象。（3）CDMA蜂窝通信系统具有“软切换”功能。（4）CDMA蜂窝系统可以充分利用人类对话的不连续特性来实现语音激活技术，以提高系统的通信容量。
0.030×（N－1023）＋870.00
表7.2 CDMA系统信移动台（MS）基站（BS）
CDMA信道编号 1≤N≤1199 1≤N≤1199
处理增益Gp也称扩频增益，它定义为频谱扩展前的信息带宽 F与频带扩展后的信号带宽W之比：
GP＝W／F 处理增益Gp反映了扩频通信系统信噪比改善的程度。工程上常
以分贝（dB）表示，即
GP＝10lg W／F
7.1.2 码分多址（CDMA）蜂窝通信系统的特点在码分多址（CDMA）通信系统中，不同用户传输信息所用
（5）CDMA蜂窝通信系统的功率控制。（6）CDMA系统中综合利用了频率分集、空间分集和时间分集来抵抗衰落对信号的影响，从而获得高质量的通信性能。
（7）CDMA蜂窝系统以扩频技术为基础，因而它具有扩频通信系统所固有的优点，如抗干扰、抗多径衰落和具有保密性等。
7.2 CDMA系统综述 7.2.1 CDMA的发展
第7章CDMA数字蜂窝移动通信系统及设备
【内容提要】本章将讨论CDMA数字蜂窝移动通信系统主要包括CDMA系统的现状及标准、技术特点、系统结构与接口、信道组成、控制和管理功能、注册登记、漫游及呼叫处理、手机工作原理和 CDMA典型的解决方案等内容。
7.1 概述 7.1.1 扩频通信的概念码分多址（CDMA）是以扩频技术为基础的。扩频是把信息的频谱扩展到宽带中进行传输的技术。扩频技术用于通信系统具有抗干扰、抗多径、隐蔽、保密和多址能力。适用于码分多址（CDMA）蜂窝通信系统的扩频技术是直接序列扩频（DSSS）或简称直扩。直接序列（DS）扩频，就是直接用具有高码率的扩频码（PN）序列在发端去扩展信号的频谱。而在接收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。
1993年国家863计划已开展CDMA蜂窝技术研究。1994年美国Qualcomm公司首先在天津建立技术试验网。1998年具有14万容量的800MHz长城CDMA商用试验网在北京、广州、上海、西安建成，并开始商用。2002年，中国联通“新时空”CDMA网络正式开通。中国联通计划在未来3年内逐步建成一个覆盖全国、总容量达到5000万户的CDMA网络，成为世界最大、最好的CDMA网。2002年后期，中国联通开始建设CDMA2000 1X数字移动蜂窝网，在2003年上半年在全国投入运营。
的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分的，而是用各个不同的编码系列来区分的。
在码分多址（CDMA）蜂窝通信系统中，用户之间的信息传输也是由基站进行转发和控制的。为了实现双工通信，正向传输和反向传输各使用一个频率，即频分双工（FDD）。正向传输和反向传输除传输业务信息外，还传输相应的控制信息。为了传输不同的信息，需要设置不同的信道。但是，CDMA通信系统既不分频道又不分时隙，传输信息的信道都是靠采用不同的码型来区分的。
7.2.3 CDMA系统基本特性 1．工作频段（1）800MHz频段：下行链路：869～894MHz（基站发射）；824～849MHz（基站接收）上行链路：824～849MHz（移动台发射）；869～894MHz （移动台接收）
（2）1800MHz频段：下行链路：1955～1980MHz（基站发射）；1875～1900MHz （基站接收）上行链路：1875～1900MHz（移动台发射）；1955～ 1980MHz（移动台接收）中国联通新时空CDMA占用的载频上行链路：825～845MHz；下行链路：870～890MHz
2．信道数每一载频：64（码分信道）。每一小区可分为3个扇形区，可共用一个载频。每一网络分为9个载频，其中收、发各占12.5MHz，共占 25MHz频段。
CDMA系统使用N个频率载波，每个载波能够支持M条链路，
任何一个CDMA用户都可以接入这些链路。每个用户都可以通过不同的代码序列定义惟一的一条链路，在CDMA系统的控制下，在正向链路和反向链路上保持频率的分配。CDMA系统的接入采用CDMA/FDD方式。对于CDMA系统载波，1.23MHz的带宽是两个载波频率之间的最小中心频率间隔为1.23MHz，如表7.1和表7.2所示。
7．2．2技术标准国际通用的CDMA标准主要是由美国国家标准委员会（ANSI TIA）开发颁布的； ANSI（American National Standard Institute）作为美国国家标准制订单位，负责授权其它美国标准制订实体；电信工业协会（TIA）主要开发IS（Interim Standards,暂定标准）系列标准，如CDMA系列标准IS-95、IS-634、IS-41 等； IS系列标准之所以被列为暂定标准是因为它的时限性，最初定义的标准有效期限是5年，现在是3年。CDMA蜂窝移动通信系统的技术标准经历了IS-95A、IS-95B、CDMA2000、1X／ EV－DO和1X／EV－DV几个发展阶段。