数字蜂窝移动通信系统
现代移动通信GSM数字蜂窝移动通信系统
现代移动通信GSM数字蜂窝移动通信系统在当今快节奏的社会中，移动通信已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
而 GSM 数字蜂窝移动通信系统作为现代移动通信领域的重要基石，为人们的沟通和信息传递带来了极大的便利。
GSM 数字蜂窝移动通信系统，顾名思义，是一种采用数字技术的蜂窝式移动通信系统。
它的出现彻底改变了人们的通信方式，让随时随地的交流成为可能。
要理解 GSM 系统，首先得明白“蜂窝”这个概念。
想象一下，我们把整个通信覆盖区域划分成一个个像蜂窝一样的小区域，每个小区域都有一个基站负责与该区域内的移动终端进行通信。
当用户在移动过程中从一个区域进入另一个区域时，系统会自动切换基站，保证通信的连续性。
这种蜂窝式的结构，有效地提高了频谱利用率，使得在有限的频谱资源下能够容纳更多的用户同时进行通信。
GSM 系统采用了时分多址（TDMA）技术。
简单来说，就是将一个频道的时间分成若干个时隙，每个用户在特定的时隙内进行通信。
这样一来，多个用户就可以共享同一个频道，大大提高了频道的利用率。
而且，GSM 系统还使用了数字信号处理技术，相比传统的模拟通信，数字信号具有更强的抗干扰能力和更高的语音质量。
在 GSM 系统中，用户的身份识别和认证是非常重要的环节。
每个用户都有一个唯一的国际移动用户识别码（IMSI），就像我们每个人都有一个独一无二的身份证号码一样。
当用户开机或者进行位置更新时，系统会对用户的身份进行验证，以确保通信的安全性和合法性。
GSM 系统的语音编码也是其关键技术之一。
它采用了一种高效的语音编码算法，能够在保证一定语音质量的前提下，大大降低传输的数据量。
这样不仅节省了频谱资源，还提高了系统的容量。
除了语音通信，GSM 系统还支持短信服务（SMS）。
短信的出现让人们可以用简短的文字快速传递信息，即使对方不方便接听电话，也能及时收到重要的消息。
而且，随着技术的不断发展，GSM 系统还逐渐具备了数据传输功能，让用户能够通过手机上网、收发电子邮件等。
数字蜂窝移动通信网
数字蜂窝移动通信网数字蜂窝移动通信网是一种使用数字信号传输的移动通信网络，也是当前移动通信领域最为重要的通信技术之一。
它通过将通信区域分成若干个小区域，并在每个小区域中设置一个基站来实现通信，从而大大提高了通信效率和通信质量。
本文将对数字蜂窝移动通信网的原理、技术特点和未来发展进行详细分析。
1. 数字蜂窝移动通信网的原理数字蜂窝移动通信网是一种基于数字信号的通信技术，其核心原理是将通信区域划分成若干个小区，并在每个小区中设置一个基站。
基站负责接收和发送手机信号，通过一系列网络和传输协议将信号传输到目标手机。
这种通信方式的优点在于能够有效避免信号干扰和传输延迟，从而实现更为稳定和高效的通信。
数字蜂窝移动通信网的信号传输主要是通过网络传输，而网络传输则是通过调制和解调的方式实现的。
调制就是将数字信号转化为模拟信号，而解调则是将模拟信号转换为数字信号。
通过这种方式，数字蜂窝移动通信网能够在传输信号时实现数据压缩和纠错，从而提升传输速度和传输质量。
2. 数字蜂窝移动通信网的技术特点数字蜂窝移动通信网具有以下几个技术特点：2.1 容量大数字蜂窝移动通信网在通信时采用数字信号技术，能够实现信道采用复用技术、精确的干扰抑制等技术，从而扩大信道容量，提高系统通信容量。
2.2 覆盖范围广数字蜂窝移动通信网的基站视野通常恰好是一六边形（六角形），因此基站信号覆盖范围有明确的边界，不会造成重叠和干扰，从而能够实现大范围的通信覆盖。
2.3 通信质量高数字蜂窝移动通信网的数字传输方式大大提高传输速度和传输质量，并且采用多址技术实现多用户的同时通信，从而大幅提升了通信质量。
2.4 安全性高通过数字信号通信，数字蜂窝移动通信网能够实现高度安全的通信。
数字信号无法被窃听和检测，从而避免了信息泄露和拦截等各种安全漏洞。
3. 数字蜂窝移动通信网的未来发展数字蜂窝移动通信网在未来的发展中，将会继续发挥较大的作用。
其未来发展主要有以下几个方面：3.1 五代移动通信系统随着5G技术的逐渐普及，数字蜂窝移动通信网将逐渐演变为五代移动通信系统。
数字蜂窝系统
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④系统结构：络通信协议采用OSI分层协议模型；系统功能块之间的接口采用ITU-T Q.1000标准。
这三种系统的开发时间和开发目标各不相同，因而在技术性能上有许多差异。
CDMA
概述
CDMA系统的特 点
该系统为每个用户分配了各自特定的码，利用公共信道来传输信息。CDMA系统的码相互具有准正交性，以区 别，而在频率、时间和空间上都可能重叠。系统的接收端必须有完全一致的本地码，用来对接收的信号进行相关 检测。其他使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。
③业务信道：进行语音传输与数据传输。对用于全速率信道的语音编码器的基本速率为13.0kbit/s，加纠错 保护后总速率为22.8kbit/s；对于数据，可提供2.4kbit/s、4.8kbit/s和9.6kbit/s的透明数据业务，还可提 供基本速率为12.0kbit/s的非透明数据业务。
D-AMPS采用IS-54标准，它的射频载波信道间隔与AMPS一致，该标准所规定的BS和MS的数字/模拟双模方式， 使络经营者可逐步扩大数字业务，从而实现从模拟方式到数字方式的平滑过渡。其主要技术指标如下。
④由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以减小多径衰落。如果频谱带宽比信道的相关带宽大，那么固有的频 率分集将减少小尺度衰落的作用。
⑤信道数据速率很高。因此码片(chip)时长很短，通常比信道的时延扩展小得多。因为PN序列有低的自相关 性，所以，大于一个码片宽度的时延扩展部分，可受到接收机的自然抑制，另一方面，如采用分集接收最大合并 比技术，可获得最佳的抗多径衰落效果。而在TDMA系统中，为克服多径造成的码间干扰，需要用复杂的自适应均 衡，均衡器的使用增加了接收机的复杂度，同时影响到越区切换的平滑性。
CDMA数字蜂窝移动通信系统
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。
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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。
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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。
数字蜂窝移动通信系统
用户数据管理还涉及到用户持有的用户识别卡SIM。在 SIM卡中的用户数据必须与网络端HLR中的用户数据保 持一致，为此SIM卡分为两个阶段：第一阶段只能与用 户注册管理系统打交道，而不能在系统的通信业务中 使用，第二阶段是经过用户注册管理系统给予初始化 以后，SIM卡才能插入移动台用于通信业务。
面对这一现状，欧洲电信管理部门（CEPT）于1982年 成立了一个被称为GSM（移动特别小组）的专题小组， 开始制定适用于泛欧各国的一种数字移动通信系统的 技术规范。经过6年的研究、实验和比较，于1988年确 定了包括采用TDMA技术在内的主要技术规范，并制定 出实施计划。
在GSM标准中，未对硬件进行规定，只对功能和接口 等进行了详细规定，便于不同公司产品的互连互通。 GSM标准共有12项内容，如表8-1所示。
按GSM数字移动通信规范提出的基本结构，BSS又可分 为两部分：通过无线接口与移动台一侧相连的基站收、 发信台（BTS）和另一侧与交换机相连的基站控制器 （BSC）。从功能上看，它们之间的分工是BTS负责无 线传输，而BSC负责控制和管理。
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分系统组成 －基站分系统
BTS处理电路。在数字移动通信系统中，信号处 理电路将实现多址复用所需的帧和时隙的形成和管理， 以及为改善无线传输所需的信道编译码和加密解密等 功能。
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分系统组成 －交换分系统
以上已经把交换分系统内的部件进行了介绍，接下来 就要使用SS7信令网把这些部件连接成一个分系统。 GSM网络的运行部门是否有权经营SS7信令网，各个国 家有不同的规定。如果GSM网络的运行部门可以掌管 SS7信令网，信令网的信令交换点STP可以根据经济上 最合理的原则与MSC放在一起成为GSM交换分系统的 一部分或者作为单独的结点设置在其他地方。
GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS
GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS《GSM 数字蜂窝移动通信系统与 GPRS》在当今信息飞速传递的时代，移动通信技术的发展日新月异，极大地改变了人们的生活和工作方式。
其中，GSM 数字蜂窝移动通信系统和 GPRS 是移动通信领域中的重要组成部分。
GSM 数字蜂窝移动通信系统，即 Global System for Mobile Communications，是世界上应用最为广泛的数字移动通信标准之一。
它的出现，使得人们能够在移动中进行清晰、稳定的语音通话，摆脱了线缆的束缚。
GSM 系统主要由网络交换子系统（NSS）、基站子系统（BSS）和移动台（MS）三大部分组成。
网络交换子系统就像是整个系统的“大脑”，负责管理和控制呼叫的建立、路由选择以及用户数据的管理等。
基站子系统则包括了基站收发信机（BTS）和基站控制器（BSC），它们负责与移动台进行无线通信，确保信号的覆盖和传输质量。
而移动台，也就是我们日常使用的手机等终端设备，是用户与系统进行交互的直接工具。
GSM 系统采用了时分多址（TDMA）技术，将每个频率信道分成多个时隙，不同的用户在不同的时隙中进行通信，从而实现了多个用户对有限频谱资源的共享。
这种技术使得 GSM 系统能够在有限的频谱资源下支持大量的用户同时通信。
然而，随着人们对数据通信需求的不断增长，单纯的语音通信已经无法满足需求。
这时，GPRS 技术应运而生。
GPRS，General Packet Radio Service，即通用分组无线业务，是在GSM 系统基础上发展起来的一种移动数据业务。
它实现了“永远在线”的概念，用户只要开机，就始终与网络保持连接，随时可以进行数据传输，而不需要像传统的拨号上网那样进行繁琐的连接过程。
GPRS 采用分组交换技术，将数据分成一个个小的数据包进行传输。
与 GSM 系统中的电路交换方式不同，分组交换方式更加灵活高效。
在电路交换中，通信资源在整个通信过程中被独占，即使没有数据传输，资源也被占用。
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（1）人-机接口（Sm接口）
（2）移动台与基站之间的接口（Um 接口）
（3）基站与移动交换中心之间的接 口（A接口）
（4）基站控制器与基站收发信台之 间的接口（Abis接口）
（5）移动交换中心与访问位置寄存 器之间的接口（B接口）
（6）移动交换中心与归属位置寄存 器之间的接口（C接口）
（7）归属位置寄存器与访问位置寄 存器之间的接口（D接口）
（g）定时提前（TA，Timing Advance） （h）无线资源指示 （i）测量 （j）LAPDm功能 （k）寻呼（Paging）
（l）越区切换 （m）加密 （n）移动管理与呼叫控制
（3）基站技术性能
发射频率 接收频率
（4）基站结构
（5）基站收发信台（BTS）结构
· BTS由基带、载频和控制3部分组成。
（1）原理框图
（2）基站系统功能
① 地面信道管理 ② 无线信道管理 （a）信道配置管理 （b）独立专用控制信道（SDCCH）和 业务信道（TCH）管理
跳频管理 信道选择、链路监视和信道释放 功率控制 空闲信道监测
（c）广播控制信道（BCCH）/公共控 制信道（CCCH）管理
（d）随机接入 （e）信道编码/解码 （f）码型变换/速率适配
（8）移动交换中心之间的接口（E接口）
（9）移动交换中心与设备标志寄存器 之间的接口（F接口）
（10）访问位置寄存器（VLR）之间的接口 （G接口）
· 当某个移动台使用临时移动台标志号 （TMSI）在新的。
4．数字移动网与固定网的互通
· 为了实现互通，双方都采用7号信令系统 。
5．公共陆地移动通信网（PLMN）之间 的互通
· 基站系统（Base Station System，BSS） 由可在小区内建立无线覆盖并与移动台 （MS）通信的设备组成。
① 基站控制器（Base Station Controller，BSC）
② 基站收发信台（Base Transmitter Station，BTS）
（3）移动交换中心
· 移动交换中心（Mobile Service Switching Center，MSC）对位于其服务区 内的移动台呼叫进行交换和控制，并提供 移动网与固定公众电信网的接口。
8.2.3 GSM系统的设备
1．移动台
· 移动台（MS）是能够接入GSM网络、 并得到通信服务的用户设备。
（1）移动台类型
· 移动站（台）有3种类型：车载台、便 携台和手持台。
（2）移动台配置
（3）设备特征
· 所谓设备特征是与移动台操作直接相 关的设备功能。
（4）移动台技术性能
· 移动台技术性能包括工作频率、载频 间隔、调制方式、语音编码方式、抗衰落 措施等。
② 接收机技术指标：
· 接收机的技术性能要求可以用接收机输 入端的接收信号功率电平表示，也可以用接 收天线处的信号场强表示。
· 两者可以转换，其转换关系如下式所示。
E P 20log F 77.2
（8-1）
· 接收性能可用误比特率、帧错误率和 剩余比特错误率来衡量。
（6）移动台结构
2．基站系统
工作频率 载波间隔 调制方式 语音编码 跳频速率 自适应均衡抗时延扩展能力 信道编码
（5）移动台技术指标
· 移动台技术指标包括发信机输出功率、 射频频谱、接收机灵敏度、性能等方面的 技术要求。
① 发射机技术指标 发射机输出功率控制等级 发射机输出射频频谱
图8-5 突发的时间波形
（4）归属位置寄存器
·Register，HLR）是用于移动用户管理的 数据库。
（5）访问位置寄存器
· 访问位置寄存器（Visitor Location Register，HLR）是存储用户位置信息的 动态数据库。
（6）设备标志寄存器
· 设备标志寄存器（Equipment Identity Register，EIR）是存储有关移动台设备参 数的数据库。
第8章 数字蜂窝移动通信系统
8.1
引言
8.2
GSM系统
8.3 窄带CDMA系统的无线传输技术 8.4 第三代蜂窝移动通信系统
8.1 引言
8.2 GSM系统
8.2.1 GSM系统结构
1．总体结构 2．功能实体
（1）移动台
· 移动台（Mobile Station，MS）由用 户设备构成。
（2）基站系统
（7）认证中心
· 认证中心（Authentication Center， AUC）是认证移动用户的身份以及产生相 应认证参数的功能实体。
（8）操作维护中心
· 操作维护中心（Operation and Maintenance Center，OMC）是网络操作 者对全网进行监控和操作的功能实体。
3．GSM系统的接口
· 若两个PLMN的技术规范相同，则通过 MSC可直接互连。
· 若两者的结构和技术规范不相同，则在 两个网之间需设立中介接口设备，以提供应 用层的连接通道。
8.2.2 GSM业务
· GSM业务类型分为基本业务和补充业 务，基本业务分为电信业务和承载业务。
· 这样，业务类型有4种：基本电信业务； 基本电信业务加补充业务；基本承载业务； 基本承载业务加补充业务。
① 业务信道（TCH，Traffic Channel）。
· 业务信道支持各种通信模式，例如： 电路交换 分组交换
· 根据速率不同，业务信道又可分为两类。 全速率业务信道。 半速率业务信道。
· 物理层提供下述服务。 接入能力 误码检测 加密 专用物理信道建立 空闲模式时小区/PLMN选择
③ 物理层状态
空状态（NULL 搜索BCH（SEARCHING BCH 守候BCH 捕获DCH （TUNING DCH DCH操作
（2）信道及其类型
· 这里所谓的信道是逻辑信道，即接口 所规定的携带信息的通道。
3．交换分系统
· 交换分系统由移动业务交换中心 （MSC）、归属位置寄存器（HLR）、访 问位置寄存器（VLR）、设备标志寄存器 （EIR）、认证中心（AUC）、操作与维 护中心（OMC）等部分组成。
8.2.4 无线接口
1．接口协议模型
2．物理层
（1）物理层概述
① 物理层接口。 ② 物理层服务。