移动通信-第4章-GSM和CDMA数字蜂窝移动通信系统
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图4.11 基站信道组分布
4.4 移动通信的网络结构 4.4.1 基本网络结构 移动通信的基本网络结构如图4.12所示。基站（BS）与移动 交换中心（MSC）之间、移动交换中心（MSC）与市话网络 （PSTN）之间可采用有线链路（如光纤、同轴电缆、双绞线 等）也可以采用无线链路（如微波链路、毫米波链路等）。 其比特率2.048/8.448/34.368/139.264/565.148 Mbps。 一个移动通信网可由一个或若干个移动交换中心（MSC）组 成。一个移动交换中心（MSC）可由一个或若干个位置区组 成。一个基站可由一个或若干个无线小区组成。基站（BS） 主要由射频部分（射频架和收、发天线）、数据架和维护测 试架等组成。基站（BS）提供无线信道，以建立在BS覆盖范 围内与移动台（MS）的无线通道。
图4.16 移动通信的空中Байду номын сангаас口协议模型
物理层（PHL）确定无线电参数，如：频率、定时、 功率、码片、比特或时隙同步、调制解调、收发信 机性能等。物理层将无线电频谱分成若干个物理信 道，划分的方法可以按频率、时隙或码字或它们的 组合进行，如频分多址（FDMA）、时分多址 （TDMA）、码分多址（CDMA）等。物理层在介质 接入控制层（MAC）的控制下，负责数据或数据分 组的收发。 介质接入控制层（MAC）的主要功能有介质访问管 理和数据封装等。具体地讲，第一功能是选择物理 信道，然后在这些信道上建立和释放连接；第二个 功能是将控制信息、高层的信息和差错控制信息复 接成适合物理信道传输的数据分组。介质接入控制 层通过形成多种逻辑信道为高层提供不同的业务。
数据链路控制层（DLC）的主要功能是为网络层提 供非常可靠的数据链路。例如，在DECT中，将 DLC层分为两个平面：控制平面和用户平面。控制 平面为内部控制信令和有限数量的用户信息提供非 常可靠的传输链路，采用标准的链路接入步骤 （LAPC）来提供完全的差错控制。在用户平面， 提供了一组可供选择的业务，如供语音传输的透明 无差错保护的业务，具有不同差错保护的支持电路 交换模式和分组交换模式数据传输的其他业务。 网络层（NWL）主要是信令层。它确定了用于链路 控制、无线电资源管理、各种业务（呼叫控制、附 加业务、面向连接的消息业务、无连接的消息业务） 管理和移动性管理的各种功能。
移动通信系统的发展历程
移动通信系统的发展历程移动通信系统的发展历程：移动通信系统是随着科技的进步和人们对通信需求的不断增长而发展起来的。
本文将详细介绍移动通信系统的发展历程，并对每个阶段进行细化说明。
1.第一代移动通信系统（1G）第一代移动通信系统于20世纪70年代末和80年代初开始出现。
其最具代表性的技术标准为模拟蜂窝系统（AMPS）。
1G系统采用模拟信号传输，通信质量受到干扰影响较大，信号稳定性不高，容量较低，并且不能实现数据传输。
此阶段的移动通信系统主要用于语音通信。
2.第二代移动通信系统（2G）第二代移动通信系统于20世纪90年代初开始兴起，最具代表性的技术标准为数字蜂窝系统（GSM）。
2G系统采用数字信号传输，信号质量更好，容量更大，能够支持语音和短信服务，并初步实现了数据传输。
在2G时代，移动通信系统的普及率迅速增长，人们可以方便地进行远程通信。
3.第三代移动通信系统（3G）第三代移动通信系统于21世纪初开始出现，最具代表性的技术标准为宽带无线接入（WCDMA）和CDMA2000。
3G系统提供更快的数据传输速度和更稳定的信号质量，不仅支持语音和短信服务，还能够实现视频通话、移动互联网和数据传输等功能。
3G技术的应用拓宽了移动通信的应用领域。
4.第四代移动通信系统（4G）第四代移动通信系统于2010年开始商用，最具代表性的技术标准为长期演进（LTE）。
4G系统实现了更高的数据传输速度和更低的延迟，并支持更多的应用场景，如高清视频、在线游戏和大规模数据传输等。
4G技术的快速发展为移动互联网的普及和发展提供了坚实支撑。
5.第五代移动通信系统（5G）第五代移动通信系统已经开始商用，最具代表性的技术标准为新无线通信系统（NR）。
5G系统将进一步提高数据传输速度和网络容量，实现超高带宽、超低延迟和穿透力强的通信能力。
5G技术的应用将进一步推动物联网、智能城市等新兴领域的发展。
附件：本文档附带了一些相关的附件，包括移动通信系统的图表、数据统计和技术规范等，供参考和深入了解。
移动通信技术教学大纲(matlab 版实验)
《移动通信技术》教学大纲课程名称：移动通信技术（Mobile Communication）课程代码：课程类型：专业必修(考试) 适用专业：移动互联应用技术，通信技术总学时：64 理论学时：56 实验学时：8 学分：4先修课程：信号与系统、通信电子线路、通信原理一、课程性质、目的和任务移动通信技术属于专业必修课，是一门理论与实践性很强的课程。
目的是培养学生对移动通信的基本概念、基本原理和组网技术有较为全面的理解，能应用移动通信的原理与技术分析阐释常见移动通信方式中信息的发送、传输与接收原理，分析并设计一些简单的移动通信系统，熟悉移动通信系统的管理与维护。
本课程主要任务是使学生了解当前移动技术发展现状及其发展趋势，掌握移动通信技术基础知识、GSM数字蜂窝移动通信系统、CDMA数字蜂窝移动通信系统、基站等内容。
二、教学基本要求1、知识、能力、素质的基本要求了解移动通信技术基本原理、各种通信系统基本特点，掌握通信系统分析方法，熟悉通信系统组网技术，使学生具备一定的移动通信技术服务能力，能应用移动通信的原理与技术分析阐释常见移动通信方式中信息传输的发送与接收原理，应能分析设计一些简单移动通信系统，为移动通信系统的管理维护、研究和开发打下必要的理论基础和技能。
2、教学模式基本要求本课程采用理论教学为主，实验教学为辅的教学方式，理论授课方式为课堂讲授和多媒体辅助演示，实验采用Matlab仿真。
三、教学内容及要求第一章移动通信简介1、掌握移动通信的定义、特点、分类、工作方式、系统组成、多址技术、组网技术。
2、熟悉蜂窝通信技术及其信道配置、信令。
3、理解移动通信中的越区切换和位置管理。
第二章移动通信的传输信道1、掌握移动通信的电波传播特性。
2、了解移动信道的特征，能够进行电波传播路径损耗预测。
3、熟悉分集接收技术，掌握噪声及其干扰分析有关内容。
第三章 GSM移动通信系统1、掌握GSM和GPRS系统的构成及各部分主要作用。
GSM和CDMA的区别
1 GSM移动通信系统GSM是英文GlobalSystemforMobileCommunication的缩写，意思是全球移动通信系统。
GSM是数字移动通信系统的先行者，它采用数码式移动通讯技术，传输速度为9.6KBPS，使用的波段有900MHz和1800MHz，GSM 使用SIM卡。
由于GSM系统在全球许多国家之间有漫游协议，所以GSM用户能够漫游到许多国家。
目前，我国的GSM运营商有两个：中国移动通信集团公司和中国联通公司。
中国移动通信集团公司在1994年投入运营GSM数字移动通信网，网号有139、138、137、136、135；中国联通公司在1994年7月19日成立，其经营的GSM网号为130。
中国联通公司的成立，在我国根底电信业务领域引入了竞争机制，对我国电信业的改革和开展起到了积极的促进作用。
GSM系统的优势在于其覆盖范围广，在我国根本实现了全国漫游。
不仅如此，我国还与世界上50多个国家的70多家运营商开展了漫游业务，可以在全球143个国家和地区进行漫游。
GSM系统的另一个优势就是品牌型号多，高、中、低档次齐全，用户能用到的和想到的功能根本上都具备了，而且售后效劳较好，增值效劳多，如炒股、转帐、上网、交费等。
GSM系统的缺乏是通话噪音大，接通率不高，容易掉线。
2 CDMA移动通信系统CDMA是英文CodeDivisionMultipleAccess的缩写，意思是码分多址通信技术。
由于CDMA 系统采用了先进的扩频技术，使通信背景噪音大大降低，通话质量可以和固定相媲美。
CDMA 使用UIM卡，网号为133。
中国联通公司的CDMA移动通信网，在美国、日本、韩国、香港和台湾等十多个国家和地区实现国际漫游，是目前世界上最大的CDMA网络。
CDMA系统的优势在于通信技术先进，有很好的开展前景；绿色环保，CDMA系统的发射功率最高只有200mW，的辐射量只有GSM系统的千分之一，对环境影响小；通话质量可以和固定相媲美；通话不易被窃听，保密性强；上网速度快，是56K"猫"上网速度的两倍。
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电波传输方式
散射波 :由天线辐射出去得电磁波投射到 低空大气层或电离层中不均匀介质时产 生散射,其中一部份到达接收点。散射传 播距离远,但就是效率低,不易操作,使用 并不广泛。
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移动通信信号得衰落
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移动通信环境得时变性
衰落(Fading) 分为慢衰落和快衰落。 慢衰落:由阴影效应产生,一般服从正态
移动通信原理与系统
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教学重点和学习难点
教学重点:现代移动通信得基本概念、移 动信道得电波传播和信道分析、现代移 动通信系统得基本技术和网络构成、 GSM系统、窄带CDMA移动通信系统、 宽带CDMA(第三代)移动通信系统。
学习难点:
蜂窝移动通信系统得概念和建模
移动信道得基本概念和建模分析方法
互不兼容、不利于漫游、覆盖受限、业 务受限、易被窃听、不能于ISDN兼容
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移动通信得发展——数字化
模拟移动通信系统频谱利用率低、设备复杂、 价格昂贵、业务种类受限、保密性差
80年代中期～90年代末,欧洲、美国、日本等发 达国家和地区先后推出了数字移动通信系统— —第二代移动通信系统:
1992年欧洲推出商用得GSM 1991美提出得IS-54 1993日本提出得PDC 1993美国提出得IS-95(N-CDMA)
1897年,马可尼在陆地和一艘拖船上完成 莫尔斯电码无线通信实验,标志无线电通 信得开始,开创了海上通信业。
1909年马可尼获得诺贝尔物理学奖,后来享 有“无线电之父”得美誉。
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TITANIC & Mobile munication
TITANIC Tragedy Spawns Wireless 31 Advancements
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移动通信第四章抗衰落技术
▪ Turbo码：具有较强的纠错能力，但译码 复杂，时延大，适合数据业务。
▪ 奇偶校验码
K个码元
k个码元＋ L个校验码元＝N个码元
举例：设信息序列长K=3， 校验序列长L=4；输入信息比特 为{S1, S2, S3}， 校验比特为{C1, C2,C3, C4}；
校验的规则为：
Remainder
D16 D15 D2 1
= D9+D8+D7+D5+D4+D = 0·D15+0·D14+0·D13+0·D12+0·D11+0·D10+1·D9+1·D8+1·D7+0·D6+1·D5
+1·D4+0·D3+0·D2+1·D1+0
输出： 101101110000001110110010
得 到 ：C(D)
S(D) DL
Remainder
g(D)
S(D) DL
C(D) Re D21 D20 D18 D17 D16
Remainder
D16 D15 D2 1
(D7 D6 D4 D3 D)(D16 D15 D2 1) D9 D8 D7 D5 D4 D
一. 原理
4.4 均衡技术
均衡技术是指各种用来处理码间干扰的算法和实现方法。
m(t)
r(t) cp(t)
t1
t2
t3
码间串扰
如果要消除码间干扰，需要系统传输特性满足无码间串扰条 件，即奈奎斯特第一准则。
第四章 抗衰落技术
二. 无码间串扰条件
1. 频域：系统传输特性满足：
GSM与CDMA的比较
2、3GSM系统关键技术 工作频段的分配
1）.工作频段 中国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz频段： 890～915（移动台发、基站收） 935～960（基站发、移动台收） 双工间隔为45MHz，工作带宽为25MHz，载频间隔为200kHz。 随着业务的发展，可视需要向下扩展，或向1.8GHz频段的GSM1800过 渡，即1800MHz频段： 1710～1785（移动台发、基站收） 1805～1880（基站发、移动台收） 双工间隔为95MHz，工作带宽为75MHz，载频间隔为200kHz。
c.鉴权 鉴权的计算如下图所示。其中RAND是网络侧对用户的提问，只有合法 的用户才能够给出正确的回答SRES。 RAND是由网络侧AUC的随机数发生器产生的，长度为128比特，它的值 随机地在0～2128－1（成千上万亿）范围内抽取。
SRES称为符号响应，通过用户唯一的密码参数（Ki）的计算获取，长 度为32比特。 Ki以相当保密的方式存储于SIM卡和AUC中，用户也不了解自己的Ki， Ki可以是任意格式和长度的。 A3算法为鉴权算法，由运营者决定，该算法是保密的。A3算法的唯一 限制是输入参数的长度（RAND是128比特）和输出参数尺寸（SRES必 Байду номын сангаас是32比特）。
26帧的复帧：它包括26个TDMA帧（26*8BP），持续时长120ms。51个 这样的复帧组成一个超帧。这种复帧用于携带TCH（和SACCH加FACCH ）。
51帧的复帧：它包括51个TDMA帧（51*8BP），持续时长3060/13ms。 26个这样的复帧组成一个超帧。这种复帧用于携带BCH和CCCH。
d-3.密钥Kc 开始加密之前，密钥Kc必须是移动台和网络同意的。GSM中选择在鉴 权期间计算密钥Kc；然后把密钥存贮于SIM卡的永久内存中。在网络 一侧，这个“潜在”的密钥也存贮于拜访MSC/VLR中，以备加密开始 时使用。
移动通信(第五版)(章坚武)第1章教学教材
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课件制作：蔡彦
第1章 概述
由于收发频率有一定保护间隔， 提高了抗干扰能力， 中 心转信台的加入使通信区域得到了有效扩大， 因此， 这种方 式常用于组建有几个频道同时工作的专用网(专网)。
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课件制作：蔡彦
第1章 概述
2. 半双工制 图1 - 2中，通信一端(A)采用双工制，而移动台(B)采用单 工制， 这种方式称为半双工制。半双工制的优点是：① 移动 台设备简单， 价格低， 耗电少；② 收发采用不同频率， 提高 了频谱利用率； ③ 移动台受邻近电台干扰小。 其缺点是移动 台仍需按键发话，松键受话，使用不方便。 由于收发使用不同的频率， 因此移动台(B)的收发信机可 以交替工作， 也可以收常开， 只控制发， 即按下PTT发射。 半双工制主要用于移动台接入有线网(如市话网)， A作为有线 网接入点。
移动通信是指移动用户之间或移动用户与固定用户之间进 行的通信。
与其他通信方式相比， 移动通信具有以下基本特点：
(1) 电波传播条件恶劣。
(2) 具有多普勒效应。
由于移动台在运动中，所以产生多普勒频移效应，频移值fd 与移动台运动速度v、工作频率f（或波长λ）及电波到达角θ有关，
即
fd
v
cos
(1-1)
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课件制作：蔡彦
第1章 概述
2) 异频单工
异频是指通信双方使用两个不同频率f1和f2。 这种方式 中通信双方的操作仍采用“按—讲”方式。 由于收发使用不
同的频率， 因此同一部电台的收发信机可以交替工作， 也
可以收常开， 只控制发， 即按下PTT发射。 其优缺点与同
频单工基本相同。 在无中心转信台转发的情况下， 电台需
无需按PTT开关， 类同于平时打市话， 使用自然， 操作方便。 频分双工制的优点是： ① 收发频率分开， 可大大减小干扰；
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• 移动业务本地网的网路结构
全国可划分为若干个移动业务本 地网，每个移动业务本地网中应设 立一个HLR和一个或若干个移动业 务交换中心(MSC)， 还可以几个移 动业务本地网共用一个MSC。
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• 信令网路结构
在建网初期，由于国内的No.7信令网 不适宜传输MAP（移动应用部分）消息， 作为过渡，可先建立移动专用No.7信令 网。
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• GSM数字移动通信网与PSTN网相重叠。公 用电话网有它的国际出口局，而GSM数字 移动通信网却无国际出口局，国际间的 通信仍然还需借助于公用电话网的国际 局。
• 在“中国联通”GSM移动交换局所在地，联 通网和主网(邮电部门的GSM移动通信网 和PSTN网)之间各设一个网间接口局，联 通网和主网经过网间接口局连通。
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4.1.6 GSM的区域、号码、地址与识别
1. 区域定义
MSC
基站
扇区
… …
… … …
PLMN 服
位置区
扇区
务 区
MSC
基站
PLMN
位置区
PLMN：Public Land Mobile Network
公用陆地移动通信网
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2. 号码与识别 (1)国际移动客户识别码(IMSI)
GSM移动通信网给移动客户分配一个 特定的识别码。存储在客户识别模块 (SIM)、HLR、VLR中。
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(2) 临时移动客户识别码(TMSI)
为了对IMSI保密，MSC／VLR可给来访移 动客户分配一个唯一的TMSI号码，仅限 在本MSC业务区内使用。
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(3) 国际移动台设备识别码(IMEI) 唯一地识别一个移动台设备的编码，为 一个15位的十进制数数字，其结构是： 6位数字 2位数字 6位数字 l位数字
CC
NDC
SN
|---------国际移动客户ISDN号 -----------------|
|--国内有效移动客户ISDN号码 |
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(5) 位置区识别码(LAI)
位置区识别码用于移动客户的位置更新，
其号码结构是：
3位数字 2位数字 最大16bit
MCC MNC
LAC
|------------LAI-------------|
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• 1987年5月GSM成员国就数字系统采用 窄带时分多址TDMA、规则脉冲激励 线性预测RPE一LTP话音编码和高斯滤 波最小移频键控GMSK调制方式达成 一致意见
• 1991年在欧洲开通了第一个系统，将 GSM更名为“全球移动通信系统” （Globa1 system for Mobile communications）
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•移动特别小组还完成了制定 1800MHz频段的公共欧洲电信业务 的规范，名为DCSI800系统。
• 1993年我国开通了第一个数字蜂窝 移动通信网。
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4.1.2 GSM系统组成
MS：移动台; BSS: 基站子系统 NSS: 网络子系统
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4.1.3 GSM系统结构
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4.1.4 系统接口
第四章 GSM和CDMA数字蜂窝移动通 信系统
4.1 GSM系统
4.1.1 GSM历史 由于模拟系统有四大缺点： 1. 各系统间没有公共接口； 2. 很难开展数据承载业务； 3. 频谱利用率低无法适应大容量的需求； 4. 安全保密性差，易被窃听，易做“假机”。
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• 1982年北欧国家为了方便全欧洲统一使
MCC：移动客户国家码，同IMSI中的前三位数
字。
MNC：移动网号，同IMSI中的MNC。
LAC：位置区号码，为一个2字节BCD编码，
在一个GSM PLMN网中可定义65536个
不同的位置区。
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(6) 全球小区识别码(CGI)
CGI 是 用 来 识 别 一 个 位 置 区 内 的 小 区 ， 它 是在位置区识别码 (LAI)后加上一个小区 识别码(CI)，其结构是：
用移动电话，需要一种公共的系统，向 CEPT（欧洲邮电行政大会）提交了一份 建议书，要求制定900MHz频段的公共欧
洲电信业务规范。在这次大会上就成立 了一个在欧洲电信标准学会（ETSI）技 术 委 员 会 下 的 “ 移 动 特 别 小 组 ＼ Group SpecialMobile）简称“GSM”，来制定有 关的标准和建议书。
TAC FAC SNR SP TAC: 型号批准码; FAC: 工厂装配码，表示生产厂家及其
装配地。
SNR: 序号码， SP: 备用，备作将来使用。
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(3) 移动台ISDN号码(MSISDN)
主叫客户为呼叫数字公用陆地蜂窝移动通 信网中客户所需拨的号码。号码的结构 为：
CC
NDC
SN
|-----------国际移动客户ISDN号码 ----------------|
|-- 国内有效移动客户ISDN号码 --|
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• CC：国家码。我国为86。 • NDC：国内目的地码，即网路接入号，
邮电部门GSM网为139，“中国联 通公司”GSM网为130。 • SN＝客户号码，采用等长7位编号计划。 (4) 移动客户漫游号码(MSRN) (与MSISDN 结构相同）
移动客户漫游号码(MSRN)结构是：
IMSI号码结构为：
MCC(3位) MNC(1或2位) MSIN |------------国际移动客户识别 ------------|
|--国内移动客户识别 --|
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MCC: 移动国家号码，由3位数字组成，我 国为460。
MNC: 移动网号，由2位数字组成，
邮电部门GSM PLMN网为00， “中国联通公司”GSM PLMN网为0l。 MSIN: 移动客户识别码，采用等长11位 数字构成。
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• 省内GSM移动通信网的网路结构
省内设若干个移动业务汇接中心(即二 级汇接中心)。二级汇接中心可以是单独 设置的汇接中心(即不带客户，只作汇接)， 也可兼作移动端局(与基站相连，可带客 户)。省内GSM移动通信网中一般设置二 三个移动汇接局较为适宜，最多不超过 四个，每个移动端局至少应与省内两个 二级汇接中心相连。
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4.1.5 我国GSM通信网结构
采用独立网号方式来组网的。
• “中国电信” GSM网路接入号为“139”， • “中国联通” GSM网路接入号为“130”。
• 全国GSM移动电话网按大区设立一级汇接 中心、省内设立二级汇接中心、移动业 务本地网设立端局构成三级网路结构。 三级网路结构组成了一个完全独立的数 字移动通信网路。