移动通信基础知识课件.ppt

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1、2022/11/29,a,1,主讲 郭双贵,高级工程师,2022/11/29,a,2,移动通信是指通信双方或至少一方处于移动中进行信息交互的通信，即移动体与移动体、移动体与固定体之间的通信。按照移动体所处的运动区域不同，移动通信可分为陆地移动通信、海上移动通信和空中移动通信。陆地移动通信以蜂窝移动通信系统应用最为广泛，以数字蜂窝移动通信发展最为迅速，本章着重介绍数字蜂窝移动通信系统。,2022/11/29,2,2022/11/29,a,3,第一节 移动通信的特点及分类 移动通信系统由于用户的移动性，管理技术要比固定通信要复杂，移动通信网中依靠的是无线电波的传播，传播环境比有线媒质的传播特性复杂

2、，移动通信有着与固定通信不同的特点。一、移动通信的特点 1、无线电波传播环境复杂： 移动通信的电波处在特高频（3003000MHz）频段，电波传播主要方式是视距传播。电磁波在传播时不仅有直射波信号，还有经地面、建筑群等产生的反射、折射、绕射的传播，从而产生多径传播引起的快衰落、阴影效应引起的慢衰落，系统必需配有抗衰落措施，才能保证正常运行。,2022/11/29,3,2022/11/29,a,4,2、噪声和干扰严重： 移动台在移动时即受到环境噪声的干扰，又有系统干扰。由于系统内有多个用户，必须采用频率复用技术，系统就有了互调干扰、邻道干扰、同频干扰等主要的系统干扰，这就要求系统有合理的同频复用

3、规划和无线网络优化等措施。3、用户的移动性：用户的移动性和移动的不可预知性，要求系统有完善的管理技术对用户的位置进行登记、跟踪，不因位置改变中断通信。4、频率资源有限： ITU对无线频率的划分有严格规定，要设法提高系统的频率利用率。,2022/11/29,4,2022/11/29,a,5,二、移动通信的分类 1. 按服务对象分类： 公用移动通信和专用移动通信。 2. 按组网方式分类： 峰窝状移动通信、移动卫星通信、移动数据通信、公用无绳电话、集群调度电话等。 3. 按工作方式分类： 单向和双向通信方式两大类，双向通信方式可又分为单工、双工和半双工通信方式。 4. 按采用的技术分类： 分为模拟移

4、动通信系统和数字移动通信系统。,2022/11/29,5,2022/11/29,a,6,第二节 移动通信的发展历程80年代发展起来的第一代模拟移动通信系统。90年代初发展为第二代数字移动通信系统。现正在建设第三代宽带数字移动通信系统（3G）。3G以宽带多媒体移动通信为目标，数据传输速率： 高速移动环境 144kbit/s； 步行慢速移动环境 384kbit/s； 室内静态环境 2Mbit/s；3G世界三大主流标准： WCDMA、CDMA 2000、TD-SCDMA（我国提出的标准）。,2022/11/29,6,2022/11/29,a,7,第三节 数字移动通信技术一、数字调制技术数字调制是使在

5、信道上传送的信号特性与信道特性相匹配的一种技术。 模拟语音信号，经过语音编码所得到的数字信号必须经过调制才能实际传输。无线传输系统中，是利用载波来携带语音编码信号的，即用语音编码后的数字信号对载波进行调制。数字调制方式有以下几种：,2022/11/29,7,2022/11/29,a,8,移频键控（FSK）： 载波的频率按照数字信号 “1”、“0”变化而对应变化；移相键控（PSK）： 载波的相位按照数字信号“1”、“0”变化而对应变化；振幅键控（ASK）： 载波的振幅按照数字信号“1”、“0”变化而对应变化。GSM移动通信系统采用高斯预滤波最小移频键控GMSK。移动通信使用的调制技术还有： 二相

6、移相键控（BPSK）、四相移相键控（QPSK）、正交调幅（QAM）,频谱利用率较高,设计难度和成本较高。,2022/11/29,8,2022/11/29,a,9,二、多址技术 多址技术就是把多个用户接入一个传输媒质实现相互间通信时，给每个用户信号赋予不同的特征，以区分不同的用户的技术。常用的多址方式： 頻分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。GSM系统使用：频分多址（FDMA）/时分多址（TDMA）混和多址方式，即 FDMA/TDMA。3G系统多址方式使用：码分多址（CDMA)方式。,2022/11/29,9,2022/11/29,a,10,1、频分多址（FDMA）F

7、DMA是把工作频段划分成多个无线载频，每一个载频信道可以传输一路语音或控制信息，通信时不同的MS占用不同的频率信道进行通信。 FDMA的特点：（1）信道的带宽较窄（2530KHz），相邻频道要留有防护频带；（2）与TDMA系统比，FDMA系统的复杂程度低。（3）采用单路单载波（SCPC）设计，需使用高性能的射频（RF）带通滤波器来减少邻道干扰，成本较高。,2022/11/29,10,2022/11/29,a,11,2、时分多址（TDMA）TDMA是把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙，一个时隙就是一个通信信道。通信时，给每个用户分配一个时隙，使各移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发射

8、或接收信号。同一个频道就可供几个用户同时进行通信。GSM系统无线路径上采用TDMA方式，每一个载频可分成8个时隙，一个时隙为一个信道，一个载频最多可有8个移动用户同时进行通信。,2022/11/29,11,2022/11/29,a,12,如下图所示的频分多址和时分多址方式： a. FDMA b. TDMA,2022/11/29,12,2022/11/29,a,13,时分多址（TDMA）的特点 （1）TDMA系统中几个用户共享同一个载频，但每个用户使用彼此互不重叠的时隙。 （2）TDMA系统中的数据发射是不连续的，是以突发方式发射，耗电较少，移动台可在空闲的时隙里监听其他基站，使越区切换大为简化

9、。 （3）共享设备的成本低，每一载频为许多用户提供业务，用户平均成本大大低于FDMA系统。 （4）移动台复杂，它需要处理复杂的数字信号。,2022/11/29,13,2022/11/29,a,14,3、码分多址（CDMA） 移动通信中，多个用户使用的频率和时间都是相同的，而给每个移动台分配一个独立的码序列，这种用不同的正交编码序列来区分不同移动用户的通信方式，称为码分多址。码分多址（CDMA)的特点 （1）系统容量大。CDMA 无线信道容量 比 FDMA大近10倍。 （2）有很强的抑制干扰和多径衰落的能力。CDMA的扩频系统可以把多径干扰信号解扩去除。 （3）具有软容量和小区呼吸功能。系统忙时

10、只需少许增加系统噪声就可增加通话用户，即所谓软容量。小区呼吸功能是指负荷量动态控制。,2022/11/29,14,2022/11/29,a,15,（4）软切换。当移动台超越小区或扇区时，由于工作频率相同，只是地址码序列不同，不需要频率的切换，称之为软切换。软切换是先接后断切换，软切换可靠性高。 （5）存在多址干扰和远近效应。CDMA的地址码不可能完全正交，在解扩过程中必然带来用户间的干扰；CDMA的信道也采用地址码分割，并切公用载波，增加信道的同时干扰也增加。 CDMA系统通过自动功率控制减轻其影响。由于信道地址码的相互作用，任何一个信道将受到其他不同地址码信道的干扰，称为多址干扰。,2022

11、/11/29,15,2022/11/29,a,16,CDMA系统的多址干扰直接限制容量的扩大。 码分多址技术是基于以下两种扩频通信方式： （1）跳频技术 跳频技术是扩频通信中的一种，GSM系统中使用跳频技术，其主要功能是可有效地减小传播信道对某个频率的选择性衰落；可避免多径信号的干扰。 跳频分为基带跳频和射频跳频两种。 如图所示。（a）基带跳频 （b）射频跳频 （2）扩频技术,2022/11/29,16,2022/11/29,a,17,2022/11/29,17,TRXn,TRX2,TRX1,耦 合 器,基带信号,时隙交叉控制,图 1.2（a）基带跳频,2022/11/29,a,18,2022

12、/11/29,18,PN码发生器,可变频率合成器,射频调制,频率合成器,射频调制,耦 合 器,基带信令,基带信息,F0,F1-Fn,图 1.2（b）射频跳频,2022/11/29,a,19,扩频通信是将信息信号的频谱扩展后再进行传输，提高了系统的抗干扰能力，在强干扰甚至信号被噪声淹没的情况下，能保证可靠通信。 常用的扩频通信技术如下：直接扩频（DS） 将要传输的信息数据用高速伪随机码序列调制，由于伪随机序列的速率（带宽）远大于信息数据速率，使要传递信息数据信号的频谱被展宽。跳频（FH） 荷载信息的信号受伪随机序列的控制，在一组预先指定的频率上离散地跳变，从而扩展了发射信号的频谱。,2022/1

13、1/29,19,2022/11/29,a,20,三、双工方式 1、频分双工（FDD）： 收发信各占用一个频率。 优点是收、发信号同时进行，时延小，技术成熟，缺点是设备成本高。 2、时分双工（TDD）： 收发信使用同一个频率,但使用不同时隙。 优点是频谱利用灵活,上、下行使用相同的频率，传输特性相同，有利于使用智能天线,无收发间隔要求,支持不对称业务,设备成本低等。 缺点是小区半径小,抗快衰落和多普勒效应的能力低于FDD,终端移动速度不能超过120km/h。,2022/11/29,20,2022/11/29,a,21,四、频率复用技术 在移动通信系统中，频率资源有限，为提高频谱利用率，在相隔一定

14、距离后重新使用相同的频率组，这种采用同頻复用和頻率分组来提高頻率利用率方式，就是频率复用技术。实际应用中常采用 4/12 和 3/9 频率复用分组方式。即将12组頻率轮流分配到4个基站和将9组頻率轮流分配到3个基站，每个站点可用到3个频率组。频率复用会带来小区间的干扰，GSM系统要求： 同频干扰保护比 C/I9dB 邻频干扰保护比 C/I-9dB,2022/11/29,21,2022/11/29,a,22,2022/11/29,22,图 1.3 按4/12方式复用的小区示意图,2022/11/29,a,23,2022/11/29,23,图1.5 按3/9方式复用的小区示意图,2022/11/2

15、9,a,24,第四节 无线电频谱管理与使用 1、无线电频谱管理 2、移动通信的频谱特性和管理,2022/11/29,24,2022/11/29,a,25,GSM是全球第一个标准化的数字蜂窝移动通信系统，它对数字调制方式、网络结构和业务种类等进行标准化规范，GSM系统可以提供全球漫游。主要特点1、频谱效率高：采用了高效调制器、信道编码和语音编码等技术，系统具有高频谱效率。2、容量大：比TACS（模拟移动通信系统）高3-5倍3、话音质量好： 接收信号在门限值以上时，达到与有线传输相同的水平而与无线传输质量无关。,2022/11/29,25,2022/11/29,a,26,4、开放的接口： GSM系

16、统从空中接口到网络之间以及网络中各实体之间，提供的接口都是开放性的。 5、安全性高： 通过鉴权、加密和TMSI（临时用户识别码）号码的使用，实现了安全保护，鉴权用来验证用户的入网权力，加密防止有人跟踪而泄漏地理位置。 6、可与ISDN（综合业务数据网）、PSTN（公用电话网）等互连，与其它网络互连是利用现有接口。 在SIM卡基础上实现漫游，漫游是移动通信的重要特征，GSM系统可以提供全球漫游。,2022/11/29,26,2022/11/29,a,27,第一节 GSM系统的结构一、GSM系统的结构 主要由 移动台（MS）、基站子系统 （BSS）和 网络子系统（NSS）三部分组成。 GSM系统通

17、过一定的网络接口和用户连接。 其结构方框图见图2.1,2022/11/29,27,2022/11/29,a,28,2022/11/29,28,SMC,图2.1 GSM系统的结构图,2022/11/29,a,29,1.移动台（MS）： 是移动用户设备部分，由移动终端和用户识别卡(SIM)两部分组成，移动终端是“机”，SIM卡是“身份卡”，存有认证用户身份的所有信息。SIM卡还存储与网络和用户有关的管理数据，只有插入SIM卡后移动台才能接入进网。2.基站子系统（BSS）： 由基站控制器（BSC）和基站收发信机（BTS）两部分组成，是GSM系统的基本组成部分。 基站控制器（BSC）：具有对一个或多个

18、BTS进行控制的功能，主要负责无线资源管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等。 基站控制器（BSC)是一个很强的业务控制点。,2022/11/29,29,2022/11/29,a,30,基站收发信台（BTS）： 是无线接口设备，主要包括无线发射和接收设备、天线设备及信号处理部分。完成无线传输、有线与无线转换、分集、加密、跳频等。实现BTS 与 MS 之间无线传输和相关控制功能。3.网络子系统（NSS）： 由移动业物交换中心（MSC）、来访用户位置寄存器（VLR）、归属用户位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）和移动设备识别寄存器（EIR）、短消息业物中心（SMC)等单元组成。主要完成

19、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。,2022/11/29,30,2022/11/29,a,31,（1） 移动业务交换中心（MSC）：是GSM系统的核心，它一侧和 BSS接口，另一侧与外部网络接口，主要提供交换功能，MSC可以从HLR、VLR和AUC中获取有关处理用户位置登记和呼叫请求的全部数据，支持位置登记和更新、越区切换、漫游和计费功能。外部网络用户与GSM用户之间呼叫时，外部网络用户首先被接到入口移动交换中心（GMSC网关移动业务交换中心），它负责获取移动用户的位置信息，并把呼叫转移到可向被叫用户提供服务的 MSC。,2022/11/29,31,2022/11/2

20、9,a,32,（2）来访用户位置寄存器（VLR）： 是一个动态用户数据库，存储着进入其控制区域内来访的移动用户的有关数据。这些数据是从该用户的归属位置寄存器获得并暂存的，当该用户离开它的控制区域时，暂时存储的该用户数据即被删除。VLR可以看作是一个动态用户数据库。 VLR总是和MSC集成在一起的（MSC/VLR）。 （3）归属用户位置寄存器（HLR）：它也是一个数据库，存储着该GSM系统业务区内所有移动用户的有关数据。 存储的静态数据有：移动用户号码、访问能力、用户类别和补充业务等，还暂存移动用户漫游时的有关动态信息数据。,2022/11/29,32,2022/11/29,a,33,2022/

21、11/29,33,（4）鉴权中心（AUC）：用于产生为确定移动用户 的身份和对呼叫保密所需监权、加密的3个参数（随机数RAND. 响应数SRES. 密钥Kc）。 （5）移动设备识别寄存器（EIR）：也是一个数据库，存储有关移动台设备识别码（IMSI）。 通过核查白色、黑色和灰色三种清单，完成对移动设备的识别、监视、闭锁功能，以防止非法移动台的使用。 （6）短消息业务中心（SMC）：短消息业务是一 种类似传呼机的业务功能，在移动用户和移动用户之间或移动用户和固定用户之 间发送较短的信息。,2022/11/29,a,34,4. 操作维护中心（OMC） 操作维护中心，是对整个GSM网络进行控制和操作

22、。通过它实现对GSM系统内的自检、故障诊断和处理、话务量统计和计费数据的记录和传递，以及各种参数的收集、分析与显示等。 5. GSM的网络接口 如图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。 这三种接口可保证不同厂商生产的MS、BSS及NSS等设备能够纳入GSM系统中正常运行和使用。,2022/11/29,34,2022/11/29,a,35,2022/11/29,35,图2.2 GSM系统的接口,2022/11/29,a,36,1）A接口。 A接口为NSS与BSS之间的通信接口。 从系统实体来看，就是MSC与BSC之间的互连接口，其网络连接是通过采

23、用标准的2.048Mbit/s的PCM数字传输链路来实现的。A接口传送的信息包括对移动台和基站的管理、移动性及呼叫接续管理等。 2）Abis接口。 是基站子系统的BSC与BTS之间的通信接口。它是采用标准的2.048Mbit/s或64Kbit/s的PCM数字传输链路来实现。 Abis接口支持所有向用户提供的服务，支持对BTS无线设备的控制和无线资源的分配。,2022/11/29,36,2022/11/29,a,37,3）Um接口（空中接口）。 Um接口定义为 MS 和 BTS 之间的无线通信接口，是GSM系统中最重要、最复杂的接口，包含信令接口和物理接口两方面的含义。 网络子系统（NSS）内部

24、接口。 NSS内部接口有：B接口、C接口、D接口、E接口、F接口、G接口。 GSM系统与其它公用网络接口。 GSM通过移动业务交换中心 MSC 与 PSTN、ISDN等公用网络连接，一般采用No.7信令接口，其物理连接是2.048Mbit/s的PCM数字传输链路。,2022/11/29,37,2022/11/29,a,38,第二节 GSM的 TDMA 信道GSM系统的无线网络，由小区构成，每个小区有多个载频，每个载频又有8个时隙，即8个物理信道。GSM 采用 FDMA/TDMA 的混和接入方式。 下面介绍FDMA/TDMA接入方式中的无线信道。 一、TDMA 信道TDMA信道：可分为物理信道和

25、逻辑信道。物理信道：一个物理信道就是一个时隙。逻辑信道：是根据 BTS 与 MS 之间传递的消息种类不同而定义的不同逻辑信道，逻辑信道要通过BTS影射到不同的物理信道上来传送，从BTS到MS的方向称为下行链路，从MS到BTS方向称为上行链路。,2022/11/29,38,2022/11/29,a,39,逻辑信道又可分为业务信道和控制信道。1、业务信道（TCH） 用于传送数字话音或数据，还有少量控制信令。 业务信道可分为：语音业务信道和数据业务信道，在TCH中可安排慢速随路控制信道（SACCH)或快速随路控制信道（FACCH)。2、控制信道（CCH） 用于传送信令或同步数据。根据所完成的功能把

26、控制信道分为：广播信道 (BCH)、公共控制信道(CCCH)和专用控制信道 (DCCH)。（1）广播信道（BCH）：用于基站向移动台广播公用,2022/11/29,39,2022/11/29,a,40,用于基站向移动台广播公用信息。 BCH包括广播控制信道（BCCH）、频率校正信道（FCCH）和同步信道（SCH）。 它们携带的信息目标是小区内所有手机，是一点 对多点的单向的下行信道。（2）公共控制信道（CCCH）：用于传输MS接入过程中所需的控制指令。接入许可信道（AGCH）、寻呼信道（PCH）、小区广播控制信道（CBCH）和随机接入信道（RACH）。（3）专用控制信道（DCCH）：是一种双向

27、控制信道，其用途是在呼叫接续阶段以及在通信进行中，在 MS 和 BTS 之间传输必需的控制信息。 又分为SDCCH、SACCH 和 FACCH。,2022/11/29,40,2022/11/29,a,41,二、TDMA 帧结构 GSM系统TDMA的物理信道，是用帧来描述的，每一个载频被定义为一个帧。每个帧的周期是4.615ms，包括8个时隙： TS0 TS7, 每个时隙占 0.577ms。TDMA帧的编号以超高帧为周期的： 从 02715647，每2715648个TDMA帧为一个超高帧。一个超高帧由2048个超帧组成，一个超帧的帧长为6.12s，它由51业务复帧或26个控制复帧组成。,2022

28、/11/29,41,2022/11/29,a,42,第三节 话音、信道编码和交织一、话音编码 1.GSM 是全数字系统，话音或其他信号都要进行数字化处理，第一步就是要把话音模拟信号转换成数字信号。 2.PCM编码是波形编码，可分为三个步骤： 采样 量化 编码 3.采用PCM方式编码数字话信号的速率是： 8bit（一个字节） 8000次/s64Kbit/s8个时隙的速率：64kbit/s8=512kbit/s。,2022/11/29,42,2022/11/29,a,43,GSM系统若采用这种编码方式，则8个语音信道的比特率就是 64kbt/s8 512Kbit/s，GSM系统的载频间隔为200K

29、Hz,要保持在规定的频带内，必需大大降低每路语音信道的编码的比特率。4、GSM采用了规则脉冲激励长期预测编码器（RPE-LTP编码器）,来降低每路语音信道编码比特率。 这种混和编码一路数字话的比特率为 13Kbt/s； 混合编码的优点：编码速率低,语音质量好。 8路数字话的速率是：13Kbit/s8104Kbit/s,满足了无线信道带宽(200Kbit/s)的传输要求。,2022/11/29,43,2022/11/29,a,44,2022/11/29,44,图2.4 GSM话音编码器框图,2022/11/29,a,45,二、信道编码信道编码的目的 信道编码用于改善信道的传输质量，克服各种干扰因

30、素对信号产生的不良影响。是以增加比特而降低信息量为代价的。编码的基本原理 在所传送的数据上增加一些冗余比特信息，进行纠错编码，减少传输过程中比特差错率。信道编码的纠错方式 1.块卷积码：主要用于纠错，纠错效果好。 2.纠错循环码：用于检测和纠正成组的误码。 3.奇偶校验码：常用最简单的检测误码的方法。,2022/11/29,45,2022/11/29,a,46,三、交织技术无线电信道是变参信道，比特差错经常是成串发生的，这是由于持续的深衰落会影响到相继一串的比特。办法是信息中的相继比特分开，把顺序相关的比特非相关化，使突发差错信道变为离散信道，再用信道编码的纠错功能来纠正差错，这种办法就是交织

31、技术。交织可以把码字顺序相关的bit非相关化，把 m 个bit的码字分布到 n 个传输单元之中,n 越大，非相关性越好,持续误码越少,传输质量越高。 但会增加传输时延，移动台和中继电路上增加了回波抵消器，改善由时延引起的通话回音。,2022/11/29,46,2022/11/29,a,47,第四节 GSM的调制技术一、GSM调制方式 GSM采用的是高斯滤波最小移频键控GMSK。工作原理： 在保持MSK较好的频谱特性和较低的误码率基础上，在MSK之前加入一高斯滤波器，输入的基带信号经过高斯滤波器形成的高斯脉冲包络无陡峭沿、拐点，经调制后的信号比较平滑，改善了频谱特性。GMSK调制方式，改善了频谱

32、特性，加快带外衰减，满足了相邻信道干扰电平小于-60dB要求。,2022/11/29,47,2022/11/29,a,48,二、GMSK的解调可以采用正相干解调，但相干载波提取比较难。GMSK信号的解调常采用差分解调和鉴频器解调等非相干解调。,2022/11/29,48,预调制滤波器,MSK,输入,GMSK,h=0.5,图5.5 GMSK调制原理框图,2022/11/29,a,49,第五节 GSM的控制和管理 控制和管理对GSM系统的正常运行是至关重要，本节仅就位置登记和更新、鉴权与保密、呼叫接续和越区切换等控制和管理进行讨论。一、位置登记和更新 GSM为了跟踪 MS 的位置变化,对其位置信息

33、进行登记、删除和更新的过程。二、鉴权与加密 GSM系统为了保证安全，采取了鉴权与加密。 1.鉴权：确认 MS 的合法性。 2.加密：防止第三者窃听。,2022/11/29,49,2022/11/29,a,50,3.设备识别码（IMEI) 每个移动台均有一个惟一的设备识别码 IMEI，EIR中存储了所有入网移动台设备的IMEI，目的是确保系统中使用的设备不是盗用或非法的。 EIR中存有3种名单：即白名单（合法）、黑名单（禁用）、灰名单（由运营商决定）。4.临时识别码（TMSI） 是为防止非法监听或盗用用户识别码 IMSI，在无线链路上需要传送IMSI时，均用临时用户识别 码TMSI代替IMSI。

34、 由 MSC/VLR 分配并定期更换TMSI,在无线信道上传送的是TMSI,确保了IMSI的安全性。,2022/11/29,50,2022/11/29,a,51,三、GSM用户呼叫接续过程 1、移动用户主叫固定用户： 移动台在 “ 随机信道RACH ”向基站发出 “信道请求” 信息，若BS接收成功，给 MS 分配一个“ 专用接入信道 DCCH ”，即在“准许接入信道 AGCH ”上，向MS发出“立刻分配”指令。 MS在发起呼叫的同时，设置一定时器，在规定的时间内可重复呼叫。 MS 收到 “ 立即分配 ”的信令后，利用分配的DCCH与 BS 建立起信令链路，经 BS 向 MSC 发送“ 业务请求

35、信息 ”。 MSC向VLR发送“开始接入请求”应答信令，VLR收到后，经MSC和BS向MS发出“鉴权请求”，其中包含一随机数（RAND），MS按鉴权算法A3进行处理后，向MSC发回“鉴权”响应信息。,2022/11/29,51,2022/11/29,a,52,若鉴权通过，承认MS的合法性，VLR就给MSC发送“置密模式”信息，由 MSC 经 BS 向 MS 发送“置密模式”指令。 MS 收到并完成置密后，要向 MSC 发送“置密模式完成”的相应信息，经鉴权、置密完成后，VLR才向 MSC 作出“开始接入请求”应答。 为了保护 IMSI 不被监听或盗用，VLR 将给 MS分配一个新的TMSI。

36、接着 MS 向 MSC 发出“建立呼叫请求”，MSC收到后，向 VLR 发出指令，要求它传送建立呼叫所需的信息。,2022/11/29,52,2022/11/29,a,53,如果成功，MSC 即向 MS 发送“呼叫开始”的指令，并向 BS 发出分配无线业务信道的“信道指配”指令。 如果 BS 有空闲“ 业务信道 TCH ”，即向 MS 发出“ 信道指配 ” 指令，当 MS 得到业务信道时，向 BS 和 MSC 发送“ 信道指配完成 ”的信息。 MSC 在无线链路和地面有线链路建立后，把呼叫接续到固定网络，并和被叫的固定用户建立连接，然后给 MS 发送回铃音。 当被叫固定用户摘机后，MSC 向

37、BS和 MS 发送“连接”指令，待 MS 发回 “ 连接 ”确认后，即转入通话状态，完成整个接续过程。,2022/11/29,53,2022/11/29,a,54,2、固定用户主叫移动用户： 固定用户向移动用户拨出号码后发起呼叫后，固定网络把呼叫接续到就近入口移动交换中心 GMSC。 GMSC即向相应的 HLR 查询路由信息，HLR 在保存的用户位置数据库中，查出被叫 MS 所在的地区，并向该区 VLR 查询该 MS 的漫游号码MSRN，VLR 把该 MS 的 MSRN 送到 HLR,并转发给查询路由信息的GMSC。 GMSC 即把呼叫接续到被叫 MS 所在地区的移动交换中心 VMSC。 VM

38、SC 向该 VLR 查询有关的“ 呼叫参数 ”，获得成功后，再向相关的基站BS 发出“ 寻呼请求 ”。,2022/11/29,54,2022/11/29,a,55,基站控制器 BSC 根据 MS 所在的小区，确定所用的收发台 BTS，在“ 寻呼信道BCH ”上发送此“ 寻呼要求 ” 信息。MS 收到寻呼请求信息后，在“ 随机信道 RACH ”向 BS 发送“ 信道请求 ”，由 BS 分配“专用控制信道 DCCH ”，在“公用控制信道CCCH ”上给 MS 发送“ 立即分配 ” 指令。MS 利用分配到的 DCCH 与 BS 建立起信令链路，然后向 VMSC 发回 “ 寻呼 响应 ”。 VMSC接

39、到 MS 的 “ 寻呼相应 ”后，向 VLR 发送“ 开始接入请求 ”，按着启动常规的“鉴权”和“置密模式”的过程之后，VLR 即向 VMSC 发回“ 开始接入应答 ” 和 “ 完成呼叫 ” 的请求。,2022/11/29,55,2022/11/29,a,56,VMSC 向 BS 及 MS 发送“呼叫建立”的信令。 被叫 MS 收到信令后，向 BS和VMSC 发回“呼叫证实” 信息，表明 MS 已可进入通信状态。 VMSC收到 MS 的“呼叫证实”信息后，向 BS发出信道 “指配请求”，要求BS给MS分配无线“业务信道TCH”，接着，MS 向BS及VMSC发回“指配完成”响应和回铃音，VMSC

40、 向固定用户发送 “连接完成” 信息。 被叫MS摘机时，向 VMSC 发送“连接”信息。VMSC 向主叫固定用户发送 “拨号应答” 信息，并向MS发送 “连接” 确认信息，整个接续过程全部完成。,2022/11/29,56,2022/11/29,a,57,四、越区切换 越区切换是指通信期间，当 MS从一个小区进入另一个小区时，网络进行实时控制把 MS 在原小区所用的信道转换到新小区的某一信道的过程。 1、同一个 BSC、不同 BTS之间的切换，包括不同扇区的切换； 2、同一个 MSC/VLR、不同 BSC 之间的切换； 3、不同的 MSC/VLR 之间的切换。GSM系统采取了移动台辅助切换法（

41、MAHO）,MS测量本基站和周围基站的信号强度,把测得的结果送给MSC分析和处理,从而作出越区切换的决定。如果不能进行切换,BS会向MS发出拒绝切换的决定。,2022/11/29,57,2022/11/29,a,58,第六节 GPRS 系统 GPRS是通用分组无线业务的英文简写，是GSM向3G演进的第一阶段，GPRS 也称为 2.5 G 。一、特点： （1）GPRS数据传输速率可达100kbit/s以上，比GSM网的数据传输速率9.6Kbit/s 高的多。 实际的非对称速率只有14-43kbit/s ，但仍使图片、视频等多媒体业务的应用成为现实。 （2）GPRS采用分组交换技术，网络信道只在用

42、户需要时分配，提高了信道利用率，充分利用了网络资源。 （3）GPRS用户访问互联网时，保持着逻辑上的连接，可使GPRS用户“实时在线”,按用户下载流量计费。,2022/11/29,58,2022/11/29,a,59,二、GPRS的网络结构 （1）在 GSM 网络基础上：增加 SGSN（GPRS服务支持节点）和 GGSN（GPRS网关支持节点）两个节点，构成了移动分组数据网络。 如图2.10所示。 （2）SGSN 的功能：类似于MSC，与MSC同一级别，记录移动台当前的位置信息，执行安全功能和接入控制，在MS和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。 （3）GGSN 的功能：是网关作用，可以

43、和多种不同的数据网连接，如 ISDN、LAN、PSPDN 等，GPRS 提供了移动网到 TCP/IP 或 X.25 的网络接口。 可把 GPRS网络 看作是一个 IP子网。,2022/11/29,59,2022/11/29,a,60,2022/11/29,60,图2.10 GPRS的网络结构,2022/11/29,a,61,三、GPRS的网络接口和参考点 （1）Um接口： 无线空中接口，射频部分与 GSM 相同，逻辑信道增加了分组信道 PDCH, 采用了4种新的编码方式，并支持多时隙传输方式，最多可传输8个时隙。 （2）Gb接口： SGSN与BSS之间的接口。 Gb接口 即传送信令又传送话务信

44、息，提供流量控制，支持移动管理和会话功能，如GPRS 附着/分离、安全、路由更新、数据连接信息的激活/去活等，支持移动台分组业务经BSS到SGSN的传输。 （3）Gn接口： 同一个PLMN中的两个GSN（GPRS支持节点）之间的接口，支持用户数据和有关信令的传输，支持移动性管理。,2022/11/29,61,2022/11/29,a,62,（4）Gp接口。不同PLMN中的两个GSN的接口。Gp接口的功能与Gn相似，它还提供边缘网关（BG）、防火墙及不同PLMN间互联功能，如安全和路由等。（5）Gr接口。SGSN与HLR之间的接口。 Gr接口为SGSN提供了接入HLR并获得用户管理数据和位置信息

45、的接口，通过MAP信令进行传送,该HLR可以属于不同PLMN。（6）Gs接口。SGSN与MSC/VLR之间的接口。 是用来支持SGSN和MSC/VLR配合工作的，使SGSN可以向MSC/VLR发送MS的位置信息或接收来自MSC/VLR的寻呼信息。Gs接口能使网络为一个MS同时提供电路和分组业务服务。,2022/11/29,62,2022/11/29,a,63,（7）Gc接口。 GGSN 与 HLR之间的接口。选用Gc接口，GGSN可直接从HLR中获得MS的位置信息。（8）Gi参考点。GGSN与外部分组数据网络 IP、X.25 之间的接口参考点。GPRS可支持各种数据网络，Gi不是标准接口，是一

46、个参考点。（9）Gf接口。SGSN 与 EIR之间的接口，交换有关数据、认证 MS 的 IMSI 信息。（10）Gd接口。SMS-GMSC（短消息业务网关移动交换中心）和SGSN之间的接口，SMS-IWMSC（短消息业务互通移动交换中心）和SGSN之间的接口，可以提高SMS的使用效率。,2022/11/29,63,2022/11/29,a,64,码分多址（CDMA)系统,是在数字技术的分支扩频通信技术上发展起来的一种无线通信技术，它源自于人类对无线通信更高质量的要求，全球许多国家都已建有CDMA网络。 第一节 码分多址（CDMA)技术 码分多址（CDMA）采用的关键技术有： 扩频技术、码分多址

47、技术、信道技术、功率控制技术、切换技术等。,2022/11/29,64,2022/11/29,a,65,一、CDMA扩频通信技术 1、扩频通信的基本原理 扩频通信技术是CDMA的关键技术之一。CDMA 采用的是直接扩频： 发送端：将需传送的窄带信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使窄带数据信号的带宽被扩展，称为扩频，再经调制载波后发送出去。接收端：使用完全相同的伪随机码，与接收的被扩展的宽带信号作相关解调，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩,以实现信息通信。,2022/11/29,65,2022/11/29,a,66,发送端： 带有用户信息的窄带数据信号 d(t)，

48、通过伪随机码c(t)扩频后，在频域内被扩展成宽带频谱信号s(t),经调制载波后发射出去。 接收端： 接收机接收到的宽带信息,经载波同步解调后不仅有用户信息的宽带信号 s(t)，而且还有窄带干扰噪声n(t)。 因此，合成信号为 s(t)+ n(t) 如图3.1和图3.2所示。,2022/11/29,66,2022/11/29,a,67,对合成信号 s(t)+ n(t)解扩过程： 用同样的伪随机码c(t)进行解扩，由于伪随机码c(t)具有尖锐的自相关特性，即可认为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(

49、t)= d(t)+n(t)c(t)n(t)c(t)实际是对窄带干扰噪声的扩频操作，结果 n(t)被扩展成宽带频谱，单位频带内的噪声功率降低了，对有用信号的干扰减小了，通过带通滤波器后，宽带低功率噪声干扰大部分被滤除，只输出用户信号d(t)和滤波器带通内干扰噪声。,2022/11/29,67,2022/11/29,a,68,2022/11/29,68,2022/11/29,a,69,2022/11/29,69,图 3.2 扩频和解扩过程示意图,2022/11/29,a,70,2.处理增益和抗干扰容限 处理增益（Gp）和抗干扰容限（Mj）是扩频通信系统的两个重要指标。处理增益（Gp）：又称扩频增益

50、，它定义为扩频信号带宽（Bw）与信息带宽（Bs）之比。 即： Gp = Bw/Bs 扩频增益Gp表示扩频系统输出信噪比改善的程度，是扩频系统的一个重要指标。Gp 值越大，系统的信噪比改善程度越大，通信质量也越好。,2022/11/29,70,2022/11/29,a,71,抗干扰容限： 反映了扩频通信系统抗干扰能力，表示在保证系统所要求的信噪比（S/Nout）时，系统能够承受的最大干扰值。 就是接收机输入端能承受的干扰信号比有用信号高出的分贝数。其数学表达式为： Mj=Gp-Ls+(S/Nout) 式中：Gp为处理增益， Ls为系统损耗， S/Nout 为系统所要求的信噪比。一般要求接收机输出