1、第九章數(shù)字移動通信系統(tǒng) 9.1 GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)1. GSM系統(tǒng)的主要參數(shù)頻段：935MHz960MHz 基站發(fā)、移動臺收的頻段。 890MHz915MHz 移動臺發(fā)、基站收的頻段。頻段寬度：25MHz通信方式：全雙工載波間隔：200kHz信道分配：TDMA每載波8時隙，全速信道8個信道總速率：270.83kb/s調制方式：GMSK，調制指數(shù)0.3語音編碼：RPE-LTP 編碼數(shù)據(jù)速率：9.6kb/s抗干擾：分集接收、跳頻技術、交織技術9.1 GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)2. GSM系統(tǒng)的特點：具有漫游功能，可以實現(xiàn)國際漫游GSM是數(shù)字移動通信系統(tǒng)。除了能提供語音業(yè)務外，提供多種業(yè)務。較好的抗

2、干擾能力和保密功能。越區(qū)切換功能。GSM系統(tǒng)容量大、通話音質好。具有靈活和方便的組網(wǎng)結構。9.1 GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng) 我國無線電委員會分配給蜂窩移動通信系統(tǒng)的頻率系統(tǒng)或使用部門上行頻率(MHz)下行頻率(MHz)中國聯(lián)通CDMA825835870880中國聯(lián)通835839880884中國移動GSM室內分布系統(tǒng)885890930935中國移動GSM900890909935954中國聯(lián)通GSM900909915954960中國移動GSM18001710172018051815中國聯(lián)通GSM180017451755184018503、GSM系統(tǒng)頻率規(guī)劃大容量移動通信系統(tǒng)均采用小區(qū)制，正六邊形小區(qū)

3、酷似蜂窩，故稱為蜂窩移動通信系統(tǒng)。采用了頻率復用技術。9.2 GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng) 一、GSM系統(tǒng)的主要特征及組成 三、GSM數(shù)字移動通信的主要技術 二、雙頻GSM工作頻段 四、GPRS系統(tǒng) 五、GSM手機的電路結構1GSM：是Global System for Mobile communication（全球移動通信系統(tǒng)）的簡稱。它是由歐洲的標準化委員會設計的。80年代到90年代初，TACS系統(tǒng)是歐洲最普遍的模擬蜂窩系統(tǒng)。 一、 GSM系統(tǒng)的主要特征及組成 1988年CEPT（歐洲郵政與電信大會）頒布了GSM標準，也稱為泛歐數(shù)字蜂窩移動通信標準。 (1) 頻帶在900MHz附近(GSM900

4、)，或1800MHz附近(DCS1800)，采用中等寬度的頻帶（200KHz載波間隔）；(2) 8路時分復用；(3) 全雙工通信方式；(4) 調制方式：GMSK速率270.83kbit/s，調制指數(shù)0.3；(5) 分集接收：跳頻217跳/秒，交錯信道編碼，自適應均衡；(6) 每時隙信道比特率22.8kbit/s；(7) 數(shù)字話音傳輸速率不超過16kbit/s； 2GSM標準只對功能和接口制定了詳細規(guī)定，其主要特征如下： 數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡系統(tǒng)由三部分組成：移動臺、基站系統(tǒng)、交換系統(tǒng)，如圖所示。 1移動臺（MS）系統(tǒng)中移動臺有車載臺、便攜臺和手持臺。 移動臺設備本身由一個獨特的國際移動設備身份號(IM

5、EI)來區(qū)別。當移動臺被一個用戶使用時，它還有一個國際移動用戶身份號(IMSI)。圖 1 GSM系統(tǒng)的組成 蜂窩移動通信系統(tǒng)的基本結構MSC MSC BS HLR VLR AC MS EIR PSTNMSC 移動交換中心HLR 歸屬位置寄存器VLR 訪問者位置寄存器EIR 設備識別寄存器AC 鑒權中心MS 移動臺BS 基地站PSTN 固定公眾電信網(wǎng) OMC 操作維護中心 2基站系統(tǒng)（BSS） 基站系統(tǒng)包含兩部分：基站控制器(BSC)和基站收發(fā)信機(BTS)。通常交換系統(tǒng)中的一個MSC監(jiān)控一個或多個BSC，每個BSC控制多個BTS。 國際移動用戶身份號可做在一個用戶身份模塊(SIM)中，這樣移動

6、用戶可以插入它的身份模塊并使用符合系統(tǒng)規(guī)范的卡(SIM卡)來驅動移動臺?；究刂破魇且粋€高容量的交換機，負責系統(tǒng)與無線信道的切換、無線網(wǎng)絡資源管理等。 3交換系統(tǒng) 交換系統(tǒng)由移動業(yè)務交換中心(MSC)、原地位置寄存器(HLR)、訪問位置寄存器(VLR)、鑒權中心(AUC)、設備身份寄存器(EIR)及操作和維護中心(OMC)等組成。 基站收發(fā)機包括無線傳輸所需的各種硬件和軟件，如發(fā)射機、接收機、天線等。(1)移動交換中心(MSC) 移動交換中心是蜂窩移動通信網(wǎng)絡的核心，其主要功能是對位于本MSC控制區(qū)域內的移動用戶進行通信控制和管理。 例如： (1) 系統(tǒng)中信道的管理和分配； (2) 呼叫的處理

7、和控制； (3) 過區(qū)切換和漫游的控制； (4) 用戶位置信息的登記和管理； (5) 用戶號碼和移動設備號碼的登記和管理； (6) 服務類型的管理和控制； (7) 對用戶實施鑒權； (8)為系統(tǒng)中連接別的移動交換中心及其它公用通信網(wǎng)絡，提供鏈路接口。原地位置寄存器是用于管理移動用戶的主要數(shù)據(jù)庫。(2)原地位置寄存器(HLR) 寄存器中存儲兩種類型的數(shù)據(jù)： (1) 用戶信息用戶信息中注冊有關電信業(yè)務、傳真業(yè)務和補充業(yè)務等數(shù)據(jù)； (2) 位置信息利用位置信息系統(tǒng)能正確地選擇路由，將呼叫接通至移動臺。 系統(tǒng)將用戶數(shù)據(jù)都存放在原地位置寄存器中，對每一個注冊的移動用戶分配兩個號碼，并存儲在原地位置寄存器

8、中。分別是： 國際移動用戶身份號(IMSI)：在某一個網(wǎng)絡中每個用戶分配一個用戶身份號。 移動臺ISDN號(MSISDN)：在PSTN中的ISDN編號。(3)訪問位置寄存器(VLR) 訪問位置寄存器是用來存儲用戶來訪位置信息的數(shù)據(jù)庫。 如果移動用戶由一個訪問位置寄存器服務區(qū)移動到另外一個訪問位置寄存器服務區(qū)時，原地位置寄存器在修改該用戶的位置信息后，還要通知原來的訪問位置寄存器，刪除該移動用戶的位置信息，以便釋放訪問位置寄存器。 當一個移動用戶漫游到了一個新的移動交換中心區(qū)域時，該移動交換中心的訪問位置寄存器將向原地位置寄存器查詢該用戶有關的參數(shù)，并給該用戶分配一個新的漫游號碼(MSRN)。原

9、地位置寄存器也要修改該用戶的位置信息，準備為其它用戶呼叫此移動用戶提供路由信息。(4)鑒權中心(AUC) 鑒權中心是與原地位置寄存器連接在一起的，它為原地位置寄存器提供一個與用戶有關的并用于安全方面的鑒別參數(shù)和加密密鑰。 操作和維護中心的任務是對整個網(wǎng)絡進行監(jiān)控和操作。 設備身份寄存器是存儲移動臺設備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，移動交換中心利用設備身份寄存器來檢查用戶所使用的移動設備的有效性，防止非法使用未經(jīng)許可的移動設備入網(wǎng)。 (5)設備身份寄存器(EIR) (6)操作和維護中心(OMC) 二、雙頻GSM工作頻段 雙頻GSM使用GSM900與DCS1800兩個頻段。 GSM900頻段包括兩個25MHz帶寬

10、的子頻帶，即890915MHz以及935960MHz，DCS1800頻段包括兩個75MHz帶寬的子頻帶，即17101785MHz以及18051880MHz。如圖2所示。 GSM900所使用的兩個25MHz子頻帶中，890915MHz頻段用于用戶到基站的上行傳輸（反向鏈路），935960MHz頻段用于基站到用戶的下行傳輸（前向鏈路）。DCS1800頻段的兩個子帶也是一個用于上行，一個用于下行。圖2 雙頻GSM頻段分配 在數(shù)字蜂窩移動通信中，采用的多址技術有兩種：頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)。 三、GSM數(shù)字移動通信的主要技術在工作頻帶內，它以載波間隔200KHz進行頻分，這樣在收、

11、發(fā)各為25MHz的頻帶內，可得到124對信道。然后在每個信道（幀）中又進行時分，分成8個時隙，每個時隙對應的信道稱為物理信道。在每個時隙（物理信道）中傳輸不同的邏輯信道。如圖3所示。 1多址技術圖3 GSM系統(tǒng)的多址技術 在選擇數(shù)字調制解調技術時，要考慮到兩方面的因數(shù)：功率的有效性和頻譜的有效性。 對于功率有效的技術，它要求在相對低的載噪比(8.4dB或12dB)的情況下具有低的差錯概率（對應于10-4或10-8）。對于頻譜有效性，它應能在單位頻帶內具有高的比特率(2bit/s.Hz)。 GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)采用了GMSK調制方式。 2調制技術 根據(jù)目的不同，編碼可分為信源編碼和信道編碼兩大

12、類。信源編碼是為了提高數(shù)字信號的有效性以及為了使模擬信號數(shù)字化而采取的編碼。 信源編碼的主要任務是改進話音采樣和編碼算法，以降低信源的基本數(shù)碼率。 話音編碼技術有三類：波形編碼、參數(shù)編碼和混合編碼。 3編碼技術(1)信源編碼 參數(shù)編碼技術是以發(fā)聲機制的模型為基礎的，如線性預測編碼(LPC)、自適應編碼(APC)等，它可在低于16kbit/s的情況下，獲得較好的話音質量。 波形編碼技術是以再現(xiàn)原話音波形為目的的編碼技術。當速率在1664kbit/s范圍內時，可獲得較好的話音質量。但在低于16kbit/s時，將使話音質量迅速降低。 混合編碼技術兼有波形編碼和參數(shù)編碼的優(yōu)點，在816kbit/s的范

13、圍內，具有良好的話音質量。GSM數(shù)字蜂窩系統(tǒng)就是采用混合編碼器規(guī)則脈沖激勵-長期預測編碼(RPE-LTP)。它的比特速率為13kbit/s。 信道編碼：是為了提高數(shù)字通信的可靠性而采取的編碼。它是在數(shù)字信號進行射頻調制之前進行的。 信道編碼的目的在于使信號在接收端能夠檢查甚至糾正傳輸期間由各種干擾引起的差錯。 信道編碼與信源編碼的區(qū)別：信源編碼是為了提高傳輸效率，減少帶寬，所以盡量去減少信源的冗余度，而信道編碼是為了檢測或糾正差錯，采用了增加冗余度的辦法，也就是在原來信息碼的基礎上多加一些碼元，按照一定的代數(shù)結構或其他相關持性，利用碼間的相互關系去判斷和糾正差錯。 (2)信道編碼交織技術就是把

14、信息碼在發(fā)端加以排列組合，使信息碼相互穿插交織后再發(fā)送到信道中去。 常用的糾錯編碼有分組碼和卷積碼。信道編碼的結果是輸出一個碼字流。對于話音來說，這些碼字流字長456比特，即比特率為22.8kbit/s。交織技術的目的就是使成片或突發(fā)差錯轉換成隨機差錯。 在接收端，進行反交織，恢復成原始的碼序列后，就可以按糾正隨機錯誤的編碼來進行糾正。 4交織技術交織技術方式:第一次交織第二次交織跳頻就是發(fā)射信號時載波頻率不是固定的，而是不停地跳變。在接收端，本地振蕩的頻率也必須同步地跳變才能正確接收和解調出有用信號。 數(shù)字移動通信中采用跳頻信號的目的在于抗多徑干擾和抗衰落。 跳頻抗多徑的原理是：假設到達接收

15、機的信號有兩條路徑，一條直射波和一條折射波，二者有一定的時延差，在折射波到達接收機時，如果接收機頻率已跳到別的頻率上了，則它就不會受到遲到的多徑信號的干擾了。因此，可以排除多徑信號干擾的條件應該是頻率跳變的時間間隔要小于多徑干擾的時延差。 5跳頻技術 跳頻抗衰落的原理是：如果相鄰跳變的頻差足夠大，而產(chǎn)生頻率選擇性衰落是一種窄帶現(xiàn)象，頻差大的頻率在同一時間產(chǎn)生衰落的概率是比較小的，頻率跳變到其他頻率上時，則可繼續(xù)保持通信。在TDMA系統(tǒng)中，跳頻速率等于每秒傳輸?shù)膸瑪?shù)。GSM系統(tǒng)中每個時隙長576.9us，8個時隙為一幀，因此幀的長度為4.615ms，每秒跳頻為217次。自適應均衡技術也是一種有效

16、的抗多徑干擾的方法。所謂均衡，指的是信道均衡，也就是在接收端的信道均衡器中產(chǎn)生與信道特性相反的特性，抵消信道產(chǎn)生的干擾，從而正確的判決和恢復有用信號。均衡器基本原理是一旦能檢測到信息符號，它可對未來符號的碼間干擾在符號檢測前估計出和減去。 在GSM的建議中并未規(guī)定采用哪種均衡器，只提出均衡的時延為16us，由各生產(chǎn)廠家自行決定均衡器的結構。 6均衡技術四、GPRS系統(tǒng) 1 GPRS (General Packet Radio Service) ： 也叫通用分組無線業(yè)務，與GSM系統(tǒng)相比較有兩個重要特點：一是在GSM系統(tǒng)中引入分組交換能力，二是將速率提高到100kbits以上。它是基于GSM的移

17、動分組數(shù)據(jù)業(yè)務，面向用戶提供移動分組的IP連接。 GPRS最顯著的優(yōu)點就是能夠提供比現(xiàn)有GSM網(wǎng)9.6kbits更高的數(shù)據(jù)率，可達170kbits。 2.GPRS的優(yōu)點 GPRS能夠提供的傳輸速率最高可達170kbits，這改變了以往單一的文本形式的數(shù)據(jù)，各種圖片、話音和視頻在內的多媒體業(yè)務也可實現(xiàn)，如可視電話頻點播等，可以進行各種娛樂休閑，如移動聊天、游戲、交友等，或者多媒體業(yè)務。 (1)速率高容量大例如當用戶訪問互聯(lián)網(wǎng)時，手機就在無線信道上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。若沒有數(shù)據(jù)傳送時，手機就進入休眠狀態(tài)，手機所在的無線信道會讓給其他用戶使用，但手機與網(wǎng)絡之間仍保持著邏輯連接，一旦用戶再次訪問，手機立即

18、向網(wǎng)絡請求無線信道，不像普通撥號上網(wǎng)那樣斷線后還要重新?lián)芴柹暇W(wǎng)。(2)永遠在線(3)收費合理GPRS手機的計費是根據(jù)用戶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量而不是上網(wǎng)時間來計算。只要用戶不在網(wǎng)絡之間傳輸數(shù)據(jù)，即使一直“在線”，也無需付費。 GSM手機的電路結構可劃分為射頻部分和邏輯/音頻部分。另外，再加上一些功能電路，就組成了手機的整體電路。五、GSM手機的電路結構圖5 GSM手機原理方框圖 射頻部分一般是指手機電路的模擬射頻、中頻處理部分，它主要完成接收射頻信號到還原成模擬基帶信號，以及從模擬基帶信號到發(fā)射高頻信號的整個過程。 1.射頻部分 按照各個電路所完成的功能來分，射頻部分又可以分為接收電路、發(fā)射電路和頻率合

19、成電路。接收電路為超外差接收方式，它包括天線開關、接收濾波器、高頻放大器、混頻器、中頻濾波器、中頻放大器等等。它將935960MHz（GSM900系統(tǒng)）或者18051880MHz（DCS1800系統(tǒng)）的射頻信號經(jīng)過混頻，最后得到中頻信號，送入GMSK解調器。 發(fā)射電路包括混頻器、發(fā)射濾波器、功率放大器、功率控制器、天線開關等。它將經(jīng)GMSK調制出來的信號經(jīng)過混頻，最后變成890915MHz（GSM900系統(tǒng)）或者17101785MHz（DCS1800系統(tǒng)）的射頻信號，從天線發(fā)射出去。 頻率合成電路為接收電路和發(fā)射電路的混頻電路提供本振頻率信號，包括一本振和二本振。通常接收和發(fā)射共用一個頻率合成

20、器。頻率合成電路一般是由鎖相環(huán)電路來實現(xiàn)，如圖6所示。 圖6 鎖相環(huán)電路方框圖 邏輯/音頻部分可以分為系統(tǒng)邏輯控制和音頻信號處理兩個部分。它完成對數(shù)字信號的處理和對整機工作的管理與控制。 2.邏輯/音頻部分 邏輯控制部分是由中央處理器(CPU)和存儲器組組成。存儲器包括：SRAM（靜態(tài)隨機存儲器）、EEPROM（電可刷寫只讀存儲器）、FLASH（閃速只讀存儲器）。 音頻信號處理部分包括接收音頻信號處理和發(fā)射音頻信號處理，一般由專用的音頻數(shù)字信號處理器通過CPU控制來完成。 發(fā)射時，話筒送來的模擬語音信號在音頻部分進行PCM編碼，得到64kbit/s的數(shù)字信號，該信號先進行語音編碼、信道編碼、交

21、織、加密、GMSK調制，最后得到270kHz的模擬基帶信號，送到射頻部分進行上變頻混頻處理。 接收時，音頻部分對射頻部分送來的模擬基帶信號進行GMSK接調、Viterbi均衡器消除碼間干擾、解密和去交織，得到22.8kbit/s的數(shù)據(jù)流，接著進行信道解碼，得到13kbit/s的數(shù)據(jù)流，經(jīng)過語音解碼后，得到64kbit/s的數(shù)字信號，最后進行PCM解碼，還原模擬語音信號，驅動聽筒發(fā)聲。 功能電路包有以下幾種電路： (1)電源電路：它提供手機各個部分電路的工作電源； 3.功能電路部分 (2)時鐘電路：包括主時鐘13MHz或26MHz，實時時鐘32.768kHz； (3)顯示電路：通過串行通信，把C

22、PU送來的顯示數(shù)據(jù)進行接收，譯碼和驅動，最后把結果顯示在液晶顯示屏上； (4)卡電路：是指SIM卡電路，它也是通過串行通信和CPU之間進行數(shù)據(jù)交換； 通常手機的射頻部分，邏輯音頻部分以及電源電路、卡電路做在同一塊板上，而鍵盤、顯示屏、照明以及振鈴做在另一塊板上，兩塊板之間通過連接座連接在一起。 (6)照明：包括鍵盤照明燈和顯示照明燈； (7)振鈴、震動：手機有來電時，發(fā)出鈴聲或產(chǎn)生震動； (5)鍵盤：手機的各個數(shù)字鍵和功能鍵，通過行、列矩陣來掃描； 9.3CDMA移動通信系統(tǒng) 一、CDMA系統(tǒng)概述 二、CDMA系統(tǒng)構成一、 CDMA系統(tǒng)概述根據(jù)理論計算以及現(xiàn)場試驗表明，CDMA系統(tǒng)的信道容量是

23、模擬系統(tǒng)的1020倍，是TDMA系統(tǒng)的4倍。CDMA系統(tǒng)的高容量很大一部分因素是由于它的頻率復用系數(shù)遠遠超過其它制式的蜂窩系統(tǒng)，另外一個主要因素是它使用了話音激活和扇區(qū)化等技術。 1CDMA系統(tǒng)的主要優(yōu)點(1) 大容量和軟容量 軟切換是指當移動臺需要切換時，先與新的基站連通再與原基站切斷聯(lián)系，而不是先切斷與原基站的聯(lián)系再與新的基站連通。軟切換只能在同一頻率的信道間進行，因此，模擬系統(tǒng)、TDMA系統(tǒng)不具備這種功能。 由于CDMA系統(tǒng)中采用有效的功率控制和強糾錯能力的信道編碼，以及多種形式的分集技術，從而使基站和移動臺以非常節(jié)約的功率發(fā)射信號，延長手機電池使用時間，同時獲得了優(yōu)良的話音質量。 (2

24、) 軟切換(3) 高質量和低功率工作頻率：下行鏈路的頻率為824849MHz，上行鏈路的頻率為869894MHz，一對下行鏈路頻率和上行鏈路頻率的頻率間隔為45MHz，帶寬1.25MHz。 2主要性能指標碼片速率：1.2288Mcs；比特率：速率集1為9.6kbits，速率集2為14.4kbits，IS-95B為115.2kbits；幀長度：20ms；語音編碼器：QCELP 8kbits，EVRC 8kbits，ACELP 13kbits；功率控制：上行鏈路采用開環(huán) + 快速閉環(huán)，下行鏈路采用慢速閉環(huán)；擴展碼：Walsh + 長m序列。 3CDMA基本原理 在CDMA系統(tǒng)中，不同用戶傳輸?shù)男畔?/p>

25、是靠各自不同的編碼序列來區(qū)分的。CDMA的示意圖如圖6所示，可以看出信號在時間域和頻率域是重疊的，用戶信號是靠各自不同的編碼序列m來區(qū)分的。圖6 CDMA的示意圖 CDMA擴頻移動通信系統(tǒng)的原理示意圖如圖7所示。圖7 CDMA擴頻通信系統(tǒng)原理示意圖 擴頻通信中用的偽隨機碼常常采用m序列，這是因為它具有容易產(chǎn)生和自相關特性優(yōu)良的優(yōu)點，所謂自相關是指收發(fā)端相同的碼型容易辨認，故只有在收發(fā)端偽隨機序列相位相同時才能恢復發(fā)送信號，碼分多址技術就是利用了這一點，可以采用不同相位的相同m序列作為多址通信的地址碼。由于m序列的自相關特性與長度有關，因此，作為地址碼，其長度應盡可能長，以供更多用戶使用，同時可

26、以獲得更高的處理增益和保密性，但是又不能太長，否則不僅使電路復雜，也不利于快速捕獲與跟蹤。二、 CDMA系統(tǒng)構成CDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡結構與一般數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構基本相同，差別主要在于無線信道的構成、相關的無線接口和無線設備、特殊的控制功能等。參見圖8。從圖可見，CDMA系統(tǒng)由三大部分組成： 基站子系統(tǒng)(BSS)：含基站收發(fā)信機(BTS)和基站控制器(BSC)； 交換子系統(tǒng)(MSS)：含移動交換中心(MSC)、移動設備識別寄存器(EIR)、 訪問用戶位置寄存器(VLR)、歸屬用戶位置寄存器(HLR)、鑒權中心(AUC)、操作維護中(OMC)； 移動臺系統(tǒng)(MS)：含手持機和車載臺。 圖8

27、 CDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡結構2基站 移動臺(MS)是CDMA移動通信系統(tǒng)用戶所使用的一種物理裝置。它由射頻(RF)系統(tǒng)、中頻(1P)系統(tǒng)及基帶(DB)系統(tǒng)組成，提供用戶通往網(wǎng)絡系統(tǒng)的無線通道。1移動臺 基站(BS)是用于提供其區(qū)域用戶無線通道的一種物理裝置。BS包括三部分：用于發(fā)射、接收無線信號的基站收發(fā)信機(BTS)；用于基站(BS)控制的基站控制器(BSC)?；究刂破?BSC)的操作可以由交換系統(tǒng)中的操作維護中心(OMC)提供。 是通信所需的物理裝置。其區(qū)域內的用戶，為了初始化移動臺(MS)與 目的地的連接，移動交換中心(MSC)呼叫過程、基于時間交換的PCM及移動交換中心(MSC)資源管理都

28、在這里實現(xiàn)，歸屬管理及與公用電話網(wǎng)(PSTN)或綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(ISDN)的互聯(lián)網(wǎng)絡也是通過這里完成。 3移動交換中心4歸屬寄存器/識別中心 簡稱HLRAC，存儲和管理用戶信息，包括用戶位置和服務文件。識別數(shù)據(jù)也存在這里，這是一個寄存用戶數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。HLRAC利用公共信道N7信令直接與MSC互通。5操作維護與管理中心 簡稱OMC，是用于蜂窩網(wǎng)絡日常管理以及為網(wǎng)絡工程和規(guī)劃提供數(shù)據(jù)庫的集中化設備。通常，OMC同時管理移動交換中心(MSC)和基站(BS)，但也可配置為只負責管理由許多基站(BS)構成的無線子系統(tǒng) 。9.4第三代移動通信(簡稱3G) 一、3G標準化過程 四、3G的三大主流標準介紹

29、三、第三代移動通信系統(tǒng)的組成二、3G的特點與基本特征 3G系統(tǒng)由衛(wèi)星移動通信網(wǎng)和地面移動通信網(wǎng)所組成，形成一個對全球無縫覆蓋的立體通信網(wǎng)絡，滿足城市和偏遠地區(qū)各種用戶密度需求，將高速移動接入和基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的服務結合起來，在提高頻率利用率的同時，為用戶提供更經(jīng)濟、內容更豐富的無線通信服務。 一、3G標準化過程13G的發(fā)展 滿足對高速率數(shù)據(jù)傳輸和多媒體業(yè)務的需求是推動3G發(fā)展的主要動力。第二代移動通信系統(tǒng)主要支持語音業(yè)務，僅能提供一般的低速數(shù)據(jù)業(yè)務，速率為9.614.4kbits。改進后的第二代系統(tǒng)能夠支持幾十kbits到上百kbits的數(shù)據(jù)業(yè)務。而3G最高能夠支持2Mbits的速率，并且還在不

30、斷地發(fā)展，將來能夠支持更高的數(shù)據(jù)速率。圖10所示為第二代移動通信系統(tǒng)與3G系統(tǒng)所支持的業(yè)務速率。圖10 第二代移動通信系統(tǒng)與3G系統(tǒng)支持的業(yè)務速率 從圖11中可以看出3G系統(tǒng)所支持的從窄帶到寬帶的不同業(yè)務及其所需的信息速率的范圍。圖11 3G系統(tǒng)可提供的業(yè)務及所需的信息速率范圍 23G的標準化過程(全球) 早在1985年國際電信聯(lián)盟(1TU)就提出了3G的概念，同時建立了專門的組織機構進行研究，當時稱為未來陸地移動通信系統(tǒng)。這時第二代移動通信技術還沒有成熟，CDMA技術尚未出現(xiàn)。 在此后的10年，研究進展比較緩慢。 1996年后，研究工作取得了迅速的進展。首先，ITU于1996年為未來陸地移動

31、通信系統(tǒng)確定了正式名稱：IMT-2000，其含義為該系統(tǒng)預期在2000年以后投入使用，工作于2000MHz頻帶，最高傳輸數(shù)據(jù)速率為2000kbits。ITU所定義的IMT-2000系統(tǒng)需要具有如下的目標和要求，以提供各種不同的業(yè)務，適應不同的營運機制。 (1) 目標 IMT-2000明確提出了3G的主要目標，即實現(xiàn)移動通信網(wǎng)絡全球化、業(yè)務綜合化和通信個人化，具體包括以下幾方面：全球漫游：用戶能夠以低成本多模式終端在整個系統(tǒng)和全球漫游。適應多種環(huán)境：3G應該適應于多層小區(qū)結構，如微微小區(qū)、微小區(qū)、宏小區(qū)等，同時將地面移動通信系統(tǒng)和衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)結合在一起。提供多種業(yè)務：如高質量語音、可變速率的

32、數(shù)據(jù)、高分辨率的圖像和多媒體業(yè)務等。具有較高的頻譜利用率和較大的系統(tǒng)容量：為此，系統(tǒng)需要擁有強大的多種用戶管理能力、高保密性能和服務質量。統(tǒng)一標準：在全球范圍內，系統(tǒng)設計必須保持高度一致。在IMT-2000家族內部，以及IMT-2000與固定通信網(wǎng)絡之間的業(yè)務要相互兼容。具有較好的經(jīng)濟性能：即網(wǎng)絡投資費用，包括網(wǎng)絡建設費、系統(tǒng)設備費和用戶終端費要盡可能低，并且終端設備體積要小，耗電少，滿足通信個人化的要求。 (2) 要求 為支持高速率數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務，在各種條件下所應提供的業(yè)務速率為： -室內環(huán)境至少2Mbits； -室外步行環(huán)境至少384kbits： -室外車載運動中至少144kbits：

33、傳輸速率能夠按需分配。 上下行鏈路適應于傳輸不對稱業(yè)務的需要。 同時，3G系統(tǒng)應能夠后向兼容第二代移動通信系統(tǒng)，實現(xiàn)第二代移動通信系統(tǒng)到3G的平滑過渡。4.我國3G發(fā)展歷程1997年6 月國家八六三通信技術主題在安徽黃山發(fā)起了首次規(guī)模較大的有關寬帶移動通信系統(tǒng)技術研討會,來自國內外的著名廠商均派代表參加了本次會議。1997 年7 月中國第三代移動通信評估協(xié)調組（ChEG）成立。1998 年國家863通信技術組與郵電部第三代移動通信評估協(xié)調組聯(lián)合在香山召開了規(guī)模更為龐大的第三代移動通信研討會。1998 年6 月郵電部電信技術研究院向ITU 提交了自己的第三代移動通信建議標準TDSCDMA。199

34、8 年9 月ChEG完成了對其它國家有關提案的評估(重點針對歐洲WCDMA 和北美cdma2000) 報告，并提交ITU。1998 年11 月，國家第三代移動通信系統(tǒng)研究開發(fā)重大項目啟動,該項目的主要目標是在2000 年12 月之前，通過自主科研開發(fā)擁有一批核心專利技術，建立具有第三代移動通信基本特征的實驗系統(tǒng)，為制定我國的第三代移動通信體制標準提出建議。二、3G的特點和基本特征其主要特點概括為:（）全球普及和全球無縫漫游的系統(tǒng)。 第二代移動通信系統(tǒng)一般為區(qū)域或國家標準，而第三代移動通信系統(tǒng)是一個在全球范圍內覆蓋和使用的系統(tǒng)。它將使用共同的頻段及全球統(tǒng)一標準。1992 年世界無線電大會在2 G

35、Hz 頻段上給FPLMTS 陸地和衛(wèi)星業(yè)務分配了230 MHz 頻率, 即1 8852 025 MHz 和2 1102 200 MHz , 其中衛(wèi)星部分為1 9802 010 MHz 和2 1702 200 MHz。為了統(tǒng)一標準, 1994 年國際電聯(lián)將FPLMTS 正式改名為國際移動通信系統(tǒng)2000( International Mobile Telecommunication2000 , 簡稱IMT2000) , 它取意于工作在2 000 MHz 頻段, 在2000 年左右商用的全球移動通信系統(tǒng)。（）具有支持多媒體業(yè)務的能力，特別是支 持Internet 業(yè)務的能力?，F(xiàn)有的移動通信系統(tǒng)主要

36、以提供話音業(yè)務為主，隨著發(fā)展一般也僅能提供100kb/ s200kb/ s 的數(shù)據(jù)業(yè)務， GSM演進到最高階段的速率能力為384kb/ s。而第三代移動通信的業(yè)務能力將比第二代有明顯的改進。它應能支持話音分組數(shù)據(jù)及多媒體業(yè)務；應能根據(jù)需要，提供所需帶寬。ITU 規(guī)定的第三代移動通信無線傳輸技術的最低要求中，必須滿足以下三種環(huán)境的要求，即：快速移動環(huán)境，最高速率達144kb/ s ；室外到室內或步行環(huán)境，最高速率達384kb/ s ；室內環(huán)境，最高速率達2Mb/ s。二、3G特點和基本特征（）便于過渡、演進。由于第三代移動通信引入時，第二代網(wǎng)絡已具有相當規(guī)模，所以第三代的網(wǎng)絡一定要能在第二代網(wǎng)絡

37、的基礎上逐漸靈活演進而成，并應與固定網(wǎng)兼容。（）高頻譜效率。（）高服務質量。（）低成本。（）高保密性。二、3G特點和基本特征三、第三代移動通信的系統(tǒng)組成IMT-2000 系統(tǒng)構成見下圖 ，它主要有四個功能子系統(tǒng)構成，即核心網(wǎng)（CN）、無線接入網(wǎng)（RAN）、移動臺（MT）和用戶識別模塊（UIM）組成。分別對應于GSM 系統(tǒng)的交換子系統(tǒng)（ SSS）、基站子系統(tǒng)（BSS）、移動臺（MS）和SIM 卡。另外ITU定義了4 個標準接口，即：網(wǎng)絡與網(wǎng)絡接口(NNI) ：由于ITU 在網(wǎng)絡部分采用了“家族概念”，因而此接口是指不同家族成員之間的標準接口，是保證互通和漫游的關鍵接口。無線接入網(wǎng)與核心網(wǎng)之間的接

38、口（RAN-CN），對應于GSM 系統(tǒng)的A 接口。無線接口(UNI)用戶識別模塊和移動臺之間的接口（UIM-MT）第三代移動通信系統(tǒng)的分層結構物理層：它由一系列下行物理信道和上行物理信道組成。鏈路層：它由媒體接收控制（MAC）子層和鏈路接入控制（LAC）子層組成：MAC 子層根據(jù)LAC 子層不同業(yè)務實體的要求對物理層資源進行管理與控制，并負責提供LAC 子層業(yè)務實體所需的QoS 級別。LAC 子層負責與物理層相對獨立的鏈路管理與控制，并負責提供MAC 子層所不能提供的更高級別的QoS控制,這種控制可以通過ARQ 等方式來實現(xiàn)，以滿足來自更高層業(yè)務實體的傳輸可靠性。高層：它集OSI 模型中的網(wǎng)絡

39、層，傳輸層，會話層，表達層和應用層為一體。高層實體主要負責各種業(yè)務的呼叫信令處理，話音業(yè)務（包括電路類型和分組類型）和數(shù)據(jù)業(yè)務（包括IP 業(yè)務，電路和分組數(shù)據(jù)，短消息等）的控制與處理等。 以美國為代表的北美電信標準化組織向ITU提出的3G方案稱為CDMA2000，其核心是由高通、朗訊、摩托羅拉和北電等公司聯(lián)合提出的寬帶CDMAone技術。CMDA2000信號帶寬為1.25MHz，碼片速率1.2288Mchips；采用單載波直接序列擴頻CDMA多址接人方式；幀長20ms；調制方式為QPSK(下行)和BPSK(上行)；CDMA2000的容量是IS-95A系統(tǒng)的兩倍，可支持2Mbits以上速率的數(shù)據(jù)

40、傳輸；兼容IS-95AB。 四、3G的三大主流標準介紹 1. CDMA2000標準 2. WCDMA標準 由歐洲和日本提出，它的核心網(wǎng)絡基于GSMGPRS的演進，充分考慮了與GSM系統(tǒng)的互操作性和對GSM核心網(wǎng)絡的兼容性。WCDMA的信號帶寬為5MHz；碼片速率為3.84Mchips；采用單載波直接序列擴頻CDMA多址接人方式；幀長10ms；調制方式為QPSK(下行)和BPSK(上行)。3. TD-SCDMA標準 是我國通信發(fā)展史上第一個具有完全自主知識產(chǎn)權的國際標準，TDSCDMA系統(tǒng)的信號帶寬為1.6MHz；碼片速率為1.28Mchips；單載波直接序列擴頻時分多址+同步CDMA多址接入；

41、幀長10ms；調制方式為下行QPSK、上行BPSK；內環(huán)、外環(huán)功率控制，控制速率200次s。 WCDMA、CDMA2000、TDSCDMA這3種3G標準的比較見表1。 表1 WCDMA、CDMA2000、TDSCDMA 3種3G標準的比較表五、三個技術標準的比較 WCDMA、CDMA2000與TDSCDMA都屬于寬帶CDMA技術。寬帶CDMA進一步拓展了標準的CDMA概念，在一個相對更寬的頻帶上擴展信號，從而減少由多徑和衰減帶來的傳播問題，具有更大的容量，可以根據(jù)不同的需要使用不同的帶寬，具有較強的抗衰落能力與抗干擾能力，支持多路同步通話或數(shù)據(jù)傳輸，且兼容現(xiàn)有設備。WCDMA、CDMA2000

42、與TD-SCDMA都能在靜止狀態(tài)下提供2Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，但三者的一些關鍵技術仍存在著較大的差別，性能上也有所不同。 1、雙工模式WCDMA與CDMA2000都是采用FDD（頻分數(shù)字雙工）模式，TD-SCDMA采用TDD（時分數(shù)字雙工）模式。FDD是將上行（發(fā)送）和下行（接收）的傳輸使用分離的兩個對稱頻帶的雙工模式，需要成對的頻率，通過頻率來區(qū)分上、下行，對于對稱業(yè)務（如語音）能充分利用上下行的頻譜，但對于非對稱的分組交換數(shù)據(jù)業(yè)務（如互聯(lián)網(wǎng)）時，由于上行負載低，頻譜利用率則大大降低。TDD是將上行和下行的傳輸使用同一頻帶的雙工模式，根據(jù)時間來區(qū)分上、下行并進行切換，物理層的時隙被分為

43、上、下行兩部分，不需要成對的頻率，上下行鏈路業(yè)務共享同一信道，可以不平均分配，特別適用于非對稱的分組交換數(shù)據(jù)業(yè)務（如互聯(lián)網(wǎng)）。WCDMA與CDMA2000能夠支持移動終端在時速500公里左右時的正常通信，而TD-SCDMA只能支持移動終端在時速120公里左右時的正常通信。TD-SCDMA在高速公路及鐵路等高速移動的環(huán)境中處于劣勢。五、三個技術標準的比較 2、 碼片速率與載波帶寬WCDMA(FDD-DS)采用直接序列擴頻方式，其碼片速率為3.84Mchip/s。CDMA20001x與CDMA20003x的區(qū)別在于載波數(shù)量不同，CDMA20001x為單載波，碼片速率為1.2288Mchip/s，CDMA20003x為三載波，其碼片速率為1.228833.6864Mchip/s。TD-SCDMA的碼片速率為1.28Mchip/s。碼片速率高能有效地利用頻率選擇性分集以及空間的接收和發(fā)射分集，可以有效地解決多徑問題和衰落問題，WCDMA在這方面最具優(yōu)勢。載波帶寬方面，WCDMA采用了直接序列擴譜技術，具有5MHz的載波帶寬。CD