第六章移動無線通信技術6.1數(shù)字微波通信6.2衛(wèi)星通信6.3移動通信6.4無線局域網(wǎng)16.1數(shù)字微波通信6.1.1基本概念

微波是指頻率為300MHz～300GHz的電磁波，其對應的波長為1m～1mm。微波通信是指利用微波段電磁波進行的通信。微波波段又可細分為分米波、厘米波和毫米波。

頻段名稱頻率范圍波長范圍分米波300MHz～3GHz10～100cm厘米波3GHz～30GHz1～10cm毫米波30GHz～300GHz1～10mm21、微波通信的發(fā)展微波通信的發(fā)展可以追溯到19世紀30年代中期的模擬微波中繼通信，第一個商用的模擬無線通信系統(tǒng)工作在VHF頻段(30MHz～300MHz,超短波)，采用AM調制、傳輸12路頻分復用的模擬話音信號。40年代二戰(zhàn)期間，由于軍事用途，出現(xiàn)了UHF頻段(300MHz～3GHz)的軍用無線中繼通信系統(tǒng)，為了降低對功放的線性性能要求，系統(tǒng)采用FM方式和PPM(脈沖調制)技術。此時，由于采用的頻段低、帶寬窄，無線中繼通信系統(tǒng)的容量、規(guī)模還很小。1951年，美國紐約一舊金山成功開通了商用的微波通信線路，該微波通信線路途經(jīng)100多個站的接力，工作在4GHz頻段，帶寬為20MHz，能承載480路的模擬話音，第一次實現(xiàn)了長距離、中容量的通信。3

在隨后的二三十年間，半導體器件取代電子管，工作在2-12GHz頻段基于FM技術的中、大容量模擬微波通信系統(tǒng)迅速發(fā)展，形成覆蓋全球地面長途通信容量約1/2的規(guī)模。80年代，利用更高頻帶利用率的調制技術如16QAM，64QAM，256QAM，使數(shù)字微波通信系統(tǒng)的傳輸效率大大提高，系統(tǒng)容量達90～400Mbit/s，這個時期是微波通信系統(tǒng)的迅速發(fā)展時期。90年代后，出現(xiàn)了容量更大的數(shù)字微波通信系統(tǒng)（512QAM，1024QAM等），并且出現(xiàn)了基于SDH的數(shù)字微波通信系統(tǒng)。4

我國從“七五”期間引入微波通信系統(tǒng)建設長途通信線路。當時光纖技術、衛(wèi)星技術尚未成熟，因此長途的通信傳輸一般靠微波接力通信來完成。由于光纖技術的發(fā)展，長途傳輸干線容量大大提高，光纖已取代微波作為長途傳輸干線的主要角色，但世界上已經(jīng)存在著大量的微波通信系統(tǒng)。在未來的很長時間內，數(shù)字微波將與衛(wèi)星通信一起作為光纖通信系統(tǒng)的輔助手段。并且數(shù)字微波具有建站快、成本低、不須鋪設線路的特點。此外微波在固定寬帶接入領域也有重要應用。工作在28GHz頻段的LMDS（本地多點分配業(yè)務）已開始大量應用，數(shù)字微波通信仍具有良好的市場前景。5

微波中繼通信主要是解決城市與城市之間、地區(qū)與地區(qū)之間大容量信息的傳輸問題，用于長途電話及電視節(jié)目的傳輸。目前我國已建起了以北京為中心，連接全國各主要城市的微波中繼通信系統(tǒng)。我們每天收看到的中央電視臺的電視節(jié)目就是通過微波及衛(wèi)星通信方式傳送的。此外，一些工礦企業(yè)，如石油、電力、鐵道等部門也建立了自己的微波中繼通信專用網(wǎng)，用來傳送本部門內部的遙控、遙測及各種業(yè)務信號。62、微波通信的特點

（1）具有類似光波的特性－直線傳播。（2）微波波段的頻帶寬、通信容量大。（3）適于傳送寬頻帶信號。（4）采用中繼傳輸方式，中繼距離一般40～50km（5）抗干擾能力強，由于波長短，天線尺寸可做得很小，方向性強。76.1.2數(shù)字微波通信系統(tǒng)的組成

1、微波中繼線路的組成微波通信一般每隔50km要設一個微波中繼站。微波通信靠幾個甚至幾十個微波站進行無線電波的發(fā)射和接收，進行接力傳送達到遠距離通信的目的。微波天線安裝在鐵塔上，鐵塔的高度應保證兩個相鄰站天線滿足視距傳播的要求。由于地面的高低不平以及為了避開地面上的一些障礙物，天線塔一般高達幾十米。目前大多數(shù)的微波接力天線都是采用反射式的拋物面天線，拋物面的口徑為1～3米，形狀像一口大鍋。8

一個典型的微波中繼通信線路示意圖如圖6-1所示。它由終端站、樞紐站、分路站（也有不設分路站的）和若干個中繼站（也稱再生站）組成。圖6-1微波中繼通信線路示意圖9終端站：

處在微波通信線路的兩端，一般都設在省會以上的大城市。它將數(shù)字復用設備送來的基帶信號或從電視臺送來的電視信號，經(jīng)微波設備處理后由微波發(fā)信機發(fā)射給中繼站同時將微波接收機接收到的信號，經(jīng)微波設備處理后變成基帶信號送給數(shù)字復用設備?；蚪?jīng)數(shù)字解碼設備處理后還原成電視信號傳送給電視臺。

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樞紐站：大都設在省會以上大城市，處在微波通信線路的中間，有二條以上微波通信線路匯接的城市。這樣不僅可以進行本線路的用戶間信息交換，也可以與其他線路的用戶進行信息交換構成通信網(wǎng)。

分路站：又稱上下話路站，為了適應一些地方小容量的信息交換而設置的，設備簡單，投資小，這樣可滿足一些中小城市與省會以上城市進行信息交流，這種站型一般很少設置。中繼站：是微波通信線路數(shù)量最多的站型，一般都有幾個到幾十個。中繼站的作用是將信號進行再生、放大處理后，再轉發(fā)給下一個中繼站，以確保傳輸信號的質量。所以，中繼站又叫再生站。11為了提高系統(tǒng)的容量，一條微波中繼線路往往有幾個載波同時并行傳輸。這種多載波并行傳輸也叫多波道傳輸。雖然各個載波有自己獨立的收發(fā)信設備，但天饋線是共用的。微波站的設備包括天線、收發(fā)信機、調制器、多路復用設備以及電源設備、自動控制設備等。多個收發(fā)信機可以共同使用一個天線而互不干擾，增加微波通信系統(tǒng)的總體容量。我國的SDH數(shù)字微波設備在一條電路上，可同時傳送三萬多路數(shù)字電話(2.4Gbit/s)。122、數(shù)字微波通信系統(tǒng)的組成

數(shù)字微波通信系統(tǒng)由兩個終端站、天線饋線系統(tǒng)和中間站(中繼站)構成。136.1.3微波通信的應用與發(fā)展（1）干線光纖傳輸?shù)膫浞菁把a充，如點對點的SDH微波、PDH微波等。（2）邊遠地區(qū)和專用通信網(wǎng)。（3）城市內的短距離支線連接.在移動通信基站之間、基站控制器與基站間的互連、局域網(wǎng)之間的無線聯(lián)網(wǎng)等環(huán)境下，也廣泛應用微波通信，既可使用中小容量點對點微波，也可使用無需申請頻率的微波數(shù)字擴頻系統(tǒng)。例如，基于IEEE802.11系統(tǒng)標準的無線局域網(wǎng)工作在微波頻段，其中802.11b工作于2.4GHz，802.11a/g工作于5.8GHz。144）無線寬帶業(yè)務接入

多點分配業(yè)務（MDS）是一種固定無線接入技術，其包括運營商設置的主站和位于用戶處的子站，可以提供數(shù)十MHz甚至數(shù)GHz的帶寬，該帶寬由所有用戶共享。MDS主要為個人用戶、寬帶小區(qū)和辦公樓等設施提供無線寬帶接入，其特點是建網(wǎng)迅速但資源分配不夠靈活。MDS包括兩類業(yè)務：(a)多信道多點分配業(yè)務（MMDS），其特點是覆蓋范圍較大。(b)本地多點分配業(yè)務（LMDS），其特點是覆蓋范圍較小，但提供帶寬更為充足。156.2衛(wèi)星通信1.衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信是微波接力通信向太空的延伸，采用的是微波頻段。衛(wèi)星通信是指利用人造衛(wèi)星作為中繼站轉發(fā)無線電信號，在多個地球站之間進行的通信。由于作為中繼站的衛(wèi)星離地面很高，所以經(jīng)過一次中繼轉接之后即可進行長距離的通信。

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(1)通信距離遠,覆蓋范圍大,只要3顆地球靜止衛(wèi)星就可以基本實現(xiàn)全球的覆蓋.(2)以廣播方式工作，便于實現(xiàn)多址聯(lián)接.

(3)通信容量大，傳送的業(yè)務種類多.由于衛(wèi)星采用的射頻頻率在微波波段，可供使用的頻帶寬.（4）性能穩(wěn)定可靠.幾乎不受氣候和氣象變化的影響。就是發(fā)生磁暴甚至核爆炸的情況下，線路仍能正常工作。衛(wèi)星通信特點:17

(1)需要采用先進的空間電子技術。高增益天線、大功率發(fā)射機、低噪聲接收設備和高靈敏度調制解調器等，并且空間的電子環(huán)境復雜多變，系統(tǒng)必須要承受高低溫差大、宇宙輻射強等不利條件.(2)需要解決信號傳播時延帶來的影響由于衛(wèi)星與地面站距離遠，信號傳輸?shù)臅r延很明顯。對一些業(yè)務（如話音）來說，必須采取措施解決時延帶來的影響.(3)需要解決衛(wèi)星的姿態(tài)控制問題.衛(wèi)星通信需要解決的問題:18衛(wèi)星通信的頻率范圍一般選在微波頻段（300MHz~300GHz）。微波頻段的特點是：有較寬的頻譜，可以獲得較大的通信容量；天線增益高、尺寸?。滑F(xiàn)有的微波通信設備稍加改造就可以利用。此外，考慮到衛(wèi)星處于電離層之外的外層空間，而微波頻率恰恰能夠較容易地穿透電離層。衛(wèi)星通信使用的頻率:

19表6.2-1衛(wèi)星通信的主要工作頻段目前大部分國際通信衛(wèi)星尤其是商業(yè)衛(wèi)星使用C頻段，即6/4GHz頻段（上行頻率為6GHz，下行頻率為4GHz），轉發(fā)器帶寬為500MHz，國內區(qū)域性通信衛(wèi)星多數(shù)也應用該頻段.許多國家的政府和軍事衛(wèi)星使用X頻段,即8/7GHz.為了避免C波段的擁擠，以及地面微波網(wǎng)干擾問題，目前已開發(fā)使用Ku頻段，并用于民用衛(wèi)星和廣播衛(wèi)星業(yè)務。另外也開始使用Ka頻段.20地面站A通過定向天線向通信衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號，首先被通信衛(wèi)星內的轉發(fā)器所接收，由轉發(fā)器進行處理（如放大、變頻）后，再通過衛(wèi)星天線發(fā)回地面，被地面站B接收，完成從A站到B站之間的信號傳遞。衛(wèi)星通信大都工作于微波波段，為此，地球站天線常常采用面式天線，主要用卡塞格倫天線。天線直徑有30m、10m、5m、3m、lm等.21圖6-6通信衛(wèi)星的組成框圖22

1.衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)按衛(wèi)星運行軌道分類1低軌衛(wèi)星(LEO)：hmax＜5000Km，運行周期2～4小時；2中軌衛(wèi)星(MEO)：5000Km～20000Km，運行周期4～12小時；3高軌衛(wèi)星(HEO)：hmax＞20000Km，運行周期12小時以上。4靜止地球軌道衛(wèi)星(GEO)：hmax≈35860Km，運行周期24小時。231．移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有的技術特點

（1)系統(tǒng)龐大、構造復雜、技術要求高、站址數(shù)量多

(2)移動終端設備的體積、重量、功耗均受天線尺寸外形限制。

(3)衛(wèi)星天線波束應能適應地面覆蓋區(qū)域的變化并保持指向，用戶移動終端的天線波束應能隨用戶的移動而保持對衛(wèi)星的指向，或者是“方向性天線波束。

(4)移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的用戶鏈路，其工作頻段受到一定的限制，一般在200MHz一10GHz。

(5)因為移動終端的EIRP(有效全向輻射功率)有限，對空間段的衛(wèi)星轉發(fā)器及星上天線需專門設計，并采用多點波束技術和大功率技術以滿足系統(tǒng)的要求。

24(6)由于移動，當移動終端與衛(wèi)星轉發(fā)器間的鏈路受到阻擋時，會產生“陰影”效應，造成通信的阻斷。對此，移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)應使用戶移動終端能夠多星共視。(7)多顆衛(wèi)星構成的衛(wèi)星星座系統(tǒng)，需要建立星間通信鏈路和星上處理、星上交換。或者，需建立具有交換和處理能力的信關關口地球站。2．移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)的衛(wèi)星軌道帶來的一些特點(1)移動衛(wèi)星通信覆蓋區(qū)域的大小與衛(wèi)星軌道高度及衛(wèi)星數(shù)量有關。(2)為了實現(xiàn)全球覆蓋，需要采用多衛(wèi)星系統(tǒng)。(3)采用中、低軌道帶來的好處為傳播時延較小，服務質量提高；傳播損耗小，使手持衛(wèi)星終端易于實現(xiàn)；252、低軌道（LEO）移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)低軌道移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)是位于500Km~1500Km高度范圍的多顆衛(wèi)星組成的全球移動通信系統(tǒng)。主要優(yōu)點：1）、信號傳輸時延小。2）、地面終端設備簡單、造價低，是手持式終端的最佳方式。3）、衛(wèi)星造價低、發(fā)射容易。低軌衛(wèi)星系統(tǒng)的兩種成功的應用：銥星系統(tǒng)全球星系統(tǒng)26銥星系統(tǒng)：銥星移動通信系統(tǒng)是美國于1987年提出的第一代衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，由66顆低軌衛(wèi)星（軌道高度780km）組成，其每顆衛(wèi)星的質量670千克左右，功率為1200瓦，壽命約5年。銥星移動通信系統(tǒng)于1996年開始試驗發(fā)射，1998年11月投入使用，耗資50億美圓，每年系統(tǒng)的維護費就達幾億美元。2000年3月破產，成為通信史上的一個神話。銥星移動通信系統(tǒng)最大的技術特點是通過衛(wèi)星與衛(wèi)星之間的接力來實現(xiàn)全球通信，銥系統(tǒng)是唯一可以實現(xiàn)在兩極通話的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。使人類在地球上任何“能見到的地方”都可以相互聯(lián)絡。其最大特點就是通信終端手持化，個人通信全球化，實現(xiàn)了5個“任何”(5W)，即任何人(Whoever)在任何地點(Wherever)、任何時間(Whenever)與任何人(Whomever)采取任何方式(Whatever)進行通信。銥星移動通信系統(tǒng)為用戶提供的主要業(yè)務是：移動電話（手機）、尋呼和數(shù)據(jù)傳輸。27圖6-14“銥”系統(tǒng)的示意圖地面移動終端以L波段與衛(wèi)星相連，功率只需0.4瓦28全球星系統(tǒng)（GLOBALSTAR）福特空間公司（即現(xiàn)在的勞拉空間系統(tǒng)公司）在1986年提出為轎車提供移動衛(wèi)星通信服務的計劃，全球星于1999年第三季度開始逐漸在全球范圍內開通業(yè)務。2000年5月開始為中國地區(qū)提供服務。全球星系統(tǒng)有48顆低軌衛(wèi)星組成，軌道高度1414km，衛(wèi)星重量450kg，壽命7.5年。全球星系統(tǒng)提供的業(yè)務有：話音、數(shù)據(jù)（最高速率達9.6kbps）、短信息、傳真、緊急呼叫、語音信箱、定位及全球漫游等，其中定位和全球漫游是全球星能提供的特別業(yè)務。系統(tǒng)彌補了現(xiàn)有地面通信網(wǎng)無法全球覆蓋的不足，為現(xiàn)有通信用戶和發(fā)展中國家的廣大人口開辟了新的通信機會。2002年2月申請破產保護，2004年完成重組，至今仍提供服務。29302、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)

全球定位系統(tǒng)(GPS，GlobalPositionSystem)是利用通信衛(wèi)星進行的一種空間無線電導航系統(tǒng)。它能使位于地球表面及空間上任何位置的用戶接收到精確的定位(三維空間坐標位置)、速度和時間信號。

1.美國GPS系統(tǒng)1994年建成，有24顆低軌道衛(wèi)星，GPS保證任一用戶至少同時收到4顆以上的衛(wèi)星信號，進行無源定位，獲得三維空間的位置參數(shù)。2.中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng),約5顆靜止軌道，30顆非靜止軌道衛(wèi)星，截止2012年10月，已發(fā)射16顆衛(wèi)星。北斗系統(tǒng)具有短信功能，由終端發(fā)起定位請求。31GPS由三大部分組成：空間部分、控制部分和用戶部分。1)空間部分是GPS人造衛(wèi)星的總稱。人造衛(wèi)星的平均高度約20200Km，運行軌道是一個橢圓，地球位于該橢圓的一個焦點上；運行周期約12小時。2)控制部分是整個系統(tǒng)的核心。所有GPS衛(wèi)星所播發(fā)的用于導航定位的星歷，都是由分布在地面的5個監(jiān)控站提供的。地面系統(tǒng)負責監(jiān)測GPS信號、收集數(shù)據(jù)、計算并注入導航電文，狀態(tài)診斷、軌道修正等。3)用戶部分，它像“收音機”一樣接收、解調衛(wèi)星廣播的C/A碼信號，通過運算與每個衛(wèi)星的偽距離，求出接收機的經(jīng)度、緯度、高度和時間修正量這四個參數(shù)。(因此可容納的用戶數(shù)目沒有限制）32

GPS的每顆衛(wèi)星上裝有一部原子鐘，其穩(wěn)定度約10-13量級。它為導航信號提供時間標準。導航信號中包括衛(wèi)星星歷和時鐘性能數(shù)據(jù)。遙控監(jiān)測站接收這些信號，同時將它送給主控站。主控站處理這些數(shù)據(jù)，不斷預測和修正衛(wèi)星在不同時刻的位置數(shù)據(jù)，然后將它送往衛(wèi)星。衛(wèi)星將這些數(shù)據(jù)存儲起來，向用戶播送。目前GPS提供的定位精度優(yōu)于10米(民用)。

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GPS采用了兩種測距碼及數(shù)據(jù)碼。

(1)C/A碼(Coarse/Acquistioncode),粗測碼Gold序列，長1023位，碼速率1.023Mbit/s，偽碼周期1ms。每個衛(wèi)星的GOLD碼都不一樣，且互相間接近正交。由于碼長較短，便于捕獲。由于碼元寬，因此測量誤差大.偽碼同步精度約碼元寬度的1/100～1/10(2)P碼（precisecode）碼速率10.23Mbit/s(一個碼元寬度對應約29米)，周期266天。在C/A碼捕獲的基礎上進行捕獲。加快捕獲時間。碼寬為C/A碼的1/10，測量誤差小，又稱為精測碼。P碼同時調制在L1和L2兩個載波上，可較完善地消除電離層延遲.P碼是一種結構保密的軍用碼。一般不提供民用。

數(shù)據(jù)碼：導航電文,包含衛(wèi)星星歷，工作狀態(tài)、時間系統(tǒng)、衛(wèi)星運行狀態(tài)、軌道攝動狀態(tài)、大氣折射校正，C/A碼捕獲P碼的導航信息。34GPS定位原理：

當同步時，可得到接收的的時間t2，同時從收到的數(shù)據(jù)中又可得到發(fā)送的時間t1。從而可以計算出距離R。所有衛(wèi)星的時基相同(系統(tǒng)時基)，并與GPS接收機時基存在誤差△。利用4顆衛(wèi)星，可測得4個距離R1、R2、R3、R4。4顆衛(wèi)星的坐標可從GPS接收到的數(shù)據(jù)中得到。有四個未知數(shù)，時基誤差△，GPS接收機的坐標(X，Y，Z)。

用戶移動速度可根據(jù)測得的GPS接收機載波的多普勒頻移求出。356.3移動通信

6.3.1基本概念

移動通信是指通信雙方至少有一方在移動中的通信。1、移動通信的特點（1）多普勒效應。（2）多徑傳播。接收信號呈現(xiàn)快而深的衰落，每隔半個波長左右的距離就發(fā)生一次，最大深度可達20～30dB。（3）陰影效應。產生慢衰落，對數(shù)正態(tài)分布，標準偏差為6～8dB，嚴重時可達20dB。36（4）遠近效應

在同一基地站覆蓋范圍內，移動臺在基地站附近時場強最大，至服務區(qū)邊緣時最小，期間的差異有幾十分貝，這種現(xiàn)象叫“遠近效應”。這就要求接收機必須有較大的動態(tài)范圍，并且各個用戶會產生干擾。（5）干擾嚴重（6）對設備要求苛刻要求設備體積小、重量輕、操作維護方便，而且要保證在有振動、沖擊、高低溫等惡劣環(huán)境下，移動臺能穩(wěn)定、可靠地工作。372、移動通信發(fā)展史

1921年美國底特律和密執(zhí)安警察廳開始使用工作在2MHz頻段的車載無線電。從20世紀40年代中期到60年代中期，美國等發(fā)達國家陸續(xù)開通了公用汽車電話業(yè)務，此時的通話主要是采用大區(qū)制的人工接續(xù)，使用電子管，可用頻道很少，設備笨重，使用不方便，不容易保密，發(fā)展緩慢，用戶總數(shù)也只有幾百個。從20世紀60年代中期到70年代中期，隨著電子技術的發(fā)展，出現(xiàn)了自動交換式的三級結構及頻率合成技術，可用頻道數(shù)增加，采用了大、中區(qū)制，使頻譜利用率有較大的增加，保密性增強，用戶日益增多。但由頻譜利用率仍不高，使許多用戶的裝機申請得不到滿足。這一時期屬于移動通信的初級階段。38

從20世紀70年代中期開始，隨著集成電路的出現(xiàn)和應用，為了解決在頻道有限的情況下，進一步提高頻譜利用率以增大系統(tǒng)容量的問題，提出了小區(qū)制大容量系統(tǒng)。該系統(tǒng)是美國貝爾實驗室最早提出來的。這種系統(tǒng)的典型代表就是蜂窩移動通信系統(tǒng)，這種系統(tǒng)有效地采用了信道頻率復用技術，它采用在同一業(yè)務區(qū)內多次重復使用可用信道組的辦法來擴大系統(tǒng)的容量。這一階段的移動通信主要是以模擬通信為代表的第一代移動通信。39

大區(qū)制是指一個城市僅有一個無線區(qū)覆蓋，此時基地站的發(fā)射功率很大，無線區(qū)覆蓋半徑約30～40km，僅適用于業(yè)務量不大的情形。其優(yōu)點是設備簡單、投資較小。缺點是難以進行頻率復用。

中區(qū)制是指無線區(qū)覆蓋半徑為20km左右，基地站數(shù)多，在相距較遠的兩個無線區(qū)中可以利用頻率。網(wǎng)絡結構較大區(qū)制復雜，投資亦大，但可容納更多的用戶。適用于專用移動通信網(wǎng)。

小區(qū)制一般指覆蓋半徑2～10km的多個無線區(qū)鏈合而成整個服務區(qū)的制式。它可實現(xiàn)信道復用，較好地解決了信道數(shù)有限而用戶數(shù)很大的矛盾。同時為減小信道干擾，發(fā)射功率很小，一般為1～3W。目前，大容量公用移動通信系統(tǒng)均采用小區(qū)制。40公用移動通信系統(tǒng)從20世紀70年代中期開始至今，一共有三代移動通信系統(tǒng)。第一代移動通信系統(tǒng)是模擬移動通信系統(tǒng)，第二代是數(shù)字移動通信系統(tǒng)，第三代是具有分組化、寬帶化、智能化的特點，能在全球實現(xiàn)個人化的移動多媒體通信業(yè)務。目前，第四代移動通信系統(tǒng)正在開始商用。

41模擬移動通信系統(tǒng)在20世紀70年代產生。1978年底，美國貝爾實驗室研制成功先進移動電話服務，建成蜂窩移動通信網(wǎng)，1983年在美國芝加哥投入商用。隨后，其他工業(yè)化國家也相繼開發(fā)出了蜂窩移動通信系統(tǒng)。這些系統(tǒng)采用頻分多址FDMA方式，都屬于模擬移動通信系統(tǒng)。20世紀80年代開始，模擬移動通信獲得了迅速發(fā)展。1981年世界上僅有五個國家建立了蜂窩移動通信系統(tǒng)；到1985年發(fā)展至十幾個國家，用戶總數(shù)為56萬多；到1991年6月用戶總數(shù)為1038萬；1992年7月用戶數(shù)達到了1797萬。我國，1987年11月，第一個模擬蜂窩移動電話系統(tǒng)(英國的TACS)在廣東省建成并投入商用。1985年，中興通訊成立，1988年，華為成立。42模擬移動通信之所以能迅速發(fā)展，其基本原因有：一、采用了多信道共用和頻率復用技術，頻率的利用率較高；二、系統(tǒng)具有越區(qū)切換、漫游功能；三、可以直撥市話、長途、國際長途；四、計費功能齊全；五、用戶使用方便。第一代模擬移動通信系統(tǒng)存在的問題：如系統(tǒng)保密性不好、設備價格高，體積大，電池的壽命短以及頻率資源的有限與用戶數(shù)不斷增加的矛盾。43第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)：數(shù)字移動通信系統(tǒng)從20世紀80年代開始研究。到20世紀90年代世界上有四種數(shù)字移動通信系統(tǒng)：一種是歐洲的GSM(GlobalSystemforMobileCommunication)系統(tǒng)；在世界上絕大多數(shù)國家使用。另一種是美國的D-AMPS系統(tǒng)，主要在美國使用。再一種是日本的JDC系統(tǒng),僅在日本使用。第四種是美國的CDMA系統(tǒng),應用范圍僅次于GSM。其中前三種是采用時分多址TDMA(TimeDivisionMultipleAccess)技術，第四種采用碼分多址CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）技術。44

從1992年開始，我國使用GSM系統(tǒng)，1994年12月底，廣東首先開通了GSM數(shù)字移動電話網(wǎng)。隨后又引進了CDMA系統(tǒng)，1997年底北京、上海、西安、廣州4個CDMA商用實驗網(wǎng)先后建成開通。

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進入20世紀90年中期，隨著網(wǎng)絡的問世和廣泛應用。對移動通信也就提出了更高要求，那就是：（1）要求移動通信也能提供綜合化的信息業(yè)務。如語音、數(shù)據(jù)、圖像等多媒體業(yè)務。（2）要求移動用戶能夠接入因特網(wǎng)，不僅能看到文本文件，還要能看到活動圖像。（3）解決巨大的移動通信市場與頻率資源有限的矛盾。（4）通信實現(xiàn)全球無縫覆蓋和全球漫游。為了解決上述問題，出現(xiàn)了2.5代及第三代移動通信技術。46

2.5代移動通信系統(tǒng)主要解決數(shù)字移動通信系統(tǒng)傳輸速率低并能直接上因特網(wǎng)的問題。GSM系統(tǒng)在原來的系統(tǒng)基礎上增加了分組無線業(yè)務GPRS部分，使原來數(shù)據(jù)傳輸速率從9.6kbit/s提高到120kbit/s。CDMA系統(tǒng)在原來系統(tǒng)的基礎上發(fā)展成CDMA1X系統(tǒng)，傳輸速率也就從9.6kbit/s升到150kbit/s左右。2.5代移動通信技術只提高了用戶數(shù)據(jù)通信的速率，加快了用戶上因特網(wǎng)的速度。要實現(xiàn)多媒體通信，必須過渡到第三代移動通信。47

第三代移動通信系統(tǒng)就是國際電信聯(lián)盟ITU在1985年提出的未來公用陸地移動通信系統(tǒng)FPLMTS。1996年更名為IMT-2000，意為工作在2000MHz頻段、在2000年之后投入商用的全球移動通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點是：1）提供全球無縫覆蓋和自動漫游。2）提供固定點2Mbit/s、步行384Kb/s、車輛行進144Kb/s、衛(wèi)星9.6Kb/s速率的多媒體通信。尤其能支持Internet業(yè)務。3）適應多種業(yè)務環(huán)境。如蜂窩、衛(wèi)星移動、PSTN、因特網(wǎng)等。4）具有全球惟一的用戶號碼。5）頻譜利用率高、容量大。6）與第二代移動通信系統(tǒng)兼容。48第三代移動通信IMT－2000的標準（1）2000年,ITU確定了W-CDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三大主流無線接口標準。2007年10月，WiMax也成為3G標準之列。（2）目前3G已開始應用，但大多數(shù)運營的仍然是2G或2.5G的移動通信系統(tǒng)。（3）三大標準間存在相互兼容的問題，并不是真正意義上的全球通信。（4）3G支持的速率還不夠高．如單載波只支持最大2Mbps的業(yè)務。實際所能提供的速率一般遠低于標稱速率，難以滿足用戶日益增長的需求。因此研制第四代移動通信系統(tǒng)。493、移動通信系統(tǒng)的組成

一個基本的蜂窩移動通信系統(tǒng)由移動臺（MS）、基站（BS）和移動電話交換中心（MSC）三部分以及連接這三部分的鏈路組成。服務區(qū)呈蜂窩狀50移動臺(MS)包括控制單元、收發(fā)信機和天線?；?BS)分布在每個小區(qū)，負責本小區(qū)內移動用戶與移動電話交換中心之間的連接，它包括控制單元、收發(fā)信機組、天饋系統(tǒng)、電源與數(shù)據(jù)終端等。移動電話交換中心(MSC)是所有基站、所有移動用戶的交換控制與管理中心，它還負責與本地電話網(wǎng)的連接、交換接續(xù)，以及對移動臺的計費?；九c移動電話交換中心之間通過微波、同軸電纜或光纜相連.移動電話交換中心通過同軸電纜或光纜與市話網(wǎng)交換局相連。516.3.2數(shù)字移動通信的基本技術1、多址技術

在移動通信中，多個用戶要同時通過一個基站與其他用戶通信，必須對不同用戶和基站之間通信的信號賦予不同的特征，使基站從眾多用戶中區(qū)分出是哪一個用戶的信號，而各用戶也能從基站發(fā)出的眾多信號中識別出哪一個信號是發(fā)給自己的。解決這個問題的辦法稱為多址技術。

多址技術的基本類型有頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）。實際中常用到這三種多址方式的混合方式.另外還有空分多址方式。52（1）頻分多址（FDMA）

頻分多址就是就是把整個可分配的頻譜劃分成若干等間隔的頻道（或稱信道），每個信道可以傳輸一路話音或控制信息。在系統(tǒng)的控制下任何一個用戶都可以接入這些信道中的任何一個。即FDMA是以不同的頻率信道實現(xiàn)通信的。模擬蜂窩系統(tǒng)是FDMA結構的一個典型例子，GSM系統(tǒng)采用了FDMA、TDMA兩種方式。53（2）時分多址（TDMA）

時分多址是在一個寬帶的無線載波上按時間（或稱為時隙）劃分為若干時分信道，每一用戶占用一個時隙，只在這一指定的時隙內收（或發(fā)）信號，故稱為時分多址。即TDMA是以不同的時隙實現(xiàn)通信的。TDMA的一個變形是在一個單頻信道上進行發(fā)射和接收，稱之為時分雙工（TDD）。其最簡單的結構就是利用兩個時隙，一個發(fā)一個收。當手機發(fā)射時基站接收，基站發(fā)射時手機接收，交替進行。54（3）碼分多址（CDMA）

碼分多址是一種利用擴頻技術所形成的不同碼序列實現(xiàn)的多址方式，即CDMA各用戶是以不同的代碼序列實現(xiàn)通信的。它不像FDMATDMA那樣把用戶的信息從頻率和時間上進行分離，而是在碼域上進行分離。有多少個互為正交的碼序列，就可以有多少個用戶同時在一個載波上通信。每個用戶都有自己唯一的代碼，根據(jù)正交性原理，接收機用相應的地址碼就能從所有其他信號的背景中恢復出原來的信息碼。55混頻解調調制功放d1S1W1f0調制功放dNSNWNf0采樣yk判決Wkf0JCDMA接收、發(fā)送系統(tǒng)方框圖56依靠智能天線實現(xiàn)SDMA通常也不是獨立使用的，而是與其他如FDMA、TDMA和CDMA等結合使用。TD－SCDMA包含了TDMA、SDMA和CDMA技術（4）空分多址（SDMA）將空間方向進行劃分。在相同時間間隙，相同頻率段，在相同地址碼情況下，根據(jù)信號在空間中的方位不同來區(qū)分不同的用戶。572、蜂窩技術

移動通信的一大限制是使用頻帶比較有限，這就限制了系統(tǒng)的容量，為了滿足越來越多的用戶需求，必須要在有限的頻率范圍盡可能地擴大它的利用率，除了采用前面介紹過的多址技術等以外還發(fā)明了蜂窩技術。58（1）蜂窩網(wǎng)的構成

將一個移動通信服務區(qū)劃分成許多小區(qū)(Cell)，每個小區(qū)設立基站，與用戶移動臺之間建立通信。正六邊形組網(wǎng)是最經(jīng)濟的方式,正六邊形的網(wǎng)絡形同蜂窩，蜂窩網(wǎng)亦由此得名。

(a)正三角形（b）正方形（c）正六邊形圖6-18小區(qū)的形狀59（2）頻率復用

頻率復用指處在不同空間位置（不同小區(qū)）上的用戶可以同時使用相同頻率的信道。即將若干個小區(qū)組成一個區(qū)群或簇(Cluster)，區(qū)群內不同的小區(qū)使用不同的頻率，另一區(qū)群對應小區(qū)可重復使用相同的頻率。不同區(qū)群中的相同頻率的小區(qū)之間將產生同頻干擾，但當兩同頻小區(qū)間距足夠大時，同頻干擾將不影響正常的通信質量。60（3）小區(qū)分裂當蜂窩移動通信系統(tǒng)服務區(qū)內的部分地區(qū)業(yè)務量增加時，分配給該部分小區(qū)的信道數(shù)量最終將不足以支持所要求的用戶數(shù)。一般采用小區(qū)分裂的辦法來增加信道數(shù)，以滿足系統(tǒng)增加容量的要求。

小區(qū)分裂是一種將擁塞的小區(qū)分成更小的小區(qū)的方法，分裂后的每個小區(qū)都有自己的基站，并相應地減低天線高度和減小發(fā)射機功率。通過設定比原小區(qū)半徑更小的新小區(qū)和在原小區(qū)間安置這些小區(qū)，使得單位面積內的信道數(shù)目增加，從而增加系統(tǒng)容量。616.3.3GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)

GSM系統(tǒng)是基于時分多址（TDMA）的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)，屬于第二代移動通信系統(tǒng)，為世界上絕大多數(shù)國家使用。1、GSM系統(tǒng)的結構GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)由移動臺（MS）、基站子系統(tǒng)（BSS）、網(wǎng)絡子系統(tǒng)（NSS）和操作維護中心（OMC）四部分組成。62GSM系統(tǒng)結構基站收發(fā)信臺移動臺基站控制器歸屬用戶位置寄存器(HLR)訪問用戶位置寄存器(VLR)鑒權中心(AUC)移動設備識別寄存器(EIR)移動交換中心(MSC)操作維護中心(OMC)短消息中心SMC63（1）移動臺（MS）

移動臺由SIM卡與機身設備組成。

SIM：SubscriberIdentityModule用戶識別模塊。SIM卡基本上是一張符合ISO標準的“智慧卡”，它包含所有與用戶有關的和某些無線接口的信息，其中也包括鑒權和加密信息。使用GSM標準的移動臺都需要插入SIM卡，只有當處理異常的緊急呼叫時，可以在不用SIM卡的情況下操作移動臺。SIM卡的應用使移動臺并非固定地縛于一個用戶，因此。GSM是通過SIM卡來識別移動電話用戶的。64（2）基站子系統(tǒng)（BSS）基站子系統(tǒng)是由基站收發(fā)信臺（BTS）和基站控制器（BSC）這兩部分的功能實體構成。BTS屬于基站子系統(tǒng)的無線部分，由基站控制器（BSC）控制，實現(xiàn)BTS與移動臺MS之間通過空中接口的無線傳輸及相關的控制功能。BTS可以直接與BSC相連接，也可以通過基站接口設備BIE采用遠端控制的連接方式與BSC相連接。BSC是基站子系統(tǒng)BSS的控制部分，提供MS與網(wǎng)絡子系統(tǒng)之間的接口管理，承擔無線信道的分配、釋放和越區(qū)切換管理。一個基站控制器根據(jù)話務量需要可以控制數(shù)十個BTS和若干無線信道。65（3）網(wǎng)絡子系統(tǒng)（NSS）NSS主要包含有GSM系統(tǒng)的交換功能和用于用戶數(shù)據(jù)與移動性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能，它對GSM移動用戶之間通信和GSM移動用戶與其它通信網(wǎng)用戶之間通信起著管理作用。

NSS由移動交換中心（MSC）、歸屬用戶位置寄存器（HLR）、訪問用戶位置寄存器（VLR）、鑒權中心（AUC）、移動設備識別寄存器（EIR）五部分功能實體構成。66①移動交換中心（MSC）MSC是整個網(wǎng)絡的核心，協(xié)調、控制整個GSM網(wǎng)絡中BSS、OMC的各個功能實體。MSC是移動通信系統(tǒng)與另一個移動通信系統(tǒng)的接口設備；也是移動通信系統(tǒng)與固定地面公眾網(wǎng)的接口設備。MSC可從三種數(shù)據(jù)庫，即歸屬用戶位置寄存器HLR、訪問用戶位置寄存器VLR和鑒權中心AUC獲取用戶位置登記和呼叫請求所需的全部數(shù)據(jù)。也能更新這些數(shù)據(jù)庫。MSC可為移動用戶提供電信業(yè)務、承載業(yè)務和補充業(yè)務；MSC還支持位置登記、越區(qū)切換和自動漫游等移動功能和其它網(wǎng)絡功能。67②歸屬用戶位置寄存器（HLR）

HLR是GSM系統(tǒng)的中央數(shù)據(jù)庫，存儲著該HLR控制的所有注冊移動用戶的相關數(shù)據(jù)。一個HLR能夠控制若干個移動交換區(qū)域以及整個移動通信網(wǎng)，所有移動用戶重要的靜態(tài)數(shù)據(jù)都存儲在HLR中，這包括移動用戶識別號碼、訪問能力、用戶類別和補充業(yè)務等數(shù)據(jù)。HLR還存儲并且為MSC提供關于移動用戶實際漫游所在的MSC區(qū)域相關動態(tài)信息數(shù)據(jù)。這樣任何入局呼叫可以即刻按選擇路徑送到被叫的用戶。68③訪問用戶位置寄存器（VLR）

VLR存儲著進入其控制區(qū)域內已登記的移動用戶相關信息，為已登記的移動用戶提供建立呼叫接續(xù)的必要條件。VLR從該移動用戶的歸屬用戶位置寄存器HLR處獲取并存儲必要的數(shù)據(jù)。一旦移動用戶離開該VLR的控制區(qū)域，則重新在另一個VLR登記，原VLR將取消臨時記錄的該移動用戶數(shù)據(jù)。因此，VLR可看作為一個動態(tài)用戶數(shù)據(jù)庫。通常VLR和MSC在同一物理實體。69④鑒權中心（AUC）

鑒權中心AUC負責管理和提供用戶合法性和安全性的保密數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)用戶鑒權，保護空中接口，防止非法用戶的假冒。AUC在歸屬用戶位置寄存器HLR的請求下產生用戶專用的一組鑒權參數(shù)，并由HLR傳給VLR。⑤移動設備識別寄存器（EIR）

EIR存儲著移動設備的國際移動設備識別碼IMEI,通過檢查白色清單、黑色清單或灰色清單三種表格，在表格中列出了準許使用的、出現(xiàn)故障需監(jiān)視的、失竊不準使用的移動設備的IMEI識別碼，使得運營部門對于不管是失竊還是由于技術故障或誤操作而危及網(wǎng)路正常運行的MS設備都能采取及時的防范措施。702、GSM系統(tǒng)主要接口

GSM系統(tǒng)的主要接口有A接口、Abis接口和Um接口。這三種接口能保證不同供應商生產的移動臺、基站子系統(tǒng)和網(wǎng)路子系統(tǒng)設備能納入同一個GSM數(shù)字移動通信網(wǎng)運行和使用。圖6-22GSM系統(tǒng)的主要接口71（1）A接口：為網(wǎng)絡子系統(tǒng)NSS與基站子系統(tǒng)BSS之間的通信接口。就是移動業(yè)務交換中心MSC與基站控制器BSC之間的互連接口。其物理鏈接采用標準的2.048Mb/sPCM來實現(xiàn)。此接口傳遞的信息包括移動臺管理、基站管理、移動性管理、接續(xù)管理等。（2）Abis接口：為基站控制器BSC和基站收發(fā)信臺BTS之間的通信接口。物理鏈接通過采用標準的2.048Mb/s或64kbit/sPCM數(shù)字鏈路來實現(xiàn)。此接口支持所有向用戶提供的服務，并支持對BTS無線設備的控制和無線頻率的分配。（3）Um接口(空中接口)：為移動臺與基站收發(fā)信臺（BTS）之間的通信接口，用于移動臺與GSM系統(tǒng)的固定部分之間的互通。此接口用于傳輸MS與網(wǎng)絡之間的信令信息和業(yè)務信息。72特性900MHz1800MHz頻率范圍上行890MHz～915MHz下行935MHz～960MHz上行1710MHz～1785MHz下行1805MHz～1880MHz頻帶寬度25MHz75MHz雙工間隔45MHz95MHz信道帶寬200KHz200KHz頻道序號n1～124(共124個信道)512～885(共374個信道)3、GSM系統(tǒng)的頻率配置

GSM包括900MHz和1800MHz兩個頻段。早期使用的是GSM900頻段，隨著業(yè)務量的不斷增大，DCS1800頻段投入使用。目前，許多地方這兩個頻段的網(wǎng)絡同時存在，構成“雙頻”網(wǎng)絡。73（1）移動用戶的ISDN號碼(MSISDN：MobileSubscriberInternationalISDN/PSTNnumber)此號碼為主叫用戶呼叫PLMN(陸上公用移動通信網(wǎng))用戶所要撥的號碼(即用戶的手機號)。其組成如下：其中，CC：CountryCode國家碼，如中國為86。NDC：NationalDestinationCode國內接入號，中國移動通信的為135～139，中國聯(lián)通的為130～134.SN：SubscriberNumber移動用戶號。典型的號碼舉例：8613904770001。CCNDCSN4、GSM網(wǎng)的編號計劃74（2）國際移動用戶識別碼（IMSI：InternationalMobileSubscriberIdentity）

此為GSM系統(tǒng)分配給移動用戶（MS）的唯一識別號(網(wǎng)絡識別SIM卡的號碼)，此碼在所有位置包括在漫游區(qū)都是有效的。典型的IMSI舉例：460-00-4777770001。（3）臨時移動用戶識別碼TMSITMSI是為了加強系統(tǒng)保密性而在VLR內分配的臨時用戶識別，它在某一VLR區(qū)域內與IMSI唯一對應。75（4）移動用戶漫游號碼MSRN與切換號碼HONMSRN(MobileSubscriberRoaming-Number)。HON(Handover-Number)

MSRN在移動被叫過程中臨時分配，用于移動交換網(wǎng)關GMSC尋址VMSC或MSCA尋址MSCB所用，在接續(xù)完成后立即釋放。它對用戶而言是不可見的。76（5）位置區(qū)識別碼LAI、全球小區(qū)識別碼CGILAI用于移動用戶的位置更新。CGI是所有GSMPLMN中小區(qū)的唯一標識，它由位置區(qū)識別LAI加上小區(qū)識別CI構成。即CGI=LAI+CI。（6）基站識別碼（BSIC）

用于識別相鄰的、采用相同載頻的、不同基站收發(fā)信臺BTS。特別是國家邊界地區(qū)采用相同載頻的相鄰BTS。（7）國際移動臺識別碼（IMEI）IMEI唯一地識別一個移動臺設備，用于監(jiān)控被竊或無效的移動設備。775、GSM無線接口的信道結構

GSM系統(tǒng)采用頻分多址（FDMA）和時分多址（TDMA）的混合模式。FDMA用于相鄰蜂窩小區(qū)之間分享頻率。

TDMA則是每載頻分8個時隙，不同用戶使用不同的時隙，所以一路載頻最多可供8個用戶同時使用。從基站收發(fā)信臺BTS到移動臺MS的方向稱為下行鏈路，相反的方向稱為上行鏈路。

GSM無線信道可分為物理信道和邏輯信道。

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物理信道：一個時隙就稱為一個物理信道。

邏輯信道：按信道中傳送的信息內容性質劃分，是指在時隙內發(fā)送的比特流（突發(fā)）構成的信道。這些邏輯信道映射到物理信道上傳送。邏輯信道又分為兩大類，業(yè)務信道和控制信道。

業(yè)務信道（TCH）用于傳送編碼后的話音或客戶數(shù)據(jù)，在上行和下行信道上，點對點(BTS對一個MS，或反之)方式傳播。

控制信道用于傳送信令或同步數(shù)據(jù)。根據(jù)所需完成的功能又把控制信道定義成廣播、公共及專用三種控制信道，79

（1）廣播信道（BCH）：由基站發(fā)向移動臺的下行信道，都是點對多點（BTS對多個MS）方式.頻率校正信道(使移動臺能調到相應頻率上)同步信道（SCH）：基站向移動臺傳送幀同步和基站識別碼信息。廣播控制信道（BCCH）：向移動臺傳送所有小區(qū)的通用信息。如位置區(qū)識別碼，小區(qū)內允許的最大輸出功率等。80（2）公共控制信道（CCCH）：用于尋呼被叫及完成移動臺所需專用控制信道的申請和分配。它分為以下三種信道。尋呼信道（PCH）：用于尋呼（搜索）MS，下行信道、點對多點方式傳播；隨機接入信道（RACH）：MS通過此信道申請分配一個獨立專用控制信道（SDCCH），作為對尋呼的響應或MS主叫/登記時的接入，上行信道、點對點方式傳播；允許接入信道（AGCH）：用于基站對移動臺的入網(wǎng)請求作出應答，即為MS分配一個獨立專用控制信道（SDCCH）或直接分配一個業(yè)務信道TCH。下行信道、點對點方式傳播。81（3）專用控制信道（DCCH）：用于傳送基站和移動臺之間的指令和信道指配等消息。它分為以下三種信道。

獨立專用控制信道（SDCCH）：用在分配業(yè)務信道TCH之前呼叫建立過程中傳送系統(tǒng)信令。

慢速隨路控制信道（SACCH）：傳送移動臺接收到的關于服務及鄰近小區(qū)的信號強度的測試報告，這對實現(xiàn)移動臺參與切換功能是必要的，它還用于MS的功率管理和時間調整。

快速隨路控制信道（FACCH）：在話音傳輸過程中如果突然需要以比SACCH所能處理的高得多的速度傳送信令信息，則借用20ms的話音（數(shù)據(jù)）幀來傳送。這一般在切換時發(fā)生。826、GSM系統(tǒng)的安全性管理

GSM系統(tǒng)主要有如下安全性措施：（1）接入網(wǎng)絡時采用了對用戶進行鑒權；（2）無線路徑上采用對通信信息加密；（3）對用戶識別碼（IMSI）采用臨時用戶識別碼（TMSI）保護；（4）對移動設備采用識別碼進行識別。GSM系統(tǒng)中鑒權和加密的過程如下：在鑒權中心AUC和用戶的SIM卡中都存儲著用戶的IMSI號碼和鑒權鍵Ki，同時還分別存儲著鑒權算法A3和加密算法A8，上述IMSI號碼、鑒權鍵Ki、算法A3和A8都是保密的，用戶本人也不知道。83對每個用戶來說，鑒權中心能不斷產生隨機數(shù)RAND，并根據(jù)算法A3和A8為每個用戶算出相應的加密鍵Kc、鑒權響應SRES和隨機數(shù)RAND三個參數(shù)組成的一組參數(shù)，再將這個參數(shù)組送到HLR中存儲。當用戶要求入網(wǎng)時必須經(jīng)過鑒權，MSC/VLR根據(jù)用戶識別碼IMSI向其歸屬的HLR要求提供鑒權參數(shù)組。要到后，將隨機數(shù)RAND發(fā)給移動臺MS，移動臺收到后利用其鑒權Ki，A3，A8得到鑒權響應SRES和加密鍵Kc。移動臺將SRES送回給MSC/VLR，MSC/VLR把收到的符號響應與參數(shù)組中的符號響應比較，若兩者一致，則鑒權成功，移動臺MS可以入網(wǎng)，若不一致，則禁止移動臺入網(wǎng)。84（1）漫游管理

移動用戶在移動性的情況下要求改變與小區(qū)和網(wǎng)絡聯(lián)系的特點稱為漫游。

而在漫游期間改變位置區(qū)及位置區(qū)的確認過程則稱為位置更新。在相同位置區(qū)中的移動不需通知MSC,而在不同位置區(qū)間的小區(qū)間移動則需通知MSC，位置更新主要由以下幾種組成。7、GSM系統(tǒng)的移動性管理

GSM系統(tǒng)移動性管理就是確定MS當前位置以及使MS與網(wǎng)絡的聯(lián)系達到最佳狀態(tài)。根據(jù)MS當前狀態(tài)的不同，可分為漫游管理及切換管理。85

①常規(guī)位置更新

所謂常規(guī)位置更新，是指移動臺從一個位置區(qū)移動到另一位置區(qū)時進行的位置更新過程。

GSM系統(tǒng)每個小區(qū)的廣播控制信道都會通過系統(tǒng)消息向位于該小區(qū)內的所有移動用戶發(fā)送該小區(qū)所屬的位置區(qū)識別碼(LAI)，移動臺收到該小區(qū)的LAI消息并與其SIM卡中存儲的LAI進行比較，如果移動臺發(fā)現(xiàn)兩個LAI不同，說明移動臺已移動到新位置區(qū)，此時移動臺向MSC/VLR報告其新的位置區(qū)信息，申請位置更新。MSC/VLR接受移動臺的位置更新請求后，更新VLR中該移動用戶當前所在位置區(qū)的信息。這樣，當出現(xiàn)對該移動用戶新的呼叫時，MSC/VLR可將該呼叫準確地傳遞到移動臺所在的新位置區(qū)，并在該位置區(qū)所屬的所有小區(qū)基站發(fā)起尋呼。86②國際移動用戶識別碼IMSI的分離/附著

IMSI分離也稱為關機登記。當移動臺關機或拿走SIM卡時，移動臺向網(wǎng)絡發(fā)送IMSI分離操作消息，MSC/VLR收到該消息后對VLR中的IMSI做上分離標記。

IMSI分離的目的是為了避免無效的尋呼，提高系統(tǒng)接通率。當移動臺重新開機后，若此時移動臺處于分離前相同的位置區(qū)，則將MSC/VLR中VLR的IMSI做附著標記，可有效地向移動用戶傳遞尋呼消息；若位置區(qū)已變，則要進行新的常規(guī)位置更新。這種IMSI附著的位置更新過程也稱為開機登記。87③周期性位置登記

當移動臺關機發(fā)送“IMSI分離”的消息時，往往會因無線信令鏈路質量不好，MSC/VLR無法正確收到“IMSI分離”消息，系統(tǒng)仍會認為“IMSI附著”，移動臺仍在原來位置，或者由于用戶移動到無線覆蓋不良的地區(qū)，系統(tǒng)可能無法對用戶進行有效的尋呼。為此，系統(tǒng)可通過BCCH廣播消息通知移動臺按系統(tǒng)消息中周期性登記參數(shù)指定的時間周期進行定期登記，例如要求移動臺30分鐘周期性登記一次，若系統(tǒng)收不到周期登記信息，MSC/VLR就給移動臺做“IMSI分離”標記。88（2）切換管理

在移動臺通話過程中，不中斷通話而進入新的服務小區(qū)并由之提供服務的過程稱為切換。改變移動臺服務小區(qū)進行切換的依據(jù)是移動臺對相鄰小區(qū)信號強度的測量報告、BTS接收移動臺信號的強度、通話質量及通信距離等，最后由BSC進行評估，判斷是否需要切換。切換條件還有BSS負荷調整、來自OMC的請求等。當需要切換時，網(wǎng)絡必須為正在通信的移動臺提供切換到新小區(qū)的頻道，以便維持通信的連續(xù)性。89圖6-25由相同MSC、不同BSC控制的小區(qū)間的切換90切換過程如下：①、舊BSC把切換請求及目的小區(qū)標識一起發(fā)給MSC。②、MSC判斷是哪個BSC控制的BTS，并向新BSC發(fā)送切換請求。③、新BSC預訂目標BTS激活一個業(yè)務信道TCH。④、新BSC把包含有頻率、時隙及發(fā)射功率的參數(shù)通過MSC、、舊BSC和舊BTS、傳到MS。⑤、MS在新頻率上通過快速隨路控制信道發(fā)送接入突發(fā)脈沖。⑥、新BTS收到此脈沖后，回送時間提前量TA至MS.(手機與基站距離,0~63,TA一個單位對應距離554m)。⑦、MS發(fā)送切換成功信息通過新BSC傳至MSC。⑧、MSC命令舊BSC去釋放TCH。⑨、舊BSC轉發(fā)MSC命令至舊BTS并執(zhí)行918、GSM系統(tǒng)的通信管理GSM提供給用戶的業(yè)務主要有電話業(yè)務、移動數(shù)據(jù)業(yè)務、短信息業(yè)務等。下圖表示移動臺主叫通信流程。92（1）MS撥被叫號，通過空中接口向基站BSS請求隨機接入信道，然后與MSC/VLR建立信令連接。（2）進入ID鑒權程序，MSC請求HLR提供主叫MS的多套鑒權三元參數(shù)組。（3）HLR從AUC取其生成的RAND/SRES/Kc三元參數(shù)組多套，轉送MSC/VLR。（4）MSC任選一套三元參數(shù)組中的隨機數(shù)RAND通過BSS送給MS。（5）MS用收到的RAND和SIM卡的鑒權鍵Ki以及鑒權算法A3和加密算法A8算出SRES和加密鍵Kc，并把SRES發(fā)給MSC/VLR。93

6）MSC把MS送來的SRES與所選三元參數(shù)組的SRES作比較，若相同，則鑒權通過；若需加密，則設置加密模式；為MS重新分配TMSITMSI；進入呼叫建立起始階段。（7）MSC為MS指配業(yè)務信道。（8）MSC采用NO.7信令，通過固定網(wǎng)（ISDN/PSTN）或移動網(wǎng)建立至被叫用戶的通路，并向被叫用戶振鈴。（9）MSC經(jīng)基站向MS回送呼叫證實信號。（10）被叫摘機應答。（11）BSS向MS發(fā)應答（連接）信號，進入通話階段。94GSM相關參數(shù)①使用頻段為：900MHz和1.8GHz頻段。我國：935～960MHz(基站發(fā)),890～915MHz(移動臺發(fā))。②頻帶寬度為25MHz(對900MHz頻段)，25MHz的頻段內，信道進行頻分復用：分為125個載頻（間隔200kHz），在每個載頻上進行時分復用，分為8個時隙，這樣共有125x8=1000個物理信道。每時隙577μs，8個時隙構成一個TDMA幀，幀長4.615ms。③通信方式為全雙工,雙工通信時收、發(fā)頻率間隔為45MHz。④調制方式：高斯低通最小移頻鍵控GMSK⑤

跳頻速率為1/4.615ms＝217跳/s⑥話音傳輸：采用規(guī)則脈沖激勵長線性預測編碼(RPE-LTP)。⑦話音速率為13kb/s，差錯保護比特9.8kb/s。共22.8kb/s。⑧數(shù)據(jù)業(yè)務：可提供9.6kb/s的透明數(shù)據(jù)業(yè)務。956.3.4CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)

CDMA數(shù)字移動通信系統(tǒng)是北美的第二代移動通信系統(tǒng)。使用了碼分多址技術，由于碼分多址技術本身的特點，使CDMA移動通信系統(tǒng)具有頻譜利用率高，系統(tǒng)容量大而且是軟容量、軟切換、抗窄帶干擾能力強等優(yōu)點。從而在第三代移動通信中全部采用了碼分多址CDMA技術。96

碼分多址技術包含了兩個基本技術，一個是碼分技術，其基礎是擴頻技術；另一個是多址技術。CDMA數(shù)字移動通信系統(tǒng)是擴展頻譜技術在移動通信中的一種應用。所謂擴頻技術是指用比信息頻帶寬得多的帶寬傳輸信息的技術。設代表系統(tǒng)占用帶寬，代表信息帶寬，通常為1~2稱為窄帶通信，50以上稱為寬帶通信，100以上稱為擴頻通信。97根據(jù)信息論中的香農定理，信道容量、信道帶寬和信噪比 有下述關系：上式表明，在不變的條件下，只要足夠大，即使在很低的情況下也可實現(xiàn)無差錯的信息傳輸。擴頻通信就是將信息信號的頻譜擴展100倍以上，然后進行傳輸，從而提高通信的抗干擾能力。98

在全球廣泛應用的第一個CDMA標準是IS-95A，這一標準支持8kb/s編碼話音服務，后又推出13kb/s話音編碼器。1998年2月，美國高通公司又推出了IS-95B標準。IS-95B是IS-95A的進一步發(fā)展，可提供對64kb/s數(shù)據(jù)業(yè)務的支持。IS-95A和IS-95B總稱為IS-95。CDMAone是基于IS-95標準的各種CDMA產品的總稱。1995年9月，世界上第一個商用CDMA系統(tǒng)在香港開通。2001年12月31日，中國聯(lián)通CDMA網(wǎng)在全國開通運營。99

CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的主要特點：

（1）頻譜利用率高，系統(tǒng)容量較大(比GSM要大4～5倍)。（2）通話質量好。（3）采用軟切換技術，切換成功率高。（4）具有“軟容量”特性（5）CDMA以擴頻通信技術為基礎，抗干擾、抗多徑、抗衰落能力強，保密性好。（6）發(fā)射功率低，輻射小，移動臺電池壽命長。

(7)頻率規(guī)劃簡單。CDMA手機最高發(fā)射功率只有200mW左右，一般通話平均功率1～2毫瓦量級。GSM手機最高發(fā)射功率達1～2W，一般通話平均功率上百毫量級。理論上CDMA手機的輻射比GSM手機要小2個數(shù)量級。100CDMA系統(tǒng)的關鍵技術(1)同步技術——捕獲與跟蹤；(2)Rake接收；(3)功率控制；(4)軟切換。(5)話音激活技術101

1．同步技術

PN碼序列的同步是CDMA擴頻通信的關鍵技術。CDMA系統(tǒng)要求接收機的本地偽隨機碼PN序列與接收到的PN碼在結構、頻率和相位上完全一致，否則就不能正常接收所發(fā)送的信息。PN碼同步過程分為PN碼捕獲和PN碼跟蹤兩部分。

2．Rake接收技術

移動通信信道是一種多徑衰落信道，Rake接收技術就是分別接收每一路的信號進行解調，然后疊加輸出達到增強接收效果的目的，這里多徑信號不僅不是一個不利因素，反而在CDMA系統(tǒng)中變成了一個可供利用的有利因素。1023．功率控制

功率控制是CDMA系統(tǒng)的核心技術。CDMA系統(tǒng)是一個自擾系統(tǒng)，所有移動用戶都占用相同帶寬和頻率，“遠近效應”問題特別突出。CDMA功率控制可有效克服“遠近效應”，使系統(tǒng)既能維持高質量通信，又不對其他用戶產生干擾。功率控制分為正向功率控制和反向功率控制，

反向功率控制又可分為僅有移動臺參與的開環(huán)功率控制和移動臺、基站同時參與的閉環(huán)功率控制。103

4．軟切換

與GSM不同，CDMA中越區(qū)切換可分為軟切換和硬切換。1)軟切換軟切換是CDMA系統(tǒng)中特有的。在軟切換過程中，移動臺與原基站和新基站都保持著通信鏈路，可同時與兩個(或多個)基站通信。不需要進行頻率的轉換，而只有導頻信道PN序列偏移的轉換。軟切換在兩個基站覆蓋區(qū)的交界處起到了業(yè)務信道的分集作用，大大減少由于切換造成的通話中斷，提高了通信質量。避免了小區(qū)邊界處的“乒乓效應”(在兩個小區(qū)間來回切換)。

2)硬切換指在載波頻率不同的基站覆蓋小區(qū)之間的信道切換。一個小區(qū)中可有多個載頻。如在熱點小區(qū)中，其頻率數(shù)要多于相鄰小區(qū)。當進行切換的兩個小區(qū)的頻率不同時，就必須進行硬切換。這時既有載波頻率的轉換，又有導頻信道PN序列偏移的轉換。在硬切換過程中，移動用戶與基站的通信會有一個很短的中斷。104

5．話音編碼與話音激活技術目前CDMA系統(tǒng)的話音編碼主要有兩種，即碼激勵線性預測編碼8kbit/s和13kbit/s。8kbit/s的話音編碼達到GSM系統(tǒng)的13bit/s的話音水平甚至更好。根據(jù)對話音通信的統(tǒng)計，一般通話時間只占35%40%，其它時間是停頓、等待、傾聽對方講話等空閑時間，話音激活技術即是在通話時，發(fā)送功率，不通話時不發(fā)功率，以減少對其它用戶的影響，提高系統(tǒng)容量。1051、CDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng)的結構

CDMA系統(tǒng)結構與GSM系統(tǒng)結構相似，各單元的功能也大體相似。網(wǎng)絡子系統(tǒng)1062、CDMA系統(tǒng)的頻率配置（1）工作頻段

我國CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)采用800MHzAMPS工作頻段，頻率范圍為：上行頻段：825MHz～835MHz；下行頻段：870MHz～880MHz；在此工作頻道上，CDMA數(shù)字移動通信網(wǎng)設置了一個基本頻道和一個或若干個輔助頻道，這樣當移動臺開機時，便首先在預先放置的、用于接入CDMA系統(tǒng)的接入頻道上尋找相應控制信道（基本信道），隨后則可直接進入呼叫發(fā)起和呼叫接收狀態(tài)。

CDMA頻道間隔為1.23MHz。107圖6-28CDMA頻道頻率分配108FrequencyDomainUser#3User#2User#1SynchPagingPilot1.2288MHzfreqCodeDomain0123456789324063User1User3User264位長的Walsh碼PilotPaging1～7SynchIS-95系統(tǒng)：信號在頻域和碼域上的分布情況H1

=0H2

=0001

H4

=0000010100110110H2N

=HNHNHNHN

Walsh碼CDMA2000中Walsh碼長度4~256可變。

(最少3個)(最多61個)1096.3.5GPRS技術1、GPRS的概念

GPRS(GeneralPacketRadioService),充分利用了現(xiàn)有的GSM移動通信網(wǎng)設備，在GSM網(wǎng)絡上增加一些硬件設備和軟件升級，形成一個新的網(wǎng)絡邏輯實體，它以分組交換技術為基礎，采用IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡協(xié)議，使現(xiàn)有GSM網(wǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務突破了最高速率為9.6kbit/s的限制，最高數(shù)據(jù)速率可達170kbit/s。GPRS是GSM向3G系統(tǒng)演進的重要一環(huán)，故又把它稱為“2.5代技術。1102、GPRS的特點（1）GPRS的目的是提供較高速率的分組數(shù)據(jù)業(yè)務，它是對目前GSM網(wǎng)絡的補充。（2）GPRS采用分組交換方式，實際傳送或接收數(shù)據(jù)時才占用無線資源。對突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸可按需分配業(yè)務信道。（3）GPRS還有“永遠在線”的特點，即用戶隨時與網(wǎng)絡保持聯(lián)系。沒有數(shù)據(jù)傳送時，手機進入一種“準休眠”狀態(tài)，釋放無線信道給其他的用戶使用。（4）GPRS的計費是根據(jù)用戶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量而不是上網(wǎng)時間來計算的，只要你不傳輸數(shù)據(jù)，哪怕你一直“在線”也不需另外付費。（5）數(shù)據(jù)傳輸與話音傳輸可同時進行或切換進行。111一、第三代移動通信系統(tǒng)

第三代移動通信系統(tǒng)（3G）是一種能提供多種類型、高質量多媒體業(yè)務，能實現(xiàn)全球無縫覆蓋，具有全球漫游能力，與固定網(wǎng)絡相兼容，能以小型便攜式終端在任何時候、任何地點進行任何類型通信的通信系統(tǒng)。3G是為多媒體通信而設計的，它通過提供高質量的視頻和圖像，進一步增強人們相互之間的通信能力，其更新穎、更靈活的通信能力和更高的數(shù)據(jù)速率使得公網(wǎng)和專網(wǎng)上的信息和業(yè)務的接入能力大為增強。6.3.6數(shù)字移動通信的發(fā)展112第三代移動通信系統(tǒng)主要特點可以概括為：（1）全球覆蓋，無縫漫游。2G系統(tǒng)一般為區(qū)域或國家標準，而3G系統(tǒng)是一個在全球范圍內覆蓋的系統(tǒng)，使用相同頻段。

（2）具有支持多媒體業(yè)務的能力，特別是支持Internet業(yè)務?，F(xiàn)有的移動通信系統(tǒng)的業(yè)務以話音為主，數(shù)據(jù)業(yè)務一般也僅能提供100Kbps至200Kbps的速率。而第三代移動通信系統(tǒng)最高業(yè)務速率可達2Mbps，其業(yè)務能力可支持話音、分組數(shù)據(jù)、多媒體以及流媒體業(yè)務。113

（3）第三代移動通信的核心網(wǎng)絡采用下一代網(wǎng)絡(NGN)技術，實現(xiàn)從時分復用的電路交換到全分組化的IP網(wǎng)絡的過渡，完成從第二代到第三代的平滑演進，并為未來的后三代(B3G)、第四代(4G)移動通信系統(tǒng)的發(fā)展奠定基礎。（4）高頻譜效率。理論上3G的頻譜效率是第二代的10倍。（5）低成本。綜合每用戶造價，3G設備價格低于第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)。（6）高保密性。由于碼分多址、時分多址技術等數(shù)字技術的采用，系統(tǒng)保密性得到極大提高。1143G標準概述早在1985年ITU-T就提出了第三代移動通信系統(tǒng)的概念，后來考慮到該系統(tǒng)將于2000年左右進入商用市場，工作的頻段在2000MHz，且最高業(yè)務速率為2000kb/s，故1996年正式更名為IMT-2000(InternationalMobileTelecommunication-2000)目前國際電聯(lián)接受的3G標準主要有以下幾種：WCDMA—中國聯(lián)通（HSPA，下行14.4M，上行5.75M）CDMA2000—中國電信（下行3.1Mbps

上行1.8Mbps）TD-SCDMA—中國移動。（HSDPA,2.8M下行,128K上行）2007年又增加Wimax標準。(10M帶寬時上下行速率30Mbps)115

WCDMA

WCDMA是歐洲和日本提出的寬帶CDMA技術。繼承了第二代移動通信體制GSM標準化程度高和開放性好的特點。其關鍵技術基于窄帶CDMA技術并有所改進。WCDMA支持高速數(shù)據(jù)傳輸(慢速移動時384kbps，室內走動時2Mbps)，支持可變速傳輸。其主要特點如下：基站支持異步和同步的基站運行方式，組網(wǎng)方便、靈活；適應多種速率的傳輸，同時對多速率、多媒體的業(yè)務可通過改變擴頻比和多碼并行傳送的方式來實現(xiàn)；上、下行快速、高效的功率控制大大減少了系統(tǒng)的多址干擾，提高了系統(tǒng)容量，也降低了傳輸?shù)墓β剩缓诵木W(wǎng)絡基于GSM/GPRS網(wǎng)絡的演進，并保持與GSM/GPRS網(wǎng)絡的兼容性；支持軟切換和更軟切換。支持自適應天線陣技術與多用戶檢測的技術。116

WCDMA的演進：R99版本:該版本于2000年3月確定，成熟穩(wěn)定,目前在全球廣泛開通的WCDMA都是基于這個版本的。核心網(wǎng)絡基于GSM/GPRS網(wǎng)絡的演進，并保持與GSM/GPRS網(wǎng)絡的兼容，核心網(wǎng)分為電路域(CS)和分組域(PS)分別支持話音業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務。采用了分組化的傳輸，使最高下行速率可以達到384kb/s.R4版本：是向全分組化演進的過渡版本，針對R99基于TDM的核心網(wǎng)作很大的改進，引入了軟交換，將控制和承載分離。R5版本：全面IP化。引入了基于會話發(fā)起協(xié)議(SIP)的IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)，提出了高速下行分組接入(HSDPA)的方案，最高下行速率可達14.4Mb/s(16QAM調制方式)。R6版本：引入HSUPA，上行速率可達5.76Mbps。R7版本：HSPA+，在下行/上行分別采用64QAM/16QAM方式?？梢灾С窒滦?上行高達28/11Mbps的峰值速率。另外引入了2×2MIMO技術，下行峰值速率可以到達42Mbps。

R8版本：引入OFDM和多載波技術，下行/上行速率100/50Mbps.117WCDMA

基于GSM網(wǎng)發(fā)展出來的3G標準，是歐洲提出的寬帶CDMA技術。支持384kbps～2Mbps不等的數(shù)據(jù)傳輸速率，及未來高速無線數(shù)據(jù)業(yè)務的需求。適應多種速率的傳輸，可靈活提供多種業(yè)務，根據(jù)不同的服務質量和業(yè)務速率分配不同的資源。對多速率、多媒體的業(yè)務可通過改變擴頻比和多碼并行傳送的方式來實現(xiàn)。核心網(wǎng)絡基于GSM/GPRS網(wǎng)絡的演進，并保持與GSM/GPRS網(wǎng)絡的兼容。演進策略:GSM(2G)—GPRS—EDG