移动通信设备原理与维修 第2版 教学课件 ppt 作者 李延廷电子教案PPT 第4章-数字移动通信系统

移动通信设备原理与维修 第2版,李延廷 主编,第四章 数字移动通信系统,第一节 数字移动通信系统概述 第二节 数字移动通信技术 第三节 数字移动通信系统的编号方案 第四节 GSM数字移动通信系统 第五节 窄带CDMA数字移动通信系统 第六节 GPRS移动通信系统 第七节 第三代移动通信系统 本 章 小 结,第一节 数字移动通信系统概述,数字移动通信网是和公用电话网、公用数据网、无线寻呼网、电报网及传真网等并列的通信网。 一、数字移动通信系统的组成和功能 1.数字移动通信系统的组成 数字移动通信系统，同早期移动通信系统一样，是由移动台(MS)、基站(BS)、移动交换中心(MSC)以及与公用市话网(PSTN)相连接的中继线等组成的。 移动台作为移动用户设备，其作用是与基站进行通信。基站是基站区组织管理的核心，负责与该区域内所有移动台进行通信。移动交换中心主要负责信息的交换和整个系统的集中控制管理。 2.数字移动通信系统的功能 1)无线信道的选取。 2)位置登记。,第一节 数字移动通信系统概述,3)移动网内部及与公用电话网间的自动交换。 4)双向全自动直接拨号。 5)双工通信，语音质量接近市话网的标准。 6)可进行语音服务，对于数字系统还可进行多种非语音服务。 7)可通过小区分裂与频率复用技术进行系统扩容。 8)具有监视和边界切换功能。 9)具有鉴权与加密功能。 10)自动计费功能。 二、数字移动通信系统的制式和信道切换 1.制式 移动通信系统的制式(也叫服务区覆盖方式)分为两种：大区制和小区制。,第一节 数字移动通信系统概述,2.信道切换 (1)区内信道切换 在小区内因同频干扰或其他干扰使通话质量下降到某一门限值时，移动交换中心的交换机将向移动台发出指令，令其进行信道切换。 (2)越区切换 越区切换是指移动用户从一个小区进入另一个相邻小区时进行的信道切换。 (3)越局切换 越局切换是移动用户从一个移动交换区进入另一个移动交换区时进行的信道切换。 三、数字移动通信系统的优点 模拟移动通信系统传输的语音信号为模拟信号，而数字移动通信系统所传输的语音信号为数字信号。 1)提高了频率利用率，扩大了系统的容量。,第一节 数字移动通信系统概述,2)可提供话音服务和多种形式的非话音服务。 3)采用了数字加密技术，信息保密性强。 4)采用数字编码技术，提高了通信质量。 5)可与地面各种通信网兼容，如综合业务数字网(ISDN)、公用电话网(PSTN)和公用数据网(PDN)等。 6)采用多种数字信号处理技术，降低了成本与功耗，减小了设备的体积，易于小型化。,第二节 数字移动通信技术,一、语音编码 语音编码又称信源编码，它不仅提高了系统的频率利用率和容量，而且具有超强纠错功能，保证系统在低载干比的情况下，也能获得正常质量的语音。 1.波形编码 将时间域信号经抽样、量化及编码变成数字代码。 2.参量编码 对语音信号的若干特征参量进行编码。 3.混合编码 将声源编码和波形编码相结合而形成的编码方式。 二、数字调制技术 数字调制是将要传输的数字信号变成频带信号的过程。,第二节 数字移动通信技术,图4-1 GMSK调制原理框图,图4-2 直接序列扩频调制原理框图,数字调制是将要传输的数字信号变成频带信号的过程。调制后生成的频带信号可与信道传输特性相适应，具有低的带外辐射及对多径衰减不敏感的特点。数字调制技术可分为两种类型：(1)利用模拟调制方法实现数字调制，即把数字信号当作模拟信号的特殊类型进行数字调制；(2)利用数字信号的离散性进行键控载波，实现数字调制。如幅度键控(ASK)、移频键控(FSK)及移相键控(PSK) 。,第二节 数字移动通信技术,三、多址接入技术 在无线通信中，建立移动用户与基站间无线联系的方法称为多址接入技术，简称多址技术。 (一)频分多址,图4-3 FDMA示意图,第二节 数字移动通信技术,(二)时分多址,图4-4 TDMA示意图,第二节 数字移动通信技术,(三)码分多址,图4-5 FDMA、TDMA和CDMA的比较,第二节 数字移动通信技术,四、分集接收技术 分集接收技术是指发送端通过多条路径发送包含相同信息内容的信号，接收端接收到这些具有相互独立衰落特性的信号后，经过特定的合并处理以降低接收信号电平的起伏。 1.分散传输 (1)空间分集 该分集方式在发送端采用一副天线，接收端采用多副天线。 (2)频率分集 该分集方式将要传输的信号分别调制到频率间隔足够大的不同频率的载波上，从而在接收端可以接收到具有相互独立的衰落特性的信号。,第二节 数字移动通信技术,(3)时间分集 该分集方式将同一个信号按一定时间间隔重复发送，只要发送时间间隔足够长，各次发送信号的衰落特性将是相互独立的，接收机对重复接收到的同一信号进行合并，即可减小衰落对无线信道传输性能的影响。 2.接收合并 (1)选择式合并 该合并方式是将多个分集接收机的输出信号送入选择逻辑电路，选择信噪比最大的一个分集信号作为输出信号。 (2)最大比值合并 该合并方式是在接收端将多个分集信号经过相位调整，并按适当的可变增益加权，再按同相相加得到输出信号。 (3)等增益合并 该合并方式是将各条路径的分集信号的增益加权系数都看做1，直接将各分集信号经相位调整后按同相位相加。,第二节 数字移动通信技术,五、跳频与均衡技术 1.跳频技术 跳频是常用的扩频方式。其工作原理为：通信双方传输信号的载波频率因受伪随机码控制而发生变化。从时域上看，跳频信号是一个多频率的移频键控信号。 跳频通信优点：通信信号的隐蔽性强；即使有个别频率受到干扰，仍可在其他未受干扰的频率上进行通信，使得通信信号的抗干扰能力增强；作为瞬时窄带系统，容易与其他窄带通信系统兼容。 2.均衡技术 均衡是指对信道特性进行校正和补偿的过程。用作均衡的器件称为均衡器。均衡器实际是一个可调滤波器。均衡器用某种算法对实际传输的数字信号进行处理后不断地调整自身的增益，因而能适应信道的随机变化，从而具有较强的信道失真校正和补偿能力。,第二节 数字移动通信技术,六、信道编码和交织技术 在数字移动通信中，由于延迟、多径衰落、干扰等因素的影响，造成接收到的数字信号会产生误码。 (一)信道编码 信道编码方法:按照一定规则在原信息码中插入一些码元，使无规律性或规律性不强的信号变换成有规律性或规律性增强的信号。这种通过编码获得的规律性可用于判断和纠正差错。信道编码方法：前向纠错(FEC)、检错重发(ARQ)、信息反馈(IRQ)和混合纠错(HEC)。 (二)交织技术 交织是把信道编码信息码加以重新排列组合，相互穿插交织，形成能克服成片或突发差错的信息码。,第二节 数字移动通信技术,七、鉴权和加密技术 鉴权用于对用户进行身份识别和认证，以确定移动用户是否有权进入移动通信网。同时，语音编码及数字控制信道技术也可提供有效的保密与认证，可以保证移动用户正确入网与漫游。 其实，数字移动通信技术远不止上面提到的那些。它主要分为三类：信道机技术，包括语音编码、信道编码和数字调制技术；数字传输技术，包括分集、交织、均衡和扩频技术；网络技术，包括多址接入、功率控制、越区与漫游、信令和网管技术。,第三节 数字移动通信系统的编号方案,一、移动用户的ISDN号码 移动用户的ISDN号码，简称MSISDN，是指其他用户为呼叫数字移动通信系统中的移动用户所需拨打的号码，总长度不超过15位十进制数。 MSISDN=CC + NDC + SN 二、国际移动用户识别号码 国际移动用户识别号码，简称IMSI，用于识别移动通信网中的移动用户。 IMSI=MCC+MNC+MSIN 三、移动用户漫游号码 移动用户漫游号码，简称MSRN，是指当移动用户漫游到另一个移动交换区时，新移动交换中心分配给移动用户的临时号码，它用于路由选择。 四、临时移动用户识别号码,第三节 数字移动通信系统的编号方案,一、移动用户的ISDN号码 移动用户的ISDN号码，简称MSISDN，是指其他用户为呼叫数字移动通信系统中的移动用户所需拨打的号码，总长度不超过15位十进制数。 MSISDN=CC + NDC + SN 二、国际移动用户识别号码 国际移动用户识别号码，简称IMSI，用于识别移动通信网中的移动用户。 IMSI=MCC+MNC+MSIN 三、移动用户漫游号码 移动用户漫游号码MSRN，是指当移动用户漫游到另一个移动交换区时，新移动交换中心分配给移动用户的临时号码，用于路由选择。,第三节 数字移动通信系统的编号方案,四、临时移动用户识别号码 临时移动用户识别号码，简称TMSI，是一个临时性的移动用户识别号码，用于加强IMSI号码的保密性。 五、国际移动设备识别码 国际移动设备识别码简称IMEI，是惟一用于识别移动通信设备的号码，它为一个15位的十进制数字。 IMEI=TAC + FAC + SNR + SP 六、位置区识别码 位置区识别码，简称LAI，用于移动用户的位置更新。 七、全球小区识别码 全球小区识别码，简称GCI，用于识别一个位置区的小区。,第三节 数字移动通信系统的编号方案,八、基站识别码 基站识别码，简称BSIC，用于移动用户识别不同的基站，为6bit编码。,第四节 GSM数字移动通信系统,一、GSM数字移动通信系统概述 GSM起源于欧洲，后来由于其技术成熟而被世界许多国家采用。我国从1994年开始在上海、广州等地使用GSM系统。 GSM标准同模拟制式标准相比，具有许多明显的优点。移动用户的安全性好；抗干扰性能好；采用时分多址、半速率语音编码等数字技术降低了系统的成本；提供诸如紧急呼叫、语音信箱、语音存储、转移、短信息、多方通话、传真和数据通信的多种服务，移动电话小巧轻便、功能强大、不易并机；系统频率利用率高，容量大；用户自动漫游。 (一)GSM900系统的主要技术指标,第四节 GSM数字移动通信系统,(一)GSM900系统的主要技术指标 工作频段 890915MHz(MSBS) 935960MHz(BSMS) 频段宽度 25MHz 双工间隔 45MHz 信道间隔 200KHz 双工信道数 124个 接入方式 时分多址TDMA，每载波8时隙 调制方式 GMSK 分集方式 跳频速率217/s，跳频周期4.616ms 语音编码 13kb/s，脉冲激励长时预测编码(RPE-LTP) 信息传速率 22.8kb/s 信道总速率 270.833kb/s,第四节 GSM数字移动通信系统,图4-7 GSM900系统的频分双工频谱图,(二)频谱分配和频道划分 GSM体制采用时分多址窄带标准，图4-7为GSM 900MHz系统的频分双工频谱图。,第四节 GSM数字移动通信系统,表6-1是GSM 900MHz 系统的工作信道号与频率对照表。,表4-1 GSM900系统的工作信道号与频率对照表,对于GSM标准的新频段DCS 1800MHz和PCS 1900MHz，其使用频段分别是1800MHz和1900MHz。具体地说，DCS 1800MHz频段的接收频段是17101785MHz，发射频段是18051880MHz，共有374个双工信道，每个信道8个时隙；PCS 1900MHz频段的接收频段是19301990MHz，发射频段是18501910MHz，共有个299个双工信道，每个信道8个时隙。,第四节 GSM数字移动通信系统,(三)信道类型和时帧结构 1.信道类型 GSM系统每个载频对应一个TDMA帧，每帧包括8个时隙，一个时隙称为一个物理信道。因此GSM系统中每个载频有8个物理信道。GSM系统中的物理信道相当于FDMA系统中的频道。每个用户通过一系列频率的一个物理信道接入系统，并在某一个物理信道上发送信息。 (1)广播信道可分为三种 根据传递信息的种类并依托物理信道，可定义不同类型的逻辑信道。逻辑信道可分为两类：业务信道(TCH)和控制信道(CCH)。业务信道用于传送编码后的语音或用户数据；控制信道用于传送信令信息和同步信息。对于控制信道又可分为三种：广播信道(BCH