现代移动通信
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• MSK 最小移频键控； • GMSK 高斯MSK， GSM使用；
• π/4-QPSK TIA 使用；
W 36
分集接收
空间分集，时间分集，频率分集
RAKE接收机 接收机
s(t)
单径接收电路 单径接收电路 单径接收电路
搜索器 s(t)
计算信号强度 与时延
合并
合并后 的信号
t
t
W
37
主要内容
• 移动通信之路 • 移动通信的电波传播 • 移动通信的性能和指标 • 移动通信组网 • 移动通信的主要技术
W 25
移动通信组网－大区制
第一代模拟移动通信网一般采用大区制 主要特点： 基站天线很高：几十米至几百米； 基站发射功率大：50~200W； 覆盖半径：30~50公里； 网络结构简单、成本低； 容量小，一般用户几十至几百个，一 般用于专网； 主要问题：覆盖半径有限
W 26
移动通信组网－小区制
基本小区分类：（r：小区半径）
W 3
一个古老地梦想
• 《西游记》中的一幕：玉皇大帝派二郎神抓拿 孙悟空，众神都在凌霄宝殿上观战，正当底下 打的正厉害的时候，忽然孙悟空不见了，于是 玉皇大帝就叫出“千里眼”和“顺风耳”， “千里眼”和“顺风耳”一个看，一个听，很 快就把孙悟空找到了。
W 4
移动通信之路
• 移动通信在最早无线电通信发明之日就产生。 • 1897年，意大利人 M. G. 马可尼发明了无线电
个人通信 移动通信的飞速发展使人类实现个人通信的理想为期不远了
任何人在任何时间、任何地点、与任何一个人、实现任何 一种媒体的通信。 每个人有唯一的通信号码，通信的个人性代替通信的终端 性
W 12
主要内容
• 移动通信之路
• 移动通信的电波传播
• 移动通信的性能和指标 • 移动通信组网 • 移动通信的主要技术 • GSM • GPRS • CDMA • 移动通信的未来
W 22
服务指标
❖ 服务等级 服务等级用呼损率B表示
B：在一个正常运行的系统中，忙时呼叫被阻塞的概率。
服务等级决定于系统中同时发出的呼叫数、总话务量、信道数量、 系统设计等
呼损率包括无线信道呼损和中继电路呼损。 我国规定：无线信道B≤0.05，在话务密度高的地区B≤0.02，中
继电路B应更低。 ❖ 呼叫中断概率
1986年在巴黎，该小组对欧洲各国及各公司经大量研究 和实验后所提出的8个建议系统进行了现场实验。 1991 年将GSM更名为“全球移动通信系统”(Globa1 system for Mobile communications) 。
W 39
GSM系统的运行
1991年在欧洲开通了第一个系统; 1992年大多数欧洲GSM运营者开始商用业务； 1994年5月已有50个GSM网在世界上运营，10月总用户数已
• 频率复用
W 28
小区分裂
W 29
划分扇区
利用定向天线来改变同频干扰，从而可选较 小簇，一般用120°扇区
W 30
切换
❖ 正在通信的移动台与基站之间的链路转移到另一个基 站的过程。
❖ 分类： 可分为硬切换和软切换 ➢硬切换：新的连接建立前，先中断旧的连接。例 如GSM系统。 ➢软切换：指既维持旧的连接，又同时建立新的连 接。例如CDMA系统。
对于具有良好纠、检错性能并能合理而又简单实现的 大多数卷积码。
• Turbo编码，对于非实时业务具有很好的纠错性能，
但解码时延长，不适合语音业务。
• 交织，把一条消息中的相继错误比特分散开，解决
突发性连续错误。
W 35
数字调制
• QPSK和OQPSK 4相相移键控和偏移4相相移键控，
CDMA使用；
收报机。
W 5
第一代移动通信
以模拟通信为特征的移动通信为第一代移动 通信 主要代表：美国AMPS系统，英国TACS系统 特点：FDMA、模拟话音与传输、频谱利用 率低、保密性差、技术简单、……
W 6
第二代移动通信
以数字通信为特征的移动通信为第二代移动通信 第二代移动通信主要制式有
➢ 欧洲的GSM，TDMA制式 ➢ 北美的CDMA One(IS-95CDMA)，CDMA制式 ➢ 北美的DAMPS(IS-54)，TDMA制式 ➢ 日本的PDC，TDMA制式 特点：频谱利用率高、数字话音与传输、多种业务、多种先进技术、保 密性好、集成度高、…… 先进技术：TDMA和CDMA、语音编码、自适应均衡、数字调制、信道 编码、交织、分集接收、功率控制、……
➢超小区： r ＞20km（农村）
➢宏小区： r ＝1-20km（人口稠密地区）
➢微小区： r ＝0.1-1km（城市繁华区） ➢皮小区： r ＜0.1km（办公室、家庭）
特点： ➢频率利用率较高 ➢组网灵活 ➢网络复杂
3
67
2
9
5
11 12
5 1 10
8
4
10 13 6
32
678
9
5
12
W 27
同频干扰与同频复用比
W 7
第2.5代移动通信
GPRS技术(通用无线分组业务)为GSM系统无线商务 提供了高速数据通道; CDMA 1X开始在中国大规模建设； 日本在移动通信上实现无线互联网应用(i-mode)的成 功开创了无线数据业务的新时代； 中国在无线数据应用领域正在起步。
W 8
第三代移动通信
❖概述 ➢第三代移动通信为IMT-2000； ➢第三代移动通信的标准已确定； ➢第三代移动通信的商用已在2001年10月面世； ➢第三代移动通信的大规模商业应用在2005年以后。
41
交换网络子系统
MSC：是GSM系统的核心，是对位于它所覆盖区域中的移动台进 行控制和完成话路交换的功能实体，为移动通信系统与其它 公用通信网提供接口。它完成网络接口、公共信道信令系统 和计费等功能，完成BSS、MSC之间的切换和辅助性的无线资 源管理、移动性管理。
汪丁鼎 2003.7.10
主要内容
• 移动通信之路 • 移动通信的电波传播 • 移动通信的性能和指标 • 移动通信组网 • 移动通信的主要技术 • GSM • GPRS • CDMA • 移动通信的未来
W 2
主要内容
• 移动通信之路
• 移动通信的电波传播 • 移动通信的性能和指标 • 移动通信组网 • 移动通信的主要技术 • GSM • GPRS • CDMA • 移动通信的未来
W 31
主要内容
• 移动通信之路 • 移动通信的电波传播 • 移动通信的性能和指标 • 移动通信组网
• 移动通信的主要技术
• GSM • GPRS • CDMA • 移动通信的未来
W 32
多址技术
• FDMA 频分多址 • TDMA 时分多址 • CDMA 码分多址
AMPS GSM IS-95
时间
有可感觉的轻微噪声和失真 有令人烦恼的噪声和失真 有令人非常烦恼的噪声和严重失真
语言几乎不可懂
一般要求
公网一般要求≥4级，专网≥3级 对于不同的移动业务，各国对S/N或C/N的规
定不一样。 中国：移动用户与固定市话、长话用户通话时，
要求S/N为大于29dB或C/N为17dB，相当于4级 话音。
• GSM
• GPRS • CDMA • 移动通信的未来
W 38
GSM蜂窝移动通信系统
GSM数字移动通信系统1982年源于欧洲。当时这些系统 是国内系统，不可能在国外使用。为了方便全欧洲统 一使用移动电话，需要一种公共的系统，1982年北欧 国家向CEPT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 Special Mobile）简称“GSM”， 来制定有关的标准和建议书。
FDMA
时间TDMA
码 CDMA
用户1 用户2 用户3
频率
用户3 用户2 用户1
频率
W
用户3
用户2 用户1
时间
频率
33
语音编码
• 波形编码
PSTN
• 声源编码
• RPE－LTP话音编码器 GSM
• QCELP话音编码 IS95
A
A
t W
t 34
信道编码
• 卷积编码，卷积编码的编码效率定义为R＝ko／no，
Multimedia
Integrated
Point
frequency
1G
2G
Data Digital
Smart
Analog Voice
W
11
Beyond 3G/4G的研究和个人通信
Beyond 3G/4G的研究
目前国际上有关第四代移动通信的研究还处于初期阶段，其基本 需求、核心技术还处于萌芽阶段。但较为明确的一点是，第四代 移动通信的实用期定在2010年。
MS
BSS
NSS
Um
SIM
ME
SIM-ME i/f MS
BTS Abis BSC BSS
Um
SIM
ME
SIM-ME i/f MS
MS
Abis
BTS
BSC
Abis
BTS
BSC
BSS
EIR AUC
A MSC/ VLR
D F
E
HLR H
FD A
MSC/ VLR
A
OMC
W
OSS
ISDN PSTN PSPDN PLMN
W 15
衰落
•慢衰落和快衰落：
W 16
发射信号
多径传播
接收信号 强度
W
时间
17
多普勒频移
• 在移动通信中，当 移动台移向基站时， 频率变高，远离基 站时，频率变低。
• 900Mhz系统， 60km/h的移动速度 产生50hz的频移。
W 18
主要内容
• 移动通信之路 • 移动通信的电波传播
• 移动通信的性能和指标
误码率一般用Eb/No（归一化信噪比）作为常数来计 算，Eb/No为折合到接收机输入端的比特能量Eb与噪声 的单边功率谱密度No之比值。
话音质量的评定往往采用主观评定的办法，ITU将评 分质量分为五级：
W 20
话音质量分级
级别 评定类别
5
优
4
良
3
中
2
差
1
源自文库
劣
人的印象标准 几乎无噪声和失真，细节清晰可辨
总体目标 ➢2000MHz频段、2000年左右商用、2000kbps速率 ➢全球化，要求多种技术在多种环境下统一标准、统一频率，以实现全球无 缝覆盖。 ➢综合化，要求系统能传输话音、宽带数据、视频图像等多种业务，满足信 息化社会的需要。 ➢个人化，系统具有足够的容量潜力和多种用户管理能力，支持个人的移动 性，满足巨大的个人通信的需求。
W 9
第 代移动通信标准
➢ IMT-DS — UTRA FDD (WCDMA) (欧洲、日本) ➢ IMT-MC — cdma2000 (北美) ➢ IMT-TC — TD-SCDMA (中国)
W 10
移动通信的发展
Broad band
Wide band
4G
Narrow band
3G
Multi-function
在一个小时内建立的Q次呼叫中，若N次丢失，则呼叫中断概率为 N/Q，呼叫中断概率跟系统设计、严重干扰、越区切换等有关。
W 23
通信概率
❖ 通信概率
移动通信由于受地形的影响和无线信号传播裒落影响，不可能达 到覆盖范围的100％。
通信概率是指移动用户在给定服务区域进行成功通话（达到规定 通话质量）的概率，它包括位置概率和时间概率。
我国公网规定：城市通信概率≥90%，农村通信概率≥50%。 专网则要求较高，如铁路通信要求通信概率(在3级话音质量
下)≥95%。
W 24
主要内容
• 移动通信之路 • 移动通信的电波传播 • 移动通信的性能和指标
• 移动通信组网
• 移动通信的主要技术 • GSM • GPRS • CDMA • 移动通信的未来
• 移动通信组网 • 移动通信的主要技术 • GSM • GPRS • CDMA • 移动通信的未来
W 19
移动通信网性能指标
❖ 话音质量和信噪比要求
话音传输质量以接收机输出端音频频带内的信噪比 S/N或载噪比C/N来表示，业务种类不同，要求不同 （公网高，专网低）。
移动数据传输常用误码率，一般只有10-4左右，常用纠 错等方法提高。
超过400万，国际漫游用户每月呼叫次数超过500万，用 户平均增长超过50％； 1993年欧洲第一个DCS1800系统投入运营。到1994年已有6 个运营者采用了该系统。 中国 1992年在嘉兴地区引入第二代数字移动蜂窝网GSM 系统
W 40
GSM系统的网络结构
GSM系统包括NSS、 BSS、MS和操作维护中心。
W 13
移动通信与无线通信
无线通信
移动通信
• 移动通信肯定是无线通信，无线通信侧重于无线，移动通 信更注重于其移动性。强调通信中的移动性，就是移动通 信。
W 14
衰耗
• 衰耗：大范围变化距离变化的损耗规律。 • 传播模型
Okumura-Hata模型 ： Loss = K1 + K2 log10 d + K3 log10 (Heff) + K4 Diffraction+ K5 log10 (Heff) log10 d + K6 (hmeff) + Kclutter
• π/4-QPSK TIA 使用；
W 36
分集接收
空间分集，时间分集，频率分集
RAKE接收机 接收机
s(t)
单径接收电路 单径接收电路 单径接收电路
搜索器 s(t)
计算信号强度 与时延
合并
合并后 的信号
t
t
W
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主要内容
• 移动通信之路 • 移动通信的电波传播 • 移动通信的性能和指标 • 移动通信组网 • 移动通信的主要技术
W 25
移动通信组网－大区制
第一代模拟移动通信网一般采用大区制 主要特点： 基站天线很高：几十米至几百米； 基站发射功率大：50~200W； 覆盖半径：30~50公里； 网络结构简单、成本低； 容量小，一般用户几十至几百个，一 般用于专网； 主要问题：覆盖半径有限
W 26
移动通信组网－小区制
基本小区分类：（r：小区半径）
W 3
一个古老地梦想
• 《西游记》中的一幕：玉皇大帝派二郎神抓拿 孙悟空，众神都在凌霄宝殿上观战，正当底下 打的正厉害的时候，忽然孙悟空不见了，于是 玉皇大帝就叫出“千里眼”和“顺风耳”， “千里眼”和“顺风耳”一个看，一个听，很 快就把孙悟空找到了。
W 4
移动通信之路
• 移动通信在最早无线电通信发明之日就产生。 • 1897年，意大利人 M. G. 马可尼发明了无线电
个人通信 移动通信的飞速发展使人类实现个人通信的理想为期不远了
任何人在任何时间、任何地点、与任何一个人、实现任何 一种媒体的通信。 每个人有唯一的通信号码，通信的个人性代替通信的终端 性
W 12
主要内容
• 移动通信之路
• 移动通信的电波传播
• 移动通信的性能和指标 • 移动通信组网 • 移动通信的主要技术 • GSM • GPRS • CDMA • 移动通信的未来
W 22
服务指标
❖ 服务等级 服务等级用呼损率B表示
B：在一个正常运行的系统中，忙时呼叫被阻塞的概率。
服务等级决定于系统中同时发出的呼叫数、总话务量、信道数量、 系统设计等
呼损率包括无线信道呼损和中继电路呼损。 我国规定：无线信道B≤0.05，在话务密度高的地区B≤0.02，中
继电路B应更低。 ❖ 呼叫中断概率
1986年在巴黎，该小组对欧洲各国及各公司经大量研究 和实验后所提出的8个建议系统进行了现场实验。 1991 年将GSM更名为“全球移动通信系统”(Globa1 system for Mobile communications) 。
W 39
GSM系统的运行
1991年在欧洲开通了第一个系统; 1992年大多数欧洲GSM运营者开始商用业务； 1994年5月已有50个GSM网在世界上运营，10月总用户数已
• 频率复用
W 28
小区分裂
W 29
划分扇区
利用定向天线来改变同频干扰，从而可选较 小簇，一般用120°扇区
W 30
切换
❖ 正在通信的移动台与基站之间的链路转移到另一个基 站的过程。
❖ 分类： 可分为硬切换和软切换 ➢硬切换：新的连接建立前，先中断旧的连接。例 如GSM系统。 ➢软切换：指既维持旧的连接，又同时建立新的连 接。例如CDMA系统。
对于具有良好纠、检错性能并能合理而又简单实现的 大多数卷积码。
• Turbo编码，对于非实时业务具有很好的纠错性能，
但解码时延长，不适合语音业务。
• 交织，把一条消息中的相继错误比特分散开，解决
突发性连续错误。
W 35
数字调制
• QPSK和OQPSK 4相相移键控和偏移4相相移键控，
CDMA使用；
收报机。
W 5
第一代移动通信
以模拟通信为特征的移动通信为第一代移动 通信 主要代表：美国AMPS系统，英国TACS系统 特点：FDMA、模拟话音与传输、频谱利用 率低、保密性差、技术简单、……
W 6
第二代移动通信
以数字通信为特征的移动通信为第二代移动通信 第二代移动通信主要制式有
➢ 欧洲的GSM，TDMA制式 ➢ 北美的CDMA One(IS-95CDMA)，CDMA制式 ➢ 北美的DAMPS(IS-54)，TDMA制式 ➢ 日本的PDC，TDMA制式 特点：频谱利用率高、数字话音与传输、多种业务、多种先进技术、保 密性好、集成度高、…… 先进技术：TDMA和CDMA、语音编码、自适应均衡、数字调制、信道 编码、交织、分集接收、功率控制、……
➢超小区： r ＞20km（农村）
➢宏小区： r ＝1-20km（人口稠密地区）
➢微小区： r ＝0.1-1km（城市繁华区） ➢皮小区： r ＜0.1km（办公室、家庭）
特点： ➢频率利用率较高 ➢组网灵活 ➢网络复杂
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5 1 10
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同频干扰与同频复用比
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第2.5代移动通信
GPRS技术(通用无线分组业务)为GSM系统无线商务 提供了高速数据通道; CDMA 1X开始在中国大规模建设； 日本在移动通信上实现无线互联网应用(i-mode)的成 功开创了无线数据业务的新时代； 中国在无线数据应用领域正在起步。
W 8
第三代移动通信
❖概述 ➢第三代移动通信为IMT-2000； ➢第三代移动通信的标准已确定； ➢第三代移动通信的商用已在2001年10月面世； ➢第三代移动通信的大规模商业应用在2005年以后。
41
交换网络子系统
MSC：是GSM系统的核心，是对位于它所覆盖区域中的移动台进 行控制和完成话路交换的功能实体，为移动通信系统与其它 公用通信网提供接口。它完成网络接口、公共信道信令系统 和计费等功能，完成BSS、MSC之间的切换和辅助性的无线资 源管理、移动性管理。
汪丁鼎 2003.7.10
主要内容
• 移动通信之路 • 移动通信的电波传播 • 移动通信的性能和指标 • 移动通信组网 • 移动通信的主要技术 • GSM • GPRS • CDMA • 移动通信的未来
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主要内容
• 移动通信之路
• 移动通信的电波传播 • 移动通信的性能和指标 • 移动通信组网 • 移动通信的主要技术 • GSM • GPRS • CDMA • 移动通信的未来
W 31
主要内容
• 移动通信之路 • 移动通信的电波传播 • 移动通信的性能和指标 • 移动通信组网
• 移动通信的主要技术
• GSM • GPRS • CDMA • 移动通信的未来
W 32
多址技术
• FDMA 频分多址 • TDMA 时分多址 • CDMA 码分多址
AMPS GSM IS-95
时间
有可感觉的轻微噪声和失真 有令人烦恼的噪声和失真 有令人非常烦恼的噪声和严重失真
语言几乎不可懂
一般要求
公网一般要求≥4级，专网≥3级 对于不同的移动业务，各国对S/N或C/N的规
定不一样。 中国：移动用户与固定市话、长话用户通话时，
要求S/N为大于29dB或C/N为17dB，相当于4级 话音。
• GSM
• GPRS • CDMA • 移动通信的未来
W 38
GSM蜂窝移动通信系统
GSM数字移动通信系统1982年源于欧洲。当时这些系统 是国内系统，不可能在国外使用。为了方便全欧洲统 一使用移动电话，需要一种公共的系统，1982年北欧 国家向CEPT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 Special Mobile）简称“GSM”， 来制定有关的标准和建议书。
FDMA
时间TDMA
码 CDMA
用户1 用户2 用户3
频率
用户3 用户2 用户1
频率
W
用户3
用户2 用户1
时间
频率
33
语音编码
• 波形编码
PSTN
• 声源编码
• RPE－LTP话音编码器 GSM
• QCELP话音编码 IS95
A
A
t W
t 34
信道编码
• 卷积编码，卷积编码的编码效率定义为R＝ko／no，
Multimedia
Integrated
Point
frequency
1G
2G
Data Digital
Smart
Analog Voice
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Beyond 3G/4G的研究和个人通信
Beyond 3G/4G的研究
目前国际上有关第四代移动通信的研究还处于初期阶段，其基本 需求、核心技术还处于萌芽阶段。但较为明确的一点是，第四代 移动通信的实用期定在2010年。
MS
BSS
NSS
Um
SIM
ME
SIM-ME i/f MS
BTS Abis BSC BSS
Um
SIM
ME
SIM-ME i/f MS
MS
Abis
BTS
BSC
Abis
BTS
BSC
BSS
EIR AUC
A MSC/ VLR
D F
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HLR H
FD A
MSC/ VLR
A
OMC
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OSS
ISDN PSTN PSPDN PLMN
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衰落
•慢衰落和快衰落：
W 16
发射信号
多径传播
接收信号 强度
W
时间
17
多普勒频移
• 在移动通信中，当 移动台移向基站时， 频率变高，远离基 站时，频率变低。
• 900Mhz系统， 60km/h的移动速度 产生50hz的频移。
W 18
主要内容
• 移动通信之路 • 移动通信的电波传播
• 移动通信的性能和指标
误码率一般用Eb/No（归一化信噪比）作为常数来计 算，Eb/No为折合到接收机输入端的比特能量Eb与噪声 的单边功率谱密度No之比值。
话音质量的评定往往采用主观评定的办法，ITU将评 分质量分为五级：
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话音质量分级
级别 评定类别
5
优
4
良
3
中
2
差
1
源自文库
劣
人的印象标准 几乎无噪声和失真，细节清晰可辨
总体目标 ➢2000MHz频段、2000年左右商用、2000kbps速率 ➢全球化，要求多种技术在多种环境下统一标准、统一频率，以实现全球无 缝覆盖。 ➢综合化，要求系统能传输话音、宽带数据、视频图像等多种业务，满足信 息化社会的需要。 ➢个人化，系统具有足够的容量潜力和多种用户管理能力，支持个人的移动 性，满足巨大的个人通信的需求。
W 9
第 代移动通信标准
➢ IMT-DS — UTRA FDD (WCDMA) (欧洲、日本) ➢ IMT-MC — cdma2000 (北美) ➢ IMT-TC — TD-SCDMA (中国)
W 10
移动通信的发展
Broad band
Wide band
4G
Narrow band
3G
Multi-function
在一个小时内建立的Q次呼叫中，若N次丢失，则呼叫中断概率为 N/Q，呼叫中断概率跟系统设计、严重干扰、越区切换等有关。
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通信概率
❖ 通信概率
移动通信由于受地形的影响和无线信号传播裒落影响，不可能达 到覆盖范围的100％。
通信概率是指移动用户在给定服务区域进行成功通话（达到规定 通话质量）的概率，它包括位置概率和时间概率。
我国公网规定：城市通信概率≥90%，农村通信概率≥50%。 专网则要求较高，如铁路通信要求通信概率(在3级话音质量
下)≥95%。
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主要内容
• 移动通信之路 • 移动通信的电波传播 • 移动通信的性能和指标
• 移动通信组网
• 移动通信的主要技术 • GSM • GPRS • CDMA • 移动通信的未来
• 移动通信组网 • 移动通信的主要技术 • GSM • GPRS • CDMA • 移动通信的未来
W 19
移动通信网性能指标
❖ 话音质量和信噪比要求
话音传输质量以接收机输出端音频频带内的信噪比 S/N或载噪比C/N来表示，业务种类不同，要求不同 （公网高，专网低）。
移动数据传输常用误码率，一般只有10-4左右，常用纠 错等方法提高。
超过400万，国际漫游用户每月呼叫次数超过500万，用 户平均增长超过50％； 1993年欧洲第一个DCS1800系统投入运营。到1994年已有6 个运营者采用了该系统。 中国 1992年在嘉兴地区引入第二代数字移动蜂窝网GSM 系统
W 40
GSM系统的网络结构
GSM系统包括NSS、 BSS、MS和操作维护中心。
W 13
移动通信与无线通信
无线通信
移动通信
• 移动通信肯定是无线通信，无线通信侧重于无线，移动通 信更注重于其移动性。强调通信中的移动性，就是移动通 信。
W 14
衰耗
• 衰耗：大范围变化距离变化的损耗规律。 • 传播模型
Okumura-Hata模型 ： Loss = K1 + K2 log10 d + K3 log10 (Heff) + K4 Diffraction+ K5 log10 (Heff) log10 d + K6 (hmeff) + Kclutter