《移动基站设备与维护》第1章移动通信系统概述
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26
网络结构
27
空中接口
– 为及时定位MS，把1个10ms的帧分成2个 5ms的子帧
– 子帧结构
28
– TD-SCDMA的各类信道及映射关系
29
§1.2.3 WCDMA系统
主要技术和指标
– 码片速率：3.84Mchip/s – 载频带宽：5MHz – 调制方式：BPSK、QPSK – 双工方式：FDD – 多址方式：TDMA/CDMA – 扩频方式：直接序列扩频 – 语音编码：AMR – 支持异步和同步的基站运行 – 支持下行发射分集以提高系统下行链路容量
– 二、三级混合网络结构
无线覆盖区域结构14 3.GSM系统中的接口信号处理过程 数字无线接口Um
15
（1）信号处理过程
BS与MS的数字信号处理过程相似
区别：BSC处理信号来自MSC的64kbit/s的 PCM信号(8bit)
MS处理的语音信号来自话筒
16
MS对语音信号的处理过程
17
（2）数字无线接口Um
20
逻辑信道到物理信道的映射 – C0载频
TTSS00↓↑：：RFACCCHH、SCH、BCCH、PCH、AGCH TS1：SDCCH；SACCH TS2～TS7：TCH 上下行偏移3个时隙，使MS收发不需同时进行
– C1～Cn载频
全部8个时隙(TS0～TS7)用作TCH
21
时隙帧结构
准双工：仅在有信号时发射，而接收机常开 双工方式：FDD、TDD
– 信息形式：语音、数据、多媒体、图象… – 按不同的依据有多种分类方式 – 与无线电通信不是相同概念
4
2. 移动通信的特点
有线和无线相结合 电波传播条件恶劣，存在严重多径衰落 强干扰条件下工作 具有多普勒效应 存在盲区 用户经常移动
小区重选
– 移动台在待机时由一个小区进入另一个小区
位置登记
– 移动台向系统发送报文表明自己所处位置的过程
漫游
– 移动台离开注册入网的归属区后仍能入网使用
9
§1.2 移动通信系统
GSM系统 TD-SCDMA系统 WCDMA系统 CDMA2000系统 LTE系统 5G NR系统
10
§1.2.1 GSM系统
30
WCDMA的信道编码可根据需要确定是 否采用压缩模式
– 压缩模式
31
空中接口
– 各信道间映射关系
32
§1.2.4 cdma2000系统
主要技术和指标
– 码片速率：1.2288Mchip/s – 载频带宽：1.25MHz – 调制方式：BPSK（上行）、QPSK（下行） – 双工方式：FDD – 多址方式：FDMA/CDMA – 支持同步基站运行 – 支持下行发射分集以提高系统下行链路容量
下行8×8、上行4×4多天线配置的情况下，峰值速率下行超 3Gbit/s，上行超1.5Gbit/s； – 使用两个收发天线的情况下，频谱效率达单天线HSDPA的3~4 倍，单天线HSUPA的2~3倍； – 进一步降低控制面时延，从驻留状态到连接状态的转换时间 要求小于50ms； – 进一步强调了重点优化低速（0~10km/h）移动环境中的系统 性能； – 针对不同的覆盖范围提出不同的服务质量要求。 – LTE-A新技术包括载波聚合、异构网络、增强的多天线技术、 中继技术……
LTE帧结构类型2
43
– 各信道映射关系
44
§1.2.6 5G NR
三大应用场景
– 移动宽带eMBB – 海量机器类通信mMTC – 高可靠低时延通信uRLLC
45
5G的关键性能指标
46
5G系统的网络结构
– 5G NR重新定义了核心网元AMF/UPF和接口Xn/NG – 5G网络由核心网5GC和接入网NG-RAN组成。NG-
41
– LTE无线侧系统架构
E-UTRAN由多个eNodeB（eNB）组成，eNodeB之间通过 X2接口，采用网格(mesh)方式互连
eNodeB通过S1接口与EPC连接，S1接口支持多对多的GWs 和eNodeB连接关系
42
LTE-A系统的空中接口
– LTE定义了两种帧结构，帧结构类型1适用于全双工 或半双工的LTE FDD，帧结构类型2适用于TDD LTE LTE帧结构类型1
33
– CDMA2000 1x EV-DO的功率控制方式与 CDMA2000 1x不同 ：当移动台远离基站时， 基站不增加发送功率，而是降低发送给这些 移动台的数据率
34
网络结构
35
cdma2000.1x EV-DO提供移动IP接入方 式 ：提供不改变IP地址的移动用户漫游 接入
36
空中接口
LTE是一个新设计的无线接口，较之前的移动 系统而言，LTE可以显著地提升频谱效率并降 低延时。
LTE-Advanced（LTE-A）是LTE的演进，是真 正的4G。
39
LTE-A主要技术和指标
– 通过频谱聚合技术，最大支持100MHz的系统带宽； – 峰值数据传输速率下行超1Gbit/s，上行超500Mbit/s
– cdma2000.1x定义了物理信道和逻辑信道，前向信道 和反向信道有不同的无线配置
– cdma2000.1x EV-DO与 cdma2000.1x不兼容，信道的 配置也不同
37
– 各信道间映射关系
38
§1.2.5 LTE系统
UMTS RAN演进技术称为LTE，其演进的核心 网称为演进的分组核心网EPC。
40
LTE-A系统网络结构
– LTE网络结构的最大特点，就是“扁平化”
取消RNC，无线接入网只保留基站节点； 取消核心网电路域（MSC Server和MGW），语音业务由
IP承载； 核心网分组域采用类似软交换的架构，实行承载与业务分
离的策略；承载网络全IP化。
– LTE系统结构包括核心网EPC和无线接入网EUTRAN两部分
突发脉冲序列------时隙 共156.25bit，占时0.577ms
– 类型
普通突发脉冲序列NB 保护间隔：8.25bit （TCH、BCCH、PCH、AGCH、SDCCH）
频率校正突发脉冲序列FB（FCCH）
同步突发脉冲序列SB（SCH）
接入突发脉冲序列AB（RACH） 保护间隔：68.25bit
控制信道CCH：传送信令或同步数据
19
逻辑信道的分类
TCH
FCCH频率校正信道 BCH 广播信道 SCH同步信道
BCCH广播控制信道 PCH寻呼信道
CCH CCCH公共控制信道 RACH随机接入信道
AGCH允许接入信道 SDCCH独立专用控制信道 DCCH专用控制信道 SACCH慢速随路控制信道 FACCH 快速随控制信道
48
5G系统的空中接口
– 时域资源包括无线帧、子帧、时隙、符号。
无线帧是基本的数据发送周期 子帧是上下行的分配单位 时隙是数据调度和同步的最小单位 符号是调制的基本单位
49
5G NR定义了灵活的子构架，时隙和字符长度 可根据子载波间隔灵活定义
50
5G NR中逻辑信道、传输信道和物理信 道间的映射关系
7
分集技术
– 发送端把具有独立衰落特性的信号分散传送； 接收端对多个分集信号进行集中合并处理
– 微分集类型
极化分集 (不同极化) 空间分集 (不同位置上) 时间分集 (时间间隔) 角度分集 (不同的路径和方向) 场分量分集 (不同的场分量) 频率分集 (频率间隔)
8
切换
– 通话中移动台由一个小区进入另一个小区，为保 持通话不中断而进行的频道转换。
RAN由基站gNB组成 – 5G核心网由AMF、用户平面功能（User Plane
Function，UPF）组成。gNB之间的接口为Xn接口 ；NG2与AMF、NG3与UPF间的接口为NG接口。
AMF负责控制平面的移动性和接入管理 UPF负责用户平面
47
5G标准分为非独立NSA组网和独立SA组网
= fl(n)+45MHz
– DCS1800 n：512～885
上行：fl(n)=1710.2+(n-512)*0.2MHz 下行：fh(n)=1805.2+(n-512)*0.2MHz
= fl(n)+95MHz
25
§1.2.2 TD-SCDMA系统
主要技术与指标
– 码片速率：1.28Mchip/s – 带宽：1.6MHz – 双工方式：TDD – 多址技术：TDMA/CDMA/FDMA/SDMA – 调制方式：QPSK、8PSK、QAM等 – 扩频方式：直接序列扩频 – 基站间同步工作 – 智能天线 – 软件无线电 – 接力切换 – 联合检测 – 动态信道分配
空闲突发脉冲序列DB 无信息时代替NB发送
22
分级帧结构
23
4.频率利用
同频复用同一载波的无线信道用于覆盖 相隔一定距离的不同区域
典型配置：4×3方式 每4个基站为一群，每个基站分3个扇区
24
GSM中频道序号对应工作频率的计算
已知n为频道序号 – GSM900 n：1～124
上行：fl(n)=890.2+(n-1)*0.2MHz 下行：fh(n)=935.2+(n-1)*0.2MHz
CU主要包括非实时的无线高层协议栈功能，同 时支持部分核心网功能下沉和边缘应用业务的部 署
DU主要处理物理层功能和实时性需求的层2功能
。考虑到节省RRU与DU间的传输资源，部分物
理层功能也可上移至RRU实现。
53
垂直切片架构
– 5G切片网络可以向用户提供不一样的网络、 不同的管理、不同的服务、不同的计费，以 使业务提供者更好地使用5G网络。
GSM系统的组成 GSM网络结构 GSM系统中的接口
11
1.GSM系统的组成
12
网络子系统NSS（或交换子系统SS）
–MSC –HLR、VLR、AUC、EIR
基站子系统（BSS）
–BSC –BTS
操作维护子系统（OSS）
–OMC
移动台子系统（MS）
13
2.网络结构
我国的GSM网络结构
信道 分级帧结构
18
信道
物理信道：物理的 实际存在的
GSM中：一个载频上的一个时隙 每个载频分为8个时隙----8个物理信道
一个时隙中传送的信息格式----突发
逻辑信道：根据信息种类人为定义
– 必须映射到物理信道才能实现信息传输 – 类型：业务信道TCH：传送编码后的话音或用户数据
（可能被FACCH借用）
55
§1.3.1 NO.7信令系统
NO.7信令的层次
– 以功能划分模块，完成相对独立的功能 以原语在模块间传递业务信息和网管信息
– 层次结构
56
– 层次结构
MTP(消息传递部分)（分三级）
– 端到端网络切片架构在RAN侧实现切片感知 和空口资源多切片共享，在核心网中实现根 据不同用户情况的定制化，端到端控制平面 、用户平面可根据业务发生要求动态部署。
54
§1.3 GSM中的信令
在2G和3G语音通信时，主要使用的信令 系统为No.7系统
4G主要体现在IP化、融合化和扁平化方 面，NO.7信令仅在除HSS/HLR与3G网络、 2G网络的NO.7互通时使用外，其他场景 均使用IP协议，因此与NO.7有关的GT、 信令点逐渐消失
5
3. 移动通信中的主要技术
同频复用
多信道共用 提高频率利用率
多址技术
切换
位置登记
跟踪交换
漫游
分集技术
跳频
语音间断传输 抗衰落、抗干扰
功率控制技术
扩频
…
6
同频复用
– 小区制结构（无线区群）中， 间隔一定的距离重复使用相同的频率
– 提高频率利用率
多信道共用
– 多个用户共同享用多个信道
移动基站设备与维护 (第4版)
第1章 移动通信系统概述
1
§1 移动通信系统概述
移动通信技术 移动通信系统 移动通信系统中的信令 基站简介
2
§1.1 移动通信技术
移动通信概念 移动通信特点 移动通信中的主要技术
3
1. 移动通信的概念
移动通信：通信双方中至少有一方在移动中进行信
息交换。 – 移动----移动；移动----固定 – 单向或双向 – 工作方式：单工、半双工、（全）双工
51
上下行解耦架构
– 为了解决5G在高频段工作时上行覆盖不足的 问题，NR上下行解耦定义了新的频谱配对 方式，使下行数据在3.5/4.9GHz等频段传输 ，而上行发射数据切换在1.8GHz等低频段传 输，可以有效补偿上行覆盖问题
52
CU、DU架构
– 5G的基站功能重构为集中单元（Centralized Unit，CU）和分布单元（Distribute Unit， DU）两个功能实体，CU与DU功能的切分 以处理内容的实时性进行区分。
网络结构
27
空中接口
– 为及时定位MS，把1个10ms的帧分成2个 5ms的子帧
– 子帧结构
28
– TD-SCDMA的各类信道及映射关系
29
§1.2.3 WCDMA系统
主要技术和指标
– 码片速率：3.84Mchip/s – 载频带宽：5MHz – 调制方式：BPSK、QPSK – 双工方式：FDD – 多址方式：TDMA/CDMA – 扩频方式：直接序列扩频 – 语音编码：AMR – 支持异步和同步的基站运行 – 支持下行发射分集以提高系统下行链路容量
– 二、三级混合网络结构
无线覆盖区域结构14 3.GSM系统中的接口信号处理过程 数字无线接口Um
15
（1）信号处理过程
BS与MS的数字信号处理过程相似
区别：BSC处理信号来自MSC的64kbit/s的 PCM信号(8bit)
MS处理的语音信号来自话筒
16
MS对语音信号的处理过程
17
（2）数字无线接口Um
20
逻辑信道到物理信道的映射 – C0载频
TTSS00↓↑：：RFACCCHH、SCH、BCCH、PCH、AGCH TS1：SDCCH；SACCH TS2～TS7：TCH 上下行偏移3个时隙，使MS收发不需同时进行
– C1～Cn载频
全部8个时隙(TS0～TS7)用作TCH
21
时隙帧结构
准双工：仅在有信号时发射，而接收机常开 双工方式：FDD、TDD
– 信息形式：语音、数据、多媒体、图象… – 按不同的依据有多种分类方式 – 与无线电通信不是相同概念
4
2. 移动通信的特点
有线和无线相结合 电波传播条件恶劣，存在严重多径衰落 强干扰条件下工作 具有多普勒效应 存在盲区 用户经常移动
小区重选
– 移动台在待机时由一个小区进入另一个小区
位置登记
– 移动台向系统发送报文表明自己所处位置的过程
漫游
– 移动台离开注册入网的归属区后仍能入网使用
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§1.2 移动通信系统
GSM系统 TD-SCDMA系统 WCDMA系统 CDMA2000系统 LTE系统 5G NR系统
10
§1.2.1 GSM系统
30
WCDMA的信道编码可根据需要确定是 否采用压缩模式
– 压缩模式
31
空中接口
– 各信道间映射关系
32
§1.2.4 cdma2000系统
主要技术和指标
– 码片速率：1.2288Mchip/s – 载频带宽：1.25MHz – 调制方式：BPSK（上行）、QPSK（下行） – 双工方式：FDD – 多址方式：FDMA/CDMA – 支持同步基站运行 – 支持下行发射分集以提高系统下行链路容量
下行8×8、上行4×4多天线配置的情况下，峰值速率下行超 3Gbit/s，上行超1.5Gbit/s； – 使用两个收发天线的情况下，频谱效率达单天线HSDPA的3~4 倍，单天线HSUPA的2~3倍； – 进一步降低控制面时延，从驻留状态到连接状态的转换时间 要求小于50ms； – 进一步强调了重点优化低速（0~10km/h）移动环境中的系统 性能； – 针对不同的覆盖范围提出不同的服务质量要求。 – LTE-A新技术包括载波聚合、异构网络、增强的多天线技术、 中继技术……
LTE帧结构类型2
43
– 各信道映射关系
44
§1.2.6 5G NR
三大应用场景
– 移动宽带eMBB – 海量机器类通信mMTC – 高可靠低时延通信uRLLC
45
5G的关键性能指标
46
5G系统的网络结构
– 5G NR重新定义了核心网元AMF/UPF和接口Xn/NG – 5G网络由核心网5GC和接入网NG-RAN组成。NG-
41
– LTE无线侧系统架构
E-UTRAN由多个eNodeB（eNB）组成，eNodeB之间通过 X2接口，采用网格(mesh)方式互连
eNodeB通过S1接口与EPC连接，S1接口支持多对多的GWs 和eNodeB连接关系
42
LTE-A系统的空中接口
– LTE定义了两种帧结构，帧结构类型1适用于全双工 或半双工的LTE FDD，帧结构类型2适用于TDD LTE LTE帧结构类型1
33
– CDMA2000 1x EV-DO的功率控制方式与 CDMA2000 1x不同 ：当移动台远离基站时， 基站不增加发送功率，而是降低发送给这些 移动台的数据率
34
网络结构
35
cdma2000.1x EV-DO提供移动IP接入方 式 ：提供不改变IP地址的移动用户漫游 接入
36
空中接口
LTE是一个新设计的无线接口，较之前的移动 系统而言，LTE可以显著地提升频谱效率并降 低延时。
LTE-Advanced（LTE-A）是LTE的演进，是真 正的4G。
39
LTE-A主要技术和指标
– 通过频谱聚合技术，最大支持100MHz的系统带宽； – 峰值数据传输速率下行超1Gbit/s，上行超500Mbit/s
– cdma2000.1x定义了物理信道和逻辑信道，前向信道 和反向信道有不同的无线配置
– cdma2000.1x EV-DO与 cdma2000.1x不兼容，信道的 配置也不同
37
– 各信道间映射关系
38
§1.2.5 LTE系统
UMTS RAN演进技术称为LTE，其演进的核心 网称为演进的分组核心网EPC。
40
LTE-A系统网络结构
– LTE网络结构的最大特点，就是“扁平化”
取消RNC，无线接入网只保留基站节点； 取消核心网电路域（MSC Server和MGW），语音业务由
IP承载； 核心网分组域采用类似软交换的架构，实行承载与业务分
离的策略；承载网络全IP化。
– LTE系统结构包括核心网EPC和无线接入网EUTRAN两部分
突发脉冲序列------时隙 共156.25bit，占时0.577ms
– 类型
普通突发脉冲序列NB 保护间隔：8.25bit （TCH、BCCH、PCH、AGCH、SDCCH）
频率校正突发脉冲序列FB（FCCH）
同步突发脉冲序列SB（SCH）
接入突发脉冲序列AB（RACH） 保护间隔：68.25bit
控制信道CCH：传送信令或同步数据
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逻辑信道的分类
TCH
FCCH频率校正信道 BCH 广播信道 SCH同步信道
BCCH广播控制信道 PCH寻呼信道
CCH CCCH公共控制信道 RACH随机接入信道
AGCH允许接入信道 SDCCH独立专用控制信道 DCCH专用控制信道 SACCH慢速随路控制信道 FACCH 快速随控制信道
48
5G系统的空中接口
– 时域资源包括无线帧、子帧、时隙、符号。
无线帧是基本的数据发送周期 子帧是上下行的分配单位 时隙是数据调度和同步的最小单位 符号是调制的基本单位
49
5G NR定义了灵活的子构架，时隙和字符长度 可根据子载波间隔灵活定义
50
5G NR中逻辑信道、传输信道和物理信 道间的映射关系
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分集技术
– 发送端把具有独立衰落特性的信号分散传送； 接收端对多个分集信号进行集中合并处理
– 微分集类型
极化分集 (不同极化) 空间分集 (不同位置上) 时间分集 (时间间隔) 角度分集 (不同的路径和方向) 场分量分集 (不同的场分量) 频率分集 (频率间隔)
8
切换
– 通话中移动台由一个小区进入另一个小区，为保 持通话不中断而进行的频道转换。
RAN由基站gNB组成 – 5G核心网由AMF、用户平面功能（User Plane
Function，UPF）组成。gNB之间的接口为Xn接口 ；NG2与AMF、NG3与UPF间的接口为NG接口。
AMF负责控制平面的移动性和接入管理 UPF负责用户平面
47
5G标准分为非独立NSA组网和独立SA组网
= fl(n)+45MHz
– DCS1800 n：512～885
上行：fl(n)=1710.2+(n-512)*0.2MHz 下行：fh(n)=1805.2+(n-512)*0.2MHz
= fl(n)+95MHz
25
§1.2.2 TD-SCDMA系统
主要技术与指标
– 码片速率：1.28Mchip/s – 带宽：1.6MHz – 双工方式：TDD – 多址技术：TDMA/CDMA/FDMA/SDMA – 调制方式：QPSK、8PSK、QAM等 – 扩频方式：直接序列扩频 – 基站间同步工作 – 智能天线 – 软件无线电 – 接力切换 – 联合检测 – 动态信道分配
空闲突发脉冲序列DB 无信息时代替NB发送
22
分级帧结构
23
4.频率利用
同频复用同一载波的无线信道用于覆盖 相隔一定距离的不同区域
典型配置：4×3方式 每4个基站为一群，每个基站分3个扇区
24
GSM中频道序号对应工作频率的计算
已知n为频道序号 – GSM900 n：1～124
上行：fl(n)=890.2+(n-1)*0.2MHz 下行：fh(n)=935.2+(n-1)*0.2MHz
CU主要包括非实时的无线高层协议栈功能，同 时支持部分核心网功能下沉和边缘应用业务的部 署
DU主要处理物理层功能和实时性需求的层2功能
。考虑到节省RRU与DU间的传输资源，部分物
理层功能也可上移至RRU实现。
53
垂直切片架构
– 5G切片网络可以向用户提供不一样的网络、 不同的管理、不同的服务、不同的计费，以 使业务提供者更好地使用5G网络。
GSM系统的组成 GSM网络结构 GSM系统中的接口
11
1.GSM系统的组成
12
网络子系统NSS（或交换子系统SS）
–MSC –HLR、VLR、AUC、EIR
基站子系统（BSS）
–BSC –BTS
操作维护子系统（OSS）
–OMC
移动台子系统（MS）
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2.网络结构
我国的GSM网络结构
信道 分级帧结构
18
信道
物理信道：物理的 实际存在的
GSM中：一个载频上的一个时隙 每个载频分为8个时隙----8个物理信道
一个时隙中传送的信息格式----突发
逻辑信道：根据信息种类人为定义
– 必须映射到物理信道才能实现信息传输 – 类型：业务信道TCH：传送编码后的话音或用户数据
（可能被FACCH借用）
55
§1.3.1 NO.7信令系统
NO.7信令的层次
– 以功能划分模块，完成相对独立的功能 以原语在模块间传递业务信息和网管信息
– 层次结构
56
– 层次结构
MTP(消息传递部分)（分三级）
– 端到端网络切片架构在RAN侧实现切片感知 和空口资源多切片共享，在核心网中实现根 据不同用户情况的定制化，端到端控制平面 、用户平面可根据业务发生要求动态部署。
54
§1.3 GSM中的信令
在2G和3G语音通信时，主要使用的信令 系统为No.7系统
4G主要体现在IP化、融合化和扁平化方 面，NO.7信令仅在除HSS/HLR与3G网络、 2G网络的NO.7互通时使用外，其他场景 均使用IP协议，因此与NO.7有关的GT、 信令点逐渐消失
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3. 移动通信中的主要技术
同频复用
多信道共用 提高频率利用率
多址技术
切换
位置登记
跟踪交换
漫游
分集技术
跳频
语音间断传输 抗衰落、抗干扰
功率控制技术
扩频
…
6
同频复用
– 小区制结构（无线区群）中， 间隔一定的距离重复使用相同的频率
– 提高频率利用率
多信道共用
– 多个用户共同享用多个信道
移动基站设备与维护 (第4版)
第1章 移动通信系统概述
1
§1 移动通信系统概述
移动通信技术 移动通信系统 移动通信系统中的信令 基站简介
2
§1.1 移动通信技术
移动通信概念 移动通信特点 移动通信中的主要技术
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1. 移动通信的概念
移动通信：通信双方中至少有一方在移动中进行信
息交换。 – 移动----移动；移动----固定 – 单向或双向 – 工作方式：单工、半双工、（全）双工
51
上下行解耦架构
– 为了解决5G在高频段工作时上行覆盖不足的 问题，NR上下行解耦定义了新的频谱配对 方式，使下行数据在3.5/4.9GHz等频段传输 ，而上行发射数据切换在1.8GHz等低频段传 输，可以有效补偿上行覆盖问题
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CU、DU架构
– 5G的基站功能重构为集中单元（Centralized Unit，CU）和分布单元（Distribute Unit， DU）两个功能实体，CU与DU功能的切分 以处理内容的实时性进行区分。