移动通信复习知识要点

第一部分概述
1.了解移动通信的发展情况
古代移动通信-萌芽阶段-开拓阶段-商业阶段-蜂窝思想-第一代移动通信系统-数字化-第二代移动通信系统-宽带、多媒体-第三代移动通信系统-广带IP多媒体-第四代移动通信系统（1897年，马可尼完成莫尔斯电码无线通信实验，标志无线电通信的开始，开创了海上通信业）（1928年，美国底特律警察局率先使用装备贝茨发明的能适应移动车辆震动影响的无线电收发信机——超外差AM接收机的警用车辆无线电移动系统（单向），标志移动通信开始）（1935年，阿姆斯特朗发明了FM方式无线电，是移动通信中的第一个大分水岭）（早在40年代末，美国Bell实验室提出蜂窝构想；1974年正式提出了蜂窝移动通信的概念。

）
2.了解通信系统的分类
按工作方式分类---单工双工(TDD,FDD) 半双工按信号形式分类---模拟网和数字网
按覆盖范围分类---城域网,局域网和个域网按服务特性分类---专用网,公用网
按多址方式分类---FDMA,TDMA,CDMA,SDMA 按使用对象分类---民用系统、军用系统按业务类型分类---电话网、数据网、综合业务网、多媒体
按使用环境分类---陆地通信、海上通信、空中通信
依据通话状态和频率使用方法，可分为单向和双向单工和双工
3.了解双工方式
双工通信的特点是: 同普通有线电话很相似, 使用方便。

其缺点是: 在使用过程中, 不管是否发话, 发射机总是工作的, 故电能消耗很大, 这对以电池为能源的移动台是很不利的。

针对此问题的解决办法是: 要求移动台接收机始终保持在工作状态, 而令发射机仅在发话时才工作。

这样构成的系统称为准双工系统, 也可以和双工系统兼容。

这种准双工系统目前在移动通信系统中获得了广泛的应用。

基站移动台
第二部分移动通信的传播特性
1.了解电波的传播方式
1) 直射波：电波传播过程中没有遇到任何的障碍物, 直接到达接收端的电波, 称为直射波。

直射波更多出现于理想的电波传播环境中。

2) 反射波：电波在传播过程中遇到比自身的波长大得多的物体时, 会在物体表面发生反射, 形成反射波。

反射常发生于地表、建筑物的墙壁表面等。

3) 绕射波：电波在传播过程中被尖利的边缘阻挡时, 会由阻挡表面产生二次波, 二次波能够散布于空间, 甚至到达阻挡体的背面, 那些到达阻挡体背面的电波就称为绕射波。

由于地球
表面的弯曲性和地表物体的密集性, 使得绕射波在电波传播过程中起到了重要作用。

4) 散射波：电波在传播过程中遇到障碍物表面粗糙或者体积小但数目多时, 会在其表面发
生散射, 形成散射波。

散射波可能散布于许多方向, 因而电波的能量也被分散于多个方向。

2. 了解无线电波的自由传播损耗
其中,d 的单位是km ，f 的单位是MHz ．ＧＴ，ＧＲ为１．
3. 了解无线信号的大尺度模型和小尺度模型所指的是什么；
大尺度传播模型：用于预测平均场强并用于估计无线覆盖范围的传播模型。

由于描述的是
发射机与接收机（T-R ）之间长距离（几百米—几千米）上的场强变化，所以被称作大尺度
传播模型。

小尺度衰减模型：描述短距离（几个波长），或短时间（秒级）内的接收场强快速波动的传
播模型，称为小尺度衰减模型。

4. 了解移动通信信道的四种效应
移动信道四大效应（阴影效应、多径效应、多普勒效应、远近效应）
多径效应：
阴影效应：当电波在传播路径上受到起伏地形、建筑物、植被等障碍物的阻挡时，会产生电
磁场的半盲区。

远近效应：由于接收用户的随机移动性，移动用户与基站间的距离也是随机地变化，若各移
动用户发射功率一样，那么到达基站的信号强弱不同，离基站近信号强，离基站远信号弱。

通信系统的非线性则进一步加重，出现强者更强、弱者更弱和以强压弱的现象。

多普勒效应： 由于处于接收状态的移动用户高速运动而引起传播频率的扩散。

其扩散程度
与用户运动速度成正比。

5. 了解移动通信信道的三大损耗
移动信道三大损耗（路径损耗、慢衰落、快衰落（频率选择性衰落、时间选择性衰落、空间
选择性衰落））
自由空间传播损耗（路径损耗）：理想传播条件，电波在自由空间传播时，不存在电波的反
射、折射、绕射、色散、吸收等现象。

但由于辐射能量的扩散而引起衰减。

慢衰落损耗：它反映了中等范围内数百波长量级接收电平的均值缓慢变化而产生的损耗（宏
观变化），近似服从对数正态分布。

产生原因：阴影效应 大气折射
2;R R T R R R P SA P d A G G λπλπ===2接收天线获得的功率：（）4其中：－接收天线的增益4lg(/)20lg()32.4420lg 20lg fs T R d L P P d f πλ==++4传输损耗：[]=10,;fs fs L d f d f L 可见：[]～或增加一倍，[]增加6dB
快衰落损耗：反映了微观小范围内数十波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗。

其变化
率比慢衰落快。

产生原因：多径效应 多普勒效应
6. 了解三种选择性衰落的概念，掌握相干时间、相干带宽、相干距离的概念；
三类主要快衰落（空间选择性衰落，频率选择性衰落，时间选择性衰落）
空间选择性衰落：在不同地点（空间）信号衰落特性不一样。

频率选择性衰落：信号在不同的频率衰落特性不一样。

结论：由于时延扩散引起了频率选择性衰落。

时间选择性衰落：信号在不同的时间衰落特性不一样。

结论：由于变速移动引起的频率扩散，在接收点波形产生了时间选择性衰落。

相干时间：Tc ≈ 1/fd ，当信号码元周期>TC 时，发生时间选择性衰落。

相关带宽：常用最大时延的倒数来规定相关带宽。

即 信号带宽大于相关带宽时，该信号在信道中传输则会产生频率选择性衰落 。

相干距离：
第三部分 抗衰落技术
1. 了解三种主要的抗衰落的技术手段
分集：用来补偿衰落信道损耗, 它通常要用两个或更多的接收天线来实现；
c B 2πΔ
1＝
均衡: 可以补偿信道中由于多径效应而产生的码间干扰（幅度和时延) ；
信道编码：通过在发送信息时加入冗余的数据位来改善通信链路的性能。

2.了解什么是分集，了解主要的分集技术
宏分集：蜂窝小区的顶点上设立多个基站，从不同方向同时与一个移动台通信。

微分集：利用信号在空间, 频率, 极化，场强，角度和时间上的相互独立性来减小快衰落的分集技术。

（空间分集，极化分集，场分量分集, 角度分集, 时间分集。

）
3.了解分集常见的三种信号合并方式，并知道它们性能优劣
最大比值合并,选择式合并, 等增益合并
选择式合并：比较并选择信噪比最大的支路作为输出。

所以又称开关式相加，方法简单，容易实现。

设有M个独立的Rayleigh衰落信道，每个信道称作一个分集支路，通信中断的条件是所有支路的信号的信噪比全部小于解调门限。

最大比值合并：最佳合并方式。

i ) 每个支路有一个加权因子ⅱ)各路信号迭加时要保证同相位(与选择分集不同), 因而要求每个支路有放大和调相电路。

等增益合并：各支路信号等增益相加。

其性能接近最大比值合并，且容易实现。

因为有时按需要权重可调并不方便，因而出现了等增益合并：各支路信号同相后再迭加，但各支路权重相同。

其性能比最大比率合并差一些，但比选择性分集要好很多。

三种合并法平均信噪比比较:在相同分集重数（即M相同）的情况下，以最大比值合并方式改善信噪比最大，等增益合并方式次之；分集重数M较小时，等增益合并的信噪比接近最大比值合并，选择式合并所得到的信噪比改善量最少，原因在于合并器输出只利用了最强的一路信号，而其他各支路都没有被利用。

4.了解时间分集以及相应的交织编码技术
时间分集：利用信号在时间上的独立性发射和接收时实现分集。

行列交织卷积交织随机交织
RAKE接收－－利用扩频码的相关特性进行多径分离与合并，实现时间分集
5.了解频率分集以及相应的扩频技术
载波信号的频率随时间而变化，扩频技术：
第四部分组网技术
1.了解三种多址接入技术
频分多址FDMA 在频分多址(FDMA)系统中不同信道占用不同带宽•FDMA是将给定的频谱资源划分为不同频道分配给每一个用户使用；
FDMA特点：
•FDMA每个频道只传送一路电话；
•连续传输, 一旦给移动台分配了频道，移动台和基站同时连续不断发射；
•信道带宽较窄（25kHz或30kHz），即FDMA通常使用窄带系统；
•传输速率低。

码元持续时间较长, 与平均延迟扩展相比很大, 这意味着码间干扰低，不需要均衡；
•与TDMA相比, FDMA系统简单的多；
•基站共用设备成本高，因为每路载波单路设计，需收发设备以及带通滤波器滤除杂波干扰; •移动台需要双工器，增加了费用；
•需要精确的RF滤波器消除邻频干扰。

时分多址TDMA 在时分多址中不同信道占用一个周期性重复的时隙•TDMA将无线频谱按时隙划分，分配给不同用户；
TDMA系统主要应考虑的问题：控制信令的传输同步抗多径干扰
主要措施：
1、在每个时隙中，划出专门的比特用于控制和信令的传输。

2、为便于接收端利用均衡器克服多径引起的码间干扰，在时隙中插入自适应均衡器所需的训练序列。

3、在上行链路的每个时隙中留出一定的保护间隔。

4、为便于接收端的同步，在每个时隙中要传输同步序列。

TDMA的特点:
•TDMA 使几个用户共享一个载波频率, 每个用户利用不同时隙。

•数据传送不连续，采用分组发送。

因而电池消耗低，切换容易；
•TDMA系统必须有精确的定时和同步。

•TDMA系统可动态分配时隙,有话音时分配时隙，无话音时不分配时隙，有利于提高系统容量。

码分多址CDMA 在码分多址(CDMA)中, 指定给每个用户一个唯一的PN代码，而且与其他用户代码正交•以信号波形（代码序列）不同区分不同用户称作CDMA连接。

CDMA系统特点：
•CDMA蜂窝系统与FDMA系统或TDMA系统相比具有更大的通信容量
•CDMA系统中信道数据率很高, 码片时长很短，由于PN序列的低自相关性，将超过一个码片的多径信号视为噪声，所以可以使用RAKE接收机，以提高系统的信噪比。

•CDMA系统具有“软切换”功能
•设备简单
2.了解蜂窝网和频率复用的概念
利用频率复用的概念，将整个服务区域划分成若干个小区，每个小区分别设置一个低发射功率的基站，负责本小区的通信。

优点：提高频率利用率，组网灵活缺点：网络构成复杂
频率复用：N个相邻的小区组成一个区群(簇) 将可供使用的频道划分成N组区群内的每个小区使用不同的频率组相邻区群重复使用相同的频率组分配模式。

3.了解区群的概念
簇（区群）：
共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇(区群)）
若N越小，则系统中区群复制得越多，系统容量越大，频率的利用率越高。

N叫做区群的大小，典型值3、4、7、9、12 、……
构成蜂窝网的二次几何图形
构成簇的基本条件：
基本图案（簇）能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积。

相邻单元（簇）中，同频道的小区间距离相等，且为最大。

满足上述两个条件的簇的形状和簇内小区数N是有限的，并且N应该满足下式：N=a^2+ab+b^2
4.能够画出移动通信网络的基本架构，了解其中各个网元的作用
移动用户－－基站－－交换机－－固定网络－－固定用户
移动用户－－基站－－交换机－－基站－－移动用户
1）MSC是移动业务交换中心，是无线电系统和公共电话交换网络之间的设备，完成必须的信令功能以建立与移动台的往来呼叫。

主要责任：路由选择管理；计费和费率管理；业务量管理；向HLR发送有关业务量的信息和计费信息。

2）2、HLR为原籍位置寄存器，每个移动用户必须在HLR中注册，HLR中存储的用户信息分两类：a：有关用户的参数信息；b：关于用户当前位置的信息，以及建立至移动台的呼叫路由。

功能: 负责移动台数据库管理，主要责任：用户参数的管理、修改等；计费管理；VLR的更新。

3）访问位置寄存器（VLR）是存储用户信息的动态数据库。

漫游登记一个VLR可以服务若干个MSC。

主要责任是：移动台漫游号管理；临时移动台标志管理；访问的移动台用户管理；HLR的更新；管理MSC区，位置区和基站区等；
4）认证中心是认证移动用户的身份以及产生相应认证参数的功能实体，进行用户鉴权和认证。

上述功能实体可以有多种配置方式：MSC-VLR HLR-AUC-EIR 等
5.了解什么是移动通信中的切换
将一个正处于呼叫建立状态或忙状态的MS转换到新的业务信道（新的小区）上的过程称为“切换”目的：实现蜂窝移动通信的“无缝隙”覆盖，保证移动台跨区时通信的连续性。

GSM决定切换的三个指标1）WEI(Word Error Indicator)移动台测当前突发脉冲是否得到正
确解调2）RSSI(Received Signal Strength Indicator)反映信道间干扰和噪声的指标3）QI(Quality Indicator)无线信号质量估计的指标，在一个有效窗口内用载干比(C/I)加上SNR来估计信号质量的一个指标
分类：按实现技术分为：1. 硬切换：新的连接建立前，先中断旧的连接。

例如GSM系统。

2. 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。

切换的准则：决定何时需要进行越区切换，通常根据移动台处接收的平均信号强度，或信噪比、信干比、误比特率等参数。

切换过程控制主要有三种：①移动台控制的越区切换②网络控制的越区切换③移动台辅助的越区切换
第五部分GSM系统
1.了解GSM系统的一些基本特征和参数
GSM系统的特点：1）具有开放的接口和通用的接口标准（采用OSI分层协议模型以7号信令作为互联标准）2）用户权利的保护和传输信息的加密（SIM卡：存储认证用户身份特征，网络操作，安全保密等有关信息。

鉴权过程：验证用户的合法性。

）3）支持电信业务，承载业务和补充业务（电信业务：电话、短消息、紧急呼叫等。

承载业务：数据通信补充业务，本质上是数字业务，呼叫转移、来电显示、计费通知等。

）4）具有跨国漫游能力5）系统容量大、频谱效率高（系统容量比TACS模拟系统高2倍，系统载干比一般只要求9dB，频率重复利用率高，组网灵活方便。

）6）抗干扰能力强，覆盖区内通信质量好
GSM的缺点：1）没有完美的系统!!2）没有端到端的用户加密。

3）没有给用户提供完全的64 kbit/s 的ISDN 带宽，4）没有透明的B-信道。

5）会减小驾驶时的注意力。

6）产生电磁辐射。

7）可能会出现滥用私人数据的现象。

8）系统高度复杂。

9）在GSM标准内有几处不相容。

2.掌握GSM系统的网络结构
移动台（MS：Mobile Station）：用户端的设备总称。

可以是手持机、车载台、便携式台。

组成：移动终端SIM卡。

基站子系统（BSS：Base Station Subsystem）由MSC控制，与MS进行通信的设备。

一个BSS可为一个或多个小区服务。

由两部分组成：基站收发设备（BTS：Base Transceiver Station）：负责无线传输。

基站控制器（BSC: Base Station Controller）：无线资源管理
MSC（Mobile Switch Center）MSC是NSS的核心。

交换功能；支持移动性的附加功能；网络资源管理；通过网关MSC (GMSC) 实现互通功能；数个数据库的综合。

HLR（Home Location Register）HLR是GSM系统的中心数据库，存储HLR控制区内所有用户的相关数据。

用户的参数（静态数据）：每个用户购机时，就属于某一个HLR控制区，其用户识别号码已存储在HLR中。

用户的位置信息（动态数据）：HLR控制区内的各个MS 位置的信息，即MS当前停留在哪个MSC/ VLR区。

这一信息随着MS的移动而相应改变。

VLR（Visitor Location Register ）VLR是存储位置信息的动态数据库，它包含了当前处在本区（MSC区）的全部MS（包括漫游到该VLR所管辖的移动用户）的有关资料。

当某一个MS用户漫游到新的MSC区，与该MSC连接的VLR就向其HLR请求该MS的有关数据并存储，同时并将此VLR号送至漫游用户的HLR。

一旦用户离开该VLR的控制区域，重新在另一个VLR登记，原VLR删除临时记录的该移动用户的信息。

常与MSC合并。

AUC（Authentication Center）为系统提供客户鉴权所需要的数据，用以保护通过空中接口的移动客户通信不受侵犯。

专用于GSM系统的安全性管理。

数据的存储存储每个用户的密钥，存储鉴权算法向HLR提供鉴权参数组。

常与HLR合并在一起。

EIR（Equipment Identity Register）存贮移动设备的国际移动设备识别码（IMEI），完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，防止非法移动台的使用。

OMC（Operation and Maintenance Center）用于对GSM系统的集中操作与维护，允许远程集中操作维护管理。

对基站分系统与网络分系统分别进行操作和维护。

故障管理：故障告警、启动测试等。

配置管理：软硬件的配置与参数修改。

性能管理：性能的监视与分析。

如话务统计。

OSS（Operation Support System）移动用户管理用户数据管理：对HLR和SIM卡的数据管理。

计费管理。

移动设备管理通过EIR实现，且EIR的数据通过网络管理中心更新。

网络操作与控制。

通过OMC实现对NSS和BSS的管理（故障管理、配置管理、性能管理等）。

3.掌握GSM系统中的各个网络元素的作用
移动台（MS：Mobile Station）：1）无线接入GSM数字移动通信网，并完成各种控制功能2）支持各种基本业务(电信业务和承载业务)和补充业务3）间断接收（DRX）和间断发射（DTX）4）加密，对用户数据和信令单元进行加密5）语音编解码和信道编译码6）协助BSS完成APC、跳频及各种切换7）无线信道速率和用户数据速率之间的适配8）支持人机接口（MMI）各种功能9）呼叫过程的提示
基站子系统（BSS：Base Station Subsystem）：1）协助MSC完成地面信道管理2）无线信道测量和分配。

链路监视、功率控制、跳频管理3）无线频道资源指示4）信道编解码，对用户数据和用户单元进行加密5）码型转换及速率适配6）独立完成小区内和同一BSC内的切换7）执行MSC指令的在BSC间的切换8）信号的收发与处理9）交换功能，将无线信道连接到A接口PCM信道10）空间分集接收
BSC的功能：是BSS的控制部分，对整个BSS进行控制和管理1）接口互连2）地面信道管理和交换3）无线信道管理4）无线信道的资源和分配、呼叫信道监测、APC功能、加密管理、BSC控制区内的切换、5）码型转换6）操作和维护7）扩容功能
移动交换中心MSC的功能：1）下传寻呼和呼叫所特定的功能；2）7 号信令系统(SS7) 的中止处；3）支持移动性的特定信令；4）位置登记和位置信息下传；5）新业务的提供(传真、数据呼叫)；6）支持短消息业务(SMS)；7）生成并下传计费和帐单信息
4.了解GSM空中接口的帧格式
5.掌握GSM空中接口的突发类型
在GSM系统中，每帧含8个时隙，每个时隙576.9us，包含156.25bit，在TDMA信道上一个时隙中的一个信息格式称为突发脉冲序列。

共用五种类型：常规突发脉冲序列频率校正突发脉冲序列同步突发脉冲序列接入突发脉冲序列空闲(哑元)突发脉冲序列
常规突发脉冲序列(NB) ：用于携带业务信道(TCH)及除随机接入信道(RACH)，同步信道(SCH)，快速辅助控制信道(FCCH)以外的控制信道上的信息
(尾比特3 加密比特57 1 训练序列26 1 加密比特57 尾比特3 保护期8.25)
加密比特：是客户数据或话音。

1：借用标志，表示此突发序列是否被FACCH信令借用。

训练序列：用于供均衡器产生信道模型。

尾比特：为000，帮助均衡器判断起始位和中止位。

保护期：为了防止不同移动台按时序突发的信号因传播时延不同而在基站发生前后交叠
频率校正突发脉冲序列（FB）:1）用于移动台的频率同步
（尾比特3 固定比特142 尾比特3 保护期8.25）
2）固定比特：共142比特，为全0，相应发送的是一个与载频有固定频偏的纯正弦波。

3）尾比特与保护期：与常规突发脉冲序列相同
同步突发脉冲序列（SB）: 1）用于移动台的时间同步
2）同步序列：64比特，用于移动台的时间同步
3）加密比特：TDMA帧号：加密序列算法的输入参数基站识别码BSIC：用于移动台进行信号强度测量时区分使用同一个载频的基站。

4）尾比特与保护期：同常规突发脉冲序列
（尾比特3 加密比特39 同步序列64 加密比特39 尾比特3 保护期8.25）
接入突发脉冲序列（AB）:
1）用于移动用户向基站提出入网申请
2）尾比特与训练序列较长，为了提高解调成功率（因为移动台首次接入时，基站接收机开始接收的状况带有一定的偶然性）。

3）保护期较长：为了适应移动台首次接入后不知道时间提前量而设置的（弥补传播时延的不利影响，一旦移动台和基站建立了联系，将在SACCH上发送时间调整量）
（尾比特8 训练序列41 加密比特36 尾比特3 保护期68.25)
空闲突发脉冲序列（DB）
1）不携带任何信息，用于填空，其结构与常规突发脉冲序列相同，但只发送固定的比特序列。

2）由BS发出
6.了解什么是物理信道，什么是逻辑信道，掌握逻辑信道的种类，以及映射关系
物理信道:1)占有25MHz带宽，频道间隔200kHz ，包含124对频道;2)每个载频按时间分为8个时间段，每个时隙段称为一个时隙(slot)，这样的时隙称为信道，或为物理信道；3)一个载频可提供8个物理信道，共992个物理信道
逻辑信道:1)物理信道所传输的内容2)为传送的各种控制信令和语音或数据业务在TDMA的8个时隙所分配的控制逻辑信道或语音、数据逻辑信道3)Burst：突发脉冲序列
100多个调制比特组成的脉冲串
物理信道与逻辑信道的映射：1）逻辑信道数大于物理信道数2）如何配置信道？
将公共控制信道复用，即在一个或两个物理信道上复用公共控制信道
映射关系的建立GSM通信系统ppt 65-74
7.了解各个逻辑信道的作用
公共信道：用于传送基站向移动台广播消息的广播控制信道和用于MSC与MS之间建立连接所需的双向信号的公共控制信道
专用信道：传送用户语音或数据的业务信道，另外还包括一些用于控制的专用控制信道
广播信道(BCH, Broadcast Channel)作用：一点对多点”的单方向控制信道；用于基站向移动台广播公用的信息；传输的内容主要是移动台入网和呼叫建立所需要的有关信息；为下行信道。

分类：
1）频率校正信道（FCCH）：传输用于校正移动台工作频率的信息。

2）同步信道（SCH）：传输移动台的帧同步（TDMA帧号）和BTS的识别码（BSIC）的信息，供移动台进行同步和对基站进行识别。

3）广播控制信道（BCCH）：广播每个BTS的通用信息（小区特定信息）
公共控制信道CCCH（Common Control CHannel）作用：1）双向控制信道
2）用于呼叫接续阶段传输链路连接所需要的控制信令。

分类：
1）寻呼信道（PCH）：传输基站寻呼移动台的信息。

下行信道，点对多点方式传播；
2）随机接入信道（RACH）：用于移动台随机提出的入网申请，即请求分配一个独立专用控制信道，可作为对寻呼的响应或MS主叫/登记时的接入。

上行信道，点对点方式传播
3）允许接入信道（AGCH）：用于基站对移动台的入网申请作出应答，即给用户分配一个独立专用控制信道。

下行信道，点对点方式传播
专用控制信道DCCH（Dedicated Control CHannel）作用：是在呼叫接续阶段以及在通信进。