第二章 蜂窝移动通信系统
第二代2G移动通信网络及其移动性管理
第2章第二代（2G）移动通信网络及其移动性管理第一代（1G）移动通信系统采用模拟技术，有多种制式，我国主要采用的是TACS。
第二代移动通信系统主要有欧洲的GSM和北美的DAMPS和IS-95 CDMA技术等，目前我国广泛应用的是GSM系统（简称G网）和IS-95 CDMA系统（简称C网）。
第二代（2G）移动通信替代第一代移动通信系统完成了模拟技术向数字技术的转变，其主要特性是为移动用户提供数字化的语音业务以及低速数据业务。
2.1第二代移动通信网络系统2.1.1 蜂窝系统的发展蜂窝系统的概念和理论上世纪六十年代就由美国贝尔实验室等单位提了出来，但其复杂的控制系统，尤其是实现移动台的控制直到上世纪七十年代随着半导体技术的成熟，大规模集成电路器件和微处理器技术的发展以及表面贴装工艺的广泛应用，才为蜂窝移动通信的实现提供了技术基础。
直到1979年美国在芝加哥开通了第一个AMPS(先进的移动电话业务)模拟蜂窝系统，而北欧也于1981年9月在瑞典开通了NMT(Nordic 移动电话)系统，接着欧洲先后在英国开通TACS系统，德国开通C－450系统等。
蜂窝移动通信的出现可以说是移动通信的一次革命。
其频率复用大大提高了频率利用率并增大系统容量，网络的智能化实现了越区转接和漫游功能，扩大了客户的服务范围。
第一代模拟系统主要有四大缺点：1、各个系统之间没有公共接口；2、很难开展数据承载业务；3、频谱利用率低，无法适应系统大容量的需求；4、系统安全保密性差，易被窃听，易做“假机”。
尤其是在系统间没有公共接口，因此系统相互之间不能漫游，给移动用户造成很大的不便。
第二代蜂窝移动通信系统主要包括GSM、IS-95以及D-AMPS三种。
我国的第二代蜂窝移动通信系统使用的是GSM标准制式。
2.2G SM系统GSM数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设计出来的，它是在蜂窝系统的基础上发展而成。
早在1982年，欧洲已有几大模拟蜂窝移动系统在运营，例如北欧多国的NMT（北欧移动电话）和英国的TACS（全接入通信系统），西欧其它各国也提供移动业务。
蜂窝移动通信系统组成(二)2024
蜂窝移动通信系统组成（二）引言概述：蜂窝移动通信系统是一种基于蜂窝网络的无线通信系统，由多个基站和用户设备组成。
在上一篇文章中，我们介绍了蜂窝移动通信系统的基本原理和组成部分。
在本文中，我们将进一步探讨蜂窝移动通信系统的组成，包括信道管理、移动管理、呼叫管理、资源管理和安全管理。
正文：一、信道管理1. 频率复用技术：介绍频率复用技术如频分复用（FDMA）和时分复用（TDMA），以提高频谱利用率。
2. 多址复用技术：介绍多址复用技术如码分多址（CDMA）和分组调度多址（TD-CDMA），以支持多用户同时传输数据。
3. 带宽分配：介绍如何通过动态频率分配（DFCA）和动态信道分配（DCA）等技术，根据用户需求分配信道资源。
二、移动管理1. 基站切换：介绍移动用户在不同基站之间切换的过程，包括小区搜索、测量和切换决策等步骤。
2. 手机定位：介绍如何通过不同定位技术如GPS和无线定位等，确定移动用户的位置信息。
3. 用户鉴权和注册：介绍用户鉴权和注册过程，以确保只有合法用户能够接入系统并进行通信。
三、呼叫管理1. 呼叫建立：介绍呼叫建立过程，包括寻呼、呼叫请求和呼叫确认等步骤。
2. 呼叫保持与转移：介绍呼叫保持和呼叫转移等功能，以支持用户在通话中保持或转移呼叫。
3. 呼叫释放：介绍呼叫释放过程，包括正常释放、异常释放和强制释放等情况。
四、资源管理1. 功率控制：介绍功率控制技术，以确保系统中各个用户设备的发送功率在合理范围内，保证通信质量。
2. 频率管理：介绍频率管理技术，以平衡系统中不同用户设备之间的频率资源，避免干扰。
3. 带宽管理：介绍带宽管理技术，以合理分配系统中的带宽资源，满足不同用户的通信需求。
五、安全管理1. 用户身份认证：介绍用户身份认证技术，以确保只有合法用户能够接入系统并进行通信。
2. 数据加密与解密：介绍数据加密与解密技术，以保证用户数据的机密性和完整性。
3. 防止恶意攻击：介绍常见的恶意攻击方式如拒绝服务攻击（DDoS）和干扰攻击，并提供相应的防护措施。
移动通信(第四版)第2章-蜂窝的概念
3
2.1 蜂窝的概念 区域覆盖(特点 区域覆盖 特点) 特点 大区制：系统容量小。 大区制：系统容量小。 小区制：可频率再用，系统容量大。 小区制：可频率再用，系统容量大。 以下专门研究小区制。 以下专门研究小区制。
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4
大 区 移 动 通 信 示 意 图 基站（ ）：负责移动通信的联络和控制。 ）：负责移动通信的联络和控制 基站（BS）：负责移动通信的联络和控制。
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7
小 区 制 移 动 通 信 示 意 图
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8
2.2
服务小区的形状
根据服务对象、地形的分布及干扰等因素， ※根据服务对象、地形的分布及干扰等因素， 可以将小区制移动通信网划分为： 可以将小区制移动通信网划分为： 2.2.1 带状网 2.2.2 蜂窝网
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结论：满足三个配置原则， 结论：满足三个配置原则，但可能会较大的有邻道 干扰。 干扰。
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可以利用频道序号的差值有无相同，判别一组频 可以利用频道序号的差值有无相同， 道中是否存在三阶互调干扰。 道中是否存在三阶互调干扰。如果存在三阶互调 干扰， 干扰，则 di,x=dk,j i,j,k,x：；频道序号； ：；频道序号 ：；频道序号； di,x ，dk,j：频道序号差值。 频道序号差值。 利用计算机搜索来得到无三阶互调干扰的 相容信道。上面的例题使用42信道并且只占用 相容信道。上面的例题使用 信道并且只占用 42信道的频段，是最佳的分配方案。（在很多 信道的频段， 。（在很多 信道的频段 是最佳的分配方案。（ 方案中占用信道数大于需要信道数。） 方案中占用信道数大于需要信道数。）
蜂窝移动通信系统组成
蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统（NSS）、无线基站子系统(BSS)和移动台（MS）三大部分组成，如图2－1所示。
其中NSS与BSS之间的接口为“A”接口，BSS与MS之间的接口为“Um”接口。
在模拟移动通信系统中，TACS规范只对Um接口进行了规定，而未对A接口做任何的限制。
因此，各设备生产厂家对A接口都采用各自的接口协议，对Um接口遵循TACS规范。
也就是说，NSS系统和BSS系统只能采用一个厂家的设备，而MS可用不同厂家的设备。
图2－1 蜂窝移动通信系统的组成由于GSM规范是由北欧一些运营公司“炒”出的规范，运营公司当然喜欢花最少的投资，用最好的设备来建最优良的通信网，因此GSM规范对系统的各个接口都有明确的规定。
也就是说，各接口都是开放式接口。
GSM系统框图如图2-2，A接口往右是NSS系统，它包括有移动业务交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）和移动设备识别寄存器（EIR），A接口往左Um 接口是BSS系统，它包括有基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。
Um接口往左是移动台部分（MS），其中包括移动终端（MS）和客户识别卡（SIM）。
图2－2 GSM系统框图在GSM网上还配有短信息业务中心（SC），即可开放点对点的短信息业务，类似数字寻呼业务，实现全国联网，又可开放广播式公共信息业务。
另外配有语音信箱，可开放语音留言业务，当移动被叫客户暂不能接通时，可接到语音信箱留言，提高网路接通率，给运营部门增加收入。
2.2 交换网路子系统交换网路子系统（NSS）主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。
NSS 由一系列功能实体所构成，各功能实体介绍如下：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，也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。
它可完成网路接口、公共信道信令系统和计费等功能，还可完成BSS、MSC之间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等。
蜂窝移动通信系统课件
03 蜂窝移动通信系统网络
网络架构与组成
网络架构
蜂窝移动通信系统通常由多个基站组成，每个基站覆盖一个蜂窝小区，小区之 间通过交换机和传输网络连接，形成一个完整的网络架构。
组成元素
蜂窝移动通信系统主要由移动终端、基站、交换机、传输网络等组成，各部分 协同工作，实现无线通信。
网络规划与优化
网络规划
工作原理
蜂窝移动通信系统通过将覆盖范围划分为多个小区，每个小 区由一个基站负责信号覆盖，实现用户之间的通信。
工作流程
蜂窝移动通信系统的工作流程包括用户注册、位置更新、呼 叫建立和释放等过程，涉及多个网元之间的交互和协同工作 。
02 蜂窝移动通信系统技术
多址接入技术
A
频分多址（FDMA）
将频带分成若干个小的频带，每个用户占用一 个小的频带，通过频带进行通信。
详细描述
随着技术的发展，蜂窝移动通信系统还提供 了多媒体业务，包括音频和视频内容的传输。 用户可以通过移动终端设备欣赏音乐、观看 视频、进行视频通话等，享受更加丰富的多 媒体体验。
物联网应用
要点一
总结词
支持物联网设备的接入和数据传输，实现智能化管理和控 制。
要点二
详细描述
蜂窝移动通信系统还广泛应用于物联网领域，支持各种物 联网设备的接入和数据传输。通过蜂窝网络，物联网设备 可以实现远程监控、数据采集、智能控制等功能，为智能 家居、智慧城市等领域提供强大的技术支持。
05 蜂窝移动通信系统发展与趋势
5G技术发展与趋势
5G技术发展
5G技术是蜂窝移动通信系统的最新一代，具有高速率、低时延、大连接等优势，能够 满足未来各种应用场景的需求。
5G发展趋势
随着5G技术的不断演进和应用，未来将会有更多的智能化、自动化和高效化的应用出 现，推动社会的数字化转型。
第二章 蜂窝移动通信系统
第二章蜂窝移动通信系统第二章蜂窝移动通信系统2·1 系统概述蜂窝移动通信系统是一种广泛应用于移动通信领域的通信系统。
它由多个小区组成，每个小区都由一个基站负责覆盖和管理通信。
蜂窝移动通信系统提供了可靠的语音和数据传输服务，使得用户可以随时随地进行通信。
2·1·1 系统结构蜂窝移动通信系统包括无线网络和核心网络两部分。
无线网络由基站和无线终端设备组成，负责无线信号的传输和接收。
核心网络则提供了与其他通信网络和服务的连接，以及用户身份认证、信息交换等功能。
2·1·2 系统频段蜂窝移动通信系统使用了多个频段进行通信，常见的频段包括800MHz、900MHz、1800MHz、2100MHz等。
不同频段具有不同的传输能力和覆盖范围，可以根据实际需求进行选择。
2·2 基站基站是蜂窝移动通信系统中的重要组成部分，负责无线信号的发射和接收。
基站通常由天线、发射机、接收机等设备组成。
2·2·1 射频覆盖基站通过发射射频信号来覆盖小区内的区域。
射频覆盖是基站的核心功能之一，它能够实现信号的广播和接收，保证用户能够在小区内稳定地进行通信。
2·2·2 基站选择在蜂窝移动通信系统中，基站的选择对网络性能和用户体验有着重要影响。
基站的选择通常基于信号强度、干扰情况以及其他网络指标等因素。
2·3 无线终端设备无线终端设备是蜂窝移动通信系统中用户使用的设备，包括方式、平板电脑、调频无线电等。
无线终端设备通过无线信号与基站进行通信，实现语音和数据的传输。
2·3·1 方式无线通信方式是最常见的无线终端设备，它通过无线信号与基站进行通信。
方式可以实现语音通话、短信发送和接收、上网浏览等功能。
2·3·2 平板电脑无线通信平板电脑也是常见的无线终端设备，它具有更大的屏幕和更强大的计算能力，可以实现更丰富的应用，如视频通话、游戏等。
第二章蜂窝移动通信系统
为了减小同频干扰，同频小区必须在物理上隔开一个最小的 距离，为传播提供充分的隔离。
可以采用定向天线减小同频干扰。
频率复用距离D与小区簇的关系
频率复用距离D （即同频距离） : D是指最近的两个频点小区中
心之间的距离在小区中心作两条与小区的边界垂直的直线，其夹
角为120º。此两条直线分别连接到最近的两个同频点小区中心，
其长度分别为i和j，于是D为
D 3R （i j / 2）2 ( j 3 / 2)2
3(i2 ij j2 ) R
3N R
×
×
式中D:同频小区的距离 N: 单位无线区群中的小区数目 N i2 ij j2 R:小区半径 3R :邻区中心之间距离
× × 1i
6
4
2
5D j
7
3
×
1
7
×
6
4
r
3 3r 2 4
r
1.3r 2
2r
3r
大：BS间干扰小
2r 2
2 2r
3 3r 2 2.6r 2 小：同频干扰小
最少频率
6
4
3
少：频率利用率高
正个六数边形小区形状最佳，相互邻接构成蜂窝状网络结构
小区制--面状服务覆盖区
通过上表可见，采用正六边形无线小区邻接构成整个面状 服务区为最好。
信道统监视方法
目的：使切换请求优先于初始呼叫请求 原理：保留小区中所有可用信道的一小部分，专门为那些可能要
切换到该小区的通话所发出的切换请求服务
对切换请求进行排队
目的：减小中断的发生概率 原理：信号强度下降到切换门限以下和因信号太弱而通话中断之
间的时间间隔是有限的
2.2 信道切换策略
蜂窝移动通信系统组成
蜂窝移动通信系统组成蜂窝移动通信系统是一种广泛应用于现代通信领域的无线通信技术。
它由多个组成部分构成，包括基站子系统、核心网子系统以及移动终端设备。
本文将对蜂窝移动通信系统的组成进行详细介绍。
一、基站子系统基站子系统是蜂窝移动通信系统的核心组成部分，负责无线信号的传输和接收。
它包括以下几个主要组件：⑴基站基站是蜂窝移动通信系统中的无线发射和接收设备，负责与移动终端进行信号的传输和接收。
它通常由天线、射频（Radio Frequency）模块、数字信号处理器等组件构成。
⑵基站控制器（BSC）基站控制器负责控制基站的运行和管理。
它与基站之间通过无线或有线连接进行通信，可以同时控制多个基站。
基站控制器的主要功能包括呼叫控制、信道分配、功率控制等。
⑶传输网（Transit Network）传输网是蜂窝移动通信系统中用于传输数据和信号的网络。
它由多种传输介质组成，如光纤、微波等。
传输网负责将来自基站的信号传输至核心网子系统。
二、核心网子系统核心网子系统是蜂窝移动通信系统中的中心部分，负责处理和管理移动通信的核心功能。
它由以下几个主要组件组成：⑴移动交换中心（MSC）移动交换中心是核心网子系统中的一个重要组成部分，负责呼叫控制、信令传输等功能。
它与基站控制器相互连接，管理呼叫的接入和传输。
⑵主数据管理（Home Location Register，HLR）主数据管理是核心网子系统中的一个数据库，用于存储和管理移动用户的基本信息，如用户号码、位置信息等。
⑶位置注册（Visitor Location Register，VLR）位置注册是核心网子系统中的一个数据库，用于存储和管理目前正在访问某一地区的移动用户信息。
⑷计费中心（Billing Center）计费中心负责统计和计费移动通信服务的使用情况。
它与移动交换中心、主数据管理等组件进行数据交换，相应的通信费用信息。
三、移动终端设备移动终端设备是蜂窝移动通信系统的用户侧，用于与基站进行通信和连接。
2、蜂窝移动通信系统的介绍
2.3.3 蜂窝小区容量的改善 （2）扇区的概念
移 动 通 信 原 理
图3-5 扇区划分
25
2.4 电信业务流量与服务等级 （1）呼叫话务量与忙时话务量
移 动 通 信 原 理
• 话务量是通信系统通话业务量或繁忙程度的指标。 • 其性质如同客流量，具有随机性，只能用统计方 法获取。
26
2.4 电信业务流量与服务等级 （1）呼叫话务量与忙时话务量
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2.4 电信业务流量与服务等级 （2）呼损率
移 动 通 信 原 理
• 呼损率的物理意义是损失话务量与呼叫话务量之比的 百分数。 • 呼损率在数值上等于呼叫失败次数与总呼叫次数之比 的百分数。 • 呼损率B称为系统的服务等级（或业务等级），记为 GOS。 • GOS是系统的一个重要质量指标。 • 呼损率与话务量是一对矛盾，即服务等级与信道利用 率是矛盾的。
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2.3.1 同频干扰和系统容量 • 如果每个小区的大小都差不多，基站也都发射
移 动 通 信 原 理
相同的功率，则同频干扰比例与发射功率无关， 而变为小区半径（R）和相距最近的同频小区中 心间距离（D）的函数。增加D/R的值，相对于 小区的覆盖距离同频小区间的空间距离就会增 加，从而来自同频小区的射频能量减小而使干 扰减小。
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2.3.1 同频干扰和系统容量 • 参数Q叫做同频复用比例（也叫同频干扰抑制因
移 动 通 信 原 理
子），与区群的大小有关。对于六边形系统来说， Q可表示为
（2-4）
19
2.3.1 同频干扰和系统容量 • Q的值越小则容量越大；而Q值大可以提高传播
移 动 通 信 原 理
质量，因为同频干扰小。在实际的蜂窝系统中， 需要对这两个目标进行协调和折衷。
第2章课件蜂窝的概念幻灯片资料
蜂窝的分类
➢ 宏蜂窝(Macro-cell)：2~20km ➢ 微蜂窝(Micro-cell)：0.4~2km ➢ 皮蜂窝(Pico-cell)：<400m ➢ 分层蜂窝(由多种蜂窝组成) ➢ 多维小区
2.3 频率复用
频率复用是小区制网的核心问题。
定义：小区内基站的工作频率，由于电 波传播损耗产生的隔离度，可以在相隔 一定距离后的另一小区重复使用。
❖ 同频复用比告诉我们：
➢ Q↓复用次数越多，系统容量越大；
➢ Q↑ 复用次数越少，话音质量好，干扰小。
❖ Q的选取主要考虑C/I比，C/I取决于同频 干扰射频防卫度，射频防卫度是满足接 收质量要求时的射频信号与干扰信号之 比（射频防卫度，一般定为话音4级时为 17dB、3级时为12dB）。
2、服务区形状
(2)为了大范围覆盖，发射功率很大，一般 为50~200W;
(3)实际覆盖半径达30~50KM.
决定覆盖半径的因素：
(1)地球曲率；
(2)地形影响
(3)多径反射
(4)移动台发射功率小，上行信号传输距离 有限（上下行功率差可达6~12dB）,出现 手机在服务区内接收信号很强，却打不 出电话的现象。
为了理论分析和设计方便，用全覆盖的形 状代表，可用全六边形、四面形、三角形，面 积最大、最直接的为六边形。
面状服务区与蜂窝结构
一个蜂窝系统构成的基本条件：
❖ 基本图案能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积。 ❖ 相邻单元中，同频道的小区间距离相等，且为最大。 ❖ 区域内的各个小区使用不同的频道。 ❖ 簇获得全部频率。
❖ 理想情况：若基站使用全向发射天线，基 站覆盖区实际上是一个圆。但从理论上说，圆 形小区邻接会出现多重覆盖或无覆盖区。
数字蜂窝移动通信系统
数字蜂窝移动通信系统在当今高度互联的世界中，数字蜂窝移动通信系统已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
从日常的通话、短信交流，到随时随地的上网浏览、视频通话和移动支付，数字蜂窝移动通信系统以其强大的功能和便捷性，深刻地改变了我们的生活方式和工作方式。
数字蜂窝移动通信系统，简单来说，就是一种将地理区域划分成若干个小的“蜂窝”状区域，每个区域都由一个基站覆盖，并通过无线信号实现移动设备之间通信的系统。
这种系统的出现，解决了传统移动通信中频谱资源有限、通信容量小、覆盖范围有限等问题，为大规模的移动通信提供了可能。
在数字蜂窝移动通信系统中，频谱资源的管理和分配至关重要。
频谱就像是高速公路上的车道，不同的频段被分配给不同的通信服务和用户，以避免相互干扰。
随着移动用户数量的不断增加和通信业务的多样化，频谱资源变得日益紧张。
为了更有效地利用频谱资源，各种频谱复用技术应运而生。
例如，时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和频分多址（FDMA）等技术，通过在时间、码型和频率等维度上对频谱进行划分和复用，大大提高了频谱的利用率。
基站是数字蜂窝移动通信系统的核心组成部分之一。
基站负责接收和发送移动设备的信号，实现与核心网络的连接。
为了确保良好的覆盖和通信质量，基站的布局和参数设置需要经过精心规划和优化。
在城市等人口密集区域，基站的密度通常较高，以提供足够的容量和信号强度；而在偏远地区，可能会采用大功率基站或卫星通信等方式来实现覆盖。
移动设备，如手机、平板电脑等，是数字蜂窝移动通信系统的终端用户设备。
它们具备接收和发送无线信号的能力，并能够对信号进行处理和编码解码。
随着技术的不断进步，移动设备的功能越来越强大，性能也越来越优越。
从早期只能进行简单通话和短信发送的功能手机，到如今具备高清摄像、高速上网、智能应用等多种功能的智能手机，移动设备的发展极大地丰富了我们的移动通信体验。
数字蜂窝移动通信系统的发展经历了多个阶段。
第二章 蜂窝移动通信系统
第二章蜂窝移动通信系统第二章蜂窝移动通信系统2.1 蜂窝移动通信系统概述蜂窝移动通信系统是一种基于无线通信技术的多用户、多频道的通信系统。
它通过将覆盖区域划分为多个小区，每个小区由一个基站负责覆盖和通信服务。
该系统采用频分多址（FDMA）或码分多址（CDMA）技术，实现对用户间的隔离和通信的同时进行。
2.2 蜂窝移动通信系统的基本组成2.2.1 基站子系统（BSS）基站子系统是蜂窝移动通信系统的核心组成部分，包括基站控制器（BSC）和基站（BS）。
BSC负责对多个基站的管理和控制，而基站则负责具体的信号传输和接收。
2.2.2 移动交换中心（MSC）移动交换中心是蜂窝移动通信系统的中央控制设备，负责调度和管理系统内的通信流量，实现用户话务的接入、切换和传输。
2.2.3 移动接入网（RAN）移动接入网是蜂窝移动通信系统与用户终端之间的接口，负责用户的接入、信号传输和数据转换。
2.3 蜂窝移动通信系统的信号传输方式2.3.1 频分多址（FDMA）频分多址是一种在时间上共享信道、在频率上分配信道的传输方式。
在蜂窝移动通信系统中，每个小区被分配一个频率带宽，该频率带宽被划分为多个信道，每个信道用于传输一个用户的通信数据。
2.3.2 码分多址（CDMA）码分多址是一种在时间和频率上共享信道的传输方式。
在蜂窝移动通信系统中，每个用户的通信数据被编码为不同的码序列，然后与其他用户的码序列混合传输。
接收端通过解码的方式将目标用户的信息提取出来。
2.3.3 时分多址（TDMA）时分多址是一种在时间上共享信道的传输方式。
在蜂窝移动通信系统中，每个信道被划分为多个时隙，每个时隙用于传输一个用户的通信数据。
2.4 蜂窝移动通信系统的网络拓扑结构2.4.1 单基站单小区单基站单小区是蜂窝移动通信系统最基本的网络拓扑结构，一个基站覆盖一个小区，该小区内的所有用户共享同一频率资源。
2.4.2 单基站多小区单基站多小区是指一个基站覆盖多个小区，每个小区有不同的频率资源分配，从而增加了系统的容量和覆盖范围。
蜂窝移动通信系统的组成
蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统（NSS）、无线基站子系统(BSS)和移动台（MS）三大部分组成，如图2－1所示。
其中NSS与BSS之间的接口为“A”接口，BSS与MS之间的接口为“Um”接口。
在模拟移动通信系统中，TACS规范只对Um接口进行了规定，而未对A接口做任何的限制。
因此，各设备生产厂家对A接口都采用各自的接口协议，对Um接口遵循TACS规范。
也就是说，NSS系统和BSS系统只能采用一个厂家的设备，而MS可用不同厂家的设备。
图2－1 蜂窝移动通信系统的组成由于GSM规范是由北欧一些运营公司“炒”出的规范，运营公司当然喜欢花最少的投资，用最好的设备来建最优良的通信网，因此GSM规范对系统的各个接口都有明确的规定。
也就是说，各接口都是开放式接口。
GSM系统框图如图2-2，A接口往右是NSS系统，它包括有移动业务交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）和移动设备识别寄存器（EIR），A接口往左Um接口是BSS系统，它包括有基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。
Um接口往左是移动台部分（MS），其中包括移动终端（MS）和客户识别卡（SIM）。
图2－2 GSM系统框图在GSM网上还配有短信息业务中心（SC），即可开放点对点的短信息业务，类似数字寻呼业务，实现全国联网，又可开放广播式公共信息业务。
另外配有语音信箱，可开放语音留言业务，当移动被叫客户暂不能接通时，可接到语音信箱留言，提高网路接通率，给运营部门增加收入。
2.2 交换网路子系统交换网路子系统（NSS）主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。
NSS 由一系列功能实体所构成，各功能实体介绍如下：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，也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。
它可完成网路接口、公共信道信令系统和计费等功能，还可完成BSS、MSC之间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等。
蜂窝移动通信系统
蜂窝移动通信系统在当今高度互联的世界中，蜂窝移动通信系统已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
从我们日常的电话通话、短信交流，到随时随地上网浏览信息、观看视频，蜂窝移动通信系统在背后默默发挥着巨大的作用。
那么，究竟什么是蜂窝移动通信系统呢？简单来说，它是一种通过多个基站覆盖特定区域，使得移动设备能够在这个区域内保持通信连接的技术。
想象一下，我们生活的区域被划分成一个个像蜂窝一样的小格子，每个格子都有一个基站负责信号的发送和接收，这就是“蜂窝”这个名称的由来。
为了更好地理解蜂窝移动通信系统，让我们先来了解一下它的发展历程。
第一代蜂窝移动通信系统（1G）出现在 20 世纪 80 年代。
那时候，手机还是个大块头，只能进行语音通话，而且信号不稳定，通话质量也不高。
但它的出现，让人们第一次实现了随时随地打电话的梦想。
随着技术的进步，第二代（2G）移动通信系统登场了。
2G 不仅能提供更清晰的语音通话，还引入了短信功能。
这一小小的变革，让人们的交流方式更加多样化。
紧接着，第三代（3G）移动通信系统带来了革命性的变化。
它实现了高速数据传输，让我们能够用手机上网浏览网页、下载文件。
而第四代（4G）移动通信系统则进一步提升了数据传输速度，使得在线观看高清视频、进行视频通话变得流畅无比。
如今，我们正步入 5G 时代。
5G 网络的速度比 4G 快了数十倍甚至上百倍，低延迟、大容量连接等特点，为智能交通、远程医疗、工业互联网等领域带来了巨大的发展机遇。
蜂窝移动通信系统的核心组成部分包括移动设备、基站和核心网络。
移动设备就是我们手中的手机、平板电脑等终端设备。
它们内置了天线和通信模块，用于接收和发送信号。
基站则是负责与移动设备进行通信的关键设施。
基站分布在各个区域，通过无线电波与移动设备进行连接。
每个基站都有一定的覆盖范围，当我们从一个区域移动到另一个区域时，手机会自动切换到信号更强的基站，以保证通信的连续性。
核心网络则像是整个系统的大脑，负责管理用户信息、处理数据流量、实现不同网络之间的互联互通等。
现代通信技术—蜂窝移动通信系统
2020/11/23
现代通信技术—蜂窝移动通信系统
VHF、UHF电波传播特性
• 电波传播方式
• 发射机天线发出的无线电波，可依不同的路径到达 接收机，当频率f＞30 MHz时，典型的传播通路如 图所示
现代通信技术—蜂窝移动通信系统
直射波
• 直射波传播可按自由空间传播来考虑。所谓自由空 间传播系指天线周围为无限大真空时的电波传播， 它是理想传播条件。电波在自由空间传播时，其能 量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。 实际情况下，只要地面上空的大气层是各向同性的 均匀媒质，其相对介电常数ε和相对导磁率μ都等于1， 传播路径上没有障碍物阻挡，到达接收天线的地面 反射信号场强也可以忽略不计，在这样情况下，电 波可视作在自由空间传播。
•即反射波场强的幅度等于入射波场强的幅度，而相差为 180°。
•式中，d=d1+d2。
现代通信技术—蜂窝移动通信系统
•反射波
•通常(ht+hr)d, 故上式中每个根号均可用二项式定理展开，
并且只取展开式中的前两项。例如：
•由路径差Δd引起的附加相移Δφ为
•式中，2π/λ称为传播相移常数。 •这时接收场强E可表示为
•多径时散与相关带宽
•多径时散示例
现代通信技术—蜂窝移动通信系统
•多径时散与相关带宽
•时变多径信道响应示例
•(a) N=3; (b) N=4; (c) N=5
现代通信技术—蜂窝移动通信系统
•多径时散与相关带宽
•一般情况下，接收到的信号为N个不同路径传来的信号之和， 即
•式中，ai是第i条路径的衰减系数；τi(t)为第i条路径的相对
信号为两者之和，即
蜂窝移动通信的关键技术 ppt课件
第2章 蜂窝移动通信的关键技术
4. 直放站技术
在组网时，出于经费或地形地物等方面的考虑，会出现 无线电波覆盖不到的地区，称之为盲区或死区，如图所示。 为了实现整个服务区内的通信，使死区变活，消除盲区，通 常在适当的地方建立直放站，以沟通盲区和死区内的移动台 与基站之间的通信。
f2
BS
MS1 R
服务区
R f3
f4
MS2 R
大区制移动通信示意图
第2章 蜂窝移动通信的关键技术
1. 大区制
TX:25～200W
30 200m
～
TX:10～25W
TRX
TRX
BS
MS
覆盖半径 25～45km
第2章 蜂窝移动通信的关键技术
►大区制特点：
⑴ 系统及控制简单 ⑵ 容量小 例：设大区制系统共有12个频道（信道ch：channel）， 每信道可容纳10个移动用户，求系统用户容量。 解：
并采用三个互成120°扇形覆盖的定向天线，分别覆盖三个 相邻小区的各1/3区域，每个小区由三幅120°扇形天线共同 覆盖，如图(b)所示。
第2章 蜂窝移动通信的关键技术
无线小区的两种激励方式 (a) 中心激励；(b) 顶点激励
第2章 蜂窝移动通信的关键技术
3. 无线小区模型的确定
目前GSM网络广泛采用的无线小区模型有 4×3复用方式和3×3复用方式等。
第2章 蜂窝移动通信的关键技术
多信道共用方式如图(b)所示。在这种方式下， 该小区内的10个信道被110个用户共用。当k(k < 10) 个信道被占用时，其他需要通话的用户可以选择剩 下的(10-k)中的任意一个空闲信道通信。因为任何 一个移动用户选择空闲信道和占用空闲信道的时间 都是随机的，所以，所有10个信道被同时占用的概 率远小于一个信道被占用的概率。因此，多信道共 用方式可大大提高信道利用率。
蜂窝移动通信系统原理
蜂窝移动通信系统原理
蜂窝移动通信系统是一种无线通信系统，它利用基站和移动设备之间的连接来传输语音、数据和视频等信息。
其原理基于分布式网络架构和频率复用技术。
首先，蜂窝移动通信系统将特定区域划分为许多小区，每个小区由一个基站负责覆盖。
每个基站包括天线、收发设备和控制单元等组件，用于接收和发送信号。
其次，蜂窝移动通信系统使用频率复用技术。
每个小区被分配一定数量的频率资源，这些频率资源被分割成时间或空间上的不重叠频带。
这种频率复用使得多个用户可以同时使用同一频率，提高了系统的容量和效率。
当移动设备进入某个小区时，它会与该小区的基站建立通信连接。
移动设备通过无线信号将语音、数据和视频等信息发送给基站，基站会将这些信息转发到目标设备或其他网络中。
同时，基站还会接收其他设备发送的信息，并将其转发给目标设备。
在整个通信过程中，蜂窝移动通信系统通过动态分配频率、为移动设备提供接入控制和漫游等功能，确保了通信质量和系统的稳定性。
此外，系统还采用了加密和认证等安全措施，保障用户通信的隐私和安全。
总的来说，蜂窝移动通信系统通过利用分布式网络架构和频率复用技术，实现了大规模的无线通信。
它为用户提供了高质量
的语音通话、快速的数据传输和丰富的多媒体体验，成为现代社会不可或缺的通信手段之一。
移动通信课程第二章(2)
D5 D4
BS
D3
BS
MS
D
r0
BS
D6
D2
D1
BS
BS
27
1). 全向小区系统C/I的计算(5/10)
2) 有效信号： 3) 无效信号：
n C P r T 0
I
k 1
m
n P D T k
4) 全向小区系统C/I ：
C PT r0 n I
r0
n
P
k 1
m
2.2.1.2 条状服务区的C/I 2.2.1.3 面状服务区的C/I
1). 全向小区系统的C/I 2). 定向小区系统的C/I
11
2.2.1.1 信号/同频干扰比
信号/同频干扰比 (只考虑两个单独的小
区)
同频 小区A r0 MS 同频 小区B
D
Q=D/r0
同频干扰示意图 D 为同频复用距离 r0 为小区半径 Q=D/r0 为同频复用比
1 C/I 6
3N
4
73.5 18.7dB 17dB
满足17dB信干比的要求。
31
1). 全向小区系统C/I的计算(9/10)
b). 最坏情况下全向天线系统C/I 的计算：
BS BS
D+r0
n
将最短干扰距离( DK D r0 ) 带入计算：
C 1 I DK k 1 r0
C / I 40lg Q 1
14
2.2.1 同频干扰
2.2.1.1 信号/同频干扰比 2.2.1.2 条状服务区的C/I 2.2.1.3 面状服务区的C/I
1). 全向小区系统的C/I 2). 定向小区系统的C/I
蜂窝移动通信系统组成(一)
蜂窝移动通信系统组成（一）引言概述:蜂窝移动通信系统是现代通信技术的重要组成部分，在实现移动通信的无缝连接和高速数据传输方面发挥了关键作用。
本文将探讨蜂窝移动通信系统的组成，帮助读者更好地了解这一技术。
正文内容:1. 蜂窝移动通信系统的基本原理- 蜂窝移动通信系统是基于无线电技术的通信系统，通过划分地理区域为小单元，每个小单元称为蜂窝，从而实现无缝的移动通信。
- 蜂窝移动通信系统利用无线基站与移动设备之间的无线信道进行信息的传输和接收。
1.1. 手机用户与基站通信- 手机用户通过手机设备与所在区域内的基站进行通信。
- 基站接收并解码来自手机用户的信息，然后将其传输到目标基站或其他通信网络中。
1.2. 基站间的无缝切换- 蜂窝移动通信系统中的基站之间通过无缝切换实现用户在移动过程中的通信连续性。
- 当用户从一个蜂窝区域移动到另一个蜂窝区域时，通信系统会自动将用户的通信连接从一个基站切换到另一个基站。
2. 蜂窝移动通信系统的关键组成部分- 蜂窝移动通信系统由多个关键组成部分组成，以实现高效的通信传输和数据处理。
2.1. 基站- 基站是蜂窝移动通信系统中的核心设备，用于接收和发送电波以实现与手机用户之间的通信。
- 基站通常由天线、收发信机、射频设备、控制单元等组成。
2.2. 移动设备- 移动设备是指用户所使用的手机等设备，它们通过无线电波与基站进行通信。
- 移动设备拥有自己的信号处理器、天线和操作系统，用于接收和发送通信信号。
2.3. 传输网络- 传输网络是蜂窝移动通信系统中的另一个重要组成部分，用于连接不同基站之间的通信流量。
- 传输网络经常使用光纤、卫星连接等技术来传输数据。
2.4. 控制中心- 控制中心是蜂窝移动通信系统的核心控制单元，负责调度和管理整个通信系统的运行。
- 控制中心包括信令网关、移动交换中心和运营支持系统等。
2.5. 用户接口- 用户接口是蜂窝移动通信系统与用户之间的桥梁，用于用户通过移动设备与通信系统进行交互。
第二章：《蜂窝移动通信系统》
2.1.1 大区制移动通信网(4/4)
解决上行问题的办法： 解决上行问题的办法：
如图, 如图 设置分集接收台 基站发射用全向天线， 接 基站发射用全向天线 ，
BS
Rd Rd
MS1 MS2
收用定向天线 提高基站接收灵敏度
Rd 大区制设置分集接收台示 意图
10
2.1. 蜂窝小区的概念和特点
2.1.1 大区制移动通信系统 2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统
r
18
2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统
---面状服务区(3/11)
蜂窝的由来：对于同样大小的服务区域， 蜂窝的由来：对于同样大小的服务区域，采用正六 边形构成小区所需的小区数最少，无重叠区， 边形构成小区所需的小区数最少，无重叠区，故所需 的频率组数也最少，最经济。 的频率组数也最少，最经济。仅有理论分析和设计意 义。
优点：提高频率利用率， 优点：提高频率利用率，组网灵活 缺点： 缺点：网络构成复杂 按服务区形状分： 条状服务区、 按服务区形状分 ： 条状服务区 、 面状服 务区
13
2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统 ---条状服务区 (1/3)
条状服务区
用户的分布呈条状（或带状），如铁路 公路、 用户的分布呈条状（或带状），如铁路、公路、 ），如铁路、 沿海水域等。 沿海水域等。
基本小区有： 小区半径） 基本小区有：（r0：小区半径）
超小区： 超小区：r0 ＞20km（农村） （农村） 宏小区： 宏小区：r0 ＝1～20km（人口稠密地区） ～ （人口稠密地区） 微小区： 微小区：r0 ＝0.1～1km（城市繁华区） ～ （城市繁华区） 微微小区： 微微小区：r0 ＜0.1km（办公室、家庭） （办公室、家庭）
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i=？ ？ j=？ ？ N=？ ？
在蜂窝小区中定位同频小区的方法
2011-7-27
16
相邻同频小区的找法
N=7，i =2，j =1 ， ， N=4，i =2，j=0 ， ，
2011-7-27
17
频率复用距离与小区簇的关系 频率复用距离与小区簇的关系
频率复用距离（即同频距离）D是指最近的两个同频小区 频率复用距离（即同频距离） 是指最近的两个同频小区 中心之间的距离
2
第二章 蜂窝移动通信系统
2.1蜂窝小区的概念和特点 蜂窝小区的概念和特点 蜂窝小区的概念和特点 2.1.1大区制移动通信系统 大区制移动通信系统 大区制移动通信系统 2.1.2频率复用和小区制移动通信系统 频率复用和小区制移动通信系统 频率复用和小区制移动通信系统 2.2信道切换策略 信道切换策略 信道切换策略 2.2.1信道切换原理 信道切换原理 信道切换原理 2.2.2实际系统切换的一些考虑 实际系统切换的一些考虑 实际系统切换的一些考虑 2.3干扰和信道容量 干扰和信道容量 干扰和信道容量 2.3.1同频干扰和系统容量 同频干扰和系统容量 2.3.2相邻信道的干扰 相邻信道的干扰 2.3.3蜂窝小区容量的改善 蜂窝小区容量的改善 蜂窝小区容量的改善 2.4电信业务流量与服务等级 电信业务流量与服务等级 2.4.1电信业务流量 电信业务流量 2.4.2通信系统服务质量和负荷能力 通信系统服务质量和负荷能力
采用六边形的原因 用最小的小区数就能覆盖整个地理区域 最接近于全向的基站天线和自由空间传播的全向辐射模式
2011-7-27 8
2.1 蜂窝小区的概念和特点
基站激励方式
中心激励(center-excited)： ：
基站设在小区的中央， 基站设在小区的中央，用全 向天线形成圆形覆盖区。 向天线形成圆形覆盖区。 顶点激励 (edge-excited) ： 基站设在每个小区六边形的 三个顶点上， 三个顶点上，每个基站采用三 度扇形辐射的定向天线， 副120度扇形辐射的定向天线， 度扇形辐射的定向天线 分别覆盖三个相邻小区的各三 分之一区域。 分之一区域。
全向辐射天线基站
120°扇形辐射天线基站 °
2011-7-27 9
2.1 蜂窝小区的概念和特点
共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇 共同使用全部可用频率的 个小区叫做一簇 同一个小区簇内，要使用不同的频率； 同一个小区簇内，要使用不同的频率； 不同的小区簇间使用对应的相同频率
1 1 2 4 6 7 2 4 6 7 3 6 5 1 4 7 3 6 2 5 5 1 4 7 3 6 3 6 2 5 1 4 7 4 7 3 6 2 5 2 5 1 4 7 2 5
频率利用率低 频率利用率低 D↑ 频率利用率高 频率利用率高 D↓ 同频干扰大 同频干扰小
在实际的蜂窝系统中， 在实际的蜂窝系统中，需要对这两个目标进行协调 和折衷。 和折衷
2011-7-27
19
2.2 信道切换策略
切换 将处于通话状态的MS转移到新的业务信道上（新的小区）的过程。 转移到新的业务信道上（ 将处于通话状态的 转移到新的业务信道上 新的小区）的过程。 目的 实现蜂窝移动通信的“无缝隙”覆盖， 实现蜂窝移动通信的“无缝隙”覆盖，即当移动台从一个小区进入另一 个小区时，保证通信的连续性。 个小区时，保证通信的连续性。 操作 识别新的小区 分配给移动台在新小区的话音信道和控制信道。 分配给移动台在新小区的话音信道和控制信道。 原因 信号的强度或质量下降到由系统规定的一定参数以下， 信号的强度或质量下降到由系统规定的一定参数以下，此时移动台被 切换到信号强度较强的相邻小区。由移动台发起。 切换到信号强度较强的相邻小区。由移动台发起。 由于某小区业务信道容量全被占用或几乎全被占用，这时移动台被切 由于某小区业务信道容量全被占用或几乎全被占用， 换到业务信道容量较空闲的相邻小区。由上级实体发起。 换到业务信道容量较空闲的相邻小区。由上级实体发起。 要求 切换必须顺利完成，并且尽可能少地出现，同时要使用户觉察不到； 切换必须顺利完成，并且尽可能少地出现，同时要使用户觉察不到； 切换门限要恰当 切换前对信号的监视： 切换前对信号的监视：保证信号电平的下降确实由于移动台正离开当 前基站
S = K⋅ N
C = MKN = MS
N叫做簇的大小，典型值为4、7或12。 叫做簇的大小，典型值为 、 或 。 叫做簇的大小 N的值表现了移动台或基站在保证通信质量的同时，可以承受 的值表现了移动台或基站在保证通信质量的同时， 的值表现了移动台或基站在保证通信质量的同时 的干扰（主要是同频干扰） 的干扰（主要是同频干扰）
移动通信原理与应用
黑龙江大学电子工程学院 杨杰
目 录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章
2011-7-27
概述 蜂窝移动通信系统 无线移动通信信道 移动通信的调制技术 抗衰落技术 语音编码技术 移动通信中的多址接入技术 移动通信网 GSM通信系统 通信系统 IS-95 CDMA移动通信及其标准介绍 移动通信及其标准介绍 第三代移动通信及其标准介绍
同频小区中心之间的距离为：
× 6 2 7 × 6 × × 5 × × 1 4 6 × 3 7 × 1 j 5D 4
i
× 1 ×
D = 3r i + j − 2ij cos120
2 2
0
式 中 ， D: 频 率 复 用 距 离 ， N: 区 群 中 的 小 区 数 目 ， r: 小区半径 同频复用比
Q = D /r = 3N
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2.2 信道切换策略
检测
第一代模拟蜂窝系统 数字TDMA第二代系统
方法
由基站完成，由MSC管理 移动台辅助切换(MAHO)
信道监视方法 目的： 目的：使切换请求优先于初始呼叫请求 原理：保留小区中所有可用信道的一小部分， 原理：保留小区中所有可用信道的一小部分，专门为那些可能要切 换到该小区的通话所发出的切换请求服务 对切换请求进行排队 目的： 目的：减小中断的发生概率 原理： 原理：信号强度下降到切换门限以下和因信号太弱而通话中断之间 的时间间隔是有限的
2011-7-27
6
2.1 蜂窝小区的概念和特点
（1） 带状服务覆盖区 ）
为了克服同频干扰， 为了克服同频干扰，常采用双频组频率配置和 三频组频率配置.如图 所示。 如图2.1所示 三频组频率配置 如图 所示。
图2.1 双频组和三频组频率配置
2011-7-27
7
2.1 蜂窝小区的概念和特点
（2） 面状服务覆盖区 ） 要覆盖整个区域，无重叠和间隙，只有三种可能的选择： 要覆盖整个区域，无重叠和间隙，只有三种可能的选择：正 三角形、正方形、 三角形、正方形、正六边形
2011-7-27 3
2.1 蜂窝小区的概念和特点
解决频率资源有限和用户容量问题
区域覆盖方式
大区制(小容量 大区制 小容量) 小容量
一个基站覆盖整个服务区， 一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大 利用分集接收等技术来保证上行链路的通信质量 只能适用于小容量的通信网
小区制(大容量 小区制 大容量) 大容量
2011-7-27
13
小区簇数N 小区簇数N的取值
N
ji
ji
0 1 4 9 16
1 3 7 13 21
2 7 12 19 28
3 13 19 27 37
4 21 28 37 48
1 2 3 4
N = i + ij + j
2
2011-7-27
2
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簇的组成
N=3 j=1 i=1
N=4 i=2 i=0 j=2 j=0
2 1 4
1 3 1
2 4 2 4
3
3 1 3
2 3 4
3
1
q=D/R=4.6 N=7
蜂窝系统的频率复用和小区面状覆盖图示
2011-7-27 10
2.1 蜂窝小区的概念和特点
一个共有S个双向信道的蜂窝系统，如果每簇含 个小区 个小区， 一个共有 个双向信道的蜂窝系统，如果每簇含N个小区，每 个双向信道的蜂窝系统 个小区分配K个信道 个信道（ 个小区分配 个信道（k<S） ） 那么 如果簇在系统中共同复制了M次 则信道的总数 可作为容量 如果簇在系统中共同复制了 次，则信道的总数C可作为容量 的一个度量
Q的值越小则容量越大；而Q值大可以提高传播质量，因为 的值越小则容量越大； 值大可以提高传播质量， 的值越小则容量越大 值大可以提高传播质量 同频干扰小。实际中，需要对这两个目标进行协调和折衷。 同频干扰小。实际中，需要对这两个目标进行协调和折衷。
2011-7-27 18
小区簇的意义
N↑ N↓
2011-7-27
11
2.1 蜂窝小区的概念和特点
5 2 5 4 1 2 5 3 4 1 2 5 3 4 1 2 3 4 1 5 3 2 4 1 3 N=5?
2011-7-27
2 4 1 2 3 2 4 1 4 1 2 3 3 4 1 2 3 2 4 1 4 1 3 3 N=4?
12
每一簇的小区数N 每一簇的小区数N的确定
大区制频率覆盖
2.1.2小区制移动通信 小区制移动通信 系统和频率复用
1969年，Bell实验室 年 实验室 把整个大范围的无线服务 区划分成彼此相邻的正六 边形小区， 边形小区，每个小区设置 基站。 基站。 每个基站使用多个无线电 频率作为通信信道， 频率作为通信信道，各相 邻基站使用不同的无线电 频率。 频率。 采用频率复用技术
频率复用 将覆盖区域划分为若干小区 ，每个小区设立一个基站服务于本小 区，但各小区可重复使用频率 带来同频干扰的问题