数字蜂窝移动通信原理
第7章GSM数字蜂窝移动通信系统
本章提示
GSM系统是个时分多址系统，其功率发射是 在严格规定的时间窗内，以突发形式不停地 发射；所以接收机与发射机要保持严格地定 时同步。
GSM系统是一个数字蜂窝系统。为了便于系 统管理，它有条件安排9种逻辑信道，如何将 这么多逻辑信道映射到TDMA的物理信道上 （即信道组合）是很值得学习的。
2．基站子系统（BSS）
（2）基站控制器（BSC） 基站控制器是基站子系统的控制部分，起着
BSS的变换设备的作用，即承担各种接口及 无线资源和无线参数管理的任务。
2．基站子系统（BSS）
BSC主要由下列部分构成： 朝向与MSC相接的A接口或与码变换器相
接的Ater接口的数字中继控制部分； 朝向与BTS相接的Abis接口或BS接口的
2．基站子系统（BSS）
图7-3 一种典型BSS组成方式
2．基站子系统（BSS）
（1）基站收发信台（BTS）。 由基站控制器（BSC）控制，服务于某个小
区的无线收发设备，完成BSC与无线信道之 间的转换，实现BTS与移动台（MS）之间通 过空中接口的无线传输及相关的控制功能。 BTS主要分为基带单元、载频单元、控制单 元三大部分。
7.1.2 GSM系统与蜂窝结构 的关系
泛欧GSM数字蜂窝移动通信系统是在频分多址下的 时分多址，当它工作在跳频方式时，又引入了码分 多址。
数字移动通信系统也是蜂窝系统，即蜂窝区群结构 和频率复用。
蜂窝区群小区数的多少以及小区半径的大小，取决 于数字系统保证正常通信所需载干比和本地区业务 量的分布和大小。
本章提示
GPRS是GSM网络向3G演进的重要一步，被 称为2.5G技术。GPRS是基于GSM网无线接 口所开发的分组数据传输业务；是按需分配 占用信道资源，频谱利用率高。理论上数据 传输速率最高可达到171.2kbit/s，适合各种 突发性强的数据传输。
蜂窝移动通信技术
高数据速率的需求
1 2 3
5G技术
为了满足用户对高数据速率的需求，蜂窝移动通 信技术正在向5G演进，5G技术能够提供更高的 数据传输速率和更低的延迟。
毫米波通信
利用毫米波频段进行通信可以提供更高的数据传 输速率，但传输距离较短，需要配合其他技术使 用。
协同通信和多天线技术
通过协同通信和多天线技术可以提高信号覆盖范 围和数据传输速率，同时降低延迟和提高可靠性。
04
蜂窝移动通信技术的应用与发展
4G/5G网络
4G/5G网络
蜂窝移动通信技术经历了从2G到4G的发展，目前正在向5G 过渡。4G网络提供了更高的数据传输速度和更低的延迟，而 5G网络将进一步改善这些性能，并支持更多设备同时连接。
5G应用场景
5G网络将广泛应用于各个领域，如智慧城市、自动驾驶、远 程医疗、工业自动化等，为人们的生活和工作带来更多便利 和效率。
物联网与蜂窝移动通信技术
物联网设备连接
蜂窝移动通信技术为物联网设备提供 了广泛的连接解决方案，使各种设备 能够实时地相互通信和交换数据。
物联网应用
物联网与蜂窝移动通信技术的结合将 推动各种应用的快速发展，如智能家 居、智能农业、智能物流等，提高生 产效率和生活质量。
人工智能与蜂窝移动通信技术
数据处理与分析
网络安全问题
数据隐私保护
随着移动通信技术的发展，用户的个人信息和通信内容越来越容 易受到攻击和窃取。
恶意攻击和病毒传播
移动网络中存在着大量的恶意软件和病毒，会对用户设备和个人信 息安全造成威胁。
网络安全技术
为了保障网络安全，需要采用先进的加密技术、防火墙技术、入侵 检测技术等，提高网络的安全性和可靠性。
用移动数据上网的原理是
用移动数据上网的原理是移动数据上网是指通过移动电话网络获取互联网服务。
它的原理可以分为两个主要部分：无线电传输和数据传输。
首先，无线电传输是指通过无线电波将信号从移动设备发送到基站。
当我们打开移动数据功能时，手机会连接到运营商的基站，该基站通常位于附近的塔或天线上。
这个连接通过无线电传输实现，手机和基站之间使用的是一种名为“蜂窝通信”的技术，这种技术利用了电磁波频谱的特定范围。
在蜂窝通信中，频谱被分成多个频道，每个频道被分配给一个用户或设备。
移动设备将数据转换为无线数字信号，然后通过选定的频道发送给基站。
基站接收到信号后，将其转发到运营商的核心网络。
然后，数据传输是指将数据从基站发送到互联网。
当基站接收到移动设备发送的数据时，它首先将其传送到运营商的核心网络。
这个核心网络由许多节点和服务器组成，通过高速光纤传输数据。
核心网络负责处理和管理数据，以确保它们能够正确到达目的地。
在核心网络中，运营商可能会使用一些技术来优化数据传输，例如压缩和数据包分组。
这些技术可以帮助提高数据传输的效率和速度。
一旦数据通过核心网络，它将被转发到互联网上的目标服务器。
这个服务器可能是一个网站、一个应用程序或者是其他数据服务提供者。
一旦数据到达目标服务器，它将被处理和响应，然后将响应数据通过核心网络、基站和无线电传输发送回移动设备。
移动设备接收到响应数据后，会将其转换为可视化的内容，例如网页、视频或者应用程序界面等。
总体上，移动数据上网的过程可以简单描述为：移动设备通过无线电传输将数据发送到基站，然后基站将数据传输到运营商的核心网络，核心网络将数据转发到互联网上的目标服务器，服务器处理和响应数据后，反向传输数据回移动设备。
除了以上主要过程，还有一些其他技术和协议可以增强移动数据上网的性能和安全性，例如LTE（长期演进技术）、IP协议（Internet Protocol）和VPN（虚拟私人网络）等。
总结一下，移动数据上网的原理是通过无线电传输将数据从移动设备发送到基站，然后基站将数据传输到运营商的核心网络，核心网络将数据转发到互联网上的目标服务器，最后服务器处理和响应数据后，反向传输数据回移动设备。
CDMA数字蜂窝移动通信系统
CDMA系统支持多种数据业务，如分组数据和电路数据。通过采用高速数据传输 技术和前向纠错编码技术，CDMA系统可以提供较高的数据传输速率和较低的误 码率。
无线资源管理
功率控制
CDMA系统采用功率控制技术，通过调整移动台的发射功率，降低干扰水平，提高系统容 量和语音与数据业务质量。
呼叫接纳控制
鉴权中心（AUC）
用于用户身份验证和密钥分配，确保网络安 全。
网络接口与协议
A接口
基站与移动交换中心之间的通信接口，采用AT命令集进 行控制。
B接口
移动交换中心与归属位置寄存器之间的通信接口，采用 MAP协议进行通信。
C接口
移动交换中心与拜访位置寄存器之间的通信接口，采用 MAP协议进行通信。
D接口
保密的目的。
扩频通信利用伪随机序列对信息 信号进行扩频调制，将信息信号 扩展到宽频带上，以实现信号的
频谱扩展。
扩频通信具有抗干扰能力强、抗 多径干扰、抗窃听等优点，因此
在移动通信中得到广泛应用。
CDMA编码原理
CDMA（码分多址）是一种多址接入技术，允许多个用户 在同一频段上同时进行通信。
CDMA系统采用伪随机序列对用户信号进行扩频调制，不 同的用户使用不同的伪随机序列，从而实现多用户同时通 信。
容量
CDMA系统采用扩频技术，可以在同一频段上支持更多的用户。CDMA系统的 容量主要受到干扰和多径传播的影响。通过采用功率控制和导频污染控制等措 施，可以提高系统容量。
语音与数据业务质量
语音质量
CDMA系统采用宽带语音编码技术，如EVRC和AMR，可以在较低的比特率下提供 较好的语音质量。此外，CDMA系统还支持语音激活检测技术和可变速率声码器， 以进一步改善语音质量。
数字蜂窝移动通信系统的基本组成及各部分的作用
数字蜂窝移动通信系统的基本组成及各部分的作用数字蜂窝移动通信系统的基本组成及各部分的作用随着移动通信技术的飞速发展，数字蜂窝移动通信系统已经成为了我们生活中不可或缺的一部分。
这一系统以其高效率、便捷性和广泛的覆盖范围，为人们提供了无线通信和数据传输的便利。
但是，对于普通用户来说，对数字蜂窝移动通信系统的基本组成以及各部分的作用，往往显得有些陌生。
本文将通过深度和广度兼具的方式，全面评估数字蜂窝移动通信系统的基本组成及各部分的作用，帮助读者更好地了解这一重要的通信系统。
一、数字蜂窝移动通信系统的基本组成数字蜂窝移动通信系统是由多个基本部分组成的复杂系统，其中包括基站系统、核心网和移动终端三个部分。
1. 基站系统基站系统是数字蜂窝移动通信系统中最为重要的组成部分之一，其主要包括基站、无线传输子系统和控制器等多个子系统。
基站是通信系统中的一个核心设备，用于对移动终端进行信号的发送和接收。
无线传输子系统则负责信号的传输和解调工作，保障了通信的稳定性和可靠性。
控制器则起到了对基站和移动终端的控制和管理作用，确保通信系统的正常运行。
2. 核心网核心网是数字蜂窝移动通信系统的另一个重要组成部分，其主要功能是对移动通信数据进行传输和交换。
它由移动交换中心、业务支撑系统和数据传输网等多个子系统构成。
移动交换中心是数字蜂窝移动通信系统中的核心设备，用于对移动通信数据进行交换和路由。
业务支撑系统则用于提供各种业务支持和管理服务，保障了通信系统的正常运行。
数据传输网则负责对移动通信数据进行传输和交换，确保了通信数据的安全性和稳定性。
3. 移动终端移动终端是数字蜂窝移动通信系统中的另一重要组成部分，其主要包括手机、数据卡和调频器等设备。
手机是人们日常生活中最为常见的移动终端设备，用于进行语音通话、发送和数据传输等多种通信功能。
数据卡则是用于将移动通信数据传输到移动终端设备中的重要设备，它能够确保移动终端设备能够正常、稳定地进行通信。
CDMA移动通信系统基本原理
二、多址通信方式
码分多址（CDMA）
C1
c1
MS1
C2
c2
MS2
.
Ck
BS
ck
. .
MSk
在CDMA通信系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来 区分，而是用各自不同的编码序列来区分，或者说，靠信号的不同波形来区分。
三、CDMA基站子系统
微蜂窝基站支持菊花链 菊花链最大支持3个微基站/E1
Microcell 1
40CH
(23ch)
Microcell 2
40CH
(23ch)
Microcell 3
40CH
(23ch)
From BTS 2Mb/s
三、CDMA基站子系统
模块化基站（宏蜂窝基站）
• 每机架可支持3扇面3载频(3/3/3),或最大全向9载频配置. • 能与现有的基站共存协调发展 • 小型化减少机架占地面积 • 全向、3扇面、6扇面配置(1*1,1*3,1*6) • 每个载频/扇面最大支持40信道单元(工程为20信道单元） • 每架最大支持6个E1 • 最少的天线配置—2或3付天线/每扇面。 • 可同时支持宽带CDMA
微蜂窝基站配置 适合联通网络解决大商场，体育馆等热点区域，可 不占用机房，减少设站费用，微基站共址安装（最大3 个）共享 —T1/E1 —GPS天线 —电源柜 —分散的微基站至GPS天线最大距离为150m 搬运方便，节省时间
三、CDMA基站子系统 微蜂窝基站配置
• 全向配置，3扇面配置 • 标准输出功率2W，特殊情况可提供10W—20W功率输 出，特别适合在农村、山区等低话务区全向配置，安装 简便，迅速开通，方便灵活。
数字蜂窝移动通信系统
（1）人-机接口（Sm接口）
（2）移动台与基站之间的接口（Um 接口）
（3）基站与移动交换中心之间的接 口（A接口）
（4）基站控制器与基站收发信台之 间的接口（Abis接口）
（5）移动交换中心与访问位置寄存 器之间的接口（B接口）
（6）移动交换中心与归属位置寄存 器之间的接口（C接口）
（7）归属位置寄存器与访问位置寄 存器之间的接口（D接口）
（g）定时提前（TA，Timing Advance） （h）无线资源指示 （i）测量 （j）LAPDm功能 （k）寻呼（Paging）
（l）越区切换 （m）加密 （n）移动管理与呼叫控制
（3）基站技术性能
发射频率 接收频率
（4）基站结构
（5）基站收发信台（BTS）结构
· BTS由基带、载频和控制3部分组成。
（1）原理框图
（2）基站系统功能
① 地面信道管理 ② 无线信道管理 （a）信道配置管理 （b）独立专用控制信道（SDCCH）和 业务信道（TCH）管理
跳频管理 信道选择、链路监视和信道释放 功率控制 空闲信道监测
（c）广播控制信道（BCCH）/公共控 制信道（CCCH）管理
（d）随机接入 （e）信道编码/解码 （f）码型变换/速率适配
（8）移动交换中心之间的接口（E接口）
（9）移动交换中心与设备标志寄存器 之间的接口（F接口）
（10）访问位置寄存器（VLR）之间的接口 （G接口）
· 当某个移动台使用临时移动台标志号 （TMSI）在新的。
4．数字移动网与固定网的互通
· 为了实现互通，双方都采用7号信令系统 。
5．公共陆地移动通信网（PLMN）之间 的互通
· 基站系统（Base Station System，BSS） 由可在小区内建立无线覆盖并与移动台 （MS）通信的设备组成。
GSM手机原理框图
蜂窝移动通信系统GSM系统概述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。
蜂窝系统的概念和理论在二十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。
GSM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，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）。
蜂窝网络技术的工作原理(一)
蜂窝网络技术的工作原理蜂窝网络技术是我们日常生活中不可或缺的一部分。
它让我们能够在手机上进行语音通话、发送短信、上网冲浪和使用各种应用程序。
那么，蜂窝网络技术是如何工作的呢？为了理解蜂窝网络技术的工作原理，我们首先需要了解什么是基站。
基站是蜂窝网络的核心设备，它负责提供手机信号的覆盖。
基站通常由一根高高的天线和一间设备放置房间组成。
这些设备用于接收来自手机的信号并将其转发到其他手机或互联网。
蜂窝网络中的一个蜂窝是一个信号覆盖区域，就像蜜蜂蜂巢中的蜜脾一样。
每个蜂窝都由一个基站覆盖，并与周围的蜂窝相邻接。
当用户在蜂窝网络中移动时，手机会自动连接到最强的信号覆盖基站，以确保通信质量。
这种自动连接的过程是通过信令传输实现的。
当一个手机进入一个新的蜂窝区域时，它会发送一个信号寻求新的基站的连接。
接收信号的基站会回复并允许该手机连接。
这个过程被称为切换。
蜂窝网络技术使用的是频分多路复用（FDMA）、时分多路复用（TDMA）和码分多路复用（CDMA）等多路复用技术。
这些技术将频谱分为不同的频段，使多个用户可以同时使用同一频带进行通信，从而增加了网络的容量。
频分多路复用（FDMA）是将频谱划分为多个频段，每个频段分配给一个用户。
时分多路复用（TDMA）则将时间划分为连续的时隙，每个时隙分配给一个用户进行通信。
码分多路复用（CDMA）则使用独特的序列代码将数字数据转换成不同频段的信号，使多个用户在同一时间和频率上进行通信。
除了基站和多路复用技术，蜂窝网络还依赖于信道编码和解码技术来提高通信的可靠性和数据传输速度。
在信道编码过程中，数字数据会经过纠错编码，以便在传输过程中纠正部分错误。
而在解码过程中，接收方会根据接收到的数据和纠错编码的规则进行解码，以还原原始数据。
此外，蜂窝网络还使用了一些高级技术来增强通信效果。
其中之一是MIMO（多输入多输出）技术，它利用多个天线进行数据传输，以提高传输速度和数据容量。
另一个技术是LTE（长期演进）技术，它提供了更高的带宽和更低的延迟，以支持更高质量的音频和视频通信。
CDMA技术原理及主要特点
CDMA技术原理及主要特点CDMA是Code Division Multiple Access的英文缩写，中文翻译为码分多址。
CDMA是用于数字蜂窝移动通信的一种先进的无线扩频通信技术，它能满足近年来运营者对大容量、廉价、高质量的移动通信系统的需求。
CDMA中的多址可以被理解为一个滤波问题，多个用户同时使用同一频谱，然后采用不同的滤波器和处理技术，将不同用户的信号互不干扰地接收和解调出来。
移动通信一般采用三种多址方式：FDMA（频分多址）、TDMA（时分多址）和CDMA（码分多址）。
FDMA就是信号功率被集中在频域中一个相对的窄带中传输，不同信号被分配到不同频率的信道里，发往和来自邻近信道的干扰用带通滤波器限制，这样在规定的窄带里只能通过有用信号的能量，而任何其他频率的信号被排斥在外。
模拟的FM蜂窝系统采用的就是FDMA方式。
TDMA就是一个信道由一连串周期性的时隙构成，不同信号的能量被分配到不同的时隙里，利用定时选通来限制邻道的干扰，从而只让在规定时隙中有用的信号能量通过。
现在使用的TDMA蜂窝系统实际上都是FDMA和TDMA的组合。
CDMA 就是每一个信号被分配一个伪随机二进制序列进行扩频，不同信号的能量被分配到不同的伪随机序列里。
在接收机里，信号用相关器加以分离，相关器只接收选定的二进制序列并压缩其频谱，将有用信号的信息识别和提取出来。
CDMA技术作为一种抗干扰的通信手段，很早就在军事通信中得到了应用，但是将CDMA技术应用于民用的数字蜂窝移动通信系统，还是80年代末才由美国Qualcomm公司实现的。
QCDMA系统中采用了许多先进的技术从而保证了系统性能的优势，其标准称为IS-95系列，包含多个标准。
多径衰落是移动通信系统需要克服的主要问题，CDMA系统采用了多种形式的分集，从而很好地解决了这一问题。
CDMA系统采用符合交织、检错和纠错编码等方法实现了时间分集；CDMA系统的信号带宽是1.25MHz，起到了频率分集的作用；基站使用多付接收天线，基站和移动台都使用了Rake 接收机技术，软切换时，移动台和基站同时联系，从中选取最好的信号送给交换机，从而起到了空间分集的作用。
CDMA基本原理
接入信道公用长码掩码
41 33 110001111 32 ACN 28 27 PCN
ห้องสมุดไป่ตู้
18
CDMA信道结构
CDMA系统反向业务信道结构
R-TCH bits Bits/Frame 16 40 80 172 Add Frame Quality Indicator Add 8 Encoder Tail Bits Convolution al Encoder R=1/3, K=9 Symbol Repetition Factpr 28.8 ksps 8X 4X 2X 1X
——T-ADD：导频信号的Ec/Io上门限
——T-DROP：导频信号的Ec/Io下门限 ——T-TDROP：Ec/Io小于T-DROP的延时计时器
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CDMA主要参数
• SRCH_WIN_A，SRCH_WIN_N，SRCH_WIN_R：搜索窗 口尺寸的定义（用于搜索小区的信号）。
单位：chip
——SRCH_WIN_A：用于搜索有效（激活）和侯选导频信 号 ——SRCH_WIN_N：用于搜索相邻导频信号 ——SRCH_WIN_R：用于搜索剩余导频信号 • •
• 可允许所有Walsh码在各扇区复用 • 系统规定PN码最小偏移值为64chips，可以有512个时间偏置来作 扇区识别(215 /64=512)
同一扇区内所有CDMA信道的短码相同 不同扇区内的CDMA信道的短码不同
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CDMA的码
WALSH码：区分前向信道（64阶WALSH函数）
导频信道采用全为0的W0； 同步信道采用0、1相间的W32； 寻呼信道采用W1-W7； 业务信道采用W8-W31，W33-W63。
蜂窝系统工作原理讲解
呼叫接纳控制
决定是否允许新的呼叫建立。
动态信道分配
实时监测信道使用情况，并根据需要重新分配信道。
话务控制和负载均衡
管理网络中的话务量分布，确保网络资源得到高效利用。
05
蜂窝系统的应用场景
移动通信网络
移动语音通信
蜂窝系统是移动语音通信的主要载体，为用户提供连续的语 音服务，无论身处城市还是乡村。
VS
便捷生活
蜂窝系统使得智能家居设备能够实现远程 控制，为用户带来更加便捷的生活体验。
06
蜂窝系统的未来发展
5G蜂窝系统的发展
5G网络覆盖
5G蜂窝系统将实现更广泛的网络 覆盖，提供更稳定、高速的数据 传输服务，满足不断增长的用户 需求。
物联网支持
5G蜂窝系统将更好地支持物联网 技术的发展，实现各种智能设备 之间的互联互通，推动智能家居、 智能交通等领域的发展。
微蜂窝网络架构
总结词
高密度区域，提供高质量服务
详细描述
微蜂窝网络架构由多个小型基站组成，通常部署在高密度城市区域，为用户提供高质量的无线通信服务。微蜂窝 网络架构能够提供更稳定的信号覆盖，支持更多用户同时通信。
分布式蜂窝网络架构
总结词
灵活扩展，高效部署
详细描述
分布式蜂窝网络架构由多个无线接入点组成，这些接入点可以灵活部署在各种环境中。该架构具有高 度的可扩展性，能够快速部署在特定区域，以满足用户需求。分布式蜂窝网络架构广泛应用于企业、 学校等需要灵活无线通信的场所。
蜂窝系统工作原理讲解
目录
• 蜂窝系统概述 • 蜂窝系统的通信原理 • 蜂窝系统的网络架构 • 蜂窝系统的关键技术 • 蜂窝系统的应用场景 • 蜂窝系统的未来发展
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。
3G基本原理
TD-SCDMA GPS
异步小区 以不同的扰码来区分小区 避免了对GPS的依赖 小区搜索及切换等过程的复 杂性增加
三大标准的比较（2）
虽然cdma2000、WCDMA和TD-SCDMA同属3G的主流 技术标准，但是仍然可以将其分为两类：cdma2000、 WCDMA并作一类，TD-SCDMA则和前两者分开讨论。 之所以可以这样做，是因为在技术上cdma2000和 WCDMA是FDD的标准，而TD-SCDMA则是一个TDD 标准。
5
第二代数字蜂窝移动通信系统－CDMA
• 历史回顾：1995年，美国的高通公司（Qualcomm)提出了一种采 用码分多址（CDMA）方式的数字蜂窝系统技术解决方案（IS95CDMA），目前已分别在中国、韩国、北美等国家和地区投入使 用，用户反映良好。 • 主要特点： 用户的接入方式采用码分多址 软容量、软切换，系统容量大 抗多径衰落 可运用话音激活、分集接收等先进技术
cdma2000-3x
规范完成 时间点
IS-95A
1995
1998
2000
2002
17
TD-SCDMA标准发展历程
18
WCDMA发展历程
WCDMA GPRS GSM
19
WCDMA技术特点
• 核心网基于GSM/GPRS，保持与GSM/GPRS的 兼容 • 核心网基于TDM/ATM/IP技术，向全IP演进 • 核心网分为电路域和分组域 • 无线侧基于ATM技术. • MAP技术和GTP是移动性管理的关键 • 新的空中接口技术－WCDMA
3G基本原理及应用
1
内容提要
3G系统基本原理 3G频谱分配及牌照划分 WCDMA系统介绍 3G直放站介绍 3G直放站的工程应用
手机蜂窝网络工作原理
手机蜂窝网络工作原理
手机蜂窝网络是一种移动通信技术，主要用于实现移动设备之间的语音通话和数据传输。
它的工作原理涉及到以下几个关键要素：
1. 基站：手机蜂窝网络由一系列基站组成，每个基站覆盖特定的区域，即蜂窝。
基站由天线、射频设备和网络控制器组成，负责与手机进行通信。
2. 射频信号：手机蜂窝网络使用射频信号进行通信。
基站发射的射频信号通过天线传输到手机，手机接收到信号后进行解码和处理。
3. 蜂窝覆盖：蜂窝网络的区域被划分为多个小区域，每个小区域都由一个基站覆盖。
当手机在一个蜂窝内移动时，它将自动与相应的基站建立连接，并在移动到另一个蜂窝时切换到新的基站。
4. 信道分配：基站将可用的频率资源划分为多个信道，并动态地将这些信道分配给接入基站的手机。
手机和基站之间的通信通过这些分配的信道进行。
5. 网络控制：移动网络控制器（Mobile Network Controller，MNC）负责管理和控制整个手机蜂窝网络。
它监控基站的状态，进行信道分配，处理移动设备的注册和切换等功能。
6. 数据传输：手机蜂窝网络支持语音通话和数据传输。
对于语
音通话，网络使用特定的语音编解码器将声音转换为数字信号，并在网络上传输。
对于数据传输，网络将数据分割成小的数据包，通过网络传输到目标设备。
总结起来，手机蜂窝网络通过一系列基站和射频信号实现移动设备之间的通信。
该网络采用蜂窝覆盖区域，将区域划分为小区域，并使用信道分配来实现多个设备之间的同时通信。
移动网络控制器负责管理网络的运行和控制。
手机蜂窝网络支持语音通话和数据传输。
实验四 FDD TDMA原理实验
实验四 FDD TDMA原理实验一、实验目的1、掌握TDMA的原理。
2、了解GSM数字蜂窝移动通信系统是如何利用TDMA技术的。
二、实验器材1、逻辑分析仪2、数字存储式示波器（60MHz以上）3、GSM移动通信系统实验箱三、实验原理1、TDMA的基本原理TDMA（Time Division Multiple Access）是把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的），然后根据一定的时隙分配原则，使各移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各个时隙中接收到各移动台的信号而不混扰。
同时，基站发向多个移动台的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各个移动台只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分出来。
TDMA有两种方式：频分双工（FDD）和时分双工（TDD）。
在FDD中，上行（移动台向基站发送信息）链路和下行（基站向移动台发送信息）链路的帧分别在不同的频率上。
在FDD 方式中，上下行链路的帧结构既可以相同也可以不同。
在TDD方式中，上下行帧都在相同的频率上，通常将某频率上一帧中一半的时隙用于移动台发，另一半的时隙用于移动台的收，收发工作在相同的频率上。
在GSM数字蜂窝移动通信系统中使用FDD TDMA方式。
在TDMA系统中，每帧中的时隙结构（或称突发结构）的设计通常要考虑三个主要问题：一是控制和信令信息的传输；二是信道多径的影响；三是系统的同步。
为了解决上述问题，采取以下四方面的主要措施：一是在每个时隙中，专门划出部分比特用于控制和信令信息的传输；二是为了便于接收端利用均衡器来克服多径引起的码间干扰，在时隙中要插入自适应均衡器所需的训练序列，训练序列对接收端来说是确知的，接收端根据训练序列的解调结果，就可以估计出信道的冲激响应，根据响应就可以预置均衡器的抽头系数，从而可消除码间干扰对整个时隙的影响；三是上行链路的每个时隙中要留出一定的保护间隔（即不传输任何信号），即每个时隙中传输信息的时间要小于时隙长度。
蜂窝移动通信
蜂窝移动通信百科名片蜂窝移动通信蜂窝移动通信是采用蜂窝无线组网方式，在终端和网络设备之间通过无线通道连 接起来，进而实现用户在活动中可相互通信。
其主要特征是终端的移动性，并具 有越区切换和跨本地网自动漫游功能。
蜂窝移动通信业务是指经过由基站子系统 和移动交换子系统等设备组成蜂窝移动通信网提供的话音、数据、视频图像等业务。
目录 蜂窝移动通信概念 蜂窝移动的发展历史1.蜂窝移动通信的市场蜂窝移动通信的未来 蜂窝移动通信概念1. A 車从 Ifni R1. 蜂窝移动的发展历史1.蜂窝移动通信的市场1.蜂窝移动通信的未来1.展开编辑本段蜂窝移动通信概念概念的提出移动通信的发展历史可以追溯到19世纪。
1864年麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存在；1876年赫兹用实验证实了电磁波的存在；1900年马可尼等人利用电磁波进行远距离无线电通信取得了成功，从此世界进入了无线电通信的新时代。
现代意义上的移动通信开始于20世纪20年代初期。
1928年，美国Purdue大学学生发明了工作于2MHz的超外差式无线电接收机，并很快在底特律的警察局投入使用，这是世界上第一种可以有效工作的移动通信系统；20世纪30年代初，第一部调幅制式的双向移动通信系统在美国新泽西的警察局投入使用；20世纪30年代末，第一部调频制式的移动通信系统诞生，试验表明调频制式的移动通信系统比调幅制式的移动通信系统更加有效。
在20世纪40年代，调频制式的移动通信系统逐渐占据主流地位，这个时期主要完成通信实验和电磁波传输的实验工作，在短波波段上实现了小容量专用移动通信系统。
这种移动通信系统的工作频率较低、话音质量差、自动化程度低，难以与公众网络互通。
在第二次世界大战期间，军事上的需求促使技术快速进步，同时导致移动通信的巨大发展。
战后，军事移动通信技术逐渐被应用于民用领域，到20世纪50年代，美国和欧洲部分国家相继成功研制了公用移动电话系统，在技术上实现了移动电话系统与公众电话网络的互通，并得到了广泛的使用。
蜂窝基站原理
蜂窝基站原理
蜂窝基站是用于无线通信的设备，通常安装在高处，如大楼、塔等。
它的作用是提供无线网络覆盖，使移动设备能够进行语音通话、短信传输和数据传输等通信功能。
蜂窝基站的原理是利用无线电波进行通信。
它由发射器和接收器组成，分别用于发送和接收信号。
发射器将数字信号转换为无线电波，并将其发送到空中。
接收器则负责接收空中传输的信号，并将其转换为数字信号。
蜂窝基站通过将通信区域划分为许多小的区域单元，每个区域单元都由一个基站来覆盖。
这些区域单元的形状类似蜂巢，因此得名为“蜂窝”。
每个区域单元都有一定的通信容量，同时与周围的单元交叉覆盖，以提供无缝的传输。
在蜂窝基站中，还存在着一个基站控制器，用于管理和控制各个基站的通信。
它负责分配频率、管理信道、调度通信资源等任务，以保证无线网络的正常运行。
蜂窝基站通过与移动设备建立连接，使其能够接入无线网络。
当移动设备进入一个新的区域单元时，它会与该区域单元中的基站进行通信，完成注册和认证等过程。
一旦连接建立成功，移动设备就可以通过基站与其他设备进行通信。
总之，蜂窝基站利用无线电波进行通信，通过划分区域单元的方式提供无线网络覆盖，与移动设备建立连接并实现无缝的通信功能。
蜂窝网络技术简介
蜂窝网络技术简介蜂窝网络技术是现代手机通信领域中最主要的无线通信技术。
它的产生和发展，为手机通信技术的革新提供了重要的基础。
蜂窝网络技术在当今社会中发挥着重要的作用，它不仅改变了我们的通信方式，也推动了社会的快速发展。
一、蜂窝网络技术的基本原理蜂窝网络技术基于电信系统中的分散和复用原则，将通信区域划分为一系列小区域，其中每个小区域都由一个基站来管理。
每个基站都连接着一组频率，以确保通信信号不会干扰到相邻的频率。
蜂窝网络技术利用了频率复用和跳频技术，将通信资源合理分配，提高了通信的质量和效率。
二、蜂窝网络技术的发展历程蜂窝网络技术可以追溯到20世纪40年代末，当时马丁·库珀等科学家首次提出了"蜂窝概念"。
然而，真正的商业应用直到20世纪80年代初的模拟手机系统时期才开始。
此后，随着数字技术的进步，如2G、3G、4G和即将到来的5G，蜂窝网络技术取得了长足的发展。
现如今，蜂窝网络技术已成为全球范围内的主流通信技术。
三、蜂窝网络技术的应用领域蜂窝网络技术的应用广泛涵盖了个人通信、商业通信、军事通信等多个领域。
在个人通信方面，蜂窝网络技术使得人们可以通过手机进行语音通话、短信、社交媒体等各种沟通方式。
在商业通信方面，蜂窝网络技术为企业提供了移动办公、无线支付和物联网等新的商业模式。
在军事通信方面，蜂窝网络技术在战场上起到了至关重要的作用，使得士兵和指挥官能够实时通信。
四、蜂窝网络技术的优势和挑战蜂窝网络技术相比传统的有线通信技术有着明显的优势。
首先，它提供了无线通信的便携性，使得人们可以随时随地进行通信。
其次，蜂窝网络技术可以实现大规模的用户容量，满足了人们对通信的需求。
然而，蜂窝网络技术也面临着一些挑战。
例如，频谱资源的有限性导致了频谱争夺和拥塞问题，同时，电磁波对人体健康可能产生的潜在风险也引发了一些争议。
五、蜂窝网络技术的未来发展蜂窝网络技术正在不断演进和发展。
未来，蜂窝网络技术将迎来5G时代。
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三.移动信道
5.多径传播对数字传输的影响
(1)接收信号产生的时延扩展⊿引起码间串扰 为避免码间串扰应使码元周期大于时延扩展
Rb < 1/⊿
(2)相关带宽(Bc) 当信号带宽小于(Bc)时,发生非频率选择性衰落 当信号带宽大于(Bc)时,发生频率选择性衰落
数字蜂窝移动通信基本原理
一.移动通信的发展简史与现状 二.蜂窝移动通信的基本慨念 三.移动信道 四.语音编码技术 五.数字调制解调技术 六.抗衰落技术 七.多址方式和系统容量 八.第三代蜂窝移动通信展望
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一.移动通信的发展简史与现状
1.现代移动通信的发展
本世纪20 _ 40 年代 专用网开发
* 用查图表求不同传播环境的中值路径损耗 * 使用传播损耗的经验公式求中值路径损耗
Lm = 69.55+26.16log(f)-13.82log(hb)-a(hm)+[44.96.55log(hb)]
根据Lm可得到移动台接收的信号功率:
Pr(dbm ) = Pt+Gb+Gm-Lb-Lm-Ld-Lm
(2)Egli模型
(3)随机调相 由多径效应产生的多普勒频展,频率的这种随机变化称随机 调相
(4)抗多径衰落的技术 分集/自适应均衡技术/差错控制编码/跳频/扩频
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四.语音编码技术
1.语音编码的基本慨念
(1)波形编码
(2)参量编码
(3)混合编码
2.数字移动通信系统对语音编码的要求
速率较低,纯编码速率应低于16Kbit/s 语音质量应尽可能高(MOS大于3.5) 编解码延时较短,控制在几十毫秒内
本世纪40中 _ 60 年代初 公用移动通信业
务问世
本世纪60中 _ 70 年代中 移动通信系统改
进完善
本世纪70中 _ 80 年代中 第一代 模拟蜂窝移 动通信系统迅速发展
本世纪80中 _ 至今 第二代数字蜂窝移动通信 系统发展和成熟
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一.移动通信的发展简史与现状
2.现状
数字制式的蜂窝移动通信系统正逐步的替代模拟制 式的蜂窝系统
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二.蜂窝移动通信的基本慨念
1.频率复用
在不同的小区使用相同的频率,解决系统容量 与频率有限的矛盾
2.越区切换
在通话过程中将移动台的工作频率和接续控 制从其离开的小区交换给正在进入的小区
3.小区分裂
宏蜂窝 微蜂窝 微微蜂窝
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三.移动信道
1.移动信道的特点
移动信道传播条件的复杂性和恶劣性
2. 对移动信道的研究方法
3. 陆地移动无线电波传播
移动信道是一种时变信道
无线信号通过移动信道遭遇不同途径的衰减
P(d)=|d|-n* S(d) * R(d)
|d| -n 自由空间的传播损耗与弥散
S(d) 阴影衰落
R(d) 多径衰落
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三.移动信道
4.电波传播的路径损耗预测 (1)Okumura(奥村)模型
把系统的总频段分成若干个等间隔的频道分配给不同用户使 用
2.时分多址(TDMA)
把时间分成帧、时隙。用户在每帧的指定时隙通信
3.码分多址(CDMA)
用户传输信息通过不同的编码序列来区分
低功率谱密度传输、抗干扰，抗多径干扰能力强、具有“软 容量”的过载特性
4.系统容量的比较
理论上CDMA的容量是FDMA的20倍，最TDMA的4 _ 6倍
通过语音块内和语音块之间的交织,将衰落引起的错误分散到各个 语音块
(2)GSM的慢跳频
提供了传输链路上的分集,将干扰的影响分散到所有话路上
(3)自适应均衡技术
在发端插入训练比特序列，收端进行动态均衡提高传输质量
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七.多址方式和系统容量
多址技术的关键是利用信号特征上的差异
1.频分多址(FDMA)
具有单一的通信号码
保证高的服务质量,按需分配带宽
有多频/多模通用的手机
频谱利用率高,容量大
网络结构能适用无线,有线多种业务要求
系统起始配置能充分利用第二代设备和设施(互联和兼容),随
后可平滑升级
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八.第三代移动通信展望
2.第三代移动通信系统的综合功能
* 无线网与无线网的综合,首先是与第二代系统的互联和兼容 * 移动网和固定网,数据网的融合.为用户提供统一的业务使用方
较好抑术
1.分集技术的基本慨念
利用多条传输相同信息,但相互独立衰落特性的信号路径,在接 收端对这些信号进行适当使合并,以降低多径衰落的影响
空间分集/极化分集/频率分集/其它 分集信号的合并技术
2. 编码,交织及跳频相结合的抗衰落
(1)GSM交织编码
算法应有较好抗误码性能 算法复杂程度适中,易于大规模电路集成
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五.数字调制解调技术
性能优越的高效调制方式是数字移动通信的重 要研究课题 几种主要调制方式: 1. MSK
频移指数为0.5的最小频移键控调制
2. GMSK(高斯滤波最小频移键控调制)
优点是减小调制带宽，改善信道有效性
3. ∏/4 DQPSK
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八.第三代移动通信展望
第三代移动通信系统是指国际电信联盟(ITU)正在组织进行研究的,未 来公用陆地移动通信系统(FPLMTS),1996年更名为IMT-2000
1.第三代移动通信系统的主要目标
提供全球无缝覆盖和漫游
提供多媒体业务(速率可高达2Mb/s)
适应多种业务环境:蜂窝、无绳、卫星移动、PSTN 、数据、IP
目前全球蜂窝移动电话超过1.5亿，其中GSM用户已超过1个 亿
到2000年底全球蜂窝移动电话将达到3亿，其中GSM用户将 达到2.35亿
数字蜂窝移动通信系统在快速发展的同时,不断的提 高技术性能和发展新的业务
对实现个人通信为目标的第三代移动通信已从评估 和制定标准阶段提高到具体设计、规划和实施阶段
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式
• 同一交换机能支持移动用户和固定用户的接入
• 交换机都应采用ATM技术
• 宽带无线接入网能和固定网、分组网、IP网连通
• 建立统一的用户数据库
• 建立统一的智能网平台
* 陆地网与卫星网的综合
IMT-2000的无线接口综合了卫星移动通信系统
铱系统/全球星/ICO
* 多种终端集成
GSM900/DCS1800 GSM/DECT 兼容多种制式多频/多模手机