移动通信基站基础知识
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台在每帧内只能按指定的时隙向基站发射或接 收信号。同一个频道就可供几个用户同时进行 通信。
GSM系统无线路径上采用TDMA方式，每一个 载频可分成8个时隙，一个时隙为一个信道，一 个载频最多可有8个移动用户同时进行通信。
2019/9/19
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如下图所示的频分多址和时分多址方式：
a. FDMA
移动通信使用的调制技术还有： 二相移相键控 （BPSK）、四相移相键控（QPSK）、正交调幅 （QAM）,频谱利用率较高,设计难度和成本较高。
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二、多址技术 多址技术就是把多个用户接入一个传输媒质实
现相互间通信时，给每个用户信号赋予不同的 特征，以区分不同的用户的技术。 常用的多址方式： 頻分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分 多址（CDMA）。 GSM系统使用：频分多址（FDMA）/时分多址 （TDMA）混和多址方式，即 FDMA/TDMA。
实际应用中常采用 4/12 和 3/9 频率复用分组 方式。即将12组頻率轮流分配到4个基站和将9组 頻率轮流分配到3个基站，每个站点可用到3个频 率组。
频率复用会带来小区间的干扰，GSM系统要求： 同频干扰保护比 C/I≥9dB 邻频干扰保护比 C/I≥-9dB
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D3
主要特点 1、频谱效率高：采用了高效调制器、信道编码和
语音编码等技术，系统具有高频谱效率。 2、容量大：比TACS（模拟移动通信系统）高3-5
倍 3、话音质量好：
接收信号在门限值以上时，达到与有线传输相同 的水平而与无线传输质量无关。
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4、开放的接口： GSM系统从空中接口到网络之间以及网络中各实体 之间，提供的接口都是开放性的。
EIR
wk.baidu.com
PSTN
MS Um接口
Abis 接口 A 接口
基站子系统（BSS）
交换子系统（NSS）
7号信令
ISDN
PDN
MS—移动台
BTS-基站收发信系统
BSC-基站控制器
MSC-移动交换中心 VLR-来访位置寄存器 HLR-归属位置寄存器
AUC—鉴权中心
EIR-设备识别寄存器
OMC-操作管理接口
PSTN-公用电话交换网 ISDN－综合业务数字网 PDN－公用数据网
3G系统多址方式使用：码分多址（CDMA)方式。
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1、频分多址（FDMA）
FDMA是把工作频段划分成多个无线载频，每一个载 频信道可以传输一路语音或控制信息，通信时不同 的MS占用不同的频率信道进行通信。
FDMA的特点： （1）信道的带宽较窄（25－30KHz），相邻频道
跳频（FH）－ 荷载信息的信号受伪随机序列 的控制，在一组预先指定的频率上离散地跳变， 从而扩展了发射信号的频谱。
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三、双工方式 1、频分双工（FDD）： 收发信各占用一个频率。 优点是收、发信号同时进行，时延小，技术成 熟，缺点是设备成本高。 2、时分双工（TDD）： 收发信使用同一个频率, 但使用不同时隙。
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2、噪声和干扰严重： 移动台在移动时即受到环 境噪声的干扰，又有系统干扰。由于系统内有 多个用户，必须采用频率复用技术，系统就有 了互调干扰、邻道干扰、同频干扰等主要的系 统干扰，这就要求系统有合理的同频复用规划 和无线网络优化等措施。
3、用户的移动性：用户的移动性和移动的不可 预知性，要求系统有完善的管理技术对用户的 位置进行登记、跟踪，不因位置改变中断通信。
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第一节 GSM系统的结构 一、GSM系统的结构
主要由 移动台（MS）、基站子系统 （BSS）和 网络子系统（NSS）三部分组成。 GSM系统通过一定的网络接口和用户连接。
其结构方框图见图2.1
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OMC
SMC
BTS BSC
HLR/AUC
BTS
MSC/VLR
A1
B2
B3
A1
B2
B3
A1
A 3 C 1 A 2 A 3 C 1 AA 12 A 3
图1.5 按3/9方式复用的小区示意图
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第四节 无线电频谱管理与使用 1、无线电频谱管理 2、移动通信的频谱特性和管理
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第2章 GSM系统的基本原理
GSM是全球第一个标准化的数字蜂窝移动通信系 统，它对数字调制方式、网络结构和业务种类等 进行标准化规范，GSM系统可以提供全球漫游。
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第三节 数字移动通信技术 一、数字调制技术 数字调制是使在信道上传送的信号特性与信道
特性相匹配的一种技术。 模拟语音信号，经过语音编码所得到的数字信
号必须经过调制才能实际传输。 无线传输系统中，是利用载波来携带语音编码
信号的，即用语音编码后的数字信号对载波进 行调制。 数字调制方式有以下几种：
b. TDMA
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时分多址（TDMA）的特点 （1）TDMA系统中几个用户共享同一个载频， 但每个用户使用彼此互不重叠的时隙。
（2）TDMA系统中的数据发射是不连续的，是 以突发方式发射，耗电较少，移动台可在空闲的 时隙里监听其他基站，使越区切换大为简化。 （3）共享设备的成本低，每一载频为许多用户 提供业务，用户平均成本大大低于FDMA系统。 （4）移动台复杂，它需要处理复杂的数字信号。
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3、码分多址（CDMA）
移动通信中，多个用户使用的频率和时间都是 相同的，而给每个移动台分配一个独立的码序列， 这种用不同的正交编码序列来区分不同移动用户 的通信方式，称为码分多址。 码分多址（CDMA)的特点 （1）系统容量大。CDMA 无线信道容量 比 FDMA 大近10倍。 （2）有很强的抑制干扰和多径衰落的能力。 CDMA的扩频系统可以把多径干扰信号解扩去除。
移动通信基站技术
主讲 郭双贵 高级工程师
第1章 移动通信系统概述
移动通信是指通信双方或至少一方处于移动 中进行信息交互的通信，即移动体与移动体、 移动体与固定体之间的通信。
按照移动体所处的运动区域不同，移动通信可 分为陆地移动通信、海上移动通信和空中移动 通信。
陆地移动通信以蜂窝移动通信系统应用最为广 泛，以数字蜂窝移动通信发展最为迅速，本章 着重介绍数字蜂窝移动通信系统。
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第二节 移动通信的发展历程
80年代发展起来的第一代模拟移动通信系统。 90年代初发展为第二代数字移动通信系统。 现正在建设第三代宽带数字移动通信系统（3G）。 3G以宽带多媒体移动通信为目标，数据传输速率：
高速移动环境－ 144kbit/s； 步行慢速移动环境－ 384kbit/s； 室内静态环境－ 2Mbit/s； 3G世界三大主流标准： WCDMA、CDMA 2000、TD-SCDMA（我国提 出的标准）。
（3）具有软容量和小区呼吸功能。系统忙时只 需少许增加系统噪声就可增加通话用户，即所谓 软容量。小区呼吸功能是指负荷量动态控制。
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（4）软切换。当 移动台超越小区或扇区时，由于 工作频率相同，只是地址码序列不同，不需要频 率的切换，称之为软切换。软切换是先接后断切 换，软切换可靠性高。
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基带信号
TRX1
耦 TRX2
合
器
TRXn
时隙 交叉 控制
图 1.2（a）基带跳频
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基带信令
基带信息 PN码发生器
射频调制 频率合成器
F0
耦
合
射频调制
器
F1-Fn
可变频率合成器
图 1.2（b）射频跳频
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扩频通信是将信息信号的频谱扩展后再进行传 输，提高了系统的抗干扰能力，在强干扰甚至 信号被噪声淹没的情况下，能保证可靠通信。 常用的扩频通信技术如下： 直接扩频（DS）－ 将要传输的信息数据用高 速伪随机码序列调制，由于伪随机序列的速率 （带宽）远大于信息数据速率，使要传递信息 数据信号的频谱被展宽。
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移频键控（FSK）： 载波的频率按照数字信号 “1”、“0”变化而对应变化；
移相键控（PSK）： 载波的相位按照数字信号 “1”、“0”变化而对应变化；
振幅键控（ASK）： 载波的振幅按照数字信号 “1”、“0”变化而对应变化。
GSM移动通信系统采用高斯预滤波最小移频键控 GMSK。
A1
C2
C3
B1
D2
C1
A2
A3
D1
B2
B3
C1
C3
B1
D2
D3
A1
C2
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A1
B2
B3
C1
A2
A3
D1
D2
A1
C2
C3
B1
AD 12
D3
图 1.3 按4/12方式复用的小区示意图
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B3 A1 B2 B3 A1 B2
C1 A2 A3 C1 A2 A3 C1
C3 B1 C2 C3 B1 C2 C3
优点是频谱利用灵活,上、下行使用相同的频率， 传输特性相同，有利于使用智能天线,无收发间 隔要求,支持不对称业务,设备成本低等。
缺点是小区半径小,抗快衰落和多普勒效应的能 力低于FDD,终端移动速度不能超过120km/h。
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四、频率复用技术
在移动通信系统中，频率资源有限，为提高频 谱利用率，在相隔一定距离后重新使用相同的频 率组，这种采用同頻复用和頻率分组来提高頻率 利用率方式，就是频率复用技术。
要留有防护频带； （2）与TDMA系统比，FDMA系统的复杂程度低。 （3）采用单路单载波（SCPC）设计，需使用高性
能的射频（RF）带通滤波器来减少邻道干扰，成 本较高。
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2、时分多址（TDMA） TDMA是把时间分成周期性的帧，每一帧再分
割成若干时隙，一个时隙就是一个通信信道。 通信时，给每个用户分配一个时隙，使各移动
4、频率资源有限： ITU对无线频率的划分有严格 规定，要设法提高系统的频率利用率。
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二、移动通信的分类 1. 按服务对象分类： 公用移动通信和专用移动通信。 2. 按组网方式分类： 峰窝状移动通信、移动卫星通信、移动数据 通信、公用无绳电话、集群调度电话等。 3. 按工作方式分类： 单向和双向通信方式两大类，双向通信方式 可又分为单工、双工和半双工通信方式。 4. 按采用的技术分类： 分为模拟移动通信系统和数字移动通信系统。
5、安全性高： 通过鉴权、加密和TMSI（临时用户 识别码）号码的使用，实现了安全保护，鉴权用来 验证用户的入网权力，加密防止有人跟踪而泄漏地 理位置。 6、可与ISDN（综合业务数据网）、PSTN（公用电 话网）等互连，与其它网络互连是利用现有接口。
在SIM卡基础上实现漫游，漫游是移动通信的重要 特征，GSM系统可以提供全球漫游。
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CDMA系统的多址干扰直接限制容量的扩大。 码分多址技术是基于以下两种扩频通信方式：
（1）跳频技术 跳频技术是扩频通信中的一种，GSM系统中
使用跳频技术，其主要功能是可有效地减小传 播信道对某个频率的选择性衰落；可避免多径 信号的干扰。
跳频分为基带跳频和射频跳频两种。 如图所示。（a）基带跳频 （b）射频跳频 （2）扩频技术
（5）存在多址干扰和远近效应。CDMA的地址码 不可能完全正交，在解扩过程中必然带来用户间 的干扰；CDMA的信道也采用地址码分割，并切 公用载波，增加信道的同时干扰也增加。
CDMA系统通过自动功率控制减轻其影响。 由于信道地址码的相互作用，任何一个信道将受
到其他不同地址码信道的干扰，称为多址干扰。
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第一节 移动通信的特点及分类
移动通信系统由于用户的移动性，管理技术要比 固定通信要复杂，移动通信网中依靠的是无线电 波的传播，传播环境比有线媒质的传播特性复杂， 移动通信有着与固定通信不同的特点。
一、移动通信的特点
1、无线电波传播环境复杂： 移动通信的电波处在特高频（300－3000MHz） 频段，电波传播主要方式是视距传播。电磁波在 传播时不仅有直射波信号，还有经地面、建筑群 等产生的反射、折射、绕射的传播，从而产生多 径传播引起的快衰落、阴影效应引起的慢衰落， 系统必需配有抗衰落措施，才能保证正常运行。
图2.1 GSM系统的结构图
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1.移动台（MS）： 是移动用户设备部分，由移动终端和用户识别卡 (SIM)两部分组成，移动终端是“机”，SIM卡是 “身份卡”，存有认证用户身份的所有信息。SIM 卡还存储与网络和用户有关的管理数据，只有插入 SIM卡后移动台才能接入进网。
GSM系统无线路径上采用TDMA方式，每一个 载频可分成8个时隙，一个时隙为一个信道，一 个载频最多可有8个移动用户同时进行通信。
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如下图所示的频分多址和时分多址方式：
a. FDMA
移动通信使用的调制技术还有： 二相移相键控 （BPSK）、四相移相键控（QPSK）、正交调幅 （QAM）,频谱利用率较高,设计难度和成本较高。
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二、多址技术 多址技术就是把多个用户接入一个传输媒质实
现相互间通信时，给每个用户信号赋予不同的 特征，以区分不同的用户的技术。 常用的多址方式： 頻分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分 多址（CDMA）。 GSM系统使用：频分多址（FDMA）/时分多址 （TDMA）混和多址方式，即 FDMA/TDMA。
实际应用中常采用 4/12 和 3/9 频率复用分组 方式。即将12组頻率轮流分配到4个基站和将9组 頻率轮流分配到3个基站，每个站点可用到3个频 率组。
频率复用会带来小区间的干扰，GSM系统要求： 同频干扰保护比 C/I≥9dB 邻频干扰保护比 C/I≥-9dB
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D3
主要特点 1、频谱效率高：采用了高效调制器、信道编码和
语音编码等技术，系统具有高频谱效率。 2、容量大：比TACS（模拟移动通信系统）高3-5
倍 3、话音质量好：
接收信号在门限值以上时，达到与有线传输相同 的水平而与无线传输质量无关。
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4、开放的接口： GSM系统从空中接口到网络之间以及网络中各实体 之间，提供的接口都是开放性的。
EIR
wk.baidu.com
PSTN
MS Um接口
Abis 接口 A 接口
基站子系统（BSS）
交换子系统（NSS）
7号信令
ISDN
PDN
MS—移动台
BTS-基站收发信系统
BSC-基站控制器
MSC-移动交换中心 VLR-来访位置寄存器 HLR-归属位置寄存器
AUC—鉴权中心
EIR-设备识别寄存器
OMC-操作管理接口
PSTN-公用电话交换网 ISDN－综合业务数字网 PDN－公用数据网
3G系统多址方式使用：码分多址（CDMA)方式。
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1、频分多址（FDMA）
FDMA是把工作频段划分成多个无线载频，每一个载 频信道可以传输一路语音或控制信息，通信时不同 的MS占用不同的频率信道进行通信。
FDMA的特点： （1）信道的带宽较窄（25－30KHz），相邻频道
跳频（FH）－ 荷载信息的信号受伪随机序列 的控制，在一组预先指定的频率上离散地跳变， 从而扩展了发射信号的频谱。
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三、双工方式 1、频分双工（FDD）： 收发信各占用一个频率。 优点是收、发信号同时进行，时延小，技术成 熟，缺点是设备成本高。 2、时分双工（TDD）： 收发信使用同一个频率, 但使用不同时隙。
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2、噪声和干扰严重： 移动台在移动时即受到环 境噪声的干扰，又有系统干扰。由于系统内有 多个用户，必须采用频率复用技术，系统就有 了互调干扰、邻道干扰、同频干扰等主要的系 统干扰，这就要求系统有合理的同频复用规划 和无线网络优化等措施。
3、用户的移动性：用户的移动性和移动的不可 预知性，要求系统有完善的管理技术对用户的 位置进行登记、跟踪，不因位置改变中断通信。
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第一节 GSM系统的结构 一、GSM系统的结构
主要由 移动台（MS）、基站子系统 （BSS）和 网络子系统（NSS）三部分组成。 GSM系统通过一定的网络接口和用户连接。
其结构方框图见图2.1
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OMC
SMC
BTS BSC
HLR/AUC
BTS
MSC/VLR
A1
B2
B3
A1
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A1
A 3 C 1 A 2 A 3 C 1 AA 12 A 3
图1.5 按3/9方式复用的小区示意图
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第四节 无线电频谱管理与使用 1、无线电频谱管理 2、移动通信的频谱特性和管理
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第2章 GSM系统的基本原理
GSM是全球第一个标准化的数字蜂窝移动通信系 统，它对数字调制方式、网络结构和业务种类等 进行标准化规范，GSM系统可以提供全球漫游。
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第三节 数字移动通信技术 一、数字调制技术 数字调制是使在信道上传送的信号特性与信道
特性相匹配的一种技术。 模拟语音信号，经过语音编码所得到的数字信
号必须经过调制才能实际传输。 无线传输系统中，是利用载波来携带语音编码
信号的，即用语音编码后的数字信号对载波进 行调制。 数字调制方式有以下几种：
b. TDMA
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时分多址（TDMA）的特点 （1）TDMA系统中几个用户共享同一个载频， 但每个用户使用彼此互不重叠的时隙。
（2）TDMA系统中的数据发射是不连续的，是 以突发方式发射，耗电较少，移动台可在空闲的 时隙里监听其他基站，使越区切换大为简化。 （3）共享设备的成本低，每一载频为许多用户 提供业务，用户平均成本大大低于FDMA系统。 （4）移动台复杂，它需要处理复杂的数字信号。
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3、码分多址（CDMA）
移动通信中，多个用户使用的频率和时间都是 相同的，而给每个移动台分配一个独立的码序列， 这种用不同的正交编码序列来区分不同移动用户 的通信方式，称为码分多址。 码分多址（CDMA)的特点 （1）系统容量大。CDMA 无线信道容量 比 FDMA 大近10倍。 （2）有很强的抑制干扰和多径衰落的能力。 CDMA的扩频系统可以把多径干扰信号解扩去除。
移动通信基站技术
主讲 郭双贵 高级工程师
第1章 移动通信系统概述
移动通信是指通信双方或至少一方处于移动 中进行信息交互的通信，即移动体与移动体、 移动体与固定体之间的通信。
按照移动体所处的运动区域不同，移动通信可 分为陆地移动通信、海上移动通信和空中移动 通信。
陆地移动通信以蜂窝移动通信系统应用最为广 泛，以数字蜂窝移动通信发展最为迅速，本章 着重介绍数字蜂窝移动通信系统。
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第二节 移动通信的发展历程
80年代发展起来的第一代模拟移动通信系统。 90年代初发展为第二代数字移动通信系统。 现正在建设第三代宽带数字移动通信系统（3G）。 3G以宽带多媒体移动通信为目标，数据传输速率：
高速移动环境－ 144kbit/s； 步行慢速移动环境－ 384kbit/s； 室内静态环境－ 2Mbit/s； 3G世界三大主流标准： WCDMA、CDMA 2000、TD-SCDMA（我国提 出的标准）。
（3）具有软容量和小区呼吸功能。系统忙时只 需少许增加系统噪声就可增加通话用户，即所谓 软容量。小区呼吸功能是指负荷量动态控制。
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（4）软切换。当 移动台超越小区或扇区时，由于 工作频率相同，只是地址码序列不同，不需要频 率的切换，称之为软切换。软切换是先接后断切 换，软切换可靠性高。
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基带信号
TRX1
耦 TRX2
合
器
TRXn
时隙 交叉 控制
图 1.2（a）基带跳频
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基带信令
基带信息 PN码发生器
射频调制 频率合成器
F0
耦
合
射频调制
器
F1-Fn
可变频率合成器
图 1.2（b）射频跳频
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扩频通信是将信息信号的频谱扩展后再进行传 输，提高了系统的抗干扰能力，在强干扰甚至 信号被噪声淹没的情况下，能保证可靠通信。 常用的扩频通信技术如下： 直接扩频（DS）－ 将要传输的信息数据用高 速伪随机码序列调制，由于伪随机序列的速率 （带宽）远大于信息数据速率，使要传递信息 数据信号的频谱被展宽。
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移频键控（FSK）： 载波的频率按照数字信号 “1”、“0”变化而对应变化；
移相键控（PSK）： 载波的相位按照数字信号 “1”、“0”变化而对应变化；
振幅键控（ASK）： 载波的振幅按照数字信号 “1”、“0”变化而对应变化。
GSM移动通信系统采用高斯预滤波最小移频键控 GMSK。
A1
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B2
B3
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AD 12
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图 1.3 按4/12方式复用的小区示意图
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B3 A1 B2 B3 A1 B2
C1 A2 A3 C1 A2 A3 C1
C3 B1 C2 C3 B1 C2 C3
优点是频谱利用灵活,上、下行使用相同的频率， 传输特性相同，有利于使用智能天线,无收发间 隔要求,支持不对称业务,设备成本低等。
缺点是小区半径小,抗快衰落和多普勒效应的能 力低于FDD,终端移动速度不能超过120km/h。
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四、频率复用技术
在移动通信系统中，频率资源有限，为提高频 谱利用率，在相隔一定距离后重新使用相同的频 率组，这种采用同頻复用和頻率分组来提高頻率 利用率方式，就是频率复用技术。
要留有防护频带； （2）与TDMA系统比，FDMA系统的复杂程度低。 （3）采用单路单载波（SCPC）设计，需使用高性
能的射频（RF）带通滤波器来减少邻道干扰，成 本较高。
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2、时分多址（TDMA） TDMA是把时间分成周期性的帧，每一帧再分
割成若干时隙，一个时隙就是一个通信信道。 通信时，给每个用户分配一个时隙，使各移动
4、频率资源有限： ITU对无线频率的划分有严格 规定，要设法提高系统的频率利用率。
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二、移动通信的分类 1. 按服务对象分类： 公用移动通信和专用移动通信。 2. 按组网方式分类： 峰窝状移动通信、移动卫星通信、移动数据 通信、公用无绳电话、集群调度电话等。 3. 按工作方式分类： 单向和双向通信方式两大类，双向通信方式 可又分为单工、双工和半双工通信方式。 4. 按采用的技术分类： 分为模拟移动通信系统和数字移动通信系统。
5、安全性高： 通过鉴权、加密和TMSI（临时用户 识别码）号码的使用，实现了安全保护，鉴权用来 验证用户的入网权力，加密防止有人跟踪而泄漏地 理位置。 6、可与ISDN（综合业务数据网）、PSTN（公用电 话网）等互连，与其它网络互连是利用现有接口。
在SIM卡基础上实现漫游，漫游是移动通信的重要 特征，GSM系统可以提供全球漫游。
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CDMA系统的多址干扰直接限制容量的扩大。 码分多址技术是基于以下两种扩频通信方式：
（1）跳频技术 跳频技术是扩频通信中的一种，GSM系统中
使用跳频技术，其主要功能是可有效地减小传 播信道对某个频率的选择性衰落；可避免多径 信号的干扰。
跳频分为基带跳频和射频跳频两种。 如图所示。（a）基带跳频 （b）射频跳频 （2）扩频技术
（5）存在多址干扰和远近效应。CDMA的地址码 不可能完全正交，在解扩过程中必然带来用户间 的干扰；CDMA的信道也采用地址码分割，并切 公用载波，增加信道的同时干扰也增加。
CDMA系统通过自动功率控制减轻其影响。 由于信道地址码的相互作用，任何一个信道将受
到其他不同地址码信道的干扰，称为多址干扰。
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第一节 移动通信的特点及分类
移动通信系统由于用户的移动性，管理技术要比 固定通信要复杂，移动通信网中依靠的是无线电 波的传播，传播环境比有线媒质的传播特性复杂， 移动通信有着与固定通信不同的特点。
一、移动通信的特点
1、无线电波传播环境复杂： 移动通信的电波处在特高频（300－3000MHz） 频段，电波传播主要方式是视距传播。电磁波在 传播时不仅有直射波信号，还有经地面、建筑群 等产生的反射、折射、绕射的传播，从而产生多 径传播引起的快衰落、阴影效应引起的慢衰落， 系统必需配有抗衰落措施，才能保证正常运行。
图2.1 GSM系统的结构图
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1.移动台（MS）： 是移动用户设备部分，由移动终端和用户识别卡 (SIM)两部分组成，移动终端是“机”，SIM卡是 “身份卡”，存有认证用户身份的所有信息。SIM 卡还存储与网络和用户有关的管理数据，只有插入 SIM卡后移动台才能接入进网。