第5章 移动通信系统
本章内容：
概述
移动通信中无线电波的传播特性
移动通信组网技术
数字移动通信中的语音编码技术和数字调制技术
模拟蜂窝公用移动通信系统
数字蜂窝公用移动通信系统
第三代移动通信系统
概述
现代综合业务通信网中不可缺少的一环就是移动通信。由于移动通信几乎集中了有线和无线通信的最新技术成就，不仅可以传送话音信息，而且还能够传送数据信号，使用户随时随地快速而可靠地进行多种信息交换，因此，它和卫星通信、光纤通信一起被列为现代通信领域中的三大新兴通信手段。
移动通信技术是一门融合了当代微电子技术、计算机技术、无线通信、有线通信技术以及交换和网络技术的综合性技术。
移动通信已发展成为有线通信、无线通信融为一体,固定、移动相互连通的通信系统。其发展趋势是：数字化、综合化、宽带化、标准化、微型化、个人化。
移动通信的特点
移动通信是指通信双方或至少一方是在运动中实现信息传输。它是固定通信的延伸 ,只能通过无线电波进行联络，因此移动通信也称为移动无线电通信方式。
例如移动体（车辆、船舶、飞机、人）与固定点之间、或移动体之间的通信等等。
移动通信可以应用在任何条件之下，特别是在有线通信不可及的情况下（如无法架线、埋电缆等）更能显示出其优越性。
移动通信
移动通信主要特点:
电波传播条件恶劣
由于移动体来往于地面的建筑群和各种障碍物之中, 根据电波传播的特性会发生直射、折射、反射、绕射等各种情况，从而使电波传播的路径不同（多径传播），使接收端收到的信号是这些信号的合成波。
多径效应-----移动体(如汽车)往来于建筑群与障碍物之间，其接收信号的强度，将由各直射波和反射波叠加合成。
移动通信主要特点:
移动使电波传播产生多普勒效应
多普勒效应指出，波在波源移向观察者时接收频率变高，而在波源远离观察者时接收频率变低。
移动产生的多普勒频移为:
fd =(v/λ )cosθ
式中，v为移动速度，λ为工作波长，θ为电波入射角。此式表明，移动速度越快，入射角越小，则多普勒效应就越严重。
移动通信主要特点:
存在频段有限和扩大用户数的矛盾
移动通信组网复杂
移动台随持有者经常移动,故移动通信特别必需具有位置登记,越区切换及漫游访问等跟踪交换技术。
干扰严重
移动台应小型、轻便、低功耗。
移动通信特别是陆地上移动通信的用户数量大，为缓和用户数量大与可利用的频道数有限的矛盾，除开发新频段之外，还应采取各种有效利用频率的措施，如压缩频带、缩小信道间隔、多频道共用等，即采用频谱和无线频道有效利用技术。
位置登记----是指网络保持跟踪移动台实际所处的位置并存储位置信息。通常位置信息存储在称为位置寄存器的功能实体中，即存储在HLR和VLR中，位置登记主要包括下述过程：位置更新，位置删除，周期性位置更新，IMSI分离/附着。
位置更新：移动台在开机或移动过程中，若收到的位置区识别码与移动台存储的位置识别码不一致，则发出位置更新请求，通知网络需更新移动台的位置识别码。
位置删除：当移动台移动到一个新的位置区后，网络确认移动台在当前访问的VLR中重新登记后，将从原来的VLR中删除该移动台的相关信息。
周期性位置更新：处于等待状态且位置稳定的移动台，网络将以适当的时间间隔周期性地令其进行位置更新。
IMSI分离/附着：使移动台能通知网络，它们进入开机/关机或用户识别卡取出/插入状态。
当移动体在运动中, 从一个小区向另一个小区运动时, 信道要发生转换, 这就是移动通信中的切换或称交接。
切换：是指将一个正在进行中的呼叫从一个无线信道切换到另一个无线信道，以保障通信不中断。切换允许在不同的小区之间进行，也允许在同一小区的不同无线信道之间进行。
其交接过程中，首先是基站监测移动台信号强度，当信号降低到某一限值时就请求切换；还要以周围邻接小区接收到移动台的强弱信号比较，当某一基站的小区信号较强，那么就切换到此基站的小区，通过信道转换继续进行通话。
切换可分为以下几种情况：
小区内部切换、小区之间切换（BSC内部切换）、BSC之间切换（MSC内部切换）、MSC之间切换（PLMN内部切换）和PLMN之间切换。
只要是陆地公用蜂窝移动通信网，都存在这几种小区的信号切换。
小区内部切换：指同一小区（基站）的物理信道之间的切换，包括同一载频或不同载频的时隙之间的切换，在下列两种条件下可采用此类切换：
正在通信的物理信道受到干扰；
由于维护等原因，正在通信的物理信道或载频单元必须退出服务。
同一交换区（区群）的切换
小区之间切换（BSC内部切换）：指同一BSC所控制的不同小区（基站）子系统之间的信道切换。
BSC之间切换（MSC内部切换）：指同一MSC所控制的不同基站子系统之间的信道切换。
MSC之间切换（PLMN内部切换）：指同一PLMN覆盖区内的不同MSC之间的信道切换。
PLMN之间切换：指不同PLMN之间的信道切换。从技术角度考虑，这种切换是可行的，但从运营部门的管理角度考虑，这种切换涉及到在不同国家之间进行的话，也许会受到限制。
不同交换区的切换
漫游是指移动台在某地登记进网后, 可在异地同样进行呼叫处理通信。这里的异地，是指不同地区, 不同省，甚至不同国家都同样能通过漫游进行通信联系。
正因为移动通信能在全国、全世界漫游, 因此才有现在这样的飞速发展。
主要干扰有:
１. 人为干扰-----指各种电气装置中电流或电压发生急剧变化形成的电磁辐射。 如:电动、机、电焊机、高频电气装置、电器开关所产生的火花放电所形成的电磁辐射。
2. 邻道干扰-----指相邻的或邻近的频道的信号相互干扰。 产生原因：调频信号含有无穷多个边频分量，而频道间隔是有限的，当某些边频分量落入邻道接收机的通带内，就会造成邻道干扰。
３. 同频干扰-----相同载频之间的干扰。 产生原因：同频复用，即移动通信系统中，为提高频率利用率，在相隔一定距离之后，再重复使用相同的频率。 同频复用能提高频率利用率，但会引起同频干扰； 而且复用距离越近，同频干扰就越大，但频率利用率高； 复用距离越远，同频干扰就越小，但频率利用率低。
4. 互调干扰-----是由收发设备的非线性产生的干扰。 当两个或多个不同频率的信号同时输入到非线性电路时，由于非线性的作用，会产生许多谐波和组合频率分量，其中与所需信号频率相接近的组合频率分量会顺利地通过接收机而形成干扰，即为互调干扰。
移动通信机房
移动通信的工作方式
(1)单工制
在同一时刻只能单向传送信息。（收、发信机交替工作。）通常双方接收机均处于守候状态。
分为：单频(同频)单工、双频(异频)单工。
单频是通信双方使用相同的工作频率(f1)。
双频是指通信双方使用两个频率f1和f2。
(2) 异频半双工制
是通信双方中有一方使用双工方式，收、发信机同时工作且使用不同频率f1和f2；而另一方采用双频单工方式。
基站双工工作，移动台单工工作，信息双向传输使用两个频率。
(3)全双工制
全双工制有频分双工(FDD)和时分双工(TDD)两种形式。
异频半双工通信
双频单工方式
双工方式
异频双工通信
移动通信的分类
① 按使用对象可分为民用设备和军用设备；
② 按使用地域可分为陆地通信、 海上通信和空中通信；
③ 按多址方式可分为频分多址(FDMA)、 时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)等；
④ 按覆盖范围可分为广域网和局域网；
⑤ 按业务类型可分为电话网、 数据网和综合业务网；
⑥ 按工作方式可分为同频单工、 异频单工、 异频双工和半双工；
⑦ 按服务范围可分为专用网和公用网；
⑧ 按信号形式可分为模拟网和数字网。
常用的移动通信系统：
（1）无线电寻呼系统
（2）公用蜂窝移动通信系统
（3）无绳电话系统
（4）集群移动通信系统
（5）移动卫星通信系统
无线寻呼系统是一种较早的点对面覆盖的单向呼叫系统。 它由寻呼控制中心、基站和寻呼接收器(BP机)三部分组成。
无线寻呼系统
简单的无绳电话机把普通的电话单机分成座机和手机两部分， 座机与有线电话网连接， 手机与座机之间用无线电连接， 这样， 允许携带手机的用户可以在一定范围内自由活动时进行通话。
因为手机与座机之间不需要用电线连接， 故称之为“无绳”电话机。
无绳电话
公用无绳电话是公共场所（例如商场、机场、火车站等）使用的无绳电话系统，是一种市话网延伸的双工无线通信系统。它由基站和手机组成。
无绳电话系统组成
公用无绳电话系统（如英国推出的CT-2系统）可设多个基站，容纳多个用户，但服务半径很小，一般为几百米，发射功率也很小，一般为几十毫瓦至几百微瓦，此系统也可称为移动接入系统。
无绳电话是一种以有线电话网为依托的通信方式，也可以说它是有线电话网的无线延伸，具有发射功率小、无线覆盖范围小、省电、设备简单、价格低廉、使用方便、服务范围有限等特点。
CT-2系统的组成
公用蜂窝移动通信系统，一般由移动台(MS)，基站(BS)及移动交换中心(MSC)组成为移动通信网(PLMN)，移动通信网又通过中继线与市话通信网(PSTN)连接。
移动部分体现在基站与移动台之间，这是移动通信的主体部分。每个基站都有一个可靠的通信服务范围，称之为无线小区。无线小区有大、小覆盖区之分。
覆盖区的大小主要由基站天线的发射功率和天线高度决定。
蜂窝移动通信系统
移动通信系统组成
典型的蜂窝移动通信系统
基站
基站
SS7
MSC2
（访问MSC）
用户变成
漫游者
BSS
BSS
SS
OMS
PSTN
MSC1
（归属移动交换中心）
SS
第一代移动通信系统采用模拟调制和频分多址方式，网络采用模拟信令，提供的全是话音业务。
第二代移动通信系统使用数字调制技术、时分多址或码分多址方式，网络采用数字信令，除提供语音业务外，还含有少量短消息（数据）服务。
随着越来越多的国家开始使用CDMA系统，CDMA尤其是宽带CDMA必将成为移动通信的发展方向，并在第三代移动通信系统中得到更广泛的应用。
目前全球的CDMA蜂窝网络用户增长的速度惊人。我国十分重视CDMA技术的发展，在“八五”和“九五”期间先后投入大量的人力和物力去研制CDMA数字蜂窝通信系统的技术。对于窄带CDMA（N―CDMA）系统的应用，在1997年底基本完成商用试验，同时中国电信长城网的800MHz CDMA数字蜂窝移动通信系统的各项规范和标准也逐渐制定和完善。
中国联通在2000年底建成容量为1000万户左右的CDMA网络，覆盖全国250个以上城市。
采用智能技术提供多媒体业务，实现极大的系统容量，真正实现在任何地方、任何时间获得任何信息的个人通信的第三代移动通信系统，正是建立在W―CDMA、TD―SCDMA和CDMA2000技术之上的移动通信系统。
无线市话系统是把现有的电话传输、交换资源和无线接入技术进行结合，采用先进的微蜂窝技术，将用户终端以无线方式接入固定电话网。
无线市话是电信运营部门利用现有网络和设备潜力，以与固定网相近的低资费，提供有限范围漫游，开拓新业务增长点，是现有市话网的延伸和补充。无线市话手机以其小巧的机身、卓越的功能，受到越来越多的人青睐，人们将无线市话系统爱称为“小灵通”。
小灵通的特点
绿色手机；使用方便；经济实惠；音质清晰；网络建设投资低；功能多样化；网络服务多样化。
无线市话的基站覆盖范围有限、信号穿透能力不强（室内使用效果较差）、越区切换导致通话断续、无升级能力，制约了其通话质量和业务发展。
控制网络
RPC/CSC
RPC/CSC
RP/CS
RP/CS
RP/CS
RP/CS
PSTN
RP，CS ——基站
RPC，CSC ——基站控制器
小灵通的网络结构
小灵通基站
集群移动通信系统是一种专用调度系统，它由控制中心、基站、调度台、移动台组成。这是一种在一定范围内使用的移动通信系统，通常采用大区制覆盖。
系统是独立的，自成系统的。如车辆调度，公安、交警等部门自己安装的系统。
集群系统的组成
移动卫星通信系统是利用卫星中继， 在海上、空中和地形复杂而人口稀疏的地区中实现移动通信的系统，具有独特的优越性。
IMARSAT (国际海事卫星组织)首先在太平洋、 大西洋和印度洋上空发射了三颗同步卫星， 为在这三个大洋上航行的船只提供通信服务。
由美国Motorola公司提出的“铱” 系统分6条轨道在地球上空运行，每条轨道上有11颗卫星，总共有66颗卫星。
铱系统卫星轨道示意图
移动通信发展概况
第1阶段：从20世纪20年代至40年代初
第2阶段：从20世纪40年代中期至60年代中期
第3阶段：20世纪60年代中期至70年代中期
第4阶段：20世纪70年代中期至80年代中期
第5阶段：20世纪80年代中期至今
下面是以“代”来划分：
第一代（1G：1Generation）——模拟移动通信系统
从1946年美国使用150MHz单个汽车无线电话开始到20世纪90年代初，是移动通信发展的第一阶段。
因为调制前信号都是模拟的，也称模拟移动通信系统。
可分为蜂窝、无绳、寻呼和集群等多类系统，每类系统又有互不兼容的技术体制。
第一代移动通信的发展可分为三个主要阶段：
(1)初级阶段。1946年到20世纪60年代中期，这一阶段移动通信的主要特点是容量小，用户少，人工切换，设备都采用电子管，体积大、耗电多。
(2)中级阶段。20世纪60年代中期到20世纪70年代中期，在这一阶段模拟移动通信系统有了较大的发展。
(3)大规模发展阶段。20世纪70年代中期到20世纪80年代末，出现了“蜂窝”系统，提高了系统容量和频率利用率。大规模集成电路和微机、微处理器的大量应用使系统功能更强，移动台更加小型化，功耗更低，话音质量大幅度提高；频段从450MHz发展到900MHz，频带间隔减小，提高了信道利用率。
第二代（2G）——数字移动通信系统
主要特征是采用了数字技术。
各系统的技术体制：
数字蜂窝移动系统有：GSM、DAMPS、CDMA。
数字无绳电话有：DECT、PHS等
高速寻呼有：FLEX、APCO、ERMES。
1991年7月GSM系统开始投入使用。1992年美国提出了CDMA技术的蜂窝系统的建议。
第三代（3G）——IMT―2000移动通信系统
目前，IMT―2000标准已经基本确定，设备生产商和运营商正致力于3G产品和市场的开发。第三代移动通信系统以全球通用、系统综合作为基本出发点，以图建立一个全球范围的移动通信综合业务数字网，提供与固定电话网业务兼容、质量相当的多种话音和非话音业务。
由信息产业部电信科学技术研究院代表中国提出的TD―SCDMA标准提案被国际电联采纳为世界第三代移动通信（3G）无线接口技术规范建议之一。
2000年5月，国际电联无线大会上又正式将TD―SCDMA列入世界3G无线传输标准之一。TD―SCDMA的成功，结束了中国在电信标准领域零的空白历史，为扭转中国移动通信制造业长期以来的被动局面提供了十分难得的机遇。
移动通信中无线电波的传播特性
陆地移动通信工作在甚高频VHF和特高频UHF频段，移动台处于城市建筑群之间或处于地形复杂的区域，移动台天线短，距地面距离通常非常近，到达接收点的信号是直射波、反射波、折射波、绕射波的组合。
无线电波频段的划分
地形环境分类
1.定义
地形波动高度△h：
沿电波传播方向，距接收地点10公里范围内，10%高度线和90%高度线的高度差。
天线有效高度hb：
移动台天线有效高度：移动台天线距地面的实际高度。
基站天线有效高度hb：沿电波传播方向，距基站天线3~15km范围内平均地面高度以上的天线高度。
2. 地形分类
按地形条件把传播路径分成两大类：
准平坦地形——地形波动高度在20m以内，且起伏缓慢，地形峰点与谷点之间的距离大于地面的波动高度。
不规则地形——其他地形。包括：
丘陵地形路径；
孤立山岳阻挡路径；
倾斜地形路径；
水陆混合路径。
3.传播环境分类
把传播路径的人为环境分成三区：
开阔地区：在电波传播方向上没有或少有建筑物或高大树木等障碍物的开阔地带。
郊区：城市外围区域。在移动台附近有不太密集的1～2层楼房和稀疏小树林的地区。
市区：有密集建筑物和高楼大厦的地区。
自由空间传播损耗
自由空间是指信号在理想的、均匀的各向同性的介质中传播，不发生反射、折射、散射和吸收现象，只存在电磁波能量扩散而引起的传播损耗的空间。
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。
当电波经过一段路径传播之后，能量仍会受到衰减，这是由于辐射能量的扩散而引起的。
下面分析自由空间传播损耗与距离的关系：
设发射天线的辐射功率为Pt，发射天线增益为gt，则
距发射天线d米处的电场强度有效值E0为
距发射天线d米处的磁场强度有效值H0为
单位面积上的电磁波功率密度S为
接收天线获取的电磁波功率Pr等于该点的电磁波功率密度S乘以接收天线的有效面积Ar，即
Ar与接收天线增益gr满足下列关系
接收功率可表示为
当收、发天线增益为0dB，即当gt=gr=1时，接收天线上获得的功率为
用分贝表示的自由空间传播损耗Lbs可定义为
由上式可见，自由空间传播损耗与距离的平方成正比。当电波频率提高1倍或传播距离增加1倍时，自由空间传播损耗分别增加6dB。
随着传播距离的增大导致发射天线的辐射功率分布在更大的球面上，因此自由空间传播损耗是一种扩散式的能量自然损耗。
平坦表面的传播
若传播路径表面是平坦表面,则到达接收天线的电波是直射波与地面反射波之和。
反射波与直射波
反射波与入射波的路径差为
通常(ht+hr)《d，可近似为
由路径差Δd引起的附加相移Δφ为
接收点的合成电场为直射波电场分量与反射波电场分量之和。
可推导出合成电场的有效值近似为
其中
推导出接收天线的接收功率Pr为
其中
天线的高度加倍，接收功率增加6dB；距离加倍，接收功率下降12dB。
多径效应
1. 多径传播与衰落特性
电波在陆地传播的过程中会由于地形的原因会发生反射、折射和绕射等各种情况，从而使电波传播的路径不同。使接收端收到的信号不是从发射天线至接收天线的单一路径来的，而是由好多条路径来的直射波、反射波、折射波和绕射波的合成波。
多径效应移动体(如汽车)往来于建筑群与障碍物之间，其接收信号的强度，将由各直射波和反射波叠加合成。多径效应会引起信号衰落。各条路径的电信号强度会随时间而变化，故到达接收点的各分量场之间的相位关系也是随时间而变化的。
多径传播
多径传播
多径传播的每一条路径的传播损耗和延时不同。到达接收点信号的相位也不同。不同地点的合成信号场强有显著差异，而且相差很大，可达30 dB以上。这种现象称为衰落。
在地面移动通信中，移动体(汽车)在不同位置，不同的方向接收到的合成波信号强度会有起伏。
接收信号不仅有时间上的衰落，而且还有地点上的衰落，是一种时间和地点上的随机信号。
多径效应影响——如：在电视信号传输中可以直观地看到多径对于通信质量的影响。通过较长的路径到达接收天线的信号分量比以较短路径到达天线的信号稍迟。因为电视电子枪扫描是由左到右，迟到的信号会在早到的信号形成的电视画面上叠加一个稍稍靠右的虚像。
移动台接收N条路径信号
分析得出：
多径衰落接收信号的相位服从0～2π的均匀分布。
由多径传播产生的接收信号振幅变化符合瑞利分布。即多径衰落的信号包络服从瑞利分布。
若在接收点有一条较强的直射波到达，直射波分量明显大于其他各种散射波分量，这时合成电场的振幅服从于莱斯分布。
中值电平
由多径产生的衰落，衰落速率(每秒钟信号包络经过中值电平次数的一半)可达每秒30次～40次，衰落深度(信号的变动范围)约为30dB左右，称这样的衰落为快衰落(多径衰落)或短区间衰落、瞬时性衰落。
中值电平：
衰落信号的包络有50%概率大于σ。这里的概率即是指任意一个足够长的观察时间内，有50%时间信号包络大于σ。因此，σ常称为包络r的中值，记作rm。
瑞利分布的概率密度函数
反映衰落速率的参量：
电平通过率NR：信号包络在单位时间中以正斜率通过指定电平值R的次数。
R等于中值电平时的电平通过率称为衰落率。
平均衰落持续时间R ：每次信号电平衰落到指定电平值R以下的持续时间平均值。
2. 多径扩展与相关带宽
在多径传播条件下，接收信号会产生延时扩展(Time Delay Spread)，或称为多径时散。
当发射端发送一个窄脉冲信号至移动台时，由于存在着多条不同的路径，路径长度不一样，则发射信号沿各个路径到达接收天线的时间就不一样，并且传播路径又随移动台的运动而变化，因而移动台所接收的信号S(t)由许多不同时延的脉冲串组成。即总的信号是各先后达到信号的总和。
多径时延扩展
最大多径时延差Tm是以多径信道的延时散布谱Q（）下降30dB处所对应的延时差。
Tm
多径信道的延时散布谱Q（）
与延时扩展有关的一个重要参量是信道的相关带宽。
两个信号的相关性可由两个信号的相关系数得出，而相关系数与信道的延时扩展有关。当两个信号的频率间隔增加时，相关系数减小，也就是信号的不一致性增加。频率间隔增大到一定值后，不同频率的两个信号的衰落不相关。
相关带宽定义为相关系数为时两个不同频率信号的频率间隔。
多径传播到达接收点的合成信号强度与频率有关。接收信号的强度随频率而变，称为频率选择性衰落。
当信号的带宽小于相关带宽时，发生非频率选择性衰落，称为平坦衰落 ；当信号带宽大于相关带宽时，发生频率选择性衰落。
场
阴影效应
当电波在传播路径上遇到起伏地形、 高大建筑物、树林等障碍物阻挡时，会产生电磁场的阴影。电磁场通过绕射到达阴影区。在电磁场的阴影区存在额外的传播损耗。
慢衰落是指接收天线处的场强中值随移动台运动时周围地形、建筑物等的变化而出现的波动，其变化速率较为缓慢。
在山区，视距直射波常被山脊阻挡，电波靠绕射到达接收点，产生的绕射损耗称为楔形或刀刃形绕射损耗。
收发视距连线与障碍物最高点之间的垂直距离叫电波传播余隙hp。
绕射损耗是指有楔形障碍物时与无楔形障碍物时的损耗差别。
路径损耗预测
对于所覆盖的大面积地区，一般很难获得准确的地形数据，不可能对各个移动台所处的位置进行准确的场强估算。
覆盖区内的场强预算，通常使用场强的预报曲线进行，它是以某个地区大量实测的数据为基础，用统计的方法得出作为距离、天线高度、地形类型和频率等函数的信号场强中值的预报曲线。
接收场强的中值电平或路径损耗中值
具有50％的概率场强值称为场强中值，这是一个统计平均值。场强变化曲线高于规定电平值E0的持续时间，占统计时间一半时，则所规定的那个电平值即为场强中值。
或说，在给定的统计时间内，有50%时间的场强（或路径损耗）超过某个数值，则这个数值就称之为场强中值(或路径损耗中值)。
场强中值的确定
若T为统计时间，规定电平值为E0。在周期T内，高于E0的值的时间段有t1, t2, t3。如果统计时间T足够长，则在T时间内超过E0的概率为
当超过E0值的百分比为50％时，即称E0 为场强中值。在实际的应用中，场强中值恰好等于接收机的最低门限值，即通信的可通率为50％，这就是说只有50％能维持正常通信。
1. 准平坦地形大城市市区路径损耗
预测时以准平坦地形市区场强中值或路径损耗为基准，可以得到准平坦地形大城市市区路径损耗LMf
LMf=Lbs+Am(f,d)－Hb(hb,d)－Hm(hm,f)
路径的基本传输损耗定义为各向同性天线的辐射功率与各向同性的接有共轭匹配负载的接收天线接收到的功率之间的分贝数之差，即
Lb=Pr -PL （dB）
基站天线高度增益因子
移动台天线高度增益因子
在已知发射功率和收、发天线增益的情况下，可直接得出基本传输损耗值。如以L0表示自由空间的基本传输损耗，那么相对于自由空间的市区基本传输中值损耗为
Am(f,d)=Pr -PL-L0 （dB）
Am(f,d)是基站天线高度hb=200m、移动台天线高度hm=3m时，相对于自由空间传输的中值损耗。
如果基站天线的高度不是200m，则损耗中值的差异用基站天线高度增益因子Hb(hb, d)表示。
显然，当hb＞200m时，Hb(hb, d)＞0dB；反之，当hb＜200m时， Hb(hb, d)＜0 dB。
同理，当移动台天线高度不是3m时，需用移动台天线高度增益因子Hm(hm, f)加以修正，当hm＞3m时，Hm(hm, f)＞0dB； 反之，当hm＜3m时，Hm(hm, f)＜0dB。
2.不规则地形及不同环境中的路径损耗
在计算各种地形、地物上的传播损耗时，均以中等起伏地上市区的损耗中值或场强中值作为基准，因而把它称作基准中值或基本中值。
即以准平坦地形中的中值路径损耗为基础，针对不同传播环境和不规则地形中的各种因素用修正因子修正，可得到不规则地形及不同环境的中值路径损耗LM 。
LM=LMf－Kso－Kter－Ksp－Kls
郊区和开阔地损耗的中值
修正因子Kso
丘陵地的修正因子Kter
丘陵地的地形参数用地形起伏（波动）高度Δh表征。
Δh的定义是：自接收点向发射点延伸10km的范围内，地形起伏的90%与10%的高度差为Δh。
丘陵地场强中值修正因子
地形波动高度
孤立山岳修正因子Kjs
斜波地形修正因子Ksp
斜坡地形系指在5~10km范围内的倾斜地形。若在电波传播方向上，地形逐渐升高，称为正斜坡，倾角为+θm；反之为负斜坡，倾角为－θm。
水陆混合路径修正因子KS
移动通信组网技术
每一个移动用户通信时都要占用频率资源，在同一地区、同一时间，这部分频率资源只能被一个移动用户使用。
组网时有效利用频率资源的两个主要技术：
频率复用
多信道共用
服务区体制
移动通信网的服务区体制分为两大类：
小容量的大区制、大容量的小区制。
1.大区制
所谓大区制就是在一个服务区内只有一个基站，由该基站负责整个移动通信网的联络与控制。大区制的信道交换、控制等功能都集中在基站完成。
基站发射功率较大（100W~200W），基站天线要架设得很高。
移动台的发射功率较小，通常在一个大区中需要在不同地点设立若干个接收机，接收附近的移动台发射的信号，再通过有线或微波接力将信号传输至基站。
大区制移动通信
2.小区制
小区制是将整个移动通信业务区(服务区)划分为若干小区，在小区中分别设置基站，负责本小区移动通信的联络控制。各基站统一接到一个移动交换中心，由移动交换中心统一控制各基站协调工作，并与有线网相连接。
小区越多覆盖面就越大，用户就越多。
基站发射功率很小（8～20W）。
小区制移动通信
可以应用频率复用技术：
相邻小区中分配不同频率的信道；
非相邻的相隔一定距离的小区中分配相同频率的信道。
采用频率复用技术后，在相同的频率段范围中将大大增加通信容量。小区分得越小，即小区数目越多，整个通信系统的通信容量越大。
特点：
(1)基站只提供信道，其交换、控制都集中在一个移动交换中心。其作用相当于一个市话交换局。
(2)具有“越区切换功能”（Handoff），简称“越区”功能。即一个移动台从一个小区进入另一个小区时，要从原基站的信道切换到新基站的信道上来，而且不能影响正在进行的通话。
(3)具有漫游（Roaming）功能。即一个移动台从本管理区进入到另一个管理区时，其电话号码不能变，仍然像在原管理区一样能够被呼叫到。
(4)具有频率再用的特点。即一个频率可以在不同的小区重复使用。由于同频信道可以重复使用，再用的信道越多，用户数也就越多。因此，小区制可以提供比大区制更大的通信容量。
小区制的划分方法：
考虑服务对象及频率组不相互干扰等因素, 小区制一般分为带状服务区和面状服务区。
㈠ 带状服务区
由于同频干扰，相邻小区应该使用不同频率，间隔若干小区则可使用相同频率。相邻的使用不同频率的若干个小区组成一个区群，在不同区群中重复使用相同的频率。
带状服务区的频率复用
f
1
f
2
f
3
f
1
f
2
f
3
f
4
f
4
f
1
f
2
f
1
f
2
f
1
f
2
f
1
f
2
f
1
f
2
f
3
f
1
f
2
f
3
f
1
f
2
相邻小区之间应当有一部分重叠区。重叠区不能大，否则将增大同频干扰。
同频干扰的影响可以用载干比表示，载干比为有用信号载波功率C与同频干扰功率I之比（C/I）。
同频干扰：
有用信号最弱同频干扰最大
r
㈡ 面状服务区
面状服务区是陆地移动通信的主要方式，对它的分析比对带状的分析要复杂得多。
⑴小区形状
要组成一个面状服务区，各小区可用三角形、圆形、矩形(正方形)、正多边形等形状。
为了不留空隙地覆盖服务区，每个基站小区为一个圆的正内接多边形。
面状服务区的各小区形状
究竟取什么样的小区好呢? 一般从以下几方面考虑:
①邻接小区中心间距d越大越好，间隔大则干扰就会小。
②单位小区的有效面积越大越好，面积大则使一个区域小区个数少，使用频率数少。
③交叠区域面积小为好，这使同频干扰最小。
④交叠距离要小，使移动通信便于跟踪交接。
⑤所需无线电频率个数越少越好。
需最少无线电频率个数
比较三种圆内接正多边形：
正六边形小区的中心间隔最大，各基站间的干扰最小；交叠区面积最小，同频干扰最小；交叠距离最小，便于实现跟踪交换；覆盖面积最大，对于同样大小的服务区域，采用正六边形构成小区制所需的小区数最少，即所需基站数少，最经济；所需的频率个数最少，频率利用率高。
正六边形组成的面状服务区的形状与蜂窝相似，又称为蜂窝式小区。
正六边形被认为是使用最少个结点可以覆盖最大面积的图形，出于节约设备构建成本的考虑，正六边形是最好的选择。这样形成的网络覆盖在一起，形状非常象蜂窝，因此被称作蜂窝网络。
⑵区群结构
区群的组成应满足的条件：
在由若干个小区构成一个区群时应满足相邻小区不能使用相同频率；
能无空隙无重叠地覆盖整个服务区；
相邻区群中，采用同频率的小区之间的距离相等，且为最大。
由若干正六边形邻接小区组成一个无线覆盖区群, 再由若干无线区群构成整个服务区。
构成这种区群要符合前面讲的基本条件:
①若干个单位无线区群正六边形彼此邻接组成蜂窝式服务区。
②邻接单位无线区群中的同频无线小区的中心间距相等。
满足区群组成的条件的区群形状和区群内的小区数不是任意的。
可以证明，构成单位无线区群的小区个数N为
N=a2+b2+ab
几种区群结构(频率再用)
12
21
12
19
20
15
19
10
17
15
14
11
1
2
3
4
5
6
7
8
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
1
5
9
14
2
6
10
15
19
18
21
蜂窝系统的频率复用和小区面状覆盖
2
1 3
2 4 2
1 3 1 3
4 2 4
1 3
4
1 2
1 2 3 4 5
3 4 5 6 7 1 2
6 7 1 2 3 4 5
1 2 3 4 5 6 7
3 4 5 6 7 1 2
6 7 1 2 3 4 5
3 4 5 6 7
6 7
⑶同频干扰载干比
蜂窝中的同频干扰来自多个使用相同频率的小区。
由于电波传播损耗随距离增大而迅速增大，在计算同频干扰载干比时可以仅考虑最邻近的同频复用小区来的干扰。在蜂窝网中，最邻近的同频复用小区最多有六个。
当移动台处于小区边缘时，有用信号功率最弱。
最邻近的同频复用小区最多有六个
2
2
2
2
2
2
分析得到，移动台处于小区边缘时的载干比近似为
可见一个区群中的小区数N越多，同频干扰越小，载干比越大。
一个区群中的最少小区数与系统允许的载干比门限值有关。
频率分配时，每个无线小区一个信道组；每个无线区群有若干小区，则有若干个信道组。由于频率可以在不同无线区群再用，所以不同无线区群可采用相同信道组。
一个区群中的小区数越少，采用的信道组越少，频率复用程度越高，通信容量越大。
⑷采用定向天线
基站采用定向天线可以减少蜂窝网中的同频干扰。使同频干扰只在一定方向的一定范围内起作用。采用3扇区，6个同频干扰源减少为2个；采用6扇区，6个同频干扰源减少为1个。
同频干扰源的减少意味着同频干扰的载干比提高，若保持载干比不变，则可减少区群中的小区数N，从而提高系统容量。
⑸小区分裂
介绍概念：
中心激励方式：在每个小区中， 基站可设在小区的中央， 用全向天线形成圆形覆盖区。
顶点激励方式：将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上，每个基站采用三副120°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， 每个小区由三副120°扇形天线共同覆盖。
（a）中心激励 （b）顶点激励
蜂窝网中无线小区的划分：
应根据地形地物情况、容量密度、通信容量、频谱利用率等因素综合考虑。
①服务区内用户密度均匀，采用的无线小区大小相同，每个小区分配的信道数相同；
②事实上服务区内的用户密度是不均匀的。例如城市中心商业区的用户密度高，居民区和市郊区的用户密度低。
为了适应这种情况，可采用：
在用户密度高的区域可使小区的面积小一些或分配的信道数多些；
在用户密度低的区域可使小区的面积大一些或分配的信道数少些。
当原小区用户密度增至一定程度，可缩小无线小区，来增加通信容量，即实现小区分裂。如：将一个小区分裂成三个小区。
对于分裂后的小区，基站位置不变，位于三个小区的顶点处，采用顶点激励方式（三叶草形结构）。
三叶草形结构
顶点激励
中心激励
小区
3个板状天线构成3个无线扇形小区。
基站天线
多信道共用
信道使用方法有：
专用信道方式（固定分配、单独使用）
单信道共用方式（固定分配、共同使用）
多信道共用方式（共同使用）
1.话务量、呼损率和通信容量
话务量是度量通信系统业务量大小的指标。话务量分为流入话务量和完成话务量。
流入话务量的大小取决于单位时间内平均发生的呼叫次数λ和每次呼叫平均占用信道时间(含通话时间)S。
显然λ和S的加大都会使业务量加大， 因而可定义流入话务量A为
A = S·λ
话务量的分布是不均匀的，最忙时每个小时的话务量称为忙时话务量。忙时话务量对全天话务量之比称为集中系数K。
设通信网中每一用户每天平均呼叫次数为C(次/天)， 每次呼叫的平均占用信道时间为T(秒/次)，集中系数为K， 则每用户的忙时话务量为
已知全网用户在单位时间内的平均呼叫次数为λ，其中有的呼叫成功了，有的呼叫失败了。在系统流入话务量中，能被接通的那部分话务量称为完成话务量，不能被接通的部分称为损失话务量。
设单位时间内成功呼叫的次数为λ0(λ0＜λ)，就可算出完成话务量
A0 = λ0S
流入话务量A与完成话务量A0之差， 即为损失话务量。损失话务量占流入话务量的比率即为呼叫损失的比率，称为“呼损率”，用符号B表示， 即
对于多信道共用的移动通信网，根据话务理论，呼损率B、共用信道数n和流入话务量A的定量关系可用爱尔兰呼损公式表示。 爱尔兰呼损公式为
呼损率不同的情况下，信道利用率也是不同的。信道利用率η可用每信道平均完成的话务量来计算， 即
在每个用户的忙时话务量AB确定之后，系统所能容纳的用户数M为
每个信道能容纳的用户数为M/n。
2. 信道选择方式
(1)专用控制信道方式
又称为专用呼叫信道方式。
是指在网中设置专门的呼叫信道， 专用于处理用户的呼叫接续，不能用于通话。
(2) 非专用控制信道方式
共用信道中的每一条信道都可用于通话。
可分为“循环定位”、 “循环不定位”、 “循环分散定位”和“可控制循环分散定位”等多种方法。
频率配置
频率是人类所共有的一种特殊资源，它并不是取之不尽的。频率的分配和使用需在全球范围内制定统一的规则。
我国分配给民用移动通信的频段主要在150MHz、450MHz、900MHz频段和1800MHz频段，各项具体业务如专用对讲机、无绳电话、蜂窝移动电话等的使用频率均有具体的明确规定。
频率有效利用技术：
频率域的有效利用：一是信道的窄带化，以便得到更多的载波信道；二是应用宽带多址技术，使一个载波信道上能传输多个用户信息 。
空间域的有效利用：某一地区使用了某一频率之后，在相隔一定距离的另一地区可以重复使用这一频率，这就是所谓“同频复用”。
时间域的有效利用：是指在一地区中，多个用户共用一个载波频率，每个用户占用频率的时间不同，这就是所谓的“时分复用”。
1. 陆地移动通信工作频段
确定移动通信工作频段应该从以下几个方面来考虑：
(1)电波传播特性，天线尺寸；
(2)环境噪声和干扰的影响；
(3)服务区范围、地形和障碍物尺寸以及对建筑物的穿透特性；
(4)设备小型化及成本等；
(5)通信容量 。
移动通信属于无线通信的范畴。按照无线频率的划分陆地移动通信工作频段属于VHF(甚高频)和UHF(特高频)。
低频段， 150 MHz， 450 MHz，一般用于无线传呼和集群通信。
900 MHz， GHz用于蜂窝移动通信。
特性：
（1）30 MHz ~ 80 MHz，电波传播损耗较小，受地形地物影响较小，但环境噪声电平较高。
（2）100 MHz ~300 MHz，电波传播损耗较大，受地形地物影响不太大，噪声电平仍然较高。
（3）400 MHz ~600 MHz，电波传播损耗大，地形地物影响较大，但环境噪声电平较低。
（4）800 MHz ~1000 MHz，电波传播损耗更大，但噪声小，电波穿透能力强。
我国陆地移动通信使用的频段、蜂窝移动通信的频率
2.信道频率间隔
射频信道频率间隔与系统采用的调制方式有关，不同的系统有不同的频率间隔。
上下行信道间的载频间隔为双工间隔。
上行信道：由移动台发射，基站接收
下行信道：由基站发射，移动台接收
我国规定的双工收发频率间隔，采用基站发频高、收频低，移动台发频低、收频高。
例如，在频率的配置和使用上，我国参照GSM标准指定了自己的技术要求,主要内容有：
使用900MHz频段，即890～915MHz（移动台→基站）和935～960MHz（基站→移动台）；
收发间隔45MHz，载频间隔200KHz；
共124个载波，每载波信道数8个（TDMA方式）；
基站最大功率300W，小区半径～35Km；
调制类型为高斯最小移频键控GMSK，传输速率270Kbps。
3. 服务区的信道配置
信道的分配方法主要有两种:
无三阶互调配置法（分区分组方式）------小型专用网
等频距配置法------大型公用网
无三阶互调配置法：
无三阶互调配置法所遵循的原则：
尽量减小占用的总频段，以提高频段的利用率；
同一区群内不能使用相同的信道，以避免同频干扰；
小区内采用无三阶互调的相容信道组，以避免互调干扰。
三阶互调干扰由收、发设备中元器件非线性中的三次项产生。
fi 、fj 、fk为同一基站不同信道的射频载波频率，产生三阶互调干扰的条件是
fx – fi = fj – fk
在同一基站服务区不造成三阶互调干扰的条件是所配置的信道序号中的任意两个序号差各不相同。
频率间隔相等
设给定的频段以等间隔划分为信道， 按顺序分别标明各信道的号码为1, 2, 3, …。若每个区群有7个小区，每个小区需6个信道，按上述原则进行分配，可得到：
第一组 1， 5， 14， 20， 34， 36
第二组 2， 9， 13， 18， 21， 31
第三组 3， 8， 19， 25， 33， 40
第四组 4， 12， 16， 22， 37， 39
第五组 6， 10， 27， 30， 32， 41
第六组 7， 11， 24， 26， 29， 35
第七组 15， 17， 23， 28， 38， 42
频距较小，易产生邻道干扰。
等频距配置法：
等频距配置法是按等频率间隔来配置信道的，在同一小区中只要频距选得足够大，就可以有效地避免邻道干扰。
这样的频率配置可能正好满足产生互调的频率关系，但正因为频距大，干扰易于被接收机输入滤波器滤除而不易作用到非线性器件，所以也就避免了互调的产生。
等频距配置时可根据群内的小区数 N来确定同一信道组内各信道之间的频率间隔， 例如，第一组用(1， 1+N, 1+2N, 1+3N, …)， 第二组用(2, 2+N, 2+2N, 2+3N, …)，第K组用(K , K+N , K+2N, K+3N , …)等。如： N=12。
4
例如N=7 ，则信道的配置为：
第一组 1， 8， 15， 22， 29， …
第二组 2， 9， 16， 23， 30， …
第三组 3， 10， 17， 24， 31， …
第四组 4， 11， 18， 25， 32， …
第五组 5， 12， 19， 26， 33， …
第六组 6， 13， 20， 27， 34， …
第七组 7， 14， 21， 28， 35， …
这样同一信道组内的信道最小频率间隔为7个信道间隔，若信道间隔为25kHz，则同一信道组内的信道最小频率间隔可达175kHz， 这样，接收机的输入滤波器便可有效地抑制邻道干扰和互调干扰。
如果是定向天线进行顶点激励的小区制，每个基站应配置三组信道，向三个方向辐射。
每个基站采用三副120。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，每个小区由三个天线共同覆盖。例如 N=7，每个区群就需有21个信道组。
三顶点激励的信道配置
7个基站21个扇形小区为一个区群
定向天线
7个小区：12选7
5
移动电话进入市话网的方式
1.用户线接入方式
利用无线用户集线器通过市话网的用户线接入市话网。
2.市话中继线接入方式
3.移动电话汇接中心方式
数字移动通信中的语音编码技术和数字调制技术
在数字移动电话通信中，发送端需要把语音信号变换为数字信号，再采用一定的数字调制方法调制载波，把已调信号发射出去。接收端对接收到的已调信号解调得到表示语音的数字信号，再经过解码器把数字信号变换为模拟信号。
语音编码技术
语音编码技术属于信源编码。
信源编码的目的之一就是为了把源信息转变成数字信号以便在数字信道中传输。
信源编码的另一目的是提高系统传输效率, 去除冗余度。
1.语音编码的基本概念
语音编码的主要技术指标：
数码率、语音质量、编解码延时。
编码器的数码率是指编码器每秒钟输出的二元码的数目。
编码器延时即解码器输出语音信号相对于编码器输入语音信号的延时。
评价语音质量有客观评价法和主观评价法。
客观评定方法用客观测量的手段来评价语音编码的质量，常用的方法有输出信噪比、加权信噪比、平均分段信噪比等。
主观评定方法是主观评定等级（Subjective Opinion Scale），或称平均评定得分（MOS ， Mean Opinion Score ）。
即使努力去听，也很难听懂
1
劣
需要集中注意力
2
差
中等程度的注意力
3
满意(正常)
需要注意，但不需要明显集中注意力
4
良
可完全放松，不需要注意力
5
优
收听注意力等级
分数
质量等级
语音编码分类：
波形编码：对语音信号的波形直接编码。
对离散语音信号样值进行编码处理和传输。
参量编码（声源编码）：语音信号可用一些描述语音特征的参数表征。先从离散语音信号样值中提取出反映语音的特征值，对特征值进行编码处理和传输。
混合编码：将参量编码和波形编码结合起来。混合编码技术在参数编码的基础上引入一些波形编码的特性。
参量编码以发音器官的物理模型为基础。
语音信号的产生模型包括了三个部分：激励源、声道模型和辐射模型，正好模拟了人的发声器官中喉、声道和嘴。
2.移动通信对语音编码的要求
移动通信中采用的语音编码方法主要取决于无线移动信道的条件: 由于频率资源十分有限, 因此要求编码信号的速率较低; 由于移动信道的传播条件恶劣, 因而编码算法应有较好的抗误码特性。另外, 从用户的角度出发, 还应有较好的话音质量（主观评分MOS应不低于分）和较短的时延。
要求：
数码率较低, 纯编码速率应低于16 kb/s;
在一定编码速率下的音质应尽可能高;
编码时延要短, 要控制在几十毫秒之内;
编码算法应具有较好的抗误码性能, 计算量小, 性能稳定;
编码器应便于大规模集成。
常用数字移动通信系统语音编码类型
E
3.自适应差值脉冲编码调制(ADPCM)编码器
采用脉冲编码技术对信号数字化传输的方式称为脉冲编码调制（PCM：Pulse Code Modulation）。
由分析知，语音信号在时域有较大的相关性，因此，相邻的抽样值之间有明显的相关性，即前后样值的幅度值间有较大的关联性。对这样的样值进行脉冲编码就会产生一些对信息传输并非绝对必要的编码。
如能在编码前消除或减小这种冗余性就可得到较高效率的编码。差分编码就是考虑利用信号的相关性找出一个可以反映信号变化特征的差值量进行编码的。
根据相关性原理，这一差值的幅度范围一定小于原信号的幅度范围。因此，对差值进行编码可以压缩编码速率，即提高编码效率。
差值编码的原理：
在发送端把输入样值与由以前时刻样值通过预测器估计出的当前时刻信号估值相减，求得差值，再将差值信号量化编码后传输。接收端解码后所得的信号仅是差值信号，因此在收端还需一个与发送端相同的预测器求出当前时刻样值的估值，再把解码获得的差值信号加上才能恢复为发端原来的输入样值信号。
DPCM系统原理
Q(·)为多电平均匀量化器，预测器产生预测信号fd(t)。差值信号e(t)为： e(t)= f s(t) - fd(t)
量化后的信号e(t)一路送至线性PCM编码器编成n位DPCM码；另一路与fd(t) 相加后反馈到预测器产生下一时刻编码所需的预测信号。
ADPCM是在DPCM基础上发展起来的。自适应指的是自适应预测和自适应量化。
自适应预测是指预测器的参数能自动地随输入信号统计特性变化而变化，达到或接近最佳值，维持一个大的预测增益。
若输入信号的预测值 fd(t) 能匹配于信号的变化，使输入信号 fs(t) 与预测信号fd(t) 之间的差值动态范围最小，提高预测信号的精确度，使编码精度更高。在一定的量化电平数条件下，可以更精确地描述差值，进一步改善系统的性能，提高语音传输的质量。
自适应量化是指量化器的分层电平和量化电平能自动地跟踪被量化信号的统计特性变化而变化，使量化器处于最佳或接近于最佳状态。
若能够做到根据差值的大小，随时调整量化阶距的大小，使量化阶距适应信号的变化，可以大大提高系统性能，使量化的效率最大。
一般来说，32Kbit/s ADPCM可以做到与64Kbit/s PCM相媲的质量。一个64Kbit/s 的PCM话音信道可传输两个32Kbit/s 的ADPCM话音信号，使信道传输的话路数量加倍。
4. 规则脉冲激励长期预测编码（RPE—LTP）
规则激励长期预测语音编码方案是欧洲数字移动通信特别工作组（GSM）提出的供数字移动通信用的语音编码方案。其编码净比特率为13Kbit/s，加上信道抗干扰编码为
RPE-LTP编码方案采用规则脉冲作激励源。由线性预测编码（LPC）分析、 LPC分析滤波、长时预测分析（LTP）、LTP预测滤波和规则脉冲激励（RPE）参数编码五大部分构成。
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数字调制技术
1. 要求
移动通信信道的基本特征：
第一，带宽有限，它取决于可使用的频率资源和信道的传播特性；
第二，干扰和噪声影响大，这主要是移动通信工作的电磁环境所决定的；
第三，存在着多径衰落。
针对移动通信信道的特点，已调信号应具有高的频谱利用率和较强的抗干扰、抗衰落的能力。
2.π/4相移差分编码四元相移键控（π/4-DQPSK）
π/4-DQPSK是一种正交相移键控调制方式，是对QPSK信号特性的进行改进的一种调制方式。
改进之一是将QPSK的最大相位跳变±π，降为±3π/4， 从而改善了π/4-DQPSK的频谱特性。
改进之二是解调方式。QPSK只能用相干解调，而π/4-DQPSK既可以用相干解调也可以采用非相干解调。 从而使得接收机实现大大简化。
在π/4 DQPSK调制器中，已调信号的信号点从相互偏移π/4 的两个QPSK星座图中选取。
两个信号点之间的连线表示可能的相位跳变。可见，π/4信号的最大相位跳变是±π/4 。另外，对每对连续的双比特其信号点至少有π/4的相位变化，从而使接收机容易进行时钟恢复和同步。
两个相互偏移π/4的星座图和一个合并的星座图
π/4 DQPSK调制器原理图
xk
yk
输入的二进制数据序列经过串/并变换和差分相位编码输出同相支路信号Ik和正交支路信号Qk，Ik和Qk的符号速率是输入数据速率的一半。在第k个码元区间内，差分相位编码器的输出和输入有如下关系:
Ik=Ik-1cosΔφk-Qk-1sinΔφk
Qk=Ik-1sinΔφk+Qk-1cosΔφk
差分相位编码器的输出Ik和Qk共有五种取值：
π/4-DQPSK的相位关系
为了抑制已调信号的带外功率辐射，在进行正交调制前先使同相支路信号和正交支路信号Ik和Qk通过具有线性相位特性和平方根升余弦幅频特性的低通滤波器（LPF）滤波。LPF的幅频特性表示式为
1
0
f ≤
≤ f ≤
≤ f
3. 高斯最小移频键控(GMSK)
GMSK 在移动通信中有着广泛的应用, 如GSM系统就采用这种方法。
MSK调制是调制指数为的二进制调频，基带信号为矩形波形。为了压缩MSK信号的功率谱，可在MSK调制前加入预调制滤波器，对矩形波形进行滤波，得到一种新型的基带波形， 使其本身和尽可能高阶的导数都连续，从而得到较好的频谱特性。
为了有效地抑制MSK信号的带外功率辐射，预调制滤波器应具有以下特性：
(1) 带宽窄并且具有陡峭的截止特性；
(2) 脉冲响应的过冲较小；
(3)滤波器输出脉冲响应曲线下的面积对应于π/2的相移。
其中条件(1)是为了抑制高频分量；条件(2)是为了防止过大的瞬时频偏；条件(3)是为了使调制指数为。
GMSK信号的频谱特性的改善是通过降低误码率性能换来的。 前置滤波器的带宽越窄，输出功率谱就越紧凑，但误码率性能就变得越差。
GMSK信号的解调可采用正交相干解调, 也可采用鉴相器或差分检测器。
高斯低通滤波器的冲击响应为
GMSK的信号表达式为
高斯滤波器的矩形脉冲响应
GMSK的功率谱密度
模拟蜂窝公用移动通信系统
模拟移动通信系统由于技术成熟，设备成本不太高，价格便宜，因而在 20 世纪 80 年代得到了迅速发展，但由于通信网的数字化，数字技术的发展及模拟通信的弱点，在 20 世纪 90 年代已经放慢了发展步伐。
它的弱点主要表现在：
频谱利用率不高，容量有限，扩容困难；
噪声、干扰严重，不保密，发展业务受限；
制式太多，防碍漫游，难进入数字网(ISDN)；
手机体积大，功耗大。
几种典型系统
模拟系统可分为多种制式，具有代表性的模拟蜂窝移动通信系统有美国的 AMPS系统、英国的TACS系统，还有北欧的NMT系统。
1983年AMPS系统首先在美国投入商用，主要在北美使用；随后英国在此基础上进行修改而发展起来了TACS系统，我国也采用TACS制式。
系统名称
AMPS
TACS
NMT-900
基站发射
870~890
935~950
935~960
移动台发射
825~845
890~905
890~915
频道间隔/kHz
30
25
频道总数(双工)
666
600
2000
基站最大发射功率
100W
100W
100W
典型的模拟蜂窝移动通信系统
移动台
发射功率
车 台
3W
4~10W
6W
手 机
~
1W
基站覆盖半径/km
2~20
2~20
~20
话音调制方式
FM
FM
FM
信令调制方式
FSK
FSK
FFSK
话音信号频偏/kHz
±12
±
±5
典型的模拟蜂窝移动通信系统
续表
典型的模拟蜂窝移动通信系统
信令信号频偏/kHz
±8
±
±
信令速率/(kb/s)
10
8
纠错编码
基站
BCH(40，28)
BCH(40，28)
B1型卷积码
移动台
BCH(40，36)
BCH(40，36)
哈氏码
主要使用区域
北美
英国、意大利、中国、西班牙、香港、日本、马来西亚等
瑞典、挪威、芬兰、丹麦
续表
网络结构和编号计划
1. 网络结构
通常，在一个大型蜂窝网移动电话系统中有若干个移动电话交换局(MTSO)，也称作移动交换中心(MSC)。
各移动电话交换局作为一个市话端局就近接入各地市话网和当地的长话局，与公用电话网采用统一的长途地区编号计划。
一个本地服务区划分为若干个位置区，每一位置区中有若干个基站。
基站负责本小区内移动用户与移动电话交换中心之间的连接，它包含控制单元、收发信机组、天馈系统、电源与数据终端等。
基站与移动电话交换中心之间通过微波、同轴电缆或光缆相连。
路
移动电话注册登记的局称为归属局，为了能在非归属局使用移动电话实现漫游，不同地区的移动电话局必须联网。
有两种区域联网方式：各移动局之间有话音专线或无话音专线。
为了实现全自动漫游和越局频道切换，必须在各移动电话局之间设立信令专线和通话专线。
移动局之间无话音专线时话音通过长途电话网传输。
移动电话交换中心是所有基站、所有移动用户的交换控制与管理中心，它还负责与本地电话网的连接、交换接续，以及对移动台的计费。
完成接续与交换的设备称作移动交换设备。它除了具有一般的程控电话交换机功能外，还具有移动通信特有的一些功能。
例如: 对移动台的识别和登记、指配无线频道、功率控制、越区频道切换、自动漫游等 。
移动电话交换中心通过同轴电缆或光缆与市话网交换局相连。
2. 编号计划
移动通信系统比固定通信的编号要复杂得多, 它除了正常的用户号码外还有其他号码。
（1）移动用户电话号码
移动用户电话号码是由长途区号、移动电话局局号和移动用户号码等3个部分组成。
长途区号是指移动用户注册登记在案的长途区号，不是移动用户实际所处的长途区域的长途区号。
（2）移动台识别号码（MIN）
移动台识别号码指在无线路径上分配给移动台识别的号码，不同于用户使用的电话号码。由国际移动台识别号码（IMSI）导出。
在移动通信呼叫过程中, 所拨移动台的用户号码要变换成移动台的识别码。
（3）移动台漫游号码
移动台的漫游号码, 是为来访的漫游移动台准备的临时号码, 以实现漫游呼叫。这一号码也是在登记时就已在注册的移动通信系统中予以认定, 并存储在寄存器中, 以便呼叫处理时占用。它分为国内移动台漫游号码和国际移动台漫游号码。
（4）国际移动台设备号（IMEI）
这是惟一用来识别移动台的号码，防止无权移动台使用移动业务。这是每个已出厂的移动台都指定不改变的系列号码(已批准注册入网的厂家或公司产品), 此号码在入网时，已预选登记在移动交换中心存储。
（5）区域识别码（AID）
分配给移动电话局控制下的位置区的一个号码，不同的位置区有不同的AID码。
我国移动通信网为按大区设立一级汇接中心、省内设立二级汇接中心、移动业务本地网设立端局的三级网络结构。
移动话路网即由移动业务本地网、省内网和全国网三级构成。
在各大区设置一级汇接中心，称为TMSC1。目前，我国各主要省份的省会均设有TMSC1，各一级汇接中心之间网状相连，实现省际话路的汇接，从而构成全国网。
各省设两个或两个以上二级汇接中心，称为TMSC2，它们彼此间网状相连，并与其归属的TMSC1连接，完成省内各地区移动业务本地网的话路汇接，构成省内网。
我国移动通信网的网络结构
无线接口信令
在蜂窝移动通信系统中，移动用户与市话用户之间以及移动用户之间的双向全自动接续，指配无线频道、功率控制、越区频道切换、自动漫游等功能，都是靠信令信号传输来实现的。
在移动通信系统中，基站和移动站之间传送的信令称为无线接口信令。
公用市话网、移动电话局、基站和移动台之间的话音和信令线路
信道分类：
蜂窝移动通信系统的信道是由有线信道和无线信道构成的。
有线信道主要是指移动交换中心与市话网之间的信道，现在一般都为数字光纤信道， 这是移动系统进入市话网的信道。
移动通信系统中，移动中心与基站之间的信道，一般也是有线信道，现在一般都采用2 MHz接口的数字光纤传输通道(也有采用数字微波与其他信道方式的)。要求基站有数/模和模/数转换的功能。
无线信道是移动通信的主要部分, 它分为话音信道(VC)(模拟方式)、 控制信道(CC)(数字方式)两种类型。
话音信道(VC)主要用于传递话音信号，它是受移动交换中心(MSC)控制和管理的。
通常每个无线小区配有若干条话音信道。视其用户的多少，现在一般可配置15~30条信道。
在话音信道中，除传递话音信号外，还传送其它信息。
蜂窝系统的信道类型
话音信道
前向话音信道（FVC）： BS→MS
除传送话音信号外，还传送与频道转接有关的信令信号。
反向话音信道（RVC）： MS→BS
除传送话音信号外，还传送表示移动台状态的信令信号以及在通话期间对基站指令确认的信令信号。
(2) 控制信道(CC)主要用于寻呼和接入。
此信道中只用来传送数据信号，在每一个无线小区内，通常只有一条控制信道，它完成这个小区的所有话音信道的信号控制，因而产生了所谓1+15，1+N …等的配置（每一个无线小区配置1条控制信道，N条话音信道）。
寻呼: 主要指基站通过控制信道发出呼叫移动台信号, 所以又称为寻呼控制信道(PC)。当移动系统呼叫一用户时, 在用户所在的登记区一齐呼叫。因为移动台是移动的, 所以, 寻呼是在覆盖区内去寻找呼叫移动台, 因此称寻呼。
接入: 当移动台主呼时, 就在控制信道上发出主呼信号, 通过移动台所在基站向移动交换中心发出入网信号, 所以称此控制信道为接入控制信道(AC)。
控制信道
前向控制信道（FOCC）： BS→MS
用以传送控制指令和系统参数。
反向控制信道（RECC）： MS→BS
用以传送呼叫信号和对基站指令的确认信息。由小区中的所有移动台公用。
模拟信令
包括两种音信号：监测音SAT、信令音ST。在话音信道上传输。其频率高于话音信号频率，与话音信号一起传输时不会相互干扰。
监测音SAT(Supervisory Audio Tone)
监测音用于信道分配和对移动用户的通话质量进行监测。
SAT采用话音频带外的 5970、6000 和 6030 Hz三个单音作为监测音。 在基站中叠加在话音信号上，在话音信道中传送。
分配三个监测音的原则是每个区群使用其中一个监测音，相邻区群分别使用另外两个监测音。
当某一话音信道要分配给某一移动用户时，BS就在前向话音信道上发送SAT信号，移动台检测到SAT信号后，就在反向话音信道上返回该SAT信号，BS收到返回的SAT信号后，就确认此双向话音信道已经接通，即可通话。
在通话期间，基站仍在话音信道上连续不断地发送SAT信号，移动站MS不断环回SAT信号。BS根据环回SAT的信噪比，不断地与预先设置的信噪比门限相比较，确定是否需要进行越区频道切换。
对SAT信号的信噪比设置两个门限：频道转接门限SNH、呼叫释放门限SNR。若SAT信噪比小于SNH，系统启动越区或越局的频道转换。
C1
C2
当2、4小区使用相同的频率组时，说明它们分别属于相邻两个区群，有两个移动台C1、C2使用相同频率正在移动中通信，C1由小区2向小区1移动，C2由小区4向小区3移动，若小区2、4使用相同的SAT信号，在进行越区切换时会造成误操作。说明相邻两个区群的SAT信号必须不同。
在相邻区群采用不同SAT的频率的信号，使得邻近的既有相同的射频频率又有相同的SAT频率的小区的距离增大。
4小区一个区群
D
3
f1
f1
f1
f1
f1
7小区一个区群监测音的配置
信令音ST(Signalling Tone)
信令音在移动台至基站的反向话音信道中传输，TACS中的ST是 8 kHz的音频信号。
信令音的主要用途如下：
第一，当MS收到BS发来的振铃信号时，MS在反向话音信道上向BS发送ST信号，表示振铃成功，一旦移动用户摘机通话，就停发ST信号；
第二，移动台在越境切换频道前，在移动电话交换局控制下，BS在原来的前向话音信道上发送一个新分配的话音信道的指令（频道转接指令），MS收到该指令后，就发送ST信号以表示确认。
根据上述SAT和ST信号的有无，可以用来判断MS处于摘机还是机等状态。
例如，当基站收到移动台环回的SAT信号，同时又收到ST，则表示移动台处于挂机状态；若只收到环回的SAT信号，而未收到ST，则表明此时移动台已摘机。
移动台摘机/挂机信号表
移动台摘机
ST无
移动台处于衰落环境中
或移动台处于关机状态
移动台挂机
ST有
SAT未收到
SAT收到
SAT
ST
2. 数字信令
在专用控制信道上传送数字信令，话音信道在进行频道转换的短暂时间中也要传输数字信令。
前向控制信道FOCC(Forward Control Channel)
前向控制信道的信令格式
忙/闲比特
每一帧共 463 比特。 其中包括：
200 bit——信息字A，每字 40 bit，重复 5 次，分别记作A1, A2, …, A5;
200 bit——信息字B，每字 40 bit，重复 5 次，分别记作B1, B2, …, B5;
10 bit——位同步；
11 bit——字同步；
42 bit——忙/闲比特。
说明:
每一帧先发送 10 bit的位同步码， 其码型为 10 交替码。
然后发送 11 bit的字同步码，其码型是 11 位的巴克码，即 11100010010。
忙/闲比特位的作用是为了缓和同时抢占反向控制信道的冲突现象，在前向控制信道的信令中，每隔 10 bit插入一个忙/闲比特位， 插入位置如图中箭头所示。
字A和字B均系传输的数据信息，由移动台识别号码的最低位确定接收在A位置或B位置上传送的数据信息。具体而言，最低位是“0”的移动台接收A字，最低位为“1”的移动台接收B字。
字A和B交替传送的目的是减小错误的相关性，各重复 5 次，以便进行 5 中取 3 的大数判决，提高了信令传输的抗衰落、 抗干扰能力。每个字 40 bit，其中 28 位是信息位，12 位是检验位，采用BCH编码方法，记作BCH(40,28)。
前向控制信道FOCC上传输的报文可分为移动台控制报文和常用报文两类。
移动台控制报文是指向某一个移动台的报文，信息主要有：
被呼移动台号码(亦称移动台识别码MIN)。
监测音色码（SCC）指示小区所用的SAT频率。
数字色码（DCC）用以识别小区中的控制信道。 用2个比特。
话音信道指配代号。
功率等级指令代码等。
每种信号根据信息位的长短可由1个字或多个字组成。
此外，如果当时在控制信道上没有需要传送的信息时，就用一些无意义的符号来填充，此时，忙/闲比特位置“闲”。
常用报文不涉及呼叫接续处理，而是约定系统工作环境。有四类：
系统参数常用报文
公共操作常用报文
登记标识常用报文
控制填充常用报文
反向控制信道RECC(Reverse Control Channel)
反向控制信道的信令格式
每一帧前 48 bit的前置头称为占用预告。其中：
位同步 30 bit；字同步是11位巴克码；还有 7 个比特为数字色码，它表示所要占用基站的代号。
其后为五个数据字组A、B、 C、 D、 E。 每个字组由 48 bit的数据重复 5 次组成， 以进行择多判决。 每 48 bit码字中，前 36 位为信息比特，后 12 位为检验比特，即用BCH(48,36)码进行纠错编码。
前向话音信道中的数字（控制）信令
在移动台进行频道切换时发送短促的数字信令。信息字重复传输11次。
前向话音信道中的数字信令格式
反向话音信道中的数字信令
反向话音信道与前向话音信道相似，主要用于传输话音，但必须在通话期间传输一些数字信令，如对过境切换频道确认、被叫地址、对调整发射功率响应等。
采用的插入方法及信令格式与前向话音信道基本相同。稍有差异的是：起始位同步是 101 bit； 每个字符是 48 bit，采用 BCH(48,36)纠错编码；每个字符只重复 5 次。
系统的工作过程
1.移动台守侯状态
又叫初始状态。当移动台开机接通电源后，它就根据预先存储的程序对控制信道进行扫描搜索，并锁定在信号最强的信道上。
通常这表示与最靠近的基站建立了联系。然后，移动台继续监视所选择的控制信道，等候被呼或发起主呼。
2. 移动台主呼固定用户
呼前拨号
移动台用户拨号时并非立即发出信号， 而是将逐位数字进行显示并存入寄存器中。如果发现拨错了号码，可以按“清除”按钮，清除后重拨。如果用户确认拨号无误，则可按“发送键”，进行呼叫。采取这种呼前拨号的方式可节省占用信道的时间。
(2)申请话音信道
移动台按下发送键后，即把所拨号码和移动台本身的用户识别码等通过反向控制信道发往基站，基站通过有线数据线路告知MSC，并要求分配话音信道。
(3)指配话音频道
MSC选择空闲话音频道，对基站、移动台指定话音频道。基站话音频道开机， 发送SAT信号，移动台在话音频道返回SAT，表示话音频道准备就绪。
(4)振铃
MSC向市话用户发拨号音，市话用户电话机产生振铃，移动用户听到回铃音。当被叫市话用户摘机后，回铃音断， 即可通话。
移动台主呼的接续过程
振 铃
3. 移动台被呼
(1)寻呼
市话用户要想与某一移动用户通话，可直接拨该移动用户电话号码(10 位)，通过市话局接入移动交换中心(MSC)。
MSC收到被呼的移动用户号码， 将它转换为移动台的识别号码(32位二进制比特)， 并发出寻呼指令，让本服务区各基站通过前向控制信道选呼该移动用户。
(2) 寻呼响应
若被呼移动台开机的话，就能发现被呼信号，并选择一个信号最强的基站，监测前向控制信道的忙/闲位。
若是空闲标志，则移动台发射机的频率调到相应的反向控制频道上，并作出应答，即在反向控制信道上发送移动台本身的识别号码，表明已收到被呼信号，基站通过有线数据线路，将移动台的寻呼响应转告MSC。
(3)指配话音信道
MSC收到移动台的寻呼响应信号后，就给正在服务的基站指配空闲话音频道，同时给基站配置相应的有线话音线路。由基站通过前向控制信道通知移动台调到指定的话音频道，基站话音信道机开启，发送SAT信号，移动台在指配的话音频道上环回SAT信号，表明话音频道已接通。
(4)振铃
基站在前向话音频道上发出振铃信号，移动台收到振铃信号后，一方面振铃，同时在反向话音信道上发送信令音ST，表示振铃成功。
基站通过MSC向主呼市话用户发送回铃音。
移动台振铃，用户摘机，信令音ST停发，回铃音即断，到此完成了市话用户主呼移动用户的接续过程。
移动台被呼的接续过程
4. 呼叫释放(话终拆线)
通话终了，必须及时进行拆线(包括无线和有线链路)。
拆线过程决定于移动用户先挂机还是固定用户先挂机， 而与主呼或被呼无关。
固定用户先挂机的拆线过程
移动台先挂机的拆线过程
话路释放命令
公用电话交换网
5. 定位与越区切换
在移动台通话过程中，为其服务的基站定位接收机不断监测来自移动台的信号电平，当发现环回的监测音SAT的电平低于某一指定值SNH(频道转接门限)，即信号电平降至请求越区切换的强度时，立即告知移动交换系统MTS，MTS当即命令邻近的BS同时监测该移动台的信号电平，并即把测量结果向MTS报告。
移动交换系统MTS根据这些测量结果，就可判断移动台驶入了哪个小区，上述过程就称为定位。通过定位，就能确定是否需要以及如何进行越区切换。
越区切换过程
6. 冲突退避
由于移动台的主呼是随机的，因此当一个无线区内有两个以上移动台同时发起主呼，就会因争用控制信道而发生冲突现象。为此，系统需要为减少冲突而建立一种退避规则。
TACS系统采用的退避办法：在前向控制信道的信令中每隔 10 位发一个忙/闲标志位。当控制信道“忙”时，该比特位为“0”；当控制信道“闲”时，该比特位为“1”。 移动台在反向控制信道中发出预告信息，表示要占用控制信道后，继续观察前向控制信道的忙/闲位。 如果基站同意它占用，就将忙/闲位从“闲”改置为“忙”， 同时也告诉了其它移动台此控制信道已被占用。
数字蜂窝公用移动通信系统
由于数字通信的优点及数字通信技术的发展，业务终端数字化以及网络的数字化，对移动通信提出了更高的要求，移动通信也必须实现数字化。
现在, 世界上数字移动通信都是蜂窝移动通信，主要有D-NIT、 GSM、 D-AMPS三种制式。我们国家主要采用GSM制式蜂窝移动通信。
一般概念
为了满足移动通信网发展的需要，北美、欧洲和日本自20世纪80年代中期起相继开始第二代即数字蜂窝系统的研究。
同模拟系统相比，数字系统具有系统容量大，频率利用率高；业务种类多，便于与ISDN、PSTN、PDN等网络互联；传输性能好，话音质量高；易于保密；便于集成，设备体积小、重量轻、耗电省、成本低等优点，是移动通信的发展趋势。
系 统
ADC(IS-54)
GSM
DCS1800
CDMA(IS-95)
JDC
多址方式
TDMA/FDMA
TDMA/FDMA
TDMA/FDMA
CDMA
TDMA/FDMA
频段/MHz
上行
869～894
935～960
1710～1785
869～894
810～826
下行
824～849
890～915
1805～1880
824～849
940～956
双工间隔/MHz
45
45
45
45
130
RF信道间隔/kHz
30
200
200
1250
25
几种数字蜂窝移动通信系统的主要参数
几种数字蜂窝移动通信系统的主要参数
手机功率
平均
200 mW
125 mW
125 mW
600 mW
—
最大
600 mW
1 W
1 W
—
—
功率控制
有
有
有
有
有
调制方式
π/4-DQPSK
GMSK
GMSK
BPSK/QPSK
π/4 -DQPSK
话音编码
VSELP
RPE-LTP
RPE-LTP
QCELP
VSELP
话音速率/(kb/s)
13/
13/
8(可变)
—
续表
几种数字蜂窝移动通信系统的主要参数
每载频话音信道数/RF信道数
3/6
8/16
8/16
—
3/6
信道速率/(kb/s)
—
42
码片速率/(kb/s)
—
—
—
—
帧长/ms
40
20
—
信道编码
1/2卷积码
1/2卷积码
1/2卷积码
上行：1/3卷积码
下行：1/2卷积码
—
使用地区
北美
欧洲、中国
欧洲、中国
北美、韩国、中国香港、俄罗斯
日本
续表
GSM数字蜂窝移动通信网
特点：
(1)具有开放的通用接口标准。
(2) 提供可靠的安全保护功能。
(3) 支持各种电信承载业务和补充业务，增值业务丰富。
(4) 具有跨系统、跨地区、跨国度的自动漫游能力。
(5) 容量大，频谱利用率高，抗衰落、抗干扰能力得到加强。
(6) 易于实现向第三代系统的平滑过渡。
GSM系统的主要参数:
频段:
935MHz～960MHz 基站发、移动台收的频段。
890MHz～915MHz 移动台发、基站收的频段。
频段宽度: 25MHz
通信方式: 全双工
载波间隔: 200kHz
信道分配: TDMA每载波分8时隙，全速信道8个，半速信道16个。
信道总速率:
调制方式: GMSK，调制指数
语音编码: RPE-LTP 13kb/s规则脉冲激励线性预测编码
数据业务速率：
分集接收: 跳频217跳/秒，交错信道编码，自适应均衡--判决反馈自适应均衡器(16μs以上)
每个时隙传输比特率：
1.网络结构和各部分功能
一个完整的GSM系统主要是由交换分系统和基站分系统组成，此外还有大量移动台作为用户接人移动通信网的用户设备。网络运行部门为管理整个移动通信系统还需专门的操作维护分系统。
GSM数字蜂窝通信系统的主要组成部分为：
移动台(MS)。
基站子系统 (BSS)
网络子系统(NSS)
GSM系统组成
基站分系统(BSS)在移动台（MS）和网络分系统（NSS）之间提供和管理传输通路，还包括了MS与GSM系统的功能实体之间的无线接口管理。NSS负责管理通信业务，保证MS与相关的公用通信网或与其他网之间建立通信，即NSS不直接与MS互通，BSS也不直接与公用通信网互通，MS，BSS和NSS组成GSM系统的实体部分。操作支持系统（OSS）负责控制和维护实际运行部分。
⑴移动台(MS)
移动台有便携台(手机)和车载台。移动台能通过无线方式接入通信网络。为主叫和被叫提供通信完成各种控制和处理，MS还具备与使用者之间的接口，如完成通话呼叫所需要的话简、扬声器，显示屏和按键，或者提供与其他一些终端设备之间的接口，如与个人计算机或传真机之间的接口、或同时提供这两种接口。
移动台包括移动终端(MT)和用户识别模块(SIM卡)两部分，其中移动终端可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息调制和解调，以及信息发射和接收等功能。SIM卡则存有确认用户身份所需的认证信息以及与网络和用户有关的管理数据。只有插入SIM卡后移动终端才能入网，同时SIM卡上的数据存储器还可用作电话号码簿或支持手机银行、手机证券等STK增值业务。
根据用户应用情况，移动台功能结构可以是单独的移动终端（MT、手持机、车载台、或者是与移动终端（MT）直接与终端设备（TE）传真机相连接而构成，或者是与移动终端（MT）通过相关终端适配器（TA）与终端设备（MT）相连接而构成。
移动台编码技术
1.移动台的识别码
(1)国际移动用户识别码（IMSI）
在GSM系统中，给每个移动用户分配一个唯一的国际用户识别码IMSI，此码在网中所有位置包括漫游区都是有效的。IMSI的总长不超过15位数字。
(2) 临时移动用户识别码（TMSI） 为保证移动用户识别的安全性，GSM系统在空中接口传递TMSI代替IMSI。VLR对来访的移动用户分配一个唯一的TMSI，在每次鉴权成功后分配此号，每个移动用户的IMSI与TMSI是对应的，只在VLR的管辖区内有效。在呼叫建立和位置更新时可使用TMSI。
(3)本地移动用户识别码(LMSI)
为了加速在VLR中查询用户数据，VLR还可使用辅助性的本地移动用户识别码(LMSI)。它是当MS需进行位置更新时，VLR暂时分配给来访的移动用户的一个唯一的识别码。 LMSI由4个字节组成，其结构由各运营部门自定。
(4)国际移动设备识别码（IMEI）
IMEI唯一地识别一个移动设备，用于监控被窃或无效的移动设备。
2.移动台号码
GSM系统给每一个移动台分配一个或多个ISDN号码，以保证MS与其他业务网用户能够互相呼叫，可在其他GSM PLMN之间漫游。
（1）移动台国际ISDN号码(MSISDN) MSISDN是指主叫用户为呼叫GSM PLMN中的一个移动用户所需拔的号码。一个移动台可分配一个或多个MSISDN号码。
(2)移动台漫游号码(MSRN) MSRN是指移动台漫游时，为使GSM移动通信网络能把来话呼叫转接到移动台当前所登记的MSC而由VLR临时分配给移动台的一个号码。
(3)信道切换号码 信道切换号码是当MS需在两个移动交换区（MSC区）间进行切换时，为建立MSC之间通话链路而临时使用的号码。
3.位置区和基站的识别
(1)位置区识别（LAI） 在检测位置更新和信道切换的需求时，要使用位置区识别LAI。
(2)全球小区识别（CGI） 在GSM PLMN中CGI作为小区的唯一标识。
⑵基站子系统(BSS)
广义地讲，基站子系统（BSS）包含了GSM系统中无线通信部分的所有地面基础设施，它通过无线接口直接与移动台相连，负责无线发送、接收和无线资源管理。
另一方面，BSS通过接口与移动交换中心(MSC)相连，并受移动交换中心(MSC)控制，处理与交换业务中心的接口信令，完成移动用户之间或移动用户与固定用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息等。因此BSS可视作移动台与交换机之间的桥梁。基站子系统包括：
基站收发信机组(BTS)
基站控制器(BSC)
基站收发信机组包括无线传输所需要的各种硬件和软件，如多部收发信机、支持各种小区结构(如全向、扇形)所需要的天线、连接基站控制器的接口电路以及收发信机本身所需要的检测和控制装置等。它实现对服务区的无线覆盖，并在基站控制器BSC的控制下提供足够的与MS连接的无线信道。
基站控制器是基站收发信机组和移动交换中心之间的连接点，也为基站收发信机组BTS和操作维护中心(OMC)之间交换信息提供接口。一个基站控制器通常控制多个BTS，完成无线网络资源管理、小区配置数据管理、功率控制、呼叫和通信链路的建立和拆除、本控制区内移动台的越区切换控制等功能。
⑶网络子系统(NSS)
网络子系统NSS具有系统交换功能和数据库功能，数据库中存有用户数据及移动性、安全性管理所需的数据，在系统中起着管理作用。NSS内各功能实体之间和NSS与BSS之间通过信令协议和GSM的7号信令网络互相通信。
NSS由移动交换中心(MSC)、归属位置寄存器(HLR)、访问位置寄存器(VLR)、鉴权中心(AUC)、设备识别寄存器(EIR)、操作维护中心(OMC)等组成。
MSC可从HLR、VLR和AUC三种数据库中获取处理用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据，反之，MSC也根据其获取的最新信息请求更新数据库中的部分数据。
移动交换中心MSC是蜂窝通信网络的核心，主要功能是对位于本MSC控制区域内的移动用户进行通信控制和管理。 主要完成交换功能、计费功能、网络接口功能、无线资源管理与移动性能管理功能等。
具体包括：①信道的管理与分配；②呼叫的处理和控制；③越区切换和漫游的控制；④用户位置登记与管理；⑤用户号码和移动设备号码的登记与管理；⑥服务类型的控制；⑦对用户实施鉴权；⑧为系统与其它网络连接提供接口，例如，与其它MSC、公用通信网络（如公用交换电信网(PSTN)、综合业务数字网(ISDN)和公用数据网(PDN))等，保证用户在转移或漫游过程中实现无间隙的服务。
大容量移动通信网中的NSS可包括若干个MSC、VLR和HLR。当固定网用户呼叫GSM移动网用户时，首先将呼叫接入到关口移动业务交换中心，称为GMSC，由关口交换机负责获取位置信息，并把呼叫转接到可向该移动用户提供即时服务的MSC，称为被访MSC（VMSC）。GMSC具有与固定网和其他NSS实体互通的接口，其功能在MSC中实现的。根据网络的需要，GMSC功能也可以在固定网交换机中综合实现。
归属位置寄存器(HLR) 是GSM系统的中央数据库，存储着该HLR控制区内所有移动用户的管理信息。其中包括用户的注册信息（用户识别号码、电话号码、服务类别和保密参数）和有关各用户当前所处位置的信息等。
访问位置寄存器(VLR) 是一个动态数据库，记录着当前进入其服务区内已登记的移动用户的相关信息，如用户号码、所处位置区域信息等。一旦移动用户离开该VLR服务区而在另一个VLR中重新登记时，该移动用户的相关信息即被删除。
鉴权中心(AUC)存储着鉴权算法和加密密钥，在确定移动用户身份和对呼叫进行鉴权、加密处理时，提供所需的三个参数(随机号码RAND、符合响应SRES、密钥Kb)，用来防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的移动用户的通信安全。
设备识别寄存器(EIR)也是一个数据库，用于存储移动台的有关设备参数，主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台的使用。
操作维护中心(OMC)用于对GSM系统进行集中操作、维护与管理，允许远程集中操作、维护与管理，并支持高层网络管理中心(NMC)的接口。具体又包括无线操作维护中心(OMC-R)和交换网络操作维护中心(OMC-S)。
NSS的内部接口：
GSM系统的各分系统之间和分系统内部各功能实体之间存在大量的接口。网络分系统由MSC、VLR、HLR等功能实体组成，因此GSM技术规范对各功能实体之间的接口进行了定义。
B～G六个接口都是由MAP(移动应用部分)支持的,称为MAP接口。
GSM系统信道连接
在GSM系统中，移动用户通过基站与移动交换局（即移动交换中心MSC）相连。
基站只提供信道，包括移动用户与基站间的无线信道和基站与MSC间的中继线。
GSM系统信道连接
2. GSM无线接口信号
GSM系统的无线接口为数字无线接口，这是数字移动通信的关键接口，接口中的信息是以信道来传送的。
此信道结构是移动通信中最复杂的结构。
信道的分类: 信道可分为物理信道和逻辑信道。
物理信道: 是指某一载频中的某一具体时隙。
逻辑信道: 是指携带信息的信道。
根据无线接口上MS与网络间传送的信息种类，GSM定义了多种逻辑信道传递这些信息。逻辑信道在传输过程中映射到某个物理信道上，最终实现信号的传输。
⑴射频特性和多址方式
射频信号的数码率为
GSM蜂窝系统采用时分多址/频分多址 (TDMA/FDMA)制式。频道间隔为200 kHz，每个频道采用时分多址接入方式。
每一小区配置若干个射频频率，每个射频信号按时间分隔成 8个时隙，某个频率的某个时隙就是一条多址信道（物理信道）。GSM系统每8个时隙为一个周期，即每个载波有8个物理信道。
从频域角度来看，在系统频段内，每200 kHz 设置时隙的中心频率，即GSM规范中的射频信道。
从时域的角度来看，间隙在频域上循环发生，每次占15/26 ms (约 μs)，称之为突发脉冲序列周期BP(Burst Period)，这些间隙的时间间隔称之为时隙(Time Slot)，每个时隙包括个比特信息。
信道在时域和频域的平面结构
突发脉冲序列周期
每个用户按指定载频和时隙的物理信道接入系统并周期性地发送和接收脉冲突发序列，完成无线接口上的信息交互。
(2) 帧结构
它是以时分多址TDMA帧为数字传输结构。
一个TDMA帧共分为8个时隙，每时隙为一个载波，时隙宽度为 ms，帧长为 ms。
26个帧组成的复帧, 用于传送业务信道的用户信息、线路控制信道的控制信息；
51个帧组成的复帧, 用于控制信道。
1326个帧组成一个超帧(26×51),每超帧时间为秒。
2048个超帧组成一个超高帧。则超高帧时间为 3小时28分53秒760毫秒。 对每一帧进行循环编号, 循环长度为2 715 648帧。
在GSM系统中， 每一个移动用户在分配给它的时隙内以突发方式传输数据。
GSM的帧结构
分级的帧结构
用于控制信道
用于业务信道
根据GSM规定，数据突发序列共有五种格式：
正常突发序列用于前向和反向链路的业务信道(TCH)和专用控制信道(DCCH)的传输。
频率校正突发序列FCCH用来广播前向链路上的频率控制信息，允许移动用户将内部频率标准和基站的精确频率进行同步。
同步突发序列SCH用来广播前向链路上的定时信息，调整移动用户的定时，使得基站接收到的信号与基站时钟同步。
接入突发序列RACH在反向链路为移动用户传输基站服务信息。
伪突发序列用作前向链路上未使用时隙的填充信息。
3个
为了提高抗干扰能力和抗衰落能力，GSM系统使用慢速跳频，每一TDMA帧跳一次。在一个时隙期间频率不变，相邻时隙的载波频率不同，在同一时隙上的一条信道的载波频率在小区中分配的所有频率上跳变。
TSi
TSi
TSi
TSi
(3) 信道分类和信道组合
GSM信道分为业务信道(TCH)和控制信道(CCH)。
①业务信道(TCH)。业务信道主要传送数字话音或用户数据，在前向链路和反向链路上具有相同的功能和格式。
GSM业务信道按信道传输速率分类：
全速率业务信道(TCH/F)，信道速率为 Kb/s；
半速率业务信道(TCH/H)，信道速率为 Kb/s。
当以全速率传送时，用户数据包含在每帧的一个时隙内；
当以半速率传送时，用户数据映射到相同的时隙上，但是在交替帧内发送。也就是说，两个半速率信道用户将共享相同的时隙，但是每隔一帧交替发送。
按业务性质分：
话音业务信道
全速率语音信道(TCH/FS)——包含13 kb/s的语音编码数据， 信道速率为 kb/s；
半速率语音信道(TCH/HS)——包含 kb/s的语音编码数据, 信道速率为 kb/s；
数据业务信道
全速率9600 b/s数据信道(TCH/)——包含9600 b/s的用户数据
全速率4800 b/s数据信道(TCH/)——包含4800 b/s的用户数据
全速率2400 b/s数据信道(TCH/)——包含2400 b/s的用户数据
半速率4800 b/s数据信道(TCH/)——包含4800 b/s的用户数据
半速率2400 b/s数据信道(TCH/)——包含2400 b/s的用户数据
②控制信道(CCH)
控制信道用于传送信令和同步信号。
GSM系统中有三种主要的控制信道：
广播信道(Broadcast Channel-BCH)
公共控制信道(Common Control Channel-CCCH)
专用控制信道(Dedicated Control Channel-DCCH)。
每个信道由几个逻辑信道组成，这些逻辑信道经适当组合可以按时间分别提供GSM必要的控制功能。
控制信道复帧结构
GSM系统的信道分类
信 道 名 称
方向
功 能 与 任 务
频率校正信道(FCCH)
下行
给移动台提供基站收发信机组BTS频率基准
同步信道(SCH)
下行
BTS的基站识别及同步信息(TDMA帧号)
广播控制信道(BCCH)
下行
广播系统信息
寻呼信道(PCH)
下行
发送寻呼消息，寻呼移动用户
允许接入信道(AGCH)
下行
独立专用控制信道SDCCH信道指配
CCH信道类型
随机接入信道(RACH)
上行
移动台向BTS的通信接入请求
小区广播信道(CBCH)
下行
发送小区广播消息
独立专用控制信道(SDCCH)
上/下行
TCH尚未激活时在MS与BTS间交换信令消息
慢速辅助控制信道(SACCH)
上/下行
在连接期间传输信令数据，包括功率控制、测量数据、时间提前量及系统消息等
快速辅助控制信道(FACCH)
上/下行
在连接期间传输信令数据(只在接入TCH或切换等需要时才使用)
CCH信道类型
续表
无线接入工作原理：
①当移动台进入某个小区，首先收听广播控制信道信息（BCCH），并打开接收机搜查是否有寻呼本移动台的寻呼信息。
②当发现有寻呼信息或移动台要拨打电话时，由随机接入信道（RACH）向移动业务交换中心申请接入。
③当交换中心收到基站转来的要求接入的信息后，在下行的接入准许信道（AGCH）上为移动台分配独立专用控制信道（SDCCH）。
④在专用信道上，移动台和移动业务交换中心间将进行鉴权和业务信道建立前的信令交换，此后便指配一个业务信道（TCH）供移动台使用。
⑤当移动台收到基站的指配指令后，就调谐到指定的业务信道实现用户间通话。
3. 网络安全与数据加密
网络安全管理主要包括用户鉴权、数据加密、用户识别码保密管理、设备识别等功能。
鉴权是在设备识别以后进行的。 鉴权开始时，移动交换中心(MSC/AUC)产生一组128 bit的随机数，作为鉴权参数(RAND)，通过基站发向移动台MS；移动台收到RAND后与本身用户SIM卡的密钥(Ki)按规定算法计算，得到一个符号响应SRES′；MS将其SRES′通过基站送入网络。
另外，在MSC中，根据移动台识别码IMSI(TMSI)从鉴权中心AUC查出该移动台使用的密钥Ki，同时类似于移动台，也将Ki与随机参数RAND按算法A3算出响应SRES。在网络侧MSC与访问位置寄存器VLR的两组参数比较一致，即SRES′=SRES，则鉴权成功。
在移动台主呼、被呼, 位置更新，补充业务的激活、去话、登记或删除前均需要鉴权。
鉴权过程
数据加密是为了防止移动用户信息被人窃听, 而采取的对传输数字信号的系统保护措施。
GSM系统传输数字信号加密过程是受鉴权过程中的密钥Ki及加密键Kc控制的。当完成上述鉴权后，移动台和网络端各自根据规定算法A8，分别从Ki和RAND算出加密键Kc(64bit)。
当网络端向移动台发出加密指令后，网络端立即开始在接收信道中插入解密。移动台收到加密指令后，同时插入加密和解密。当网络端正确解出移动台的加密信息后，才开始对发出的信息加密。
数据加密
加密过程插在信道编码和数字调制之间，与之对应，解码过程插在数字解调和信道译码之间。
将Kc(64 bit)和TDMA帧号(22 bit)根据规定算法A5算出114 bit的加密码字，由信道编码输出来的未加密码字(114 bit)，这两组码字经过模二加得到加密码字信号，并将其送入调制器。以上A3、A5、A8算法必须协调一致才能实现上述过程。
4. GSM系统的通信过程
(1) 移动用户的小区选择
移动台扫描GSM系统中所有高频信道，调到最强的一个载频，并判别该载频是否有广播控制信道。
若有该信道数据，移动台则选取，并判别是否可以锁定在此小区。
若该移动通信网属本系统，且系统允许此小区提供给移动用户使用，则可锁定在该小区；若为不允许使用的小区，移动台则调谐到次强载频上再重复以上判别。
(2) 移动台的位置登记
每个移动用户的数据存于本地位置寄存器 HLR。
移动台通过基站向移动业务交换中心发送位置更新请求，交换中心把含有其标识和移动台识别码的位置更新信息，通过信令网送给HLR，HLR 再发回响应信息。
在被访问的交换中心覆盖区的访问位置寄存器VLR中，进行用户数据登记。
把位置更新信息通过基站送给移动台，通知原来的 VLR 删除与此移动用户有关的用户数据。
(3) 越区切换
通话中，移动台不断向所在小区基站报告本小区和相邻小区基站无线信号参数；本小区基站依据这些参数，判断是否需要进行越区切换。
当满足越区切换条件时，基站向移动台发出越区切换请求，并将越区切换请求信息传送给移动业务交换中心MSC。
MSC判断新基站属于本辖区：MSC将通知VLR并为其选择空闲信道；VLR把空闲信道号及识别码IMSI回送给MSC，MSC将所回送信息经本小区基站通知移动台；移动台将工作频率切换到新频率点进行环路核准；经MSC核准后，通知基站释放原信道。
MSC判定新基站属于新的MSC辖区：将越区切换请求转送给新MSC；新MSC访问其VLR，该VLR找出空闲信道并通知新MSC；新MSC再将新基站号、新信道频率值及识别码经MSC本区基站发给移动台。
MSC之间的切换的基本流程：
0. 稳定的呼叫连接状态；
1. 移动台对邻近的基站发出的信号进行无线测量，包括功率、距离和话音质量，这三个指标决定切换的门限。无线测量结果通过信令信道报告给基站分系统BSS中的基站收发信台BTS；
2. 无线测量结果经过BTS预处理后传送给基站控制器BSC，BSC综合功率、距离和话音质量进行计算并与切换门限值进行比较，决定是否进行切换，然后向MSC-A发出切换请求；
3. MSC-A决定进行MSC之间的切换；
4. MSC-A请求在MSC-B区域内建立无线信道，然后在MSC-A与 MSC-B之间建立连接；
5. MSC-A向移动台发出切换命令，移动台切换到已准备好连接通路的的基站；
6. 移动台发出切换成功的确认信息传送给MSC-A，以释放原来的信息等资源。
MSC之间的切换演示
(4) 移动台主呼（呼叫固定用户）
1.在服务小区内,一旦移动用户拨号后，即移动台向基站请求随机接入信道RACH；
2.在移动台MS与移动业务交换中心MSC之间建立信令连接的建立过程；
3.对移动台的识别码进行鉴权的过程，如果需加密，则设计加密模式等，进入呼叫建立起始阶段；
4.分配业务信道；
5.采用7号信令用户部分ISUP/TUP通过与固定网(ISDN/PSTN)建立至被叫用户的通路，并向被叫用户振铃，向移动台回送呼叫接通证实信号；
6.被叫用户摘机应答，向移动台发送应答信息，最后进入通话阶段。
出局呼叫的接续过程
(5) 移动台被呼（固定用户呼叫移动用户）
1. 通过7号信令用户部分ISUP/TUP，入口MSC(GMSC)接受来自固定网(ISDN/PSTN)的呼叫；
2. GMSC向HLR询问有关被叫移动用户正在访问的MSC地址(即MSRN)；
3. HLR请求被访问VLR分配MSRN，MSRN是在每次呼叫的基础上由被访的VLR分配并通知HLR的；
4. GMSC从HLR获得MSRN后，就可重新寻找路由建立至被访MSC的通路；
5. 6. 被访MSC从VLR获得有关用户数据；
通过位置区内的所有基站BS向移动台发送寻呼消息；
.被叫移动用户的移动台发回寻呼响应消息，然后执行出局呼叫流程中的.相同的过程，直到移动台振铃，向主叫用户回送呼叫接通证实信号；
11.移动用户摘机应答，向固定网发送应答信息，最后进入通话阶段。
入局呼叫的接续过程
例举GSM系统中移动台发出呼叫的情况，理解业务信道和各种控制信道是如何使用的。
首先，用户在监测广播信道BCH时，必须与相近的基站取得同步。通过接收FCCH、SCH和BCCH信息，用户将被锁定到系统及适当的BCH上。为了发出呼叫，用户首先要拨号，并按GSM手机上的发射按钮。移动台用它锁定的基站的射频载波(ARFCN)来发射随机接入信道RACH数据突发序列。
然后，基站以公共控制信道CCCH上的准予接入信道AGCH信息来响应，CCCH为移动台指定一个新的信道进行SDCCH连接。
正在监测BCH中时隙0(TS0)的用户，将从AGCH接收到分配给它的载频(ARFCN)和时隙(TS)，并立即转到新的载频(ARFCN)和TS上，这一新的载频和TS分配就是独立专用控制信道SDCCH(不是TCH)。
一旦转接到SDCCH，用户首先等待传给它的SACCH帧(等待最大持续26帧或120 ms)，该帧告知移动台要求的定时提前量和发射功率。
基站根据移动台以前的RACH传输数据能够决定出合适的定时提前量和功率等级，并且通过SACCH发送适当的数据供移动台处理。在接收和处理完SACCH中的定时提前量信息后，用户能够发送正常的、话音业务所要求的突发序列消息。
当PSTN从拨号端连接到MSC，且MSC将话音路径接入服务基站时，SDCCH检查用户的合法性及有效性，随后在移动台和基站之间发送信息。最后，基站经由SDCCH告知移动台重新转向一个为TCH安排的ARFCN和TS。一旦再次接到TCH，语音信号就在前向和反向链路上传送，呼叫成功建立，SDCCH被清空。
当从PSTN发出呼叫时的过程：
基站在BCH适当帧内的TS0期间，广播一个寻呼信道PCH消息。锁定于相同载频（ARFCN）上的移动台检测对它的寻呼，并回复一个RACH消息，以确认接收到寻呼。当网络和服务基站连接后，基站采用CCCH上的AGCH给移动台分配一个新的物理信道，以便连接SDCCH和SACCH。一旦用户在SDCCH上建立了定时提前量并获准确认后，基站就在SDCCH上重新分配物理信道，同时也确立了TCH的分配。
5. 举例
例 1 ：某一固定用户呼叫在另一地的漫游移动用户过程。
市内固定电话网PSTN中的某一用户拨号以后，经由PSTN/ISDN网转送到PLMN(移动通信网) 。
其过程为：
信号通过①进入PLMN网的入口局移动交换中心MSC(GMSC)，入口GMSC接收用户呼叫。
通过②经C接口在HLR中询问用户所在区域；通过③经D接口在VLR中寻找到移动用户所在区域。
移动台漫游号码由用户所在区域的VLR经D接口、 HLR通过④送回入口局GMSC。
入口局将呼叫通过⑤经E接口送到目前移动用户所在的MSC区域。
MSC通过⑥经B接口询问VLR有关建立呼叫的数据，并通过⑦经B接口把信息返回MSC。
MSC通过⑧经A接口, 向本区所有基站系统(BSS)以广播呼叫方式，通过Um接口中的寻呼信道PCH呼叫移动用户。
MS移动用户收到呼叫，通过Um接口应答，确定基区BTS的位置，并通过寻呼接入信道⑨RACH与MSC建立关系，并在分配的SDCCH控制信道通过A、Um接口完成鉴权、加密、设备识别等信息处理。
通过⑩经A接口和Um接口，把呼叫接至移动用户，完成接续过程，当终端用户振铃成功后送出回铃声，进行通话。
对移动终端呼叫的建立过程
入口局
C
D
E
B
A
Um
例 2 ：一个位置更新的简单过程。
当一个移动用户在通话过程中从一个小区向其他MSC中小区行进时，其位置更新的简单过程。
移动用户不断地监视着传送质量和基站的标志，并发出请求位置更新，经过BSS及MSC的A接口①及B接口在VLR中进行。
该VLR发出的位置更新信息通过②经D接口的HLR，HLR通过③给出本身标志和移动用户标志。
HLR通过另一MSC的VLR作出反应。由MSC的BSS系统通过空中接口Um与MS联系。
移动台从Um接口中收到信息并作应答。
位置更新
D
B
E
D
A
D
联通GSM基站(建有15米铁塔，天线设在顶部)，此站还有GSM全向天线，在机房楼顶。
码分多址（CDMA）数字蜂窝移动通信网
1. CDMA概述
CDMA是由多个码分信道共享载频频道的多址连接方式，是一种先进的无线扩频通信技术。近年来人们将CDMA技术应用于数字移动通信领域。
CDMA完全适合现代移动通信大容量、高质量、综合业务和软切换等要求。在移动通信、个人通信及宽带无线接入领域，码分多址是最有竞争力的多址连接技术。
它能向公众提供全国乃至全世界范围内的移动通信业务，缓和了有限频带资源与移动用户增长需求之间的矛盾。当前在国内外，CDMA系统已进入了大规模实际应用阶段。
CDMA网络基站
2. CDMA原理
在FDMA中，不同地址的用户占用信道不同的频带进行通信；
在TDMA中，不同地址的用户占用信道不同的时隙进行通信；
在CDMA中，所有的用户使用相同的频率和相同的时间在同一地区通信，不同用户信号依靠不同的地址码区分。
CDMA多址方式
CDMA是一种以扩频通信为基础的调制和多址连接技术。扩频通信是一种新的信息传输方式，所谓扩频是把信息的频谱扩展到宽带中进行传输的技术。即在系统中所传输的已调信号带宽远大于调制信息带宽(或信息比特速率)。
通常我们以扩频信号带宽Bw与调制信号带宽Bs之比作为参考，当Bw/Bs>100时称之为扩频通信，否则只能是宽带或窄带通信。扩频通信系统使用100倍以上的信息带宽来传输信息，最主要的目的是为了提高通信的抗干扰能力，即在强干扰条件下保证安全可靠地通信。
适用于码分多址蜂窝通信系统的扩频技术是直接序列扩频(DS)或简称直扩。
直接序列扩频通信(DS)
在发送端，原始信息被一个带宽较其带宽宽得多的伪随机码(PN码)进行扩展调制，即用一高速伪随机序列与已调信息数据相乘，由于伪随机序列的带宽远大于信息带宽，因而扩展了信息传输带宽，即扩展了发射信号的频谱。
扩频通信原理
在接收端，接收到的扩展频谱信号与一个和发送端的伪随机序列（PN码）完全相同的本地码相乘，进行相关运算，将扩频信号解扩。当收到的信号与本地码相匹配时，所需要的有用数字信号才能恢复到其扩展前的原始带宽，还原成原始信号。而任何不匹配的输入信号则被本地码扩展为宽带信号，其功率谱密度大为减小。
扩频通信频谱变换
扩频技术用于通信系统具有抗干扰、抗多径、隐蔽、保密和多址能力。
抗干扰能力强
扩展频谱越宽，处理增益越高，抗干扰能力越强。
抗多径干扰
接收端用相关技术从多径信号中提取和分离出最强的有用信号，或把多径信号合成，变害为利，提高接收信噪比。
保密性和隐蔽性好
扩频信号受特定伪随机序列的控制，接收者若不能严格按此伪随机序列的规律(如码序列及其相位)进行解扩，得到的只能是噪声而不能恢复出传送的信息。而且有用信号被扩展在很宽的频带上，单位频带内的功率很小，淹没在噪声里，非法用户很难检测出信号。
可以实现码分多址
可利用扩频码的优良的自相关和互相关特性实现码分多址，提高频率利用。
提高了系统容量
在扩频系统中，由于使用多个伪随机序列作为不同用户的地址码，这样可以共用一个频率来实现码分多址通信。当码分多址技术运用于蜂窝移动通信网中时，便可获得比其他多址方式更大的通信容量。
多址通信的关键是接收端能在许多个多址信号中把要接收的信号正确分离出来。对于码分多址信号，每一个信号都是一个扩谱信号，不同用户的信号有不同的地址码。
对地址码的要求是自相关性能和互相关性能要好，且不同地址码的数量要足够多。
扩频信号的产生包括调制和扩频两个步骤。
码分多址与直扩技术相结合，有两种形式：
先用要传送的信息比特对载波进行调制，再用伪随机序列(PN序列)扩展信号的频谱；
先用伪随机序列与信息比特相乘(把信息的频谱扩展)，再对载波进行调制。
二者是等效的。
要实现码分多址，必须具备下列三个条件。
(1)有足够多的强相关性的地址码，使系统中每个站都能分配到所需的地址码。
(2)必须用地址码对待发信号进行扩频调制，使传输信号所占频带极大地扩展（一般应达到几百倍以上）。把地址码与信号传输带宽的扩展联系起来，是为接收端区分信号完成实质性的准备。
(3)在码分多址通信系统中的各接收端，必须有本地地址码。该地址码应与对端发来的地址码完全一致，用来对收到的全部信号进行相关检测，将地址码之间不同的相关性转化为频谱宽窄的差异，然后用窄带滤波器从中选出所需的信号，这是完成码分多址最主要的环节。
与其它多址方式相比，码分多址方式的主要特点在于，所传送的已调波的频谱很宽，功率谱密度很低，且各载波可共用同一时域、频域和空域，只是不能共用同一地址码。码分多址就是利用不同的地址码型来区分用户的一种移动通信系统。CDMA给每一用户分配一个惟一的码序列(扩频码)，并用它对承载信息的信号进行编码。
用独特的地址码进行扩频调制相当于一次加密，增加了破译的难度。
在码分多址移动通信系统中，利用自相关性很强而互相关为0或很小的周期性序列码作为地址码，与用户信息数据相乘(或模2加)，经过相应的信道(无线信道)传输后，在接收端以本地产生的已知地址码为参考，经过相关检测，将与本地地址码一致的信号选出。
各用户发送端用各不相同的、相互正(准) 交的地址码调制其所发送的信号，在接收端利用码型的正交性，通过地址识别（相关检测）从混合信号中选出相应的各自信号。
如图，d1~dN分别是N个用户的信息数据，其对应用户的地址码分别为 W1~WN，用户信息数据与对应地址码相乘后的波形用S1~SN表示。
S1~SN信号混合传输，如果该系统处于同步状态，或不考虑噪声影响情况下，在接收端先接收到S1~SN的信号叠加波形。如果要接收某一用户信息数据，则本地产生的地址码应与该用户的地址码相同，并且与解调出的叠加信号相乘后，再送入积分电路，经过采样判决形成原有的用户信息。
例：设系统有4个用户（即n=4），各用户的地址码分别为（码长为4的沃尔什码）
W1={1，1，1，1}、W2={1，-1，1，-1}、
W3={1，1，-1，-1}、W4={1，-1，-1，1}；
在某一时刻用户信息数据分别为d1={1}、d2={-1}、d3={1}、d4={-1}。经过地址调制后输出信号为S1～S4 ；接收端用户2解调信号为J1～J4 。
3. CDMA数字蜂窝通信的主要特点
CDMA系统采用码分多址技术及扩频通信的原理，可在系统中使用多种先进的信号处理技术，为系统带来许多优点。
（1）更大的通信容量，更高的频谱利用率
它使用了话音激活和扇区化等技术。
（2）抗干扰能力强，更适合多径衰落信道传输。
（3）越区软切换
软切换是指当移动台需要切换时，先与新的基站连通，再与原基站切断联系，而不是先切断与原基站的联系再与新的基站连通。当某基站的信号强于当前基站信号且稳定后，移动台才切换到该基站的控制上。软切换只能在同一频率的信道间进行。在不同频率的信道之间切换只能采用硬切换。
硬切换是指移动终端被连接到不同的移动通信系统、不同的频率分配或不同的空中接口特性时，必须断掉原来小区的无线信道，才能使用新小区的无线信道通信；硬切换在空中接口是先断后通的过程。
硬切换和软切换
（4）不需要保护时间
（5）频率管理简单
使用CDMA技术，用户可获得整个系统带宽，系统的带宽将远宽于欲传送信息的带宽。
（6）软容量
当某小区的用户数增加到一定程度时，可适当降低该小区的导频信号的强度，使小区边缘用户切换到周边业务量较小的区域。
由于CDMA系统中采用有效的功率控制技术，强纠错能力的信道编码，以及多种形式的分集技术，可使基站和移动台以非常节约的功率发射信号，延长手机电池使用时间，同时获得优良的话音质量，也使手机享有“绿色”手机的美誉。
4. 窄带CDMA数字蜂窝移动通信系统
IS-95标准的窄带数字蜂窝系统，其信号带宽为。
（1）网络结构与频率配置
网络结构与GSM系统类似。它由移动交换中心(MSC)、基站系统(BS)、移动台(MS)、 管理维护中心(OMC)以及与市话网PSTN和综合业务数字网ISDN等组成。
CDMA数字蜂窝网络模型
CDMA使用与模拟蜂窝系统AMPS相同的频段，一个CDMA无线频率信号将占有多个AMPS信道频谱。
当CDMA系统容量要求较大时，通常在1个蜂窝小区或扇区中往往使用多个频道(载波)，即采用FDMA/CDMA混合多址方式。
CDMA频道频率划分
（2）CDMA中使用的地址码
三种：
长码——长码是42级线性反馈移位寄存器产生的m序列，其周期为 242-1 ，满足以下特征多项多的线性递归关系：
长码在前向信道用于信号的保密，在反向信道用于区分不同的移动台。这样长的码有利于信号的保密，同时基站知道特定移动台的长码及其相位，因而不需要对它进行搜索与捕获。
长码序列发生器
导引PN序列是一种长度为215的PN码，它通过在长度为215-1的m序列14个连“0”输出后再加入一个“0”获得。它用于区分不同的基站信号，不与基站保持同步，但使用的PN码序列相位偏移不同。规定每个站的PN码相位偏移只能是64的整数倍，因而有512个值可被不同基站使用。使用相同序列、不同相位作为地址码，便于搜索与同步。
64阶沃尔什序列是完全正交码Walsh序列，由于Walsh序列的正交性，不同信道的信号是正交的，同时区分不同移动台用户。
Walsh函数矩阵的递推关系
Walsh函数矩阵的递推关系
（3）正向CDMA信道
CDMA信道分为正向信道和反向信道，它们采用不同的结构和码型，其中基站至移动台方向称为正向CDMA信道，移动台至基站方向则称为反向CDMA信道。
IS-95系统前向CDMA信道包括1个导引信道、1个同步信道、1～7个寻呼信道和55个前向业务信道。业务最繁忙时，最多有63个前向业务信道，此时同步信道与寻呼信道都作为业务信道。
正向信道一般使用正交的沃尔什码来区分不同信道。
N-CDMA系统正向信道示意图
导引信道用于传输由基站连续发送的导引信号，便于其覆盖区中的移动台同步与切换。它不包含信息数据,且功率较大, 便于移动台捕获和跟踪与基站相对应的扩频的伪随机序列(PN码)，它还可作为越区切换的一个基准。
同步信道用于基站覆盖区中的移动台开机时获得初始时间同步，信号比特率为 kb/s, 其帧长为 ms。同步信道发送信号前要经过卷积编码、符号重复、交织、扩频及调制后再发射。
寻呼信道主要用于在呼叫接续阶段基站发送系统消息和移动台寻呼消息。每个基站有多个寻呼信道。在呼叫时，基站通过寻呼信道传送控制信息(信令)给移动台。寻呼信道传输的信号是经过卷积编码、码元重复、交织、扰码、扩频后再调制的扩频信号，其发送速率一般为 kb/s或 kb/s。
正向业务信道主要用于话音与用户数据的传输。它共有四种传输速率，分别是9600 b/s、4800 b/s、2400 b/s和1200 b/s。其帧长为 20 ms。业务速率可以逐帧改变，以动态适应通信者的话音特征。一个频道有55个以上的正向业务信道。 在业务信道中, 包含了一个功率控制信道, 以控制移动台发射功率, 并传输越区切换控制信息等。
CDMA正向信道结构
CDMA正向信道结构
CDMA蜂窝系统的信道组成
（4）反向CDMA信道
反向CDMA信道包括接入信道和反向业务信道。同一个CDMA频道内的反向信道，使用相同的频率和一对与基站相同码型的伪随机码以及与基站相对应的一个沃尔什码。传输的信息数据经过与用户码对应的伪随机码(PN码)的变换序列调制后再传输，以使通信保密。
接入信道的数据速率为 kb/s。移动台通过接入信道向基站进行登记，发起呼叫以及响应基站寻呼信道的呼叫等。每个接入信道都要对应正向信道中的一个寻呼信道。每个寻呼信道所支撑的接入信道数最多可达32个。
反向业务信道与正向业务信道相对应。主要用于在呼叫建立期间, 传输话音数据与用户数据，是移动台向基站发送的信息。其信道结构及编码、调制等与正向业务信道基本相同。
N-CDMA系统反向信道示意图
CDMA反向信道结构
CDMA反向信道结构
（5）越区软切换
基站每一频率上都有一个导引信号。把同一CDMA信道的导频分为四类：
①激活（有效）组。
②候选组。
③邻近组。
④剩余组。
移动台对导频强度设置了两个门限：上门限和下门限。
软切换过程
当移动台驶向一基站， 然后又离开该基站时， 移动台收到该基站的导频强度先由弱变强，接着又由强变弱，因而该导引信号可能由邻近组和候补组进入激活组，然后又返回邻近组，移动台和基站之间的信息交换如下：
①导频强度超过门限(上)，移动台向基站发送一导频强度测量消息，并把导频转换到候补组。
②基站向移动台发送一切换引导消息；
③移动台把导频转换到激活组，并向基站发送一切换完成消息；
④导频强度降低到门限(下)之下，移动台起动一“切换下降计时器”；
⑤切换下降计时器终止，移动台向基站发送一导频测量消息；
⑥ 基站向移动台发送一切换消息；
⑦移动台把导频从激活组转移到邻近组，并向基站发送一切换完成消息。
CDMA通信系统的软切换不改变频率，可减小通信中断的概率，更重要的是在切换的过程中移动台开始和一个新基站通信时，并不中断和原来基站的通信，因而当移动台靠近两个小区的交界处，尽管两个基站发来的信号会起伏变化， 但这对移动台的通信没有破坏作用。只有当移动台在新的小区建立起稳定通信之后，原来的小区基站才中断其通信控制。
当移动台处于两个(或三个)小区的交界处进行软切换时，会有两个(或三个)基站同时向它发送相同的信息， 移动台搜索并解调这些信号，即可按一定的方式(比如最大比值合并方式)进行分集合并。
在软切换的过程中，可能有两个(或三个)基站同时收到一个移动台发出的信号，这些基站对所收信号进行解调并进行质量估计，然后送入移动交换中心(MSC)，这些来自不同基站而内容相同的信息由MSC用一选择分集合并器，逐帧挑选质量最高的比特，作为输出信息，从而实现了反向业务信道的分集接收。
5. 呼叫处理
移动台呼叫处理
(1) 移动台初始化状态。移动台接通电源后就进入“初始化状态”。在此状态下，移动台首先要判定它要在模拟系统中工作还是要在CDMA系统中工作。如果是后者，它就不断地检测周围各基站发来的导频信号和同步信号。各基站使用相同的引导PN序列，但其偏置各不相同，移动台只要改变其本地PN序列的偏置，就能很容易地测出周围有哪些基站在发送导频信号。
移动台比较这些导频信号的强度， 即可判断出自己目前处于哪个小区之中，因为一般情况下， 最强的信号是距离最近的基站发送的。
(2) 移动台空闲状态。 移动台在完成同步和定时后， 即由 初始化状态进入“空闲状态”。在此状态中，移动台可接收外来的呼叫，可进行向外的呼叫和登记注册的处理， 还能置定所需的码信道和数据率。
移动台呼叫处理状态
（四个状态的转变）
移动台的工作模式有两种: 一种是时隙工作模式， 另一种是非时隙工作模式。如果是后者，移动台要一直监听寻呼信道；如果是前者，移动台只需在其指配的时隙中监听寻呼信道，其它时间可以关掉接收机(有利于节电)。
(3) 系统接入状态。如果移动台要发起呼叫， 或者要进行注册登记，或者收到一种需要认可或应答的寻呼信息时，移动台即进入“系统接入状态”， 并在接入信道上向基站发送有关的信息。这些信息可分为两类： 一类属于应答信息(被动发送)；一类属于请求信息(主动发送)。
要解决的一个问题是移动台在接入状态开始向基站发送信息时，应该使用多大的功率电平。为了防止移动台一开始就使用过大的功率，增大不必要的干扰，这里用到一种“接入尝试”程序，它实质上是一种功率逐步增大的过程。
所谓一次接入尝试是指传送一信息直到收到该信息的认可的整个过程。一次接入尝试包括多次“接入探测”。一次接入尝试的多次接入探测都传送同一信息。
把一次接入尝试包括多次探测分成一个或多个“接入探测序列”，同一个接入探测序列所含多个接入探测都在同一接入信道中发送(此接入信道是在与当前所用寻呼信道对应的全部接入信道中随机选择的)。 各接入探测序列的第一个接入探测根据额定开环功率所规定的电平进行发送，其后每个接入探测所用的功率均比前一接入探测提高一个规定量。
接入探测和接入探测序列都是分时隙发送的，每次传输接入探测序列之前，移动台都要产生一个随机数Rs，并把接入探测序列的传输时间延迟Rs个时隙。如果接入尝试属于接入信道请求，还要增加一附加时延(PD个时隙)， 供移动台测试接入信道的时隙，只有测试通过了，探测序列的第一个接入探测才在那个时隙开始传输，否则要延迟到下一个时隙以后进行测试再定。
在传输一个接入探测之后，移动台要从时隙末端开始等候一个规定的时间TA，以接收基站发来的认可信息。 如果接收到认可信息则尝试结束，如果收不到认可信息，则下一个接入探测在延迟一定时间RT后被发送。 在发送每个接入探测之间，移动台在关掉其发射机。
(4) 移动台在业务信道控制状态。在此状态中，移动台和基站利用反向业务信道和正向业务信道进行信息交换。
基站呼叫处理
导频和同步信息处理。在此期间，基站发送导频信号和同步信号，使移动台捕获和同步到CDMA信道。同时移动台处于初始化状态。
(2) 寻呼信道处理。在此期间，基站发送寻呼信号。同时移动台处于空闲状态，或系统接入状态监听寻呼信道消息 。
(3) 接入信道处理。在此期间，基站监听接入信道，以接收移动台发来的信息。同时移动台处于系统接入状态。
(4) 业务信道处理。在此期间，基站用正向业务信道和反向业务信道与移动台交换信息。同时，移动台处于业务信道控制状态。
由移动台发起呼叫的简化流图
以移动台为呼叫终点的简化流图(使用“服务选择 1”)
软切换期间的呼叫处理
(由基站A向基站B进行软切换的例子)
连续软切换期间的呼叫处理
(移动台由一对基站A与B， 通过另一对基站B和C，向基站C进行软切换的例子)
第三代移动通信系统
第三代移动通信系统（3G）是指IMT-2000(国际移动通信系统)，它工作于2000 MHz频段。该系统包括地面蜂窝系统、无绳系统、无线接入系统和卫星系统，这样，其终端设备可以连接至地面网络，也可以与卫星网络实现互连，形成对全球无缝覆盖的立体通信网络，能满足各种用户密度和高速移动用户的需求，可提供高质量的语音、高速数据、宽带多媒体及IP业务。
3G概述
第三代移动通信系统的目标是实现IT网络全球化、业务综合化和通信个人化。表现在进一步扩大系统容量和提高频谱利用率，并满足多速率、多环境和多业务的要求，逐步将包括卫星在内的所有网络融合为可以替代众多网络功能的统一系统，它能够提供宽带业务并实现全球无缝覆盖。
第三代移动通信系统的网络结构
特点：提供全球无缝覆盖和漫游；提供多种业务；适应多种运行环境；系统管理和配置灵活，业务组织灵活；移动终端轻便，成本低，可满足通信个人化的要求；具有高频谱利用率和足够的系统容量。
3G系统也称个人通信。个人通信的每个用户有一个属于自己的唯一号码；个人通信以个人用户为收费单位，而不是以终端或用户线为计费单位；具有安全保密、确认等功能；可提供用户所预定业务。
3G的主要目标及提供的业务
1.主要目标
（1）具有高层次的通信业务质量
提高语音和数据质量，支持网络无线连接
适合于移动数据业务的误码率和传输时延要求
提高频谱利用率，增加系统容量，满足语音及多种数据业务的要求
提供多种新型业务（含宽带数据和视频）
系统灵活性高，实现统一接口，实现全球无缝漫游
系统兼容性能良好，应能从2G平滑演进到3G系统
（2）具有较高的传输技术
支持多媒体业务必须具有的传输速率
传输速率能按需分配
上下行链路传输速率适于对称及不对称业务的需求
IMT-2000网络覆盖示意图
2. 提供的业务
移动性高速业务（高速互联网）：E-mail 、Web、实时图像传输、多媒体文件传输、移动计算机联网和电子商务等
移动性宽带业务（高速电信业务）：宽带ISDN、漫游业务、短消息业务和呼叫中心业务等
移动性个人业务（信息数据业务）：交互视频业务、电视／无线电广播／数据和互联网增值业务等
3G的关键技术
高效信道编译码技术
软件无线电技术
智能天线阵技术
多用户检测和干扰消除技术
向全IP网过渡
为使现有的第二代移动通信系统能够顺利地向第三代移动通信系统过渡，保护已有投资，这就要求IMT-2000系统在结构组成上应考虑不同无线接口和不同网络。于是ITU-T提出“IMT-2000家族”的概念，允许各地区性标准化组织有一定的灵活性，使它们根据在市场、业务需求上的不同，提出各个国家和地区向第三代系统演进的策略。
3G的技术标准
三种3G主流技术标准:
WCDMA：工作于频分双工（FDD）方式，WCDMA主要由欧洲ETSI和日本ARIB提出，经多方融合而形成，是在GSM系统基础上发展的一种技术，其核心网基于GSM-MAP，同时通过网络扩展方式提供在基于ANSI-41的核心网上运行的能力。支持这一标准的电信运营商、设备制造商形成了3GPP阵营。
CDMA 2000 ：工作于频分双工（FDD）方式，可从 IS-95B 的 CDMA 系统基础上平滑过渡到 3G 系统。CDMA2000的核心网是基于ANSI-41的，同时通过网络扩展方式提供在基于GSM-MAP的核心网上运行的能力。CDMA2000包括1X和3X两部分，也易于扩展到6X、9X、12X。对于射频带宽为N× MHz的CDMA2000系统(N=1，3，6，9，12)，采用多个载波来利用整个频带。
TD –SCDMA ：工作于时分双工（TDD）方式，融FDMA、TDMA、CDMA、TDMA等为一体，能从GSM系统平滑过渡到3G系统。
TD–SCDMA由中国信息产业部电信科学技术研究院（CATT）提出，于2000年正式被ITU确认为国际第三代移动通信标准，成为全球3G系统中唯一的TDD标准。这是具有中国独立知识产权的新技术，是我国通信业发展的一个新的里程碑。
TD-SCDMA基于GSM系统，其基本设计思想是使用比较窄的带宽(～ MHz)和比较低的码片速率(不超过 Mb/s)，用软件无线电技术和现代信号处理技术来达到IMT-2000的要求。
国际电联（ITU）为TDD划分的频段将完全被TD-SCDMA使用，为TD-SCDMA走向世界铺平了道路，也为TD-SCDMA的全球漫游创造了条件。
向第三代系统的演进
第二代移动通信系统数字蜂窝网开始投入商用以来，业务持续高速发展，GSM和CDMA网形成巨大规模，如何从这两个网络向第三代系统演进成为人们非常关注的问题。
从IMT-2000第一阶段的标准化现状可以看出，在网络平滑演进的思想指导下，演进将首先通过增强第二代核心网的能力，使其能提供部分第三代的移动业务；然后，允许第三代无线接入网通过适配功能单元接入到增强的第二代核心网；最后引入第三代全IP核心网，并与第二代核心网进行互通，从而逐步将第二代核心网淘汰掉。
总之，通信系统向第三代演进不是立即重新建设一个第三代移动通信网，而是在已有的第二代网络上增加3G设备和进行软件升级，首先在用户密集地区提供3G服务，实现第二代系统的平滑过渡和升级。
妈妈新开了个淘宝店，欢迎前来捧场
妈妈的淘宝点开了快半年了，主要卖的是毛绒玩具、坐垫、抱枕之类的，但生意一直不是很好，感觉妈妈还是很用心的，花了不少功夫，但是就是没有人气，所以我也来出自己的一份力，帮忙宣传一下。
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