INFO-H-507 Mobile and Wireless Networks Cellular Systems Engineering
Cellular Concept ?Proposed by Bell Labs in 1971?Geographic Service divided into
smaller cells
?Neighboring cells do not use same set of frequencies to prevent interference ?Often approximate coverage area of a cell by an idealized hexagon
?Increase system capacity by
frequency reuse
Cellular Concept
!?Proposed by Bell Labs in
1971
!?Geographic Service divided into smaller “cells” !?Neighboring cells do not use same set of frequencies to prevent interference
!?Often approximate coverage area of a cell by an idealized hexagon !?Increase system capacity by frequency reuse 2
Less colours as possible -> the available BW is ?xed -> BW of each div is limited
modular -> extendable
the capacity can be expressed: bps/cell | bps/km^2 | Erlang/cell | Erlang/km^2
?Deploy a large number of low-power transmitters(Base Stations) each having a limited coverage area
?Reuse the spectrum several times in the area to be covered to increase capacity
?issues
?Capacity(traf?c load)in a cell
?One measure=number of communication channels that are available ?Performance
?Call blocking probability,handoff dropping probability,throughput etc.
?Interference
?Why not a large radio tower and large service area?
?Number of simultaneous users would be very limited(to total number of traf?c channels T)
?Mobile handset would have greater power requirement ?Cellular concept-small cells with frequency reuse
?Advantages
?Lower power handsets
?Increases system capacity with frequency reuse
?Drawbacks
?Cost of cells
?Handoffs between cells must be supported
?Need to track user to route incoming call/message/data
T ypes of Interference
?TDMA/FDMA based systems
?Co-channel interference
?Interference from signals transmitted by another cell using the same
radio spectrum
?Adjacent channel interference
?Interference from signals transmitted in the same cell with overlapping
spectral sidelobes
?CDMA systems
?Interference from within the cell
?Interference from outside the cell
Clustering in TDMA/FDMA
?Adjacent cells CANNOT use the same channels
?Co-channel interference will be too severe
?The available spectrum is divided into chunks(sub-bands)that are distributed among the cells
?Cells are grouped into clusters
?Each cluster of cells employ the entire available radio spectrum
?The spatial allocation of sub-bands has to be done to minimize
interference
Cellular Concept(cont’)
?Let T=total number of duplex channels
K cells=size of cell cluster(typically4,7,9,12,21)
N=T/K=number of channels per cell
?For a speci?c geographic area,if clusters are replicated M times, then total number of channels
?System capacity=M?T
?Choice of K determines distance between cells using the same
frequencies termed co-channel cells
?K depends on how much interference can be tolerated by mobile
stations and path loss
Cell Design -Reuse Pattern
?Example:cell cluster size K =7,frequency reuse factor =1/7;?Assume T =490total channels,N =T /K =70channels per cell
9
!?
Example: cell cluster size K = 7, frequency reuse factor
= 1/7;
!?Assume T = 490 total channels, N = T/K = 70 channels per cell
B A E
C D
G F
B A E
C D
G F
B A E
C
D G F Assume T = 490 total channels,
K = 7, N = 70 channels/cell
Clusters are replicated M=3 times
System capacity = 3x490 = 1470 total channels
Hex is used -> approximation of circle -> seamlessly ?t
Geometry of a hexagonal cell (1)
π/6
R
Source: Ian Groves, Fundamentals of Communications (lecture notes)
?Unit scale is the distance between neighboring cell centers ?For cell radius R,one has2R cos(?/6)=1and R=1/p3.?T o?nd the distance r to any point P(u,v),do(u,v)to(x,y) transformation:
x=u cos(?/6)
y=v+u sin(?/6)
r2=x2+y2
=u2cos2(?/6)+v2+u2sin2(?/6)+2uv sin(?/6) which yields
r=p u2+v2+uv
?Hexagonal cells will be grouped in clusters of cells
?clusters pave the surface as a repetitive pattern of order6(hexagonal
symmetry)
?the coordinates,in the(u,v)system,of any adjacent cell is of the form
(i,j)where i,j2Z.
?an equivalent cluster radius R c can be derived from the distance D ?start from a reference cell and move i hexagons along the u-axis then
j hexagons along the v-axis.
g Co-channel cells (continued)
distance i
he u direction
distance j along
rection
ter size K = i2 2
,
A
u
A
A
A
A
A
A
D=r(i,j)=p i2+j2+ij
R c=
D
p3=p i2+j2+ij p3
?The number of cells in a cluster is given by N=Area(cluster)
Area(cell)?Single cell area is6times the area of a triangle with equal edges R:
Area(cell)=6?1
2?R d2
◆=6?12R p3R2!=3p32R2
?Following similar reasoning,the cluster area is:
Area(cluster)=3
p3
2(R c)
2
?And,?nally,N=R2c R2=i2+j2+ij
Examples
More Examples
17
1
3
2
4 3 1 4 2
1
2 3 4 1 3 1 4 2 6 7 5 1 1
1
1
1
1
K = 4 (i =2, j =0)
K = 7 (i =2, j =1)
2 9 8 6
7 1 3
10
11
12
4
5 6
5
8
6
7
9
8 12
4
5
3 10 11
12
4
9
10
11 K = 12 (i =2, j =2)
interference:
x6
only count the 1^st tier
Reuse factor
?The frequency reuse factor Q is
given by:
Q =D R
=p 3N
and can interpreted as the rate at which the same frequency can be used in the network.
?NB:reuse factor is sometimes
de?ned as 1/N directly
Possible Cluster Sizes (N ) and Frequency reuse factor (Q
i j N Q 101 1.7321133204 3.464217 4.583309 5.196221263113 6.2454016 6.92832197.5541217.93750258.663327942289.165
?In general,SIR =P
desired
P i P interf ,i
SIR Calculation 21
SITE A
SITE B
RSSI, dBm
C/I Distance
r
d
-60
-90 -120
signal-interference-ratio
?Now consider a mobile at the edge of cell,distance R from transmitter(downlink only)with power P t.
?Number of?rst-tier(dominant)co-channel cells is i=6(always)
?Average?rst tier co-channel cell is distance D away
The SIR can approximated as follows
SIR[dB]?10log?P t R ?6P t D ?◆=10log?16Q?◆=10?log(Q) 7.8
6:Hex faces D: distance between same cells, z.B 1 to 1 in 1st tier
?The SIR is independent of cell size!
SIR Calculation (2)
?For ?=4,one has the following values
2011 / 2012
17
S /I for different cluster sizes
For ν=4
i j N Q S/I 101 1.732 1.742113311.28204 3.46413.78217 4.58318.64309 5.19620.832212623.333113 6.24524.024016 6.92825.8232197.5527.3241217.93728.1950258.6629.73327930.3742289.16530.69
3 4 7
12 13
19
5
10
15
20 25
30
cluster size K
S r i n d B
S r as a function of the cluster size
23
?trade-off to be found in cellular systems:
?if N decreases,the SIR drops and the quality decreases
?if N increases,less channels are available per cell (see also “trunking
ef?ciency”in Erlang chapter)
more cells -> better S/I
-> less resource / area (density) z.B bps/cell
=> tradeoff
SIR Calculation (exercises)
?Consider a GSM cellular system
?typical SIR requirement of 18dB
?Suburban propagation environment with ?=4
?solving the SIR for D /R gives
D
R
=(6SIR )1/?.Remember D /R =p 3N ,which results in N =1
3(6SINR )2/?.
?a margin of 18dB =10log (x )and x =63.0957.Therefore
N =6.4857?Since N must be an integer,you round up to nearest feasible cluster
size N =7.
SIR Calculation (3)
?T ypical values for GSM system
?one cell with a SIR 18dB,the average N is between 7and 9?sometimes N =3with dynamic frequency re-allocation
?If the traf?c load increases in a given zone
?increase the available channels (buy more frequencies)?decrease N while keeping the SIR acceptable
?reduce cell size through the value of R (increases the number of base
stations and cost of deployment/operation)
for GSM, for a communication, a freq is occupied -> more densely a cell is -> more communication is supported
<= low speed <= low SIR
large cell => low density cell => low resource for each cell
umbrella cell
umbrella cell is a big cell, which covers a group of cell,in case the resource is saturated by one of the covered cell,
Cell Sectoring ?Use directional antennas to
reduce interference
?
Divide each BS (i.e.,hexagon)in k of sectors
?Radio propagation is focused in certain directions
?increases the number of cells N
but also cuts the interferers in k ?
No new base station has to be
set up
Cell Sectoring
!?Use directional antennas to reduce interference !?
Radio propagation is
focused in certain
directions !?Antenna coverage is
restricted to part of a
cell called a sector !?
By reducing
interference, the cluster size can be reduced (J s is reduced, and so we
can reduce N ) 33
《移动通信》论文 论文题目GSM蜂窝移动通信网络中 切换技术的研究 姓名 学号 学院 专业班级
目录 摘要........................................................................ ABSTRACT...................................................................... 第一章绪论................................................................... 1.1移动通信系统及其发展...................................... 1.1.1 移动通信及工作特点.................................................. 1.1.2 移动通信系统的发展.................................................. 1.2GSM蜂窝移动通信系统的发展............................... 1.3课题研究的目的及内容..................................... 1.4课题研究的意义 .......................................... 第二章切换技术............................................................... 2.1切换的定义及分类 ........................................ 2.2切换的原因 .............................................. 2.3切换的控制方式 .......................................... 第三章GSM蜂窝移动通信系统中的切换 .......................... 3.1 GSM系统概述............................................................. 3.2 GSM数字移动通信的主要技术............................................... 3.3 GSM切换................................................................. 第四章中国3G的切换......................................................... 4.13G的简述................................................ 4.2中国3G的发展驱动力...................................... 第五章结论与展望............................................................ 主要参考文献 ......................................................................................................................................................
GSM 系统网络结构简介 GSM系统的出现 GSM的全称是Global System for Mobile communications。 由于欧洲移动通信发展迅速，出现了不同制式的移动通信系统，互相之间不兼容，带来了不便。 为解决这一问题，欧洲各国共同制定了统一的GSM移动通信标准，GSM系统在欧洲的全面采用，使GSM移动用户可以在各国之间漫游 GSM的诸多优点也使得它在全球范围内被采用。 使用标准开放式接口 模拟系统的接口是不公开的，也就是说如果网络运营商采用了某厂家的交换机后，也必须使用该厂家的基站。 GSM系统不同于其他模拟系统的一个重要之处是它采用标准开放式接口和统一的协议，如：C7、X.25、G.703、LAPB、LABD等。这样可以将不同厂家的设备配合起来使用，一方面增强生产厂家之间的竞争，降低设备价格，另一方面，网络运营商选用设备时有了更大的灵活性。
解决兼容性 RADIOCOM 2000 注：此图摘自CP02
GSM Network Components and Architecture GSM网络组成和结构概述 对面图所示的是一个简化的GSM网络结构示意图，每种组件只出现了一次，实际中很多组件可能出现多次。 图中各种组件之间通信即采用GSM规定的标准接口。 GSM系统应该包含以下几个部分： 移动台MS（The Mobile Station） 移动用户实际看到和使用的部分，如移动电话、传真机等，它包括移动设备ME（Mobile Equipment）和SIM卡（Subscriber Identity Module） 基站系统BSS（The Base Station System） 提供移动台和陆地交换设备之间的无线接口，包括XCDR(Transcoder)，BSC(Base Station Controller)和BTS(Base Transceiver Station) 网络交换系统（The Network Switching System） 由移动业务交换中心MSC（Mobile Service Switching Centre）和相关的数据库实体等组成，提供话音或数据业务的交换以及信令的处理。另外提供GSM网络到PSTN的接口。 操作维护系统（The Operation and Maintenance Subsystem） 完成对整个网络的操作维护。
蜂窝移动通信关键技术及市场发展 摘要随着现代社会的快速发展，科学技术的发展也日新月异，而通信技术方面的技术变革，更是站在当今发展最快的技术变革行列的前茅。蜂窝移动通信已成为世界范围内的一项非凡成功之作，其发展如此迅速以致业务需求远远超过了原先的预测。5G移动通信技术作为目前最前沿的通信技术，目前尚处于探索研究阶段。本文对4G和5G移动通信技术的特点、优点及发展趋势做简要介绍。 关键字移动通信4G/5G关键技术发展趋势 1、引言 随着科学技术发展，通信技术也得到迅猛的发展和应用，在推动社会经济的同时改变了人们的生活方式。移动通信特别是蜂窝小区的发展，使用户实现完全的个人移动性、可靠的传输手段和接续方式，逐渐演变成社会进步必不可少的工具。移动通信现在已经成为人们广泛使用的一种通信方式，渗透到人们的生活和工作等各个方面，也给用户提供了更为丰富的娱乐服务，依靠其方便快捷、覆盖面广、注重个人用户体验等优点迅速吸引了大批移动用户。如今4G已经全面普及，而5G也已经在研究中，相信将会给我们带来更好的体验。 2、4G移动通信系统 移动通信技术经过2G、3G，已经到达了4G阶段，这不但为人们带来更多的便利，也反映出移动通信信息发展的非常迅速。身为通信行业，一定要具备长远目标以及预测未来的能力，谁获得了技术的先机，谁就可以在市场的竞争领域里独占鳌头，所以，移动通信技术在更新以及升级过程中，需要一直将当前通信技术的优势、劣势分析清楚，预测并提出更富发展性的改进方式。4G移动通信技术属于3G版的升级，在传输的速度上更快，技术保障更为可靠，智能构造设定更富有人性化，4G开辟了全新的移动通信技术。同时在普及速度上也十分迅速，在日常生活中给我们带来了非凡的体验。 移动通信的关键技术 4G通信系统具有比3G更加优良的性能,因此是一个远比3G复杂的通信系统。4G将要采用的关键技术主要有: 系统采用的核心技术是正交频分复用(OFDM),属于多载波调制技术,其基本原理是将 需要传输的串行数据流分解为若干个较低速率的并行子数据流,再将它们各自调制到相互正交的子载波上,最后合成输出,输出的数据速率与串行数据流分解前的速率相同;3G系统中采用的是码分多址CDMA技术,属于单载波调制,cdma2000中虽采用的是多载波技术,但各个载波之间相互独立,而OFDM各子载波之间的频率有重叠部分。对比分析可以看出OFDM 有如下优点: (1)抗多径干扰与窄带干扰能力较单载波系统强;
一、填空题 1、移动通信系统中可能用到两类分集方式,即: 宏分集，微分集。P134 3、在移动通信空中接口的分层结构中，原语分为四类，即：请求，指示，响应，证实。 4、已知GSM系统的下行频段是：935～960 MHz，上行频段是890～915 MHz 载频间隔是 0.2 MHz，则第22频道的上行载波频率为 894.4MHz ，下行载波频率为 939.4MHz 。P238 (890+0.2n//935+0.2n) 5、在GSM系统中，三种主要的接口分别是 A接口， Abis接口，Um接口。P231 6、GSM系统采用的接入方式是 TDMA/FDMA(时分多址/频分多址) , 其中每帧包含 8 个时隙, 收发频率间隔为 45MHz MHz. P238 7、某TDMA/FDAM跳频移动通信系统，每帧长度为4ms, 采用每帧改变频率的方法，则系统的跳频速率为 250跳/秒。p248 8、美国Motorola公司提出的“铱星”系统，实际只使用了 66 颗卫星，它的卫星轨道高度是 780 Km, “铱星”系统采用 TDMA 多址方式。 10、指出无线电波至少三种传播方式直射波，地面反射波，地表面波。p94 11.现在用到的多址方式主要有哪几种：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）、空分多址（SDMA）。 12．可以用来改进小尺度时间、空间中接收信号的质量和链路性能的三种技术是：均衡、分集、信道编码。 13．在实际情况下，用小区分裂、小区扇形化、覆盖区域逼近等技术来增大蜂窝系统容量。 14．我国信息产业部颁布3G的三大国际标准之一的 TD-SCDMA 为我国通信行业标准。 1. 移动通信是指移动用户之间或移动用户与固定用户之间进行的通信方式。 2. 按信号形式可将移动通信系统分为模拟移动通信系统和数字移动通信系统。 3. 中国提出的实现第三代移动通信的技术方案是TD-SCDMA。 5. 我国正在商业运营的第三代数字蜂窝移动通信系统有WCDMA,cdma2000,TD-SCDMA 7. 移动通信中的双向传输可分为单工、半双工和双工三种工作方式。 8. 移动通信中实现双工通信的方式有频分双工（FDD）和时分双工（TDD）。
INFO-H-507 Mobile and Wireless Networks Cellular Systems Engineering
Cellular Concept ?Proposed by Bell Labs in 1971?Geographic Service divided into smaller cells ?Neighboring cells do not use same set of frequencies to prevent interference ?Often approximate coverage area of a cell by an idealized hexagon ?Increase system capacity by frequency reuse Cellular Concept !?Proposed by Bell Labs in 1971 !?Geographic Service divided into smaller “cells” !?Neighboring cells do not use same set of frequencies to prevent interference !?Often approximate coverage area of a cell by an idealized hexagon !?Increase system capacity by frequency reuse 2 Less colours as possible -> the available BW is ?xed -> BW of each div is limited modular -> extendable the capacity can be expressed: bps/cell | bps/km^2 | Erlang/cell | Erlang/km^2
移动通信系统中蜂窝的几个概念 宏蜂窝小区 传统的蜂窝式网络由宏蜂窝小区(macrocell)构成，每小区的覆盖半径大多为1km～25km。由于覆盖半径较大，所以基站 的 发射功率较强，一般在10W以上，天线也做得较高。图1是由宏蜂窝组成的移动通信系统示意图。如图所示，每个小区分别设有一个基站，它与处于其服务区内的 移动台建立无线通信链路。若干个小区组成一个区群(蜂窝)，区群内各个小区的基站可通过电缆、光缆或微波链路与移动交换中心(MSC)相连。移动交换中心 通过PCM电路与市话交换局相连接。 图1 宏蜂窝移动通信系统示意图 点击此处查看全部新闻图片 在实际的宏蜂窝内，通常存在着两种特殊的微小区域。一是“盲点”，由于网络漏覆盖 或电波在传播过程中遇到障碍物而造成阴影区域等原因，使得该区域的信号 强度极弱，通信质量低劣；二是“热点”，由于客观存在商业中心或交通要道等业务繁忙区域，造成空间业务负荷的不均匀分布。以上两“点”问题，往往通过设置 直放站、分裂小区等办法来加以解决。但从原理上讲，这两种办法也不能无限制地使用：直放站实质是一个宽带放大器，设置不合理(包括选址及安装等)或设置得过多，都极易造成对周围信号的干扰；小区分裂实质就是采用使宏基站变密的办法(即将覆盖面大的基站分裂成覆盖面较小的基站)来增加系统
的容量 ，但当基站小到一定程度时，由于干扰和基站接入等问题，这种办法将难以再进行。特别是近几年来，随着移动通信的迅速发展和业务需求的剧增，这些方法更是难奏其效，这样便产生了微蜂窝小区(microcell)技术。 微蜂窝小区 微蜂窝小区(microcell)是在宏蜂窝小区的基础上发展起来的一门技术。它的覆盖半径大约为30m～300m；发射功率较小，一般在1W以下；基 站天线置于相对低的地方，如屋顶下方，高于地面5m～10m，传播主要沿着街道的视线进行，信号在楼顶的泄露小。因此，微蜂窝最初被用来加大无线电覆盖， 消除宏蜂窝中的“盲点”。同时由于低发射功率的微蜂窝基站允许较小的频率复用距离，每个单元区域的信道数量较多，因此业务密度得到了巨大的增长，且RF干 扰很低，将它安置在宏蜂窝的“热点”上，可满足该微小区域质量与容量两方面的要求。在实际设计中，微蜂窝作为无线覆盖的补充，一般用于宏蜂窝 覆盖不到又有较大话务量的地点，如地下会议室、娱乐室、地铁、隧道等。作为热点应用的场合一般是话务量比较集中的地区，如购物中心、娱乐中心、会议中心、 商务楼、停车场等地。而在话务量很高的商业街道等地则可采用多层网形式进行连续覆盖，即分级蜂窝结构：不同尺寸的小区重叠起来，不同发射功率的基站紧密相 邻并同时存在，使得整个通信网络呈现出多层次的结构。相邻微蜂窝的切换都回到所在的宏蜂窝上，宏蜂窝的广域大功率覆盖可看成是宏蜂窝上层网络，并作为移动用户在两个微蜂窝区间移动时的“安全网”，而大量的微蜂窝则构成微蜂窝下层网络。 微微蜂窝小区 随着容量需求进一步增长，运营者可按同一规则安装第三或第四层网络，即微微蜂窝小区(picocell)。微微蜂窝实质就是微蜂窝的一种，只是它的覆盖 半径更小，一般只有10m～30m；基站发射功率更小，大约在几十毫瓦左右；其天线一般装于建筑物内业务集中地点。微微蜂窝也是作为网络覆盖的一种补充形 式而存在的，它主要用来解决商业中心、会议中心等室内“热点”的通信问题。 在目前的蜂窝式移动通信系统中，我们主要通过在宏蜂窝下引入微蜂窝和微 微蜂窝以提供更多的“内含”蜂窝，形成分级蜂窝结构，从而解决网络内的“盲点”和“热点”，提高网络容量的。因此，一个多层次网络，往往是由
蜂窝移动通信的认识 通信行业的发展使人们的交流方便,使各地联系密切,取代了古时的飞鸽传书或快马加鞭的送信方式。从单工寻呼机、笨重的大哥大到现在小巧的手机、街机iphone,无线移动通信技术运用广泛,超过了固定通信,而蜂窝移动通信作为移动通信的一种,它是把覆盖的小区划分成若干个类似蜂窝的小区,每个小区中设立基站为用户提供服务,当用户运动时,通过基站和移动交换中心传输语音、数据、视频等进行越区切换以保障通话的畅通等的手机基本功能。 蜂窝系统的发展经历了1G以模拟通信为特征的移动通信时代到2G数字蜂窝移动通信时代到3G多媒体业务时代以及如今吵得沸沸扬扬但未实现的4G广带移动,一些技术的引入如频率复用等使频带利用率提高,用户可以迅速切换、享受高速的数据传输速度,也是蜂窝系统发展的象征。蜂窝移动通信的特点是用户容量大,服务性能较好,频谱利用率较高,用户终端小巧而且电池使用时间长,辐射小等等。蜂窝移动通信系统可分为宏蜂窝、微蜂窝和智能蜂窝。宏蜂窝的小区覆盖半径较大,但会因为障碍物引起较多“盲区”,而微蜂窝解决了宏蜂窝的缺陷,使“盲区”减少,频率复用使话务量大的“热点”地区通信质量有所改进,增加了通信的容量,但是同时带来了经济成本和网络复杂性等问题。微蜂窝主要服务对象为低速运动的移动台,因为对于高速移动台若使用微蜂窝,必定会导致移动台频繁地切换为其服务的基站而造成掉话,通话无法正常进行,所以由宏蜂窝来服务较合理。 如今的蜂窝移动通信市场中,GSM是当前应用最为广泛的移动电话标准。全球超过200个国家和地区超过10亿人正在使用GSM电话,它的信令和语音信道都是数字式的,因此GSM被看作2G移动电话系统。3G并没有想象中的深入人心,其网络建设速度慢,我认为在短期内,GSM仍然是通信的主导力量。3G手机接收数据速度快,但其普及需一定时间,价格也是一个关键因素。CDMA码分多址技术手机通话品质比GSM好,且可把用户对话时周围环境噪音降低,使通话更清晰,而且CDMA用码来区分用户,防止被人盗听的能力大大增强。其辐射小,是环保手机,它虽然使用人数并不大,但技术成熟并具有潜力。4G时代的到来还需要很长时间,因为3G的建设都没有完成,最高100Mbps的速度遥遥无期,4G的灵活性和智能化也是未来发展的
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。另外，为了建立至移动台的呼叫路由，每个MS、还应能完成入口MSC（GMSC）的功能，即查询位置信息的功能。 VLR：是一个数据库，是存储MSC为了处理所管辖区域中MS（统称拜访客户）的来话、去话呼叫所需检索的信息，例如客户的号码，所处位置区域的识别，向客户提供的服务等参数。 HLR：也是一个数据库，是存储管理部门用于移动客户管理的数据。每个移动客户都应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记，它主要存储两类信息：一是有关客户的参数；二是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等。 AUC：用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数（随机号码RAND，符合响应SRES，密钥Kc）的功能实体。 EIR：也是一个数据库，存储有关移动台设备参数。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。 2.3 无线基站子系统 BSS系统是在一定的无线覆盖区中由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。功能实体可分为基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。 BSC：具有对一个或多个BTS进行控制的功能，它主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是个很强的业务控制点。 BTS：无线接口设备，它完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。 2.4 移动台 移动台就是移动客户设备部分，它由两部分组成，移动终端(MS)和客户识别卡（SIM）。 移动终端就是“机”，它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。 SIM卡就是“身份卡”，它类似于我们现在所用的IC卡，因此也称作智能卡，存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法客户进入网路。SIM卡还存储与网路和客户有关的管理数据，只有插入SIM后移动终端才能接入进网，但SIM卡本身不是代金卡。 2.5 操作维护子系统
13.2CDMA数字蜂窝移动通信系统 CDMA是一种以扩频技术为基础的多址通信技术，具有保密性好、抗干扰能力强和通信容量大等优点，因而在数字移动通信中得到了广泛的应用。CDMA数字蜂窝移动通信系统已成为数字移动通信技术发展的主流技术，典型的应用是IS-95 CDMA第二代数字蜂窝移动通信系统和第三代移动通信系统CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA。下面着重介绍IS-95CDMA数字蜂窝移动通信系统（简称IS-95 CDMA系统）。 13.2.1 IS-95 CDMA 系统概述 IS-95 CDMA是美国高通公司于1992年提出的，1993年被北美电信址协会（TIA）采纳的北美数字蜂窝移动通信标准。1995年5月TIA 发布了IS-95A修订版标准。 1.工作频段 IS-95 CDMA 系统的工作频带为： ①上行（移动台发，基站收）频段为869～894 MHz； ②下行（基站发，移动台收）频段为824～849 MHz； ③双工间隔为45 MHz。 IS-95 CDMA PCS 系统的工作频带为： ①上行（移动台发，基站收）频段为1850～1910 MHz； ②下行（基站发，移动台收）频段为1930～1990 MHz； ③双工间隔为 80 MHz。 2.通信体制 IS-95 CDMA系统采用FDMA和DS-CDMA 相结合的混合多址通信方
式。采用FDMA方式将可用频段划分为若干个载波，每个载波带宽为1.25 MHz。它是IS-95 CDMA 系统小区的最小带宽。业务量大时可以占有多个载波。采用DS-CDMA方式接入，每个小区可采用相同的载波频率，即频率复用因子为1。数字蜂窝系统采用DS-CDMA技术具有以下优点： ⑴可采用多种形式的分集技术（空间分集、时间分集和频率分集）。 ⑵较低的发射功率。 ⑶保密性好。 ⑷具有抗人为干扰、窄带干扰、多径干扰和多径时延扩展的能力。 ⑸软切换。 ⑹较容量。 ⑺大容量。 ⑻低信噪比或载干比要求。 ⑼高频率复用等。 13.2.2 无线信道结构 1.码分多址逻辑信道 CDMA 系统既不分频道也不分时隙，所有的信道(称为逻辑信道) 都是靠不同的码型来区别的。IS-95 CDMA 系统采用沃尔什正交码（WC）。 CDMA 无线信道分为前向传输信道（基站发，移动台收）和反向
GSM网络结构 GSM系统主要由移动台（MS）、移动网子系统（NSS）、基站子系统（BSS）和操作支持子系统（OSS）四部分组成,如图所示： 基站子系统（BSS）在移动台（MS）和移动网子系统（NSS）之间提供和管理传输通路，特别是包括了MS与GSM系统的功能实体之间的无线接口管理。NSS是整个GSM系统的控制和交换中心，它负责所有与移动用户有关的呼叫接续处理、移动性管理、用户设备及保密性等功能,并提供GSM系统与其他网络之间的连接。MS、BSS和NSS组成GSM系统的实体部分，操作支持子系统（OSS）则提供运营部门一种手段来控制和维护这些实际运行部分。 网络子系统分为六个功能单元，即移动交换中心（MSC）、归属位置寄存器（HLR）、拜访位置寄存器（VLR）、鉴权中心（AUC）、设备识别寄存器（EIR）、操作与维护中心（OMC）。 （1）移动交换中心（MSC）MSC是网络核心，它具有交换功能，能使移动用户之间，移动用户与固定用户之间互相连接。它提供了与其它的MSC互连接口，和与固定网（如PSTN，ISDN等）的接口。MSC从三种数据库――归属位置寄存器（HLR），拜访位置寄存器（VLR），鉴权中心（AUC）――取得处理用户呼叫请求所需的全部数据，MSC也跟据最新数据更新数据库。 （2）归属位置寄存器（HLR）归属位置寄存器是系统的中央数据库，它存储着归属用户的所有数据，包括用户的接入验证、漫游能力、补充业务等。另外，HLR还为MSC提供关于移动台实际漫游所在的MSC区域的信息（动态数据），这样使任何入局呼叫立即按选择的路径送到被呼用户。 （3）拜访位置寄存器（VLR）VLR存储进入其覆盖区的移动用户的全部有关信息，它是动态用户数据库，它需要与有关的HLR进行大量数据交换。如果用户进入另一个VLR区，那么在VLR中存储的数据就会被删除。 （4）鉴权中心（AUC）AUC存储保护移动用户通信不受侵犯的必要信息。由于空中接口易受到窃听，因此在GSM系统规范中要求有保护移动用户不受侵
L TE介绍与网络架构 1、什么是L TE？ LTE（Long Term Evolution，长期演进）是由3GPP（The 3rd Generation Partnership Project,第三代合作伙伴计划）组织制定的UMTS（Universal Mobile Telecommunications System ,通用移动通信系统）技术标准的长期演进。 LTE不是一种技术标准，而是一个协议组织，现在一般常说的LTE是TD-LTE和FDD-LTE 网络制式的统称。现在的LTE在严格意义上其还未达到4G的标准也称为3.9G。只有升级版的LTE Advaced才满足国际电信联盟对4G的要求。 2、基本词汇 MME:Mobile Managenment Etity——移动管理实体 S-GW:Serving GateWay,服务网关 P-GW:PDN GateWay,PDN网关 E-UTRAN:Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network EPC:Evlved Packet Core,演进分组核心网 RRC：Radio Resource Control 是指无线资源控制 PDCP:Packet Data Convergence Protocol,分组数据汇聚协议 RLC:Radio Link Control,无限链路控制层协议 PHY: Physical Layer Protocol 物理层协议 OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiple,正交频分多址 MIMO：Multiple-Input Multiple Output,多路输入多路输出 3、L TE架构 相比原有的23G网络结构，主要体现在扁平化和IP化两方面。 扁平化：主要体现在没有BSC/RNC节点，原有BSC/RNC的节点功能由ENODEB
关于移动通信系统中蜂窝的几个概念 目前的移动通信系统一般采用小区制，即将整个网络服务区域划分为若干小区，每个小区分别设有一个(或多个)基站，用以负责本小区移动通信的联络和控制等功能。因此移动网络的覆盖区可以看成是由若干正六边形的无线小区相互邻接而构成的面状服务区。由于这种服务区的形状很像蜂窝，我们便将这种系统称之为蜂窝式移动通信系统，与之相对应的网络称之为蜂窝式网络。 宏蜂窝小区 传统的蜂窝式网络由宏蜂窝小区(macrocell)构成，每小区的覆盖半径大多为1km～25km。由于覆盖半径较大，所以基站的发射功率较强，一般在10W以上，天线也做得较高。图1是由宏蜂窝组成的移动通信系统示意图。如图所示，每个小区分别设有一个基站，它与处于其服务区内的移动台建立无线通信链路。若干个小区组成一个区群(蜂窝)，区群内各个小区的基站可通过电缆、光缆或微波链路与移动交换中心(MSC)相连。移动交换中心通过PCM电路与市话交换局相连接。 图1 宏蜂窝移动通信系统示意图 在实际的宏蜂窝内，通常存在着两种特殊的微小区域。一是“盲点”，由于网络漏覆盖或电波在传播过程中遇到障碍物而造成阴影区域等原因，使得该区域的信号强度极弱，通信质量低劣；二是“热点”，由于客观存在商业中心或交通要道等业务繁忙区域，造成空间业务负荷的不均匀分布。以上两“点”问题，往往通过设置直放站、分裂小区等办法来加以解决。但从原理上讲，这两种办法也不能无限制地使用：直放站实质是一个宽带放大器，设置不合理(包括选址及安装等)或设置得过多，都极易造成对周围信号的干扰；小区分裂实质就是采用使宏基站变密的办法(即将覆盖面大的基站分裂成覆盖面较小的基站)来增加系统的容量，但当基站小到一定程度时，由于干扰和基站接入等问题，这种办法将难
实验一移动通信系统组成及功能 一、实验目的 1．了解移动通信系统的组成。 2．了解移动通信系统的基本功能。 3．了解基带话音的基本特点。 二、实验内容 1．按网络结构连接各设备，构成移动通信实验系统。 2．完成有线→有线、有线→无线及无线→有线呼叫接续，观察呼叫接续过程，熟悉移动通信系统的基本功能。 3．用双路无线综合测试仪（以下简称综测仪）及示波器观测空中传输的话音波形。 三、基本原理 图1-1是与公用电话网（PSTN）相连的蜂窝移动通信系统方框图。系统包括大量移动台MS、许多基站BS、若干移动交换中心MSC及若干与MSC相连的数椐库(HLR、VLR等，图中未画出)，MSC通过与公用电话网PSTN的交换机EX相连，接入公用电话网。系统的基本功能是：移动台能与有线电话或其它移动台通话(或传输数椐等信息)。 这样庞大复杂的系统无法放在实验桌上由同学自己动手做实验。将系统合理简化得到图1-2，它将图1-1实际系统全部交换机EX及MSC合并成一部交换机；基站BS及移动台MS 各选用一台；有线电话采用二部。它与图1-1实际系统在系统基本网络结构、网络设备及功能等特征方面是相同的。 常用的移动通信系统主要有四类：蜂窝移动通信系统、集群移动通信系统、无绳电话系统及无线寻呼系统，它们的功能及应用场合各不相同，但它们的基本原理及技术是相同的。
移动通信的多址方式主要有FDMA、TDMA、CDMA三大类。FDMA系统一般为模拟移动通信制式，TDMA及CDMA为数字移动通信制式。FDMA发展早，已成功应用于各种移动通信系统多年，目前在一些领域仍在广泛应用。数字移动通信是在模拟移动通信基础上发展、演进而来的，在网络组成、设备配置、系统功能和工作方式上二者都有许多相同之处。 基于以上原因，为了得到体积小巧、价格低廉、可放在实验桌上由学生动手操作的移动通信教学实验系统。在图1-2中，BS、MS实际选用基于FDMA技术、采用数字信令的中国CT1无绳电话，EX选用小型程控交换机，TEL为有线电话。 为了测试上述小型移动通信系统无线部分的功能，采用了一台双路无线综合测试仪（SDT，以下简称综测仪），构成一套完整的移动通信教学实验系统，如图1-3所示。 下面对图1-3各部分及本实验内容介绍如下： 1．CT1无绳电话 CT1无绳电话属于FDMA系统，数十个双工频道被全部无绳电话共用,采用话音模拟调频及数字信令技术。系统有一个基地台，即无绳电话座机，通过用户线接入电话网交换机；可带1-4部移动台，即无绳电话手机（每一时刻，只能有一部手机通话）。无绳电话是为方便有线电话用户而提出的。它将有线电话座机与通话手柄之间的电缆（绳）去掉，用无线信道代替之，通话手柄成为无绳电话手机。用户持无绳手机在以座机为中心的小范围内移动通话，十分方便。虽然从使用功能上看，无绳电话是有线电话的无线延伸，但其工作原理及使用的技术都属于移动通信范畴。CT1无绳电话及在其后发展起来的各种数字无绳电话组成无绳电话大家族，成为常用的四类移动通信系统 我国的CT1无绳电话技术标准、工作原理及手机使用方法见附录1。 通常，同一实验室内有许多组实验系统，相距很近，为了防止互相干扰，必须降低无绳电话的发射功率及接收机灵敏度，以减小电磁波作用范围。在此条件下，为了保证同一套实验系统内部接收信号足够强，能正常完成各实验，必须加强无线设备间的无线耦合： ①无绳座机BS的天线垂直竖立但不要拉出。综测仪BS测量收发信机天线放置在无绳座机天线与座机外壳之间的缝隙中，使二者无线紧耦合。 ②无绳手机MS的天线不要拉出。将综测仪MS测量收发信机天线的芯线与地线夹在一起后套在无绳手机天线上，使二者无线紧耦合。 2．程控交换机 本教学实验系统中程控交换机采用1拖4双绳路小型用户程控交换机，一条外线可接4部内部电话。本系统中不用其外线端口，只使用内部4条用户线端口，其技术参数与使用方法与PSTN程控交换机相同，相当于4门PSTN程控交换机。 图1-4为小型程控交换机的外观图。四个用户线插座可连接四部电话（包括无绳电话座机），插座下方号码为对应电话的号码。交换机由220V AC市电供电，通电后电源指示LED 灯连续闪烁。用户电话摘机后对应的LED指示灯亮。
IEEE 802.11 Wireless LAN 网络 1.网络架构及特性简介 由于可携式计算机（包含笔记型计算机(notebook) 和掌上型计算机(laptop)）普及率的快速成长，无线局域网络对今日的计算机及通讯工业来讲，将成为一项重要的观念及技术。在无线局域网络的架构中，计算机主机不需要像在传统的有线网络里，必需保持固定在网络架构中的某个节点上，而是可以在任意的时间作任何的移动，也能对网络上的资料作任意的接入。大体说来，无线网络有四项特性与传统的有线网络不同： 一、无线网络的目的地址(Destination Address)通常不等于目的位置(Destination Location)： 在有线网络里，一个地址通常就代表一个固定的位置，然而在无线网络里，这件事不一定成立，因为在无线网络中，事先被给定地址的一部计算机，随时都有可能会移动到不同的地方。 二、无线网络的传输媒介会影向整体网络的设计： 无线网络的实体层和有线网络的实体层基本上有很大的不同，无线网络的实体层有下列特性： 点和点之间的连结范围是有限的，因为这牵涉到讯号强弱的关系。 使用了一个需要共享的传输媒介。 传送的讯号未被保护，易受外来噪声干扰。 在资料传送的可靠性来讲，较有线网络来的差。 具有动态的网络拓朴结构。 因为上述的原因，使得设计整个网络的软硬体架构，就会和传统的有线网络不同。举例而言，由于讯号传送范围的受限，使得无线局域网络硬体架构的设计，就必需考虑到只能在一个有着合理几何距离的区域内。 三、无线网络要有能力处理会移动的工作站： 对无线网络来讲，一个重要的要求就是，不但能处理可携式的工作站(portable station)，更要能处理移动式的工作站(mobile station)，可携式的工作站也会从某一个位置移动到另一个位置，但长时间来看，它通常还是会固定在某一个位置上。而移动式的工作站就有可能在短时间内不断的移动，且会在移动中仍对网络上的资料作存取。 四、无线网络和其它IEEE 802 网络层间的关系不同： 为了达到网络的透明化，无线局域网络希望做到在逻辑链接层就能和别的网络相通，这使得无线局域网络必需将处理移动性工作站及保持资料传送可靠性的能力全做在网络媒介接入层(MAC Layer) 中，这和传统有线网络在媒介接入层所需具有的功能是不同的。 无线局域网络正逐渐受到重视，为了使各种竞争产品之间能兼容互通，标准的制定就成了重要的工作，而IEEE 802.11 无线局域网络(wireless LAN) 的标准就在这样的情况下诞生。IEEE 802.11 主要目的是要制定一套适合在无线局域网络环境下作业的通讯协议，最重要的工作，就是要制定出MAC 层和实体层。 因此IEEE 802.11 的参考模式主要分成两部份，第一部份是制定出适用于所有无线网络系统的MAC 规格，设计出和实体层无关的MAC 协议。第二部份则是制定出和传输媒介相关的PHY 规格。IEEE 802.11 所支持的每一种传输讯号频宽，都有不同的PHY 规格。
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。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GSM通信系统的组成 不同厂家的设备。 1、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。另外，为了建立至移动台的呼叫路由，每个MS、还应能完成入口MSC（GMSC）的功能，即查询位置信息的功能。VLR：是一个数据库，是存储MSC为了处理所管辖区域中MS（统称拜访客户）的来话、去话呼叫所需检索的信息，例如客户的号码，所处位置区域的识别，向客户提供的服务等参数。 HLR：也是一个数据库，是存储管理部门用于移动客户管理的数据。每个移动客户都应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记，它主要存储两类信息：一是有关客户的参数；二是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等。 AUC：用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数（随机号码RAND，符合响应SRES，密钥Kc）的功能实体。 EIR：也是一个数据库，存储有关移动台设备参数。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。 2、无线基站子系统 BSS系统是在一定的无线覆盖区中由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。功能实体可分为基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。 BSC：具有对一个或多个BTS进行控制的功能，它主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是个很强的业务控制点。BTS：无线接口设备，它完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。 3、移动台移动台就是移动客户设备部分，它由两部分组成，移动终端(MS)和客户识别卡（SIM）。 移动终端就是“机”，它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。 SIM卡就是“身份卡”，它类似于我们现在所用的IC卡，因此也称作智能卡，存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法客户进入网路。SIM卡还存储与网路和客户有关的管理数据，只有插入SIM后移动终端才能接入进网，但SIM卡本身不是代金卡。