文章目录
6.1 移动通信概述 146
6.1.1 移动通信的特点 146
6.1.2 移动通信的主要技术及演进 146
6.2 第二代移动通信系统 149
6.2.1 GSM 149
6.2.2 GPRS 154
6.3 第三代移动通信系统 156
6.3.1 WCDMA系统 156
6.3.2 cdma2000系统 161
6.3.3 TD-SCDMA系统 164
6.4 LTE系统 167
6.4.1 LTE系统结构 167
6.4.2 LTE空中接口 170
6.4.3 LTE系统的基本工作过程 174
一、移动通信概述
移动通信因需保障各移动用户在运动中的不间断通信，故只能采用无线通信的方式。
移动通信具有的特点：
①利用无线电波进行信息传输，其电波传播环境复杂，传播条件恶劣，特别是陆上移动通信。
②干扰问题比较严重。
③可利用的频谱资源有限，而移动通信业务量的需求却与日俱增。
④移动通信系统的网络结构多种多样，系统交换控制、网络管理复杂，是多种技术的有机结合。
⑤移动通信设备（主要是移动台）必须适于在移动环境中使用，其可靠性及工作条件要求较高。
移动通信发展历史进程：
①20世纪20-40年代，移动通信的早起萌芽（起步）阶段。
②20世纪40年代中期到20世纪60年代初期，移动通信的初期发展阶段。
③20世纪60年代中期到20世纪70年代中期，移动通信系统的改进和完善阶段。
④20世纪70年代中期至20世纪80年代中期，蜂窝移动通信诞生与蓬勃发展阶段。
⑤20世纪80年代中期到20世纪90年代中期，数字蜂窝系统诞生、移动通信产业的成熟期。
⑥21世纪初，第三代移动通信系统的诞生期。欧洲提出WCDMA，美国提出cdma2000，我国提出TD-SCDMA，均被ITU正式确定为第三代移动通信的标准。
二、第二代移动通信系统
GSM
GSM数字蜂窝通信系统主要组成部分有移动台（MS）、基站子系统（BSS）和网络子系统（NSS）。
移动交换中心（MSC）是蜂窝通信网络的核心。
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和有关用户当前所处位置的信息等。
移动台由SIM卡与物理设备组成，二者是分离的。
移动终端与基站的接口叫空中接口。
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，e.g用户号码、所处位置区域信息等。
GSM系统的公用陆地移动通信网的信令系统是以No.7信令网络为基础的。
GSM系统内部的主要接口有Um、Abis、A、B、C、D、E、F及G等，A和Um接口为开放接口。
无线空中接口（Um接口）规定了MS与BTS间的物理链路特性和接口协议，是系统最重要的接口。
GSM系统无线传输特性：
①工作频段。900MHz和1800MHz两个频段，目前，在许多地方这两个频段的网络同时存在，构成"双频"网络。
②多址方式。TDMA/FDMA/FDD制式。频道间隔200kHz，每个频道采用时分多址接入方式分为8个时隙，时隙宽0.577ms，8个时隙构成一个TDMA帧，帧长4.615ms。
③频率配置。多采用4小区3扇区（4×3）的频率配置和频率复用方案。当采用跳频技术时，多采用3×3频率复用方式。
无线空中接口信道定义：
①物理信道。传送语音、数据和控制信令。
②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，分为业务信道（TCH）和控制信道（CCH）。TCH主要传送数字语音或用户数据。CCH用于传送信令和同步信号。
GSM系统中有3种主要的控制信道：广播信道、公共控制信道和专用控制信道。每个信道由几个逻辑信道组成，这些逻辑信道按时间分布提供GSM必要的控制功能。
GPRS
GSM系统的最高数据传输速率为9.6kbit/s且只能完成电路型数据交换，远不能满足迅速发展的移动数据通信的需要。
通用分组无线业务（GPRS）在原GSM网络的基础上叠加支持高速分组数据业务的网络，并对GSM无线网络设备进行升级，从而利用现有的GSM无线覆盖提供高速分组数据业务。GPRS系统又称为2.5G系统。
GPRS采用分组交换技术。
GPRS的特点：
①传输速率快。
②可灵活得支持多种数据应用。
③网络接入速度快。GPRS网本身就是一个分组型数据网，支持IP协议，因此它与数据网络建立连接的时间仅几秒钟。
④可长时间在线连接。
⑤计费更合理。
⑥高效地利用网络资源，降低通信成本。GPRS在无线信道、网络传输信道的分配上采用动态复用方式，并仅在有数据通信时占用物理信道资源，因此大大提高了频率资源和网络传输资源的利用率，降低通信成本。
⑦利用现有的无线网络覆盖，提高网络建设速度，降低建设成本。
⑧GPRS 的核心网络顺应通信网络的发展趋势，为GSM网向第三代演进打下基础。
GPRS业务可分为点对点业务和点对多点业务，提供的主要业务如下：
①Internet业务向用户提供便携和高速的移动Internet业务，如Web浏览、E-mail、FTP文件传输、Telnet远程登录等。
②移动办公、移动数据接入业务（提供与企业内部网互通）。
③WAP业务、聊天、移动QQ、在线游戏等。
④GPRS短消息。
⑤远程操作（在线股票交易、移动银行等）。
⑥定位业务（GPS定位信息传输）。
⑦信息服务GPRS可向用户提供丰富多彩的信息服务，如新闻、时刻表、交通信息、订票等。
三、第三代移动通信
WCDMA系统
WCDMA网络的特点：
①工作频段和双工方式。支持两种基本的双工方式：FDD和TDD。FDD模式下，上、下行链路分别使用两个独立的5MHz的载频，TDD模式下只使用一个5MHz的载频。
②多址方式。WCDMA是一个宽带直扩码分多址，通过用户数据与扩频码相乘，从而把用户信息比特扩展到更宽的带宽上去。WCDMA系统中，数据流用正交可变扩频码（OVSF）来扩频，扩频后码片速率3.84Mchip/s。OVSF码也被称为信道化码。
③语音编码。WCDMA中的声码器采用自适应多速率（AMR）技术。
④信道编码。WCDMA系统中使用的信道编码类型有卷积编码和Turbo编码两种。
⑤功率控制。快速、准确的功率控制是保证WCDMA系统性能的基本要求。
⑥切换。目的是为了当UE在网络中移动时保持无线链路的连续性和无线链路的质量。WCDMA系统支持软切换、更软切换、硬切换和无线接入系统间切换。
⑦同步方式。WCDMA不同基站之间可以选择同步和异步两种方式，异步方式可以不采用GPS精确定时。
⑧可变数据速率。WCDMA系统支持各种可变的用户数据速率，适应多种速率的传输，可灵活地提供多种业务，并根据不同的业务质量和业务速率分配不同的资源。
WCDMA系统中的切换：
根据切换发生时移动台与源基站和目标基站连接方式的不同，WCDMA系统采用的切换方式软切换、更软切换和硬切换。
①软切换：同时与多个小区保持通信，接收端利用宏分集技术降低了接收信号衰落的概率，减少了移动台的发射功率，在小区边缘采用软切换有助于降低掉话率。
②更软切换：是软切换的一种特殊情况，这种切换发生在同一基站具有相同频率的不同扇区之间。
③硬切换：包括同频、异频和异系统之间3种情况。
越区切换：指当前正在进行的移动台与基站或扇区之间的通信链路从当前基站或扇区转移到另一个基站或扇区的过程。该过程也称为自动链路转移（ALT）。
越区切换分为硬切换和软切换。
cdma2000系统
cdma2000 1x 的特点：
①前向链路采用快速功率控制，降低了前向链路的干扰，从而降低了移动台信噪比要求，最终起到增大系统前向信道容量、节约基站耗电的作用。
②增加了导频信道，提高了反向链路性能，降低了移动台的发射功率。
③前向链路采用发射分集技术，提高了系统的抗衰落能力。
④前向链路引入快速寻呼信道，减少移动台的激活时间，减小了移动台的功耗，提高了移动台的待机时间。
⑤编码采用Turbo码。
⑥灵活的帧长。
⑦定义了新的接入方式，既兼容IS-95的接入模式，又对IS-95的不足进行了改进，可以减少呼叫建立时间，提高接入效率，并减少移动台在接入过程中对其他用户的干扰。
TD-SCDMA系统（中国自主研究）
TD-SCDMA系统的主要特点：
①混合多址方式。综合运用了TDMA/CDMA/FDMA/SDMA多址接入技术，降低了小区间的干扰，允许更为密集的频谱复用，提高了传输容量和频谱利用率，增加了规划的灵活性，支持单载波和多载波方式。
②TDD双工方式。
③TD-SCDMA的基本物理信道特性由频率、码和时隙决定。
④TD-SCDMA核心网络基于GSM/GPRS网络的演进，并保持与它们的兼容性。
⑤TD-SCDMA网络中的关键技术。TD-SCDMA作为CDMA TDD的一种，具备TDD的所有优点，如上下行链路特性一致等。TD-SCDMA独特的帧结构保证它可以采用一些先进的物理层技术，如智能天线技术，联合检测技术等。
TD-SCDMA系统的空中接口（Uu）协议结构也分为3层------物理层、数据链路层和网络层。其中数据链路层由MAC子层、无线链路控制（RLC）子层、分组数据汇聚协议（PDCP）子层和广播/多播控制（BMC）子层组成。
从不同协议层如何承载用户各种业务的角度将信道分为3类：逻辑信道，传输信道和物理信道。
逻辑信道位于RLC子层和MAC子层之间。传输信道承载逻辑信道的内容，位于MAC子层和物理层之间。物理信道在物理层中，承载传输信道的内容，将传输信道的内容变换为适合在空中接口传输的形式进行传输，使用特定的载波频率、扩频码及时隙来标识物理信道。
LTE系统
LTE网络结构的特点：
①网络扁平化、全IP化。
②业务平面与控制平面完全分离化。
③核心网趋同化、交换功能路由化。
④网元数目最小化、协议层次最优化。
LTE同时支持FDD和TDD的双工方式。
LTE系统的基本工作过程：
①小区搜索。LTE终端与LTE网络能够通信之前，终端必须寻找并获得与网络中一个小区的同步，主要内容有：获得与一个小区的频率和符号同步；获得该小区的帧定时，决定下行链路帧的开始点；决定该小区的物理层小区标识。
②随机接入过程。任何蜂窝系统都有一个基本需求，终端需要具有申请建立网络连接的能力，通常被成为随机接入。
③寻呼。用于终端在RRC_IDLE 状态时与网络建立初始连接，也可用于在RRC_IDLE以及RRC_CONNECTED状态时通知终端系统信息需要改变，被寻呼的终端知道系统信息会改变。一般不知道终端的位置在哪个小区，所以寻呼信息一般会在跟踪区域的多个小区上发送。
④跟踪区域更新。为了确认移动台的位置，LTE网络覆盖区将被分为许多个跟踪区(TA)，TA是LTE系统中位置更新和寻呼的基本单位。当移动台由一个TA移动到另一个TA时，必须在新的TA上重新进行位置登记以通知网络来更改它所存储的移动台的位置信息，这个过程就是跟踪区域更新。