现代通信系统概论07数字移动通信系统.ppt

第七章 数字移动通信系统,第七章 数字移动通信系统,7.1 移动通信的概念7.3 GSM移动通信系统7.5 CDMA移动通信系统7.7 移动通信的发展,学习要点,1掌握移动通信的概念、工作方式、系统组成。2理解频率复用、小区、多址方式。3理解扩频通信的概念。4了解GSM和CDMA系统的特点及工作方式。5了解GSM系统空中接口和IS-95系统的无线传输信道。6了解影响CDMA容量的因素。7理解功率控制技术和软切换技术。8了解移动通信的发展,7.1 移动通信的概念,就通信而言，个人通信（Personal Communications）是最高目标，它是用各种可能的网络技术实现任何人（Whoever）在任何时间（Whenever）、任何地点（Wherever）与任何人（Whoever）进行任何种类（Whatever）的交换信息。,一、移动通信与发展简述,移动通信是指通信双方或至少有一方可以处于运动中进行信息交换的通信方式,移动通信示意,一、移动通信与发展简述,移动通信是实现个人通信的必由之路陆地蜂窝移动通信是当今移动通信发展的主流和热点,一、移动通信与发展简述,移动通信的发展历程,一、移动通信与发展简述,4G网络结构的概念,二、移动通信使用的频段,无线电磁波是以频率或波长来分类的无线电频段的划分如表,二、移动通信使用的频段,电磁波频率不同（波长不同），其空间传播的特性也不一样，因而用途也有不同长波绕射能力最强，靠地波传播，常用于长波电台进行海上通信。中波较稳定，主要用于短距离广播。短波利用了电离层反射进行远距离传播，主要用于短波通信和短波广播。,二、移动通信使用的频段,微波波长短，接近于光波，是直线传播，这就要求两个通信点（信号转接点）间无阻挡，即所谓的视距通信频谱是宝贵的资源，分配和使用必须服从国际和国内的统一管理,二、移动通信使用的频段,移动通信工作频段（原邮电部规定）,二、移动通信使用的频段,第三代移动通信系统主要工作在2000 MHz频段上，世界各国和地区频率分配的方式各不相同。,三、移动通信的特点,利用无线电波进行信息传输复杂的无线传播环境导致信号衰落,三、移动通信的特点,利用无线电波进行信息传输多普勒（Doppler）频移,三、移动通信的特点,在强干扰环境（外部干扰自身干扰）下工作互调干扰 邻道干扰 同频干扰,三、移动通信的特点,通信容量有限移动通信可以利用的频谱资源非常有限，而移动通信业务量的需求却与日俱增一方面要开辟和启用新的频段另一方面要研究各种新技术和新措施，以压缩信号所占的频带宽度和提高频谱利用率有效利用频率的措施：窄带化、缩小频带间隔、频道重复利用等,三、移动通信的特点,通信系统复杂移动通信系统的网络结构多种多样移动台随时移动，需要随机选用无线信道，进行频率切换与功率控制、地址登记、越区切换及漫游存取等跟踪技术,三、移动通信的特点,对移动台要求高移动台长期处于不固定位置状态，环境难于预料，要求移动台具有很强的适应能力,四、移动通信的工作方式,单工通信,双工通信,半双工通信,四、移动通信的工作方式,单工通信通信双方电台交替地进行收信和发信。方式同频单工双频单工,Play,双工通信通信双方均同时进行收发工作。即任一方讲话时，可以听到对方的话音。,play,四、移动通信的工作方式,半双工通信通信双方中，一方使用双频双工方式，即收发信机同时工作；另一方使用双频单工方式，即收发信机交替工作。,Play,四、移动通信的工作方式,五、移动通信应用系统,无线电寻呼系统,集群移动通信系统,五、移动通信应用系统,无绳电话系统,Telepoint（公用无绳电话）,五、移动通信应用系统,蜂窝式公用移动通信系统,全自动拨号、全双工工作、大容量公用移动陆地网组网,五、移动通信应用系统,蜂窝式公用移动通信系统,频率复用,五、移动通信应用系统,卫星移动通信系统利用卫星中继，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，具有独特的优越性海事卫星组织（IMARSAT）铱（Iridium）系统全球星（Global star）系统 奥德赛（Odessey）系统 白羊（Aries）系统 COSCON系统,六、移动通信系统组成,移动通信在追求最大容量的同时，还要追求最大的覆盖移动通信网络由两部分组成一部分是空中网络另一部分是地面网络,六、移动通信系统组成,空中网络,基站与固定网络,服务区内各基站的相互连接,多 址 接 入,切换和位置更新,频率复用和蜂窝小区,地面网络,六、移动通信系统组成,典型的蜂窝移动通信系统,六、移动通信系统组成,移动通信中建立呼叫是由基站子系统（BSS）和移动交换子系统（SS）共同完成。BSS提供并管理移动台和SS之间的无线传输通道；SS负责呼叫控制功能，所有呼叫都经由SS建立连接。操作维护管理子系统（OMS）负责管理控制整个移动网。移动台（MS）由移动终端设备和用户数据两部分组成。用户数据存放于用户识别卡（SIM）中，与移动终端设备分离。,七、无线（区域）覆盖,频率复用和蜂窝小区的设计是与移动网的区域覆盖和容量需求紧密相连的移动通信的区域覆盖可分为两类小容量的大区制。一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大大容量的小区制。将整个无线服务区划分成一些相互紧邻但不重叠的小区域（小区，Cell），每个小区设置一个基站（BS），利用小功率发射机来实现小区域的覆盖,八、带状服务覆盖区（带状网）,带状网主要用于覆盖公路、铁路、海岸等基站天线若采用全向天线，覆盖区是圆形的，可以采用有向天线，小区呈扁圆形,八、带状服务覆盖区（带状网）,带状网可以进行频率再用双频组频率配置三频组频率配置,九、面状服务覆盖区（蜂窝网）,在平面区域内划分小区，通常组成蜂窝式的网络一般采用六边形作为覆盖模型，因为可用最小的小区数就能覆盖整个地理区域，且最接近于全向的基站天线和自由空间传播的全向辐射模式,簇Cluster,九、面状服务覆盖区（蜂窝网）,簇的组成簇之间可以邻接且无空隙无重叠覆盖；邻接后簇应保证各个相邻同信道小区之间的距离相等,九、面状服务覆盖区（蜂窝网）,N即是簇的大小，典型值为4、7、12。,九、面状服务覆盖区（蜂窝网）,同频相邻小区,同频距离,沿着任何一条六边形链移动j个小区顺（或逆）时针旋转60再移动i个小区,N越大，同频率小区越远,九、面状服务覆盖区（蜂窝网）,激励方式中心激励小区：安置在小区的中心顶点激励小区：安置在六边形顶点之中的三个上,九、面状服务覆盖区（蜂窝网）,不均匀结构与小区分裂,十、越区切换,切换（Handover）将处于通话状态的MS转移到新的业务信道上（新的小区）的过程称为切换,目的实现蜂窝移动通信的“无缝隙”覆盖，即当移动台从一个小区进入另一个小区时，保证通信的连续性,十、越区切换,原因信号的强度或质量下降到由系统规定的一定参数以下，此时移动台被切换到信号强度较强的相邻小区，由移动台发起。由于某小区业务信道容量全被占用或几乎全被占用，这时移动台被切换到业务信道容量较空闲的相邻小区，由上级实体发起。,十、越区切换,操作识别新的小区分配给移动台在新小区的话音信道和控制信道要求切换必须顺利完成，并且尽可能少地出现，同时要使用户觉察不到切换门限要恰当切换前对信号的监视：保证信号电平的下降确实由于移动台正离开当前基站,十、越区切换,越区切换分为两大类：一类是硬切换。硬切换是指在新的连接建立以前，先中断旧的连接。另一类是软切换。软切换是指既维持旧的连接，又同时建立新的连接，并利用新旧链路的分集合并来改善通信质量，当与新基站建立可靠连接之后再中断旧链路。,十一、位置管理与漫游,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一个高效的位置管理系统来跟踪用户的位置变化位置管理采用两层数据库，即原籍（归属）位置寄存器（HLR）和访问位置寄存器（VLR）,十一、位置管理与漫游,位置管理包括两个主要任务 位置登记（Location Registration）。已知移动台的实时位置信息时，更新位置数据库和认证移动台；呼叫传递（Call Delivery）。在有呼叫给移动台的情况下，根据归属寄存器（HLR，Home Location Register）和访问寄存器（VLR，Visitor Location Register）中可用的位置信息来定位移动台。,十一、位置管理与漫游,与上述两个问题紧密相关的另外两个问题是位置更新（Location Update）。解决的问题是移动台如何发现位置变化及何时报告它的当前位置。寻呼（Paging）。解决的问题是如何有效地确定移动台当前处于哪一个小区。,十二、多址方式,多址方式是指在有限的频率范围内，在同一时间能够为众多用户分别建立一个可靠的通信信道，使不同用户之间的通信不产生相互干扰的技术选用什么样的多址方式取决于通信系统的应用环境和要求常用的多址方式有频分多址、时分多址、码分多址实际中也常用到三种基本多址方式的混合多址方式,十三、频分多址方式,频分多址是指将给定的频谱资源划分为若干个等间隔的频道（或称信道）供不同的用户使用在单纯的FDMA系统中，通常采用频分双工（FDD）的方式来实现双工通信,十三、频分多址方式,FDMA频率分割原理每个用户分配一个信道，即一对频谱。必须同时占用2个信道（2对频谱）才能实现双工通信。设置频道间隔和保护频带,十四、时分多址方式,时分多址是指把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的）在频分双工（FDD）方式中，上行链路和下行链路的帧分别在不同的频率上在时分双工（TDD）方式中，上下行帧都在相同的频率上,十四、时分多址方式,TDMA工作原理在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙，无论帧或时隙都是互不重叠的；每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户；基站按时隙排列顺序发收信号，各移动台在指定的时隙内收发信号。,时隙N,时隙3,时隙2,时隙1,保护比特,信息数据,同步比特,尾比特,一个TDMA帧,TDMA帧结构,十四、时分多址方式,TDMA系统工作示意,TDMA系统工作示意图,十四、时分多址方式,TDMA系统的特点突发传输的速率高，远大于语音编码速率，因为TDMA系统中需要较高的同步开销发射信号速率随N的增大而提高，引起码间串扰加大，所以必须采用自适应均衡不需双工器基站复杂性小，互调干扰小抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大越区切换简单，可在无信息传输时进行，不会丢失数据,十五、码分多址方式,码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息。CDMA系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间和空间上都可能重叠。系统的接收端必须有完全一致的本地地址码，才能对接收的信号进行相关检测。其它不同地址码的信号因为和接收机本地产生的码不同而不能被解调。,十五、码分多址方式,CDMA系统工作示意,CDMA系统工作示意图,十五、码分多址方式,CDMA系统的特点多用户共享同一频率，不管使用的是TDD还是FDD；通信容量大。理论上讲，信道容量完全由信道特性决定；容量的软特性。多增加一个用户只会使通信质量略有下降，不会出现硬阻塞现象；由于信号被扩展在一较宽频谱上，因而可以减小多径衰落；,十五、码分多址方式,CDMA系统的特点信道数据速率很高，码片时长很短，大于一个码片宽度的时延扩展部分由于PN序列的较好自相关性得到自然抑制，从而无需采用自适应均衡克服码间干扰；平滑的软切换和有效的宏分集。DS-CDMA系统中所有小区使用相同的频率，简化了频率规划，也使软切换得以实现；低信号功率谱密度的好处。抗窄带干扰能力强、对窄带系统的干扰很小，可以与其它系统共用频段。,十五、码分多址方式,CDMA系统存在问题多址干扰不同用户的扩频序列不完全正交，扩频码集的非零互相关系数会引起用户间的相互干扰，是影响系统容量的主要因素“远近”效应移动用户的位置的变化以及深衰落的存在，会使基站接收到的各用户信号功率相差很大，强信号对弱信号有着明显的抑制作用解决方法，使用功率控制,7.3 GSM移动通信系统,第二代移动通信以GSM、N-CDMA两大移动通信系统为代表GSM移动通信是基于TDMA的数字蜂窝移动通信系统GPRS即通用分组无线业务，是GSM网络向第三代通信系统（3G）演进的重要一步，所以称作2.5G,一、GSM系统的业务,GSM业务是指用户使用GSM系统所提供的设施的活动GSM小组在概念上受到无线网向ISDN发展的强烈影响,一、GSM系统的业务,GSM支持的基本业务,电信业务,终端网,终端设备,承载业务,数字蜂窝PLMN,终端设备,传输网,一、GSM系统的业务,电信业务,短消息服务（源端到终端）过程,短消息服务（小区广播）过程,短消息业务,一、GSM系统的业务,一、GSM系统的业务,承载业务,一、GSM系统的业务,补充业务（附加业务）是基本电信业务增强或补充。,一、GSM系统的业务,补充业务（附加业务）续表,二、GSM系统网络结构,1982年欧洲成立移动通信特别小组，简称GSM（Group Special Mobile）Global System for Mobile communication1988年，18个欧洲国家达成GSM谅解备忘录，颁布了GSM标准：GSM 900和DCS 1800在GSM标准中，未对硬件做出规定，只对功能、接口等作了详细规定，便于不同公司的产品可以互连互通,二、GSM系统网络结构,GSM标准共有12项内容,二、GSM系统网络结构,GSM蜂窝系统的网络结构,BSS,VLR,VLR,HLR/AUC,MSC,EIR,G,D,MS,Um,B,C,E,F,PSTN,ISDN,PLMN,PSPDN,NSS,BTS,BSC,Abis,OMC,MSC,SMC,可通过MSC实现与多种网络的互通,短消息业务中心（SMC）功能实体可通过与NSS的连接实现点对点短消息业务，可通过与BSS的连接完成小区广播短消息业务。,移动台,基站子系统,网络子系统,三、系统组成与功能,移动台（MS）移动台是GSM移动通信网中用户使用的设备移动台通过无线接口接入GSM系统，具有无线传输与处理功能移动台的另外一个重要组成部分是用户识别模块（SIM），亦称SIM卡,三、系统组成与功能,基站子系统（BSS）通过无线接口与移动台相接，进行无线发送、接收及无线资源管理与网络子系统（NSS）中的移动交换中心（MSC）相连，实现移动用户与固定网络用户之间或移动用户之间的通信连接基站子系统主要由基站收发信机（BTS）和基站控制器（BSC）构成,三、系统组成与功能,网络子系统（NSS）对GSM移动用户之间通信和移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用移动交换中心 MSC，Mobile Switching Center归属位置寄存器 HLR，Home Location Register访问位置寄存器VLR，Visitor Location Register鉴权中心 AUC，Authentication Center移动设备识别寄存器操作维护中心EIR Equipment Identification Register,三、系统组成与功能,GSM网络接口主要接口包括A接口、A-bis接口和Um接口B、C、D、E、F、G接口是网络子系统内部接口GSM系统通过MSC与公用电信网互连，一般采用7号信令系统接口,三、系统组成与功能,GSM网络接口A接口。定义为网络子系统（NSS）与基站子系统（BSS）之间的通信接口。A-bis接口。定义为基站子系统的基站控制器（BSC）与基站收发信机两个功能实体之间的通信接口，用于BTS（不与BSC放在一处）与BSC之间的远端互连方式。Um接口（空中接口）。定义为移动台（MS）与基站收发信机（BTS）之间的无线通信接口，它是GSM系统中最重要、最复杂的接口。,三、系统组成与功能,GSM网络接口B接口。定义为移动交换中心（MSC）与访问位置寄存器（VLR）之间的内部接口，用于MSC向VLR询问有关移动台（MS）当前位置信息或者通知VLR有关MS的位置更新信息等。C接口。定义为MSC与HLR之间的接口，用于传递路由选择和管理信息，两者之间是采用标准的2.048 Mb/s PCM数字传输链路实现的。,三、系统组成与功能,GSM网络接口D接口。定义为HLR与VLR之间的接口，用于交换移动台位置和用户管理的信息，保证移动台在整个服务区内能建立和接收呼叫。由于VLR综合于MSC中，因此D接口的物理链路与C接口相同。E接口。定义为相邻区域的不同移动交换中心之间的接口，用于移动台从一个MSC控制区到另一个MSC控制区时交换有关信息，以完成越区切换。,三、系统组成与功能,GSM网络接口F接口。定义为MSC与移动设备识别寄存器（EIR）之间的接口，用于交换相关的管理信息。G接口。G接口定义为两个VLR之间的接口。,四、GSM系统空中接口特征,GSM系统无线接口即是空中接口Um，是每一种移动通信系统的最具特色的接口使用每一载频的一个TDMA时分多址的方式传输信号,四、GSM系统空中接口特征,GSM主要参数,四、GSM系统空中接口特征,GSM多址接入方式每个小区含有多个载频，每个载频上含有8个时隙（Slot），即每个载频有8个物理信道；一个载频上连续的8个时隙组成一个帧（Frame）,四、GSM系统空中接口特征,频率与频道序号上行（移动台发、基站收）：890915MHz下行（基站发、移动台收）：935960MHz收、发频率间隔为45 MHz。载频间隔是0.2 MHz,低频段、上行,高频段、下行,四、GSM系统空中接口特征,调制方式高斯型最小移频键控（GMSK）方式频率复用方式,五、GSM帧结构,GSM系统各种帧及时隙的格式,六、逻辑信道,如果把TDMA帧的每个时隙看作物理信道，那么在物理信道上传输的内容就是逻辑信道形式GSM数字系统在物理信道上传输的信息是大约由100多个调制比特组成的脉冲串，称为突发脉冲序列（Burst）以不同的“Burst”信息格式来携带不同的逻辑信道,六、逻辑信道,GSM定义的各种逻辑信道示意图,逻辑信道,控制信道,业务信道,广播信道,公共控制信道,频率校正信道,同步信道,专业控制信道,广播控制信道,寻呼信道,随机接入信道,接入允许信道,独立专用控制信道,快速辅助信道,慢速辅助信道,全速率信道,增强型全速率信道,半速率信道,六、逻辑信道,业务信道（TCH）主要传输数字话音或数据，还有少量的随路控制信令话音业务信道。数据业务信道。,六、逻辑信道,控制信道（CCH）用于传送信令和同步信号广播信道（BCH）：是从基站到移动台的单向信道，用于基站向移动台广播公用的信息，传输的内容主要是移动台入网和呼叫建立所需要的有关信息。,六、逻辑信道,控制信道（CCH）用于传送信令和同步信号公用控制信道（CCCH）：是一种双向控制信道，用于呼叫接续阶段传输链路连接所需要的控制信令,六、逻辑信道,控制信道（CCH）用于传送信令和同步信号专用控制信道（DCCH）：是基站与移动台间的点对点的双向信道，在呼叫接续阶段以及在通信进行当中，在移动台和基站之间传输必需的控制信息。,七、时隙的格式,GSM系统中，每帧含8个时隙，时隙的宽度为0.577 ms，其中包含156.25 bitTDMA信道上一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列Burst所传信息的不同，时隙所含的具体内容及其组成的格式也不相同,七、时隙的格式,GSM的各类突发时隙,用于业务信道（TCH）及除随机接入信道（RACH）、同步信道（SCH）、频率校正信道（FCCH）和空闲突发脉冲以外的控制信道,用于上行传输方向，在随机接入信道（RACH）上传送，用于移动用户向基站提出入网申请,用于移动台的时间同步同步训练序列：64 bit，一个易被检测的长同步信号（扩展的训练序列）；数据比特：392 bit，用于传输TDMA帧号（TN）和基站识别码（BSIC）。,校正移动台的载波频率，142 bit全0，其格式比较简单,八、GSM的编号与识别,正确寻址就非常重要。各种号码被用于识别不同的移动用户、不同的移动设备以及不同的网络移动用户识别码（IMSI，International Mobile Subscriber Identity）临时移动用户识别码（TMSI）国际移动设备识别码（IMEI，International Mobile Equipment Identity）移动台的号码（MSISDN，Mobile Subscriber ISDN Number）位置区和基站的识别码,八、GSM的编号与识别,移动用户识别码（IMSI）每个用户均分配一个惟一的IMSI,八、GSM的编号与识别,临时移动用户识别码（TMSI）考虑到移动用户识别码的安全性，GSM系统能提供安全保密措施，即空中接口无线传输的识别码采用临时移动用户识别码（TMSI）代替IMSI。两者之间可按一定的算法互相转换访问位置寄存器（VLR）可给来访的移动用户分配一个TMSI（只限于在该访问服务区使用）,八、GSM的编号与识别,国际移动设备识别码（IMEI）区别移动台设备的标志，可用于监控被窃或无效的移动设备,型号批准码,装配厂家号码,产品序号,备用,八、GSM的编号与识别,移动台的号码（MSISDN）由于GSM系统中移动用户的电话号码结构是基于ISDN的编号方式，所以称为MSISDN一个移动台可分配一个或几个MSISDN号码,八、GSM的编号与识别,移动台漫游号码（MSRN）当移动台漫游到一个新的服务区时，由VLR给它分配一个临时性的漫游号码（MSRN），并通知该移动台的HLR，用于建立通信路由。一旦该移动台离开该服务区，此漫游号码即被收回，并可分配给其它来访的移动台使用。漫游号码的组成格式与移动台国际（或国内）ISDN号码相同。,八、GSM的编号与识别,位置区和基站的识别码位置区识别码（LAI，Location Area Identification）。在检测位置更新和信道切换时，要使用LAI。全球小区识别码（GCI，Global Cell Identity）。LAI+CI。CI是一个2字节BCD编码，由各MSC自定。基站识别色码（BSIC，Base Station Identification Code）用于移动台识别相同载频的不同基站，特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载频且相邻的基站。,九、语音编码与信道编码技术,话音是模拟信号，采用数字信号形式传输时，需要抽样、量化、编码等A/D转换过程目前GSM采用的话音方案是13 kbit/s RPE-LTP码（规则脉冲激励长期预测）信道编码主要包括纠错编码和交织技术,九、语音编码与信道编码技术,GSM系统的话音编码和信道编码的组成框图,九、语音编码与信道编码技术,话音激活技术，也称间断传输（DTx）技术基本原则是只在有话音时才打开发射机，这样可以减小干扰，提高系统容量。对移动台可以减少电源消耗。用户有效讲话时，编码成13 kbit/s；模拟“舒适背景噪声”，500 bit/s,十、数字调制技术,GSM系统采用GMSK调制方式，即高斯低通最小频移键控调制,MSK（Minimum Shift Keying），即最小频移键控是一种特殊形式的FSK,十、数字调制技术,MSK信号特点如下：已调信号振幅是恒定的，可以采用相干检测或差分检测。信号频率偏移严格符合1/4Ts，相位调制指数以载波相位为基准的信号相位，在一个码元期间内准确地按线性变化/2在一个码元（Ts）期间内，信号应是四分之一载波周期的整倍数，即0、/2、3/2的n倍。码元转换时刻，信号的相位是连续的，即信号波形无突变。,十一、跳频技术,采用跳频技术可进一步提高系统的抗干扰性能跳频是指载波频率在很宽频率范围内按某种图案（序列）跳变,十一、跳频技术,跳频是靠躲避干扰来获得抗干扰能力的抗干扰性能用处理增益,频率击中现象（即跳到相同频率）一是同一小区或邻近小区不同的载频采用相互正交的伪随机序列二是跳频的设置需根据统一的超帧序列号以提供频率跳变顺序和起始时间广播控制信道和公用控制信道不采用跳频,十二、鉴权与加密,空中接口极易受到侵犯GSM系统为了保证通信安全，采取了特别的鉴权与加密措施鉴权是为了确认移动台的合法性加密是为了防止第三者窃听,十二、鉴权与加密,鉴权作用是保护网络，防止非法盗用目的是拒绝假冒合法用户的“入侵”，保护用户鉴权原理：基于GSM系统定义的鉴权键Ki当客户在网络上注册登记时，会被分配一个MSISDN、一个IMSI及一个与IMSI对应的移动用户鉴权键KiKi被分别存放在网络端的鉴权中心AUC中和移动用户的SIM卡中鉴权的过程就是在VLR中验证网络端和用户端的Ki是否相同,十二、鉴权与加密,问题用户将鉴权键Ki传输给网络时可能被人截获解决方法用鉴权算法A3产生加密的数据符号响应（SRES，Signed Response）,符号响应SRES,A3,VLR,鉴权键Ki+伪随机数RAND,十二、鉴权与加密,鉴权过程AUC产生鉴权三参数后将其传送给VLRVLR通过BSS将RAND送给移动台的SIM卡SIM卡中具有与网络端相同的Ki和A3、A8算法，可产生与网络端相同的SRES和KcMS将SIM卡产生的SRES发给VLR，在VLR中进行鉴权验证,十二、鉴权与加密,加密目的在空中对用户数据和信令的保密方法算法A8计算出加密密钥KcA5算法对用户信息数据流加密,十二、鉴权与加密,加密过程加密开始时根据MSC/VLR发出的加密指令，BTS侧和MS侧均开始使用Kc。MS侧，由Kc、TDMA帧号一起经A5算法，对用户信息数据流加密，在无线路径上传输。BTS侧，把从无线信道上收到的加密信息流、TDMA帧号和Kc，再经过A5算法解密后，传送给BSC和MSC。上述过程反之亦然,十二、鉴权与加密,移动设备的识别目的是确保系统中使用的移动设备不是盗用或非法的设备每一个移动台设备均有一个惟一的移动台设备识别码（IMEI）,十二、鉴权与加密,移动设备识别过程MSC/VLR向移动用户请求IMEI（国际移动台设备识别码）并将IMEI发送给EIR（设备识别寄存器）。收到IMEI后，EIR使用所定义的三个清单：白名单：包括已分配给参加运营者的所有设备识别序列号码。黑名单：包括所有被禁止使用的设备识别。灰名单：由运营者决定，例如包括有故障的及未经型号认证的移动设备。设备鉴定结果送给MSC/VLR，以决定是否允许入网,十二、鉴权与加密,用户识别码（IMSI）保密为了防止非法监听进而盗用IMSI，当在无线链路上需要传送IMSI时，均用临时移动用户识别码（TMSI）代替IMSI仅在位置更新失败或MS得不到TMSI时才使用IMSI,十二、鉴权与加密,TMSI使用过程每当MS用IMSI向系统请求位置更新、呼叫建立或业务激活时，MSC/VLR对它进行鉴权。允许入网后，MSC/VLR产生一个新TMSI，通过给IMSI分配TMSI的信令将其传送给MS，写入用户的SIM卡。此后，MSC/VLR和MS之间的信令交换就使用TMSI，而用户的IMSI不在无线路径上传送。,用户PIN（48位）目的：控制对SIM卡的使用使用过程只有PIN码认证通过，移动设备才能对SIM卡进行存取，读出相关数据，并可以入网。每次呼叫结束或移动设备正常关机时，所有的临时数据都会从移动设备传送到SIM卡中，再打开移动设备时要重新进行PIN码校验。,十二、鉴权与加密,十二、鉴权与加密,PIN错误输入处理如果输入不正确的PIN码，用户可以再连续输入两次；超过三次不正确，SIM卡被阻塞，须到网络运营商处消阻；连续十次不正确输入时，SIM卡回被永久阻塞，即作废。,十三、呼叫建立与位置更新举例,在移动通信中，呼叫建立及位置更新非常复杂，它包括了接口信道的信号编码，基站信号强度检测，移动交换中心的处理及信息交换等过程两个很简单的例子来说明其基本过程,十三、呼叫建立与位置更新举例,某一固定用户呼叫在另一地的漫游移动用户过程,十三、呼叫建立与位置更新举例,一个位置更新的简单过程,十四、通用分组无线业务（GPRS）简介,在GSM系统中，每个TDMA时隙只能提供9.6 kbit/s的传输速率GSM推出两种高速移动数据业务：HSCSD（高速电路交换数据业务）GPRS（通用分组无线业务）（General Packet Radio Service）,十五、GPRS业务,GPRS可以提供两类业务点对点（Point To Point，PTP）业务点对多点（Point To Multipoint，PTM）业务这两类业务也称为GPRS网所提供的承载业务。,十五、GPRS业务,点对点（PTP）业务GPRS网络在业务请求者和业务接收者之间提供的分组传送业务,基于PTP的用户终端业务信息点播业务。如Internet浏览业务（www），各类信息E-mail业务会话业务。在两个用户的实时终端之间提供双向信息交换远程操作业务。如，电子银行、电子商务、远程监控定位业务等,十五、GPRS业务,十五、GPRS业务,点对多点（PTM）业务可根据某业务请求者请求，把信息传送给多个或一组用户PTM业务请求者定义用户组成员国际移动组识别（IMGI）识别组成员业务请求者可定义所传信息的地理区域，地理区域可以是一个或几个，即所有成员可能分布在不同的地理区域内,基于PTM的用户终端业务点对多点单向广播业务集团内部点对多点双向数据量事务处理业务,十五、GPRS业务,十六、GPRS网络结构,GPRS网络是在GSM网基础上发展的移动数据分组网,GPRS的基本功能在移动终端和标准数据通信网的路由器之间传递分组业务,十六、GPRS网络结构,GPRS网络在现有GSM网络上增加SGSN（Serving GPRS Support Node）GGSN（Gateway GPRS Support Node）PTM SC（点对多点业务中心）等功能实体。GPRS和GSM使用同样的基站，但需要对基站的软件进行升级，使之可以支持GPRS系统,十六、GPRS网络结构,GPRS网络结构及其接口,新的GPRS移动台新的移动性管理（MM）程序原有GSM网络子系统的软件更新和新的MAP信令及GPRS信令,十六、GPRS网络结构,在一个归属PLMN内，可以有多个SGSN,SGSN及对外部的接口,十六、GPRS网络结构,SGSN功能（类似GSM中的MSC/VLR）对移动台进行鉴权、移动性管理和路由选择建立移动台GGSN的传输通道接收基站子系统透明传来的数据进行协议转换后经过GPRS的IP骨干网传给GGSN（或SGSN）或反向进行计费和业务统计,SGSN的对外接口,十六、GPRS网络结构,GGSN功能是GPRS网对外部数据网络的网关或路由器，提供GPRS和外部分组数据网的互联。接收移动台发送的数据，选择到相应的外部网络或接收外部网络的数据，根据其地址选择GPRS网内的传输通道，传输给相应的SGSN。地址分配和计费等,十六、GPRS网络结构,十六、GPRS网络结构,GGSN的对外接口,十六、GPRS网络结构,其它功能实体和网络接口与GSM系统基本相同为了支持分组数据的新协议必须升级软件，增加新的协议功能,7.5 CDMA移动通信系统,在蜂窝移动通信的各种标准体制中，CDMA技术占有非常重要的地位基于CDMA的IS-95标准是第二代移动通信系统中的两大技术标准体制之一在第三代移动通信系统的主流标准中，全部基于CDMA技术,一、CDMA系统概述,IS-95标准是最早的CDMA系统的空中接口标准1994年成立了CDMA发展组织（CDG，CDMA Development Group）基于IS-95的一系列标准和产品的统称为CDMAOneCDMA系统和TDMA系统的重要差异在于无线信道的构成，以及与之有关的无线接口和无线设备,二、扩频通信的基本概念,扩频（SS，Spread Spectrum）通信技术是一种信息传输方式用来传输信息的信号带宽远远大于信息本身的带宽；频带的扩展由独立于信息的扩频码来实现，并与所传输的信息数据无关；在接收端则用相同的扩频码进行相关解调，实现解扩和恢复所传的信息数据移动通信的码分多址（CDMA）方式就是建立在扩频通信的基础上,三、扩频的方法,直接序列扩频（DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum）采用比特率非常高的数字编码的随机序列去调制载波，使信号带宽远大于原始信号带宽跳频（FHSS，Frequency Hopping Spread Spectrum）用较低速率编码序列的指令去控制载波的中心频率，使其离散地在一个给定频带内跳变，形成一个宽带的离散频率谱,三、扩频的方法,扩频系统有以下一些特点：能实现码分多址复用（CDMA）；信号的功率谱密度低，因此信号具有隐蔽性且功率污染小；有利于数字加密、防止窃听；抗干扰性强，可在较低的信噪比条件下，保证系统传输质量；抗衰落能力强。,四、直接序列扩频（DSSS）,直扩系统原理,扩频和解扩是关键,四、直接序列扩频（DSSS）,扩频解扩处理过程,扩频的作用仅仅是扩展了信号带宽，虽然也常常被称作扩频调制，但它本身并不具有实现频谱搬移的功能,四、直接序列扩频（DSSS）,直扩系统的优点在于它可以在很低的甚至负信噪比环境中使系统正常工作例如，数据带宽为9.6kHz，扩展带宽为1.2288MHz，则扩频增益GP=21.7dB。,五、地址码技术,在扩频通信中，伪随机序列和正交编码是十分重要的技术伪码的码型将影响码序列的相关性，序列的码元（chip，码片）的长度将决定扩展频谱的宽度正交编码Walsh码的性能也将直接影响扩频系统的性能,五、地址码技术,CDMA IS-95系统的下行链路，PN短码用以区分基站，Walsh码用以区分用户，它们统一构成地址码上行链路则是长的PN码扩频，用其相位的不同区分信道或用户，而Walsh码进行多进制正交调制，用以提高反向链路的通信质量（反向链路不容易同步）,六、CDMA系统的特征,在CDMA蜂窝通信系统中，用户之间的信息传输也是由基站进行转发和控制的为了实现双工通信，正向（前向，下行）传输和反向传输可以使用不同的频率，即通常所谓的频分双工（FDD）；也可以使用不同的时帧，即通常所谓的时分双工（TDD）无论正向传输和反向传输，除去业务信息外，还需要传输控制信息，即不同的控制信道，这些都是采用不同的码型来区分,六、CDMA系统的特征,码分多址蜂窝通信系统的特征CDMA蜂窝系统具有更大的通信容量CDMA蜂窝系统的全部用户共享一个无线信道，用户信号的区分只靠所用码型的不同，具有软容量特性CDMA蜂窝系统具有“软切换”功能CDMA蜂窝系统可以充分利用人类对话的不连续特性来实现话音激活技术，以提高系统的通信容量CDMA蜂窝系统以扩频技术为基础，因而它具有扩频通信系统所固有的优点，如抗干扰、抗多径衰落和具有保密性等,七、IS-95系统的无线传输,基站到移动台的传输方向（下行、前向、正向）上设置了导频信道、同步信道、寻呼信道和正向业务信道在移动台到基站的传输方向（上行、后向、反向）上设置了接入信道和反向业务信道,八、IS-95前向信道,CDMA信道综合使用频分和码分多址技术频分是指把可供使用的频段分成若干个宽为1.25 MHz的频道，它是传输扩频调制信号所需的最小带宽码分是指用正交沃尔什函数来区分不同用途的信道（如导频信道、同步信道、寻呼信道），并用一对伪码（PN短码）的不同偏置进行四相调制来区分不同基站发出的信号,八、IS-95前向信道,前向信道结构前向链路的码分物理信道采用的正交码为64阶的Walsh函数，可提供64个正交码分物理信道。利用码分物理信道可以传送不同功能的信息。,当用户数过多，业务信道数目不够时，某几个寻呼信道可以临时用作业务信道；极端情况下，7个寻呼信道和1个同步信道都可用作业务信道。,逻辑信道,八、IS-95前向信道,信道的前向处理过程请参考其它参考书,九、IS-95后向信道,反向链路（又称上行链路）指由移动台发往基站的无线通信链路。IS-95系统中，反向链路的码分物理信道是由长度为242-1的PN长码构成的，使用长码的不同相位偏置来区分不同用户。,九、IS-95后向信道,反向信道结构物理信道由长度为242-1的PN长码构成使用长码的不同相位偏置