第二代移动通信系统简介

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：它是基于TDMA 的数字蜂窝通信系统。GSM 系统的基本特点GSM 数字蜂窝移动通信是完全依据欧洲通信标准化委员会制定的GSM 技术规范研制而成的，任何一家厂商提供的GSM 数字蜂窝移动通信系统都必须符合GSM 技术规范。IS-95A 是最早商用的CDMA 移动通信空中接口标准。CDMA2000是美国向ITU 提出的第三代移动通信空中接口标准的建议，是IS-95标准向第三代演进的技术体制方案。

1.GSM 系统

GSM 数字蜂窝移动通信系统的无线接口即Um 接口，也就是通常所称的空中接口。它是基于TDMA 的数字蜂窝通信系统。GSM 系统的典型结构与PLMN 的结构相同。移动台（MS）是公用GSM 移动通信网中用户使用的设备，移动台的类型不仅包括车载台和便携式台，还包括手持台。

移动台一个重要的组成部分是用户识别模块（SIM，Subscriber Identity Modula），它基本上是一张符合ISO 标准的“智能”卡，包含所有与用户有关的，被储存在用户这方的信息，其中包括鉴权和加密信息。使用GSM 标准的移动台都需要在插入SIM 卡的情况下操作移动台。SIM 卡的应用使移动台并非固定地束缚于一个用户，因此，GSM 系统是通过SIM 卡来识别移动电话用户的，这为将来发展个人通信打下了基础。

（1）小区结构和载频复用

GSM 系统中的小区也有大小之分。大者，基站（BS）与移动台（MS）间的距离可达到35 km，适用于农村区域；小者，小区的半径（BS与MS间的距离）可降至1 km，适用于市区。在高密度业务区，如在市中心，则可采用扇型小区结构。

系统可接受的同频道保护比可降至C/I=9 dB，因此采用每个小区具有三扇型的3小区复用型式（即相当于9小区簇）是可行的。

（2）工作频带和载频间隔

GSM 蜂窝移动通信系统工作在如下射频频带：

·上行（移动台发，基站收）890～915 MHz；

·下行（基站发，移动台收）935～960 MHz；

·双工间隔为45 MHz。

随着业务的发展，可视需要向下扩展，或向1.8 GHz频段的DCS 1800过渡，即1 800 MHz频段，DCS 1800系统工作在如下射频频带：

·上行（移动台发，基站收）1 710～1 785 MHz，；

·下行（基站发，移动台收）1 805～1 880 MHz；

·双工间隔为95 MHz。

（3）信道结构

应用蜂窝结构的GSM 系统采用时分多址的接入技术，因此GSM 系统是一个频率-时间分隔的蜂窝系统。载频间隔为200 k Hz，而每个载频按时间分隔为8个时隙的一个TDMA帧，即每个载频含8个物理信道。每个小区基站含有若干个预先分配的频率/时间信道。

8个基本物理信道采用时分多址方式和高斯滤波最小移频键控（GMSK）（BT=0.3）的调制，每载波码元速率为270.833 kbit/s。

（4）GSM 系统的基本特点

GSM 数字蜂窝移动通信是完全依据欧洲通信标准化委员会（ETSI）制定的GSM 技术规范研制而成的，任何一家厂商提供的GSM 数字蜂窝移动通信系统都必须符合GSM 技术规范。GSM 系统作为一种开放式结构和面向未来设计的系统具有下列主要特点。

①GSM 系统是由几个分系统组成的，并且可与各种公用通信网（PSTN、ISDN、PDN 等）互连互通。各分系统之间或各分系统与各种公用通信网之间都明确和详细定义了标准化接口规范，保证任何厂商提供的GSM 系统或子系统能互连。

②GSM 系统能提供穿过国际边界的自动漫游功能，对于全部GSM 移动用户都可进入GSM 系统而与国别无关。

③GSM 系统除了可以开放话音业务，还可以开放各种承载业务、补充业务和与ISDN 相关的业务。

④GSM 系统具有加密和鉴权功能，能确保用户保密和网络安全。

⑤GSM 系统具有灵活和方便的组网结构，频率重复利用率高，移动业务交换机的话务承担能力一般都很强，保证在话音和数据通信两个方面都能满足用户对大容量、高密度业务的要求。

⑥GSM 系统抗干扰能力强，覆盖区域内的通信质量高。

⑦用户终端设备（手持机和车载机）随着大规模集成电路技术的进一步发展向更小型、轻巧和增强功能趋势发展。

（5）GSM 系统的发展

作为GSM 的升级技术，GPRS在现有GSM 电路交换模式之上增加了基于分组的空中接口，引入了分组交换，支持无线IP分组数据传输，支持基于GPRS传输的短信业务（SMS）、多媒体彩信业务（MMS）以及终端无线上网业务等。

GPRS对GSM 的多个时隙捆绑，可提供的最高数据速率是115 kbit/s。GPRS通过网关与数据网相连，提供GPRS子网与数据网的接口。由于GSM 是基于电路交换的网络，GPRS的引入需要对原有网络进行一些改动，需增加新的设备，如GPRS业务支持节点（SGSN）、网关支持节点（GGSN）和GPRS骨干网；除此之外，其他新技术还需改进，如分组空中接口、信令、安全加密等。GPRS提高了线路利用率，只有当数据传送或接收时才占用无线频率资源，利用了数据通信统计复用和突发性的特点。

2.CDMA系统

（1）概述

CDMA 体制具有抗人为干扰、窄带干扰、多径干扰、多径延迟扩展的能力，具有可提高蜂窝系统的通信容量和便于模拟与数字体制的共存与过渡等优点，这使得CDMA 数字蜂窝系统成为TDMA 数字蜂窝系统的强有力的竞争对手。

IS-95A 是最早商用的CDMA 移动通信空中接口标准。IS-95B是IS-95A 的进一步发展，主要目的是能满足更高的比特速率业务的需求，IS-95B 可提供的理论最大比特速率为115 kbit/s。IS-95A 和IS-95B均有一系列标准，其总称为IS-95。CDMAOne是基于IS-95标准的各种CDMA 产品的总称，即所有基于CDMAOne技术的产品，其核心技术均以IS-95作为标准。CDMA2000是美国向ITU 提出的第三代移动通信空中接口标准的建议，是IS-95标准向第三代演进的技术体制方案。其中CDMA2000 1X 是一个载波的CDMA2000标准，可支持308 kbit/s的数据传输、网络部分引入分组交换，可支持移动IP 业务，CDMA2000 1X 与IS-95（A/B）后向兼容，可实现平滑过渡。

IS-95 CDMA 和CDMA2000 1X 蜂窝系统工作频带：

·上行（移动台发，基站收）825～849 MHz；

·下行（基站发，移动台收）870～894 MHz；

·双工间隔为45 MHz。

应用蜂窝结构的IS-95 CDMA 和CDMA2000 1X 系统采用码时分多址的接入技术，载频间隔为1.23 MHz，码片速率为1.228 8 Mchip/s，每个小区可采用相同的载波频率，即频率复用因子为1。

（2）CDMA 与信道配置

1）CDMA 与蜂窝结构的关系

扩频CDMA 数字蜂窝系统是频带资源共享的，在一个CDMA 蜂窝系统中各个小区都共享一个频带。从频率重用角度来说，蜂窝区群结构的关系大为减弱了。在CDMA 系统中，蜂窝结构（包括扇区结构）的考虑在于频带资源共享后的多用户干扰的影响。

①CDMA 蜂窝系统的信号带宽

窄带CDMA 蜂窝系统频谱带宽的确定基于如下考虑：频谱资源的限制，系统容量，多径分离，扩频处理增益。

②码分多址与蜂窝系统的小区和扇区

在扩频CDMA 蜂窝系统之间是采用频分的，即不同的CDMA 蜂窝系统占用不同频段的1.23 MHz带宽。而在一个扩频CDMA 蜂窝系统之内，则是采用码分站址的，即对不同的小区和扇区基站分配不同的码型。在IS-95CDMA 和CDMA2000 1X 中，这些不同的码型是由一个PN 码序列生成的，PN 序列周期（长度）为215，即32 768切普（chips）。将此周期序列自每64 chip移位序列作为一个码型，共可得到32 768/64=512个码型。这就是说，在1.25 MHz带宽的CDMA 蜂房系统中，可区分多达512个基站或扇区。

2）IS-95 CDMA 物理信道与逻辑信道

①物理信道

将BS到MS方向的链路称作前向链路（Forward Link），将MS到BS方向的链路称为反向链路（Reverse Link）。前向链路和反向链路均是由码分物理信道构成的。在IS-95标准中，由Walsh序列码型提供的前向码分物理信道，由不同的长码区分反码分物理信道。

②逻辑信道

利用码分物理信道可以传送不同功能的信息。依据所传送的信息功能不同而分类的信道，称为逻辑信道。逻辑信道及其功能如下。

·导引信道：基站在此信道发送导引信号（其信号功率比其他信道高20 d B）供移动台识别基站并导引移动台入网。

·同步信道：基站在此信道发送同步信息供移动台建立与系统的定时和同步。

·寻呼信道：基站在此信道寻呼移动台发送有关寻呼、指令及业务信道指配信息。

·接入信道：是一个随机接入信道，供网内移动台随机占用，移动台在此信道发起呼叫及传送应答信息。

·业务信道：供移动台和基站台双向通信并传送信令之用。

其中前向链路中的逻辑信道有导引信道、同步信道、寻呼信道和业务信道，反向链路中的逻辑信道包括接入信道和业务信道。

3）IS-95 CDMA 的特点

·IS-95 CDMA 系统采用GPS（全球定位系统）时间标尺确定一个系统公共时钟基准，每个基站的标准时基与CDMA 系统的时钟对准，驱动系统的同步和码同步。

·前向信道接收机中，首先利用导引信号进行信道估计，对其他信道进行相干解调。

·反向信道采用Walsh正交调制，接收机采用非相干解调。

·在通话过程中，单方向有60%的时间是静默状态，仅40%的时间需要传输话音数据，通常称之为话音激活技术。话音激活技术可方便应用于CDMA 系统，实现变速率传输，减少干扰，增加系统容量。

·各种分集特性：扩频技术频率分集，基站两个接收天线的空间分集，RAKE接收机构成多径分集，交织编码构成时间分集。

·软切换特性：扇区间的切换采用更软切换，由基站自身控制完成；基站间采用软切换，由基站控制器控制实现“先连后断”的连接。

·反向精确的功率控制：基站每隔1.25 ms连续地对用户到达基站的接收信号进行测量，产生功率控制指令，并通过前向信道发给移动台，以进行功率调整，在保证通话质量的最小需求情况下，尽量减少全部信号强度电平。

（3）CDMA2000 1X 物理信道与逻辑信道

CDMA2000 1X 前向信道所包括的导频信道、同步信道、寻呼信道均兼容IS-95A/B 系统控制信道特性。CDMA2000 1X 反向信道包括接入信道、增强接入信道、公共控制信道和业务信道，其中增强接入信道和公共控制信道除可提高接入效率外，还适应多媒体业务。CDMA2000 1X的主要特点如下。

1）前向快速功率控制技术

CDMA2000采用快速功率控制方法。方法是移动台测量收到业务信道的Eb/Nt，并与门限值比较，根据比较结果，向基站发出调整基站发射功率的指令，功率控制速率可以达到800 bit/s。由于使用快速功率控制，可以减少基站发射功率、减少总干扰电平，从而降低移动台信噪比要求，最终可以增大系统容量。

2）反向相干解调

基站利用反向导频信道发出扩频信号捕获移动台的发射，再用梳状（RAKE）接收机实现相干解调，与IS-95采用非相干解调相比，CDMA2000 1X 提高了反向链路性能，降低了移动台发射功率，提高了系统容量。

3）连续的反向空中接口波形

在反向链路中，数据采用连续导频，使信道上数据波形连续，此措施可减少外界电磁干扰，改善搜索性能，支持前向功率快速控制以及反向功率控制连续监控。

4）增强的媒体接入控制功能

媒体接入控制子层控制多种业务接入物理层，保证多媒体的实现。它实现话音、分组数据和电路数据业务同时处理，提供发送、复用和QoS控制，提供接入程序。CDMA2000 1X 与IS-95相比，可以满足更大的带宽和更多业务的要求。

（4）CDMA2000标准的发展

CDMA2000 1X 的数据速率可达308 kbit/s，按规划最终平滑无缝隙地演进至传输速率可高达2 Mbit/s，即CDMA2000 3X。这种过渡比较平滑，即很多资源可以继续利用。另外用于专门传输分组数据的CDMA2000 1X EV-DO 系统峰值数据速率可达2.4 Mbit/s。

第二代移动通信系统简介

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