四、移动通信网络构成
(一)2G移动通信系统的网络构成
2G移动通信系统主要由移动交换子系统(NSS)、操作维护子系统(OSS)、基站子系统(BSS) 和移动台(MS) 四大部分组成,如图1L411041-2所示。
1 .移动交换子系统NSS
移动交换子系统NSS主要完成话务的交换功能,同时管理用户数据和移动性所需的数据库。NSS子系统的主要作用是管理移动用户之间的通信和移动用户与其他通信网用户之间的通信。移动交换子系统主要由移动交换中心(MSC)、操作维护中心(OMC) 以及移动用户数据库所组成。
( 1 )移动交换中心(M SC )是公用陆地移动网(P L M N )的核心。
( 2 )移动用户数据库一般存储管理部门用于移动用户管理的数据、MSC所管辖区域中的移动台的相关数据以及用于系统的安全性管理和移动台设备参数信息(2007年真题)。具体包括:移动用户识别号码、访问能力、用户类别、补充业务、用户号码、移动台的位置区信息、用户状态和用户可获得的服务、鉴权用户身份的合法性等内容,另外还具有对无线接口上的语音、数据、信令信号进行加密以及对移动设备的识别、监视、闭锁等功能。
2 .操作维护子系统OSS
操作维护子系统对整个网络进行管理和监控。通过它实现对网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。
3 .基站子系统BSS
BSS子系统可以分为通过无线接口与移动台相连的基站收发信台(BTS) 以及与移动交换中心相连的基站控制器(BSC)两个部分。BTS负责无线传输,BSC负责控制与管理。一个BSS系统由一个BSC与一个或多个BTS组成,一个BSC可以根据话务量需要控制多个BTS。
( 1 )基站控制器(B S C )是基站系统(B S S )的控制部分,在BSS中起交换作用。BSC—端可与多个BTS相连,另一端与MSC和操作维护中心OMC相连,BSC面向无线网络,主要负责完成无线网络管理、无线资源管理及无线基站的监视管理;控制移动台和BTS之间无线连接的建立、接续和拆除等管理;控制完成移动台的定位、切换和寻呼,提供语音编码、码型变换和速率适配等功能,并能完成对基站子系统的操作维护功能(2009年真题,注意与BTS功能的区别)。BSS中的BSC所控制的BTS数量随业务量的大小而有所改变。
( 2 )无线基站(B T S )是基站子系统(B S S )的无线部分,BTS在系统中的位置处于MS与BSC之间,与BTS直接相关的是无线接口。基站(B T S )是由基站控制器BSC控制,服务于某个小区的无线收发信设备,完成BSC与无线信道之间的转换,实现BTS与移动台MS之间通过空中接口的无线传输以及相关的控制功能。
4 .移动台MS
MS是移动用户设备,它由移动终端和客户识别卡(S IM卡)组成。
(二)3G移动通信系统的网络构成和工作模式
1.3G移动通信系统的网络构成
3G移动通信系统主要由用户设备(UE)、无线接入网(U T R A N )和核心网(CORENetwork)三部分组成。U T R A N由Node B 和RN C构成;核心网由P S和C S组成。其中的主要接口有U u接口、Iu b接口、Iu C S、IuP S接口。网络的结构如图1L411041-3所示。
( 1 )用户设备(UE) 它通过U u接口与网络设备进行数据交互,为用户提供电路域和分组域内的各种业务功能,包括普通语音、数据通信、移动多媒体、Internet应用 (如 E-mail、WWW 浏览、FTP 等)。UE 包括两部分:ME (The Mobile Equipment) 提供应用和服务,USIM (The UMTS Subscriber Module)提供用户身份识别。
( 2 )无线接入网(UTRAN) 包括无线网络控制器RNC和一个或多个基站NodeB,Node B 和RNC通过Iu b接口互联. 在UTRAN内,不同的RNS通过Iu r接口互联,Iu r可以通过RNC之间的直接物理连接或通过传输网连接。Node B 相当于GSM网络中的基站收发信台(BTS),它可采用FDD、TDD模式或双模式工作,每个NodeB服务于一个无线小区,提供无线资源的接入功能。RNC相当于GSM网络中的基站控制器(BSC),提供无线资源的控制功能。
( 3 )核心网(CORE Network) 它位于网络子系统内,由PS和CS组成,核心网的主要作用是把A 口上来的呼叫请求或数据请求,接续到不同的网络上。主要涉及呼叫的接续、计费,移动性能管理,补充业务实现,智能触发等方面。其主体支撑在交换机。
2. 3G移动通信系统的工作模式
3G移动通信系统主要有两种工作模式,即频分数字双工(FDD) 模式和时分数字双工(T D D )模式。
(1) FDD是上行(发送)和下行(接收)的传输分别使用分离的两个对称频带的双工模式,需要成对的频率,通过频率来区分上、下行。对于对称业务(如语音)能充分利用上下行的频谱,但对于非对称的分组交换数据业务(如互联网),由于上行负载低,频谱利用率则大大降低。
WCDMA和CDMA2000采用FDD方式,需要成对的频率规划。WCDMA即宽带CDMA技术,其扩频码速率为3. 84Mchip/s,载波带宽为5MHz,而CDMA2000的扩频码速率为1. 2288Mchip/s,载波带宽为1. 25MHz。另外,WCDMA的基站间同步是可选的,而CDMA2000的基站间同步是必需的,因此需要全球定位系统(GPS)。以上两点是WCDMA和CDMA2000最主要的区别(2010年真题)。除此以外,在其他关键技术方面,例如功率控制、软切换、扩频码以及所采用的分集技术等都是基本相同的,只有很小的差别。
(2) TDD是上行和下行的传输使用同一频带的双工模式,根据时间来区分上、下行并进行切换,物理层的时隙被分为上、下行两部分,不需要成对的频率,上下行链路业务共享同一信道,可以不平均分配,特别适用于非对称的分组交换数据业务(如互联网>。
TD>SCDMA采用TDD、TDMA/CDMA多址方式工作,扩频码速率为1. 28Mchip/s,载波带宽为1.6MHz,其基站间必须同步,适合非对称数据业务。
1L411042 CDMA和GSM网络特点
一、GSM移动通信系统
(一)工作频段及频道间隔
我国GSM通信系统采用900MHz和1800MHz两个频段。对于900MHz频段,上行(移动台发、基站收)的频带为890〜915MHz,下行(基站发、移动台收)的频带为935〜960MHz,双工间隔为45MHz,工作带宽为2 5M H z ;对于1800MHz频段,上行(移动台发、基站收)的频带为1710〜1785MHz,下行(基站发、移动台收)的频带为1805〜1880MHz,双工间隔为95MHz,工作带宽为75MHz。(注:带宽25M,间隔45M;带宽75M,间隔95M)
相邻两频道间隔为200kHz。每个频道采用时分多址接入(T D M A )方式,分为8个时隙,即8个信道(全速率)。每个用户使用一个频道中的一个时隙传送信息。
(二)频率复用
GSM频率复用是指在不同间隔区域内,使用相同的频率进行覆盖。GSM无线网络规划基本上采用4 X 3频率复甩方式,即每4个基站为一群,每个基站分成6个三叶草形60°扇区或3个120°扇区,共需12组频率。这种方式同频载干比C / I能够比较可靠地满足GSM标准。即C/I>12dB (GSM规范中一般要求大于9dB,工程中一般加3dB
余量)。
(三)GSM采用的多址技术
G SM通信系统采用的多址技术主要有频分多址技术(F D M A )和时分多址技术(TDMA)(2011年真题)。频分多址(F D M A )是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道(发射和接收载频对),每个信道可以传输一路语音或控制信息。时分多址(T D M A )是在一个宽带的无线载波上,按时隙划分为若干时分信道,每一用户占用一个时隙,只在这一指定的时隙内收(或发)信号。
(四)GSM信道
GSM中的信道分为物理信道和逻辑信道。一个物理信道就是频宽200kHz,时长为0. 577ms的物理实体。逻辑信道又分为业务信道和控制信道两大类。
1 .业务信道(T C H ) :用于传送编码后的语音或客户数据。在上行和下行信道上,点对点(BTS对一个MS,或反之)方式传播。
2 .控制信道: 用于传送信令或同步数据。根据所需完成的功能又把控制信道定义成广播、公共及专用三种控制信道。
(五)GSM通信系统的构成
GSM通信系统主要由移动交换子系统(NSS)、基站子系统(B S S )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Urn接口。GSM规范对系统的A 接口和Um接口都有明确的规定,也就是说,A 接口和Um接口是开放的接口。
(六)切换
处于通话状态的移动用户从一个BSS移动到另一个BSS时,切换功能保持移动用户已经建立的链路不被中断。切换包括BSS内部切换、BSS间的切换和NSS间的切换。其中BSS间的切换和NSS间的切换都需要由MSC来控制完成,而BSS内部切换由BSC控制完成。
二、CDMA通信系统
(一)CDMA工作频段
我国CDMA通信系统采用800MHz频段:825〜835MHz (移动台发、基站收870〜880MHz (基站发、移动台收)。双工间隔为45MHz,工作带宽为10MHz,载频带宽为1.25MHz,如表1L411042所示。
(二)CDMA多址方式
1.CDMA给每一用户分配一个唯一的码序列(扩频码),并用它来对承载信息的信号进行编码。
2. CDMA按照其采用的扩频调制方式的不同,可以分为直接序列扩频(DS)、跳频扩频(F H )、跳时扩频(T H )和复合式扩频等几种扩频方式。扩频通信系统具有抗干扰能力强、保密性好、可以实现码分多址、抗多址干扰、能精确地定时和测距等特点。
(三)CDMA信道
CDMAIS~95A中主要有开销信道和业务信道两类信道。导频信道、寻呼信道、同步信道、接人信道统称为开销信道。导频信道、寻呼信道、同步信道、业务信道构成前向信道;接入信道、业务信道构成反向信道。
(四)CDMA通信系统的构成
CDMA系统同GSM等2G移动通信系统一样由移动交换子系统(含MSC,EIR,VLR,HLR,AUC)、基站子系统(含BSC和B T S )和移动台(M S )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。
(五)CDMA切换
与GSM的硬切换相比,CDMA移动台在通信时可能发生同频软切换、同频同扇区间的更软切换以及不同载频间的硬切换。
所谓软切换是指移动台开始与一个新的基站联系时,并不立即中断与原基站间的通信,当与新的基站取得可靠通话后,再中断与原基站的通信。这使得CDMA相对GSM在切换成功率方面大大提高。
(六)CDMA的优点(2007年真题)
和TDMA相比,CDMA具有以下优点:
1 .系统容量大。
2 .系统通信质量更佳。
3 .频率规划灵活。
4 .频带利用率高。
5 .适用于多媒体通信系统。
6.CDMA手机的备用时间更长。低平均功率、高效的超大规模集成电路设计和先进的锂电池的结合显示了 CDMA在便携式电话应用中的突破。用户忖以长时间地使用手机接收电话,也可以在不挂机的情况下接收短消息。