教学指南、习题答案移动通信.doc

1、1移动通信技术教学指南本教材系全国五年制高职电子与信息类专业规划教材，全书共分五章，内容包括移动通信概论、GSM 数字蜂窝移动通信系统、GPRS 技术、CDMA 数字移动通信系统、通信电源系统简介。移动通信产业的快速发展，需要大量的高级和中级技术人才，高、中等职业学校和行业岗位培训担负起培训移动通信领域中、高级技术工人的任务。培养学生严谨思考、实事求是的科学态度，良好的职业道德，以及系统分析问题和解决问题的能力。其任务是使学生具备从事通信技术相关工作的高素质劳动者和中初级专门人才所必需的专业知识基础和专业技能。为培养学生的创新能力和全面素质打下良好的基础。考虑移动通信技术所涉及的深度与广度，本

2、书作为高等、中等职业学校及岗位培训教材，重点介绍 GSM 数字移动通信网，适当介绍 GPRS、 CDMA 系统，尽量做到通俗易懂，结合实际，避免繁琐的数学推导。全书总参考教学时数为 50 学时（分配如下）：第 1 章 移动通信概论(8 学时 )本章知识要点：1. 了解移动通信发展简史、移动通信中蜂窝的基本概念（三种蜂窝小区的应用） 、了解移动通信切换、漫游的概念和应用以及常用的多址技术。2. 初步了解陆地移动通信的特性（电波传播的特点、干扰和噪声） 。3. 初步了解和掌握移动通信系统蜂窝无线区域的基本组成方法和系统规划。第 2 章 GSM 数字蜂窝移动通信系统(18 学时)本章知识要点：1.

3、着重了解 GSM 移动通信系统的组成及各网络单元的作用、基本工作原理。2. 了解 GSM 系统的网络接口3. 了解 GSM 系统的空间无线接口（频率配置、逻辑信道类型及作用）4. 针对第一章陆地移动通信的特性，了解 GSM 系统所采用的关键技术（如多址技术、分集接收、话音编码技术、信道编码等） 。5. 了解 GSM 系统的网路结构（含信令网络）6. 编号计划及呼叫处理的一般过程第 3 章 GPRS 技术(8 学时)本章知识要点：21. 了解 GPRS 技术产生的背景和技术特点。2. 了解 GPRS 的总体结构（网络结构、逻辑结构及主要实体） 。3. 了解 GPRS 系统的无线部分结构（无线区域

4、组成、空间接口）4. 了解 GPRS 系统的局限性与未来发展前景第 4 章 CDMA 数字移动通信系统(10 学时)本章知识要点：1. 了解 CDMA 系统的基本工作原理（扩频通信、扩频方式） 。2. 了解 CDMA 通信系统的特点、DS-CDMA 基本单元的工作原理。3. 同样针对第一章陆地移动通信的特性，了解 CDMA 系统所采用的关键技术。4. 了解 CDMA 移动通信系统的网络结构及未来发展前景第 5 章 通信电源系统简介(6 学时)本章知识要点：1. 了解通信局站直流供电系统的组成。2. 了解通信局站直流供电系统工作原理。3. 了解通信用二次模块电源的应用。课程的教学方法与手段：（一

5、）在理论教学和实践教学中，要加强对学生能力的培养，要积极采用 CAI 等现代化教学手段，努力进行教学方法改革。（二）必须安排适当的习题，其中应包括一部分综合性习题，让学生在综合运用中提高自己的能力。（三）为了达到能力培养的目的，进行实践教学时应注重过程，注意培养学生严谨的科学作风和良好的职业道德。（四）要积极组织学生开展课外实践活动，进一步培养学生的综合运用能力、创新能力和创业能力。因受编委会要求 15 万字篇幅所限，本书内容略显单薄，关于移动通信设备方面的有关内容，可以参考有关的技术资料，并结合实际，可安排 24 学时组织学员参观一些实际的移动通信系统与设备，这对学好本课程会有很大的帮助。虽

6、然本书的编者多年在职教领域从事通信专业的教研工作，但通信技术发展之迅速，令人目不暇接。对书中有些内容的认识和理解难免出现偏差，希望广大读者批评指正，以便在未来本书再版时修正。3主编：丁雄 Email: 邮编：330013通信地址：江西南昌昌北枫林大街 3 号 江西财经大学电子信息学院4移动通信技术习题参考答案习题一一、 填空题1. 移动通信系统一般由 移动交换局（MSC） 、 基站（ BS）和 移动手机（MS）组成。2. 移动通信网的服务区域覆盖方式可分为 大区 制和 小区 制两种。 小区制就是将一个服务区划分为覆盖半径为 110 公里的若干小区，每个小区 设基站 ，负责与小区内的 手机 进

7、行联系。3. 移动通信中无线电波传播的三个效应是 阴影效应、 远近效应和 多普勒效应。二、 问答题1. 移动通信网采用蜂窝小区制覆盖的目的是什么？从同一小区发出的同时通信的信道由于设备原因是有限的，特别是可用频率有限。为了充分利用频谱，应使相距足够远的小区使用同一频率，即频率复用，并且不产生干扰。由于实现了频率再用，大大提高了系统容量。2. 移动通信信道有哪些特点？1、电波传播的开放性。2、用户接收点地理环境的复杂性与多样性3、通信用户的随机移动性3. 简述移动通信电波传播的特点。1 直射波：它是指在视距覆盖区内无遮挡的传播，直射波传播的信号最强。2 多径反射波：指从不同建筑物或其他物体反射后

8、到达接收点的传播信号，其信号强度次之。3 绕射波：从较大的山丘或建筑物绕射后到达接收点的传播信号，其强度与反射波相当。4. 由于移动通信传播的开放性，外部噪声和干扰是影响通信性能指标的重要因素。影响移动通信性能指标的外部噪声和干扰主要有哪些？在常用的移动通信频率范围内，最主要的外部噪声源是人为噪声(主要指电气设备的噪声，如电力线噪声、工业电气噪声、汽车或其它发动机的点火噪声等)。在移动通信中，由于各种无线电通信设备同时发射电磁波，往往会在接收机处形成干扰，考虑较多的是互调干扰、邻道干扰、同频干扰和多址干扰等。5. 比较基站天线激励两种方式的优劣。通常中心激励方式采用全向天线，主要应用在郊区、乡

9、村，以信号覆盖为主。顶点激励方式采用的是定向天线，主要应用在城镇，以吸收话务量为主。顶点激励方式对来自定向天线之外的同频干扰信号，有一定的抑制作用，从而降低了干扰，允许以较小距离进行频率复用，提高了频率利用率。与全向天线覆盖相比，定向天线可以方便地调整俯仰角更好地控制覆盖。同时由于基站数目的减少而降低了移动运营商的站址租用和维护费用。56. 蜂窝小区规划时应考虑哪些因素？蜂窝小区规划需要预计到小区话务量变化和小区的频率复用群。还应考虑到每个小区电路的路由选择，其大小还要依据预计的话务量情况来确定。在估计市场需求时，要考虑：1. 人口密度和居民购买力，用来估计服务的深度和广度；2. 经济活力决定

10、了时间、地点和话务量密度。习题二一、 填空题1 GSM 系统采用双频双工的通信方式，基站的发射（下行）频率为 935960 MHz,手机的发射（上行）频率为 890915 MHz，双工间隔为 45 MHz。2 在 GSM 系统中，业务信道用于传送 数字语音信号和数据 ，控制信道用于传送基站和手机之间的 信令与同步数据 。3 信道编码的目的是 为了提高信息传输的可靠性 ，信道编码就是在信息码中添加 校验码 ，以供接收端检测和纠正 受噪声干扰造成的错码 。4 数字手机采用交织技术的目的是 抗信号在传输过程中受到的连续性干扰 。所谓“交织”就是在发送端将信息码 排列次序打乱，从新排列组合 ，使不同帧

11、的信息码相互 穿插交织 后再发送到信道中去。在接收端只要将数据 去交织 ，恢复原来的数据 序列 ，这样就将突发性错码，可用 应对随机性错码的方法 加以纠正。二、问答题1. GSM 系统中的主要功能实体有哪些？GSM 系统主要由移动台(MS) 、无线基站子系统(BSS) 、交换网络子系统(NSS)和操作维护子系统（OSS）四部分功能实体组成。2. SIM 卡的使用有哪些特点？任何一个移动用户用自己的 SIM 卡可以使用不同的 GSM 手机，从而实现了机卡分离的构想。SIM 卡中存有许多用于用户身份认证所需的重要信息，如号码、密钥、呼叫限制信息等等，SIM 卡还存储与网络和用户有关的管理数据( 这

12、些信息只能由网络运营商存取) ，能使系统执行一些与安全保密有关的操作，以防止非法用户入网。仿造两张同样的 SIM 卡是几乎不可能的，所以手机一般情况下不易被盗用，这是数字移动电话的突出特点3. 什么是 PIN 码？PIN 码即个人身份识别码，用于控制对 SIM 卡的使用，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，并可以进网。每次呼叫结束或移动设备正常切断时，所有的临时数据都会从移动设备传送到 SIM 卡中，再次打开移动设备时要重新进行PIN 码校验。64. 根据 GSM 移动台的电路原理图，简述数字手机电路的基本组成。移动台的电原理方框图如图所示。数字式移动台

13、是由收发信部分、基带信号处理和控制部分、终端接口部分三大部分组成。收发信部分包括天线系统、发送、接收、调制解调和振荡器等高频系统。发送部分由高频功率放大器、带通滤波器组成。接收部分由高频滤波、高频放大、混频、中频滤波、中频放大器组成。调制解调器采用 GMSK 方式。振荡器为频率合成器控制的压控振荡器（VCO ） ，为收、发信单元提供混频所必须的本振信号。基带信号处理和控制部分包括发送和接收通道处理和控制。发送通道的处理包括语音编码、信道编码、加密、TDMA 帧形成。其中信道编码包括分组编码、卷积编码和交织。接收通道的处理包括自适应均衡、信道分离、解密、信道解码和语音解码。控制部分是由微处理器来

14、实现，对移动台进行控制和管理，包括定时、收发信、基带信号处理、终端接口等的控制。若采用跳频，还应包括对跳频的控制。终端接口部分包括模拟语音接口(A/D、D/A 变换，话筒、扬声器)、数字接口(数字终端适配器) 和人机接口(显示器、键盘、SIM 卡)。5. 数字移动电话网的接口及主要作用是什么？GSM 系统遵循 CCITT 建议的公用陆地移动通信网（PLMN）接口标准，采用 7 号信令支持 PLMN 接口进行所需的数据传输。如图所示。7各接口的作用如下：1、 MSC 与 BSS 之间的接口(A 接口)A 接口定义为移动业务交换中心 (MSC)与基站子系统(BSS)之间的通信接口。此接口主要传递移

15、动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等信息。另外当 BTS(不与 BSC 处于同一位置) 与 BSC 之间采取远端互连方式时，BTS 与 BSC 之间的接口用 Abis 表示，并支持对 BTS 无线设备的控制和无线频率的分配。2、 MSC 与 VLR 之间的接口(B 接口)B 接口定义为 MSC 与访问位置寄存器（VLR）之间的接口。用于 MSC 向 VLR 询问有关 MS 当前位置信息或通知 VLR 有关 MS 的位置更新信息等。3、 MSC 与 HLR 之间的接口(C 接口)C 接口用于传递路由选择和管理信息。4、 HLR 与 VLR 之间的接口(D 接口)这个接口用于交换有关移动用户

16、的位置数据和管理用户数据。5、 MSC 之间的接口(E 接口 )E 接口定义为控制相邻区域的不同移动业务交换中心(MSC)之间的接口，主要用于交换移动用户在 MSC 之间进行越局切换时的有关信息。6、 MSC 与 EIR 之间的接口(F 接口)F 接口用于 MSC 和设备识别寄存器(EIR)之间的信令交换，用于交换相关的国际移动设备识别码管理信息。7、 VLR 之间的接口(G 接口 )当一个移动用户使用临时移动用户识别号(TMSI)在新的 VLR 中登记时，用此接口在VLR 之间传送有关信息。8、 BSS 与 MS 之间的空中接口 (Um 接口)Um 接口(空中接口)定义为移动台与基站子系统（

17、BSS）之间的接口，实际上是 MS 与基站收发信台(BTS)之间的无线通信接口9、 用户与网络之间的接口(Sm 接口)Sm 接口是人机接口，它是移动用户与移动网络间的接口。6. 基站和移动台间的时间是如何调整的？GSM 蜂窝系统规定上行传输（MS 到 BTS）所用的帧号和下行传输（ BTS 到 MS）所8用的帧号相同，但上行帧(相同号码 )比下行帧，在时间上推后 3 个时隙，如图所示。这样规定的目的是允许移动台在这 3 个时隙的时间内，进行帧调整和对收发信机的调谐和转换。从图可见，收发之间间隔 3 个时隙。假如某移动台用时隙 2（TS2）与基站进行通信，且它在通信期间向远离基站方向移动，因此从

18、基站发出的信息，将会越来越迟地到达移动台。与此同时移动台的应答信息，也会越来越迟地到达基站。如果不采取措施，时延就会使该移动台在 TS2 发送的信息与基站在 TS3 接受到的另一个呼叫信息重迭起来。所以，在通信过程中，必须监视信息到达基站的时间，并由系统向移动台发送指令，随着移动台离开基站的距离而逐步指示移动台提前发送信息的时间，这就是时间的调整。7. 简述 GSM 时帧结构。GSM 帧结构有超高帧、超帧、复帧、TDMA 帧和时隙 5 个层次。GSM 时帧结构如图所示。1 个时隙=156.25bits ，时隙长为 0.577ms 。相当 1bit 的持续时间约为 3.69s 。相应的比特速率为

19、 156.25/0.577=270.833kbit/s。1 个 TDMA 帧有 8 个时隙组成，TDMA 帧长为 4.615ms。1 个 51 帧的控制信道复帧=51 个 TDMA 帧，时长为 235.38ms。这种复帧用于广播控制信道和公共控制信道。26 个这样的复帧组成一个超帧。91 个 26 帧的业务信道复帧=26 个 TDMA 帧，时长为 120ms。在 120ms 的 26 帧中，24帧为用户信息，另外两帧传送系统控制信息。这种复帧用于业务信道、慢速随路控制信道和快速随路控制信道。51 个这样的复帧组成一个超帧。1 超帧=1326 个 TDMA 帧，超帧时长为 6.12s。每个超帧又

20、是由复帧组成，复帧有两种结构：一种是由 26 个 TDMA 帧构成的复帧，用于业务信道；一种是由 51 个 TDMA 帧构成的复帧，用于控制信道。1 超高帧=2048 个超帧=2715648 个 TDMA 帧，超高帧时长为 3 小时 28 分 53 秒 760 毫秒。TDMA 帧号是以超高帧时长为周期循环编号的，从 0 到 2715647。有了 TDMA 帧号，移动台就可根据这个号判断控制信道 TS0 上传送的是哪一类逻辑信道。另外，超高帧周期与加密及跳频有关，每经过 3 小时 28 分 53 秒 760 毫秒重新启动密码和跳频算法。8. 何谓分集技术？移动通信系统通常使用哪几种分集技术？分集

21、技术就是研究如何利用多径信号来改善系统的性能。它利用多条具有近似相等的平均信号强度和相互独立衰落特性的信号路径来传输相同信息，并在接收端对这些信号进行适当的合并以便大大降低多径衰落的影响，从而改善传输的可靠性。移动通信系统通常使用分集方法有空间分集，时间分集和频率分集等。9. 什么是信道编码？GSM 系统话音的信道编码是如何实现的？信道编码，即在话音码元中插入一些校验码，利用插入的校验码对整个通信系统进行差错控制。GSM 系统首先将话音分成 20ms 的音段，这 20ms 的音段通过话音编码器被数字化，产生 260 个 bit 的话音编码帧，并按对传输误差的敏感程度，把 260 个话音比特分成

22、 3 部分:50 个最重要比特（ a 类） 、 132 个重要比特（ b 类）和 78 个不重要比特（类） 。50 个最重要比特添加 3 个奇偶校验比特（分组编码） ，这 53 个比特连同 132 个重要比特与 4 个尾比特一起共 189 个比特被 l/2 速率卷积编码保护，共得 378bit。它和不加差错保护的 78个不重要比特合在一起共有 456bit。因此，话音信号的信道编码速率为 456/20=22.8kbit/s，如图所示。10. 采用跳频的目的是什么？由于移动通信电波传播多径效应引起的瑞利衰落与载波频率有关，衰落谷点将因频率的不同而发生在不同的地点。如果在通话期间载波频率在几个频点

23、上变化，则可以认为在一个频率上有一个衰落谷点，那么仅会损失信息的一小部分，即可以改善由衰落造成的误码特性。因此为了提高通信系统的抗干扰能力和减少多径衰落对传输的影响，11. 临时移动用户识别码（TMSI）有何作用？为了对移动用户识别码保密， MSC/VLR 可给每个来访的移动用户分配一个临时移动用户识别码（TMSI） （仅限在本 MSC/VLR 业务区内使用） ，每个移动用户的 IMSI 和 TMSI可按一定算法转换。TMSI 的作用是保证用户除了起始在网络中登记时要使用 IMSI 外，在后续的呼叫中，可以避免通过无线信道发送其 IMSI，即空中接口传递的识别码采用 TMSI代替 IMSI，从

24、而防止窃听者检测特定用户的通信内容，或者盗用合法用户的识别码。12. 简述手机开机信号接续过程。10(1)开机后，手机搜索并接收广播信道的载波，找到最强的一个，通过读取广播信道中的频率校正信道，协调自己的频率合成器与载波完成同步。(2)手机在此频率上读取同步信道中的信息，接收并解调出基站收发信台的基站识别码，并同步到超高帧 TDMA 的帧号上，此时手机就与系统在时间上同步了。(3)在呼叫前手机必须知道大量的信息，例如：附近小区的频率、基站的识别码、现在小区使用的频率、小区是否禁止使用、移动网国家代号及网络号等等。手机可以通过接收广播控制信道的信息了解这些情况。(4)登记接入。手机在随机接入信道

25、上发送登记接入请求信息。然后，系统通过准许接人信道为手机分配一个独立控制信道。(5)手机在独立控制信道上完成登录，也就是位置更新。在慢速随机控制信道上发送控制功率大小和时间提前量的信令。至此，手机才作好应答呼叫或发起呼叫的准备，手机处于空闲等候状态，同时能监听广播信道和公共控制信道。习题三1. GPRS 是什么？ GPRS（General Packet Radio Service，通用无线分组业务）作为第二代移动通信技术GSM 向第三代移动通信（3G ）的过渡技术，是一种基于 GSM 的移动分组数据业务，面向用户提供移动分组的 IP 或者 X.25 连接。2. GPRS 技术产生的背景是什么？1、 IP 技术已成为未来通信的发展方向2、 移动数据通信市场的巨大需求3、 向第三代移动通信迈进3. 画出 GPRS 系统的简化模型BG 边界网关 CG 收费网关DNS 域名服务器 DHCP 动态主机配置协议GIN GPRS 截获节点 MFS 多功能服务器