此為閱讀《大話移動通信》時所作筆記。

如何給所有用戶劃分資源 -- 幾種復(fù)用技術(shù)

由于頻段資源十分寶貴，不可能給每一個用戶劃分自己的頻段。為了滿足一個地區(qū)內(nèi)大量用戶的使用，提出了空分復(fù)用的概念。

空分復(fù)用(SDM)：降低基站的覆蓋半徑，不同的基站使用相同的頻段。

這樣，一個基站負責的用戶數(shù)量可以大大減少，即使每個用戶分配單獨頻段，頻段資源也夠用。
然而，用空分復(fù)用需要建大量基站，而基站的建設(shè)費用很高。而且基站數(shù)量多會帶來互相干擾、切換等問題。因此又提出了頻分復(fù)用的概念。

頻分復(fù)用(FDM)：把一段頻譜切成N塊，每塊分給一個載波，讓載波去承載用戶。載波也可理解為載頻。一個載頻只能與一個用戶傳遞信息(假設(shè)沒有時分和碼分)。

載頻可以理解為一個電臺，主要工作之一也就是發(fā)射信號。
但一個電臺能給很多人發(fā)信號，一個載頻卻只能給一個用戶服務(wù)，成本依然很高。因此又提出了時分復(fù)用的概念。

時分復(fù)用(TDM)：把載波作為資源，按時間進行切片，分成多個時隙(time slot)。一個人占用一個slot。

這幾個復(fù)用，再加上碼分復(fù)用，就是當今主要的幾種復(fù)用技術(shù)。應(yīng)用這些技術(shù)，基本解決了為大量用戶分配資源的問題。

其他的一些問題

但是，即使解決了資源分配的問題，基站與手機之間還存在其他問題。

由于基站與手機的距離在不斷變化，基站應(yīng)該用多大的功率與手機通信？這個問題相當于兩個人應(yīng)該以多大音量對話。離得近了嫌聲音大，離得遠了又嫌聲音小。在基站與手機間，用信噪比(SIR)來衡量功率大小。若SIR低于自己的標準，就要求對方提高，高于此值就要求對方降低。 這個問題，需要手機與基站之間通過反饋機制不斷地調(diào)整。此為功率控制。

要滿足手機隨時通信的功能，需要手機能夠隨時準備接受基站的尋呼消息。就像課堂上點名，雖然沒點到你，但你得一直聽著。 而降低手機功耗最重要的，就是降低待機時的功耗。為了降低功耗，采用了DRX(不連續(xù)接收)技術(shù)。相當于課堂上點名時按照班級的順序來，沒點到你的班級時，你就不用專心聽點名了。無線通信系統(tǒng)里面，按照IMSI號對用戶進行分組。每組用戶只在輪到自己尋呼時才上去監(jiān)聽消息。

基站與手機通信時，時間的同步非常重要。它們同步時間，采用的是SFN(System Frame Number系統(tǒng)幀號)。如消息1承載在2046號幀上，消息2承載在4096號幀上，那么它們相差的時間就是2050個幀。若你想用人類生活中的時間來度量，只需要知道通信系統(tǒng)中幀的幀長為多少即可。

基站之間的管理

基站數(shù)量眾多，手機怎么知道它在哪個基站內(nèi)？如何知道基站的信息？此問題引出了“廣播”概念。

手機的位置在不停地變化。有電話打給你的時候，怎么找到你？此問題引出了“尋呼”的概念。

從一個基站的范圍走到另一個基站的范圍，怎么保持通話？此問題引出了“切換”的概念。

自己的號碼會被盜嗎？會被竊聽嗎？此問題引出了“鑒權(quán)與加密”的概念。

以上4個概念，是構(gòu)成移動通信網(wǎng)最基本的元素。

廣播：手機要找到基站并與其建立聯(lián)系，全靠基站主動廣播消息給它。
基站廣播的內(nèi)容為：頻率校正信號(導(dǎo)頻信號)，同步信號(如時間同步)，然后是基站標識、空中接口參數(shù)(基站使用哪些頻率、屬于哪個位置區(qū)、手機選擇該小區(qū)的優(yōu)先級)。手機覺得合適就接入，覺得不合適就換另外的基站。
相鄰基站的廣播要想不互相干擾，

• GSM采用的辦法是不同基站采用不同頻率進行廣播。這樣手機要想聽到廣播就得掃描頻段來發(fā)現(xiàn)它，就想調(diào)收音機來發(fā)現(xiàn)電臺一樣。
• CDMA采用的辦法是擾碼。由于CDMA中基站采用統(tǒng)一頻率，手機固定去該頻率收聽廣播。采用擾碼，相當于不同人用不同的語言說話，相互不干擾。

尋呼：就像我們出門會給家里報平安一樣。我們的手機監(jiān)聽廣播信息得知自己所在的位置區(qū)，當發(fā)現(xiàn)自己的位置區(qū)發(fā)生變化時，就主動上報自己的位置。無線網(wǎng)絡(luò)收到手機的位置變更消息后，將其記在位置寄存器中。當無線網(wǎng)絡(luò)收到對該手機的被叫請求后，就首先查找位置寄存器，再將請求發(fā)到對應(yīng)位置區(qū)的所有基站，由這些基站對手機尋呼。
當你的手機無法聯(lián)網(wǎng)時(如沒電、SIM卡拔出、進入無網(wǎng)絡(luò)區(qū))，繼續(xù)對你尋呼無疑是浪費網(wǎng)絡(luò)資源。為避免此情況，我們要求手機每隔一段時間匯報一次自己的位置。逾時未報的，默認其斷網(wǎng)，不再對其尋呼。

切換：分為硬切換和軟切換。

• 硬切換：先斷開與一個基站的連接，再與另一個基站連接。
• 軟切換：同時與相鄰兩個基站連接。當從一個基站徹底進入另一個基站時，再斷開之前的連接。

由于GSM中，鄰區(qū)工作頻點不一樣。要完成切換，必須更改當前信號濾波器的頻段，調(diào)諧到新基站的頻率，才能與其通信，因此必然有個先斷后連的“硬切換”過程。 一定要做軟切換也可以，需要在終端上增加一套射頻處理單元，這增加了成本。
CDMA中，它的載頻都在一個頻段，軟切換就很簡單。但其因為系統(tǒng)擴容上了二載頻、三載頻后，也面臨只能硬切換的問題。

如何判斷何時需要切換？主要指標是信號強度。手機信號有幾格就代表信號強度好壞。
切換時會涉及多個基站，每個基站不了解其他基站的情況。因此需要將終端以及基站測量的信號強度上報給基站控制器，由它來決定是否進行切換。

鑒權(quán)與加密：用戶購機入網(wǎng)時，SIM卡對應(yīng)的IMSI號和用戶鑒權(quán)鍵被一起分配給用戶，同時在核心網(wǎng)鑒權(quán)中心AuC里也存了這兩個值。IMSI號對外可見，不可見。
手機入網(wǎng)時，由和隨機值(為了防竊聽)，通過鑒權(quán)算法A3生成一個SRE值，該值以及IMSI，作為鑒權(quán)憑證。
隨機值是由GSM網(wǎng)絡(luò)生成，傳給手機的。
有了鑒權(quán)，就能保證接入的用戶不是非法用戶。但是，還存在信號被竊聽的問題。
同樣，也是和隨機值這兩個參數(shù)，通過A8算法，生成了加密密鑰，與話音信號進行異或，得到了加密的比特流。