第11講-GSM-R通信系統(tǒng)-知識(shí)小結(jié)(習(xí)題課)

第11講移動(dòng)通信信道特征及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)知識(shí)點(diǎn)梳理一、移動(dòng)通信信道二、區(qū)域覆蓋三、多址技術(shù)四、移動(dòng)通信六大困惑五、GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)六、GSM編號(hào)方案內(nèi)容簡(jiǎn)介分集接收技術(shù)分集接收是解決多徑衰落的一種技術(shù)。分集接收是指接收端對(duì)它收到的多個(gè)衰落特性互相獨(dú)立〔攜帶同一信息〕的信號(hào)進(jìn)行特定的處理，以降低信號(hào)電平起伏的方法。通常接收端的信噪比可以提高20dB~30dB。分集接收技術(shù)分集接收頻率分集：是指承載相同信息的信號(hào)用多個(gè)載波傳送，頻率間隔應(yīng)該大于等于信道的相干帶寬。時(shí)間分集：用不同的時(shí)隙來傳送承載相同信息的信號(hào)。連續(xù)時(shí)隙的間隔要大于信道的相干時(shí)間?？臻g分集：采用多個(gè)天線進(jìn)行接收，使每個(gè)天線之間相隔半波長(zhǎng)的整數(shù)倍。極化分集：使用多種極化方式傳輸同一信號(hào)。非連續(xù)發(fā)送〔DTX〕概念DiscontinuousTransmission不連續(xù)發(fā)送。在一個(gè)通信過程中，其實(shí)移動(dòng)用戶僅有很少的時(shí)間用于通話，大局部時(shí)間都沒有傳送話音消息。如果將這些信息全部傳送給網(wǎng)絡(luò)的話，這不但會(huì)對(duì)系統(tǒng)資源造成浪費(fèi)而且會(huì)使系統(tǒng)內(nèi)的干擾加重。所以利用語音編碼器檢測(cè)到話音間隙后，在間隙期不發(fā)送，這就是所謂的不連續(xù)發(fā)送。通話時(shí)進(jìn)行13KB/s編碼，停頓期用500b/s編碼發(fā)送舒適的噪聲。非連續(xù)發(fā)送〔DTX〕話音傳輸有兩種方式：一種是無論用戶是否講話，話音總是連續(xù)編碼〔每20ms一個(gè)話音幀〕。另一種是非連續(xù)發(fā)送方式DTX〔DiscontinuousTransmission〕：在話音激活期進(jìn)行13kbps編碼，在話音非激活期進(jìn)行500bps編碼。每480ms傳輸一個(gè)舒適噪聲幀。7功控是什么？為什么要功控？功控目的功率控制：根據(jù)需要調(diào)整基站與的發(fā)射功率。依據(jù)：和基站上報(bào)的測(cè)量報(bào)告。目的：在保證通話質(zhì)量的情況下，降低發(fā)射功率，從而降低整網(wǎng)干擾、減少功耗。8功控分類功率控制分為上行功率控制和下行功率控制，上下行控制獨(dú)立進(jìn)行。上行功控：調(diào)整MS的輸出功率，使BTS獲得穩(wěn)定接收信號(hào)強(qiáng)度，以減少對(duì)同鄰頻的干擾，降低移動(dòng)臺(tái)功耗。下行功控：調(diào)整BTS輸出功率，使MS獲得穩(wěn)定接收信號(hào)強(qiáng)度，減少同鄰頻干擾，降低基站功耗。功率控制的目的及意義：1、功率控制從用戶感知來說：可以明顯感覺到電池的利用時(shí)間感覺到通話質(zhì)量的好壞2、功率控制從網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)來說：功率控制可以減少網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部干擾從下行來說：主要是頻率資源不夠引起的帶內(nèi)下行干擾從上行來說：主要是由于高話務(wù)量引起的上行干擾，表現(xiàn)為上行通話質(zhì)量差。功率控制可以很大程度的影響網(wǎng)絡(luò)的KPI.由于頻率資源有限，話務(wù)量的增高，功率控制運(yùn)用不當(dāng)會(huì)引起干擾，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的KPI下降。功率控制時(shí)間提前量TATA就是TimingAdvance，時(shí)間提前量。在通信過程中，如移動(dòng)臺(tái)在呼叫期間向遠(yuǎn)離基站的方向上移動(dòng)，因而從基站發(fā)出的消息將越來越遲的到達(dá)移動(dòng)臺(tái)。與此同時(shí)，移動(dòng)臺(tái)的應(yīng)答信息也會(huì)越來越遲的到達(dá)基站.如不采取措施，該時(shí)延長(zhǎng)至當(dāng)基站收到該移動(dòng)臺(tái)在本時(shí)隙上發(fā)送的消息會(huì)與基站在其下一個(gè)時(shí)隙收到的另一個(gè)呼叫信息重疊起來，而引起干擾。在呼叫進(jìn)行期間，移動(dòng)臺(tái)發(fā)給基站的測(cè)量報(bào)告頭上攜帶有移動(dòng)臺(tái)測(cè)量的時(shí)延值，而基站必須監(jiān)視呼叫到達(dá)的時(shí)間，并在下行信道上以480ms一次的頻率向移動(dòng)臺(tái)發(fā)送指令，指示移動(dòng)臺(tái)提前發(fā)送的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間就是TA〔時(shí)間提前量〕。TA的值域是0~63〔0~233μs〕，它被GSM定時(shí)提前的編碼0~63bit所限，使GSM最大覆蓋距離為35km，計(jì)算如下：1/2*3.7us/bit*63bit*c=35km

根據(jù)上述，1bit對(duì)應(yīng)的距離是554m，由于多徑傳播和MS同步精度的影響，TA誤差可能會(huì)達(dá)3bit左右〔1.6km)。GSM小區(qū)的無線覆蓋半徑最大可到達(dá)35km。

時(shí)間提前量TA一、移動(dòng)通信信道基站天線、移動(dòng)臺(tái)天線及兩幅天線之間的傳播路徑空中接口電波傳播特性主要包含以下四種傳播損耗多徑效應(yīng)陰影效應(yīng)多普勒頻移移動(dòng)信道電波傳播特性為了無縫覆蓋和不重復(fù)覆蓋，專家們只能根據(jù)傳播損耗時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)變換來建立數(shù)學(xué)模型。無線信道的傳播特性給設(shè)計(jì)者帶來了挑戰(zhàn)為了確定網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，常用的電波傳播損耗預(yù)測(cè)模型有Okumura模型、Okumura-Hata模型、COST-231Hata模型、對(duì)數(shù)陰影模型、CCIR模型、LEE模型以及COST-231Walfisch-Ikegami模型。Okumura-Hata模型無線信道的傳播特性給設(shè)計(jì)者帶來了挑戰(zhàn)頻率f150MHz~1500MHz，基站高度Hb30m~200m移動(dòng)臺(tái)高度Hm1m~10m距離d1km~20km大區(qū)制大區(qū)制是指只用一個(gè)基站覆蓋整個(gè)效勞區(qū)。小區(qū)制小區(qū)制是將整個(gè)效勞區(qū)劃分為假設(shè)干個(gè)無線小區(qū)，每個(gè)無線小區(qū)設(shè)一基站負(fù)責(zé)本小區(qū)內(nèi)所有移動(dòng)通信的聯(lián)絡(luò)和控制。二、區(qū)域覆蓋方式大區(qū)制與小區(qū)制半徑30-50KM天線高度幾十到上百米發(fā)射功率大小區(qū)制特點(diǎn)同頻道再用--------提高用戶容量多個(gè)小區(qū)----------控制管理復(fù)雜存在同頻小區(qū)-----產(chǎn)生同頻干擾小區(qū)制有何特點(diǎn)？定向天線覆蓋。使用定向天線可以減少同頻干擾的小區(qū)數(shù)i0，從而提高接收信噪比，減小同頻干擾。優(yōu)化同頻復(fù)用距離和頻率分配方案。根據(jù)傳播環(huán)境和業(yè)務(wù)量的變化情況，調(diào)整同頻復(fù)用距離和頻率分配方案。天線高度和傾角的調(diào)整。調(diào)整天線高度和傾角可以改變小區(qū)的覆蓋范圍和小區(qū)形狀，減小同頻干擾。解決同頻干擾采用哪些措施？

三、多址技術(shù)BS如何識(shí)別用戶？用戶如何識(shí)別BS發(fā)給自己的信號(hào)？多個(gè)用戶共享信道，區(qū)分用戶的方式稱為多址技術(shù)不同用戶臺(tái)要有各自的特征基站發(fā)出的信號(hào)也要賦予不同的特征信號(hào)的差異可以表現(xiàn)在某些參數(shù)上：如信號(hào)的工作頻率、出現(xiàn)時(shí)間、具有的特定碼序列三種根本多址類型：頻分多址〔FDMA〕時(shí)分多址〔TDMA〕碼分多址〔CDMA〕頻率資源有限的情況下，提高通信系統(tǒng)的容量解決方法---多址技術(shù)頻分多址〔FDMA〕——以頻道來區(qū)分用戶FDMA就是將給定的頻譜資源劃分成假設(shè)干等間隔的頻道〔信道〕，供不同用戶使用，每個(gè)用戶占用一個(gè)頻道通話。在模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，采用的多址方式即FDMATDMA是把一個(gè)頻道按等時(shí)間分成周期性的幀，每一幀再分割成假設(shè)干個(gè)時(shí)隙，每一用戶占用不同的時(shí)隙進(jìn)行通信。GSM蜂窩移動(dòng)通信中，即采用了TDMA的多址方式。時(shí)分多址〔TDMA〕---以時(shí)隙來區(qū)分用戶TDMA方式下行〔同一小區(qū)〕TDMA方式上行〔同一小區(qū)〕TDMA方式四、移動(dòng)通信六大困惑困惑1基站如何區(qū)分？困惑2如何找到基站？困惑3基站如何找到？困惑4如何識(shí)別用戶的身份？困惑5如何保證對(duì)話不被他人竊聽？困惑6如何保證移動(dòng)著打不會(huì)有問題？固定要識(shí)別一路話音來自哪臺(tái)是一件很簡(jiǎn)單的事情〔交接箱〕移動(dòng)通信基站如何搞的清楚誰是誰？困惑1---基站如何區(qū)分固定要找通信網(wǎng)絡(luò)只要把線往墻上的接口接上就可以了。要找到通信網(wǎng)絡(luò)要復(fù)雜的多，主要從兩個(gè)方面闡述。困惑2---如何找到基站固話通信，用戶的位置是固定的。移動(dòng)通信中始終在移動(dòng)，基站如何找？下發(fā)“尋人啟事〞只要在網(wǎng)內(nèi)一定能找到。困惑3---基站如何找到運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)不是免費(fèi)的，如何對(duì)號(hào)收費(fèi)？移動(dòng)通信中用戶是通過終端來訪問網(wǎng)絡(luò)的，對(duì)用戶的鑒別就相當(dāng)于對(duì)終端的鑒別GSM系統(tǒng)中用戶的標(biāo)識(shí)稱為IMSI〔國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別〕號(hào)，的身份證號(hào)碼。IMSI號(hào)存儲(chǔ)在SIM卡中，核心網(wǎng)絡(luò)也存儲(chǔ)IMSI號(hào)。困惑4---網(wǎng)絡(luò)如何識(shí)別用戶的身份無線電波向四面八方傳送，誰都可以通過儀器竊聽。大哥大時(shí)代如有人架起一根天線，可以聽的很清楚，類似于以前玩插卡的游戲機(jī)，鄰近豎起天線就可以收到游戲畫面數(shù)字移動(dòng)通信很快取代了大哥大，因?yàn)榭梢约用芾Щ?---如何保證對(duì)話不被他人竊聽移動(dòng)通話的特點(diǎn)是位置可以不斷的變動(dòng)，用戶總會(huì)從一個(gè)基站覆蓋范圍移動(dòng)到另一個(gè)基站覆蓋范圍，這就叫做切換----handover困惑6---如何保證移動(dòng)著打不會(huì)有問題GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)五、GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)MS--的核心部件很簡(jiǎn)單：包括天線、射頻、中頻和基帶四局部〔顯示屏、電池、鍵盤不算在內(nèi)〕，我們一一講解。緊跟天線后面的是RF濾波器，它不只完成放大和濾波，電磁波的收和發(fā)都在一根天線上，誰來保證它們井水不犯河水呢？雙工器完成收和發(fā)的分配還有一項(xiàng)工作沒人做，不同的載頻的電磁波在一根天線上運(yùn)行，誰來區(qū)分他們呢？合路器完成信號(hào)的合路與分解。

BTS—基站收發(fā)信機(jī)發(fā)射耦合器接收耦合器天線耦合系統(tǒng)BCF(基站公共功能)BSCTRX(收發(fā)信機(jī))Abis接口-將語音和用戶數(shù)據(jù)信道合成以后送給BSC-將信令信道合成以后送給BSC雙工器-天線與每個(gè)小區(qū)的收發(fā)信機(jī)之間的接口BTSBTS通用結(jié)構(gòu)和功能饋線BSCBTSAbis接口Ater接口- 對(duì)BTS無線資源管理- 小區(qū)之間越區(qū)切換- 通信信道安排- BTS之間的頻率重新分配- BTS時(shí)間和頻率同步控制頻率跳變功率控制-等等O&MPCM控制器PCM控制器處理單元交換矩陣BSCX.25控制器BSC通用結(jié)構(gòu)和功能BTSTRAUTRAUMSC上面花了不少篇幅描述一個(gè)交換機(jī)是怎樣完成交換的，對(duì)MSC來說，光有交換不夠的。HLR：歸屬未知存放器存放本地注冊(cè)的所有用戶的信息。

用戶管理中心HLR永久紀(jì)錄-MSISDN-IMSI-用戶業(yè)務(wù)臨時(shí)紀(jì)錄- VLR地址- 加密參數(shù)

(Kc,Sres,Rand)VLR：拜訪未知存放器存放在一個(gè)MSC區(qū)漫游的所有用戶的信息。

VLR永久紀(jì)錄- IMSI- 用戶注冊(cè)業(yè)務(wù)臨時(shí)紀(jì)錄- 加密參數(shù) (Kc,Sres,Rand)- LAI-TMSILA1LA4LA2LA3六、GSM編號(hào)方案GSM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括交換系統(tǒng)和基站系統(tǒng)交換系統(tǒng)包括HLR、MSC、VLR、AUC和EIR還與基站系統(tǒng)、其他網(wǎng)絡(luò)〔PSTN、ISDN、數(shù)據(jù)網(wǎng)、PLMN〕之間有接口要正確尋址，編號(hào)方案就非常重要區(qū)域劃分小區(qū)位置區(qū)MSC區(qū)PLMN效勞區(qū)GSM效勞區(qū)編號(hào)方案－MSISDNMSISDN移動(dòng)用戶號(hào)碼CC：國(guó)家碼，中國(guó)為86NDC：國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入碼〔中移：135～139〕SN：用戶號(hào)碼，等長(zhǎng)8位編碼，由運(yùn)營(yíng)商分配CCNDCSN移動(dòng)臺(tái)國(guó)內(nèi)有效ISDN號(hào)碼移動(dòng)臺(tái)國(guó)際有效ISDN號(hào)碼主叫用戶呼叫用戶所需撥的號(hào)碼------號(hào)碼IMSI國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼每個(gè)移動(dòng)用戶都分配有一個(gè)唯一的IMSI，在整個(gè)GSM系統(tǒng)有效，用于用戶身份識(shí)別。與MSISDN的關(guān)系就像人的姓名和身份證號(hào)碼只要SIM卡不扔，IMSI號(hào)就不變編號(hào)方案－TMSITMSI臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼在空中接口傳遞TMSI代替IMSI，加強(qiáng)了用戶的平安性由VLR為來訪的移動(dòng)用戶在鑒權(quán)成功后分配，是由VLR自行分配的4字節(jié)BCD碼，僅限在VLR管轄區(qū)內(nèi)代替IMSI臨時(shí)使用與IMSI相互對(duì)應(yīng)編號(hào)方案－MSRNMSRN移動(dòng)用戶漫游號(hào)碼MSRN是在呼叫接續(xù)時(shí)由VLR臨時(shí)分配給移動(dòng)臺(tái)的號(hào)碼用于GSM網(wǎng)絡(luò)在接續(xù)時(shí)的路由選擇MSRN組成與MSISDN相似，最大為15位A起呼，和MSC-1建立連接建立連接后，MSC-1查詢被叫用戶的HLR，得到被叫用戶的IMSI和VLR要求MSC-2提供一個(gè)MSRN給HLR找到一個(gè)空閑的MSRN分配MSRN呼叫號(hào)碼的路由指向了MSC-2建立直接的連接編號(hào)方案－LAILAI位置區(qū)識(shí)別碼位置區(qū)是指移動(dòng)臺(tái)可任意移動(dòng)而不需要進(jìn)行位置更新的區(qū)域，由一個(gè)或假設(shè)干個(gè)小區(qū)組成。為了呼叫移動(dòng)臺(tái)，系統(tǒng)在一個(gè)位置區(qū)內(nèi)所有小區(qū)同時(shí)發(fā)尋呼信號(hào)。MSC區(qū)>=LA>=一個(gè)小區(qū)用于檢測(cè)位置更新和信道切換的請(qǐng)求。MCCMNCLAC位置區(qū)識(shí)別LAI3位2位最大16bitLAC：位置區(qū)號(hào)碼，用于識(shí)別GSM網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)位置區(qū)，由運(yùn)營(yíng)商定義。編號(hào)方案－CGICGI全球小區(qū)識(shí)別碼CGI是在所有GSMPLMN中用作小區(qū)識(shí)別的唯一標(biāo)識(shí)，由LAI＋CI構(gòu)成CI：小區(qū)識(shí)別碼，由運(yùn)營(yíng)商自行定義，是一個(gè)2ByteBCD碼MCCMNCLAC位置區(qū)識(shí)別碼LAICI全球小區(qū)識(shí)別碼CGI編號(hào)方案－BSICBSIC基