室內(nèi)分布工程培訓(xùn)一(移動通信系統(tǒng)介紹)

1、移動通信制式簡介,-省公司無線業(yè)務(wù)部,短波/超短波通信 天波（電離層）：數(shù)據(jù)/電話、單邊帶 地波：小型接力機、單雙工電臺、對講機 微波通信 微波接力（模擬、數(shù)字）、散射、點對多點微波 電視、電話、數(shù)據(jù) 衛(wèi)星通信 高軌道（同步靜止）、中軌道、低軌道 電視、電話、數(shù)據(jù) 移動通信 蜂窩電話、無繩電話、無線數(shù)據(jù)、集群系統(tǒng)、尋呼系統(tǒng) 衛(wèi)星移動系統(tǒng),無線通信的應(yīng)用概況,移動通信的工作方式,單工制 單工制又分為單頻單工和雙頻單工。 半雙工制 雙工制 雙工制的優(yōu)點： 收發(fā)頻率分開可以大減小干擾，用戶使用方便。 目前我們的移動通信GSM就是采用的雙工制。,中國運營商采用制式,中國移動：GSM900、DCS180

2、0、TD-SCDMA 中國聯(lián)通：GSM900、DCS1800、PHS、WCDMA 中國電信：CDMA800、PHS、CDMA2000,（一）GSM簡介,GSM是Global System for Mobile Communications的縮寫，意為全球移動通信系統(tǒng)，是世界上主要的蜂窩系統(tǒng)之一。GSM是基于窄帶TDMA制式，允許在一個射頻同時進行8組通話。GSM80年代興起于歐洲，1991年投入使用。到1997年底，已經(jīng)在100多個國家運營，成為歐洲和亞洲實際上的標準，到了2001年，在全世界的162個國家已經(jīng)建設(shè)了400個GSM通信網(wǎng)絡(luò)。,GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),1.移動臺(MS)：

3、它包括移動設(shè)備(ME)和用戶識別模塊(SIM)。根據(jù)業(yè)務(wù)的狀況，移動設(shè)備可包括移動終端(MT)，終端適配功能(TAF)和終端設(shè)備(TE)等功能部件。 2.基站子系統(tǒng)(BSS) 基站(BTS)：為一個小區(qū)服務(wù)的無線收發(fā)信設(shè)備。 1)基站控制器(BSC):具有對一個或多個BTS進行控制以及相應(yīng)呼叫控制的功能，BSC以及相應(yīng)的BTS組成了BSS(基站子系統(tǒng))。BSS是在一定的無線覆蓋區(qū)中，由移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)控制，與MS進行通信的系統(tǒng)設(shè)備。 )基站發(fā)信臺(BTS)：受控于基站控制器(BSC)，屬于基站子系統(tǒng)(BSS)的無線部分，服務(wù)于某小區(qū)的無線收發(fā)信設(shè)備，實現(xiàn)BTS與移動臺(MS)空中接口

4、的功能。BTS主要分為基帶單元、載頻單元和控制單元三部分?；鶐卧饕糜谠捯艉蛿?shù)據(jù)速率適配以及信道編碼等；載頻單元主要用于調(diào)制/解調(diào)與發(fā)射機/接收機間的耦合；控制單元則用于BTS的操作與維護。,GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),3.網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS) 1)移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)：對于位于它管轄區(qū)域中的移動臺進行控制、交換的功能實體。 2)拜訪位置寄存器(VLR)：MSC為所管轄區(qū)域中MS的呼叫接續(xù)，所需檢索信息的數(shù)據(jù)庫。VLR存儲與呼叫處理有關(guān)的一些數(shù)據(jù)，例如用戶的號碼，所處位置區(qū)的識別，向用戶提供的服務(wù)等參數(shù)。 3)歸屬位置寄存器(HLR)：管理部門用于移動用戶管理的數(shù)據(jù)庫。每個移動用戶都應(yīng)在其歸屬位

5、置寄存器注冊登記。HLR主要存儲兩類信息，有關(guān)用戶的參數(shù)和有關(guān)用戶目前所處位置的信息。 4)設(shè)備識別寄存器(EIR)：存儲有關(guān)移動臺設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫。主要完成對移動設(shè)備的識別、監(jiān)視、閉鎖等功能。 5)鑒權(quán)中心(AUC)：認證移動用戶的身份和產(chǎn)生相應(yīng)鑒權(quán)參數(shù)(隨機數(shù)RAND，符號響應(yīng)SRES，密鑰Kc)的功能實體。 4.操作支持子系統(tǒng)(OSS) 操作維護系統(tǒng)中的各功能實體。依據(jù)廠家的實現(xiàn)方式可分為無線子系統(tǒng)的操作維護中心(OMC-R)和交換子系統(tǒng)的操作維護中心(OMC-S)。,基站設(shè)備, 宏蜂窩： 主要用于覆蓋室外的基站設(shè)備 覆蓋面積大，約1km25km 輸出功率大 提供的載頻多 建網(wǎng)成本高,基

6、站設(shè)備,微蜂窩： 作為宏蜂窩的補充和延伸覆蓋盲區(qū) 覆蓋面積較小，約30m300m 輸出功率?。?w) 提供的載頻不多(12個) 安裝靈活 主要用于提高覆蓋和提高系統(tǒng)容量 宏蜂窩、微蜂窩可以組合使用，構(gòu)成傘狀小區(qū)，用以解決高速移動和慢速移動用戶較多的區(qū)域，實現(xiàn)話務(wù)量分流及可靠切換,多址通信方式,1、 FDMA 頻分多址 2、 TDMA 時分多址 3、 CDMA 碼分多址,頻分多址（FDMA）,在頻分多址系統(tǒng)中，把可以使用的總頻段劃分為若干占用較小帶寬的頻道，這些頻道在頻域上互不重疊，每個頻道就是一個通信信道，分配給一個用戶。,時分多址（TDMA）,在時分多址系統(tǒng)中，把時間分成周期性的幀，每一幀再

7、分割成若干時隙（無論幀或時隙都是互不重疊的），每一個時隙就是一個通信信道，分配給一個用戶。,碼分多址（CDMA）,在CDMA通信系統(tǒng)中，不同用戶傳輸信息所用的信號不是靠頻率不同或時隙不同來區(qū)分，而是用各自不同的編碼序列來區(qū)分，或者說，靠信號的不同波形來區(qū)分。 從頻域或時域來觀察多個CDMA信號是互相重疊的。接收機用相關(guān)器可以在多個CDMA信號中選出使用預(yù)定碼型的信號。其他使用不同碼型的信號因為和接收機本地產(chǎn)生的碼型不同而不能被解調(diào)。它們的存在類似于在信道中引入了噪聲或干擾，通常稱之為多址干擾。,三種多址方式的比較,GSM頻道間隔及配置,相臨兩頻道間隔為200KHz,每個信道采用時分多址（TDM

8、A）方式，分為8個時隙，即8個信道（全速率）。每個信道占用帶寬200kHz/8=25kHz。 GSM采用半速率話音編碼后，每個頻道可容納16個半速率信道。 GSM采用等間隔頻道配置方法，GSM900頻段上有124個頻率載頻，頻道號為1-124；GSM1800頻段上有374個頻率載頻，頻道號為512-885。,GSM系統(tǒng)的編號方案,1.國際移動用戶識別碼(IMSI) 給每個用戶分配一個唯一的國際移動用戶識別碼，此碼在GSM系統(tǒng)所有服務(wù)區(qū)中都是有效的。在呼叫建立與位置更新時，需要用到IMSI，并同時存貯在HLR和VLR中。 MCC移動國家碼，即移動臺登記注冊的國家碼，中國為460 MNC移動網(wǎng)號，

9、移動是00，聯(lián)通是01 MSIN移動用戶識別碼 2.臨時移動用戶識別碼(TMSI) 考慮到移動用戶的安全性，空中接口傳遞的IMSI用TMSI代替。VLR可給來訪的每一用戶分配一個唯一的TMSI，在每次鑒權(quán)后分配。只在某一VLR管轄區(qū)內(nèi)有效，當用戶離開此VLR服務(wù)區(qū)后，即釋放此號碼。在呼叫建立和位置更新時可使用TMSI。其總長不超過4個字節(jié)。結(jié)構(gòu)由當?shù)仉娦挪块T自定。,3.國際移動設(shè)備識別碼(IMEI) 唯一地識別一個移動臺設(shè)備 4.移動臺國際ISDN號碼(MSISDN) 此號碼是指主叫用戶為呼叫移動用戶而撥叫的號碼 5.位置區(qū)識別碼(LAI) 在檢測位置更新和切換的需求時，要使用位置區(qū)識別LAI

10、。 LAC位置區(qū)號碼，用于識別移動通信網(wǎng)中的一個位置區(qū)，最多為2個字節(jié)長度的16進制編碼，全部為0的編碼不用于表示某個位置區(qū)。LAC可由各運營部門自定。 6.基站識別碼(BSIC)用于采用相同載頻的相鄰不同基站發(fā)信臺(BTS)的識別。特別用于識別在不同國家的邊界地區(qū)采用相同載頻的不同相鄰BTS，BSIC為一個6比特編碼 NCC網(wǎng)絡(luò)色碼，用來唯一識別相鄰國家不同的PLMN BCC基站色碼，用來唯一識別采用相同載頻的相鄰BTS.,GSM系統(tǒng)的編號方案,干擾保護比,干擾保護比：載波干擾比（C/I）又稱載干比，就是指接收到的希望信號電平與非希望信號電平的比值，此比值與MS的瞬間位置有關(guān)。這是由于地形的

11、不規(guī)則性及本地散射體的形狀，類型及數(shù)量不同，以及其他一些因素如天線類型、方向性及高度，站址的標高及位置，當?shù)氐母蓴_源數(shù)目等所造成的。 同頻干擾（C/I）：同頻干擾是指當不同小區(qū)使用相同頻率時，另一小區(qū)對服務(wù)小區(qū)產(chǎn)生的干擾，它們兩個信號之間的比值即C/I。 GSM規(guī)范中一般要求C/I9dB；工程中一般加3dB余量，即要求C/I12dB。 臨頻干擾（C/I）：指在頻率再用模式下，相臨頻率對服務(wù)小區(qū)使用頻率的干擾，他們兩個信號之間的比值即C/A GSM規(guī)范中一般要求C/A-9dB；工程中一般加3dB余量，即要求C/A-6dB。,載波偏離400kHz時的干擾保護比,當與載波偏離400kHz的頻率電平遠

12、遠高與載波電平時，也會產(chǎn)生干擾，但此種情況出現(xiàn)極少，而且干擾程度不太嚴重。 GSM規(guī)范中要求載波偏離400kHz時的干擾保護比C/I-41dB；工程中一般加3dB余量，即要求C/I-38dB。,頻率復(fù)用,頻率復(fù)用的概念：頻率復(fù)用是指GSM系統(tǒng)中，不同地理區(qū)域中的小區(qū)，使用相同的載波頻率進行覆蓋。 這些區(qū)域必須隔開足夠的距離，以致產(chǎn)生的同頻干擾和鄰頻干擾可以忽略不計。 一般的頻率復(fù)用方式就是將可用的有限頻率分成若干組，依次形成一簇頻率分配給相鄰小區(qū)使用?？偟念l道數(shù)N是固定的，所以分組數(shù)F越少則每組的頻道數(shù)就越多。但是，頻率分組數(shù)的減少也使同頻道復(fù)用距離減少，導(dǎo)致系統(tǒng)中平均C/I值降低。,頻率復(fù)用

13、,GSM邏輯信道,無線子系統(tǒng)的物理信道支撐著邏輯信道。邏輯信道可分為業(yè)務(wù)信道（Traffic Channel）和控制信道（Control Channel）兩大類，其中后者也稱信令信道（Signalling Channel）。 業(yè)務(wù)信道（TCH）載有編碼的話音或用戶數(shù)據(jù)，它有全速率業(yè)務(wù)信道（TCH/F）和半速率業(yè)務(wù)信道（TCH/H）之分。 話音業(yè)務(wù)信道 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道 控制信道（CCH）用于傳送信令或同步數(shù)據(jù)。它主要有三種：廣播信道（BCH）、公共控制信道（CCCH）和專用控制信道（DCCH）。,GSM網(wǎng)絡(luò)跳頻技術(shù)的應(yīng)用,跳頻技術(shù)是一種擴頻通信技術(shù)，由于跳頻技術(shù)具有通信的秘密和對抗干擾，因此它首先

14、被應(yīng)用于軍事通信。但是隨著移動通信的發(fā)展和數(shù)字化，跳頻技術(shù)已在數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中獲得應(yīng)用，我國所采用的GSM移動通信系統(tǒng)就采用了這種技術(shù)。 跳頻分為基帶跳頻和射頻跳頻 跳頻系統(tǒng)具有以下特點: 跳頻系統(tǒng)大大提高了通信系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力； 能多址工作而盡量不互相干擾； 不存在直接擴頻通信系統(tǒng)的遠近效應(yīng)問題，即可以減少近端強信號干擾遠端弱信號的問題； 跳頻系統(tǒng)的抗干擾性嚴格說是躲避式的，外部干擾的頻率改變跟不上跳頻系統(tǒng)的頻率改變； 跳頻序列的速率低，通常情況，碼元速率小于或等于信息速率。在TDMA系統(tǒng)中，跳頻速率往往等于每秒傳輸?shù)膸瑪?shù)。GSM系統(tǒng)中每秒跳頻為217次。,（二）CDMA簡介,CDMA是

15、碼分多址的英文縮寫(Code Division Multiple Access)，它是在數(shù)字技術(shù)上的分支擴頻通信技術(shù)上發(fā)展起來的一種新的無線通信技術(shù)。CDMA技術(shù)的原理是基于擴頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機碼，與接收的帶寬信號作相關(guān)處理，把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號即解擴，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。,碼分多址技術(shù)（CDMA）,多址技術(shù)就是要使眾多的客戶公用公共通信信道所采用的一種技術(shù)。實現(xiàn)多址的方法基本上有三種，即采用頻率、時間或碼元分割的多址方式，人們通常稱

16、它們?yōu)轭l分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）。 FDMA（頻分多址）：每個用戶使用不同的頻率。一個信道就是一個頻率。如模擬網(wǎng)中的AMPS和TACS. TDMA（時分多址）：每個用戶占用不同時隙。一個信道就是在某個特定頻率上的特定時隙。如GSM。 CDMA（碼分多址）：每個用戶在所有時間段內(nèi)使用相同的頻率，但是每個用戶之間是用不同的碼形來區(qū)分的。一個信道就是一個唯一的碼形設(shè)置。,CDMA 是可以工作在800MHz的多址接入技術(shù)。 CDMA能夠提供更高的 CDMA還通過它的信道編碼調(diào)制能夠提供更高的保密性。 CDMA手機的發(fā)射功率更低，更環(huán)保，更健康。 CDMA網(wǎng)絡(luò)能夠提

17、供更加清晰話音質(zhì)量。 由于3G的標準是基于CDMA制式的，所以CDMA網(wǎng)絡(luò)更有利于2G向3G的平滑過渡。,CDMA的發(fā)展歷程,CDMA工作頻段,頻率計算公式 F=870+N*0.03 N: CDMA信道號（頻點）,電信CDMA,電信CDMA,CDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),CDMA網(wǎng)絡(luò)組件 移動臺（MS）：ME、UIM 基站系統(tǒng)（BSS）： BTS、BSC 交換系統(tǒng)（NSS）：MSC、HLR、VLR、EIR、AUC 網(wǎng)管系統(tǒng)（OMS）：OMC,CDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),MS: 移動臺 BTS: 基站 BSC: 基站控制器 MSC: 移動交換中心 HLR :歸屬位置寄存器 VLR: 拜訪位置寄存器 PCF: 分組數(shù)據(jù)

18、控制功能 PDSN: 分組數(shù)據(jù)控制節(jié)點 HA: 家鄉(xiāng)代理 FA: 外地代理 SCP: 業(yè)務(wù)控制點 Radius: 遠程認證撥入用戶業(yè)務(wù),CDMA理論模型, 什么是CDMA？,碼分多址技術(shù)： 是一種數(shù)字擴頻技術(shù) 采用1.23MHz的無線載波間隔 多個用戶可同時占用1.23MHz無線載波 同一載波資源內(nèi)不同的用戶通過分配不同的碼區(qū)分 相同的載波能在相鄰小區(qū)或扇區(qū)使用,擴頻通信, m(t)是原始信號, u(t)為經(jīng)載波cos(0t+)調(diào)制(相乘)后得到的中頻信號； p(t)是偽隨機序列信號, s(t)是p(t)對u(t)進行擴頻調(diào)制后產(chǎn)生的寬帶調(diào)制信號； 為了適應(yīng)信道的傳輸特性, s(t)還要與主振

19、蕩器產(chǎn)生的載波cos(rt+)相乘, 得到射頻調(diào)制信號；r(t)； r(t)經(jīng)過信道的噪聲疊加后, 到達接收端。,CDMA原理-擴頻過程,解擴過程,CDMA擴頻,CDMA網(wǎng)絡(luò)中的三種碼,在CDMA網(wǎng)絡(luò)中用到了三種碼： 短碼（Short PN Code）用于區(qū)分不同的小區(qū) 沃爾什碼(Walsh code)用于區(qū)分不同的前向信道 長碼（Long PN Code）用于區(qū)分不同的反向信道,短碼,短碼（Short Pseudo-random Noise Code） 用于區(qū)分不同的小區(qū) 由15位移位寄存器構(gòu)成的偽隨機序列 碼組長度為215 =32768個碼片，其中32767個碼片為移位寄存器產(chǎn)生，1個碼片

20、為人為設(shè)計插入 一個短碼周期時間為（215*103/1.2288M)ms =26.67ms,Walsh Code,64維沃爾什碼（Walsh Code） 用于區(qū)分同一小區(qū)下的不同的前向信道 用Wi64來表示64維沃爾什碼中的第i個沃爾碼， i0,63,長碼,長碼（Long Pseudo-random Noise Code） 用于區(qū)分不同的反向信道 由42位長的移位寄存器構(gòu)成的偽隨機序列 碼組長度為242-1個碼片，人為插入1個碼片后，變?yōu)?42個碼片 一個長碼周期時間為(242/1.2288M)s = 41.4天,CDMA系統(tǒng)模型,信源編碼,語音編碼技術(shù)：碼激勵線性預(yù)測編碼（CELP）,信道編

21、碼,數(shù)字信號在傳輸中往往由于各種原因，使得在傳送的數(shù)據(jù)流中產(chǎn)生誤碼，從而使接收端產(chǎn)生圖象跳躍、不連續(xù)、出現(xiàn)馬賽克等現(xiàn)象。 通過信道編碼這一環(huán)節(jié)，對數(shù)碼流進行相應(yīng)的處理，使系統(tǒng)具有一定的糾錯能力和抗干擾能力，可極大地避免碼流傳送中誤碼的發(fā)生。誤碼的處理技術(shù)有糾錯、交織、線性內(nèi)插等。,交 織,關(guān)鍵技術(shù)-功率控制,功率控制的原理 CDMA系統(tǒng)是自干擾系統(tǒng)，限制CDMA系統(tǒng)容量的因素是總干擾 當達到以下條件，系統(tǒng)容量最大 當在可接受的信號質(zhì)量下，功率最小 基站從各個移動臺接收到的功率相同,功率控制的目的 克服遠近效應(yīng)對系統(tǒng)的影響。,功率控制的類型,反向開環(huán)功率控制,反向閉環(huán)功率控制,前向功率控制,移動臺測量前向業(yè)務(wù)信道幀質(zhì)量，周期方式或門限方式上報幀質(zhì)量?；靖鶕?jù)上報的幀質(zhì)量情況確定是否進行前向功率調(diào)節(jié)。 前向功率控制是一種慢速功率調(diào)節(jié)。,CDMA系統(tǒng)軟容量,各小區(qū)的覆蓋功能是動態(tài)的，當相鄰兩小區(qū)負荷一輕一重時，負荷重的小區(qū)通過減小導(dǎo)頻發(fā)射功率，使本小區(qū)的邊緣用戶由于導(dǎo)頻強度不足，切換到鄰小區(qū)。使負荷分擔，即相當于增加了容量。 這種功能用在切換時，在防止由于缺少信道導(dǎo)致通話中斷方面特別重要。在模擬系