個(gè)人通信課件第三章

1、2020/7/4,1,第三章 個(gè)人通信的空中接口,2020/7/4,2,物理層確定無(wú)線電參數(shù) 介質(zhì)接入控制層負(fù)責(zé)介質(zhì)訪問(wèn)管理和數(shù)據(jù)封裝 選擇物理信道，建立和釋放連接； 將控制信息處理為適合傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組 數(shù)據(jù)鏈路控制層為上層提供可靠的數(shù)據(jù)鏈路 網(wǎng)絡(luò)層匯聚信令,3.1 空中接口的基本概念,3.1.1 空中接口的協(xié)議體系,2020/7/4,3,3.1.2 多址協(xié)議,頻分多址（FDMA） 定義：將移動(dòng)通信頻段寬度等間隔地劃分為N個(gè)互不 重疊的信道。移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的信號(hào)調(diào)制到頻帶內(nèi) 不同的信道載頻上，基站根據(jù)載頻頻率的不同 來(lái)識(shí)別發(fā)射地址，從而完成多址聯(lián)接。,FDMA是以不同的頻率信道來(lái)實(shí)現(xiàn)通信,2020

2、/7/4,4,時(shí)分多址（TDMA） 定義：在一個(gè)無(wú)線頻道上，按時(shí)間分割為若干個(gè)時(shí)隙， 每個(gè)業(yè)務(wù)信道占用一個(gè)時(shí)隙，在規(guī)定的時(shí)隙內(nèi) 收、發(fā)信號(hào)的多址方式。 滿足條件：,TDMA是以不同的時(shí)隙實(shí)現(xiàn)通信,2020/7/4,5,碼分多址（CDMA） 定義：每個(gè)用戶收、發(fā)信機(jī)具有特定的地址碼，利用公 共頻道傳輸各自所需的信息的方式。 滿足條件：,CDMA是以不同的代碼序列來(lái)實(shí)現(xiàn)通信,2020/7/4,6,2020/7/4,7,2020/7/4,8,2020/7/4,9,3.1.3 個(gè)人通信對(duì)空中接口的要求,工作在規(guī)定頻段(1.82.2 GHz)； 支持廣泛的業(yè)務(wù)和多種業(yè)務(wù)速率(或多媒體業(yè)務(wù))(速率可高達(dá)2

3、Mbit/s)，并提供標(biāo)準(zhǔn)速率的業(yè)務(wù)接口； 具有與固定網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)可比的高質(zhì)量和完整性； 能工作在混合蜂窩小區(qū)的場(chǎng)合(宏小區(qū)、微小區(qū)、微微小區(qū)等)； 能工作在不同的環(huán)境(室內(nèi)室外、商用家用、蜂窩無(wú)繩等)； 在無(wú)線電資源管理方面具有高度靈活性； 能工作在不同經(jīng)營(yíng)者的網(wǎng)絡(luò)中； 使用智能網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行移動(dòng)性管理和業(yè)務(wù)控制； 具有高度的開(kāi)放性和靈活性，以適應(yīng)未來(lái)技術(shù)的發(fā)展。,2020/7/4,10,Baier方案： Rc1=1.023Mc/s 射頻帶寬：1MHz Rc2=5.115Mc/s 射頻帶寬：5MHz Rc3=20.46Mc/s 射頻帶寬：20MHz G=Rc/Rb,3.2 基于可變速率CDMA的空中

4、接口,3.2.1 可變速率CDMA的系統(tǒng)概念,二、 可變速率傳輸?shù)脑?t,一、 可變速率空中接口概念,2020/7/4,11,2020/7/4,12,2020/7/4,13,業(yè)務(wù)信道,2020/7/4,14,業(yè)務(wù)信道,2020/7/4,15,控制信道,2020/7/4,16,廣播信道（BCH）,2020/7/4,17,公共控制信道（CCCH）,2020/7/4,18,專用控制信道（DCCH）,2020/7/4,19,專用控制信道（DCCH）功能,2020/7/4,20,2020/7/4,21,一、通用發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu),3.2.2 可變速率CDMA的通用傳輸系統(tǒng)方案,2020/7/4,22,1、編碼

5、和交織 卷積碼基本概念 卷積碼是在任何一段規(guī)定時(shí)間內(nèi)編碼器產(chǎn)生的n個(gè)碼元，不僅取決于這段時(shí)間中的k個(gè)信息碼元，而且還取決于前N1段規(guī)定時(shí)間內(nèi)的信息碼元。這時(shí)，監(jiān)督位監(jiān)督著這N段時(shí)間內(nèi)的信息。 這N段時(shí)間內(nèi)的碼元數(shù)目nN 稱為這種碼的約束長(zhǎng)度。通常把卷積碼記作（n,k,N），其編碼效率為R=k/n。,2020/7/4,23,編碼原理 圖示卷積碼的參量為k=1，n=2，N=6，約束長(zhǎng)度為nN=12。,2020/7/4,24,例：圖所示編碼器，若輸入序列為11010101，求輸出序列。 答案：111 110 010 100 001 100 001 100,2020/7/4,25,交織技術(shù) 1. 功能

6、 針對(duì)移動(dòng)信道的干擾、衰落等往往產(chǎn)生較長(zhǎng)的突發(fā)錯(cuò)誤情況，采用交織技術(shù)以使誤碼離散化，致使突發(fā)差錯(cuò)信道變?yōu)殡x散差錯(cuò)信道，利用接收端糾正隨機(jī)離散差錯(cuò)功能，就可以改善整個(gè)數(shù)據(jù)序列傳輸質(zhì)量。,2020/7/4,26,2. 實(shí)現(xiàn)方法（交織原理）,按行填入數(shù)據(jù),讀出數(shù)據(jù),2020/7/4,27,例：11010，10110，10111，01011，11101，11111 發(fā)信 按行讀入 11010 交織 10110 10111 01011 11101 11111 按列讀出：111011，100111，0110110，111101，001111 受突發(fā)干擾： 111011，100111，0110110 ，00

7、0010，001111 按列讀入 11000 10100 收信 10101 去交織 01001 11111 11101 按行讀出：11000，10100，10101，01001，11111，11101,2020/7/4,28,2、時(shí)分復(fù)用和幀產(chǎn)生,邏輯信道的組合 多種組合方法： TCH/S+DCCH TCH/D+DCCH TCH/D+ TCH/S+ DCCH,3、擴(kuò)展碼和調(diào)制,2020/7/4,29,4. 功率控制技術(shù) a. 功率控制準(zhǔn)則 1）功率平衡準(zhǔn)則：在接收端收到的有用信號(hào)功率相等。 2）信號(hào)干擾比SIR平衡準(zhǔn)則：接收到的SIR相等。 在上行鏈路，干擾來(lái)自同一小區(qū)，接收功率相等，兩準(zhǔn)則等

8、效。而下行鏈路，干擾不僅僅局限于單個(gè)小區(qū)，由于干擾不同，即使接收功率相等，SIR 也會(huì)不同，此時(shí)不等效。 功率平衡準(zhǔn)則的功控易于實(shí)現(xiàn)，但性能上不如基于SIR平衡準(zhǔn)則。但SIR平衡準(zhǔn)則易導(dǎo)致正反饋，使系統(tǒng)失去穩(wěn)定性。,2020/7/4,30,b. 功控方法 1）反向功控與前向功控 反向功控：上行鏈路的功控。用來(lái)控制移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率，使BS收到的所有MS的信號(hào)功率或SIR相等；使各用戶間相互干擾最小，以達(dá)到克服“遠(yuǎn)近效應(yīng)”的目的。同時(shí)節(jié)省能量延長(zhǎng)電池壽命。 前向功控：下行鏈路的功控。用來(lái)控制BS的發(fā)射功率，使所有MS在小區(qū)的任何位置收的功率或SIR基本相等。 2）開(kāi)環(huán)功控與閉環(huán)功控（反向） 開(kāi)環(huán)功

9、控：MS根據(jù)接收功率的變化對(duì)信道的衰落特性進(jìn)行估計(jì)，調(diào)整移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率，補(bǔ)償路徑損耗中大的突發(fā)衰落。 缺點(diǎn)：不精確，是粗糙的估計(jì)。 閉環(huán)功控：BS據(jù)收到的信號(hào)（上行）強(qiáng)弱（與標(biāo)準(zhǔn)相比），產(chǎn)生功控命令。MS據(jù)此命令來(lái)提升或降低發(fā)射功率的一個(gè)固定量，以保證BS收到的SIR基本相等。 優(yōu)點(diǎn)：控制精確，用于滿足傳輸質(zhì)量。,2020/7/4,31,外環(huán)功控：確定閉環(huán)精控中的門(mén)限值。將MS發(fā)射功率的 調(diào)整與通話質(zhì)量聯(lián)系起來(lái)，據(jù)實(shí)際SIR或誤幀率來(lái)動(dòng)態(tài)決 定接收SIR門(mén)限。外環(huán)功控使閉環(huán)控制更完善。 3）開(kāi)環(huán)功控與閉環(huán)功控（前向） 開(kāi)環(huán)功控：BS根據(jù)接收到的MS的功率對(duì)信道的衰落特性 進(jìn)行估計(jì)，調(diào)整各業(yè)務(wù)

10、臺(tái)的發(fā)射功率， 閉環(huán)功控：基站和移動(dòng)臺(tái)相結(jié)合，動(dòng)態(tài)改變功率。MS監(jiān) 測(cè)到前向信道的幀質(zhì)量向BS報(bào)告，BS將此與閾值比較， 確定如何調(diào)整（增加或減少發(fā)射功率）。,2020/7/4,32,一、同步問(wèn)題 移動(dòng)臺(tái)如何實(shí)現(xiàn)禎同步？ 二、宏分集 三、不同頻率小區(qū)間的切換 壓縮模式,3.2.3 可變速率CDMA在蜂窩系統(tǒng)中的應(yīng)用,2020/7/4,33,PRMA的原理,一、什么是PRMA? 分組預(yù)約多址是利用通話過(guò)程中的空閑時(shí)間的一種技術(shù)。該協(xié)議較成功地解決了基于TDMA方式的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的容量增加和業(yè)務(wù)綜合等問(wèn)題。 可用時(shí)隙 被預(yù)約的時(shí)隙 二、PRMA協(xié)議的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)有： 采用話音激活技

11、術(shù)，性能較TDMA有較大的改善； 具有軟容量； 終端訪問(wèn)信道延遲時(shí)間小； 可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫隙的越區(qū)切換接續(xù)； 可方便地與基于ATM的固定網(wǎng)互連。,3.3 基于PRMA的空中接口,2020/7/4,34,3.4.1 無(wú)線ATM的原理,ATM的由來(lái) 20世紀(jì)80年代以來(lái)，B-ISDN 標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)世，建立在電路交換和分組交換基礎(chǔ)上的一種新的交換技術(shù)異步傳輸模式ATM (Asynchronous Transfer Mode)是支持B-ISDN服務(wù)的交換技術(shù)。 ATM采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用的方式來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。統(tǒng)計(jì)復(fù)用就是根據(jù)各種業(yè)務(wù)的統(tǒng)計(jì)特性，在保證業(yè)務(wù)質(zhì)量要求的情況下，在各個(gè)業(yè)務(wù)之間動(dòng)態(tài)地分配網(wǎng)絡(luò)帶寬，以達(dá)到最佳的

12、資源利用率。,3.4 基于無(wú)線ATM的空中接口,2020/7/4,35,復(fù) 用,2020/7/4,36,交 換,2020/7/4,37,傳統(tǒng)的交換方式： 電路交換（Circuit Switching） 適應(yīng)業(yè)務(wù) 浪費(fèi)帶寬 分組交換（Packet Switching） 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā) 系統(tǒng)延遲的不確定性,ATM與傳統(tǒng)交換方式比較-1,2020/7/4,38,ATM概述,ATM（Asynchronous Transfer Mode）是一種以信元為單位的異步轉(zhuǎn)移模式，異步意味著來(lái)自任一用戶的信息信元流不必是周期性的。 ATM結(jié)合了電路交換和分組交換的優(yōu)點(diǎn)，能在單一的主體網(wǎng)絡(luò)中攜帶多種信息媒體，承載多種通信

13、業(yè)務(wù)，并且能夠保證Qos。,ATM與傳統(tǒng)交換方式比較-2,2020/7/4,39,轉(zhuǎn)移模式: 綜合了傳輸、復(fù)用、交叉連接和交換的技術(shù) ATM是快速分組交換技術(shù)、采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用方式 一種結(jié)合了電路交換和分組交換的各自優(yōu)點(diǎn)的技術(shù) ATM能傳送所有類型的業(yè)務(wù)量(話音、數(shù)據(jù)、圖像),ATM與傳統(tǒng)交換方式比較-3,2020/7/4,40,信令,信息,ATM協(xié)議參考模型,用戶平面 用來(lái)傳送用戶數(shù)據(jù)、流量控制、差錯(cuò)控制和其他用戶功能信息； 控制平面 處理為建立和釋放連接所需的信令； 管理平面 提供層管理和平面管理兩種不同的功能 ；,2020/7/4,41,ATM 適配層 (AAL),ATM 層,物理層,2個(gè)子

14、層: （1）物理媒體子層(PM) 線路編碼、光電轉(zhuǎn)換、比特定時(shí) （2）傳輸會(huì)聚子層(TC) 傳輸幀的產(chǎn)生和恢復(fù) 信元定界 產(chǎn)生信頭錯(cuò)誤檢驗(yàn)碼（HEC） 傳輸幀自適應(yīng) 信元速率解耦,ATM物理層,2020/7/4,42,ATM層功能： 信元頭的產(chǎn)生和提??； 信元丟失優(yōu)先級(jí)處理，處理CLP； 信元接續(xù)標(biāo)識(shí)處理 VPI/VCI值驗(yàn)證、識(shí)別、變換等處理，信元交換； 一般流量控制,ATM 適配層 (AAL),ATM 層,物理層,ATM層,ATM協(xié)議棧,2020/7/4,43,PTI - 凈荷類型 CLP - 信元丟失優(yōu)先級(jí) HEC - 信頭誤碼控制 Payload - 載荷,48 字節(jié),GFC - 一般

15、流量控制 VPI - 虛通道標(biāo)識(shí) VCI - 虛通路標(biāo)識(shí),1 2 3 4 5 . . . 53,UNI 信元格式,NNI 信元格式,ATM信元格式,2020/7/4,44,（1）虛信道和虛信道連接 （2）虛通道和虛通道連接 （3）VC、VP及傳輸通道的關(guān)系,虛信道VC、虛通道VP及傳輸通道之間的關(guān)系,2020/7/4,45,（4）VP交換和VC交換,VP交換,VC和VP交換,2020/7/4,46,ATM 適配層 (AAL),ATM 層,物理層,ATM適配層,2個(gè)子層： 匯聚子層 (CS) 將用戶的應(yīng)用數(shù)據(jù)單元ADU劃分為信元或?qū)⑿旁匮b成為應(yīng)用數(shù)據(jù)單元ADU； 分段和重組 (SAR) 消息識(shí)

16、別、時(shí)間/時(shí)鐘恢復(fù),2020/7/4,47,無(wú)線ATM的原理,二、無(wú)線ATM的原理 在固定網(wǎng)絡(luò)中采用基于ATM的ISDN網(wǎng)絡(luò)，在無(wú)線接入部分采用保證ATM信元可靠和透明傳輸?shù)南到y(tǒng)，從而使得ATM終端能在各種環(huán)境下高效地接入BISDN網(wǎng)絡(luò)。,2020/7/4,48,2020/7/4,49,2020/7/4,50,2020/7/4,51,基本思路： 在無(wú)線接入部分采用信元中繼或ATM信元透明傳輸?shù)姆桨?，?lái)最大限度地兼容ATM的協(xié)議框架。,3.4.2 基于無(wú)限ATM的傳輸方案,2020/7/4,52,空中接口采用的協(xié)議框架與ATM協(xié)議框架協(xié)調(diào)一致。在ATM層以下添加直接由無(wú)線信道特點(diǎn)決定的物理層、介

17、質(zhì)訪問(wèn)控制層和數(shù)據(jù)鏈路層。,2020/7/4,53,一、PCN MAC層,1、分組CDMA協(xié)議 每個(gè)用戶分別使用不同的擴(kuò)頻碼字，以分組的方式來(lái)傳輸多種不同的用戶業(yè)務(wù)。,3.4.3 無(wú)線ATM的協(xié)議,2020/7/4,54,2、多業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)預(yù)約TDMA,2020/7/4,55,話音業(yè)務(wù)工作過(guò)程； 請(qǐng)求被接受： 有CBR空閑時(shí)隙。 請(qǐng)求被拒絕： 接入請(qǐng)求在規(guī)定的最大接入時(shí)延內(nèi)因碰撞未能被正 確接收。 接入請(qǐng)求傳輸成功后，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)仍無(wú)空閑的 CBR時(shí)隙。,2020/7/4,56,二、PCN 數(shù)據(jù)鏈路層,1、CDMA數(shù)據(jù)鏈路層,移動(dòng) 互連 單元,寬帶 交換 節(jié)點(diǎn),2020/7/4,57,ATM信元的傳輸過(guò)程： 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)ATM信元到達(dá)無(wú)線終端后 ，其信息段封裝在兩個(gè)PCN信元中，只保留PT和CLP兩個(gè)控制域，且在信元頭中還要傳送ARQ等控制信息。PCN信元到達(dá)