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文檔簡介

1、移動通信基站技術(shù),主講 郭雙貴,高級工程師,移動通信是指通信雙方或至少一方處于移動中進(jìn)行信息交互的通信,即移動體與移動體、移動體與固定體之間的通信。 按照移動體所處的運動區(qū)域不同,移動通信可分為陸地移動通信、海上移動通信和空中移動通信。 陸地移動通信以蜂窩移動通信系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛,以數(shù)字蜂窩移動通信發(fā)展最為迅速,本章著重介紹數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)。,2020/7/31,2,第1章 移動通信系統(tǒng)概述,第一節(jié) 移動通信的特點及分類 移動通信系統(tǒng)由于用戶的移動性,管理技術(shù)要比固定通信要復(fù)雜,移動通信網(wǎng)中依靠的是無線電波的傳播,傳播環(huán)境比有線媒質(zhì)的傳播特性復(fù)雜,移動通信有著與固定通信不同的特點。 一、移

2、動通信的特點 1、無線電波傳播環(huán)境復(fù)雜: 移動通信的電波處在特高頻(3003000MHz)頻段,電波傳播主要方式是視距傳播。電磁波在傳播時不僅有直射波信號,還有經(jīng)地面、建筑群等產(chǎn)生的反射、折射、繞射的傳播,從而產(chǎn)生多徑傳播引起的快衰落、陰影效應(yīng)引起的慢衰落,系統(tǒng)必需配有抗衰落措施,才能保證正常運行。,2020/7/31,3,2、噪聲和干擾嚴(yán)重: 移動臺在移動時即受到環(huán)境噪聲的干擾,又有系統(tǒng)干擾。由于系統(tǒng)內(nèi)有多個用戶,必須采用頻率復(fù)用技術(shù),系統(tǒng)就有了互調(diào)干擾、鄰道干擾、同頻干擾等主要的系統(tǒng)干擾,這就要求系統(tǒng)有合理的同頻復(fù)用規(guī)劃和無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等措施。 3、用戶的移動性:用戶的移動性和移動的不可預(yù)知

3、性,要求系統(tǒng)有完善的管理技術(shù)對用戶的位置進(jìn)行登記、跟蹤,不因位置改變中斷通信。 4、頻率資源有限: ITU對無線頻率的劃分有嚴(yán)格規(guī)定,要設(shè)法提高系統(tǒng)的頻率利用率。,2020/7/31,4,二、移動通信的分類 1. 按服務(wù)對象分類: 公用移動通信和專用移動通信。 2. 按組網(wǎng)方式分類: 峰窩狀移動通信、移動衛(wèi)星通信、移動數(shù)據(jù)通信、公用無繩電話、集群調(diào)度電話等。 3. 按工作方式分類: 單向和雙向通信方式兩大類,雙向通信方式可又分為單工、雙工和半雙工通信方式。 4. 按采用的技術(shù)分類: 分為模擬移動通信系統(tǒng)和數(shù)字移動通信系統(tǒng)。,2020/7/31,5,第二節(jié) 移動通信的發(fā)展歷程 80年代發(fā)展起來的

4、第一代模擬移動通信系統(tǒng)。 90年代初發(fā)展為第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)。 現(xiàn)正在建設(shè)第三代寬帶數(shù)字移動通信系統(tǒng)(3G)。 3G以寬帶多媒體移動通信為目標(biāo),數(shù)據(jù)傳輸速率: 高速移動環(huán)境 144kbit/s; 步行慢速移動環(huán)境 384kbit/s; 室內(nèi)靜態(tài)環(huán)境 2Mbit/s; 3G世界三大主流標(biāo)準(zhǔn): WCDMA、CDMA 2000、TD-SCDMA(我國提出的標(biāo)準(zhǔn))。,2020/7/31,6,第三節(jié) 數(shù)字移動通信技術(shù) 一、數(shù)字調(diào)制技術(shù) 數(shù)字調(diào)制是使在信道上傳送的信號特性與信道特性相匹配的一種技術(shù)。 模擬語音信號,經(jīng)過語音編碼所得到的數(shù)字信號必須經(jīng)過調(diào)制才能實際傳輸。 無線傳輸系統(tǒng)中,是利用載波來攜帶

5、語音編碼信號的,即用語音編碼后的數(shù)字信號對載波進(jìn)行調(diào)制。 數(shù)字調(diào)制方式有以下幾種:,2020/7/31,7,移頻鍵控(FSK): 載波的頻率按照數(shù)字信號 “1”、“0”變化而對應(yīng)變化; 移相鍵控(PSK): 載波的相位按照數(shù)字信號“1”、“0”變化而對應(yīng)變化; 振幅鍵控(ASK): 載波的振幅按照數(shù)字信號“1”、“0”變化而對應(yīng)變化。 GSM移動通信系統(tǒng)采用高斯預(yù)濾波最小移頻鍵控GMSK。 移動通信使用的調(diào)制技術(shù)還有: 二相移相鍵控(BPSK)、四相移相鍵控(QPSK)、正交調(diào)幅(QAM),頻譜利用率較高,設(shè)計難度和成本較高。,2020/7/31,8,二、多址技術(shù) 多址技術(shù)就是把多個用戶接入一

6、個傳輸媒質(zhì)實現(xiàn)相互間通信時,給每個用戶信號賦予不同的特征,以區(qū)分不同的用戶的技術(shù)。 常用的多址方式: 頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)。 GSM系統(tǒng)使用:頻分多址(FDMA)/時分多址(TDMA)混和多址方式,即 FDMA/TDMA。 3G系統(tǒng)多址方式使用:碼分多址(CDMA)方式。,2020/7/31,9,1、頻分多址(FDMA) FDMA是把工作頻段劃分成多個無線載頻,每一個載頻信道可以傳輸一路語音或控制信息,通信時不同的MS占用不同的頻率信道進(jìn)行通信。 FDMA的特點: (1)信道的帶寬較窄(2530KHz),相鄰頻道要留有防護(hù)頻帶; (2)與TDMA系統(tǒng)

7、比,F(xiàn)DMA系統(tǒng)的復(fù)雜程度低。 (3)采用單路單載波(SCPC)設(shè)計,需使用高性能的射頻(RF)帶通濾波器來減少鄰道干擾,成本較高。,2020/7/31,10,2、時分多址(TDMA) TDMA是把時間分成周期性的幀,每一幀再分割成若干時隙,一個時隙就是一個通信信道。 通信時,給每個用戶分配一個時隙,使各移動臺在每幀內(nèi)只能按指定的時隙向基站發(fā)射或接收信號。同一個頻道就可供幾個用戶同時進(jìn)行通信。 GSM系統(tǒng)無線路徑上采用TDMA方式,每一個載頻可分成8個時隙,一個時隙為一個信道,一個載頻最多可有8個移動用戶同時進(jìn)行通信。,2020/7/31,11,供幾個用戶,如下圖所示的頻分多址和時分多址方式:

8、 a. FDMA b. TDMA,2020/7/31,12,時分多址(TDMA)的特點 (1)TDMA系統(tǒng)中幾個用戶共享同一個載頻,但每個用戶使用彼此互不重疊的時隙。 (2)TDMA系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)發(fā)射是不連續(xù)的,是以突發(fā)方式發(fā)射,耗電較少,移動臺可在空閑的時隙里監(jiān)聽其他基站,使越區(qū)切換大為簡化。 (3)共享設(shè)備的成本低,每一載頻為許多用戶提供業(yè)務(wù),用戶平均成本大大低于FDMA系統(tǒng)。 (4)移動臺復(fù)雜,它需要處理復(fù)雜的數(shù)字信號。,2020/7/31,13,3、碼分多址(CDMA) 移動通信中,多個用戶使用的頻率和時間都是相同的,而給每個移動臺分配一個獨立的碼序列,這種用不同的正交編碼序列來區(qū)分不同

9、移動用戶的通信方式,稱為碼分多址。 碼分多址(CDMA)的特點 (1)系統(tǒng)容量大。CDMA 無線信道容量 比 FDMA大近10倍。 (2)有很強(qiáng)的抑制干擾和多徑衰落的能力。CDMA的擴(kuò)頻系統(tǒng)可以把多徑干擾信號解擴(kuò)去除。 (3)具有軟容量和小區(qū)呼吸功能。系統(tǒng)忙時只需少許增加系統(tǒng)噪聲就可增加通話用戶,即所謂軟容量。小區(qū)呼吸功能是指負(fù)荷量動態(tài)控制。,2020/7/31,14,(4)軟切換。當(dāng) 移動臺超越小區(qū)或扇區(qū)時,由于工作頻率相同,只是地址碼序列不同,不需要頻率的切換,稱之為軟切換。軟切換是先接后斷切換,軟切換可靠性高。 (5)存在多址干擾和遠(yuǎn)近效應(yīng)。CDMA的地址碼不可能完全正交,在解擴(kuò)過程中必

10、然帶來用戶間的干擾;CDMA的信道也采用地址碼分割,并切公用載波,增加信道的同時干擾也增加。 CDMA系統(tǒng)通過自動功率控制減輕其影響。 由于信道地址碼的相互作用,任何一個信道將受到其他不同地址碼信道的干擾,稱為多址干擾。,2020/7/31,15,CDMA系統(tǒng)的多址干擾直接限制容量的擴(kuò)大。 碼分多址技術(shù)是基于以下兩種擴(kuò)頻通信方式: (1)跳頻技術(shù) 跳頻技術(shù)是擴(kuò)頻通信中的一種,GSM系統(tǒng)中使用跳頻技術(shù),其主要功能是可有效地減小傳播信道對某個頻率的選擇性衰落;可避免多徑信號的干擾。 跳頻分為基帶跳頻和射頻跳頻兩種。 如圖所示。(a)基帶跳頻 (b)射頻跳頻 (2)擴(kuò)頻技術(shù),2020/7/31,16

11、,2020/7/31,17,TRXn,TRX2,TRX1,耦 合 器,基帶信號,時隙 交叉 控制,圖 1.2(a)基帶跳頻,2020/7/31,18,PN碼發(fā)生器,可變頻率合成器,射頻調(diào)制,頻率合成器,射頻調(diào)制,耦 合 器,基帶信令,基帶信息,F0,F1-Fn,圖 1.2(b)射頻跳頻,擴(kuò)頻通信是將信息信號的頻譜擴(kuò)展后再進(jìn)行傳輸,提高了系統(tǒng)的抗干擾能力,在強(qiáng)干擾甚至信號被噪聲淹沒的情況下,能保證可靠通信。 常用的擴(kuò)頻通信技術(shù)如下: 直接擴(kuò)頻(DS) 將要傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)用高速偽隨機(jī)碼序列調(diào)制,由于偽隨機(jī)序列的速率(帶寬)遠(yuǎn)大于信息數(shù)據(jù)速率,使要傳遞信息數(shù)據(jù)信號的頻譜被展寬。 跳頻(FH) 荷載信

12、息的信號受偽隨機(jī)序列的控制,在一組預(yù)先指定的頻率上離散地跳變,從而擴(kuò)展了發(fā)射信號的頻譜。,2020/7/31,19,三、雙工方式 1、頻分雙工(FDD): 收發(fā)信各占用一個頻率。 優(yōu)點是收、發(fā)信號同時進(jìn)行,時延小,技術(shù)成熟,缺點是設(shè)備成本高。 2、時分雙工(TDD): 收發(fā)信使用同一個頻率,但使用不同時隙。 優(yōu)點是頻譜利用靈活,上、下行使用相同的頻率,傳輸特性相同,有利于使用智能天線,無收發(fā)間隔要求,支持不對稱業(yè)務(wù),設(shè)備成本低等。 缺點是小區(qū)半徑小,抗快衰落和多普勒效應(yīng)的能力低于FDD,終端移動速度不能超過120km/h。,2020/7/31,20,四、頻率復(fù)用技術(shù) 在移動通信系統(tǒng)中,頻率資源

13、有限,為提高頻譜利用率,在相隔一定距離后重新使用相同的頻率組,這種采用同頻復(fù)用和頻率分組來提高頻率利用率方式,就是頻率復(fù)用技術(shù)。 實際應(yīng)用中常采用 4/12 和 3/9 頻率復(fù)用分組方式。即將12組頻率輪流分配到4個基站和將9組頻率輪流分配到3個基站,每個站點可用到3個頻率組。 頻率復(fù)用會帶來小區(qū)間的干擾,GSM系統(tǒng)要求: 同頻干擾保護(hù)比 C/I9dB 鄰頻干擾保護(hù)比 C/I-9dB,2020/7/31,21,2020/7/31,22,圖 1.3 按4/12方式復(fù)用的小區(qū)示意圖,2020/7/31,23,圖1.5 按3/9方式復(fù)用的小區(qū)示意圖,第四節(jié) 無線電頻譜管理與使用 1、無線電頻譜管理

14、2、移動通信的頻譜特性和管理,2020/7/31,24,GSM是全球第一個標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng),它對數(shù)字調(diào)制方式、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)種類等進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范,GSM系統(tǒng)可以提供全球漫游。 主要特點 1、頻譜效率高:采用了高效調(diào)制器、信道編碼和語音編碼等技術(shù),系統(tǒng)具有高頻譜效率。 2、容量大:比TACS(模擬移動通信系統(tǒng))高3-5倍 3、話音質(zhì)量好: 接收信號在門限值以上時,達(dá)到與有線傳輸相同的水平而與無線傳輸質(zhì)量無關(guān)。,2020/7/31,25,第2章 GSM系統(tǒng)的基本原理,4、開放的接口: GSM系統(tǒng)從空中接口到網(wǎng)絡(luò)之間以及網(wǎng)絡(luò)中各實體之間,提供的接口都是開放性的。 5、安全性高: 通過鑒權(quán)

15、、加密和TMSI(臨時用戶識別碼)號碼的使用,實現(xiàn)了安全保護(hù),鑒權(quán)用來驗證用戶的入網(wǎng)權(quán)力,加密防止有人跟蹤而泄漏地理位置。 6、可與ISDN(綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng))、PSTN(公用電話網(wǎng))等互連,與其它網(wǎng)絡(luò)互連是利用現(xiàn)有接口。 在SIM卡基礎(chǔ)上實現(xiàn)漫游,漫游是移動通信的重要特征,GSM系統(tǒng)可以提供全球漫游。,2020/7/31,26,第一節(jié) GSM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 一、GSM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 主要由 移動臺(MS)、基站子系統(tǒng) (BSS)和 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)三部分組成。 GSM系統(tǒng)通過一定的網(wǎng)絡(luò)接口和用戶連接。 其結(jié)構(gòu)方框圖見圖2.1,2020/7/31,27,2020/7/31,28,SMC,圖2.1 G

16、SM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖,1.移動臺(MS): 是移動用戶設(shè)備部分,由移動終端和用戶識別卡(SIM)兩部分組成,移動終端是“機(jī)”,SIM卡是“身份卡”,存有認(rèn)證用戶身份的所有信息。SIM卡還存儲與網(wǎng)絡(luò)和用戶有關(guān)的管理數(shù)據(jù),只有插入SIM卡后移動臺才能接入進(jìn)網(wǎng)。 2.基站子系統(tǒng)(BSS): 由基站控制器(BSC)和基站收發(fā)信機(jī)(BTS)兩部分組成,是GSM系統(tǒng)的基本組成部分。 基站控制器(BSC):具有對一個或多個BTS進(jìn)行控制的功能,主要負(fù)責(zé)無線資源管理、小區(qū)配置數(shù)據(jù)管理、功率控制、定位和切換等。 基站控制器(BSC)是一個很強(qiáng)的業(yè)務(wù)控制點。,2020/7/31,29,基站收發(fā)信臺(BTS): 是無線

17、接口設(shè)備,主要包括無線發(fā)射和接收設(shè)備、天線設(shè)備及信號處理部分。完成無線傳輸、有線與無線轉(zhuǎn)換、分集、加密、跳頻等。實現(xiàn)BTS 與 MS 之間無線傳輸和相關(guān)控制功能。 3.網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS): 由移動業(yè)物交換中心(MSC)、來訪用戶位置寄存器(VLR)、歸屬用戶位置寄存器(HLR)、鑒權(quán)中心(AUC)和移動設(shè)備識別寄存器(EIR)、短消息業(yè)物中心(SMC)等單元組成。主要完成交換功能和用戶數(shù)據(jù)與移動性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能。,2020/7/31,30,(1) 移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC): 是GSM系統(tǒng)的核心,它一側(cè)和 BSS接口,另一側(cè)與外部網(wǎng)絡(luò)接口,主要提供交換功能,MSC可以從HL

18、R、VLR和AUC中獲取有關(guān)處理用戶位置登記和呼叫請求的全部數(shù)據(jù),支持位置登記和更新、越區(qū)切換、漫游和計費功能。 外部網(wǎng)絡(luò)用戶與GSM用戶之間呼叫時,外部網(wǎng)絡(luò)用戶首先被接到入口移動交換中心(GMSC網(wǎng)關(guān)移動業(yè)務(wù)交換中心),它負(fù)責(zé)獲取移動用戶的位置信息,并把呼叫轉(zhuǎn)移到可向被叫用戶提供服務(wù)的 MSC。,2020/7/31,31,(2)來訪用戶位置寄存器(VLR): 是一個動態(tài)用戶數(shù)據(jù)庫,存儲著進(jìn)入其控制區(qū)域內(nèi)來訪的移動用戶的有關(guān)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是從該用戶的歸屬位置寄存器獲得并暫存的,當(dāng)該用戶離開它的控制區(qū)域時,暫時存儲的該用戶數(shù)據(jù)即被刪除。VLR可以看作是一個動態(tài)用戶數(shù)據(jù)庫。 VLR總是和MSC集成

19、在一起的(MSC/VLR)。 (3)歸屬用戶位置寄存器(HLR):它也是一個數(shù)據(jù)庫,存儲著該GSM系統(tǒng)業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)所有移動用戶的有關(guān)數(shù)據(jù)。 存儲的靜態(tài)數(shù)據(jù)有:移動用戶號碼、訪問能力、用戶類別和補(bǔ)充業(yè)務(wù)等,還暫存移動用戶漫游時的有關(guān)動態(tài)信息數(shù)據(jù)。,2020/7/31,32,2020/7/31,33,(4)鑒權(quán)中心(AUC):用于產(chǎn)生為確定移動用戶 的身份和對呼叫保密所需監(jiān)權(quán)、加密的3個參數(shù)(隨機(jī)數(shù)RAND. 響應(yīng)數(shù)SRES. 密鑰Kc)。 (5)移動設(shè)備識別寄存器(EIR):也是一個數(shù)據(jù)庫,存儲有關(guān)移動臺設(shè)備識別碼(IMSI)。 通過核查白色、黑色和灰色三種清單,完成對移動設(shè)備的識別、監(jiān)視、閉鎖功能

20、,以防止非法移動臺的使用。 (6)短消息業(yè)務(wù)中心(SMC):短消息業(yè)務(wù)是一 種類似傳呼機(jī)的業(yè)務(wù)功能,在移動用戶和移動用戶之間或移動用戶和固定用戶之 間發(fā)送較短的信息。,4. 操作維護(hù)中心(OMC) 操作維護(hù)中心,是對整個GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制和操作。通過它實現(xiàn)對GSM系統(tǒng)內(nèi)的自檢、故障診斷和處理、話務(wù)量統(tǒng)計和計費數(shù)據(jù)的記錄和傳遞,以及各種參數(shù)的收集、分析與顯示等。 5. GSM的網(wǎng)絡(luò)接口 如圖5.2所示。 (1)主要接口 GSM主要接口是指 A接口、Abis接口和 Um 接口。 這三種接口可保證不同廠商生產(chǎn)的MS、BSS及NSS等設(shè)備能夠納入GSM系統(tǒng)中正常運行和使用。,2020/7/31,34,

21、2020/7/31,35,圖2.2 GSM系統(tǒng)的接口,1)A接口。 A接口為NSS與BSS之間的通信接口。 從系統(tǒng)實體來看,就是MSC與BSC之間的互連接口,其網(wǎng)絡(luò)連接是通過采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mbit/s的PCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn)的。 A接口傳送的信息包括對移動臺和基站的管理、移動性及呼叫接續(xù)管理等。 2)Abis接口。 是基站子系統(tǒng)的BSC與BTS之間的通信接口。它是采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mbit/s或64Kbit/s的PCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn)。 Abis接口支持所有向用戶提供的服務(wù),支持對BTS無線設(shè)備的控制和無線資源的分配。,2020/7/31,36,3)Um接口(空中接口)。 Um接口

22、定義為 MS 和 BTS 之間的無線通信接口,是GSM系統(tǒng)中最重要、最復(fù)雜的接口,包含信令接口和物理接口兩方面的含義。 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)內(nèi)部接口。 NSS內(nèi)部接口有:B接口、C接口、D接口、E接口、F接口、G接口。 GSM系統(tǒng)與其它公用網(wǎng)絡(luò)接口。 GSM通過移動業(yè)務(wù)交換中心 MSC 與 PSTN、ISDN等公用網(wǎng)絡(luò)連接,一般采用No.7信令接口,其物理連接是2.048Mbit/s的PCM數(shù)字傳輸鏈路。,2020/7/31,37,第二節(jié) GSM的 TDMA 信道 GSM系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò),由小區(qū)構(gòu)成,每個小區(qū)有多個載頻,每個載頻又有8個時隙,即8個物理信道。 GSM 采用 FDMA/TDMA 的

23、混和接入方式。 下面介紹FDMA/TDMA接入方式中的無線信道。 一、TDMA 信道 TDMA信道:可分為物理信道和邏輯信道。 物理信道:一個物理信道就是一個時隙。 邏輯信道:是根據(jù) BTS 與 MS 之間傳遞的消息種類不同而定義的不同邏輯信道,邏輯信道要通過BTS影射到不同的物理信道上來傳送,從BTS到MS的方向稱為下行鏈路,從MS到BTS方向稱為上行鏈路。,2020/7/31,38,邏輯信道又可分為業(yè)務(wù)信道和控制信道。 1、業(yè)務(wù)信道(TCH) 用于傳送數(shù)字話音或數(shù)據(jù),還有少量控制信令。 業(yè)務(wù)信道可分為:語音業(yè)務(wù)信道和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道,在TCH中可安排慢速隨路控制信道(SACCH)或快速隨路控制

24、信道(FACCH)。 2、控制信道(CCH) 用于傳送信令或同步數(shù)據(jù)。根據(jù)所完成的功能把 控制信道分為:廣播信道 (BCH)、公共控制信道(CCCH)和專用控制信道 (DCCH)。 (1)廣播信道(BCH):用于基站向移動臺廣播公用,2020/7/31,39,用于基站向移動臺廣播公用信息。 BCH包括廣播控制信道(BCCH)、頻率校正信道(FCCH)和同步信道(SCH)。 它們攜帶的信息目標(biāo)是小區(qū)內(nèi)所有手機(jī),是一點 對多點的單向的下行信道。 (2)公共控制信道(CCCH):用于傳輸MS接入過程中所需的控制指令。接入許可信道(AGCH)、尋呼信道(PCH)、小區(qū)廣播控制信道(CBCH)和隨機(jī)接入

25、信道(RACH)。 (3)專用控制信道(DCCH):是一種雙向控制信道,其用途是在呼叫接續(xù)階段以及在通信進(jìn)行中,在 MS 和 BTS 之間傳輸必需的控制信息。 又分為SDCCH、SACCH 和 FACCH。,2020/7/31,40,二、TDMA 幀結(jié)構(gòu) GSM系統(tǒng)TDMA的物理信道,是用幀來描述的,每一個載頻被定義為一個幀。 每個幀的周期是4.615ms,包括8個時隙: TS0 TS7, 每個時隙占 0.577ms。 TDMA幀的編號以超高幀為周期的: 從 02715647,每2715648個TDMA幀為一個超高幀。 一個超高幀由2048個超幀組成,一個超幀的幀長為6.12s,它由51業(yè)務(wù)復(fù)

26、幀或26個控制復(fù)幀組成。,2020/7/31,41,第三節(jié) 話音、信道編碼和交織 一、話音編碼 1.GSM 是全數(shù)字系統(tǒng),話音或其他信號都要進(jìn)行數(shù)字化處理,第一步就是要把話音模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 2.PCM編碼是波形編碼,可分為三個步驟: 采樣 量化 編碼 3.采用PCM方式編碼數(shù)字話信號的速率是: 8bit(一個字節(jié)) 8000次/s64Kbit/s 8個時隙的速率:64kbit/s8=512kbit/s。,2020/7/31,42,GSM系統(tǒng)若采用這種編碼方式,則8個語音信道的比特率就是 64kbt/s8 512Kbit/s,GSM系統(tǒng)的載頻間隔為200KHz,要保持在規(guī)定的頻帶內(nèi),必

27、需大大降低每路語音信道的編碼的比特率。 4、GSM采用了規(guī)則脈沖激勵長期預(yù)測編碼器(RPE-LTP編碼器),來降低每路語音信道編碼比特率。 這種混和編碼一路數(shù)字話的比特率為 13Kbt/s; 混合編碼的優(yōu)點:編碼速率低,語音質(zhì)量好。 8路數(shù)字話的速率是:13Kbit/s8104Kbit/s,滿足了無線信道帶寬(200Kbit/s)的傳輸要求。,2020/7/31,43,2020/7/31,44,圖2.4 GSM話音編碼器框圖,二、信道編碼 信道編碼的目的 信道編碼用于改善信道的傳輸質(zhì)量,克服各種干擾因素對信號產(chǎn)生的不良影響。是以增加比特而降低信息量為代價的。 編碼的基本原理 在所傳送的數(shù)據(jù)上增

28、加一些冗余比特信息,進(jìn)行糾錯編碼,減少傳輸過程中比特差錯率。 信道編碼的糾錯方式 1.塊卷積碼:主要用于糾錯,糾錯效果好。 2.糾錯循環(huán)碼:用于檢測和糾正成組的誤碼。 3.奇偶校驗碼:常用最簡單的檢測誤碼的方法。,2020/7/31,45,三、交織技術(shù) 無線電信道是變參信道,比特差錯經(jīng)常是成串發(fā)生的,這是由于持續(xù)的深衰落會影響到相繼一串的比特。 辦法是信息中的相繼比特分開,把順序相關(guān)的比特非相關(guān)化,使突發(fā)差錯信道變?yōu)殡x散信道,再用信道編碼的糾錯功能來糾正差錯,這種辦法就是交織技術(shù)。 交織可以把碼字順序相關(guān)的bit非相關(guān)化,把 m 個bit的碼字分布到 n 個傳輸單元之中,n 越大,非相關(guān)性越好

29、,持續(xù)誤碼越少,傳輸質(zhì)量越高。 但會增加傳輸時延,移動臺和中繼電路上增加了回波抵消器,改善由時延引起的通話回音。,2020/7/31,46,第四節(jié) GSM的調(diào)制技術(shù) 一、GSM調(diào)制方式 GSM采用的是高斯濾波最小移頻鍵控GMSK。 工作原理: 在保持MSK較好的頻譜特性和較低的誤碼率基礎(chǔ)上,在MSK之前加入一高斯濾波器,輸入的基帶信號經(jīng)過高斯濾波器形成的高斯脈沖包絡(luò)無陡峭沿、拐點,經(jīng)調(diào)制后的信號比較平滑,改善了頻譜特性。 GMSK調(diào)制方式,改善了頻譜特性,加快帶外衰減,滿足了相鄰信道干擾電平小于-60dB要求。,2020/7/31,47,二、GMSK的解調(diào) 可以采用正相干解調(diào),但相干載波提取比

30、較難。 GMSK信號的解調(diào)常采用差分解調(diào)和鑒頻器解調(diào)等非相干解調(diào)。,2020/7/31,48,預(yù)調(diào)制濾波器,MSK,輸入,GMSK,h=0.5,圖5.5 GMSK調(diào)制原理框圖,第五節(jié) GSM的控制和管理 控制和管理對GSM系統(tǒng)的正常運行是至關(guān)重要,本節(jié)僅就位置登記和更新、鑒權(quán)與保密、呼叫接續(xù)和越區(qū)切換等控制和管理進(jìn)行討論。 一、位置登記和更新 GSM為了跟蹤 MS 的位置變化,對其位置信息進(jìn)行登記、刪除和更新的過程。 二、鑒權(quán)與加密 GSM系統(tǒng)為了保證安全,采取了鑒權(quán)與加密。 1.鑒權(quán):確認(rèn) MS 的合法性。 2.加密:防止第三者竊聽。,2020/7/31,49,3.設(shè)備識別碼(IMEI) 每

31、個移動臺均有一個惟一的設(shè)備識別碼 IMEI,EIR中存儲了所有入網(wǎng)移動臺設(shè)備的IMEI,目的是確保系統(tǒng)中使用的設(shè)備不是盜用或非法的。 EIR中存有3種名單:即白名單(合法)、黑名單(禁用)、灰名單(由運營商決定)。 4.臨時識別碼(TMSI) 是為防止非法監(jiān)聽或盜用用戶識別碼 IMSI,在無線鏈路上需要傳送IMSI時,均用臨時用戶識別 碼TMSI代替IMSI。 由 MSC/VLR 分配并定期更換TMSI,在無線信道上傳送的是TMSI,確保了IMSI的安全性。,2020/7/31,50,三、GSM用戶呼叫接續(xù)過程 1、移動用戶主叫固定用戶: 移動臺在 “ 隨機(jī)信道RACH ”向基站發(fā)出 “信道請

32、求” 信息,若BS接收成功,給 MS 分配一個“ 專用接入信道 DCCH ”,即在“準(zhǔn)許接入信道 AGCH ”上,向MS發(fā)出“立刻分配”指令。 MS在發(fā)起呼叫的同時,設(shè)置一定時器,在規(guī)定的時間內(nèi)可重復(fù)呼叫。 MS 收到 “ 立即分配 ”的信令后,利用分配的DCCH與 BS 建立起信令鏈路,經(jīng) BS 向 MSC 發(fā)送“ 業(yè)務(wù)請求信息 ”。 MSC向VLR發(fā)送“開始接入請求”應(yīng)答信令,VLR收到后,經(jīng)MSC和BS向MS發(fā)出“鑒權(quán)請求”,其中包含一隨機(jī)數(shù)(RAND),MS按鑒權(quán)算法A3進(jìn)行處理后,向MSC發(fā)回“鑒權(quán)”響應(yīng)信息。,2020/7/31,51,若鑒權(quán)通過,承認(rèn)MS的合法性,VLR就給MSC

33、發(fā)送“置密模式”信息,由 MSC 經(jīng) BS 向 MS 發(fā)送“置密模式”指令。 MS 收到并完成置密后,要向 MSC 發(fā)送“置密模式完成”的相應(yīng)信息,經(jīng)鑒權(quán)、置密完成后,VLR才向 MSC 作出“開始接入請求”應(yīng)答。 為了保護(hù) IMSI 不被監(jiān)聽或盜用,VLR 將給 MS分配一個新的TMSI。 接著 MS 向 MSC 發(fā)出“建立呼叫請求”,MSC收到后,向 VLR 發(fā)出指令,要求它傳送建立呼叫所需的信息。,2020/7/31,52,如果成功,MSC 即向 MS 發(fā)送“呼叫開始”的指令,并向 BS 發(fā)出分配無線業(yè)務(wù)信道的“信道指配”指令。 如果 BS 有空閑“ 業(yè)務(wù)信道 TCH ”,即向 MS 發(fā)

34、出“ 信道指配 ” 指令,當(dāng) MS 得到業(yè)務(wù)信道時,向 BS 和 MSC 發(fā)送“ 信道指配完成 ”的信息。 MSC 在無線鏈路和地面有線鏈路建立后,把呼叫接續(xù)到固定網(wǎng)絡(luò),并和被叫的固定用戶建立連接,然后給 MS 發(fā)送回鈴音。 當(dāng)被叫固定用戶摘機(jī)后,MSC 向 BS和 MS 發(fā)送“連接”指令,待 MS 發(fā)回 “ 連接 ”確認(rèn)后,即轉(zhuǎn)入通話狀態(tài),完成整個接續(xù)過程。,2020/7/31,53,2、固定用戶主叫移動用戶: 固定用戶向移動用戶撥出號碼后發(fā)起呼叫后,固定網(wǎng)絡(luò)把呼叫接續(xù)到就近入口移動交換中心 GMSC。 GMSC即向相應(yīng)的 HLR 查詢路由信息,HLR 在保存的用戶位置數(shù)據(jù)庫中,查出被叫 M

35、S 所在的地區(qū),并向該區(qū) VLR 查詢該 MS 的漫游號碼MSRN,VLR 把該 MS 的 MSRN 送到 HLR,并轉(zhuǎn)發(fā)給查詢路由信息的GMSC。 GMSC 即把呼叫接續(xù)到被叫 MS 所在地區(qū)的移動交換中心 VMSC。 VMSC 向該 VLR 查詢有關(guān)的“ 呼叫參數(shù) ”,獲得成功后,再向相關(guān)的基站BS 發(fā)出“ 尋呼請求 ”。,2020/7/31,54,基站控制器 BSC 根據(jù) MS 所在的小區(qū),確定所用的收發(fā)臺 BTS,在“ 尋呼信道BCH ”上發(fā)送此“ 尋呼要求 ” 信息。MS 收到尋呼請求信息后,在“ 隨機(jī)信道 RACH ”向 BS 發(fā)送“ 信道請求 ”,由 BS 分配“專用控制信道 D

36、CCH ”,在“公用控制信道CCCH ”上給 MS 發(fā)送“ 立即分配 ” 指令。MS 利用分配到的 DCCH 與 BS 建立起信令鏈路,然后向 VMSC 發(fā)回 “ 尋呼 響應(yīng) ”。 VMSC接到 MS 的 “ 尋呼相應(yīng) ”后,向 VLR 發(fā)送“ 開始接入請求 ”,按著啟動常規(guī)的“鑒權(quán)”和“置密模式”的過程之后,VLR 即向 VMSC 發(fā)回“ 開始接入應(yīng)答 ” 和 “ 完成呼叫 ” 的請求。,2020/7/31,55,VMSC 向 BS 及 MS 發(fā)送“呼叫建立”的信令。 被叫 MS 收到信令后,向 BS和VMSC 發(fā)回“呼叫證實” 信息,表明 MS 已可進(jìn)入通信狀態(tài)。 VMSC收到 MS 的“

37、呼叫證實”信息后,向 BS發(fā)出信道 “指配請求”,要求BS給MS分配無線“業(yè)務(wù)信道TCH”,接著,MS 向BS及VMSC發(fā)回“指配完成”響應(yīng)和回鈴音,VMSC 向固定用戶發(fā)送 “連接完成” 信息。 被叫MS摘機(jī)時,向 VMSC 發(fā)送“連接”信息。VMSC 向主叫固定用戶發(fā)送 “撥號應(yīng)答” 信息,并向MS發(fā)送 “連接” 確認(rèn)信息,整個接續(xù)過程全部完成。,2020/7/31,56,四、越區(qū)切換 越區(qū)切換是指通信期間,當(dāng) MS從一個小區(qū)進(jìn)入另一個小區(qū)時,網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實時控制把 MS 在原小區(qū)所用的信道轉(zhuǎn)換到新小區(qū)的某一信道的過程。 1、同一個 BSC、不同 BTS之間的切換,包括不同扇區(qū)的切換; 2、同

38、一個 MSC/VLR、不同 BSC 之間的切換; 3、不同的 MSC/VLR 之間的切換。 GSM系統(tǒng)采取了移動臺輔助切換法(MAHO),MS測量本基站和周圍基站的信號強(qiáng)度,把測得的結(jié)果送給MSC分析和處理,從而作出越區(qū)切換的決定。如果不能進(jìn)行切換,BS會向MS發(fā)出拒絕切換的決定。,2020/7/31,57,第六節(jié) GPRS 系統(tǒng) GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)的英文簡寫,是GSM向3G演進(jìn)的第一階段,GPRS 也稱為 2.5 G 。 一、特點: (1)GPRS數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)100kbit/s以上,比GSM網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率9.6Kbit/s 高的多。 實際的非對稱速率只有14-43kbit/s

39、,但仍使圖片、視頻等多媒體業(yè)務(wù)的應(yīng)用成為現(xiàn)實。 (2)GPRS采用分組交換技術(shù),網(wǎng)絡(luò)信道只在用戶需要時分配,提高了信道利用率,充分利用了網(wǎng)絡(luò)資源。 (3)GPRS用戶訪問互聯(lián)網(wǎng)時,保持著邏輯上的連接,可使GPRS用戶“實時在線”,按用戶下載流量計費。,2020/7/31,58,二、GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) (1)在 GSM 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上:增加 SGSN(GPRS服務(wù)支持節(jié)點)和 GGSN(GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點)兩個節(jié)點,構(gòu)成了移動分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。 如圖2.10所示。 (2)SGSN 的功能:類似于MSC,與MSC同一級別,記錄移動臺當(dāng)前的位置信息,執(zhí)行安全功能和接入控制,在MS和GGSN之間完成移動分組

40、數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。 (3)GGSN 的功能:是網(wǎng)關(guān)作用,可以和多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)連接,如 ISDN、LAN、PSPDN 等,GPRS 提供了移動網(wǎng)到 TCP/IP 或 X.25 的網(wǎng)絡(luò)接口。 可把 GPRS網(wǎng)絡(luò) 看作是一個 IP子網(wǎng)。,2020/7/31,59,2020/7/31,60,圖2.10 GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),三、GPRS的網(wǎng)絡(luò)接口和參考點 (1)Um接口: 無線空中接口,射頻部分與 GSM 相同,邏輯信道增加了分組信道 PDCH, 采用了4種新的編碼方式,并支持多時隙傳輸方式,最多可傳輸8個時隙。 (2)Gb接口: SGSN與BSS之間的接口。 Gb接口 即傳送信令又傳送話務(wù)信息,提供

41、流量控制,支持移動管理和會話功能,如GPRS 附著/分離、安全、路由更新、數(shù)據(jù)連接信息的激活/去活等,支持移動臺分組業(yè)務(wù)經(jīng)BSS到SGSN的傳輸。 (3)Gn接口: 同一個PLMN中的兩個GSN(GPRS支持節(jié)點)之間的接口,支持用戶數(shù)據(jù)和有關(guān)信令的傳輸,支持移動性管理。,2020/7/31,61,(4)Gp接口。不同PLMN中的兩個GSN的接口。Gp接口的功能與Gn相似,它還提供邊緣網(wǎng)關(guān)(BG)、防火墻及不同PLMN間互聯(lián)功能,如安全和路由等。 (5)Gr接口。SGSN與HLR之間的接口。 Gr接口為SGSN提供了接入HLR并獲得用戶管理數(shù)據(jù)和位置信息的接口,通過MAP信令進(jìn)行傳送,該HLR

42、可以屬于不同PLMN。 (6)Gs接口。SGSN與MSC/VLR之間的接口。 是用來支持SGSN和MSC/VLR配合工作的,使SGSN可以向MSC/VLR發(fā)送MS的位置信息或接收來自MSC/VLR的尋呼信息。Gs接口能使網(wǎng)絡(luò)為一個MS同時提供電路和分組業(yè)務(wù)服務(wù)。,2020/7/31,62,(7)Gc接口。 GGSN 與 HLR之間的接口。選用Gc接口,GGSN可直接從HLR中獲得MS的位置信息。 (8)Gi參考點。GGSN與外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò) IP、X.25 之間的接口參考點。GPRS可支持各種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),Gi不是標(biāo)準(zhǔn)接口,是一個參考點。 (9)Gf接口。SGSN 與 EIR之間的接口,交換有關(guān)數(shù)

43、據(jù)、認(rèn)證 MS 的 IMSI 信息。 (10)Gd接口。SMS-GMSC(短消息業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)移動交換中心)和SGSN之間的接口,SMS-IWMSC(短消息業(yè)務(wù)互通移動交換中心)和SGSN之間的接口,可以提高SMS的使用效率。,2020/7/31,63,碼分多址(CDMA)系統(tǒng),是在數(shù)字技術(shù)的分支擴(kuò)頻通信技術(shù)上發(fā)展起來的一種無線通信技術(shù),它源自于人類對無線通信更高質(zhì)量的要求,全球許多國家都已建有CDMA網(wǎng)絡(luò)。 第一節(jié) 碼分多址(CDMA)技術(shù) 碼分多址(CDMA)采用的關(guān)鍵技術(shù)有: 擴(kuò)頻技術(shù)、碼分多址技術(shù)、信道技術(shù)、功率控制技術(shù)、切換技術(shù)等。,2020/7/31,64,第3章 碼分多址系統(tǒng) 和移動通

44、信的發(fā)展,一、CDMA擴(kuò)頻通信技術(shù) 1、擴(kuò)頻通信的基本原理 擴(kuò)頻通信技術(shù)是CDMA的關(guān)鍵技術(shù)之一。 CDMA 采用的是直接擴(kuò)頻: 發(fā)送端:將需傳送的窄帶信息數(shù)據(jù),用一個帶寬遠(yuǎn)大于信號帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制,使窄帶數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴(kuò)展,稱為擴(kuò)頻,再經(jīng)調(diào)制載波后發(fā)送出去。 接收端:使用完全相同的偽隨機(jī)碼,與接收的被擴(kuò)展的寬帶信號作相關(guān)解調(diào),把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號即解擴(kuò),以實現(xiàn)信息通信。,2020/7/31,65,發(fā)送端: 帶有用戶信息的窄帶數(shù)據(jù)信號 d(t),通過偽隨機(jī)碼c(t)擴(kuò)頻后,在頻域內(nèi)被擴(kuò)展成寬帶頻譜信號s(t),經(jīng)調(diào)制載波后發(fā)射出去。 接收端: 接收機(jī)接收到的寬帶信息,

45、經(jīng)載波同步解調(diào)后不僅有用戶信息的寬帶信號 s(t),而且還有窄帶干擾噪聲n(t)。 因此,合成信號為 s(t)+ n(t) 如圖3.1和圖3.2所示。,2020/7/31,66,對合成信號 s(t)+ n(t)解擴(kuò)過程: 用同樣的偽隨機(jī)碼c(t)進(jìn)行解擴(kuò),由于偽隨機(jī)碼c(t)具有尖銳的自相關(guān)特性,即可認(rèn)為c(t)c(t)=1,得到: s(t)+n(t)c(t)= s(t)c(t)+n(t)c(t) =d(t)c(t)c(t)+n(t)c(t)= d(t)+n(t)c(t) n(t)c(t)實際是對窄帶干擾噪聲的擴(kuò)頻操作,結(jié)果 n(t)被擴(kuò)展成寬帶頻譜,單位頻帶內(nèi)的噪聲功率降低了,對有用信號的干

46、擾減小了,通過帶通濾波器后,寬帶低功率噪聲干擾大部分被濾除,只輸出用戶信號d(t)和濾波器帶通內(nèi)干擾噪聲。,2020/7/31,67,2020/7/31,68,2020/7/31,69,圖 3.2 擴(kuò)頻和解擴(kuò)過程示意圖,2.處理增益和抗干擾容限 處理增益(Gp)和抗干擾容限(Mj)是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的兩個重要指標(biāo)。 處理增益(Gp):又稱擴(kuò)頻增益,它定義為擴(kuò)頻信號帶寬(Bw)與信息帶寬(Bs)之比。 即: Gp = Bw/Bs 擴(kuò)頻增益Gp表示擴(kuò)頻系統(tǒng)輸出信噪比改善的程度,是擴(kuò)頻系統(tǒng)的一個重要指標(biāo)。 Gp 值越大,系統(tǒng)的信噪比改善程度越大,通信質(zhì)量也越好。,2020/7/31,70,抗干擾容限:

47、反映了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)抗干擾能力,表示在保證系統(tǒng)所要求的信噪比(S/Nout)時,系統(tǒng)能夠承受的最大干擾值。 就是接收機(jī)輸入端能承受的干擾信號比有用信號高出的分貝數(shù)。 其數(shù)學(xué)表達(dá)式為: Mj=Gp-Ls+(S/Nout) 式中:Gp為處理增益, Ls為系統(tǒng)損耗, S/Nout 為系統(tǒng)所要求的信噪比。 一般要求接收機(jī)輸出信噪比 S/Nout10dB。,2020/7/31,71,二、碼分多址通信技術(shù) 碼分多址技術(shù)是CDMA通信的基本技術(shù),是區(qū)別于TDMA、FDMA的重要標(biāo)志。如圖3.3所示。 CDMA引入了碼域概念,在同時同頻下完成通信,不同的用戶被不同的地址碼所區(qū)分,這些地址碼彼此都是正交的。 當(dāng)用

48、這樣的地址碼對于不同的低頻用戶信息進(jìn)行擴(kuò)頻后,被調(diào)制的高頻信號就可以在空中傳播,接收端接收到已調(diào)制高頻信號,經(jīng)載波同步解調(diào)后,再用同樣的地址碼對擴(kuò)頻的寬帶信號進(jìn)行解擴(kuò)處理,就可以正確地獲得低頻用戶信息。 CDMA技術(shù)實現(xiàn)了頻率在多個小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用。,2020/7/31,72,2020/7/31,73,圖3.3 碼分多址原理示意圖,在選擇用戶的地址碼或擴(kuò)頻碼時,自相關(guān)特性和互相關(guān)特性是兩個重要標(biāo)準(zhǔn)。 要求自相關(guān)性尖銳: 碼序列本身相乘疊加后歸一化值為 1,稱為自相關(guān)性尖銳。 要求互相關(guān)特性良好: 任意兩個不同碼序列相乘后積分的值為 0,稱互相關(guān)性良好(稱兩個碼序列為正交)。 擴(kuò)頻碼的互相關(guān)性良好

49、,有利于消除碼間干擾;擴(kuò)頻碼的自相關(guān)性尖銳,有利于同步和消除多徑干擾。,2020/7/31,74,CDMA系統(tǒng)里常用Walsh函數(shù)正交碼,作為擴(kuò)頻碼。 CDMA系統(tǒng)里常用偽隨機(jī)序列(PN碼)作為地址碼。偽隨機(jī)序列是一種貌似隨機(jī)但實際上是有規(guī)律的周期性二進(jìn)制序列。 在 CDMA 系統(tǒng)中常用M序列來用來區(qū)分用戶; 用Gold序列來區(qū)分用戶或基站。 M 序列:是“最大長度線性移位寄存器序列”簡稱。 Gold序列:是一種基于M序列優(yōu)選對的碼序列,序列資源豐富。,2020/7/31,75,三、CDMA 信道 通信系統(tǒng)都有不同用途的信道,以完成復(fù)雜的信令和業(yè)務(wù)的傳輸。CDMA不用開辟不同的頻段或時隙來作信

50、道,CDMA的信道是通過碼來區(qū)分的,分成前向信道和反向信道分別描述 CDMA信道的作用。 1、CDMA 前向信道 ( BS 到 MS方向 ) CDMA 前向信道由導(dǎo)頻信道、同步信道、尋呼信道和業(yè)務(wù)信道組成。 每個信道有特定的 Walsh 序列碼調(diào)制(W0W63)。 每個信道的基帶速率有多種,最高達(dá)到19.2kbit/s, 每個基帶數(shù)據(jù)流與64碼片長的 Walsh序列相乘后,總速率為19.2kbit/s641.2288Mbit/s數(shù)據(jù)流。,2020/7/31,76,(1)導(dǎo)頻信道: 始終發(fā)送一個不含信息的擴(kuò)頻信號,導(dǎo)頻信號發(fā)射功率比其他信道大,以便MS對BS的捕獲和跟蹤。 導(dǎo)頻信號也是MS判斷是

51、否要越區(qū)切換的基準(zhǔn)。 (2)同步信道(SCH):作用是發(fā)送基站的同步消息。包括系統(tǒng)時間和導(dǎo)頻偏置,使MS確認(rèn)正在接入的是哪一個BS。 (3)尋呼信道(PCH): 每個BS有一個或幾個PCH,用于發(fā)送系統(tǒng)信息和指令,在MS接入信道發(fā)出接入請求后對消息進(jìn)行確認(rèn)。 (4)前向業(yè)務(wù)信道(F-TCH):用于傳送用戶數(shù)字語音和其他業(yè)務(wù)信息。還包括功率控制子信道,還傳輸越區(qū)切換等控制信息。,2020/7/31,77,2、CDMA 反向信道 (MS 到 BS方向) CDMA有兩種反向信道:接入信道和業(yè)務(wù)信道。 (1)接入信道(ACH): 反向信道中有1個到32個接入信道。 前向信道中每個尋呼信道,對應(yīng)一個接入

52、信道。 接入信道用于MS初始化呼叫、響應(yīng)基站的尋呼要求和信息要求等。當(dāng)需要時,接入信道可變成業(yè)務(wù)信道,傳輸用戶業(yè)務(wù)信息。 (2)反向業(yè)務(wù)信道(R-TCH): 反向業(yè)務(wù)信道與前向業(yè)務(wù)信道類似,主要用于傳送業(yè)務(wù)信息和信令。,2020/7/31,78,四、CDMA 功率控制技術(shù) 功率控制技術(shù)是 CDMA 的基本技術(shù)之一。 率控制目的:克服遠(yuǎn)近效應(yīng);提高系統(tǒng)容量。 功率控制方式:前向功率控制和反向功率控制。 1、反向功率控制 反向功率控制的對象: 是控制 MS 的發(fā)射功率,控制依據(jù)是前向信道的接收信號強(qiáng)度、前向信道的誤幀率等參數(shù)。 反向功率控制有:開環(huán)功率控制、閉環(huán)功率控制和外環(huán)功率控制。,2020/

53、7/31,79,反向開環(huán)功率控制: 當(dāng) MS發(fā)起呼叫或者響應(yīng) BS 的呼叫時首先工作的,目的是使所有 MS發(fā)出的信號在到達(dá)BS時都有相同的功率。 基本方法:MS 測量接收的導(dǎo)頻信號的功率電平,估算出前向鏈路路徑損耗,調(diào)整 MS發(fā)射功率。 反向閉環(huán)功率控制: 反向閉環(huán)功率控制是反向功率控制的核心,是由 BS 協(xié)助 MS,對MS的開環(huán)功率估測作出校正,使MS始終保持理想發(fā)射功率的一種技術(shù)。,2020/7/31,80,2、前向功率控制 前向功率控制的實現(xiàn)是 BS 根據(jù) MS 提供的測量結(jié)果,調(diào)整對每個MS的發(fā)射功率。 對路徑衰耗小的MS分配比較小的前向發(fā)射功率;對較遠(yuǎn)及解調(diào)信噪比較低的MS分配較大的

54、前向發(fā)射功率,前向功率控制也采取了閉環(huán)控制。 結(jié)論:CDMA 功率控制是一種合并機(jī)制,在幾種機(jī)制共同作用下,不斷地調(diào)整發(fā)射功率以彌補(bǔ)無線信道的衰減變化,保證通信質(zhì)量和提高系統(tǒng)容量。,2020/7/31,81,五、切換技術(shù) CDMA的切換技術(shù)包括軟切換和硬切換。 1、軟切換技術(shù) 軟切換技術(shù)是CDMA系統(tǒng)的又一關(guān)鍵技術(shù)。 軟切換: 軟切換是先通后斷的切換方式。 軟切換是指 MS 在具有相同頻率CDMA頻道中的小區(qū)或扇區(qū)之間進(jìn)行的切換,軟切換不需要MS變更收發(fā)頻率。 更軟切換:更軟切換是指在同一個小區(qū)內(nèi)不同扇區(qū)之間的切換,不需要MS變更收發(fā)頻率,切換是由BS完成,BS只是報MSC備案。,2020/7

55、/31,82,2.硬切換技術(shù) 硬切換:是指 MS在不同系統(tǒng)的BS之間、不同 CDMA頻道或不同幀偏移量之間進(jìn)行的切換。 硬切換是先斷后接的切換方式。硬切換需要 MS變更收發(fā)頻率,即先切斷原來的收發(fā)頻率,再搜索使用新的頻道,會造成無線鏈路的瞬間中斷,如切換時間大于200ms,將影響用戶通信。 CDMA系統(tǒng)的切換絕大部分是通過軟切換實現(xiàn)的,可以保證很高的切換成功率。 硬切換成功率相對于軟切換低,提高硬切換成功率一直是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和系統(tǒng)調(diào)整的一個重點。,2020/7/31,83,第二節(jié) CDMA系統(tǒng)的特點 (1)發(fā)射功率低 CDMA手機(jī)采用完備的功率控制算法,使手機(jī)的發(fā)射功率剛好滿足正常通信,通過擴(kuò)頻通

56、信方式抑制窄帶干擾,使手機(jī)發(fā)射功率降低,大約是 GSM 手機(jī)的 1/10。 (2)通話質(zhì)量優(yōu): CDMAD 擴(kuò)頻碼分通信制式,可以過濾環(huán)境中的背境噪聲,使用戶語音更為清晰,采用軟切換算法提高了切換成功率,使得小區(qū)交界處語音質(zhì)量得以保證。,2020/7/31,84,(3)保密性能好 CDMA系統(tǒng)在空中傳輸?shù)氖歉咚贁U(kuò)頻信號,擴(kuò)頻碼是很復(fù)雜的偽隨機(jī)碼,具有非常好的保密性。 (4)更好的用戶容量 CDMA系統(tǒng)小區(qū)容量是柔性的,通過功率控制技術(shù)應(yīng)用,可以限制單個用戶前向功率的控制范圍,保證容量。 (5)CDMA技術(shù)提高了語音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?結(jié)論:CDMA是寬帶系統(tǒng),有較高的擴(kuò)頻增益,在C/I為負(fù)值

57、時仍能得到較好的服務(wù)質(zhì)量,在同等條件下比 GSM 傳播距離大 1.3-2.1 倍左右。 在郊區(qū)開闊地,基站覆蓋半徑可達(dá) 50km 以上。,2020/7/31,85,第三節(jié) 移動通信無線頻率的分配 一、GSM 900MHz系統(tǒng)的工作頻率(載頻) 上行(MS發(fā),BS收)工作頻率范圍: 890915MHz 下行(BS發(fā),MS收)工作頻率范圍: 935960MHz 工作帶寬:25MHz 雙工間隔:45MHz 載頻間隔:200KHz 共有124個載頻頻道,頻道號為1124。 載頻頻道:每個載頻信道帶寬 200KHz。,2020/7/31,86,中國移動占用低端94個頻道,中國聯(lián)通占 用高端30個頻道。

58、二、GSM 1800MHz系統(tǒng)的工作頻率 上行頻率范圍:17101785MHz 下行頻率范圍:18051880MHz 雙工間隔:95 MHz 工作帶寬:75 MHz 載頻間隔:200 MHz,共有374個載頻頻道。 三、CDMA 800MHz系統(tǒng)的工作頻率 上行頻率范圍: 825835MHz 下行頻率范圍: 870880MHz,2020/7/31,87,第四節(jié) 第三代移動通信的發(fā)展 在GSM和窄帶CDMA的第二代移動通信時期,實現(xiàn)了部分國家和地區(qū)的漫游,也暴露出一些問題,如系統(tǒng)容量小,頻譜利用率不高,不適合于傳輸高速數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)等。 第三代移動通信系統(tǒng)(3G)是在ITU IMT2000建議基礎(chǔ)上,工作在2GHz頻段,最高速率可達(dá)2Mbit/s的寬帶移動通信系統(tǒng)。 其基本特征如下: (1)全球普及和全球無縫漫游的系統(tǒng)。2G系統(tǒng)一般為區(qū)域或國家標(biāo)準(zhǔn),而3G系統(tǒng)是在全球范圍內(nèi)覆蓋和使用的系統(tǒng),全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。,2020/7/31,88,(2)具有支持多媒體業(yè)務(wù)能力。 2G系統(tǒng)主要提供語音業(yè)務(wù)為主,GSM 演進(jìn)到最高階段的速率能為384kbit/s,而3G系統(tǒng)的業(yè)務(wù)從支持語音業(yè)務(wù)到分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)到多媒體業(yè)務(wù),根據(jù)具體業(yè)務(wù)需要,提供必要的帶寬。 ITU規(guī)定的第三代移動通信系統(tǒng)無線傳輸技術(shù)RTT必需滿足以下3種環(huán)境的最低要求,即: 快速移動環(huán)境,傳輸速率 達(dá)144kbit/s;

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