移動通信基礎(chǔ)知識95896ppt課件

2020 4 25 主講郭雙貴 高級工程師 2020 4 25 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 4 25 2 2020 4 25 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 300 3000MHz 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 4 25 3 2020 4 25 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 4 25 4 2020 4 25 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 4 25 5 2020 4 25 第二節(jié)移動通信的發(fā)展歷程80年代發(fā)展起來的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 CDMA2000 TD SCDMA 我國提出的標(biāo)準(zhǔn) 2020 4 25 6 2020 4 25 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 4 25 7 2020 4 25 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 4 25 8 2020 4 25 二 多址技術(shù)多址技術(shù)就是把多個用戶接入一個傳輸媒質(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 4 25 9 2020 4 25 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 25 30KHz 相鄰頻道要留有防護頻帶 2 與TDMA系統(tǒng)比 FDMA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 4 25 10 2020 4 25 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 4 25 11 2020 4 25 如下圖所示的頻分多址和時分多址方式 a FDMAb TDMA 2020 4 25 12 2020 4 25 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 4 25 13 2020 4 25 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 有很強的抑制干擾和多徑衰落的能力 CDMA的擴頻系統(tǒng)可以把多徑干擾信號解擴去除 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 4 25 14 2020 4 25 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 在解擴過程中必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 4 25 15 2020 4 25 CDMA系統(tǒng)的多址干擾直接限制容量的擴大 碼分多址技術(shù)是基于以下兩種擴頻通信方式 1 跳頻技術(shù)跳頻技術(shù)是擴頻通信中的一種 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 擴頻技術(shù) 2020 4 25 16 2020 4 25 2020 4 25 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 4 25 2020 4 25 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 2020 4 25 擴頻通信是將信息信號的頻譜擴展后再進(jìn)行傳輸 提高了系統(tǒng)的抗干擾能力 在強干擾甚至信號被噪聲淹沒的情況下 能保證可靠通信 常用的擴頻通信技術(shù)如下 直接擴頻 DS 將要傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)用高速偽隨機碼序列調(diào)制 由于偽隨機序列的速率 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 荷載信息的信號受偽隨機序列的控制 在一組預(yù)先指定的頻率上離散地跳變 從而擴展了發(fā)射信號的頻譜 2020 4 25 19 2020 4 25 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 4 25 20 2020 4 25 四 頻率復(fù)用技術(shù)在移動通信系統(tǒng)中 頻率資源有限 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 同頻干擾保護比C I 9dB鄰頻干擾保護比C I 9dB 2020 4 25 21 2020 4 25 2020 4 25 22 圖1 3按4 12方式復(fù)用的小區(qū)示意圖 2020 4 25 2020 4 25 23 圖1 5按3 9方式復(fù)用的小區(qū)示意圖 2020 4 25 第四節(jié)無線電頻譜管理與使用1 無線電頻譜管理2 移動通信的頻譜特性和管理 2020 4 25 24 2020 4 25 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 4 25 25 2020 4 25 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) 加密和TMSI 臨時用戶識別碼 號碼的使用 實現(xiàn)了安全保護 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 4 25 26 2020 4 25 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 4 25 27 2020 4 25 2020 4 25 28 SMC 圖2 1GSM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 2020 4 25 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 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 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 是一個很強的業(yè)務(wù)控制點 2020 4 25 29 2020 4 25 基站收發(fā)信臺 BTS 是無線接口設(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 4 25 30 2020 4 25 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HLR 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 4 25 31 2020 4 25 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 4 25 32 2020 4 25 2020 4 25 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 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 2020 4 25 4 操作維護中心 OMC 操作維護中心 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 4 25 34 2020 4 25 2020 4 25 35 圖2 2GSM系統(tǒng)的接口 2020 4 25 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 4 25 36 2020 4 25 3 Um接口 空中接口 Um接口定義為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 4 25 37 2020 4 25 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 4 25 38 2020 4 25 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 4 25 39 2020 4 25 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 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 和隨機接入信道 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 4 25 40 2020 4 25 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0 2715647 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)幀或26個控制復(fù)幀組成 2020 4 25 41 2020 4 25 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 s 64Kbit s8個時隙的速率 64kbit s 8 512kbit s 2020 4 25 42 2020 4 25 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 s 8 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 s 8 104Kbit s 滿足了無線信道帶寬 200Kbit s 的傳輸要求 2020 4 25 43 2020 4 25 2020 4 25 44 圖2 4GSM話音編碼器框圖 2020 4 25 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 4 25 45 2020 4 25 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 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 4 25 46 2020 4 25 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 4 25 47 2020 4 25 二 GMSK的解調(diào)可以采用正相干解調(diào) 但相干載波提取比較難 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 4 25 48 預(yù)調(diào)制濾波器 MSK 輸入 GMSK h 0 5 圖5 5GMSK調(diào)制原理框圖 2020 4 25 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 4 25 49 2020 4 25 3 設(shè)備識別碼 IMEI 每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 4 25 50 2020 4 25 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 隨機信道RACH 向基站發(fā)出 信道請求 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 4 25 51 2020 4 25 若鑒權(quán)通過 承認(rèn)MS的合法性 VLR就給MSC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 4 25 52 2020 4 25 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)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 4 25 53 2020 4 25 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MS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 4 25 54 2020 4 25 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 隨機信道RACH 向BS發(fā)送 信道請求 由BS分配 專用控制信道DCCH 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 4 25 55 2020 4 25 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 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 4 25 56 2020 4 25 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 4 25 57 2020 4 25 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 5G 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 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 4 25 58 2020 4 25 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 4 25 59 2020 4 25 2020 4 25 60 圖2 10GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 2020 4 25 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 4 25 61 2020 4 25 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 4 25 62 2020 4 25 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)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 4 25 63 2020 4 25 碼分多址 CDMA 系統(tǒng) 是在數(shù)字技術(shù)的分支 擴頻通信技術(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 4 25 64 2020 4 25 一 CDMA擴頻通信技術(shù)1 擴頻通信的基本原理擴頻通信技術(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碼進(jìn)行調(diào)制 使窄帶數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展 稱為擴頻 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碼 與接收的被擴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 以實現(xiàn)信息通信 2020 4 25 65 2020 4 25 發(fā)送端 帶有用戶信息的窄帶數(shù)據(jù)信號d t 通過偽隨機碼c t 擴頻后 在頻域內(nèi)被擴展成寬帶頻譜信號s t 經(jīng)調(diào)制載波后發(fā)射出去 接收端 接收機接收到的寬帶信息 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 4 25 66 2020 4 25 對合成信號s t n t 解擴過程 用同樣的偽隨機碼c t 進(jìn)行解擴 由于偽隨機碼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頻操作 結(jié)果n t 被擴展成寬帶頻譜 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 4 25 67 2020 4 25 2020 4 25 68 2020 4 25 2020 4 25 69 圖3 2擴頻和解擴過程示意圖 2020 4 25 2 處理增益和抗干擾容限處理增益 Gp 和抗干擾容限 Mj 是擴頻通信系統(tǒng)的兩個重要指標(biāo) 處理增益 Gp 又稱擴頻增益 它定義為擴頻信號帶寬 Bw 與信息帶寬 Bs 之比 即 Gp Bw Bs擴頻增益Gp表示擴頻系統(tǒng)輸出信噪比改善的程度 是擴頻系統(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 4 25 70 2020 4 25 抗干擾容限 反映了擴頻通信系統(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 一般要求接收機輸出信噪比S Nout 10dB 2020 4 25 71 2020 4 25 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)用這樣的地址碼對于不同的低頻用戶信息進(jìn)行擴頻后 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頻的寬帶信號進(jìn)行解擴處理 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 4 25 72 2020 4 25 2020 4 25 73 圖3 3碼分多址原理示意圖 2020 4 25 在選擇用戶的地址碼或擴頻碼時 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 擴頻碼的互相關(guān)性良好 有利于消除碼間干擾 擴頻碼的自相關(guān)性尖銳 有利于同步和消除多徑干擾 2020 4 25 74 2020 4 25 CDMA系統(tǒng)里常用Walsh函數(shù)正交碼 作為擴頻碼 CDMA系統(tǒng)里常用偽隨機序列 PN碼 作為地址碼 偽隨機序列是一種貌似隨機但實際上是有規(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 4 25 75 2020 4 25 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 W0 W63 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 s 64 1 2288Mbit s數(shù)據(jù)流 2020 4 25 76 2020 4 25 1 導(dǎo)頻信道 始終發(fā)送一個不含信息的擴頻信號 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 4 25 77 2020 4 25 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 4 25 78 2020 4 25 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 4 25 79 2020 4 25 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 4 25 80 2020 4 25 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制 在幾種機制共同作用下 不斷地調(diào)整發(fā)射功率以彌補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 4 25 81 2020 4 25 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 4 25 82 2020 4 25 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 4 25 83 2020 4 25 第二節(jié)CDMA系統(tǒng)的特點 1 發(fā)射功率低CDMA手機采用完備的功率控制算法 使手機的發(fā)射功率剛好滿足正常通信 通過擴頻通信方式抑制窄帶干擾 使手機發(fā)射功率降低 大約是GSM手機的1 10 2 通話質(zhì)量優(yōu) CDMAD擴頻碼分通信制式 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 4 25 84 2020 4 25 3 保密性能好CDMA系統(tǒng)在空中傳輸?shù)氖歉咚贁U頻信號 擴頻碼是很復(fù)雜的偽隨機碼 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?結(jié)論 CDMA是寬帶系統(tǒng) 有較高的擴頻增益 在C I為負(fù)值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 4 25 85 2020 4 25 第三節(jié)移動通信無線頻率的分配一 GSM900MHz系統(tǒng)的工作頻率 載頻 上行 MS發(fā) BS收 工作頻率范圍 890 915MHz下行 BS發(fā) MS收 工作頻率范圍 935 960MHz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1 124 載頻頻道 每個載頻信道帶寬200KHz 2020 4 25 86 2020 4 25 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 二 GSM1800MHz系統(tǒng)的工作頻率上行頻率范圍 1710 1785MHz下行頻率范圍 1805 1880MHz雙工間隔 95MHz工作帶寬 75MHz載頻間隔 200MHz 共有374個載頻頻道 三 CDMA800MHz系統(tǒng)的工作頻率上行頻率范圍 825 835MHz下行頻率范圍 870 880MHz 2020 4 25 87 2020 4 25 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ITUIMT 2000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 4 25 88 2020 4 25 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 室外到室內(nèi)或步行環(huán)境 傳輸速率達(dá)384kbit s 室內(nèi)環(huán)境 傳輸速率達(dá)2Mbit s 2020 4 25 89 2020 4 25 3 便于過渡 演進(jìn) 3G系統(tǒng)引入時 2G網(wǎng)絡(luò)已具有相當(dāng)規(guī)模 3G網(wǎng)絡(luò)一定要在2G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上逐漸靈活過渡 并應(yīng)與固定網(wǎng)絡(luò)兼容 4 高頻譜效率 5 高服務(wù)質(zhì)量 6 低成本 7 高保密性 2020 4 25 90 2020 4 25 一 ITU對3G的基本要求3G系統(tǒng)有衛(wèi)星通信網(wǎng)和地面移動通信網(wǎng)組成 將成為全球無縫覆蓋的立體通信網(wǎng)絡(luò) 適用于多種無線運營環(huán)境 支持多種業(yè)務(wù) 如移動高速業(yè)務(wù) 實時圖像傳輸 流媒體傳輸和移動計算機聯(lián)網(wǎng) 移動性個人業(yè)務(wù) 交互視頻業(yè)務(wù) TV Radio Data和Internet增值業(yè)務(wù)等 第三代移動通信系統(tǒng)頻普利用率高 有高度的靈活性和較強的抗干擾能力 并且具有從2G系統(tǒng)平滑演進(jìn)到3G系統(tǒng)的特點 2020 4 25 91 2020 4 25 二 3G的核心網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn) 1 EvolvedGSMMAP標(biāo)準(zhǔn) 是基于GSM的MAP 移動應(yīng)用部分 信令所開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn) 它用于無線接入為UMTS 通用移動通信系統(tǒng) 的網(wǎng)絡(luò) 包括 WCDMA和TD SCDM