移動(dòng)通信基站基礎(chǔ)知識(shí).ppt

移動(dòng)通信基站技術(shù),主講 郭雙貴,高級(jí)工程師,移動(dòng)通信是指通信雙方或至少一方處于移動(dòng)中進(jìn)行信息交互的通信，即移動(dòng)體與移動(dòng)體、移動(dòng)體與固定體之間的通信。 按照移動(dòng)體所處的運(yùn)動(dòng)區(qū)域不同，移動(dòng)通信可分為陸地移動(dòng)通信、海上移動(dòng)通信和空中移動(dòng)通信。 陸地移動(dòng)通信以蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，以數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信發(fā)展最為迅速，本章著重介紹數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。,2019/6/21,2,第1章 移動(dòng)通信系統(tǒng)概述,第一節(jié) 移動(dòng)通信的特點(diǎn)及分類 移動(dòng)通信系統(tǒng)由于用戶的移動(dòng)性，管理技術(shù)要比固定通信要復(fù)雜，移動(dòng)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(dòng)通信有著與固定通信不同的特點(diǎn)。 一、移動(dòng)通信的特點(diǎn) 1、無線電波傳播環(huán)境復(fù)雜： 移動(dòng)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(shí)不僅有直射波信號(hào)，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(yùn)行。,2019/6/21,3,2、噪聲和干擾嚴(yán)重： 移動(dòng)臺(tái)在移動(dòng)時(shí)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(gè)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(dòng)性：用戶的移動(dòng)性和移動(dòng)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。,2019/6/21,4,二、移動(dòng)通信的分類 1. 按服務(wù)對象分類： 公用移動(dòng)通信和專用移動(dòng)通信。 2. 按組網(wǎng)方式分類： 峰窩狀移動(dòng)通信、移動(dòng)衛(wèi)星通信、移動(dòng)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(dòng)通信系統(tǒng)和數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。,2019/6/21,5,第二節(jié) 移動(dòng)通信的發(fā)展歷程 80年代發(fā)展起來的第一代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)。 90年代初發(fā)展為第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。 現(xiàn)正在建設(shè)第三代寬帶數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）。 3G以寬帶多媒體移動(dòng)通信為目標(biāo)，數(shù)據(jù)傳輸速率： 高速移動(dòng)環(huán)境 144kbit/s； 步行慢速移動(dòng)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)）。,2019/6/21,6,第三節(jié) 數(shù)字移動(dòng)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(hào)特性與信道特性相匹配的一種技術(shù)。 模擬語音信號(hào)，經(jīng)過語音編碼所得到的數(shù)字信號(hào)必須經(jīng)過調(diào)制才能實(shí)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(hào)的，即用語音編碼后的數(shù)字信號(hào)對載波進(jìn)行調(diào)制。 數(shù)字調(diào)制方式有以下幾種：,2019/6/21,7,移頻鍵控（FSK）： 載波的頻率按照數(shù)字信號(hào) “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(hào)“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(hào)“1”、“0”變化而對應(yīng)變化。 GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)采用高斯預(yù)濾波最小移頻鍵控GMSK。 移動(dòng)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(jì)難度和成本較高。,2019/6/21,8,二、多址技術(shù) 多址技術(shù)就是把多個(gè)用戶接入一個(gè)傳輸媒質(zhì)實(shí)現(xiàn)相互間通信時(shí)，給每個(gè)用戶信號(hào)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(shí)分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）。 GSM系統(tǒng)使用：頻分多址（FDMA）/時(shí)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。,2019/6/21,9,1、頻分多址（FDMA） FDMA是把工作頻段劃分成多個(gè)無線載頻，每一個(gè)載頻信道可以傳輸一路語音或控制信息，通信時(shí)不同的MS占用不同的頻率信道進(jìn)行通信。 FDMA的特點(diǎn)： （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)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(jì)，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。,2019/6/21,10,2、時(shí)分多址（TDMA） TDMA是把時(shí)間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時(shí)隙，一個(gè)時(shí)隙就是一個(gè)通信信道。 通信時(shí)，給每個(gè)用戶分配一個(gè)時(shí)隙，使各移動(dòng)臺(tái)在每幀內(nèi)只能按指定的時(shí)隙向基站發(fā)射或接收信號(hào)。同一個(gè)頻道就可供幾個(gè)用戶同時(shí)進(jìn)行通信。 GSM系統(tǒng)無線路徑上采用TDMA方式，每一個(gè)載頻可分成8個(gè)時(shí)隙，一個(gè)時(shí)隙為一個(gè)信道，一個(gè)載頻最多可有8個(gè)移動(dòng)用戶同時(shí)進(jìn)行通信。,2019/6/21,11,供幾個(gè)用戶,如下圖所示的頻分多址和時(shí)分多址方式： a. FDMA b. TDMA,2019/6/21,12,時(shí)分多址（TDMA）的特點(diǎn) （1）TDMA系統(tǒng)中幾個(gè)用戶共享同一個(gè)載頻，但每個(gè)用戶使用彼此互不重疊的時(shí)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(dòng)臺(tái)可在空閑的時(shí)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(dòng)臺(tái)復(fù)雜，它需要處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。,2019/6/21,13,3、碼分多址（CDMA） 移動(dòng)通信中，多個(gè)用戶使用的頻率和時(shí)間都是相同的，而給每個(gè)移動(dòng)臺(tái)分配一個(gè)獨(dú)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(dòng)用戶的通信方式，稱為碼分多址。 碼分多址（CDMA)的特點(diǎn) （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(hào)解擴(kuò)去除。 （3）具有軟容量和小區(qū)呼吸功能。系統(tǒng)忙時(shí)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(dòng)態(tài)控制。,2019/6/21,14,（4）軟切換。當(dāng) 移動(dòng)臺(tái)超越小區(qū)或扇區(qū)時(shí)，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(shí)干擾也增加。 CDMA系統(tǒng)通過自動(dòng)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(gè)信道將受到其他不同地址碼信道的干擾，稱為多址干擾。,2019/6/21,15,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(gè)頻率的選擇性衰落；可避免多徑信號(hào)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),2019/6/21,16,2019/6/21,17,TRXn,TRX2,TRX1,耦 合 器,基帶信號(hào),時(shí)隙 交叉 控制,圖 1.2（a）基帶跳頻,2019/6/21,18,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(hào)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(hào)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(hào)的頻譜被展寬。 跳頻（FH） 荷載信息的信號(hào)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(hào)的頻譜。,2019/6/21,19,三、雙工方式 1、頻分雙工（FDD）： 收發(fā)信各占用一個(gè)頻率。 優(yōu)點(diǎn)是收、發(fā)信號(hào)同時(shí)進(jìn)行，時(shí)延小，技術(shù)成熟，缺點(diǎn)是設(shè)備成本高。 2、時(shí)分雙工（TDD）： 收發(fā)信使用同一個(gè)頻率,但使用不同時(shí)隙。 優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)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(dòng)速度不能超過120km/h。,2019/6/21,20,四、頻率復(fù)用技術(shù) 在移動(dòng)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(shí)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(gè)基站和將9組頻率輪流分配到3個(gè)基站，每個(gè)站點(diǎn)可用到3個(gè)頻率組。 頻率復(fù)用會(huì)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,2019/6/21,21,2019/6/21,22,圖 1.3 按4/12方式復(fù)用的小區(qū)示意圖,2019/6/21,23,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 2、移動(dòng)通信的頻譜特性和管理,2019/6/21,24,GSM是全球第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字蜂窩移動(dòng)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(diǎn) 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(dòng)通信系統(tǒng)）高3-5倍 3、話音質(zhì)量好： 接收信號(hào)在門限值以上時(shí)，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)。,2019/6/21,25,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(shí)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(shí)用戶識(shí)別碼）號(hào)碼的使用，實(shí)現(xiàn)了安全保護(hù)，鑒權(quán)用來驗(yàn)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(shí)現(xiàn)漫游，漫游是移動(dòng)通信的重要特征，GSM系統(tǒng)可以提供全球漫游。,2019/6/21,26,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(dòng)臺(tái)（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2.1,2019/6/21,27,2019/6/21,28,SMC,圖2.1 GSM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖,1.移動(dòng)臺(tái)（MS）： 是移動(dòng)用戶設(shè)備部分，由移動(dòng)終端和用戶識(shí)別卡(SIM)兩部分組成，移動(dòng)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(chǔ)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(dòng)臺(tái)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(gè)或多個(gè)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(gè)很強(qiáng)的業(yè)務(wù)控制點(diǎn)。,2019/6/21,29,基站收發(fā)信臺(tái)（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(hào)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(shí)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(dòng)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(dòng)設(shè)備識(shí)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(dòng)性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能。,2019/6/21,30,（1） 移動(dòng)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(jì)費(fèi)功能。 外部網(wǎng)絡(luò)用戶與GSM用戶之間呼叫時(shí)，外部網(wǎng)絡(luò)用戶首先被接到入口移動(dòng)交換中心（GMSC網(wǎng)關(guān)移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心），它負(fù)責(zé)獲取移動(dòng)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。,2019/6/21,31,（2）來訪用戶位置寄存器（VLR）： 是一個(gè)動(dòng)態(tài)用戶數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)著進(jìn)入其控制區(qū)域內(nèi)來訪的移動(dòng)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(shí)，暫時(shí)存儲(chǔ)的該用戶數(shù)據(jù)即被刪除。VLR可以看作是一個(gè)動(dòng)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(gè)數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)著該GSM系統(tǒng)業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)所有移動(dòng)用戶的有關(guān)數(shù)據(jù)。 存儲(chǔ)的靜態(tài)數(shù)據(jù)有：移動(dòng)用戶號(hào)碼、訪問能力、用戶類別和補(bǔ)充業(yè)務(wù)等，還暫存移動(dòng)用戶漫游時(shí)的有關(guān)動(dòng)態(tài)信息數(shù)據(jù)。,2019/6/21,32,2019/6/21,33,（4）鑒權(quán)中心（AUC）：用于產(chǎn)生為確定移動(dòng)用戶 的身份和對呼叫保密所需監(jiān)權(quán)、加密的3個(gè)參數(shù)（隨機(jī)數(shù)RAND. 響應(yīng)數(shù)SRES. 密鑰Kc）。 （5）移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器（EIR）：也是一個(gè)數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)有關(guān)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備識(shí)別碼（IMSI）。 通過核查白色、黑色和灰色三種清單，完成對移動(dòng)設(shè)備的識(shí)別、監(jiān)視、閉鎖功能，以防止非法移動(dòng)臺(tái)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(dòng)用戶和移動(dòng)用戶之間或移動(dòng)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(gè)GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制和操作。通過它實(shí)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(jì)和計(jì)費(fèi)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(yùn)行和使用。,2019/6/21,34,2019/6/21,35,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(shí)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(shí)現(xiàn)的。 A接口傳送的信息包括對移動(dòng)臺(tái)和基站的管理、移動(dòng)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(shí)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。,2019/6/21,36,3）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(dòng)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。,2019/6/21,37,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(gè)小區(qū)有多個(gè)載頻，每個(gè)載頻又有8個(gè)時(shí)隙，即8個(gè)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(gè)物理信道就是一個(gè)時(shí)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。,2019/6/21,38,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(dòng)臺(tái)廣播公用,2019/6/21,39,用于基站向移動(dòng)臺(tái)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(diǎn) 對多點(diǎn)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。,2019/6/21,40,二、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(gè)載頻被定義為一個(gè)幀。 每個(gè)幀的周期是4.615ms，包括8個(gè)時(shí)隙： TS0 TS7, 每個(gè)時(shí)隙占 0.577ms。 TDMA幀的編號(hào)以超高幀為周期的： 從 02715647，每2715648個(gè)TDMA幀為一個(gè)超高幀。 一個(gè)超高幀由2048個(gè)超幀組成，一個(gè)超幀的幀長為6.12s，它由51業(yè)務(wù)復(fù)幀或26個(gè)控制復(fù)幀組成。,2019/6/21,41,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(hào)都要進(jìn)行數(shù)字化處理，第一步就是要把話音模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。 2.PCM編碼是波形編碼，可分為三個(gè)步驟： 采樣 量化 編碼 3.采用PCM方式編碼數(shù)字話信號(hào)的速率是： 8bit（一個(gè)字節(jié)） 8000次/s64Kbit/s 8個(gè)時(shí)隙的速率：64kbit/s8=512kbit/s。,2019/6/21,42,GSM系統(tǒng)若采用這種編碼方式，則8個(gè)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(lì)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(diǎn)：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。,2019/6/21,43,2019/6/21,44,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(hào)產(chǎn)生的不良影響。是以增加比特而降低信息量為代價(jià)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(cuò)編碼，減少傳輸過程中比特差錯(cuò)率。 信道編碼的糾錯(cuò)方式 1.塊卷積碼：主要用于糾錯(cuò)，糾錯(cuò)效果好。 2.糾錯(cuò)循環(huán)碼：用于檢測和糾正成組的誤碼。 3.奇偶校驗(yàn)碼：常用最簡單的檢測誤碼的方法。,2019/6/21,45,三、交織技術(shù) 無線電信道是變參信道，比特差錯(cuò)經(jīng)常是成串發(fā)生的，這是由于持續(xù)的深衰落會(huì)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(cuò)信道變?yōu)殡x散信道，再用信道編碼的糾錯(cuò)功能來糾正差錯(cuò)，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(gè)bit的碼字分布到 n 個(gè)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(huì)增加傳輸時(shí)延，移動(dòng)臺(tái)和中繼電路上增加了回波抵消器，改善由時(shí)延引起的通話回音。,2019/6/21,46,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(hào)經(jīng)過高斯濾波器形成的高斯脈沖包絡(luò)無陡峭沿、拐點(diǎn)，經(jīng)調(diào)制后的信號(hào)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。,2019/6/21,47,二、GMSK的解調(diào) 可以采用正相干解調(diào)，但相干載波提取比較難。 GMSK信號(hào)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)。,2019/6/21,48,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(yùn)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。,2019/6/21,49,3.設(shè)備識(shí)別碼（IMEI) 每個(gè)移動(dòng)臺(tái)均有一個(gè)惟一的設(shè)備識(shí)別碼 IMEI，EIR中存儲(chǔ)了所有入網(wǎng)移動(dòng)臺(tái)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(yùn)營商決定）。 4.臨時(shí)識(shí)別碼（TMSI） 是為防止非法監(jiān)聽或盜用用戶識(shí)別碼 IMSI，在無線鏈路上需要傳送IMSI時(shí)，均用臨時(shí)用戶識(shí)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。,2019/6/21,50,三、GSM用戶呼叫接續(xù)過程 1、移動(dòng)用戶主叫固定用戶： 移動(dòng)臺(tái)在 “ 隨機(jī)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(gè)“ 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(shí)，設(shè)置一定時(shí)器，在規(guī)定的時(shí)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。,2019/6/21,51,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(hù) IMSI 不被監(jiān)聽或盜用，VLR 將給 MS分配一個(gè)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。,2019/6/21,52,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)出“ 信道指配 ” 指令，當(dāng) MS 得到業(yè)務(wù)信道時(shí)，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(gè)接續(xù)過程。,2019/6/21,53,2、固定用戶主叫移動(dòng)用戶： 固定用戶向移動(dòng)用戶撥出號(hào)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(dòng)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(hào)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(dòng)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 ”。,2019/6/21,54,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(tái) 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 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(dòng)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。,2019/6/21,55,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(shí)” 信息，表明 MS 已可進(jìn)入通信狀態(tài)。 VMSC收到 MS 的“呼叫證實(shí)”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(shí)，向 VMSC 發(fā)送“連接”信息。VMSC 向主叫固定用戶發(fā)送 “撥號(hào)應(yīng)答” 信息，并向MS發(fā)送 “連接” 確認(rèn)信息，整個(gè)接續(xù)過程全部完成。,2019/6/21,56,四、越區(qū)切換 越區(qū)切換是指通信期間，當(dāng) MS從一個(gè)小區(qū)進(jìn)入另一個(gè)小區(qū)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(gè) BSC、不同 BTS之間的切換，包括不同扇區(qū)的切換； 2、同一個(gè) 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(dòng)臺(tái)輔助切換法（MAHO）,MS測量本基站和周圍基站的信號(hào)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(huì)向MS發(fā)出拒絕切換的決定。,2019/6/21,57,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(diǎn)： （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(shí)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(shí)。 （2）GPRS采用分組交換技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)信道只在用戶需要時(shí)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(shí)，保持著邏輯上的連接，可使GPRS用戶“實(shí)時(shí)在線”,按用戶下載流量計(jì)費(fèi)。,2019/6/21,58,二、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(diǎn)）和 GGSN（GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)）兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成了移動(dòng)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(jí)別，記錄移動(dòng)臺(tái)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(dòng)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(dòng)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(gè) IP子網(wǎng)。,2019/6/21,59,2019/6/21,60,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(diǎn) （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(shí)隙傳輸方式，最多可傳輸8個(gè)時(shí)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(dòng)管理和會(huì)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(dòng)臺(tái)分組業(yè)務(wù)經(jīng)BSS到SGSN的傳輸。 （3）Gn接口： 同一個(gè)PLMN中的兩個(gè)GSN（GPRS支持節(jié)點(diǎn)）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(dòng)性管理。,2019/6/21,61,（4）Gp接口。不同PLMN中的兩個(gè)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(gè)MS同時(shí)提供電路和分組業(yè)務(wù)服務(wù)。,2019/6/21,62,（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(diǎn)。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(diǎn)。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(gè)參考點(diǎn)。 （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(dòng)交換中心）和SGSN之間的接口，SMS-IWMSC（短消息業(yè)務(wù)互通移動(dòng)交換中心）和SGSN之間的接口，可以提高SMS的使用效率。,2019/6/21,63,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。,2019/6/21,64,第3章 碼分多址系統(tǒng) 和移動(dòng)通信的發(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(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)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(hào)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(hào)作相關(guān)解調(diào)，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò),以實(shí)現(xiàn)信息通信。,2019/6/21,65,發(fā)送端： 帶有用戶信息的窄帶數(shù)據(jù)信號(hào) 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(hào)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,經(jīng)載波同步解調(diào)后不僅有用戶信息的寬帶信號(hào) s(t)，而且還有窄帶干擾噪聲n(t)。 因此，合成信號(hào)為 s(t)+ n(t) 如圖3.1和圖3.2所示。,2019/6/21,66,對合成信號(hào) 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(shí)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(hào)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(hào)d(t)和濾波器帶通內(nèi)干擾噪聲。,2019/6/21,67,2019/6/21,68,2019/6/21,69,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(gè)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(hào)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(gè)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。,2019/6/21,70,抗干擾容限： 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(shí)，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(hào)比有用信號(hào)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。,2019/6/21,71,二、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(shí)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(kuò)頻后,被調(diào)制的高頻信號(hào)就可以在空中傳播，接收端接收到已調(diào)制高頻信號(hào)，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(hào)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(shí)現(xiàn)了頻率在多個(gè)小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用。,2019/6/21,72,2019/6/21,73,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(shí)，自相關(guān)特性和互相關(guān)特性是兩個(gè)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(gè)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(gè)碼序列為正交）。 擴(kuò)頻碼的互相關(guān)性良好，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。,2019/6/21,74,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(shí)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。,2019/6/21,75,三、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(shí)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(gè)信道有特定的 Walsh 序列碼調(diào)制（W0W63)。 每個(gè)信道的基帶速率有多種，最高達(dá)到19.2kbit/s, 每個(gè)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。,2019/6/21,76,（1）導(dǎo)頻信道： 始終發(fā)送一個(gè)不含信息的擴(kuò)頻信號(hào)，導(dǎo)頻信號(hào)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(hào)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(shí)間和導(dǎo)頻偏置，使MS確認(rèn)正在接入的是哪一個(gè)BS。 （3）尋呼信道（PCH）： 每個(gè)BS有一個(gè)或幾個(gè)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。,2019/6/21,77,2、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(gè)到32個(gè)接入信道。 前向信道中每個(gè)尋呼信道，對應(yīng)一個(gè)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(shí)，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。,2019/6/21,78,四、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(hào)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。,2019/6/21,79,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(shí)首先工作的，目的是使所有 MS發(fā)出的信號(hào)在到達(dá)BS時(shí)都有相同的功率。 基本方法：MS 測量接收的導(dǎo)頻信號(hào)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)。,2019/6/21,80,2、前向功率控制 前向功率控制的實(shí)現(xiàn)是 BS 根據(jù) MS 提供的測量結(jié)果，調(diào)整對每個(gè)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(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。,2019/6/21,81,五、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(gè)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(bào)MSC備案。,2019/6/21,82,2.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(huì)造成無線鏈路的瞬間中斷，如切換時(shí)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(shí)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(gè)重點(diǎn)。,2019/6/21,83,第二節(jié) CDMA系統(tǒng)的特點(diǎn) （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。,2019/6/21,84,（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(hào)，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(gè)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)值時(shí)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。,2019/6/21,85,第三節(jié) 移動(dòng)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(gè)載頻頻道，頻道號(hào)為1124。 載頻頻道：每個(gè)載頻信道帶寬 200KHz。,2019/6/21,86,中國移動(dòng)占用低端94個(gè)頻道，中國聯(lián)通占 用高端30個(gè)頻道。 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(gè)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,2019/6/21,87,第四節(jié) 第三代移動(dòng)通信的發(fā)展 在GSM和窄帶CDMA的第二代移動(dòng)通信時(shí)期，實(shí)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(dòng)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(dòng)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)。,2019/6/21,88,（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(dòng)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(dòng)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。,2019/6/21,89,（3）便于過渡、演進(jìn)。 3G系統(tǒng)引入時(shí)，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。,2019/6/21,90,一. 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(dòng)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(yùn)營環(huán)境，支持多種業(yè)務(wù)，如移動(dòng)高速業(yè)務(wù)、實(shí)時(shí)圖像傳輸、流媒體傳輸和移動(dòng)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)性個(gè)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(dòng)通信系統(tǒng)頻普利用率高，有高度的靈活性和較強(qiáng)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(diǎn)。,2019/6/21,91,二、 3G的核心網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn) （1）Evolved GSM MAP 標(biāo)準(zhǔn)。 是基于GSM 的 MAP（移動(dòng)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(dòng)通信系統(tǒng)）的網(wǎng)絡(luò)。 包括：WCDMA 和 TD-SCDMA，都是由 GSM 網(wǎng)絡(luò)向上過渡而成的。 （2）Evolved ANSI41標(biāo)準(zhǔn)。 用于cdma2000的3G核心網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。為3G網(wǎng)絡(luò)全球漫游和互通，ITU正在制定兩個(gè)核心網(wǎng)之間互通的規(guī)范，最終核心網(wǎng)都將過渡到全I(xiàn)P時(shí)代。,2019/6/21,92,三、第三代移動(dòng)通信的發(fā)展 （1）技術(shù)的成熟性 WCDMA制式的無線技術(shù)來源于CDMA IS-95 技術(shù)，其核心網(wǎng)以 GSM 核心網(wǎng)為依托，是目前技術(shù)比較成熟的一種3G制式。 Cdma2000制式是從CDMA IS-95 制式平滑升級(jí)而來的，技術(shù)成熟性比較高3G制式。 WCDMA 制式是由歐洲、日本提出的3G制式，是許多GSM運(yùn)營商的選擇。 Cdma2000是由北美提出的3G制式，在韓國、美國、中國電信和香港都已建有CDMA商用網(wǎng)絡(luò)。,2019/6/21,93,（2）TDSCDMA的技術(shù)特點(diǎn) TD-SCDMA 是我國提出的 3G 制式。 采用TDD技術(shù)和智能天線技術(shù)，載頻間隔為1.6MHz,頻段使用靈活，在5MHz內(nèi)可有三個(gè)載頻，適應(yīng)非對稱數(shù)據(jù)傳輸和無線 Internet 業(yè)務(wù)。 與其他兩種制式相比有如下特點(diǎn)： 1）無需成對的頻率資源，頻譜利用率高； 2）適合大城市高業(yè)務(wù)密度區(qū)，可以調(diào)整上下行數(shù)據(jù)傳輸速率； 3）采用智能天線,可降低發(fā)射功率，減少干擾； 4）可與WCDMA系統(tǒng)兼容，建網(wǎng)成本低。,2019/6/21,94,四、3G面臨的主要問題 3G系統(tǒng)世界上有cdma-2000 、WCDMA和TD-SCDMA 3種制式，要求后向兼容2G系統(tǒng)，前向兼容 4G 系統(tǒng)。 3G要解決的技術(shù)難題有: （1）多徑衰落。 由于無線信號(hào)的多徑效應(yīng)引起的接收信號(hào)的脈沖寬度展寬現(xiàn)象，稱為時(shí)延擴(kuò)展。 當(dāng)時(shí)延超過檢測脈沖符號(hào)寬度的10時(shí)，符號(hào)間干擾會(huì)明顯地出現(xiàn)，從而限制移動(dòng)通信的數(shù)據(jù)速率。,2019/6/21,95,（2）多址干擾。 CDMA系統(tǒng)是一個(gè)功率受限系統(tǒng)，來自本小區(qū) 和鄰近小區(qū)用戶的干擾決定了系統(tǒng)的容量和性能是否受到限制。 （3）遠(yuǎn)近效應(yīng)。 它也屬于多址干擾， 3G系統(tǒng)中表現(xiàn)比較出。 五、3G所采取的措施 為了解決3G系統(tǒng)所面臨的主要問題，各國專家研究并創(chuàng)新了許多關(guān)鍵技術(shù)。,2019/6/21,96,（1）多址技術(shù)。 多址技術(shù)包括CDMA系統(tǒng)中地址碼的研究和各種多址協(xié)議的進(jìn)一步研究。 （2）信道編碼。 采用信道編碼技術(shù)改善通信質(zhì)量，采用前向信道糾錯(cuò)編碼和交織技術(shù)，進(jìn)一步克服衰落效應(yīng) 。 （3）功率控制。 為克服寬帶CDMA系統(tǒng)的遠(yuǎn)近效應(yīng)，功率控制的動(dòng)態(tài)范圍需要達(dá)到80dB，以保證基站接收到的所有移動(dòng)臺(tái)信號(hào)具有相同的功率。,2019/6/21,97,（4）智能天線。 通過調(diào)節(jié)天線陣列的方向圖形狀，達(dá)到增強(qiáng)所需信號(hào)，抑制干擾信號(hào)，達(dá)到成倍地?cái)U(kuò)展通信系統(tǒng)容量的目的。 （5）多用戶檢測。 把所有用戶的信號(hào)都當(dāng)作有用信號(hào)，而不是干擾信號(hào)來處理，來降低多徑、多址干擾。 （6）切換技術(shù)。 移動(dòng)通信系統(tǒng)采用蜂窩結(jié)構(gòu)，在跨越空間劃分的小區(qū)時(shí)，必須要進(jìn)行越區(qū)切換，完成移動(dòng)臺(tái)到基站的空中接口的轉(zhuǎn)換以