五章节移动通信.ppt

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1、第五章 移动通信系统,本章要点： 移动通信网的概念 GSM数字蜂窝网的网络结构 GSM系统的关键技术 码分多址技术,用户在移动通信当中遇到的问题？,手机没有信号 呼叫无法接通 通话过程中出现回音 短信为什么会延时 ,5.1 移动通信的特点,移动性 波传播的复杂性 强干扰环境下工作 互调干扰 邻道干扰 同频干扰 多普勒现象,系统和网络结构复杂 频带的利用率高、设备性能好 移动终端工作环境恶劣,电磁波传播路径示意图,多径效应,多径传输演示,阴影效应,障碍物遮挡直射波引起接收信号中值的变化，表现为慢衰落。,远近效应,近处强信号压制远处弱信号,5.1.1 移动通信系统的分类,按系统组成结构和用途划分

2、集群移动通信、蜂窝移动通信、卫星移动通信、无线寻呼系统、无绳电话 按信号处理技术分类 模拟移动通信、数字移动通信 移动通信的设备工作方式： 单工制、半双工制、全双工制 多址技术：频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA),5.1.2 蜂窝技术,1969年，Bell实验室 把整个大范围的无线服务区划分成彼此相邻的正六边形小区，每个小区设置基站。 每个基站使用多个无线电频率作为通信信道，各相邻基站使用不同的无线电频率。,带状网,用于覆盖公路、铁路、海岸等 基站天线若用全向辐射，覆盖区形状是圆形的。带状网宜采用有向天线，使每个小区呈扁圆形。,区域覆盖,(b)理想形状,(c)实际

3、形状,(a)理论形状,蜂窝组网技术,宏蜂窝技术 ：基站天线高，每小区125Km，小区内易产生“盲点”和“热点”。 微蜂窝技术 ：基站天线低于房顶，小区覆盖30300米，传输功率低，安装方便灵活。 智能蜂窝技术 ：基站采用具有高分辨率阵列信号处理能力的自适应天线系统，智能监测移动终端所处的位置，将确定的信号功率传递给移动终端的蜂窝小区。 蜂窝小区正向微型化发展，半径降至100m。,IMTS系统覆盖,蜂窝组网中的问题,如何提高频率利用率？ 信道窄带化、窄带调制技术、多址技术和同频复用技术。 如何进行区域覆盖？ 大区制、小区制、微蜂窝技术和带状网络 如何进行通话控制？ 信令的种类：移动台位置、移动台

4、操作。 信令的传送方式,无线覆盖区域结构,小区,小区,基站区,位置区,移动业务交换区,服务区,5.1.3 移动通信系统发展背景,欧洲：致力于建立统一的GSM体制，放弃模拟系统。 美国(ADC) ：解决大城市模拟移动通信系统饱和问题，采用数、模兼容的方案扩充。 日本(JDC)：解决模拟移动通信系统饱和问题，但要求数、模两套系统并存，可以互通，但不兼容。 美国高通：CDMA系统IS-95,5.1.4 频率管理,全球移动频率划分为三个大区 第一区：欧洲、非洲、俄联邦的东亚五国和蒙古。 第二区：南、北美洲(包括夏威夷)。 第三区：亚洲、大洋洲。 我国频率划分,GSM频率分配,900MHz工作频段： 8

5、90915MHz 移动台发射、基站接收 935960MHz移动台接收、基站发射 双工间隔45MHz，频带带宽25MHz，相邻频道间隔200KHz。,1800MHz工作频段： 17101785MHz移动台发射、基站接收 18051880MHz移动台接收、基站发射 双工间隔95MHz，频带带宽75MHz，相邻频道间隔200KHz。,5.2 蜂窝移动通信系统,GSM系统组成和功能介绍,移动台(MS)、基站子系统(BSS)、移动业务交换中心(MSC )、外来用户位置寄存器(VLR)、本地用户位置寄存器(HLR)、设备识别寄存器(EIR)、鉴别中心(AUC)、操作维护中心(OMC)、短信息中心(SC)。

6、,1移动通信系统的组成,A网、B网：两种模拟网，通过手机操作进行两个网络之间的切换 G网、D网：两种网络均为“GSM”数字移动电话网，G网工作在900MHz,D网工作在1800MHz,实现了双频手机的自动切换。 C网：CDMA制式移动电话网,无线小区,GSM系统网络结构,多 服 务 区 的 络 结 构,2移动用户呼叫固定用户,呼叫MSC所在地固定用户,呼叫外地固定用户,3固定用户呼叫移动用户,呼叫本地移动用户,呼叫外地移动用户,4移动通信编号规则,移动用户使用统一的11位编码，其中国内识别码(NDC)三位、本地网识别(HLR)四位、用户识别(SN)四位。 NDC号码：中国移动为139、138、

7、137、136、135、134，中国联通为130、131、132、133,5时分多址技术,每个载频分成8个时隙，每个时隙为一个信道 突发脉冲序列传输：移动台只在他使用的规定时隙内发射脉冲。 支持多种语音编码：降低话音比特率，提高信道利用率。 发射/接收设备共享,6同频复用技术,不同颜色代表不同频率载频小区,同信道小区确定,7小区分裂,8分集技术,在若干个支路上接收相互间相关性很小的载有同一消息的信号，然后通过合并技术将各个支路信号合并后输出，在接收端还原的原始信号受衰落的影响大大降低。 空间分集：利用两幅接收天线、独立的接收同一信号，再合并输出，降低衰落影响的程度。 CCIR建议：两个接收天线

8、之间间距大于0.6，最好为0.25的奇数倍。 时间分集 频率分集：跳频技术(发射机的发射频率不断跳变),9跳频技术,发射机发射的频率不断跳变，使包含字码部分的所有突发脉冲在两个完全独立(相距1MHz)的频率上传输。 由于不同频率的信号遭受衰落的影响不同，消除衰落对信号的影响，提高系统的抗干扰能力。,10越区切换,位置更新 移动台在同一个基站控制下的不同小区间切换 移动台在两个基站之间进行移动 移动台在两个交换局之间进行移动 越区切换过程：移动台离基站较远时，传输质量急剧下降，移动台通过语音信道向BSS发送自己信号强弱信息，以及一些信令信息，BSC根据这些信息对移动台进行定位，并比较相邻基站的信

9、号，决定是否进行切换。,切换方式比较,软切换,硬切换,频道转换,同一MSC的BSC间的切换流程图,5.3 CDMA移动通信,扩频技术：在发送端，用一高速伪随机码与数字信号相乘，扩展了传输带宽，在接收端解扩。 码分多址技术：为每一个用户分配唯一的序列码(地址码)，每站使用此码片序列m(m=64或128)进行编码传输。 基本原理：“1”乘以任何数为本身，“0”乘以任何数为0。 各码片必须不同，各码片正交，各码片的规格化内积为1，与其反码的规格化内积为-1。,码分多址传输技术,例如：共有四个站进行码分复用通信，4个站的码片序列为 A：(-1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 +1) B：(-1 -

10、1 +1 -1 +1 +1 +1 -1) C：(-1 +1 -1 +1 +1 +1 -1 -1) D：(-1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 -1) 现收到码片序列S为(-1 +1 -3 +1 -1 -3 +1 +1)，判断为那个站发的，发送的信号是什么。,CDMA通信的优点,系统容量大：GSM系统45倍 软容量：以误码为代价，增大系统容量。 软切换：先接通后切断 可进行多址通信、安全保密性好 抗干扰能力强、抗多径干扰 高通话质量和低发射功率：功率控制技术 话音激活技术：不讲话时降低数据速率,CDMA系统功能结构,IS-95 CDMA系统无线规划,电子序号码：厂商为每一个移动台唯一确定的3

11、2bit号码 工作频段：中国联通 825849MHz或1850 1910MHz (基站收)、870894 MHz或1930 1990MHz (基站发)，可用频率24 MHz，间隔45 MHz。 无线覆盖半径：300m50Km以上 多载波技术：解决高话务密度问题，尽量使多载波基站连成片，在覆盖区边缘设立导频信号基站，用以触发软切换，减少掉话现象。,5.4 移动通信业务,全球移动通信业务(Global System for Mobile Communication，GSM) 电话业务、紧急呼叫业务 、短消息业务 、可视图文接入 、智能用户电报传送、传真。 通用分组无线业务(General Pack

12、et Radio Service, GPRS) GSM业务、基于IP业务、多彩的信息服务。 N-CDMA业务 3G业务 基本电信业务、补充业务、承载业务、智能业务、位置业务、多媒体业务。,5.5 其他无线通信系统,无线电寻/呼系统 无绳电话系统 集群通信系统,区群数量的确定,相邻小区显然不能用相同的信道，这些不同信道的小区组成一个区群。 区群之间可以邻接，且无空隙无重叠地进行覆盖 邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之间的距离相等 区群内的小区数应满足下式,区群小区数N的取值,区群的组成,同频小区的距离,自某一小区出发，先沿边的垂线方向跨j个小区，再向左（或右）转60,再跨i个小区，就到达同

13、信道小区A。 同信道小区中心之间的距离为：,区群基站激励方式,中心激励：基站设在小区的中央，用全向天线形成圆形覆盖区。 顶点激励 基站设在每个小区六边形的三个顶点上，每个基站采用三副120度扇形辐射的定向天线，分别覆盖三个相邻小区的各三分之一区域。,全向辐射天线基站,120扇形辐射天线基站,信道(频率)配置,将给定的信道(频率)分配给一个区群内的各个小区。 静态配置法 分区分组配置法：尽量减小占用的总频段，以提高频段利用率；同一区群内不能使用相同的信道，以避免同频道干扰；小区内采用无三阶互调的相容信道组，以避免互调干扰 等频距配置法：按等频率间隔来配置信道 动态配置法 动态配置法：随业务量的变

14、化重新配置全部信道 柔性配置法：准备若干个信道，需要时提供给某个小区使用,若每个区群有7个小区，每个小区需要6个信道，按分区分组配置。,第一组 1、5、14、20、34、36 第二组 2、9、13、18、21、31 第三组 3、8、19、25、33、40 第四组 4、12、16、22、37、39 第五组 6、10、27、30、32、41 第六组 7、11、24、26、29、35 第七组 15、17、23、28、38、42,如果是顶点激励，每个基站应配置三组信道，向三个方向辐射，例如N=7，每个区群就需要有21个信道组。,等频距配置。例如，第一组用(1，1+N，1+2N，1+3N，)，第二组用(

15、2，2+N，2+3N， )等,第一组 1、8、15、22、29、 第二组 2、9、16、23、30、 第三组 3、10、17、24、31、 第四组 4、11、18、25、32、 第五组 5、12、19、26、33、 第六组 6、13、20、27、34、 第七组 7、14、21、28、35、 ,共用呼叫频道方式,这种呼叫方式是在系统中专门设立一个共用呼叫频道，它不作通话使用，仅处理呼叫和传送转频指令。系统内所有不通话的用户都停留在该频道上，处于守候状态。当用户需要通话而摘机时，通过该频道向基站发出呼叫请求，如系统有空闲频道，基站就通过该共用频道发出转频指令，使用户转入指定的空闲频道。当频道全部被

16、占用时，则向用户示忙。 当移动用户被叫时，基站也从共用呼叫频道发出选呼号码。被叫用户应答后，基站发出转频指令，使用户按指令转入指定的通话频道。,蜂窝小区的特点,同频复用保护距离 满足载干比的要求下，考虑多径衰落的影响 自动越区切换 完成切换，并尽量减少切换次数 信道分配和小区分裂 话务分配的不平衡性造成,GSM语音编码,13Kbit/s RPE-LTP码(规则脉冲激励长期预测) 语音分成20ms为单位的段，每个段编成260bit的数据块 块之间依靠外同步，块内部不含同步信息 这样无线接口上20ms(13Kb/s)一帧的数据流，不包括任何帧定位信息 收端将信息块经LTP和LPC滤波重组，还原语音

17、,交织,交织就是把码字顺序相关的bit非相关化。 交织是把m个bit的码字分布到n个Burst中，从而改变bit之间的相关性。,例如：待传信息m=456bit,分成4个114bit块，分别填入4个Burst中； 分成8个57bit块，分别填入8个Burst中； 分成24个19bit块，分别占用1/6 Burst ； 分成76个6bit块，分别占用1/19Burst。,编码,编码的基本方法是在原始数据上附加一些冗余信息。增加的bit是通过某种约定从原始数据经计算产生的。,GSM中使用的编码方式,块卷积码：主要用于纠错。当解调器采用最大似然估计方法时，可以产生十分有效的纠错结果。 纠错循环码(fire code)：主要用于检测和纠正成组出现的误码。通常与前一种方法混合使用，用于捕捉和纠正遗漏的组误差。 奇偶码：这是一种普遍使用的，最简单的检测误码方法。,RACH的生成多项式为 x6+x5+ x3+x2+x+1 SCH的生成多项式为： x10+x8+x6+x5+ x4+x2+1,接口信令,Um接口：无线接口信令第二层(数据链路层)采用的是修改的LAPD(链路接入协议)协议LAPDm A接口：在数据链路层和网络层，信令协议是MTP O接口：X.25 Abis接口：数据链路层LAPD,