《移动通信技术及应用》课件第2章.pptx
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1、移动通信技术及应用【本章导读】本章主要介绍第二代移动通信系统典型代表系统GSM和CDMA。首先介绍了GSM系统的组成、各模块功能及接口,GSM系统中的无线信道及系统中信号处理与发送的流程;然后介绍CDMA系统的组成,CDMA的技术参数、特点、网络架构、接口与信令,以及IS-95的无线信道、CDMA的功率控制、分集技术、越区切换这三项关键技术。【本章要点】GSM系统组成GSM信道构成及信号传输GSM系统的控制与管理CDMA的基本组成IS-95CDMA系统信道分类及信息处理过程CDMA的功率控制、rake接收机、软交换三项关键技术移动通信技术及应用2.2GSM信道构成及信号传输2.1GSM系统组成
2、2.3GSM系统的控制与管理2.4CDMA的基本组成2.5IS-95CDMA系统信道分类及信息处理过程2.6CDMA的功率控制、rake接收机、软交换三项关键技术移动通信技术及应用2.1GSM系统组成2 2.1.1.1.1 移动通信的发展历程移动通信的发展历程欧洲电信管理部门(CEPT)于1982年成立了一个被称为GSM(Group、SpecialMobile,移动特别小组)的专题小组,开始制定适用于泛欧各国的一种数字移动通信系统的技术规范。在GSM标准中,未对硬件进行规定,只对功能和接口等进行了详细规定,便于不同公司产品的互联互通。GSM主要参数:(1)频段:下行:935960MHz(基站发
3、,移动台收);上行:890915MHz(移动台发,基站收);(2)频带宽度:25MHz;(3)上、下行频率间隔:45MHz;(4)载频间隔:200kHz;(5)通信方式:全双工;(6)信道分配:每载频8个时隙,包含8个全速信道或16个半速信道;(7)每时隙信道编码速率:22.8kbit/s;(8)每个载波的传输速率:270kbit/s;(9)调制方式:GMSK(高斯最小频移键控);(10)接入方式:TDMA;(11)话音编码:RPR-LTP,13bit/s的规则脉冲激励长期线性预测编码;(12)分集接收:跳频每秒217跳,交织信道编码,自适应均衡。移动通信技术及应用2.1GSM系统组成2 2.
4、1.1.2 2 GSMGSM系统特点系统特点GSM系统的主要特点可归纳如下几点:(1)GSM系统的移动台具有漫游功能,可以实现国际漫游。(2)GSM系统提供多种业务,除了能提供语音业务外,还可以开放各种承载业务,补充业务和与ISDN相关的业务。(3)GSM系统抗干扰能力强,覆盖区域内的通信质量高。(4)GSM系统具有加密和鉴权功能,能确保用户保密和网络安全。(5)GSM系统具有灵活和方便的组网结构,频率重复利用率高,移动业务交换机的话务承担能力一般都很强,保证在语音和数据通信两个方面都能满足用户对大容量、高密度业务的要求。(6)GSM系统容量大、通话音质好。移动通信技术及应用2.1GSM系统组
5、成2 2.1.1.3 3 GSMGSM系统的组成系统的组成蜂窝移动通信系统GSM主要是由交换网络子系统(NSS)、基站子系统(BSS)、操作维护子系统(OSS)和移动台(MS)四大部分组成HLREIRVLRMSC交换网络子系统NSSBTSBSCMS基站子系统BSS操作维护子系统OSSAUCOMCISDNPSTNPLMN移动台MS:移动台 BTS:基站收发信台 BSC:基站控制器MSC:移动业务交换中心 OMC:操作维护中心 AUC:鉴权中心VLR:访问用户位置寄存器 HLR:归属用户位置寄存器 EIR:设备识别寄存器PSTN:公用电话网 PLMN:公用陆地移动网 ISDN:综合业务数字网 图2
6、-1GSM系统的网络结构移动通信技术及应用2.1GSM系统组成2 2.1.1.4 4 GSMGSM系统的接口系统的接口蜂窝移动通信系统GSM主要是由交换网络子系统(NSS)、基站子系统(BSS)、操作维护子系统(OSS)和移动台(MS)四大部分组成GSM系统接口示意图移动通信技术及应用2.2GSM系统的无线信道及信号传输2 2.2 2.1 1 GSM GSM系统的频谱分配和频道划分系统的频谱分配和频道划分1频率配置除美国外,全球基本GSM900的频率范围是890915MHz(上行25MHz)935960MHz(下行25MHz);扩展GSM900的频率范围是:880915MHz(上行35MHz)
7、,925960MHz(下行35MHz);我国蜂窝移动通信网GSM系统采用900MHz频段:上行链路:890MHz915MHz(移动台发、基站收)下行链路:935MHz960MHz(基站发、移动台收)可用带宽25MHz,收发频率间隔为45MHz。随着业务的发展,可视需要向下扩展,或向1.8GHz频段的DCS1800过渡,即1800MHz频段:上行链路:1710MHz1785MHz(移动台发、基站收)下行链路:1805MHz1880MHz(基站发、移动台收)可用带宽75MHz,双工收发间隔是95MHz。移动通信技术及应用2.2GSM系统的无线信道及信号传输2 2.2 2.1 1 GSM GSM系统
8、的频谱分配和频道划分系统的频谱分配和频道划分2频道配置由于载频间隔是200kHz,因此GSM系统将整个工作在900MHz频段共25MHz带宽按照等间隔频道配置的方法,共分为124对载频,频道序号为1124。其中中国移动194频道,中国联通95124频道,频道序号和频道标称中心频率关系为:fl(n)=890.200MHz(n-1)0.200MHz上行频率fh(n)=890.200MHz(n-1)0.200MHz下行频率(21)因双工间隔为45MHz,所以其下行频率可用上行频率加双工间隔获得,即fh(n)=fl(n)45MHz(22)在GSM系统中因采用TDMA技术,每载频分为8个时隙,即8个信道
9、,因此,给出信道号m计算对应工作频率时,应先计算对应的频道号n=m/8,n取值时,计算得到的小数部分全部进位。如m=11,则n=11/8=1.375,取n=2,代入(21)式计算。移动通信技术及应用2.2GSM系统的无线信道及信号传输2 2.2 2.1 1 GSM GSM系统的频谱分配和频道划分系统的频谱分配和频道划分3载波干扰保护比载波干扰保护比(C/I)就是指接收到的希望信号电平与非希望信号电平的比值,此比值与MS的瞬时位置有关。这是由于地形不规则性及本地散射体的形状、类型及数量不同,以及其它一些因素如天线类型、方向性及高度,站址的标高及位置,当地的干扰源数目等所造成的。GSM规范中规定:
10、同频道干扰保护比:C/I9dB邻频道干扰保护比:C/I-9dB载波偏离400kHz时的干扰保护比:C/I-41dB移动通信技术及应用2.2GSM系统的无线信道及信号传输2.2.1 GSM系统的频谱分配和频道划分4频率复用方式频率复用是指在不同的地理区域上用相同的载波频率进行覆盖。这些区域必须隔开足够的距离,以致所产生的同频道及邻频道干扰的影响可忽略不计。频率复用方式就是指将可用频道分成若干组,若所有可用的频道数为N(如94),分成F组(如9组),则每组的频道数为N/F(94/910.6,即有些组的频道数为10个,有些为11个)。对每个运营商来说分配给它的总的频道数N是固定的,所以分组数F越少则
11、每组的频道数就越多。但是,频率分组数的减少也使同频道复用距离减小,导致系统中平均C/I值降低。因此,在工程实际使用中要折中考虑,同时把同频干扰保护比C/I值加3dB的冗余来保护。一般对于有方向性天线,采用12分组方式,即4个基站,12组频率(见图2-3)或9分组方式,即3个基站,9组频率(见图2-4)。对于无方向性天线,即全向天线建议采用7组频率复用方式,其7组频率可从12组中任选,但相邻频率组应尽量不在相邻小区使用,业务量较大的地区可借用剩余的频率组借用频道。如使用第9组的小区可借用第2组频道等。如图2-5示。图2-3图2-4图2-5移动通信技术及应用2.2GSM系统的无线信道及信号传输2.
12、2.1 GSM系统的频谱分配和频道划分5.保护频带保护频带设置的原则是确保数字蜂窝移动通信系统能满足上面所述的干扰保护比要求。如GSM900MHz系统中,移动和联通两系统间应有约400KHz的保护带宽;GSM1800MHz与其它无线电系统的频率相邻时,应考虑系统间的相互干扰情况,留出足够的保护频带。移动通信技术及应用2.2GSM系统的无线信道及信号传输2.2.1 GSM系统的频谱分配和频道划分6.接入方式在GSM中,无线路径上是采用频分多址(FDMA)和时分多址(TDMA)相结合的接入方式。在这种接入方式中,GSM共25MHz的频段被分为124个频道,频道间隔是200kHz。每一频道(或叫载频
13、)可分成8个时隙(TS0TS7),每一时隙为一个信道,每个信道占用带宽200kHz/8=25kHz。因此,一个载频最多可有8个移动客户同时使用,如图2-6所示。图2-6 FDMA和TDMA结合的接入方式移动通信技术及应用2.2GSM系统的无线信道及信号传输2.2.2 GSM的信道构成及信号传输1.GSM的帧结构在TDMA中,每个载频被定义为一个TDMA帧,在信息传输中要有TDMA帧号(FN),这是因为GSM的特性之一是客户保密性好是通过在送信息前对信息进行加密实现的。而计算加密序列的算法要以TDMA帧号为一个输入参数,因此每一帧都必须赋予一个帧号。有了TDMA帧号,移动台就可判断控制信道TS0
14、上传送的是哪一类逻辑信道(后续)。TDMA帧号是以3.5小时(2715648个TDMA帧)为周期循环编号的。每2715648个TDMA帧为一个超高帧,每一个超高帧又可分为2048个超帧,一个超帧持续时间为6.12s,每个超帧又是由复帧组成。帧的编号FN以超高帧为周期,从0到2715647。GSM系统各种帧结构及时隙格式见图2-7所示。从上图2-7中可以看出复帧分为两种类型:26帧的复帧和51帧的复帧。26帧的复帧:它包括26个TDMA帧,这种复帧持续时长120ms,主要用于业务信息的传输,也称作业务复帧。51帧的复帧:它包括51个TDMA帧,这种复帧持续时长为235.385ms,专用于传输控制
15、信息,也称作控制复帧。时隙是构成物理信道的基本单元,在时隙内传送的脉冲串叫“突发”(burst)脉冲序列。每个突发脉冲序列共156.25bit,占时0.577ms。不同的突发信息格式携带不同的逻辑信道。突发脉冲序列共有五种类型,见图2-8所示。移动通信技术及应用2.2GSM系统的无线信道及信号传输2.2.2 GSM的信道构成及信号传输1.GSM的帧结构图2-7 GSM系统各种帧结构及时隙格式移动通信技术及应用2.2GSM系统的无线信道及信号传输2.2.2 GSM的信道构成及信号传输1.GSM的帧结构 图2-8突发脉冲序列的格式移动通信技术及应用2.2GSM系统的无线信道及信号传输2.2.2 G
16、SM的信道构成及信号传输2.GSM信道的构成图2-9 GSM系统的信道构成移动通信技术及应用2.2GSM系统的无线信道及信号传输2.2.2 GSM的信道构成及信号传输3逻辑信道到物理信道的映射GSM系统的逻辑信道数已经超过了一个载频所能提供的8个物理信道,因此要想给每一个逻辑信道都配置一个物理信道是不可能的,解决这个问题的基本方法是将公共控制信道复用,即在一个或两个物理信道上承载所有的公共控制信道。这个过程就是逻辑信道到物理信道的映射。GSM系统是按下面的方法建立物理信道和逻辑间的映射关系。假设每个基站都有n个载频,分别为C0、C1、Cn-1,其中C0称为主载频。每个载频都有8个时隙,分别为T
17、S0、TS1、.、TS7。C0上的TS0用于广播信道和公共控制信道,C0上的TS1用于专用控制信道,C0上的TS2TS7用于业务信道。其余载频C1Cn-1上的8个时隙均用于业务信道。因此,每增加一个载频就会增加8个业务信道。不过在小容量地区,基站仅有一套收发信机,这意味着只有8个物理信道,这时TS0既可用于公共控制信道又可用于专用控制信道。移动通信技术及应用2.2GSM系统的无线信道及信号传输2.2.2 GSM的信道构成及信号传输3逻辑信道到物理信道的映射(1)业务信道的映射业务信道的复帧有26个TDMA帧,其组成的格式和物理信道的映射关系如图2-10所示。图中给出了时隙2(即TS2)构成一个
18、业务信道的复帧,共占26个TDMA帧,其中24帧T(即TCH),用于传输业务信息。1帧为A,代表随路的慢速辅助控制信道(SACCH),传输慢速辅助信道的信息(例如功率调整的信令),还有1帧为空闲帧。若某MS被分配到TS2,每个TDMA帧的每个TS2包含了此移动台的信息,直到该MS通信结束。只有空闲帧是个例外,它不含有任何信息,移动台以一定方式使用它,在空闲帧后序列从头开始。上行链路与下行链路的业务信道具有相同的组合方式,唯一的差别是有一个时间偏移,即相对于下行帧,上行帧在时间上推后3个时隙,这意味着移动台的收发不必同时进行。移动通信技术及应用2.2GSM系统的无线信道及信号传输2.2.2 GS
19、M的信道构成及信号传输3逻辑信道到物理信道的映射(2)控制信道的映射BCH和CCCH在C0的TS0上的映射从帧的分级结构知道,51帧的复帧是用于携带控制信息的,51帧的复帧中共有51个图2-10 业务信道的映射方式移动通信技术及应用2.2GSM系统的无线信道及信号传输2.2.2 GSM的信道构成及信号传输3逻辑信道到物理信道的映射图2-11下行 BCH与CCCH在TS0上的映射移动通信技术及应用2.2GSM系统的无线信道及信号传输2.2.2 GSM的信道构成及信号传输3逻辑信道到物理信道的映射 SDCCH和SACCH在C0的TS1上的映射图213 下行SDCCH+SACCH在TS1上的映射移动
20、通信技术及应用2.2GSM系统的无线信道及信号传输2.2.2 GSM的信道构成及信号传输3逻辑信道到物理信道的映射 BCH 和CCCH以及DCCH在TS0上的映射图214 BCH+CCCH+SDCCH+SACCH下行链路在TS0上的映射移动通信技术及应用2.2GSM系统的无线信道及信号传输2.2.2 GSM的信道构成及信号传输4.GSM系统中信号处理与发送图215 RACH+SDCCH+SACCH上行链路在TS0上的映射移动通信技术及应用2.3GSM系统的控制与管理2.3.1 位置登记与更新4.GSM系统中信号处理与发送GSM把整个网络的覆盖区域划分为许多位置区,并以不同的位置区标志LA1、L
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