中级培训第一模块之一无线网络基础知识.ppt

无线网络基础知识,中级培训第一模块之一,内容介绍 移动通信技术的演进 GSM移动通信系统 简单呼叫流程 GSM移动通信系统接口,无线网络基础知识,数字技术 IMT-2000 (ITU) UMTS (WCDMA, TD-SCDMA), CDMA 2000,第二代,1990,2000,第一代,第三代,数字技术 例如: GSM, CDMA (IS-95),模拟技术 例如: TACS, AMPS,移动通信技术的演进,全球移动通信系统,移动通信技术的演进,在开始下面的课程之前，我们首先了解一下多址接入的概念，常用的多址接入根据不同的特点可分为：FDMA、TDMA、CDMA。 FDMA:频分多址技术，即不同的用户占用不同的频率，通过不同的频率来区分不同的用户。 TDMA:时分多址技术，即不同的用户占用不同的时间，通过不同的时间段来区分不同的用户 CDMA:码分多址技术，所有的用户都占用同样的时间和频率，但之间有不同的特征。这个特征为不同的编码,移动通信技术的演进,第一代移动通信系统是模拟移动通信系统，主要以英国的TACS和美国的AMPS(Advanced Mobile Phone System)为主。它们都是双频、双工模拟移动通信系统，采用频分多址技术（FDMA） 特点： 1、系统容量小。 2、频谱利用率低。 3、保密性能差。 4、不同的国家采用不同的频段等原因造成国际漫游受阻。 5、各系统之间没有公共接口，很难开展数据承载业务。,移动通信技术的演进,第二代移动通信系统是数字移动通信系统，主要以欧洲的GSM和美国的CDMA(IS-95)为主。 GSM采用时分多址技术（TDMA）； CDMA(IS-95)采用码分多址技术（CDMA）。 特点： 1、具有开放的接口和统一标准，容易扩容功能和开发新业务。 2、频谱利用率相对较高，系统抗干扰性较强。 3、通过语音加密，保密性能强。 4、在采用GSM的国家之间能够实现国际漫游。 5、可以获得更好的通话质量。 目前们采用的频段为：890915和935960 ，双工间隔45MHz，,移动通信技术的演进,我国陆地蜂窝数字移动通信 网GSM通信系统采用900MHz与1800MHz频段: GSM900MHz频段为：890915(移动台发,基站收),935960(基站发,移动台收); DCS1800MHz频段为：17101785(移动台发,基站收),18051880(基站发,移动台收);,移动通信技术的演进,第三代移动通信系统是数字移动通信系统，主要以欧洲的WCDMA、美国的CDMA2000以及我国的TD-SCDMA为主。 特点： 1、每一用户由不同的码来区分，所有用户分享同样的频谱资源，频 普利用率更高。 2、系统有很高的抗干扰性、抗衰落性、保密性 3、采用软切换及更软切换技术，减少掉话 4、采用Rake多径分集接收技术，有效利用多径传输来的信号，提高 系统的接收性能 5、采用快速功率控制，快速准确的闭环功率控制有效地降低近-远效 效应， 提高系统容量 6、数据传送速率大,其他 MSC,other BTSs,OMC,GSM系统结构,GSM 900 : GSM 1800 : 信道间隔： 200kHz,1710,1785,1805,1880,双工距离 : 95 MHz,890,915,935,960,双工距离 : 45 MHz,运营商 A,运营商 B,B,A,暂未分配,GSM系统频率资源,GSM 900 and GSM 1800 就像一对孪生兄弟 GSM 900 GSM 1800 频率带宽 890.960 MHz 1710.1880 MHz 信道数 124 372 信道间隔 200 kHz 200 kHz 接入技术 TDMA TDMA 手机功率 2 W 1 W,GSM900 和 GSM1800没有很大区别，通信机制完全一样,GSM900/1800 异同比较,GSM900 and GSM1800 的逻辑信道划分是一样的,空中接口逻辑信道,搜寻频率校正脉冲 搜寻同步脉冲 解读系统消息 侦听寻呼消息 发送接入脉冲 信令信道分配 呼叫建立 话音信道分配 通话 呼叫释放,FCCH SCH BCCH PCH RACH AGCH SDCCH FACCH TCH FACCH,各逻辑信道作用示意,BCCH,CCCH,通用 信道,DCCH,TCH,专用 信道,系统下行信道结构,RACH,CCCH,通用 信道,DCCH,TCH,专用 信道,系统上行信道结构,逻辑信道到物理信道的映射关系 信令信道 : 51 个帧序列 物理信道 : 26 个帧序列,物理信道同逻辑信道映射关系,Downlink CCCH,TCH,常用的信道配置,COMBINED 信道组合,NON-COMBINED 信道组合,2.1 电波传播 2.2 传播模型 2.3 天线系统 2.4 GSM系统分集技术 2.5 干扰 2.6 抗干扰措施 2.7 无线链路平衡,无线链路传播,电波传播理论是一门严谨的科学,无线电波传播理论,问题：移动通信比较固定通信有那些特殊性呢 ? 多径无线传播 无线路径是一个很复杂的传播媒介 手机发射功率有限 手机的发射功率客观限制了蜂窝小区的服务范围 手机电池寿命和对人体危害决定了发射功率大小 频率资源有限 带宽一定 信道编码等占用额外频率资源 频率需要被重复利用 = 产生同频干扰 用户行为的不确定性,移动通信环境,多径传播 阴影效应 地形、地貌 反射 信号的相互干扰,无线信道特点,强烈的信号反射会带来无法容忍的信号时延 反射信号落在接收机均衡器时间窗口内，可以容忍 否则，就会产生信号交叠自干扰,直射信号弱， 反射信号强,反射,慢衰落(正态衰落) 传播路径上大的阻挡物引起的 阴影效应 快衰落 (瑞利衰落) 几路信号破坏性的叠加 “衰落谷点”, “信号黑洞”,信号衰落,信号衰落,自由空间信号传播 信号强度随距离指数倍衰减,反射 镜面反射 信号强度: A *A ( - 材料的偏振性决定相位的变化 漫反射 信号强度: A *A ( 随机相位 偏振性影响 : 随机,D,电波传播,吸收效应 深度信号衰减 相位变化因材料而异 去偏极,衍射 锲型模型 刀刃模型 多刀刃模型,A,A - 530 dB,电波传播,常用单位辨析,日常表征功率常用w、mw等单位，但是在实际工作当中不方便，于是引入了dBm，dB，dBi，dBd,dBw等单位 定义：发射功率P为1mw时，折算为dBm后为0dBm 公式为：10*log（P/1mw） 1w=30dBm 5w=37dBm 2w=33dBm 10w=40dBm dBi和dBd是考征增益的值（功率增益），两者都是一个相对值， 但参考基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线，dBd的参考基准为偶极子，所以两者略有不同。 dBi= dBd+2.15 常用于天线增益 dB是一个表征相对值的值，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，按下面计算公式：10lg（甲功率/乙功率）,1,Okumura- Hata（奥村模型） 经验公式 适用于大范围的传播预测（5-20Km） 一般不用于小范围传播预测（ 1km） 2,Walfish- Ikegami Model 适用于小范围传播预测（ 1km）,传播预测模型,其中 f 频率，单位为 MHz 150-2000 h 基站天线高度 米 30-200 a(h) 手机天线高度的函数 d 手机和基站之间的距离 公里 L 路径损耗 dB A= 69.55, B = 26.16 (150 1000 MHz) A= 46.3 , B = 33.9 (1000 2000MHz),不同地貌的衰减因子,奥村模型,市区 小区半径小,信号衰减很大 森林 信号被强烈阻挡或吸收影响随季节不同而变化 开阔田地 信号传播容易，接近自由传播 水面 信号传播非常容易，应特别注意信号的水面反射 ! 大山体 信号被反射 冰川 信号被强烈反射，容易引起严重干扰 山丘 可以有效用于小区分界，降低干扰,地物地貌类型,地物地貌类型信号衰减情况,适用于市区复杂情况下微蜂窝传播预测 假设市区建筑规则分布 总的信号传播损耗包括3大部分： 直线传播损耗 LLOS 屋顶到街道信号损耗 LRTS 手机周为环境损耗 LMS,h,w,b,d,Walfish- Ikegami模型,时间分集 频率分集 空间分集 极化分集 多径分集,编码, 交织 跳频 多单极化天线 双极化天线 均衡器,f,GSM系统的分集技术,分集增益取决于环境 分集增益能增加覆盖吗? 天线分集 可以获得3-5dB信号增益 相当于可以容忍更大的路径损耗 获得更大的有效覆盖范围,以上估算基于传播环境平坦而言,分集带来的好处,信号 = 所有有用信号 carrier 所有无用信号 interference,=,GSM 标准: C / I = 9 dB ，工程上， C / I = 12dB,有用信号,环境噪声,其他信号,干扰,信号质量下降 比特误码 可修复: 信道编码, 纠错 不可修复 : 相位失真,干扰的影响,接收质量 （RXQUAL parameter） 接收质量等级 （0 . 7）,RXQUAL Mean BER BER range class (%) from. to 0 0,14 12,8 %,较好,不可容忍,好,可以接受,GSM系统信号质量,多径信号 (回声效应) 频率复用的同邻频干扰 外部干扰,网络质量的提高更要注意网络干扰的有效控制,尽可能降低网络的干扰,干扰源,科学的频率分配方案 合理的站点布局 天线下倾和方位角合理调整 合理的天线型号 非法干扰源的排除,good location,降低干扰的方法,FH（跳频） 一种分集技术, “副作用”就是降低了网络干扰 效果 = 更少的衰落谷点 解码增益 干扰分集 DPC（自动功率控制） 原理：评估信号电平和质量 DTX（不连续发射） 语音间隙关闭发射机 。,降低干扰的方法,一种分集技术 对抗快衰落 对静止和慢速移动用户效果明显 基带跳频 min. =3 TRX 射频跳频 分周期和随即跳频 宽带合路器支持 第一个 TRX除外（BCCH）,频率分集本来是针对静止用户抗快 衰落的，由此却产生了抗干扰效果,跳频,延长电池寿命 降低网络干扰 可变步长和固定步长 包括上行功控和下行功控 电平和质量驱动 BSC是总判决者,时间,信号 电平,目标电平值： e.g. -85 dm,BCCH载频不参加 功率控制,功率控制,DTX: 不连续发射 在语音间歇期关闭发射 仅发射SID frames 接收端码变换器产生舒适燥声 DTX: 下行没有使用，上行在使用,延长电池寿命 降低干扰,不连续发射,2.1 电波传播 2.2 传播模型 2.3 天线系统 2.4 GSM系统分集技术 2.5 干扰 2.6 抗干扰措施 2.7 无线链路平衡,无线传播链路,什么是链路平衡? 双向通信系统中需要考虑链路平衡 不同于电台或电视台等单向通信系统 原则上下行传播损耗相同 : downlink = uplink,上下行链路必须平衡,传播链路平衡,链路预算,第一步：根据手机的发射功率计算最大路径损耗,第二步：计算基站的最大发射功率,第三步：设定信号门限,第四步：计算小区半径,链路预算,举例：假如墙体损耗22db