通讯基本概念介绍.ppt

第二章 通讯基本概念 介绍 网讯教育 通讯基本概念介绍 摘要 本章介绍了与网规网优相关的一些通讯基 本概念。 系统中，所传输的信号总是有一定带宽占用一定的频带资源，为了达 到对信号进行一定处理的目的，系统的带宽是一个主要性能参数，也 就是系统可提供的频带资源。如何定义系统带宽？ 用等效噪声带宽定义：假定一个系统的传输函数为H(f)，则等效噪声 带宽： 其中H 是H(f)的最大幅度。 波器：等效噪声带宽Wn如图所示，Wn的含义是：白噪声通过Wn的平均 功率=白噪声通过实际滤波器功率。 系统带宽 滤波器，等效噪声带宽Bn如图所示，f0为中心频率，Bn的含义是：白噪 声通过Bn的平均功率=白噪声通过实际滤波器功率。 用功率传输函数的半功率点来定义（半功率点带宽又称为3dB带宽）： 对低通滤波器，在半功率点W1/2的功率传输函数为： 对带通滤波器，在半功率点B1/2的功率传输函数： 低通滤波器和带通滤波器的半功率点带宽如下图所示。 用通过的总能量的百分比来定义系统带宽Be： 如对带通滤波器： 带通滤波器的带宽定义如下图所示。 在此种情况中，也是用功率下降多少来定带宽，但不是下降3dB，而 是任意选定的数，如1dB带宽、2dB带宽等 低通滤波器，如环路滤波器常使用等效噪声带宽定义；对带通滤波器 常使用3dB带宽定义或能量百分比来定义。 系统带宽 信号带宽 上面讲可用功率传输函数下降一定百分比（dB）定义系统带宽，也可 把此概念用于定义信号带宽，只要用信号的付氏变换|X(f)|2代替 |H(f)|2即可。对于随机信号，平均功率用谱密度Sx(f)替换|X(f)|2。 同样可有信号的1dB带宽、2dB带宽、3dB带宽。90%功率能量带宽、95% 功率能量带宽。 系统带宽和信号带宽之间相当于车与路的关系。 主瓣带宽是信号带宽对系统带宽的要求，比如，要用BPSK方式传 32Kbps语音信号，一般要求系统带宽64KHz；另一种是系统带宽限制传 输信号的带宽，比如，在一般的数字语音信道不能传输数字彩色信号 。一个14KHz带宽的系统，可传216Kbp的语音信号。 系统带宽是系统总线的。 信号带宽是无线信号上行和下行链路的带宽。是信号频谱的宽度也就 是信号的最高频率分量与最高频率分量之差。 爱尔兰 爱尔兰是衡量话务量大小的一个指标。根据话音信道的占空比来计算的。 如果某个基站的话音信道经常处于占用的状态，我们说这个基站的爱尔兰 高。具体来说，爱尔兰表示一个信道在考察时间内完全被占用的话务量强 度。 在电话交换中，源对服务器的需求量称为话务量，而服务器所负担的话务 量称为话务负荷，其定义为：在时间T内，一个源（或服务器）所产生的 （所负担的）话务量等于该期间内各次服务持续时间之总和。 与话务量有关的两个因素：呼叫强度(需求的频繁程度)和呼叫保持时间（ 每次服务所持续的时间）。设在所考察的时间T内，共发生了n次呼叫，每 次呼叫的平均保持时间为hav，话务量应为：AT=n*hav。为了计算话务量 密度，定义话务流量为：A1=AT/T=n*hav/T=*hav。其中=n/T是源的呼 叫强度或单位时间内的平均呼叫次数。话务流量代表单位时间内服务时间 之总和，它表现了单个源或服务器的占用率，永远小于或等于1。话务流 量的单位是爱尔兰。在我们通常的使用中常把话务流量简称为话务量。注 意：话务量的量纲是时间而话务流量是无量纲的。 爱尔兰 如果呼叫强度的单位为次/小时，保持时间的单位为100s，可以得到话务 流量的另一种单位：百秒呼（ccs）。ccs是北美国家常用的单位。由于 爱尔兰的定义中保持时间是小时故二者的关系为：1Erl=36ccs。 话务量反映了电话负荷的大小，与呼叫强度和呼叫保持时间有关。呼叫 强度是单位时间内发生的呼叫次数，呼叫保持时间也就是占用时间。 单位时间内的话务量等于使用相同时间单位的呼叫强度与呼叫保持时间 之乘积，其单位为爱尔兰（ Erlang）。例如：呼叫强度=1800次/小时， 呼叫保持时间=（1/60）小时/次，则话务量=1800次/小时 X （1/60）小 时/次=30 Erl。 设：n =时间T内，单个用户终端发出的平均呼叫数 h =由用户终端发出的呼叫的平均占用时间 N=用户数的总和 Y=单位时间内流过所有用户终端的话务量 则： Y=N*（n/T）*h 其中N*（n/T）为呼叫强度，h为呼叫保持时间。 爱尔兰 在进行话务量的实际计算时应注意以下几个问题： 话务量总是针对一段时间而言，如：一天或一小时。 呼叫强度和呼叫保持时间都是平均值。 要区分流入话务量与完成话务量。 流入话务量=完成话务量+损失话务量 损失话务量=流入话务量 X 呼叫损失率（呼损率） 当线束容量为m、流入话务量为Y时，线束中任意k条线路同时占用的概率 P(k)为： 当k=m时，表示线束全忙，即交换系统的m条话路全部被占用，此时p(k) 为系统全忙的概率。当m条话路全部被占用时，到来的呼叫将被系统拒绝 而损失掉，因此系统全忙的概率即为呼叫损失的概率（简称为呼损）， 记为E(m,Y)，则爱尔兰呼损公式为： 爱尔兰 在当前通信行业实际应用中，话务量的统计主要有两种标准：第一种是根据 其理论定义（单位时间内发生的呼叫数与每次呼叫平均占用时长的乘积）来 进行的统计，即统计时长按照实际的统计时间来作为“单位时间”；第二种是 以一小时固定作为“单位时间”，如一天则看成24个小时来统计。 举例来说：一天之中，如果一条电路每小时都被占用了30分钟，那么该条电 路一天的话务量为： 按照第一种标准，该电路一天的话务量就为：（30*24）/（60*24）=0.5Erl。 而按照第二种标准，该电路一天的话务量就为：（30*24）/60=12Erl。 爱尔兰 例：一部交换机有1000个用户终端，每个用户忙时话 务量为0.1Erl，该 交换机能提供123条话路同时接受123个呼叫，求该交换机的呼损。 解：Y= 0.1 Erl X 1000=100 Erl m=123 查表可得：E(m,Y)=E(123,100)=0.3 Erl 注：实际应用中，只要已知m、Y、E三个量中的任意两个，通过查爱 尔兰呼损表，即可查得第三个。 阻塞率（GOS） GOS（Grade of Service）意为服务等级（服务质量）。阻塞率和其它 衡量系统质量的性能指标一起，构成了系统提供给用户的服务等级。 当多个信道共用时，通常总是用户数大于信道数，当多个用户同时要求 服务而信道数不够时，只能让一部分用户先通话，另一部分用户等信道 空闲时在通话。后一部分用户因无空闲信道而不能通话，即为呼叫失败 ，简称呼损。在一个通信系统中，造成呼叫失败的概率称为呼叫损失概 率，简称呼损率。呼损率为呼叫失败的次数与总呼叫次数之百分比。 在一个通信系统中，造成呼叫失败的概率称为呼叫损失概率，简称呼损 率（B）。 在一个区域，由于经济方面的原因，所提供的链路数往往比电话用户数 要少得多。当有人要打电话时，会发现所有链路可能全部处于繁忙状态 ，我们称这种情况为“阻塞”或“时间阻塞”。提供的链路越多，则系 统的阻塞率越小，提供给用户的服务质量就越好，即电话系统的承载能 力决定了链路的数目，而链路的数目又决定了系统的阻塞率。 同样的Erl容量的条件下，允许的阻塞率越高，需要的链路数越少。 阻塞率（GOS） 设A为呼叫成功而接通电话的话务量，简称完成话务量。C0 为一小时 内呼叫成功而通话的次数，t0 为每次通话的平均占用信道的时间，则 完成话务量为： A= C0T0 （1） 于是呼损率为： （2） 其中A- A为损失话务量。 呼损率也称为系统的服务等级(或业务等级)。呼损率与话务量是一对矛 盾，即服务等级与信道利用率是矛盾的。 接收机灵敏度 IS-97灵敏度测试 IS-97测试结果表明BTS反向接收机灵敏度达到-126.4dBm，这是一个相当高 的指标。 反向链路的接收性能、系统的链路噪声系数两个指标中，只要测出其中之 一，即可推算出另一个参数。 接收机灵敏度是输入信号的功率，令Pin = -126.4dBm。测系统接收灵敏度 时，不另加噪声，也就是说噪声来自于系统热噪声；设热噪声功率谱密度 为N0，则 如果系统解调性能NF）为4dB，则系统的链路噪声系数为3.4dB。 1.接收机灵敏度 1.IS-97灵敏度测试测试 链路预算中的接收灵敏度 链路预算中的接收灵敏度与97测试中的灵敏度不同。链路预算中的灵敏度 不仅仅考虑了接收机的热噪声，还考虑了小区负载、软切换等多种因素， 可以理解为规定负载环境下的接收信号强度要求。97测试中的灵敏度是接 收机的一项指标，而链路预算中的接收灵敏度除了考虑接收机的性能外还 考虑了网络设计负载要求。相比之下，链路预算中的接收灵敏度更接近于 实际环境。 接收机灵敏度 反向负载因子 当小区负载接近1时，IT2。表明小区干扰变得很大。当小区容量超载 时，系统趋于不稳定。小区负载与干扰之间的关系如图所示。 反向负载因子 50% 负载 3dB 60% 负载 4dB 75% 负载 6dB 在上行容量分析中，噪声上升与负载因子的关系式为Noise rise 10lg1/(1- x) （负载因子用x表示）； 根据公式可以得出： 当负载达到50，即负载因子0.5时，系统噪声上升3dB； 负载达到60时，系统噪声上升4dB；达到75时，系统噪声上升6dB。 1 dBm：dBm用于表达功率的绝对值，相对于1mW的功率，计算公式为： 10lg(P功率值/lmW)。 例如果发射功率P为10W，则按dBm单位进行折算后的值应为： 10lg(10W/1mW) =10lg(10000)=40dBm，则可以说发射功率P为40dBm。 2 dBi、dBd：dBi和dBd均用于表达功率增益，两者都是一个相对值，只 是其参考的基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线（点源天线）， dBd的参考基准为偶极子半波（偶极子天线），因此两者的值略有不同， 同一增益用dBi表示要比用dBd表示大2.15。 例：对于增益为16dBd的天线，其增益按单位dBi进行折算后为18.15dBi ，忽略小数点后为18dBi。 3 dB：dB用于表征相对比值，对于电压V、电流I、场强E：20logdB ；对于功率P：10logdB。比如计算甲功率相对乙功率大或小多少dB时 ，按下面计算公式：10lg(甲功率/乙功率)。例：若甲天线的增益为 20dBd，乙天线的增益为14dBd，则可以说甲天线的增益比乙天线的增益大 6dB。 通信系统的传输单位 通信系统的传输单位 4 dBc：常用在射频器件的性能上。dBc是一个表征相对功率的单位 ，其计算方法与dB的计算方法完全一样。一般来说，dBc是相对于载波 功率而言的，在许多情况下用来度量与载波功率的相对值，如度量干 扰同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰、耦合、杂散等相对量 值，在采用dBc的地方，原则上可以使用dB替代。 5 dBW ：dBW同dBm一样，是一个绝对电平值，公式为10lgW。 例：1瓦换算为dBW：10lg1=0dBW；2瓦换算为dBW：10lg2=3dBW LAC LAC LAC为位置区域编码，它是唯一识别我国数字PLMN中每个位置区的，是 一个2字节16进制的BCD码，表示为L1L2L3L4范围0000FFFF，可定义 65536个不同的位置区。 区域就是在系统和网络里由几个基站组成的一个基站组。一个基站所 属区域的消息由系统参数消息里的REG_ZONE字段传给移动台。 基于区域登记就是当移动台移动到一个新的小区，而该小区基站所属 区域不在它的内部存储访问登记区域表上时，移动台进行登记。当任 何一种登记（包含隐含登记）发生时，移动台所在区域都被加到该列 表上。该表中任何一个区域都对应一个定时器，这些区域定时器在移 动台离开其对应区域时被激活，当定时器在计时值到达上限时该定时 器所对应地区域将被删除。一个移动台可以同时在多个区域里登记。 每个区域由其区域号码（REG_ZONE）加上该区域的SID和NID唯一识别 。 频率复用 频率复用 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。频率复用主要是用在FDMA系统，如GSM。 频率复用方式是指将可用频道分成若干组，如将可用频道N分成F组，则 每组的频道数为NF。 因总的频道数N是固定的，所以分组数F越少则 每组的频道数就越多。但是，频率分组数减少会使同频道复用距离减小 ，导致系统中平均CI（载干比）值降低。在GSM系统工程实际使用中 ，在同频干扰保护比CI值上加3dB冗余来保护，采用12分组方式，即4 个基站，12组频率，定向基站可采用90或60的定向天线，形成三叶 草小区，即把基站分成3个扇形小区， 图给出了43和33两种复用方 式。 图给出了43和33两种复用方式。 频率复用 对于全向基站，建议采用7组频率复用方式，7组频率可从12组中任选， 但相邻频率组尽量不在相邻小区使用，如图所示。业务量较大的小区可 借用剩余的频率组，如使用第9组的小区可借用第2组频率等。 CDMA系统采用的是码分的方式，不采用频率复用，使用的是PN复用。 频率复用 1 bit就是基带信号里面的0、1数字信号，每一个表示1bit； 2 byte为字节，1 byte8bit，早先在计算机中AUX加法器使用8位进 行一次运算，所以称8位系统，在cdma基带处理中，很少提到byte； 3 symbol：调制解调时使用的识别单位。bit信息经过卷积编码（或 turbo编码）、重复、交织、CRC校验等处理（前反向有差别），生成 symbol，即符号。一个symbol可以不是1bit，但至少有1bit。 4 chip：码片，最小单位，可以看做是一种时间长度的概念，在 cdma2000中，一个PN chip长度为1/1.2288*10-6s。 5 CDMA码片率指扩频PN序列的速率，其数据传输速率为1.2288Mchip/s 。以cdma2000反向基本业务信道为例说明：反向信道码符号率为28800码 符号/秒，因每6个码符号被调制成一个调制符号用于传输，所以调制符速 率为4800调制符号/秒，调制符又由64阶walsh函数中的一个进行调制，每 个调制符具有64个walsh比特片，这样walsh比特比率为固定的 4800*64=307.2Kchip/s，又因为每一个walsh比特片被扩成4个PN比特片， 所以其最终数据速率也就是扩频PN序列速率为1.2288Mchip/s，所谓码片 即用于CDMA扩频序列编码的位片。 bit、Byte、symbol和chip的比较 CDMA系统常用频谱及频点计算 在CDMA系统中，已知系统使用的频点后，根据频点计算公式得到对应 的具体频率，该频率就是系统使用的频带的中心频率，然后在该中心 频率上下加减0.625MHz，就是该频点对应使用的频带。 对于CDMA常用的450M、800M和1.9G频段，根据细分的频段，频点和频 率之间有不同的换算关系，具体可以参见IS-97标准，下面给出的是常 用频段的换算关系。 1 450M 目前主要使用的是A段，常用频谱范围为： 上行频段： 450MHz458MHz； 下行频段： 460MHz468MHz；上下行固 定相差10MHz。 频点换算成频率（中心频率）的公式为： 基站收（上行）： 450.00+0.025（N-1）MHz 基站发（下行）： 460.00+0.025（N-1）MHz；450M系统推荐使用的频 点如下所示，450M频段的划分如图所示。 CDMA系统常用频谱及频点计算 160频点范围210频点范围260频点范围 上行频段(MHZ)453.35454.60454.60455.85455.85457.10 下行频段(MHZ)463.35464.60464.60465.85465.85467.10 CDMA系统常用频谱及频点计算 2 800M 上行频段范围 825835M；下行频段范围 870880M；上下行固定相差 45M。 频点换算成频率（中心频率）的公式如下图所示，800M频段的划分如下 图所示。 CDMA系统常用频谱及频点计算 发射机CDMA信道号CDMA频率指配（MHz） 移动台1 N 7990.030 N + 825.000 991 N 10230.030 (N-1023) + 825.000 基站1 N 7990.030 N + 870.000 991 N 10230.030 (N-1023) + 870.000 3 1.9G 1.9G CDMA商用系统常用频段为：上行频段范围 18901905M；下行频 段范围 19701985M。 频点换算成频率的公式为：基站收（上行）： 1850.00+0.05N（MHz） 基站发（下行）： 1930.00+0.05N（MHz） CDMA系统常用频谱及频点计算 频点与频段的换算 450M：目前主要使用的是A段 基站收（上行）: 450.00+0.025（N-1）（MHz） 基站发（下行）: 460.00+0.025（N-1）（MHz） 800M 基站收（上行）: 825.00+0.03N（MHz） 基站发（下行）: 870.00+0.03N（MHz） 1.9G 基站收（上行）: 1850.00+0.05N（MHz） 基站发（下行）: 1930.00+0.05N（MHz） SID和NID的含义 系统由系统识别码(SID)来识别，一个系统内的网络由网络识别码(NID)来识别 。一个网络由一对识别码（SID，NID）唯一识别。SID数“0”是一个保留值， NID数“0”是一个保留值，表明所有不包含在一个特定网络内的基站；NID值 65535（2161）是一个保留值，移动台利用它作为漫游状态判决，以便表明 移动台认为整个一个SID（与NID无关）都是本地非漫游。 图展示了一个系统和网络的例子。SID为i的子系统包含3个网络，分别标识为t ，u和v，一个在系统i内但不在这3个网络里的基站的NID为0。 移动台有一个包含一对或多对本地非漫游）识别码（SID，NID）的列 表，如果存贮的识别码(SIDs，NIDs)（在系统参数消息里接收）与任 何移动台的非漫游SID、NID识别码不匹配，则移动台处于漫游状态。 定义有两种类型的漫游：如果移动台正在漫游并且有某些对在移动台 （SID，NID）表里的识别码（SID，NID）的SID等于SIDs，这个移动台 是外部NID漫游者；如果在移动台（SID，NID）表里没有（SID，NID） 识别码的SID等于SIDs，这个移动台是外部SID漫游者。移动台可能使 用特定的NID值65535来表明移动台认为在一个SID里的全部NIDs是非漫 游的，比如当工作在那个系统的所有基站移动台都不在漫游。 SID和NID的含义 IMSI字段的含义 IMSI字段的含义 CDMA数字移动台识别由国际移动台识别号识别(IMSI)，IMSI由15个数 字组成(09)。开始3个数字为移动台国家码，其余比特是国内移动台 识别码(NMSI)，NMSI由移动台网号(MNC)和移动台识别号(MSIN)组成。 IMSI结构如图。 各字段含义如下： MCC 移动国家码 MNC 移动网络 MSIN 移动台识别码 NMSI 国内移 动台识别码（MNC+MSIN） IMSI 国际移动台识别码（MCC+MNC+MSIN ） IMSI分为2类：0类IMSI：IMSI长度为15位，即NMSI为12位。1类IMSI： IMSI长度小于15位，即NMSI少于12位。在