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无线通信系统基础 2010年北分培训 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统基础 u无线通信系统概述 u无线通信系统演进 u无线通信的基本概念 u无线电传播特征 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统概述无线通信系统概述 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统概述 通信: 就是利用电子等技术手段,借助电/光信号实现从一地 向另一地进行 消息的有效传递和交换. 例如: 人与人之间的对话；人与人之间手机联络 都是通过声音来传递消息 移动通信： 通信的双方或至少一方在运动状态(或者暂时的静止)中进行信息 传递的通信方式。 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统概述 通信的任务是完成消息的传递和交换要实现这一过程必须具有 以下三个部分: copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统概述 按传输媒介不同：有线和无线通信 按工作频段不同：长波、中波、短波、甚短波、超短波、特短 波、极短波、远红外线通信 按信号特征：模拟信号和数字信号通信 按信号复用方式不同：fdma、tdma、cdma 按通信的调制方式不同：线性调制、非线性调制、数字调制等 按通信方式不同：单工、双工、半双工（准双工）通信 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统概述 按消息传送的方向 和时间划分的通信方式 单工方式 半双工方式 全双工方式 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统概述 移动通信信道的基本特征: 1、带宽有限。 2、干扰和噪声影响大。 3、存在多径衰落。 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统概述 常用的移动通信系统 1、无线电寻呼系统 传输方式：单向传输。适用范围：公众通信网。 有线电话公用电话网 用户回路 无线电寻呼 控制中心及 主发射台 发射台 发射台 袖珍铃(bb机 ） 车载台 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统概述 常用的移动通信系统 2、典型的蜂窝移动通信系统(cms) 传输方式：双向传输。适用范围：公众通信网。 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统概述 常用的移动通信系统 3、无绳电话系统(telepoint) 传输方式：双向传输和单向传输。适用范围：家庭、办公室 及几十公里内。属局域网。 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统概述 常用的移动通信系统 4、集群移动通信系统 传输方式：以单向传输为主。适用范围：调度系统的专用通 信网。 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统概述 常用的移动通信系统 5、移动卫星通信系统 传输方式：双向传输。 适用范围：海上、空中和地形复杂而人口稀少的地区。 6、 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统演进无线通信系统演进 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统演进 第一代模拟蜂窝移动通信系统 历史回顾： 1978年美国贝尔实验室成功开发了amps(advance mobile phone service)系统，实现了真正意义上的可以随时随地的 大容量蜂窝移动通信系统。1983年在美国芝加哥开通。 1987年，中国第一个tacs制式模拟移动电话系统建成商用 ， 1987年11月，第一个移动电话局在广州开通。amps也曾被 引入中国（我国的西北部地区）。 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统演进 第一代模拟蜂窝移动通信系统 主要标准： u 美国的amps u 欧洲的tacs u 欧洲的nmt-450和nmt-900 u 日本的ntt和jtacs/ntacs copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统演进 第一代模拟蜂窝移动通信系统 主要特点： 接入方式采用fdma，当一个呼叫建立后，该用户在其呼叫结束以前一 直单独占用一个频道。 调制方式：fm 业务种类单一，以话音业务为主 系统保密性较差 频谱效率较低，有限的频谱资源和无线用户容量之间矛盾十分突出。 不同系统不具有兼容性，用户得到的移动只限于某个系统内 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统演进 第一代模拟蜂窝移动通信系统 频分多址： 将给定的频谱资源划分为若干个等间隔的频道供不同的用户 使用，每个用户占用一个频率 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统演进 第二代数字蜂窝移动通信系统gsm 历史回顾： 1992年第一个数字蜂窝移动通信系统欧洲的gsm网络在 欧洲开始铺设，由于其优越的性能，迅速在全球扩张，成为 目前全球最大的蜂窝通信系统。 1993年，中国第一个数字移动电话gsm系统建成开通，中 国电信和中国联通都采用了gsm。 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统演进 第二代数字蜂窝移动通信系统gsm 主要特点： 微蜂窝小区结构。 数字化技术语音信号数字化 新的调制方式gmsk、qpsk等 fdma/tdma 便于实现通信安全保密。 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统演进 第二代数字蜂窝移动通信系统gsm 时分多址： 把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙，每 个用户占用一个时隙。 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统演进 第二代数字蜂窝移动通信系统cdma 历史回顾： 1995年，美国的高通公司（qualcomm)提出了一种采用码分 多址（cdma）方式的数字蜂窝系统技术解决方案（is-95cdma ），目前已分别在中国香港、韩国、北美等国家和地区投入 使用，用户反映良好。 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统演进 第二代数字蜂窝移动通信系统cdma 主要特点： 用户的接入方式采用码分多址 软容量、软切换，系统容量大 抗多径衰落 可运用话音激活、分集接收等先进技术 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统演进 第二代数字蜂窝移动通信系统cdma 码分多址： 以扩频信号为基础，利用不同的码型实现不同用户的信息 传 递。扩频信号是一种经过伪随机序列调制的宽带信号，其 带宽通常比原始信号带宽高几个数量级。每个用户使用一个 码型，频率、时间共享 copyright shenzhen grentech co., ltd. 第二代通信系统频段划分 运营商制式上行mhz下行mhz备注 移动 gsm900 885-909mhz 930-954mhz24mhzx2 gsm18001710-1730mhz1805-1825mhz20mhzx2 联通 gsm900 909-915mhz 954-960mhz6mhzx2 gsm1800 1735-1740mhz1830-1835mhz5mhzx2（奥运扩频） 1740-1755mhz1835-1850mhz15mhzx2 1755-1762.4mhz1850-1857.4mhz7.4mhzx2（奥运扩频） 电信 cdma 825-835mhz 870-880mhz10mhzx2 phs1900-1920mhz20mhz 无线通信系统演进 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统演进 第三代移动通信系统imt2000 imt-2000是第三代移动通信系统（3g）的统称 第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（itu）1985年提 出，考虑到该系统将于2000年左右进入商用市场，工作的频段 在2000mhz，且最高业务速率为2000kbps，故于1996年正式更名 为imt-2000（international mobiletelecommunication-2000 ） 第三代移动通信系统是一种能提供多种类型、高质量多媒体 业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，与固定网络 相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何 种类通信的通信系统 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统演进 第三代移动通信系统imt2000 第三代移动通信系统是一种能提供多种类型、高质量多媒体 业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，与固定网络 相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何 种类通信的通信系统。 全球统一频段、统一标准。 高频谱利用率。 高保密性、高服务质量。 易于第二代系统的过渡。 终端价格低廉。 支持不同速率的多种业务。 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统演进 第三代移动通信系统imt2000 电路交换业务 话音业务 可视电话 分组交换业务 图像和多媒体 蜂窝上网 ip电话 多方游戏 音频和视频流 内容下载 商务连接（vpn) copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统演进 第三代移动通信系统imt2000 三种标准： cdma2000体制是基于is-95的标准基础上提出的3g标准，目前其标 准化工作由3gpp2来完成。 td-scdma标准由中国无线通信标准组织cwts提出，目前已经融合 到了3gpp关于wcdma-tdd的相关规范中。 wcdma由欧洲标准化组织3gpp(3rd generation partnership project) 所制定，受全球标准化组织、设备制造商、器件供应商、运营商的广 泛支持。 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统演进 第三代通信系统频段划分 运营商制式频段备注 移动td-scdma 18801920mhza频段 20102025mhzb频段 23002400mhzc频段 联通wcdma 1940-1955mhz 2130-2145mhz 电信cdma evdo 1920-1935mhz 2110-2125mhz copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统演进 amps tacs nmt 其它 gsm cdma is95 第一代 80年代 模拟 第二代 90年代 数字 第三代 imt-2000 wcdma cdma 2000 模 拟 技 术 数 字 技 术 语 音 业 务 宽 带 业 务 td- scdma damps 第2.5代20世纪初 gprs cdma1x 数 据 业 务 数据 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统演进 第四代移动通信(4g) 特点： 高容量、更强的多媒体的传输。将多媒体包括语音、数据、 影像等大量信息透过宽频的信道传输，提高传输质量。 核心技术：ofdm(正交多任务)。 其它技术：cdma、无线区域环路(wll)和数字音讯广播(dab)等 传输速率：最高可达到10mb/s至20mb/s copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统的基本概念无线通信系统的基本概念 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统的基本概念 无线通信系统的特点 u移动通信的传输信道必须使用无线电波 u信道传输特性较复杂，不稳定 u所用的无线电频率有限 u移动通信综合了各种通信技术 u对设备要求苛刻 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统的基本概念 无线通信系统中常用到的几个概念： 分贝（db）： db是一个表征相对值的值。 计算公式：10lg（a功率/b功率） 分贝毫瓦（dbm）: dbm是一个考征功率绝对值的值。 计算公式：10lgp（功率值/1mw） 分贝毫伏（dbmv）与分贝微伏（ dbuv） 根据功率与电平之间的基本公式p=v2/r dbuv=90+dbm+10*log(r),r为电阻值。 在phs系统中正确应该是dbm=dbuv-107，因为其天馈阻抗为50欧。 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统的基本概念 天线和天线增益 天线增益一般由dbi或dbd表示。dbi是指天线相对于无方向天线 的功率能量密度之比，dbd是指相对于半波振子dipole 的功率能量 密度之比，半波振子的增益为2.15dbi，因此0dbd=2.15dbi。 驻波比 解释：驻波系数式衡量负载匹配程度的一个指标，它在数值上 等于： 驻波系数的取值范围是1正无穷大。射频很多接口的驻波系数 指标规定小于1.5。 驻波比恶化意味着信号反射比较厉害，也就是说负载和传输线 的匹配效果比较差。所以在一个系统中，如果驻波比很差，可能会 使信号传输效果变差，通道增益下降。 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统的基本概念 天线的极化方式 所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。 当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电 场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。 回波损耗 它是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。回波损耗的值 在0db的到无穷大之间，回波损耗越大表示匹配越差，回波损耗越 大表示匹配越好。0表示全反射，无穷大表示完全匹配。在移动通信 系统中，一般要求回波损耗大于14db。 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统的基本概念 前后比(front-back ratio) 表明了天线对后瓣抑制的好坏。选用前后比低的天线，天线 的后瓣有可能产生越区覆盖，导致切换关系混乱，产生掉话。一 般在2530db之间，应优先选用前后比为30的天线。 输入阻抗 它是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。天线与馈线的 连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗 ，这时馈线终端没有功率反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻 抗随频率的变化比较平缓。一般移动通信天线的输入阻抗为50 。 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统的基本概念 噪声定义 噪声是指在信号处理过程中遇到的无法确切预测的干扰信号。常 见的噪声有来自外部的天电噪声，汽车的点火噪声，来自系统内部 的热噪声，晶体管等在工作时产生的散粒噪声，信号与噪声的互调 产物 当b1hz时，10log（ktb）-174dbm/hz 噪声系数 噪声系数是用来衡量射频部件对小信号的处理能力，通常这样定 义：单元输入信噪比除输出信噪比，如下图： pno表示输出噪声功率，pni表示输入 噪声功率，g为单元增益。 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统的基本概念 传输时延 直放站设备的传输时延是指直放站的输出信号对输入信号的时 间延迟。对于不同的直放站有不同的指标要求。 宽带直放站1.5s（声表面滤波器的宽带直放站5s ） 选频直放站5s copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统的基本概念 收发隔离度 指直放站的信号输入端口对信号输出短信号的抑制度（或衰减 度），取决于施主天线和重发天线的安装位置，与垂直及水平距离 ，相向角度有关。隔离度的大小影响增益的设置，一般要求直放站 增益的数值比隔离度的数值小15db。一个无线直放站在安装调测前 ，必须测出隔离度的数值。 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统的基本概念 接收灵敏度 用功率表示smin=10log（ktb）+ ft +（s/n），单位：dbm k是波尔兹曼常数，单位：j/k(焦耳/k) k=1.38*10-23 t表示绝对温度，单位：k b表示信号带宽，单位：hz ft表示系统的噪声系数，单位：db （s/n）表示解调所需信噪比，单位：db copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统的基本概念 带内平坦度 带内平坦度是指直放站对带内信号的均匀放大能力，反映了直 放站的幅频特性，带内平坦度会影响覆盖区手机信号的稳定性 ，如手机信号在接收过程中出现跳跃，很可能是带内平坦度不好 。带内平坦度的指标一般为23db. copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统的基本概念 邻道干扰（邻道泄漏 aclr） 相邻或者相近频道之间的干扰 调频信号含有无穷多个边频分量，其中某些边频分量落入邻道 接收机的通带内，就会造成邻道干扰。邻道泄漏指标是用来衡量 发射机的带外辐射特性，定义：邻道功率与主信道功率之比，通 常用dbc表示，如下图： copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统的基本概念 共道干扰 由相同频率的无用信号所造成的干扰 射频保护比 为保证接收机输入端信号与同波道干扰之比大于某一数值，这一 数值称作射频保护比 互调干扰 发射机互调、接收机互调、外部效应 三阶互调 2fa - fb = fc fa+fb-fc = fd 无三阶互调频道组 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统的基本概念 杂散辐射 杂散辐射是指发信机在频谱发射模板规定的频率范围之外的频段内发 射的、信号之外的其他信号，它包括谐波分量、寄生辐射、交调产物、发 射机互调产物等。这些杂散辐射都会对其他的无线通信系统造成干扰，对 该指标的规定是为了提高系统的电磁兼容性能，以便与其他系统（如gsm ）共存，当然这也保证了系统自身的正常运行。 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线通信系统的基本概念 话务量 话务量：是度量通信系统业务量或繁忙程度的指标，是指单位时间内（1小 时）进行的平均电话交换量。 若话务量a表示，则 a=s s：每次呼叫平均占用信道的时间，单位为“小时/次”。 ：每小时的平均呼叫次数（流入话务量），单位为 “次/小时”。 话务量a是无两纲的量，命名为“爱尔兰”简称erl。 如果一个小时内不断地占用一个信道，则其呼叫话务量为1爱尔兰，是一 个信道具有的最大话务量。 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线电传播特征无线电传播特征 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线电传播特征 传播特征 无线电波分布在3hz到3000ghz之间，在不同的频段内的频率具有不同的 传播特性。 频率越低，传播损耗越小，覆盖距离越远；而且频率越低，绕射能力越强 ，建筑物内覆盖效果越好。但是，低频段频率资源紧张，系统容量有限， 因此主要应用于广播、电视、寻呼等系统。 高频段频率资源丰富，系统容量大；但是频率越高，传播损耗越大，覆盖 距离越近；而且频率越高，绕射能力越弱，建筑物内覆盖效果越差。而且 频率越高，技术难度越大，系统的成本也相应提高。 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线电传播特征 反射波 绕射波 直达波 地面反射波 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线电传播特征 信号衰落 距离(m) 接收功率(dbm) 102030 -20 -40 -60 慢衰落 快衰落 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线电传播特征 传播损耗 ploss=32.44+20lgfmhz+20lgdkm 设f=900mhz，该传播损耗可描述为： ploss=91.52+20lgd =l0+10 lgd l0=91.52 = 2路径损耗斜率 在实际通信环境中， 一般在3至5之间 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线电传播特征 常用的两种电波传播模型 okumura电波传播衰减计算模式 gsm900mhz主要采用ccir推荐的okumura电波传播衰减计算模 式。该模式是以准平坦地形大城市区的中值场强或路径损耗作为 参考，对其他传播环境和地形条件等因素分别以校正因子的形式 进行修正。不同地形上的基本传输损耗按下列公式分别预测。 copyright shenzhen grentech co., ltd. 无线电传播特征 常用的两种电波传播模型 okumura电波传播衰减计算模式 奥村（hata）模型，由日本测得的平均测量数据构成： lp=a+blog10f-13.82log10hb-a(hm)+(4