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无线通信基础知识 工程技术服务中心 课程内容 第一章无线通信基本概念第二章GSM通信系统概述第三章CDMA通信系统概述第四章射频基础知识 第一章无线通信的基本概念 第一节无线通信概述第二节无线通信频段和的划分第三节我国常用移动通信使用频段第四节自由空间传播损耗 第一章无线通信的基本概念 无线通信 利用电磁波的辐射和传播 经过空间传送信息的通信方式称之为无线电通信 也称之为无线通信 利用无线通信可以传送电报 电话 传真 数据 图像以及广播和电视节目等通信业务 无线通信泛指不需要物理连接线的通信 如 无线电台 无线电视 无线局域网 手机GPRS上网等 第一章无线通信的基本概念 无线通信系统种类移动蜂窝网系统第一代 模拟蜂窝网络系统 AMPS 第二代 GSM IS 95 第三代 CDMA2000 WCDMA TD SCDMA 局域网系统无线局域网 WLAN 无线广域网 WWAN 广播电视系统卫星通信系统近距无线通信网络无线个域网 WPAN 无线传感器网络 WSN 无线射频识别 RFID 第一章无线通信的基本概念 移动通信 所谓移动通信就是指移动体之间 移动体与固定体之间的通信 第一章无线通信的基本概念 第一节无线通信概述第二节无线通信使用的频段和波段第三节我国常用移动通信使用频段第四节自由空间传播损耗 第一章无线通信的基本概念 表1 1无线通信使用的电磁波的频率范围和波段 第一章无线通信的基本概念 表1 1无线通信使用的电磁波的频率范围和波段 续 由于种种原因 在一些欧 美 日等西方国家常常把部分微波波段分为L S C X Ku K Ka等波段 或称子波段 具体如表1 2所示 第一章无线通信的基本概念 表1 2无线通信中所使用的部分微波波段的名称 第一章无线通信的基本概念 第一节无线通信概述第二节无线通信使用的频段和波段第三节我国常用移动通信使用频段第四节自由空间传播损耗 第一章无线通信的基本概念 2G通信网络制式的频率划分以及与载波信道之间换算 1 1移动GSM900M数字蜂窝网移动通信系统 工作频段 上行890 909MHz下行935 954MHz频率与信道之间换算公式 上行 F 890 0 2 指令载波频率号下行 F 935 0 2 指令载波频率号移动GSM900M系统使用频点为1 95 95号频点为保护频点 补充 885 890 930 935MHz分配给GSM R系统使用 移动在离铁路较远的很多地区使用边缘的5M频段 其频点为 999 1023 频率与信道换算方法为 上行 F 885 0 2 指令载波频率号 999 下行 F 930 0 2 指令载波频率号 999 第一章无线通信的基本概念 工作频段 上行1710 1720MHz下行1805 1815MHz频率与信道之间换算公式 上行 1710 2MHz N 512 0 2下行 1805 2MHz N 512 0 2移动GSM1800M系统使用频点为512 561 1 2移动GSM1800M数字蜂窝网移动通信系统 第一章无线通信的基本概念 1 3联通GSM900M数字蜂窝网移动通信系统 工作频段 上行909 915MHz下行954 960MHz频率与信道之间换算公式 上行 F 890 0 2 指令载波频率号下行 F 935 0 2 指令载波频率号联通GSM900M系统使用频点为96 124 第一章无线通信的基本概念 1 4联通GSM1800M数字蜂窝网移动通信系统 工作频段 上行1745 1755MHz下行1840 1850MHz频率与信道之间换算公式 上行 1710 2MHz N 512 0 2下行 1805 2MHz N 512 0 2联通GSM1800M系统使用频点为687 736 第一章无线通信的基本概念 1 5电信CDMA800M数字蜂窝网移动通信系统 工作频段 上行825 835MHz下行870 880MHz频率PN码换算公式 上行 F 825 指令载波频率号 0 03下行 F 870 指令载波频率号 0 03电信CDMA800M系统常用使用频点为 37 78 119 160 201 242 283其中283为基本频道 前3个EVDO频点使用 后3个CDMA2000使用 160隔离 第一章无线通信的基本概念 1 63G频段的划分 移动TD SCDMA系统 1880 1920MHz 2010 2025MHz 2300 2400MHz 联通WCDMA 1940 1955MHz 2130 2145MHz 电信cdma2000 1920 1935MHz 2110 2125MHz WCDMA频率与信道之间换算公式 信道号 5 F MHz 频道间隔200KHz 可用频率是3个 上行中心频点号 9612 9888下行中心频点号 10562 10838TD SCDMA目前使用的频点 10055 10063 10071 10080 10088 10096 10104 10112 10120 第一章无线通信的基本概念 第一节无线通信概述第二节无线通信使用的频段和波段第三节我国常用移动通信使用频段第四节自由空间传播损耗 第一章无线通信的基本概念 自由空间损耗 自由空间是指相对于介电参数和相对导磁率均为一的均匀介质所存在的空间 它是一个理想的无限大的空间 以为了简化问题的研究而提出的一种科学的抽象 自由空间损耗公式 Ls 32 45 20lgF 20lgD 思考题 何谓无线通信 WCDMA的工作频段 该频段属于哪一波段 按照自由空间损耗公式计算参考距离为1m处的GSM900MHz频率损耗为多少 解答 利用电磁波的辐射和传播 经过空间传送信息的通信方式称之为无线电通信 WirelessCommunication 也称之为无线通信 WCDMA工作频段 上行1940 1955MHz 下行2130 2145MHz 属于微波波段 LS 32 45 20lgF 20lgD 32 45 20lg900 20lg0 001 32 45 59 60 31 45dBm 本章小结 本章内容主要是想让大家熟悉无线通信的概念 无线通信的频段 以及三大运营商2G和3G频段的划分和载波信道之间换算方法 课程内容 第一章无线通信基本概念第二章GSM通信系统概述第三章CDMA通信系统概述第四章射频基础知识 第二章GSM通信系统概述 第一节GSM系统组成第二节GSM频率分配第三节GSM相关技术 第二章GSM通信系统概述 系统组成 移动台 MS 交换网络子系统 NSS 基站子系统 BSS 操作维护子系统 OSS 第二章GSM通信系统概述 第二章GSM通信系统概述 基站子系统 BSS 组成 基站控制器BSC 基站收发信台BTSBSC 对一个或多个BTS进行控制 负责无线网络资源的管理 小区配置数据 功率控制 定位和切换BTS 收发信台 负责无线传输 无线分集 信道加密及跳频等 第二章GSM通信系统概述 网络交换子系统 NSS NSS主要完成交换功能和客户数据与移动性管理 安全性管理所需的数据库功能功能实体 MSC VLRHLR AUCEIR 第二章GSM通信系统概述 MSC 移动交换中心 功能 完成最基本的交换功能与其它通信网的接口支持位置登记 越区切换 自动漫游等应能完成GMSC的功能 关口局功能 GMSC 在较大容量通信网中 固网用户与移动用户通信时 呼叫首先接续至关口局 再由其获取位置信息然后进行接续 第二章GSM通信系统概述 HLR 归属位置寄存器 功能 系统的中央数据库 存放用户的所有信息 漫游用户的权限 基本业务 补充业务 位置信息一个HLR可以覆盖几个交换区或整个移动网为MSC呼叫提供所需的路由信息等相关数据 第二章GSM通信系统概述 AUC 鉴权中心 功能 存储用户的加密信息 保护用户合法地位AUC受严格保护物理实体上与HLR一体产生鉴权与加密的客户三参数 RAND 随机码 响应数 SRES 密钥 Kc 第二章GSM通信系统概述 EIR 移动设备识别寄存器 功能 存储与移动台IMEI有关的信息对IMSI进行复核 防止未经许可的移动台使用移动网IMSI 国际移动设备识别码 第二章GSM通信系统概述 GSM系统接口图 第二章GSM通信系统概述 Um 空中接口 Um接口是移动台MS与BTS之间的接口 用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通 GSM空中接口的物理链路是无线链路 采用TDMA多址方式和GMSK调制方式 该接口上传递的信息主要包括无线资源管理 移动性管理和接续管理等 第二章GSM通信系统概述 Abis Abis接口是指BTS与BSC之间的接口 此接口支持所有向用户提供的业务 并支持队BTS无线设备的控制和无线频率的分配 Abis是专用接口 只能使用同一家的BTS和BSC进行互连 第二章GSM通信系统概述 A接口 A接口是NSS和BSS之间的接口 该接口传送有关移动呼叫处理 基站管理 移动台管理 信道管理等信息 并与Um接口互通 在移动台和MSC之间互传信息 第二章GSM通信系统概述 第一节GSM系统组成第二节GSM频率分配第三节GSM相关技术 第二章GSM通信系统概述 GSM频率分配 第二章GSM通信系统概述 工作频段的分配 对照 CDMA上行 CDMA下行 825835 电信CDMA 870880 电信CDMA GSM上行 890909915 移动GSM 联通GSM GSM下行 移动GSM 联通GSM 935954960 我国移动通信工作频段 原部队AMPS 原部队AMPS 845 EGSM EGSM 西北五省AMPS 西北五省AMPS ETACS ETACS TACS TACS 880 890 905 925 935 950 第二章GSM通信系统概述 工作频段的分配 DCS1800 DCS上行 17101785 DCS下行 18051880 DCS 1800工作频段 第二章GSM通信系统概述 干扰保护比 C I 干扰保护比 信号强度与干扰信号的比值一定的干扰保护比才能保证正常通话GSM规范参数 同频干扰保护比 C I 9dB邻频干扰保护比 C I 6dB载波偏离400KHz干扰保护比 C I 41dB 第二章GSM通信系统概述 第一节GSM系统组成第二节GSM频率分配第三节GSM相关技术 第二章GSM通信系统概述 何为多址 在蜂窝移动通信系统中 通常有很多移动台同时通过基站和其它用户进行通信因而必须对不同的移动台和基站发出的信号赋予不同的特征 使基站能从众多的信号中区分出是那一个移动台发出的信号 而每个移动台也能识别出基站发出的信号中那一个是发给自己的信号 解决这个问题的方法称为多址技术 第二章GSM通信系统概述 多址方式类型有 频分多址 FDMA 时分多址 TDMA 码分多址 CDMA 第二章GSM通信系统概述 时分多址概念 时分多址 每一频点分成8个时隙 每个时隙为一个信道 因此一个频点可以供给8个移动用户同时使用 第二章GSM通信系统概述 时分多址信道概念 信道 物理信道 逻辑信道物理信道就是一个时隙逻辑信道根据BTS与MS之间传递信息种类不同而定义为不同的信道逻辑信道分成业务信道和控制信道业务信道 TCH 传送话音或客户数据 点对点方式传送 第二章GSM通信系统概述 何为分集 所谓分集即在若干支路上接收相互间相关性很小的载有同一消息的信号 然后通过合并技术在将各个支路的信号合并输出 那么便可在接收终端上大大降低深度衰落的概率 由于衰落具有频率 时间和空间的选择性 因此分集技术主要包括空间分集 时间分集 频率分集和极化分集 第二章GSM通信系统概述 时间分集 通过一定的时延来发送同一消息 或在系统所能承受的时延范围内在不同的时间内各发送消息的一部分 时间分集通过交织技术来完成交织技术 把N个分组中的第1个比特取出来组成新的N1分组 第2个比特取出来组成新的N2分组 然后发送新的分组某个新的分组丢失 对于原信息串来说丢失的是某个数据位 利用信道编码纠错 可以恢复原来的消息 第二章GSM通信系统概述 极化分集 把二付接收天线极化角度互成一定的角度 可以获得较好的效果这种分集天线可以集成于一付天线内实现 对于个扇区只需一付Tx天线和一付Rx天线采用双工器 则只需一付收发合一的天线 但对天线要求较高 第二章GSM通信系统概述 跳频技术 跳频分类 慢跳频 快跳频GSM采用慢跳频 基带跳频 射频跳频频率分集主要采用跳频技术来实现频率差别越大 衰落特性就越独立 效果就越好跳频可以起到干扰源分集的作用 提高通话质量跳频对于大量用户的系统特别重要 第二章GSM通信系统概述 功率控制 功率控制是在一定范围内 用无线方式来改变移动台或基站 或两者 的传输功率 从而减低整个系统的干扰 提高频谱利用率并延长移动台的电池寿命 第二章GSM通信系统概述 越区切换 在数字蜂窝移动通信中当移动台从一个小区移动到另一个小区时 为了保持继续的正常通话不至中断 需要进行越区切换 即由移动服务交换中心 MSC 命令移动台从一个小区的无线频道上的通话转接到另一小区的无线频道上 第二章GSM通信系统概述 漫游技术 在移动中的移动台 由于接收质量原因 需要通过空中接口不时地改变与系统的连接 这种能力称为 漫游 思考题 GSM系统组成 跳频技术的用途 功率控制的作用 解答 GSM系统由 移动台 MS 交换网络子系统 NSS 基站子系统 BSS 操作维护子系统 OSS 四部分组成 跳频技术用途 跳频可以起到干扰源分集的作用 提高通话质量功率控制的作用 功率控制是在一定范围内 用无线方式来改变移动台或基站 或两者 的传输功率 从而减低整个系统的干扰 提高频谱利用率并延长移动台的电池寿命 本章小结 本章内容主要是想让大家熟悉GSM系统的组成 以及GSM系统的相关关键技术 课程内容 第一章无线通信基本概念第二章GSM通信系统概述第三章CDMA通信系统概述第四章射频基础知识 第三章CDMA通信系统概述 第一节CDMA系统基本原理第二节CDMA关键技术 CDMA系统原理 码分多址 CDMA 是一种利用扩频技术所形成的扩频码 即伪随机码 地址码 实现的多址技术 系统为每个用户分配各自特定地址码 第三章CDMA通信系统概述 第三章CDMA通信系统概述 CDMA网络特点 CDMA系统中用PN码来区分各基站小区 类似于GSM中的CID 采用了多种分集方式 采用了话音激活技术和扇区化技术 采用了移动台辅助的软切 采用了功率控制技术 这样降低了平准发射功率 具有软容量特性 兼容性好 CDMA的频率利用率高 不需频率规划 CDMA高效率的OCELP话音编码 第三章CDMA通信系统概述 CDMA自干扰 备注 Eb N0是每个bit上的能量与干扰功率谱密度的比值 Ec Io是每个Chip上的能量与干扰功率谱密度的比值 也可以定义为是导频功率与载频带宽内总的信号功率的比值 也叫做导频强度 是衡量导频是否被激活以及小区之间切换的参数 Ec Io dB Ec RSSI 第三章CDMA通信系统概述 导频污染 导频污染是指当手机收到4个或更多个Ec Io的强度都大于T add的导频 且其中没有一个导频的强度大到可作为主导频时所发生的 导频污染在导频污染区里Ec Io很差而且手机Idle的信号不停变换造成手机起呼困难 此时手机若在通话状态 由于某个导频突然变强而它又不在移动台的有效集里 这时手机将会掉话 第三章CDMA通信系统概述 CDMA频率划分 目前中国联通窄带CDMA共有10M带宽 上行 825 835MHz下行 870 880MHz每载波带宽1 23M 共有7个载频 目前CDMA IS95用的是第7号载频 信道号是283 中心频率为 833 49 878 49MHz 上行中心频率 825MHz 0 03MHz 信道号下行中心频率 870MHz 0 03MHz 信道号 第三章CDMA通信系统概述 第一节CDMA系统基本原理第二节CDMA关键技术 第三章CDMA通信系统概述 功率控制 CDMA功率控制使他们以最低的功率电平满足信号干扰比要求 功率控制保证每个用户信号既能符合最低的通信要求 同时又避免对其它用户信号产生不必要的干扰 移动台所需的发射功率不仅取决于移动台至基站的距离 而且取决于总干扰电平 功率控制在前向链路上采用闭环控制算法 在反向链路上则采用开环 闭环控制算法 第三章CDMA通信系统概述 切换的概念 切换是指当移动台走出原服务小区将要进入另一个服务小区时 原基站与移动台之间的链路将由新基站与移动台之间的链路来取代的过程 CDMA系统支持多种类型的切换 包括硬切换 软切换和更软切换 第三章CDMA通信系统概述 硬切换 硬切换是指在切换的过程中 业务信道有瞬时的中断的切换过程 硬切换包括以下两种情况 同一MSC中的不同频道之间 不同MSC之间 第三章CDMA通信系统概述 软切换 SoftHandoff 软切换是指在切换过程中 在中断与旧的小区的联系之前 先用相同频率建立与新的小区的联系 手机在两个或多个基站的覆盖边缘区域进行切换时 手机同时接收多个基站 大多数情况下是两个 的信号 几个基站也同时接收该手机的信号 直到满足一定的条件后手机才切断同原来基站的联系 如果两个基站之间采用的是不同频率 则这时发生的切换是硬切换 软切换包括以下四种情况 同一基站的两个扇区之间 如果切换发生在两个相同频率的扇区之间的话 这种切换称为更软切换 SofterHandoff 不同基站的两个小区之间 不同基站的小区和扇区之间的三方切换 不同基站控制器之间 第三章CDMA通信系统概述 导频集 激活集 当前手机正在保持连接的业务信道所对应的导频的集合 候选集 导频信号强度足够 手机可以成功解调 随时可以接入 相邻集 当前不在有效或候选集里 但可能会进入候选集的导频的集 剩余集 包含当前系统中除了有效集 候选集 相邻集外的所有可能的导频 第三章CDMA通信系统概述 搜索窗 有效导频集搜索窗 有效导频集搜索窗口的设置决定了对无线信号由于地形和建筑物的反射所造成的多路径延迟的可接受度 邻小区搜索窗 邻小区搜索窗口参数的设置决定了对手机主参考信号和其邻小区信号之间的时延的可接受度 剩余导频集搜索窗 此参数值的设置范围是 0 15 默认值为2 初期建议值10 100chips 如果经优化后邻集列表设置得比较合理 在剩余集中几乎没有可能发生切换的导频 那么可将该值设置比较小 思考题 CDMA系统原理 切换的概念 解答 CDMA系统原理 码分多址 CDMA 是一种利用扩频技术所形成的扩频码 即伪随机码 地址码 实现的多址技术 系统为每个用户分配各自特定地址码 切换的概念 切换是指当移动台走出原服务小区将要进入另一个服务小区时 原基站与移动台之间的链路将由新基站与移动台之间的链路来取代的过程 CDMA系统支持多种类型的切换 包括硬切换 软切换和更软切换 本章小结 本章内容主要是想让大家熟悉CDMA系统的原理 以及CDMA系统的相关关键技术 课程内容 第一章无线通信基本概念第二章GSM通信系统概述第三章CDMA通信系统概述第四章射频基础知识 第四章射频基础知识 第一节功率单位简介第二节天线传播相关单位简介第三节微波射频常用物理量第四节其他 第四章射频基础知识 绝对功率的dBm表示 此指标是反映放大器的输出能力 单位 w mw dBm注 dBm是取1mw作为基准值 以分贝表示的绝对功率电平 换算公式 电平 dBm 10lg功率mw 1mw5w 10lg5000 37dBm10w 10lg10000 40dBm20w 10lg20000 43dBm1w 10lg1000 30dBm从上看出 功率每增加一倍 电平值增加3dBm 功率单位简介 第四章射频基础知识 相对功率的dB表示射频信号的相对功率常用dB和dBc两种形式表示 其区别在于 dB是任意两个功率的比值的对数表示形式 而dBc是某一频点输出功率和载频输出功率的比值的对数表示形式 第四章射频基础知识 第一节功率单位简介第二节天线传播相关单位第三节微波射频常用物理量第四节其他 第四章射频基础知识 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 天线传播相关单位 第四章射频基础知识 第一节功率单位简介第二节天线传播相关单位第三节微波射频常用物理量第四节其他 第四章射频基础知识 增益 db 即放大倍数 单位为分贝 dB 即db 10lgA A为功放倍数 驻波比 回波损耗 行驻波状态时 波腹电压与波节电压之比 VSWR 也可是输出功率与反射功率之比 驻波比反映传输性能的好坏 它是行波系数的倒数 其值在1到无穷大之间 驻波比为1 表示完全匹配 为无穷大则表示反射 全失配 驻波比反映传输性能的好坏 它是行波系数的倒数 其值在1到无穷大之间 驻波比为1 表示完全匹配 为无穷大则表示反射 全失配 驻波比与回波损耗对照表 驻波过大会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大 影响基站的服务性能 一般要求驻波 1 2 最大不超过1 5 微波射频常用物理量 第四章射频基础知识 单工 单频单工制 收发使用同一频率 收发不能同时进行 双工 异频双工制 收发使用两个不同频率 收发可同频进行 单工 双工均属移动通信工作方式 双工环形器 即双工环行滤波器 是一种能使信号实现单方向传输的双工滤波器 根据信号走向来完成分路 合路的功能 阻抗匹配 使反射系数为零 即无反射时称匹配 选择性 衡量工作频带内