移动通信理论基础-E_-070514-解说版.ppt

2019 12 21 1 移动通信基础 中国电信股份有限公司广州研究院广东省电信有限公司研究院年月日 2019 12 21 2 概述移动通信的定义及其特点移动通信的发展演进系统结构关键技术 2019 12 21 3 移动通信的定义及其特点 移动通信的定义通信双方或者至少其中一方在运动状态中进行信息传递的通信方式 移动通信不受时间和空间的限制 交流信息机动灵活 迅速可靠移动通信的特点电波传播环境十分恶劣路径损耗慢衰落快衰落多径 频率选择性衰落多普勒频移 时间选择性衰落干扰和噪声的影响同频干扰邻道干扰互调干扰接收设备需要很大的动态范围频率拥挤建网技术复杂 2019 12 21 4 移动通信的发展演进 发展历程 2019 12 21 5 移动通信的发展演进 发展演进 2019 12 21 6 移动通信的发展演进 第三代移动通信系统 3G CDMATDMA IMT DSWCDMA IMT MCcdma2000 IMT TCTD CDMATD SCDMA IMT SCUWC 136 IMT FTDECT FDD TDD 3GPP 3GPP2 欧洲ETSI 北美T1P1 TIA 亚太CWTS ARIB TTA TTC 2019 12 21 7 移动通信的发展演进 WCDMA TD SCDMA的演进 2019 12 21 8 移动通信的发展演进 CDMA2000的演进 2019 12 21 9 概述系统结构系统组成设备与网元功能关键技术 2019 12 21 10 系统组成 系统组成图 2019 12 21 11 系统组成 系统组成网络子系统 核心网 电路域交换中心 拜访位置寄存器电路域网关操作子系统分组域控制分组域网关归属位置寄存器 鉴权中心移动设备识别寄存器操作维护中心基站子系统 无线接入网 基站控制器基站移动台 2019 12 21 12 系统组成 接口空中接口基站与基站控制器的接口基站控制器之间的接口无线接入网与核心网的接口核心网各网元之间的接口核心网与公网的接口 2019 12 21 13 设备与网元功能 移动台接入移动通信网络 完成各种控制功能支持各种业务无线资源管理与操作基站进行空中接口物理层处理 信道编码和交织 速率匹配 扩频等 执行一些基本的无线资源管理操作 如内环功率控制基站控制器负责控制无线资源接口互连操作维护扩容功能 2019 12 21 14 设备与网元功能 电路域交换中心移动用户呼叫建立和控制位置更新切换拜访位置寄存器 归属位置寄存器数据查询信令连接用户鉴权与数据加密拜访位置寄存器动态用户数据库 存储控制区域内的用户信息归属位置寄存器用户数据的存储 永久性的 包括用户信息 鉴权参数 用户的位置信息 2019 12 21 15 设备与网元功能 鉴权中心存储鉴权参数和鉴权算法产生 传送鉴权参数移动设备识别寄存器存储国际移动设备识别码 IMEI 检查准许使用 失窃不准使用 出现异常的IMEI操作与维护中心操作与维护操作子系统移动用户管理移动设备管理网络操作与控制 2019 12 21 16 概述系统结构关键技术蜂窝小区频率与频率分配双工复用多址联接编码交织 2019 12 21 17 调制切换功率控制分集接收合并漫游 2019 12 21 18 蜂窝小区 蜂窝小区蜂窝组网放弃了点对点传输和广播覆盖模式 将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为基本稽核图形的覆盖区域 称为蜂窝小区解决常规移动通信系统频谱匮乏 容量小 服务质量差及频谱利用率低的问题蜂窝小区的分类超小区宏小区微小区微微小区 2019 12 21 19 频率与频率分配 频率是宝贵的资源对频率的分配和使用要服从国际和国内的统一管理确定移动通信工作频段需要考虑的因素电波传播特性环境噪声及其干扰的影响服务区域地物环境 建筑物情况与已经使用的频段的协调 2019 12 21 20 频率与频率分配 中国的频率使用现状 806 960MHz 2019 12 21 21 频率与频率分配 中国频率使用现状 1710 2200MHz 2019 12 21 22 频率与频率分配 3G频谱规划 2019 12 21 23 双工 双工通信双方在同一时间可以同时收发信息FDD是在分离 上下行频率具有一定间隔 的两个对称频率信道上 系统进行接收和传送 用保证频段来分离接收和传送信道TDD接收和传送在同一频率信道 即载波 的不同时隙 用保证时间来分离接收和传送信道 2019 12 21 24 复用 复用为缓解资源 频率 码等 紧缺矛盾 增加系统容量 可以通过在空间上间隔一定距离从而满足干扰要求的情况下 重复使用统一资源频率复用由于传播损耗提供足够的隔离度 在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一组工作频率码复用由于传播损耗提供足够的干扰隔离度 在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一个用于区分基站的码字 2019 12 21 25 多址联接 定义在移动通信系统中 各用户信号通过在射频波道上的复用 从而建立各自的信道 以实现通信的联接接 这称为多址联接分类FDMA FrequencyDivisionMultipleAccess 以频率来区分信道TDMA TimeDivisionMultipleAccess 在某一频道上 将时间分割为若干时隙 每个业务信道占有一个时隙 在规定的时隙内收发信号CDMA CodeDivisionMultipleAccess 每个用户 收发信机 具有特定的地址码 利用公共频道传输信息从实现技术看 只有高速地址码才能支持大容量CDMA通信 因此CDMA必然采用扩频技术 码分多址也称为扩频多址 2019 12 21 26 多址联接 主要移动通信系统的多址方式TACS AMPS FDMAGSM FDMA TDMATD SCDMA FDMA TDMA CDMACDMAIS 95 CDMA2000 WCDMA CDMA 2019 12 21 27 多址联接 CDMA扩频IS 95和cdma2000采用m序列作为多址 来标识基站和移动台 WCDMA采用Gold序列作为多址 来标识基站和移动台 2019 12 21 28 编码 分类信源编码信道编码信源编码定义 将信源以一定的编码规则进行编码 以保证到达接收端后的波形重建能满足一定的保真度要求分类 音频 语音 编码 视频编码 H 261 H 263 语音编码利用语音编码使模拟话音变成数字信号分类波形编码器PCM 声源编码器LPC 混合编码器MPLPC CELPC RPE LTP EFR QCELP EVRC 2019 12 21 29 编码 主要移动通信系统的语音编码GSMLPC LTP RPE 线性预测编码 长期预测 规则脉冲激励 13kbps WCDMAAMR 自适应多速率 共8种速率 最高12 2kbps IS 95QCELP Qualcomm码激励线性预测 包括QCELP8k 承载于速率集1 和QCELP13k 承载于速率集2 两种 EVRC 增强型可变速率编码 承载于速率集1cdma2000SMV SelectableModeVocoder 6种模式 最高8 12kbps 2019 12 21 30 编码 信道编码利用信道编码可改善传输中的噪声和干扰造成的误码 使得信源信息可以在有噪声信道上进行无差错传输主要的信道编码方式前向纠错 FEC 分组码 卷积码 Turbo码反馈重传 ARQ 混合纠错 HEC 主要移动通信系统的编码方式GSM IS 95 卷积码WCDMA cdma2000 TD SCDMA 卷积码 Turbo码 2019 12 21 31 交织 交织原理N个编码比特按行存储到m n的矩阵中 然后按矩阵列的方式读出 这样N个连续编码比特被n 1个比特相间 成为离散比特分布 当传输过程中出现突发差错 接受断经过反交织是突发错误分散 交织使误码离散化 使突发差错信道变为离散差错信道 接收端纠正随机离散差错 改善整个数据序列传输质量 2019 12 21 32 调制 定义将基带信号 直流和低频分量 转换成频带适合信道传输的信号 该过程称为调制选择调制方式应该考虑的因素窄的功率谱高的频谱效率优良的误码性能能进行差分检测功率效率高调制的分类调幅调频调相 2019 12 21 33 调制 常见的调制方式GMSK恒包络 避开线性要求 可使用高效率的C类功率放大器 成本较低 功率效率 比QPSK差1dB 频谱效率 1 35bit s Hz实现复杂 用于2G的GSM系统 QPSKQPSK包络非恒定 对线性度要求较高 必须使用线性度较高的A类放大器 成本较高 频谱效率 1 62bit s Hz实现简单 用于2G的IS 95及3G的cdma2000 WCDMA 2019 12 21 34 切换 网络为正在进行通信的移动台改变 增加 删除 提供新的 物理链路 保持通信连续性的系统功能分类硬切换正在进行通信的移动台在切换时 旧的物理链路先暂时中断再建立 继续保持通话的过程 即先断后通发生条件 同频率 不同频率或者不同系统软切换正在进行通信的移动台在切换时 旧的物理链路不中断的情况下删除其中一个链路或者增加新的链路 而通话一直保持的过程 发生在同频且不同的基站间更软切换 同基站不同扇区 正在进行通信的移动台在同频 同一基站的不同扇区间进行的软切换 2019 12 21 35 功率控制 定义为克服远近效应或者多址干扰 通过调整发射机的发射功率 使到达接收机的信号达到一定门限要求 从而保持高质量通信而又不对其他信道产生干扰功率控制的分类开环功控内环功控外环功控 2019 12 21 36 功率控制 反向开环功率控制反向开环功率控制 移动台根据前向链路接收到的信号强度对信道的衰落情况进行估计 从而确定自己的初始发射功率 反向闭环功率控制为了克服路径衰落 角衰落和阴影衰落 基站将检测来自移动台信号的信噪比 并把它与一个门限值比较 根据比较结果在下行信道上向移动台发送功率上升或功率下降的指令 移动台根据收到的指令来调节其发射功率 反向外环功率控制根据话音质量的误帧率FER 为快速闭环功率控制设置合适的功控Eb N0或者SIR门限值 以保证在信道环境不断变化的情况下维持通信质量不变 2019 12 21 37 功率控制 反向功率控制流程 2019 12 21 38 功率控制 前向闭环功率控制把前向业务信道接收信号的Eb Nt与相应的外环功率控制门限值相比较来判定在反向功率控制子信道上发送给基站的功率控制比特的值 前向外环功率控制移动台通过反向链路通知基站进行前向闭环功率控制 或者在前向业务信道没有闭环的情况下通过消息通知基站根据测量值与门限值的差异来控制发射功率水平 2019 12 21 39 功率控制 前向功率控制流程 2019 12 21 40 功率控制 主要移动通信系统的功率控制方式GSM功率控制的技术要点双向低速功率控制 初始以最大功率发射 然后根据测量结果逐步向下调整至目标值 步长2dB CDMAIS 95 CDMA2000 WCDMA TD SCDMA反向开环功率控制快速内环 闭环 功率控制快速外环功率控制前向快速内环 闭环 功率控制快速外环功率控制 2019 12 21 41 接收分集 利用系统接收两个或者更多的输入信号 这些信号互不相关 通过接收处理以后达到克服瑞利衰落的目的分类时间分集在不同时隙发射相同的信息 在接收端产生两个非相关的衰落信号 降低传播因素对信号的影响 改善接收性能频率分集频差大于相干带宽的两个载频分别衰落 互不相关 因此接收信号也具有不相干性 降低传播因素对信号的影响 改善接收性能空间分集空间设立相距为D的多付天线 由于信号传播环境及其衰落不同 接收到的多路信号具有不相干或者相干性小的特点 降低传播因素对信号的影响 改善接收性能 2019 12 21 42 接收分集 RAKE接收机对多个携有相同信息且衰落特性相互独立的各单径信号进行相位校正并进行最大比合并处理 从而达到克服多径衰落 提高接收信号与干扰比的目的 2019 12 21 43 合并 选择合并在各分集支路接收的信号中 选取信噪比最高的支路作为输出信号开关合并两支路信号的包络r1 t 和r2 t 与预定的门限开关A比较 保持r1 t 或者r2