移动通信技术交流概要PPT课件

27.04.2020,.,1,移动通信技术交流,27.04.2020,2,.,基站基础知识,27.04.2020,3,.,传输,电源,BTS,蓄电池,机房平面图,空调,27.04.2020,4,.,MSC/BSC,基站,PSTN,PLMN,传输,2M,2M,分组交换,Air,27.04.2020,5,.,传输的几种方式,2M/BTS,2M/BSC,直接连接,SDH,PDH,微波,27.04.2020,6,.,SDH:同步数字序列,PDH:准同步数字序列,将2M信号转换成光信号衰耗小，失真小，被普遍采用,微波：,将2M信号叠加到高频微波进行传播，投资小，受天气，地形等影响，不常采用,直接连接,距离小，仅用于BTS与BSC同站的情况,27.04.2020,7,.,PCM(脉冲编码调制）基础,主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间进行取样，使其离散化，同时将抽样值按分层单位四舍五人取整量化，将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值。语音信号的带宽4kHz8kHz取样（奈奎斯特定律）每个取样值化工量化、压缩、编码为8bit码，其输出数字信号速率为8K8bit/s=64kbit/sGSM系统话音编码器的输出速率为每话音信道13kbit/s,27.04.2020,8,.,BTS（基站）位置图:,EVOLIUMBSS,BSC,TC,BTS,BTS,HLR,A-bis,A-ter,A-ter,A,27.04.2020,9,.,BTS链接拓扑图:,27.04.2020,10,.,27.04.2020,11,.,BTS的主要功能:提供小区的无线收发、控制与信道处理功能支持移动终端（MS）在空中接口的通信,27.04.2020,12,.,无线基站相关天线基础知识,天线的作用与地位无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。,27.04.2020,13,.,关于dBm,dBi,dBd,dB相关的解析,27.04.2020,14,.,1、dBmdBm是一个考征功率绝对值的值，计算公式为：10lgP（功率值/1mw）。例1如果发射功率P为1mw，折算为dBm后为0dBm。例2对于40W的功率，按dBm单位进行折算后的值应为：10lg（40W/1mw)=10lg（40000）=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm,27.04.2020,15,.,2、dBi和dBddBi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:用点源天线(i)作为标准天线计算出的天线增益G(dBi)=10lgGidBd:用半波振子天线(d)作为标准天线计算出的天线增益G(dBd)=10lgGddBi与dBd的关系Gd=Gi-2.15(dBd),27.04.2020,16,.,例3对于一面增益为16dBd的天线，其增益折算成单位为dBi时，则为18.15dBi（一般忽略小数位，为18dBi）。例40dBd=2.15dBi。例5GSM900天线增益可以为13dBd（15dBi），GSM1800天线增益可以为15dBd（17dBi)。,27.04.2020,17,.,3、dBdB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）例6甲功率比乙功率大一倍，那么10lg（甲功率/乙功率）=10lg2=3dB。也就是说，甲的功率比乙的功率大3dB。例77/8英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3.9dB。例8如果甲的功率为46dBm，乙的功率为40dBm，则可以说，甲比乙大6dB。例9如果甲天线为12dBd，乙天线为14dBd，可以说甲比乙小2dB。,27.04.2020,18,.,1.关于天线增益等几个概念,天线增益的定义天线增益:被研究天线在最大辐射方向的辐射强度与和被研究天线具有同等输入功率的标准天线在同一点所产生的最大辐射强度之比。天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。G=Sm/Sr(当PM=PA时)(PM、PA分别表示被研究天线与标准天线的输入功率Sm、Sr分别表示被研究天线与标准天线在同一点的最大辐射强度),27.04.2020,19,.,波瓣宽度的定义方向图（辐射图）通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。如图，在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低3dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称波束宽度或主瓣宽度或半功率角）。波瓣宽度越窄，增益越高，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。,27.04.2020,20,.,前后比的定义方向图中，前后瓣最大值之比称为前后比，记为F/B。前后比越大，天线的后向辐射（或接收）越小。前后比F/B的计算十分简单-F/B=10Lg（前向功率密度）/（后向功率密度）前后比低的天线，天线的后瓣有可能产生越区覆盖。对天线的前后比F/B的要求，其典型值为（18-30）dB，特殊情况下则要求达（35-40）dB。,27.04.2020,21,.,2.天线的分类,从方向性来分类(1)全向天线(2)定向天线(60度/90度/120度),27.04.2020,22,.,从极化方向来分类所谓天线的极化，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。由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。,27.04.2020,23,.,27.04.2020,24,.,(1)单极化天线(垂直/水平)：定向基站（三扇区）要使用9根天线，每个扇形使用3根天线（一发两收）。(2)双极化天线：更加节省天线，定向基站每个扇形只需要1根天线。(00/900交叉极化、-450/+450交叉极化)把垂直极化和水平极化两种极化的天线组合在一起，或者，把+45极化和-45极化两种极化的天线组合在一起。-450/+450交叉极化优于00/900交叉极化。,27.04.2020,25,.,从下倾特性来分类(1)机械下倾天线机械下倾是物理地向下倾斜天线。由于采用物理下倾，其施工和维护十分麻烦，且其调整倾角的精度较低（步进精度为）。此外由于下倾角度是模拟计算软件的理论值，和理论最佳值有一定偏差。在网络调整中，必须先将基站系统停机，不能在调整天线中同时监测调整效果，不可能对网络实行精细调整。,27.04.2020,26,.,(2)电气性下倾天线电子下倾是改变共线阵天线振子的相位，改变垂直分量和水平分量的幅值大小，改变合成分量场强强度，使天线的垂直方向性图下倾。由于天线各方向的场强强度同时增大和减小，从而保证在改变倾角后天线方向图变化不大，使主瓣方向覆盖距离缩短，同时又使整个方向性图在服务小区扇区内减小覆盖面积但又不产生干扰。可调电子下倾天线允许系统不停机的情况下对垂直方向性图下倾角调整，实时监测调整的效果，调整倾角的步进精度也较高（为），因此可以对网络实施精细调整。注：如果电倾角和机械倾角均有，实际倾角就等于电倾角加上机械倾角的总和,27.04.2020,27,.,从使用频带来分类(1)窄带天线900兆单频天线、1800兆单频天线(2)宽带天线900/1800兆双频天线,27.04.2020,28,.,天线小结：双极化天线技术具有节省天线数量，减少基建投资，对站址要求低和高接收分集增益等优点；电子下倾技术比机械下倾技术具有更高的精确度，同时可调电子下倾技术可以实时监测和调整无线网络覆盖，使无线网络趋于精细，可以有效地控制无线覆盖，加强服务小区的信号，同时减少同频干扰。,27.04.2020,29,.,同频干扰:广义上是指干扰源占用的频率恰好与正常信号频率相同，上行下行都存在。但在移动通信网络中，同频干扰特指GSM制式中不同基站同一频点的下行信号在同一小区出现，使手机无法区分不同的基站，形成干扰。由于GSM制式采用多频点复用，相邻小区不会用同一频点。但远处小区功率控制出现问题时，远处小区同频点信号可能干扰到本小区。,27.04.2020,30,.,GSM移动通信系统概述,27.04.2020,31,.,蜂窝的概念目前的移动通信系统一般采用小区制，即将整个网络服务区域划分为若干小区，每个小区分别设有一个(或多个)基站，用以负责本小区移动通信的联络和控制等功能。因此移动网络的覆盖区可以看成是由若干正六边形的无线小区相互邻接而构成的面状服务区。由于这种服务区的形状很像蜂窝，我们便将这种系统称之为蜂窝式移动通信系统，与之相对应的网络称之为蜂窝式网络。,27.04.2020,32,.,宏蜂窝小区传统的蜂窝式网络由宏蜂窝小区构成，每小区的覆盖半径大多为1km25km。由于覆盖半径较大，所以基站的发射功率较强，一般在10W以上，天线也做得较高。微蜂窝小区微蜂窝小区是在宏蜂窝小区的基础上发展起来的一门技术。它的覆盖半径大约为30m300m；发射功率较小，一般在1W以下；基站天线置于相对低的地方。在实际设计中，微蜂窝作为无线覆盖的补充，一般用于宏蜂窝覆盖不到又有较大话务量的地点。,27.04.2020,33,.,GSM系统组成示意图,BTS（基站）位置图:,BSC,TC,BTS,BTS,HLR,A-bis,A-ter,A-ter,A,27.04.2020,34,.,GSM通信系统组成,27.04.2020,35,.,GSM系统结构,ISDN综合业务数字网PSTN公众电话交换网PLMN公众陆地移动网PSPDN分组交换公众数据网CSPDN电路交换公众数据网NSS网络交换子系统MSC移动交换中心HLR归属位置寄存器VLR访问位置寄存器AUC鉴权中心EIR设备识别寄存器BSS基站子系统BSC基站控制器BTS基站收发信台OMC操作维护中心MS移动台,27.04.2020,36,.,27.04.2020,37,.,基站子系统（BSS）,BTS(BaseTransceiverStation)：基站收发信台，实现移动通信系统与MS之间的无线通信BSC(BaseStationController)：基站控制器，实现无线系统到交换系统的集线功能、无线资源管理功能以及其它与无线相关的控制功能。,27.04.2020,38,.,网络交换子系统（NSS),MSC(MobileserviceSwitchingcenter)：移动业务交换中心，实现移动业务交换功能OMC(OperationandMaintenanceCenter)：操作维护中心，提供人机界面实现对系统设备的监测和控制功能AUC(AuthenticateCenter):鉴权中心，用于对用户身份的鉴别EIR(mobilestationEquipmentIdentityRegister):移动台设备身份登记处，用于储存及鉴别移动台的设备身份。,27.04.2020,39,.,HLR(HomeLocationRegister)：归属位置登记处。实际上是一个数据库，主要储存二类数据：用户数据，主要包括：用户的身份IMSI(InternationalMobileSubscriberIdentification)用户ISDN号码VLR地址用户的位置信息VLR(VisitorLocationRegister)：拜访位置登记处。实际上是一个数据库，储存用户信息，主要包括：MSRN(MobileStationRoamingNumber):移动台漫游号码TMSI(TemporaryMobileSubscriberIdentification):临时移动用户身份移动台登记的位置区（LAC）与补充业务有关的数据,网络交换子系统（NSS),27.04.2020,40,.,移动台（MS),MS(MobileStation)：移动台，实现移动终端功能,27.04.2020,41,.,27.04.2020,42,.,GSM系统的工作频段：我国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz频段：890915（移动台发、基站收）935960（基站发、移动台收）双工间隔为45MHz，工作带宽为25MHz，载频间隔为200kHz，每载频8（16）信道。频道序号为1124，其中，中国移动占用194频道（890909/935954MHz），中国联通占用95124频道（909915/954960MHz）。,27.04.2020,43,.,频道间隔相邻两频道间隔为200kHz。每个频道采用时分多址接入（TDMA）方式，分为8个时隙，即8个信道（全速率）。每信道占用带宽200kHz/825kHz。,27.04.2020,44,.,DCS系统的工作频段：17101785（移动台发、基站收）18051880（基站发、移动台收）双工间隔为95MHz，工作带宽为75MHz，载频间隔为200kHz。频道序号为512885。其中,中国移动占用前10MHz，512559频道，中国联通占用后10MHz，687736频道。WCDMA系统的工作频段：19201980（移动台发、基站收）21102170（基站发、移动台收）,27.04.2020,45,.,我国蜂窝移动通信业务的频率分配,中国移动GSM900890MHz909MHz935MHz954MHz联通GSM900909MHz915MHz954MHz960MHz中国移动GSM18001710MHz1720MHz1805MHz1815MHz中国联通GSM18001730MHz1740MHz1825MHz1835MHz,27.04.2020,46,.,多址方案,在蜂窝式移动通信系统中，有许多用户台要同时通过一个基站和其它用户台进行通信，因而必须对不同用户台和基站发出的信号赋予不同的特征，使基站能从众多用户台的信号中区分出是哪一个用户台发出来的信号，而各用户台又能识别出基站发出的信号中哪个是发给自己的信号，解决这个问题的办法称为多址技术。实现多址的方法基本上有三种，即采用频率、时间或码元分割的多址方式，人们通常称它们为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。,27.04.2020,47,.,频分多址频分多址（FDMA）是发送端对所发信号的频率参量进行正交分割，形成许多互不重叠的频带。在接收端利用频率的正交性，