GSM无线通信基础

第3部分GSM无线通信基础,3.1无线电波传播3.2GSM频率资源3.3蜂窝技术3.4多址技术3.5信道概念3.6逻辑信道与物理信道的映射3.7空中控制技术,在分析移动通信的信道时，主要考虑,主要以空间波方式传播,典型的移动通信系统的主要的传播路径有：,直射波,反射波,散射波,直线传播。,直射波和反射波的影响,绕射波,3.1无线电波传播,(1)直射波（可按自由空间的传播来考虑）,传播模型,接收机和发射机无任何阻挡的视距路径,接收功率：,Pt：发射功率；Pr：接收功率；Gt：发射天线增益；Gr：接收天线增益d:发送与接收天线之间距离；为信号波长,dB、dBm、dBW的含义,dBm、dBW：是一个表示功率的值。,例1：功率为10W，折算为多少dBm，多少dBW?,dB：是一个表示相对的值。,功率相比,(dB),例2：甲功率比乙功率大一倍，那么,换句话说，甲功率比乙功率大3dB,自由空间传播损耗：,f单位：MHz;d单位：Km,例：若某发射机发射功率为100W（瓦）,请将其换算成dBm和dBW。如果发射机载波频率为900MHz，且，求在自由空间中距离天线100m处的接收功率为多少dBm?,Lbs=32.45+20lgf+20lgd（dB),反射波：,电磁波在传播过程中，从不同建筑物或其它物体反射后到达接收点的传播信号。,(2)反射波,反射波与直射波的周期相同，但相位可能不同，导致接收到的信号与原信号增强或者减弱。,反射波对直射波的影响,绕射：,无线电波在传播过程中与尖锐的边缘碰撞，信号能量绕过障碍物传播,(3)绕射损耗,绕射损耗：,电波遇到各种障碍物发生绕射所引起的损耗。,3.2GSM频率资源,上行频率：手机到基站下行频率：基站到手机,GSM900:,基站收：f上（n）890.2(n-1）0.2MHz基站发：f下（n）f上（n）45MHzn:1124,GSM1800,基站收：f上（n）1710.2(n-512）0.2MHz基站发：f下（n）f上（n）95MHzn:512885,上行,下行,3.3蜂窝技术,小区的覆盖形状,采用六边形,基站发射机位置,中心激励小区,顶点激励小区,实际形状,不规则形状,什么是频率复用（频率再用）-不同地理区域用相同的载波频率进行覆盖,D:频率复用距离R:小区半径,频率复用,Cell1,f1,R,R,D,Cell2,f1,如果系统频率复用方式设计得不好，会怎样？,载干比C/I,定义：载（波）干（扰）比，即载波的信号电平(dBm)减去干扰的信号电平(dBm).【单位为dB】,1、同频干扰比C/I要求：C/I9dB，工程中加3dB的余量，即C/I12dB,2、邻频载干比（C/A）所谓C/A是指在频率复用情况下，服务小区周围所有邻频信号（载波偏离200KHz）对服务小区频道的干扰。要求：C/A9dB，工程中加3dB的余量，【即工程上C/A6dB】,3、载频偏离400KHz时的干扰保护比要求：C/I=41dB，工程中加3dB的余量，【即工程上C/I38dB】,3.4多址技术,使众多的用户共用公共信道所采用的一种技术,FDMA（频分多址）,TDMA（时分多址）,多址方式（常用3种）：,CDMA（码分多址）,GSM采用TDMA/FDMA的多址方式,TDMA工作原理,在一个无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分成若干个时隙（SLOT）,每个时隙就是一个信道，分配给一个用户,基站按时隙排列顺序收发信号，各移动台在指定的时隙内收发信号,时隙,TDMA系统工作示意图,TDMA帧结构图,GSM中，每帧包括8个时隙（TS0-TS7)，每个时隙时间为4.615ms，含156.25bit信息,物理信道,一个物理信道就是一个时隙TS,逻辑信道,3.5信道概念,指在物理信道上传输的内容,GSM逻辑信道分类：,业务信道（TCH)：主要是语音或数据,控制信道（TCH)：主要传送信令和同步信号。分为三种：广播信道（BCH）、公共控制信道（CCCH)和专用控制信道（DCCH),广播信道（BCH）,一点对多点的单方向控制信道,频率校正信道（FCCH）,同步信道（SCH）,广播控制信道（BCCH）,频率校正信道（FCCH）,携带用于校正MS频率的信息，使MS可以定位并解调出同一小区的其它信息,同步信道（SCH）,携带用于MS需要的帧同步（TDMA帧号）以及基站的识别码BSIC,广播控制信道（BCCH）-广播网络系统信息,1、小区频点2、邻小区BCCH频点3、LAI4、控制和选择参数等,公共控制信道（CCCH）,是一种双向控制信道，用于呼叫接续阶段传输链路连接所需要的控制信令,寻呼信道（PCH）,随机接入信道（RACH）,准许接入信道（AGCH）,公共控制信道（CCCH）,寻呼信道PCH下行信道，点对多点。用于寻呼MS，寻呼范围为MS所在整个LAC区,接入许可信道AGCH下行信道，点对多点，用于BTS给MS分配专用控制信道,随即接入信道RACH上行信道，点对点，MS通过RACH发起接入请求,专用控制信道（DCCH）,是一种“点对点”双向控制信道，用于在呼叫接续阶段以及在通信进行中，移动台和基站传输必要的控制信息。,独立专用控制信道（SDCCH）,慢速辅助控制信道（SACCH）,快速辅助控制信道（FACCH）,独立专用控制信道SDCCH双向信道，用于呼叫建立过程，如鉴权、位置更新、短消息；用于指配TCH,慢速随路控制信道SACCH双向信道，伴随TCH和SDCCH的专用信令信道。用于传递测量报告；传递MS功率控制消息；传递TA、邻区BCCH强度、LAI等,快速随路控制信道FACCH双向信道，伴随TCH，提供比SACCH高又多的速度来传送信令信息，借用20ms的突发话音突发脉冲序列来传递信令，称为偷帧,1、处于空闲模式下的手机所需的大量网络信息来自信道。A、BCCHB、SCHC、RACHD、SDCCH,2、在GSM无线网络中逻辑信道携带用于校正手机频率的消息。A、BCCHB、FCCHC、SCHD、AGCH,3.在GSM系统中，鉴权是在下面哪个逻辑信道中进行的（A)PCH（B）RACH（C）SDCCH（D）SACCH,4RACH（）是下行信道，是为了保证MS接入，在此信道上申请一SDCCHMS通过此信道申请SDCCH，作为对寻呼的响应或MS主叫登记时的接入用于MS校正频率、同步时间用于搜索MS，是下行信道,5.GSM的一个频点的带宽是（）。A、200KHzB、30KHzC、3.75MHzD、1.25MHz,6.移动公司的GSM双频网是指（）。800MHz和1800MHzB、900MHz和1900MHzC、900MHz和1800MHzD、800MHz和1900MHz,3.6逻辑信道与物理信道的映射,一个基站有N个载频，每个载频有8个时隙定义载频为：,在载频上,：映射BCH和CCCH：映射DCCH：映射业务信道,其它载频的时隙全部是业务信道,在载频上,逻辑信道应用举例（以MS开机拨打电话为例）,1、FCCH2、SCH3、BCCH4、RACH5、AGCH6、SDCCH/SACCH7、TCH8、BCCH,接收频率矫正信息接收BTS同步信号接收系统消息接入申请允许接入并分配SDCCH鉴权和加密（SDCCH），功率控制、TA（SACCH）进入TCH通话通话结束，进入空闲状态，守候在BCCH信道上,3.7空中控制技术,分集技术是一项典型的抗衰落技术，它可以大大提高多径衰落信道下的传输可靠性。,一般分为时间分集、空间分集、频率分集等。,（一）空间分集,空间分集是利用不同位置的天线接收信号，然后再合并输出（要求接收端天线之间的距离满足不相关）。,空间分集的典型结构为：发送端为一副天线，接收端则有N副天线,（二）频率分集,实现时可以将待发送的信息分别调制在频率不相关的载波上发射（如跳频）,（三）时间分集,可采用通过一定的时延来发送同一消息，或在系统能承受的时延范围以内在不同的时间各发送消息的一部分,自动功率控制技术（APC）,如何进行APC？,为何需要APC？,可降低手机功耗，延长电池使用时间；可减小干扰，提高频率利用率，增加系统容量。,非连续发射技术(DTX),为何需要DTX？,1）可降低手机功耗，延长电池使用时间；2）降低干扰，改善通话质量，提高容量,如何进行DTX？,采用VAD（话音激活检测）技术：即在说话时，正常发射信号（传输13Kbit/s的话音编码）不说话时，由解码器产生舒适噪声；,非连续接收技术(DRX),为何需要DRX？,1）手机绝大部分时间处于空闲状态，此时需要随时准备接收BTS发来的寻呼信号；系统按照IMSI将MS用户分类，不同类别的手机在不同的时刻接收系统寻呼消息，无需连续接收；2）可降低手机功耗，延长电池使用时间；,跳频技术,为何引入跳频？,1)可减少瑞利衰落，（频率分集）2)可减小系统内的干扰（可以使用更紧密的频率复用以实现增容。）,跳频-是指某次通话所使用载波频率在一定范围内，按某种规律跳变。每个小区信道组的跳频功能都能单独激活或关闭。,基带跳频（一般移动采用）射频跳频（一般联通采用）,GSM跳频示意图,频率,f0,帧,f1,f2,f3,f4,时间,跳频方式,跳频多慢呢？（速率多少）,时延调整（TA）,TA值由6位二进制表达MS所需要的延时bit数,1bit的时间为：3.7us所以TA最大时间设置为3.7*63=233us,小区最大半径？,TA在063范围内调整例如：TA=1，表示1个bit的时间,1.跳频能有效地改善以下哪种现象A.单通B.时间扩散C.多径衰落D.互调干扰,2.10DBm的无线信号比20DBm的无线信号强。A.对B.不对C.不能确定D.不可比较,3、TA限制了小区的什么特性?A.允许同时的通话数量B.呼叫建立的频率C.半径D.天线长度,4.一个TA表示KM，常规的GSM小区的最大TA是（）A.1、30B.0.5、63C.0.5、60D.1.1、63,5.一个TDMA帧的周期是,1、在手机通话过程中，用来传递切换命令消息的逻辑信道是。A、SACCHB、SDCCHC、SCHD、FACCH,2、以下不能增加系统容量的是：A、变换调制方法B、增加可用频率数C、复用模式从4/12变为3/9D、小区分