个人通信课件第三章

2020/5/9,1,第三章个人通信的空中接口,2020/5/9,2,物理层确定无线电参数介质接入控制层负责介质访问管理和数据封装选择物理信道，建立和释放连接；将控制信息处理为适合传输的数据分组数据链路控制层为上层提供可靠的数据链路网络层汇聚信令,3.1空中接口的基本概念,3.1.1空中接口的协议体系,2020/5/9,3,3.1.2多址协议,频分多址（FDMA）定义：将移动通信频段宽度等间隔地划分为N个互不重叠的信道。移动台发出的信号调制到频带内不同的信道载频上，基站根据载频频率的不同来识别发射地址，从而完成多址联接。,FDMA是以不同的频率信道来实现通信,2020/5/9,4,时分多址（TDMA）定义：在一个无线频道上，按时间分割为若干个时隙，每个业务信道占用一个时隙，在规定的时隙内收、发信号的多址方式。满足条件：,TDMA是以不同的时隙实现通信,2020/5/9,5,码分多址（CDMA）定义：每个用户收、发信机具有特定的地址码，利用公共频道传输各自所需的信息的方式。满足条件：,CDMA是以不同的代码序列来实现通信,2020/5/9,6,2020/5/9,7,2020/5/9,8,2020/5/9,9,3.1.3个人通信对空中接口的要求,工作在规定频段(1.82.2GHz)；支持广泛的业务和多种业务速率(或多媒体业务)(速率可高达2Mbit/s)，并提供标准速率的业务接口；具有与固定网络业务可比的高质量和完整性；能工作在混合蜂窝小区的场合(宏小区、微小区、微微小区等)；能工作在不同的环境(室内室外、商用家用、蜂窝无绳等)；在无线电资源管理方面具有高度灵活性；能工作在不同经营者的网络中；使用智能网技术进行移动性管理和业务控制；具有高度的开放性和灵活性，以适应未来技术的发展。,2020/5/9,10,Baier方案：Rc1=1.023Mc/s射频带宽：1MHzRc2=5.115Mc/s射频带宽：5MHzRc3=20.46Mc/s射频带宽：20MHzG=Rc/Rb,3.2基于可变速率CDMA的空中接口,3.2.1可变速率CDMA的系统概念,二、可变速率传输的原理,t,一、可变速率空中接口概念,2020/5/9,11,2020/5/9,12,2020/5/9,13,业务信道,2020/5/9,14,业务信道,2020/5/9,15,控制信道,2020/5/9,16,广播信道（BCH）,2020/5/9,17,公共控制信道（CCCH）,2020/5/9,18,专用控制信道（DCCH）,2020/5/9,19,专用控制信道（DCCH）功能,2020/5/9,20,2020/5/9,21,一、通用发射机结构,3.2.2可变速率CDMA的通用传输系统方案,2020/5/9,22,1、编码和交织卷积码基本概念卷积码是在任何一段规定时间内编码器产生的n个码元，不仅取决于这段时间中的k个信息码元，而且还取决于前N1段规定时间内的信息码元。这时，监督位监督着这N段时间内的信息。这N段时间内的码元数目nN称为这种码的约束长度。通常把卷积码记作（n,k,N），其编码效率为R=k/n。,2020/5/9,23,编码原理图示卷积码的参量为k=1，n=2，N=6，约束长度为nN=12。,2020/5/9,24,例：图所示编码器，若输入序列为11010101，求输出序列。答案：111110010100001100001100,2020/5/9,25,交织技术1.功能针对移动信道的干扰、衰落等往往产生较长的突发错误情况，采用交织技术以使误码离散化，致使突发差错信道变为离散差错信道，利用接收端纠正随机离散差错功能，就可以改善整个数据序列传输质量。,2020/5/9,26,2.实现方法（交织原理）,按行填入数据,读出数据,2020/5/9,27,例：11010，10110，10111，01011，11101，11111发信按行读入11010交织1011010111010111110111111按列读出：111011，100111，0110110，111101，001111受突发干扰：111011，100111，0110110，000010，001111按列读入1100010100收信10101去交织010011111111101按行读出：11000，10100，10101，01001，11111，11101,2020/5/9,28,2、时分复用和帧产生,逻辑信道的组合多种组合方法：TCH/S+DCCHTCH/D+DCCHTCH/D+TCH/S+DCCH,3、扩展码和调制,2020/5/9,29,4.功率控制技术a.功率控制准则1）功率平衡准则：在接收端收到的有用信号功率相等。2）信号干扰比SIR平衡准则：接收到的SIR相等。在上行链路，干扰来自同一小区，接收功率相等，两准则等效。而下行链路，干扰不仅仅局限于单个小区，由于干扰不同，即使接收功率相等，SIR也会不同，此时不等效。功率平衡准则的功控易于实现，但性能上不如基于SIR平衡准则。但SIR平衡准则易导致正反馈，使系统失去稳定性。,2020/5/9,30,b.功控方法1）反向功控与前向功控反向功控：上行链路的功控。用来控制移动台的发射功率，使BS收到的所有MS的信号功率或SIR相等；使各用户间相互干扰最小，以达到克服“远近效应”的目的。同时节省能量延长电池寿命。前向功控：下行链路的功控。用来控制BS的发射功率，使所有MS在小区的任何位置收的功率或SIR基本相等。2）开环功控与闭环功控（反向）开环功控：MS根据接收功率的变化对信道的衰落特性进行估计，调整移动台的发射功率，补偿路径损耗中大的突发衰落。缺点：不精确，是粗糙的估计。闭环功控：BS据收到的信号（上行）强弱（与标准相比），产生功控命令。MS据此命令来提升或降低发射功率的一个固定量，以保证BS收到的SIR基本相等。优点：控制精确，用于满足传输质量。,2020/5/9,31,外环功控：确定闭环精控中的门限值。将MS发射功率的调整与通话质量联系起来，据实际SIR或误帧率来动态决定接收SIR门限。外环功控使闭环控制更完善。3）开环功控与闭环功控（前向）开环功控：BS根据接收到的MS的功率对信道的衰落特性进行估计，调整各业务台的发射功率，闭环功控：基站和移动台相结合，动态改变功率。MS监测到前向信道的帧质量向BS报告，BS将此与阈值比较，确定如何调整（增加或减少发射功率）。,2020/5/9,32,一、同步问题移动台如何实现祯同步？二、宏分集三、不同频率小区间的切换压缩模式,3.2.3可变速率CDMA在蜂窝系统中的应用,2020/5/9,33,PRMA的原理,一、什么是PRMA?分组预约多址是利用通话过程中的空闲时间的一种技术。该协议较成功地解决了基于TDMA方式的蜂窝移动通信系统的容量增加和业务综合等问题。可用时隙被预约的时隙二、PRMA协议的蜂窝移动通信系统主要优点有：采用话音激活技术，性能较TDMA有较大的改善；具有软容量；终端访问信道延迟时间小；可实现无缝隙的越区切换接续；可方便地与基于ATM的固定网互连。,3.3基于PRMA的空中接口,2020/5/9,34,3.4.1无线ATM的原理,ATM的由来20世纪80年代以来，B-ISDN标准问世，建立在电路交换和分组交换基础上的一种新的交换技术异步传输模式ATM(AsynchronousTransferMode)是支持B-ISDN服务的交换技术。ATM采用统计时分复用的方式来进行数据传输。统计复用就是根据各种业务的统计特性，在保证业务质量要求的情况下，在各个业务之间动态地分配网络带宽，以达到最佳的资源利用率。,3.4基于无线ATM的空中接口,2020/5/9,35,复用,2020/5/9,36,交换,2020/5/9,37,传统的交换方式：电路交换（CircuitSwitching）适应业务浪费带宽分组交换（PacketSwitching）存储转发系统延迟的不确定性,ATM与传统交换方式比较-1,2020/5/9,38,ATM概述,ATM（AsynchronousTransferMode）是一种以信元为单位的异步转移模式，异步意味着来自任一用户的信息信元流不必是周期性的。ATM结合了电路交换和分组交换的优点，能在单一的主体网络中携带多种信息媒体，承载多种通信业务，并且能够保证Qos。,ATM与传统交换方式比较-2,2020/5/9,39,转移模式:综合了传输、复用、交叉连接和交换的技术ATM是快速分组交换技术、采用统计复用方式一种结合了电路交换和分组交换的各自优点的技术ATM能传送所有类型的业务量(话音、数据、图像),ATM与传统交换方式比较-3,2020/5/9,40,信令,信息,ATM协议参考模型,用户平面用来传送用户数据、流量控制、差错控制和其他用户功能信息；控制平面处理为建立和释放连接所需的信令；管理平面提供层管理和平面管理两种不同的功能；,2020/5/9,41,ATM适配层(AAL),ATM层,物理层,2个子层:（1）物理媒体子层(PM)线路编码、光电转换、比特定时（2）传输会聚子层(TC)传输帧的产生和恢复信元定界产生信头错误检验码（HEC）传输帧自适应信元速率解耦,ATM物理层,2020/5/9,42,ATM层功能：信元头的产生和提取；信元丢失优先级处理，处理CLP；信元接续标识处理VPI/VCI值验证、识别、变换等处理，信元交换；一般流量控制,ATM适配层(AAL),ATM层,物理层,ATM层,ATM协议栈,2020/5/9,43,PTI-净荷类型CLP-信元丢失优先级HEC-信头误码控制Payload-载荷,48字节,GFC-一般流量控制VPI-虚通道标识VCI-虚通路标识,12345.53,UNI信元格式,NNI信元格式,ATM信元格式,2020/5/9,44,（1）虚信道和虚信道连接（2）虚通道和虚通道连接（3）VC、VP及传输通道的关系,虚信道VC、虚通道VP及传输通道之间的关系,2020/5/9,45,（4）VP交换和VC交换,VP交换,VC和VP交换,2020/5/9,46,ATM适配层(AAL),ATM层,物理层,ATM适配层,2个子层：汇聚子层(CS)将用户的应用数据单元ADU划分为信元或将信元重装成为应用数据单元ADU；分段和重组(SAR)消息识别、时间/时钟恢复,2020/5/9,47,无线ATM的原理,二、无线ATM的原理在固定网络中采用基于ATM的ISDN网络，在无线接入部分采用保证ATM信元可靠和透明传输的系统，从而使得ATM终端能在各种环境下高效地接入BISDN网络。,2020/5/9,48,2020/5/9,49,2020/5/9,50,2020/5/9,51,基本思路：在无线接入部分采用信元中继或ATM信元透明传输的方案，来最大限度地兼容ATM的协议框架。,3.4.2基于无限ATM的传输方案,2020/5/9,52,空中接口采用的协议框架与ATM协议框架协调一致。在ATM层以下添加直接由无线信道特点决定的物理层、介质访问控制层和数据链路层。,2020/5/9,53,一、PCNMAC层,1、分组CDMA协议每个用户分别使用不同的扩频码字，以分组的方式来传输多种不同的用户业务。,3.4.3无线ATM的协议,2020/5/9,54,2、多业务动态预约TDMA,2020/5/9,55,话音业务工作过程；请求被接受：有CBR空闲时隙。请求被拒绝：接入请求在规定的最大接入时延内因碰撞未能被正确接收。接入请求传输成功后，在规定的时间内仍无空闲的CBR时隙。,2020/5/9,56,二、PCN数据链路层,1、CDMA数据链路层,移动互连单元,宽带交换节点,2020/5/9,57,ATM信元的传输过程：一个标准ATM信元到达无线终端后，其信息段封装在两个PCN信元中，只保留PT和CLP两个控制域，且在信元头中还要传送ARQ等控制信息。PCN信元到达基站后，封装