GSM无线通信基础VIP

1、第第3部分部分 gsm无线通信基础无线通信基础3.1 无线电波传播无线电波传播3.2 gsm频率资源频率资源3.3 蜂窝技术蜂窝技术3.4 多址技术多址技术3.5 信道概念信道概念3.6 逻辑信道与物理信道的映射逻辑信道与物理信道的映射3.7 空中控制技术空中控制技术在分析移动通信的信道时，主要考虑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：典型的移动通信系统的主要的传播路径有：直射波直射波反射波反射波散射波散射波直线传播。直线传播。直射波直射波和和 反射波反射波的影响的影响绕射波绕射波3.1 无线电波传播无线电波传播(1) 直

2、射波直射波（可按自由空间的传播来考虑）（可按自由空间的传播来考虑）传播模型传播模型接收机和发射机无任何阻挡的接收机和发射机无任何阻挡的视距路径视距路径接收功率：接收功率：p pt t ：发射功率；：发射功率； p pr r：接收功率；：接收功率；g gt t ：发射天线增益；：发射天线增益； g gr r：接收天线增益：接收天线增益d: d: 发送与接收天线之间距离；发送与接收天线之间距离； 为信号波长为信号波长22p4trtrpg gddb、dbm、dbw的含义的含义dbmdbm、dbwdbw：是一个表示功率的值：是一个表示功率的值。p（dbm)=10lgp(mw)例例1 1：功率为：功率为

3、10w10w，折算为多少，折算为多少dbmdbm，多少，多少dbw?dbw?p（dbw)=10lgp(w)dbdb：是一个表示相对的值。：是一个表示相对的值。功率相比功率相比12pp1210lgpp(db)例例2 2：甲功率比乙功率大一倍，那么：甲功率比乙功率大一倍，那么10lg10lg23db甲功率乙功率换句话说，甲功率比乙功率大换句话说，甲功率比乙功率大 3db3db自由空间传播损耗：自由空间传播损耗：f f单位：单位：mhz; dmhz; d单位：单位：kmkm例：例：若某发射机发射功率为若某发射机发射功率为100w（瓦）（瓦）,请将请将其换算成其换算成dbm和和dbw。如果发射机载波频

4、率如果发射机载波频率为为900mhz，且且 ，求在自由空间中，求在自由空间中距离天线距离天线100m处的接收功率为多少处的接收功率为多少dbm?lbs =32.45+20lgf + 20lgd （db)1trgg反射波反射波： 电磁波在传播过程中，从不同建筑物或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。其它物体反射后到达接收点的传播信号。(2) 反射波反射波反射波与直射波的反射波与直射波的周期周期相同，但相同，但相位相位可能不同，可能不同，导致接收到的信号与原信号增强或者减弱。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反射波对直射波的影响绕射：绕射：

5、无线电波在传播过程中与尖锐的边缘碰撞，信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号能量绕过障碍物传播(3) (3) 绕射损耗绕射损耗绕射损耗绕射损耗 ： 电波遇到各种障碍物发生绕射电波遇到各种障碍物发生绕射所引起的损耗所引起的损耗 。3.2 gsm频率资源频率资源上行频率：手机到基站上行频率：手机到基站下行频率：基站到手机下行频率：基站到手机双工间隔双工间隔 : : 45 mhz935960890915gsm900:基站收：基站收：f上上（n）890.2(n-1）0.2 mhz基站发：基站发：f下下（n） f上上（n） 45 mhz n: 1 124gsm1800基站收：基

6、站收： f上上（n） 1710.2(n-512）0.2 mhz基站发：基站发： f下下（n） f上上（n） 95 mhz n: 512 885双工间隔双工间隔95mhz1805188017101785上行上行下行下行3.3 蜂窝技术蜂窝技术小区的覆盖形状小区的覆盖形状 采用六边形采用六边形 基站发射机位置基站发射机位置 中心激励小区中心激励小区 顶点激励小区顶点激励小区 实际形状实际形状 不规则形状不规则形状p 什么是频率复用（频率再用）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: 频率复用距离频率复用距离 r: 小区半径小区半径频

7、率复用频率复用cell1f1rrdcell2f1rd3np如果系统如果系统频率复用方式频率复用方式设计得不好，会怎样？设计得不好，会怎样？载干比载干比 c/i定义定义：载载（波波）干干（扰扰）比比，即载波的信号电平即载波的信号电平(dbm)减去干扰的信号电平减去干扰的信号电平(dbm). 【单位为单位为 db】1、同频干扰比同频干扰比c/i要求：要求：c/i9db，工程中加工程中加3db的余量，即的余量，即c/i12db2、邻频载干比邻频载干比（c/a） 所谓所谓c/a是指在频率复用情况下，服务小区周围所是指在频率复用情况下，服务小区周围所有邻频信号有邻频信号（载波偏离载波偏离200khz）对

8、服务小区频道的干扰对服务小区频道的干扰。要求：要求：c/a 9db，工程中加工程中加3db的余量的余量，【即工程上即工程上c/a6db】3、载频偏离载频偏离400khz时的干扰保护比时的干扰保护比要求：要求：c/i= 41db，工程中加工程中加3db的余量的余量，【即即工程上工程上c/i38db】3.4 多址技术多址技术使众多的用户使众多的用户共用共用公共信道公共信道所采用的一种技术所采用的一种技术fdma（频分多址）（频分多址）tdma （时分多址）（时分多址）多址方式（常用多址方式（常用3种）：种）：cdma （码分多址）（码分多址）gsm采用采用tdma/fdma的多址方式的多址方式td

9、ma工作原理工作原理 在一个无线载波上，把时间分成周期性的在一个无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分成若干个时隙（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在指定的时隙内收发信号时隙时隙tdmatdma系统工作示意图系统工作示意图tdmatdma帧结构图帧结构图 gsm gsm中，每帧包括中，每帧包括8 8个时隙（个时隙（ts0-ts7)ts0-ts7)，每个时隙时间为每个时隙时间为4.615ms4.615ms，含，含1

10、56.25bit156.25bit信息信息物理信道物理信道 一个物理信道就是一个时隙一个物理信道就是一个时隙ts逻辑信道逻辑信道3.5 信道概念信道概念 指在物理信道上传输的内容指在物理信道上传输的内容gsm逻辑信道分类：逻辑信道分类：业务信道（业务信道（tch)tch)：主要是语音或数据：主要是语音或数据控制信道（控制信道（tch)tch)： 主要传送信令和同步信号。主要传送信令和同步信号。 分为三种：广播信道（分为三种：广播信道（bch）、公共）、公共 控制信道（控制信道（ccch)和专用控制信道和专用控制信道 （dcch) 广播信道（广播信道（bchbch）一点对多点的单方向控制信道一点

11、对多点的单方向控制信道 频率校正信道（频率校正信道（fcchfcch） 同步信道（同步信道（sch） 广播控制信道（广播控制信道（bcch） 频率校正信道（频率校正信道（fcch） 携带用于校正携带用于校正ms频率的信息，使频率的信息，使ms可以定位并解可以定位并解调出同一小区的其它信息调出同一小区的其它信息 同步信道（同步信道（sch） 携带用于携带用于ms需要的帧同步（需要的帧同步（tdma帧号）以及基站帧号）以及基站的识别码的识别码bsic 广播控制信道（广播控制信道（bcch）-广播网络系统信息广播网络系统信息1、小区频点、小区频点2、邻小区、邻小区bcch频点频点3、lai4、控制和

12、选择参数等、控制和选择参数等 公共控制信道（公共控制信道（ccchccch）是一种双向控制信道，用于呼叫接续阶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段传输链路连接所需要的控制信令 寻呼信道（寻呼信道（pch） 随机接入信道（随机接入信道（rach） 准许接入信道（准许接入信道（agch）公共控制信道公共控制信道（ccch）寻呼信道寻呼信道pch下行信道，点对多点。用于寻呼下行信道，点对多点。用于寻呼 ms， 寻呼范围为寻呼范围为ms所在整个所在整个lac区区接入许可信道接入许可信道agch下行信道，点对多点，用于下行信道，点对多点，用于 bts给ms分配专用控制信道分

13、配专用控制信道随即接入信道随即接入信道rach上上行信道，点对点行信道，点对点，ms通过通过 rach发起接入请求发起接入请求 专用控制信道（专用控制信道（dcchdcch）是一种是一种“点对点点对点”双向控制信道，用于双向控制信道，用于在呼叫接续阶段以及在通信进行中，移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。动台和基站传输必要的控制信息。 独立专用控制信道（独立专用控制信道（sdcch） 慢速辅助控制信道（慢速辅助控制信道（sacchsacch） 快速辅助控制信道（快速辅助控制信道（facchfacch）独立专用控制信道独立专用控制信道sdcch 双向信道，用于呼叫建

14、立过程，如鉴权、双向信道，用于呼叫建立过程，如鉴权、位置更新、短消息；用于指配位置更新、短消息；用于指配tch慢速随路控制信道慢速随路控制信道sacch 双向信道，伴随双向信道，伴随tch和和sdcch的专用信令的专用信令 信道。用于传递测量报告；传递信道。用于传递测量报告；传递ms功率控制消息；传功率控制消息；传递递ta、邻区、邻区bcch强度、强度、lai等等快速随路控制信道快速随路控制信道facch 双向信道，伴随双向信道，伴随tch，提供比，提供比sacch高又高又多的速度来传送信令信息，借用多的速度来传送信令信息，借用20ms的突的突 发话音突发发话音突发脉冲序列来传递信令，称为偷帧

15、脉冲序列来传递信令，称为偷帧1 1、处于空闲模式下的手机所需的大量网络信、处于空闲模式下的手机所需的大量网络信息来自息来自 信道。信道。a a、bcchbcchb b、schschc c、rachrachd d、sdcchsdcch2 2、在、在gsmgsm无线网络中无线网络中 逻辑信道携带用于逻辑信道携带用于校正手机频率的消息。校正手机频率的消息。a a、bcchbcchb b、fcchfcchc c、schschd d、agchagch3.3.在在gsmgsm系统中，鉴权是在下面哪个逻辑信道系统中，鉴权是在下面哪个逻辑信道中进行的中进行的（a)pch a)pch （b b）rach rac

16、h （c c）sdcch sdcch （d d）sacchsacch4 4rachrach（ ）a.a.是下行信道，是为了保证是下行信道，是为了保证msms接入，在此信道接入，在此信道上申请一上申请一sdcchsdcchb.b.msms通过此信道申请通过此信道申请sdcchsdcch，作为对寻呼的响应，作为对寻呼的响应或或msms主叫登记时的接入主叫登记时的接入c.c.用于用于msms校正频率、同步时间校正频率、同步时间d.d.用于搜索用于搜索msms，是下行信道，是下行信道 5.gsm5.gsm的一个频点的带宽是（的一个频点的带宽是（ ）。）。 a a、200khz b200khz b、30

17、khz 30khz c c、3.75mhz d3.75mhz d、1.25mhz1.25mhz6.6.移动公司的移动公司的gsmgsm双频网是指（双频网是指（ ）。）。a.a.800mhz800mhz和和1800mhz b1800mhz b、900mhz900mhz和和1900mhz 1900mhz c c、900mhz900mhz和和1800mhz d1800mhz d、800mhz800mhz和和1900mhz1900mhz3.6 3.6 逻辑信道与物理信道的映射逻辑信道与物理信道的映射一个基站有一个基站有n n个载频，个载频， 每个载频有每个载频有8 8个时隙个时隙定义载频为：定义载频为

18、：1n10f 、 、f f供逻辑控制信道使用供逻辑控制信道使用 时隙时隙的的 时隙时隙的的 1000tsftsf供业务信道使用供业务信道使用 其它时隙其它时隙 时隙时隙的的20ts fu 在载频在载频 上上0f ：映射映射 bch和和ccch ：映射映射 dcch ：映射业务信道：映射业务信道 0ts1ts 72tstsu 其它其它 载频的载频的 时隙全时隙全部是业务信道部是业务信道11nff 70tstsu 在载频在载频 上上0f时隙时隙的的下行链路下行链路00tsf逻辑信道应用举例逻辑信道应用举例（以以ms开机拨打电话为例开机拨打电话为例）1、fcch 2、sch3、bcch4、rach5

19、、agch6、sdcch/sacch7、tch8、bcch接收频率矫正信息接收频率矫正信息 接收接收btsbts同步信号同步信号 接收系统消息接收系统消息接入申请接入申请允许接入并分配允许接入并分配sdcch鉴权和加密鉴权和加密（sdcch），），功率控制功率控制、ta（sacch）进入进入tch通话通话通话结束，进入空闲状态，通话结束，进入空闲状态，守候在守候在bcch信道上信道上3.7 3.7 空中控制技术空中控制技术 分集技术分集技术 是一项典型的是一项典型的抗衰落技术抗衰落技术，它可以大大提高，它可以大大提高多径衰落信道下的传输可靠性。多径衰落信道下的传输可靠性。一般分为一般分为时间分

20、集时间分集、空间分集、空间分集、频率分集频率分集等。等。（一）空间分集（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）。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，接收端空间分集的典型结构为：发送端为一副天线，接收端则有则有n n副天线副天线（二）频率分集（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关的载波上发射（如跳频）（如跳频）（三）时间分集（三）时间分集 可采用通过一定的时延

21、来发送同一消息，或在系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部分可降低手机功耗，延长电池使用时间；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。可减小干扰，提高频率利用率，增加系统容量。1）可降低手机功耗，延长电池使用时间；）可降低手机功耗，延长电池使用时间；2 2）降低干扰，改善通话质量，提高容量）降低干扰，改善通话质量，提高容量 采用采用vadvad（话音激活检测）技术：（话音激活检测）技术： 即即在说话时，正常发射信号（传输在说话时，正常发射信号（传输13

22、kbit/s13kbit/s的话音编码）的话音编码）不说话时，由解码器产生舒适噪声；不说话时，由解码器产生舒适噪声；1）手机绝大部分时间处于空闲状态，此时需要随时）手机绝大部分时间处于空闲状态，此时需要随时 准备接收准备接收bts发来的寻呼信号；系统按照发来的寻呼信号；系统按照imsi将将 ms用户分类，不同类别的手机在不同的时刻接收用户分类，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；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；）可降低手机功耗，延长电池使用时间；1) 可减少瑞利衰落，（频率分集）可减少瑞利衰落，（频率分集）2) 可减小系统内的干扰（可减

23、小系统内的干扰（可以使用更紧密的频率复用可以使用更紧密的频率复用 以实现增容。）以实现增容。）跳频跳频-是指某次通话所使用载波频率在一定范围内，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。激活或关闭。 基带跳频（一般移动采用）基带跳频（一般移动采用） 射频跳频（一般联通采用）射频跳频（一般联通采用）gsmgsm跳频示意图跳频示意图频频率率f 0帧帧f 1f 2f 3f 4时间时间跳频方式跳频方式跳频多慢呢？（速率多少）跳频多慢呢？（速率多少）ta值由值由6位二进制表达位二进制表达ms所需要的延时所需要的延时bit数数 1bit的时间为：的时间为：3.7us所以所以ta最大