个人通信课件第三章

1、2022-4-201第三章第三章 个人通信的空中接口个人通信的空中接口2022-4-202物理层确定无线电参数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；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网络层汇聚信令3.1 空中接口的基本概念空中接口的基本概念物理层物理层网络层网络层物理层物理层介质接入控制层（介质接入控制层（MAC）数据链路层（数据链路层（DLC）数据链

2、路层数据链路层网络层（网络层（NWK）3.1.1 空中接口的协议体系空中接口的协议体系2022-4-2033.1.2 多址协议多址协议频分多址（频分多址（FDMA） 定义：将移动通信频段宽度等间隔地划分为定义：将移动通信频段宽度等间隔地划分为N个互不个互不 重叠的信道。移动台发出的信号调制到频带内重叠的信道。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。来识别发射地址，从而完成多址联接。 时间频率FDMAFDMA是以不同的频率信道来实现通信是以不同的频率信道来实现通信2022-4-204时分多址

3、（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，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。收、发信号的多址方式。满足条件：满足条件：1,2.N)j (i, j)(i 1j)(i 0)()(dttXtXiTjiTDMA是以不同的时隙实现通信是以不同的时隙实现通信2022-4-205码分多址（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。共频道传输各自所需的信息的

4、方式。满足条件：满足条件：1,2.N)j (i, j)(i 1j)(i 0)()(dttXtXji时间频率CDMA码CDMA是以不同的代码序列来实现通信是以不同的代码序列来实现通信2022-4-2062022-4-2072022-4-2082022-4-2093.1.3 个人通信对空中接口的要求个人通信对空中接口的要求 工作在规定频段工作在规定频段(1.82.2 GHz)； 支持广泛的业务和多种业务速率支持广泛的业务和多种业务速率(或多媒体业务或多媒体业务)(速率可高达速率可高达2Mbit/s)，并提供标准速率的业务接口；，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；具

5、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能工作在混合蜂窝小区的场合(宏小区、微小区、微微小区宏小区、微小区、微微小区等等)； 能工作在不同的环境能工作在不同的环境(室内室外、商用家用、蜂窝无室内室外、商用家用、蜂窝无绳等绳等)； 在无线电资源管理方面具有高度灵活性；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；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；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。具有高度的开放性和灵活性，以适应未来技术的发展。 2022-4-2010 Baie

6、r方案：方案：Rc1=1.023Mc/s 射频带宽：射频带宽：1MHzRc2=5.115Mc/s 射频带宽：射频带宽：5MHzRc3=20.46Mc/s 射频带宽：射频带宽：20MHz G=Rc/Rb3.2 基于可变速率基于可变速率CDMA的空中接口的空中接口3.2.1 可变速率可变速率CDMA的系统概念的系统概念二、二、 可变速率传输的原理可变速率传输的原理物理数据信道（物理数据信道（PDCH）相对相对Rx功率功率16kb/s7kb/s2.4kb/s16kb/sDTX物理控制信道（物理控制信道（PCCH）t一、一、 可变速率空中接口概念可变速率空中接口概念2022-4-2011三三、逻逻辑辑

7、信信道道的的组组织织三三、逻逻辑辑信信道道的的组组织织2022-4-20122022-4-2013 业务信道业务信道2022-4-2014 业务信道业务信道2022-4-2015控制信道控制信道2022-4-2016 广播信道（广播信道（BCH）2022-4-2017 公共控制信道（公共控制信道（CCCH）2022-4-2018 专用控制信道（专用控制信道（DCCH）2022-4-2019专用控制信道（专用控制信道（DCCH）功能）功能2022-4-2020逻逻辑辑信信道道应应用用实实例例逻逻辑辑信信道道应应用用实实例例开机FCCH：接收频率校正信息SCH：接收BS同步信号BCCH： 接收系统

8、消息 RACH： 接入申请 AGCH： 允许接入，并分配SDCCHSDCCH /SACCH： 在SDCCH上进行鉴权； 在SACCH上进行功率控制空闲状态接收BCCH2022-4-2021一、通用发射机结构一、通用发射机结构3.2.2 可变速率可变速率CDMA的通用传输系统方案的通用传输系统方案信道编码信道编码信道编码信道编码信道编码信道编码交织交织交织交织交织交织复复接接祯产生祯产生PDCH祯产生祯产生及编码及编码PCCH扩频扩频&调制调制扩频扩频&调制调制线性组合线性组合脉冲整形脉冲整形频率变换频率变换DCCHTCH/STCH/D配置单元配置单元资源管理单元资源管理单元业务描述业务描述码片

9、速率码片速率载频载频功率控制新道功率控制新道其它物理新道其它物理新道2022-4-20221、编码和交织、编码和交织卷积码基本概念卷积码基本概念 卷积码是在任何一段规定时间内编码器产生的卷积码是在任何一段规定时间内编码器产生的n个码个码元，不仅取决于这段时间中的元，不仅取决于这段时间中的k个信息码元，而且还取决个信息码元，而且还取决于前于前N1段规定时间内的信息码元。这时，监督位监督着段规定时间内的信息码元。这时，监督位监督着这这N段时间内的信息。段时间内的信息。 这这N段时间内的码元数目段时间内的码元数目nN 称为这种码的约束长度。称为这种码的约束长度。通常把卷积码记作（通常把卷积码记作（n

10、,k,N），其编码效率为），其编码效率为R=k/n。 2022-4-2023编码原理编码原理 图示卷积码的参量为图示卷积码的参量为k=1，n=2，N=6，约束长度，约束长度为为nN=12。2022-4-2024例：图所示编码器，若输入序列为例：图所示编码器，若输入序列为11010101，求输出序列。，求输出序列。答案：答案：111 110 010 100 001 100 001 100M3M2M1输入序列输入序列输出序列输出序列 g1g2g32022-4-2025交织技术交织技术1. 功能功能 针对移动信道的干扰、衰落等往往产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

11、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错功能，就可以改善整个数据序列传输质量。量。2022-4-20262. 实现方法（交织原理）实现方法（交织原理）按行填入数据按行填入数据读出数据读出数据m列列1m+1m+n2m+2m2mnmn行行2022-4-2027例：例：11010，10110，10111，01011，11101，11111 发信发信 按行读入按行读入 11010 交织交织 10110 10111 01011

12、11101 11111按列读出：按列读出：111011，100111，0110110，111101，001111受突发干扰：受突发干扰： 111011，100111，0110110 ，000010，001111 按列读入按列读入 11000 10100 收信收信 10101 去交织去交织 01001 11111 11101按行读出：按行读出：11000，10100，10101，01001，11111，111012022-4-2028帧帧逻辑信道的组合逻辑信道的组合多种组合方法：多种组合方法：TCH/S+DCCHTCH/D+DCCHTCH/D+ TCH/S+ DCCH3、扩展码和调制、扩展码和调

13、制2022-4-20294. 功率控制技术功率控制技术a. 功率控制准则功率控制准则1）功率平衡准则：在接收端收到的有用信号功率相等。）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）信号干扰比SIR平衡准则：接收到的平衡准则：接收到的SIR相等。相等。 在上行链路，干扰来自同一小区，接收功率相等，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，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，由于干扰不同，即使接收功率相等，SIR 也会不同，此也会不同，此时不等效。时不等效。 功率平衡准则的功控易于实

14、现，但性能上不如基于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。但平衡准则。但SIR平衡准则易导致正反馈，使系统失平衡准则易导致正反馈，使系统失去稳定性。去稳定性。2022-4-2030b. 功控方法功控方法1）反向功控与前向功控）反向功控与前向功控反向功控：上行链路的功控。反向功控：上行链路的功控。用来控制移动台的发射功率用来控制移动台的发射功率，使，使BS收收到的所有到的所有MS的信号功率或的信号功率或SIR相等；使各用户间相互干扰相等；使各用户间相互干扰最小，以达到克服最小，以达到克服“远近效应远近效应”的目的。同时节省能量延的目的。同时节省能量延长电池寿命。长电池寿命。

15、前向功控：下行链路的功控。前向功控：下行链路的功控。用来控制用来控制BS的发射功率的发射功率，使所有，使所有MS在在小区的任何位置收的功率或小区的任何位置收的功率或SIR基本相等。基本相等。2）开环功控与闭环功控（反向）开环功控与闭环功控（反向）开环功控：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。整移动台的发射功率，补偿路径损耗中大的突发衰落。缺点：缺点：不精确，是粗糙的估计不精确，是粗糙的估计。闭环功控：闭环功控：BS据收到的信号（上行）强弱（与标准相比），产生功据收到的信号（上行

16、）强弱（与标准相比），产生功控命令。控命令。MS据此命令来提升或降低发射功率的一个固定据此命令来提升或降低发射功率的一个固定量，以保证量，以保证BS收到的收到的SIR基本相等。基本相等。优点：优点：控制精确，用于满足传输质量。控制精确，用于满足传输质量。2022-4-2031外环功控：外环功控：确定闭环精控中的门限值。将确定闭环精控中的门限值。将MS发射功率的发射功率的调整与通话质量联系起来，据实际调整与通话质量联系起来，据实际SIR或误帧率来动态决或误帧率来动态决定接收定接收SIR门限。外环功控使闭环控制更完善。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）开环功控与闭环功控

17、（前向）开环功控开环功控：BS根据接收到的根据接收到的MS的功率对信道的衰落特性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，进行估计，调整各业务台的发射功率，闭环功控：闭环功控：基站和移动台相结合，动态改变功率。基站和移动台相结合，动态改变功率。MS监监测到前向信道的帧质量向测到前向信道的帧质量向BS报告，报告，BS将此与阈值比较，将此与阈值比较，确定如何调整（增加或减少发射功率）。确定如何调整（增加或减少发射功率）。2022-4-2032一、同步问题一、同步问题移动台如何实现祯同步？移动台如何实现祯同步？二、宏分集二、宏分集三、不同频率小区间的切换三、不同频率小区间的切换压缩模式

18、压缩模式3.2.3 可变速率可变速率CDMA在蜂窝系统中的应用在蜂窝系统中的应用2022-4-2033PRMA的原理的原理一、什么是一、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方式的蜂窝移动通信系统的容量增加和业务综合等问题。务综合等问题。 可用时隙可用时隙 被预约的时隙被预约的时隙二、二、PRMA协议的蜂窝移动通信系统主要优点有：协议的蜂窝移动通信系统主要优点有：v采用话音激活技术，性能较采用话音激活技术，性能较TDMA有较大

19、的改善；有较大的改善；v具有软容量；具有软容量；v终端访问信道延迟时间小；终端访问信道延迟时间小；v可实现无缝隙的越区切换接续；可实现无缝隙的越区切换接续；v可方便地与基于可方便地与基于ATM的固定网互连。的固定网互连。 3.3 基于基于PRMA的空中接口的空中接口2022-4-20343.4.1 无线无线ATM的原理的原理vATM的由来的由来 20世纪世纪80年代以来，年代以来，B-ISDN 标准问世，标准问世，建立在电建立在电路交换和分组交换基础上的一种新的交换技术路交换和分组交换基础上的一种新的交换技术异异步传输模式步传输模式ATM (Asynchronous Transfer Mode

20、)是支是支持持B-ISDN服务的交换技术。服务的交换技术。 ATM采用采用统计时分复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业务之间动态地分配网络带宽，以达到最佳的资源利用率。用率。3.4 基于无线基于无线ATM的空中接口的空中接口2022-4-2035复复 用用2022-4-2036交 换2022-4-2037传统的交换方式：传统的交换方式：电路交换（电路交换（Circuit Switchi

21、ngCircuit Switching）适应业务适应业务浪费带宽浪费带宽分组交换（分组交换（Packet SwitchingPacket Switching）存储转发存储转发系统延迟的不确定性系统延迟的不确定性ATMATM与传统交换方式比较与传统交换方式比较-1-12022-4-2038ATMATM概述概述 ATMATM（Asynchronous Transfer ModeAsynchronous Transfer Mode）是一种以信）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。信息信元流不必是周期性的。

22、 ATMATM结合了电路交换和分组交换的优点，能在单一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，的主体网络中携带多种信息媒体，承载多种通信业务，并且能够保证并且能够保证QosQos。ATMATM与传统交换方式比较与传统交换方式比较-2-22022-4-2039转移模式转移模式: 综合了传输、复用、交叉连接和交换的技术综合了传输、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能

23、传送所有类型的业务量(话音、数据、图像话音、数据、图像)固定比特率简单可变比特率 复杂电路交换多速率 电路交换快速电路交换ATM快速分组交换 帧中继 分组交换交 换 技 术ATMATM与传统交换方式比较与传统交换方式比较-3-32022-4-2040高层高层层层ATM协议参考模型协议参考模型用户平面用户平面 用来传送用户数据、流量控制、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；差错控制和其他用户功能信息； 控制平面控制平面 处理为建立和释放连接所处理为建立和释放连接所需的信令；需的信令； 管理平面管理平面 提供层管理和平面管理两提供层管理和平面管理两种不同的功能种不同的功能 ；2

24、022-4-20412个子层个子层:（1）物理媒体子层物理媒体子层(PM)(PM) 线路编码、光电转换、比特定时线路编码、光电转换、比特定时（2）传输会聚子层传输会聚子层(TC)(TC) 传输帧的产生和恢复传输帧的产生和恢复 信元定界信元定界 产生信头错误检验码（产生信头错误检验码（HEC） 传输帧自适应传输帧自适应 信元速率解耦信元速率解耦 物理层物理层2022-4-2042ATM层功能：层功能： 信元头的产生和提取；信元头的产生和提取； 信元丢失优先级处理，处理信元丢失优先级处理，处理CLP； 信元接续标识处理信元接续标识处理 VPI/VCI值验证、识别、变换值验证、识别、变换等处理，信元

25、交换；等处理，信元交换；一般流量控制一般流量控制ATMATM协议栈协议栈2022-4-2043PTI - PTI - 净荷类型净荷类型CLP - CLP - 信元丢失优先级信元丢失优先级HEC - HEC - 信头误码控制信头误码控制Payload - Payload - 载荷载荷,48 ,48 字节字节GFC - GFC - 一般流量控制一般流量控制VPI - VPI - 虚通道标识虚通道标识VCI - VCI - 虚通路标识虚通路标识8 7 6 5 4 3 2 112345.53VPIVCIVCIVCIPTICLPHECPAYLOADGFCVPI12345.53UNI 信元格式信元格式NN

26、I 信元格式信元格式8 7 6 5 4 3 2 1VPIVCIVCIVCIPTICLPHECPAYLOADVPIATMATM信元格式信元格式2022-4-2044（1）虚信道和虚信道连接）虚信道和虚信道连接（2）虚通道和虚通道连接）虚通道和虚通道连接（3）VC、VP及传输通道的关系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2022-4-2045（4）VP交换和交换和VC交换交换VP交换VC和VP交换2022-4-2046ATMATM2个子层：个子层：汇聚子层汇聚子层 (CS) 将用户的应用数据单元将用户的应用数据单元ADUADU划分为划分为信元或将信元重装成为应用数据单信元或将

27、信元重装成为应用数据单元元ADUADU；分段和重组分段和重组 (SAR)消息识别、时间消息识别、时间/时钟恢复时钟恢复2022-4-2047无线ATM的原理二、无线二、无线ATM的原理的原理 在固定网络中采用基于在固定网络中采用基于ATM的的ISDN网络，在无线接入部分采用保网络，在无线接入部分采用保证证ATM信元可靠和透明传输的系统，信元可靠和透明传输的系统，从而使得从而使得ATM终端能在各种环境下高终端能在各种环境下高效地接入效地接入BISDN网络网络。2022-4-20482022-4-20492022-4-20502022-4-2051基本思路：基本思路： 在无线接入部分采用信元中继或在无线接入部分采用信元中继或ATMATM信元透明传输的信元透明传输的方案，来最大限度地兼容方案，来最大限度地兼容ATMATM的协议框架。的协议框架。 3.4.2 基于无限ATM的传输方案2022-4-2052空中接口采用的协空中接口采用的协议框架与议框架与ATMATM协议框架协议框架协调一致。在协调一致。在ATMATM层以层以下添加直接由无线信道下添加直接由无线信道特点决定的物理层、介特点决定的物理层、介质访问控制层和数据链质访问控制层和数据链路层。路层。 2022-4-2053一、一、PCN MAC层层1、分组、分组CDMA协议协议 每个用户分别使用不同的扩频码字，以分组的方式每个用户