无线通信原理及其应用 刘朝洋 101-103

无线通信系统刘朝洋导师：仇英辉第十章无线系统和标准10.1AMPS和ETACS10.2美国数字蜂窝标准（IS-54）10.3全球移动系统（GSM）10.1AMPS和ETACS§10.1.1AMPS和ETACS系统概述§10.1.2AMPS和ETACS呼叫处理§10.1.3AMPS和ETACS空中接口§10.1.4N-AMPS10.1AMPS和ETACS70年代末，AT&T贝尔实验室开发；1983年实用；800MHz频段上40MHZ带宽；大蜂窝和全向基站天线以最小化初始设备需要；7小区复用模式，可采用扇区和小区分裂；信道带宽＝30KHz，SIR=18dB；ETACS在80年代中期开发成功；信道带宽＝25KHz;MIN的格式与AMPS不同。10.1.1AMPS和ETACS系统概述是第一代模拟蜂窝移动通信系统；调制方式：调频，最大频偏:±12KHz（ETACS：10KHz）;频段：上行：824MHz-849MHz，下行：869MHz-894MHz（上行：890MHz-915MHz，下行：935MHz-960MHz）控制信道信息和突发数据流的传输：10Kbps（8Kbps），最大频偏：±8KHz（6.4KHz）;发射天线的有效发射功率通常为数百瓦，要建高塔来支持；基站信道配置：FCC，RCC，FVC，RVC；FCC连续发射FSK信号，用户锁定在最强的FCC上，以发起或接收呼叫，基站在RCC上持续监听锁定在相应FCC上的蜂窝用户发送的消息；控制信道是全国标准化的，系统中的任何蜂窝电话只需扫描有限数量的控制信道就可以找到最好的服务基站。10.1.2AMPS和ETACS呼叫处理固定电话发起呼叫，PSTN→MSC，每个基站在FCC上同时发送寻呼消息及MIN，该用户成功接收到寻呼消息后，在RCC上回应一个确认消息；接收到用户的确认后，MSC指示BTS分配一个FVC和RVC，同时，分配给用户一个SAT和VMAC，用户自动将其频率频率改到分配的语音信道上；移动用户发起呼叫，MS在RCC上发送始发消息，MIN，ESN，站分类标识（SCM）和目的电话号码，BTS接收消息并发送到MSC→PSTN，分配与SAT和VMAC相应的FVC和RVC，开始通话。在语音信道上，以突发模式使用FSK数据发起切换。影响系统性能（掉话或阻塞）的主要因素：MSC性能，当前业务流量，信道分配方式，基站数目，无线电波的传播，切换门限等。10.1.3AMPS和ETACS空中接口10.1.3AMPS和ETACS空中接口信道：控制信道：FSK调制，速率为10Kbps（8Kbps）语音信道：有三种附加信令（SAT，ST和宽带数据）技术进行检测。语音调制和解调：检测信号（SAT和ST）：3种SAT信号（5970HZ，6000HZ和6030HZ）叠加在语音信号上发送，MS至少每250ms进行SAT检测和再广播；ST是10Kbps的数据码组，用来表明用户呼叫终止，在RVC上连续发送200ms，ST必须与SAT同时发送。突发编码：语音信道还传送速率为10Kbps的数据流作为突发信令，此数据流以Manchester编码，信道码用BCH分组码。10.1.4N-AMPS通过10KHz信道和FDMA方式使30KHz带宽服务于3个用户，提供3倍于AMPS的容量；用3个N-AMPS信道代替AMPS信道，运营商可以在人口密集地区提供更多的无线中继信道；信道带宽的降低导致语音质量SNR下降，为此，采用语音压扩来合成语音信道静噪功能；10.2美国数字蜂窝标准（IS-54）10.2.1USDC无线接口10.2.2美国数字蜂窝的派生标准（IS-94和IS-136）10.2美国数字蜂窝标准（IS-54）双模USDC（D-AMPS）/AMPS系统在1990年被EIA/TIA制定为IS-54标准；USDC采用数字调制和TDMA技术，提供6倍于AMPS的容量；USDC与AMPS共享相同的频率、频率复用方案和基站；USDC与AMPS的控制信道相同。10.2.1USDC无线接口USDC信道：USDC控制信道是AMPS的2倍；语音信道支持TDMA结构，提供6个时隙；USDC语音信道同时提供4个数据信道（DTC、CDVCC，SACCH，FACCH）。10.2.1USDC无线接口USDC业务信道的帧结构：10.2.1USDC无线接口语音编码：VSELP。信道编码：FACCH：16bitCRC，r=1/4，k=6,卷积码

SACCH：r=1/2，k=5，卷积码交织：语音、FACCH：相邻语音帧数据交织到两个时隙上；

SACCH：跨度为12个连续时隙的增量交织器。调制：控制信道：BFSK；语音信道：脉冲成型的π/4DQPSK。均衡：σ/T=0.1（T=24.3Kbps,σ=4.12μs）时，ISI产生的BER不能忍受，USDC中采用DFE，自适应滤波器的系数用RLS算法得到。10.2.2美国数字蜂窝的派生标准（IS-94和IS-136）在IS-136中加入网络特性就产生了新型的无线业务和传输结构。IS-94标准（1994年）利用了IS-54提供的系统能力，使蜂窝电话直接连到专用交换机（PBX）上。将MSC的功能移到基站中，则有可能提供建筑物或校园内的无线PBX业务。IS-94规定了一项技术，用来提供使用非标准控制信号的专用或封闭式蜂窝系统。IS-136提供了一组新的性能和业务，可以与IS-95和GSM2G竞争。IS-136规定了短消息功能和专用用户组特性，使其更适合于无线PBX应用和寻呼应用。IS-136用户终端与IS-54不兼容(控制信道速率为48.6Kbps)。10.3全球移动系统（GSM）§10.3.1GSM业务和功能§10.3.2GSM系统体系结构§10.3.3GSM无线子系统§10.3.4GSM信道类型§10.3.5GSM的一个呼叫实例§10.3.6GSM帧结构§10.3.7GSM中的信号处理10.3全球移动系统（GSM）GSM是世界上第一个对数字调制、网络层结构和业务作了规定的蜂窝系统。1991年出现在欧洲市场。GSM标准由欧洲技术标准协会（ETSI）完成。GSM的等效技术标准（DCS1800），在1.8GHz到2.0GHz频段上提供PCS。10.3.1GSM业务和功能电话业务：标准移动电话业务。紧急呼叫和传真。也提供可是图文和图文电视。承载业务或数据业务：OSI模型中的第1、2、3层业务，包括分组交换协议，数据速率为300bps到9.6Kbps。补充ISDN业务：本质上是数字业务，包括：呼叫转换、封闭用户群和呼叫者识别、短消息。特点：SIM卡，空中保密性（MoU）。10.3.2GSM系统体系结构GSM系统体系结构主要包括3个相关子系统：BSS（提供并管理无线传输通道），NSS（交换），和OSS。10.3.3GSM无线子系统频段：890MHz-915MHz(上行)，935MHz-960MHz(下行)；多址方式：TDMA/FDMA混合，FDD；信道带宽：200KHz，ARFCN（绝对无线频率信道数）标志，上、下行信道间隔45MHz；调制方式：GMSK，BT=0.3；信道速率：270.833kbps/8个用户；帧长：4.615ms。10.3.3GSM无线子系统10.3.3GSM无线子系统10.3.4GSM信道类型时隙号码和ARFCN组合构成一个物理信道；物理信道在不同时间可以映射成不同的逻辑信道；GSM逻辑信道类型：TCH和CCH。§9.3.4.1GSM业务信道（TCH）§9.3.4.2GSM控制信道（CCH）10.3.4.1GSM业务信道（TCH）全速率TCH（一个用户每帧占一个时隙）全速率语音信道（TCH/FS）:13kbps/22.8kbps，全速率9600bps数据信道（TCH/F9.6）:9600bps/22.8kbps，全速率4800bps数据信道（TCH/F4.8）:4800bps/22.8kbps，全速率2400bps数据信道（TCH/F2.4）:2400bps/22.8kbps，半速率TCH（2个用户共享同一时隙，单在每帧交替传）半速率语音信道（TCH/HS）:6.5kbps/11.4kbps，半速率4800bps数据信道（TCH/H4.8）:4800bps/11.2kbps，半速率2400bps数据信道（TCH/H2.4）:2400bps/11.2kbps。10.3.4.2GSM控制信道（CCH）GSM控制信道：BCH，CCCH，DCCH；BCH：指定各小区内的ARFCN在一定的GSM帧的TS0发送数据，前向信道，作为一个TDMA信标，提供同步。BCCH：广播消息（小区和网络识别，小区运行特征（当前控制信道结构，信道可用性，阻塞情况），当前小区中使用的信道列表）。FCCH：特定的数据突发序列，在控制信道复帧中每10帧重复一次。SCH：用来识别服务基站，帧号（FN）和基站识别码（BSID）在SCH发送，在控制信道复帧中每10帧发送一次SCH。10.3.4.2GSM控制信道（CCH）CCCH：存在于BCHARFCN上，没有被BCH用的每个GSM帧和空闲帧的TS0，前向信道。PCH：通知指定的移动台接收发自PSTN的呼叫，PCH发送目标用户的IMSI，并请求在用户RACH上应答。RACH：slottedALOHA接入方法，用户应答PCH上的寻呼，发起呼叫。AGCH：基站用来指定用户工作在特定的物理信道（TS和ARFCN），响应在前一个CCCH帧内移动台发的RACH。DCCH：存在于除BCHARFCN的TS0之外的任何TS上，双向信道。SDCCH：载有移动台和基站相连之后，TCH分配之前的信令数据。可以被认为是一个中间的、暂时的信道。SACCH：总是与TCH或SDCCH相关联，并映射在相同的物理信道上，携带MS和BTS之间的一般信息，在复帧的第13帧（和第26帧－半速率用户）上传输。FACCH：携带紧急信息，本质上包含有与SDCCH相同类型的信息。10.3.4.2GSM控制信道（CCH）10.3.5GSM的一个呼叫实例检测BCH，与相近的基站取得同步（通过接收FCCH，SCH，BCCH信息）；拨号，用同步的基站的ARFCH发射RACH；基站以CCCH上的AGCH信息来响应，CCCH指定一个新的信道进行SACCH连接；检测BCH中TS0的用户，从接收到它的ARFCH和TS，并立即转到新的ARFCH和TS上（SDCCH）；等待传给他的SACCH帧，得到定时提前量和发射机功率，并处理数据；PSTN从拨号端连接到MSC，且MSC将语音路径接到服务基站时，SDCCH检查用户的合法性及有效性；基站经由SDCCH告知重新转到为TCH分配的ARFCH和TS，通话开始；呼叫成功后，SDCCH被清空。10.3.6GSM帧结构正常突发序列的数据结