通信技术知识介绍

通信技术知识介绍5那什么是无线通信呢？无线通信指利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式，电磁波是它的载体。无线通信概念6我们身边的技术技术并不神秘！7通信发展的历程8需要记住的人和技术

摩尔斯有线电报1843年

贝尔

有线电话1892年

赫兹验证电磁波

1887年马可尼无线电报

1898年1983年：美国芝加哥AMPS制式模拟移动电话投入商用。1987年：广东开通20世纪8、90年代：GSM标准在欧洲发展成熟。1994年：广东开通GPRS技术的出现：进入2.5代。EDGE技术的出现：进入2.75代第一代第二代第三代2013年5月17日:进入移动4G时代

9移动通信技术的发展

4G2010年5月17日:进入移动3G时代2G

3G

移动通信技术的更迭日新月异，短短三十年时间，移动通信完成了从模拟到数字，从话音到数据，从低速到高速的跨越

10AMPSTACS

NMT其它GSMCDMA

IS95TDMAIS-136PDC模拟

需求驱动技术数字技术UMTSWCDMA

CDMA

2000语音

需求驱动业务数据业务TD-SCDMA第一代

80年代

模拟第二代

90年代

数字

第三代IMT-2000高速业务第四代

无线通信-

Advanced低速业务无线通信-TDD无线通信-FDD需求驱动

移动通信系统发展概述

历史的变迁

移动通信发展的最终目标是实现任何人(whoever)可以在任何时候(whenever)、任何地方(wherever)与其它任何人(whomever)以任何方式(whatever)进行通信！11一、第一代移动通信系统

模拟通信系统电话普及率极低功能就是电话，提供的是本地移动语音服务大哥大时代语音需求的不满足是产业发展的主要动力一、第一代移动通信系统背后的技术元素

二次世界大战直接催生

了基于短波的步话机电子管、晶体管技术的不断进步使得终端、设备得以小型化蜂窝覆盖技术的成熟使得网络建设变得可行

12请记住二、第二代移动通信系统背后的技术元素

容量问题大规模集成电路高性能CPU更加科学的编码方式GSM

--

Global

System

of

Mobile

communication

ERISSON

NOKIA的快速崛起！

13二、从手机和SIM卡开始讲起中文里的手机，英文里为mobilephone，可以为用户方便的持有，自由移动，以保持与外界的联系。重点：具有较大范围内移动性的通信终端。

14所谓SIM卡，实际上是一张存储了大量信息的智能化芯片，惟有通过这些信息，用户才能享受到我们完善的网络服务。15二、GSM

技术介绍-

-手机号码典型的号码举例：8613904770001CCNDCSN

National

(significant)

Mobile

number

Mobile

station

international

ISDN

number手机号码的组成：国家码：如中国为86国内接入号：如的NDC目前有18个，分别为135、136、137、138、139、1340~8、147、150、151、152、157、158、159、182、183、184、187手机号码：一般格式为86-139(或8-0)-H1

H2

H3

ABCD16典型的IMSI举例：460-00-4777770001二、GSM

技术介绍--

IMSI号码

Not

more

than

15

digits3

digits2

digitsMCCMNCMSIN

NMSI

IMSIIMSI的组成：移动国家码：三个数字，如中国为460移动网络码：两个数字，如的MNC为00、02、07、04、08用户标识码：编码格式为：H1H2H3

S

XXXXXX17二、GSM技术介绍-频率资源频率资源是有限的，显然不能满足用户需求，怎么办呢？频率复用18二、GSM技术介绍-频率资源移动890M-909M，935M-954M，共38M频率基站BSC二、与手机相联系的无线网络

BTS无线网：主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能核心网：主要负责鉴权和交换等功能

19基站HLRBTS

MGW

基站控制器

MSCSERVER核心网无线网20手机（芯片）手机（芯片）网络系统

基站基站▪

任何一次最简短的通话，也要通过完整的网络才能实现二、GSM移动通信技术简介1、从最基础的话音网络开始说起21GSM系统组成的移动通信网路结构中，区域的定义如图：

MSC区位置区基站区

小区二、区域定义

服务区

PLMN区222、手机主叫的简要信令过程二、GSM移动通信技术简介移动用户呼叫其他运营商用户二、GSM移动通信技术简介MSBSSVLRMSCHLRMSC/VLRBSSMS信道分配

鉴权程序

呼叫建立

检查业务

一切正常

呼叫继续

分配话务信道

请求漫游信息

请求漫游码

提供漫游码

提供漫游信息

呼叫建立（IAM）

寻呼寻呼响应振铃（ACM）

振铃振铃

移动用户呼叫移动用户

23

切换切换：保证手机在移动过程中的顺畅通信

24

蜂窝蜂窝移动通信系统的概念

二、移动通信技术简介3、GSM网络的主要技术

寻呼系统寻找并与被叫手机建立联系的过程

25

二、移动通信技术简介4、GSM网络的主要技术

位置更新系统对手机实施动态的位置管理26多址方式GSM系统在空中无线接口综合使用FDMA(上下行频点对称)和TDMA

两种多址方式

GSM网载频间隔为200kHz，GSM890-915频段上有124个频率载频，GSM1800频段上有374个频率载频

每个频率采用时分多址接入（TDMA）方式，分为8个时隙，即8个信道（全速率）二、GSM关键技术27二、GSM关键技术跳频技术跳频技术的好处：1、采用跳频技术可以增加系统工作频带，从而提高系统的抗干扰和抗衰落能力。2、可以改善和保护有效信息部分的脉冲不受通信环境中的快衰落影响。3、通过增加跳频数来提高跳频增益，从而使系统的抗干扰和抗衰落的能力提高。28二、GSM关键技术分集技术要解决的问题：减少由多径引起的系统性能下降。分集技术定义：在若干个支路上接收相互间相关性很小的载有同一消息的信号，然后通过合并技术再将各个支路信号合并输出，那么便可在接收终端上大大降低深衰落的概率。分集技术分类：1、空间分集在空间设立两副接收天线，独立地接收同一信号，再合并输出，衰落的程度能被大大减小。多采用水平间隔来实现。2、时间分集采用一定的时延来发送同一消息或者在系统所能承受的时延范围内在不同的时间内发送消息的一部分。GSM采用交织技术实现时间分集。3、频率分集使用两个以上的频率同时传送一个信号，在接收端对不同频率的信号进行合并，利用不同频率的无线载波的不同路径减少或消除衰落的影响。GSM系统通过跳频技术实现频率分集。4、极化分集使两副接收天线的极化方向互成一定的角度进行接收，从而获得较好的分集效果。分集技术29功率控制技术要解决的问题：减小整个系统的干扰，提高频谱利用率。功率控制定义：功率控制就是指在一定范围内，用无线电方式改变MS或基站（或两者）的传输功率。在保证良好接收的条件下，尽量减少发射功率，从而改善对其他呼叫的干扰。功率控制过程：GSM系统中上下行的功率控制是彼此独立的，由BSC管理上下行方向上的功率控制。1、测量数据保存2、测量数据平均处理3、功率控制决策需要3个参数：一个门限值、一个N值和一个P值。若最近的N个平均值中有P个超过门限值，则认为信号电平或者质量较好；反之，则认为信号电平或者质量较差。4、功率控制命令发送5、测量数据修正功率控制的速度最快是480ms一次，每次调整步长为2dB或4dB。功率控制技术二、GSM关键技术30对于MS

用户来说，平均的说话时间约在40%以下。所以在GSM系统中，根据MS用户的状态，采用普通和不连续发射（DTX）这两种发射方式。不连续发射就是在通话期间进行13kbit/s的话音编码；在通话间隙，传输约500bit/s的舒适噪声。舒适噪声是为了避免听者误会通信中断而设置的。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

用户放入不同的寻呼组，不同寻呼组的手机在不同的时刻接收系统寻呼消息，无需连续接收，因此在GSM中手机可以采用非连续接收DRX方式进行信息的接收。

二、GSM关键技术DTX和DRX技术

采用DTX主要有两个目的：一是降低空中的总的干扰电平，提高频率利用率；二是节省无线

发射机电源的耗电量，延长MS电池的寿命

DRX的优点是可降低手机功耗，延长电池使用时间。31二、第二代向第三代过渡的移动通信系统——关于GPRS(2.5G技术）与EDGE(2.75G技术)•

GPRS是Gerneral

Packer

Radio

Service的英文缩写，中文译为通用无线分组业务，具体来讲，GPRS是一项高速数据处理的科技，即以分组的“形式”把数据传送到用户手上。因此，GPRS技术可以令手机上网省时、省力、省花费。相对于GSM的9.6kbps的访问速度而言，GPRS拥有171.2kbps的访问速度GPRS对于网络资源的利用率而相对远远高于GSM。•

EDGE（增强型GPRS）技术是由3GPP和ITU制定的一种3G无线技术标准。这个技术基于现有的GSM/GPRS技术的网络，只需要在空中接口部分进行很小的改动，能够提高网络速率3倍。32时延不同业务QOS要求

三、3G业务类型误码

会话类业务

流类业务

交互类业务

背景类业务TD-SCDMAWCDMACDMA2000理论单用户最高速率(下载)1.68Mbps(2:4)14.4Mbps3.1Mbps理论单用户最高速率(上传)1.65Mbps(4:2)5.76Mbps1.8Mbps333G有三种主流技术WCDMA(欧、日）CDMA

2000（美）和TD-SCDMA(中）三、3G主流技术对比

•上下行资源可根据上下行业务

量灵活分配

•

频谱利用率更高联合检测

•有效消除多址干扰和符号间干扰

•增加信号检测动态范围

上行同步

智能天线•减少小区间干扰，降低多径干扰•增加容量和小区半径

动态信道分配

•增加系统容量和服务质量

•适合各种网络负荷下对系统内

不同干扰情况的改善•降低小区内干扰，减少多径干扰•增加系统容量和小区半径

34三、TD关键技术

时分双工35

TDD的优势易使用非对称频段，频率利用率高

适配于非对称业务，时隙配置灵活射频器件较小，降低成本

TDD的不足

峰均比高，对功放的线性度要求较高

，功放功率很难做大不连续发射，抗快衰落和多普勒频移不如FDD，在高速性能较差。

三、TD关键技术时分双工

时分双工

(TDD):上行频带和下行频带相同

DUDDDD

DD

频分双工

(FDD):上行频带和下行频带分离DDDDD

DDUU上行D下行未使用36

使用智能天线

...

能量仅指向小区内处

于激活状态的移动终

端

移动终端在整个小区

内处于受跟踪状态不使用智能天线

...

能量分布于整个小

区内

在没有激活状态的

移动终端的地区内，

干扰并没有得到减

少

36

智能天线的优势

提高了基站接收机的灵敏度

提高了基站发射机的等效发射

功率

改进了小区的干扰

增加了CDMA系统的容量

智能天线的不足仅用于上行性对称信道对时延超过码片宽度的多径干扰无法解决对移动速度敏感，最高120km/h无线环境复杂的状态下，赋形增益没有达到理论值当用户密度增大时，同方向的N个用户，无法赋形分析

三、TD关键技术智能天线MAI检测到信号很差

频率允许的信号

波动

Frequency能量

联合检测采用了联合检测技术解扩后，接收到

的信号有效减少MAI，信号比较“干

净”，其它无用的信号都被过滤掉了

。

由于无线移动信道的时变性和多径效应影响，使得数据之间存在干扰

符号间干扰（ISI）与码间干扰（MAI）

通过数据符号间、码间的相关性在多个用户中检测、提取出所需的信号，消除ISI和MAI

37

三、TD关键技术联合检测

联合检测的作用：为了提高CDMA系统的容量，将其它用户的信息联合加以利用，可

以有效减少MAI

能量

接收到的信号刚刚大于MAI，信噪比38动态信道分配（DCA）慢速DCA把资源分配到小区。

慢速DCA的主要任务是进行各个小区间的资源分配，在每个小区内分配和调整上下行链路的资源，测量网络端和用户端的干扰，并根据本地干扰情况为信道分配优先级。快速DCA把资源分配给承载业务（一条或多条物理信道）：包括信道分配和信道调整两个过程。信道分配是根据其需要资源单元的多少为承载业务分配一条或多条物理信道。信道调整（信道重分配）可以通过RNC对小区负荷情况、终端移动情况和信道质量的监测结果，动态地对资源单元（主要是时隙和码道）进行调配和切换。快慢速DCA主要解决资源如何合理分配的问题三、TD关键技术391、随机接入阶段，取得无线侧信道资源，主要是手机-基站-RNC交互。2、与核心网交互阶段，完成鉴权、安全控制，将网络侧配置的业务资源下发给手机，同时找到被叫。三、TD语音主叫信令流程名称技术标准组织备注WCDMA(UMTS-FDD)

CDMA-FDD-DS3GPP欧洲，日本标准CDMA2000CDMA-FDD-MC

3GPP2

美国标准TD-SCDMACDMA-TDD3GPP中国标准40三、主要的3G技术标准及对应的运营商

TD－SCDMA

中国联通WCDMA中国电信

CDMA-200041无线通信是什么？无线通信(LongTerm

Evolution)即长期演进；是由3GPP组织制定的UMTS技术的标准演进。无线通信系统引入了OFDM和多天线MIMO等关键技术，大大提高了频谱效率和数据传输速率；在20MHZ的频谱带宽下，提供下行110Mbps，上行10Mbps的传输速率。（在上下行各20MHZ共40MHZ的频谱带宽下，联通WCDMA：提供下行150Mbps，上行50Mbps的传输速率）四、无线通信技术诞生的背景4242

电信技术业务移动化、宽带化和IP化的趋势日益明显，移动通信技术处于网络技术演进的关键时期。移动用户期望享有固网用户同等的业务感受。无线通信发展驱动力演进的趋势四、无线通信技术诞生的背景4343演进的趋势

技术的变革无线通信的调制方式、天线技术等技术日趋成熟，载波带宽需求、业务承载能力远远超过以往任何一种网络制式。

下行速率峰值：TDD可达110M，FDD可达150M。四、无线通信技术诞生的背景44行业趋势技术的变革加速了GSM的衰退，GSM\TDS网络预计于2017年即将进入长尾期，传统话音业务客户数下降将呈几何级下降。四、无线通信技术诞生的背景移动互联网业务类型与业务特点，加速了传统话音业务的衰退。

用户的业务需求从传统话音业务向移动互联业务转变。高清视频通话、移动高清视频、无处不在的移动贸易、增强的定位服务、智能交通、远程医疗、移动金融服务、智能家居、云存储、社交多媒体、高速数据业务接入以光速取代了传统的话音、短信业务。

45行业趋势四、无线通信技术诞生的背景业务的用户体验决定业务命运，速度是客户对网络的重要评价维度。2G

----

TXT3G

----

JPG4G

----

AVI下载5M音乐：无线通信耗时0.5秒，3G网络耗时20秒；下载25M视频：

无线通信耗时2秒，3G网络耗时80秒；下载750M视频：

无线通信耗时80秒，3G网络耗时50分钟；下载高清视频：

无线通信耗时6分钟，3G网络耗时4小时27分钟。

46行业趋势四、无线通信技术诞生的背景47OFDM技术

MIMO技术干扰抑制技术

调度技术四、无线通信关键技术CDMA

OFDMOFDM

优点：从频域对载波资源划分成多个

正交的子载波，小区内用户之间无

干扰

–

根据用户的需求分配不同子载波和

调制模式，并采取多载波捆绑技术

把低速的数据合并成高速数据流缺点：同频组网时，不同小区使用相

同时频资源，存在小区间干扰

49

四、无线通信关键技术

OFDM技术FDM50

MIMO实现小区中不同UE根据自身所处位置的信道质量分配最优的传输模式，提升TD-无线通信小区容量；波束赋形传输模式提供赋形增益，提升小区边缘用户性能。MIMO技术四、无线通信关键技术小区间干扰抑制技术小区间干扰随机化小区间干扰消除小区间干扰协调干扰随机化：干扰信号随机化，实际上没有降低干扰信号的能量，而是把干扰信号接近白噪声来处理。

加扰：对个小区的信号在信道编码和信道交织后采用不同的伪随机码进行加扰。小区间干扰消除：对干扰小区的干扰信号进行解调、解码，利用接收机的处理增益从接收信号中消除干扰分量。

干扰抑制合并（IRC）：接收端使用多根天线，通过对接收信号进行加权，抑制强干扰。

动态干扰协调：网络运

小区间干扰协调（ICIC）：对小区的可用资源进行某种限制，以减少

本小区对相邻小区的干扰，提高相邻小区在这些资源上的信噪比以及小

区边缘的数据速率和覆盖。

静态干扰协调：软频率复用方式，调整的频率较慢。用率，减轻小区间干扰必要手段。营时期动态调整，通过Node

B的实时调度。

51

四、无线通信关键技术干扰抑制技术••调度：确定给哪些用户以何种编码方式发送数据。调度原则：短期内考虑信道条件；长期内兼顾吞吐量和公平性。

–

下行调度基于下行参考信号（RS）

–

上行调度基于探测用参考信号（SRS）•规划设计建议：需要关注厂家间的调度算法差异，针对不同场景提出参数设计要求。•设备选型建议：应进一步推动设备调度算法配置的可见性和灵活性，实现在建设运营阶段根据实际场景的需要，对调度参数的灵活配置。

5240302010

06050厂家1厂家2小区吞吐量（下行空扰）小区吞吐量（下行加扰）0.80.60.40.2

01.2

1厂家1厂家2边缘吞吐量（下行空扰）边缘吞吐量（下行加扰）

四、无线通信关键技术调度技术项目EDGETD-SCDMA-HSPATD-无线通信下行峰值速率（Mbps）0.472.8100上行峰值速率（Mbps）0.472.250接入时延1.5s2s<100ms端到端时延150ms100ms10ms支持的语音用户数(10MHz)28143400支持的接入用户数(10MHz)<60<200120053无线通信网络目前仅支持数据业务，与传统23G网络相比，无线通信网络具有“速率高、低时延、大容量、支持多种带宽、覆盖和移动性好”等优点。

速率高•

无线通信在20MHz带宽下可实现下行峰值速率大于100Mbps，上行峰值速率大于50Mbps。

低时延•

无线通信系统控制面时延小于100ms，业务面时延小10ms。

大容量•

每小区激活用户数最大400，在线用户数最大1200

支持多种小区带宽•

1.4MHz\3MHz\5MHz\10MHz\15MHz\20MHz

覆盖和移动性能好•

采用不同的格式，覆盖距离从1.4~100km•

支持移动速度可以达到350km/h四、无线通信的优势

1

TDS/TDL双模共站演进使用F频段覆盖

E频段独立TDL站室分建设2

3

D频段进行TDL立体建网

利用TD-SCDMA双模网络在短期内，迅速形成F频段TDL网络的初步覆盖；

选择E频段实施室分系统改造建设，对网络进行深度补盲覆盖；

利用D频段充足的频率资源与小基站等多种手段进行立体建网，提升覆盖能力与容量扩充；

积极开展小区间干扰消除，多载波、多频段、多场景协调等课题研究，掌握TDL的内在规律

54

四、无线通信的无线组网方式无线通信现网主