室内分布工程培训一(移动通信系统介绍)

1、移动通信制式简介,-省公司无线业务部,短波/超短波通信 天波（电离层）：数据/电话、单边带 地波：小型接力机、单双工电台、对讲机 微波通信 微波接力（模拟、数字）、散射、点对多点微波 电视、电话、数据 卫星通信 高轨道（同步静止）、中轨道、低轨道 电视、电话、数据 移动通信 蜂窝电话、无绳电话、无线数据、集群系统、寻呼系统 卫星移动系统,无线通信的应用概况,移动通信的工作方式,单工制 单工制又分为单频单工和双频单工。 半双工制 双工制 双工制的优点： 收发频率分开可以大减小干扰，用户使用方便。 目前我们的移动通信GSM就是采用的双工制。,中国运营商采用制式,中国移动：GSM900、DCS180

2、0、TD-SCDMA 中国联通：GSM900、DCS1800、PHS、WCDMA 中国电信：CDMA800、PHS、CDMA2000,（一）GSM简介,GSM是Global System for Mobile Communications的缩写，意为全球移动通信系统，是世界上主要的蜂窝系统之一。GSM是基于窄带TDMA制式，允许在一个射频同时进行8组通话。GSM80年代兴起于欧洲，1991年投入使用。到1997年底，已经在100多个国家运营，成为欧洲和亚洲实际上的标准，到了2001年，在全世界的162个国家已经建设了400个GSM通信网络。,GSM网络结构,GSM网络结构,1.移动台(MS)：

3、它包括移动设备(ME)和用户识别模块(SIM)。根据业务的状况，移动设备可包括移动终端(MT)，终端适配功能(TAF)和终端设备(TE)等功能部件。 2.基站子系统(BSS) 基站(BTS)：为一个小区服务的无线收发信设备。 1)基站控制器(BSC):具有对一个或多个BTS进行控制以及相应呼叫控制的功能，BSC以及相应的BTS组成了BSS(基站子系统)。BSS是在一定的无线覆盖区中，由移动业务交换中心(MSC)控制，与MS进行通信的系统设备。 )基站发信台(BTS)：受控于基站控制器(BSC)，属于基站子系统(BSS)的无线部分，服务于某小区的无线收发信设备，实现BTS与移动台(MS)空中接口

4、的功能。BTS主要分为基带单元、载频单元和控制单元三部分。基带单元主要用于话音和数据速率适配以及信道编码等；载频单元主要用于调制/解调与发射机/接收机间的耦合；控制单元则用于BTS的操作与维护。,GSM网络结构,3.网络子系统(NSS) 1)移动业务交换中心(MSC)：对于位于它管辖区域中的移动台进行控制、交换的功能实体。 2)拜访位置寄存器(VLR)：MSC为所管辖区域中MS的呼叫接续，所需检索信息的数据库。VLR存储与呼叫处理有关的一些数据，例如用户的号码，所处位置区的识别，向用户提供的服务等参数。 3)归属位置寄存器(HLR)：管理部门用于移动用户管理的数据库。每个移动用户都应在其归属位

5、置寄存器注册登记。HLR主要存储两类信息，有关用户的参数和有关用户目前所处位置的信息。 4)设备识别寄存器(EIR)：存储有关移动台设备参数的数据库。主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能。 5)鉴权中心(AUC)：认证移动用户的身份和产生相应鉴权参数(随机数RAND，符号响应SRES，密钥Kc)的功能实体。 4.操作支持子系统(OSS) 操作维护系统中的各功能实体。依据厂家的实现方式可分为无线子系统的操作维护中心(OMC-R)和交换子系统的操作维护中心(OMC-S)。,基站设备, 宏蜂窝： 主要用于覆盖室外的基站设备 覆盖面积大，约1km25km 输出功率大 提供的载频多 建网成本高,基

6、站设备,微蜂窝： 作为宏蜂窝的补充和延伸覆盖盲区 覆盖面积较小，约30m300m 输出功率小（1w) 提供的载频不多(12个) 安装灵活 主要用于提高覆盖和提高系统容量 宏蜂窝、微蜂窝可以组合使用，构成伞状小区，用以解决高速移动和慢速移动用户较多的区域，实现话务量分流及可靠切换,多址通信方式,1、 FDMA 频分多址 2、 TDMA 时分多址 3、 CDMA 码分多址,频分多址（FDMA）,在频分多址系统中，把可以使用的总频段划分为若干占用较小带宽的频道，这些频道在频域上互不重叠，每个频道就是一个通信信道，分配给一个用户。,时分多址（TDMA）,在时分多址系统中，把时间分成周期性的帧，每一帧再

7、分割成若干时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的），每一个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户。,码分多址（CDMA）,在CDMA通信系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分，而是用各自不同的编码序列来区分，或者说，靠信号的不同波形来区分。 从频域或时域来观察多个CDMA信号是互相重叠的。接收机用相关器可以在多个CDMA信号中选出使用预定码型的信号。其他使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。它们的存在类似于在信道中引入了噪声或干扰，通常称之为多址干扰。,三种多址方式的比较,GSM频道间隔及配置,相临两频道间隔为200KHz,每个信道采用时分多址（TDM

8、A）方式，分为8个时隙，即8个信道（全速率）。每个信道占用带宽200kHz/8=25kHz。 GSM采用半速率话音编码后，每个频道可容纳16个半速率信道。 GSM采用等间隔频道配置方法，GSM900频段上有124个频率载频，频道号为1-124；GSM1800频段上有374个频率载频，频道号为512-885。,GSM系统的编号方案,1.国际移动用户识别码(IMSI) 给每个用户分配一个唯一的国际移动用户识别码，此码在GSM系统所有服务区中都是有效的。在呼叫建立与位置更新时，需要用到IMSI，并同时存贮在HLR和VLR中。 MCC移动国家码，即移动台登记注册的国家码，中国为460 MNC移动网号，

9、移动是00，联通是01 MSIN移动用户识别码 2.临时移动用户识别码(TMSI) 考虑到移动用户的安全性，空中接口传递的IMSI用TMSI代替。VLR可给来访的每一用户分配一个唯一的TMSI，在每次鉴权后分配。只在某一VLR管辖区内有效，当用户离开此VLR服务区后，即释放此号码。在呼叫建立和位置更新时可使用TMSI。其总长不超过4个字节。结构由当地电信部门自定。,3.国际移动设备识别码(IMEI) 唯一地识别一个移动台设备 4.移动台国际ISDN号码(MSISDN) 此号码是指主叫用户为呼叫移动用户而拨叫的号码 5.位置区识别码(LAI) 在检测位置更新和切换的需求时，要使用位置区识别LAI

10、。 LAC位置区号码，用于识别移动通信网中的一个位置区，最多为2个字节长度的16进制编码，全部为0的编码不用于表示某个位置区。LAC可由各运营部门自定。 6.基站识别码(BSIC)用于采用相同载频的相邻不同基站发信台(BTS)的识别。特别用于识别在不同国家的边界地区采用相同载频的不同相邻BTS，BSIC为一个6比特编码 NCC网络色码，用来唯一识别相邻国家不同的PLMN BCC基站色码，用来唯一识别采用相同载频的相邻BTS.,GSM系统的编号方案,干扰保护比,干扰保护比：载波干扰比（C/I）又称载干比，就是指接收到的希望信号电平与非希望信号电平的比值，此比值与MS的瞬间位置有关。这是由于地形的

11、不规则性及本地散射体的形状，类型及数量不同，以及其他一些因素如天线类型、方向性及高度，站址的标高及位置，当地的干扰源数目等所造成的。 同频干扰（C/I）：同频干扰是指当不同小区使用相同频率时，另一小区对服务小区产生的干扰，它们两个信号之间的比值即C/I。 GSM规范中一般要求C/I9dB；工程中一般加3dB余量，即要求C/I12dB。 临频干扰（C/I）：指在频率再用模式下，相临频率对服务小区使用频率的干扰，他们两个信号之间的比值即C/A GSM规范中一般要求C/A-9dB；工程中一般加3dB余量，即要求C/A-6dB。,载波偏离400kHz时的干扰保护比,当与载波偏离400kHz的频率电平远

12、远高与载波电平时，也会产生干扰，但此种情况出现极少，而且干扰程度不太严重。 GSM规范中要求载波偏离400kHz时的干扰保护比C/I-41dB；工程中一般加3dB余量，即要求C/I-38dB。,频率复用,频率复用的概念：频率复用是指GSM系统中，不同地理区域中的小区，使用相同的载波频率进行覆盖。 这些区域必须隔开足够的距离，以致产生的同频干扰和邻频干扰可以忽略不计。 一般的频率复用方式就是将可用的有限频率分成若干组，依次形成一簇频率分配给相邻小区使用。总的频道数N是固定的，所以分组数F越少则每组的频道数就越多。但是，频率分组数的减少也使同频道复用距离减少，导致系统中平均C/I值降低。,频率复用

13、,GSM逻辑信道,无线子系统的物理信道支撑着逻辑信道。逻辑信道可分为业务信道（Traffic Channel）和控制信道（Control Channel）两大类，其中后者也称信令信道（Signalling Channel）。 业务信道（TCH）载有编码的话音或用户数据，它有全速率业务信道（TCH/F）和半速率业务信道（TCH/H）之分。 话音业务信道 数据业务信道 控制信道（CCH）用于传送信令或同步数据。它主要有三种：广播信道（BCH）、公共控制信道（CCCH）和专用控制信道（DCCH）。,GSM网络跳频技术的应用,跳频技术是一种扩频通信技术，由于跳频技术具有通信的秘密和对抗干扰，因此它首先

14、被应用于军事通信。但是随着移动通信的发展和数字化，跳频技术已在数字蜂窝系统中获得应用，我国所采用的GSM移动通信系统就采用了这种技术。 跳频分为基带跳频和射频跳频 跳频系统具有以下特点: 跳频系统大大提高了通信系统抗干扰、抗衰落能力； 能多址工作而尽量不互相干扰； 不存在直接扩频通信系统的远近效应问题，即可以减少近端强信号干扰远端弱信号的问题； 跳频系统的抗干扰性严格说是躲避式的，外部干扰的频率改变跟不上跳频系统的频率改变； 跳频序列的速率低，通常情况，码元速率小于或等于信息速率。在TDMA系统中，跳频速率往往等于每秒传输的帧数。GSM系统中每秒跳频为217次。,（二）CDMA简介,CDMA是

15、码分多址的英文缩写(Code Division Multiple Access)，它是在数字技术上的分支扩频通信技术上发展起来的一种新的无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现数据传输。,码分多址技术（CDMA）,多址技术就是要使众多的客户公用公共通信信道所采用的一种技术。实现多址的方法基本上有三种，即采用频率、时间或码元分割的多址方式，人们通常称

16、它们为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。 FDMA（频分多址）：每个用户使用不同的频率。一个信道就是一个频率。如模拟网中的AMPS和TACS. TDMA（时分多址）：每个用户占用不同时隙。一个信道就是在某个特定频率上的特定时隙。如GSM。 CDMA（码分多址）：每个用户在所有时间段内使用相同的频率，但是每个用户之间是用不同的码形来区分的。一个信道就是一个唯一的码形设置。,CDMA 是可以工作在800MHz的多址接入技术。 CDMA能够提供更高的 CDMA还通过它的信道编码调制能够提供更高的保密性。 CDMA手机的发射功率更低，更环保，更健康。 CDMA网络能够提

17、供更加清晰话音质量。 由于3G的标准是基于CDMA制式的，所以CDMA网络更有利于2G向3G的平滑过渡。,CDMA的发展历程,CDMA工作频段,频率计算公式 F=870+N*0.03 N: CDMA信道号（频点）,电信CDMA,电信CDMA,CDMA网络结构,CDMA网络组件 移动台（MS）：ME、UIM 基站系统（BSS）： BTS、BSC 交换系统（NSS）：MSC、HLR、VLR、EIR、AUC 网管系统（OMS）：OMC,CDMA网络结构,MS: 移动台 BTS: 基站 BSC: 基站控制器 MSC: 移动交换中心 HLR :归属位置寄存器 VLR: 拜访位置寄存器 PCF: 分组数据

18、控制功能 PDSN: 分组数据控制节点 HA: 家乡代理 FA: 外地代理 SCP: 业务控制点 Radius: 远程认证拨入用户业务,CDMA理论模型, 什么是CDMA？,码分多址技术： 是一种数字扩频技术 采用1.23MHz的无线载波间隔 多个用户可同时占用1.23MHz无线载波 同一载波资源内不同的用户通过分配不同的码区分 相同的载波能在相邻小区或扇区使用,扩频通信, m(t)是原始信号, u(t)为经载波cos(0t+)调制(相乘)后得到的中频信号； p(t)是伪随机序列信号, s(t)是p(t)对u(t)进行扩频调制后产生的宽带调制信号； 为了适应信道的传输特性, s(t)还要与主振

19、荡器产生的载波cos(rt+)相乘, 得到射频调制信号；r(t)； r(t)经过信道的噪声叠加后, 到达接收端。,CDMA原理-扩频过程,解扩过程,CDMA扩频,CDMA网络中的三种码,在CDMA网络中用到了三种码： 短码（Short PN Code）用于区分不同的小区 沃尔什码(Walsh code)用于区分不同的前向信道 长码（Long PN Code）用于区分不同的反向信道,短码,短码（Short Pseudo-random Noise Code） 用于区分不同的小区 由15位移位寄存器构成的伪随机序列 码组长度为215 =32768个码片，其中32767个码片为移位寄存器产生，1个码片

20、为人为设计插入 一个短码周期时间为（215*103/1.2288M)ms =26.67ms,Walsh Code,64维沃尔什码（Walsh Code） 用于区分同一小区下的不同的前向信道 用Wi64来表示64维沃尔什码中的第i个沃尔码， i0,63,长码,长码（Long Pseudo-random Noise Code） 用于区分不同的反向信道 由42位长的移位寄存器构成的伪随机序列 码组长度为242-1个码片，人为插入1个码片后，变为242个码片 一个长码周期时间为(242/1.2288M)s = 41.4天,CDMA系统模型,信源编码,语音编码技术：码激励线性预测编码（CELP）,信道编

21、码,数字信号在传输中往往由于各种原因，使得在传送的数据流中产生误码，从而使接收端产生图象跳跃、不连续、出现马赛克等现象。 通过信道编码这一环节，对数码流进行相应的处理，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，可极大地避免码流传送中误码的发生。误码的处理技术有纠错、交织、线性内插等。,交 织,关键技术-功率控制,功率控制的原理 CDMA系统是自干扰系统，限制CDMA系统容量的因素是总干扰 当达到以下条件，系统容量最大 当在可接受的信号质量下，功率最小 基站从各个移动台接收到的功率相同,功率控制的目的 克服远近效应对系统的影响。,功率控制的类型,反向开环功率控制,反向闭环功率控制,前向功率控制,移动台测量前向业务信道帧质量，周期方式或门限方式上报帧质量。基站根据上报的帧质量情况确定是否进行前向功率调节。 前向功率控制是一种慢速功率调节。,CDMA系统软容量,各小区的覆盖功能是动态的，当相邻两小区负荷一轻一重时，负荷重的小区通过减小导频发射功率，使本小区的边缘用户由于导频强度不足，切换到邻小区。使负荷分担，即相当于增加了容量。 这种功能用在切换时，在防止由于缺少信道导致通话中断方面特别重要。在模拟系