第11讲-GSM-R通信系统--知识小结(习题课)要点.ppt

1、第11讲 移动通信信道特征及网络结构知识点梳理,一、移动通信信道 二、区域覆盖 三、多址技术 四、移动通信六大困惑 五、GSM网络结构 六、GSM编号计划,内容简介,分集接收技术,分集接收是解决多径衰落的一种技术。 分集接收是指接收端对它收到的多个衰落特性互相独立（携带同一信息）的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏的办法。 通常接收端的信噪比可以提高 20dB30dB。,分集接收技术,分集接收 频率分集：是指承载相同信息的信号用多个载波传送，频率间隔应该大于等于信道的相干带宽。 时间分集：用不同的时隙来传送承载相同信息的信号。连续时隙的间隔要大于信道的相干时间。 空间分集：采用多个天线进行

2、接收，使每个天线之间相隔半波长的整数倍。 极化分集：使用多种极化方式传输同一信号。,非连续发送（DTX）,概念 Discontinuous Transmission不连续发送。在一个通信过程中，其实移动用户仅有很少的时间用于通话，大部分时间都没有传送话音消息。如果将这些信息全部传送给网络的话，这不但会对系统资源造成浪费而且会使系统内的干扰加重。 所以利用语音编码器检测到话音间隙后，在间隙期不发送，这就是所谓的不连续发送。通话时进行13KB/s编码，停顿期用500b/s编码发送舒适的噪声。,非连续发送（DTX）,话音传输有两种方式：一种是无论用户是否讲话，话音总是连续编码（每20ms一个话音帧）

3、。另一种是非连续发送方式DTX（Discontinuous Transmission）：在话音激活期进行13kbps编码，在话音非激活期进行500bps编码。每 480 ms 传输一个舒适噪声帧。,7,功控是什么？,为什么要功控？,功控目的,功率控制：根据需要调整基站与手机的发射功率。 依据：手机和基站上报的测量报告。 目的：在保证通话质量的情况下，降低发射功率，从而降低整网干扰、减少功耗。,8,功控分类,功率控制分为上行功率控制和下行功率控制，上下行控制独立进行。 上行功控：调整MS的输出功率，使BTS获得稳定接收信号强度，以减少对同邻频的干扰，降低移动台功耗。 下行功控：调整BTS输出功率

4、，使MS获得稳定接收信号强度，减少同邻频干扰，降低基站功耗。,功率控制的目的及意义： 1、功率控制从用户感知来说： 可以明显感觉到手机电池的利用时间 感觉到通话质量的好坏 2、功率控制从网络指标来说： 功率控制可以减少网络的内部干扰 从下行来说：主要是频率资源不够引起的带内下行干扰 从上行来说：主要是由于高话务量引起的上行干扰，表现为上行通话质量差。 功率控制可以很大程度的影响网络的KPI. 由于频率资源有限，话务量的增高，功率控制运用不当会引起干扰，导致网络的KPI下降。,功率控制,时间提前量TA,TA就是Timing Advance ，时间提前量。 在通信过程中，如移动台在呼叫期间向远离基

5、站的方向上移动，因而从基站发出的消息将越来越迟的到达移动台。与此同时，移动台的应答信息也会越来越迟的到达基站.如不采取措施，该时延长至当基站收到该移动台在本时隙上发送的消息会与基站在其下一个时隙收到的另一个呼叫信息重叠起来，而引起干扰。,在呼叫进行期间，移动台发给基站的测量报告头上携带有移动台测量的时延值，而基站必须监视呼叫到达的时间，并在下行信道上以480ms一次的频率向移动台发送指令，指示移动台提前发送的时间，这个时间就是TA（时间提前量）。 TA的值域是063（0233s），它被GSM定时提前的编码063bit所限，使GSM最大覆盖距离为35km，计算如下： 1/2*3.7us/bit*

6、63bit*c=35km 根据上述，1bit对应的距离是554m，由于多径传播和MS同步精度的影响，TA误差可能会达3bit左右（1.6km)。 GSM小区的无线覆盖半径最大可达到35km。,时间提前量TA,一、移动通信信道,基站天线、移动台天线及两幅天线之间的传播路径,空中接口,电波传播特性主要包含以下四种 传播损耗 多径效应 阴影效应 多普勒频移,移动信道电波传播特性,为了无缝覆盖和不重复覆盖，专家们只能根据传播损耗时的场强变换来建立数学模型。,无线信道的传播特性给设计者带来了挑战,为了确定网络的覆盖，常用的电波传播损耗预测模型有Okumura模型、Okumura-Hata模型、COST-

7、231 Hata模型、对数阴影模型、CCIR模型、LEE模型以及COST-231 Walfisch-Ikegami模型。 Okumura-Hata模型,无线信道的传播特性给设计者带来了挑战,大区制 大区制是指只用一个基站覆盖整个服务区。 小区制 小区制是将整个服务区划分为若干个无线小区，每个无线小区设一基站负责本小区内所有移动通信的联络和控制。,二、区域覆盖方式,大区制与小区制,半径30-50KM 天线高度几十到上百米 发射功率大,小区制特点 同频道再用-提高用户容量 多个小区-控制管理复杂 存在同频小区-产生同频干扰,小区制有何特点？,定向天线覆盖。使用定向天线可以减少同频干扰的小区数i0，

8、从而提高接收信噪比，减小同频干扰。 优化同频复用距离和频率分配方案。根据传播环境和业务量的变化情况，调整同频复用距离和频率分配方案。 天线高度和倾角的调整。调整天线高度和倾角可以改变小区的覆盖范围和小区形状，减小同频干扰。,解决同频干扰采用哪些措施？,三、多址技术,BS如何识别用户？ 用户如何识别BS发给自己的信号？,多个用户共享信道，区分用户的方式称为多址技术,不同用户台要有各自的特征 基站发出的信号也要赋予不同的特征,信号的差异可以表现在某些参数上： 如信号的工作频率、出现时间、具有的特定码序列 三种基本多址类型：频分多址（FDMA） 时分多址（TDMA） 码分多址（CDMA） 频率资源有

9、限的情况下，提高通信系统的容量,解决办法-多址技术,频分多址（FDMA）以频道来区分用户,FDMA就是将给定的频谱资源划分成若干等间隔的频道（信道），供不同用户使用，每个用户占用一个频道通话。 在模拟蜂窝移动通信系统中，采用的多址方式即FDMA,TDMA是把一个频道按等时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙，每一用户占用不同的时隙进行通信。 GSM蜂窝移动通信中，即采用了TDMA的多址方式。,时分多址（TDMA）-以时隙来区分用户,TDMA方式,下行（同一小区）,TDMA方式,上行（同一小区）,TDMA方式,四、移动通信六大困惑,困惑1 基站如何区分手机？ 困惑2 手机如何找到基站？ 困

10、惑3 基站如何找到手机？ 困惑4 如何识别手机用户的身份？ 困惑5 如何保证对话不被他人窃听？ 困惑6 如何保证移动着打电话不会有问题？,固定电话要识别一路话音来自哪台电话是一件很简单的事情（交接箱） 移动通信基站如何搞的清楚谁是谁？,困惑1-基站如何区分手机,固定电话要找通信网络只要把电话线往墙上的接口接上就可以了。 手机要找到通信网络要复杂的多，主要从两个方面阐述。,困惑2-手机如何找到基站,固话通信，用户的位置是固定的。 移动通信中手机始终在移动，基站如何找手机？ 下发“寻人启事”只要手机在网内一定能找到。,困惑3-基站如何找到手机,运营商的网络不是免费的，如何对号收费？ 移动通信中用户

11、是通过终端来访问网络的，对用户的鉴别就相当于对终端的鉴别 GSM系统中用户的标识称为IMSI（国际移动用户识别）号，手机的身份证号码。 IMSI号存储在SIM卡中，核心网络也存储IMSI号。,困惑4-网络如何识别手机用户的身份,无线电波向四面八方传送，谁都可以通过仪器窃听。 大哥大时代如有人架起一根天线，可以听的很清楚，类似于以前玩插卡的游戏机，邻近竖起天线就可以收到游戏画面 数字移动通信很快取代了大哥大，因为可以加密,困惑5-如何保证对话不被他人窃听,移动通话的特点是位置可以不断的变动，用户总会从一个基站覆盖范围移动到另一个基站覆盖范围，这就叫做切换-handover,困惑6-如何保证移动着

12、打电话不会有问题,GSM系统结构,五、GSM系统结构,MS-手机,手机的核心部件很简单：包括天线、射频、中频和基带四部分（显示屏、电池、键盘不算在内），我们一一讲解。,紧跟天线后面的是RF滤波器，它不只完成放大和滤波，电磁波的收和发都在一根天线上，谁来保证它们井水不犯河水呢？ 双工器完成收和发的分配 还有一项工作没人做，不同的载频的电磁波在一根天线上运行，谁来区分他们呢？ 合路器完成信号的合路与分解。,BTS基站收发信机,发射耦合器,接收耦合器,天线,耦合系统,BCF (基站公共功能),TRX (收发信机),Abis 接口,- 将语音和用户数据信道合成以后送给BSC - 将信令信道合成以后送给

13、BSC,双工器,- 天线与每个小区的收发信机之间的 接口,BTS,BTS 通用结构和功能,馈线,BSC,Abis 接口,Ater 接口,-对BTS无线资源管理 -小区之间越区切换 -通信信道安排 -BTS之间的频率重新分配 -BTS时间和频率同步 控制频率跳变 功率控制 - 等等,O&M,处理单元,交换矩阵,BSC,X.25 控制器,BSC通用结构和功能,MSC,上面花了不少篇幅描述一个交换机是怎样完成交换的，对MSC来说，光有交换不够的。,HLR：归属未知寄存器 存放本地注册的所有用户的信息。,VLR：拜访未知寄存器 存放在一个MSC区漫游的所有用户的信息。,六、GSM编号计划,GSM网络系

14、统包括交换系统和基站系统 交换系统包括HLR、MSC、VLR、AUC和EIR 还与基站系统、其他网络（PSTN、ISDN、数据网、PLMN）之间有接口 要正确寻址，编号计划就非常重要,区域划分,小区 位置区 MSC区 PLMN服务区 GSM服务区,编号计划MSISDN,MSISDN移动用户号码,CC：国家码，中国为86 NDC：国内网络接入码（中移：135139） SN：用户号码，等长8位编码，由运营商分配,主叫用户呼叫用户所需拨的号码-手机号码,IMSI国际移动用户识别码 每个移动用户都分配有一个唯一的IMSI，在整个GSM系统有效，用于用户身份识别。 与MSISDN的关系就像人的姓名和身份

15、证号码 只要SIM卡不扔，IMSI号就不变,编号计划TMSI,TMSI临时移动用户识别码 在空中接口传递TMSI代替IMSI，加强了用户的安全性 由VLR为来访的移动用户在鉴权成功后分配，是由VLR自行分配的4字节BCD码，仅限在VLR管辖区内代替IMSI临时使用 与IMSI相互对应,编号计划MSRN,MSRN移动用户漫游号码 MSRN是在呼叫接续时由VLR临时分配给移动台的号码 用于GSM网络在接续时的路由选择 MSRN组成与MSISDN相似，最大为15位,手机A起呼，和MSC-1建立连接,建立连接后，MSC-1查询被叫用HLR，得到被叫用户的IMSI和VLR,要求

16、MSC-2提供一个MSRN给HLR,找到一个空闲的MSRN,分配MSRN,呼叫号码的路由指向了MSC-2,建立直接的连接,编号计划LAI,LAI位置区识别码 位置区是指移动台可任意移动而不需要进行位置更新的区域，由一个或若干个小区组成。 为了呼叫移动台，系统在一个位置区内所有小区同时发寻呼信号。 MSC区=LA=一个小区 用于检测位置更新和信道切换的请求。,LAC：位置区号码，用于识别GSM网络中的一个位置区，由运营商定义。,编号计划CGI,CGI全球小区识别码 CGI是在所有GSM PLMN中用作小区识别的唯一标识，由LAICI构成,CI：小区识别码，由运营商自行定义，是一个2Byte BCD码,MCC,MNC,LAC,位置区识别码LAI,CI,全球小区识别码CGI,编号计划BSIC,BSIC基站识别色码 用于识别相邻国家的