中级培训第一模块之一无线网络基础知识.ppt

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1、中级培训第一模块之一无线网络基础知识 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望内容介绍移动通信技术的演进GSM移动通信系统简单呼叫流程 GSM移动通信系统接口无线网络基础知识数字数字技术技术IMT-2000(ITU)UMTS(WCDMA,TD-SCDMA),CDMA 2000第二代第二代 19902000第一代第一代 第三代第三代 数字数字技术技术例如例如:GSM,CDMA(IS-95)模拟模拟技术技术例如例如:TACS,AMPS移动通信技术的演进全球移动通

2、信系统全球移动通信系统移动通信技术的演进l在开始下面的课程之前，我们首先了解一下多址接入的概念，常用的多址接入根据不同的特点可分为：FDMA、TDMA、CDMA。lFDMA:频分多址技术，即不同的用户占用不同的频率，通过不同的频率来区分不同的用户。lTDMA:时分多址技术，即不同的用户占用不同的时间，通过不同的时间段来区分不同的用户lCDMA:码分多址技术，所有的用户都占用同样的时间和频率，但之间有不同的特征。这个特征为不同的编码移动通信技术的演进l第一代移动通信系统是模拟移动通信系统，主要以英国的TACS和美国的AMPS(Advanced Mobile Phone System)为主。它们都

3、是双频、双工模拟移动通信系统，采用频分多址技术（FDMA）特点：1、系统容量小。2、频谱利用率低。3、保密性能差。4、不同的国家采用不同的频段等原因造成国际漫游受阻。5、各系统之间没有公共接口，很难开展数据承载业务。移动通信技术的演进l第二代移动通信系统是数字移动通信系统，主要以欧洲的GSM和美国的CDMA(IS-95)为主。GSM采用时分多址技术（TDMA）；CDMA(IS-95)采用码分多址技术（CDMA）。特点：1、具有开放的接口和统一标准，容易扩容功能和开发新业务。2、频谱利用率相对较高，系统抗干扰性较强。3、通过语音加密，保密性能强。4、在采用GSM的国家之间能够实现国际漫游。5、可

4、以获得更好的通话质量。目前们采用的频段为：890915和935960，双工间隔45MHz，移动通信技术的演进l我国陆地蜂窝数字移动通信 网GSM通信系统采用900MHz与1800MHz频段:l GSM900MHz频段为：890915(移动台发,基站收),935960(基站发,移动台收);l DCS1800MHz频段为：17101785(移动台发,基站收),18051880(基站发,移动台收);移动通信技术的演进l第三代移动通信系统是数字移动通信系统，主要以欧洲的WCDMA、美国的CDMA2000以及我国的TD-SCDMA为主。特点：1、每一用户由不同的码来区分，所有用户分享同样的频谱资源，频

5、普利用率更高。2、系统有很高的抗干扰性、抗衰落性、保密性 3、采用软切换及更软切换技术，减少掉话 4、采用Rake多径分集接收技术，有效利用多径传输来的信号，提高 系统的接收性能 5、采用快速功率控制，快速准确的闭环功率控制有效地降低近-远效 效应，提高系统容量 6、数据传送速率大其他 MSCother BTSsVLRVLREIREIRAuCAuCOMCOMCGSMGSM系统结构系统结构HLRHLRGSM 900:GSM 1800:信道间隔：200kHz 1710178518051880双工距离:95 MHz890915935960双工距离:45 MHz运营商 A运营商 B B A暂未分配GS

6、MGSM系统频率资源系统频率资源lGSM 900 and GSM 1800 GSM 900 and GSM 1800 就像一对孪生兄弟就像一对孪生兄弟l GSM 900 GSM 1800GSM 900 GSM 1800l频率带宽频率带宽 890.960 MHz1710.1880 MHzl信道数信道数124372l信道间隔信道间隔200 kHz200 kHzl接入技术接入技术TDMATDMAl手机功率手机功率2 W1 WGSM900 GSM900 和和 GSM1800GSM1800没有很大区别，通信机制完全一样没有很大区别，通信机制完全一样GSM900/1800 异同比较异同比较 GSM900

7、and GSM1800 GSM900 and GSM1800 的逻辑信道划分是一样的的逻辑信道划分是一样的 广播控制信道 (BCCH)控制信道 通用控制信道 (CCCH)话音信道 (TCH)FCHSCHBCCH(系统消息)TCH/FAGCHRACHSDCCHFACCHSACCHTCH/HTCH/9.6FTCH/4.8F,HTCH/2.4F,HPCH 通用信道 (CCH)专用信道 (DCH)逻辑信道逻辑信道空中接口逻辑信道空中接口逻辑信道 搜寻频率校正脉冲 搜寻同步脉冲 解读系统消息 侦听寻呼消息 发送接入脉冲 信令信道分配 呼叫建立 话音信道分配 通话 呼叫释放FCCHSCHBCCHPCHRA

8、CHAGCHSDCCHFACCHTCHFACCH空闲状态关机状态专用模式空闲状态各逻辑信道作用示意各逻辑信道作用示意FCCHSCHBCCHPCHAGCHBCCHCCCH通用通用信道信道SDCCHSACCHFACCHTCH/FTCH/HDCCHTCH专用专用信道信道系统下行信道结构系统下行信道结构RACHCCCH通用通用信道信道SDCCHSACCHFACCHTCH/FTCH/HDCCHTCH专用专用信道信道系统上行信道结构系统上行信道结构l逻辑信道到物理信道的映射关系逻辑信道到物理信道的映射关系信令信道:51 个帧序列物理信道:26 个帧序列物理信道同逻辑信道映射关系物理信道同逻辑信道映射关系D

9、ownlink CCCHTCH常用的信道配置COMBINED 信道组合NON-COMBINED 信道组合课程进度课程进度2.1 2.1 电波传播电波传播2.2 2.2 传播模型传播模型2.3 2.3 天线系统天线系统2.4 GSM2.4 GSM系统分集技术系统分集技术2.5 2.5 干扰干扰2.6 2.6 抗干扰措施抗干扰措施2.7 2.7 无线链路平衡无线链路平衡无线链路传播无线链路传播电波传播理论是一门严谨的科学电波传播理论是一门严谨的科学 无线电波传播理论无线电波传播理论l问题：移动通信比较固定通信有那些特殊性呢问题：移动通信比较固定通信有那些特殊性呢?l多径无线传播无线路径是一个很复杂

10、的传播媒介l手机发射功率有限手机的发射功率客观限制了蜂窝小区的服务范围手机电池寿命和对人体危害决定了发射功率大小l频率资源有限带宽一定信道编码等占用额外频率资源频率需要被重复利用=产生同频干扰l用户行为的不确定性移动通信环境移动通信环境多径传播多径传播阴影效应阴影效应地形、地貌地形、地貌反射反射信号的相互干扰信号的相互干扰无线信道特点无线信道特点强烈的信号反射会带来无法容忍的信号时延强烈的信号反射会带来无法容忍的信号时延反射信号落在接收机均衡器时间窗口内，可以容忍否则，就会产生信号交叠自干扰 直射信号弱，反射信号强均衡器时间窗口 16 s信号强度延迟时间长距离反射，反射信号落在均衡器窗口外:=

11、干扰效应反射反射慢衰落慢衰落(正态衰落正态衰落)传播路径上大的阻挡物引起的阴影效应快衰落快衰落 (瑞利衰落瑞利衰落)几路信号破坏性的叠加“衰落谷点”,“信号黑洞”+100-10-20-30012345 m电平(dB)920 MHzv=20 km/h信号衰落信号衰落timepower2 sec4 sec6 sec+20 dBmean value-20 dB正态衰落瑞利衰落信号衰落信号衰落自由空间信号传播自由空间信号传播 信号强度随距离指数倍衰减 镜面反射 漫反射 反射反射镜面反射信号强度:A-*A (-材料的偏振性决定相位的变化漫反射信号强度:A-*A (随机相位偏振性影响:随机D电波传播电波传

12、播 吸收效应吸收效应 深度信号衰减 相位变化因材料而异 去偏极 衍射衍射 锲型模型 刀刃模型 多刀刃模型AA-5.30 dB电波传播电波传播常用单位辨析常用单位辨析l日常表征功率常用w、mw等单位，但是在实际工作当中不方便，于是引入了dBm，dB，dBi，dBd,dBw等单位l定义：发射功率P为1mw时，折算为dBm后为0dBm 公式为：10*log（P/1mw）1w=30dBm 5w=37dBm 2w=33dBm 10w=40dBm ldBi和dBd是考征增益的值（功率增益），两者都是一个相对值，但参考基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线，dBd的参考基准为偶极子，所以两者略有不同。d

13、Bi=dBd+2.15 常用于天线增益ldB是一个表征相对值的值，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，按下面计算公式：10lg（甲功率/乙功率）1,Okumura-Hata1,Okumura-Hata（奥村模型）（奥村模型）经验公式适用于大范围的传播预测（5-20Km）一般不用于小范围传播预测（1km）2,Walfish-Ikegami Model2,Walfish-Ikegami Model适用于小范围传播预测（=9 dB，工程上，C/I =12dB 有用信号环境噪声其他信号干扰干扰信号质量下降信号质量下降比特误码比特误码可修复:信道编码,纠错不可修复:相位失真干扰的影响干扰的影响

14、接收质量接收质量（RXQUAL parameter）接收质量等级接收质量等级 （0.7）RXQUALMean BER BER rangeclass (%)from.to00,14 12,8%较好 不可容忍好 可以接受GSM系统信号质量系统信号质量多径信号多径信号 (回声效应回声效应)频率复用的同邻频干扰频率复用的同邻频干扰外部干扰外部干扰 网络质量的提高更要注意网络干扰的有效控制网络质量的提高更要注意网络干扰的有效控制 尽可能降低网络的干扰尽可能降低网络的干扰干扰源干扰源科学的频率分配方案科学的频率分配方案合理的站点布局合理的站点布局天线下倾和方位角合理调整天线下倾和方位角合理调整合理的天线型

15、号合理的天线型号非法干扰源的排除非法干扰源的排除good locationbad location降低干扰的方法降低干扰的方法FHFH（跳频）（跳频）一种分集技术,“副作用”就是降低了网络干扰效果=更少的衰落谷点 解码增益 干扰分集DPCDPC（自动功率控制）（自动功率控制）原理：评估信号电平和质量DTXDTX（不连续发射）（不连续发射）语音间隙关闭发射机。降低干扰的方法降低干扰的方法一种分集技术一种分集技术对抗快衰落对静止和慢速移动用户效果明显基带跳频基带跳频 min.=3 TRX射频跳频射频跳频 分周期和随即跳频宽带合路器支持第一个 TRX除外（BCCH）频率分集本来是针对静止用户抗快频率

16、分集本来是针对静止用户抗快衰落的，由此却产生了抗干扰效果衰落的，由此却产生了抗干扰效果跳频跳频延长电池寿命延长电池寿命降低网络干扰降低网络干扰可变步长和固定步长可变步长和固定步长包括上行功控和下行功控包括上行功控和下行功控电平和质量驱动BSC是总判决者时间信号电平目标电平值：e.g.-85 dmBCCHBCCH载频不参加载频不参加功率控制功率控制功率控制功率控制DTX:DTX:不连续发射不连续发射在语音间歇期关闭发射 仅发射SID frames接收端码变换器产生舒适燥声DTX:DTX:下行没有使用，上行在使用下行没有使用，上行在使用延长电池寿命延长电池寿命降低干扰降低干扰不连续发射不连续发射课

17、程进度课程进度2.1 电波传播2.2 传播模型2.3 天线系统2.4 GSM系统分集技术2.5 干扰2.6 抗干扰措施2.7 无线链路平衡无线传播链路无线传播链路什么是链路平衡什么是链路平衡?双向通信系统中需要考虑链路平衡双向通信系统中需要考虑链路平衡不同于电台或电视台等单向通信系统原则上下行传播损耗相同原则上下行传播损耗相同 :downlink=uplinkdownlink=uplink上下行链路必须平衡传播链路平衡传播链路平衡链路预算链路预算第一步：根据手机的发射功率计算最大路径损耗第二步：计算基站的最大发射功率第三步：设定信号门限第四步：计算小区半径链路预算链路预算举例：假如墙体损耗22db，人体损耗4db，慢衰落冗余8.5db那么：覆盖门限可以定义为：-102+22+8.5+4=-67.5dbm根据上面计算，天线出口功率为5 0 d b m路径损耗为 50-（-67.5）=117.5db，根据hata模型计算小区半径：链路预算链路预算课后练习课后练习1、数字通信的优点。2、分集包括哪些？3、电波的传播类型4、降低干扰的方法5、假如汽车损耗12db，人体损耗4db，慢衰落冗余8db，请计算这种情况下的小区覆盖半径（校正因子为1.2）6、逻辑信道都有哪些类型，其方向如何？