移动基站基础知识.

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1、 主讲 郭双贵 高级工程师 n 移动通信是指通信双方或至少一方处于移动中 进行信息交互的通信，即移动体与移动体、移 动体与固定体之间的通信。 n按照移动体所处的运动区域不同，移动通信可 分为陆地移动通信、海上移动通信和空中移动 通信。 n陆地移动通信以蜂窝移动通信系统应用最为广 泛，以数字蜂窝移动通信发展最为迅速，本章 着重介绍数字蜂窝移动通信系统。 *2 第一节 移动通信的特点及分类 移动通信系统由于用户的移动性，管理技术要比 固定通信要复杂，移动通信网中依靠的是无线电 波的传播，传播环境比有线媒质的传播特性复杂 ，移动通信有着与固定通信不同的特点。 一、移动通信的特点 1、无线电波传播环境

2、复杂： 移动通信的电波处在特高频（3003000MHz ）频段，电波传播主要方式是视距传播。电磁波 在传播时不仅有直射波信号，还有经地面、建筑 群等产生的反射、折射、绕射的传播，从而产生 多径传播引起的快衰落、阴影效应引起的慢衰落 ，系统必需配有抗衰落措施，才能保证正常运行 。 *3 2、噪声和干扰严重： 移动台在移动时即受到环 境噪声的干扰，又有系统干扰。由于系统内有 多个用户，必须采用频率复用技术，系统就有 了互调干扰、邻道干扰、同频干扰等主要的系 统干扰，这就要求系统有合理的同频复用规划 和无线网络优化等措施。 3、用户的移动性：用户的移动性和移动的不可预 知性，要求系统有完善的管理技术

3、对用户的位 置进行登记、跟踪，不因位置改变中断通信。 4、频率资源有限： ITU对无线频率的划分有严格 规定，要设法提高系统的频率利用率。 *4 二、移动通信的分类 1. 按服务对象分类： 公用移动通信和专用移动通信。 2. 按组网方式分类： 峰窝状移动通信、移动卫星通信、移动数据通 信、公用无绳电话、集群调度电话等。 3. 按工作方式分类： 单向和双向通信方式两大类，双向通信方式 可又分为单工、双工和半双工通信方式。 4. 按采用的技术分类： 分为模拟移动通信系统和数字移动通信系统 。 *5 第二节 移动通信的发展历程 n80年代发展起来的第一代模拟移动通信系统。 n90年代初发展为第二代数

4、字移动通信系统。 n现正在建设第三代宽带数字移动通信系统（3G） 。 n3G以宽带多媒体移动通信为目标，数据传输速率 ： 高速移动环境 144kbit/s； 步行慢速移动环境 384kbit/s； 室内静态环境 2Mbit/s； n3G世界三大主流标准： WCDMA、CDMA 2000、TD-SCDMA（我国提 出的标准）。 *6 第三节 数字移动通信技术 一、数字调制技术 n数字调制是使在信道上传送的信号特性与信道 特性相匹配的一种技术。 n模拟语音信号，经过语音编码所得到的数字信 号必须经过调制才能实际传输。 n无线传输系统中，是利用载波来携带语音编码 信号的，即用语音编码后的数字信号对载

5、波进 行调制。 n数字调制方式有以下几种： *7 l移频键控（FSK）： 载波的频率按照数字信号 “1” 、“0”变化而对应变化； l移相键控（PSK）： 载波的相位按照数字信号“1” 、“0”变化而对应变化； l振幅键控（ASK）： 载波的振幅按照数字信号“1” 、“0”变化而对应变化。 lGSM移动通信系统采用高斯预滤波最小移频键控 GMSK。 n移动通信使用的调制技术还有： 二相移相键控（ BPSK）、四相移相键控（QPSK）、正交调幅（ QAM）,频谱利用率较高,设计难度和成本较高。 *8 二、多址技术 n多址技术就是把多个用户接入一个传输媒质实 现相互间通信时，给每个用户信号赋予不同

6、的 特征，以区分不同的用户的技术。 n常用的多址方式： 頻分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分 多址（CDMA）。 nGSM系统使用：频分多址（FDMA）/时分多址（ TDMA）混和多址方式，即 FDMA/TDMA。 n3G系统多址方式使用：码分多址（CDMA)方式。 *9 1、频分多址（FDMA） nFDMA是把工作频段划分成多个无线载频，每一个载 频信道可以传输一路语音或控制信息，通信时不同 的MS占用不同的频率信道进行通信。 nFDMA的特点： （1）信道的带宽较窄（2530KHz），相邻频道 要留有防护频带； （2）与TDMA系统比，FDMA系统的复杂程度低。 （3）采用单路

7、单载波（SCPC）设计，需使用高性 能的射频（RF）带通滤波器来减少邻道干扰，成 本较高。 *10 2、时分多址（TDMA） nTDMA是把时间分成周期性的帧，每一帧再分 割成若干时隙，一个时隙就是一个通信信道。 n通信时，给每个用户分配一个时隙，使各移动 台在每帧内只能按指定的时隙向基站发射或接 收信号。同一个频道就可供几个用户同时进行 通信。 nGSM系统无线路径上采用TDMA方式，每一个 载频可分成8个时隙，一个时隙为一个信道，一 个载频最多可有8个移动用户同时进行通信。 *11供几个用户 n如下图所示的频分多址和时分多址方式： a. FDMA b. TDMA *12 n时分多址（TDM

8、A）的特点 （1）TDMA系统中几个用户共享同一个载频， 但每个用户使用彼此互不重叠的时隙。 （2）TDMA系统中的数据发射是不连续的，是 以突发方式发射，耗电较少，移动台可在空闲的 时隙里监听其他基站，使越区切换大为简化。 （3）共享设备的成本低，每一载频为许多用户 提供业务，用户平均成本大大低于FDMA系统。 （4）移动台复杂，它需要处理复杂的数字信号 。 *13 3、码分多址（CDMA） 移动通信中，多个用户使用的频率和时间都是 相同的，而给每个移动台分配一个独立的码序列 ，这种用不同的正交编码序列来区分不同移动用 户的通信方式，称为码分多址。 n码分多址（CDMA)的特点 （1）系统容

9、量大。CDMA 无线信道容量 比 FDMA 大近10倍。 （2）有很强的抑制干扰和多径衰落的能力。 CDMA的扩频系统可以把多径干扰信号解扩去除。 （3）具有软容量和小区呼吸功能。系统忙时只 需少许增加系统噪声就可增加通话用户，即所谓 软容量。小区呼吸功能是指负荷量动态控制。 *14 （4）软切换。当 移动台超越小区或扇区时，由于 工作频率相同，只是地址码序列不同，不需要频 率的切换，称之为软切换。软切换是先接后断切 换，软切换可靠性高。 （5）存在多址干扰和远近效应。CDMA的地址码 不可能完全正交，在解扩过程中必然带来用户间 的干扰；CDMA的信道也采用地址码分割，并切 公用载波，增加信道

10、的同时干扰也增加。 CDMA系统通过自动功率控制减轻其影响。 n由于信道地址码的相互作用，任何一个信道将受 到其他不同地址码信道的干扰，称为多址干扰。 *15 nCDMA系统的多址干扰直接限制容量的扩大。 码分多址技术是基于以下两种扩频通信方式 ： （1）跳频技术 跳频技术是扩频通信中的一种，GSM系统中 使用跳频技术，其主要功能是可有效地减小传 播信道对某个频率的选择性衰落；可避免多径 信号的干扰。 跳频分为基带跳频和射频跳频两种。 如图所示。（a）基带跳频 （b）射频跳频 （2）扩频技术 *16 *17 TRXn TRX2 TRX1 耦 合 器 基带信号 时隙 交叉 控制 图 1.2（a）

11、基带跳频 *18 PN码发生器可变频率合成器 射频调制 频率合成器 射频调制 耦 合 器 基带信令 基带信息 F0 F1-Fn 图 1.2（b）射频跳频 扩频通信是将信息信号的频谱扩展后再进行传 输，提高了系统的抗干扰能力，在强干扰甚至 信号被噪声淹没的情况下，能保证可靠通信。 常用的扩频通信技术如下： l直接扩频（DS） 将要传输的信息数据用高 速伪随机码序列调制，由于伪随机序列的速率 （带宽）远大于信息数据速率，使要传递信息 数据信号的频谱被展宽。 l跳频（FH） 荷载信息的信号受伪随机序列 的控制，在一组预先指定的频率上离散地跳变 ，从而扩展了发射信号的频谱。 *19 三、双工方式 1、

12、频分双工（FDD）： 收发信各占用一个频率。 优点是收、发信号同时进行，时延小，技术成熟 ，缺点是设备成本高。 2、时分双工（TDD）： 收发信使用同一个频率, 但使用不同时隙。 优点是频谱利用灵活,上、下行使用相同的频率 ，传输特性相同，有利于使用智能天线,无收发 间隔要求,支持不对称业务,设备成本低等。 缺点是小区半径小,抗快衰落和多普勒效应的能 力低于FDD,终端移动速度不能超过120km/h。 *20 四、频率复用技术 在移动通信系统中，频率资源有限，为提高频 谱利用率，在相隔一定距离后重新使用相同的频 率组，这种采用同頻复用和頻率分组来提高頻率 利用率方式，就是频率复用技术。 n实际

13、应用中常采用 4/12 和 3/9 频率复用分组 方式。即将12组頻率轮流分配到4个基站和将9组 頻率轮流分配到3个基站，每个站点可用到3个频 率组。 n频率复用会带来小区间的干扰，GSM系统要求： 同频干扰保护比 C/I9dB 邻频干扰保护比 C/I-9dB *21 *22 图 1.3 按4/12方式复用的小区示意图 *23 图1.5 按3/9方式复用的小区示意图 第四节 无线电频谱管理与使用 1、无线电频谱管理 2、移动通信的频谱特性和管理 *24 nGSM是全球第一个标准化的数字蜂窝移动通信系 统，它对数字调制方式、网络结构和业务种类等 进行标准化规范，GSM系统可以提供全球漫游。 n主

14、要特点 1、频谱效率高：采用了高效调制器、信道编码和 语音编码等技术，系统具有高频谱效率。 2、容量大：比TACS（模拟移动通信系统）高3-5倍 3、话音质量好： 接收信号在门限值以上时，达到与有线传输相同 的水平而与无线传输质量无关。 *25 4、开放的接口： GSM系统从空中接口到网络之间以及网络中各实体 之间，提供的接口都是开放性的。 5、安全性高： 通过鉴权、加密和TMSI（临时用户 识别码）号码的使用，实现了安全保护，鉴权用来 验证用户的入网权力，加密防止有人跟踪而泄漏地 理位置。 6、可与ISDN（综合业务数据网）、PSTN（公用电 话网）等互连，与其它网络互连是利用现有接口。 n

15、在SIM卡基础上实现漫游，漫游是移动通信的重要 特征，GSM系统可以提供全球漫游。 *26 第一节 GSM系统的结构 一、GSM系统的结构 主要由 移动台（MS）、基站子系统 （ BSS）和 网络子系统（NSS）三部分组成。 GSM系统通过一定的网络接口和用户连接。 其结构方框图见图2.1 *27 *28 SMC 图2.1 GSM系统的结构图 1.移动台（MS）： 是移动用户设备部分，由移动终端和用户识别卡 (SIM)两部分组成，移动终端是“机”，SIM卡是“ 身份卡”，存有认证用户身份的所有信息。SIM卡 还存储与网络和用户有关的管理数据，只有插入 SIM卡后移动台才能接入进网。 2.基站子

16、系统（BSS）： 由基站控制器（BSC）和基站收发信机（BTS）两部 分组成，是GSM系统的基本组成部分。 n 基站控制器（BSC）：具有对一个或多个BTS进行 控制的功能，主要负责无线资源管理、小区配置数 据管理、功率控制、定位和切换等。 基站控制器（BSC)是一个很强的业务控制点。 *29 n 基站收发信台（BTS）： 是无线接口设备，主要包括无线发射和接收设备 、天线设备及信号处理部分。完成无线传输、有 线与无线转换、分集、加密、跳频等。实现BTS 与 MS 之间无线传输和相关控制功能。 3.网络子系统（NSS）： 由移动业物交换中心（ MSC）、来访用户位置寄存器（VLR）、归属用户 位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）和移动设 备识别寄存器（EIR）、短消息业物中心（SMC) 等单元组成。主要完成交换功能和用户数据与移 动性管理、安全性管理所需的数据库功能。 *30 （1） 移动业务交换中心（MSC）： n是GSM系统的核心，它一侧和 BSS接口，另一侧 与