无线通信知识入门2

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1、快速理解无线通信快速理解无线通信与固定电话相比，有个本质区别：接口和信道。 电话通过电话线与网络进行连接，看得见、摸得着；手机与基站的接口看不见、摸不着 固定电话的信号通过电话线进行传递；手机的信号通过电磁波进行空中传送 有了这两个区别，无线通信就有了下面几个问题： 1.基站如何区分手机基站如何区分手机。 不同于固定电话，一个电话一根线。手机与基站通过电磁波进行，基站面对那么多手机， 如何知道信号是哪个手机发送到？ 频分/时分/码分 2.手机如何找到基站手机如何找到基站 分三步走： 第一步：发现基站。基站通过不停的广播消息，方便手机找到基站。那么手机如何收到基 站的广播消息呢？对于 GSM，不

2、同基站广播消息所用的频率不同，因此 GSM 手机必须扫 描整个频点，按信号强度依次检查，一直到找到合适的基站广播，就像使用收音机调频一 样。对于 CDMA，基站固定使用一个频率广播信息，手机只要调谐到这个频率即可。 第二步：广播内容。主要是同步信号，还有基站的标识、空中接口的参数等。目地就是让 手机与这个基站更好进行通信，同时认识这个基站 第三步：广播之间避免干扰。那么多基站进行广播，怎么避免干扰？GSM 相邻的基站采取 同步的频率；CDMA 采用固定频率，但扩频码不一样 3.基站如何找到手机基站如何找到手机 手机经常处于移动状态，在各个基站之间溜达，如何快速找到手机？两招：主动上报和定 期上

3、报。 首先，运营商会将一个地区的无线网络划分为若干个位置区。手机通过侦听广播消息得知 自己所有位置区后，如果发现自己所在的位置区发生了改变，主动告诉无线网络。网络收 到位置更新消息后，记录在位置寄存器中 其次，手机在上报位置后，可能会因为手机没电等原因，导致网络无法找到你，此时网络 再继续寻呼就是浪费资源。因此你的周期性的定时上报自己的位置，对于逾时未报就作为 “网络不可及”处理。 4.如何识别手机用户的身份如何识别手机用户的身份 只有识别的身份才能更好的进行服务以及进行收费。 IMSI（International Mobile Subscriber Identity）就是手机的身份证号。但身

4、份证是可以伪造 的，在 GSM 中，采用了“用户标识+密码”的方法进行鉴权；CDMA 中，使用 A-KEY 进行 鉴权。 5.如何保证对话不被窃听如何保证对话不被窃听 电磁波是很容易被别人拦截和窃听到了。在模拟通信时代，只能通过传输密文解决该问题。 数字通信时代这个问题就比较好解决了，简单的说就是对比特流进行加密/解密运算。 6.如何保证如何保证“移动移动”着打电话不会有问题着打电话不会有问题 手机在通话过程中，会从一个基站覆盖范围跑到另一个基站的覆盖范围，如何在不同基站 之间进行切换同时保证通信不中断？ 切换可以分为硬切换和软切换。 对于 GSM，由于相邻小区工作频点不一样，手机只有一套信号

5、滤波器，因此要完成切换，必须更改当前信号滤波器的频段，等调谐到要切换的频率才能和新的基站建立通信，因此 只能实现硬切换。 对于 CDMA，由于相邻小区工作在一个频段，实现软切换就很容易了。手机在空闲态进行 切换，自己做主就可以了；如果处于通话状态，则需要根据基站的指示进行切换。通信的本质通信的本质 - 通信系统概述通信系统概述说话、击鼓鸣金、烽火台、八百里加急、飞鸽传书、模拟通信系统、GSM、CDMA 都是通 信，都有发射方、接收方、承载介质和编码。只是通信方式、通信范围、通信质量等不同 而已。通信系统架构通信系统架构最原始的通信系统。由于低频信号不利于传输，需要将其调制到高频信号上，就加上了

6、调制/解调器信道以及发射机接收机本身都会产生噪声，我们不能不考虑它的存在加上数字编解码器后，模拟就变为了数字通信系统进行数字编码时，我们希望编码尽量简洁，减少冗余信息，这部分称为信源编码；但为了 保证编码在收到各种噪声干扰后，接收端仍能对信息完整性作出一个判断，并尽量还原原 来的信息，又需要增加一些冗余信息，这部分称为信道编码。信号的基础知识信号的基础知识什么是信号？通信系统承载的信息流就是信号。 数字通信系统中使用的是电磁信号。电磁信号是一个时间的函数，也是一个频率的函数， 即信号由不同的频率成分组成。 时间的函数好理解，频率的函数呢？从频域的观点看，迈克尔一场比赛的时长只是影响各个动作频率

7、的权重。信号在时域上的不断延伸只不过是改变各个谐波分量的权重值，频域上不需要时间这个维度，时间上的变 化在这里转换为权重上的变化。模拟信号如何转变为数字信号模拟信号如何转变为数字信号采样采样奈奎斯采样定理：如果一个信号是带限的（即它的傅里叶变化在某一有限频带范围以外均 为零） ，如果采样的样本足够密（采样频率大于信号带宽的两倍） ，那么就可以无失真的还 原信号。 14kHz 是人耳非常敏感的频率范围，根据奈奎斯采样定理，8kHz 基本可满足手机通话的 需求。量化量化有了奈奎斯采样定理，我们可以从模拟信号得到离散信号，但这不是数字信号。离散信号 也可以取无穷多个值，为了能够使用有限的 N 位二进

8、制进行表示，必须进行量化。编码编码经过量化并得到一堆量化值后，还需要将这些量化值进行编码。狭义的编码就是将数值转 化为二进制比特流的过程。 信源编码：以提高通信有效性为目的的编码 信号编码：以提高信息传输可靠性为目地的编码调制调制所谓调制，就是频谱的搬移。为什么要进行频谱搬移？ 1.音频范围（10Hz-20kHz）的信号在大气层中衰减太厉害 2.电磁波的频率与天线尺寸要匹配。合适的天线尺寸为电磁信号的 1/4 波长为佳，直接 传输 4kHz 语音信号的天线尺寸为 18750m 3.高频段更易于采用频分复用 怎么把一串比特流嵌入到一个电磁波中？幅移键控、频移键控、相移键控幅移键控容易受到突发脉冲

9、的影响。空中接口技术空中接口技术复用技术复用技术所谓复用技术，就是用来区分在同一频段下通信的不同终端的技术。空分复用是从空间上 将使用同一频率的不同终端区隔开来；频分复用是把一个频段分为若干块，不同终端占用 不同块；时分复用是从时间上讲终端区隔开来，不同终端通过占用不同的时间块来实现区 分；码分复用是通过终端占用的不同的扩频码来区分如何应对多径效应以及瑞利衰落如何应对多径效应以及瑞利衰落多径是指无线电信号从发射天线经过多个路径抵达接收天线的传播现象。大气层对电波的 散射、电离层对电波的反射和折射，以及山峰、建筑等地表物体对电波的反射都会造成多 径传播。多径会导致信号的衰落和相移。 瑞森（Ric

10、ian）衰落，是指除了有间接的多径信号以外，还有直接的 LoS（Line of sight）路 径。分集技术之交织 交织就是把码字的 b 个比特分散到 n 个帧中，已改变比特间的邻近关系。这样当出现无线 信道衰减时，只会丢失其中的一部分信息，从而可以利用信道编码中的冗余信息进行恢复。分集技术是指一类使携带同一信息的多个信号衰落特性相互独立，并对这些信号进行特定 处理，从而减少衰落对信号影响的技术。分为空间分集、频率分集和时间分集。分集技术之跳频 跳频简单的说两个设备通信过程中按一定规则从一个频率跳转到另外一个频率。 使用调频技术后： 1.当某一频点出现干扰时，不会导致使用该频点用户的通话质量急

11、剧变差 2.不同频率信号的衰落特性不同，通过跳频可使携带同一部分的所有脉冲不会被瑞利衰 落以同一方式破坏掉。时间提前量（TA 值） 由于 GSM 系统的空中接口采取了时分复用技术，那么精准的控制手机的发射时间就变得异常重要。一个手机必须在指配给它的时间发射信号，其余时间必须保持寂静，否则就会干 扰同样载频上不同时隙的其他用户。 手机在使用过程中与基站的距离是变化的，当手机在离基站 0 距离和离基站十几千米时使 用一个时隙会不会有问题？为了消除路径的时延，就引入了一个时间提前量 TA（Time Advance）值，指示手机提前发射。训练序列 - 时间色散与均衡时间色散也是由于多径传播导致的，也称

12、为码间干扰。 GSM 系统中引入了训练序列，用于帮助基站来衡量和判断无线信道的情况并在接收信号的 时候予以校正。无论发射端还是接收端，都是事先知道训练序列的。手机把训练序列发送 出去，基站收到后，对其进行核对，如果完全一致，表明通信质量很好。商业蜂窝通信系统的典范商业蜂窝通信系统的典范 - GSMSIM 卡卡SIM 卡是一个装有微处理器的芯片卡，它的内部有 5 个模块：8bit CPU, 程序存储器 ROM (38kbit), 工作存储器 RAM (616kbit), 数据存储器 EEPROM (128256KBIT) 和串行通信单元。手机手机1.天线：电磁波和高频电流的转换器 2.低噪声放大

13、电路：放大天线感应到的信号 3.射频滤波器：把 GSM 接收频段以外的信号过滤掉 4.超外差电路：把高频电流信号降下来变为中频电流信号 5.基带：包括调制/解调，编码/解码，加密/解密GSM 编号计划编号计划1.移动台的国际 ISDN 号码（MSISDN） 主叫用户为呼叫数字公用陆地蜂窝移动通信网中的用户所需拨的号码，即拨打的手机号， 采用“E.164”编码计划。CC: 国家码，比如 86 是中国的国家码 NDC（National Destination Code）: 国内目的地码，即网络接入号，比如 139 SN（Subscriber Number）：用户号码 2.国际移动用户识别码（IMS

14、I，Internatioanl Mobile Subscriber Identity） 移动通信系统中对终端的标识。 IMSI = MCC + MNC + MSIN3.移动台漫游号码（MSRN，Mobile Station Roaming Number） MSRN 的结构与 MSISDN 完全一致，所不同的是这个号码由用户漫游地的 MSC/VLR 临时分 配，在建立路由后就释放了。 通过 MSISDN 可以找到其所在的 HLR，但如果要建立一个 MSC 与另一个 MSC 的连接，就要 用到 MSRN 了。 4.临时移动用户识别码（TMSI, Temporary Mobile Subscribe

15、r Identity） TMSI 是为了对用户身份进行保密而在无线通道上代替 IMSI 使用的临时标识。它由 VLR 分 配给在其覆盖区漫游的移动用户的标识码，与 IMSI 对应。TMSI 只在本 MSC 内有效。 5.国际移动台设备识别码（IMEI，International Mobile Equipment Identity） 唯一的识别一个移动台设备 6.位置区识别码（LAI） LAI 代表 MSC 业务区的不同位置区。LAI = MCC + MNC + LAC 7.全球小区识别码（CGI） 一个位置区有若干个 BTS，每个 BTS 一般有 3 个位置区，一个位置区内有若干个小区 CGI

16、 = MCC + MNC + LAC + CIGSM 第三层协议第三层协议层三协议包括无线资源管理 RRM，移动性管理 MM 和连接管理 CM。无线资源管理无线资源管理RRM 的只能在于管理无线接口，包括信道的配置、传输的模式、上下行点评及通信质量的 测量、切换的操作等。 MS 有两种工作模式：空闲模式和专用模式。 空闲模式下，MS 进行网络选择、小区选择、小区重选、位置更新 专用模式下，MS 将出现寻呼、立即指配、鉴权加密、主叫、信道模式改变、链路释放、呼叫重建、功率控制等事件。 从空闲模式向专用模式转换的过程就进入了 RRM 初始化阶段，称为接入（Access） 。 MS 的接入方式：MS 通过在随机接入信道 RACH 上发送一个消息要求接入网络，网络通过 接入许可信道 AGCH 发送立即指配作为响应，为 MS 指定一条专用信道 寻呼过程是网络侧用来触发 MS 进行 RR 连接的方式。MSC 向 BSC 提供被叫用户的 IMSI，BSC 组织寻呼其管辖的所有小区。