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1、无线通信系统基础,2010年北分培训,主要内容,移动通信系统概述 基本概念 GSM基础理论,移动通信系统概念,通信: 利用电子等技术手段,借助电/光信号实现从一地 向另一地进行消息的有效传递和交换. 移动通信系统 是指:通信双方或至少有一方是在运动中进行信息交换的通信方式。,移动通信的特点,移动通信与固定点通信相比有以下特点: (1)电波传播条件恶劣 (2)在强干扰情况下工作 (3)具有多卜勒效应 (4)用户经常移动,蜂窝移动通信,蜂窝移动通信的概念 将覆盖区域划分成一个个小的区域。 使用低功率的发射机服务一个小的区域，被称为小区（Cell） 蜂窝的类型 宏蜂窝（Macro Cell） 微蜂窝
2、（Micro Cell） 微微蜂窝（Pico Cell）,移动通信的发展历程,无线电传播特征,传播特征 无线电波分布在3Hz到3000GHz之间，在不同的频段内的频率具有不同的传播特性。 频率越低，传播损耗越小，覆盖距离越远；而且频率越低，绕射能力越强，建筑物内覆盖效果越好。但是，低频段频率资源紧张，系统容量有限，因此主要应用于广播、电视、寻呼等系统。 高频段频率资源丰富，系统容量大；但是频率越高，传播损耗越大，覆盖距离越近；而且频率越高，绕射能力越弱，建筑物内覆盖效果越差。而且频率越高，技术难度越大，系统的成本也相应提高。,无线电传播特征,反射波 绕射波 直达波 地面反射波,无线电传播特征,
3、多径,无线电传播特征,信号衰落,无线电传播特征,传播损耗 Ploss=32.44+20lgfMHz+20lgdkm 设f=900MHz，该传播损耗可描述为： Ploss=91.52+20lgd =L0+10lgd L0=91.52,基本概念,dBm dBm是一个考征功率绝对值的值。 计算公式为： 10lg（P功率值/1mw） 例1 如果发射功率P为1mw，折算为dBm后为0dBm。 例2 对于10W的功率，按dBm单位进行折算后的值为： 10lg（10W/1mw)=10lg（10000） =40 dBm 。,基本概念,dB dB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dB时，
4、按下面计算公式： 10lg（甲功率/乙功率）。 例3 甲功率比乙功率大一倍，那么10lg（甲功率/乙功率）=10lg2=3dB。也就是说，甲的功率比乙的功率大3 dB。 例4 7/8 英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3.9dB。 例5 如果甲的功率为46dBm，乙的功率为40dBm，则可以说，甲比乙大6 dB。,基本概念,dBi 和dBd dBi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。一般认为，表示同一个增益，用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2. 15。 例6 对于一
5、面增益为16dBd的天线，其增益折算成单位为 dBi时，则为18.15dBi（一般忽略小数位，为18dBi）。 例7 0dBd=2.15dBi。 例8 GSM900天线增益可以为13dBd（15dBi），GSM1800 天线增益可以为15dBd（17dBi)。,基本概念,上行与下行(反向与前向) 下行：从基站到移动台方向（基站发移动台收）。 上行：从移动台到基站方向（移动台发基站收）。,基本概念,多址,基本概念,话务量 话务量：是度量通信系统业务量或繁忙程度的指标，是指单位时间内（1小时）进行的平均电话交换量。 若话务量A表示，则 A=S* S：每次呼叫平均占用信道的时间，单位为“小时/次”。
6、 ：每小时的平均呼叫次数（流入话务量），单位为 “次/小时”。 话务量A是无量纲的量，命名为“爱尔兰”简称Erl。 如果一个小时内不断地占用一个信道，则其呼叫话务量为1爱尔兰，是一个信道具有的最大话务量。,GSM移动通信系统的概述,GSM 的含义,Global System for Mobile communications 其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。 GSM系统是欧洲在20世纪80年代设计，1992年开通的数字移动通信系统。 北京于1994年开通GSM 900M系统，1998年开通DCS 1800M。,GSM的系统结构,移动台部分
7、(MS) 基站子系统(BSS) 网络子系统(NSS),GSM系统频率规划,GSM的实用频段划分,中国移动 GSM900频段： 上行（移动台发，基站收）：885 MHZ909 MHZ 下行（基站发，移动台收）：930 MHZ954 MHZ DCS1800频段： 上行（移动站发，基站收）：1710 MHZ1735 MHZ 下行（基站发，移动站收）：1805 MHZ1830 MHZ 中国联通： 900M频段： 909915MH（上行），954960MHz(下行) 1800M频段: 1745-1765MHz（上行），1840-1860MHz（下行）。,频道间隔 相邻两频点间隔为为200kHz，每个频点
8、采用时分多址（TDMA）方式，分为8个时隙，既8个信道（全速率），如GSM采用半速率话音编码后，每个频点可容纳16个半速率信道，可使系统容量扩大一倍，但其代价必然是导致语音质量的降低。,频道配置 绝对频点号和频道标称中心频率的关系为： GSM900MHz频段为: fl(n)=890MHz + n0.2MHz (移动台发,基站收）； fh(n)=fl(n)+45MHz (基站发,移动台收); n1，124 GSM1800MHz频段为： fl(n)=1710MHz + （n-511） 0.2MHz (移动台发,基站收）； fh(n)=fl(n)+95MHz (基站发,移动台收）；n512，885
9、其中：fl(n)为上行信道频率、fh(n)为下行信道频率,n为绝对频点号（ARFCN）。,跳频技术,调制,信道编码与交织,语音数字化及编码,f1,f2,f3,f4,f1,信息通过不断跳跃的频率被传输,跳频技术,GSM空中接口,空中接口分类,GSM空中接口分为物理信道和逻辑信道两种 物理信道是指传输信息的媒介 逻辑信道由物理信道上传输的信息组成。,物理信道,什么是物理信道 单个GSM 载频可以支持8个移动用户同时通话。每个通话的信道占用载频的八分之一的时间，这种技术称为时分复用。时间被分成了多个时间段，每个时间段称为一个“时隙”，时隙按顺序排列，并编号为0到7。一个时隙就是一个物理信道。,物理信
10、道,逻辑信道,什么是逻辑信道 根据BTS和MS之间传递的消息种类不同而定义的不同逻辑信道。逻辑信道是通过BTS来映射到物理信道上来传送。当同一个物理信道承载不同的突发脉冲时，他就成了不同的逻辑信道。 GSM空中接口有两种逻辑信道： 业务信道（Traffic Channel） 控制信道（Control Channel）。,业务信道,业务信道用于传送话音和数据信息。,控制信道,控制信道,控制信道,呼叫流程,呼叫流程（传统交换）.exe,GSM呼叫基本流程,GSM呼叫基本流程,从手机到固定用户的呼叫流程 （1），手机用户按下”SEND”键发送“channel request”消息给BSS。接下来，B
11、SS分配专用控制信道，建立MS和BSS之间的信令链路。（“SABM”-设置异步平衡模式） （2），BSS将“Request for service”消息送到MSC，MSC并将之送到VLR。如果该手机用户已经预先在该VLR注册，则VLR将执行鉴权进程；如果MS没有注册，该VLR将从HLR提取该MS的鉴权参数。图中是假设该MS预先在VLR注册的情况。 （3），手机用户鉴权（可选）通过利用鉴权消息和加密算法产生。如果鉴权成功，“呼叫建立”流程将继续。如果加密被使用，此时，这些消息将做为“set_up”消息包含在敏感信息中被初始化。 （4），呼叫信息（包括呼叫种类、被呼叫的数目等）伴随着“set_up
12、”消息将被MS送到MSC。该消息随后被MSC送到VLR。 （5），MSC可以初始化进行IMEI检查（是否MS是被盗手机？等等）注意：在消息流程中，该检查可能会推迟发生。,GSM呼叫基本流程,（6），为响应“set_up”消息，VLR送“complete call”消息给MSC，MSC通过BSS通报“call proceeding”消息给MS。 （7），MSC随后分配业务信道给BSS（通过”assignment command”）并且BSS分配一个”air_interface”业务信道。MS通过“assignment complete”消息响应BSS并发到MSC。 （8），MSC送”initia
13、l and final messafe(IFAM)给PSTN。当被叫振铃时，PSTN回应“address complete messgage(ACM)”给MSC，MSC再送”Alerting”信息给MS，此时MS处听到回铃音。 （9），被叫用户摘机后（此时，PSTN回“Answer”消息给MSC）,MSC发 “connect”消息给MS，并且停给MS的回铃音。然后，MSC连接GSM业务信道和PSTN，完成点对点的业务连接。 （10），开始通话。,GSM呼叫基本流程,从固定用户到手机的呼叫流程 （1）PSTN将一个C7消息“initial and Final Address Message(IF
14、AM)”送给网关MSC（GMSC）。MS被叫通过MSISDN被识别。 （2）仍用MSISDN标识，GMSC送“Send Routing Info”消息给HLR，希望从HLR得到有关的路由信息。接下来，通过HLR中的给出有关此MS的IMSI的标识，HLR送消息给该MS当前所在的LAI的VLR。该需求信息将定位GMSC所要送IFAM给的MSC。 （3）通过VLR分配的MSRN的标识，VLR将“Routing information Ack”的消息送到GMSC。GMSC通过MSRN的标识，将IFAM送到该MS所在区域的MSC。 （4）“visitor”MSC向VLR请求call set_up的信息。
15、 （5）VLR将MSC所要的“寻呼”消息给MSC。MSC随后通过相关的BSS送”pageing request”给MS（在PCH上发送）。 （6）MS响应该寻呼，请求BSS分配一个专用控制信道（包含在Channel request消息中）和要求建立空中接口的信令链路。一旦建立，将”paging Response”的消息通过该专用控制信道传送给BSS，并将之通过MSC传送给VLR。,GSM呼叫基本流程,（7）手机设置鉴权和加密模式。“complete Call”消息将从VLR送到MSC。并通过BSS将“Setup”消息送给MS。 （8）MS送“call confirmation”消息给MSC，指
16、示MS接收到了此呼叫。之后，MSC送“Address Complete Message(ACM)”消息给GMSC并传送到PSTN。固定用户开始听回铃音。 （9） MSC随后分配一个业务信道给BSS（Assignment Command），BSS立即分配一个air_interface业务信道。MS通过发“Assignment Complete”消息给BSS，并立即发给MSC。MS开始振铃，并送MSC”alerting”的消息。 （10）当手机用户摘机后，MS送消息“connect”给MSC。MSC接收后送“Answer(ANS)”给GMSC和PSTN。固定用户振铃停止。GMSC和MSC将GSM业务信道和PSTN电路连接上。 开始通话。,基本概念,PB(Path Balance) 公式：PB=上行链路损耗 下行链路损耗+ 110; PB值偏小：下行损耗偏大 PB值偏大：上行损耗偏大,
