1、无线网络基础知识,中国移动通信集团河南有限公司网优专家小组,中级培训第一模块之一,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,数字技术IMT-2000 (ITU)UMTS (WCDMA, TD-SCDMA), CDMA 2000,第二代,1990,2000,第一代,第三代,数字技术例如: GSM, CDMA (IS-95),模拟技术例如: TACS, AMPS,移动通信技术的演进,全球移动通信系统,移动通信技术的演进,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。 F
2、DMA: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。 TDMA: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 CDMA: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,多址接入技术,移动通信技术的演进,移动通信技术的演进,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
3、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,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（FDMA+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
4、,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:GSM900MHz频段为：890915(移动台发,基站收),935960(基站发,移动台收);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,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TDS-CDMA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
5、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 MSC,other BTSs,OMC,GSM系统结构,GSM 900 :GSM 1800 :信道间隔： 200kHz,1710,1785,1805,1880,双工距离 : 95 MHz,890,915,935,960,双工距离 : 45 MHz,运营商 A,运营商 B,B,A,暂未分配,GSM系统频率资源,GSM 900 and GSM 1800 就像一对孪生兄弟 GSM 900 GSM 1800 频率带宽 890.960 MHz
6、1710.1880 MHz 信道数 124 374 信道间隔 200 kHz 200 kHz 接入技术 TDMA TDMA 手机功率 2 W 1 W,GSM900 和 GSM1800没有很大区别，通信机制完全一样,GSM900/1800 异同比较,GSM900 and GSM1800 的逻辑信道划分是一样的,空中接口逻辑信道,BCH,CCCH,通用 信道,DCCH,TCH,专用 信道,系统下行信道结构,RACH,CCCH,通用 信道,DCCH,TCH,专用 信道,系统上行信道结构,GSM900 and GSM1800 的逻辑信道划分是一样的,空中接口逻辑信道,下行信道,上、下行信道,上行 信道
7、,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,FCCH SCH BCCHPCH RACH AGCH SDCCH FACCH TCH FACCH,各逻辑信道作用示意,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,Downlink CCCH,TCH,常用的信道配置,COMBINED 信道组合,NON-COMBINED 信道组合,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
8、,无线链路传播,电波传播理论是一门严谨的科学,无线电波传播理论,问题：移动通信比较固定通信有那些特殊性呢 ? 多径无线传播 无线路径是一个很复杂的传播媒介 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 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 用户行为的不确定性,移动通信环境,多径传播 阴影效应 地形、地貌 反射 信号的相互干扰,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 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,反射
9、,慢衰落(正态衰落)传播路径上大的阻挡物引起的阴影效应快衰落 (瑞利衰落)几路信号破坏性的叠加“衰落谷点”, “信号黑洞”,信号衰落,信号衰落,自由空间信号传播信号强度随距离指数倍衰减,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,吸收效应深度信号衰减 相位变化因材料而异去偏极,衍射锲型模型刀刃模型 多刀刃模型,A,A - 530 dB,电波传播,常用单位辨析,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等单位 定义：发射功率P为1mw时，
10、折算为dBm后为0dBm 公式为：10*log（P/1mw）1w=30dBm 5w=37dBm 2w=33dBm 10w=40dBm 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。 dBi= dBd+2.15 常用于天线增益 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个dB时，按下面计算公式：10lg（甲功率/乙功率）,1,Okumura- Hata（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,Walfis
11、h- Ikegami Model 适用于小范围传播预测（ 1km）,传播预测模型,其中 f 频率，单位为 MHz 150-2000 h 基站天线高度 米 30-200 a(h) 手机天线高度的函数 d 手机和基站之间的距离 公里 L 路径损耗 dB A= 69.55, B = 26.16 (150 1000 MHz) A= 46.3 , B = 33.9 (1000 2000MHz),不同地貌的衰减因子,奥村模型,市区 小区半径小,信号衰减很大 森林 信号被强烈阻挡或吸收影响随季节不同而变化 开阔田地 信号传播容易，接近自由传播 水面 信号传播非常容易，应特别注意信号的水面反射 ! 大山体 信
12、号被反射 冰川 信号被强烈反射，容易引起严重干扰 山丘 可以有效用于小区分界，降低干扰,地物地貌类型,适用于市区复杂情况下微蜂窝传播预测 假设市区建筑规则分布 总的信号传播损耗包括3大部分： 直线传播损耗 LLOS 屋顶到街道信号损耗 LRTS 手机周为环境损耗 LMS,h,w,b,d,Walfish- Ikegami模型,时间分集 频率分集 空间分集 极化分集 多径分集,编码, 交织 跳频 多单极化天线 双极化天线 均衡器,f,GSM系统的分集技术,分集增益取决于环境 分集增益能增加覆盖吗? 天线分集可以获得3-5dB信号增益相当于可以容忍更大的路径损耗获得更大的有效覆盖范围,以上估算基于传
13、播环境平坦而言,分集带来的好处,信号 =所有有用信号 carrier所有无用信号 interference,=,GSM 标准: 同频：C/I= 9dB ，工程上: C/I= 12dB 邻频：C/I= -9dB ，工程上：C/I= -6dB 400K邻频：C/I= -41dB ，工程上：C/I= -38dB,有用信号,环境噪声,其他信号,干扰,信号质量下降比特误码 可修复: 信道编码, 纠错 不可修复 : 相位失真,干扰的影响,接收质量 （RXQUAL parameter） 接收质量等级 （0 . 7）,RXQUAL Mean BER BER range class (%) from. to 0
14、 0,14 12,8 %,较好,不可容忍,好,可以接受,GSM系统信号质量,多径信号 (回声效应) 频率复用的同邻频干扰 外部干扰,网络质量的提高更要注意网络干扰的有效控制,尽可能降低网络的干扰,干扰源,科学的频率分配方案合理的站点布局天线下倾和方位角合理调整合理的天线型号非法干扰源的排除,降低干扰的方法,FH（跳频） 一种分集技术, “副作用”就是分担了网络干扰 效果 = 更少的衰落谷点解码增益干扰分集 DPC（自动功率控制） 原理：评估信号电平和质量 DTX（不连续发射） 语音间隙关闭发射机。,降低干扰的方法,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 min. =3
15、 TRX 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 衰落的，由此却产生了抗干扰效果,跳频,延长电池寿命 降低网络干扰 可变步长和固定步长 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 dm,BCCH载频不参加 功率控制,功率控制,DTX: 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: 下行没有使用，上行在使用,延长电池寿命 降低干扰,不连续发射,2.1 电波传播 2.2 传播模型 2.3 天线系统 2.4 GSM系统分
16、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,什么是链路平衡? 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 : downlink = uplink,上下行链路必须平衡,传播链路平衡,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,传播链路平衡,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,传播链路平衡,链路预算,第一步：根据手机的发射功率计算最大路径损耗,
17、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,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,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50dbm,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,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？,
