1、3G通信原理,张红云,GEdu 高盛教育,第一章 移动通信的基本原理,1.1 概述 1.2 移动通信的信号与信道 1.3移动通信网络结构 1.4噪声与干扰,GEdu 高盛教育,一、移动通信的概念 二、移动通信的工作方式 三、移动通信的多址方式 四、移动通信的特点,GEdu 高盛教育,一、移动通信的概念,移动通信就是指移动体之间、移动体与固定体之间的通信。 一个完整的移动通信系统，由移动台（MS）、基站（BS）、移动交换中心（MSC）及与市话网相连的中继线等组成。,GEdu 高盛教育,二、移动通信的工作方式,1.单向通信方式通信双方中的一方只能接收信号，而另一方只能发送信号，不能互逆，收信方不能
2、对发信方直接进行信息反馈。eg：BP机。,GEdu 高盛教育,二、移动通信的工作方式,2.双向通信方式通信双方都可以接收信号和发送信号。双向通信可以分为以下几种方式：1）单工通信方式单工通信就是移动通信的双方只能交替地进行发信和收信，而不能同时进行发信和收信。即只允许一方发送时另一方进行接收。,GEdu 高盛教育,二、移动通信的工作方式,2）双工通信方式通信的双方在通话时收发信机均同时工作，即任一方在发话的同时，也能收听到对方的信息。eg：手机。 3）半双工通信方式通信的双方，一方使用双工方式，即收发信机同时工作，且使用两个不同的频率f1 和f2，而另一方则采用异频单工方式，即收发信机交替工作
3、。eg：汽车调度。,GEdu 高盛教育,二、移动通信的多址方式,使用多址方式旨在使许多移动用户同时分享有线的信道资源（如无线电频谱资源），即将可用的资源（如可用的信道数）同时分配给众多用户同时使用，以达到较高的系统容量。多址系统的设计主要有两个问题： 多路复用，也就是将一条通路变成多个物理信道。 信道分配，即将单个用户分配到某一具体信道上去。,GEdu 高盛教育,二、移动通信的多址方式,移动通信的多址方式分为以下几种方式： 1）频分多址（FDMA）频分多址是将发送方将要发出的信息调制到移动通信频带内的不同载频位置上。这些载频在频率轴上分别排开，互补重叠。接收方根据载波频率的不同来识别发射地址，
4、从而完成多址连接。,GEdu 高盛教育,图 1.1 FDMA示意图,GEdu 高盛教育,FDMA方式有以下特点： FDMA信道的带宽相对较窄（25-30kHz），相邻信道间要留有防护带 同TDMA系统相比，FDMA移动通信系统的复杂度较低，容易实现。 FDMA系统采用单路单载波（scpc）设计，需要使用高性能的射频（RF）带通滤波器来减少邻道干扰，因而成本较高。,GEdu 高盛教育,2）时分多址(TDMA)在时分多址方式中，移动台向基站发送信号时，分配给移动台的不是一个特定的载波频率，而是一个特定的时隙。各移动台只是在规定的时隙内向基站发射信号（突发信号），基站接收这些顺序发来的突发信号，处理
5、后转发出去。同时，基站发向多个移动台的信号也按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号提取出来，每个用户占用一个周期性重复的时隙。,GEdu 高盛教育,3）码分多址（CDMA）在码分多址方式中，发射载波大多受到两种调制：一种是地址调制（扩频调制）；另一种是射频调制。所有移动台使用相同载频，并且可以同时发射，发射信号往往占有极宽的有时甚至是移动通信频段的全部频带。每个移动台都有自己的地址码。接收时，对某一地址码，只有具有完全一致的地址码的接收机才能检测出信号，而其它接收机检测出的却是呈现为类似高斯过程的宽带噪声。,GEdu 高盛教育,4）空分多
6、址（SDMA）空分多址是一种新发展的多址技术，其核心技术是智能天线的应用。实际上，SDMA通常都不是独立使用的，而是与其他多址方式如FDMA、TDMA、CDMA等结合使用，也就是说对于处于同一波束内的不同用户在用这些多址方式加以区分。,GEdu 高盛教育,四、移动通信的特点,1. 必须使用无线电波传播 2. 电波传播特性复杂 3.干扰多而复杂 4.组网方式多样灵活 5.对设备要求苛刻 6.用户量大二频率有限,GEdu 高盛教育,1.2 移动通信的信号与信道,一、移动通信使用的频段 二、VHF与UHF电波传播特性 三、移动信道的特征 四、分集接收技术 五、信道的调制技术,GEdu 高盛教育,一、
7、移动通信使用的频段,150MHz频段：138149.9MHz 150.05167MHz 450MHz频段：403420MHz 450470MHz 900MHz频段：890915MHz（移动台发、基站收） 935960MHz（基站发、移动台收） 1800MHz频段：17101720MHz（中国移动频段：移动台发、基站收） 18051815MHz（中国移动频段：基站发、移动台收）17451755MHz（中国联通频段：移动台发、基站收） 18401850MHz（中国联通频段：基站发、移动台收）,GEdu 高盛教育,二、VHF与UHF电波传播特性,GEdu 高盛教育,1.电波传播方式 2.VHF电波传
8、播 3.UHF电波传播 4直射波,三、移动信道的特征,1. 多径效应与快衰落 2. 阴影效应与慢衰落 3.衰落储备 4.多普勒频移,GEdu 高盛教育,四、分集接收技术,1. 分集接收的原理 2. 分集方式 3.合并方式,GEdu 高盛教育,五、信号的调制技术,1. 幅移键控（ASK） 2. 频移键控（FSK） 3. 相移键控（PSK） 4. 多相相移键控 5. 正交调幅（QAM）,GEdu 高盛教育,1.3 移动通信网络结构,一、移动通信网络体制 二、移动通信服务区域的划分 三、移动通信的号码方式 四、分集接收技术 五、信道的调制技术,GEdu 高盛教育,一、移动通信网络体制,GEdu 高盛
9、教育,移动通信网的服务区域覆盖方式可分为两种体制：1. 小容量的大区制2.大容量的小区制,GEdu 高盛教育,1. 大区制在服务区内只有一个基站负责移动通信的联络和控制的网络体制成为大区制。优点：网络结构简单，投资少，见效快，应用在用户较少的地域。,GEdu 高盛教育,2. 小区制小区制称为蜂窝式，通过空间隔离来实现频率复用，是将整个服务区域划分为若干个半径为220m的小区，每个小区域中设置一个基站，负责本小区内所有移动用户的联络和控制（无线通信）。,GEdu 高盛教育,3. 频率复用把若干相邻的小区按一定的数目划分为区群，并把可供使用的无线频段相应分成若干个频率组，区群内各小区使用不同的频率
10、组，而任一小区所使用的频率组，在其他区群相应的小区中可以再用，这就是频率复用。,GEdu 高盛教育,4. 小区分裂当用户数增加并达到每个小区所能提供的最大数量时，如果把小区分割成更小的蜂窝状区域，并使用相同的频率复用模式，那么分裂后的新小区能支持和原小区同样数量的用户，而且一旦新的小区所能支持的用户数量又达到饱和，还可将这些小区进一步分裂，以适应持续增长的业务需求，这种过程成为小区分裂。小区直径越小，数量越多，系统容量越大，系统结构也更为复杂。,GEdu 高盛教育,5. 划分扇区扇区划分是在原小区基础上，将中心设置基站的全方向天线360圆形覆盖区，分裂为几个定向天线的小区，其中每个定向天线辐射
11、某一特定的扇区。,二、移动通信服务区域的划分,GEdu 高盛教育,1. 无线覆盖区2.交换控制区3.服务区,GEdu 高盛教育,1. 无线覆盖区基站辐射电波的有效区域称之为无线覆盖区，它是构成整个移动通信服务区域的基本单元。在该区内有基站（BS）和移动台（MS）间建立无线通路，用无线电波传送话音、数据、控制信号。,GEdu 高盛教育,2. 交换控制区交换控制区是一个移动交换机控制下所有基站区的总和，在该区内，由移动交换机完成自动电弧业务交换操作，如处理和接受用户的呼叫，用户工作状态的存储，移动台位置信息的存储及跟踪，交换等。同时，交换机还控制着无线通路的接续，信道切换等。交换控制区可由一个或几
12、个位置区覆盖而成移动通信网可由一个或几个交换控制区组成,GEdu 高盛教育,3. 服务区,第二章 第二代移动通信系统,2.1 基站子系统 2.2 GSM移动通信系统 2.3 GPRS移动通信系统 2.4 CDMA移动通信系统,GEdu 高盛教育,2.1 基站子系统,一、概述 二、基站收发信机 三、基站控制器 四、基站天线,GEdu 高盛教育,一、概述,基站子系统（BSS）是GSM及CDMA移动通信系统中无线网络的基本组成部分。,GEdu 高盛教育,二、基站收发信机,基站收发信机（BTS）是基站系统（BSS）的无线部分，在基站系统中通过Um接口连接到移动台（Ms），通过Abis接口或者BS接口连
13、接到BSC。下面分两部分来介绍下基站收发信机：1. 基站收发信机的结构和原理2. 基站收发信机的功能,GEdu 高盛教育,GEdu 高盛教育,1. 基站收发信机的结构和原理BTS从功能上分为3部分，即基带部分、无线部分和控制部分。基带部分完成所有信号处理功能；无线部分输入的基带信号经过混合、放大、上变频到相应载频频率，再送到发信天线，在接收回路上，无线信号到达相应的收信机，再变换到基带信号；控制部分完成所有的控制和装载功能。下面介绍下各个单元的功能。,GEdu 高盛教育,（1） 帧单元帧单元完成包括在8时隙全双工信道上的基带数据处理的全部功能。,GEdu 高盛教育,（2） 无线部分无线部分包括
14、发信机、混合器、收信机前端和收信机等。发信机：是将来自帧单元的数字数据调制成载频信号，放大和调整已调信号的功率水平。混合器：它采用远端可调谐单空腔的耦合原理，以最小的插入损耗把几个发信机连接到一个天线上，并允许对输出功率和反射输出功率进行测量。收信机前端：它由滤波器、射频测试回路耦合器，低噪声放大器和多路耦合器构成，它的功能是滤除收信机频带之外不需要的信号，并把信号在低噪声放大器中放大，多路耦合器把放大后的信号分送到各收信机上去。收信机：它把从收信机前端来的信号，在下变频器中与来自收信机合成器控制的压控振荡器（VCO）本振信号进行混频，成为基带信号,GEdu 高盛教育,（3） 跳频单元跳频单元
15、位于帧单元和载频单元之间，是一个简单的交换矩阵，完成多达16个频率单元和16个控制单元之间的交换连接。,GEdu 高盛教育,（4） 时钟产生主频率发生器产生一个高稳定度的13MHz的基准时钟，并且分配到每一个主时钟单元。主时钟单元的主要作用是监视BTS的全部定时，把时钟和定时信息分配到帧时钟单元、载频单元和跳频单元中去。,GEdu 高盛教育,2. 基站收发信机的功能在基站子系统中，根据Abis接口和Um接口的要求一个BTS必须具备如下的功能： 1）BSS接口功能。 2）信道阻塞处理功能。 3）无线信道的管理。 4）操作与维护。,三、基站控制器,基站控制器（BSC）在基站系统（BSS）中通过A接
16、口连接到移动业务交换中心（MSC）, 通过Abis接口或者BS接口连接到基站收发信机（BTS），它对整个基站子系统进行控制和管理，起到控制器和话务集中器的作用。下面分三部分来介绍下基站控制器：1. 基站控制器的硬件结构2. 基站控制器软件3. 基站控制器功能,GEdu 高盛教育,GEdu 高盛教育,1. 基站控制器的硬件结构采用全分散式的BSC结构由以下四部分组成：1）终端控制单元（TCU），负责处理BTC接口。2） 数字中继控制器（DTC），负责处理MSC接口。3）公共处理器（CPR），负责无线信道资源管理。4）交换网络板（SW），实现数字交换网络。,GEdu 高盛教育,2. 基站控制器的软
17、件BSC应用软件分为：1）基站子系统管理（BSSAP）。2） 基站子系统操作维护管理部分（BSSOMAP）。3）处理A接口及BTS接口间的接口协议处理模块INT,NP4）集中的资源管理。,GEdu 高盛教育,3. 基站控制器功能要实现BSC在基站系统中的作用，BSC必须具备以下功能：1）接口管理。2） BTS-BSC地面信道管理。3）无线参数及资源管理。4）操作维护功能。5）观察测量和统计。6）跳频管理。7）功率控制。8）BSC控制区内的越区切换。9）对呼叫控制的支持。,四、基站天线,基站天线分四部分介绍：1. 对基站天线的要求2. 全向型天线3. 方向性天线4.基站天线馈线系统构成,GEdu
18、 高盛教育,GEdu 高盛教育,1. 对基站天线的要求1） 一般结构要求。2） 电性能技术要求。,GEdu 高盛教育,2. 全向型天线1） 同轴天线。2） 共线式天线。3）线阵偶极子天线,GEdu 高盛教育,3. 方向性天线1） 八木天线。2） 角反射器天线。3）板式天线4）智能天线,GEdu 高盛教育,4. 基站天线馈线系统构成基站天线由于安装位置的要求，其馈线系统主要由同轴电缆、天线、铁塔和其他辅助构件及维护设备构成。,2.2 GSM移动通信系统,一、GSM系统网络结构 二、GSM系统的传输方式 三、GSM系统的控制和管理,GEdu 高盛教育,一、 GSM系统网络结构,GEdu 高盛教育,
19、一、 GSM系统网络结构,基站子系统由基站收发信机（BTS）和基站控制器（BSC）组成，网络子系统由移动交换中心（MSC）、操作维护中心（OMC）、原籍位置寄存器（HLR）、访问位置寄存器（VLR）、鉴权中心（AUC）和设备标识寄存器（EIR）等组成,GEdu 高盛教育,一、 GSM系统网络结构,1）移动台MS. 2）基站收发信机（BTS） 3）基站控制器（BSC） 4）移动交换中心（MSC） 5）原籍位置寄存器（HLR） 6）访问位置寄存器（VLR） 7）鉴权中心（AUC） 8）设备标识寄存器（EIR） 9）操作维护中心（OMC）,GEdu 高盛教育,二、 GSM系统的传输方式,1.多址方式
20、 2.业务类型 3.信道分类 4.帧格式 5.时隙格式,GEdu 高盛教育,GEdu 高盛教育,1.多址方式GSM蜂窝通信系统采用TDMA/FDMA制式。在25MHz的频段内共分成125频道，频道间隔200KHz，每载波含8个时隙，时隙宽为0.577ms。8个时隙构成一个TDMA帧，帧长4.615ms。移动台在特定的频率上和特定的时隙内，以猝发方式向基站传输信息，基站在相应的频率上和相应的时隙内，以时分复用的方式向各个移动台传输信息。,GEdu 高盛教育,2.业务类型1）话音业务话音编码采用“规则脉冲激励长期预测编码（RPE-LTP）”。编码语音速率为22.8kb/s.2）数据业务,GEdu 高盛教育,3.信道分类信道分为两大类：1）业务信道（TCH）传输话音和数据语音业务信道按速率的不同，可分为全速率语音业务信道（TCH/FS）和半速率语音业务信道（TCH/HS）。2）控制信道（CCH）传输各种信令信息 控制信道分为3类：（1）广播信道（BCH）（2）公共控制信道（CCCH）（3）专用控制信道（DCCH）,
