01-GSM移动通信原理(2011-8-18)

课程安排课堂纪律时间内容9:00-9:50GSM原理10:00-10:50GSM原理11:00-12:00华为BSC69000介绍14:00-14:50华为BTS39000介绍15:00-15:50爱立信2206，华为3012介绍16:00-16:50天线知识、无线网络优化1、课堂内不抽烟。2、手机调整至震动。3、请至教室外接打手机。4、课堂内保持安静。2011年8月---郑超Page3课程内容GSM移动通信概述GSM系统结构与接口GSM系统Um接口GSM移动区域与编号计划GSM通信流程Page41.GSM发展简史2.多址技术3.功率控制4.蜂窝技术5.GSM主要参数GSM移动通信概述Page5GSM概述与发展简史移动通信是指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息交流的通信.那什么是无线通信呢？无线通信指利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式.电磁波是它的载体.Page6电磁波频段与波段(C=L*F)GSM概述与发展简史频段名称频率范围波段名称波长范围极低频（ELF）3~30Hz极长波100~10Mm超低频（SLF）30~300Hz超长波10~1Mm特低频（ULF）300~3000Hz特长波1000~100Km甚低频（VLF）3~30KHz甚长波100~10Km低频（LF）30~300KHz长波10~1Km中频（MF）300~3000kHz中波1000~100m高频（HF）3~30MHz短波100~10m甚高频（VHF）30~300MHz超短波10~1m特高频（UHF）300~3000MHz分米波1~0.1m超高频（SHF）3~30GHz厘米波10~1cm极高频（EHF）30~30GHz毫米波10~1mm至高频（THF）30~3000GHz亚毫米波1~0.1mm光波3´10-6~3´10-8mPage7已有109个国家239个运营者运营着超过4400万用户的GSM网络1988年十八个欧洲国家达成GSM谅解备忘录(MOU).1989年GSM标准生效.GSM系统正式在欧洲问世，网路开通运行.移动通信跨入第二代.1991年1992年系统命名为：GlobalSystemforMobile（全球通）组织机构：SpecialMobileGroup1993年PhaseII规范1994年全世界范围运行1995年DCS1800商业运行1996年引入微蜂窝的技术，GSM900/1800双网运行1997年GSM概述与发展简史Page8GSM概述与发展简史AMPSTACSNMT其它第一代80年代模拟模拟技术GSMCDMAIS95TDMAIS-136PDC第二代90年代数字技术驱动数字技术语音业务第三代IMT-2000UMTSWCDMAcdma2000需求驱动宽带业务TD-SCDMAPage9是GSM网络过渡3G（第三代移动通讯）的第一步，能够将数据传送由今天9.6Kbps的速率逐步提升到每秒115Kbps的速度.它还不是真正的第三代移动通信系统.GSM概述与发展简史GPRS（GeneralPacketRadioService通用分组无线服务）(2.5G)：EDGE令网络容量及数据传送比GPRS更快，足有283Kbps.网络商只需在软硬件上作出少许相应改动，便可继续沿用现有GSM系统，去支持移动多媒体服务，完全符合低成本高效益的理念，能够与日后WCDMA制式共存.EDGE（EnhancedDataRatesforGlobalEvolution增强型数据速率GSM演进技术）(2.75G)：Page10能实现全球漫游：用户可以在整个系统甚至全球范围内漫游，且可以在不同的速率、不同的运动状态下获得有服务质量的保证；能提供多种业务：提供话音、可变速率的数据、活动视频，特别是多媒体业务；能适应多种环境：可以综合现有的公众电话交换网（PSTN）、综合业务数字网、无绳系统、地面移动通信系统、卫星通信系统、提供无缝隙的覆盖；足够的系统容量:强大的多种用户管理能力，高保密性能和服务质量.3G实现的目标：GSM概述与发展简史Page113G对无线传输技术提出了以下要求：GSM概述与发展简史高速传输以支持多媒体业务；室内环境至少2Mbit/s；室内外步行环境至少384kbit/s；室外车辆运动中至少144kbit/s；卫星移动环境至少9.6kbit/s.传输速率能够按需分配.上下行链路能适应不对称需求.Page12目前3G的标准主要有：CDMA2000朗讯、摩托罗拉、北电、高通、三星等W-CDMA爱立信、诺基亚、西门子等TD-SCDMA中国提出GSM概述与发展简史中国3G频谱分配主要工作频段频分双工(FDD)：1920－1980／2110－2170MHz时分双工(TDD)：1880－1920／2010－2025MHz补充工作频段频分双工(FDD)：1755－1785／1850－1880MHz时分双工(TDD)：2300－2400MHz，与无线电定位业务共用，均为主要业务，共用标准令行制定。卫星移动通信系统工作频段：1980－2010MHz／2170－2200MHz移动通信标准演进路线Page151.GSM发展简史2.多址技术3.功率控制4.蜂窝技术5.GSM主要参数GSM移动通信概述Page16多址技术使众多的用户共用公共的通信线路，而不产生相互干扰.常用的使信号多路化的方法基本上有三种，它们分别采用频率、时间或代码分隔的多址连接方式，即人们通常所称的频分多址FDMA、时分多址TDMA和码分多址CDMA三种接入方式.GSM系统采用了FDMA、TDMA方式.多址技术Page17FDMA是以不同的频率信道来实现通信.频分就是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道（发射和接收载频），每个信道可以传输一路话音或控制信息.模拟蜂窝系统是FDMA结构的一个典型例子，但GSM系统也采用了FDMA.频分多址FDMA多址技术Page18TDMA是以不同的时隙实现通信时分多址是指在一个宽带的无线载波上，将某一信道按时间加以分割，各信号按一定顺序占用某一时间间隙（时隙）.即多路信号利用同一个信道在不同时间各自独立地传送.时分多址TDMA多址技术Page19CDMA是以不同的代码序列实现通信码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式.它不像FDMA、TDMA那样把用户的信息从频率和时间上进行分离，它可在一个信道上同时传输多个用户的信息.扩频：它是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽，抗干扰能力强；用于3G，WLAN中。码分多址CDMA多址技术功率FDMA功率TDMA多址技术：区分不同用户功率CDMACDMA实现原理：频域解释系统所允许的最大干扰电平解调门限功率谱可以给所有用户共享的功率Ebit增益其他用户干扰信号EchipEb/No=Ec/Io×增益码分多址（CDMA）的技术特点抗干扰能力强，频率复用度高，频谱利用率大大提高保密性强：扩频后的信号近似白噪声系统的用户容量是软容量，各有利弊占用带宽较大：对功放要求高（耗电较大）自干扰系统－系统内用户互相干扰，技术实现难度大频率码时间FDMA＋TDMA＋CDMAF3＋TS2＋码1F3＋TS1＋码4F1＋TS1＋码4TD-SCDMA使用的多址接入技术：FDMA＋TDMA＋CDMA＋SDMA（智能天线）F3＋TS2＋码4Page241.GSM发展简史2.多址技术3.功率控制4.蜂窝技术5.GSM主要参数GSM移动通信概述Page25功率控制当手机在小区内移动时，它的发射功率需要进行变化.当它离基站较近时，需要降低发射功率，减少对其它用户的干扰，当它离基站较远时，就应该增加功率，克服增加了的路径衰耗.所有的GSM手机都可以以2dB为一等级来调整它们的发送功率。GSM900移动台的最大输出功率是8W（规范中最大允许功率是20W，但现在还没有20W的移动台存在），小区半径35km。DCS1800移动台的最大输出功率是1W。相应地，它的小区也要小一些，小区半径2km。一般有1800和900组成双频网的话，共站的900主要用于覆盖、1800用于吸收话务。为什么要进行功率控制？手机待机与通话状态，手机距离基站距离不同。GSM使用的频率GSM系统上行/MHz下行/MHz带宽/MHz双工间隔/MHz双工信道数GSM900890~915935~9602×2545124GSM900E(GSM-R)880~890(885~889)925~935(930~934)2×3545174GSM18001710~17851805~18802×7595374GSM1900(美国）1850~19101930~19902×6080299工作频段绝对射频频道号（ARFCN）GSM900系统频道编号为:(1n124)Fu(n)=890+0.2nMHzFd(n)=Fu(n)+45MHzGSM1800系统的频道编号为：512n885Fu(n)=1710.2+0.2(n-512)MHzFd(n)=Fu(n)+95MHzn为频道序号，或称绝对射频信道号ARFCN。fu(n)：上行频率，移动台发，基站收fd(n)：下行频率，基站发，移动台收Page28按无委会规定，我国目前可用频道号为GSM900(频点号：1-124，共124个频点),GSM1800(频点号：512-885，共374个频点)。GSM900频点分配：1-94给移动，95作为保护频点预留，96-124给联通（28）。GSM1800频点分配：移动512-561（49），联通687-736（49）频点分配频点分配Page291.GSM发展简史2.多址技术3.功率控制4.蜂窝技术5.GSM主要参数GSM移动通信概述Page30基站BTS的覆盖范围有大有小，我们把基站BTS的覆盖范围称之为蜂窝，即小区CELL.采用大功率的基站主要是为了提供比较大的服务范围，但它的频率利用率较低，也就是说基站提供给用户的通信通道比较少，我们也称之为大区制.采用小功率的基站主要是为了提供大容量的服务范围，同时它采用频率复用技术来提高频率利用率，有限的频率得到多次使用，所以系统的容量比较大，这种方式称之为小区制或微小区制.大区制与小区制蜂窝技术Page31频率复用指处在不同地理位置（不同的小区）上的用户可以同时使用相同频率的信道.频率复用系统可以极大地提高频谱效率.但如果系统设计得不好，将产生严重的干扰.同频干扰（C/I）：因频率复用造成的相邻小区相同频率对信道的干扰.GSM要求C/I=9DB.邻频干扰（C/A）：小区内外相邻频率产生的干扰.GSM要求C/A=-9DB.频率复用基础蜂窝技术Page32频率复用方案：在系统的作用区域内重复使用相同的频率——这种频率复用方案使整个频谱分配被划分为K个频率复用的模式.如K可取3、4、7等值.公式：(D/R)2=3KD：频率复用距离R：小区半径K：频率复用模式频率复用基础蜂窝技术Page33注意：从理论上来说，K应该大些，但分配的信道总数是固定的.如果K太大，则K个小区中分配给每个小区的信道数将减少，中继效率就会降低.小区复用模式图频率复用基础蜂窝技术Page34对于有向天线，一般采用12组频率复用方案.可采用120度的定向天线，如采用4*3方式复用，4个基站，12个小区.每个小区可用5个频点，一般也可用到4个频点.对于采用全向天线，一般建议采用其中的7组频率.频率复用蜂窝技术蜂窝技术GSM最基本的频率复用模式：4×3Page361.GSM发展简史2.多址技术3.功率控制4.蜂窝技术5.GSM主要参数GSM移动通信概述Page37GSM主要参数特性GSM900DCS1800发射频带(MHz)基站移动台935～960890～915(带宽25M)1805～18801710～1785(带宽75M)双工间隔45MHZ95MHZ射频带宽200KHZ200KHZ射频双工信道总数124374小区半径（Km）最小最大0.5350.52多址方式TDMATDMA调制GMSKGMSK传输速率（