蜂窝移动通信技术__第7章

第7章FDMA蜂窝移动通信系统第7章FDMA蜂窝移动通信系统7.1概述7.2模拟移动电话系统的组成7.3系统信道、控制、信令7.4FDMA系统的交换技术习题第7章FDMA蜂窝移动通信系统7.1概述7.1.1模拟蜂窝移动电话系统20世纪80年代，蜂窝移动电话系统在美国、丹麦、芬兰、瑞典、挪威、英国、德国和日本等国蓬勃兴起，很快就形成了多种互不兼容的移动电话系统。第7章FDMA蜂窝移动通信系统表7–1（略）列出了上述几种蜂窝移动电话系统的主要性能。我国自20世纪90年代初，相继从Motorola、Ericson、NEC等公司引进了AMPS系统和TACS系统。原邮电部确定移动电话采用TACS标准，后来引进的系统以爱立信公司的ETACS为主要系统设备。1990年８月，国家无线电管理委员会重新规定移动电话使用的频段为890~915MHz与935~960MHz。第7章FDMA蜂窝移动通信系统上述各种蜂窝网移动通信系统均具有下列的主要功能：①具有与公用电话网进行自动交换的能力。②双工通信，语音质量接近市话网标准。③双向自动拨号，包括移动用户与市话用户间的直接拨号以及移动台之间的直接拨号。④用户容量大。⑤采用小区制频率复用技术。第7章FDMA蜂窝移动通信系统⑥具有自动过境切换频道技术，切换时间小于20ms。⑦设备通用性较强。通常基站、移动台等设备在网络覆盖范围内可以通用。⑧各地之间可以联网，具有自动漫游功能。第7章FDMA蜂窝移动通信系统7.1.2系统结构通常，在一个大型蜂窝网移动电话系统中有若干个移动电话交换局(MTSO)，也称作移动交换中心(MSC)。图7-1示出由两个移动电话交换局构成的蜂窝网移动电话系统结构。这种类型的网络系统常称作公共陆地移动网(PLMN)。第7章FDMA蜂窝移动通信系统图7-1蜂窝网移动电话系统结构PSTNMTSOAMTSOB公用陆地移动网电话网电话网MSBSMTSO—移动电话交换局BS—基站MS—移动台第7章FDMA蜂窝移动通信系统由图7-1可见，蜂窝网移动电话系统由三大部分组成，即移动电话交换局(MTSO)、基站(BS)和移动台(MS)。其中，MTSO(或MSC)是基站与市话网之间的接口，是蜂窝网控制中心，它不仅具有一般程控交换机所具有的交换、控制功能，还具有适应移动通信特点的移动性管理功能，以完成移动用户主呼或被呼所必需的控制。第7章FDMA蜂窝移动通信系统7.2模拟移动电话系统的组成AMPS与TACS两种系统十分相似，两者只在频率、频道间隔等有所差异，而在系统组成和工作原理等方面都是相同的。图7-2示出的是AMPS系统组成的简化方框图。系统主要由移动电话交换局(MTSO)、基站(BS)和移动台(MS)三大部分组成。MTSO与BS之间一般用有线连接，而BS与MS之间是无线链路。下面分别对MTSO、BS和MS作简要说明。第7章FDMA蜂窝移动通信系统7.2.1移动电话交换局(MTSO)在蜂窝网移动通信系统中，移动用户与市话用户之间以及移动用户之间建立通话时必须进行自动接续与交换，完成这种接续与交换的设备称作移动交换设备。它除了具有一般的程控电话交换机功能外，还具有移动通信特有的一些功能，例如，对移动台的识别和登记、频道指配、过境切换处理、漫游和呼叫处理等。第7章FDMA蜂窝移动通信系统7.2.2基站(BS)基站由射频部分(射频架和收、发天线)、数据架和维护测试架等几部分组成。当基站采用120°扇区辐射方式时，需配3个射频架，数据架、线路监测架与维护测试架各一个，如图7-2所示。第7章FDMA蜂窝移动通信系统图7-2AMPS系统组成简化方框图数据终端交换网络处理器控制器线路监测架维护与测试架数据及定位射频部件射频架2射频架1射频架0逻辑单元控制单元发射机接收机MTSOBS数据总线语音线接收机发射机发射机MS移动台接收机数据架第7章FDMA蜂窝移动通信系统1.射频架图7-3示出的是16个信道射频架组成的方框图。图中，TRAN0～TRAN15为16部发射机主机，工作频段为870～890MHz，输出功率约为1Ｗ，信道频率由主频率源(频率合成器)控制。第7章FDMA蜂窝移动通信系统图7-3射频架组成方框图AMP15AMP1AMP0TRAN0TRAN1TRAN15RCVR0RCVR1RCVR15控制设备主频率源前置放大前置放大825～845MHz带通滤波器发射天线870～890MHz带通滤波器定向耦合器到维护测试架合路器…………来自有线监测器(16对语音)去自有线监测器(16对语音)…来、去数据链路……161∶功率分配器分集接收天线…第7章FDMA蜂窝移动通信系统接收信号的频率范围是825～845MHz，即为移动台的发射频率。采用两副接收天线，进行二重空间分集接收。从天线上接收到的信号先接到825～845MHz带通滤波器，滤除带外干扰，再经低噪声前置放大器和1∶16功率分配器，进入RCVR0～RCVR15的16部接收机。由于功率分配器增加了插入损耗，所以在功率分配器前加入了低噪声前置放大器。第7章FDMA蜂窝移动通信系统下面给出模拟蜂窝系统移动电话系统基站主要设备机柜装配示意图。图7-4为TACS系统CMS8810机的单机柜。图7-5为LD系列5个机架基地站的组合图。图7-6为HC系列3个机架基地站的组合图。第7章FDMA蜂窝移动通信系统图7-4无线柜(架)CMS8810机电源配线器功率分配器电源连接盘配线单元参考振荡源MCAMCBDBUPCBPDPS2PMUCh6Ch7Ch8CT通道测试盘CCRS功率合成器Ch5～Ch8功率合成器Ch1～Ch4定向耦合器星形结点[H]Ch5备用信道CCCCRSR信号场强接收盘Ch2Ch3Ch4Ch1PS1PDCh1—控制信道单元(CC)Ch3～Ch8—语音信道单元(VC)Ch2—备用信道单元CCRMC—多路耦合器SR—信号强度接收机DBU—配线单元CCRS—控制信道备用倒换PMU—功率监视单元CT—信道测试器第7章FDMA蜂窝移动通信系统图7-5LD系列5个机架基地站的组合图预选器矩阵及下变频器功率放大器空气谐振腔100A整流器发信激励盘电源架发信架发信架收信架控制架收信机盘音频板及BSC等盘第7章FDMA蜂窝移动通信系统图7-6HC系列3个机架基地站的组合图电源分配盘功频放大器陶瓷谐振腔调制解调器收发信盘收发信架收发信架电源架100A整流器第7章FDMA蜂窝移动通信系统2.数据架数据架组成方框图如图7-7所示，主要包括下列5个部分：与MTSO数据链路相连的数据设备、控制器、建立无线电、定位接收机、语音信道数据接收机。数据设备和控制器均含备用设备。第7章FDMA蜂窝移动通信系统图7-7数据架组成方框图MTSO数据设备A数据设备控制器数据设备B数据设备控制器控制器E控制器O接口语音信道数据接收机接口定位接收机接口建立无线电数据链路A数据链路B接有线监控架接维、测架从天线来从天线来接天线接有线监控架接维、测架第7章FDMA蜂窝移动通信系统控制器：由小型通用程控器、奇偶校验器和存储单元等组成，以存储、处理来自MTSO或移动台的数字信令，并处理来自基站本身线路监测架和维护测试架的数据或控制信令。建立无线电：专门用来发送和接收数字信令，以便建立无线话路，所以称作“建立无线电”。定位接收机：定位接收机用于频道切换。第7章FDMA蜂窝移动通信系统3.线路监测架和维护测试架线路监测架的主要功能是为MTSO和射频架提供音频信号电路接口，此外，还进行线路监测，包括监控单音发送、接收以及信令编码。维护测试架的功能是对各种设备状况进行测试。图7-8示出的是移动台组成方框图，它主要包括控制单元、逻辑单元和收发信机等。第7章FDMA蜂窝移动通信系统图7-8移动台组成方框图接收机带通滤波器接收机带通滤波器发射机带通滤波器射频放大器第一混频器45MHz中频放大第二混频器10.7MHz对数中频放大器限幅器、鉴频器音频抑制器音频滤波器放大器、扩展器666路频率合成器×6倍频器×6倍频器、调相器、功率放大器音频滤波器、限幅器、压缩器控制单元音频抑制逻辑单元分集开关分集开关控制频率控制码10比特载波启动功率控制发射机宽带数据2比特来自电话手机拾音器的输入信号输出到电话手机的耳机接收机音频静噪控制接收机宽带数据接收信号强度指示电话手机第7章FDMA蜂窝移动通信系统7.2.3移动台(MS)1.控制单元用户控制单元包括送受话器、键盘、指示灯和蜂鸣器等。它与普通电话机不同之处如下：为了节省占用无线信道时间以及发生错拨现象，用户拨号时并不立即发出，而是将逐位数字显示并存入寄存器中。第7章FDMA蜂窝移动通信系统2.逻辑单元逻辑单元是移动台的主控部件，主要由单片微处理器组成，实施宽带数据信令(AMPS是10kb／s，TACS是8kb／s)的编码、解码，控制发射机开启，检测并转发监控音(SAT)等功能。由测量获得的各种模拟信号，如信号电平、噪声电平、发射功率、静噪检测结果、压控振荡器的电压、频率合成器中锁相环的工作状态等，都经过A／D变换送入单片微处理器进行处理，并以指令方式送到收、发信机中有关的受控部件，从而使移动台具有一定的智能化功能。第7章FDMA蜂窝移动通信系统3.收发信机收发信机主要由发射机、接收机和收发共用的频率合成器组成。车载台的接收也可采用二重空间分集，以减小衰落的影响。此时，移动台需用两根天线，其中一根天线收、发合用，另一根天线只作分集用，采用选择式开关分集方式。手机无分集功能，收、发共用一根天线。由图7-8可见，收发信机采用的是典型的调频设备。已在我国广泛使用的移动台的主要性能如表7–2(略）所示，包括TACS制式和E-TACS制式(两者只是工作频段不同)。第7章FDMA蜂窝移动通信系统7.3系统信道、控制、信令7.3.1无线信道移动通信的无线信道如图7-9所示。在基地站中，每条无线信道对应一个信道单元，有多少条无线信道，就有多少个信道单元。第7章FDMA蜂窝移动通信系统图7-9无线信道CUTxRxTx发射机CU控制单元Rx接收单元MS45MHz基站信道单元第7章FDMA蜂窝移动通信系统1.语音信道(VC)语音信道如图7-10所示，主要用于传递语音信号，它的占用和空闲是受移动业务交换中心(MSC)控制和管理的。在MSC中保存有一张所有信道和它们状态的表格(以数据形式)。状态包含有：空、忙、阻塞等。第7章FDMA蜂窝移动通信系统图7-10语音信道无线信号数据数据MSCMSC无线信号CUTxRx无线信号语音语音信道单元ST语音SATCUTxRx第7章FDMA蜂窝移动通信系统(1)监测音(SAT)。监测音是指在语音传输期间连续发送的带外单音。(2)数据。在一定情况下，在语音信道上还可传送数据。(3)信号音(ST)。信号音为线路信号，它是由移动台发出的单方向信号。第7章FDMA蜂窝移动通信系统2.控制信道(CC)控制信道主要用于寻呼和接入，如图7-11所示，信道中只用来传送数据，在每一个无线小区内，通常只有一条控制信道。所以一个“中心激励”的基地站，配备一套控制信道单元；而一个“顶点激励”的基地站(通常是覆盖三个扇形小区)应配备三套控制信道单元。第7章FDMA蜂窝移动通信系统图7-11控制信道CUTxRx无线信号数据数据无线信号数据MSCMSC信道单元第7章FDMA蜂窝移动通信系统控制信道的作用：(1)寻呼。当移动用户被呼时，就在控制信道上发出呼叫移动台信号，所以又称为寻呼控制信道(PC)。(2)接入。当移动用户主呼时，就在控制信道上发出主呼信号，通过基地站向移动业务交换中心发出入网信息，所以又称控制信道为接入控制信道(AC)。第7章FDMA蜂窝移动通信系统如果MSC管理21个基地站，则将有21条控制信道，在无线小区内移动的移动台，只要不处于通话状态，总是在进行自动扫描接收，如图7-12所示。并停靠在信号昀强的控制信道上，实质上就是停靠在昀近的基地站控制信道上进行守听，等待寻呼。当移动台行驶到新的无线小区时，如图7-13所示，它就会自动停靠到新区基地站的控制信道上。第7章FDMA蜂窝移动通信系统图7-12移动台