GSM移动通信基础-1

GSM移动通信基础课程内容第一章GSM移动通信概述第二章无线电波知识第三章天线知识介绍第四章GSM系统单元及接口知识第一章GSM移动通信概述移动通信的相关定义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移动体之间的通信只能依靠无线电传输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。第一章GSM移动通信概述无线通信发展历程第一章GSM移动通信概述无线接入技术的演进第一章GSM移动通信概述1982年，GSM小组成立，主要目标定位于实现欧洲各国移动通信系统的互联互通1986年，在巴黎，对提出的八个建议系统进行现场试验1987年，确定采用频分双工－窄带时分多址（FDD－TDMA）、规则脉冲激励－长期预测话音编码（RPE-LTP）和高斯滤波最小频移键控（GMSK）调制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PHASEI，主要定义了900M频段的技术标准PHASEII标准，除了对PHASEI标准进行必要的修正和业务补充外，主要增加了1800M频段的技术标准PHASEII＋标准，主要增加了GPRS部分的内容1991年，GSM系统在欧洲正式开通运行，移动通信跨入第二代1994年，GSM进入我国GSM系统发展简史课程内容第一章GSM移动通信概述第二章无线电波知识第三章天线知识介绍第四章GSM系统单元及接口知识第二章无线电波知识第一节无线电波基本原理第二节无线电波传播特性第三节无线电波传播模型基本原理－无线频谱不同的频段内的频率具有不同的传播特性300-3000GHzEHFExtremelyHighFrequency30-300GHzSHFSuperHighFrequency3-30GHzUHFUltraHighFrequency300-3000MHzVHFVeryHighFrequency30-300MHzHFHighFrequency3-30MHzMFMediumFrequency300-3000KHzLFLowFrequency30-300KHzVLFVery-lowFrequency3-30KHzVFVoiceFrequency300-3000HzELFExtremelyLowFrequency30-300Hz3-30HzDesignationClassificationFrequency电场电场电场振子电波传输方向磁场磁场基本原理－电磁波的传播无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。如果电波的电场方向垂直于地面，为垂直极化波如果电波的电场方向与地面平行，为水平极化波基本原理－传播途径直射波及地面反射波（最一般的传播形式）对流层反射波（传播具有很大的随机性）山体绕射波（阴影区域信号来源）电离层反射波（超视距通讯途径）①建筑物反射波②绕射波③直达波④地面反射波基本原理－传播路径第二章无线电波知识第一节无线电波基本原理第二节无线电波传播特性第三节无线电波传播模型无线传播环境电波传播受地形结构和人为环境的影响，无线传播环境直接决定传播模型的选取。影响环境的主要因素：自然地形（高山、丘陵、平原、水域）人工建筑的数量、分布、材料特性该区域植被特征天气状况自然和人为的电磁噪声状况准平滑地形表面起伏平缓，起伏高度小于等于20米的地形不规则地形除了准平滑地形之外的其余地形，可按状态分为：丘陵地形、孤立山岳、倾斜地形、水陆混合地形等RTTR地形分类信号衰落距离(m)接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落抗快衰落措施－分集信号分集时间分集符号交织、检错、纠错编码、RAKE接收机技术空间分集采用主、分集天线接收。主、分集天线的接收信号不具有同时衰减的特性。基站接收机对一定时间范围内不同时延信号的均衡能力也是一种空间分集的形式。频率分集GSM采用跳频CDMA采用扩频技术解决均衡、RAKE技术电波时延扩展起源于反射，主要指到达接收机的主信号和其他多径信号在空间传输时间差异而带来的同频干扰问题发射信号来自远离接收天线的物体TR绕射损耗电磁波在绕射点四处扩散绕射波覆盖除障碍物外的所有方向扩散损耗最为严重计算公式复杂，随不同绕射常数变化θθε0μ0εμε0μ0dDw1w2E1E2XdBmWdBm穿透损耗=X-W=BdB电磁波穿透墙体的反射和折射穿透损耗（1）室内信号取决于建筑物的穿透损耗室内窗口处与室内中部信号差别较大建筑物材质对穿透损耗影响较大电磁波的入射角对穿透损耗影响较大TR穿透损耗（2）物体阻挡/穿透损耗为：隔墙阻挡：5－20dB楼层阻挡：＞20dB，室内损耗值是楼层高度的函数，-1.9dB/层家具和其它障碍物的阻挡：2－15dB厚玻璃：6－10dB火车车厢的穿透损耗为：15－30dB电梯的穿透损耗：30dB左右茂密树叶损耗：10dB第二章无线电波知识第一节无线电波基本原理第二节无线电波传播特性第三节无线电波传播模型常用传播模型自由空间传播模型Okumura(奥村)/Hata模型COST231-Hata模型COST231Walfish-Ikegami模型Keenan-Motley模型计算机辅助计算模型Lo=91.48+20lgd,forf=900MHzLo=97.98+20lgd,forf=1900MHzLo=99+20lgd,forf=2100MHz自由空间传播模型自由空间传播模型适用于具有各向同性传播介质（如真空）的无线环境，是理论模型。该环境在现实中并不存在，但空气介质近似于各向同性介质。适用范围：频率范围f:150~1500MHz基站天线高度Hb:30~200m移动台高度Hm:1~10m距离d:1~20kmOkumura-Hata模型宏蜂窝模型基站天线高度高于周围建筑物1km以内预测不适用频率超过1500MHz以上时不适用适用范围：频率范围f:1500~2000MHz基站天线高度Hb:30~200m移动台高度Hm:1~10m距离d:1~20km宏蜂窝模型基站天线高度高于周围建筑物1km以内预测不适用频率超过2000MHz或低于1500MHz时不适用COST231-Hata模型适用范围：频率范围f:800~2000MHz基站天线高度Hbase:4~50m移动台高度Hmobile:1~3m距离d:0.02~5km建筑物高度Hroof(m)路面宽度w(m)建筑物间距b(m)相对直射波方向的街道走向α()COST231Walfish-Ikegami模型市区环境，宏蜂窝或微蜂窝郊区环境或乡村环境不适用Ploss=K1+K2lgd+K3(Hms)+K4lg(Hms)+K5lg(Heff)+K6lg(Heff)lg(d)+K7+KclutterPathloss：路径损耗(dB)K1：与频率相关的常数K2：距离衰减常数K3、K4：移动台天线高度修正系数K5、K6：基站天线高度修正系数K7：绕射修正系数Kclutter：地物衰减修正系数d：基站与移动台之间的距离(km)Hms、Heff：移动台天线和基站天线的有效高度(m)ASSET规划软件模型K参数参考值K1152/1800MUrbanK244.90K3-2.55K40.00K5-13.82K6-6.55K7-0.80无线传播模型无线传播模型Pathloss：路径损耗(dB)K1：偏置常数K2：距离衰减常数K3：基站天线高度修正系数K4：绕射计算的乘数（必须为正数）K5：log(HTxeff)log(d)的乘数K6：移动台天线高度修正系数Kclutter：地物衰减修正系数K(hill,los)：山区区域的校正因子（NLos＝0）d：基站与移动台之间的距离(m)Hmeffs、Heff：移动台天线和基站天线的有效高度(m)U-net规划软件模型K参数参考值K1-52.92K268.6K35.83K41K5-6.55K60Ploss=K1+K2logd+K3log(Heff)+K4Diffraction+K5log(d)log(Heff)+K6(Hmeff)+Kclutterf(clutter)+K(hill,los)课程内容第一章GSM移动通信概述第二章无线电波知识第三章天线知识介绍第四章GSM系统单元及接口知识第三章天线知识介绍第一节天线的工作原理第二节天线的分类第三节天线的电气指标第四节天线的机械指标第五节天线新技术介绍天线的位置和作用8防雷保护器主馈线（7/8“）5馈线卡6走线架4接地装置3接头密封件绝缘密封胶带，PVC绝缘胶带1天线调节支架GSM/CDMA板状天线抱杆（50~114mm）2室外馈线9室内超柔馈线7馈线过线窗基站主设备基站天馈系统示意图天线的工作原理当导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关；如果导线位置由于两导线的距离很近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很微弱；如果将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强；当导线的长度远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱；当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射；通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子；两臂长度均为1/4波长的振子叫做对称半波振子。移动天线的工作原理单元振子馈电网络馈电网络天线接头天线接头单元振子馈电网络定向天线全向天线•按照辐射方向划分图：定向方向图：全向天线天线的分类（一）•按照外型划分板状天线帽形天线鞭状天线抛物面天线天线的分类（二）全向天线单极化定向天线双极化定向天线•按照极化方式划分天线的分类（三）天线的主要电气指标对称半波振子方向图顶视侧视定向天线方向图全向天线方向图天线方向图dBi与dBd2.15dB天线的增益波束宽度、前后抑制比、零点填充、上副瓣抑制天线的其他主要电气指标机械下倾与电下倾•机械下倾•电下倾•天线驻波比9.5W80ohms50ohms朝前:10W返回:0.5W天线的主要电气指标f1f2f3f4f2-f1f3-f2f4-f3f3-f1f4-f2f4-f1三阶互调判定方法天线的主要电气指标无源互调的原因存在磁性物质连接处不紧密不同材料的金属的接触相同材料的接触表面不光滑天线的主要机械指标天线输入接口天线尺寸天线重量风载荷工作温度湿度要求雷电防护三防能力Tx/Rx333333333333333Tx/Rx1.360.510100.5等功率分配不等功率分配双向放大器双向放大器双向放大器图3.1：同轴式分布式天线系统功分器功分器功分器功分器功分器功分器功分器功分器功分器功分器功分器耦合器耦合器耦合器同轴式分布式天线系统光端主机TRx图3.3：光纤式分布天线系统功分器覆盖光端机功分器覆盖光端机功分器覆盖光端机应用于一些覆盖范围较大，传输距离较远的情况光纤馈电式分布式天线系统智能天线系统•两种算法切换多波束自适应波束智能天线课程内容第一章GSM移动通信概述第二章无线电波知识第三章天线知识介绍第四章GSM系统单元及接口知识GSM系统结构及接口其他MSCBTSHLR/AUCSMCPSTNISDNOMCMSUm接口MSA-bis接口BSCA接口MSC/VLRBTSBTS移动台(MS)的功能移动台由SIM卡与机身设备组成SIM卡上包含所有与用户有关的无线接口一侧的信息，也含有鉴权和加密实现的信息。固化数据：IMSI、Ki、安全算法(A3、A8)临时网络数据：TMSI、LAI、KC业务相关数据：PIN(个人识别号)、PUK机身设备可以是手持机，车载台等。BTS的功能BTS受控于BSC实现BTS与移动台(MS)空中接口的功能BSC的功能接口管理BTS的管理无线参数及无线资源管理无线链路的测量话务量统计切换支持呼叫控制操作与维护MSC