移动通信原理基础知识

GSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM移动通信系统GSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM发展历史日期发展阶段1979欧洲发展蜂窝通信，并为此安排蜂窝通信工作频段1982CEPT成立“GroupeSpecialMobile”（GSM）1986在法国巴黎建立GSM标准制定协调小组1988ETSI全权负责管理GSM标准委员会的工作1990颁布GSM第一阶段的规范（GSM/Phase1）1991颁布DCS1800第一阶段的规范（DCS/Phase1）GSM委员会开始制定下一代无线通信系统标准GSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM发展历史日期发展阶段1992GSM标准委员会更名为“SpecialMobileGroup”GSM系统命名为”GlobalSystemforMobileCommunications”颁布DCS1800第二阶段的规范（DCS/Phase2）1992GSM系统投入商用1994颁布GSM第二阶段的规范（GSM/Phase2）1995DCS1800系统投入商用1996颁布GSM第二阶段增强型规范（GSM/Phase2+）GSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM标准制定委员会委员会名称标准分工技术规范SMG1DefinitionofService01,02SMG2SpecificationofRadioTransmission03,05,06SMG3NetworkArchitetureSignallingProtocols,Operinterface03,04,08,09SMG4DataService07SMG5UMTSSMG6OperationandMaintenace1211SeriesTestSpecification11GSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM系统技术规范系列内容01概述02业务方面03网络方面04MS-BS接口与协议05无线路径上的物理层06话音编码规范07MS终端适配器08BS-MSC接口协议09网络互通10业务互通11设备和型号认可规范12操作和维护GSM系统技术规范中只对功能和接口制定了详细规范，未对硬件做出规定。这样做目的是尽可能减少对设计者限制，又使各运营者有可能购买不同厂家的设备。GSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM系统结构ISDNPSPDNCSPDNPSTNLIMNVLRAUCHLRMSCEIRBSCBTSMSOMC基站系统信息传输基站系统呼叫、连接和信息传输SSBSS基站系统交换系统GSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM系统结构•基站控制器—BSC•基站收发信机—BTS•无线操作维护中心—OMC-R•码变换器—TC（Transcoder）OMC-RTCBSCBTSBTSMSMSUM接口Abis接口A接口基站子系统（BSS）的组成GSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM系统结构BSC的一般结构数字中继交换网络处理器网络数字中继A接口Abis接口GSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM系统结构BTS的一般结构基站接口设备信令处理编码与交织译码与解交织加密解密调制均衡解调发信机收信机天线跳频控制时钟AbisUmGSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM系统结构GSM移动设备的组成语音编码信道编码交织加密TDMA突发序列形成调制TxRx双工器解调均衡解密解交织语音解码信道解码VCO频率合成器定时与控制GSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM系统中的不同接口MSBTSBSCMSCVLRHLRMSCEIRAUCVLRPSTNISDNPSDNUmAbisAEFCNDBGGSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM系统空中接口调制10011高斯数字预滤波MSK调制GaussianMinimumShiftKeyingGSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM系统调制频谱GSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM无线通信基础－无线传播陆地移动通信环境的特点1.MS的天线比较低2.MS移动性3.信号电平随机变化4.在城市环境中存在着波导效应（由于街道两旁有高大的建筑物将导致波导效应，结果使得沿传播方向的街道上的信号增强，垂直与传播方向的街道上的信号减弱，两者相差大10dB以上。不过这种现象离基站距离越远，减弱程度就越小。）5.人为噪声现象严重（主要是机动车的点火噪声、电力线噪声和工业噪声。）6.干扰现象严重（同频干扰、邻频干扰、互调干扰等，随着频率再用系数的提高，同邻频干扰将成为影响网络质量的主要因素。）GSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM无线通信基础－无线传播无线通信传播方式1.直射（无线电波在自由空间传播的方式。）2.反射（当电磁波遇到比波长大得多的物体时，就会发生发射。发射常常发生在地球表面、建筑物和墙壁表面。）3.绕射（当发射机和接收机之间的传播路由被尖锐的边缘阻挡时，就会发生在绕射。）4.散射（当电磁波的传播路由存在小于波长的物体，并且单位体积内这种障碍物体的数目非常巨大时，就会发生散射。散射发生在粗表面、小物体或其他不规则物体，如树叶、灯柱等。）GSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM无线通信基础－无线传播无线电衰耗影响接收信号电平的因素很多，有地形（平坦、准平坦、山区）、介质（植被、水域）、地物（建筑物、建筑材料、街道走向、人体等）。当然最主要时距离、天线高度、发射功率。1.慢衰落－－慢衰落是由接收点周围地形物对信号发射，使得信号电平在几十米范围内有大幅度的变化，若MS在没有任何障碍物的环境下移动，则某点信号电平只与该点和发射机的位置的距离有关。所以通常某点信号电平时指几十米范围内的平均信号电平，这个信号的变化呈正态分布。2.快衰落－－快衰落时是叠加在慢衰落的信号上的，这个衰落的速度很快，每秒可达几十次，除与地形地物有关，还与MS的速度和信号的波长有关，并且幅度最高可达几十个dB，信号的变化呈瑞利分布，因此也叫瑞利衰落。GSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM无线通信基础－无线传播快衰落慢衰落信号强度移动台路径0图一：无线电信号的快衰落和慢衰落GSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM频率资源我国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz频段：上行：890～915（移动台发、基站收）下行：935～960（基站发、移动台收）1.8GHz频段的DCSI800过渡，即1800MHz频段：上行：1710～1785（移动台发、基站收）下行：1805～1880（基站发、移动台收）频率标称中心频率与序号的关系有以下公式确定：上行频率f(n)=890+0.2nMHz下行频率f(n)=935+0.2nMHz其中，n为绝对频率号，从1～124。移动为1～94，联通为96～124，95为移动与联通保护频率。GSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM频率资源GSM扩展频段（E-GSM）上行频率：f(n)=890+0.2(n-1024)(MHz)下行频率：f(n)=935+0.2(n-1024)(MHz)其中，n为绝对频率号，从975～1023。DCS1800MHz频率编号：上行频率f(n)=1710+0.2nMHz下行频率f(n)=1805+0.2nMHz其中，n为绝对频率号，从512～885。移动申请了10MHz带宽，频率号从512～562。GSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM频率资源（单位：MHz）保护频带45MHz双工间隔885915935930960基站接收频率基站发射频率25MHz保护频带移动GSM954890909移动EGSM联通GSM825835870880联通CDMAGSM900/DCS1800GSMIntroduction95MHz双工间隔1710178518051880基站接收频率基站发射频率20MHz保护频带（频率单位：MHz）DCS1800GSM频率资源GSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM频率资源基站扇区化全向小区3扇区/小区（OMNICELLSITE）（120°SECTOR/CELLS）CellCellSiteSite=1ANTENNA=3ANTENNAGSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM干扰保护比载干比－－载波干扰保护比又称载干比，就是指接收到的希望信号电平与非希望信号电平的比值，此比值与MS的瞬时位置有关。这是由于地形不规则性及本地散射体的形状、类型及数量不同，以及其他一些因素，如天线类型、方向性及高度、站址的标高及位置、当地的干扰源数目等所造成的。GSM规范中规定：同频道干扰保护比：C/I9dB邻频道干扰保护比：C/I-9dB载波偏离400kHz时的干扰保护比：C/I-41dBGSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM无线电波传播模型电波传播模型可提供一定地形、地貌、人为环境下的无线电传播路径的衰耗的计算公式。在GSM系统中一般使用下面的传播模型。传播模型可以分为经验模型、办经验模型、半确定性模型或确定性模型。Okumura-Hata模型20世纪60年代，日本奥村（Okumura）等人在东京近郊用宽范围的频率、几种固定天线高度、几种MS天线高度，在各种各样不规则地形和环境地物条件下测量信号强度，然后根据一系列测量结果，绘制反映频率和距离关系曲线图，固定天线高度作为曲线参量，产生各种各样的结果，从而总结出来的经验公式，现在已经成为移动通信中使用最多的传播模型。GSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM无线电波传播模型Okumura-Hata模型适用条件：1.GSM9002.频率f为150～1500MHz3.基站天线有效高度hb为30～200m4.MS天线高度hm为1～10m5.通信距离为1～35km城区类型：郊区、开阔地、准开阔、农村等。地形类型：丘陵、斜坡、孤立山峰、水陆混合。城市特有的修正因子：街道走向、建筑物密度、GSM900/DCS1800GSMIntroductionTDMA空中接口技术多址技术就是要使众多的客户公用公共通信信道所采用的一种技术。实现多址的方法基本上有三种，即采用频率、时间或码元分割的多址方式，人们通常称它们为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。在传统的无线电广播中，均采用频分多址（FDMA）方式，每个广播信道都有一个频点，如果你要收听某一广播信道，则必须把你的收音机调谐到这一频点上。模拟蜂窝移动系统也采用了此技术，某一小区中的某一客户呼叫占用了一个频点，即一个信道（实际上是占用两个，因为是双向连接，即双工通信），则其它呼叫就不能再占用。在GSM中，无线路径上是采用时分多址（TDMA）方式。每一频点（频道或叫载频TRX）上可分成8个时隙，每一时隙为一个信道，因此，一个TRX最多可有8个移动客户同时使用，见图2所示。GSM900/DCS1800GSMIntroductionTDMA空中接口技术01234567图2：频分多址和时分多址方式GSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM信道概念物理信道逻辑信道业务信道–语音信道–数据信道–随路控制信道控制信道–广播控制信道–公共控制信道–专用控制信道GSM900/DCS1800GSMIntroductionGSM信道概念1.物理信道－－是指一个载频上一个TDMA帧的一个时隙，它相当于FDMA系统中的一个频率。用户通过某一个载频上的信道接入系统通信。2.逻辑信道－－GSM通信系统要传输不同类型的信息，包括业务信息和各种控制信息，因而要在物理信道上安