移動(dòng)通信基本原理(崗前培訓(xùn))

1、12016年7月移動(dòng)通信基本原理目錄移動(dòng)通信發(fā)展移動(dòng)通信系統(tǒng)的工作過程基本概念電波傳播抗干擾、抗衰落技術(shù)23移動(dòng)通信發(fā)展歷程語音業(yè)務(wù)語音業(yè)務(wù)語音業(yè)務(wù)語音業(yè)務(wù)寬帶業(yè)務(wù)寬帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)4移動(dòng)通信系統(tǒng)工作過程Interleaving信源編碼信源編碼信道編碼信道編碼交織交織加擾加擾擴(kuò)頻擴(kuò)頻調(diào)制調(diào)制射頻發(fā)射射頻發(fā)射信源解碼信源解碼deinterleaving去交織去交織信道解碼信道解碼解擾解擾解擴(kuò)解擴(kuò)解調(diào)解調(diào)射頻接收射頻接收語 音 信 號(hào)的 數(shù) 模 轉(zhuǎn)換對(duì) 信 息 進(jìn) 行編 碼 ， 達(dá) 到糾 錯(cuò) 和 抗 干擾的目的對(duì)信號(hào)進(jìn)行加擾加入用于識(shí)別用戶的信息，將窄帶信號(hào)拓寬將數(shù)字信號(hào)調(diào)制成模擬信號(hào)將模擬

2、信號(hào)加到載波上進(jìn)行發(fā)射多址技術(shù)頻率復(fù)用位置登記切換愛爾蘭阻塞率GOS5移動(dòng)通信基本概念6多址技術(shù)FrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFrequencyTimePowerUser User User User User User FDMATDMACDMA同一時(shí)間同一頻段上根據(jù)不同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行區(qū)分用戶.同頻段的業(yè)務(wù)信道以不同的時(shí)隙進(jìn)行用戶區(qū)分.不同的用戶占用不同的頻段.7頻率復(fù)用FDMA 頻率復(fù)用頻率復(fù)用1111111111CDMA 頻率復(fù)用頻率復(fù)用移動(dòng)通信環(huán)境下場(chǎng)強(qiáng)變化劇烈場(chǎng)強(qiáng)變化的平均值隨距離增加而衰減場(chǎng)強(qiáng)特性曲線的中值呈慢速變化-慢衰落場(chǎng)強(qiáng)特性曲線的瞬時(shí)值

3、呈快速變化-快衰落8移動(dòng)通信的場(chǎng)強(qiáng)特征 自由空間損耗： PathLoss=32.4+20lgf+20lgd9無線電波傳播建筑物反射波建筑物反射波繞射波繞射波直達(dá)波直達(dá)波地面反射波地面反射波10多徑及衰落快衰落快衰落 由合成波的振幅和相位隨移動(dòng)臺(tái)的由合成波的振幅和相位隨移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)起伏變化很大，服從瑞利分布運(yùn)動(dòng)起伏變化很大，服從瑞利分布 時(shí)間選擇性衰落 空間選擇性衰落 頻率選擇性衰落11多徑效應(yīng)多徑效應(yīng)是由于山丘、建筑物等的反射、散射或繞射，使得移動(dòng)臺(tái)與基站之間的信號(hào)傳播途徑有多條，此時(shí)接收到的信號(hào)是發(fā)射信號(hào)經(jīng)過若干次反射、繞射或散射后的疊加，影響接收端對(duì)信號(hào)的判別和提取。 移動(dòng)臺(tái)在運(yùn)動(dòng)中，由于

4、大型建筑物和其他物體對(duì)電波的傳輸路徑的阻擋而在傳播接收區(qū)域上形成半盲區(qū)，從而形成電磁場(chǎng)陰影，這種隨移動(dòng)臺(tái)位置的不斷變化而引起的接收點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)中值的起伏變化叫做陰影效應(yīng)。陰影效應(yīng)是產(chǎn)生慢衰落的主要原因。12陰影效應(yīng)13多普勒頻移f fcf fcf fd-f fcfdfd+信號(hào)功率f)cos(vcffd當(dāng)移動(dòng)終端在運(yùn)動(dòng)中，特別是在高速情況下通信時(shí)，移動(dòng)終端和基站接收端的信號(hào)頻率會(huì)發(fā)生變化，稱為多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)所引起的頻移稱為多普勒頻移。它揭示了波的屬性在運(yùn)動(dòng)中發(fā)生變化的規(guī)律.其中：為移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)方向和入射波方向的夾角；v是移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度；c為電磁波傳播速度C=3108m/s；f為載波頻率Hz。從上

5、式可以看出:用戶移動(dòng)方向和電磁波傳播的方向相同時(shí)，多普勒頻移為正；完全垂直時(shí)，沒有多普勒頻移。在移動(dòng)臺(tái)遠(yuǎn)離基站方向移動(dòng)時(shí)，頻率為負(fù)；在移動(dòng)臺(tái)向基站方向移動(dòng)時(shí)，頻率升高。14分集技術(shù)概念接收多路不相關(guān)的信號(hào)并合并，主要目的是克服衰落空間分集技術(shù)-用2個(gè)以上的天線接收同一個(gè)信號(hào)頻率分集技術(shù)-用2個(gè)以上的載波頻率傳輸時(shí)間分集技術(shù)-在不同時(shí)間接收同一個(gè)信號(hào)極化分集技術(shù)-接收垂直和水平極化信號(hào)多徑的每一徑時(shí)延不同，進(jìn)行多徑分離合并重發(fā)時(shí)間大于信道的相關(guān)時(shí)間-ARQ技術(shù) 用信道相關(guān)時(shí)間，設(shè)計(jì)交織編碼的深度 15時(shí)間分集技術(shù) RAKERAKE接收機(jī)是時(shí)間分集的典型應(yīng)用接收機(jī)是時(shí)間分集的典型應(yīng)用tts(t)s

6、(t)多天線陣元分集多天線發(fā)射分集多天線接收分集 ，其中，條件ddc， dc為空間相關(guān)距離16空間位置分集 形成方向圖，在不同的到達(dá)方向上給予不同的天線增益。可以提高接收信號(hào)的信噪比，從而提高系統(tǒng)的容量，可以將頻率相近但空間可分離的信號(hào)分離開。 智能天線(空間角度分集) 17兩個(gè)頻率成分具有相互獨(dú)立的衰落特性 條件f2-f1 Bc 18頻率分集技術(shù) 合并信號(hào)的表達(dá)式 分類 選擇性合并(Selective Combining)(Selective Combining) 等增益合并(Equal-Gain Combining)(Equal-Gain Combining) 最大比合并(maximal

7、Ratio Combining)(maximal Ratio Combining)19分集合并技術(shù) 20鄰道和同頻、互調(diào)干擾鄰頻干擾：相鄰或鄰近頻道的信號(hào)相互干擾同頻干擾：由于頻率復(fù)用，也引入了同頻干擾互調(diào)干擾：當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)干擾信號(hào)同時(shí)加到接收機(jī)時(shí)，由于非線性的作用，干擾的組合頻率有時(shí)會(huì)恰好等于或接近有用信號(hào)頻率而順利通過接收機(jī)，其中三階互調(diào)最嚴(yán)重。由此形成的干擾，稱為互調(diào)干擾 鄰道干擾定義及來源：指來自于相鄰或相近頻道的干擾調(diào)制邊帶擴(kuò)展干擾：指話音信號(hào)經(jīng)調(diào)頻后，某些邊帶頻率或邊頻分量落入鄰道接收機(jī)的通帶內(nèi)，造成調(diào)制邊帶擴(kuò)展而干擾鄰道。具體表現(xiàn)：移動(dòng)臺(tái)靠近基站時(shí)，移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)的調(diào)制邊帶擴(kuò)展和邊

8、帶輻射噪聲對(duì)正在工作的基站接收機(jī)產(chǎn)生的干擾。解決辦法：嚴(yán)格限制調(diào)制信號(hào)帶寬降低發(fā)射機(jī)本身的邊帶噪聲功率移動(dòng)臺(tái)采用自動(dòng)功率控制裝置網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)加大頻道間隔加大上下行頻率差。鄰道干擾21同頻復(fù)用：在蜂窩系統(tǒng)中為提高頻率利用率將一組頻率分配給相隔一定距離的多個(gè)服務(wù)小區(qū)使用。同道干擾（也稱同頻干擾）是指所有落在接收機(jī)通帶范圍內(nèi)的與有用信號(hào)頻率相同的無用信號(hào)的干擾。由于頻率相同，因而無法濾除和抑制它。射頻（RF）防護(hù)比：保證接收信號(hào)的質(zhì)量，必須使接收端的有用信號(hào)電平與干擾電平之比S/I大于某個(gè)數(shù)值。同道干擾（同頻干擾）在CDMA系統(tǒng)中，所有用戶使用的是同一個(gè)工作頻率，因而其遠(yuǎn)近效應(yīng)更為突出！22實(shí)例：實(shí)例

9、：MSMSA A移動(dòng)到小區(qū)的邊緣，這時(shí)移動(dòng)到小區(qū)的邊緣，這時(shí)BSBS接收到來自接收到來自MSMSA A的信號(hào)的信號(hào)很弱。而很弱。而MSMSB B正接近于此小區(qū)的正接近于此小區(qū)的BSBS且工作于鄰近頻道。在這種情且工作于鄰近頻道。在這種情況下，況下，MSMSB B將對(duì)將對(duì)BSBS接收接收MSMSA A的信號(hào)產(chǎn)生較強(qiáng)的鄰道干擾。這種干擾的信號(hào)產(chǎn)生較強(qiáng)的鄰道干擾。這種干擾情況也稱作情況也稱作遠(yuǎn)近效應(yīng)遠(yuǎn)近效應(yīng)。遠(yuǎn)近效應(yīng)減小遠(yuǎn)近效應(yīng)的有效措施如下：減小遠(yuǎn)近效應(yīng)的有效措施如下：避免相鄰或相近的頻道在同一個(gè)小區(qū)使用。采用功率控制技術(shù)，使所有移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的信號(hào)在到達(dá)基站時(shí)的功率大致相同實(shí)例實(shí)例1 1實(shí)例實(shí)例2

10、223互調(diào)干擾的產(chǎn)生原因及條件互調(diào)干擾：當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)不同頻率的信號(hào)同時(shí)輸入到非線性電路時(shí)，由于非線性的作用，會(huì)產(chǎn)生許多諧波和組合頻率分量（互調(diào)產(chǎn)物），當(dāng)互調(diào)產(chǎn)物與所需信號(hào)頻率相接近且電平足夠大時(shí)會(huì)順利地通過接收機(jī)而對(duì)有用信號(hào)形成干擾，即為互調(diào)干擾?；フ{(diào)干擾241、多信道共用同頻復(fù)用： 提高頻率利用率多信道共用技術(shù)： 提高信道的利用率頻道、信道利用率251.呼叫話務(wù)量的計(jì)算話務(wù)量是度量通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)量或繁忙程度的指標(biāo)。所謂呼叫話務(wù)量A，是指單位時(shí)間內(nèi)（1小時(shí)）進(jìn)行的平均電話交換量。 它可用下面公式來表示：式中： C每小時(shí)平均呼叫次數(shù)t0每次呼叫平均占用信道的時(shí)間如果t0以小時(shí)為單位，則話務(wù)量A的單

11、位是愛爾蘭（Erlang，占線小時(shí)，簡(jiǎn)稱Erl）。如果在一個(gè)小時(shí)內(nèi)不斷地占用一個(gè)信道，則其呼叫話務(wù)量為1 Erl。 它是一個(gè)信道具有的最大話務(wù)量。服務(wù)等級(jí)和話務(wù)量（1）0CtA262.服務(wù)等級(jí)（忙時(shí)呼損率GOS）在一個(gè)通信系統(tǒng)中，信道數(shù)不夠多而無法承載用戶話務(wù)量造成呼叫失敗的概率稱為呼損率（B）。顯然，呼損率B愈小，用戶就越滿意。也稱為系統(tǒng)服務(wù)等級(jí)GOS。但同時(shí)B越小，可提供用戶數(shù)越小。則完成話務(wù)量A為： 呼損率B為 ：信道利用率：呼損率與話務(wù)量是一對(duì)矛盾即服務(wù)等級(jí)與信道利用率是矛盾的！服務(wù)等級(jí)和話務(wù)量（2）00tCACCCAAAB0(1)ABn27切換分類：空閑切換：手機(jī)處于空閑時(shí)，改變小區(qū)

12、的連接。GSM中稱作為“小區(qū)重選”。CDMA中稱為“空閑切換”。硬切換：指在新的連接建立以前，先中斷舊的連接軟切換：指既維持舊的連接，又同時(shí)建立新的連接，并利用新舊鏈路的分集合并來改善通信質(zhì)量，當(dāng)與新基站建立可靠連接之后再中斷舊鏈路。這種切換可以在通信的過程中平滑完成。越區(qū)切換和位置管理28更軟切換：在CDMA 系統(tǒng)中，移動(dòng)臺(tái)在同一小區(qū)的不同扇區(qū)之間進(jìn)行的軟切換稱為更軟切換。實(shí)際上是相同信道板上的導(dǎo)頻之間的切換。這種切換是由BSC 完成的，并不通知MSC。接力切換（TDS）：利用精確的定位技術(shù)，根據(jù)移動(dòng)臺(tái)的方位和距離作為輔助信息來判斷移動(dòng)臺(tái)是否移動(dòng)到了可進(jìn)行切換的相鄰基站臨近區(qū)域。并由RNC通

13、知該基站做好切換的準(zhǔn)備，從而實(shí)現(xiàn)快速、可靠和高效切換。垂直切換：分級(jí)小區(qū)結(jié)構(gòu)（宏蜂窩+微蜂窩）越區(qū)切換和位置管理29位置管理涉及的數(shù)據(jù)庫：采用兩層數(shù)據(jù)庫，即HLR和VLR。目的：以最快地速度來定位移動(dòng)臺(tái)，使盡可能小的處理能力和附加的業(yè)務(wù)量，以求容納盡可能多的用戶。位置更新和尋呼之間的矛盾越區(qū)切換和位置管理位置管理位置管理位置登記位置登記位置更新位置更新鑒權(quán)鑒權(quán)數(shù)據(jù)庫更新數(shù)據(jù)庫更新呼叫傳遞呼叫傳遞（尋呼）（尋呼）數(shù)據(jù)庫查詢數(shù)據(jù)庫查詢終端的呼叫終端的呼叫30三種動(dòng)態(tài)位置更新策略：基于時(shí)間的位置更新策略基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略基于距離的位置更新策略越區(qū)切換和位置管理31位置更新及移動(dòng)臺(tái)的附著與分離1）

14、IMSI附著（開機(jī)）2）常規(guī)的位置更新3）強(qiáng)迫登記（周期性登記）4）隱式分離（當(dāng)無法完成周期性登記時(shí)）5）IMSI分離（關(guān)機(jī)）越區(qū)切換和位置管理3233載頻、頻點(diǎn)、頻帶寬度、頻段n載頻：邏輯上的概念是指工作在某個(gè)特定頻率的載波。物理上對(duì)應(yīng)于以某個(gè)特定頻率發(fā)射和接收的基站收發(fā)信機(jī)。一般來說，一個(gè)載頻對(duì)應(yīng)于一個(gè)收發(fā)信機(jī)。n頻點(diǎn)：是指基站收發(fā)信機(jī)工作的中心頻率。n頻帶寬度：是指某個(gè)載頻的帶寬，如一個(gè)GSM載頻的頻帶寬度是200KHz，一個(gè)CDMA1X載頻的頻帶寬度是1.23MHz；有時(shí)也用來表示某個(gè)頻段的寬度，如聯(lián)通GSM900MHz頻帶寬度為6MHz。n頻段：是指無線電管理委員會(huì)分配的用于特定業(yè)務(wù)

15、的頻帶寬度的總稱，如PHS的工作頻段為19001915MHz。34上行、下行；前向、反向n通信系統(tǒng)中，一般把網(wǎng)絡(luò)設(shè)備向終端用戶發(fā)送信息的鏈路稱為下行鏈路（DL，Down Link）；終端用戶發(fā)送信息的鏈路稱為上行鏈路（UL，Up Link）。n在CDMA系統(tǒng)中，引入了“前向”（Forward Link）和“反向”（Reverse Link）的概念，分別對(duì)應(yīng)于“下行”和“上行”。n上行、反向：移動(dòng)臺(tái)發(fā)送、基站接收；n下行、前向：基站發(fā)送、移動(dòng)臺(tái)接收。n頻分雙工通信系統(tǒng)中，上行工作頻率低于下行工作頻率，兩個(gè)工作頻率之間的間隔稱為“雙工間隔”。 dB：功率相對(duì)值的單位，10 lg A/B dBc：功率相對(duì)值的單位，與dB的計(jì)算方法完全一樣。一般來說，dBc相