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GSM蜂窝移动通信系统2

GSM蜂窝移动通信系统2
GSM蜂窝移动通信系统2

第三讲GSM关键技术概述(续)

3.3 时分多址(TDMA)帧结构

(1)GSM逻辑信道又分为两大类,业务信道和控制信道:

①业务信道(TCH):用于传送编码后的话音或客户数据,在上行和下行信道上,点对点(BTS对一个MS,或反之)方式传播。

②控制信道:用于传送信令或同步数据。根据所需完成的功能又把控制信道定义成广播、公共及专用三种控制信道,它们又可细分为:

广播信道(BCH):

---频率校正信道(FCCH):携带用于校正MS频率的消息,下行信道,点对多点(BTS 对多个MS)方式传播。

---同步信道(SCH):携带MS的帧同步(TDMA帧号)和BTS的识别码(BSIC)的信息,下行信道,点对多点方式传播。

---广播控制信道(BCCH):广播每个BTS的通用信息(小区特定信息)。下行,点对多点方式传播。

公共控制信道(CCCH) :

---寻呼信道(PCH):用于寻呼(搜索)MS。下行,点对多点方式传播。

---随机接入信道(RACH):MS通过此信道申请分配一个独立专用控制信道(SDCCH),可作为对寻呼的响应或MS主叫/登记时的接入。上行信道,点对点方式传播。

---允许接人信道(AGCH):用于为MS分配一个独立专用控制信道(SDCCH)。下行信道,点对点方式传播。

专用控制信道(DCCH):

---独立专用控制信道(SDCCH):用在分配TCH之前呼叫建立过程中传送系统信令。例如登记和鉴权在此信道上进行。上行和下行信道,点对点方式传播。

---慢速随路控制信道(SACCH):它与一个TCH或一个SDCCH相关,是一个传送连续数据信息的信道,如传送移动台接收到的关于服务及邻近小区的信号强度的测试报告。这对实

现移动台参与切换功能是必要的。它还用于MS的功率管理和时间调整。上行和下行信道,点对点方式传播。

---快速随路控制信道(FACCH):它与一个TCH相关。工作于借用模式,即在话音传输过程中如果突然需要以比SACCH所能处理的高得多的速度传送信令信息,则借用20ms的话音(数据)来传送。这一般在切换时发生。由于语音译码器会重复最后20ms的话音,因此这种中断不被用户查觉。

控制信道的配臵是依据每小区(BTS)的载频(TRX)数而定的,见图3-7所示。在使用6MHz带宽的情况下,每小区最多两个控制信道,当某小区配臵一个载频时,仅需一个控制信道。

图3-7 小区信令信道配臵

(2)TDMA帧

在TDMA中,每个载频被定义为一个TDMA帧,相当于FDMA系统中的一个频道,每帧包括8个时隙(TS0-7),要有TDMA 帧号,这是因为GSM的特性之一是客户保密性好,是通过在发送信息前对信息进行加密实现的。计算加密序列的算法是以TDMA帧号为一个输入参数,因此每一帧都必须有一个帧号。有了TDMA帧号,移动台就可判断控制信道TS0上传送的是哪一类逻辑信道。

TDMA帧号是以3.5小时(2715648个TDMA帧)为周期循环编号的。每2715648个TDMA 帧为一个超高帧,每一个超高帧又可分为2048个超帧,一个超帧持续时间为6.12s,每个超帧又是由复帧组成。复帧分为两种类型(见图3-8所示)。

图3-8 帧结构图

26帧的复帧---它包括26个TDMA帧,持续时长120ms,51个这样的复帧组成一个超帧。这种复帧用于携带TCH(和SACCH加FACCH)。

51帧的复帧---它包括51个TDMA帧,持续时长3060/13ms。26个这样的复帧组成一个超帧。这种复帧用于携带BCH和CCCH。

(3)突发脉冲序列(Burst)

TDMA信道上一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列。共有五种类型。

①普通突发脉冲序列(NB):用于携带TCH及除RACHA,SCH和FCCH以外的控制信道上的信息,图3-9所示,“57个加密比特”是客户数据或话音,再加“1”个比特用作借用标志。借用标志是表示此突发脉冲序列是否被FACCH信令借用。“26个训练比特”是一串已知比特,用于供均衡器产生信道模型(一种消除时间色散的方法)。

“TB”尾比特总是000帮助均衡器判断起始位和中止位。“GP”保护间隔,8.25个比特(相当于大约30 s),是一个空白空间。由于每载频最多8个客户,因此必须保证各自时隙发射时不相互重迭。尽管使用了时间调整方案,但来自不同移动台的突发脉冲序列彼此间仍会有小的滑动,因此8.25个比特的保护可使发射机在GSM建议许可范围内上下波动。

图3-9 普通突发脉冲序列

②频率校正突发脉冲序列(FB):用于移动台的频率同步,它相当于一个带频移的未调载波。此突发脉冲序列的重复称FCCH,见图 3-10。图中“固定比特”全部是0,使调制器发

送一个未调载波。“TB”和“GP”同普通突发脉冲序列中的“TB”和“GP”。

图3-10 频率校正突发脉冲序列

③同步突发脉冲序列(SB):用于移动台的时间同步,它包括一个易被检测的长同步序列并携带有TDMA帧号和基站识别码(BSIC)信息。这种突发脉冲序列的重复称为SCH,见图3-11所示。

图3-11 同步突发脉冲序列

④接入突发脉冲序列(AB):用于随机接入,它有一个较长的保护间隔,这是为了适应移动台首次接入(或切换到另一个BTS)后不知道时间提前量而设臵的。移动台可能远离BTS,这意味着初始突发脉冲序列会迟一些到达BTS,由于第一个突发脉冲序列中没有时间调整,为了不与下一时隙中的突发脉冲序列重叠,此突发脉冲序列必须短一些,见图3-12所示。

图3-12 接入突发脉冲序列

⑤空闲突发脉冲序列(DB):此突发脉冲序列在某些情况下由BTS发出,不携带任何信息。它的格式与普通突发脉冲序列相同,其中加密比特改为具有一定比恃模型的混合比特。

(4)逻辑信道到物理信道的映射

谈过TDMA信道、TDMA帧和突发脉冲序列之后,我们就可以谈谈逻辑信道映射到物理信道的方法。我们知道每小区有若干个载频,每个载频都有8个时隙,我们定义载频数为C0,C1,…,Cn,时隙数为T30,T51,〃〃〃,T87。

①控制信道的映射

对某小区超过1个载频时,该小区C0上的TS0就映射广播和公共控制信道,具体映射方法见图3-13。图中所示:

F(FCCH)--- 移动台依此同步频率,它的突发脉冲序列为FB。

S(SCH)--- 移动台依此读TDMA帧号和BSIC码,突发脉冲序列为SB。

B(BCCH)--- 移动台依此读有关此小区的通用信息。突发脉冲序列为NB。

I(IDEL)--- 空闲帧,不包括任何信息。突发脉冲序列为DB。

C(CCCH)--- 移动台依此接受寻呼和接入,突发脉冲序列NB。

即便没有寻呼或接入进行,BTS也总在C0上发射,用空位突发脉冲序列代之。

我们从帧的分级结构知道,51帧的复帧是用于携带BCH和CCCH,因此51帧的复帧中共有51个TS0,所携带的控制信道排列的序列如图3-13下面的序列。此序列在第51个TDMA 帧上映射一个空闲帧之后开始重复下一个51帧的复帧。

图3-13 BCCH与CCCH在TS0上的复用

以上叙述了下行链路C0上的TS0的映射。对上行链路C0上映射的TS0是不包含上述各信道的,它只含有随机接入信道(RACH),用于移动台的接入,如图3-14所示,它给出了51个连续TDMA帧的TS0。

图3-14 TS0上RACH的复用

下行链路C0上的TS1用于映射专用控制信道。它是102个TDMA帧复用一次,三个空闲帧之后从D0开始,见图3-15所示。

图3-15 下行SDCCH和SACCH在TS1上的复用

Dx(SDCCH)--- 此处移动台X是一个正在建立呼叫或更新位臵或与GSM交换系统参数的移动台。Dx只在移动台X建立呼叫时使用,在移动台X转到TCH上开始通话或登记完释放后,Dx可用于其它MS。

Ax(SACCH)--- 在传输建立阶段(也可能是切换时)必须交换控制信令,如功率调整等信息,移动台X的此类信令就是在该信道上传送。

由于是专用信道,所以上行链路C0上的TSI也具有同样的结构,即意味着对一个移动台同时可双向连接,但时间上有个偏移,如图3-16所示。 Dx、Ax含义与下行链路的相同。

图3-16 上行SDCCH和SACCH在TS1上的复用

某个小区仅一个载频时,就只有8个时隙,这时的TS0即可用作公共控制信道又可用作专用控制信道,映射方法如图3-17所示。102个TDMA帧重复一次,图中仅描述了102个TDMA帧的TS0上映射的信令信息。字符含意同上述某小区多个载频时的C0上的TS0和TS1映射字符含意。

图3-17 仅有一个收发单元时控制信道在TS0上的映射

②业务信道的映射

除映射控制信道以外的时隙均映射业务信道(TCH),映射方法如图3-18所示。图中仅给出了下行C0上的TS2映射构成。

图4-18 TCH的复用

T(TCH)--- 编码话音或数据,用于通话。突发脉冲序列为NB。

A(SACCH)--- 控制信号。用于移动台接受命令改变输出功率、了解应监视那些BTS 的BCCH、向系统报告从周围BTS接收到的信号强度等,突发脉冲序列NB。

I(IDEL):空闲帧。通常对于分配到TS2的移动台,每个TDMA帧的每个TS2都包含此移动台的信息。只有空闲帧是个例外,它不包含任何信息。

上行链路的结构与下行的一样的,唯一不同的是有一个时间的偏移,也就是说上下行的TS2是在不同时间出现,时间偏移约为3个时隙。

用于携带TCH的复帧是26帧的,因此有26个TS2,第26TS2 时隙是空闲时隙,空闲时隙之后序列从头开始。

携带TCH的复帧相对携带控制信道的复帧要加一个滑动,因为携带TCH的复帧是26个TDMA帧重复一次,而携带控制信道的复帧要每51个TDMA帧重复一次,所以空闲帧在51复帧所有不同的控制信道上均有一个滑动。

3.4 空间分集

多径衰落和阴影衰落产生原因是不相同的。随着移动台的移动,瑞利衰落

随信号瞬时值快速变动,而对数正态衰落随信号平均值(中值)变动。这两者是构成

移动通信接收信号不稳定的主要因素,使接收信号被大大地恶化,虽然通过增加发信功率、天线尺寸和高度等方法能取得改善,但采用这些方法在移动通信中比较昂贵,有时也显得不切实际。而采用分集方法即在若干个支路上接收相互问相关性很小的载有同一消息的信号,

然后通过合并技术再将各个支路信号合并输出,那么便可在接收终端上大大降低深衰落的概率。

分集的方法有空间分集、频率分集、极化分集、角度分集、时间分集和分量分集等多种。在移动通信中,通常采用空间分集,因此这里也就此方法进行讨论。

我们知道在移动通信中,空间略有变动就可能出现较大的场强变化。当使用两个接收信道时,它们受到的衰落影响是不相关的,且二者在同一时刻经受深衰落谷点影响的可能性也很小,因此这一设想引出了利用两副接收天线的方案,独立地接收同一信号,再合并输出,衰落的程度能被大大地减小,这就是空间分集,见图3-19所示。空间分集是利用场强随空间的随机变化实现的,空间距离越大,多径传播的差异就越大,所接收场强的相关性就越小。这里所提相关性是个统计术语,表明信号间相似的程度,因此必须确定必要的空间距离。经过测试和统计,CCIR建议为了获得满意的分集效果,移动单元两天线间距大于0.6个波长,即d>0.6λ,并且最好选在λ/4的奇数倍附近。若减小天线间距,即使小到λ/4,也能起到相当好的分集效果。

图3-19 空间分集

3.5 时间色散和均衡

数字传输的引入带来了另一问题是时间色散。这一问题也起源于反射,但与多径衰落不同,其反射信号来自远离接收天线的物体约在几千米远处,图3-20为时间色散一例。由基站发送“1”、“0”序列,如果反射信号的达到时间刚好滞后直射信号一个比特的时间,那么接收机将在从直射信号中检出“0”的同时,还从反射信号中检出“1”,于是导致符号“1”对符号“0”的干扰。

图3-20 时间色散

在GSM系统中,比特速率为270kbit/s,则每一比特时间为3.7 s。因此,一比特对应1.1km。假如反射点在移动台之后lkm,那么反射信号的传输路径将比直射信号长2km。这样就会在有用信号中混有比它迟到两比特时间的另一个信号,出现了码间干扰。时间色散似乎是个很棘手的问题,不过在GSM系统中采用了自适应均衡技术,这一问题的严重性得以缓解。

均衡有两个基本途径:一为频域均衡,它使包括均衡器在内的整个系统的总传输函数满足无失真传输的条件。它往往是分别校正幅频特性和群时延特性,序列均衡通常采用这种频域均衡法。二为时域均衡,就是直接从时间响应考虑,使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰的条件。目前我们面临的信号是时变信号,因此需要采用第二个均衡途径时域均衡来达到整个系统无码间串扰。

时域均衡系统的主体是横向滤波器,也称横截滤波器,它由多级抽头延迟线、加权系数相乘器(或可变增益电路)及相加器组成,如图3-21。

图3-21 横向滤波器

自适应均衡器所追求的目标就是要达到最佳抽头增益系数,是直接从传输的实际数字信号中根据某种算法不断调整增益,因而能适应信道的随机变化,使均衡器总是保持最佳的工作状态,有更好的失真补偿性能,自适应均衡器需有三个特点:快速初始收敛特性、好的跟踪信道时变特性和低的运算量。因此,实际使用的自适应均衡器系统除在正式工作前先发一

定长度的测试脉冲序列,又称训练序列,以调整均衡器的抽头系数,使均衡器基本上趋于收敛,然后再自动改变为自适应工作方式,使均衡器维持最佳状态。自适应均衡器一般还按最小均方误差准则来构成,最小均方算法采用维特比(“Viterbi)算法。维特比算法其实质就是最大似然比算法,维特比均衡器的方框图如图3-22。

图3-22 维特比均衡器

GSM数字移动通信系统中的训练序列如表3-1,它们具有很好的自相关性,以使均衡器具有很好的收敛性。

表3-1 GSM系统的训练序列

下面简单介绍一下均衡技术的原理。信道可以是金属线、光缆、无线链路等,每种信道有其自己的特性,如带宽、衰减等等。因此,最佳接收机应适合用于特殊类型传输信道,这就意味着该接收机应知道信道是什么样的,否则就不是最佳接收机:我们要做的事情就是建立一个传输信道(即空中接口)的数学模型,计算出最可能的传输序列,这就是均衡器。传输序列是以突发脉冲串的形式传输,在突发脉冲串的中部,加有已知方式的且自相关性强的训练序列,利用这一训练序列,均衡器能建立起该信道模型。这个模型随时间改变,但在一个突发脉冲串期间被认为是恒定的。建立了信道模型,下一步是产生全部可能的序列,并把它们馈入通过信道模型,输出序列中将有一个与接收序列最相似,与此对应的那个输入序列

便被认为是当前发送的序列,见图3-23。

图3-23 均衡器工作原理

例中序列长度N = 3,接收序列为010。N = 3给出了馈入信道模型的8种可能的输入系列:

输入000,输出100;

输入001,输出010;

输入010,输出:110等等。

显然,第二个输入系列001产生了最相似输出序列010,因此认为001=为发送序列。

这看起来似乎很简单,不过问题是通常不会有N=3的情况。例如在GSM中,N = 116,这就需要相当大量的比较。假如每秒钟比较1千万个组合,计算全部组合将要花费1029年。由此导致的话音时延是绝对不能容忍的,所以实际使用的均衡器中使用了维特比算法就是这个道理。

GSM规范要求均衡器应能处理时延高达15μs左右的反射信号,15μs约对应4比特时间。此外,由于近区(相对于接收机)反射,反射信号本身易受到瑞利衰落的影响。然而,与直射信号相比,反射信号具有不相关性衰落图形,困而能被均衡器利用,从而改善性能。因此只要反射信号的时延不超过15μs就可以得到很好的信号质量。

3.6 基站与移动台间的时间调整

由于在空中接口采用了TDMA技术,那么某一移动台必须在指配给它的时隙内

发送,而在其余时间又必须保持寂静,否则它会干扰使用同样载频上不同时隙的

另一些移动客户。

从图3-24可见,收发之间是间隔3个时隙。假如某移动台占用了时隙2(TS2),可它在呼叫期间向远离基站方向移动,因此从基站发出的信息,将会越来越迟地到达移动台。与此同时移动台的应答信息,也会越来越迟地到达基站。如果不采取措施,该时延长至使该

移动台在TS2发送的信息与基站在TS3接受到的另一个呼叫信息重迭起来。所以,在呼叫进行期间,必须监视呼叫到达基站的时间,并由系统向移动台发送指令,随着移动台离开基站的距离,逐步指示移动台提前发送的时间,这就是时间的调整。

图3-24 TCH上下行偏移

时间调整的提前是0~63个比特之间的任意值。如0个比特就表示不必调整,表明MS 和BTS在一起。63个比特是调整的最大量,也就是BTS与BS之间最长距离。所以我们说,GSM系统最大覆盖范围是:

3.7μs ? 63 ? 3 ? 108m/s = 70km

3.7μs:每个比特的时长。

63:时间调整的最大比特数。

3 108m/s :电波速度。

其覆盖半径是35km。

当一个特定连接建立时,BTS不断测量自己脉冲时隙与收到的MS时隙之间的时间偏移量。基于这个测量,它可以向MS提供要求的时间提前量,并在SACCH上以每秒2次的频度通知MS。

3.7 话音编码

由于GSM系统是一种全数字系统,话音或其它信号都要进行数字化处理,因而第一步要把话音模拟信号转换成数字信号(即1和0的组合)。

我们对PCM编码比较熟悉,它是采用A律波形编码,分为3步:

--- 采样。在某瞬间测量模拟信号的值。采样速率8kHz/s。

--- 量化。对每个样值用8个比特的量化值来表示对应的模拟信号瞬间值,即为样值指配256(28)个不同电平值中的一个。

--- 编码。每个量化值用8个比特的二进制代码表示,组成一串具有离散特性的数字信

号流。

用这种编码方式,数字链路上的数字信号比特速率为64kbit/s (8kbit/s 8)。如果GSM系统也采用此种方式进行话音编码,那么每个话音信道是64kbit/s,8个话音信道就是512kbit/s。考虑实际可使用的带宽,GSM规范中规定载频间隔是200kHz。因此要把它们保持在规定的频带内,必需大大地降低每个话音信道的编码的比特率,这就要靠改变话音编码的方式来实现。

声码器编码可以是很低的速率(可以低于5kbit/s,虽然不影响话音的可懂性,但话音的失真性很大,很难分辨是谁在讲话。波形编码器话音质量较高,但要求的比特速率相应的较高。因此GSM系统话音编码器2是采用声码器和波形编码器的混合物--- 混合编码器,全称为线性预测编码-长期预测编码-规则脉冲激励编码器(LPC-LTP-RPE编码器),见图3-25所示。LPC+LTP为声码器,RPE为波形编码器,再通过复用器混合完成模拟话音信号的数字编码,每话音信道的编码速率为13kbit/s。

图3-25 GSM话音编码器框图

声码器的原理是模仿人类发音器官喉、嘴、舌的组合,将该组合看作一个滤波器,人发出的声音使声带振动就成为激励脉冲。当然“滤波器”脉冲 m频率是在不断地变换,但在很短的时间(10ms~30ms)内观察它,则发音器官是没有变换的,因此声码器要做的事是将话音信号分成20ms的段,然后分析这一时间段内所相应的滤波器的参数,并提取此时的脉冲串频率,输出其激励脉冲序列。相继的话音段是十分相似的,LTP将当前段与前一段进行比较,相应的差值被低通滤波后进行一种波形编码。

LPC十LTP参数:3.6 kbit/s。

RPE参数:9.4kbit/s。

因此,话音编码器的输出比特速率是13kbit。

3.8 信道编码

采用数字传输时,所传信号的质量常常用接收比特中有多少是正确的”来表示,并由此引出比特差错率(BER)概念。BER表明总比特率中有多少比特被检测出错误,差错比特数目

或所占的比特要尽可能小。然而,要把它减小到0,那是不可能的,因为路径是在不断变化的。这就是说必须允许存在一定数量的差错,但还必须能恢复出原信息,或至少能检测出差错,这对于数据传输来说特别重要,对话音来说只是质量降低。

为了有所补益,可使用信道编码。信道编码,能够检出和校正接收比特流中的差错。这是因为加入一些冗余比特,把几个比特上携带的信息扩散到更多的比特上。为此付出的代价是必须传送比该信息所需要的更多的比特,但有效地减少差错。

为了便于理解,我们举一简单例子加以说明。

假定要传输的信息是一个“0”或是一个“l”,为了提高保护能力,各添加3个比特:

信息添加比特发送比特

O 000 0000

1 111 1111

对于每一比特(0或1),只有一个有效的编码组(0000或l111)。如果收到的不是0000或1111,就说明传输期间出现了差错。比例关系是1:4,必须发送是必要比特4倍的比特。保护作用如何?

接收编码组可能为: 0000 0010 0110 0111 1111

判决结果: 0 0 X 1 1

如果4个比特中有1个是错的,就可以校正它。例如发送的是0000,而收到的却是0010,则判决所发送的是0。如果编码组中有两个比特是错的,则能检出它,如0ll0表明它是错的,但不能校正。最后如果其中有3个或4个比特是错的,则既不能校正它,也不能检出它来。所以说这一编码能校正1个差错和检出2个差错。

图3-26表示了数字信号传输的这一过程,其中信源可以是话音、数据或图像的电信号“s”,经信源编码构成一个具有确定长度的数字信号序列“m”,人为地在按一定规则加进非信息数字序列,以构成一个一个码子“c(信道编码),然后再经调制器变换为适合信道传输的信号。经信道传输后,在接收端经解调器判决输出的数字序列称为接收序列“R”,再经信道译码器译码后输出信息序列“m”,而信源译码器则将“m”变换成客户需要的信息形式“s”。

图3-26 数字信息传输方框图

移动通信的传输信道属变参信道,它不仅会引起随机错误,而更主要的是造成突发错误。随机错误的特点是码元间的错误互相独立,即每个码元的错误概率与它前后码元的错误与否是无关的。突发错误则不然,一个码元的错误往往影响前后码元的错误概率。或者说,一个码元产生错误,则后面几个码元都可能发生错误。因此,在数字通信中,要利用信道编码对整个通信系统进行差错控制。差错控制编码可以分为分组编码和卷积编码两类。

分组编码的原理框图见图3-27。分组编码是把信息序列以k个码元分组,通过编码器将每组的k元信息按一定规律产生r个多余码元(称为检验元或监督元),输出长n=k十r的一个码组。因此,每个码组的r个检验元仅与本组的信息元有关而与别组无关。分组码用(n,k)表示,n表示码长,k表示信息位数目,R=k/n称为分组编码的效率,也称编码率或码率。

图3-27 分组编码

卷积编码的原理框图见图3-28。卷积编码就是将信息序列以ko个码元分段,通过编码器输出长为no的一段码段。但是该码的no - ko个检验码不仅与本段的信息元有关,而且也与其前m段的信息元有关,故卷积码用(no,ko,m)表示,称No=(2n十1)no为卷积编码的编码约束长度。与分组编码一样,卷积编码的编码效率也定义为R=ko/no,对于具有良好纠、检错性能并能合理而又简单实现的大多数卷积码,总是ko=l或是(no - ko)=l,也就是说它的编码效率通常只有l/5,1/4,1/3,1/2,2/3,3/4,4/5……。

图3-28 卷积编码

在GSM系统中,上述两种编码方法均在使用。首先对一些信息比特进行分组编码,构成一个“信息分组十奇偶(检验)比特”的形式,然后对全部比特做卷积编码,从而形成编码比特。这两次编码适用于话音和数据二者,但它们的编码方案略有差异。采用“两次”编码的好处是:在有差错时,能校正的校正(利用卷积编码特性),能检测的检测(利用分组编码特性)。

GSM系统首先是把话音分成20ms的音段,这20ms的音段通过话音编码器被数字化和话音编码,产生260个比特流,并被分成:

〃50个最重要比特

·132个重要比特

·78个不重要比特

如图3-29,对上述50个比特添加上3个奇偶检验比特(分组编码),这53个比特同132个重要比特与4个尾比特一起卷积编码,比率1:2,因而得378个比特,另外78个比特不予保护。

图3-29 GSM数字话音的信道编码

3.9 交织技术

在陆地移动通信这种变参信道上,比特差错经常是成串发生的。这是由于持

续较长的深衰落谷点会影响到相继一串的比特。然而,信道编码仅在检测和

校正单个差错和不太长的差错串时才有效。为了解决这一问题,希望能找到

把一条消息中的相继比特分散开的方法,即一条消息中的相继比特以非相继方式被发送。这样,在传输过程中即使发生了成串差错,恢复成一条相继比特串的消息时,差错也就变成单个(或长度很短),这时再用信道编码纠错功能纠正差错,恢复原消息。这种方法就是交织技术。

1.交织技术的一般原理

假定由一些4比特组成的消息分组,把4个相继分组中的第1个比特取出来,并让这4个第1比特组成一个新的4比特分组,称作第一帧,4个消息分组中的比特2~4,也作同样处理,如图3-30所示。

然后依次传送第1比特组成的帧,第2比特组成的帧,……。在传输期间,帧2丢失,如果没有交织,那就会丢失某一整个消息分组,但采用了交织,仅每个消息分组的第2比特丢失,再利用信道编码,全部分组中的消息仍能得以恢复,这就是交织技术的基本原理。概括地说,交织就是把码字的b个比特分散到n个帧中,以改变比特间的邻近关系,因此n 值越大,传输特性越好,但传输时延也越大,所以在实际使用中必须作折衷考虑。

图3-30 交织原理

2.GSM系统中交织方式

在GSM系统中,信道编码后进行交织,交织分为两次,第一次交织为内部交织,第二次交织为块间交织。

话音编码器和信道编码器将每一20ms话音数字化并编码,提供456个比特。首先对它进行内部交织,即将456个比特分成8帧,每帧57比特,见图3-31所示。

图3-31 GSM 20ms话音编码交织

如果将同一20ms话音的2组57比特插入到同一普通突发脉冲序列中(见图3-32),那么该突发脉冲串丢失则会导致该20ms的话音损失25%的比特,显然信道编码难以恢复这么多丢失的比特。因此必须在两个话音帧间再进行一次交织,即块间交织。

图3-32 普通突发脉冲串

把每20ms话音456比特分成的8帧为一个块,假设有A、B、C、D四块,见图3-33所示,在第一个普通突发脉冲串中,两个57比特组分别插入A块和D块的各1帧(插入方式如图3-34所示,这就是二次交织),这样一个20ms的话音8帧分别插入8个不同普通突发脉冲序列中,然后一个一个突发脉冲序列发送,发送的突发脉冲序列首尾相接处不是同一话音块,这样即使在传输中丢失一个脉冲串,只影响每一话音比特数的12.5%,而这能通过信道编码加以校正。

图3-33 话音信道编码

图3-34 二次交织

二次交织经得住丧失一整个突发脉冲串的打击,但增加了系统时延。因此,在GSM系统中,移动台和中继电路上增加了回波抵消器,以改善由于时延而引起的通话回音。

3.10 跳频技术

采用跳频技术是为了确保通信的秘密性和抗干扰性,它首先被用于军事通信,

后来在GSM标准中也被采纳。

跳频功能主要是:

(1) 改善衰落。

(2) 处于多径环境中的漫速移动的移动台通过采用跳频技术,大大改善移动台的通信质量,相当于频率分集。

(3) 跳频相当于频率分集

GSM系统中的跳频分为基带跳频和射频跳频两种。

基带跳频的原理是将话音信号随着时间的变换使用不同频率发射机发射,其原理图如图3-35所示,实施的方框图如图3-36所示。

图3-35 基带跳频原理

图3-36 基带跳频实施框图

射频跳频是将话音信号用固定的发射机,由跳频序列控制,采用不同频率发射,原理图如图3-37所示,实施框图如图3-38所示。需要说明的是,射频跳频必须有两个发射机,一个固定发射载频Fo,因它带有控制信道BCCH;另一发射机载波频率可随着跳频序列的序列值的改变而改变。

图3-37 射频跳频

图3-38 射频跳频实施框图

射频跳频比基带跳频具有更高的性能改善和抗同频干扰能力,但其缺点是:

(1) 射频跳频目前还不成熟。

(2)射频跳频只有当每小区拥有4个频率以上时效果比较明显。

(3) 射频跳频必须使用HIBRID合成器,每小区如使用4个载频就需要配置3个HIBRID,损耗约6dB,比空腔合成器的损耗大3dB 左右。对基站覆盖范围有一定影响。

(4) 合成器要求网路中各基站必须同步,而目前很多供货商难满足。

综上原因,大多数厂家的BTS是采用基带跳频技术,而不采射频跳频技术。

3.11 保密措施

大家都知道,GSM系统在安全性方面有了显著的改进,其主要是在下列部分

加强了保护:接入网路方面采用了对客户鉴权;无线路径上采用对通信信息

加密;对移动设备采用设备识别;对客户识别码用临时识别码保护;SMI卡用PIN码保护。

(1)提供三参数组

客户的鉴权与加密是通过系统提供的客户三参数组来完成的。客户三参数组的产生是在GSM系统的AUC(鉴权中心)中完成,如图3-39所示。每个客户在签约(注册登记)时,就被分配一个客户号码(客户电话号码)和客户识别码(IMSI)。IMSI通过SIM写卡机写入客户SIM 卡中,同时在写卡机中又产生一个对应此IMSI的唯一的客户鉴权键Ki,它被分别存储在客户SIM卡和AUC中。AUC中还有个伪随机码发生器,用于产生一个不可预测的伪随机数(RAND)。RAND和Ki经AUC中的A8算法(也叫加密算法)产生一个Kc(密钥),经A3算法(鉴权算法)产生一个响应数(SRES)。由产生Kc和SRES的RAND与Kc、SRES一起组成该客户的一个三参数组,传送给HLR,存储在该客户的客户资料库中。一般情况下,AUC一次产生5组三参数,传送给HLR,HLR自动存储。HLR可存储10组三参数,当MSC/VLR向HLR请求传送三参数组时,HLR又一次性地向MSC/VLR传5组三参数组。MSC/VLR一组一组地用,用到剩2组时,再向HLR请求传送三参数组。

图3-39 三参数组的提供

(2) 鉴权

鉴权的作用是保护网路,防止非法盗用。同时通过拒绝假冒合法客户的“入侵”而保护GSM移动网路的客户。鉴权的程序见图3-40,当移动客户开机请求接入网路时,MSC/VLR 通过控制信道将三参数组的一个参数伪随机数RAND传送给客户,SIM卡收到RAND后,用此RAND与SIM卡存储的客户鉴权键Ki,经同样的A3算法得出一个响应数SRES,传送给MSC /VLR。MSC/VLR将收到的SRES与三参数组中的SRES进行比较。由于是同一RAND,同样的Ki和A3算法,因此结果SRES应相同。MSC/VLR比较的结果相同就允许接入,否则为非法客户,网路拒绝为此客户服务。

在每次登记、呼叫建立尝试、位置更新以及在补充业务的激活、去活、登记或删除之前均需要鉴权。

蜂窝移动通信

蜂窝移动通信 关键词:蜂窝移动通信、CDMA、网络、GSM移动通信系统。 蜂窝移动通信是采用蜂窝无线组网方式,在终端和网络设备之间通过无线通道连接起来,进而实现用户在活动中可相互通信。其主要特征是终端的移动性,并具有越区切换和跨本地网自动漫游功能。蜂窝移动通信业务是指经过由基站子系统和移动交换子系统等设备组成蜂窝移动通信网提供的话音、数据、视频图像等业务。其发展历程先综述如下: 概念的提出: 移动通信的发展历史可以追溯到19 世纪。1864 年麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存在;1876 年赫兹用实验证实了电磁波的存在;1900 年马可尼等人利用电磁波进行远距离无线电通信取得了成功,从此世界进入了无线电通信的新时代。现代意义上的移动通信开始于20 世纪20 年代初期。1928 年,美国Purdue 大学学生发明了工作于2MHz 的超外差式无线电接收机,并很快在底特律的警察局投入使用,这是世界上第一种可以有效工作的移动通信系统;20 世纪30 年代初,第一部调幅制式的双向移动通信系统在美国新泽西的警察局投入使用;20 世纪30 年代末,第一部调频制式的移动通信系统诞生,试验表明调频制式的移动通信系统比调幅制式的移动通信系统更加有效。在20 世纪40 年代,调频制式的移动通信系统逐渐占据主流地位,这个时期主要完成通信实验和电磁波传输的实验工作,在短波波段上实现了小容量专用移动通信系统。这种移动通信系统的工作频率较低、话音质量差、自动化程度低,难以与公众网络互通。在第二次世界大战期间,军事上的需求促使技术快速进步,同时导致移动通信的巨大发展。战后,军事移动通信技术逐渐被应用于民用领域,到20 世纪50 年代,美国和欧洲部分国家相继成功研制了公用移动电话系统,在技术上实现了移动电话系统与公众电话网络的互通,并得到了广泛的使用。遗憾的是这种公用移动电话系统仍然采用人工接入方式,系统容量小。 蜂窝移动系统的改进 从20 世纪60 年代中期至70 年代中期,美国推出了改进型移动电话系统,它使用150MHz和450MHz 频段,采用大区制、中小容量,实现了无线频道自动选择及自动接入公用电话网。20 世纪70 年代中期,随着民用移动通信用户数量的增加,业务范围的扩大,有限的频谱供给与可用频道数要求递增之间的矛盾日益尖锐。为了更有效地利用有限的频谱资源,美国贝尔实验室提出了在移动通信发展史上具有里程碑意义的小区制、蜂窝组网的理论,它为移动通信系统在全球的广泛应用开辟了道路。 第一代蜂窝移动通信系统: 1978 年,美国贝尔实验室开发了先进移动电话业务(AMPS)系统,这是第一种真正意义上的具有随时随地通信能力的大容量的蜂窝移动通信系统。AMPS 采用频率复用技术,可以保证移动终端在整个服务覆盖区域内自动接入公用电话网,具有更大的容量和更好的语音质量,很好地解决了公用移动通信系统所面临的大容量要求与频谱资源限制的矛盾。20 世纪70 年代末,美国开始大规模部署AMPS 系统。AMPS 以优异的网络性能和服务质量获得了广大用户的一致好评。AMPS 在美国的迅速发展促进了在全球范

LTE数字蜂窝移动通信网 S1接口技术要求 第3部分:信令传输

LTE数字蜂窝移动通信网 S1接口技术要求 第3部分:信令传输 LTE digital cellular mobile telecommunication network S1 Interface Technical Requirement – Part 3 : Signalling Transport 200X –XX –XX 印发 中国通信标准化协会

YD/T 1849—2009 目次 目次.............................................................................. I 前言............................................................................. II 1 范围 (4) 2 规范性引用文件 (4) 3 术语、定义和缩略语 (4) 3.1 术语和定义 (4) 3.2 缩略语 (4) 4 S1信令承载 (4) 4.1 功能和协议栈 (4) 5 数据链路层 (5) 6 IP层 (5) 7 传输层 (5) 参考文献 (6) I

YD/T 1849—2009 II 前言 YDB XXXX-XXXX 《LTE数字蜂窝移动通信网S1接口技术要求》分为5个部分:─第1部分:概述; ─第2部分:层1 ─第3部分:信令传输 ─第4部分:应用协议 ─第5部分:数据传输 本部分是第3部分,与3GPP TS 36.412 V9.1.0的技术内容一致。 YDB XXXX-XXXX 《LTE数字蜂窝移动通信网S1接口技术要求》是LTE数字蜂窝移动通信网系列技术报告之一,该系列技术报告的结构和名称预计如下: a)YDB XXXX-XXXX 《LTE数字蜂窝移动通信网无线接入部分总体技术要求》 b)YDB XXXX-XXXX 《TD-LTE数字蜂窝移动通信网Uu接口技术要求》 ─第1部分:物理层概述 ─第2部分:物理信道和调制 ─第3部分:物理层复用和信道编码 ─第4部分:物理层过程 ─第5部分:物理层测量 ─第6部分:MAC协议 ─第7部分:RLC协议 ─第8部分:PDCP协议 ─第9部分:RRC协议 ─第10部分:UE处于空闲模式下的过程 ─第11部分:UE无线接入能力 c)YDB XXXX-XXXX 《LTE FDD数字蜂窝移动通信网Uu接口技术要求》 ─第1部分:物理层概述 ─第2部分:物理信道和调制 ─第3部分:物理层复用和信道编码 ─第4部分:物理层过程 ─第5部分:物理层测量 ─第6部分:MAC协议 ─第7部分:RLC协议 ─第8部分:PDCP协议 ─第9部分:RRC协议 d)YDB XXXX-XXXX 《LTE数字蜂窝移动通信网X2接口技术要求》 ─第1部分:概述 ─第2部分:层1 ─第3部分:信令传输 ─第4部分:应用协议 ─第5部分:数据传输

LTE数字蜂窝移动通信网 S1接口技术要求 YDT 2566.3-2013

通信标准类技术报告 LTE数字蜂窝移动通信网 S1接口技术要求 第3部分:信令传输 LTE digital cellular mobile telecommunication network S1 Interface Technical Requirement Part 3 : Signalling Transport 2013 –10 –12 中国通信标准化协会

YD/T 1849—2013 目次 目次.............................................................................. I 前言............................................................. 错误!未定义书签。 1 范围 (2) 2 规范性引用文件 (2) 3 术语、定义和缩略语 (2) 3.1 术语和定义 (2) 3.2 缩略语 (2) 4 S1信令承载 (2) 4.1 功能和协议栈 (2) 5 数据链路层 (3) 6 IP层 (3) 7 传输层 (3) 参考文献 (4) I

YD/T 1849—2013 2 LTE数字蜂窝移动通信网 S1接口技术要求 第3部分:信令传输 1 范围 本部分适用于LTE数字蜂窝移动通信网。 本部分规定了LTE数字蜂窝移动通信网S1接口信令传输的标准。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本部分的引用而成为部分的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分,然而,鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本部分。 YDB XXXX-XXXX 《LTE数字蜂窝移动通信网S1接口技术要求第1部分:概述》 YDB XXXX-XXXX 《LTE数字蜂窝移动通信网S1接口技术要求第2部分:层1》 YDB XXXX-XXXX 《LTE数字蜂窝移动通信网S1接口技术要求第4部分:应用协议》 YDB XXXX-XXXX 《LTE数字蜂窝移动通信网S1接口技术要求第5部分:数据传输》 3 术语、定义和缩略语 3.1 术语和定义 下列术语和定义适用于本部分。 S1:eNB与EPC之间的接口,提供E-UTRAN和EPC之间的互联。这个接口也可被视为参考点。 S1-MME:E-UTRAN和MME之间的控制面协议参考点。 3.2 缩略语 下列缩略语适用于本部分。 eNB E-UTRAN Node B E-UTRAN基站 EPC Evolved Packet Core 演进的分组核心网 DiffServ Differentiated Service 差分服务 IP Internet Protocol 互联网协议 MME Mobility Management Entity 移动性管理实体 PPP Point to Point Protocol 点对点协议 SCTP Stream Control Transmission Protocol 流控制传输协议 4 S1信令承载 4.1 功能和协议栈 S1信令承载提供下列功能: -为S1-MME接口上的S1-AP消息提供可靠的传输; -提供网络和路由功能; -在信令网络中提供冗余功能; -支持流控制和拥塞控制。 S1信令承载的协议栈见图1所示,每个协议层的细节在以下章节描述。

蜂窝移动通信中的切换技术

《移动通信》论文 论文题目GSM蜂窝移动通信网络中 切换技术的研究 姓名 学号 学院 专业班级

目录 摘要........................................................................ ABSTRACT...................................................................... 第一章绪论................................................................... 1.1移动通信系统及其发展...................................... 1.1.1 移动通信及工作特点.................................................. 1.1.2 移动通信系统的发展.................................................. 1.2GSM蜂窝移动通信系统的发展............................... 1.3课题研究的目的及内容..................................... 1.4课题研究的意义 .......................................... 第二章切换技术............................................................... 2.1切换的定义及分类 ........................................ 2.2切换的原因 .............................................. 2.3切换的控制方式 .......................................... 第三章GSM蜂窝移动通信系统中的切换 .......................... 3.1 GSM系统概述............................................................. 3.2 GSM数字移动通信的主要技术............................................... 3.3 GSM切换................................................................. 第四章中国3G的切换......................................................... 4.13G的简述................................................ 4.2中国3G的发展驱动力...................................... 第五章结论与展望............................................................ 主要参考文献 ......................................................................................................................................................

蜂窝移动通信关键技术及市场发展

蜂窝移动通信关键技术及市场发展 摘要随着现代社会的快速发展,科学技术的发展也日新月异,而通信技术方面的技术变革,更是站在当今发展最快的技术变革行列的前茅。蜂窝移动通信已成为世界范围内的一项非凡成功之作,其发展如此迅速以致业务需求远远超过了原先的预测。5G移动通信技术作为目前最前沿的通信技术,目前尚处于探索研究阶段。本文对4G和5G移动通信技术的特点、优点及发展趋势做简要介绍。 关键字移动通信4G/5G关键技术发展趋势 1、引言 随着科学技术发展,通信技术也得到迅猛的发展和应用,在推动社会经济的同时改变了人们的生活方式。移动通信特别是蜂窝小区的发展,使用户实现完全的个人移动性、可靠的传输手段和接续方式,逐渐演变成社会进步必不可少的工具。移动通信现在已经成为人们广泛使用的一种通信方式,渗透到人们的生活和工作等各个方面,也给用户提供了更为丰富的娱乐服务,依靠其方便快捷、覆盖面广、注重个人用户体验等优点迅速吸引了大批移动用户。如今4G已经全面普及,而5G也已经在研究中,相信将会给我们带来更好的体验。 2、4G移动通信系统 移动通信技术经过2G、3G,已经到达了4G阶段,这不但为人们带来更多的便利,也反映出移动通信信息发展的非常迅速。身为通信行业,一定要具备长远目标以及预测未来的能力,谁获得了技术的先机,谁就可以在市场的竞争领域里独占鳌头,所以,移动通信技术在更新以及升级过程中,需要一直将当前通信技术的优势、劣势分析清楚,预测并提出更富发展性的改进方式。4G移动通信技术属于3G版的升级,在传输的速度上更快,技术保障更为可靠,智能构造设定更富有人性化,4G开辟了全新的移动通信技术。同时在普及速度上也十分迅速,在日常生活中给我们带来了非凡的体验。 移动通信的关键技术 4G通信系统具有比3G更加优良的性能,因此是一个远比3G复杂的通信系统。4G将要采用的关键技术主要有: 系统采用的核心技术是正交频分复用(OFDM),属于多载波调制技术,其基本原理是将 需要传输的串行数据流分解为若干个较低速率的并行子数据流,再将它们各自调制到相互正交的子载波上,最后合成输出,输出的数据速率与串行数据流分解前的速率相同;3G系统中采用的是码分多址CDMA技术,属于单载波调制,cdma2000中虽采用的是多载波技术,但各个载波之间相互独立,而OFDM各子载波之间的频率有重叠部分。对比分析可以看出OFDM 有如下优点: (1)抗多径干扰与窄带干扰能力较单载波系统强;

最新移动通信复习题库

一、填空题 1、移动通信系统中可能用到两类分集方式,即: 宏分集,微分集。P134 3、在移动通信空中接口的分层结构中,原语分为四类,即:请求,指示,响应,证实。 4、已知GSM系统的下行频段是:935~960 MHz,上行频段是890~915 MHz 载频间隔是 0.2 MHz,则第22频道的上行载波频率为 894.4MHz ,下行载波频率为 939.4MHz 。P238 (890+0.2n//935+0.2n) 5、在GSM系统中,三种主要的接口分别是 A接口, Abis接口,Um接口。P231 6、GSM系统采用的接入方式是 TDMA/FDMA(时分多址/频分多址) , 其中每帧包含 8 个时隙, 收发频率间隔为 45MHz MHz. P238 7、某TDMA/FDAM跳频移动通信系统,每帧长度为4ms, 采用每帧改变频率的方法,则系统的跳频速率为 250跳/秒。p248 8、美国Motorola公司提出的“铱星”系统,实际只使用了 66 颗卫星,它的卫星轨道高度是 780 Km, “铱星”系统采用 TDMA 多址方式。 10、指出无线电波至少三种传播方式直射波,地面反射波,地表面波。p94 11.现在用到的多址方式主要有哪几种:频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)、空分多址(SDMA)。 12.可以用来改进小尺度时间、空间中接收信号的质量和链路性能的三种技术是:均衡、分集、信道编码。 13.在实际情况下,用小区分裂、小区扇形化、覆盖区域逼近等技术来增大蜂窝系统容量。 14.我国信息产业部颁布3G的三大国际标准之一的 TD-SCDMA 为我国通信行业标准。 1. 移动通信是指移动用户之间或移动用户与固定用户之间进行的通信方式。 2. 按信号形式可将移动通信系统分为模拟移动通信系统和数字移动通信系统。 3. 中国提出的实现第三代移动通信的技术方案是TD-SCDMA。 5. 我国正在商业运营的第三代数字蜂窝移动通信系统有WCDMA,cdma2000,TD-SCDMA 7. 移动通信中的双向传输可分为单工、半双工和双工三种工作方式。 8. 移动通信中实现双工通信的方式有频分双工(FDD)和时分双工(TDD)。

蜂窝移动通信发展展望

蜂窝移动通信发展展望 王建一102 542 移动通信是指移动用户之间,或移动用户与固定用户之间的通信。随着电子技术的发展,特别是半导体、集成电路和讣算机技术的发展,移动通信得到了迅速的发展。随着其应用领域的扩大和对性能要求的提高,促使移动通信在技术上和理论上向更高水平发展。20世纪80年代以来,蜂窝移动通信已成为现代通信网中不可缺少并发展最快的通信方式之一。 回顾移动通信的发展历程,蜂窝移动通信的发展大致经历了这样儿个发展阶段:第一代移动通信技术主要指蜂窝式模拟移动通信,技术特征是蜂窝网络结构克服了大区制容量低、活动范圉受限的问题。第二代移动通信是蜂窝数字移动通信。使蜂窝系统具有数字传输所能提供的综合业务等种种优点。第三代移动通信的主要特征是除了能提供笫二代移动通信系统所拥有的各种优点,克服了其缺点外,还能够提供宽带多媒体业务,能提供高质量的视频宽带多媒体综合业务,并能实现全球漫游。 3G ( 3rd-generation)是第三代移动通信技术的简称是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音(通话)及数据信息。3G与2G 的主要区别是在传输声音和数据的速率上的提升,它能够在全球范围内更好地实现无线漫游,并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式,提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务,同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。作为一名生活在3G移动通信逐渐发展成熟的时代里,我对3G的直观理解是这样的:可以视频通话;全国无漫游,接听免费,不区分长途和市话;上网速度很快,联通无线网卡的上行速

率是7. 4M;可以将语音和数据同步进行等。 现在用的大多还是第二代技术,第三代技术还不成熟。21世纪移动通信技术和市场飞速发展,在新技术和市场需求的共同作用下,未来移动通信技术将呈现以下儿大趋势:网络业务数据化、分组化,移动互联网逐步形成;网络技术数字化、宽带化;网络设备智能化、小型化;应用于更高的频段,有效利用频率;移动网络的综合化、全球化、个人化;各种网络的融合;高速率、高质量、低费用。这正是笫四代(4G)移动通信技术发展的方向和LI标。 第四代移动通信技术的概念可称为宽带接入和分布网络,具有非对称的超过2Mbit/s的数据传输能力。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网络。第四代移动通信标准比笫三代标准拥有更多的功能,它可以在不同的无线平台和跨越不同频带的网络中提供无线服务,可以在任何地方用宽带接入互联网,能够提供定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。LI前?正在开发和研制中的4G通信将具有以下特征:通信速度更快;网络频谱更宽;各种业务的完美融合;智能性更高;兼容性能更平滑;实现更高质量的多媒体通信;通信费用更加便宜等。 对于现在的人来说,未来的4G通信显得很神秘,不少人都认为笫四代无线通信网络系统是人类有史以来最复杂的技术系统。总的来说,要顺利、全面地实施4G通信,还将可能遇到一些困难。首先,人们对未来的4G通信的需求是它的通信传输速度将会得到极大提升,从理论上说最高可达到100Mbit/s,但手机的速度将受到通信系统容量的限制。据有关行家分析,4G手机将很难达到其理论速度。其次,技术上

移动通信系统中蜂窝的几个概念

移动通信系统中蜂窝的几个概念 宏蜂窝小区 传统的蜂窝式网络由宏蜂窝小区(macrocell)构成,每小区的覆盖半径大多为1km~25km。由于覆盖半径较大,所以基站 的 发射功率较强,一般在10W以上,天线也做得较高。图1是由宏蜂窝组成的移动通信系统示意图。如图所示,每个小区分别设有一个基站,它与处于其服务区内的 移动台建立无线通信链路。若干个小区组成一个区群(蜂窝),区群内各个小区的基站可通过电缆、光缆或微波链路与移动交换中心(MSC)相连。移动交换中心 通过PCM电路与市话交换局相连接。 图1 宏蜂窝移动通信系统示意图 点击此处查看全部新闻图片 在实际的宏蜂窝内,通常存在着两种特殊的微小区域。一是“盲点”,由于网络漏覆盖 或电波在传播过程中遇到障碍物而造成阴影区域等原因,使得该区域的信号 强度极弱,通信质量低劣;二是“热点”,由于客观存在商业中心或交通要道等业务繁忙区域,造成空间业务负荷的不均匀分布。以上两“点”问题,往往通过设置 直放站、分裂小区等办法来加以解决。但从原理上讲,这两种办法也不能无限制地使用:直放站实质是一个宽带放大器,设置不合理(包括选址及安装等)或设置得过多,都极易造成对周围信号的干扰;小区分裂实质就是采用使宏基站变密的办法(即将覆盖面大的基站分裂成覆盖面较小的基站)来增加系统

的容量 ,但当基站小到一定程度时,由于干扰和基站接入等问题,这种办法将难以再进行。特别是近几年来,随着移动通信的迅速发展和业务需求的剧增,这些方法更是难奏其效,这样便产生了微蜂窝小区(microcell)技术。 微蜂窝小区 微蜂窝小区(microcell)是在宏蜂窝小区的基础上发展起来的一门技术。它的覆盖半径大约为30m~300m;发射功率较小,一般在1W以下;基 站天线置于相对低的地方,如屋顶下方,高于地面5m~10m,传播主要沿着街道的视线进行,信号在楼顶的泄露小。因此,微蜂窝最初被用来加大无线电覆盖, 消除宏蜂窝中的“盲点”。同时由于低发射功率的微蜂窝基站允许较小的频率复用距离,每个单元区域的信道数量较多,因此业务密度得到了巨大的增长,且RF干 扰很低,将它安置在宏蜂窝的“热点”上,可满足该微小区域质量与容量两方面的要求。在实际设计中,微蜂窝作为无线覆盖的补充,一般用于宏蜂窝 覆盖不到又有较大话务量的地点,如地下会议室、娱乐室、地铁、隧道等。作为热点应用的场合一般是话务量比较集中的地区,如购物中心、娱乐中心、会议中心、 商务楼、停车场等地。而在话务量很高的商业街道等地则可采用多层网形式进行连续覆盖,即分级蜂窝结构:不同尺寸的小区重叠起来,不同发射功率的基站紧密相 邻并同时存在,使得整个通信网络呈现出多层次的结构。相邻微蜂窝的切换都回到所在的宏蜂窝上,宏蜂窝的广域大功率覆盖可看成是宏蜂窝上层网络,并作为移动用户在两个微蜂窝区间移动时的“安全网”,而大量的微蜂窝则构成微蜂窝下层网络。 微微蜂窝小区 随着容量需求进一步增长,运营者可按同一规则安装第三或第四层网络,即微微蜂窝小区(picocell)。微微蜂窝实质就是微蜂窝的一种,只是它的覆盖 半径更小,一般只有10m~30m;基站发射功率更小,大约在几十毫瓦左右;其天线一般装于建筑物内业务集中地点。微微蜂窝也是作为网络覆盖的一种补充形 式而存在的,它主要用来解决商业中心、会议中心等室内“热点”的通信问题。 在目前的蜂窝式移动通信系统中,我们主要通过在宏蜂窝下引入微蜂窝和微 微蜂窝以提供更多的“内含”蜂窝,形成分级蜂窝结构,从而解决网络内的“盲点”和“热点”,提高网络容量的。因此,一个多层次网络,往往是由

蜂窝移动通信的认识解析

蜂窝移动通信的认识 通信行业的发展使人们的交流方便,使各地联系密切,取代了古时的飞鸽传书或快马加鞭的送信方式。从单工寻呼机、笨重的大哥大到现在小巧的手机、街机iphone,无线移动通信技术运用广泛,超过了固定通信,而蜂窝移动通信作为移动通信的一种,它是把覆盖的小区划分成若干个类似蜂窝的小区,每个小区中设立基站为用户提供服务,当用户运动时,通过基站和移动交换中心传输语音、数据、视频等进行越区切换以保障通话的畅通等的手机基本功能。 蜂窝系统的发展经历了1G以模拟通信为特征的移动通信时代到2G数字蜂窝移动通信时代到3G多媒体业务时代以及如今吵得沸沸扬扬但未实现的4G广带移动,一些技术的引入如频率复用等使频带利用率提高,用户可以迅速切换、享受高速的数据传输速度,也是蜂窝系统发展的象征。蜂窝移动通信的特点是用户容量大,服务性能较好,频谱利用率较高,用户终端小巧而且电池使用时间长,辐射小等等。蜂窝移动通信系统可分为宏蜂窝、微蜂窝和智能蜂窝。宏蜂窝的小区覆盖半径较大,但会因为障碍物引起较多“盲区”,而微蜂窝解决了宏蜂窝的缺陷,使“盲区”减少,频率复用使话务量大的“热点”地区通信质量有所改进,增加了通信的容量,但是同时带来了经济成本和网络复杂性等问题。微蜂窝主要服务对象为低速运动的移动台,因为对于高速移动台若使用微蜂窝,必定会导致移动台频繁地切换为其服务的基站而造成掉话,通话无法正常进行,所以由宏蜂窝来服务较合理。 如今的蜂窝移动通信市场中,GSM是当前应用最为广泛的移动电话标准。全球超过200个国家和地区超过10亿人正在使用GSM电话,它的信令和语音信道都是数字式的,因此GSM被看作2G移动电话系统。3G并没有想象中的深入人心,其网络建设速度慢,我认为在短期内,GSM仍然是通信的主导力量。3G手机接收数据速度快,但其普及需一定时间,价格也是一个关键因素。CDMA码分多址技术手机通话品质比GSM好,且可把用户对话时周围环境噪音降低,使通话更清晰,而且CDMA用码来区分用户,防止被人盗听的能力大大增强。其辐射小,是环保手机,它虽然使用人数并不大,但技术成熟并具有潜力。4G时代的到来还需要很长时间,因为3G的建设都没有完成,最高100Mbps的速度遥遥无期,4G的灵活性和智能化也是未来发展的

蜂窝移动通信系统组成

蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统(NSS)、无线基站子系统(BSS)和移动台(MS)三大部分组成,如图2-1所示。其中NSS与BSS之间的接口为“A”接口,BSS与MS之间的接口为“Um”接口。在模拟移动通信系统中,TACS规范只对Um接口进行了规定,而未对A接口做任何的限制。因此,各设备生产厂家对A接口都采用各自的接口协议,对Um接口遵循TACS规范。也就是说,NSS系统和BSS系统只能采用一个厂家的设备,而MS可用不同厂家的设备。 图2-1 蜂窝移动通信系统的组成 由于GSM规范是由北欧一些运营公司“炒”出的规范,运营公司当然喜欢花最少的投资,用最好的设备来建最优良的通信网,因此GSM规范对系统的各个接口都有明确的规定。也就是说,各接口都是开放式接口。 GSM系统框图如图2-2,A接口往右是NSS系统,它包括有移动业务交换中心(MSC)、拜访位置寄存器(VLR)、归属位置寄存器(HLR)、鉴权中心(AUC)和移动设备识别寄存器(EIR),A接口往左Um 接口是BSS系统,它包括有基站控制器(BSC)和基站收发信台(BTS)。Um接口往左是移动台部分(MS),其中包括移动终端(MS)和客户识别卡(SIM)。 图2-2 GSM系统框图 在GSM网上还配有短信息业务中心(SC),即可开放点对点的短信息业务,类似数字寻呼业务,实现全国联网,又可开放广播式公共信息业务。另外配有语音信箱,可开放语音留言业务,当移动被叫客户暂不能接通时,可接到语音信箱留言,提高网路接通率,给运营部门增加收入。 2.2 交换网路子系统

交换网路子系统(NSS)主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。 NSS 由一系列功能实体所构成,各功能实体介绍如下: MSC:是GSM系统的核心,是对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体,也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。它可完成网路接口、公共信道信令系统和计费等功能,还可完成BSS、MSC之间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等。另外,为了建立至移动台的呼叫路由,每个MS、还应能完成入口MSC(GMSC)的功能,即查询位置信息的功能。 VLR:是一个数据库,是存储MSC为了处理所管辖区域中MS(统称拜访客户)的来话、去话呼叫所需检索的信息,例如客户的号码,所处位置区域的识别,向客户提供的服务等参数。 HLR:也是一个数据库,是存储管理部门用于移动客户管理的数据。每个移动客户都应在其归属位置寄存器(HLR)注册登记,它主要存储两类信息:一是有关客户的参数;二是有关客户目前所处位置的信息,以便建立至移动台的呼叫路由,例如MSC、VLR地址等。 AUC:用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数(随机号码RAND,符合响应SRES,密钥Kc)的功能实体。 EIR:也是一个数据库,存储有关移动台设备参数。主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能,以防止非法移动台的使用。 2.3 无线基站子系统 BSS系统是在一定的无线覆盖区中由MSC控制,与MS进行通信的系统设备,它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。功能实体可分为基站控制器(BSC)和基站收发信台(BTS)。 BSC:具有对一个或多个BTS进行控制的功能,它主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等,是个很强的业务控制点。 BTS:无线接口设备,它完全由BSC控制,主要负责无线传输,完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。 2.4 移动台 移动台就是移动客户设备部分,它由两部分组成,移动终端(MS)和客户识别卡(SIM)。 移动终端就是“机”,它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。 SIM卡就是“身份卡”,它类似于我们现在所用的IC卡,因此也称作智能卡,存有认证客户身份所需的所有信息,并能执行一些与安全保密有关的重要信息,以防止非法客户进入网路。SIM卡还存储与网路和客户有关的管理数据,只有插入SIM后移动终端才能接入进网,但SIM卡本身不是代金卡。 2.5 操作维护子系统

数字蜂窝移动通信网技术规范

YD/T xxx-xxxx 900/1800MHz TDMA数字蜂窝移动通信网 CAMEL应用部分(CAP)技术规范 (第二时期)

900/1800MHz TDMA Digital Cellular Mobile Telecommunication Network Technical Specification of CAMEL Application Part(CAP) (Phase 2)

19xx-xx-xx 公布 19xx-xx-xx 实施中华人民共和国信息产业部公布

前言 随着GSM网络的迅速进展,移动用户关于业务的需求越来越高。因此在GSM Phase2+ 时期引入了CAMEL业务(Customised Applications for Mobile Network Enhanced logic)。CAMEL 业务是一种网络特性而不是补充业务,它采纳智能网的原理,通过增加智能网的功能模块,使得即使当用户漫游出HPLMN,网络运营者也能够为用户提供运营者特定的业务。 CAMEL业务的引入,在原有GSM功能结构基础上增加了与CAMEL业务相关的功能实体,包括gsmSSF,gsmSCF和gsmSRF。为此增加了这几个功能实体之间的信令规程CAP (CAMEL应用部分),并在移动应用部分(MAP)中增加了与CAP配合的操作和信息单元。本标准规定了gsmSSF,gsmSCF和gsmSRF之间CAP的相关操作,信息单元等。 本标准的预研依据ETSI GSM02.78,GSM03.78,GSM09.78 CAMEL 业务Phase2的标准提出,等效采纳GSM09.78 (version6.2.1),联系中国INAP的有关要求编制。 CAP Phase2的标准化工作差不多差不多稳定,与CAP Phase1不同的是,CAP Phase2的能力差不多能够提供许多运营者所需

CDMA数字蜂窝移动通信系统

13.2CDMA数字蜂窝移动通信系统 CDMA是一种以扩频技术为基础的多址通信技术,具有保密性好、抗干扰能力强和通信容量大等优点,因而在数字移动通信中得到了广泛的应用。CDMA数字蜂窝移动通信系统已成为数字移动通信技术发展的主流技术,典型的应用是IS-95 CDMA第二代数字蜂窝移动通信系统和第三代移动通信系统CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA。下面着重介绍IS-95CDMA数字蜂窝移动通信系统(简称IS-95 CDMA系统)。 13.2.1 IS-95 CDMA 系统概述 IS-95 CDMA是美国高通公司于1992年提出的,1993年被北美电信址协会(TIA)采纳的北美数字蜂窝移动通信标准。1995年5月TIA 发布了IS-95A修订版标准。 1.工作频段 IS-95 CDMA 系统的工作频带为: ①上行(移动台发,基站收)频段为869~894 MHz; ②下行(基站发,移动台收)频段为824~849 MHz; ③双工间隔为45 MHz。 IS-95 CDMA PCS 系统的工作频带为: ①上行(移动台发,基站收)频段为1850~1910 MHz; ②下行(基站发,移动台收)频段为1930~1990 MHz; ③双工间隔为 80 MHz。 2.通信体制 IS-95 CDMA系统采用FDMA和DS-CDMA 相结合的混合多址通信方

式。采用FDMA方式将可用频段划分为若干个载波,每个载波带宽为1.25 MHz。它是IS-95 CDMA 系统小区的最小带宽。业务量大时可以占有多个载波。采用DS-CDMA方式接入,每个小区可采用相同的载波频率,即频率复用因子为1。数字蜂窝系统采用DS-CDMA技术具有以下优点: ⑴可采用多种形式的分集技术(空间分集、时间分集和频率分集)。 ⑵较低的发射功率。 ⑶保密性好。 ⑷具有抗人为干扰、窄带干扰、多径干扰和多径时延扩展的能力。 ⑸软切换。 ⑹较容量。 ⑺大容量。 ⑻低信噪比或载干比要求。 ⑼高频率复用等。 13.2.2 无线信道结构 1.码分多址逻辑信道 CDMA 系统既不分频道也不分时隙,所有的信道(称为逻辑信道) 都是靠不同的码型来区别的。IS-95 CDMA 系统采用沃尔什正交码(WC)。 CDMA 无线信道分为前向传输信道(基站发,移动台收)和反向

移动通信网名词解释

移动通信网名词解释(一) 2009-04-19 21:18 Abis interface--Abis 接口,基站与基站控制器之间的接口,采用D 通路链路接入程序(LAPD )功能级,即遵守ISDN 数据链路层协议,用于提供 D 通路数据链路连接;帧分界定位,次序控制;差错检测与控制;流量控制等功能。 Access--接入,当移动电话发起呼叫时,获取接入电话网络的功能,它包括通知蜂窝系统移动用户的出现,给系统提供移动用户的识别码和拨号数字,等待来自蜂窝系统的适当信道分配。 Access channel-- 接入信道,移动台接入系统得到服务的控制信道。 A interface--A 接口,基站控制器(BSC )至MSC 间的接口,该接口采用N0.7 信令系统的信号接续控制部分(SCCP),去完成通信接续控制功能。 Air interface-- 空中接口,移动通信手机与基站之间的无线电接口。 Alerting-- 振铃,一旦接收到移动电话交换局(MTSO )的命令,正在服务的基站就通过 话音信道将一个数据信息传到移动电话的蜂鸣器装置中,向顾客显示有一个呼叫来到。 AMPS-- 高级移动电话服务。为模拟蜂窝系统,使用800MHz 频谱。 Analog Access Channel-- 模拟接入信道,移动台用来接入系统获取服务的一种模拟控制信道。 Analog Color Code-- 模拟色码,基站通过话音信道发送的模拟信号,用来判断移动台是否被干扰基站所捕获,或者基站是否被干扰移动台所捕获。 Analog Paging Channel-- 模拟寻呼信道,用来寻呼移动台并发送命令的一种前向模拟控制信道。 Analog Voice Channel-- 模拟话音信道,一种进行话音通信的信道。 Analogue System--模拟系统。使用模拟信号进行传输的移动电话系统。在此信道上一些简单的数字消息也能从一个基站或移动台传送到另一个基站。 ANSI--American National Standards Institute ,美国国家标准学会,是北美的标准制定机构。 ANSI-136--北美数字移动标准,过去被称为过渡标准IS-136,用在TDMA (以前被称为 D-AMPS )系统中。 ARIB--Association of Radio Industry Businesses ,无线行业企业协会,是日本的标准制定机构。 ARTIS-- 自动发射识别系统。 ASCI--Advanced Speech Call, 先进话音呼叫业务。GSM Phase II+ 标准制订的新业务。其中包括优先级业务(eMLPP)、话音广播呼叫业务(VBS)和话音组呼业务(VGCS)等专用移

中国移动900 1800MHz TDMA数字蜂窝移动通信无线网工程验收规范

中国移动通信企业标准 中国移动通信集团公司 发布 2012-3-6发布 2012-3-6实施 QB-G-002-2012

目录 1 范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 术语、定义和缩略语 (1) 4 机房工艺 (1) 4.1机房高度面积 (1) 4.2机房负荷 (2) 4.3机房改造要求 (2) 4.4机房照明 (2) 4.5机房环境 (2) 4.6机房防火 (3) 4.7机房防水 (3) 4.8机房密封 (3) 4.9机房温湿度 (3) 4.10机房空调 (3) 5 室内无线设备 (4) 5.1室内无线设备安装 (4) 5.1.1 室内无线机架的安装 (4) 5.1.2 机架间的电缆 (4) 5.1.3 机柜内部电缆 (5) 5.1.4 机架内设备单元的安装 (6) 5.1.5 配线架(DF架)安装 (6) 5.1.6 PCM线安装 (6) 5.2室内走线架安装 (7) 5.3室内接地 (8) 5.3.1 联合接地 (8) 5.3.2 室内接地汇集线 (8) 5.3.3 入机房的接地引入线 (8) 5.3.4 设备母地线 (8) 5.3.5 馈线母地线 (8) 5.3.6 设备接地 (9) 5.3.7 室内馈线接地 (9) 5.4无线主设备调测 (9) 5.4.1 设备通电前检查 (9) 5.4.2 设备通电检查 (10) 5.4.3 设备参数检查 (10) 5.4.4 天馈线设备调测 (10) 6 电源设备 (11) 6.1电源设备安装 (11) 6.1.1 交流设备安装 (11) 6.1.2 进机房电源线 (11) 6.1.3 开关电源设备安装 (11) 6.1.4 直流转换设备(DC-DC)设备安装 (11)

GSM蜂窝移动移动通信系统的网络结构

GSM网络结构 GSM系统主要由移动台(MS)、移动网子系统(NSS)、基站子系统(BSS)和操作支持子系统(OSS)四部分组成,如图所示: 基站子系统(BSS)在移动台(MS)和移动网子系统(NSS)之间提供和管理传输通路,特别是包括了MS与GSM系统的功能实体之间的无线接口管理。NSS是整个GSM系统的控制和交换中心,它负责所有与移动用户有关的呼叫接续处理、移动性管理、用户设备及保密性等功能,并提供GSM系统与其他网络之间的连接。MS、BSS和NSS组成GSM系统的实体部分,操作支持子系统(OSS)则提供运营部门一种手段来控制和维护这些实际运行部分。 网络子系统分为六个功能单元,即移动交换中心(MSC)、归属位置寄存器(HLR)、拜访位置寄存器(VLR)、鉴权中心(AUC)、设备识别寄存器(EIR)、操作与维护中心(OMC)。 (1)移动交换中心(MSC)MSC是网络核心,它具有交换功能,能使移动用户之间,移动用户与固定用户之间互相连接。它提供了与其它的MSC互连接口,和与固定网(如PSTN,ISDN等)的接口。MSC从三种数据库――归属位置寄存器(HLR),拜访位置寄存器(VLR),鉴权中心(AUC)――取得处理用户呼叫请求所需的全部数据,MSC也跟据最新数据更新数据库。 (2)归属位置寄存器(HLR)归属位置寄存器是系统的中央数据库,它存储着归属用户的所有数据,包括用户的接入验证、漫游能力、补充业务等。另外,HLR还为MSC提供关于移动台实际漫游所在的MSC区域的信息(动态数据),这样使任何入局呼叫立即按选择的路径送到被呼用户。 (3)拜访位置寄存器(VLR)VLR存储进入其覆盖区的移动用户的全部有关信息,它是动态用户数据库,它需要与有关的HLR进行大量数据交换。如果用户进入另一个VLR区,那么在VLR中存储的数据就会被删除。 (4)鉴权中心(AUC)AUC存储保护移动用户通信不受侵犯的必要信息。由于空中接口易受到窃听,因此在GSM系统规范中要求有保护移动用户不受侵

第1章 蜂窝移动通信基础

第一章蜂窝移动通信的发展历程 现代移动通信技术始于20世纪20年代,发展到现在,大约经历了六个发展阶段。 第一阶段的标志是早期移动通信系统的应用,从20世纪20年代到40年代,是移动通信的早期发展阶段。 从20世纪40年代中期到60年代初期,早期的公用移动通信系统开始应用,这是现代移动通信技术的第二阶段。这个阶段移动通信技术逐渐应用到大众通信,系统采用人工接续方式,网络容量较小。 第三阶段从20世纪60年代中期到70年代中期。在此期间,美国推出了改进型移动电话系统(IMTS),德国推出了B网。这个阶段的系统采用大区制,容量有较大的提高。 第四阶段从20世纪70年代中期到80年代中期,这个阶段小区制的蜂窝移动通信系统得到了大规模应用,采用的是模拟技术,代表是美国的AMPS系统和欧洲的TACS系统。 第五阶段从20世纪80年代中期到21世纪初,这个阶段的特点是数字移动通信系统得到了大规模应用,代表技术是欧洲的GSM和美国的CDMA,也就是通常所说的第二代移动通信技术(2G)。数字蜂窝网络相对模拟蜂窝网,频谱利用率和系统容量得到了很大的提高。这个阶段的移动通信系统已经可以提供数据业务,业务类型大大丰富。 第六个阶段从20世纪90年代末开始,标志是第三代移动通信技术的发展和应用。1999年11月5日在芬兰赫尔新基召开的ITU TG8/1第18次会议上,最终确定了3类(TDMA、CDMA-FDD、CDMA-TDD)共5种技术作为第三代移动通信的基础,其中WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA是3G的3个主流标准。目前,WCDMA和CDMA2000在部分地区已经正式商用。这个阶段的特征是系统容量和载频利用率得到了较大的提高。第三代移动通信系统可以提供高速数据业务,承载的业务类型得到了极大的丰富。 表1-1给出了三种3G的主流标准的主要区别。 注:1Mchip/s表示每秒传输1M码片。 中国在移动通信技术的研究和应用上起步都比较晚,但发展很快。从20世纪80年代开始,我国开始蜂窝移动通信的建设,最早于1987年在广东建成了TACS制式的模拟移动通信系统。到1990年,我国有10个城市开通了模拟移动通信网络,用户达到2万人。1994年,邮电部决定引入GSM技术后,移动通信在我国获得了更加快速的应用。2001年,中国联通开始了CDMA网络的建设,这样两个主流的2G技术在我国都得到了商用。2002年开始,我国的GSM万里过和CDMA网络逐渐升级为2.5G的GPRS和CDMA2000 1x。从1987

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