GSM無線通信基礎(chǔ)

1、第第3部分部分 gsm無線通信基礎(chǔ)無線通信基礎(chǔ)3.1 無線電波傳播無線電波傳播3.2 gsm頻率資源頻率資源3.3 蜂窩技術(shù)蜂窩技術(shù)3.4 多址技術(shù)多址技術(shù)3.5 信道概念信道概念3.6 邏輯信道與物理信道的映射邏輯信道與物理信道的映射3.7 空中控制技術(shù)空中控制技術(shù)在分析移動通信的信道時，主要考慮在分析移動通信的信道時，主要考慮主要以空間波方式傳播主要以空間波方式傳播典型的移動通信系統(tǒng)的主要的傳播路徑有：典型的移動通信系統(tǒng)的主要的傳播路徑有：直射波直射波反射波反射波散射波散射波直線傳播。直線傳播。直射波直射波和和 反射波反射波的影響的影響繞射波繞射波3.1 無線電波傳播無線電波傳播(1) 直

2、射波直射波（可按自由空間的傳播來考慮）（可按自由空間的傳播來考慮）傳播模型傳播模型接收機(jī)和發(fā)射機(jī)無任何阻擋的接收機(jī)和發(fā)射機(jī)無任何阻擋的視距路徑視距路徑接收功率：接收功率：p pt t ：發(fā)射功率；：發(fā)射功率； p pr r：接收功率；：接收功率；g gt t ：發(fā)射天線增益；：發(fā)射天線增益； g gr r：接收天線增益：接收天線增益d: d: 發(fā)送與接收天線之間距離；發(fā)送與接收天線之間距離； 為信號波長為信號波長22p4trtrpg gddb、dbm、dbw的含義的含義dbmdbm、dbwdbw：是一個表示功率的值：是一個表示功率的值。p（dbm)=10lgp(mw)例例1 1：功率為：功率為

3、10w10w，折算為多少，折算為多少dbmdbm，多少，多少dbw?dbw?p（dbw)=10lgp(w)dbdb：是一個表示相對的值。：是一個表示相對的值。功率相比功率相比12pp1210lgpp(db)例例2 2：甲功率比乙功率大一倍，那么：甲功率比乙功率大一倍，那么10lg10lg23db甲功率乙功率換句話說，甲功率比乙功率大換句話說，甲功率比乙功率大 3db3db自由空間傳播損耗：自由空間傳播損耗：f f單位：單位：mhz; dmhz; d單位：單位：kmkm例：例：若某發(fā)射機(jī)發(fā)射功率為若某發(fā)射機(jī)發(fā)射功率為100w（瓦）（瓦）,請將請將其換算成其換算成dbm和和dbw。如果發(fā)射機(jī)載波頻

4、率如果發(fā)射機(jī)載波頻率為為900mhz，且且 ，求在自由空間中，求在自由空間中距離天線距離天線100m處的接收功率為多少處的接收功率為多少dbm?lbs =32.45+20lgf + 20lgd （db)1trgg反射波反射波： 電磁波在傳播過程中，從不同建筑物或電磁波在傳播過程中，從不同建筑物或其它物體反射后到達(dá)接收點(diǎn)的傳播信號。其它物體反射后到達(dá)接收點(diǎn)的傳播信號。(2) 反射波反射波反射波與直射波的反射波與直射波的周期周期相同，但相同，但相位相位可能不同，可能不同，導(dǎo)致接收到的信號與原信號增強(qiáng)或者減弱。導(dǎo)致接收到的信號與原信號增強(qiáng)或者減弱。反射波對直射波的影響反射波對直射波的影響繞射：繞射：

5、無線電波在傳播過程中與尖銳的邊緣碰撞，信無線電波在傳播過程中與尖銳的邊緣碰撞，信號能量繞過障礙物傳播號能量繞過障礙物傳播(3) (3) 繞射損耗繞射損耗繞射損耗繞射損耗 ： 電波遇到各種障礙物發(fā)生繞射電波遇到各種障礙物發(fā)生繞射所引起的損耗所引起的損耗 。3.2 gsm頻率資源頻率資源上行頻率：手機(jī)到基站上行頻率：手機(jī)到基站下行頻率：基站到手機(jī)下行頻率：基站到手機(jī)雙工間隔雙工間隔 : : 45 mhz935960890915gsm900:基站收：基站收：f上上（n）890.2(n-1）0.2 mhz基站發(fā)：基站發(fā)：f下下（n） f上上（n） 45 mhz n: 1 124gsm1800基站收：基

6、站收： f上上（n） 1710.2(n-512）0.2 mhz基站發(fā)：基站發(fā)： f下下（n） f上上（n） 95 mhz n: 512 885雙工間隔雙工間隔95mhz1805188017101785上行上行下行下行3.3 蜂窩技術(shù)蜂窩技術(shù)小區(qū)的覆蓋形狀小區(qū)的覆蓋形狀 采用六邊形采用六邊形 基站發(fā)射機(jī)位置基站發(fā)射機(jī)位置 中心激勵小區(qū)中心激勵小區(qū) 頂點(diǎn)激勵小區(qū)頂點(diǎn)激勵小區(qū) 實(shí)際形狀實(shí)際形狀 不規(guī)則形狀不規(guī)則形狀p 什么是頻率復(fù)用（頻率再用）什么是頻率復(fù)用（頻率再用） -不同地理區(qū)域用相同的載波頻率進(jìn)行覆蓋不同地理區(qū)域用相同的載波頻率進(jìn)行覆蓋d: 頻率復(fù)用距離頻率復(fù)用距離 r: 小區(qū)半徑小區(qū)半徑頻

7、率復(fù)用頻率復(fù)用cell1f1rrdcell2f1rd3np如果系統(tǒng)如果系統(tǒng)頻率復(fù)用方式頻率復(fù)用方式設(shè)計得不好，會怎樣？設(shè)計得不好，會怎樣？載干比載干比 c/i定義定義：載載（波波）干干（擾擾）比比，即載波的信號電平即載波的信號電平(dbm)減去干擾的信號電平減去干擾的信號電平(dbm). 【單位為單位為 db】1、同頻干擾比同頻干擾比c/i要求：要求：c/i9db，工程中加工程中加3db的余量，即的余量，即c/i12db2、鄰頻載干比鄰頻載干比（c/a） 所謂所謂c/a是指在頻率復(fù)用情況下，服務(wù)小區(qū)周圍所是指在頻率復(fù)用情況下，服務(wù)小區(qū)周圍所有鄰頻信號有鄰頻信號（載波偏離載波偏離200khz）對

8、服務(wù)小區(qū)頻道的干擾對服務(wù)小區(qū)頻道的干擾。要求：要求：c/a 9db，工程中加工程中加3db的余量的余量，【，【即工程上即工程上c/a6db】3、載頻偏離載頻偏離400khz時的干擾保護(hù)比時的干擾保護(hù)比要求：要求：c/i= 41db，工程中加工程中加3db的余量的余量，【，【即即工程上工程上c/i38db】3.4 多址技術(shù)多址技術(shù)使眾多的用戶使眾多的用戶共用共用公共信道公共信道所采用的一種技術(shù)所采用的一種技術(shù)fdma（頻分多址）（頻分多址）tdma （時分多址）（時分多址）多址方式（常用多址方式（常用3種）：種）：cdma （碼分多址）（碼分多址）gsm采用采用tdma/fdma的多址方式的多址

9、方式tdma工作原理工作原理 在一個無線載波上，把時間分成周期性的在一個無線載波上，把時間分成周期性的幀，每一幀再分成若干個時隙（幀，每一幀再分成若干個時隙（slot） 每個時隙就是一個信道，分配給一個用戶每個時隙就是一個信道，分配給一個用戶 基站按時隙排列順序收發(fā)信號，各移動臺基站按時隙排列順序收發(fā)信號，各移動臺 在指定的時隙內(nèi)收發(fā)信號在指定的時隙內(nèi)收發(fā)信號時隙時隙tdmatdma系統(tǒng)工作示意圖系統(tǒng)工作示意圖tdmatdma幀結(jié)構(gòu)圖幀結(jié)構(gòu)圖 gsm gsm中，每幀包括中，每幀包括8 8個時隙（個時隙（ts0-ts7)ts0-ts7)，每個時隙時間為每個時隙時間為4.615ms4.615ms，

10、含，含156.25bit156.25bit信息信息物理信道物理信道 一個物理信道就是一個時隙一個物理信道就是一個時隙ts邏輯信道邏輯信道3.5 信道概念信道概念 指在物理信道上傳輸?shù)膬?nèi)容指在物理信道上傳輸?shù)膬?nèi)容gsm邏輯信道分類：邏輯信道分類：業(yè)務(wù)信道（業(yè)務(wù)信道（tch)tch)：主要是語音或數(shù)據(jù)：主要是語音或數(shù)據(jù)控制信道（控制信道（tch)tch)： 主要傳送信令和同步信號。主要傳送信令和同步信號。 分為三種：廣播信道（分為三種：廣播信道（bch）、公共）、公共 控制信道（控制信道（ccch)和專用控制信道和專用控制信道 （dcch) 廣播信道（廣播信道（bchbch）一點(diǎn)對多點(diǎn)的單方向控制

11、信道一點(diǎn)對多點(diǎn)的單方向控制信道 頻率校正信道（頻率校正信道（fcchfcch） 同步信道（同步信道（sch） 廣播控制信道（廣播控制信道（bcch） 頻率校正信道（頻率校正信道（fcch） 攜帶用于校正攜帶用于校正ms頻率的信息，使頻率的信息，使ms可以定位并解可以定位并解調(diào)出同一小區(qū)的其它信息調(diào)出同一小區(qū)的其它信息 同步信道（同步信道（sch） 攜帶用于攜帶用于ms需要的幀同步（需要的幀同步（tdma幀號）以及基站幀號）以及基站的識別碼的識別碼bsic 廣播控制信道（廣播控制信道（bcch）-廣播網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息廣播網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息1、小區(qū)頻點(diǎn)、小區(qū)頻點(diǎn)2、鄰小區(qū)、鄰小區(qū)bcch頻點(diǎn)頻點(diǎn)3、lai4

12、、控制和選擇參數(shù)等、控制和選擇參數(shù)等 公共控制信道（公共控制信道（ccchccch）是一種雙向控制信道，用于呼叫接續(xù)階是一種雙向控制信道，用于呼叫接續(xù)階段傳輸鏈路連接所需要的控制信令段傳輸鏈路連接所需要的控制信令 尋呼信道（尋呼信道（pch） 隨機(jī)接入信道（隨機(jī)接入信道（rach） 準(zhǔn)許接入信道（準(zhǔn)許接入信道（agch）公共控制信道公共控制信道（ccch）尋呼信道尋呼信道pch下行信道，點(diǎn)對多點(diǎn)。用于尋呼下行信道，點(diǎn)對多點(diǎn)。用于尋呼 ms， 尋呼范圍為尋呼范圍為ms所在整個所在整個lac區(qū)區(qū)接入許可信道接入許可信道agch下行信道，點(diǎn)對多點(diǎn)，用于下行信道，點(diǎn)對多點(diǎn)，用于 bts給ms分配專用控

13、制信道分配專用控制信道隨即接入信道隨即接入信道rach上上行信道，點(diǎn)對點(diǎn)行信道，點(diǎn)對點(diǎn)，ms通過通過 rach發(fā)起接入請求發(fā)起接入請求 專用控制信道（專用控制信道（dcchdcch）是一種是一種“點(diǎn)對點(diǎn)點(diǎn)對點(diǎn)”雙向控制信道，用于雙向控制信道，用于在呼叫接續(xù)階段以及在通信進(jìn)行中，移在呼叫接續(xù)階段以及在通信進(jìn)行中，移動臺和基站傳輸必要的控制信息。動臺和基站傳輸必要的控制信息。 獨(dú)立專用控制信道（獨(dú)立專用控制信道（sdcch） 慢速輔助控制信道（慢速輔助控制信道（sacchsacch） 快速輔助控制信道（快速輔助控制信道（facchfacch）獨(dú)立專用控制信道獨(dú)立專用控制信道sdcch 雙向信道，用

14、于呼叫建立過程，如鑒權(quán)、雙向信道，用于呼叫建立過程，如鑒權(quán)、位置更新、短消息；用于指配位置更新、短消息；用于指配tch慢速隨路控制信道慢速隨路控制信道sacch 雙向信道，伴隨雙向信道，伴隨tch和和sdcch的專用信令的專用信令 信道。用于傳遞測量報告；傳遞信道。用于傳遞測量報告；傳遞ms功率控制消息；傳功率控制消息；傳遞遞ta、鄰區(qū)、鄰區(qū)bcch強(qiáng)度、強(qiáng)度、lai等等快速隨路控制信道快速隨路控制信道facch 雙向信道，伴隨雙向信道，伴隨tch，提供比，提供比sacch高又高又多的速度來傳送信令信息，借用多的速度來傳送信令信息，借用20ms的突的突 發(fā)話音突發(fā)發(fā)話音突發(fā)脈沖序列來傳遞信令，

15、稱為偷幀脈沖序列來傳遞信令，稱為偷幀1 1、處于空閑模式下的手機(jī)所需的大量網(wǎng)絡(luò)信、處于空閑模式下的手機(jī)所需的大量網(wǎng)絡(luò)信息來自息來自 信道。信道。a a、bcchbcchb b、schschc c、rachrachd d、sdcchsdcch2 2、在、在gsmgsm無線網(wǎng)絡(luò)中無線網(wǎng)絡(luò)中 邏輯信道攜帶用于邏輯信道攜帶用于校正手機(jī)頻率的消息。校正手機(jī)頻率的消息。a a、bcchbcchb b、fcchfcchc c、schschd d、agchagch3.3.在在gsmgsm系統(tǒng)中，鑒權(quán)是在下面哪個邏輯信道系統(tǒng)中，鑒權(quán)是在下面哪個邏輯信道中進(jìn)行的中進(jìn)行的（a)pch a)pch （b b）rach

16、 rach （c c）sdcch sdcch （d d）sacchsacch4 4rachrach（ ）a.a.是下行信道，是為了保證是下行信道，是為了保證msms接入，在此信道接入，在此信道上申請一上申請一sdcchsdcchb.b.msms通過此信道申請通過此信道申請sdcchsdcch，作為對尋呼的響應(yīng)，作為對尋呼的響應(yīng)或或msms主叫登記時的接入主叫登記時的接入c.c.用于用于msms校正頻率、同步時間校正頻率、同步時間d.d.用于搜索用于搜索msms，是下行信道，是下行信道 5.gsm5.gsm的一個頻點(diǎn)的帶寬是（的一個頻點(diǎn)的帶寬是（ ）。）。 a a、200khz b200khz

17、b、30khz 30khz c c、3.75mhz d3.75mhz d、1.25mhz1.25mhz6.6.移動公司的移動公司的gsmgsm雙頻網(wǎng)是指（雙頻網(wǎng)是指（ ）。）。a.a.800mhz800mhz和和1800mhz b1800mhz b、900mhz900mhz和和1900mhz 1900mhz c c、900mhz900mhz和和1800mhz d1800mhz d、800mhz800mhz和和1900mhz1900mhz3.6 3.6 邏輯信道與物理信道的映射邏輯信道與物理信道的映射一個基站有一個基站有n n個載頻，個載頻， 每個載頻有每個載頻有8 8個時隙個時隙定義載頻為：定

18、義載頻為：1n10f 、 、f f供邏輯控制信道使用供邏輯控制信道使用 時隙時隙的的 時隙時隙的的 1000tsftsf供業(yè)務(wù)信道使用供業(yè)務(wù)信道使用 其它時隙其它時隙 時隙時隙的的20ts fu 在載頻在載頻 上上0f ：映射映射 bch和和ccch ：映射映射 dcch ：映射業(yè)務(wù)信道：映射業(yè)務(wù)信道 0ts1ts 72tstsu 其它其它 載頻的載頻的 時隙全時隙全部是業(yè)務(wù)信道部是業(yè)務(wù)信道11nff 70tstsu 在載頻在載頻 上上0f時隙時隙的的下行鏈路下行鏈路00tsf邏輯信道應(yīng)用舉例邏輯信道應(yīng)用舉例（以以ms開機(jī)撥打電話為例開機(jī)撥打電話為例）1、fcch 2、sch3、bcch4、r

19、ach5、agch6、sdcch/sacch7、tch8、bcch接收頻率矯正信息接收頻率矯正信息 接收接收btsbts同步信號同步信號 接收系統(tǒng)消息接收系統(tǒng)消息接入申請接入申請允許接入并分配允許接入并分配sdcch鑒權(quán)和加密鑒權(quán)和加密（sdcch），），功率控制功率控制、ta（sacch）進(jìn)入進(jìn)入tch通話通話通話結(jié)束，進(jìn)入空閑狀態(tài)，通話結(jié)束，進(jìn)入空閑狀態(tài)，守候在守候在bcch信道上信道上3.7 3.7 空中控制技術(shù)空中控制技術(shù) 分集技術(shù)分集技術(shù) 是一項(xiàng)典型的是一項(xiàng)典型的抗衰落技術(shù)抗衰落技術(shù)，它可以大大提高，它可以大大提高多徑衰落信道下的傳輸可靠性。多徑衰落信道下的傳輸可靠性。一般分為一般分

20、為時間分集時間分集、空間分集、空間分集、頻率分集頻率分集等。等。（一）空間分集（一）空間分集 空間分集是利用不同位置的天線接收信號，然后再空間分集是利用不同位置的天線接收信號，然后再合并輸出（要求接收端天線之間的距離滿足不相關(guān)）。合并輸出（要求接收端天線之間的距離滿足不相關(guān)）?？臻g分集的典型結(jié)構(gòu)為：發(fā)送端為一副天線，接收端空間分集的典型結(jié)構(gòu)為：發(fā)送端為一副天線，接收端則有則有n n副天線副天線（二）頻率分集（二）頻率分集 實(shí)現(xiàn)時可以將待發(fā)送的信息分別調(diào)制在頻率不相實(shí)現(xiàn)時可以將待發(fā)送的信息分別調(diào)制在頻率不相關(guān)的載波上發(fā)射關(guān)的載波上發(fā)射（如跳頻）（如跳頻）（三）時間分集（三）時間分集 可采用通過一

21、定的時延來發(fā)送同一消息，或在系可采用通過一定的時延來發(fā)送同一消息，或在系統(tǒng)能承受的時延范圍以內(nèi)在不同的時間各發(fā)送消息的一統(tǒng)能承受的時延范圍以內(nèi)在不同的時間各發(fā)送消息的一部分部分可降低手機(jī)功耗，延長電池使用時間；可降低手機(jī)功耗，延長電池使用時間；可減小干擾，提高頻率利用率，增加系統(tǒng)容量?？蓽p小干擾，提高頻率利用率，增加系統(tǒng)容量。1）可降低手機(jī)功耗，延長電池使用時間；）可降低手機(jī)功耗，延長電池使用時間；2 2）降低干擾，改善通話質(zhì)量，提高容量）降低干擾，改善通話質(zhì)量，提高容量 采用采用vadvad（話音激活檢測）技術(shù)：（話音激活檢測）技術(shù)： 即即在說話時，正常發(fā)射信號（傳輸在說話時，正常發(fā)射信號（

22、傳輸13kbit/s13kbit/s的話音編碼）的話音編碼）不說話時，由解碼器產(chǎn)生舒適噪聲；不說話時，由解碼器產(chǎn)生舒適噪聲；1）手機(jī)絕大部分時間處于空閑狀態(tài)，此時需要隨時）手機(jī)絕大部分時間處于空閑狀態(tài)，此時需要隨時 準(zhǔn)備接收準(zhǔn)備接收bts發(fā)來的尋呼信號；系統(tǒng)按照發(fā)來的尋呼信號；系統(tǒng)按照imsi將將 ms用戶分類，不同類別的手機(jī)在不同的時刻接收用戶分類，不同類別的手機(jī)在不同的時刻接收 系統(tǒng)尋呼消息，無需連續(xù)接收；系統(tǒng)尋呼消息，無需連續(xù)接收；2）可降低手機(jī)功耗，延長電池使用時間；）可降低手機(jī)功耗，延長電池使用時間；1) 可減少瑞利衰落，（頻率分集）可減少瑞利衰落，（頻率分集）2) 可減小系統(tǒng)內(nèi)的干

23、擾（可減小系統(tǒng)內(nèi)的干擾（可以使用更緊密的頻率復(fù)用可以使用更緊密的頻率復(fù)用 以實(shí)現(xiàn)增容。）以實(shí)現(xiàn)增容。）跳頻跳頻-是指某次通話所使用載波頻率在一定范圍內(nèi)，是指某次通話所使用載波頻率在一定范圍內(nèi)， 按某種規(guī)律跳變。每個小區(qū)信道組的跳頻功能都能單獨(dú)按某種規(guī)律跳變。每個小區(qū)信道組的跳頻功能都能單獨(dú)激活或關(guān)閉。激活或關(guān)閉。 基帶跳頻（一般移動采用）基帶跳頻（一般移動采用） 射頻跳頻（一般聯(lián)通采用）射頻跳頻（一般聯(lián)通采用）gsmgsm跳頻示意圖跳頻示意圖頻頻率率f 0幀幀f 1f 2f 3f 4時間時間跳頻方式跳頻方式跳頻多慢呢？（速率多少）跳頻多慢呢？（速率多少）ta值由值由6位二進(jìn)制表達(dá)位二進(jìn)制表達(dá)ms所需要的延時所需要的延時bit數(shù)數(shù) 1bit的時間為：的時間為：3.7us所以所以ta最大