第二代移動通信系統(tǒng)

1、第四章 第二代移動通信系統(tǒng)自上世紀90年代以來，以數(shù)字技術(shù)為主體的第二代移動通信系統(tǒng)得到了極大的發(fā)展，短短的十年，其用戶就超過了十億。在中國，以GSM為主，IS-95CDMA為輔的第二代移動通信系統(tǒng)只用了十年的時間，就發(fā)展了近2.8億用戶，并超過固定電話用戶數(shù)，成為世界上最大的移動經(jīng)營網(wǎng)絡(luò)。任何一類數(shù)字式語音信號在無線環(huán)境中傳播存在三個挑戰(zhàn):1. 選擇低速率編碼方式, 以適應(yīng)有限帶寬的要求;2. 選擇有效的編碼方式降低誤碼率, 以適應(yīng)惡劣的傳播環(huán)境;3. 選擇有效的調(diào)制方式和平滑的包絡(luò)特性, 以減少雜散輻射.下面，我們將概述GSM和CDMA系統(tǒng)的特性、信令、系統(tǒng)制式等方面的知識。第一節(jié) 第二代

2、數(shù)字移動通信系統(tǒng)的特性一、時分多址（TDMA）系統(tǒng)特性GSM系統(tǒng)采用時分多址（TDMA）技術(shù)，這種技術(shù)在頻率時間關(guān)系上形成一個矩陣，而每一信道對應(yīng)于其頻率時間矩陣上的一個點，在基站系統(tǒng)的控制和分配下，可為任一移動用戶提供電話或非話數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。TDMA系統(tǒng)具有如下特性：1） 每載波多路。TDMA系統(tǒng)是一個時分復(fù)用系統(tǒng)，如GSM數(shù)字系統(tǒng)中每載波含8個時隙，即8個業(yè)務(wù)信道。隨著技術(shù)的發(fā)展，半速率業(yè)務(wù)信道的出現(xiàn)使其設(shè)計能力還可翻一倍。2） 突發(fā)脈沖序列傳輸。移動臺信號功率的發(fā)射是不連續(xù)的，僅在規(guī)定的時隙內(nèi)發(fā)射脈沖序列；或者說，在任何給定的瞬間，占有同一載頻而進行通話中的移動臺僅有一臺在發(fā)射信號。3） 傳

3、輸速率和自適應(yīng)均衡。TDMA系統(tǒng)中，如果每載波含有的時隙多，則頻率間隔寬，傳輸速率高。當(dāng)碼元持續(xù)時間與時延擴展量相當(dāng)時，務(wù)必采用自適應(yīng)均衡技術(shù)。例如當(dāng)GSM系統(tǒng)傳輸速率達271kbit/s時，二進制射頻數(shù)字調(diào)制方式碼元寬度為3.7s。而城市移動通信的時延擴展通常是3s，郊區(qū)為0.3s。隨著小區(qū)半徑擴大和地形地物等因素還有可能增大時延擴展量，因此在GSM系統(tǒng)中采用了自適應(yīng)均衡器，以獲得16s的抗時延擴展能力。4） 傳輸開銷大。TDMA系統(tǒng)分成時隙傳輸，使得收信機在每一突發(fā)脈沖序列上都需要重新獲得同步。同時，為了把一個時隙和另一個時隙分開，防護時間也是必須的，因此，TDMA系統(tǒng)通常比FDMA系統(tǒng)需

4、要更多的傳輸開銷。5） 先進的開放的技術(shù)規(guī)范。許多改進可以通過改變軟件的方式實現(xiàn)，對于昂貴的無線設(shè)備只有很小的影響。例如話音編碼算法的改進而降低比特率時，TDMA系統(tǒng)的信道更容易重新配置以接納新技術(shù)。另外，如GSM技術(shù)規(guī)范采用開放互聯(lián)模式，對于不同供貨廠商的互聯(lián)互通有共同的制約因素，有利于形成一種既競爭又互相促進的機制。這也是GSM系統(tǒng)能夠迅速在全球擴展的一個重要原因。6） 共用設(shè)備的成本低。由于每一載波可為多個用戶提供業(yè)務(wù)，所以TDMA系統(tǒng)共用設(shè)備的每用戶平均成本與FDMA系統(tǒng)相比是大大地降低了。7） 有利于大規(guī)模集成。由于TDMA系統(tǒng)移動臺的收發(fā)是在各自不同的時隙內(nèi)進行的，因此可以不使用雙

5、工器，既節(jié)約了成本，又減小了體積。而大量和復(fù)雜的數(shù)字信號處理又刺激了大規(guī)模集成電路的發(fā)展。從而再次促使了移動臺制造成本的降低。二、碼分多址（CDMA）系統(tǒng)特性1.CDMA系統(tǒng)一般原理碼分多址接續(xù)的基礎(chǔ)是使用一組正交（或準正交）的偽隨機噪聲（PN）序列（簡稱偽碼）通過相關(guān)處理實現(xiàn)多用戶共享頻率資源和同時入網(wǎng)接續(xù)的功能。碼分多址采用擴頻技術(shù)。擴頻技術(shù)的概念就是把原始信息的帶寬變換成帶寬寬得多的類噪聲信號。擴頻的含義是：假定一基帶數(shù)據(jù)流的速率是Rb bit/s，發(fā)信系統(tǒng)將此數(shù)據(jù)變換為Bc帶寬的傳輸信號。若Bc>>Rb（通常達23個數(shù)量級），且擴展編碼序列與原始信號不相關(guān)，則認為信號獲得了

6、頻譜擴散。在第一章中，我們介紹了接收機輸入端的載干比為： （41）在FDMA或TDMA系統(tǒng)中，RbBc，Eb/Io總是大于1，因此C/I>1為正的分貝數(shù)。而在CDMA系統(tǒng)中，Bc>>Rb。因此C/I<1為負的分貝數(shù)。通常，對于一個二進制碼元的編碼系統(tǒng)，在接收機正常工作情況下，可接受的Eb/Io為15dB，若Bc/Rb為1000倍即30dB，則接收機仍可接受的C/I為-15dB。也就是說，即使存在比信號高15dB的干擾，接收機仍能按要求正常工作。圖41可幫助我們理解這個機理。(d)接收機輸入端的擴頻信號和干擾(b)接收機解擴輸出端的頻譜有用信號譜 -干擾信號譜Bc射頻帶寬

7、Bd信息帶寬圖41 擴頻與解擴處理頻譜原理圖在發(fā)端，有用信號經(jīng)擴頻處理后，頻譜被展寬如圖41（a）所示；在收端，利用偽碼的相關(guān)性作解擴處理后，有用信號頻譜被恢復(fù)成窄帶譜，如圖41（b）所示，而寬帶無用信號與本地偽碼不相關(guān)，因此不能解擴，仍為寬帶譜；此時，即使存在窄帶干擾信號的加入，也將為本地偽碼所擴展而成為寬帶譜。當(dāng)我們用一個窄帶濾波器排除帶外的（干擾和）噪聲電平時，就大大地提高了窄帶內(nèi)的信噪比。擴頻技術(shù)的基本參數(shù)是擴頻增益Gp，其定義為頻譜擴展前的信號帶寬Bd與頻譜擴展后的信號帶寬Bc之比，它在數(shù)值上等于擴頻解調(diào)前后的信噪比之比，也等于信息比特內(nèi)所包含的PN序列的碼元數(shù)N。 (42)擴頻增益

8、Gp是擴頻通信中擴頻解調(diào)處理對信噪比改善程度的度量，因此，也稱作擴頻處理增益。Gp愈大，該系統(tǒng)的抗干擾性愈強。擴頻從工作原理上還可分為直接序列擴頻（DS）系統(tǒng)和跳頻（FH）系統(tǒng)兩類。用于第二代移動通信系統(tǒng)的IS-95CDMA系統(tǒng)為直接序列擴頻系統(tǒng)。其工作原理如圖42所示。比特率為Rb的數(shù)據(jù)Yi（t）被一個速率很高的PN序列擴頻碼Ci（t）調(diào)制后便展寬了頻譜，這個過程稱為擴頻。然后再對頻譜展寬后的序列進行射頻調(diào)制，成為擴展頻譜的射頻信號Si（t），經(jīng)天線發(fā)射出去。圖42 直擴系統(tǒng)的工作原理圖在接收端，射頻信號經(jīng)混頻后變?yōu)橹蓄l信號。為識別它所需要接收的信號，使用一種與發(fā)端相同的擴頻碼，對中頻信號進

9、行反擴展，將寬帶似噪聲信號恢復(fù)成窄帶信號，這個過程稱為解擴。解擴后的窄帶信號經(jīng)解調(diào)器進行解碼，恢復(fù)成原始的數(shù)據(jù)輸出。偽隨機噪聲（PN）序列的碼型將影響碼序列的相關(guān)性。序列的碼元通常稱為“碼片”（chip），其寬度Tc將決定擴展頻譜的寬度，對于二元PN序列，其幅度為1或1。偽碼的數(shù)學(xué)模型的設(shè)計直接影響直擴系統(tǒng)的性能。通常對偽碼有三個要求：1）偽碼的比特率應(yīng)能滿足擴頻帶寬的需要；2）偽碼的自相關(guān)要大，且互相關(guān)要小；3）偽碼應(yīng)具有近似噪聲的頻譜性質(zhì)，即近似連續(xù)譜，且為均勻分布。通常采用的偽碼有M序列、Gold序列等多種偽隨機噪聲序列。圖43示出了CDMA系統(tǒng)的一般原理框圖。所有用戶都能聯(lián)接到同一信道

10、，各用戶占用同一頻域、時域和空間，彼此用不同的特征碼作為地址碼加以區(qū)別。同一碼族中的不同特征碼正交性好，各條通道互相獨立，各種同步（如碼片同步、位同步、幀同步等）都由各通道自行解決而無需在不相關(guān)的用戶之間作任何協(xié)調(diào)和同步。每部接收機的輸出為需要信號與來自其他用戶的干擾之和，后者被減小了相當(dāng)于處理增益倍數(shù)的幅度。圖43 CDMA接續(xù)原理圖2.CDMA系統(tǒng)特性1）無需頻率管理或分配在FDMA和TDMA中，進行頻率管理往往是一件關(guān)鍵性的工作，有時為了減少實時干擾，還需實行動態(tài)頻率管理。而在CDMA中，只有一個公共無線信道，不需要頻率管理，也無需動態(tài)頻率分配。2）在CDMA中沒有保護時間在TDMA中，

11、時隙間需要保護時間，保護時間占有一定比特的時間間隔（如GSM系統(tǒng)為8.25比特）；而在CDMA中，不需要保護時間，從而提高了信息效率。3）更適合于移動環(huán)境的信道多徑效應(yīng)引起的快衰落嚴重地影響著移動通信無線信號傳輸?shù)目煽啃?。在CDMA系統(tǒng)中，由于應(yīng)用了擴頻技術(shù)，就有了抗多徑效應(yīng)的固有特性。當(dāng)多徑時延大于PN序列的一個碼片寬度時，多徑信號間相關(guān)性系數(shù)就很小，從而多徑信號對系統(tǒng)性能的影響就很小。所以說CDMA系統(tǒng)具有抑制多徑干擾的能力，更適合于移動環(huán)境下的信道傳輸。4）不需要均衡器在TDMA中，傳輸速率遠高于10kb/s，需要一個均衡器以減少由于時延擴展所產(chǎn)生的碼間干擾。然而在CDMA中，由于擴頻的

12、抗干擾性，只需一個相關(guān)器代替接收機的均衡器用于解擴即可，相關(guān)器比均衡器簡單而可靠。5）話音激活持續(xù)期的利用人類講話的特征對CDMA方式有利。人類話音激活持續(xù)周期即話音激活概率為3540。在CDMA中，所有用戶共用一個無線信道。如果采用間斷傳輸技術(shù)，當(dāng)用戶不在講話時，在同一無線信道內(nèi)的所有其他用戶信道會由于干擾減少而得益，因此，利用話音激活周期的特點最多可降低相互干擾達65，從而可以增大系統(tǒng)容量近3倍。這種現(xiàn)象是利用CDMA技術(shù)所獨有的。6）用扇形小區(qū)來提高容量在TDMA中，每一小區(qū)可采用扇形化來降低干擾，同時也提高了同頻復(fù)用效率。但由于每一扇區(qū)要平分原小區(qū)的信道，所以扇形化對系統(tǒng)容量增加所起作

13、用很小。在CDMA中，采用扇形小區(qū)即降低干擾就能提高系統(tǒng)容量，理論上無線容量增長與扇區(qū)數(shù)增長呈線性關(guān)系。7）柔性容量在CDMA中，當(dāng)系統(tǒng)容量達到飽和時，還可適當(dāng)?shù)卦黾由倭坑脩?，不過這是以稍為犧牲通信質(zhì)量為代價而換取的。在這種情況下增加的用戶，稱為柔性的或軟容量。例如，一個小區(qū)設(shè)計容量為40信道，當(dāng)這個小區(qū)再增加一個用戶（信道）時，總載干比(C/I)只下降，可見通信質(zhì)量劣化很少。FDMA和TDMA系統(tǒng)卻不可能有這種能力。8）軟切換和更軟切換由于相鄰小區(qū)間采用相同的無線信道，僅有的差別是代碼序列不同。因此移動用戶從一個小區(qū)到另一個小區(qū)時沒有頻率切換問題，他可以做到先接上新的再斷開舊的。因此CDMA

14、的切換被稱為軟切換。通常，在不同的BTS之間（同BSC）的切換稱為軟切換，而在同一BTS不同扇區(qū)之間的切換稱為更軟切換。這種切換的最大優(yōu)點是對信道的利用沒有造成任何浪費。9）更適合于微小區(qū)和建筑物內(nèi)部的通信由于CDMA系統(tǒng)能有效地降低人為干擾、窄帶干擾、多徑干擾的影響；能克服由時延擴展造成的碼間干擾；可采用軟切換的越區(qū)切換及無需頻率管理和分配等優(yōu)點，所以他是一種極其適合于微蜂窩小區(qū)和建筑物內(nèi)部通信的技術(shù)體制。10）設(shè)備簡單在CDMA系統(tǒng)中，所有用戶共享一個無線信道，每個基站或扇區(qū)只需一個無線電臺，因而使成本很低又節(jié)省了設(shè)備空間和安裝、維護費用。 第二節(jié) G網(wǎng)概要一、工作頻段和信道安排GSM系統(tǒng)

15、工作頻段上行 890915MHz 其中移動：890909MHz 聯(lián)通：909915MHz下行 935960MHz 其中移動：935954MHz 聯(lián)通：954960MHz雙工間隔為45MHz載頻間隔為200kHz整個工作頻段為2×25MHz，共分為124對載頻，其序號用n表示，則上行頻率 MHz （43）下行頻率Fd(n)=Fu(n)+45=935+0.2n MHz式中 n1124正整數(shù)n值稱為絕對射頻信道號碼（ARFCN）。為了保護與數(shù)字移動通信所用頻段相鄰的其他無線通信業(yè)務(wù)，通常不使用第1和第124頻道。另外，為了在移動和聯(lián)通兩個運營者之間減少載頻干擾，也取第94頻道為空閑，使兩個

16、系統(tǒng)有較好的隔離。根據(jù)無線電規(guī)則RR4，GSM系統(tǒng)的發(fā)射類別為271KF7W，即每載頻使用時分多址（TDMA）技術(shù)，含8個基本物理信道，調(diào)制速率為270.833kbit/s的GMSK（BT0.3）調(diào)制。GSM系統(tǒng)中的小區(qū)（cell）也有大小之分。大者，基站與移動臺間的距離僅受時延的限制，可達35km，適用于稀路由區(qū)域；小者，小區(qū)半徑可降至1km以下，受容量限制，適用于市區(qū)高話務(wù)區(qū)。系統(tǒng)可接受的同頻干擾保護比可低至C/I9dB（帶跳頻）和12dB（無跳頻），因此，采用每個小區(qū)具有三個扇形的3小區(qū)復(fù)用模式（相當(dāng)于9小區(qū)簇）是可行的。二、信道類型和組合無線子系統(tǒng)的物理信道支撐著邏輯信道，邏輯信道又可

17、分為業(yè)務(wù)信道（Traffic Channel）和信令信道（Signalling Channel）兩大類；前者也稱話務(wù)和數(shù)據(jù)信道，后者也稱為控制信道（Contral Channel）。（1）業(yè)務(wù)信道業(yè)務(wù)信道（TCH）載有編碼的話音或用戶數(shù)據(jù)。它有全速率業(yè)務(wù)信道（TCH/F）和半速率業(yè)務(wù)信道（TCH/H）之分，兩者分別載有總速率為22.8和11.4kbit/s的信息。因此，一個載頻可提供8個全速率或16個半速率業(yè)務(wù)信道（或兩者的組合，例如4個全速率加8個半速率等），并包括各自所帶有的隨路控制信道。1）話音業(yè)務(wù)信道載有編碼話音的業(yè)務(wù)信道分為全速率話音業(yè)務(wù)信道（TCH/FS）和半速率話音業(yè)務(wù)信道（TC

18、H/HS），兩者的總速率分別為22.8和11.4kbit/s。對于全速率話音編碼，話音幀長20ms，每幀含260比特，提供的凈速率為13kbit/s。2）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道在全速率或半速率信道上，通過不同的速率適配、信道編碼和交織，支撐著直至9.6kbit/s的透明和非透明數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。用于不同用戶數(shù)據(jù)速率的業(yè)務(wù)信道，具體有： 9.6kbit/s，全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道（TCH/F9.6） 4.8kbit/s，全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道（TCH/F4.8）4.8kbit/s，半速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道（TCH/H4.8）2.4kbit/s，全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道（TCH/F2.4）2.4kbit/s，半速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道（TCH

19、/H2.4）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道還支撐具有凈速率為12kbit/s的非限制的數(shù)字承載業(yè)務(wù)。在GSM系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)效率，還引入額外一類信道，即TCH/8,它的速率很低,僅用于信令和短消息傳輸.如果TCH/H可看作為TCH/F的一半，則TCH/8便可看作為TCH/F的八分之一。TCH/8應(yīng)歸于慢速隨路控制信道（SACCH）的范圍。（2）控制信道控制信道（CCH）用于傳送信令或同步數(shù)據(jù)。它主要有三種：廣播控制信道（BCCH）、公共控制信道（CCCH）和專用控制信道（DCCH）。如圖44所示。邏輯信道控制信道CCH業(yè)務(wù)信道TCH廣播控制信道BCCH公共控制信道CCCH專用控制信道DCCH下行上行獨立專用

20、控制信道SDCCH隨路控制信道ACCHFCCH(BCCH1)SCH(BCCH2)BCCH(BCCH3)PCHAGCHRACHSACCHFACCH下行（下行/上行）圖44 GSM邏輯信道類型1）廣播控制信道廣播控制信道僅作為下行信道使用，即從基站到移動臺的單向傳輸。它由三種信道構(gòu)成：a 頻率校正信道（FCCH）：載有供移動臺頻率校正用的信息。b 同步信道（SCH）：載有供移動臺幀同步和基站收發(fā)信站識別信息。實際上，該信道包含兩個編碼參數(shù)：l 基站識別碼（BSIC），它占有6個比特（信道編碼之前），其中3個比特為07范圍的PLMN色碼，另3個比特為07范圍的基站色碼（BCC）；l 簡化的TDMA幀

21、號RFN，它占有19個比特。c 廣播信道（BCCH）：通常，在每個基站收發(fā)信站中總有一個收發(fā)信機含有這個信道，以向移動臺廣播系統(tǒng)信息。BCCH所載的參數(shù)主要有：l 公共控制信道（CCCH）號碼以及CCCH是否與SDCCH（獨立專用控制信道）相組合；l 為接入準許信息所預(yù)約的各CCCH上的區(qū)塊（Block）號碼；l 向同樣尋呼組的移動臺傳送尋呼信息之間的51TDMA復(fù)合幀號碼。2)公共控制信道公共控制信道是一個雙向信道，它分為下述三種信道：a 尋呼信道（PCH）：這是一個下行信道，用于尋呼被叫的移動臺。b 隨機接入信道（RACH）：這是一個上行信道，用于移動臺隨機提出入網(wǎng)接續(xù)申請，即請求分配一個

22、SDCCH。c 準予接入信道（AGCH）：這是一個下行信道，用于基站對移動臺的入網(wǎng)接續(xù)請求作出應(yīng)答，即分配一個SDCCH或直接分配一個TCH。3）專用控制信道使用時由基站將其分給移動臺，進行移動臺與基站之間的信號傳輸，它主要有以下三種信道構(gòu)成：a 獨立專用控制信道（SDCCH）：用于傳送信道分配等信號，它還可分為：l 獨立專用控制信道（SDCCH/8）l 與CCCH相組合的獨立專用控制信道（SDCCH/4）b 慢速隨路控制信道（SACCH）：它與一條業(yè)務(wù)信道或一條SDCCH聯(lián)用，在傳送用戶信息期間帶傳某些特定信息，例如無線傳輸?shù)臏y量報告等。該信道共有以下幾類：l TCH/F隨路控制信道（SAC

23、CH/TF）；l TCH/H隨路控制信道（SACCH/TH）；l SDCCH/4隨路控制信道（SACCH/C4）；l SDCCH/8隨路控制信道（SACCH/C8）。c 快速隨路控制信道（FACCH）：它與一條業(yè)務(wù)信道聯(lián)用，并攜帶與SDCCH同樣的信號，但只在未分配SDCCH時才分配FACCH，通過從業(yè)務(wù)信道借取的幀來實現(xiàn)接續(xù)，傳送諸如“越區(qū)切換”等指令信息。FACCH還可分為：l TCH/F隨路控制信道（FACCH/F）l TCH/H隨路控制信道（FACCH/H）除了上述三類控制信道外，還有一種小區(qū)廣播控制信道（CBCH），它僅用于下行，載有短消息業(yè)務(wù)小區(qū)廣播（SMSCB）信息，使用像SDC

24、CH相同的物理信道。（3）信道組合可能的信道組合有多種，常見的有其中CCCHPCHRACHAGCH；上述組合的第3和第4種，嚴格地分配到小區(qū)配置的BCCH載頻的時隙0位置上。圖45和圖46示出了全速率情況下，支撐廣播、公共控制和業(yè)務(wù)信道的復(fù)幀格式。圖45 廣播和公共控制信道的復(fù)幀圖46 業(yè)務(wù)信道的復(fù)幀三、突發(fā)脈沖序列一個突發(fā)脈沖序列就是一串已調(diào)制的載頻數(shù)據(jù)流，發(fā)生在一個時隙內(nèi)，持續(xù)時間為（576+12/13）s，即156.25比特的持續(xù)期。在這個時間間隔內(nèi)，發(fā)送的振幅從開始的0值上升到其標(biāo)稱值，達到標(biāo)稱值后將持續(xù)一段時間，此時信號的相位得到調(diào)制而送出一組比特，然后，振幅再下降到0。這是每個移動

25、臺的典型發(fā)送，而對BTS而言，如果鄰接的兩個時隙不發(fā)送，則與移動臺一樣；如果鄰接的時隙接連發(fā)送則按GSM規(guī)范，允許BTS保持振幅恒定。但這個連貫序列串的起始與結(jié)束應(yīng)與圖47相符。圖47 常規(guī)突發(fā)序列的振幅圖相應(yīng)于各類不同的信道，各類突發(fā)脈沖序列也有不同的格式，我們僅以用于業(yè)務(wù)信道的常規(guī)突發(fā)序列為例，作一介紹。如圖47所示為常規(guī)突發(fā)序列的時間振幅圖。圖中給出了規(guī)范所明確的時間框，它表明了可接受的限制范圍，而振幅必須落入該限制范圍內(nèi)。恒幅部分對業(yè)務(wù)信道而言持續(xù)147比特，振幅下降到“0”時，功率電平應(yīng)低于恒幅時電平的107（70dBc）或106.5W（36dBm）。突發(fā)序列的尾部留有8.25比特的

26、時間不發(fā)任何信號而作為相鄰時隙的防護段，這是發(fā)信功率的上升或下降所需要的，以避免相鄰時隙間的干擾。在上行方向，這保護時間還能補償設(shè)備同步的不精確和多徑回波的影響。這個保護時間，在設(shè)計上應(yīng)該說是基本夠用而并不充裕。突發(fā)脈沖序列本身的傳播時延由系統(tǒng)的時間提前量補償。四、時間提前量與時延從基站的角度看，下行方向延時3個時隙（Bp）就可以得到上行方向的結(jié)構(gòu)，3Bp延時是GSM規(guī)范中規(guī)定的，是一個常數(shù)，也就是上行時隙號與其對應(yīng)下行時隙號有3個偏移。從MS的角度看，這是由于傳播時延的影響，當(dāng)MS與BTS相距30km時，環(huán)路時延達到200s。相對于577s的時隙長度，其影響是不容忽略的，它將降低傳輸質(zhì)量甚至

27、丟失信息。為了解決這一問題，MS用一個時間值來補償傳播時延，以調(diào)整收發(fā)時延始終保持3Bp，這個數(shù)值稱為時間提前量（Timing Advance）。此時，從MS的角度看，上下行之間準確的偏移量是3Bp減去TA。TA值由BTS計算并通過信令方式通知MS，MS時延結(jié)構(gòu)如圖48所示。TNTNBTS TXMS TXTA圖48 時間提前量的結(jié)構(gòu)在GSM規(guī)范中，TA包含6位二進制碼元，其數(shù)值為063，而每個碼元傳輸時間為3.69s，由此可見，最大的TA值應(yīng)為233s，這相當(dāng)于電波傳送35km的往返時間。從這點出發(fā)，也可推知GSM系統(tǒng)（當(dāng)八個時隙正常運用時）的小區(qū)覆蓋最大半徑只能是35km。五、收發(fā)信機主要性

28、能（1）發(fā)信機性能1輸出功率GSM系統(tǒng)中，基站發(fā)信機的輸出功率可在30dB范圍內(nèi)調(diào)整，步級為2dB。如表41所示。表41而移動臺發(fā)信功率受基站指令控制，其分級數(shù)據(jù)見表42表42功率控制電平范圍從15級（13dBm）到0級（43dBm）。以2dB±2dB步級變化。2輸出射頻帶寬無論是基站或移動臺對于連續(xù)調(diào)制信號輸出射頻調(diào)制譜均應(yīng)滿足表43的規(guī)定表43對于由開關(guān)瞬態(tài)現(xiàn)象產(chǎn)生的射頻頻譜，移動臺和基站應(yīng)分別滿足表44和表45的規(guī)定。表44表453雜散發(fā)射雜散發(fā)射的測試條件符合表46的要求表46基站雜散發(fā)射功率應(yīng)不大于表47所列的值表47移動臺雜散功率應(yīng)不大于表48所列的值表484頻率和相位精

29、度基站和移動臺的頻率源絕對精度分別優(yōu)于0.05ppm和0.1ppm，用以產(chǎn)生各自射頻部分所需的載頻并作為時標(biāo)。在一個時隙內(nèi)，相位誤差的均方根（RMS）應(yīng)不大于5º，峰值小于20º。5互調(diào)衰減*基站端，在干擾為等幅波信號，頻率偏移800kHz，電平低于發(fā)送信號功率30dB的測試條件下，任一互調(diào)成分不大于-70dB。在合并幾個發(fā)信機至一付天線時，也會引起互調(diào)。當(dāng)測試帶寬為300kHz時，這個互調(diào)成分的峰值功率在發(fā)送頻帶內(nèi)不超過-70dBc或-36dBm（250nw）*在移動端，當(dāng)兩個移動臺靠得很近時，也會引起互調(diào)。在測試帶寬為300kHz時，移動臺互調(diào)成分的峰值功率在發(fā)送頻帶內(nèi)

30、不應(yīng)超過-70dBc或-36dBm（250nw）。（2）收信機性能1靈敏度表49列出了不同信道類型和傳播條件下的參考靈敏度特性。滿足此表性能的參考靈敏度為l 基站-104dBml 手持移動臺-102dBm表49表中FER為幀刪除率；BER為誤比特率；RBER為剩余誤比特率（“好”幀中的檢錯數(shù)與“好”幀所傳輸比特數(shù)之比）2阻塞特性當(dāng)下列信號同時輸入到收信機時，應(yīng)能達到表49所列參考靈敏度特性：l 有用信號，其頻率為f0，而電平比參考靈敏度電平高3dB；l 一個連續(xù)的正弦波信號，其頻率為f，而電平如表410所示。表4103互調(diào)特性當(dāng)下列信號同時輸入到收信機時，應(yīng)滿足表49所示的參考靈敏度特性：l

31、有用信號、其頻率為f0，電平比參考靈敏度電平高了3dB；l 一個連續(xù)正弦波信號，其頻率為f1，電平為70dBv，即-43dBm；l CCITT Rec.V52定義的511位偽隨機序列中一個148位子序列在頻率f2上的已調(diào)信號，其電平為70dBv，即-43dBm；對于手持機此電平可放寬到64dBv，并使f02f1f2和|f2-f1|800kHz。4雜散抑制當(dāng)下列信號同時輸入到收信機時，應(yīng)達到表49所示的參考靈敏度特性：l 有用信號，其頻率偽f0，其電平比參考靈敏度高3dB；l 一個連續(xù)正弦波信號，其頻率為f，電平為70dBv，即-43dBm。f應(yīng)分別在帶內(nèi)和帶外選取帶內(nèi)為（f045MHz，f08

32、00kHz）和（f0800kHz，f045MHz）內(nèi)；帶外為9kHz12.75GHz頻帶內(nèi)除上述帶內(nèi)頻段以外的其余頻率。5雜散輻射在表46規(guī)定的雜散發(fā)射測試條件下，基站和移動臺接收機的雜散發(fā)射，在9kHz1GHz頻帶內(nèi)不超過2nW（-57dBm）；在112.75GHz頻帶內(nèi)不超過20nW（-47dBm）。五、GPRS（1）GPRS的一般性能雖然GSM在第二代移動通信系統(tǒng)中占了絕大部分用戶，但是GSM系統(tǒng)的最高傳輸速率僅為9.6kbit/s，且只能完成電路數(shù)據(jù)交換，遠不能滿足移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求。因此，歐洲電信標(biāo)準委員會（ETSI）在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，推出了通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS，Gen

33、eral Packet Radio Service）技術(shù)，他是在原有GSM網(wǎng)絡(luò)上疊加了一個支持高速分組數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)，也為GSM系統(tǒng)向第三代寬帶移動通信系統(tǒng)的平滑過渡奠定了基礎(chǔ)，因而GPRS也被稱為2.5G系統(tǒng)。GPRS是移動通信技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的完美結(jié)晶。他采用分組交換技術(shù)，可以讓多個用戶共享幾個信道資源。理論上講，如果把空中接口上的TDMA幀中的8個全速率時隙都用來傳送數(shù)據(jù)的話，最高可以提供高達171.2kbit/s的無線數(shù)據(jù)，這個速率已經(jīng)超過常規(guī)的因特網(wǎng)所用的數(shù)據(jù)速率了。此外，GPRS還能夠提高GSM系統(tǒng)的無線資源利用率，由于分組數(shù)據(jù)技術(shù)的特點，它可以在保證話音業(yè)務(wù)的同時，利用無線信道的空

34、閑資源完成分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，大大地提高了GSM無線頻率資源的利用率。與目前以電路型交換為基礎(chǔ)的短消息等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不同，GPRS網(wǎng)絡(luò)可向移動用戶提供因特網(wǎng)瀏覽、Email、WAP瀏覽、無線定位以及增強型短消息等多種應(yīng)用。（2）GPRS的移動臺GPRS的移動臺有三種類型。A類：可同時提供GPRS服務(wù)和電路交換承載業(yè)務(wù)的能力，即在同一時間內(nèi)既進行一般的GSM話音業(yè)務(wù)又可以接收GPRS數(shù)據(jù)包。B類：可同時偵聽GPRS和GSM系統(tǒng)的尋呼信息，但在某一時刻只能支持其中的一種業(yè)務(wù)。C類：要么支持GSM網(wǎng)絡(luò)，要么支持GPRS網(wǎng)絡(luò)，它只能通過人工的方式進行網(wǎng)絡(luò)更換，無法同時支持兩種業(yè)務(wù)。（3）GPRS的編碼方案GPR

35、S系統(tǒng)定義了四種不同的編碼方案：從CS1到CS4。共有4種信道編碼模式，他們的傳輸速率不同，所以有關(guān)的質(zhì)量要求也不同。表411列出了當(dāng)BER10條件下，四種編碼方案的有關(guān)參數(shù)。表411 四種編碼方案差異數(shù)據(jù)速率kbit/sC/N（dB）覆蓋區(qū)減小百分比（）*頻率復(fù)用簇基站額外功率預(yù)算（dB）*帶跳頻不帶跳頻話音業(yè)務(wù)9.69121007-90CS19.056.29.0799-2.8CS213.49.811.36112+0.8CS315.612.012.75413+3.0CS421.419.317.034>19+10.3*采用奧村（Okumura-Hata）傳播模式*為了達到與話音一樣的覆蓋

36、范圍，基站需增加的功率第三節(jié) C網(wǎng)概要一、空中接口參數(shù)表412列出了IS-95CDMA系統(tǒng)空中接口的主要參數(shù)。表412 IS-95空中接口參數(shù)帶寬1.25MHz碼片速率1.2288Mchip/s下行頻段（MHz）86989419301980（我國用：870880）上行頻段（MHz）82484918501910（我國用：825835）幀長度20ms比特率 kbit/s9.6/14.4/115.2功率控制上行：開環(huán)快速閉環(huán)；下行：慢速控制環(huán)RAKE指針數(shù)目4軟切換支持語音編碼器QCELP 8 kbit/sEVRC 8 kbit/sACELP 13kbit/s擴展碼Walsh長M序列系統(tǒng)的載波間距是

37、1.25MHz，考慮到IS-95標(biāo)準與D-AMPS共用一個頻段，而D-AMPS的頻道間隔是30kHz，所以中國聯(lián)通CDMA系統(tǒng)的工作頻率為：上行 FU8250.03N下行 FD8700.03N （44）收發(fā)間隔為45MHz，N1333，以41為步級，共有七對信道。從N283開始，F(xiàn)u833.49MHz上行825MHz835MHz下行870MHz880MHz3778119160201242283 FD878.49MHz二、信道結(jié)構(gòu)（1）下行鏈路的信道結(jié)構(gòu)1控制信道：在下行鏈路有三類控制信道：導(dǎo)頻信道、同步信道和尋呼信道。*導(dǎo)頻信道（Pilot Channel）。導(dǎo)頻信道發(fā)送的是一個非調(diào)制的擴頻信

38、號。它對其它63個信道的相干解調(diào)起到相位基準的作用。另外，當(dāng)移動臺從一個覆蓋區(qū)至另一覆蓋區(qū)時，導(dǎo)頻信道可用作探測新基站的搜索目標(biāo)。與其他信號相比，導(dǎo)頻信號的發(fā)射功率較大，便于移動臺準確跟蹤。*同步信道(Sync Channel)。同步信道所載的信息允許移動臺確定系統(tǒng)時間和基站導(dǎo)頻偏置，為系統(tǒng)接入作準備。在完成同步過程后，就利用導(dǎo)頻信號作為參考相干載波相位，實現(xiàn)移動臺接收解調(diào)。同步信道在捕捉導(dǎo)頻時使用，一旦捕獲，就不再使用，同步信道的數(shù)據(jù)速率為1200bit/s。*尋呼信道（Paging Channel）。每個基站有一個或n個尋呼信道，當(dāng)有輸入呼叫時，尋呼信道廣播移動臺的識別碼。在尋呼信道上，收

39、到它們識別碼的移動臺，經(jīng)上行鏈路接入信道作出響應(yīng)。在尋呼信道上的數(shù)據(jù)速率是4800或9600bit/s。2業(yè)務(wù)信道（Traffic Channel）每個下行業(yè)務(wù)信道包含一個首選編碼信道和17個補充編碼信道。業(yè)務(wù)信道有兩種速率集合。速率集合1支持數(shù)據(jù)速率9.6、4.8、2.4和1.2 kbit/s；速率集合2支持數(shù)據(jù)速率14.4、7.2、3.6和1.8 kbit/s。在補充業(yè)務(wù)編碼信道上僅可實現(xiàn)全速率（9.6或14.4 kbit/s）。移動臺必須支持速率集合1，但也可任選支持速率集合2。（2）上行鏈路的信道結(jié)構(gòu)上行鏈路有兩種邏輯信道，即接入信道和業(yè)務(wù)信道。1接入信道（Access Channel

40、）移動臺使用接入信道發(fā)起呼叫，對從基站來的尋呼信道消息進行響應(yīng)，進行位置更新。每個接入信道與一個下行鏈路尋呼信道相關(guān)，因此最多可以有7個接入信道。在接入信道上的數(shù)據(jù)速率是4800 bit/s。2業(yè)務(wù)信道上行業(yè)務(wù)信道與下行業(yè)務(wù)信道基本相似，也包含一個單一首選編碼信道和07個輔助編碼信道。同樣，業(yè)務(wù)信道必須支持速率集合1，也可任選支持速率集合2；而輔助信道只能使用全速率（14.4或9.6 kbit/s）。（3）導(dǎo)頻PN碼相位偏置規(guī)劃導(dǎo)頻PN碼數(shù)目共512個（0511），規(guī)劃者要對系統(tǒng)中不同的基站和扇區(qū)賦于PN碼的偏置，這是C網(wǎng)小區(qū)規(guī)劃的主要環(huán)節(jié)。通常使用導(dǎo)頻增量因子（pilot-inc）來決定選取

41、PN碼相位偏置，導(dǎo)頻增量因子取決于搜索窗參數(shù)和小區(qū)半徑，如表413所示。表413 導(dǎo)頻增量因子與小區(qū)半徑導(dǎo)頻增量因子偏移指數(shù)增量小區(qū)半徑（km）164<52128510319210164256162153202126638426317448313785213742對于IS-95CDMA系統(tǒng)，碼片速率為1.2288Mchip/s，所以每一碼片對應(yīng)244m的傳播距離，一個PN偏移指數(shù)（64碼片）對應(yīng)15.6km的傳播距離。因此，規(guī)劃設(shè)計人員應(yīng)避免使兩個基站之間的傳播時延超出導(dǎo)頻信號的相位偏移，否則就會出現(xiàn)所謂的PN混亂。PN混亂的后果，就是使用戶接收到來自另一基站的干擾太強，或切換到錯誤目標(biāo)

42、小區(qū)上而引起掉話。（4）功率控制在DS-CDMA系統(tǒng)中，最難實現(xiàn)的是功率控制要求，這主要有多路接入的干擾造成的。因為該系統(tǒng)中，所有用戶使用相同的頻率同時發(fā)送信息，彼此間必然存在相互干擾。而移動臺位置的隨機性，使遠端用戶的信號被近端用戶的干擾所覆蓋，這種傳播現(xiàn)象稱為遠近效應(yīng)，是移動通信系統(tǒng)特有的。為了獲得高的容量，必須克服遠近效應(yīng)，所有的信號不管離基站的遠近，到達基站的信號功率都應(yīng)當(dāng)相同，這就是DS-CDMA系統(tǒng)實現(xiàn)功率控制的目的，發(fā)信機功率控制的好壞是決定DS-CDMA系統(tǒng)容量的關(guān)鍵因素。與上行鏈路相比，下行鏈路中所有信道通過相同的路徑傳播，移動臺接收到的信號與干擾相對值是不變的，因此不存在消

43、除遠近效應(yīng)進行功率控制的問題。下行鏈路中功率控制的目的是為了減小對鄰近小區(qū)的干擾。并補償從其它小區(qū)來的干擾。另外，功率控制還可以通過補償衰落來提高系統(tǒng)的抗衰落能力，對于提高移動臺抗干擾性能很有用?，F(xiàn)有的兩種功率控制方法是：開環(huán)控制和閉環(huán)控制。開環(huán)控制是移動臺根據(jù)在小區(qū)接收功率的變化，迅速調(diào)節(jié)移動臺發(fā)射功率以符合規(guī)定的電平（保證誤碼性能）。但是因為上、下行鏈路之間的快衰落是非相關(guān)的，因此，開環(huán)功率控制僅是獲得適當(dāng)?shù)钠骄β?。還需要閉環(huán)功率控制，閉環(huán)功控是根據(jù)測量的信干比（SIR），發(fā)送指令給發(fā)信機，糾正開環(huán)功率控制，使移動臺保持最理想的發(fā)射功率。IS-95CDMA有三種不同的功率控制：上行鏈路使

44、用開環(huán)和閉環(huán)功率控制；下行鏈路使用相對較慢的功率控制。1開環(huán)功率控制開環(huán)功率控制有兩個功能：調(diào)整移動臺的初始接入信道傳輸功率，并補償路徑衰落中大的突發(fā)衰落。移動臺在移動時使用自動增益控制（AGC）電路測量的接收信號強度，決定移動臺和基站之間的路徑衰耗的估計值。此估計值只是給出了每個用戶的一個大概的傳輸衰落的估計。接收到的功率愈小，傳輸損耗愈大。移動臺的傳輸功率由下式?jīng)Q定：平均輸出功率（dBm） 平均輸入功率（dBm）偏置功率參數(shù) （45）800MHz頻段移動臺（類別0）的偏置功率是73dBm用于調(diào)整開環(huán)功率控制的參數(shù)是:小區(qū)尺寸，小區(qū)有效發(fā)射功率（ERP）和接收機靈敏度。這些參數(shù)均在同步信道上

45、傳輸。開環(huán)功率控制原理如圖49所示。因為移動臺1到基站（BTS）的距離d1比移動臺2到基站的距離d2短，所以移動臺1接收到的信號傳輸損耗較小。假定移動臺1的平均輸入功率是70dBm，移動臺2的平均輸入功率是90dBm。因為類別0移動臺沒有糾錯參數(shù)，為了在基站獲得相同的接收功率，移動臺的傳輸功率可由（45）式計算，分別為17dBm和7dBm。圖49 上行鏈路開環(huán)功率控制原理2閉環(huán)功率控制因為IS-95CDMA上、下行鏈路之間的頻率間隔是45MHz，所以它們之間的衰落處理相關(guān)性不強。為了很好地補償上行鏈路的傳輸衰落，基站也控制移動臺的傳輸功率。這就是閉環(huán)功率控制。圖410所示是閉環(huán)功率控制原理，基

46、站每1.25ms（等于6個調(diào)制符號）測量接收到的SIR，與目標(biāo)SIR相比較，決定是增加移動臺功率還是降低移動臺功率。功率控制比特每1.25ms通過抽取數(shù)據(jù)符號，在下行首選編碼信道上傳輸。圖410 閉環(huán)功率控制原理移動臺根據(jù)功率控制比特相應(yīng)地調(diào)整它的發(fā)射功率。調(diào)整的幅度可以由系統(tǒng)設(shè)定為0.25，0.5或1dB。閉環(huán)功率控制動態(tài)范圍是±24dB，移動臺工作在類別0時，閉環(huán)功率控制和開環(huán)功率控制合起來的動態(tài)控制范圍是±32dB；（類別1對應(yīng)的動態(tài)控制范圍是±40dB）。閉環(huán)功率控制導(dǎo)致的功率控制標(biāo)準偏差的典型值是1.11.5dB。3下行鏈路低速功率控制基站依據(jù)路徑損耗和

47、干擾環(huán)境，控制一個給定的移動臺的發(fā)射功率，稱為下行鏈路低速功率控制。在小區(qū)邊緣基站信號弱并且近端的干擾信號強，下行鏈路低速功率控制的目的是提高小區(qū)邊緣的移動臺的功率以確保鏈路的信號質(zhì)量。下行鏈路功率控制的機制是：基站周期性地降低發(fā)射到移動臺的發(fā)射功率，移動臺測量誤幀率（FER），當(dāng)FER超過預(yù)定義值時，移動臺要求基站對它的發(fā)射功率增加1，每1520ms進行一次調(diào)整。下行鏈路低速功率控制調(diào)整的動態(tài)范圍是±6dB。（5）RAKE接收機DS擴頻信號非常適合多徑信道傳輸。在多徑信道中，源傳輸信號被障礙物和山丘反射，接收機就會收到多個不同時延的拷貝信號。如果時延拷貝信號之間的時延超過一個碼片，

48、接收機就可以分別對它們進行解調(diào)。實際上，從每一個多徑信號的角度看，其它多徑信號都是干擾并被處理增益抑制，但是對于RAKE接收機可以對多個信號進行分別處理合成而獲得益處。因此DS-CDMA的信號波形很容易實現(xiàn)多路分集。RAKE接收機包含多個相關(guān)器，每個相關(guān)器接收一個多路信號。在相關(guān)器進行取擴展后，信號進行合成，例如，采用最大比率合成。因為接收的多路信號是衰落不相關(guān)的，因此進行分集可以提高接收性能。圖410所示是RAKE接收機的基本原理。在擴頻和調(diào)制后，信號被發(fā)送，通過多徑信道傳輸，如圖411中，列舉了三個多徑路徑，對應(yīng)的時延是1，2，3和衰落因子1，2，3。RAKE接收機相對于每個多徑元件有一個

49、接收指針，在每個接收指針中，接收到的信號由擴展碼進行相關(guān)處理，接收到的信號是用多徑信號的時延時間校正的。在去擴展后，信號被加權(quán)和合成。在圖411中，使用的是最大速率合成，即每個信號由路徑增益（衰落因子）加權(quán)。小于一個碼片的小范圍變化由一個編碼追蹤環(huán)路負責(zé)處理，編碼追蹤環(huán)路用于追蹤每個信號的時延。圖411 RAKE接收機的原理（6）軟切換在同頻的二個以上基站之間的切換稱為軟切換，在同一基站小區(qū)內(nèi)的不同扇區(qū)之間的切換稱為更軟切換。在CDMA系統(tǒng)中，因為鄰近小區(qū)的頻率和現(xiàn)有小區(qū)的頻率相同，在兩小區(qū)接近時，將可能對鄰近小區(qū)產(chǎn)生強干擾，從而使系統(tǒng)容量下降。為了避免這種干擾，當(dāng)鄰近小區(qū)的信號強度超過現(xiàn)有小

50、區(qū)的信號強度時，從現(xiàn)有小區(qū)到鄰近小區(qū)需要進行無間斷切換，這在實踐中是可以實現(xiàn)的。切換機制容許移動臺在接收到更強的信號（更低的傳輸損耗）時，可以切換到該小區(qū)。在軟切換中，移動臺是連接到多個基站上的（同時可連接至6個基站），它的功率控制由它接收到的最強信號的小區(qū)決定。同樣，在更軟切換中，移動臺是連接到同一基站的多個（23個）扇區(qū)上的。工程上，導(dǎo)頻組依據(jù)切換參數(shù)轉(zhuǎn)移如圖412所示：活動組郊外組鄰近組剩余組導(dǎo)頻被候補導(dǎo)頻替換T-TDROP超過導(dǎo)頻低于T-DROP時間超過T-TDROP活動組未滿且導(dǎo)頻超過T-ADD導(dǎo)頻超過T-ADD圖412 導(dǎo)頻組轉(zhuǎn)移示例工程上移動臺實用的切換參數(shù)是：TADD（導(dǎo)頻檢測門限）：12dB；TDROP（導(dǎo)頻丟棄門限）：14dB；TComp（活動組與候補組間的比較門限）：2.5dB；TTDROP（丟棄計時器值）：3dB，對應(yīng)時間4秒。 第四節(jié) 小靈通（PHS）的特性小靈通源于日本的PHS（Personal Handy-phone System），是一個時分雙工時分多址