GSM無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

1、通信技術(shù)系：鄒紹華GSM：Global System for Mobile Communications，中文為全球移動通訊系統(tǒng)，俗稱全球通，起源于歐洲的移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是第二代移動通信技術(shù)。目前，中國移動、中國聯(lián)通各擁有一個GSM網(wǎng)，為世界最大的移動通信網(wǎng)絡(luò)。GSM系統(tǒng)包括 GSM 900MHz、DCS1800;GPRS:General Packet Radio Service，通用無線分組業(yè)務(wù)，是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。通俗地講，GPRS是一項高速數(shù)據(jù)處理的技術(shù)，方法是以“分組”的形式傳送數(shù)據(jù)到用戶端。一、無線網(wǎng)絡(luò)基本概念EDGE: Enh

2、anced Data Rate for GSM Evolution ，即增強(qiáng)型數(shù)據(jù)速率GSM演進(jìn)技術(shù)。EDGE是一種從GSM到3G的過渡技術(shù),令網(wǎng)絡(luò)容量及數(shù)據(jù)傳送比GPRS更快，足有283Kbps.網(wǎng)絡(luò)商只需在軟硬件上作出少許相應(yīng)改動，便可繼續(xù)沿用現(xiàn)有GSM系統(tǒng)，去支持移動多媒體服務(wù)，能夠與日后WCDMA制式共存.CDMA (Code Division Multiple Access) 又稱碼分多址，是在無線通訊上使用的技術(shù)。 在國內(nèi)為中國電信移動網(wǎng)絡(luò)。 cdma2000第一階段將提供每秒144Kbps的數(shù)據(jù)傳送率，第二階段支持每秒2Mbps的數(shù)據(jù)傳送速率，是cdma發(fā)展3G的最終目標(biāo).WCD

3、MA 是英文Wideband Code Division Multiple Access（寬帶碼分多址）的英文簡稱，是一種第三代無線通訊技術(shù)。目前中國聯(lián)通采用的此種3G通訊標(biāo)準(zhǔn)。 WCDMA是由GSM網(wǎng)絡(luò)核心繁衍而來的WCDMA，數(shù)據(jù)傳送可達(dá)到每秒2Mbit（室內(nèi)）及384Kbps（移動空間）的速率，采用5MHz（區(qū)別于窄帶200KHz)的寬頻網(wǎng)絡(luò).TD-SCDMA是英文Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access（時分同步碼分多址） 的簡稱，中國提出的第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)(簡稱3G)，也是ITU批準(zhǔn)的三個3G標(biāo)準(zhǔn)中的一個，以我國

4、知識產(chǎn)權(quán)為主的、被國際上廣泛接受和認(rèn)可的無線通信國際標(biāo)準(zhǔn)。LTE(Long Term Evolution,長期演進(jìn))項目是3G的演進(jìn)，LTE并非人們普遍誤解的4G技術(shù)，而是3G與4G技術(shù)之間的一個過渡，是3.9G的全球標(biāo)準(zhǔn),它改進(jìn)并增強(qiáng)了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行326Mbit/s與上行86Mbit/s的峰值速率。移動通信技術(shù)的演進(jìn)1G2G3G2.5G80s初80s末96年2002年無線通信系統(tǒng)時間GSMIS-95A W-CDMACDMA2000TD-SCDMA模擬技術(shù)AMPSTACSGPRSIS-95B2.75G

5、4GLTE數(shù)字技術(shù)數(shù)字技術(shù)EDGEEVDOv 必須利用無線電波進(jìn)行信息的傳輸運行環(huán)境復(fù)雜，多徑傳播用戶高速移動v 工作于復(fù)雜的干擾環(huán)境開放式環(huán)境，存在多種干擾：鄰道、同信道、鄰小區(qū)、同小區(qū)、互調(diào)v 可利用的頻率資源有限，而通信業(yè)務(wù)量的需求與日俱增用戶容量，業(yè)務(wù)能力v 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多種多樣，網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜用戶注冊和登記，鑒權(quán)和計費，安全和保密v 用戶終端成為個人消費品通信網(wǎng)核心網(wǎng)接入網(wǎng)有線接入無線接入光纖接入： PON、APON FTTB/C/H/R混合光纖同軸網(wǎng)Cable ModemDSL(ADSL、HDSL)衛(wèi)星接入高空平臺蜂窩接入微波接入FWA、WLLWLANPAN移動通信系統(tǒng)概論v 蜂窩系統(tǒng)-

6、“小區(qū)制”系統(tǒng) - 將所要覆蓋的地區(qū)劃分為若干個小區(qū)，每個小區(qū)的半徑可視用戶的分布密 度在1-10km左右,在每個小區(qū)設(shè)立一個基站為本小區(qū)范圍內(nèi)的用戶服務(wù)。 - “頻率復(fù)用”的概念 - 特點：用戶容量大，服務(wù)性能較好，頻譜利用率較高，用戶終端小巧且電池使用時間長，輻射小等 - 問題：系統(tǒng)復(fù)雜，越區(qū)切換，漫游，位置登記；更新和管理以及系統(tǒng)鑒權(quán)等v 蜂窩分類 - 宏蜂窩 (Macro-cell) 1-20km - 微蜂窩 (Micro-cell) 0.41 km - 皮蜂窩 (Pico-cell) = 9dB ，工程上: C/I= 12dB 鄰頻：C/I= -9dB ，工程上：C/I= -6dB

7、400K鄰頻：C/I= -41dB ，工程上：C/I= -38dB 有用信號環(huán)境噪聲其他信號干擾干擾頻率干擾同頻干擾（Co-channel interference） GSM規(guī)范：C/I9dB，愛立信設(shè)計： C/I12dB，不跳頻。無線基本概念鄰頻干擾（Adjacent channel interference） GSM規(guī)范：C/A-9dB，愛立信推薦要求： C/A3dB。無線基本概念 四、天線四、天線l天線基本功能天線基本功能輻射和接收無線電波，輻射和接收無線電波，天線是能量轉(zhuǎn)換裝置，是無源器件。發(fā)射時將高頻電流轉(zhuǎn)換為電磁波并傳送到特定的空間區(qū)域，將電能轉(zhuǎn)換為電磁能接收時將電磁波轉(zhuǎn)換為高頻電

8、流而進(jìn)入接收機(jī)，將電磁能轉(zhuǎn)換為電能。天線的性能質(zhì)量直接影響移動通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和服務(wù)質(zhì)量；不同的地理環(huán)境，不同服務(wù)要求需要選用不同類型、不同規(guī)格的天線。 通信天線種類通信天線種類按工作頻段：超長波、長波、中波、短波、超短波、微波天線按方向性：全向、定向天線按結(jié)構(gòu)特性：線天線、面天線 天線天線輻射基本原理輻射基本原理 導(dǎo)線上有交變電流時，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長度和形狀有關(guān)。 圖 a 所示為理想平行傳輸線，雙導(dǎo)線的距離遠(yuǎn)小于工作波長，在雙導(dǎo)線的任意橫截面上，兩根導(dǎo)線上的電流始終是振幅相等、方向相反(相位相差180 )，因此，兩根導(dǎo)線在離開本身較遠(yuǎn)的空間任一點處產(chǎn)生的場彼此抵消，

9、電磁能量被束縛在雙導(dǎo)線的附件區(qū)域，形成一個保守系統(tǒng)。圖 a 天線天線輻射基本原理輻射基本原理如 圖b 所示，將兩導(dǎo)線張開180 ，分別與原導(dǎo)線垂直，當(dāng)總長度 等于半個波長時，形成半波對稱振子。此時，上下兩線段上的電流變?yōu)橥?，因此二者在空間不同位置上產(chǎn)生的場不再是相互抵消，而是完全疊加或部分疊加，這就形成了開放的輻射系統(tǒng)天線。圖 b/2天線天線天線主要技術(shù)指標(biāo)天線主要技術(shù)指標(biāo)天線的輻射電磁場在固定距離上隨角坐標(biāo)分布的圖形，稱為方向圖。用輻射場強(qiáng)表示的稱為場強(qiáng)方向圖用輻射場強(qiáng)表示的稱為場強(qiáng)方向圖，在方向圖中，包含所需最大輻射方向的輻射波瓣叫天線在方向圖中，包含所需最大輻射方向的輻射波瓣叫天線主波

10、瓣，也稱天線波束。主波瓣，也稱天線波束。主瓣之外的波瓣叫副瓣或旁瓣，與主瓣相反方向的叫后瓣。通常會用到天線方向圖的以下一些參數(shù)：半功率波瓣寬度：半功率波瓣寬度：場強(qiáng)最大值下降0.707（3dB)點的夾角。副瓣電平：副瓣最大值和主瓣最大值之比。前后比：前后比：主瓣最大值與后瓣最大值之比。天線天線l增益是天線輻射或接收電波大小的表現(xiàn)。以dBd、dBi表示, dBi=dBd+2.15.它定量地描述一個天線把輸入功率集中輻射的程度。增益與天線方向圖有密切的關(guān)系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發(fā)信號的能力，它是選擇基站天線最重要的參數(shù)之一。l波瓣寬度：方向圖通

11、常都有兩個或多個瓣，其中輻射強(qiáng)度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣或旁瓣。參見圖 a , 在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強(qiáng)度降低 3 dB（功率密度降低一半）的兩點間的夾角定義為波瓣寬度（又稱 波束寬度 或 主瓣寬度 或 半功率角）。波瓣寬度越窄，方向性越強(qiáng)，覆蓋距離越遠(yuǎn)。垂直面半功率波束，水平面半功率波束3dB 波瓣寬度波瓣寬度 - 3dB點點圖圖a最大輻射方向最大輻射方向 天線天線l前后比F/B：方向圖中，前后瓣最大值之比稱為前后比，記為 F / B 。前后比越大，天線的后向輻射（或接收）越小。 前后比表明了天線對后瓣抑制的好壞。選用前后比低的天線，天線的后瓣有可能產(chǎn)生越區(qū)覆蓋，導(dǎo)致切換關(guān)系

12、混亂，產(chǎn)生掉話。前后比一般在2530dB之間，應(yīng)優(yōu)先選用前后比為30的天線。 天線天線l極化方式：所謂天線的極化，就是指天線輻射時形成的電場強(qiáng)度方向。當(dāng)電場強(qiáng)度方向垂直于地面時，此電波就稱為垂直極化波；當(dāng)電場強(qiáng)度方向平行于地面時，此電波就稱為水平極化波。一根天線只有一個極化方向，所謂雙極化天線其實是2根天線放在一個防護(hù)罩里而已。垂直極化垂直極化水平極化水平極化EE天線天線l極化方式：單極化水平極化、垂直極化由于電波的特性，決定了水平極化傳播的信號在貼近地面時會在大地表面產(chǎn)生極化電流，極化電流因受大地阻抗影響產(chǎn)生熱能而使電場信號迅速衰減，而垂直極化方式則不易產(chǎn)生極化電流，從而避免了能量的大幅衰減

13、，保證了信號的有效傳播。因此，在移動通信系統(tǒng)中，一般均采用垂直極化的傳播方式。 天線天線l除了單極化外，還有雙極化方式：垂直與水平極化45極化 性能上一般后者優(yōu)于前者，因此目前大部分采用的是45極化方式。雙極化天線組合了+45和-45兩副極化方向相互正交的天線，并同時工作在收發(fā)雙工模式下，大大節(jié)省了每個扇區(qū)的天線數(shù)量。天線分類天線分類按方向性分：全向天線定向天線按下傾角調(diào)整方式分：機(jī)械天線電調(diào)天線按分集方式分：空間分集天線極化分集天線機(jī)械天線機(jī)械天線l所謂機(jī)械天線，指使用機(jī)械調(diào)整下傾角度的移動天線。l實踐證明：機(jī)械天線的最佳下傾角度為15；當(dāng)下傾角度在510變化時，其天線方向圖稍有變形但變化不

14、大；當(dāng)下傾角度在10-15變化時，其天線方向圖變化較大；當(dāng)機(jī)械天線下傾15后，天線方向圖形狀改變很大，從沒有下傾時的鴨梨形變?yōu)榧忓N形，這時雖然主瓣方向覆蓋距離明顯縮短，但是整個天線方向圖不是都在本基站扇區(qū)內(nèi)，在相鄰基站扇區(qū)內(nèi)也會收到該基站的信號，從而造成嚴(yán)重的系統(tǒng)內(nèi)干擾。l另外，在日常維護(hù)中，如果要調(diào)整機(jī)械天線下傾角度，整個系統(tǒng)要關(guān)機(jī)，不能在調(diào)整天線傾角的同時進(jìn)行監(jiān)測；l機(jī)械天線調(diào)整傾角的步進(jìn)度數(shù)為1l三階互調(diào)指標(biāo)為-120dBc電調(diào)天線電調(diào)天線l所謂電調(diào)天線，指使用電子調(diào)整下傾角度的移動天線。l電子下傾的原理是通過改變共線陣天線振子的相位，改變垂直分量和水平分量的幅值大小，改變合成分量場強(qiáng)強(qiáng)

15、度，從而使天線的垂直方向性圖下傾。 l實踐證明：電調(diào)天線下傾角度在1-5變化時，其天線方向圖與機(jī)械天線的大致相同；當(dāng)下傾角度在5-10變化時，其天線方向圖較機(jī)械天線的稍有改善；當(dāng)下傾角度在10-15變化時，其天線方向圖較機(jī)械天線的變化較大；當(dāng)機(jī)械天線下傾15后，其天線方向圖較機(jī)械天線的明顯不同，這時天線方向圖形狀改變不大，主瓣方向覆蓋距離明顯縮短，整個天線方向圖都在本基站扇區(qū)內(nèi)，增加下傾角度，可以使扇區(qū)覆蓋面積縮小，但不產(chǎn)生干擾，這樣的方向圖是我們需要的。l電調(diào)天線允許系統(tǒng)在不停機(jī)的情況下對垂直方向性圖下傾角進(jìn)行調(diào)整，實時監(jiān)測調(diào)整的效果。l電調(diào)天線調(diào)整傾角的步進(jìn)度數(shù)為0.1，因此可以對網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)精細(xì)調(diào)整 。l三階互調(diào)指標(biāo)為-150dBc。比機(jī)械天線好30dBc，有利于消除鄰頻干擾和雜散干擾?？臻g分集天線空間分集天線l每個扇區(qū)2付天線；l1付Tx/Rx，1付Rx；l兩付接收天線的間隔遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于波長時，可以認(rèn)為接收信號是不相關(guān)的，從而取得分集增益35dB。Tx/RxRxDl兩付極化相互正交的天線，布置于同一天線罩內(nèi)；l來自它們的接收信號可以認(rèn)為是不相關(guān)的，多數(shù)場合能取得分集增益35dB，理論上最大可獲得8dB分集增益。TxRx-45+45雙工器Rx極化分集天線極化分集天線駐波比（駐波比（VSWR）：Voltage Standing Wave Rati 天線駐波比是表示天