電力系統(tǒng)通信技術(下)

電力系統(tǒng)通信技術(下)第一頁，共163頁。5.1數(shù)字微波通信的概述5.1.1數(shù)字微波通信的概念

微波:頻率在300MHz～300GHz范圍內，波長極短（1m～lmm）的電磁波。常用的范圍是1～40GHz。電磁波：fλ=c

微波通信:利用微波(射頻)作載波攜帶數(shù)字信息，通過無線電波空間進行再生中繼（接力）的通信方式。模擬微波：攜帶的基帶信息是模擬信號數(shù)字載波：攜帶的基帶信息是數(shù)字信號微波通信是無線通信的一種方式。第二頁，共163頁。（一）無線電波和頻段劃分

無線電波：是一種頻率較低、波長較長的電磁波

中長波沿地面?zhèn)鞑?，繞射能力較強，沿地面?zhèn)鞑ィㄒ驗榈孛鎻娏椅漳芰浚?；短波靠電離層反射傳播；微波（波長為1m～lmm)，能穿透電離層，在大氣對流層中沿視線直線傳播，繞射能力很弱。頻段名稱頻率范圍波長范圍長波中波短波超短波（特高頻）30～300kHz300～3000kHz3～30MHz30～300MHz10000～1000m1000～100m100～10m10～1m微波分米波厘米波毫米波300MHz～3GHz3～30GHz30～300GHz100～10cm10～1cm1cm～1mm第三頁，共163頁。中長波沿地面?zhèn)鞑?，繞射能力較強，沿地面?zhèn)鞑ィㄒ驗榈孛鎻娏椅漳芰浚┑夭?；短波靠電離層反射傳播；微波（波長為1m～lmm)，能穿透電離層，在大氣對流層中沿視線直線傳播，繞射能力很弱。第四頁，共163頁。（四）地面遠距離微波通信

微波：無線電波，類似光的傳播特性。微波在自由空間只能像光波一樣沿直線傳播，繞射能力很弱；在傳播過程中遇到不均勻介質時，將產生折射和反射現(xiàn)象。地面上進行遠距離微波通信需要采用“中繼”方式，這是因為：（1）微波的似光性——視距傳播

第五頁，共163頁。

圖5-2微波通信的中繼方式第六頁，共163頁。(2)微波能量的傳播損耗和補充無線電波在空間傳播過程中，能量要受到損耗。頻率越高，衰減越大。因此，欲實現(xiàn)地面上A、B兩地間的遠距離微波通信，也必須采用“接力”方式，逐段收發(fā)放大，最終到達遠距離收信端。

第七頁，共163頁。（二）微波通信的特點(1)微波頻段，受工業(yè)、天電和宇宙等外部干擾的影響很小，使微波通信的傳輸可靠性提高。12GHz以下，受風雨冰雪等惡劣氣象條件的影響較小，可使微波通信的穩(wěn)定度大大提高。目前使用較多的頻段是2、4、6、7、8和11GHz。(2)微波頻段占有頻帶很寬，可以容納更多的無線電設備工作。全部長、中、短波頻段的總頻帶占有不到30MHz，而微波僅厘米波的頻帶就占有27×103MHz，幾乎是前者的103倍。占有頻帶越寬，可容納同時工作的無線電設備越多。信息容量大。(|Δf|=|-Δλc/λ2|)

(3)微波射束在視距范圍內直線、定向傳播，天線的兩站間的通信，距離不會太遠，一般為50km。第八頁，共163頁。5.1.2微波傳播特性（一）自由空間的電波傳播1.自由空間的概念

——理想介質空間，即相當于真空狀態(tài)的理想空間。在此空間充滿著均勻、理想的介質。2.自由空間傳播損耗在自由空間傳播的電磁波不產生反射、折射、吸收和散射等現(xiàn)象，即總能量在傳播過程沒有被損耗掉。但是，電波在自由空間傳播時，其能量會因向空間擴散而衰耗。第九頁，共163頁。

這是因為電波由天線輻射后，向周圍空間傳播，到達接收地點的能量僅是一小部分。距離越遠，接收點的能量越小，如同一只燈泡所發(fā)出的光一樣，均勻地向四面八方擴散出去。

這種電波擴散衰耗稱為自由空間傳播損耗。傳播損耗為：

（5-1）式中：d為收發(fā)天線的直線距離，m；

f為發(fā)信頻率，Hz；

c為光速度，；第十頁，共163頁。當距離以km為單位，頻率以GHz為單位時

若頻率以MHz為單位，則

自由空間傳播損耗:第十一頁，共163頁。3.自由空間傳播條件下收信電平的計算實際使用的天線均為有方向性天線。設收發(fā)天線增益分別為、；收發(fā)兩端饋線系統(tǒng)損耗分別為、；收發(fā)兩端分路系統(tǒng)損耗分別為、。則在自由空間傳播條件下，接收機的輸入電平為

第十二頁，共163頁。,，

求在自由空間傳播條件下，接收機的輸入電平和輸入功率。解:由式（5-2）式得例已知發(fā)信功率為，工作頻率,兩站間距離即第十三頁，共163頁。（二）地形地物對微波傳播的影響地形地物對微波電磁波會產生的現(xiàn)象:反射（reflection）、折射（Refraction）、繞射或衍射（diffraction）吸收（absorption）。1.平坦地表對微波的反射水面或平坦地面等地表對微波的反射，造成接收點的場強是直射波和反射波的矢量和。當收發(fā)天線足夠高時，可以認為直射波是自由空間波。2.地表障礙物對微波視距傳播的影響地表障礙物是諸如丘陵、山頭、樹林和高大建筑物等會阻擋電磁波視距傳播的地物。與自由空間傳播相比，地表障礙物對微波視距傳播的影響表現(xiàn)為引入了阻擋損耗。第十四頁，共163頁。（三）大氣對微波傳播的影響主要討論對流層（0～10km）對微波傳播的影響。表現(xiàn)在3個方面：1氧氣分子和水蒸汽分子對電磁波的吸收；2雨、霧、雪等氣象微粒對電磁波的吸收和散射；3對流層結構的不均勻對電磁波的折射。當微波中繼通信系統(tǒng)的工作頻段在10GHz以下時，前兩個方面的影響不顯著，只需考慮對流層折射的影響；當工作頻段在10GHz以上時，3個方面的影響都需考慮。第十五頁，共163頁。(五)數(shù)字微波信道的干擾和噪聲微波線路的干擾主要來自天饋系統(tǒng)和空間傳播引入，一般有回波干擾、交叉極化干擾、收發(fā)干擾、鄰近波道干擾、天線系統(tǒng)同頻干擾等。噪聲主要來自設備，如收、發(fā)信機熱噪聲以及本振源的熱噪聲等。解釋：波道：每個微波的傳輸通道極化方向：電場矢量的方向

第十六頁，共163頁。5.1.3數(shù)字微波的使用與發(fā)展簡況

起步：20世紀50年代，小容量、低頻段的數(shù)字微波通信系統(tǒng)。

實用化：70年代末得到了迅速發(fā)展，并形成了一個完整的技術系統(tǒng)。調制方式：(2PSK)-->(1024QAM)

頻譜利用率大大提高：傳輸一路碼流為64kb/s的數(shù)字電話，已能被壓縮到與一路模擬電話(帶寬4KHz)所占用的信道頻譜利用率相當。基于SDH的數(shù)字微波通信系統(tǒng)：進入90年代后，數(shù)字微波具有建站快、成本低、不須鋪設線路的特點，尤其適合于緊急通信、臨時通信、無線接入等用途。第十七頁，共163頁。5.2數(shù)字微波通信系統(tǒng)5.2.1數(shù)字微波通信系統(tǒng)的組成一條數(shù)字微波通信線路：兩端終端站，中間站。微波通信用于長途電話傳輸?shù)谑隧?，?63頁。5.2.2數(shù)字微波通信系統(tǒng)的主要技術為了提高數(shù)字微波信道的傳輸質量和進一步提高頻譜利用率，對新技術的研制和使用可概括為如下幾個方面：（一）多載頻多電平調制技術

1多電平：4PSK->8PSK、

16QAM->64QAM

2單載頻：一個波道的發(fā)信機(或收信機)只使用一個載頻(即射頻)。為了減小數(shù)字微波通信的多徑衰落，把傳輸頻譜變窄是一種有效的方法。多載頻：在256QAM系統(tǒng)傳輸方式。例：單載頻：100Mb/s4個載頻：400Mb/s

而其占用波道的頻譜卻與只用一個載頻傳輸100Mb/s占用的頻譜相當。第十九頁，共163頁。（二）干擾信號抵消技術

20世紀80年代中期，國外在數(shù)字微波通信系統(tǒng)中使用了這種技術。因干擾噪聲是數(shù)字微波通信系統(tǒng)中一種主要噪聲，所以當信道中存在干擾信號時，可設法把干擾信號提取出來?；蛴昧硗獾姆椒ㄓ善渌胤将@得干擾信號，然后，加入到原信道去抵消存在的干擾。只要使提取的干擾信號與存在的干擾電平相等、相位相反，就可使原信道中的干擾成分大大減小，提高了信道的傳輸質量。第二十頁，共163頁。（三）微波射頻頻率再用技術-提高頻譜利用率多波道工作時，在兩個微波站之間，往同一方向的多個發(fā)信頻率(對應多個波道)間要有一定的頻率間隔。例如我國4GHz、960路干線模擬微波，波道間隔為29MHz。

(a)：同波道型頻率再用。（干擾信號抵消技術，抗同頻干擾）同一個微波頻率可水平極化，“=”

，主用F

同時又可以垂直極化，“⊥”，再用Fr(b)：插入波道型頻率再用。（兩個不同極化波的干擾程度比(α)低）再用波道插在兩個主用波道之間第二十一頁，共163頁。（四）收、發(fā)微波射頻單頻制技術

兩頻制：一個波道的收、發(fā)使用兩個不同的微波頻率。若收、發(fā)共用同一天線、饋線的系統(tǒng)，要求收發(fā)間去耦度不小于30dB。在我國4GHz、960設備中，收、發(fā)頻率相差213MHz。若采用收、發(fā)頻率分開的兩個天線、饋線系統(tǒng)，收發(fā)間去耦度可達到70～80dB。這就使從兩頻制進展到單頻制成為可能，

單頻制：一個波道的收、發(fā)使用同一個微波頻率，不同極化方式。（可使系統(tǒng)的頻譜利用率提高一倍）主要問題：站內本系統(tǒng)收、發(fā)之間的同頻干擾其它站的越站干擾問題解決方案：使用高性能的兩個天線、饋線系統(tǒng)對收、發(fā)信設備加強屏蔽和去耦采用干擾信號抵消技術等措施。第二十二頁，共163頁。反向防衛(wèi)度邊對邊去耦背對背去耦第二十三頁，共163頁。（五）多徑分集技術

多徑傳輸：電磁波傳輸經過反射、折射和直射等多個不同的路徑，以不同的方向和時延到達收信點，而進行矢量相加。

后果：微波通信中的頻率選擇性衰落。

設想：而多徑傳輸?shù)碾姴▍s載有相同的有用信息，所以人們想用數(shù)字分析的方法和信號處理技術，把有用信號分離出來，并加以利用，這就是多徑分集技術的設想。由于實現(xiàn)的難度較大，所以其進展程度不快。第二十四頁，共163頁。

為滿足上述指標，除了有主用波道和主用設備外，還附加有備用波道和備用設備。當主用備用波道的切換要依據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)對線路工作狀態(tài)的監(jiān)測和控制結果而定。

主控站，中心站：集中監(jiān)控功能的有人站

被控站，遠方站：無人值守站微波站的無人值守和集中監(jiān)控勢在必行。監(jiān)控系統(tǒng)的遙測、遙信和遙控、遙調功能——四遙功能遙測：主控站向被控站發(fā)出詢問指令（書）遙測：被控站向主控站發(fā)送模擬量信息（電力系統(tǒng)遠動）遙控：主控站向被控站發(fā)送控制二元信息指令：開關(機械或電氣)投、切動作。遙調：主控站向被控站發(fā)送調節(jié)指令：模擬量調節(jié)的電氣動作。遙信：是各無人值守站向主控站發(fā)送表示站上設備工作狀態(tài)“正?！?、或“不正?！钡亩畔?1、0碼)的過程。

第二十五頁，共163頁。5.2.5天線、饋線系統(tǒng)發(fā)信設備->微波信號->饋線系統(tǒng)->發(fā)射天線->無線定向發(fā)射->接收天線->饋線系統(tǒng)->微波信號->收信設備。天線、饋線系統(tǒng)包括:天線和饋線、阻抗變換器、極化分離器、波道濾波器等。天線、饋線系統(tǒng)最基本的要求有：足夠的天線增益，良好的方向性，低損耗的饋線系統(tǒng)，極小的電壓駐波比，較高的極化去耦度，足夠的機械強度等。

數(shù)字微波或模擬微波的天饋線系統(tǒng)型式及技術要求基本相同。第二十六頁，共163頁。反向防衛(wèi)度邊對邊去耦背對背去耦第二十七頁，共163頁。2.卡塞格林天線

——雙反射器的拋物面天線，其外形簡圖如圖所示(a)：一般較常見(b)：近年來出現(xiàn)，圓柱屏蔽罩式?？山档拖蚝蠓捷椛涞墓β?降低后瓣)，又可減弱旁瓣。第二十八頁，共163頁。C‘、C為雙曲線的兩個焦點。若從C‘點向另一雙曲線作射線CP，過雙曲線上的一點P作雙曲線的法線MP。根據(jù)雙曲線性質，α=β。即切面上的入射角等于反射角。因此，由C發(fā)出的射線C'P經雙曲面反射后，就相當于從C發(fā)出的射線一樣。第二十九頁，共163頁?？ㄈ窳痔炀€組成：三部分初級喇叭輻射器實焦點C'雙曲面副反射器拋物面主反射面焦點F，與(虛焦點)C重合

由C‘-P-E就相當于（C)F-P–E;

再經拋物面主反射面聚焦作用，就成為平面波而發(fā)射出去。第三十頁，共163頁。5.4

一點多址（點對多點）微波通信系統(tǒng)

5.4.1概述

——近年來發(fā)展起來的一種分布式無線通信方式，應用：在一些幅員遼闊、用戶分散、人口密度相對較低、話務量較小的地區(qū)。如用有線方式難以到達的山區(qū)和海島。組成：一個中心站(又稱基地站)和不同方向的多個外圍站(或稱用戶站、遠端站)第三十一頁，共163頁。1由于微波的視距傳播特性(似光性)，因此外圍站只能設在中心站的方圓50km范圍之內。2中心站：全方向性天線，足夠高，外圍站：簡易定向天線（對準中心站）相對低各外圍站之間通信必須通過中心站來建立。第三十二頁，共163頁。為了延伸系統(tǒng)的傳輸距離，也可以采用中繼接力的方式增設中繼站。根據(jù)需要，中繼站也可上、下話路。典型的一點多址微波通信系統(tǒng)組網類型可以是輻射型、分支型和直線型第三十三頁，共163頁。5.4.2一點多址微波通信系統(tǒng)的特點（1）用于農村電話網的組成部分和城市公用電話網的延伸（2）它不適合作為話務量大的中繼線使用。當某一外圍站的用戶數(shù)超過一套設備的最大容量時，可以利用增加設備的套數(shù)來解決。（3）除傳送電話外，還可提供數(shù)據(jù)傳輸，如傳真、電傳、電報等。其中對于速率為4.8kb/s以下的數(shù)據(jù)信號，可以不外接調制、解調器而直接在系統(tǒng)中傳送。第三十四頁，共163頁。例子：“農村電網建設與改造”的通信部分定位：農網通信系統(tǒng)處于電力系統(tǒng)通信網的邊緣，屬于支線通信網。其網絡布局多呈“面”狀分布，比較分散。主要問題：根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況，合理地選擇適當?shù)耐ㄐ欧绞胶驮O備，實現(xiàn)通信網的覆蓋范圍、傳輸容量、信息路由、可靠性及經濟指標在滿足電力系統(tǒng)通信要求基礎上的統(tǒng)一。因此，建設一個合理的農網通信系統(tǒng)，我們需要首先了解農網通信系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀、一些適用于農網的通信方式以及組建一個農網通信系統(tǒng)時需要考慮的問題。第三十五頁，共163頁。移動應急和容災根據(jù)網絡特點分析,有選擇地建設部分固定的和部分移動的應急容災微波電路,對于光纖傳輸系統(tǒng)在遇到自然災害以及緊急修復時能發(fā)揮重要作用。如:點對點的SDH微波、PDH微波等,設備可做到集成度高、體積小、重量輕,建立連接迅速,并具備光纖接口,在OPGW、ADSS光纜斷纜情況下,便攜式微波設備可立即運至現(xiàn)場,連接中斷處的纖芯,迅速恢復通信,滿足電力生產業(yè)務的通信需要,從而給光纜修復提供充足的時間。例如:成都曙光公司的SunetLINK6000E1數(shù)字微波通信系統(tǒng)(如圖1所示),有固定型和便攜移動型,可工作于2.4～26GHz微波頻段,可提供4～32Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率,應用十分廣泛。第三十六頁，共163頁。第三十七頁，共163頁。偏遠廠站接入對于較為偏遠、只有單回或同塔雙回輸電線路的變電站、水電站或火電廠等,可隨輸電線路建設1條OPGW光纜電路作為主用,另建設1條SDH微波通信電路作為備用。對于40～100km的輸電線路,只需建設2～3個微波站,具有較好的經濟性,此外,從技術角度分析,微波電路比電力線載波備用容量大,若建設同塔第二條OPGW光纜電路,2條光纜同桿并架,相關性大,容易出現(xiàn)同時倒塔斷裂的風險,因此,采用“光纖+微波”的方式作為偏遠廠站的接入是一種較好的選擇。第三十八頁，共163頁。

5.5衛(wèi)星通信技術第三十九頁，共163頁。5.5衛(wèi)星通信技術

——利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉發(fā)無線微波，從而進行兩個或多個地面站之間的通信。衛(wèi)星通信具有傳輸距離遠、覆蓋面積大、通信容量大、用途廣、通信質量好、抗破壞能力強等優(yōu)點。

一顆通信衛(wèi)星總通信容量可實現(xiàn)上萬路雙向電話和十幾路彩色電視的傳輸。

衛(wèi)星通信工作在微波波段，與地面的微波接力通信類似，衛(wèi)星通信則利用高空衛(wèi)星進行接力通信。

第四十頁，共163頁。高軌道通信衛(wèi)星：（本節(jié)介紹）運行在赤道上空約36000km的同步衛(wèi)星。位于印度洋、大西洋、太平洋上空的三顆同步衛(wèi)星，基本可覆蓋全球。因衛(wèi)星的高度太高，故要求地面站發(fā)射機有強大的發(fā)射功率，接收靈敏度要高，天線增益要高。

低軌道通信衛(wèi)星：（移動通信中介紹）是運行在500～1500km上空的非同步衛(wèi)星，一般采用多顆小型衛(wèi)星組成一個星型網。通過星際通信可覆蓋全球。主要用于移動通信和全球定位系統(tǒng)(GPS)。第四十一頁，共163頁。5.5.1衛(wèi)星通信概述（一）衛(wèi)星通信的發(fā)展衛(wèi)星通信是現(xiàn)代通信技術、航空航天技術、計算機技術結合的重要成果。

近30年來，衛(wèi)星通信在國際通信、國內通信、國防、移動通信以及廣播電視等領域，得到了廣泛應用。

衛(wèi)星通信之所以成為強有力的現(xiàn)代通信手段之一，是因為它具有頻帶寬、容量大、適于多種業(yè)務、覆蓋能力強、性能穩(wěn)定、不受地理條件限制、成本與通信距離無關等特點。第四十二頁，共163頁。第一代“國際通信衛(wèi)星”(INTERLSAT-I）IS-I，原名“晨鳥”第四十三頁，共163頁。5.5.2衛(wèi)星通信的特點（一）衛(wèi)星通信的特點通信距離遠，通信成本與距離無關。

覆蓋面積大，，可進行多址通信通信容量大，傳送的業(yè)務種類多。信號傳輸質量高，通信線路穩(wěn)定可靠建立通信電路靈活，機動性好第四十四頁，共163頁。同步衛(wèi)星覆蓋第四十五頁，共163頁。（二）衛(wèi)星通信技術上的特殊性

第四十六頁，共163頁。第四十七頁，共163頁。5.5.3衛(wèi)星通信使用的頻率衛(wèi)星通信頻率一般工作在微波頻段，其主要原因是衛(wèi)星通信是電磁波穿越大氣層的通信，大氣中的水分子、氧分子、離子對電磁波的衰減隨頻率而變化。

可見，0.3-10GHz大氣損耗最小，比較適合于電波穿出大氣層的傳播，可以把電波看作是自由空間傳播，因此稱此頻率段為“無線電窗口”第四十八頁，共163頁。目前大部分通信衛(wèi)星民用、商用衛(wèi)星通信：使用4/6GHz頻段政府、軍事衛(wèi)星通信：使用7/8GHz頻段與民用衛(wèi)星通信系統(tǒng)在頻率上分開，避免相互干擾。由于4/6GHz通信衛(wèi)星的擁擠，以及與地面微波網的干擾問題，目前已開發(fā)使用11/14GHz頻段，并用于民用衛(wèi)星和廣播衛(wèi)星業(yè)務。

20/30GHz頻段也已經開始使用，（損耗谷半透明無線電窗口）第四十九頁，共163頁。5.6衛(wèi)星通信系統(tǒng)的構成5.6.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成

以地球同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)，進行電話通信的系統(tǒng)框圖。圖5-21衛(wèi)星電話通信系統(tǒng)第五十頁，共163頁。衛(wèi)星通信系統(tǒng)部分包括如下幾個部分內容。（一）控制與管理系統(tǒng)（二）星上系統(tǒng)（三）地球站

第五十一頁，共163頁。第五十二頁，共163頁。5.6.2衛(wèi)星通信鏈路計算（一）衛(wèi)星通信鏈路構成圖5-22是典型的衛(wèi)星通信鏈路的組成。特點：接收信號弱，延時長。主要計算：接收的輸入端載波與噪聲的功率比(載噪比)，其他部分鏈路的計算與一般的通信系統(tǒng)沒有區(qū)別。對于模擬衛(wèi)星通信，載噪比決定了系統(tǒng)輸出端的信噪比；對于數(shù)字衛(wèi)星通信，載噪比決定了系統(tǒng)輸出端的誤碼率。第五十三頁，共163頁。（2）有效全向輻射功率EIRP——代表地球站或通信衛(wèi)星發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射能力，發(fā)射天線所發(fā)射的功率與發(fā)射天線增益的乘積，即

EIRP=PTGT

（5-13）（3）自由空間損耗LP

設一個無方向性天線發(fā)射功率為PT(W)，若在距離為d(m)為足夠遠的地方接收，設接收天線的有效接收面積為，則接收到的功率PR

（5-14）第五十四頁，共163頁。5.6.3衛(wèi)星通信多址技術

第五十五頁，共163頁。第五十六頁，共163頁。SDMA多址技術

SDMA多址技術的原理是利用地球站的地理位置不同，采用天線的波束成形技術，達到多用戶共享頻率資源、時間資源和碼資源，如圖所示。第五十七頁，共163頁。國家電力公司會議電視系統(tǒng)衛(wèi)星工程正在啟動，對于地面通道不能直接到達的西藏、新疆等省電力公司將通過衛(wèi)星網與北京相連。第五十八頁，共163頁。第5章微波與衛(wèi)星通信技術小結微波的使用頻段特點地面遠距離微波通信采用中繼方式的原因一點多址微波通信系統(tǒng)的特點衛(wèi)星通信技術的特點衛(wèi)星通信的有效全向輻射功率和接收系統(tǒng)的性能因素第五十九頁，共163頁。第六十頁，共163頁。

第6章移動通信技術6.1移動通信概述6.2移動通信技術6.3GSM(全球數(shù)字移動通信)系統(tǒng)及GPRS技術

6.4CDMA移動通信系統(tǒng)6.5衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)6.6第三代移動通信系統(tǒng)第六十一頁，共163頁。6.1移動通信概述6.1.1移動通信概念

——通信的雙方中至少有一方是在移動中進行信息交換的通信方式?！皠又型ā?/p>

終端的移動性（手持機，車載臺）

個人的移動性（SIM卡方式支持的業(yè)務）

業(yè)務的移動性（200卡業(yè)務等）通信網的智能化和無線化使三者統(tǒng)一起來：個人通信網或個人通信業(yè)務圖6-1移動通信第六十二頁，共163頁。6.1.2移動通信特點電波傳輸特性復雜多普勒效應慢衰落－建筑阻擋快衰落－多徑傳播干擾多而復雜噪聲干擾遠近效應鄰道干擾、互調干擾、共頻道干擾組網方式多樣靈活對設備要求更為苛刻用戶量大而頻率資源有限第六十三頁，共163頁。

多普勒效應:移動形成的多普勒頻移將產生附加調制噪聲。移動產生的多普勒頻率為：（6-1）式中：v為移動速度；λ為工作波長；θ為電波入射角。變化范圍可達20～30dB。圖6-2普勒效應第六十四頁，共163頁。

6.1.3移動通信分類①按使用對象可分為民用設備和軍用設備；②按用戶的通話狀態(tài)和頻率使用方法可分為單工制、雙工制和半雙工制；③按多址方式可分為頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)等；④按基站配置可分為單區(qū)制、多區(qū)制、蜂窩制等配置方式；⑤按用途和區(qū)域可分為陸地通信、海上通信和航空通信；

陸地移動通信系統(tǒng)又可分為：（發(fā)展最快） 公眾移動通信系統(tǒng)、 無線集群系統(tǒng) 無繩電話系統(tǒng)等。第六十五頁，共163頁。階段主要技術主要業(yè)務代表系統(tǒng)第一代（模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)）模擬調頻、頻分多址電話美國的AMPS，英國TACS，北歐的NMT-900及日本HCNTS等第二代（GSM和窄帶CDMA（IS95-A）數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)）多址方式﹑調制技術﹑話音編碼﹑信道編碼﹑分集接收技術等采用了數(shù)字技術歐洲的GSM、美國的DAMPS（IS-54目前用IS-136，）及日本的JDC

第三代（寬帶，綜合的全球個人通信網）CDMAFPLMTS，UMTS第六十六頁，共163頁。6.1.5移動通信發(fā)展史

1980s，第一代蜂窩移動通信網：以AMPS和TACS為代表的模擬蜂窩移動通信網是系統(tǒng)。1990s，第二代移動通信系統(tǒng)(數(shù)字蜂窩系統(tǒng))，兩種重要的移動通信體制：TDMA體制，歐洲的GSM系統(tǒng)CDMA體制，美國的IS-95系統(tǒng)

2000后，第三代移動通信系統(tǒng)，三大主流WCDMA、歐洲的GSM系統(tǒng)的基礎上cdma2000、美國的IS-95CDMA系統(tǒng)的基礎上TD-SCDMA中國大唐電信時分雙工TDD模式支持不對稱業(yè)務又有中國政府和產業(yè)界的支持，國內巨大的市場潛力第六十七頁，共163頁。移動通信發(fā)展的主要技術問題及發(fā)展方向移動通信未來的發(fā)展動向:⑴提高頻譜利用率,開拓更高頻帶；⑵開發(fā)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)；⑶新體制的研究；⑷全球一網,每人一號,實現(xiàn)人類通信理想目標。

個人通信(PersonalCommunications)：

——是指無論任何人（Whoever）在任何地方（Wherever）、在任何時候（Whenever）、能向任何人（Whomever）提供任何方式（Whatever）的信息通信服務，是人類無約束自由通信的理想目標。第六十八頁，共163頁。6.2移動通信技術6.2.1移動通信系統(tǒng)的組成移動臺（MS：MobileStation）基站(BS：BaseStation)

移動業(yè)務交換中心（MSC：MobileServiceSwitchingCentre）對其服務區(qū)內的MS進行交換和控制提供移動網與固定公眾電信網的接口。第六十九頁，共163頁。無線區(qū)：每個基站都有一個可靠通信的服務范圍。無線小區(qū)的大小主要由發(fā)射功率和基站天線的高度決定。可分為：大區(qū)制

——一個城市由一個無線區(qū)覆蓋。大區(qū)制的基站發(fā)射功率很大，無線區(qū)覆蓋半徑可達25km以上。小區(qū)制

——覆蓋半徑為2km～10km的區(qū)域，且由多個無線區(qū)鏈合而成整個服務區(qū)的制式。小區(qū)制的基站發(fā)射功率很小。目前發(fā)展方向是將小區(qū)進一步劃小，成為微區(qū)、宏區(qū)和毫區(qū)，其覆蓋半徑降至100m左右。第七十頁，共163頁。大區(qū)制移動通信網大區(qū)制就是在一個服務區(qū)域(如一個城市)內只有一個基站BS，并由它負責移動通信的聯(lián)絡和控制。為了解決兩個方向通信不一致的問題，可以在適當?shù)攸c設立若干個分集接收站，以保證在服務區(qū)內的雙向通信質量。發(fā)射機輸出功率一般為200W左右。覆蓋半徑大約為30～50km。第七十一頁，共163頁。大區(qū)制示意圖第七十二頁，共163頁。特點：

■信號傳輸損耗，通信距離有限

■覆蓋范圍30~50km，發(fā)射功率50~200W，天線很高(>30m)

■網絡結構簡單，頻道數(shù)目少，無需無線交換，直接與PSTN連。局限性

■覆蓋范圍有限

■服務的用戶容量有限

■服務性能較差

■頻譜利用率低大區(qū)制移動通信網第七十三頁，共163頁。小區(qū)制移動通信網小區(qū)制就是把整個服務區(qū)域劃分為若干個無線小區(qū)，每個小區(qū)分別設置一個基站，負責本區(qū)移動通信的聯(lián)絡和控制。同時，又可在MSC的統(tǒng)一控制下，實現(xiàn)小區(qū)之間移動用戶通信的轉接，以及移動用戶與市話用戶的聯(lián)系。基站發(fā)射功率一般為5～20W，每個小區(qū)半徑為2～20km（小的也有的為1～3km）第七十四頁，共163頁。圖6-5小區(qū)制示意圖大區(qū)制下，要與5個移動臺通話，必須使用5對頻率小區(qū)制下，要與5個移動臺通話，可以使用3對頻率第七十五頁，共163頁。小區(qū)制的特點：

■頻率的利用率高；

■組網靈活；

■能夠有效解決頻道數(shù)量有限和用戶數(shù)增大的矛盾無線小區(qū)的范圍不宜過小:

在移動臺通話過程中，從一個小區(qū)轉入另一個小區(qū)時，移動臺需要經常地更換工作頻道。無線小區(qū)的范圍越小，通話中轉換頻道的次數(shù)就越多，這樣對控制交換功能的要求就提高了，再加上基站數(shù)量的增加，建網的成本就提高了。小區(qū)制移動通信網第七十六頁，共163頁。問題:如何利用有限的資源為盡可能多的用戶提供服務。以前：分割頻率來獲得更多的可用信道

——縮小了指配給每個用戶的帶寬，造成服務質量下降。革新：蜂窩技術，分割地理區(qū)域。

——將服務區(qū)分割成多個蜂窩小區(qū)，能更加有效地使用無線頻率。

（三）服務區(qū)域的劃分第七十七頁，共163頁。圖6-6帶狀服務區(qū)示意圖

考慮服務對象及頻率組不相互干擾等因素，小區(qū)制一般分為：帶狀服務區(qū)（同頻干擾）

——基站可以使用定向天線(方向性強的天線)，小區(qū)按縱向排列覆蓋整個服務區(qū)。面狀服務區(qū)（三）服務區(qū)域的劃分第七十八頁，共163頁。圖6-7同頻干擾示意圖為避免鄰接小區(qū)使用相同頻率，造成干擾(同頻干擾),因而采用不同頻率組，在帶狀情況下可配備雙組(群)頻率。但是也可能發(fā)生干擾，如圖6-7所示，因此也可配備三組或四組等。第七十九頁，共163頁。2.面狀服務區(qū)

——服務小區(qū)的形狀采用正三角形、正方形、正六邊形，鄰接構成整個服務區(qū)。如圖6-8所示。（三）服務區(qū)域的劃分第八十頁，共163頁。2.面狀服務區(qū)

——首選正六邊形因此，正六邊形在現(xiàn)代移動通信網中得到了廣泛的應用。所以又稱蜂窩式網。第八十一頁，共163頁。小區(qū)圖案和頻率復用第八十二頁，共163頁。6.2.3移動通信中的切換、交接與漫游

基站的設置：——激勵方式中心激勵方式：將基站發(fā)射機安置在小區(qū)的中心，采用全向天線。頂點激勵方式：將基站發(fā)射機安置在六個小區(qū)頂點的三個點上，采用扇形天線,如三葉草形結構

圖6-10三葉草形（每個基站三個無線小區(qū)）——采用120°的定向天線輻射電波進行無線信號覆蓋。如果配置三組頻率，由于天線的方向性提供了一定的隔離度，因而在小區(qū)中信號不會產生干擾。

第八十三頁，共163頁。切換/交接：當移動體在運動中，從一個小區(qū)向另一個小區(qū)運動時，信道發(fā)生轉換。如移動體從BS1)向BS2過渡時，切換可發(fā)生在：同一基區(qū)的不同小區(qū)；不同基區(qū)的不同頻率組；也可發(fā)生在不同的移動交換區(qū)交接過程：首先是基站監(jiān)測移動臺信號強度，當信號降低到某一限值時就請求切換；比較周圍鄰接小區(qū)接收到移動臺的信號強弱，當某一基站的小區(qū)信號較強時，就切換到此基站的小區(qū)，通過信道轉換繼續(xù)進行通話。同一交換區(qū)的切換第八十四頁，共163頁。圖6-12不同交換區(qū)的切換示意圖第八十五頁，共163頁。

漫游：指移動臺在某地登記進網后，可在異地（全球范圍內）同樣進行呼叫處理通信。全球通/世界陸地移動通信網：小區(qū)制的蜂窩移動通信系統(tǒng)制式：

GSM：，歐洲，我國

D-AMPS：美國北美

D-NTT：日本第八十六頁，共163頁。第六章第二部分GSM與GPRS第八十七頁，共163頁。GSM系統(tǒng)概述GSM以前是GroupSpecialMobile(1982年設立)的縮寫，現(xiàn)在是(GlobalSystemforMobilecommunications)的縮寫。

“全球移動通信系統(tǒng)”。由歐洲ETSI(EuropeanTelecommunicationsStandardizationInstitute)提出的第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)標準。采用TDMA/FDMA

復用方式。是世界上目前使用最廣、用戶數(shù)最多的移動通信系統(tǒng)。第八十八頁，共163頁。GSM歷史

1980sGSM900(泛歐數(shù)字蜂窩通信網)標準的修訂。（900MHz）1990s完成了1800MHz頻段的移動電信業(yè)務規(guī)范和運營，名為DCS1800系統(tǒng)。1995年，完成了1900MHz頻段的PCS1900移動電信業(yè)務規(guī)范。第八十九頁，共163頁。GSM的發(fā)展現(xiàn)狀

全世界已有歐洲、亞洲、非洲、美洲、大洋州的130多個國家和地區(qū)建立了GSM網絡，實現(xiàn)全球漫游；移動通信用戶的40％采用GSM，僅中國的用戶數(shù)就超過了1億。第九十頁，共163頁。GSM的性能特征

通信：無線移動通信，支持話音和數(shù)據(jù)業(yè)務。移動性：國際接入，采用chip-card可接入不同運營商的GSM網絡。連通世界各地：一個號碼，網絡處理本地化。第九十一頁，共163頁。GSM的性能特征（續(xù)）容量大：頻譜效率較高、小區(qū)覆蓋較小、每小區(qū)用戶數(shù)較多傳輸質量高：就無線通信而言，話音質量高，可靠性高，高速運動場合（如汽車和火車上）也極少會發(fā)生電話呼叫中斷。安全功能：接入控制、通過chip-card和PIN鑒權。第九十二頁，共163頁。GSM的缺點

沒有完美的系統(tǒng)!!沒有端到端的用戶加密。沒有給用戶提供完全的64kb/s的ISDN帶寬。產生電磁輻射較強?？赡軙霈F(xiàn)濫用私人數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。系統(tǒng)高度復雜。在GSM標準內有幾處不相容。第九十三頁，共163頁。GSM系統(tǒng)構成

GSM是一種公共陸地移動網(PLMN)?！粢粋€國家內可以由數(shù)個運營商根據(jù)GSM標準建設蜂窩移動通信網絡?！艚M成：?移動臺(MS)：MobileStation?基站子系統(tǒng)(BSS)

：BaseStationSubsystem?網絡子系統(tǒng)(NSS）：NetworkandSwitchingSubsystem

第九十四頁，共163頁?；咀酉到y(tǒng)(BSS)

：BaseStationSubsystemBaseTransceiverStation(BTS)BaseStationController(BSC)第九十五頁，共163頁。數(shù)據(jù)庫（1）

HLR：(歸屬位置寄存器HomeLocationRegister)

用來存儲本地用戶位置信息的數(shù)據(jù)庫

——一個存儲管理部門用于移動客戶管理的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。每個移動客戶都應在其歸屬位置寄存器（HLR）注冊登記。HLR所存儲的用戶信息分為兩類：有關用戶參數(shù)的信息，永久性例如用戶類別，業(yè)務限制,所提供的業(yè)務，用戶的各種號碼、識別碼，以及用戶的保密參數(shù)等。有關用戶當前位置的信息，暫時性例如移動臺漫游號碼、VLR地址等，用于建立至移動臺的呼叫路由。第九十六頁，共163頁。數(shù)據(jù)庫（2）

VLR：(訪問位置寄存器VisitorLocationRegister)

存儲來訪用戶位置信息包含所有當前在服務MSC中的移動用戶的有關數(shù)據(jù)，臨時用戶識別號和移動臺在網絡中準確位置(位置區(qū)域識別號)。是一個動態(tài)用戶的數(shù)據(jù)庫。服務區(qū)移動到另一個VLR服務區(qū)時，那么HLR在修改該用戶的位置信息后，還要通知原來的VLR，刪除此移動用戶的位置信息。第九十七頁，共163頁。數(shù)據(jù)庫（3）EIR——設備識別寄存器EquipmentIdentityRegister?存儲GSM移動站和用戶的權利；?通過核查白色，黑色和灰色三種清單，運營部門就可判斷出移動設備是準許使用，失竊還是不準使用的，還是由于技術故障二危及網絡正常運行的設備。?偷竊或偽造的移動站可被鎖死，而且有時甚至能被定位。第九十八頁，共163頁。鑒權中心(AUC)

AuthenticationCenter?鑒權參數(shù)用于GSM系統(tǒng)內移動終端的鑒權和空中接口用戶數(shù)據(jù)加密。?基于VLR的申請生成用戶的特定鑒權參數(shù)；可靠地識別用戶的身份，只允許有權用戶接入網絡并獲得服務。

第九十九頁，共163頁。HLR，AUC和EIR通常合設于同一物理實體中。第一百頁，共163頁。操作與維護中心(OMC)OperationsandMaintenanceCenter

對全網進行監(jiān)控和操作，?例如系統(tǒng)的自檢、報警和備用設備的激活，?系統(tǒng)的故障診斷與處理；?話務量的統(tǒng)計和計費數(shù)據(jù)的記錄與傳遞；?各種資料的收集、分析與顯示等。第一百零一頁，共163頁。6.3.3GSM系統(tǒng)的主要參數(shù)

GSM系統(tǒng)主要參數(shù)為：頻段、頻段寬度、通信方式、信道分配等，具體參數(shù)如下：第一百零二頁，共163頁。（一）GSM的工作頻段

第一百零三頁，共163頁。我國GSM900使用的頻段：上行890~915MHz，下行935~960MHz。?中國移動公司：890～909MHz（上行），935～954MHz（下行），共19MHz帶寬。?中國聯(lián)通公司：909～915MHz（上行），954～960MHz（下行），共6MHz帶寬。我國DCS1800使用的頻段：僅中國移動有DCS1800網絡：

1710～1720MHz（上行），

1805～1815MHz（下行），10MHz帶寬。第一百零四頁，共163頁。（一）GSM的工作頻段頻段寬度：25MHz；（GSM900中，移動19MHz，聯(lián)通6MHz）通信方式：全雙工；載波間隔：200kHz；（對于一個頻道）信道分配：每個頻道采用TDMA方式，每載波8時隙，即8個全速信道，16個半速信道；頻道配置：采用等間隔頻道配置方法。（1）在900MHz頻段，頻道序號為1～124，共124個頻道，序號和頻道標稱中心頻率的關系為：上行：fL(n)=890.200MHz+(n-1)×0.200MHz

下行：FH（n）=fL(n)+45MHz

其中，n=1～124。第一百零五頁，共163頁。GSM頻率劃分

第一百零六頁，共163頁。GSM的工作參數(shù)（2）在1800MHz頻段，頻道序號為512～885，共374個頻道（1785-1710）/0.2=375序號和頻道標稱中心頻率的關系為：上行：fL(n)=1710.200MHz+(n-512)×0.200MHz下行：FH（n）=fL(n)+95MHz其中，n=512～885。蜂窩移動通信最基本原理：頻率復用蜂窩系統(tǒng)可在不同的地理位置，即無線區(qū)群間重復使用各頻道組的頻道。信道總速率：270.83kb/s；調制方式：GMSK（高斯最小移頻鍵控），調制指數(shù)為0.3；第一百零七頁，共163頁。問題

1.雙頻系統(tǒng)的使用問題：雙頻系統(tǒng)即GSM900/1800雙頻段操作的系統(tǒng)，能有效解決GSM900系統(tǒng)頻率較窄，容量有限和話務負荷不足等問題。使用：單頻GSM900手機仍然在GSM900網中應用，而雙頻手機可以在雙頻系統(tǒng)中自動漫游、自動切換，且始終保持在相對最佳信號狀態(tài)下。第一百零八頁，共163頁。雙頻系統(tǒng)的優(yōu)點

除射頻外，GSM1800系統(tǒng)與GSM900系統(tǒng)有基本相同的軟硬件結構；兩個網絡的拓撲結構相同，可共用MSC、HLR、BSC及OMC；兩個網絡可共站址，可充分利用機房、傳輸、電源及其他配套設施，大大節(jié)省建設投資與日常維護費用；GSM1800和GSM900的無線頻率規(guī)劃方法及工具基本相同；GSM1800無線覆蓋范圍小，小區(qū)半徑小，覆蓋相同的區(qū)域需要較多基站，因此提高了單位面積的網絡容量。GSM900移動臺最大功率0.8~20WGSM1800移動臺最大功率0.25~1W第一百零九頁，共163頁。三頻手機

支持亞洲、歐洲與北美GSM網絡(GSM900/1800/1900MHz）目前中國移動已經與世界五大洲的160多個國家和地區(qū)的230個運營商開通了國際漫游業(yè)務，開通范圍還在不斷擴大。除了日本、韓國和部分美洲國家外，只要是開通了漫游的國家和地區(qū)，客戶都可以使用自己的手機。日本和韓國的網絡制式與中國移動的網絡不同，到日本和韓國漫游需要更換手機。美洲部分國家運營商的網絡是GSM1900M的，在這些網絡漫游需要使用三頻手機，目前市場上大部分手機都支持三頻。在美國，除了使用三頻手機外，還可以使用NEXTEL公司的IDEN手機。這種手機在中國和美國都可以使用，只需將已開通國際漫游功能的SIM卡插入該手機中即可使用。第一百一十頁，共163頁。GSM多址方式與頻率復用

多址方式和雙工方式：TDMA/FDMA/FDD收發(fā)頻率間隔：GSM900:45MHz;DCS1800:95MHzGSM900中，占有25MHz帶寬，包含124對頻道，頻道間隔200kHz。每個載頻含8個時隙，時隙從0-7編碼。這相同頻率的8個時隙被稱為一個TDMA幀。用戶在某一時隙發(fā)送被稱為突發(fā)時隙(burst)。一個突發(fā)時隙長度為577S，一幀為4.615ms。共992個物理信道。124*8=992區(qū)群由347個小區(qū)組成，區(qū)群內不使用相同頻道，每個小區(qū)含多個載頻。第一百一十一頁，共163頁。

圖在時域和頻域中的間隙120ms/8時隙=15ms15ms/26復幀≈0.577ms第一百一十二頁，共163頁。GSM-TDMA/FDMA

第一百一十三頁，共163頁。GSM面臨的問題和解決方法

用戶容量問題→擴容?小區(qū)分裂技術(多小區(qū)扇區(qū)化)?頻段擴展?更緊密的頻率復用技術?高效的語音編碼技術?分層小區(qū)結構，微蜂窩與微微蜂窩技術?采用GSM900/1800雙頻系統(tǒng)?定期進行網絡優(yōu)化業(yè)務容量問題?GPRS?EDGE?3G……第一百一十四頁，共163頁。

GPRS系統(tǒng)第一百一十五頁，共163頁。GSMII中的數(shù)據(jù)業(yè)務

GPRS(GeneralPacketRadioService)：通用分組無線業(yè)務1998完成標準。滿足移動數(shù)據(jù)業(yè)務的需求。在現(xiàn)有的GSM網絡上開通的一種新型的分組數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務。在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務，目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務。

GPRS網絡可給第三方業(yè)務商提供接入服務，大集團用戶還可以直接利用GPRS網絡建立自己的虛擬專網。第一百一十六頁，共163頁。GPRS采用與GSM同樣的無線調制標準、頻帶、突發(fā)結構、跳頻規(guī)則和幀結構?，F(xiàn)有基站子系統(tǒng)(BSS)可提供全面的GPRS覆蓋。第一百一十七頁，共163頁。GPRS允許用戶在端到端分組轉移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不利用電路交換模式的網絡資源，從而提供了一種高效低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務，特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的少量數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。僅當有數(shù)據(jù)準備要發(fā)送時才使用空閑的時隙：容量按需分配(例如同時使用8個時隙可達114kbit/s數(shù)據(jù)速率)。第一百一十八頁，共163頁。GPRS的主要特點：（1）GPRS采用分組交換技術，高效傳輸高速或低速數(shù)據(jù)和信令，優(yōu)化了對網絡資源和無線資源的利用。（2）定義了新的GPRS無線信道，且分配方式十分靈活：每個TDMA幀可分配1到8個無線接口時隙。時隙能為活動用戶所共享，且上行鏈路和下行鏈路的分配是獨立的。（3）支持中、高速率數(shù)據(jù)傳輸，可提供9.05---171.2kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率(每用戶)。GPRS采用了與GSM不同的信道編碼方案，定義了CS-1、CS-2、CS-3和CS-4四種編碼方案。第一百一十九頁，共163頁。

（4）GPRS網絡接入速度快，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網的無縫連接。

(5)GPRS支持基于標準數(shù)據(jù)通信協(xié)議的應用，可以和IP網、X.25網互聯(lián)互通。GPRS也允許短消息業(yè)務(SMS)經GPRS無線信道傳輸。

(6)GPRS的設計使得它既能支持間歇的突發(fā)式數(shù)據(jù)傳輸，又能支持偶爾的大量數(shù)據(jù)的傳輸。它支持四種不同的QoS級別。GPRS能在0.5---1秒之內恢復數(shù)據(jù)的重新傳輸。GPRS的計費一般以數(shù)據(jù)傳輸量為依據(jù)。

第一百二十頁，共163頁。

(7)在GSMPLMN中，GPRS引入兩個新的網絡節(jié)點：

GPRS服務支持節(jié)點(SGSN)：ServingGPRSSupportNode

它和MSC在同一等級水平，并跟蹤單個MS的存儲單元，實現(xiàn)安全功能和接入控制。節(jié)點SGSN通過幀中繼連接到基站系統(tǒng)。

GPRS網關支持節(jié)點GGSN：GatewayGPRSSupportNodeGGSN支持與外部分組交換網的互通，并經由基于IP的GPRS骨干網和SGSN連通。(8)GPRS的安全功能同現(xiàn)有的GSM安全功能一樣。身份認證和加密功能由SGSN來執(zhí)行。第一百二十一頁，共163頁。GPRS網絡組成服務支持節(jié)點SGSN：為MS提供移動管理，路由選擇等服務的節(jié)點；(傳統(tǒng)交換機）網關支持節(jié)點GGSN：用于外部數(shù)據(jù)網絡和業(yè)務的節(jié)點；（類似網關作用）PCU：packetControlUnit：完成RLC/MAC（RadioLinkcontrol/MediumAccessControl）PDN:PacketDataNetwork：外網第一百二十二頁，共163頁。第一百二十三頁，共163頁。用戶：

1包交換，傳統(tǒng)的話音電路交換，費用高。

2不需要撥號，不需要訪問服務器的準入

3最重要，支持IP協(xié)議，internet連接方便制造商：提供數(shù)據(jù)接入方法，容易升級運營商：話音過渡到IP，投入設備少，成本低移動夢網等，利益分配。無線咨詢。第一百二十四頁，共163頁。6.3.7GPRS技術在電力系統(tǒng)中的應用

GPRS——將移動通信與數(shù)據(jù)通信合二為一，使移動通信網絡具有提供更多增值業(yè)務的能力。電力系統(tǒng)對通信的要求是多樣的，在有些場合，電力通信還無法滿足電力生產的需要。引入電力通信專網之外通信技術是合適的。應用GPRS技術滿足某些電力系統(tǒng)特殊需求。

GPRS網絡完全支持對行業(yè)集團的特定應用。第一百二十五頁，共163頁。1．在電力搶修監(jiān)控調度中的應用電力搶修監(jiān)控調度系統(tǒng)將搶修現(xiàn)場情況與電網運行情況、設備運行系統(tǒng)資料、客服中心的報修系統(tǒng)、事故搶修決策預案等系統(tǒng)互聯(lián)，以保證各部分信息迅速流通、互動，協(xié)助搶修調度人員科學快速地指揮事故搶修。通過基于GPRS的VPN通信系統(tǒng)，檢修車的終端設備成為電力內部Intranet網絡的移動終端，可與控制中心交互GPS位置信息、搶修信息、地理信息、圖像信息等，在檢修現(xiàn)場就可以了解電網的運行情況、運行資料、檢修預案。大大提高電力搶修的自動化水平?；贕PRS的VPN在電力系統(tǒng)有如下的應用。第一百二十六頁，共163頁。2．在配電網數(shù)據(jù)采集與配網自動化中的應用在配電系統(tǒng)中有大量的柱上檢測終端、變壓器檢測等設備，需要將采集的數(shù)據(jù)傳送到配網中心，配網自動化需要將實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳送到控制中心，而配網設備數(shù)量巨大、布局分散、傳送的數(shù)據(jù)量卻不大，而采用傳統(tǒng)的電力載波、光纖、微波、擴頻等通信手段，在經濟性和可擴充性上均不能完全適應配網自動化的的特點?；贕PRS的VPN，在傳輸速率，時延和QoS保障等均能滿足配電網自動化和配電網數(shù)據(jù)采集的需要。完全可以作為配電網通信的一種選擇方案。第一百二十七頁，共163頁。3．在通信監(jiān)控中的應用通信監(jiān)控一般由站內的采集單元和監(jiān)控中心的計算機網絡組成，采集單元需要通過通信鏈路將采集的信息實時傳送到監(jiān)控中心。而在某些通信站是很難組織通信電路的，比如微波中繼站，本身并無下話路，即使采用公務通道，在設備出故障，需要通信監(jiān)控起作用時，往往監(jiān)控通道也隨設備故障同時中斷。又如在星形或鏈形的SDH光纖電路中，只要一個網元中斷，網管就丟失了對后面所有網元的管理監(jiān)視能力，而無法及時判斷和處理故障。因此需要一種獨立于被監(jiān)控的電路之外的通信電路來傳輸監(jiān)控信息，而為通信監(jiān)控另建通信電路在經濟上是不可能的。因此，采用基于GPRS的VPN是一個很好的選擇。第一百二十八頁，共163頁。4．電力intranet無線延伸電力的辦公自動化、調度自動化等基于電力內部Intranet的應用目前已成為電力系統(tǒng)開展各項工作必不可少的工具。雖然在電力系統(tǒng)內部都可以使用這些系統(tǒng)，但在基建工地、檢修現(xiàn)場、各種協(xié)調會的會場等場地就無法使用電力Intranet的服務了，而采用GPRS的VPN就可以在任何地點連接到電力的Intranet上。并且這樣的連接是有安全保障的。第一百二十九頁，共163頁。5．在圖像監(jiān)控中的應用對于變電所的圖像監(jiān)控，由于電力通信光通信網一般都已覆蓋110kV以上的變電所，因此對于電壓等級較高的變電站都可用電力通信電路作為圖像監(jiān)控的通道。但是，對于數(shù)量較多的低電壓等級，又在偏遠地區(qū)的變電站，電力通信還是薄弱的，大部分還在使用電力載波通信，對這些變電站的圖像監(jiān)控，采用基于GPRS的VPN是較合適的。另外，可移動的圖像監(jiān)控系統(tǒng)在電力搶修、基建工程、線路驗收等方面都獲得了廣泛應用。

第一百三十頁，共163頁。

移動公司的GPRS系統(tǒng)本身對公眾提供了多種多樣的GPRS應用，許多GPRS公眾業(yè)務在電力系統(tǒng)中都是可以應用的。如短信業(yè)務。對于用戶電表的自動抄表系統(tǒng)和水庫水文監(jiān)測等系統(tǒng)來說，由于其信息點多，分散，信息量小，對實時性又沒有嚴格要求，因此最經濟的通信手段是采用短信，而基于GPRS的短信，不像GSM的短信需要在信令通道傳輸，有更大的吞吐量和可靠性，因此更適合用于抄表系統(tǒng)和水庫水文監(jiān)測等系統(tǒng)的信息傳輸。第一百三十一頁，共163頁。第一百三十二頁，共163頁。6.4CDMA移動通信系統(tǒng)6.4.1CDMA移動通信系統(tǒng)概念

CDMA系統(tǒng):碼分多址技術擴頻通信優(yōu)點：（1）大容量。CDMA系統(tǒng)的信道容量是模擬系統(tǒng)的10～20倍，是TDMA系統(tǒng)的4倍。（2）軟容量。傳統(tǒng)：FDMA、TDMA系統(tǒng)，當小區(qū)服務的用戶數(shù)達到最大信道數(shù)時，系統(tǒng)無法再增添一個信號；此時若有新的呼叫，該用戶只能聽到忙音。對比：CDMA系統(tǒng)中，用戶數(shù)目和服務質量之間可以相互折中，靈活確定。第一百三十三頁，共163頁。第一百三十四頁，共163頁。（3）軟切換。

——指當移動臺需要切換時，先與新的基站連通，再與原基站切斷聯(lián)系，而不是先切斷與原基站的聯(lián)系再與新的基站連通。在切換過程中與原小區(qū)和新小區(qū)同時保持通話，以保證電話的暢通?！跋冗B接再斷開（makebeforebreak）”，并不先中斷與原基站的聯(lián)系。軟切換只能在具有相同頻率的CDMA信道間進行。這種類型的切換只發(fā)生在蜂窩內，而不涉及移動交換中心CDMA系統(tǒng)優(yōu)點:第一百三十五頁，共163頁。（4）高話音質量和低發(fā)射功率。（5）話音激活。典型的全雙工雙向通話中，每次通話的占空比小于35%。在FDMA和TDMA系統(tǒng)里，由于通話停頓等使重新分配信道存在一定時延，因此難以利用話音激活技術。

CDMA系統(tǒng)因為使用了可變速率聲碼器，在不講話時傳輸速率降低，減輕了對其他用戶的干擾，這即是CDMA系統(tǒng)的話音激活技術。CDMA系統(tǒng)優(yōu)點:第一百三十六頁，共163頁。（6）保密。

CDMA系統(tǒng)：CDMA碼址是個偽隨機碼，而且共有4.4萬億種可能的排列，因此，要破解密碼或竊聽通話內容是很困難的。在防止串話、盜用等方面具有顯著的優(yōu)點。

——是移動通信方面最有應用前途的一種多址方式在美國研制比較成功的CDMA蜂窩通信系統(tǒng)：Qualcomm公司：帶寬為1.25MHz，稱為窄帶N-CDMA；SCSMobilecomm公司：帶寬為40MHz，稱為B–CDMA。第一百三十七頁，共163頁。6.4.2CDMA系統(tǒng)工作原理及技術（一）CDMA系統(tǒng)工作原理

——調制和多址連接技術的基礎：擴頻通信信號發(fā)端：一高速偽隨機碼與數(shù)字信號相乘，擴展信息傳輸帶寬。收信端：用相同的偽隨機序列與接收信號相乘，將擴頻信號解擴。偽隨機碼常常采用m序列，這是因為：容易產生自相關特性優(yōu)良（歸一化自相關函數(shù)只有1和-1／K兩個值，K是m序列長度）第一百三十八頁，共163頁。圖CDMA擴頻通信系統(tǒng)原理第一百三十九頁，共163頁。

擴頻通信具有隱蔽性、保密性、抗干擾等優(yōu)點。 碼分多址技術就是利用了這一特點，采用不同相位的相同m序列作為多址通信的地址碼。 由于m序列的自相關特性與長度有關，作為地址碼，其長度應盡可能長，以供更多用戶使用。 同時，可以獲得更高的處理增益和保密性，但是又不能太長，否則不僅使電路復雜，也不利于快速捕獲與跟蹤。第一百四十頁，共163頁。（二）CDMA系統(tǒng)的主要技術1.軟容量——用戶數(shù)目和服務質量之間可以相互折中，靈活確定。例如：系統(tǒng)經營者可在話務量高峰期將誤碼率稍微提高，從而增加可用信道數(shù)。同時，當相鄰小區(qū)的負荷較輕時，本小區(qū)受到的干擾減少，容量就可適當增加。第一百四十一頁，共163頁。

（6-4）當有43個用戶時，接收機輸入信噪比的下降為（6-5）

只使該扇區(qū)內的用戶誤碼率有所上升，信噪比降低，通話質量稍有下降，但不致于發(fā)生出現(xiàn)忙音無信道的情況。這種在一個扇區(qū)，小區(qū)信道數(shù)可擴容的現(xiàn)象稱軟容量。當然，這種軟容量是以話音質量降低為代價換來的，但不容許信噪比降低到極限值以下。例如，對一個標準信道數(shù)為40的扇區(qū)，當有第41個用戶呼叫時，這時對此區(qū)接收機輸入信噪比下降為：第一百四十二頁，共163頁。

體現(xiàn)軟容量的另一種形式是小區(qū)呼吸功能。

——指各個小區(qū)的覆蓋大小是動態(tài)的。當相鄰兩個小區(qū)負荷一輕一重時，負荷重的小區(qū)通過減小導頻發(fā)射功率，使本小區(qū)的邊緣用戶由于導頻強度不夠，切換到相鄰小區(qū)，使負荷分擔，即相當于增加了容量。

第一百四十三頁，共163頁。2.軟切換軟切換只能在同一頻率的信道間進行，因此，模擬系統(tǒng)、TDMA系統(tǒng)不具有這種功能，因此信道緊缺時會導致呼叫中斷。在模擬系統(tǒng)和數(shù)字TDMA系統(tǒng)中，如果一條信道不可用，呼叫必須重新分配到另一條信道，或者在切換時中斷。

CDMA系統(tǒng)中，在一個呼叫結束前，可以接納另一個呼叫。

CDMA系統(tǒng)還可提供多級服務。讓高檔次的用戶得到更多可用功率（容量）高檔次用戶的切換可排在其他用戶