單元6GSM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)課件

《移動(dòng)通信技術(shù)》通信工程學(xué)院代才莉模塊三第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)GSM系統(tǒng)CDMAIS-95系統(tǒng)單元7：CDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)與組成實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目第二代移動(dòng)通信設(shè)備認(rèn)知實(shí)訓(xùn)單元1:GSM特點(diǎn)與組成單元2:GSM系統(tǒng)的編號(hào)單元3:GSM信道及應(yīng)用單元4:GSM系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)單元5:GSM移動(dòng)性管理單元6:GSM系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)單元8：CDMA系統(tǒng)的基本原理單元9：碼分多址在CDMAIS-95中的應(yīng)用單元10：CDMAIS-95的信道及其應(yīng)用教學(xué)單元引入

眾所周知，GSM系統(tǒng)是全球移動(dòng)用戶數(shù)量最多的移動(dòng)通信系統(tǒng)，其技術(shù)已經(jīng)較為成熟。干擾一直是困擾移動(dòng)通信系統(tǒng)的一個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題，那么GSM系統(tǒng)采用了哪些關(guān)鍵技術(shù)來(lái)降低系統(tǒng)的干擾呢？學(xué)完本次課，你將能回答以上問(wèn)題。單元6GSM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握GSM系統(tǒng)所采用的關(guān)鍵技術(shù)；理解時(shí)間提前量、跳頻技術(shù)、不連續(xù)發(fā)射技術(shù)、功率控制技術(shù)的基本原理和主要作用。

重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)中時(shí)間提前量、跳頻技術(shù)、不連續(xù)發(fā)射技術(shù)、功率控制技術(shù)的基本原理和主要作用。難點(diǎn)：基帶跳頻與射頻跳頻。課前復(fù)習(xí)GSM系統(tǒng)的移動(dòng)性管理指什么？引起切換的原因有哪些？?預(yù)習(xí)檢測(cè)1.在GSM系統(tǒng)中，如果上行TCH信道采用的是TS3，則下行信道應(yīng)該采用第幾個(gè)時(shí)隙？和這個(gè)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)叫什么？2.你知道什么是功率控制嗎？能用形象的語(yǔ)言或者比喻或者動(dòng)作來(lái)表示它嗎？?內(nèi)容1:時(shí)間提前量?jī)?nèi)容2:跳頻技術(shù)內(nèi)容3:不連續(xù)發(fā)送DTX內(nèi)容4:功率控制技術(shù)

單元6GSM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在GSM系統(tǒng)中，由于空中接口采用TDMA技術(shù)，移動(dòng)臺(tái)必須在指配給它的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送，而在其他的時(shí)間必須保持寂靜，否則會(huì)干擾使用同一載頻其他時(shí)隙上的用戶。如圖1所示。

圖1TCH上下行偏移內(nèi)容1:時(shí)間提前量由于信號(hào)在空間傳輸是有延遲的，如移動(dòng)臺(tái)在呼叫期間向遠(yuǎn)離基站的方向移動(dòng)，則從基站發(fā)出的信號(hào)將“越來(lái)越遲”的到達(dá)移動(dòng)臺(tái)，與此同時(shí)，移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)也會(huì)“越來(lái)越遲”的到達(dá)基站，延遲過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致基站收到的某移動(dòng)臺(tái)在本時(shí)隙上的信號(hào)與基站收下一個(gè)其它移動(dòng)臺(tái)信號(hào)的時(shí)隙相互重疊，引起碼間干擾，因此，在呼叫進(jìn)行期間，移動(dòng)臺(tái)發(fā)給基站的測(cè)量報(bào)告上攜帶有移動(dòng)臺(tái)測(cè)量的時(shí)延值，而基站必須監(jiān)視呼叫到達(dá)的時(shí)間，并在下行信道上以480ms一次的頻率向移動(dòng)臺(tái)發(fā)送指令，指示移動(dòng)臺(tái)提前發(fā)送的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間就是時(shí)間提前量。內(nèi)容1:時(shí)間提前量?jī)?nèi)容1:時(shí)間提前量?jī)?nèi)容2:跳頻技術(shù)內(nèi)容3:不連續(xù)發(fā)送DTX內(nèi)容4:功率控制技術(shù)

單元6GSM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)抗干擾能力，常用到擴(kuò)頻技術(shù)，其中包括直擴(kuò)方式和跳頻方式，在GSM系統(tǒng)中采用的是跳頻方式。其目的是：1、改善傳輸質(zhì)量2、改善網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量3、確保通信的秘密性和抗干擾性內(nèi)容2:跳頻技術(shù)引入跳頻的原因有兩個(gè)。第一是基于頻率分集的原理，用于對(duì)抗瑞利衰落。第二是基于干擾源特性，引入跳頻使得干擾能在許多呼叫頻點(diǎn)之間分散，而不是集中在一個(gè)呼叫頻點(diǎn)上。引入跳頻的原因跳頻的原理跳頻是指載波頻率在很寬頻帶范圍內(nèi)按某種序列進(jìn)行跳變。信息數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)調(diào)制后成為基帶信號(hào)，送入載波調(diào)制，然后載波頻率在偽隨機(jī)碼的控制下改變頻率，這種偽隨機(jī)碼序列即為跳頻序列。最后再經(jīng)過(guò)射頻濾波器送至天線發(fā)射出去。接收機(jī)根據(jù)跳頻同步信號(hào)和跳頻序列確定接收頻率，把相應(yīng)的跳頻后信號(hào)接收下來(lái)，進(jìn)行解調(diào)，如圖2所示。跳頻的原理圖2跳頻的原理同步電路跳頻序列發(fā)生器可變頻率合成器信息調(diào)制上變頻發(fā)送信息解調(diào)下變頻接收跳頻的原理跳頻技術(shù)對(duì)接收信號(hào)的改善如下圖3所示：

其跳頻的增益為：G＝10LgN(N為頻點(diǎn)數(shù)目）圖3跳頻技術(shù)對(duì)接收信號(hào)的改善非跳頻網(wǎng)絡(luò)中的干擾情形空間上干擾集中在同頻的信道時(shí)間上干擾無(wú)時(shí)不在用戶受到持續(xù)的干擾解決手段－加大同頻基站的距離代價(jià)－頻率復(fù)用程度的降低f1f1Interferenceareas圖4非跳頻網(wǎng)絡(luò)的干擾空間上干擾分布在各個(gè)扇區(qū)時(shí)間上干擾無(wú)時(shí)不在用戶僅受到臨時(shí)的干擾f1

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f3f4圖5跳頻網(wǎng)絡(luò)中的干擾非跳頻網(wǎng)絡(luò)中的干擾情形

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f3f4干擾在時(shí)域和空間的分散－－干擾分集減少每個(gè)用戶受到干擾的機(jī)率充分發(fā)揮信道編碼和交織技術(shù)平均話音質(zhì)量得以提高圖5跳頻網(wǎng)絡(luò)中的干擾非跳頻網(wǎng)絡(luò)中的干擾情形跳頻的分類跳頻技術(shù)由來(lái)已久，首先用于軍事方面，其目的是保密。在GSM中有兩種方法實(shí)現(xiàn)跳頻，即基帶跳頻和射頻跳頻?；鶐l的原理是將話音數(shù)字信號(hào)隨時(shí)間的變換使用不同頻率的發(fā)射機(jī)發(fā)射。原理如圖6所示。頻率時(shí)間f4f3f2f1T1T2T6T7T8T9T10圖6基帶跳頻的原理基帶跳頻的原理T3T4T5調(diào)制信道編碼與交織語(yǔ)音數(shù)字化及編碼f1f2f3f4f1信息通過(guò)不斷跳躍的頻率被傳輸圖7跳頻信號(hào)的發(fā)射基帶跳頻的原理基帶跳頻的原理是將話音數(shù)字信號(hào)隨時(shí)間的變換使用不同頻率的發(fā)射機(jī)發(fā)射，原理如下圖8示?；鶐l的實(shí)現(xiàn)框圖TRX1基帶信號(hào)f3f2f1TRX2TRX3發(fā)射器時(shí)隙交換圖8基帶跳頻的實(shí)現(xiàn)原理射頻跳頻的原理是將話音數(shù)字信號(hào)用固定的發(fā)射機(jī)，由跳頻序列控制，采用不同頻率發(fā)射。原理如圖9所示。廣播信道不允許跳頻！（跳頻：F1-Fn）圖9射頻跳頻的原理TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS8TS9TS10BCCH固定頻率F0射頻跳頻的原理射頻跳頻的實(shí)現(xiàn)框圖射頻跳頻比基帶跳頻具有更高的性能改善和抗同頻干擾能力，但只有每個(gè)小區(qū)擁有4個(gè)頻率以上時(shí)效果才比較明顯。下圖10為實(shí)現(xiàn)框圖。射頻調(diào)制頻率合成器TDMA幀處理器射頻調(diào)制TDMA幀處理器頻率合成器1頻率合成器n發(fā)射機(jī)TRX1TRX2f0f1-fn圖10射頻跳頻的實(shí)現(xiàn)原理比較兩種跳頻技術(shù)（1）射頻跳頻比基帶跳頻有更高的性能改善和抗同頻干擾能力。（2）基帶跳頻實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，發(fā)射機(jī)的頻率固定，但對(duì)每個(gè)小區(qū)的載頻數(shù)有要求，不能小于4個(gè)載頻。（3）射頻跳頻的發(fā)射機(jī)頻率由跳頻序列控制而改變，小區(qū)只需要有2個(gè)載頻即可實(shí)現(xiàn)，但射頻跳頻損耗大，對(duì)基站覆蓋范圍有影響。因此，綜上所述現(xiàn)階段跳頻技術(shù)比較成熟，而射頻跳頻具有很多優(yōu)勢(shì)，所以大部分采用射頻跳頻。內(nèi)容1:時(shí)間提前量?jī)?nèi)容2:跳頻技術(shù)內(nèi)容3:不連續(xù)發(fā)送DTX內(nèi)容4:功率控制技術(shù)

單元6GSM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)不連續(xù)發(fā)送DTX不連續(xù)發(fā)送DTX（DiscontinuousTransmission）。在一個(gè)正常的通話中，主叫和被叫存在談話和沉默兩種狀態(tài)，聽(tīng)對(duì)方講話的時(shí)間大約占一半。如果沒(méi)有話音進(jìn)入麥克風(fēng)，也就沒(méi)有信息在無(wú)線信道上發(fā)送。不連續(xù)發(fā)送是僅在檢測(cè)到通信中有話音時(shí)才發(fā)射。所以利用語(yǔ)音編碼器檢測(cè)到話音間隙后，在間隙期不發(fā)送，這就是所謂的不連續(xù)發(fā)送。通話時(shí)進(jìn)行13Kb/s編碼，停頓期用500b/s編碼發(fā)送舒適的噪聲，如圖11所示。不連續(xù)發(fā)送DTXGSM系統(tǒng)中采用DTX方式，并不是在語(yǔ)音間隙簡(jiǎn)單地關(guān)閉發(fā)射機(jī)，而是要求在發(fā)射機(jī)關(guān)閉之前，必須把發(fā)端背景噪聲的參數(shù)傳送給收端，收端利用這些參數(shù)合成與發(fā)端相似的噪聲（通常稱為“舒適噪聲”）。圖11DTX方式話音幀的傳輸不連續(xù)發(fā)送DTXDTX基本原理如圖12所示：

語(yǔ)音活動(dòng)檢測(cè)語(yǔ)音編碼器舒適噪聲估計(jì)發(fā)射信道語(yǔ)音輸入語(yǔ)音活動(dòng)檢測(cè)語(yǔ)音編碼器舒適噪聲估計(jì)發(fā)射信道語(yǔ)音輸入語(yǔ)音活動(dòng)檢測(cè)語(yǔ)音編碼器舒適噪聲估計(jì)發(fā)射發(fā)射信道語(yǔ)音輸入圖12DTX原理圖不連續(xù)發(fā)送DTX不連續(xù)發(fā)送DTX的優(yōu)點(diǎn)：1）降低空中總的干擾電平2）節(jié)約發(fā)射機(jī)的功耗不連續(xù)發(fā)送DTX的缺點(diǎn)：當(dāng)通信雙方都是GSM的移動(dòng)用戶時(shí)，如果系統(tǒng)上下行都采用DTX功能，那么語(yǔ)音質(zhì)量會(huì)受到一定的影響。內(nèi)容1:時(shí)間提前量?jī)?nèi)容2:跳頻技術(shù)內(nèi)容3:不連續(xù)發(fā)送DTX內(nèi)容4:功率控制技術(shù)

單元6GSM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)概念：功控即功率控制，就是根據(jù)需要調(diào)整基站與手機(jī)的發(fā)射功率。目的：在保證足夠好的通話質(zhì)量的情況下，降低發(fā)射功率，從而降低網(wǎng)絡(luò)的干擾、減少功耗。功控是什么？為什么要功控？?功率控制技術(shù)功率控制技術(shù)所謂的功率控制，就是在無(wú)線信號(hào)發(fā)射時(shí)對(duì)手機(jī)或基站的實(shí)際發(fā)射功率進(jìn)行控制，以盡可能降低基站或手機(jī)的發(fā)射功率，這樣就能降低手機(jī)和基站的功耗以及降低整個(gè)GSM網(wǎng)絡(luò)干擾。當(dāng)然，功率控制的前提是要保證正在通話的信道擁有比較好的通信質(zhì)量。功控的分類：功率控制分為上行功率控制和下行功率控制，上下行控制獨(dú)立進(jìn)行。ValuemeasuredatdownlinkValuemeasuredatuplink上行功控：調(diào)整MS的輸出功率，使BTS獲得穩(wěn)定接收信號(hào)強(qiáng)度，以減小同同頻道和鄰頻道的干擾，降低移動(dòng)臺(tái)功耗。下行功控：調(diào)整BTS輸出功率，使MS獲得穩(wěn)定接收信號(hào)強(qiáng)度，以減小同同頻道和鄰頻道的干擾，降低基站功耗。功率控制技術(shù)功率控制技術(shù)提供功率控制過(guò)程進(jìn)行決策的原始信息是來(lái)自手機(jī)和基站的測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)處理和分析這些原始數(shù)據(jù)，作出相應(yīng)的控制決策。和切換控制過(guò)程類似，一般來(lái)說(shuō)，整個(gè)功率控制過(guò)程,如圖13所示。測(cè)量數(shù)據(jù)保存測(cè)量數(shù)據(jù)平均處理功率控制決策功率控制命令發(fā)送測(cè)量數(shù)據(jù)修正圖13功率控制過(guò)程功率控制技術(shù)功率控制的速度最快是480ms一次，也就是說(shuō)，一個(gè)完整功率控制過(guò)程最快是480ms被執(zhí)行一次。功率控制過(guò)程的控制幅度都是固定的，一般取值是2dB或4dB，然而，在很多實(shí)際的情況下，固定的功率控制幅度并不能達(dá)到最優(yōu)的效果。功率控制技術(shù)當(dāng)MS在離基站很近的地方發(fā)起呼叫，它使用的初始發(fā)射功率是小區(qū)BCCH信道上廣播的系統(tǒng)消息中手機(jī)最大發(fā)射功率，很明顯，這時(shí)由于手機(jī)離基站的天線非常近，功率控制過(guò)程應(yīng)該盡可能快地將它的發(fā)射功率降下去。然而，每次只能命令手機(jī)降2dB或4dB，加上每?jī)纱喂β士刂浦g會(huì)有一定的間隔，因此，要將手機(jī)發(fā)射功率降到合理的值，會(huì)經(jīng)歷一段比較長(zhǎng)的時(shí)間，下行方向也是一樣的。這對(duì)降低整個(gè)GSM網(wǎng)絡(luò)的干擾情況明顯不利，要改善這一點(diǎn)，就是加大每次功率控制的幅度，這就是快速功率控制的核心思想。功率控制技術(shù)快速功率控制過(guò)程能夠根據(jù)實(shí)際的信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)質(zhì)量情況，判斷出應(yīng)該使用的功率控制幅度，不再局限于一個(gè)固定的幅度，這樣就可以輕易解決手機(jī)初始接入時(shí)功率的控制問(wèn)題。當(dāng)然，它的作用也不僅僅局限于這種情況，還有很多，比如快速移動(dòng)的手機(jī)、突然出現(xiàn)的干擾或障礙等等，只要出現(xiàn)需要進(jìn)行大幅度功率控制的現(xiàn)象，快速功率控制過(guò)程都能夠完滿地給予解決。課程總結(jié)本次任務(wù)完成了GSM空中接口關(guān)鍵技術(shù)的學(xué)習(xí)，內(nèi)容包括時(shí)間提前量、跳頻技術(shù)、不連續(xù)發(fā)送DTX、功率控制技術(shù)以小組為單位，在完成今天學(xué)習(xí)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，查閱相關(guān)