GSM无线网络基础

1、通信技术系：邹绍华GSM：Global System for Mobile Communications，中文为全球移动通讯系统，俗称全球通，起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术。目前，中国移动、中国联通各拥有一个GSM网，为世界最大的移动通信网络。GSM系统包括 GSM 900MHz、DCS1800;GPRS:General Packet Radio Service，通用无线分组业务，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。通俗地讲，GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以“分组”的形式传送数据到用户端。一、无线网络基本概念EDGE: Enh

2、anced Data Rate for GSM Evolution ，即增强型数据速率GSM演进技术。EDGE是一种从GSM到3G的过渡技术,令网络容量及数据传送比GPRS更快，足有283Kbps.网络商只需在软硬件上作出少许相应改动，便可继续沿用现有GSM系统，去支持移动多媒体服务，能够与日后WCDMA制式共存.CDMA (Code Division Multiple Access) 又称码分多址，是在无线通讯上使用的技术。 在国内为中国电信移动网络。 cdma2000第一阶段将提供每秒144Kbps的数据传送率，第二阶段支持每秒2Mbps的数据传送速率，是cdma发展3G的最终目标.WCD

3、MA 是英文Wideband Code Division Multiple Access（宽带码分多址）的英文简称，是一种第三代无线通讯技术。目前中国联通采用的此种3G通讯标准。 WCDMA是由GSM网络核心繁衍而来的WCDMA，数据传送可达到每秒2Mbit（室内）及384Kbps（移动空间）的速率，采用5MHz（区别于窄带200KHz)的宽频网络.TD-SCDMA是英文Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access（时分同步码分多址） 的简称，中国提出的第三代移动通信标准(简称3G)，也是ITU批准的三个3G标准中的一个，以我国

4、知识产权为主的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准。LTE(Long Term Evolution,长期演进)项目是3G的演进，LTE并非人们普遍误解的4G技术，而是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准,它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。在20MHz频谱带宽下能够提供下行326Mbit/s与上行86Mbit/s的峰值速率。移动通信技术的演进1G2G3G2.5G80s初80s末96年2002年无线通信系统时间GSMIS-95A W-CDMACDMA2000TD-SCDMA模拟技术AMPSTACSGPRSIS-95B2.75G

5、4GLTE数字技术数字技术EDGEEVDOv 必须利用无线电波进行信息的传输运行环境复杂，多径传播用户高速移动v 工作于复杂的干扰环境开放式环境，存在多种干扰：邻道、同信道、邻小区、同小区、互调v 可利用的频率资源有限，而通信业务量的需求与日俱增用户容量，业务能力v 网络结构多种多样，网络管理复杂用户注册和登记，鉴权和计费，安全和保密v 用户终端成为个人消费品通信网核心网接入网有线接入无线接入光纤接入： PON、APON FTTB/C/H/R混合光纤同轴网Cable ModemDSL(ADSL、HDSL)卫星接入高空平台蜂窝接入微波接入FWA、WLLWLANPAN移动通信系统概论v 蜂窝系统-

6、“小区制”系统 - 将所要覆盖的地区划分为若干个小区，每个小区的半径可视用户的分布密 度在1-10km左右,在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务。 - “频率复用”的概念 - 特点：用户容量大，服务性能较好，频谱利用率较高，用户终端小巧且电池使用时间长，辐射小等 - 问题：系统复杂，越区切换，漫游，位置登记；更新和管理以及系统鉴权等v 蜂窝分类 - 宏蜂窝 (Macro-cell) 1-20km - 微蜂窝 (Micro-cell) 0.41 km - 皮蜂窝 (Pico-cell) = 9dB ，工程上: C/I= 12dB 邻频：C/I= -9dB ，工程上：C/I= -6dB

7、400K邻频：C/I= -41dB ，工程上：C/I= -38dB 有用信号环境噪声其他信号干扰干扰频率干扰同频干扰（Co-channel interference） GSM规范：C/I9dB，爱立信设计： C/I12dB，不跳频。无线基本概念邻频干扰（Adjacent channel interference） GSM规范：C/A-9dB，爱立信推荐要求： C/A3dB。无线基本概念 四、天线四、天线l天线基本功能天线基本功能辐射和接收无线电波，辐射和接收无线电波，天线是能量转换装置，是无源器件。发射时将高频电流转换为电磁波并传送到特定的空间区域，将电能转换为电磁能接收时将电磁波转换为高频电

8、流而进入接收机，将电磁能转换为电能。天线的性能质量直接影响移动通信网络的覆盖和服务质量；不同的地理环境，不同服务要求需要选用不同类型、不同规格的天线。 通信天线种类通信天线种类按工作频段：超长波、长波、中波、短波、超短波、微波天线按方向性：全向、定向天线按结构特性：线天线、面天线 天线天线辐射基本原理辐射基本原理 导线上有交变电流时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。 图 a 所示为理想平行传输线，双导线的距离远小于工作波长，在双导线的任意横截面上，两根导线上的电流始终是振幅相等、方向相反(相位相差180 )，因此，两根导线在离开本身较远的空间任一点处产生的场彼此抵消，

9、电磁能量被束缚在双导线的附件区域，形成一个保守系统。图 a 天线天线辐射基本原理辐射基本原理如 图b 所示，将两导线张开180 ，分别与原导线垂直，当总长度 等于半个波长时，形成半波对称振子。此时，上下两线段上的电流变为同相，因此二者在空间不同位置上产生的场不再是相互抵消，而是完全叠加或部分叠加，这就形成了开放的辐射系统天线。图 b/2天线天线天线主要技术指标天线主要技术指标天线的辐射电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形，称为方向图。用辐射场强表示的称为场强方向图用辐射场强表示的称为场强方向图，在方向图中，包含所需最大辐射方向的辐射波瓣叫天线在方向图中，包含所需最大辐射方向的辐射波瓣叫天线主波

10、瓣，也称天线波束。主波瓣，也称天线波束。主瓣之外的波瓣叫副瓣或旁瓣，与主瓣相反方向的叫后瓣。通常会用到天线方向图的以下一些参数：半功率波瓣宽度：半功率波瓣宽度：场强最大值下降0.707（3dB)点的夹角。副瓣电平：副瓣最大值和主瓣最大值之比。前后比：前后比：主瓣最大值与后瓣最大值之比。天线天线l增益是天线辐射或接收电波大小的表现。以dBd、dBi表示, dBi=dBd+2.15.它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。l波瓣宽度：方向图通

11、常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。参见图 a , 在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3 dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称 波束宽度 或 主瓣宽度 或 半功率角）。波瓣宽度越窄，方向性越强，覆盖距离越远。垂直面半功率波束，水平面半功率波束3dB 波瓣宽度波瓣宽度 - 3dB点点图图a最大辐射方向最大辐射方向 天线天线l前后比F/B：方向图中，前后瓣最大值之比称为前后比，记为 F / B 。前后比越大，天线的后向辐射（或接收）越小。 前后比表明了天线对后瓣抑制的好坏。选用前后比低的天线，天线的后瓣有可能产生越区覆盖，导致切换关系

12、混乱，产生掉话。前后比一般在2530dB之间，应优先选用前后比为30的天线。 天线天线l极化方式：所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。一根天线只有一个极化方向，所谓双极化天线其实是2根天线放在一个防护罩里而已。垂直极化垂直极化水平极化水平极化EE天线天线l极化方式：单极化水平极化、垂直极化由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减

13、，保证了信号的有效传播。因此，在移动通信系统中，一般均采用垂直极化的传播方式。 天线天线l除了单极化外，还有双极化方式：垂直与水平极化45极化 性能上一般后者优于前者，因此目前大部分采用的是45极化方式。双极化天线组合了+45和-45两副极化方向相互正交的天线，并同时工作在收发双工模式下，大大节省了每个扇区的天线数量。天线分类天线分类按方向性分：全向天线定向天线按下倾角调整方式分：机械天线电调天线按分集方式分：空间分集天线极化分集天线机械天线机械天线l所谓机械天线，指使用机械调整下倾角度的移动天线。l实践证明：机械天线的最佳下倾角度为15；当下倾角度在510变化时，其天线方向图稍有变形但变化不

14、大；当下倾角度在10-15变化时，其天线方向图变化较大；当机械天线下倾15后，天线方向图形状改变很大，从没有下倾时的鸭梨形变为纺锤形，这时虽然主瓣方向覆盖距离明显缩短，但是整个天线方向图不是都在本基站扇区内，在相邻基站扇区内也会收到该基站的信号，从而造成严重的系统内干扰。l另外，在日常维护中，如果要调整机械天线下倾角度，整个系统要关机，不能在调整天线倾角的同时进行监测；l机械天线调整倾角的步进度数为1l三阶互调指标为-120dBc电调天线电调天线l所谓电调天线，指使用电子调整下倾角度的移动天线。l电子下倾的原理是通过改变共线阵天线振子的相位，改变垂直分量和水平分量的幅值大小，改变合成分量场强强

15、度，从而使天线的垂直方向性图下倾。 l实践证明：电调天线下倾角度在1-5变化时，其天线方向图与机械天线的大致相同；当下倾角度在5-10变化时，其天线方向图较机械天线的稍有改善；当下倾角度在10-15变化时，其天线方向图较机械天线的变化较大；当机械天线下倾15后，其天线方向图较机械天线的明显不同，这时天线方向图形状改变不大，主瓣方向覆盖距离明显缩短，整个天线方向图都在本基站扇区内，增加下倾角度，可以使扇区覆盖面积缩小，但不产生干扰，这样的方向图是我们需要的。l电调天线允许系统在不停机的情况下对垂直方向性图下倾角进行调整，实时监测调整的效果。l电调天线调整倾角的步进度数为0.1，因此可以对网络实现精细调整 。l三阶互调指标为-150dBc。比机械天线好30dBc，有利于消除邻频干扰和杂散干扰。空间分集天线空间分集天线l每个扇区2付天线；l1付Tx/Rx，1付Rx；l两付接收天线的间隔远远大于波长时，可以认为接收信号是不相关的，从而取得分集增益35dB。Tx/RxRxDl两付极化相互正交的天线，布置于同一天线罩内；l来自它们的接收信号可以认为是不相关的，多数场合能取得分集增益35dB，理论上最大可获得8dB分集增益。TxRx-45+45双工器Rx极化分集天线极化分集天线驻波比（驻波比（VSWR）：Voltage Standing Wave Rati 天线驻波比是表示天