移动通信基本原理

移动通信基本原理第一页，共39页。目录

移动通信发展移动通信网络结构移动通信系统的工作过程基本概念电波传播抗干扰、抗衰落技术第二页，共39页。移动通信发展历程语音业务语音业务宽带业务数据业务第三页，共39页。移动通信网络结构

MSBTSBTSEIRBSCMSC/VLRHLR/AUCGMSCOMCOSSPSTNPSPDNISDNBSSNSS第四页，共39页。移动通信系统工作过程Interleaving信源编码信道编码交织加扰扩频调制射频发射信源解码deinterleaving去交织信道解码解扰解扩解调射频接收语音信号的数模转换对信息进行编码，达到纠错和抗干扰的目的对信号进行加扰加入用于识别用户的信息，将窄带信号拓宽将数字信号调制成模拟信号将模拟信号加到载波上进行发射第五页，共39页。多址技术双工技术频率复用位置登记切换爱尔兰阻塞率GOS移动通信基本概念第六页，共39页。多址技术FrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFrequencyTimePowerUserUserUserUserUserUserFDMATDMACDMA同一时间同一频段上根据不同的扩频码进行区分用户.同频段的业务信道以不同的时隙进行用户区分.不同的用户占用不同的频段.第七页，共39页。对于移动通信而言，双向通信可以以频率分开（FDD），也可以以时间分开（TDD）双工技术第八页，共39页。TDD特点第九页，共39页。FDD特点第十页，共39页。频率复用FDMA频率复用1111111111CDMA频率复用第十一页，共39页。覆盖区定义位置区MSC区扇区PLMN区服务区小区扇区第十二页，共39页。移动通信环境下场强变化剧烈场强变化的平均值随距离增加而衰减场强特性曲线的中值呈慢速变化---慢衰落场强特性曲线的瞬时值呈快速变化---快衰落移动通信的场强特征第十三页，共39页。自由空间损耗：

PathLoss=32.4+20lgf+20lgd无线电波传播①建筑物反射波②绕射波③直达波④地面反射波第十四页，共39页。多径及衰落快衰落由合成波的振幅和相位随移动台的运动起伏变化很大，服从瑞利分布时间选择性衰落空间选择性衰落频率选择性衰落第十五页，共39页。多径效应多径效应是由于山丘、建筑物等的反射、散射或绕射，使得移动台与基站之间的信号传播途径有多条，此时接收到的信号是发射信号经过若干次反射、绕射或散射后的叠加，影响接收端对信号的判别和提取。第十六页，共39页。移动台在运动中，由于大型建筑物和其他物体对电波的传输路径的阻挡而在传播接收区域上形成半盲区，从而形成电磁场阴影，这种随移动台位置的不断变化而引起的接收点场强中值的起伏变化叫做阴影效应。阴影效应是产生慢衰落的主要原因。阴影效应第十七页，共39页。多普勒频移fcfcfd-fcfd+信号功率f第十八页，共39页。分集技术概念分集技术接收多路不相关的信号并合并，主要目的是克服衰落空间分集技术---用2个以上的天线接收同一个信号频率分集技术---用2个以上的载波频率传输时间分集技术---在不同时间接收同一个信号极化分集技术---接收垂直和水平极化信号常用的分集技术第十九页，共39页。多径的每一径时延不同，进行多径分离合并重发时间大于信道的相关时间---ARQ技术用信道相关时间，设计交织编码的深度时间分集技术RAKE接收机是时间分集的典型应用tts(t)s(t)第二十页，共39页。多天线阵元分集多天线发射分集多天线接收分集，其中，条件d>>dc，dc为空间相关距离空间位置分集第二十一页，共39页。形成方向图，在不同的到达方向上给予不同的天线增益。可以提高接收信号的信噪比，从而提高系统的容量，可以将频率相近但空间可分离的信号分离开。智能天线(空间角度分集)第二十二页，共39页。两个频率成分具有相互独立的衰落特性条件f2-f1>>Bc频率分集技术第二十三页，共39页。合并信号的表达式分类选择性合并(SelectiveCombining)

等增益合并(Equal-GainCombining)

最大比合并(maximalRatioCombining)分集合并技术第二十四页，共39页。邻道和同频、互调干扰邻频干扰：相邻或邻近频道的信号相互干扰同频干扰：由于频率复用，也引入了同频干扰互调干扰：当两个或多个干扰信号同时加到接收机时，由于非线性的作用，干扰的组合频率有时会恰好等于或接近有用信号频率而顺利通过接收机，其中三阶互调最严重。由此形成的干扰，称为互调干扰第二十五页，共39页。邻道干扰定义及来源：指来自于相邻或相近频道的干扰调制边带扩展干扰：指话音信号经调频后，某些边带频率或边频分量落入邻道接收机的通带内，造成调制边带扩展而干扰邻道。具体表现：移动台靠近基站时，移动台发射机的调制边带扩展和边带辐射噪声对正在工作的基站接收机产生的干扰。解决办法：严格限制调制信号带宽降低发射机本身的边带噪声功率移动台采用自动功率控制装置网络设计时加大频道间隔加大上下行频率差。邻道干扰第二十六页，共39页。同频复用：在蜂窝系统中为提高频率利用率将一组频率分配给相隔一定距离的多个服务小区使用。同道干扰（也称同频干扰）是指所有落在接收机通带范围内的与有用信号频率相同的无用信号的干扰。由于频率相同，因而无法滤除和抑制它。射频（RF）防护比：保证接收信号的质量，必须使接收端的有用信号电平与干扰电平之比S/I大于某个数值。同道干扰（同频干扰）在CDMA系统中，所有用户使用的是同一个工作频率，因而其远近效应更为突出！第二十七页，共39页。实例：MSA移动到小区的边缘，这时BS接收到来自MSA的信号很弱。而MSB正接近于此小区的BS且工作于邻近频道。在这种情况下，MSB将对BS接收MSA的信号产生较强的邻道干扰。这种干扰情况也称作远近效应。远近效应减小远近效应的有效措施如下：避免相邻或相近的频道在同一个小区使用。采用功率控制技术，使所有移动台发射的信号在到达基站时的功率大致相同实例1实例2第二十八页，共39页。互调干扰的产生原因及条件互调干扰：当两个或多个不同频率的信号同时输入到非线性电路时，由于非线性的作用，会产生许多谐波和组合频率分量（互调产物），当互调产物与所需信号频率相接近且电平足够大时会顺利地通过接收机而对有用信号形成干扰，即为互调干扰。互调干扰第二十九页，共39页。1、多信道共用

同频复用：

提高频率利用率

多信道共用技术：

提高信道的利用率频道、信道利用率第三十页，共39页。1.呼叫话务量的计算

话务量是度量通信系统业务量或繁忙程度的指标。所谓呼叫话务量A，是指单位时间内（1小时）进行的平均电话交换量。它可用下面公式来表示：式中：C——每小时平均呼叫次数 t0——每次呼叫平均占用信道的时间如果t0以小时为单位，则话务量A的单位是爱尔兰（Erlang，占线小时，简称Erl）。如果在一个小时内不断地占用一个信道，则其呼叫话务量为1Erl。它是一个信道具有的最大话务量。服务等级和话务量（1）第三十一页，共39页。2.服务等级（忙时呼损率GOS）在一个通信系统中，信道数不够多而无法承载用户话务量造成呼叫失败的概率称为呼损率（B）。显然，呼损率B愈小，用户就越满意。也称为系统服务等级GOS。但同时B越小，可提供用户数越小。则完成话务量A′为：呼损率B为：信道利用率：呼损率与话务量是一对矛盾即服务等级与信道利用率是矛盾的！服务等级和话务量（2）第三十二页，共39页。切换分类：空闲切换：手机处于空闲时，改变小区的连接。GSM中称作为“小区重选”。CDMA中称为“空闲切换”。硬切换：指在新的连接建立以前，先中断旧的连接软切换：指既维持旧的连接，又同时建立新的连接，并利用新旧链路的分集合并来改善通信质量，当与新基站建立可靠连接之后再中断旧链路。这种切换可以在通信的过程中平滑完成。越区切换和位置管理第三十三页，共39页。更软切换：在CDMA系统中，移动台在同一小区的不同扇区之间进行的软切换称为更软切换。实际上是相同信道板上的导频之间的切换。这种切换是由BSC完成的，并不通知MSC。接力切换（TDS）：利用精确的定位技术，根据移动台的方位和距离作为辅助信息来判断移动台是否移动到了可进行切换的相邻基站临近区域。并由RNC通知该基站做好切换的准备，从而实现快速、可靠和高效切换。垂直切换：分级小区结构（宏蜂窝+微蜂窝）越区切换和位置管理Play第三十四页，共39页。位置管理涉及的数据库：采用两层数据库，即HLR和VLR。目的：以最快地速度来定位移动台，使尽可能小的处理能力和附加的业务量，以求容纳尽可能多的用户。位置更新和寻呼之间的矛盾越区切换和位置管理第三十五页，共39页。三种动态位置更新策略：基于时间的位置更新策略基