任务驱动教学设计方案

#模块三：第二代移动通信系统单元6GSM系统的关键技术制定人员：代才莉制定时间：授课教师：代才莉所需学时：制定人员：代才莉制定时间：授课教师：代才莉所需学时：…会任务实施条件要求配置有投影仪、教师演示终端、黑板等。单元描单元描述众所周知，系统是全球移动用户数量最多的移动通信系统，其技术已经较为成熟。干扰一直是困扰移动通信系统的一个严峻的问题，那么系统采用了哪些关键技术来降低系统的干扰呢？学完本次课，你将能回答以上问题。1学习目标队+掌握系统所采用的关键技术；+理解时间提前量、跳频技术、不连续发射技术、功率控制技术的基本原理和和对系统性能的影响。\［点与难点L教学重点：移动通信系统中时间提前量、跳频技术、不连续发射技术、功率控制技术的基本原理和主要作用。L教学难点：基带跳频与射频跳频的区别

《影动闻情发木》《影动闻情发木》:・主要授课内容1、时间提前量信号在空间传输是有延迟的，如移动台在呼叫期间向远离基站的方向移动，则从基站发出的信号将“越来越迟”的到达移动台，与此同时，移动台的信号也会“越来越迟”的到达基站，延迟过长会导致基站收到的某移动台在本时隙上的信号与基站收下一个其它移动台信号的时隙相互重叠，引起码间干扰，因此，在呼叫进行期间，移动台发给基站的测量报告上携带有移动台测量的时延值，而基站必须监视呼叫到达的时间，并在下行信道上以480ms一次的频率向移动台发送指令，指示移动台提前发送的时间，这个时间就是时间提前量。在GSM系统中，由于空中接口采用TDMA技术，移动台必须在指配给它的时隙内发送，而在其他的时间必须保持寂静，否则会干扰使用同一载频其他时隙上的用户。在GSM系统中，移动台收发信号要求有3个时隙的间隔，如图1所示。TDMA帧号：BTSTDMA帧号：BTS发送;:MS发送图1TCH上下行偏移2、跳频技术引入跳频的原因有两个。第一是基于频率分集的原理，用于对抗瑞利衰落。第二是基于干扰源特性。在业务量密集区，蜂窝系统容易受到频率复用产生的干扰限制，相对载干比（C/I）可能在呼叫中变化很大。引入跳频使得它可以在一个可能干扰小区的许多呼叫之间分散干扰，而不是集中在一个呼叫上。跳频是指载波频率在很宽频带范围内按某种序列进行跳变。控制和信息数据经过调制后成为基带信号，送入载波调制，然后载波频率在伪随机码的控制下改变频率，这种伪随机码序列即为跳频序列。最后再经过射频滤波器送至天线发射出去。接收机根据跳频同步信号和跳频序列确定接收频率，把相应的跳频后信号接收下来，进行解调。原理如图2所示。图2跳频基本结构跳频技术对接收信号的改善如下图3所示：G=10LgN（N为频点数目）由于每个脉冲使用的频点不同，单个频点受干扰对整个通话造成的影响就降低了，整个干扰水平在所有的通话中得到了平均，同时本次通话对其它通话的影响也相对分散在各个频点上从而减少了对其它通话的影响。其原理如图4所示。

跳频技术由来已久，首先用于军事方面，其目的是保密。用于GSM系统中是近几年的事.在GSM中有两种方法实现跳频，即基带跳频和射频调频。基带跳频的原理是将话音数字信号随时间的变换使用不同频率的发射机发射。原理如图5基带跳频的原理是将话音数字信号随时间的变换使用不同频率的发射机发射。原理如图5所示。图5基带跳频的原理射频频跳的原理是将话音数字信号用固定的发射机序列控制，采用不同频率发射。原理如图6所示。广播信道不允许跳频！BCCH怒怒怒缀缪怒缓缓缪C2（跳频：F1-Fn）图6射频频跳的原理TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS8TS9TS13、不连续发送DTX话音传输有两种方式，一种是不管用户是否讲话，话音连续编码在13kbit/s上(20ms一帧)；另一种是不连续传输方式DTX(DiscontinuousTransmission)，在话音激活期进行13kbit/s编码，在话音非激活期进行500bit/s编码，仅传送舒适噪声，如图7所示。

《影劫闻情芟木》《影劫闻情芟木》采用DTX方式有两个目的：一是降低空中总的干扰电平，二是节约发射机的功耗。DTX模式与普通模式是可选的，因为DTX模式会使传输质量稍有下降。话音帧上北二土话音帧上北二土图7DTX方式话音帧的传输GSM系统中采用DTX方式，并不是在语音间隙简单地关闭发射机，而是要求在发射机关闭之前，必须把发端背景噪声的参数传送给收端，收端利用这些参数合成与发端相似的噪声（通常称为“舒适噪声”）。这样做的目的是当发信机打开时，背景噪声连同语音一同转发给接收端；在语音脉冲结束时，由于关掉了发射机，故噪声降低到很低的电平，使听者感到极不舒服。为了改善这种情况，采用插入人工噪声的方法，在发送端关发射机前，把静寂描述帧SID发给接收端，收端在无语音时，移动台自动产生舒适的背景噪声。为了完成语音信号间断传输，应使发射机关机时接收侧产生类似噪声。DTX基本原理如图8所示。信道信道图8DTX基本原理图发送端的语音活动检测由语音活动检测器完成，其功能是检测分段后的20ms段是有声段，还是无声段，即是否有语音或仅仅是噪音。舒适噪声估计用于产生静寂描述帧SID，发送给接收端以产生舒适的背景噪声。4、功率控制技术所谓的功率控制，就是在无线传播上对手机或基站的实际发射功率进行控制，以尽可能降低基站或手机的发射功率，这样就能达到降低手机和基站的功耗以及降低整个GSM网络干扰

这两个目的。当然，功率控制的前提是要保证正在通话的呼叫拥有比较好的通信质量。（1）功率控制过程：提供功率控制过程进行决策的原始信息是来自手机和基站的测量数据，通过处理和分析这些原始数据，作出相应的控制决策。和切换控制过程类似，一般来说，整个功率控制过程如图9所示。图9图9功率控制过程框图（2）快速功率控制快速功率控制过程能够根据实际的信号强度和信号质量情况，判断出应该使用的功率控制幅度，不再局限于一个固定的幅度，这样就可以轻易解决手机初始接入时功率的控制问题。当然，它的作用也不仅仅局限于这种情况，还有很多，比如快速移动的手机、突然出现的干扰或障碍等等，只要出现需要进行大幅度功率控制的现象，快速功率控制过程都能够完满地给予解决。《拶动闻惇员术:》山组织过程建议教学方法:引导教学建议教学方法:引导教学形象比喻在系统中，如果上行信道采用的是，则下行信道应该采用第几个时隙？为了避免时隙间干扰，和这个相关的关键技术叫什么？你知道什么是功率控制吗？能用形象的语言或者比喻或者动作来表示它吗？采用自由抢答的方式，学生回答后，教师做出扼要的点评，并对回答情况简要总结，检查学生任务资讯单完成情况。二、讲解新课内容时间提前量故意设疑制造悬念问题引导法故意设疑制造悬念问题引导法()系统采用了时分多址技术，即一个频率上的若干个用户发射的上行信号是通过不同时隙来区分的，那么在基站侧，基站对这些用户有什么要求吗？答案：(准时，不要提前，也不要迟到，否则都会引起干扰)()用户可能总是在移动的，那么用户离基站的距离就可能远也可能近，那么用户的信号到达基站的时间就可能推迟也可能提前，这样会有什么后果呢？答案：(有的早到，有的晚到，而且随着用户的移动，每次发射都可能变化)()那么如何解决这个问题呢?答案：(根据距离和速度，测量好时间，提前一定的时间出发)这个过程老师一定要慢慢的引导学生思考，不要直接搬出答案来，如果学生想不到，可以举例：生活案例法比如我们大家都去南校区上课，可是有的同学就住在南校区，离得很近，有的同学住在北校区，离教室很远。如果我们夸张的要求，每个人必须准确无误的到达，不能提前，也不能迟到，那么同学们你们怎么生活案例法办呢？在同学们理解了以后，在利用演示文稿进行加深讲解。跳频技术与其他几个技术相比，跳频技术是难点，不容易理解，所以对于跳频技术的原理、作用，由老师来讲解。教师加深讲解对于跳频实现的方式，包括基带跳频和射频跳频，请同学们根据演示文稿中关于二者的原理图进行对比，说出二者的区别。对比分析法老师补充讲解。不连续发射不连续发射是为了节约手机功率，降低干扰而采用的技术，较容易理解，不需要特殊的教学设计，教师讲解即可。但是，重点要讲清楚，为甚么 系统中采用 方式，并不是在语音间隙简单地关闭发射机，而是要求在发射机关闭之前，必须把发端背景噪声的参数传送给收端，收端利用这些参数合成与发端相似的噪声（通常称为“舒适噪声”）。可以和学生们做个简单的游戏，模拟老师和某个学生的通话过程，需要现场其他所有同学的配合，即：老师不说话的时候，现场鸦雀无声。这样制造出的效果就是，该学生会以为老师已经掉话了，所以会挂掉电话。这就是舒适噪声的作用。如果舒适噪声存在，用户就会认为通话是持续的，并没有断掉。反之，用户会认为对方掉话了。模拟场景教学功率控制功率控制是为了节约手机功率，降低干扰而采用的技术，是几个技术中最容易理解的。可以试着让学生来讲，老师来补充。助教讲解法为了加深印象，老师可以模拟基站，学生模拟手机，通过要求学生大声说话、或小声说话来模拟功率控制的过程。这个方法非常有效，即模拟场景教学能活跃课堂气氛，又能加深理解。三、课程小结本本次任务完成了 空中接口关键技术的学习，内容包括时间提前量、跳频技术、不连续发送、功率控制技术等。4-请同学们在课程网站上进行在线习题测试。完完成课后作业：（）什么是时间提前量，其目的是什么（）跳频的原理是什么分为哪两种方