中級(jí)培訓(xùn)第一模塊之一無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí).ppt

無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí),中級(jí)培訓(xùn)第一模塊之一,內(nèi)容介紹 移動(dòng)通信技術(shù)的演進(jìn) GSM移動(dòng)通信系統(tǒng) 簡單呼叫流程 GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)接口,無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí),數(shù)字技術(shù) IMT-2000 (ITU) UMTS (WCDMA, TD-SCDMA), CDMA 2000,第二代,1990,2000,第一代,第三代,數(shù)字技術(shù) 例如: GSM, CDMA (IS-95),模擬技術(shù) 例如: TACS, AMPS,移動(dòng)通信技術(shù)的演進(jìn),全球移動(dòng)通信系統(tǒng),移動(dòng)通信技術(shù)的演進(jìn),在開始下面的課程之前，我們首先了解一下多址接入的概念，常用的多址接入根據(jù)不同的特點(diǎn)可分為：FDMA、TDMA、CDMA。 FDMA:頻分多址技術(shù)，即不同的用戶占用不同的頻率，通過不同的頻率來區(qū)分不同的用戶。 TDMA:時(shí)分多址技術(shù)，即不同的用戶占用不同的時(shí)間，通過不同的時(shí)間段來區(qū)分不同的用戶 CDMA:碼分多址技術(shù)，所有的用戶都占用同樣的時(shí)間和頻率，但之間有不同的特征。這個(gè)特征為不同的編碼,移動(dòng)通信技術(shù)的演進(jìn),第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)是模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)，主要以英國的TACS和美國的AMPS(Advanced Mobile Phone System)為主。它們都是雙頻、雙工模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)，采用頻分多址技術(shù)（FDMA） 特點(diǎn)： 1、系統(tǒng)容量小。 2、頻譜利用率低。 3、保密性能差。 4、不同的國家采用不同的頻段等原因造成國際漫游受阻。 5、各系統(tǒng)之間沒有公共接口，很難開展數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。,移動(dòng)通信技術(shù)的演進(jìn),第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)是數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，主要以歐洲的GSM和美國的CDMA(IS-95)為主。 GSM采用時(shí)分多址技術(shù)（TDMA）； CDMA(IS-95)采用碼分多址技術(shù)（CDMA）。 特點(diǎn)： 1、具有開放的接口和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，容易擴(kuò)容功能和開發(fā)新業(yè)務(wù)。 2、頻譜利用率相對(duì)較高，系統(tǒng)抗干擾性較強(qiáng)。 3、通過語音加密，保密性能強(qiáng)。 4、在采用GSM的國家之間能夠?qū)崿F(xiàn)國際漫游。 5、可以獲得更好的通話質(zhì)量。 目前們采用的頻段為：890915和935960 ，雙工間隔45MHz，,移動(dòng)通信技術(shù)的演進(jìn),我國陸地蜂窩數(shù)字移動(dòng)通信 網(wǎng)GSM通信系統(tǒng)采用900MHz與1800MHz頻段: GSM900MHz頻段為：890915(移動(dòng)臺(tái)發(fā),基站收),935960(基站發(fā),移動(dòng)臺(tái)收); DCS1800MHz頻段為：17101785(移動(dòng)臺(tái)發(fā),基站收),18051880(基站發(fā),移動(dòng)臺(tái)收);,移動(dòng)通信技術(shù)的演進(jìn),第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)是數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，主要以歐洲的WCDMA、美國的CDMA2000以及我國的TD-SCDMA為主。 特點(diǎn)： 1、每一用戶由不同的碼來區(qū)分，所有用戶分享同樣的頻譜資源，頻 普利用率更高。 2、系統(tǒng)有很高的抗干擾性、抗衰落性、保密性 3、采用軟切換及更軟切換技術(shù)，減少掉話 4、采用Rake多徑分集接收技術(shù)，有效利用多徑傳輸來的信號(hào)，提高 系統(tǒng)的接收性能 5、采用快速功率控制，快速準(zhǔn)確的閉環(huán)功率控制有效地降低近-遠(yuǎn)效 效應(yīng)， 提高系統(tǒng)容量 6、數(shù)據(jù)傳送速率大,其他 MSC,other BTSs,OMC,GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu),GSM 900 : GSM 1800 : 信道間隔： 200kHz,1710,1785,1805,1880,雙工距離 : 95 MHz,890,915,935,960,雙工距離 : 45 MHz,運(yùn)營商 A,運(yùn)營商 B,B,A,暫未分配,GSM系統(tǒng)頻率資源,GSM 900 and GSM 1800 就像一對(duì)孿生兄弟 GSM 900 GSM 1800 頻率帶寬 890.960 MHz 1710.1880 MHz 信道數(shù) 124 372 信道間隔 200 kHz 200 kHz 接入技術(shù) TDMA TDMA 手機(jī)功率 2 W 1 W,GSM900 和 GSM1800沒有很大區(qū)別，通信機(jī)制完全一樣,GSM900/1800 異同比較,GSM900 and GSM1800 的邏輯信道劃分是一樣的,空中接口邏輯信道,搜尋頻率校正脈沖 搜尋同步脈沖 解讀系統(tǒng)消息 偵聽尋呼消息 發(fā)送接入脈沖 信令信道分配 呼叫建立 話音信道分配 通話 呼叫釋放,FCCH SCH BCCH PCH RACH AGCH SDCCH FACCH TCH FACCH,各邏輯信道作用示意,BCCH,CCCH,通用 信道,DCCH,TCH,專用 信道,系統(tǒng)下行信道結(jié)構(gòu),RACH,CCCH,通用 信道,DCCH,TCH,專用 信道,系統(tǒng)上行信道結(jié)構(gòu),邏輯信道到物理信道的映射關(guān)系 信令信道 : 51 個(gè)幀序列 物理信道 : 26 個(gè)幀序列,物理信道同邏輯信道映射關(guān)系,Downlink CCCH,TCH,常用的信道配置,COMBINED 信道組合,NON-COMBINED 信道組合,2.1 電波傳播 2.2 傳播模型 2.3 天線系統(tǒng) 2.4 GSM系統(tǒng)分集技術(shù) 2.5 干擾 2.6 抗干擾措施 2.7 無線鏈路平衡,無線鏈路傳播,電波傳播理論是一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué),無線電波傳播理論,問題：移動(dòng)通信比較固定通信有那些特殊性呢 ? 多徑無線傳播 無線路徑是一個(gè)很復(fù)雜的傳播媒介 手機(jī)發(fā)射功率有限 手機(jī)的發(fā)射功率客觀限制了蜂窩小區(qū)的服務(wù)范圍 手機(jī)電池壽命和對(duì)人體危害決定了發(fā)射功率大小 頻率資源有限 帶寬一定 信道編碼等占用額外頻率資源 頻率需要被重復(fù)利用 = 產(chǎn)生同頻干擾 用戶行為的不確定性,移動(dòng)通信環(huán)境,多徑傳播 陰影效應(yīng) 地形、地貌 反射 信號(hào)的相互干擾,無線信道特點(diǎn),強(qiáng)烈的信號(hào)反射會(huì)帶來無法容忍的信號(hào)時(shí)延 反射信號(hào)落在接收機(jī)均衡器時(shí)間窗口內(nèi)，可以容忍 否則，就會(huì)產(chǎn)生信號(hào)交疊自干擾,直射信號(hào)弱， 反射信號(hào)強(qiáng),反射,慢衰落(正態(tài)衰落) 傳播路徑上大的阻擋物引起的 陰影效應(yīng) 快衰落 (瑞利衰落) 幾路信號(hào)破壞性的疊加 “衰落谷點(diǎn)”, “信號(hào)黑洞”,信號(hào)衰落,信號(hào)衰落,自由空間信號(hào)傳播 信號(hào)強(qiáng)度隨距離指數(shù)倍衰減,反射 鏡面反射 信號(hào)強(qiáng)度: A *A ( - 材料的偏振性決定相位的變化 漫反射 信號(hào)強(qiáng)度: A *A ( 隨機(jī)相位 偏振性影響 : 隨機(jī),D,電波傳播,吸收效應(yīng) 深度信號(hào)衰減 相位變化因材料而異 去偏極,衍射 鍥型模型 刀刃模型 多刀刃模型,A,A - 530 dB,電波傳播,常用單位辨析,日常表征功率常用w、mw等單位，但是在實(shí)際工作當(dāng)中不方便，于是引入了dBm，dB，dBi，dBd,dBw等單位 定義：發(fā)射功率P為1mw時(shí)，折算為dBm后為0dBm 公式為：10*log（P/1mw） 1w=30dBm 5w=37dBm 2w=33dBm 10w=40dBm dBi和dBd是考征增益的值（功率增益），兩者都是一個(gè)相對(duì)值， 但參考基準(zhǔn)不一樣。dBi的參考基準(zhǔn)為全方向性天線，dBd的參考基準(zhǔn)為偶極子，所以兩者略有不同。 dBi= dBd+2.15 常用于天線增益 dB是一個(gè)表征相對(duì)值的值，當(dāng)考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個(gè)dB時(shí)，按下面計(jì)算公式：10lg（甲功率/乙功率）,1,Okumura- Hata（奧村模型） 經(jīng)驗(yàn)公式 適用于大范圍的傳播預(yù)測（5-20Km） 一般不用于小范圍傳播預(yù)測（ 1km） 2,Walfish- Ikegami Model 適用于小范圍傳播預(yù)測（ 1km）,傳播預(yù)測模型,其中 f 頻率，單位為 MHz 150-2000 h 基站天線高度 米 30-200 a(h) 手機(jī)天線高度的函數(shù) d 手機(jī)和基站之間的距離 公里 L 路徑損耗 dB A= 69.55, B = 26.16 (150 1000 MHz) A= 46.3 , B = 33.9 (1000 2000MHz),不同地貌的衰減因子,奧村模型,市區(qū) 小區(qū)半徑小,信號(hào)衰減很大 森林 信號(hào)被強(qiáng)烈阻擋或吸收影響隨季節(jié)不同而變化 開闊田地 信號(hào)傳播容易，接近自由傳播 水面 信號(hào)傳播非常容易，應(yīng)特別注意信號(hào)的水面反射 ! 大山體 信號(hào)被反射 冰川 信號(hào)被強(qiáng)烈反射，容易引起嚴(yán)重干擾 山丘 可以有效用于小區(qū)分界，降低干擾,地物地貌類型,地物地貌類型信號(hào)衰減情況,適用于市區(qū)復(fù)雜情況下微蜂窩傳播預(yù)測 假設(shè)市區(qū)建筑規(guī)則分布 總的信號(hào)傳播損耗包括3大部分： 直線傳播損耗 LLOS 屋頂?shù)浇值佬盘?hào)損耗 LRTS 手機(jī)周為環(huán)境損耗 LMS,h,w,b,d,Walfish- Ikegami模型,時(shí)間分集 頻率分集 空間分集 極化分集 多徑分集,編碼, 交織 跳頻 多單極化天線 雙極化天線 均衡器,f,GSM系統(tǒng)的分集技術(shù),分集增益取決于環(huán)境 分集增益能增加覆蓋嗎? 天線分集 可以獲得3-5dB信號(hào)增益 相當(dāng)于可以容忍更大的路徑損耗 獲得更大的有效覆蓋范圍,以上估算基于傳播環(huán)境平坦而言,分集帶來的好處,信號(hào) = 所有有用信號(hào) carrier 所有無用信號(hào) interference,=,GSM 標(biāo)準(zhǔn): C / I = 9 dB ，工程上， C / I = 12dB,有用信號(hào),環(huán)境噪聲,其他信號(hào),干擾,信號(hào)質(zhì)量下降 比特誤碼 可修復(fù): 信道編碼, 糾錯(cuò) 不可修復(fù) : 相位失真,干擾的影響,接收質(zhì)量 （RXQUAL parameter） 接收質(zhì)量等級(jí) （0 . 7）,RXQUAL Mean BER BER range class (%) from. to 0 0,14 12,8 %,較好,不可容忍,好,可以接受,GSM系統(tǒng)信號(hào)質(zhì)量,多徑信號(hào) (回聲效應(yīng)) 頻率復(fù)用的同鄰頻干擾 外部干擾,網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的提高更要注意網(wǎng)絡(luò)干擾的有效控制,盡可能降低網(wǎng)絡(luò)的干擾,干擾源,科學(xué)的頻率分配方案 合理的站點(diǎn)布局 天線下傾和方位角合理調(diào)整 合理的天線型號(hào) 非法干擾源的排除,good location,降低干擾的方法,FH（跳頻） 一種分集技術(shù), “副作用”就是降低了網(wǎng)絡(luò)干擾 效果 = 更少的衰落谷點(diǎn) 解碼增益 干擾分集 DPC（自動(dòng)功率控制） 原理：評(píng)估信號(hào)電平和質(zhì)量 DTX（不連續(xù)發(fā)射） 語音間隙關(guān)閉發(fā)射機(jī) 。,降低干擾的方法,一種分集技術(shù) 對(duì)抗快衰落 對(duì)靜止和慢速移動(dòng)用戶效果明顯 基帶跳頻 min. =3 TRX 射頻跳頻 分周期和隨即跳頻 寬帶合路器支持 第一個(gè) TRX除外（BCCH）,頻率分集本來是針對(duì)靜止用戶抗快 衰落的，由此卻產(chǎn)生了抗干擾效果,跳頻,延長電池壽命 降低網(wǎng)絡(luò)干擾 可變步長和固定步長 包括上行功控和下行功控 電平和質(zhì)量驅(qū)動(dòng) BSC是總判決者,時(shí)間,信號(hào) 電平,目標(biāo)電平值： e.g. -85 dm,BCCH載頻不參加 功率控制,功率控制,DTX: 不連續(xù)發(fā)射 在語音間歇期關(guān)閉發(fā)射 僅發(fā)射SID frames 接收端碼變換器產(chǎn)生舒適燥聲 DTX: 下行沒有使用，上行在使用,延長電池壽命 降低干擾,不連續(xù)發(fā)射,2.1 電波傳播 2.2 傳播模型 2.3 天線系統(tǒng) 2.4 GSM系統(tǒng)分集技術(shù) 2.5 干擾 2.6 抗干擾措施 2.7 無線鏈路平衡,無線傳播鏈路,什么是鏈路平衡? 雙向通信系統(tǒng)中需要考慮鏈路平衡 不同于電臺(tái)或電視臺(tái)等單向通信系統(tǒng) 原則上下行傳播損耗相同 : downlink = uplink,上下行鏈路必須平衡,傳播鏈路平衡,鏈路預(yù)算,第一步：根據(jù)手機(jī)的發(fā)射功率計(jì)算最大路徑損耗,第二步：計(jì)算基站的最大發(fā)射功率,第三步：設(shè)定信號(hào)門限,第四步：計(jì)算小區(qū)半徑,鏈路預(yù)算,舉例：假如墻體損耗22db