中級培訓第一模塊之一無線網(wǎng)絡基礎知識.ppt

無線網(wǎng)絡基礎知識,中級培訓第一模塊之一,內容介紹 移動通信技術的演進 GSM移動通信系統(tǒng) 簡單呼叫流程 GSM移動通信系統(tǒng)接口,無線網(wǎng)絡基礎知識,數(shù)字技術 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 例如: GSM, CDMA (IS-95),模擬技術 例如: TACS, AMPS,移動通信技術的演進,全球移動通信系統(tǒng),移動通信技術的演進,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)不同的特點可分為：FDMA、TDMA、CDMA。 FDMA:頻分多址技術，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:時分多址技術，即不同的用戶占用不同的時間，通過不同的時間段來區(qū)分不同的用戶 CDMA:碼分多址技術，所有的用戶都占用同樣的時間和頻率，但之間有不同的特征。這個特征為不同的編碼,移動通信技術的演進,第一代移動通信系統(tǒng)是模擬移動通信系統(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、雙工模擬移動通信系統(tǒng)，采用頻分多址技術（FDMA） 特點： 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。,移動通信技術的演進,第二代移動通信系統(tǒng)是數(shù)字移動通信系統(tǒng)，主要以歐洲的GSM和美國的CDMA(IS-95)為主。 GSM采用時分多址技術（TDMA）； CDMA(IS-95)采用碼分多址技術（CDMA）。 特點： 1、具有開放的接口和統(tǒng)一標準，容易擴容功能和開發(fā)新業(yè)務。 2、頻譜利用率相對較高，系統(tǒng)抗干擾性較強。 3、通過語音加密，保密性能強。 4、在采用GSM的國家之間能夠實現(xiàn)國際漫游。 5、可以獲得更好的通話質量。 目前們采用的頻段為：890915和935960 ，雙工間隔45MHz，,移動通信技術的演進,我國陸地蜂窩數(shù)字移動通信 網(wǎng)GSM通信系統(tǒng)采用900MHz與1800MHz頻段: GSM900MHz頻段為：890915(移動臺發(fā),基站收),935960(基站發(fā),移動臺收); DCS1800MHz頻段為：17101785(移動臺發(fā),基站收),18051880(基站發(fā),移動臺收);,移動通信技術的演進,第三代移動通信系統(tǒng)是數(shù)字移動通信系統(tǒng)，主要以歐洲的WCDMA、美國的CDMA2000以及我國的TD-SCDMA為主。 特點： 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，減少掉話 4、采用Rake多徑分集接收技術，有效利用多徑傳輸來的信號，提高 系統(tǒng)的接收性能 5、采用快速功率控制，快速準確的閉環(huán)功率控制有效地降低近-遠效 效應， 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)結構,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,運營商 A,運營商 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 TDMA TDMA 手機功率 2 W 1 W,GSM900 和 GSM1800沒有很大區(qū)別，通信機制完全一樣,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)下行信道結構,RACH,CCCH,通用 信道,DCCH,TCH,專用 信道,系統(tǒng)上行信道結構,邏輯信道到物理信道的映射關系 信令信道 : 51 個幀序列 物理信道 : 26 個幀序列,物理信道同邏輯信道映射關系,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 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謹?shù)目茖W,無線電波傳播理論,問題：移動通信比較固定通信有那些特殊性呢 ? 多徑無線傳播 無線路徑是一個很復雜的傳播媒介 手機發(fā)射功率有限 手機的發(fā)射功率客觀限制了蜂窩小區(qū)的服務范圍 手機電池壽命和對人體危害決定了發(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 頻率需要被重復利用 = 產生同頻干擾 用戶行為的不確定性,移動通信環(huán)境,多徑傳播 陰影效應 地形、地貌 反射 信號的相互干擾,無線信道特點,強烈的信號反射會帶來無法容忍的信號時延 反射信號落在接收機均衡器時間窗口內，可以容忍 否則，就會產生信號交疊自干擾,直射信號弱， 反射信號強,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 快衰落 (瑞利衰落) 幾路信號破壞性的疊加 “衰落谷點”, “信號黑洞”,信號衰落,信號衰落,自由空間信號傳播 信號強度隨距離指數(shù)倍衰減,反射 鏡面反射 信號強度: A *A ( - 材料的偏振性決定相位的變化 漫反射 信號強度: A *A ( 隨機相位 偏振性影響 : 隨機,D,電波傳播,吸收效應 深度信號衰減 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，但是在實際工作當中不方便，于是引入了dBm，dB，dBi，dBd,dBw等單位 定義：發(fā)射功率P為1mw時，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），兩者都是一個相對值， 但參考基準不一樣。dBi的參考基準為全方向性天線，dBd的參考基準為偶極子，所以兩者略有不同。 dBi= dBd+2.15 常用于天線增益 dB是一個表征相對值的值，當考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個dB時，按下面計算公式：10lg（甲功率/乙功率）,1,Okumura- Hata（奧村模型） 經(jīng)驗公式 適用于大范圍的傳播預測（5-20Km） 一般不用于小范圍傳播預測（ 1km） 2,Walfish- Ikegami Model 適用于小范圍傳播預測（ 1km）,傳播預測模型,其中 f 頻率，單位為 MHz 150-2000 h 基站天線高度 米 30-200 a(h) 手機天線高度的函數(shù) d 手機和基站之間的距離 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,信號衰減很大 森林 信號被強烈阻擋或吸收影響隨季節(jié)不同而變化 開闊田地 信號傳播容易，接近自由傳播 水面 信號傳播非常容易，應特別注意信號的水面反射 ! 大山體 信號被反射 冰川 信號被強烈反射，容易引起嚴重干擾 山丘 可以有效用于小區(qū)分界，降低干擾,地物地貌類型,地物地貌類型信號衰減情況,適用于市區(qū)復雜情況下微蜂窩傳播預測 假設市區(qū)建筑規(guī)則分布 總的信號傳播損耗包括3大部分： 直線傳播損耗 LLOS 屋頂?shù)浇值佬盘枔p耗 LRTS 手機周為環(huán)境損耗 LMS,h,w,b,d,Walfish- Ikegami模型,時間分集 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,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信號增益 相當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 = 所有有用信號 carrier 所有無用信號 interference,=,GSM 標準: C / I = 9 dB ，工程上， C / I = 12dB,有用信號,環(huán)境噪聲,其他信號,干擾,信號質量下降 比特誤碼 可修復: 信道編碼, 糾錯 不可修復 : 相位失真,干擾的影響,接收質量 （RXQUAL parameter） 接收質量等級 （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)信號質量,多徑信號 (回聲效應) 頻率復用的同鄰頻干擾 外部干擾,網(wǎng)絡質量的提高更要注意網(wǎng)絡干擾的有效控制,盡可能降低網(wǎng)絡的干擾,干擾源,科學的頻率分配方案 合理的站點布局 天線下傾和方位角合理調整 合理的天線型號 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, “副作用”就是降低了網(wǎng)絡干擾 效果 = 更少的衰落谷點 解碼增益 干擾分集 DPC（自動功率控制） 原理：評估信號電平和質量 DTX（不連續(xù)發(fā)射） 語音間隙關閉發(fā)射機 。,降低干擾的方法,一種分集技術 對抗快衰落 對靜止和慢速移動用戶效果明顯 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 TRX除外（BCCH）,頻率分集本來是針對靜止用戶抗快 衰落的，由此卻產生了抗干擾效果,跳頻,延長電池壽命 降低網(wǎng)絡干擾 可變步長和固定步長 包括上行功控和下行功控 電平和質量驅動 BSC是總判決者,時間,信號 電平,目標電平值： 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 在語音間歇期關閉發(fā)射 僅發(fā)射SID frames 接收端碼變換器產生舒適燥聲 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 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 不同于電臺或電視臺等單向通信系統(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,鏈路預算,第一步：根據(jù)手機的發(fā)射功率計算最大路徑損耗,第二步：計算基站的最大發(fā)射功率,第三步：設定信號門限,第四步：計算小區(qū)半徑,鏈路預算,舉例：假如墻體損耗22db