單元6GSM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)課件

《移動通信技術(shù)》通信工程學(xué)院代才莉模塊三第二代移動通信系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)GSM系統(tǒng)CDMAIS-95系統(tǒng)單元7：CDMA系統(tǒng)的特點與組成實訓(xùn)項目第二代移動通信設(shè)備認(rèn)知實訓(xùn)單元1:GSM特點與組成單元2:GSM系統(tǒng)的編號單元3:GSM信道及應(yīng)用單元4:GSM系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)單元5:GSM移動性管理單元6:GSM系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)單元8：CDMA系統(tǒng)的基本原理單元9：碼分多址在CDMAIS-95中的應(yīng)用單元10：CDMAIS-95的信道及其應(yīng)用教學(xué)單元引入

眾所周知，GSM系統(tǒng)是全球移動用戶數(shù)量最多的移動通信系統(tǒng)，其技術(shù)已經(jīng)較為成熟。干擾一直是困擾移動通信系統(tǒng)的一個嚴(yán)峻的問題，那么GSM系統(tǒng)采用了哪些關(guān)鍵技術(shù)來降低系統(tǒng)的干擾呢？學(xué)完本次課，你將能回答以上問題。單元6GSM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握GSM系統(tǒng)所采用的關(guān)鍵技術(shù)；理解時間提前量、跳頻技術(shù)、不連續(xù)發(fā)射技術(shù)、功率控制技術(shù)的基本原理和主要作用。

重點與難點重點：GSM移動通信系統(tǒng)中時間提前量、跳頻技術(shù)、不連續(xù)發(fā)射技術(shù)、功率控制技術(shù)的基本原理和主要作用。難點：基帶跳頻與射頻跳頻。課前復(fù)習(xí)GSM系統(tǒng)的移動性管理指什么？引起切換的原因有哪些？?預(yù)習(xí)檢測1.在GSM系統(tǒng)中，如果上行TCH信道采用的是TS3，則下行信道應(yīng)該采用第幾個時隙？和這個相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)叫什么？2.你知道什么是功率控制嗎？能用形象的語言或者比喻或者動作來表示它嗎？?內(nèi)容1:時間提前量內(nèi)容2:跳頻技術(shù)內(nèi)容3:不連續(xù)發(fā)送DTX內(nèi)容4:功率控制技術(shù)

單元6GSM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在GSM系統(tǒng)中，由于空中接口采用TDMA技術(shù)，移動臺必須在指配給它的時隙內(nèi)發(fā)送，而在其他的時間必須保持寂靜，否則會干擾使用同一載頻其他時隙上的用戶。如圖1所示。

圖1TCH上下行偏移內(nèi)容1:時間提前量由于信號在空間傳輸是有延遲的，如移動臺在呼叫期間向遠離基站的方向移動，則從基站發(fā)出的信號將“越來越遲”的到達移動臺，與此同時，移動臺的信號也會“越來越遲”的到達基站，延遲過長會導(dǎo)致基站收到的某移動臺在本時隙上的信號與基站收下一個其它移動臺信號的時隙相互重疊，引起碼間干擾，因此，在呼叫進行期間，移動臺發(fā)給基站的測量報告上攜帶有移動臺測量的時延值，而基站必須監(jiān)視呼叫到達的時間，并在下行信道上以480ms一次的頻率向移動臺發(fā)送指令，指示移動臺提前發(fā)送的時間，這個時間就是時間提前量。內(nèi)容1:時間提前量內(nèi)容1:時間提前量內(nèi)容2:跳頻技術(shù)內(nèi)容3:不連續(xù)發(fā)送DTX內(nèi)容4:功率控制技術(shù)

單元6GSM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)字移動通信系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)抗干擾能力，常用到擴頻技術(shù)，其中包括直擴方式和跳頻方式，在GSM系統(tǒng)中采用的是跳頻方式。其目的是：1、改善傳輸質(zhì)量2、改善網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量3、確保通信的秘密性和抗干擾性內(nèi)容2:跳頻技術(shù)引入跳頻的原因有兩個。第一是基于頻率分集的原理，用于對抗瑞利衰落。第二是基于干擾源特性，引入跳頻使得干擾能在許多呼叫頻點之間分散，而不是集中在一個呼叫頻點上。引入跳頻的原因跳頻的原理跳頻是指載波頻率在很寬頻帶范圍內(nèi)按某種序列進行跳變。信息數(shù)據(jù)經(jīng)過調(diào)制后成為基帶信號，送入載波調(diào)制，然后載波頻率在偽隨機碼的控制下改變頻率，這種偽隨機碼序列即為跳頻序列。最后再經(jīng)過射頻濾波器送至天線發(fā)射出去。接收機根據(jù)跳頻同步信號和跳頻序列確定接收頻率，把相應(yīng)的跳頻后信號接收下來，進行解調(diào)，如圖2所示。跳頻的原理圖2跳頻的原理同步電路跳頻序列發(fā)生器可變頻率合成器信息調(diào)制上變頻發(fā)送信息解調(diào)下變頻接收跳頻的原理跳頻技術(shù)對接收信號的改善如下圖3所示：

其跳頻的增益為：G＝10LgN(N為頻點數(shù)目）圖3跳頻技術(shù)對接收信號的改善非跳頻網(wǎng)絡(luò)中的干擾情形空間上干擾集中在同頻的信道時間上干擾無時不在用戶受到持續(xù)的干擾解決手段－加大同頻基站的距離代價－頻率復(fù)用程度的降低f1f1Interferenceareas圖4非跳頻網(wǎng)絡(luò)的干擾空間上干擾分布在各個扇區(qū)時間上干擾無時不在用戶僅受到臨時的干擾f1

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f3f4圖5跳頻網(wǎng)絡(luò)中的干擾非跳頻網(wǎng)絡(luò)中的干擾情形

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f3f4干擾在時域和空間的分散－－干擾分集減少每個用戶受到干擾的機率充分發(fā)揮信道編碼和交織技術(shù)平均話音質(zhì)量得以提高圖5跳頻網(wǎng)絡(luò)中的干擾非跳頻網(wǎng)絡(luò)中的干擾情形跳頻的分類跳頻技術(shù)由來已久，首先用于軍事方面，其目的是保密。在GSM中有兩種方法實現(xiàn)跳頻，即基帶跳頻和射頻跳頻。基帶跳頻的原理是將話音數(shù)字信號隨時間的變換使用不同頻率的發(fā)射機發(fā)射。原理如圖6所示。頻率時間f4f3f2f1T1T2T6T7T8T9T10圖6基帶跳頻的原理基帶跳頻的原理T3T4T5調(diào)制信道編碼與交織語音數(shù)字化及編碼f1f2f3f4f1信息通過不斷跳躍的頻率被傳輸圖7跳頻信號的發(fā)射基帶跳頻的原理基帶跳頻的原理是將話音數(shù)字信號隨時間的變換使用不同頻率的發(fā)射機發(fā)射，原理如下圖8示?；鶐l的實現(xiàn)框圖TRX1基帶信號f3f2f1TRX2TRX3發(fā)射器時隙交換圖8基帶跳頻的實現(xiàn)原理射頻跳頻的原理是將話音數(shù)字信號用固定的發(fā)射機，由跳頻序列控制，采用不同頻率發(fā)射。原理如圖9所示。廣播信道不允許跳頻?。ㄌl：F1-Fn）圖9射頻跳頻的原理TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS8TS9TS10BCCH固定頻率F0射頻跳頻的原理射頻跳頻的實現(xiàn)框圖射頻跳頻比基帶跳頻具有更高的性能改善和抗同頻干擾能力，但只有每個小區(qū)擁有4個頻率以上時效果才比較明顯。下圖10為實現(xiàn)框圖。射頻調(diào)制頻率合成器TDMA幀處理器射頻調(diào)制TDMA幀處理器頻率合成器1頻率合成器n發(fā)射機TRX1TRX2f0f1-fn圖10射頻跳頻的實現(xiàn)原理比較兩種跳頻技術(shù)（1）射頻跳頻比基帶跳頻有更高的性能改善和抗同頻干擾能力。（2）基帶跳頻實現(xiàn)簡單，發(fā)射機的頻率固定，但對每個小區(qū)的載頻數(shù)有要求，不能小于4個載頻。（3）射頻跳頻的發(fā)射機頻率由跳頻序列控制而改變，小區(qū)只需要有2個載頻即可實現(xiàn)，但射頻跳頻損耗大，對基站覆蓋范圍有影響。因此，綜上所述現(xiàn)階段跳頻技術(shù)比較成熟，而射頻跳頻具有很多優(yōu)勢，所以大部分采用射頻跳頻。內(nèi)容1:時間提前量內(nèi)容2:跳頻技術(shù)內(nèi)容3:不連續(xù)發(fā)送DTX內(nèi)容4:功率控制技術(shù)

單元6GSM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)不連續(xù)發(fā)送DTX不連續(xù)發(fā)送DTX（DiscontinuousTransmission）。在一個正常的通話中，主叫和被叫存在談話和沉默兩種狀態(tài)，聽對方講話的時間大約占一半。如果沒有話音進入麥克風(fēng)，也就沒有信息在無線信道上發(fā)送。不連續(xù)發(fā)送是僅在檢測到通信中有話音時才發(fā)射。所以利用語音編碼器檢測到話音間隙后，在間隙期不發(fā)送，這就是所謂的不連續(xù)發(fā)送。通話時進行13Kb/s編碼，停頓期用500b/s編碼發(fā)送舒適的噪聲，如圖11所示。不連續(xù)發(fā)送DTXGSM系統(tǒng)中采用DTX方式，并不是在語音間隙簡單地關(guān)閉發(fā)射機，而是要求在發(fā)射機關(guān)閉之前，必須把發(fā)端背景噪聲的參數(shù)傳送給收端，收端利用這些參數(shù)合成與發(fā)端相似的噪聲（通常稱為“舒適噪聲”）。圖11DTX方式話音幀的傳輸不連續(xù)發(fā)送DTXDTX基本原理如圖12所示：

語音活動檢測語音編碼器舒適噪聲估計發(fā)射信道語音輸入語音活動檢測語音編碼器舒適噪聲估計發(fā)射信道語音輸入語音活動檢測語音編碼器舒適噪聲估計發(fā)射發(fā)射信道語音輸入圖12DTX原理圖不連續(xù)發(fā)送DTX不連續(xù)發(fā)送DTX的優(yōu)點：1）降低空中總的干擾電平2）節(jié)約發(fā)射機的功耗不連續(xù)發(fā)送DTX的缺點：當(dāng)通信雙方都是GSM的移動用戶時，如果系統(tǒng)上下行都采用DTX功能，那么語音質(zhì)量會受到一定的影響。內(nèi)容1:時間提前量內(nèi)容2:跳頻技術(shù)內(nèi)容3:不連續(xù)發(fā)送DTX內(nèi)容4:功率控制技術(shù)

單元6GSM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)概念：功控即功率控制，就是根據(jù)需要調(diào)整基站與手機的發(fā)射功率。目的：在保證足夠好的通話質(zhì)量的情況下，降低發(fā)射功率，從而降低網(wǎng)絡(luò)的干擾、減少功耗。功控是什么？為什么要功控？?功率控制技術(shù)功率控制技術(shù)所謂的功率控制，就是在無線信號發(fā)射時對手機或基站的實際發(fā)射功率進行控制，以盡可能降低基站或手機的發(fā)射功率，這樣就能降低手機和基站的功耗以及降低整個GSM網(wǎng)絡(luò)干擾。當(dāng)然，功率控制的前提是要保證正在通話的信道擁有比較好的通信質(zhì)量。功控的分類：功率控制分為上行功率控制和下行功率控制，上下行控制獨立進行。ValuemeasuredatdownlinkValuemeasuredatuplink上行功控：調(diào)整MS的輸出功率，使BTS獲得穩(wěn)定接收信號強度，以減小同同頻道和鄰頻道的干擾，降低移動臺功耗。下行功控：調(diào)整BTS輸出功率，使MS獲得穩(wěn)定接收信號強度，以減小同同頻道和鄰頻道的干擾，降低基站功耗。功率控制技術(shù)功率控制技術(shù)提供功率控制過程進行決策的原始信息是來自手機和基站的測量數(shù)據(jù)，通過處理和分析這些原始數(shù)據(jù)，作出相應(yīng)的控制決策。和切換控制過程類似，一般來說，整個功率控制過程,如圖13所示。測量數(shù)據(jù)保存測量數(shù)據(jù)平均處理功率控制決策功率控制命令發(fā)送測量數(shù)據(jù)修正圖13功率控制過程功率控制技術(shù)功率控制的速度最快是480ms一次，也就是說，一個完整功率控制過程最快是480ms被執(zhí)行一次。功率控制過程的控制幅度都是固定的，一般取值是2dB或4dB，然而，在很多實際的情況下，固定的功率控制幅度并不能達到最優(yōu)的效果。功率控制技術(shù)當(dāng)MS在離基站很近的地方發(fā)起呼叫，它使用的初始發(fā)射功率是小區(qū)BCCH信道上廣播的系統(tǒng)消息中手機最大發(fā)射功率，很明顯，這時由于手機離基站的天線非常近，功率控制過程應(yīng)該盡可能快地將它的發(fā)射功率降下去。然而，每次只能命令手機降2dB或4dB，加上每兩次功率控制之間會有一定的間隔，因此，要將手機發(fā)射功率降到合理的值，會經(jīng)歷一段比較長的時間，下行方向也是一樣的。這對降低整個GSM網(wǎng)絡(luò)的干擾情況明顯不利，要改善這一點，就是加大每次功率控制的幅度，這就是快速功率控制的核心思想。功率控制技術(shù)快速功率控制過程能夠根據(jù)實際的信號強度和信號質(zhì)量情況，判斷出應(yīng)該使用的功率控制幅度，不再局限于一個固定的幅度，這樣就可以輕易解決手機初始接入時功率的控制問題。當(dāng)然，它的作用也不僅僅局限于這種情況，還有很多，比如快速移動的手機、突然出現(xiàn)的干擾或障礙等等，只要出現(xiàn)需要進行大幅度功率控制的現(xiàn)象，快速功率控制過程都能夠完滿地給予解決。課程總結(jié)本次任務(wù)完成了GSM空中接口關(guān)鍵技術(shù)的學(xué)習(xí)，內(nèi)容包括時間提前量、跳頻技術(shù)、不連續(xù)發(fā)送DTX、功率控制技術(shù)以小組為單位，在完成今天學(xué)習(xí)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，查閱相關(guān)