培训讲座PPT GSM基本原理.ppt
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1、GSM 原理,内部培训,2,目录,1.GSM系统基本结构和原理2.GSM系统中的无线参数3.关于双频组网,一.GSM系统基本结构和原理,4,移动通信与特点,移动通信是指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息交互的通信。可以是移动台与移动台之间的通信,也可以是移动台与固定用户之间的通信。由于用户的移动性,其管理技术要比固定通信复杂,同时,由于移动通信网中依靠的是无线电波的传播,其传播环境要比固定网中有线媒质的传播特性复杂,因此,移动通信有着与固定通信不同的特点。1、无线电波传播环境复杂。移动通信的电波处在特高频(300M3000MHz)频段,即分米微波段,传播的主要方式是空间传播,又称视距传播,
2、电磁波在传播时不仅有直射信号,而且还会经地面、建筑群或障碍物等产生反射、折射、绕射传播,从而产生多径传播引起的快衰落、阴影效应引起的慢衰落等衰落,以及多卜勒频移。因此移动通信系统要有分集接收等抗衰落措施,才能保证正常运行。2、噪声和干扰严重。移动台在移动时既受到环境噪声的干扰,又有系统干扰。由于系统内有多个用户和采用频率复用技术,因此,移动通信系统有互调干扰、邻道干扰、同频干扰等主要的系统干扰。这就要求移动通信系统需要合理的同频复用规划和无线网络优化等措施。3、用户的移动性。用户具有移动性和移动的不可予知性,因此,系统中要有完善的管理技术来对用户的位置进行登记、跟踪,不因为位置的改变而中断通信
3、。4、有限的频率资源。无线网络频率资源是有限的,ITU 对无线频率的划分有严格的规定,采取频率复用和跳频技术等,提高系统的频率利用率是移动通信系统的又一重要特点。,5,移动通信多址技术,在蜂窝通信系统中,移动台是通过基站和其他移动台进行通信的,因此必须对移动台和基站的信息加以区别,使基站能区分是哪个移动台发来的信号,而各移动台又能识别出哪个信号是发给自己的,要解决这个问题,就必须给每个信号赋以不同的特征,使多用户共用公共的信道,这就是多址技术。当把多个用户接入一个公共的传输媒质实现相互间通信时,需要给每个用户的信号赋以不同的特征,以区分不同的用户,这种技术称为多址技术。移动通信中常用的主要有、
4、和等多址方式。、频分多址()。把整个可分配的频谱划分成许多单个无线载频,每个载频信道可以传输一路话音或控制信息,在通信时,不同的移动台占用不同频率的信道进行通信。、时分多址(TDMA)。TDMA 是把时间分成周期性的帧,每一帧再分割成若干时隙(无论帧或时隙都是互不重叠的),每一个时隙就是一个通信信道。通信时,给每个用户分配一个时隙,使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发射信号。这样,同一个频道就可以供几个用户同时进行通信。3、码分多址(CDMA)。对于时域上的脉冲信号,其脉冲宽度越窄,频谱就越宽。那么,如果用所需要传送的信号信息去调制很窄的脉冲序列,就可以将信号的带宽进行扩展。所谓扩频调
5、制,就是指用所需要传送的原始信号去调制窄脉冲序列,使信号所占的频带宽度远大于所传原始信号本身需要的带宽。这个窄脉冲序列称为扩频码。由于信号扩展在非常宽的带宽上,因此来自同一无线信道的用户干扰就很小,使得多个用户可以同时分享同一无线信道。在通信系统中,如果多用户使用相同频率和时间上都是重叠的,而采用每个移动台分配一个独特的码序列,与所有别的码序列都不相同,用这种不同的正交编码序列来区分不同的用户,在发送时,信号信息和该用户的码序列相乘进行扩频调制,在接收端,接收器使用与发端同样的码序列对宽带信号进行解扩,恢复出原始信号,而其他使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。这种靠不
6、同的码序列来区分不同的移动台,称为码分多址。,6,多址技术,多址技术主要是解决多用户共享系统无线资源的问题。频率、时间、正交码是三种易于使用的资源,对应的有三种基本的多址方式,即频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)多址方式的选择取决于通信系统的应用环境和要求。移动通信网络面临着用户数量和通信业务量的激增,从而引发了在有限的频率资源情况下如何提高通信系统的容量问题。,7,频分多址,频分多址是把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道(也称信道)分配给不同的用户使用。这些频道互不交叠,其宽度应能传输一路数字话音信息,而在相邻频道之间无明显的串扰。,8,时分多址,时分多址
7、是把时间分割成周期性的帧,每一帧再分割成若干个时隙(无论帧或时隙都是互不重叠的),再根据一定的时隙分配原则,使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发送信号,在满足定时和同步的条件下,基站可以分别在各时隙中接收到各移动台的信号而不混扰。同时,基站发向多个移动台的信号都按顺序安排。在预定的时隙中传输,各移动台只要在指定的时隙内接收,就能在合路的信号中把发给它的信号区分出来,9,码分多址,码分多址系统中,不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分,而是用各自不同的编码序列来区分,也可以说是靠信号的不同波形来区分。CDMA通信系统既不分频道又不分时隙,无论传送何种信息的信道都靠采用不
8、同的码型来区分。这种信道属于逻辑信道,逻辑信道无论从频域或者时域来看都是相互重叠的,也可以说它们均占用相同的频段和时间。,10,TDMA与FDMA比较,1、TDMA系统的基站只用一部发射机,可以避免象FDMA系统那样因多部不同频率的发射和同时工作而产生的互调干扰。2、TDMA系统不存在频率分配问题,对时隙的管理和分配通常要比对频率的管理与分配简单而经济。所以,TDMA系统更容易进行时隙的动态分配。如果采用话音检测技术,实现有话音时分配时隙,无话音时不分配时隙,这样还有利于提高系统容量。因移动台只在指定的时隙中才接收基站发给的信息,因而在一帧的其它时隙中,可以测量其它基站发送的信号强度,或检测网
9、络系统发送的广播信息和控制信息,这对于加强通信网络的控制功能和保证移动台的越区切换都有利。3、TDMA系统必须有精确的定时和同步,保证各移动台发送信号不会在基站发生重叠或混淆,并且能准确地在指定的时隙中接收基站发给它的信号。同步技术是TDMA系统正常工作的重要保证,它也是非常复杂的技术问题。,11,移动通信的发展,移动通信并不是一项很新的技术,但却是发展非常迅速的技术。移动通信可以说从 1897 年马可尼所完成的无线通信试验之日起就产生了。现代移动通信的发展始于 20 世纪 20 年代(美国警察的车载无线电系统),而公用移动通信是从 20 世纪 60 年代开始的。公用移动通信系统的发展已经经历
10、了第一代(1G)和第二代(2G),并将继续朝着第三代(3G)和第四代(4G)的方向发展。第一代移动通信系统为模拟蜂窝移动通信系统,以美国的 AMPS(IS-54)和英国的 TACS 为代表,采用频分双工、频分多址制式。由于采用频分多址,信道利用率较低,因此通信容量有限;模拟通信,保密性较差;不能提供非话数据业务。第二代移动通信系统为数字蜂窝移动通信系统,以 GSM 和窄带 CDMA 为典型代表。采用了数字技术,多址方式由频分多址转向时分多址和码分多址技术,双工技术仍采用频分双工。典型的数字移动通信制式主要有泛欧的 GSM、美国的 D-AMPS(IS-136)、日本的 JDC(又称 PDC)和窄
11、带 CDMA 系统(IS-95)等。第三代移动通信系统即 IMT-2000,要能高速传输支持多媒体业务,在车速环境下 144kb/s;步行环境 384kb/s;室内环境 2Mb/s。目前有三大主流技术标准 WCDMA、CDMA2000 和 TD-SCDMA。中国提出的 TD-SCDMA 采用了 TDD、智能天线和同步 CDMA 技术,具有适合非对称数据传输、容量大、频段使用灵活等特点。,12,移动通信的发展,由大区向蜂窝的发展:,*容量大幅度提高,*功率大大降低,*连续覆盖面广,*技术难度提高,13,移动通信的发展,由模拟向数字的发展:,第一代蜂窝系统:*AMPS(美国)*TACS(英国)*N
12、MT(北欧)*NAMTS(日本),第二代蜂窝系统:*GSM/DCS1800(欧洲)*IS-95 CDMA(美国),第三代蜂窝系统:*WCDMA(欧洲)*cdma2000(美国)*TD-SCDMA(中国),14,GSM 系统,GSM 系统由移动台 MS、基站子系统 BSS、网络子系统 NSS 和操作子系统 OSS 四个部分组成,如图 1.1 所示。移动台是移动网中的用户终端,包括移动设备(ME)和移动用户识别模块 SIM 卡。SIM 卡上包含所有与用户有关的信息,也含有鉴权和加密实现的信息。基站子系统(BSS)由基站收发信台(BTS)和基站控制器(BSC)组成;负责在一定区域内与移动台之间的无线
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