1、1,2016年7月,移动通信基本原理,目录,移动通信发展 移动通信系统的工作过程 基本概念 电波传播 抗干扰、抗衰落技术,2,3,移动通信发展历程,语音业务,语音业务,宽带业务,数据业务,4,移动通信系统工作过程,Interleaving,信源编码,信道编码 交织,加扰,扩频,调制,射频发射,语音信号的数模转换,对信息进行编码，达到纠错和抗干扰的目的,对信号进行加扰,加入用于识别用户的信息，将窄带信号拓宽,将数字信号调制成模拟信号,将模拟信号加到载波上进行发射,多址技术 频率复用 位置登记 切换 爱尔兰 阻塞率 GOS,5,移动通信基本概念,6,多址技术,同一时间同一频段上根据不同的扩频码进行
2、区分用户.,不同的用户占用不同的频段.,7,频率复用,FDMA 频率复用,CDMA 频率复用,移动通信环境下场强变化剧烈 场强变化的平均值随距离增加而衰减 场强特性曲线的中值呈慢速变化-慢衰落 场强特性曲线的瞬时值呈快速变化-快衰落,8,移动通信的场强特征,自由空间损耗：PathLoss=32.4+20lgf+20lgd,9,无线电波传播,建筑物反射波 绕射波 直达波 地面反射波,10,多径及衰落,快衰落 由合成波的振幅和相位随移动台的运动起伏变化很大，服从瑞利分布 时间选择性衰落 空间选择性衰落 频率选择性衰落,11,多径效应,多径效应是由于山丘、建筑物等的反射、散射或绕射，使得移动台与基站
3、之间的信号传播途径有多条，此时接收到的信号是发射信号经过若干次反射、绕射或散射后的叠加，影响接收端对信号的判别和提取。,移动台在运动中，由于大型建筑物和其他物体对电波的传输路径的阻挡而在传播接收区域上形成半盲区，从而形成电磁场阴影，这种随移动台位置的不断变化而引起的接收点场强中值的起伏变化叫做阴影效应。阴影效应是产生慢衰落的主要原因。,12,阴影效应,13,多普勒频移,当移动终端在运动中，特别是在高速情况下通信时，移动终端和 基站接收端的信号频率会发生变化，称为多普勒效应。多普勒效应所引起的频移称为多普勒频移。它揭示了波的属性在运动中发生变化的规律.,其中：为移动台移动方向和入射波方向的夹角；
4、v是移动台运动速度；c为电磁波传播速度C=3108m/s；f为载波频率Hz。从上式可以看出:用户移动方向和电磁波传播的方向相同时，多普勒频移为正；完全垂直时，没有多普勒频移。在移动台远离基站方向移动时，频率为负；在移动台向基站方向移动时，频率升高。,14,分集技术概念,分集技术,接收多路不相关的信号并合并，主要目的是克服衰落,空间分集技术-用2个以上的天线接收同一个信号 频率分集技术-用2个以上的载波频率传输 时间分集技术-在不同时间接收同一个信号 极化分集技术-接收垂直和水平极化信号,常用的分集技术,多径的每一径时延不同，进行多径分离合并 重发时间大于信道的相关时间-ARQ技术 用信道相关时
5、间，设计交织编码的深度,15,时间分集技术,RAKE接收机是时间分集的典型应用,多天线阵元分集 多天线发射分集 多天线接收分集 ， 其中，条件ddc， dc为空间相关距离,16,空间位置分集,形成方向图，在不同的到达方向上给予不同的天线增益。可以提高接收信号的信噪比，从而提高系统的容量，可以将频率相近但空间可分离的信号分离开。,智能天线(空间角度分集),17,两个频率成分具有相互独立的衰落特性 条件f2-f1 Bc,18,频率分集技术,合并信号的表达式分类选择性合并(Selective Combining)等增益合并(Equal-Gain Combining)最大比合并(maximal Rat
6、io Combining),19,分集合并技术,20,邻道和同频、互调干扰,邻频干扰：相邻或邻近频道的信号相互干扰 同频干扰：由于频率复用，也引入了同频干扰 互调干扰：当两个或多个干扰信号同时加到接收机时，由于非线性的 作用，干扰的组合频率有时会恰好等于或接近有用信号频率而顺利通 过接收机，其中三阶互调最严重。由此形成的干扰，称为互调干扰,邻道干扰定义及来源：指来自于相邻或相近频道的干扰 调制边带扩展干扰：指话音信号经调频后，某些边带频率或边频分量落入邻道接收机的通带内，造成调制边带扩展而干扰邻道。 具体表现：移动台靠近基站时，移动台发射机的调制边带扩展和边带辐射噪声对正在工作的基站接收机产生
7、的干扰。 解决办法： 严格限制调制信号带宽 降低发射机本身的边带噪声功率 移动台采用自动功率控制装置 网络设计时加大频道间隔 加大上下行频率差。,邻道干扰,21,同频复用：在蜂窝系统中为提高频率利用率将一组频率分配给相隔一定距离的多个服务小区使用。 同道干扰（也称同频干扰）是指所有落在接收机通带范围内的与有用信号频率相同的无用信号的干扰。由于频率相同，因而无法滤除和抑制它。 射频（RF）防护比：保证接收信号的质量，必须使接收端的有用信号电平与干扰电平之比S/I大于某个数值。,同道干扰（同频干扰）,在CDMA系统中，所有用户使用的是同一个工作频率，因而其远近效应更为突出！,22,实例：MSA移动
8、到小区的边缘，这时BS接收到来自MSA的信号很弱。而MSB正接近于此小区的BS且工作于邻近频道。在这种情况下，MSB将对BS接收MSA的信号产生较强的邻道干扰。这种干扰情况也称作远近效应。,远近效应,减小远近效应的有效措施如下： 避免相邻或相近的频道在同一个小区使用。 采用功率控制技术，使所有移动台发射的信号在到达基站时的功率大致相同,实例1,实例2,23,互调干扰的产生原因及条件 互调干扰：当两个或多个不同频率的信号同时输入到非线性电路时，由于非线性的作用，会产生许多谐波和组合频率分量（互调产物），当互调产物与所需信号频率相接近且电平足够大时会顺利地通过接收机而对有用信号形成干扰，即为互调干
9、扰。,互调干扰,24,1、多信道共用同频复用： 提高频率利用率多信道共用技术： 提高信道的利用率,频道、信道利用率,25,1.呼叫话务量的计算话务量是度量通信系统业务量或繁忙程度的指标。所谓呼叫话务量A，是指单位时间内（1小时）进行的平均电话交换量。 它可用下面公式来表示：式中： C每小时平均呼叫次数t0每次呼叫平均占用信道的时间 如果t0以小时为单位，则话务量A的单位是爱尔兰（Erlang，占线小时，简称Erl）。如果在一个小时内不断地占用一个信道，则其呼叫话务量为1 Erl。 它是一个信道具有的最大话务量。,服务等级和话务量（1）,26,2.服务等级（忙时呼损率GOS） 在一个通信系统中，
10、信道数不够多而无法承载用户话务量造成呼叫失败的概率称为呼损率（B）。显然，呼损率B愈小，用户就越满意。也称为系统服务等级GOS。但同时B越小，可提供用户数越小。 则完成话务量A为： 呼损率B为 ： 信道利用率：呼损率与话务量是一对矛盾即服务等级与信道利用率是矛盾的！,服务等级和话务量（2）,27,切换分类： 空闲切换：手机处于空闲时，改变小区的连接。GSM中称作为“小区重选”。CDMA中称为“空闲切换”。 硬切换：指在新的连接建立以前，先中断旧的连接 软切换：指既维持旧的连接，又同时建立新的连接，并利用新旧链路的分集合并来改善通信质量，当与新基站建立可靠连接之后再中断旧链路。这种切换可以在通信
11、的过程中平滑完成。,越区切换和位置管理,28,更软切换： 在CDMA 系统中，移动台在同一小区的不同扇区之间进行的软切换称为更软切换。实际上是相同信道板上的导频之间的切换。这种切换是由BSC 完成的，并不通知MSC。 接力切换（TDS）： 利用精确的定位技术，根据移动台的方位和距离作为辅助信息来判断移动台是否移动到了可进行切换的相邻基站临近区域。并由RNC通知该基站做好切换的准备，从而实现快速、可靠和高效切换。 垂直切换： 分级小区结构（宏蜂窝+微蜂窝）,越区切换和位置管理,Play,29,位置管理涉及的数据库：采用两层数据库，即HLR和VLR。目的： 以最快地速度来定位移动台，使尽可能小的处
12、理能力和附加的业务量，以求容纳尽可能多的用户。位置更新和寻呼之间的矛盾,越区切换和位置管理,30,三种动态位置更新策略： 基于时间的位置更新策略 基于运动的位置更新策略 基于距离的位置更新策略,越区切换和位置管理,31,位置更新及移动台的附着与分离 1）IMSI附着（开机） 2）常规的位置更新 3）强迫登记（周期性登记） 4）隐式分离（当无法完成周期性登记时） 5）IMSI分离（关机）,越区切换和位置管理,32,载频、频点、频带宽度、频段,载频：逻辑上的概念是指工作在某个特定频率的载波。物理上对应于以某个特定频率发射和接收的基站收发信机。一般来说，一个载频对应于一个收发信机。 频点：是指基站收
13、发信机工作的中心频率。 频带宽度：是指某个载频的带宽，如一个GSM载频的频带宽度是200KHz，一个CDMA1X载频的频带宽度是1.23MHz；有时也用来表示某个频段的宽度，如联通GSM900MHz频带宽度为6MHz。 频段：是指无线电管理委员会分配的用于特定业务的频带宽度的总称，如PHS的工作频段为19001915MHz。,上行、下行；前向、反向,通信系统中，一般把网络设备向终端用户发送信息的链路称为下行链路（DL，Down Link）；终端用户发送信息的链路称为上行链路（UL，Up Link）。 在CDMA系统中，引入了“前向”（Forward Link）和“反向”（Reverse Lin
14、k）的概念，分别对应于“下行”和“上行”。上行、反向：移动台发送、基站接收； 下行、前向：基站发送、移动台接收。频分双工通信系统中，上行工作频率低于下行工作频率，两个工作频率之间的间隔称为“双工间隔”。,dB：功率相对值的单位，10 lg A/B dBc：功率相对值的单位，与dB的计算方法完全一样。一般来说，dBc相对于载波(Carrier)功率而言。dBm：功率绝对值的单位，10lg功率(mW) dBW：功率绝对值的单位，10lg功率(W)10 lg 1mW/1mW = 0dBm；对于40W的功率,则10lg(40W/1mW)=46dBmdBd:参考基准为偶极子 dBi:参考基准为全方向性天线，用dBi表示的值比用dBd表示的要大2.15dB,35,dB的含义,36,思考题,分集技术有哪些？ 常见的干扰有哪些？ 名词解释：爱尔兰、GOS、阻塞率、两种衰落、三种效应。 dB相关的含义,
