移动通信基站基础知识.pptx
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1、移动通信基移动通信基站技术站技术 主讲主讲 郭双贵郭双贵 高级工程师高级工程师n 移动通信移动通信是指通信是指通信双方双方或至少或至少一方一方处于处于移动中移动中进行进行信息交互信息交互的通信,即的通信,即移动体移动体与与移动体移动体、移移动体动体与与固定体固定体之间的之间的通信通信。n按照按照移动体移动体所处的所处的运动区域运动区域不同,移动通信可不同,移动通信可分为分为陆地移动通信陆地移动通信、海上移动通信海上移动通信和和空中移动空中移动通信通信。n陆地移动通信以陆地移动通信以蜂窝移动通信蜂窝移动通信系统应用最为广系统应用最为广泛,以泛,以数字蜂窝移动通信数字蜂窝移动通信发展最为迅速,本章
2、发展最为迅速,本章着重介绍着重介绍数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统。2024/8/22 周四周四2第第1 1章章 移动通信系统概述移动通信系统概述 第一节第一节 移动通信的特点及分类移动通信的特点及分类 移动通信系统由于移动通信系统由于用户的移动性用户的移动性,管理技术管理技术要要比比固定通信固定通信要复杂,要复杂,移动移动通信网中依靠的是通信网中依靠的是无线无线电波电波的的传播传播,传播,传播环境环境比比有线媒质有线媒质的传播特性的传播特性复复杂杂,移动通信移动通信有着与有着与固定通信固定通信不同的特点。不同的特点。一、移动通信的特点一、移动通信的特点 1 1、无线电波传播环境复杂:
3、、无线电波传播环境复杂:移动通信的电波处在移动通信的电波处在特高频特高频(3003003000MHz3000MHz)频段,电波传播主要方式是)频段,电波传播主要方式是视距传播视距传播。电磁波在传播时不仅有电磁波在传播时不仅有直射波直射波信号,还有经信号,还有经地面地面、建筑群建筑群等产生的等产生的反射反射、折射折射、绕射绕射的的传播传播,从而,从而产生产生多径传播多径传播引起的引起的快衰落快衰落、阴影效应阴影效应引起的引起的慢慢衰落,衰落,系统必需配有系统必需配有抗衰落抗衰落措施,才能保证正常措施,才能保证正常运行。运行。2024/8/22 周四周四32 2、噪声和干扰严重:、噪声和干扰严重:
4、移动台在移动台在移动时移动时即受到即受到环环境噪声境噪声的干扰,又有的干扰,又有系统系统干扰。由于系统内有干扰。由于系统内有多个用户多个用户,必须采用,必须采用频率复用频率复用技术,系统就有技术,系统就有了了互调干扰互调干扰、邻道干扰邻道干扰、同频干扰同频干扰等主要的等主要的系系统干扰统干扰,这就要求系统有合理的,这就要求系统有合理的同频复用同频复用规划规划和和无线网络优化无线网络优化等措施。等措施。3 3、用户的移动性:、用户的移动性:用户用户的的移动性移动性和移动的和移动的不可预不可预知性知性,要求系统有完善的,要求系统有完善的管理技术管理技术对用户的对用户的位位置置进行进行登记登记、跟踪
5、,跟踪,不因不因位置位置改变改变中断通信。中断通信。4 4、频率资源有限:、频率资源有限:ITUITU对对无线频率无线频率的划分的划分有严有严格规定格规定,要设法提高系统的频率利用率。,要设法提高系统的频率利用率。2024/8/22 周四周四4二、移动通信的分类二、移动通信的分类 1.1.按服务对象分类:按服务对象分类:公用移动通信公用移动通信和专用移动通信。和专用移动通信。2.2.按组网方式分类:按组网方式分类:峰窝状移动通信峰窝状移动通信、移动卫星通信、移动数据、移动卫星通信、移动数据通信、公用无绳电话、集群调度电话等。通信、公用无绳电话、集群调度电话等。3.3.按工作方式分类:按工作方式
6、分类:单向和单向和双向双向通信方式两大类,双向通信方通信方式两大类,双向通信方式可又分为单工、式可又分为单工、双工双工和半双工通信方式。和半双工通信方式。4.4.按采用的技术分类:按采用的技术分类:分为模拟移动通信系统和分为模拟移动通信系统和数字移动通信系数字移动通信系统统。2024/8/22 周四周四5 第二节第二节 移动通信的发展历程移动通信的发展历程n8080年代发展起来的第一代年代发展起来的第一代模拟模拟移动通信系统。移动通信系统。n9090年代初发展为第二代年代初发展为第二代数字数字移动通信系统。移动通信系统。n现正在建设第三代现正在建设第三代宽带宽带数字移动通信系统(数字移动通信系
7、统(3G3G)。)。n3G3G以以宽带宽带多媒体移动通信多媒体移动通信为目标,数据传输速率:为目标,数据传输速率:高速移动高速移动环境环境 144kbit/s144kbit/s;步行慢速移动步行慢速移动环境环境 384kbit/s384kbit/s;室内静态室内静态环境环境 2Mbit/s2Mbit/s;n3G3G世界三大主流标准:世界三大主流标准:WCDMAWCDMA、CDMA 2000CDMA 2000、TD-SCDMATD-SCDMA(我国我国提出的标准提出的标准)。)。2024/8/22 周四周四6 第三节第三节 数字移动通信技术数字移动通信技术一、数字调制技术一、数字调制技术n数字调
8、制是使在信道上传送的数字调制是使在信道上传送的信号特性信号特性与与信道信道特性特性相匹配相匹配的一种技术。的一种技术。n模拟语音信号,经过模拟语音信号,经过语音编码语音编码所得到的所得到的数字信数字信号号必须经过必须经过调制调制才能实际传输。才能实际传输。n无线传输无线传输系统中,是利用系统中,是利用载波载波来来携带携带语音编码语音编码信号的,即用信号的,即用语音编码语音编码后的后的数字信号数字信号对对载波载波进进行行调制调制。n数字调制方式有以下几种:数字调制方式有以下几种:2024/8/22 周四周四7l移频键控(移频键控(FSKFSK):):载波的载波的频率频率按照按照数字信号数字信号
9、“1”1”、“0”0”变化变化而对应而对应变化变化;l移相键控(移相键控(PSKPSK):):载波的载波的相位相位按照按照数字信号数字信号“1”1”、“0”0”变化变化而对应而对应变化变化;l振幅键控(振幅键控(ASKASK):):载波的载波的振幅振幅按照按照数字信号数字信号“1”1”、“0”0”变化变化而对应而对应变化变化。lGSMGSM移动通信系统采用移动通信系统采用高斯预滤波最小移频键控高斯预滤波最小移频键控GMSKGMSK。n移动通信使用的移动通信使用的调制技术调制技术还有:还有:二相移相键控二相移相键控(BPSKBPSK)、四相移相键控()、四相移相键控(QPSKQPSK)、正交调幅
10、)、正交调幅(QAMQAM),频谱利用率较高频谱利用率较高,设计设计难度难度和和成本成本较高。较高。2024/8/22 周四周四8二、多址技术二、多址技术 n多址技术就是把多址技术就是把多个用户多个用户接入接入一个传输媒质实一个传输媒质实现现相互间通信时,给相互间通信时,给每个用户信号每个用户信号赋予赋予不同的不同的特征特征,以,以区分不同区分不同的的用户用户的技术。的技术。n常用的多址方式:常用的多址方式:頻分多址頻分多址(FDMAFDMA)、时分多址时分多址(TDMATDMA)和和码分码分多址多址(CDMACDMA)。nGSMGSM系统使用:系统使用:频分多址(频分多址(FDMAFDMA)
11、/时分多址时分多址(TDMATDMA)混和多址方式,即混和多址方式,即 FDMA/TDMAFDMA/TDMA。n3G3G系统多址方式使用:系统多址方式使用:码分多址(码分多址(CDMA)CDMA)方式。方式。2024/8/22 周四周四9 1 1、频分多址(、频分多址(FDMAFDMA)nFDMAFDMA是把工作频段划分成是把工作频段划分成多个无线载频多个无线载频,每,每一个载一个载频信道频信道可以传输可以传输一路语音一路语音或或控制控制信息,通信时不同信息,通信时不同的的MSMS占用占用不同的频率信道不同的频率信道进行通信。进行通信。nFDMAFDMA的特点:的特点:(1 1)信道的)信道的
12、带宽较窄带宽较窄(252530KHz30KHz),相邻频道),相邻频道要留有要留有防护频带防护频带;(2 2)与)与TDMATDMA系统比,系统比,FDMAFDMA系统的系统的复杂程度复杂程度低。低。(3 3)采用)采用单路单载波单路单载波(SCPCSCPC)设计,需使用高性)设计,需使用高性能的能的射频射频(RFRF)带通滤波器带通滤波器来减少邻道干扰,成来减少邻道干扰,成本较高。本较高。2024/8/22 周四周四102 2、时分多址(、时分多址(TDMATDMA)nTDMATDMA是把是把时间时间分成周期性的分成周期性的帧帧,每,每一帧一帧再分再分割成割成若干时隙若干时隙,一个,一个时隙
13、时隙就是一个通信就是一个通信信道信道。n通信时,给通信时,给每个用户每个用户分配分配一个时隙一个时隙,使各,使各移动移动台台在在每帧内每帧内只能按只能按指定的时隙指定的时隙向基站向基站发射发射或或接接收收信号。同信号。同一个频道一个频道就可供就可供几个用户同时几个用户同时进行进行通信。通信。nGSMGSM系统系统无线路径上无线路径上采用采用TDMATDMA方式,方式,每一个每一个载频载频可分成可分成8 8个个时隙,一个时隙为一个时隙,一个时隙为一个信道信道,一,一个载频最多可有个载频最多可有8 8个个移动用户移动用户同时同时进行通信。进行通信。2024/8/22 周四周四11供几个用户供几个用
14、户n如下图所示的频分多址和时分多址方式:如下图所示的频分多址和时分多址方式:a.FDMA b.TDMA2024/8/22 周四周四12n时分多址(时分多址(TDMATDMA)的特点)的特点 (1 1)TDMATDMA系统中系统中几个用户几个用户共享共享同一个载频同一个载频,但每个用户使用彼此但每个用户使用彼此互不重叠互不重叠的的时隙时隙。(2 2)TDMATDMA系统中的系统中的数据发射是不连续的数据发射是不连续的,是,是以以突发突发方式发射,方式发射,耗电较少耗电较少,移动台可在,移动台可在空闲空闲的的时隙时隙里里监听监听其他其他基站基站,使,使越区切换越区切换大为简化。大为简化。(3 3)
15、共享设备的)共享设备的成本低成本低,每,每一载频一载频为为许多用户许多用户提供业务,用户平均成本大大低于提供业务,用户平均成本大大低于FDMAFDMA系统。系统。(4 4)移动台)移动台复杂复杂,它需要,它需要处理复杂处理复杂的的数字信号数字信号。2024/8/22 周四周四13 3 3、码分多址(、码分多址(CDMACDMA)移动通信中,移动通信中,多个用户多个用户使用的使用的频率频率和和时间时间都是都是相同的相同的,而给每个,而给每个移动台移动台分配一个分配一个独立独立的的码序列码序列,这种用这种用不同不同的的正交编码序列正交编码序列来来区分区分不同移动不同移动用户用户的的通信方式通信方式
16、,称为,称为码分多址码分多址。n码分多址(码分多址(CDMA)CDMA)的特点的特点 (1 1)系统容量大。)系统容量大。CDMA CDMA 无线信道容量无线信道容量 比比 FDMAFDMA大近大近1010倍倍。(2 2)有很强的抑制干扰和多径衰落的能力。)有很强的抑制干扰和多径衰落的能力。CDMACDMA的的扩频系统扩频系统可以把多径干扰信号可以把多径干扰信号解扩解扩去除。去除。(3 3)具有软容量和小区呼吸功能。系统)具有软容量和小区呼吸功能。系统忙时忙时只只需少许增加需少许增加系统噪声系统噪声就可就可增加通话用户增加通话用户,即所谓,即所谓软容量。小区呼吸功能是指软容量。小区呼吸功能是指
17、负荷量动态控制负荷量动态控制。2024/8/22 周四周四14(4 4)软切换)软切换。当当 移动台超越移动台超越小区小区或或扇区扇区时,由时,由于工作于工作频率频率相同,只是相同,只是地址码地址码序列不同,不需要序列不同,不需要频率频率的的切换切换,称之为软切换。,称之为软切换。软切换是先接后断软切换是先接后断切换切换,软切换,软切换可靠性高可靠性高。(5 5)存在多址干扰和远近效应。)存在多址干扰和远近效应。CDMACDMA的的地址地址码码不可能不可能完全正交完全正交,在,在解扩解扩过程中必然带来过程中必然带来用户用户间间的干扰;的干扰;CDMACDMA的的信道信道也采用也采用地址码地址码
18、分割,并分割,并切公用切公用载波载波,增加,增加信道信道的同时干扰也的同时干扰也增加增加。CDMACDMA系统通过系统通过自动功率控制自动功率控制减轻其影响。减轻其影响。n由于由于信道地址码信道地址码的相互作用,任何的相互作用,任何一个信道一个信道将受将受到其他到其他不同地址码信道不同地址码信道的的干扰干扰,称为,称为多址干扰多址干扰。2024/8/22 周四周四15nCDMACDMA系统的系统的多址干扰多址干扰直接限制直接限制容量容量的扩大。的扩大。码分多址技术是基于以下两种码分多址技术是基于以下两种扩频通信扩频通信方式:方式:(1 1)跳频技术)跳频技术 跳频技术是跳频技术是扩频通信扩频通
19、信中的一种,中的一种,GSMGSM系统系统中使用跳频技术,其主要功能是可有效地减小中使用跳频技术,其主要功能是可有效地减小传播信道传播信道对某个对某个频率频率的的选择性选择性衰落;可避免衰落;可避免多多径信号径信号的干扰。的干扰。跳频分为跳频分为基带跳频基带跳频和和射频跳频射频跳频两种。两种。如图所示。(如图所示。(a a)基带跳频)基带跳频 (b b)射频跳)射频跳频频 (2 2)扩频技术)扩频技术2024/8/22 周四周四162024/8/22 周四周四17TRXnTRX2TRX1耦耦 合合 器器基带信号基带信号时隙时隙交叉交叉控制控制图图 1.21.2(a a)基带跳频)基带跳频202
20、4/8/22 周四周四18PNPN码发生器码发生器可变频率合成器可变频率合成器射频调制射频调制频率合成器频率合成器射频调制射频调制耦耦 合合 器器基带信令基带信令基带信息基带信息F0F1-Fn图图 1.21.2(b b)射频跳频)射频跳频 扩频通信是将扩频通信是将信息信号信息信号的的频谱扩展频谱扩展后再进行后再进行传传输输,提高了系统的,提高了系统的抗干扰抗干扰能力,在能力,在强干扰强干扰甚至甚至信号信号被噪声淹没被噪声淹没的情况下,能保证的情况下,能保证可靠通信。可靠通信。常用的扩频通信技术如下:常用的扩频通信技术如下:l直接扩频(直接扩频(DSDS)将要传输的将要传输的信息数据信息数据用用
21、高高速伪随机码序列调制速伪随机码序列调制,由于,由于伪随机序列伪随机序列的速率的速率(带宽)远大于(带宽)远大于信息数据信息数据速率,使要传递速率,使要传递信息信息数据数据信号的信号的频谱频谱被展宽。被展宽。l跳频(跳频(FHFH)荷载信息荷载信息的的信号信号受受伪随机序列伪随机序列的的控制控制,在,在一组预先指定一组预先指定的的频率上频率上离散地离散地跳变跳变,从而扩展了从而扩展了发射信号发射信号的的频谱频谱。2024/8/22 周四周四19三、双工方式三、双工方式 1 1、频分双工(、频分双工(FDDFDD):):收发信收发信各占用一个频率各占用一个频率。优点是收、发信号同时进行,时延小,
22、技术成熟,优点是收、发信号同时进行,时延小,技术成熟,缺点是设备成本高。缺点是设备成本高。2 2、时分双工(、时分双工(TDDTDD):):收发信收发信使用使用同一个频率同一个频率,但使用但使用不同时隙不同时隙。优点是频谱利用灵活优点是频谱利用灵活,上、下行上、下行使用使用相同的频率相同的频率,传输特性相同传输特性相同,有利于使用,有利于使用智能天线智能天线,无无收发间收发间隔隔要求要求,支持支持不对称业务不对称业务,设备成本低设备成本低等。等。缺点是小区半径小缺点是小区半径小,抗快衰落和多普勒效应的能抗快衰落和多普勒效应的能力低于力低于FDD,FDD,终端移动速度不能超过终端移动速度不能超过
23、120km/h120km/h。2024/8/22 周四周四20四、频率复用技术四、频率复用技术 在移动通信系统中,在移动通信系统中,频率资源有限频率资源有限,为提高,为提高频频谱利用率谱利用率,在,在相隔一定距离相隔一定距离后重新使用后重新使用相同的频相同的频率组率组,这种,这种采用同頻复用采用同頻复用和和頻率分组頻率分组来提高来提高頻率頻率利用率利用率方式,就是方式,就是频率复用技术频率复用技术。n实际应用中常采用实际应用中常采用 4/12 4/12 和和 3/9 3/9 频率复用频率复用分组分组方式方式。即将。即将1212组頻率组頻率轮流分配到轮流分配到4 4个基站个基站和将和将9 9组组
24、頻率頻率轮流分配到轮流分配到3 3个基站个基站,每个,每个站点站点可用到可用到3 3个频个频率组率组。n频率复用会带来频率复用会带来小区间小区间的的干扰干扰,GSMGSM系统要求:系统要求:同频干扰保护比同频干扰保护比 C/I9dBC/I9dB 邻频干扰保护比邻频干扰保护比 C/I-9dB C/I-9dB 2024/8/22 周四周四212024/8/22 周四周四22图图 1.3 1.3 按按4/124/12方式复用的小区示意图方式复用的小区示意图2024/8/22 周四周四23图图1.5 1.5 按按3/93/9方式复用的小区示意图方式复用的小区示意图 第四节第四节 无线电频谱管理与使用无
25、线电频谱管理与使用 1 1、无线电频谱管理、无线电频谱管理 2 2、移动通信的频谱特性和管理、移动通信的频谱特性和管理2024/8/22 周四周四24nGSMGSM是是全球第一个标准化全球第一个标准化的的数字数字蜂窝移动通信系蜂窝移动通信系统,它对统,它对数字调制数字调制方式、方式、网络结构网络结构和和业务种类业务种类等等进行进行标准化规范标准化规范,GSMGSM系统可以提供系统可以提供全球漫游全球漫游。n主要特点主要特点1 1、频谱效率高:采用了高效调制器、信道编码和、频谱效率高:采用了高效调制器、信道编码和语音编码等技术,系统具有高频谱效率。语音编码等技术,系统具有高频谱效率。2 2、容量
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