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移动通信系统的特点

传输模式 主要多址方式 带宽 业务种类 网络质量 主要代表
1 模拟 FDMA 语音通信 较差 AMPS美国、TACS欧洲
2 数字 FDMA、TDMA、CDMA 语音为主、数据为辅 较好 GSM欧洲、IS-95(qualcom)
3 数字 CDMA 语音、数据、多媒体 WCDMA欧洲日本、Cdma2000北美、TD-SCDMA中国
4 数字 OFDMA(下行) 、SC-FDMA(上行) 、SDMA 语音、数据、多媒体 LTE-Advanced

正交频分复用 OFDM orthogonal frequency division multiplexing
正交频分多址 OFDMA orthogonal frequency division multiple access

频分双工和时分双工

频分双工FDD 时分双工TDD
收发信号区分 不同的频率 不同的时隙
收发信号之间 收发频带具有保护频带间隔 收发之间具有保护时间
成对的频率 需要 不需要
所需频带
上下行业务 适合对称业务 支持不对称业务,传输速率不同
频谱利用率 在不对称业务下,频谱利用率低
频谱分配 方便
设备成本
技术 简单 需要更复杂的网络规划和优化技术
抗干扰 收发有保护频带间隔,抗干扰能力强 通过收发保护时间隔离,容易形成同频干扰
覆盖范围
发送功率

时分双工
收发同一频段,上下行信道特性一致,处于同一频率,对称的电波传播特性便于采用智能天线技术,从而提高性能,降低成本

2

2.2 自由空间电波传播

f 工作频率(单位Hz
λ=c/f\lambda=c/f 工作波长(单位m)
d 发射天线和接收天线之间的距离(单位m
GtG_t发射天线增益
GrG_r接收天线增益
PtP_t发射功率
PrP_r接收功率
Pr(d)=PtGtGr(λ/(4πd))2P_r(d)=P_t G_t G_r (\lambda/(4 \pi d))^2
Pr(d0)=PtGtGr(λ/(4πd0))2P_r(d_0)=P_t G_t G_r (\lambda/(4 \pi d_0))^2
Pr(d)=Pr(d0)(d0/d)2P_r(d)=P_r(d_0)(d_0/d)^2
Pr(d)(dBm)=Pr(d0)(dBm)+20log10(d0/d)(dB)P_r(d)(dBm)=P_r(d_0)(dBm)+20log_{10}(d_0/d)(dB)

f 工作频率(单位MHz
λ=c/(f106)=(3108m/s)/(f106)=300/f\lambda=c/(f*10^6)=(3*10^8m/s)/(f*10^6)=300/f 工作波长(单位m)
d 发射天线和接收天线之间的距离(单位km
自由空间传播损耗
L=Pt/Pr=(4πd1000/λ)2/(GtGr)=(4π1000df/300)2/(GtGr)L=P_t/P_r=(4 \pi d*1000/\lambda)^2/(G_t G_r)=(4 \pi *1000df/300)^2/(G_t G_r)
LdB=10log10((4π1000/300)2)+20log10(f)+20log10(d)10log10(Gt)10log10(Gr)=32.45+20log10(f)+20log10(d)10log10(Gt)10log10(Gr)L_{dB}\\=10log_{10}((4 \pi *1000/300)^2)+20log_{10}(f)+20log_{10}(d)-10log_{10}(G_t)-10log_{10}(G_r)\\=32.45+20log_{10}(f)+20log_{10}(d)-10log_{10}(G_t)-10log_{10}(G_r)

2.6.4 主要参数

均方根时延扩展

移动通信作业
iP(τi)=1025/10+1010/10+1010/10+100/10=1.2032\sum_{i} P\left(\tau_{i}\right)=10^{-25/10}+10^{-10/10}+10^{-10/10}+10^{0/10}=1.2032
τ2=iP(τi)τi2iP(τi)=(1025/10×02+1010/10×12+1010/10×22+100/10×52)/1.2032=(102.5×02+0.1×12+0.1×22+1×52)/1.2032=25.5/1.2032=21.194us2\tau^{2}=\frac{\sum_{i} P\left(\tau_{i}\right) \tau_{i}^{2}}{\sum_{i} P\left(\tau_{i}\right)}=(10^{-25/10} \times 0^{2}+10^{-10/10} \times 1^{2}+10^{-10/10} \times 2^{2}+10^{0/10} \times 5^{2})/{1.2032}=(10^{-2.5} \times 0^{2}+0.1 \times 1^{2}+0.1 \times 2^{2}+1 \times 5^{2})/1.2032=25.5/1.2032=21.194 u s^{2}
τ=(0.0032×0+0.1×1+0.1×2+1×5)/1.2032=5.3/1.2032=4.405us\tau=(0.0032 \times 0+0.1 \times 1+0.1 \times 2+1 \times 5)/1.2032 = 5.3/1.2032=4.405us
均方根时延扩展
στ=τ2(τˉ)2=21.194(4.405)2=1.338us\sigma_{\tau}=\sqrt{\tau^{2}}-(\bar{\tau})^{2}=\sqrt{21.194-(4.405)^{2}}=1.338us
相关系数=0.5时的信道相关带宽
Bc1/(2π×στ)=1/(2π×1.338)118.9kHz1/(5×1.338)149.5kHzB_{c} \approx 1/(2 \pi \times \sigma_{\tau})=1/(2 \pi \times 1.338) \approx 118.9 k H z \approx 1/(5 \times 1.338) \approx 149.5 k H z
因为信号带宽Bs=200kHzB_{s}=200 kHz>信道相关带宽Bc=118.9kHzB_{c}=118.9 kHz
所以频率选择性衰落
所以需要均衡器才能正常工作

相关时间

均方根时延扩展στ\sigma_{\tau}
信道相关带宽Bc=1/(5στ)B_{c}=1/(5\sigma_{\tau})

多普勒扩展fmf_m
(2.56)信道相关时间Tc=0.423/fmT_{c}=0.423/f_m

码元周期TsT_{s}
信号带宽Bs=1/TsB_{s}=1/T_{s}

如果
信道相关带宽太窄
信道相关带宽BcB_{c}<发送信号带宽BsB_{s}
发送信号周期太短
时延扩展στ\sigma_{\tau}>发送信号周期TsT_{s}
那么频率选择性衰落

如果
信道相关时间TcT_{c}<发送信号周期TsT_{s}
多普勒扩展fmf_m>基带信号带宽BsB_{s}
那么快衰落,时间选择性衰落

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合并

f(t)=k=1Mak(t)fk(t)f(t)=\sum_{k=1}^{M} a_{k}(t) f_{k}(t)

选择合并
选择具有最大信噪比的分支
GS=ΓM/γc=k=1M1kG_{S}=\overline{\Gamma_{M} / \gamma_{c}}=\sum_{k=1}^{M} \frac{1}{k}

等增益合并
所有分支等权重加权合并
GE=ΓM/γc=1+(M1)π4G_{E}=\overline{\Gamma_{M}} / \overline{\gamma_{c}}=1+(M-1) \frac{\pi}{4}

最大比合并
所有分支根据信噪比加权合并
可以获得最大输出信噪比
采用同相和加权的技术
利用了每一条分支
所以可以在接收的每一时刻都达到可实现的最大信噪比
GM=ΓM/γc=MG_{M}=\overline{\Gamma_{M}} / \overline{\gamma_{c}}=M

跳频

跳频系统
跳频驻留时间 跳频周期ThT_{h}
符号调制周期 码元周期TsT_{s}
符号调制速率Rs=1/TsR_{s}=1/T_{s}

非频率选择性衰落要求发送信号周期够长

时延扩展<发送信号周期

当均方根时延扩展σ\sigma>跳频周期ThT_{h}
非频率选择性衰落

即便当均方根时延扩展σ\sigma<跳频周期ThT_{h}时,如果(Bc1/(5σ))>(B_c \approx 1/(5 \sigma))>符号调制速率Rs=1/TsR_{s}=1/T_{s},那么也是非频率选择性衰落

移动通信作业

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6.2 GSM系统的结构

移动台 MS (mobile subscriber)

无线接入GSM数字移动通 信网,并完成各种控制功能,支持各种基本业务和补充业务。
移动客户的设备部分

基站子系统 BSS (base station sub-system)

BSS是在一定 的无线覆盖区中由MSC(mobile switching center)控制,与MS进 行通信的系统设备,它主要负责完成无线发送接收(BTS完成) 和无线资源管理(BSC完成)等功能。

网络子系统 NSS (network sub-system)

完成GSM系统的交 换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库 功能

操作支持子系统或操作子系统OSS(Operation Support System)

对整个GSM网络进行管理和监控。包括移动用户数据管理、计费 管理、故障管理等。

6.3.3 突发脉冲

突发脉冲序列
TDMA信道上1个时隙中的信息格式

常规突发脉冲序列(NB,Normal Burst)
用于广播控制信道,寻呼信道,允许接入信道,专用控制信道和业务信道

频率校正突发脉冲序列(FB,Frequency Correction Burst)
携带频率校正信息
用于频率校正信道

同步突发脉冲序列(SB,Synchronisation Burst)
携带系统的同步信息
用于同步信道

接入突发脉冲序列(AB,Access Burst)
用于随机接入信道

空闲突发脉冲序列(DB,Dummy Burst)
用于填空

6.6.5 安全措施

鉴权三参数
鉴权中心产生的3参数
伪随机数RAND
符号响应SRES
**Kc

6.6.2 位置更新

在移动台的实时位置信息已知的情况下,更新位置数据库(VLR和HLR)和认证移动台。
一旦移动台发现其用户身份识别(SIM)卡中的LAI与接收到的当前小区的LAI发生了变化,便执行登记
周期性登记
越区位置登记

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