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1、移动通信技术,通信工程学院 代才莉,模块三 第二代移动通信系统,整体结构,GSM系统,CDMA IS-95系统,单元7：CDMA系统的特点与组成,实训项目,第二代移动通信设备认知实训,单元1:GSM特点与组成,单元2:GSM系统的编号,单元3:GSM信道及应用,单元4:GSM系统帧结构,单元5:GSM移动性管理,单元6:GSM系统关键技术,单元8：CDMA系统的基本原理,单元9：码分多址在CDMA IS-95中的应用,单元10：CDMA IS-95的信道及其应用,教学单元引入,众所周知，GSM系统是全球移动用户数量最多的移动通信系统，其技术已经较为成熟。干扰一直是困扰移动通信系统的一个严峻的问
2、题，那么GSM系统采用了哪些关键技术来降低系统的干扰呢？学完本次课，你将能回答以上问题。,单元6 GSM系统的关键技术,学习目标,掌握GSM系统所采用的关键技术；理解时间提前量、跳频技术、不连续发射技术、功率控制技术的基本原理和主要作用。,重点与难点,重点：GSM移动通信系统中时间提前量、跳频技术、不连续发射技术、功率控制技术的基本原理和主要作用。难点：基带跳频与射频跳频。,课前复习,GSM系统的移动性管理指什么？引起切换的原因有哪些？,?,预习检测,1.在GSM系统中，如果上行TCH信道采用的是TS3，则下行信道应该采用第几个时隙？和这个相关的关键技术叫什么？2.你知道什么是功率控制吗？能用
3、形象的语言或者比喻或者动作来表示它吗？,?,内容1:时间提前量内容2:跳频技术内容3:不连续发送DTX内容4:功率控制技术,单元6 GSM系统的关键技术,在GSM系统中，由于空中接口采用TDMA技术，移动台必须在指配给它的时隙内发送，而在其他的时间必须保持寂静，否则会干扰使用同一载频其他时隙上的用户。如图1所示。,图1 TCH上下行偏移,内容1:时间提前量,由于信号在空间传输是有延迟的，如移动台在呼叫期间向远离基站的方向移动，则从基站发出的信号将“越来越迟”的到达移动台，与此同时，移动台的信号也会“越来越迟”的到达基站，延迟过长会导致基站收到的某移动台在本时隙上的信号与基站收下一个其它移动台信
4、号的时隙相互重叠，引起码间干扰，因此，在呼叫进行期间，移动台发给基站的测量报告上携带有移动台测量的时延值，而基站必须监视呼叫到达的时间，并在下行信道上以480ms一次的频率向移动台发送指令，指示移动台提前发送的时间，这个时间就是时间提前量。,内容1:时间提前量,内容1:时间提前量内容2:跳频技术内容3:不连续发送DTX内容4:功率控制技术,单元6 GSM系统的关键技术,数字移动通信系统中，为了提高系统抗干扰能力，常用到扩频技术，其中包括直扩方式和跳频方式，在GSM系统中采用的是跳频方式。其目的是：1、改善传输质量 2、改善网络质量 3、确保通信的秘密性和抗干扰性,内容2:跳频技术,引入跳频的原
5、因有两个。第一是基于频率分集的原理，用于对抗瑞利衰落。第二是基于干扰源特性，引入跳频使得干扰能在许多呼叫频点之间分散，而不是集中在一个呼叫频点上。,引入跳频的原因,跳频的原理,跳频是指载波频率在很宽频带范围内按某种序列进行跳变。信息数据经过调制后成为基带信号，送入载波调制，然后载波频率在伪随机码的控制下改变频率，这种伪随机码序列即为跳频序列。最后再经过射频滤波器送至天线发射出去。接收机根据跳频同步信号和跳频序列确定接收频率，把相应的跳频后信号接收下来，进行解调，如图2所示。,跳频的原理,跳频的原理,跳频技术对接收信号的改善如下图3所示：其跳频的增益为：G10LgN(N为频点数目）,图3 跳频技
6、术对接收信号的改善,非跳频网络中的干扰情形,空间上干扰集中在同频的信道时间上干扰无时不在用户受到持续的干扰解决手段加大同频基站的距离代价频率复用程度的降低,图4 非跳频网络的干扰,空间上干扰分布在各个扇区时间上干扰无时不在用户仅受到临时的干扰,图5 跳频网络中的干扰,非跳频网络中的干扰情形,干扰在时域和空间的分散干扰分集减少每个用户受到干扰的机率充分发挥信道编码和交织技术平均话音质量得以提高,图5 跳频网络中的干扰,非跳频网络中的干扰情形,跳频的分类,跳频技术由来已久，首先用于军事方面，其目的是保密。在GSM中有两种方法实现跳频，即基带跳频和射频跳频。基带跳频的原理是将话音数字信号随时间的变换
7、使用不同频率的发射机发射。原理如图6所示。,图6 基带跳频的原理,基带跳频的原理,T3 T4 T5,图7 跳频信号的发射,基带跳频的原理,基带跳频的原理是将话音数字信号随时间的变换使用不同频率的发射机发射，原理如下图8示。,基带跳频的实现框图,图8 基带跳频的实现原理,射频跳频的原理是将话音数字信号用固定的发射机，由跳频序列控制，采用不同频率发射。原理如图9所示。广播信道不允许跳频！,（跳频：F1-Fn）,图9 射频跳频的原理,射频跳频的原理,射频跳频的实现框图,射频跳频比基带跳频具有更高的性能改善和抗同频干扰能力，但只有每个小区拥有4个频率以上时效果才比较明显。下图10为实现框图。,图10
8、射频跳频的实现原理,比较两种跳频技术,（1）射频跳频比基带跳频有更高的性能改善和抗同频干扰能力。（2）基带跳频实现简单，发射机的频率固定，但对每个小区的载频数有要求，不能小于4个载频。（3）射频跳频的发射机频率由跳频序列控制而改变，小区只需要有2个载频即可实现，但射频跳频损耗大，对基站覆盖范围有影响。因此，综上所述现阶段跳频技术比较成熟，而射频跳频具有很多优势，所以大部分采用射频跳频。,内容1:时间提前量内容2:跳频技术内容3:不连续发送DTX内容4:功率控制技术,单元6 GSM系统的关键技术,不连续发送DTX,不连续发送DTX（Discontinuous Transmission）。在一个正
9、常的通话中，主叫和被叫存在谈话和沉默两种状态，听对方讲话的时间大约占一半。如果没有话音进入麦克风，也就没有信息在无线信道上发送。不连续发送是仅在检测到通信中有话音时才发射。所以利用语音编码器检测到话音间隙后，在间隙期不发送，这就是所谓的不连续发送。通话时进行13Kb/s编码，停顿期用500b/s编码发送舒适的噪声，如图11所示。,不连续发送DTX,GSM系统中采用DTX方式，并不是在语音间隙简单地关闭发射机，而是要求在发射机关闭之前，必须把发端背景噪声的参数传送给收端，收端利用这些参数合成与发端相似的噪声（通常称为“舒适噪声”）。,图11 DTX方式话音帧的传输,不连续发送DTX,DTX基本原
10、理如图12所示：,图12 DTX原理图,不连续发送DTX,不连续发送DTX的优点：1）降低空中总的干扰电平 2）节约发射机的功耗 不连续发送DTX的缺点：当通信双方都是GSM的移动用户时，如果系统上下行都采用DTX功能，那么语音质量会受到一定的影响。,内容1:时间提前量内容2:跳频技术内容3:不连续发送DTX内容4:功率控制技术,单元6 GSM系统的关键技术,概念：功控即功率控制，就是根据需要调整基站与手机的发射功率。目的：在保证足够好的通话质量的情况下，降低发射功率，从而降低网络的干扰、减少功耗。,功控是什么？,为什么要功控？,?,功率控制技术,功率控制技术,所谓的功率控制，就是在无线信号发
11、射时对手机或基站的实际发射功率进行控制，以尽可能降低基站或手机的发射功率，这样就能降低手机和基站的功耗以及降低整个GSM网络干扰。当然，功率控制的前提是要保证正在通话的信道拥有比较好的通信质量。,功控的分类：功率控制分为上行功率控制和下行功率控制，上下行控制独立进行。,功率控制技术,功率控制技术,提供功率控制过程进行决策的原始信息是来自手机和基站的测量数据，通过处理和分析这些原始数据，作出相应的控制决策。和切换控制过程类似，一般来说，整个功率控制过程,如图13所示。,图13 功率控制过程,功率控制技术,功率控制的速度最快是480 ms一次，也就是说，一个完整功率控制过程最快是480 ms被执行
12、一次。功率控制过程的控制幅度都是固定的，一般取值是2 dB或4 dB，然而，在很多实际的情况下，固定的功率控制幅度并不能达到最优的效果。,功率控制技术,当MS在离基站很近的地方发起呼叫，它使用的初始发射功率是小区BCCH信道上广播的系统消息中手机最大发射功率，很明显，这时由于手机离基站的天线非常近，功率控制过程应该尽可能快地将它的发射功率降下去。然而，每次只能命令手机降2 dB或4 dB，加上每两次功率控制之间会有一定的间隔，因此，要将手机发射功率降到合理的值，会经历一段比较长的时间，下行方向也是一样的。这对降低整个GSM网络的干扰情况明显不利，要改善这一点，就是加大每次功率控制的幅度，这就是
13、快速功率控制的核心思想。,功率控制技术,快速功率控制过程能够根据实际的信号强度和信号质量情况，判断出应该使用的功率控制幅度，不再局限于一个固定的幅度，这样就可以轻易解决手机初始接入时功率的控制问题。当然，它的作用也不仅仅局限于这种情况，还有很多，比如快速移动的手机、突然出现的干扰或障碍等等，只要出现需要进行大幅度功率控制的现象，快速功率控制过程都能够完满地给予解决。,课程总结,本次任务完成了GSM空中接口关键技术的学习，内容包括时间提前量、跳频技术、不连续发送DTX、功率控制技术,以小组为单位，在完成今天学习内容的基础上，查阅相关的资料并讨论，除了我们讲解的关键技术,GSM系统空中接口还采用了哪些技术？这些技术有什么作用？,学习情境一 夯实GSM理论基础,任务4 GSM空中接口关键技术知识拓展与提高,课后作业,1、跳频的原理是什么？2、手机使用DTX的好处是（）A、延长电池寿命 B、增加接收信号强度C、降低比特误码率 D、提高通话质量3、处于空闲模式下的手机所需的大量网络信息来自 信道。A、BCCH B、CBCH C、RACH D、SDCCH,
