1、移动通信总结标准：1.保证互通性和互操作性；2.形成规模经济从而降低成本；3. 标准的制定过程不完善，参与的公司都有各自的打算；4. 标准形成以后，想再加入某些创新或改进比较困难；5.标准的出台往往带有政治色彩。 技术挑战： channels are a difficult and capacity-limited broadcast communications medium；2. Traffic patterns, user locations, and network conditions are constantly changing；3. Applications are heter
2、ogeneous with hard constraints that must be met by the network；4. Energy and delay constraints change design principles across all layers of the protocol stack；5. Spectrum limitation and incompatible standards。移动通信要点总结：1. 必须利用无线电波传输信息，传播特性差。传播环境复杂：阴影效应和多径效应造成电波传播的幅度衰落和时延扩展；用户高速移动：多普勒频移造成电波传播特性的快速随机变
3、化。2. 工作于复杂的干扰环境。外部干扰：天电、机电和信道热噪声；系统内部和不同系统之间的干扰：邻道、同信道、互调、多址和远近效应。3. 网络结构多种多样，网络管理复杂。用户注册和登记，鉴权和计费，安全和保密。4.可利用的频谱资源有限，而通信业务量的需求与日俱增。用户容量问题，业务容量问题。5.用户终端成为个人消费品。第2章：传输基础时域概念：。频域概念：基频，当所有频率是该频率的整数倍。总的信号周期是基波频率信号的周期。频谱，信号包含的频率范围。绝对带宽，信号的频谱宽度。有效带宽：当信号频谱无限宽时，信号能量主要集中在一个较窄的频带内。数据速率和带宽：如果在其他条件相同的情况下，通过增加一倍
4、的带宽，数据速率加倍。给定的带宽可以支持多种速率。任何数字信号频谱都是无限宽；任何传输系统都是带限的；任意给定的传输媒质，所传输的带宽越宽成本越高；限制频带会带来信号的畸变。数据：实际传输的信息、消息。信号：数的电磁表示。传输：经过信号处理的数据的通信。模拟数据：连续变化。数字数据：取离散值。模拟信号：（根据频率的不同）可以在各种传输媒质中传播的连续变化的电磁波；模拟信号可以传播模拟数据和数字数据。数字信号：一串电压脉冲，比模拟信号便宜，不容易受噪声干扰，受衰减影响很大，数字信号也可以传输模拟数据和数字数据。数据与信号的组合：数字数据-数字信号，编码设备和比数字-模拟设备简单，成本也低；模拟数
5、据-数字信号，可以使用现代的传输和转换设备；数字数据-模拟信号，一些传输媒质只能传输模拟信号，如卫星；模拟数据-模拟信号，模拟数据容易转换成模拟信号。模拟传输：传输模拟信号不用考虑传输的内容；衰减限制了传输链路的长度；级联的放大器可以放大信号，但会带来信号的畸变，但是模拟信号允许畸变失真。数字传输：需要考虑传输的内容；衰减严重影响数据的完整性；只能在有限的距离传播；使用中继器可以扩大传输距离，需要考虑中继信号的恢复和重传。信道容量：在一定条件下，信道可以传输的最大的数据速率。奈奎斯特带宽：考虑一个无噪声信道，数据速率仅受信道带宽的限制。带宽为B，该信道所支持的最大的数据速率是2B。这个限制是符
6、号间干扰。信道容量：，第一种是二进制，第二种是多进制，多进制可提高数据速率，但会增加接收机负担。香侬容量公式：，增加信噪比可以增加信道容量，通过增加信道带宽也可以增加信道容量，但是有一个限制，就是增加带宽噪声的功率也会增加。SNR单位不是dB。传输媒质：发射机与接收机之间的物理通路。导向媒质：电磁波沿固体媒质被引导传播。例如，铜质双绞线，铜质同轴电缆，光纤等。非导向媒质：提供电磁波传输的媒质，但是不引导电磁信号的传输，即无线传输。例如，大气，外层空间。复用技术：频率分集复用（FDM)：每一个信号都需要一定的带宽（以载波频率为中心），称为信道。为了防止干扰，信道被保护带宽（保护间隔）分离，保护带
7、宽就是频谱中未使用的部分。时间分集复用：与FDM类似，特定信源提供在特定的时隙发送数据，这个特定的时隙就是一个信道。时隙的周期称为帧。同步时分复用：时隙预先分配且固定，各源发送传输的时间是同步的。异步时分复用：动态分配各数据源在媒质上的时间。第三章：天线与电波传输1.天线：天线是电导体或电导体系统。（任意的一个电导体都是天线。）发射，将电磁能量辐射到自由空间。接收，从自由空间收集电磁能量。辐射方向：表征天线性能的常用方法。在天线的传播方向上，传输功率与距离成一定比例。波束宽度(半功率波束宽度)：是天线方向性的度量，定义为天线波束两个半功率点之间的夹角。与天线增益有关，一般天线增益越大，波束就越
8、窄，探测角分辨率就越高。半波偶极天线：包含两个等长的直线导体，两者被一个很小的间隙隔开；天线的长度等于所传输信号波长的一半。抛物面天线：其方向相性与天线直径成正比，直径越大，方向性越好。3天线增益：是天线定向性的度量。与由理想的全向天线在各个方向上所产生的输出相比，天线增益定义为在一个特定方向上的功率输出。与天线增益相关的是天线的有效面积4传播方式：地波、天波、直线LOS5直线传播：一个天线到地平线的直线的无线电波：两个天线之间的最大距离： 6直线传播主要的损耗：衰减和衰减失真、自由空间损耗、噪声、大气吸收、多径、折射。7自由空间损耗：假设没有其他的衰减或损伤源存在，跨距离的信号传输也会有衰减
9、，因为信号随距离的增加会在越来越大的面积范围内散布。Pt是发射天线功率，Pr是接收天线功率，d是两天线之间的直视距离；（考虑天线增益），波长越长，路径损耗越大。从第一个方程来看，增加频率会增加自由空间损耗；但是，从第二个方程来看增加频率会减小路径损耗。原因是增加频率会使天线增益增加，这部分增加的量比所带来的路径损耗减小的量多，所以整体表现为路径损耗的减小。自由空间不吸收电磁能量，其传输损耗表明球面波在传播过程中，随着传播距离增大而引起的电磁能量扩散损耗；由自由空间损耗可看出：接收天线所捕获的信号功率仅仅是发射天线辐射功率的很小一部分。8如果天线的尺寸和间距相同的话，载波的波长越长（频率越低），
10、则自由空间路径损耗越大。频率增加，自由空间损耗增加。9噪声：每个数据发射事件的接收信号都是由传输信号构成的，这些传输信号可能被传输系统所产生的各种失真修改，还包括了在传输端和接收端之间的某些地方插入的额外信号，这些额外信号就是噪声。噪声是对通信系统性能带来影响的主要限制因素。分类：热噪声、互调噪声、串扰、脉冲噪声。10热噪声： k = 10-23 J/K 11多径传播的原因：自由空间传播、反射、散射、绕射。影响；多径衰落、时延扩展、相关带宽、多普勒频展。12多径衰落：移动传播环境中，到达移动台天线的信号不是单一路径来的，而是许多路径来的众多反射波的合成。电波通过各个路径的距离不同，各条路径反射
11、波到达时间和相位也不相同。不同相位的多个信号在接收端叠加，有时同相叠加而增强，有时反相叠加而减弱。这样，接收信号的幅度将急剧变化，即产生了衰落。这种由于多径现象所引起的衰落称为多径衰落。13时延扩展：假设基站发射一个极短的脉冲信号Si(t)=a0(t)，经过多径信道后，由于路径长度不一样，则发射信号沿各个路径到达接收天线的时间就不一样，移动台接收信号呈现为一串脉冲，结果使脉冲宽度被展宽了。这种因多径传播造成信号时间扩散的现象，称为多径时散，或时延扩展。可直观的理解为在一串接收脉冲中，最大传输时延和最小传输时延的差值。14相关带宽：表示信道在两个频移处的频率响应保持强相关情况下的最大频率差。强相
12、关表示发射信号在信道带宽内具有不变的增益和线性相位。15多普勒频移：由于移动台运动，接收信号会产生多普勒频移。在多径环境，这种频移定义为多普勒频展，也称为随机调频。当移动台在运动中通信时，接收信号频率会发生变化。16多径移动信道存在的两类扩展：多径效应引起的在时域上的时延扩展；多径的多普勒效应引起在频域上的多普勒扩展。时延扩展在时域上使信号的波形展宽，并相应在频域上规定了相关带宽；多普勒频展在频域上使接收信号的频谱展宽，并相应在时域上规定了相干时间。17多径衰落：快衰落、，慢衰落、平坦衰落、选择性衰落。18快慢衰落：快微观变化，接收信号包络在数十波长的短区间内的变化，服从瑞丽分布、莱斯分布等。
13、慢宏观变化，接收信号包络在数百波长的区间内的变化，服从对数正态分布。19频率选择性衰落：衰落状况与频率有关；不同频率成分衰落不一致，衰落信号波形将产生失真。非频率选择性（平坦衰落）：衰落状况与频率无关；各频率成分衰落一致，衰落信号的波形不失真。信号带宽相关带宽：频率选择性衰落。20衰落信号的特征：1)衰落率：信号包络在单位时间内以正斜率通过中值电平的次数。是信号包络衰落的速率，是对衰落特征最简洁的描述。与发射频率、移动台行进速度、方向及多径传播的路径数有关。当移动台行进方向朝向或背着电波传播方向时衰落最快。2)电平通过率:衰落速度与衰落深度有关。深度衰落发生的次数较少，浅度衰落发生相当频繁.
14、定量描述这一特征的参量就是电平通过率。信号包络在单位时间内以正斜率通过某一规定电平R的平均次数。3) 衰落持续时间：定义为信号包络低于某个给定电平值的概率与该电平所对应的电平通过率之比，是衰落持续时间的平均值。21奥村模型思路：将城市视为“准平滑地形”，给出城市场强中值。对于郊区，开阔区的场强中值，则以城市场强中值为基础进行修正。对于“不规划地形”也给出了相应的修正因子。由于这种模型给出的修正因子较多，可以在掌握详细地形，地物的情况下，得到更加准确的预测结果。OM模型适用的范围：频率150MHZ 1500MHZ（可扩展到3000MHz），基地站天线高度为30200米，移动台天线高度为110米，
15、传播距离为120千米的场强预测。22任意地形的信号中值预测： 计算自由空间的传播衰耗；2）计算准平滑地形市区的信号中值 若基地站天线有效高度不是200m，可利用图3-7查出修正因子Hb（hb，d），对基本衰耗中值加以修正，称为基站天线高度的增加因子。若移动台天线高度不等于3m时，可利用图3-8查出修正因子Hm（hm，f），对基本衰耗中值进行修正，称为移动台天线高度的增益因子。如果发射机送至天线的发射功率为Pt，加上天线增益，则准平滑地形市区接受信号功率中值Pp为：3）计算任意地形地物情况下的信号中值：KT为地形地物修正因子Kmr：郊区修正因子；Q0，Qr：开阔区，准开阔区修正因子；Kh，Khf
16、：丘陵地形修正因子及丘陵地微小修正值；Kjs：孤立山丘地形修正因子；Ksp：斜坡地形修正因子；Ks：水路混合地形修正因子例题：某一移动信道，工作频段为450MHz，基站天线高度为50m，天线增益为6dB，移动台天线高度为3m，天线增益为 0dB；在市区工作，传播路径为中等起伏地，通信距离为 10km。试求：(1) 传播路径损耗中值；(2) 若基站发射机送至天线的信号功率为 10W，求移动台天线得到的信号功率中值。(1) 根据已知条件，KT=0, LA=LT，式(3 - 68)可分别计算如下： 自由空间传播损耗：查得市区基本损耗中值(2) 中等起伏地市区中接收信号的功率中值第七章 蜂窝移动通信1
17、大区制系统的局限性：覆盖范围有限；服务的用户容量有限，1000个用户以下；服务性能较差；频谱利用率低。2小区制特点：用户容量大，服务性能较好，频谱利用率较高，用户终端小巧却电池使用时间长，辐射小等。新的问题：系统复杂，越区切换，漫游，位置登记、更新和管理以及系统鉴权等。3频率复用：小区内基站的工作频率，由于电波传播损耗产生的隔离度，可以在相隔一定距离后的另一小区重复使用.4同频干扰是指落到接收机通带内的与有用信号频率相同的无用信号的干扰，亦指同信道干扰。同频干扰的强弱与同频复用小区间距离和小区半径的比值有关，信干比可控。5同频复用比：Q=D/R。D：同频基站间的距离为同频复用距离R：小区半径。
18、6 Q复用次数越多，系统容量越大；Q 复用次数越少，话音质量好，干扰小。保证接收机输入端的信号/同频干扰比（C/I）大于或等于射频防卫度.（Q的比值取决于C/I）7射频防卫度是满足接收质量要求时的射频信号与同频干扰信号之比。射频防卫度，一般定为话音4级时为17dB、3级时为12dB（即动态载噪比）。静态载噪比为12dB和8dB.8小区制移动通信网构成方式：条状服务区；面状服务区9面状小区形状：当r相同时，正六边形的邻区距离最大，小区面积最大，小区交叠区面积最小。10区群的组成：重用模型：该模型中每个蜂窝区使用唯一频段，或称区群。N： 一个重用模型的蜂窝区个数，称为重用因子。共同使用全部可用频率
19、的N个小区组成一个区群，N是区群的大小，典型值3、4、7、9、12 、。系统中的区群越多，系统容量越大，频率的利用率越高。N越大，则意味着同频小区间距离越远，同频干扰越小。N越小，则意味着一个系统中可有更多的簇，频率利用率高，有更多的容量。从提高频率利用率的角度，在保持满意的通信质量的前提下，N应取最小值最好。11 区群组成条件：基本图案能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积；相邻单元中，同频道的小区间距离相等，且为最大。 N=a2+ab+b2 。a和b分别为相邻同频小区间的二维距离。找某一小区的相距最近的同频小区步骤：自小区A出发，沿任一条六边形链移动a个小区，并逆时钟旋转60再移动b个小区， a
20、和b称为簇与簇之间的二维距离, a和b为正整数，且不能同时为零。 12同频小区的距离(R为小区辐射半径) 13一般情况全向天线的同频干扰14最坏情况的同频干扰15 提高系统容量的方法小区分裂。小区分裂是解决网中用户的增加，解决网中用户密度的不同的有效方法。小区分裂的两种方案；在原基站上分裂划分扇区；增加新基站的分裂。16小区分裂的两种方案:在原基站上分裂划分扇区;增加新基站的分裂. 划分扇区：在原小区的基础上，将中心设置基站的全向覆盖区分裂为几个定向天线的小区。增加新基站的分裂：是指将小区半径缩小，增加新的蜂窝小区，并在适当的地方增加新的基站的方法。基站间距减为原来的一半，基站覆盖面积变为原来
21、的四分之一。17信道分配的两个含义。频道分组：根据移动网的需要将全部频道分成若干组；频道指配：以固定的或动态分配方法指配给蜂窝网的用户使用。18固定信道分配：每小区频率固定。分为分区分组配置法，等频距配置法。分区分组配置法原则：尽量减小占用的总频段，以提高频段的利用率；同一区群内不能使用相同的信道，以避免同频干扰；小区内采用无互调干扰的相容信道组，以避免互调干扰。缺点：主要出发点避免三阶互调，但未考虑同一信道组中的频率间隔，可能会出现较大的邻道干扰。等频距配置法：按等频率间隔来配置信道。特点：频距足够大，可避免邻道干扰；存在互调干扰；干扰易被接收机输入滤波器滤除而不易作用到非线性器件，可降低互
22、调干扰。19多波道共用：任何一个小区内的移动用户可选取小区内空闲波道，所有波道对用户共用，多波道共用提高了小区内信道利用率。20多波道共用的两种方式：人工方式与自动方式。波道（信道）自动选择的四种方式:专用呼叫信道方式、循环定位方式、循环不定位方式、循环分散定位方式。21专用呼叫信道方式：在给定的多个共用信道中，选择一个信道专门作为呼叫信道，以完成建立通信联系的信道分配，而其余信道作为话务信道。专用呼叫信道方式的工作过程：守候、呼叫、应答、挂机四种状态。专用呼叫信道方式的适用范围：大系统、多信道系统，如GSM系统。22循环定位方式：在给定的多个共用信道中，没有专门指定的话务信道和呼叫信道。具体
23、哪一个信道临时作为呼叫信道使用由基站控制，每个信道都有机会临时担当呼叫信道。 循环定位方式的工作过程：指定呼叫信道、定位守候、建立通信、通话终了。特点：信道利用率高，全部信道可通话，适用于中小容量的系统；处理时间长，有呼叫冲突现象。23循环不定位方式：用户不必集中定位于一个信道上对基站呼叫。基于循环定位方式，企图解决冲突现象。循环不定位方式的工作过程：移动用户不定位呼叫基站，基站发长信号定位移动台建立通信。特点：接续时间长，只适用于信道很少的系统。系统的全部信道都工作，互调干扰严重24循环分散定位方式：基站，对全部空闲信道发出空闲信号，网内用户分散在各个空闲信道上。用户呼叫基站在各自的信道上进
24、行。基站呼叫移动用户时，其呼叫信号在所有空闲信道上发出，并等待应答信号。特点：接续快，效率高，冲突少。但接续控制复杂，多信道工作时存在干扰。25流入话务量 1Erl （1个呼叫/小时，占用1小时 ） 完成话务量A= 0S 呼损率（B）：定义为损失话务量与流入话务量之比。用来说明呼叫损失的概率。 B降低，A随之降低，网内容纳的用户数减小每用户忙时话务量：（C：用户每天平均呼叫的次数；T：每次呼叫平均占用波道的时间（秒/次）；K：集中系数）。波道利用率可用每个波道平均完成的话务量表示：越大表示每波道越忙，空闲的时间越短，利用率越高。每个波道能容纳的用户数： 用户总数M为：26爱尔兰呼损公式： 上式
25、表示了多波道共用系统中，呼损率(B)、共用波道数（n）和流入话务量(A)三者的关系当共用波道数n一定时，呼损率B越大，系统的流入话务量A越大，波道利用率越高，系统容纳的用户数越多。但服务质量越低。采用波道共用技术，可提高波道利用率，随n增加，增加，但提高的速度越来越少。27越区切换：指正在进行的移动台与基站之间的通信链路从当前基站转移到另一个基站的过程。目的就是维持高质量的信号质量、平衡小区之间业务量及恢复出现故障的控制信道。分类：硬切换：新的连接建立前，先中断旧的连接。例如GSM系统。软切换：维持旧的连接，同时建立新的连接。例如 CDMA系统。更软切换：扇区之间的切换。接力切换：TD-SCD
26、MA28越区切换准则：通常是根据移动台处接收的平均信号强度，或移动台处的信噪比、误比特率等参数来确定。准则1：相对信号强度准则；准则2：具有门限规定的相对信号强度准则；准则3：具有滞后余量的相对信号强度准则；准则4：具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则29准则1在任何时间都选择具有最强接收信号的基站 缺点：在原基站信号强度仍满足要求的情况下，会引发太多不必要的越区切换，特别是衰落信道下。准则2门限太高则同于准则1，门限太低，会引起较大的越区时延，链路质量差，可能引起信号中断准则3仅允许移动用户在新基站的信号强度比原基站信号强很多（即大于滞后余量）的情况下切换准则4：仅允许移动用户在旧基站的
27、信号电平低于规定门限并且新基站的信号强度高于当前基站一个给定滞后余量时进行越区切换。30越区切换的控制包括：参数控制和过程控制。过程控制的方式：移动台控制的越区切换、网络控制的越区切换、移动台辅助的越区切换31移动台控制：移动台连续监测当前基站和几个越区时的候选基站的信号强度和质量，当满足某种越区切换准则后，移动台选择具有可用业务信道的最佳候选基站，并发送越区切换请求。DECT等小系统常采用，在大系统中容易引起切换冲突。网络控制：基站监测来自移动台的信号强度和质量，当信号低于某个门限后，网络开始安排向另一个基站的越区切换。缺点：若MS失去联系，将造成信号中断。第一代模拟系统采用此方法，切换时间
28、长，可达10s，TD-SCDMA采用接力切换，即只需基站参与。移动台辅助：网络要求移动台测量其周围基站的信号并把结果报告给旧基站，网络根据测试结果决定何时进行越区切换以及切换到哪一个基站。第二代系统GSM，CDMA都采用此方法。特点：时间快，切换过程1s2s ，信号中断1s。32信道分配：小区预留部分信道，专门用于越区切换。特点：增加新呼叫的呼损率，减小通话中断率。切换策略：在小区内分配空闲信道时，切换策略是使切换请求优先于呼叫初始请求。切换门限：不能太大也不能太小太大，就可能会有不需要的切换来增加MSC负担，太小，就可能会因为信号太弱而掉话，而在之前没有足够的时间来完成切换。切换时间：保证所
29、检测到的信号电平的下降不是因为瞬间的衰减，而是移动台正在离开当前服务的基站。第四章 GSM移动通信系统1GSM的网络结构2 GSM 是一种公共陆地移动网(PLMN)。 一个国家内可以由数个运营商根据GSM标准建设蜂窝移动通信网络。组成：MS (移动站) BS (基站) MSC (移动交换中心) LR (位置寄存器) 。子系统：RSS (无线子系统)：涵盖所有无线方面。NSS (网络和交换子系统)：呼叫下传、越区切换、交换。OSS (操作子系统)：网络管理。3无线子系统：组成：MS(移动站)、BSS(基站子系统)，组成：BTS(基站收发信机)：发射机和接收机。BSC(基站控制器)：控制数个收发信
30、机。在一小区内建立无线电覆盖并与移动台通信的设备组成。接口：Um：无线空中接口。 Abis：标准化的开放接口，用户信道数据速率16 kbit/s。A：标准化的开放接口，用户信道数据速率64 kbit/s。4网络和交换子系统组成：MSC(移动交换中心) 、IWF(互通功能) 、ISDN(综合业务数字网) 、PSTN(公共交换电话网) 、PSPDN(分组交换公共数据网) 、CSPDN(电路交换公共数据网) 。数据库： HLR(归属位置寄存器) 、VLR(访问位置寄存器)、EIR(设备识别寄存器)。(1)移动交换中心(MSC)网络的核心：提供交换功能并面向下列功能实体； 把移动用户与固定网用户、移动
31、用户与移动用户之间互相连接起来。可以从三种数据库，即原籍用户位置寄存器、访问用户位置寄存器和鉴权中心获取有关处理用户位置登记和呼叫请求等所需的全部数据，作为网络的核心，MSC还支持位置登记和更新、过区切换和漫游服务等项功能。(2) HLR：是存储管理部门用于移动客户管理的数据，每个移动客户都应在其HLR注册登记。可以看作是GSM系统的中央数据库，存储该HLR管辖区的所有移动用户的有关数据。VLR：是存储MSC为了处理所管辖区域中MS的来话、去话呼叫所需检索的信息。存储进入其控制区域内来访移动用户的有关数据。5操作子系统(OSS) 使所有GSM子系统的操作、管理和维护能集中进行。组成：鉴权中心(
32、AUC)：鉴权中心存储着鉴权信息和加密密钥，防止无权用户接入系统和保证无线通信安全，基于 VLR 的申请生成用户的特定鉴权参数； 鉴权参数用于GSM 系统内移动终端的鉴权和空中接口用户数据加密。操作与维护中心(OMC)：负责对全网进行监控与操作。对无线子系统和网络子系统的不同的控制能力。系统的自检、报警与备用设备的激活、系统的故障诊断与处理、话务量的统计和计费数据的记录与传递、话务量的统计和计费数据的记录与传递。6 GSM网络接口 A接口定义为网络子系 统(NSS)与基站子系统(BSS)之间的通信接口。其物理连接是通过采用标准的 Mb/s PCM数字传输链路来实现的。此接口传送的信息包括对移动台及基站管理、移动性及呼叫接续管理等Abis接口定义为基站子系统的基站控制器(BSC)与基站收发信机两个功能实体之间的通信接口，用于BTS不与BSC放在一处与BSC之间的远端互
