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多种移动通信技术知识说明

一、 多址技术
在蜂窝移动通信系统中，通常有很多移动台同时通过基站和其它用户进行通信因而必须对不同的移动台和基站发出的信号赋予不同的特征，使基站能从众多的信号中区分出是那一个移动台发出的信号，而每个移动台也能识别出基站发出的信号中那一个是发给自己的信号。解决这个问题的方法称为多址技术。
其基本类型有：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）。

1） 频分多址（FDMA）
FDMA是把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道或称为信道，分配给用户使用。这些频道互不交叠，其宽度应能传播一路数字语音信息而在相邻的频道之间无明显的串扰，这种通信系统的基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号，任意两个移动用户之间进行通话都必须经过基站的中转，因而，必须同时占用4个频道才能实现双工通信。移动台在通信时所占用的频道并不是固定分配的，它通常是在通信建立阶段由系统控制中心临时分配的，通话结束后，移动台将退出它占用的频道这些频道可以重新分配别的用户使用。目前，FDMA主要用于模拟手机中。

2） 时分多址（TDMA）
TDMA是把时间分割成周期性的时帧，每一帧再分割成若干个时隙（无论时帧或时隙都是互不重叠的）然后根据一定的分配原则，使各个移动台在每帧内只能在指定的时隙向基站发送信号在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接受到各移动台的信号而互不混扰。同时，基站发向多个移动台的信号都按顺序排序安排在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分开来。

（3） 码分多址（CDMA）
CDMA通信系统中，不同的用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分的，而是用各不相同的编码序列来区分的或者说时是靠信号的不同波形来区分的，如果以频域或时域来观察多个CDMA信号是互相重叠的，接收机用相关器可以从多个CDMA信号中选取出其中使用预定码型的信号，而其它使用不同码型的信号不能被解调。

二、 功率控制
当手机在小区内移动时，它的发射功率需要进行变化。当它离基站较近时，需要降低发射功率，减少对其它用户的干扰，当它离基站较远时，就应该增加功率，克服增加了的路径衰耗。
所有的GSM手机都可以以2dB 为一等级来调整它们的发送功率，GSM900 移动台的最大输出功率是2W（规范中最大允许功率是20W，但现在还没有20W的移动台存在）。DCS1800移动台的最大输出功率是1W。相应地，它的小区也要小一些。

三、 蜂窝技术
移动通信系统是采用一个叫基站的设备来提供无线服务范围的。基站的覆盖范围有大有小，我们把基站的覆盖范围称之为蜂窝。采用大功率的基站主要是为了提供比较大的服务范围，但它的频率利用率较低，也就是说基站提供给用户的通信通道比较少，系统的容量也就大不起来，对于话务量不大的地方可以采用这种方式，我们也称之为大区制。采用小功率的基站主要是为了提供大容量的服务范围，同时它采用频率复用技术来提高频率利用率，在相同的服务区域内增加了基站的数目，有限的频率得到多次使用，所以系统的容量比较大，这种方式称之为小区制或微小区制。下面我们简单介绍频率复用技术的原理。

四、 切换：
将一个正处于呼叫建立状态或忙状态的MS转换到新的业务信道上的过程称为切换。
切换是由网络决定的，一般在下述两种情况下要进行切换：一种是正在通话的用户从一个小区移向另一个小区；另一种是MS在两个小区覆盖重叠区进行通话，可占用的TCH的这个小区业务特别忙，这时BSC通知MS测试它临近小区的信号强度、信道质量，决定将它切换到另一个小区，这就是业务平衡所需要的切换。

五、 GSM系统
5.1 系统网络结构：

5.2 工作频率：
GSM900/1800工作的无线频率分别为：
GSM900： 890~915MHz 上行频率
935~960MHz 下行频率
双工间隔为45MHz，工作带宽为25MHz，载频间隔200KHz

GSM1800： 1710~1785MHz 上行频率
1805~1880MHz 下行频率
双工间隔为95MHz，工作带宽为75MHz，载频间隔为200KHz
序号从1-94属于移动，96-125属于联通
其中：中国移动拥有 上行：1710-1730MHz
下行：1805-1825 MHz
中国联通拥有 上行：1740-1755MHz
下行：1835-1850 MHz

移动EGSM900为 885~915MHz（上行频率）
930~960MHz（下行频率）
EGSM900比GSM900在上/下行频段向下扩展了5MHz工作带宽，以解决目前GSM900系统频道拥挤问题，目前主要为中国移动所用。
通信方式：全双工
信道分配：TDMA每载波8个时隙，半速信道16个

5.3 信道与频率的关系：
为便于无线管理，对每一信道都有明确的信道编号，同时不同的系统不同的频率内信道是不同的，具体计算方法如下：
GSM900：Fun)=890+0.2n(MHZ)
Fd(n)=Fu(n)+45(MHZ)
n:为绝对射频频道（信道）即ARFCN，其值为1≤n≤124

EGSM900： Fu2(n)=890+0.2×(n-1024)(MHZ) 975≤n≤1024
Fd(n)=Fu(n)+45(MHZ)
GSM1800： Fu(n)=1710.2+0.2×(n-512)(MHZ)
Fd(n)=Fu(n)+95(MHZ) 512≤n≤885
由此可见，每信道都对应有一个ARFCN，也即不同的的n是只能应用于属于它的那个频道。

5.4 信道分类：
GSM系统中，信道分成逻辑信道和物理信道，时隙是基本的物理信道，即一个载频包含8个物理信道。无线子系统的物理信道支撑着逻辑信道。逻辑信道按其功能分为业务信道（TCH）和控制信道（CCH）。

5.5 跳频
在语音信号经处理，调制后发射时，还会采用跳频技术──即在不同时隙发射载频在不断地改变（当然，同时要符合频率规划原则）。
引入跳频技术，主要是出于以下两点考虑。
由于过程中的衰落具有一定的频带性，引入跳频可减少瑞利衰落的相关性。
由于干扰源分集特性：在业务密集区，蜂窝的容量受频率复用产生的干扰限制，因为系统的目标是满足尽可能多买主的需要，系统的最大容量是在一给定部分呼叫由于干扰使质量受到明显降低的基础上计算的，当在给定的C/I值附近统计分散尽可能小时，系统容量较好。我们考虑一个系统，其中一个呼叫感觉到的干扰是由许多其它呼叫引起的干扰电平的平均值。那么，对于一给定总和，干扰源的数量越多，系统性能越好。

六、 CDMA系统
6.1 工作频率：
825MHz—835MHz（基站收）
870MHz—880MHz（基站发）
注：《中国电信有再申请5M的意向》

6.2 信道与频率的关系：
fu=825+0.03N
fd=870+0.03N n:为绝对射频频道（信道）即ARFCN，其值为(N=1—333）

37
78
119
160
201
242
283
825MHz
835MHz
37
78
119
160
201
242
283
870MHz
880MHz
基站收
基站发

每信道工作带宽：1.23MHz

6.3 信道结构：

导频信道1个(W0)
同步信道1个(W32)
寻呼信道7个(W1-W7)
前向业务信道55个(W8-31-W33-63)
接入信道(1—n≤32)
反向业务信道（1—m≤64)
前向
MS
BTS
每个基站小区

6.4 软切换：
采用“先连接再中断”的方式进行切换
手机识别目标BTS扇区并向BSC报告
同时连接多达6个扇区
被称为“软切换”
Softer 更软切换
手机连接到同一个BTS的2到3个扇区
在BTS处进行分集合并
Example: BTS1_a + BTS1_ b
Soft-softer 软-更软切换
Example: BTS1_a + BTS2_ a + BTS2_ b

6.5自干扰系统
CDMA不需进行频率规划，各小区可以使用相同频道。但各小区要进行导频相位置规划。

6.6导频污染
移动台收到3个以上的导频信号，其强度超过或 达到T-ADD（导频检测门限）值以上，并且没有占主导地位的导频信号，则造成了导频污染。导频污染使移台在几个基站间频繁切换，掉话几率增加。
6.7系统容量
CDMA单个载频，当扇区负荷为57%时，不同基站类型可提供信道容量为：
—全向基站(1) 可提供话音信道CH 23个
—2向基站(1/1) 可提供话音信道CH 21/21个
—3向基站(1/1/1) 可提供话音信道CH 20/20/20个

七、 PHS系统

7.1基站类型
􀁺 10mW基站(RP)
􀁺 200mW基站（CS）
􀁺 500mW基站（CS）
7.2同步结构
500mW基站组成的网络采用空中同步方式。它有5级同步结构：
􀁺 Master同步基站:连接GPS接收机，在每N天预设的时间和GPS信号同步。
􀁺 Slave1同步基站:通过空中接口在每N天预设的时间段和Master基站同步。
􀁺 Slave2同步基站:通过空中接口在每N天预设的时间段和Slave1基站同步。
􀁺 Slave3同步基站:通过空中接口在每N天预设的时间段和Slave2基站同步。
􀁺 Free run基站:无法搜索到同步基站的孤立基站，依靠自有相位和网络时钟运行。
基站的同步级别最初由系统在每个基站的CS ID中设定，并由Netman下载到基站，
在实际运行后，基站可以调整自己的同步级别，并上报Netman，由Netman确认，改变其CS ID的最后两位(z z)。

八、 3G系统
8.1TD-SCDMA
8.1.1 系统基本特性
TD-SCDMA系统每载波占用1.6 MHz带宽，5 MHz带宽便可以支持3个载波，而中国为TD-SCDMA预留了155 MHz带宽，应该说频率资源在一定时期内是足够的。目前应用最多的是2010～2025 MHz频段（1880-1920MHz、2300-2400MHz），该频段与其他系统频段距离较远，所以系统间干扰最小。
8.1.2 帧结构
TDMA 帧时长10ms，被分成2个5ms的子帧，每个子帧又分成7个普通时隙，和3个特殊时隙，每个时隙时长675 µs 。这三个特殊时隙是：下行导频，上行导频，保护时间。
每个5ms的子帧包含7个普通时隙，其中TS0总是分作下行链路，TS1总分配作上行链路。用作上行和下行的时隙有转换点分离。在每个5ms的帧中，有两个这样的转换点， 帧结构中，智能天线技术，上行链路同步技术也给予以支持。

基本知识：
5ms子帧：波束赋型需要一定的处理时间；提高功率控制速度，以便高速移动（这也决定了UE最高移动速率为120km/h）
TS0时隙：主要发送下行公共信道
GP时隙：用于空口传输时延保护，其限制了最大覆盖半径≤11.25km
Midamble码：相当于GSM的训练序列，WCDMADPCCH中的Pilot承载
DwPCH时隙：下行同步用，相当于WCDMA的SCH
UpPCH时隙：上行同步用，相当于WCDMA的Preamble，便于相干解调
调制：上下行均无BPSK调制
上行SF：1，2，4，8，16
下行SF：1，16
用户识别：上下行均通过扩频码来区分，而WCDMA上行是通过扰码来区分用户的
覆盖：TD-SCDMA比WCDMA覆盖小，且扩展能力较差，原因如下：
GP的限制，增加覆盖半径需要采用偷帧方式，降低信道容量
不支持软切换和更软切换，减少由此带来的处理增益
时隙发射导致平均发射功率降低，而UE和基站总功率却与WCDMA相当
智能天线每个天线本身增益不高（据有关信息知，圆阵为5振子，线阵为8振子）

8.1.3 多频点小区
定义：同一个扇区的N个载频同属于一个逻辑小区，其中一个载频为主载波，其余为辅载频
多频点小区特性：
􀂾主载频和辅助载频使用相同的扰码和基本midamble
􀂾公共控制信道配置在主载频上
􀂾多时隙配置应限定为在同一载频上
􀂾同一用户的上下行配置在同一载频上
􀂾主载频和辅载频的上下行转换点配置一致
非多频点技术存在的缺陷：
􀂾公共信道不进行赋形，没有干扰消除，干扰比较严重；
􀂾覆盖上下行受限于P-CCPCH信道；
􀂾只有32组下行导频码，同频组网码字受限
多频点技术带来的好处：
􀂾在业务信道同频组网的情况下P-CCPCH类似于异频组网，降低干扰；􀂾P-CCPCH可以共用N个频点的总功率，扩大覆盖范围；
􀂾相当于下行导频码增加N倍，频点与码字资源充足，规划简单方便
8.1.4 切换
TD-SCDMA的两种切换机制：
硬切换：目前主要使用的切换技术
接力切换：本质上也是一种硬切换，但协议规定还不完善，存在未知因素，实际应用比较复杂
实际应用中，如果只有硬切换，由于CDMA的自干扰特性，其硬切换表现可能不如GSM稳定，网络质量达不到GSM系统，尤其是在同频率上的硬切换，成功率可能会比较低
8.1.5 智能天线
智能天线由一系列多天线单元及相应的收发器组成，收发器中使用高级数字信号处理算法。不同于传统的天线只产生单一固定的波束，智能天线能电动的产生多个波束形状，每个波束可以指向特定的用户单元，并且能自适应的随用户移动。这种特性，也可称为空间选择性能大大减少用户在不同位置使用相同频率的同频干扰，因而，增加了接收的选择性，增加了系统的容量。智能天线也能有效地集合多路信号对抗多径衰落。在发射端，下行链路的空间选择性波束能大大减少其它用户单元的干扰，节省了输出功率，增加系统容量。
TD-SCDMA系统主要基于智能天线技术。一些主要的技术特性如5ms的子帧就基于智能天线的要求。

8.2 WCDMA
8.2.1 工作频率：
1920MHz—1980MHz（基站收）
2110MHz—2170MHz（基站发）
8.2.2 信道结构：
主CCPCH：1、承载BCCH信道和时间复用的公共导频信道。 2、固定速率、采用与专用业务信道相同的方式映射到
DPDCH。
3、在所有小区中被分配同样的信道码。（一旦在初始小区
搜索期间检测到基站的唯一扰码，便可发现BCCH）

8.3 CDMA 2000
8.2.1 标准介绍：
定义
1xRTT: 1x (1.25 MHz) Radio Transmit Technology (RTT)
1xEV-DO: 1xRTT Evolution – Data Optimized
1xEV-DV: 1xRTT Evolution – Data and Voice
IS-2000 (1xRTT and 1xEV-DV)
Release 0 (Oct 1999) – 1xRTT
Release A (Jul 2000) – 1xRTT with 307 kbps support
Release B (Apr 2002) – 1xRTT with Rescue Channel
Release C (May 2002) – Release C 1xEV-DV, 1xRTT with forward link packet data enhancement.
Release D (End 2003) – Release D 1xEV-DV, Release C 1xEV-DV plus reverse link packet data enhancement.
IS-856 (1xEV-DO)
Release 0 (Oct 2000) – 1xEV-DO.
Release A (End 2003) – 1xEV-DO with reverse link enhancement.
8.2.2 cdma2000中的几种技术
cdma2000 1xRTT/3xRTT
1x (1.25 MHz) and 3x (3.75 MHz) Radio Transmit Technology (RTT)
cdma2000 1xEV-DO
1xRTT Evolution – Data Optimized（一个载波只做数据）
cdma2000 1xEV-DV
1xRTT Evolution – Data and Voice（测试阶段）

8.4 各3G技术对比

九、 WLAN系统
9.1各种无线网络技术的市场定位

9.2IEEE 80211协议族
IEEE 802.11b
IEEE 802.11b标准规定WLAN工作频段在2.4-2.4835 GHz，数据传输速率最高达到11Mbps,。该标准是目前已经取代了IEEE802.11标准。它采用补偿编码键控调制方式，数据传输速率可在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps之间自动切换，它改变了WLAN设计状况，扩大了WLAN的应用领域。
IEEE 802.11
IEEE 802.11(Wireless Fidelity,Wi-Fi,无线相容认证)标准定义物理层和媒体访问控制(MAC)规范。物理层定义了数据传输的信号特征和调制，定义了两个RF传输方法和一个红外线传输方法，RF传输标准是跳频扩频和直接序列扩频，工作在2.4000～2.4835GHz频段。
IEEE 802.11g
IEEE 802.11g标准工作的频段与802.11b相同,拥有IEEE 802.11a相同的传输速率,最高可达54Mbps/108Mbps
(Turbo/SuperG),安全性较IEEE 802.11b好,采OFD（正交频分复用）调制方式,可802.11b兼容。

IEEE 802.11a
IEEE 802.11a标准规定WLAN工作频段在5.15-5.850 GHz,数据传输速率达到54Mbps/108Mbps(Super A)。该标准扩充了标准的物理层，采用正交频分复用OFDM的独特扩频技术。由于工作在5G频段，干扰比2.4G小很多，稳定性较好，但是此标准与802.11b不兼容。

9.3 IEEE802.11a/b/g对比

9.4 WLAN与3G的关系
WLAN是3G网络的补充：
WLAN成本低、速率高能够很好地满足热点地区的数据业务需求，是3G网络的补充接入方式

WLAN的优势：
速率较高，满足高速无线上网需求
设备价格低廉，建设成本低
技术较成熟, 在国外已有丰富的应用

WLAN的不足：
功率受限,覆盖较小,移动性较差
工作在自由频段, 容易受到干扰