移动通信基础知识1.docx
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移动通信基础知识1
目录
目录1
第1章移动通信基础知识1
1.1移动通信的目的1
1.2移动通信网的组成1
1.3移动通信发展历程1
1.3.1第一代移动通信系统及其主要特点1
1.3.2第二代移动通信系统及其主要特点1
1.3.3第三代移动通信系统及其主要特点1
1.3.4第四代移动通信系统及其主要特点1
1.4移动通信的分类1
1.5单双工类型2
1.6双工方式2
1.7多址方式3
1.7.1频分多址FDMA3
1.7.2时分多址TDMA3
1.7.3码分多址CDMA3
1.8移动通信的特点3
1.9移动通信系统的组成3
1.10无线电频谱及频段命名4
1.11移动通信使用的频段5
1.11.1GSM频段5
1.11.2TD-SCDMA频段6
1.11.3WLAN频段6
1.12切换7
1.13分集接收7
1.13.1空间分集7
1.13.2时间分集7
1.13.3频率分集7
1.13.4极化分集7
第2章射频知识8
2.1带宽8
2.2增益和损耗8
2.3发信功率及其单位换算8
2.4dB和dBm8
2.5接收机的热噪声电平8
2.6接收机底噪及接收灵敏度9
2.7移动通信的电波传播9
2.7.1陆地移动通信中无线电波传播的主要特点9
2.7.2快衰落9
2.7.3慢衰落9
2.8自由空间的传播损耗10
2.9电磁干扰10
2.9.1同频干扰和同频干扰保护比10
2.9.2互调干扰（三阶交调）10
第3章天馈系统12
3.1天线12
3.1.1偶极子12
3.1.2偶极子频率范围12
3.1.3增益13
3.1.4dBi与dBd的定义13
3.1.5波瓣宽带13
3.1.6前后比14
3.1.7阻抗14
3.1.8回波损耗15
3.1.9隔离度16
3.1.10极化17
3.2无源器件18
3.2.1功分器18
3.2.2电桥和耦合器18
3.2.3合路器与双工器18
第4章GSM和TD-SCDMA系统19
4.1GSM数字移动通信系统的组成19
4.1.1基站子系统（BSS）19
4.1.2网络子系统（NSS）19
4.1.3操作和支持子系统（OSS）19
4.1.4移动终端MS19
4.2GSM系统的接口19
4.3我国GSM系统的工作频段20
4.3.1频道间隔20
4.3.2频道配置20
4.4GSM系统技术指标20
4.5TD-SCDMA基本概念21
4.5.1TD帧结构22
4.5.2TD-SCDMA系统的同步技术22
4.5.3智能天线23
4.5.4联合检测23
4.5.5接力切换23
第5章技术标准24
5.1各系统覆盖场强标准24
5.1.1GSM标准24
5.1.2TD-SCDMA标准24
5.1.3WLAN标准24
5.2穿透损耗24
第1章 移动通信基础知识
1.1 移动通信的目的
实现任何时间、任何地点和任何通信对象之间的通信。
1.2 移动通信网的组成
移动网可以看成是有线通信网的延伸，它由无线和有线两部分组成。
无线部分提供用户终端的接入，利用有限的频率资源在空中可靠地传送话音和数据；有线部分完成网络功能，包括交换、用户管理、漫游、鉴权等，构成公众陆地移动通信网PLMN。
从陆地移动通信的具体实现形式来分主要有模拟移动通信和数字移动通信这两部种。
1.3 移动通信发展历程
1.3.1 第一代移动通信系统及其主要特点
第一代移动电话系统采用了蜂窝组网技术，蜂窝概念由贝尔实验室提出，70年代在世界许多地方得到研究。
第一代的主要特点是利用模拟传输方式实现话音业务，以AMPS（美国、南美洲）、TACS（英国、中国）和NMT（北欧）为代表。
主要商用时间从80年代初开始到90年代前期。
1.3.2 第二代移动通信系统及其主要特点
第二代蜂窝移动通信系统以数字传输方式实现话音和低速数据业务，以GSM为主,IS-95CDMA为辅。
主要商用时间从90年代中期开始到现在。
从1996年开始，为了解决中速数据传输问题，又出现2.5代的移动通信系统，如GPRS和IS-95B。
1.3.3 第三代移动通信系统及其主要特点
第三代蜂窝移动通信系统以更高速的数据业务和更好的频谱利用率为目标，采用宽带CDMA为主流技术，目前已形成两类三种空中接口标准，即WCDMAFDD（简称WCDMA、中国联通使用）、WCDMATDD（简称TD-SCDMA、中国移动使用）和CDMA2000（中国电信使用）。
今后十年内将逐步替代第二代系统而成为主流。
1.3.4 第四代移动通信系统及其主要特点
第四代移动通信系统技术以OFDM（正交频分复用）主，提供高速的数据传输。
4G通信技术以传统通信技术为基础，不断提高无线通信的网络效率和功能，其优势在于通话质量以及数据通信数量。
1.4 移动通信的分类
按工作方式分类：
单工、双工、半双工
按多址方式分类：
FDMA、TDMA、CDMA
按信号形式分类：
模拟网、数字网
按信号传输的煤质：
有线通信、无线通信
按覆盖范围分类：
城域网、局域网、个域网
按业务类型分类：
电话网、数据网、综合业务网、多媒体
按服务特性分类：
专用网、公用网
按使用环境分类：
陆地通信、海上通信、空中通信
按使用对象分类：
民用系统、军用系统
1.5 单双工类型
单工是指信息只能单方向传输。
广播、无线寻呼和遥控系统就属于单工通信。
半双工是指通信的两端都可以发送和接收，但不能同时进行。
对讲机就是典型的半双工系统。
双工是指通信的双方（两端）可同时发送和接收信息，即信息可同时在两个方向上传递。
电话就是典型的双工通信系统。
1.6 双工方式
频分双工FDD：
接收和发送是在分离的两个对称频率信道上。
时分双工TDD：
接收和发送在同一频率信道即载波的不同时隙，用保证时间来分离接收与传输信道。
1.7 多址方式
“多址”（MultiAccess）是指在多信道共用系统中，终端用户选择通信对象的传输方式，在陆地蜂窝移动通信系统中，用户可以通过选择“频道”、“时隙”或“PN码”等多种方式进行选址，它们分别对应地被称为“频分（FrequencyDivision）多址”、“时分（TimeDivision）多址”和“码分（CodeDivision）多址”。
简称FDMA,TDMA和CDMA。
1.7.1 频分多址FDMA
每一个用户的频率互不相同（每一个用户一个语音信道）；所有用户发射机可以同时工作。
1.7.2 时分多址TDMA
每一个用户的时隙互不相同；每一个数据信道在一个时隙内的位置互不相同；几个用户可以共享同一频率。
1.7.3 码分多址CDMA
每一个发射机的扰码互不相同；每一个信道的正交码互不相同；许多用户共享同一频率和时间。
1.8 移动通信的特点
移动通信必须利用无线电波进行信息传输；
工作于复杂的干扰环境，干扰有邻道干扰、互调干扰、共道干扰、多址干扰以及远近效应等等；
移动业务量的需求与日俱增；可利用的频谱资源有限；
移动通信系统的网络结构多样，网络管理和控制必须有效，移动性使得网络管理复杂；
用户数量庞大。
1.9 移动通信系统的组成
基本上可以分为三部分：
交换子系统、基站子系统、移动台。
移动网与市话网（PSTN）通过中继线相连。
小区制移动通信系统网络结构示意图
每个小区有一个收发基站（BTS），至少有一套收发信机，收发信机工作在一组无线频率上。
移动台（MS）也有一套收发信机与BTS相对应，并通过空间接口Um接入BTS。
若干个BTS由一个基站控制器（BSC）控制，BSC具有诸如切换和功率控制等功能。
一个业务交换中心（MSC）为多个基站控制器服务，它控制来自或去往公用交换电话网（PSTN）的呼叫。
1.10 无线电频谱及频段命名
无线电频谱是宝贵、有限的和非消耗性的自然资源。
目前大多数可用的频段都在使用中，我国的频率分配是由国家无线电管理机构统一进行。
频率范围
符号
名称
波长
应用
30~300Hz
ELF
特低频
10-4~10-3km
海底通信、电报
0.3~3KHz
VF
音频
10-3~10-2km
数据终端、有线通信
3~30KHz
VLF
甚低频
10-2~10-1km
导航、电话、电报、时标
30~300KHz
LF
低频
10-1~1km
导航、电力线通信、信标
0.3~3MHz
MF
中频
103~102m
广播、业余无线电、移动通信
3~30MHz
HF
高频
102~10m
军事通信、广播
30~300MHz
VHF
甚高频
10~1m
电视、移动通信
0.3~3GHz
UHF
特高频
102~10cm
电视、雷达、移动通信
3~30GHz
SHF
超高频
10~1cm
卫星和空间通信、雷达
30~300GHz
EHF
极高频
10~1mm
射电天文、雷达、微波接力
105~107GHz
紫外、红外、可见光
3×10-3~
3×10-5mm
光通信
1.11 移动通信使用的频段
1.11.1 GSM频段
900MHz频段安排如下：
中国移动（GSM）
890~909MHz 移动台发上行
935~954MHz 基站发下行，共19MHz
注：
若是EGSM：
885~890MHz 移动台发上行
930~935MHz 基站发下行，共5MHz
中国联通（GSM）
909~915MHz 移动台发上行
954~960MHz 基站发下行，共6MHz
CDMA系统频率安排如下：
中国电信CDMA
825~835MHz 移动台发
870~880MHz 基站发，共10MHz
1.8GHz频段安排如下：
中国移动
1710~1725MHz 移动台发
DCS1800MHz
1805~1820MHz 基站发（共15MHz）
中国联通
1745~1755MHz 移动台发
1840~1850MHz 基站发（共10MHz）
1710~1785
DSC1800MHz
MHz 移动台发
1805~1880MHz 基站发（共75MHz）
中国联通WCDMA上行频段：
1940~1955MHz,下行2130-2145MHz，带宽15MHz，5MHz一个载波，共三个载波。
小灵通频段指的是小灵通通话占用的1900-1920MHz频段。
频点：
频点是给固定频率的编号。
频率间隔都为200KHz。
这样就依照200KHz的频率间隔从890.2MHz、890.4MHz、890.6MHz、890.8MHz、891MHz……915MHz分为125个无线频率段，并对每个频段进行编号，从1、2、3、4……125；这些对固定频率的编号就是我们所说的频点；反过来说：
频点是对固定频率的编号。
在GSM网络中我们用频点取代频率来指定收发信机组的发射频率。
比如说：
指定一个载波的频点为2，就是说该载波将接受频率为890.4MHz的上行信号并以935.4MHz的频率发射信号。
GSM900的频段可以分成125个频点（实际可用124个）。
其中1~94属于中国移动、96~124属于中国联通，其中95保留以区分两家运营商，125号频点作为隔离频道。
频点情况900M：
移动1~94号频点；联通96~124号频点
1800M：
移动512~586号频点；联通686~735号频点
1.11.2 TD-SCDMA频段
中国移动TD-SCDMA可使用：
1880～1900MHz（F频段，原A频段）；
2010～2025MHz（A频段，原B频段）；
2320～2370MHz（E频段，原C频段）；
总计85MHz。
1.11.3 WLAN频段
802.11b/g
WLAN802.11b/g工作在2.4GHz频段，频率范围为2.400～2.4835GHz，共83.5M带宽，划分为13个子信道，每个子信道带宽为22MHz；其中互不干扰的信道有3个，常用的是1、6、11这组。
子信道分配如图2-1所示。
图：
2-1WLAN802.11b/g工作频段子信道分配
802.11a
WLAN802.11a工作在5.8GHz频段，频率范围为5.725GHz~5.850GHz，共125MHz带宽，划分为5个信道，每个信道带宽为20MHz。
子信道分配如图2-2所示。
图2-2WLAN802.11a工作频段子信道分配
802.11n
WLAN802.11n向下兼容802.11g和802.11a，同时支持2.4GHz和5.8GHz频段，两频段的信道数量分别与802.11g和802.11a一致。
802.11n技术可以将相邻的两个20MHz信道绑定成40MHz使用。
将两个相邻的20MHz信道绑定使用时，一个为主带宽，一个为次带宽，收发数据时既可以40MHz的带宽工作，也可以单个20MHz带宽工作。
1.12 切换
在通信期间，正在通信的用户从一条用户链路改变到另一条用户链路的过程称为切换。
它是蜂窝通信系统中非常重要的功能，切换的目的主要是为了避开当前通信链路上的强干扰或是为了保证当通话中的移动台越出当前小区时，现有通话不中断。
切换过程对于MS用户应该是不易察觉的，也就是说用户不知道已经发生了切换；即：
切换过程对用户是透明的。
GSM系统中采用硬切换技术，即先断开原来的通信链路，再接入到新的通信链路中去，具有一定的风险性。
CDMA系统采用的是软切换，即先接入到新的通信链路中，再断开原来的通信链路。
TD-SCDMA系统采用的是接力切换方式。
接力切换使用上行预同步技术，在切换过程中，UE从原小区接收下行数据，向目标小区发送上行数据，即上下行通信链路先后转移到目标小区。
1.13 分集接收
分集接收是指在若干支路上接收相互间相关性小载有同一消息的信号，然后通过合并技术将各个支路的信号合并输出。
可分为时间分集、空间分集、频率分集、极化分集。
1.13.1 空间分集
在空间设立两副接收天线，独立接收同一信号，由于其传播环境及衰落各不相同，具有不相干或相干性很小的特点，采用分集合并技术并使输出较强的有用信号，降低了传播因素的影响。
1.13.2 时间分集
可采用通过一定的时延来发送同一消息，或在系统所能承受的时延范围以内在不同时间内的各发送消息的一部分。
1.13.3 频率分集
这种分集技术在GSM中是通过调频来实现的。
1.13.4 极化分集
它是通过采用垂直电子天线、垂直磁性天线和环状天线来实现的。
第2章
射频知识
射频是指该频率的载波功率能通过天线发射出去（反之亦然），以交变的电磁场形式在自由空间以光速传播，碰到不同介质时传播速率发生变化，也会发生电磁波反射、折射、绕射、穿透等，引起各种损耗。
2.1 带宽
描述频率范围，等于器件应用的最高频率和最低频率的差值。
带宽不止表示器件正常工作的频率范围，还和数据承载能力（数据速率）有直接关系。
所有射频器件都可以归为两类：
窄带或者宽带。
窄带和宽带的区分没有严格规定。
2.2 增益和损耗
如果输出的信号大于输入的信号，表明该器件有增益，这样的器件叫做放大器。
所有放大器都是有源器件，即它们都需要电源。
如果输出的信号小于输入的信号，表明该器件有损耗。
2.3 发信功率及其单位换算
通常发信机功率单位为“瓦特”（W），
它也可以表示为dBw，即以1W为基准的功率分贝值，
即
为了便于计算，发信功率单位也可用“毫瓦”（mW）表示，同样，它也可以表示为dBmW（简写为dBm），即以1mW为基准的功率分贝值，而
1W=1000mW
1dBW=30dBm
或
2.4 dB和dBm
dBm是一个绝对信号强度。
dB是一个相对信号强度，是为了简化某些很大或很小的数字。
其关系参见下列公式：
XdB+YdB=（X+Y）dB
XdB+YdBm=（X+Y）dBm
XdBm+YdBm不等于（X+Y）dBm，要转化成瓦之后再相加。
2.5 接收机的热噪声电平
任何一个无线通信接收机能否正常工作，不仅取决于所能获得的输入信号的大小，而且也与其内部噪声以及外部噪声和干扰的大小有关。
接收机内部噪声也称为热噪声，它是由电子运动所产生的，其定义是指当温度为290°K（17°C）时，由接收机通带（通常由接收机中频带宽所决定）所截获的热噪声功率电平。
如用dBW表示，可写为
No（dBw）=－204dBW+10lgB
或=－174dBm+10lgB
对于G网，B=200KHz（53dB），No=－121dBm
2.6 接收机底噪及接收灵敏度
接收机底噪：
热噪声+NF（接收机噪声系数）
对于G网，B=200KHz（53dB），NF=5dB,
接收机底噪=-174（dBm）+10lgB+NF（dB）=-116dBm.
接收灵敏度：
接收机底噪+C/I（载干比）
对于G网，当B=200KHzNF=5dBC/I=12dB时
Pi（dBm）=-174+53+5+12=-104dBm
2.7 移动通信的电波传播
2.7.1 陆地移动通信中无线电波传播的主要特点
第一、随着移动体的行进，由于建筑物、树林、起伏的地形及其他人为的、自然的障碍物的连续变化，接收信号场强会产生两种衰落，即多径快衰落和阴影慢衰落。
前者是快速的微观变化，故称之为快衰落；后者是缓慢的宏观变化，是由阻挡物引起的阴影效应所造成的慢衰落。
这两种衰落叠加在一起就是陆地移动通信电波传播的主要特性。
第二、在城市环境中，衰落信号的平均场强与自由空间或光滑球面传播相比要小得多，并且接收信号的质量还要受到环境噪声的严重影响。
2.7.2 快衰落
快衰落是由于接收天线收到来自同一发射源，但经周围地形地物的反射或散射而从个方向来的不同路径的电波干涉所造成的结果。
这种衰落是由多径传播所引起的，又称为多径快衰落。
大量统计结果表明，绝大多数的多径衰落遵循瑞利（Raxleigh）分布。
2.7.3 慢衰落
在移动通信传播环境中，电波在传播路径上遇到起伏的山丘、建筑物、树林等障碍物阻挡，形成电波的阴影区，就会造成信号场强中值的缓慢变化，引起衰落。
通常把这种现象称为阴影效应，由此引起的衰落又称为阴影慢衰落。
大量统计数据表明，阴影衰落服从对数—正态分布。
2.8 自由空间的传播损耗
自由空间的路径中值损耗
Lb=32.45+20lgf+20lgd
式中f：
工作频率（MHz）
d：
收发天线间距（km）
注：
当f和d的单位发生变化时常数32.45将发生变化。
2.9 电磁干扰
从无线信号的干扰产生的机理来看，应该将干扰分为如下几类：
同信道干扰：
与有用信号载频相同的无用信号对有用信号接收机造成的干扰均称为同信道干扰，也可称为同频干扰；
邻道干扰：
由相邻信道的信号发射功率落入相邻信道的接收机通带内造成的干扰称为邻道干扰；
互调干扰：
包括发射机互调干扰和接收机互调干扰。
当多部发射机载频信号落入另一部发射机时，由于在非线性作用下相互调制，产生不需要的组合频率产物，从而对与这些组合频率相同的接收机造成干扰，称为发射机互调干扰；当多个强信号同时进入一部接收机时，在接收机非线性作用下产生组合频率产物，落入接收机通带内所造成的干扰，称为接收机互调干扰；
阻塞干扰：
当接收机收到一个强干扰信号时，会使其灵敏度降低，严重时会造成通信中断，称为阻塞干扰。
2.9.1 同频干扰和同频干扰保护比
当接收机接收到的无用信号的频率与有用信号相同时，即称为同频干扰。
为了使系统能正常工作，由于频率复用引起的同频干扰必须是足够小以至于可以被忽略或者至少不影响正常的通信。
在G网中，通常将整个频段分成若干频率组k，对应分配到各小区；频率分组愈多，整个系统内同频小区的间隔就愈大，同频干扰就愈小，但每区频道数将减少，使话务量也随之降低。
G网中，通常取C/I=12dB或9dB
2.9.2 互调干扰（三阶交调）
三阶互调（ThirdOrderIntermodulation或3rdOrderIMD）是指当两个信号在一个线性系统中，由于非线性因素存在使一个信号的二次谐波与另一个信号的基波产生差拍（混频）后所产生的寄生信号。
由于一个信号是二次谐波（二阶信号），另一个信号是基波信号（一阶信号），他们俩的合称为三阶信号。
又因为是这两个信号的相互调制而产生差拍信号，所以这个新产生的信号称为三阶互调失真信号。
产生这个信号的过程称为三阶互调失真。
他所表明的是确切含义是，一个线性系统所包含的非线性系数的大小。
两个或多个信号经过非线性传输电路后，将产生等间隔的互调产物，其中尤以奇阶特别是三阶互调最为严重。
三阶互调干扰的危害首先取决于其产物与有用信号频率之关系，其次取决于干扰信号的幅度以及非线性器件本身的线性度。
如图：
三阶产物的频率应为2f2-f1和2f1-f2
三阶产物与主信号等间隔分布
第3章
天馈系统
3.1 天线
天线是将传输线中的电磁能转化成自由空间的电磁波，或将空间电磁波转化成传输线中的电磁能的专用设备。
3.1.1 偶极子
偶极子是天线中广泛应用的一种辐射单元；
3.1.2 偶极子频率范围
当波长不是最优值（谐振）时，性能下降；在频率范围内可保持可接受的性能水平。
850MHz偶极子的1/2波长最优值
890MHz
820MHz
天线偶极子
820MHz的1/2波长～180mm,890MHz的1/2波长～170mm
天线将优化为850MHz-～175mm
天线带宽=890-820=70MHz
3.1.3 增益
天线通常是无源器件，它并不放大电磁信号，天线的增益是将天线辐射电磁波进行聚束以后比起理想的参考天线，在输入功率相同条件下，在同一点上接收功率的比值，显然增益与天线的方向图有关。
方向图中主波束越窄，副瓣尾瓣越小，增益就越高。
可以看出高的增益是以减小天线波束的照射范围为代价的。
3.1.4 dBi与dBd的定义
dBi：
用点源天线（i）作为标准天线计算出的天线增益
G（dBi）=10lgGi
dBd：
用半波振子天线（d）作为标准天线计算出的天线增益
G（dBd）=10lgGd
dBi与dBd的关系：
Gd=Gi-2.15（dBd）
3.1.5 波瓣宽带
方位角（如水平面）图
仰角（如垂直面）图
旁瓣图
3.1.6 前后比
前后比是指扇形天线的前向辐射功率与后向辐射功率之比。
前后比（dB）=10log
，典型值约为25dB
目的是尽可能减少后向辐射功率，减少对其他基站的干扰
我国移动通信系统基站天线技术条件要求：
定向基站极化天线隔离度≥23dB。
3.1.7 阻抗
阻抗是电磁能量通过介质的一个特性
阻抗的单位为欧姆（）
为实现良好的性能，阻抗需达到匹配状态。
3.1.8 回波损耗
天线驻波比表示天馈线与基站（收发信机）匹配程度的指标。
它的产生是由于入射波能量传输到天线输入端后
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