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(传输的时隙数)、cell bar access(小区是否被禁止接入)、RE(呼叫重建允许比特)、EC(紧急呼叫允许比特)、AC CN(被限制接入的用户级别)
3、邻小区BCCH频点描述包括其邻小区所使用的BCCH频点
4、允许的PLMN用来提供小区内BCCH载波上移动台监测的所允许的NCC。
5、控制信道描述中包括:ATT(移动台附着分离允许指示)、BS-AG-BLKS-RES(留做接入允许AGCH的块数)、CCCH-CONF(公共控制信道结构)、BA-PA-MFRMS(传输寻呼消息留给同一寻呼组的51TDMA复帧数)、T3212(用做周期性位置更新的时间)。
6、小区选择中包括:PWRC(功率控制指示)、DTX(不连续发射指示)、RADIO-LINK-TIMEOUT(无线链路超时值)
7、小区选择参数包括:小区重选滞后值、MS-TXPWR-MAX-CCH(移动台接入小区应使用的最大TX功率电平)、RXLEV-ACCESS-MIN(允许接入系统的移动台的最小接入电平)。
8、CBCH信道描述中包括:信道类别和TDMA偏差(哪种专用信道的组合)、TN(时隙号)、TSC(训练序列码)、H(跳频信道指示)、MAIO(移动配置指数偏移量)、HSN(跳频序列号)、ARFCN(绝对频点号)。
9、CBCH移动配置中包括参与跳频的频道顺序与小区信道描述的关系。 10、 小区重选参数包括CELLRESELIND(小区重选指示)、CBQ(小区禁止限制)、CRO(小区重选偏置量)、TO(临时偏置量)、PT(惩罚时间)
第三节 无线路径的损耗和衰落
一、无线路径的损耗和衰落
当移动台和基站的距离逐渐增加时,所收到的信号会越来越弱,这就是发生
了 路径损耗。路径损耗不仅与载频频率、传播速度有关,而且还与传播地形和地貌有关。下面让我们具体研究一下损耗产生的各种原因。 1、自由空间信号强度的传播衰落
自由空间是指相对于介电参数和相对导磁率均为一的均匀介质所存在的空间 它是一个理想的无限大的空间,是为了减化问题的研究而提出的一种科学的抽象。在自由空间的传播衰落我们不考虑其它衰落因素,仅考虑由能量的扩散而引起的损耗。通过研究我们发现该衰落符合以下公式的规律:
2
Pr=Pt×(λ/4πd) .G1G2
其中,Pr为接收机的接收功率,Pt为发射机的发射功率(单位为瓦或毫瓦),λ为波长(即c/f),d为接收机和发射机之间的距离,G1为发射机的天线增益,G2为接收机的天线增益。
从公式中我们可以看出,如果将其它参数保持不变仅使工作频率f或传播距离d提高一倍,则其接收功率就为发射功率的四分之一,即自由空间的传播
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损耗就增加了6dB。然而在实际上电波还要受到诸如平地面的吸收、反射和曲率地面的绕射以及地面上覆盖物等产生的传输损耗的影响。因而采取更为复杂的模型如爱立信的Okomura模型更接近实际,Okomura模型如下:
Lp(城区)=69.55+26.16logf-13.82loghb+(44.9-6.55loghb)logd-a(hm)
2
Lp(农村)= Lp(市区)-2[log(f/28)]-5.4
2
Lp(开阔地带)= Lp(市区)-4.78(logf)+18.33logf-40.94
其中,Lp为无线衰耗, f为载波频率(适用于GSM900M频段),hb基站天 线高度(30 – 200m),d为基站与移动台的距离(1 – 20km),hm为移动台的天线至地面的高度(1-10m).
Okomura模型在大量实测场强数据的基础上,采用数理统计分析方法,确认了市区移动通信场强预测模型,它适用于市区和郊区的各种不同条件,是一个比较全面的模式,此模式被目前移动通信场强预测广泛采用,必须指出在使用该模式时必须结合本地的地形地物特性做必要的修正。
对非理想地面的条件下的更好近似是平均信号强度与距离的四次方成反比。
2、对数正态衰落
常常在移动台和基站之间有高大建筑物、树林和高低起伏的地势地貌,这些障碍物的阻挡造成电磁场的阴影,产生了阴影效应,致使接收信号强度下降。经过大量的野外测试表明,这种衰落服从对数正态衰落,它的接收信号的中值电场与基站和移动台的距离的四次方成反比。由于这种场强的变化随着地理位置改变而较慢的变化,故称为慢衰落。又因为其接收场强中值是受电磁场阴影而变化的所以又称为阴影衰落。其次,大气折射条件的变化使多径信号相对时延变化,造成同一地点场强中值随时间的慢变化,但这种变化远小于地形因素的影响,这也是产生慢衰落的一种原因,因此由于季节不同、气候不同等对无线信号的影响也就不同
3、多径传播引起的衰落
移动通信信道是一种多径衰落信道,发射的信号在城市中常常会受到建筑物或地形的阻挡要经过直射、反射、散射等多种传播路径才到达接收端,而且随着移动台的移动,各条传播路径上的信号幅度时延及相位随时随地发生的变化,所以接收到的信号是起伏不稳定的这些多径信号相互迭加产生的矢量和就会形成一个严重的衰落谷点,使矢量和非常接近为零。迭加后的信号幅度变化符合瑞利分布,因而又被称为瑞利衰落。瑞利衰落随时间而急剧变化,又常常
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图示 瑞利衰落
被称为快衰落。根据理论推导,衰落最快时为每秒2V/λ次(V为移动速度,λ为信号波长)严重衰落时深度达(20~40)dB,这将严重的影响信号传播质量,从这里可以看出在经历衰落谷点的时间取决于移动台的运动速度及发射的工作频率,作为一种近似,两谷点之间的的距离可以认为是半个波长,对于900MHz频带,它约为17cm。根据该公式还可以看出当采用1800MHz时两衰落谷点的时间是900 MHz的一半。瑞利衰落在开阔地带的对通信影响要小一些。
4、多普勒频移
快速运动的移动台还会发生多普勒频移现象,这是因为在移动台高速运动时接收和发送信号将导致信号频率将发生偏移而引起的干扰。多普勒频移符合下面的公式:
fI=f0-fDcosθI= f0-(v/λ)cosθI
fI为合成后的频率,f0为工作频率,fD为最大多普勒频移,θI为多径信号合成的传播方向与移动台行进方向的夹角,v为移动台的运动速度,λ为波长,当移动台快速远离基站时为fI=f0-fD,当移动台快速靠近基站时为fI=f0+fD。
当运动速度过高时,多普勒频移的影响必须考虑,而且工作频率越高,频移越大。
二、分集接收
多径衰落和阴影衰落产生的原因是不同的,随着移动台的移动,瑞利衰落随着信号的瞬时值快速变动,而对数正态衰落随着信号平均值变动,这两者是构成移动通信接收信号不稳定的主要因素,使接收信号被大大恶化,虽然通过增加发信功率、天线尺寸和高度等方法能取得改善,但采用这些方法在移动通信中比较昂贵,有时也显得不切实际,而采用分集方法即在若干支路上接收相互间相关性很小的载有同一消息的信号,然后通过合并技术再将各个支路的信号合并输出,那么便可在接收终端上大大降低深衰落的概率。
由于衰落具有频率、时间和空间的选择性,因此分集技术包括空间分集、时间分集、频率分集和极化分集四种。
1. 空间分集:若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。在移动通信中,空间的间距越大,多径传播的差异就越大,所收场强的相关性就越小。天线间隔可以是垂直间隔也可以是水平间隔。但是,垂直间隔的分集性能太差,不主张用这种方式。为获得相同的相关系数,基站两分集天线之间的垂直距离应大于水平距离。这种方式在移动通信中是最有效的,也是应用最普遍的一种分集方式。
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。在GSM中采用的是后面会讲到的交织技术来实现时间分集的。
3. 频率分集:这种分集技术在GSM中是通过调频来实现的,
4. 极化分集: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。
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第四节 移动台和基站的时间调整
移动台收发信号要求有3个时隙的间隔,由于移动台是利用同一个频率合成器来进行发射和接收的.因而在接收和发送信号之间应有一定的间隔。从基站的角度上来看,上行链路的编排方式可由下行链路的编排方式延迟3个突发脉冲获得。这3个突发脉冲的延时对于整个GSM网络是个常数。
典型的移动台在一个时隙间接收,在频率上平移45MHz,经过一段时间(3个突发脉冲减去传播的校正时间后发送,然后可能再次平移监视其它信道,并使接收频率移动到能重新开始整个周期。
在通信过程中,如移动台在呼叫期间向远离基站的方向上移动,因而从基站发出的消息将越来越迟的到达移动台。与此同时,移动台的应答信息也会越来越迟的到达基站.如不采取措施,该时延长至当基站收到该进动台在本时隙上发送的消息会与基站在其下一个时隙收到的另一个呼叫信息重叠起来,而引起干扰。因此,在呼叫进行期间由移动台向发送的基站SACCH上的测量报告的报头上携带着由移动台测量的时延值,而基站必须监视呼叫到达的时间,并BTS在下行的SACCH的系统报告上每次两秒的频次向移动台发出指令,随着移动台离开基站的距离,逐步指示移动台提前发送的时间,这就是时间的调整。在GSM中被称为时间提前量TA。
时间提前量值可以由0至233us,该值会影响到小区的无线覆盖,在给定光速下,GSM小区的无线覆盖半径最大可达到35km,这个限制值是由于GSM定时提前的编码是在0~63之间。基站最大覆盖半径算法如下:
8
3.7us×63×3×10m/s÷2=35km
8
其中,3.7us:每个比特的时长;63:时间调整的最大比特数;3×10m/s:光速。
但在某些情况下,客观需要基站能覆盖更远的地方,比如在沿海地区,如需用来覆盖较大范围的一些海域或岛屿。这种覆盖在GSM 中是能实现的,代价是须减少每载频所容纳的信道数,办法是仅使用TN为偶数的信道(因为TN0必须用做BCCH),空出奇数的TN,来获得较大的保持时间。这在北电中被称为扩展小区技术,这一技术有专门的接收处理.这样定时提前的编码将会增大一个突发脉冲的时长。即基站的最大覆盖半径为:
8
3.7us×(63+156.25)×3×10m/s÷2=120km
TS0 TS1 TS2 图示:扩展小区的TDMA帧
TS3
第五节 跳频技术
跳频可分为快速跳频和慢速跳频,在GSM中采用的是慢速跳频,其特点是按照固定的间隔改变一个信道使用的频率.
根据GSM的建议,基站无线信道的跳频是以每一个物理信道为基础的,因此对于移动台来说,只需要在每个帧的相应时隙跳变一次,其跳频速率为
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217跳/秒,它在一个时隙内用固定的频率发送和接收,然后在该时隙后需跳到下一个TDMA帧,由于监视其它基站需要时间,故允许跳频的时间约为
1ms,收发频率为双工频率。但对基站系统来说,每个基站中的TRX(收发信机)要同时于多个移动台通信,因此,对于每个TRX来说,能根据通信使用的物理信道,在其每个时隙上按照不同的跳频方案来进行跳变。
一、跳频的种类及各自实现的方法
GSM中的跳频可分为基带跳频和射频跳频两种。在北电系统中采用的是射频跳频。
基带跳频是通过腔体合成器来实现的,而射频跳频是通过混合合成器来实现的。
当采用基带跳频时,它的原理是在真单元和载频单元之间加入了一个以时隙为基础的交换单元,通过把某个时隙的信号切换到相应地无线频率上来实现跳频,这种做法的特点是比较简单,而且费用也底。但由于采用的腔体合成器它要求其每个发信机的频率都是固定发射的,当发信机要改动其频率时,只能人工调谐到新的频率上,其话音信号随着时间的变化使用不同频率发射机发射,收发信机在跳频总线上不停的扫描观察,当总线发现有要求使用某一频率时,总线就自动指向拥有该频率的发信机上来发送信号。采用基带跳频的小区的载频数与该小区使用的频点数是一样的。
当采用射频跳频时,它是在通过对其每个TRX的频率合成器进行控制,使其在每个时隙的基础上按照不同的方案进行跳频。它采用的混合合成器对频带的要求十分宽松,每个发信机都可使用一组相同的频率,采用不同的MAIO加以区分。但它必须有一个固定发射携带有BCCH的频率的发信机,其他的发信机可随着跳频序列的序列值的改变而改变。
两者的区别是:
1、基带跳频采用的腔体合成器最多可配置8个发信机,而且衰耗小,此时衰耗仅为3.5dB;而射频跳频采用的混合合成器的容量较小,最多可配置4个发信机,而且衰耗大,当为H2D时,衰耗为4.5dB当为H4D时,衰耗为8dB.显然,当基站配置较大时,采用混合合成器的基站的覆盖要小.
2、腔体合成器对频段的要求不如混合合成器灵活,混合合成器所带的发信机可以使用一组频率,频点的间隔要求为200 K;腔体合成器的发信机仅能使用固定的频率发射,而且所用频点的间隔要求大于600K.
3、基带跳频的每个发信机TX只能对应一个频点,而射频跳频的每个发信机TX能够发送所有参与跳频的频点。当使用基带跳频时携带BCCH频点的TX若出现故障,则易导致整个小区的瘫痪,而在射频跳频时则不会出现这类情况,因为每个TX都能发送BCCH频点,携带BCCH信道的载频优先级最高,当该载频出现问题时,携带BCCH信道的TDMA帧,能够自动通过另一个载频发射出去。
二、跳频的优点
GSM采用跳频有两个原因,是因为它可起到频率分集和干扰源分集的作用。
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