MA000001 GSM数字移动通信原理ISSUE3.4
第2章 数字移动通信技术
2.2 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8W（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。
2.3 蜂窝技术
移动通信的飞速发展一大原因是发明了蜂窝技术。移动通信的一大限制是使用频带比较有限，这就限制了系统的容量，为了满足越来越多的用户需求，必须要在有限的频率范围尽可能大地扩大它的利用率，除了采用前面介绍过的多址技术等以外，还发明了蜂窝技术。 那么什么是蜂窝技术呢？
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。
2.3.1 频率复用的概念
在全双工工作方式中，一个无线电信道包含一对信道频率，每个方向都用一个频率作发射。在覆盖半径为R的地理区域C1内呼叫一个小区使用无线电信道F1，也可以在另一个相距D、覆盖半径也为R的小区内再次使用F1。 频率复用是蜂窝移动无线电系统的核心概念。在频率复用系统中，处在不同地理位置（不同的小区）上的用户可以同时使用相同频率的信道（见图2-2），频率复用系统可以极大地提高频谱效率。但是，如果系统设计得不好，将产生严重的干扰，这种干扰称为同信道干扰。这种干扰是由于相同信道公共使用造成的，是在频率复用概念中必须考虑的重要问题。
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第2章 数字移动通信技术
C1P0f1RC/I=γDC1f1P0RC/I=γq=D/R图2-2 D/R比
2.3.2 频率复用方案
可以在时域与空间域内使用频率复用的概念。在时域内的频率复用是指在不同的时隙里占用相同的工作频率，叫做时分多路（TDM）。在空间域上的频率复用可分为两大类：
(1) 两个不同的地理区域里配置相同的频率。例如在不同的城市中使用相同
频率的AM或FM广播电台。
(2) 在一个系统的作用区域内重复使用相同的频率——这种方案用于蜂窝系
统中。蜂窝式移动电话网通常是先由若干邻接的无线小区组成一个无线区群，再由若干个无线区群构成整个服务区。为了防止同频干扰，要求每个区群（即单位无线区群）中的小区，不得使用相同频率，只有在不同的无线区群中，才可使用相同的频率。单位无线区群的构成应满足两个基本条件：
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若干个单位无线区群彼此邻接组成蜂窝式服务区域 邻接单位无线区群中的同频无线小区的中心间距相等。
一个系统中有许多同信道的小区，整个频谱分配被划分为K个频率复用的模式，即单位无线区群中小区的个数，如图2-3所示，其中K=3、4、7，当然还有其它复用方式，如K=9、12等。
2.3.3 频率复用距离
允许同频率重复使用的最小距离取决于许多因素，如中心小区附近的同信道小区数，地理地形类别，每个小区基站的天线高度及发射功率。 频率复用距离D由下式确定：
D?3KR
其中，K是图2-3 中所示的频率复用模式。则： D=3.46R D=4.6R
K=4 K=7
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第2章 数字移动通信技术
如果所有小区基站发射相同的功率，则K增加，频率复用距离D也增加。增加了的频率复用距离将减小同信道干扰发生的可能。
从理论上来说，K应该大些，然而，分配的信道总数是固定的。如果K太大，则K个小区中分配给每个小区的信道数将减少，如果随着K的增加而划分K个小区中的信道总数，则中继效率就会降低。同样道理，如果在同一地区将一组信道分配给两个不同的工作网络，系统频率效率也将降低。
因此，现在面临的问题是，在满足系统性能的条件下如何得到一个最小的K值。解决它必须估算同信道干扰，并选择最小的频率复用距离D以减小同信道干扰。在满足条件的情况下，构成单位无线区群的小区个数K= i2 + ij + j2（i、j均为正整数，其中一个可为零，但不能两个同时为零），取 i = j = 1，可得到最小的K值为K=3（见图2-3）。
A1A3A2C3B1B3B2A3C1C3C2B3A1A3A2C3C1C2A1A2B1B2C1C2A3C3B3A3A1A2C3B1B2A3C1C2B3A1A2C3C1C2A1A2B1B2C1C2A3C3B3A3A1A2C3B1B2A3C1C2B3A1A2C3C1C2A1A2B1B2C1C2K=3143214321K=432141111136147251K=7
图2-3 N小区复用模式
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第3章 GSM系统结构与相关接口
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3.1 GSM系统结构
3.1.1 系统的基本特点
GSM数字蜂窝移动通信系统（简称GSM系统）是完全依据欧洲通信标准化委员会（ETSI）制定的GSM技术规范研制而成的，任何一家厂商提供的GSM数字蜂窝移动通信系统都必须符合GSM技术规范。
GSM系统作为一种开放式结构和面向未来设计的系统具有下列主要特点：
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GSM系统是由几个子系统组成的，并且可与各种公用通信网（PSTN、ISDN、PDN等）互连互通。各子系统之间或各子系统与各种公用通信网之间都明确和详细定义了标准化接口规范，保证任何厂商提供的GSM系统或子系统能互连；
GSM系统能提供穿过国际边界的自动漫游功能，对于全部GSM移动用户都可进入GSM系统而与国别无关；
GSM系统除了可以开放话音业务，还可以开放各种承载业务、补充业务和与ISDN相关的业务；
GSM系统具有加密和鉴权功能，能确保用户保密和网络安全； GSM系统具有灵活和方便的组网结构，频率重复利用率高，移动业务交换机的话务承载能力一般都很强，保证在话音和数据通信两个方面都能满足用户对大容量、高密度业务的要求；
GSM系统抗干扰能力强，覆盖区域内的通信质量高；
用户终端设备（手持机和车载机）随着大规模集成电路技术的进一步发展能向更小型、轻巧和增强功能趋势发展。
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3.1.2 系统的结构与功能
GSM系统的典型结构如图3-1所示。由图可见，GSM系统是由若干个子系统或功能实体组成。其中基站子系统（BSS）在移动台（MS）和网络子系统（NSS）之间提供和管理传输通路，特别是包括了MS与GSM系统的功能实体之间的无线接口管理。NSS必须管理通信业务，保证MS与相关的公用通信网或与其它MS之间建立通信，也就是说NSS不直接与MS互通，BSS也不直接与公用通信网互通。MS、BSS和NSS组成GSM系统的实体部分。操作支持系统（OSS）则提供运营部门一种手段来控制和维护这些实际运行部分。
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第3章 GSM系统结构与相关接口
OSSNMCNSSOMCDPPSPCSSEMCBTSMSBSSBTSBSCMSC/VLRHLR/AUCEIRPSTNISDNPDN
OSS：操作支持子系统 NMC：网路管理中心 PCS：用户识别卡个人化中心 VLR：来访用户位置寄存器 EIR：移动设备识别寄存器 PDN：公用数据网 MS：移动台图
BSS：基站子系统 NSS：网路子系统
DPPS：数据后处理系统 SEMC：安全性管理中心 OMC：操作维护中心 MSC：移动业务交换中心 HLR：归属用户位置寄存器AUC：鉴权中心 BSC：基站控制器 BTS：基站收发信台 PSTN：公用电话网 ISDN：综合业务数字网 图3-1 GSM系统结构
1. 移动台（MS）
移动台是公用GSM移动通信网中用户使用的设备，也是用户能够直接接触的整个GSM系统中的唯一设备。移动台的类型不仅包括手持台，还包括车载台和便携式台。随着GSM标准的数字式手持台进一步小型、轻巧和增加功能的发展趋势，手持台的用户将占整个用户的极大部分。
除了通过无线接口接入GSM系统的通常无线和处理功能外，移动台必须提供与使用者之间的接口。比如完成通话呼叫所需要的话筒、扬声器、显示屏和按键。或者提供与其它一些终端设备之间的接口。比如与个人计算机或传真机之间的接口，或同时提供这两种接口。因此，根据应用与服务情况，移动台可以是单独的移动终端（MT）、手持机、车载机或者是由移动终端（MT）直接与终端设备（TE）传真机相连接而构成，或者是由移动终端（MT）通过相关终端适配器（TA）与终端设备（TE）相连接而构成，这可参见图3-2，这些都归类为移动台的重要组成部分之一——移动设备。
移动台另外一个重要的组成部分是用户识别模块（SIM），它基本上是一张符合ISO标准的“智慧”卡，它 包含所有与用户有关的和某些无线接口的信息，其中也包括鉴权和加密信息。使用GSM标准的移动台都需要插入SIM卡，只有当处理异常的紧急呼叫时，可以在不用SIM卡的情况下操作移动台。SIM
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