GSM全球移动通信系统概述.pdf

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GSM 全球移动通信系统概述






►无线通信系统的基本概念、蜂窝通信
► GSM 系统组成、网络结构、接口与协议、业务功能
► GSM 无线传输原理、标准、语音编码、信道编码与调制解调
►移动台登记、漫游、切换、呼叫接续过程
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1 蜂窝无线通信系统的基本概念

无线通信系统的定义
表 列出了用来描述无线通信系统基本要素的术语定义。

表 无线通信系统要素定义
术语定义
移动无线系统中的固定站台,用来和移动台进行无线通信。基站建在覆
基站盖区域的中央或边缘,包含无线信道和架在塔上的发射与接收天线
控制信道用于呼叫建立,呼叫请求,呼叫初始化和其他标志及控制用途
前向通道用于从基站向用户传送信息的无线信道
同时允许双向通信的通信系统。发送和接收一般使用两个不同的频道
全双工系统(例如 FDD),而新的无绳或个人通信系统使用 TDD 技术
使用一条信道来发送和接收,只允许单向通信的通信系统。在任一个指
半双工系统定的时刻,用户只能发送或接收信息
切换将移动台从一个信道或基站切换到另一个信道或基站的过程
移动台在蜂窝移动服务中,计划在不确定的地点并在移动中使用的终端
在大范围服务区域中协调呼叫路由的交换中心。在蜂窝系统中,移动交
移动交换换中心将蜂窝基站和用户连到公用交换电话网上。移动交换中心也叫作
/中心移动电话交换局
将简短的信息广播到整个服务区域中,一般通过许多基站同时广播的方
寻呼式进行
反向信道用来从移动用户向基站传输信息的无线信道
漫游移动台可以在不是最初登记的区域内通信
单工系统只提供单向通信的通信系统
用户使用移动通信服务而付费的使用者
收发信机能同时发送和接收无线信号的设备

频分双工(FDD)中,一对有着固定频率间隔的单向信道用作系统中的特定无线信
道。在美国的 AMPS 标准中,反向信道比前向信道的频率低 45MHz(即手机的发比收低
45MHz)。模拟无线系统只采用 FDD。
时分双工(TDD)方式,在时间上分享一条信道,将其一部分时间用于从基站向用户
发送信息,而其余的时间用于从用户向基站发送信息。如果信道内的数据传输速率远大于
终端用户的数据速率,就可以存储用户数据,即使在同一时刻不存在两条同步无线传输信
道,仍能给用户提供全双工操作。TDD 只在数字传输和数字调制时才可以使用。

蜂窝无线通信系统
蜂窝概念是解决频率不足和用户容量问题的一个重大突破,是一种系统级的概念。其
思想是用许多小功率的发射机(小覆盖区)来代替单个的大功率发射机(大覆盖区),每
一个小覆盖区只提供服务范围内的一小部分覆盖。每个基站分配整个系统可用信道中的一
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部分,相邻基站则分配另外一些不同的信道,这样基站之间(以及在它们控制下的移动用
户之间)的干扰就最小。只要基站间的同频干扰在可以接受的范围以内,可用信道就可以
尽可能的复用。

频率复用
蜂窝无线系统依赖于整个覆盖区域内信道的分配及复用。每一个蜂窝基站分配一组无
线信道,这组无线信道作用于一个小区。给相邻小区的基站分配一个信道组,所包含的信
道全部不能在相邻小区内使用。通过将基站天线的覆盖范围限制在小区边界以内,相同的
信道组就可用于覆盖不同的小区,只要距离足够远,相互间的干扰就可以接受。为整个系
统中的所有基站选择和分配信道组的设计过程就叫做频率复用(Frequency Reuse)。
现在考虑一个共有 S 个可用的双向信道的蜂窝系统。如果每个小区都分配 k 个信道
(k<S),并且 S 个信道在 N 个小区中分为各不相同的、各自独立的信道组,而且每个信
道组有相同的信道数目,那么可用无线信道的总数表示为 S = k N 。共同使用全部可用频
率的 N 个小区叫做一簇(Cluster)。如果簇在系统中共复制了 M 次,则双向信道的总数
可以作为容量的一个度量 C = M k N = M S。
蜂窝系统的容量直接与簇在某一固定范围内复制的次数成正比。因数 N 叫做簇的大
小,典型值为 4、7、12。如果簇的大小 N 减小但是小区的数目保持不变,则需要更多数
目的簇来覆盖原来给定的范围,从而获得了更大的容量。M 变大 N 变小意味着小区半径与
同频小区间距离之比变大,M 变小 N 变大则意味着小区半径与同频小区间距离之比变小。
从设计的角度来看,N 尽可能的取最小值,以便获得某一给定覆盖范围内的最大