通讯基本概念介绍.ppt

第二章通讯基本概念介绍 网讯教育 通讯基本概念介绍 摘要本章介绍了与网规网优相关的一些通讯基本概念 系统中 所传输的信号总是有一定带宽占用一定的频带资源 为了达到对信号进行一定处理的目的 系统的带宽是一个主要性能参数 也就是系统可提供的频带资源 如何定义系统带宽 用等效噪声带宽定义 假定一个系统的传输函数为H f 则等效噪声带宽 其中H是H f 的最大幅度 波器 等效噪声带宽Wn如图所示 Wn的含义是 白噪声通过Wn的平均功率 白噪声通过实际滤波器功率 系统带宽 滤波器 等效噪声带宽Bn如图所示 f0为中心频率 Bn的含义是 白噪声通过Bn的平均功率 白噪声通过实际滤波器功率 用功率传输函数的半功率点来定义 半功率点带宽又称为3dB带宽 对低通滤波器 在半功率点W1 2的功率传输函数为 对带通滤波器 在半功率点B1 2的功率传输函数 低通滤波器和带通滤波器的半功率点带宽如下图所示 用通过的总能量的百分比来定义系统带宽Be 如对带通滤波器 带通滤波器的带宽定义如下图所示 在此种情况中 也是用功率下降多少来定带宽 但不是下降3dB 而是任意选定的数 如1dB带宽 2dB带宽等低通滤波器 如环路滤波器常使用等效噪声带宽定义 对带通滤波器常使用3dB带宽定义或能量百分比来定义 系统带宽 信号带宽 上面讲可用功率传输函数下降一定百分比 dB 定义系统带宽 也可把此概念用于定义信号带宽 只要用信号的付氏变换 X f 2代替 H f 2即可 对于随机信号 平均功率用谱密度Sx f 替换 X f 2 同样可有信号的1dB带宽 2dB带宽 3dB带宽 90 功率能量带宽 95 功率能量带宽 系统带宽和信号带宽之间相当于车与路的关系 主瓣带宽是信号带宽对系统带宽的要求 比如 要用BPSK方式传32Kbps语音信号 一般要求系统带宽64KHz 另一种是系统带宽限制传输信号的带宽 比如 在一般的数字语音信道不能传输数字彩色信号 一个14KHz带宽的系统 可传2 16Kbp的语音信号 系统带宽是系统总线的 信号带宽是无线信号上行和下行链路的带宽 是信号频谱的宽度也就是信号的最高频率分量与最高频率分量之差 爱尔兰 爱尔兰是衡量话务量大小的一个指标 根据话音信道的占空比来计算的 如果某个基站的话音信道经常处于占用的状态 我们说这个基站的爱尔兰高 具体来说 爱尔兰表示一个信道在考察时间内完全被占用的话务量强度 在电话交换中 源对服务器的需求量称为话务量 而服务器所负担的话务量称为话务负荷 其定义为 在时间T内 一个源 或服务器 所产生的 所负担的 话务量等于该期间内各次服务持续时间之总和 与话务量有关的两个因素 呼叫强度 需求的频繁程度 和呼叫保持时间 每次服务所持续的时间 设在所考察的时间T内 共发生了n次呼叫 每次呼叫的平均保持时间为hav 话务量应为 AT n hav 为了计算话务量密度 定义话务流量为 A1 AT T n hav T hav 其中 n T是源的呼叫强度或单位时间内的平均呼叫次数 话务流量代表单位时间内服务时间之总和 它表现了单个源或服务器的占用率 永远小于或等于1 话务流量的单位是爱尔兰 在我们通常的使用中常把话务流量简称为话务量 注意 话务量的量纲是时间而话务流量是无量纲的 爱尔兰 如果呼叫强度的单位为次 小时 保持时间的单位为100s 可以得到话务流量的另一种单位 百秒呼 ccs ccs是北美国家常用的单位 由于爱尔兰的定义中保持时间是小时故二者的关系为 1Erl 36ccs 话务量反映了电话负荷的大小 与呼叫强度和呼叫保持时间有关 呼叫强度是单位时间内发生的呼叫次数 呼叫保持时间也就是占用时间 单位时间内的话务量等于使用相同时间单位的呼叫强度与呼叫保持时间之乘积 其单位为爱尔兰 Erlang 例如 呼叫强度 1800次 小时 呼叫保持时间 1 60 小时 次 则话务量 1800次 小时X 1 60 小时 次 30Erl 设 n 时间T内 单个用户终端发出的平均呼叫数h 由用户终端发出的呼叫的平均占用时间N 用户数的总和Y 单位时间内流过所有用户终端的话务量则 Y N n T h其中N n T 为呼叫强度 h为呼叫保持时间 爱尔兰 在进行话务量的实际计算时应注意以下几个问题 话务量总是针对一段时间而言 如 一天或一小时 呼叫强度和呼叫保持时间都是平均值 要区分流入话务量与完成话务量 流入话务量 完成话务量 损失话务量损失话务量 流入话务量X呼叫损失率 呼损率 当线束容量为m 流入话务量为Y时 线束中任意k条线路同时占用的概率P k 为 当k m时 表示线束全忙 即交换系统的m条话路全部被占用 此时p k 为系统全忙的概率 当m条话路全部被占用时 到来的呼叫将被系统拒绝而损失掉 因此系统全忙的概率即为呼叫损失的概率 简称为呼损 记为E m Y 则爱尔兰呼损公式为 爱尔兰 在当前通信行业实际应用中 话务量的统计主要有两种标准 第一种是根据其理论定义 单位时间内发生的呼叫数与每次呼叫平均占用时长的乘积 来进行的统计 即统计时长按照实际的统计时间来作为 单位时间 第二种是以一小时固定作为 单位时间 如一天则看成24个小时来统计 举例来说 一天之中 如果一条电路每小时都被占用了30分钟 那么该条电路一天的话务量为 按照第一种标准 该电路一天的话务量就为 30 24 60 24 0 5Erl 而按照第二种标准 该电路一天的话务量就为 30 24 60 12Erl 爱尔兰 例 一部交换机有1000个用户终端 每个用户忙时话务量为0 1Erl 该交换机能提供123条话路同时接受123个呼叫 求该交换机的呼损 解 Y 0 1ErlX1000 100Erlm 123查表可得 E m Y E 123 100 0 3Erl注 实际应用中 只要已知m Y E三个量中的任意两个 通过查爱尔兰呼损表 即可查得第三个 阻塞率 GOS GOS GradeofService 意为服务等级 服务质量 阻塞率和其它衡量系统质量的性能指标一起 构成了系统提供给用户的服务等级 当多个信道共用时 通常总是用户数大于信道数 当多个用户同时要求服务而信道数不够时 只能让一部分用户先通话 另一部分用户等信道空闲时在通话 后一部分用户因无空闲信道而不能通话 即为呼叫失败 简称呼损 在一个通信系统中 造成呼叫失败的概率称为呼叫损失概率 简称呼损率 呼损率为呼叫失败的次数与总呼叫次数之百分比 在一个通信系统中 造成呼叫失败的概率称为呼叫损失概率 简称呼损率 B 在一个区域 由于经济方面的原因 所提供的链路数往往比电话用户数要少得多 当有人要打电话时 会发现所有链路可能全部处于繁忙状态 我们称这种情况为 阻塞 或 时间阻塞 提供的链路越多 则系统的阻塞率越小 提供给用户的服务质量就越好 即电话系统的承载能力决定了链路的数目 而链路的数目又决定了系统的阻塞率 同样的Erl容量的条件下 允许的阻塞率越高 需要的链路数越少 阻塞率 GOS 设A 为呼叫成功而接通电话的话务量 简称完成话务量 C0为一小时内呼叫成功而通话的次数 t0为每次通话的平均占用信道的时间 则完成话务量为 A C0 T0 1 于是呼损率为 2 其中A A 为损失话务量 呼损率也称为系统的服务等级 或业务等级 呼损率与话务量是一对矛盾 即服务等级与信道利用率是矛盾的 接收机灵敏度 IS 97灵敏度测试IS 97测试结果表明BTS反向接收机灵敏度达到 126 4dBm 这是一个相当高的指标 反向链路的接收性能 系统的链路噪声系数两个指标中 只要测出其中之一 即可推算出另一个参数 接收机灵敏度是输入信号的功率 令Pin 126 4dBm 测系统接收灵敏度时 不另加噪声 也就是说噪声来自于系统热噪声 设热噪声功率谱密度为N0 则如果系统解调性能NF 为4dB 则系统的链路噪声系数为3 4dB 接收机灵敏度IS 97灵敏度测试 链路预算中的接收灵敏度链路预算中的接收灵敏度与97测试中的灵敏度不同 链路预算中的灵敏度不仅仅考虑了接收机的热噪声 还考虑了小区负载 软切换等多种因素 可以理解为规定负载环境下的接收信号强度要求 97测试中的灵敏度是接收机的一项指标 而链路预算中的接收灵敏度除了考虑接收机的性能外还考虑了网络设计负载要求 相比之下 链路预算中的接收灵敏度更接近于实际环境 接收机灵敏度 反向负载因子当小区负载接近1时 IT 2 表明小区干扰变得很大 当小区容量超载时 系统趋于不稳定 小区负载与干扰之间的关系如图所示 反向负载因子 50 负载 3dB60 负载 4dB75 负载 6dB 在上行容量分析中 噪声上升与负载因子的关系式为Noiserise 10lg1 1 x 负载因子用x表示 根据公式可以得出 当负载达到50 即负载因子 0 5时 系统噪声上升3dB 负载达到60 时 系统噪声上升4dB 达到75 时 系统噪声上升6dB 1 dBm dBm用于表达功率的绝对值 相对于1mW的功率 计算公式为 10lg P功率值 lmW 例 如果发射功率P为10W 则按dBm单位进行折算后的值应为 10lg 10W 1mW 10lg 10000 40dBm 则可以说发射功率P为40dBm 2 dBi dBd dBi和dBd均用于表达功率增益 两者都是一个相对值 只是其参考的基准不一样 dBi的参考基准为全方向性天线 点源天线 dBd的参考基准为偶极子半波 偶极子天线 因此两者的值略有不同 同一增益用dBi表示要比用dBd表示大2 15 例 对于增益为16dBd的天线 其增益按单位dBi进行折算后为18 15dBi 忽略小数点后为18dBi 3 dB dB用于表征相对比值 对于电压V 电流I 场强E 20log dB 对于功率P 10log dB 比如计算甲功率相对乙功率大或小多少dB时 按下面计算公式 10lg 甲功率 乙功率 例 若甲天线的增益为20dBd 乙天线的增益为14dBd 则可以说甲天线的增益比乙天线的增益大6dB 通信系统的传输单位 通信系统的传输单位 4 dBc 常用在射频器件的性能上 dBc是一个表征相对功率的单位 其计算方法与dB的计算方法完全一样 一般来说 dBc是相对于载波功率而言的 在许多情况下用来度量与载波功率的相对值 如度量干扰同频干扰 互调干扰 交调干扰 带外干扰 耦合 杂散等相对量值 在采用dBc的地方 原则上可以使用dB替代 5 dBW dBW同dBm一样 是一个绝对电平值 公式为10lgW 例 1瓦换算为dBW 10lg1 0dBW 2瓦换算为dBW 10lg2 3dBW LAC LACLAC为位置区域编码 它是唯一识别我国数字PLMN中每个位置区的 是一个2字节16进制的BCD码 表示为L1L2L3L4范围0000 FFFF 可定义65536个不同的位置区 区域就是在系统和网络里由几个基站组成的一个基站组 一个基站所属区域的消息由系统参数消息里的REG ZONE字段传给移动台 基于区域登记就是当移动台移动到一个新的小区 而该小区基站所属区域不在它的内部存储访问登记区域表上时 移动台进行登记 当任何一种登记 包含隐含登记 发生时 移动台所在区域都被加到该列表上 该表中任何一个区域都对应一个定时器 这些区域定时器在移动台离开其对应区域时被激活 当定时器在计时值到达上限时该定时器所对应地区域将被删除 一个移动台可以同时在多个区域里登记 每个区域由其区域号码 REG ZONE 加上该区域的SID和NID唯一识别 频率复用 频率复用频率复用是指在不同的地理区域上用相同的载波频率进行覆盖 这些区域必须隔开足够的距离 以致所产生的同频道及邻频道干扰的影响可忽略不计 频率复用主要是用在FDMA系统 如GSM 频率复用方式是指将可用频道分成若干组 如将可用频道N分成F组 则每组的频道数为N F 因总的频道数N是固定的 所以分组数F越少则每组的频道数就越多 但是 频率分组数减少会使同频道复用距离减小 导致系统中平均C I 载干比 值降低 在GSM系统工程实际使用中 在同频干扰保护比C I值上加3dB冗余来保护 采用12分组方式 即4个基站 12组频率 定向基站可采用90 或60 的定向天线 形成三叶草小区 即把基站分成3个扇形小区 图给出了4 3和3 3两种复用方式 图给出了4 3和3 3两种复用方式 频率复用 对于全向基站 建议采用7组频率复用方式 7组频率可从12组中任选 但相邻频率组尽量不在相邻小区使用 如图所示 业务量较大的小区可借用剩余的频率组 如使用第9组的小区可借用第2组频率等 CDMA系统采用的是码分的方式 不采用频率复用 使用的是PN复用 频率复用 1 bit就是基带信号里面的0 1数字信号 每一个表示1bit 2 byte为字节 1byte 8bit 早先在计算机中AUX加法器使用8位进行一次运算 所以称8位系统 在cdma基带处理中 很少提到byte 3 symbol 调制解调时使用的识别单位 bit信息经过卷积编码 或turbo编码 重复 交织 CRC校验等处理 前反向有差别 生成symbol 即符号 一个symbol可以不是1bit 但至少有1bit 4 chip 码片 最小单位 可以看做是一种时间长度的概念 在cdma2000中 一个PNchip长度为1 1 2288 10 6s 5 CDMA码片率指扩频PN序列的速率 其数据传输速率为1 2288Mchip s 以cdma2000反向基本业务信道为例说明 反向信道码符号率为28800码符号 秒 因每6个码符号被调制成一个调制符号用于传输 所以调制符速率为4800调制符号 秒 调制符又由64阶walsh函数中的一个进行调制 每个调制符具有64个walsh比特片 这样walsh比特比率为固定的4800 64 307 2Kchip s 又因为每一个walsh比特片被扩成4个PN比特片 所以其最终数据速率也就是扩频PN序列速率为1 2288Mchip s 所谓码片即用于CDMA扩频序列编码的位片 bit Byte symbol和chip的比较 CDMA系统常用频谱及频点计算 在CDMA系统中 已知系统使用的频点后 根据频点计算公式得到对应的具体频率 该频率就是系统使用的频带的中心频率 然后在该中心频率上下加减0 625MHz 就是该频点对应使用的频带 对于CDMA常用的450M 800M和1 9G频段 根据细分的频段 频点和频率之间有不同的换算关系 具体可以参见IS 97标准 下面给出的是常用频段的换算关系 1 450M目前主要使用的是A段 常用频谱范围为 上行频段 450MHz 458MHz 下行频段 460MHz 468MHz 上下行固定相差10MHz 频点换算成频率 中心频率 的公式为 基站收 上行 450 00 0 025 N 1 MHz基站发 下行 460 00 0 025 N 1 MHz 450M系统推荐使用的频点如下所示 450M频段的划分如图所示 CDMA系统常用频谱及频点计算 CDMA系统常用频谱及频点计算 2 800M上行频段范围825 835M 下行频段范围870 880M 上下行固定相差45M 频点换算成频率 中心频率 的公式如下图所示 800M频段的划分如下图所示 CDMA系统常用频谱及频点计算 3 1 9G1 9GCDMA商用系统常用频段为 上行频段范围1890 1905M 下行频段范围1970 1985M 频点换算成频率的公式为 基站收 上行 1850 00 0 05N MHz 基站发 下行 1930 00 0 05N MHz CDMA系统常用频谱及频点计算 频点与频段的换算 450M 目前主要使用的是A段基站收 上行 450 00 0 025 N 1 MHz 基站发 下行 460 00 0 025 N 1 MHz 800M基站收 上行 825 00 0 03N MHz 基站发 下行 870 00 0 03N MHz 1 9G基站收 上行 1850 00 0 05N MHz 基站发 下行 1930 00 0 05N MHz SID和NID的含义 系统由系统识别码 SID 来识别 一个系统内的网络由网络识别码 NID 来识别 一个网络由一对识别码 SID NID 唯一识别 SID数 0 是一个保留值 NID数 0 是一个保留值 表明所有不包含在一个特定网络内的基站 NID值65535 216 1 是一个保留值 移动台利用它作为漫游状态判决 以便表明移动台认为整个一个SID 与NID无关 都是本地非漫游 图展示了一个系统和网络的例子 SID为i的子系统包含3个网络 分别标识为t u和v 一个在系统i内但不在这3个网络里的基站的NID为0 移动台有一个包含一对或多对本地非漫游 识别码 SID NID 的列表 如果存贮的识别码 SIDs NIDs 在系统参数消息里接收 与任何移动台的非漫游SID NID识别码不匹配 则移动台处于漫游状态 定义有两种类型的漫游 如果移动台正在漫游并且有某些对在移动台 SID NID 表里的识别码 SID NID 的SID等于SIDs 这个移动台是外部NID漫游者 如果在移动台 SID NID 表里没有 SID NID 识别码的SID等于SIDs 这个移动台是外部SID漫游者 移动台可能使用特定的NID值65535来表明移动台认为在一个SID里的全部NIDs是非漫游的 比如当工作在那个系统的所有基站移动台都不在漫游 SID和NID的含义 IMSI字段的含义 IMSI字段的含义CDMA数字移动台识别由国际移动台识别号识别 IMSI IMSI由15个数字组成 0 9 开始3个数字为移动台国家码 其余比特是国内移动台识别码 NMSI NMSI由移动台网号 MNC 和移动台识别号 MSIN 组成 IMSI结构如图 各字段含义如下 MCC移动国家码MNC移动网络MSIN移动台识别码NMSI国内移动台识别码 MNC MSIN IMSI国际移动台识别码 MCC MNC MSIN IMSI分为2类 0类IMSI IMSI长度为15位 即NMSI为12位 1类IMSI IMSI长度小于15位 即NMSI少于12位 在寻呼移动台时 移动台的地址IMSI又经常分为2个部分 IMSI S MIN IMSI 11 12 IMSI S IMSI的最末10位数 若IMSI不足10位 则IMSI S的高位由0填充 IMSI S结构如图 IMSI字段的含义 长码 短码 Walsh码 在前向信道中 PN长码被用作对业务信道进行扰码 PN短码被用于对前向信道进行正交调制 不同基站使用不同相位的m序列进行调制 在反向信道中 PN长码被用作直接进行扩频 每个用户被分配一个m序列的相位 这个相位是由用户的ESN计算出来的 PN短码也被用作对反向信道进行正交解调 在CDMA系统中 每个码分信道用1 2288Mbps比特率地Walsh函数进行扩频 以使各码分信道间相互正交 扩谱速率SR 扩谱速率 简称SR 它指的是前向或反向cdma信道上的PN码片速率 对于CDMA1X系统 也就是SR1 它的前向和反向CDMA信道在单载上都采用码片速率为1 2288Mchip s的DS扩谱 SR1的基本作用是为了兼容IS 95并向3G平滑过渡的需要 SR3也就是3X 它的前向CDMA信道有3个载波 每个载波都采用1 2288Mchip s的DS扩谱 总称多载波方式 MC 而在反向CDMA信道 信道带宽为3 1 2288MHZ的单载波 其上采用码片速率为3 6864Mchip s的DS扩谱 无线配置RC 无线配置 简称RC 它指的是一系列前向或反向业务信道的工作模式 每种RC支持一套数据速率 其差别在于物理信道的各种参数 包括调制特性和扩谱速率等 小区 小区是基站的一个覆盖范围区域 可以是站点的一个扇区 如全向站 直放站 室内分布等都为小区 一个基站可以有一个或多个小区 扇区 全向的 可以理解为1个基站 一个小区 一个扇区 通常定向的1个基站 3个小区 3个扇区 小区或扇区的形状 方向 主控区域等 由该小区所接的天馈系统的类型 高度 位置等来决定 问题 1 爱尔兰2 dB dBm等关系换算3 LAC SID NID IMSI含义4 长短码作用 谢谢大家