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ch7 无线优化


第七章 无线信道优化

第七章 无线接口的优化

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第七章 无线信道优化

发射定时
为了简化手机的设计, 规范在 BSS 和 MS 之间的定时规定了 3 GSM 个时隙的偏移,这样使 MS 不必即时的发射和接收,如对面图所示. TDMA 系统的同步是很关键的,因为突发脉冲

序列必须"实时的" 在分配给它的时隙发射和接收.MS 离基站越远,突发脉冲序列的传 送时间将越长.GSM BTS 为了解决这一问题,为 MS 引入了一定时间 提前量,以补偿增加的传输时延. 时间提前量被加到了正常的三个时隙的偏移量上. 时间提前量信息每秒钟通过 SACCH 给 MS 发送两次. 最大的时间提前量大约是 233ms,对应最大的小区半径是 35km.

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第七章 无线信道优化

时间提 前量

Rx 电平 下行

3 个时隙的 偏移量

时间提 前量

上行

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第七章 无线信道优化

电池寿命
限制手机尺寸大小的一个主要因素之一就是电池. MS 的电池一方面须足够大,能保证充电一次后可以使用一定的 时间,用户不希望需要频繁的对电池充电;另一方面电池应尽量小, 这样可以使 MS 也更小更轻. GSM 的以下功能可以延长 GSM MS 电池的使用时间: i功率控制------Power Control i话音激活检测 VAD-----Voice Activity Detection i不连续发射 DTX------Discontinuous Transmission i不连续接收 DRX------Discontinuous Reception 功率控制 由于 BTS 和 MS 之间有一定的矩离, 系统不仅要考虑时间提前量, 还要考虑调整 BTS 和 MS 的发射功率.MS 离 BTS 越近,MS 和 BTS 的发 射功率都可以越小,这样不仅可以节省 MS 的电池,还可以减小同信 道干扰和邻信道干扰. 上行和下行功率都可在网络提供者设定的离散值上独立的受到 控制. MS 的初始功率设定值信息是由小区通过 BCCH 发送给它的. BSS 能控制 MS 和 BTS 的发射功率.MS 的发射功率由 BSS 监视, BTS 的发射功率由 MS 监视并上报给 BSS.BSS 根据这些测量值可以分 别调整 MS 和 BTS 的功率.

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第七章 无线信道优化

功率控制

2瓦
MS A

发射功率
须降低功率 须降低

BTS

1瓦
MS B

RX

A B

功率控制箱 控制箱

须提高 须提高功率

注: BTS 将调整每个 MS 的发射功率,保证该 MS 发射的信号被 BTS 接收时,处在预先定义的功率控制箱内.

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VAD-----Voice 话音激活检测 VAD---Voice Activity Detection
VAD 是指移动台发射时检测是否有话音的一种机制. 当采用 VAD 时,没有讲话时的话音编码速率是 500bit/s,而不 是 13kbit/s.这样发射的信号在接收端相当于背景噪声,也称为"舒 适"噪声. 如果没有"舒适"噪声,用户可能会认为通话已中断. DTX-------Discontinuous 不连续发射 DTX----Discontinuous Transmission DTX 技术通过减小可能的无线发射干扰,提高了系统的有效性. DTX 技术是通过使 MS 在没有消息数据要发送时停止发射. 用在为 DTX 通话而建立的呼叫中,两个 MS 间通话时,可以明显的觉察到这种效 果. DTX 用在 MS 时可以明显的节省功率,因为在静音时 MS 不需要发 射,所以总的功率输出要求降低了. DTX 的实现很大程度上取决于网络运营商的判断,且对于不同作 用的信道有不同的规范. DTX 通过 SACCH 复帧实现.在可能的 104 帧中,可能只会发射 4 个 SACCH 帧及 8 个静音描述帧 SID(Silence Discriptor) .

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话音激活检测 (VAD)&与不连续发射(DTX) (VAD)& 连续发

没有采用 DTX

采用了 DTX

SACCH 复帧 (480ms)

(静音描述单元) 静音描述单元)

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不连续接收 DRX—Discontinuous Reception DRX Discontinuous Reception
DTX 技术使 MS 在没有消息接收时"关闭"接收部分. MS 通过监视广播控制信道 BCCH(Broadcast Control Channel) , 频率校正控制信道 FCCH(Frequency Correction Control Channel) , 及同步控制信道 SCCH(Synchronization Control Channel) ,来获 知帧号及帧同步重复格式, 所以当 MS 锁定到 BCCH 后就可以知道后续 信息的发送时间,这样 MS 可在必要时处于"休眠"和监听状态,这 样也可以有效的节省电池. DRX 仅当 MS 不是处在呼叫状态时使用. 当使用 DRX 时,MS 通过 BCCH 上的广播信息获知它所在的"寻呼 群" 寻呼群可能会在一个控制信道复帧中出现一次,也可能被安排 , 成多个复帧才出现一次.寻呼群的重复率由网络提供者决定,其重复 率信息在 BCCH 上广播,所以 MS 也就能知道它所在的寻呼群.

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不连续接收

每 235ms,在这个寻呼块 C1 寻呼一次移动台

可选择:也可经过多个复帧才寻呼 MS 一次

某移动台可能只在 C1 这个 寻呼块才能被寻呼到 每 235 毫秒一次

可以选择让移动台在多个复帧才能被寻呼一次

个复帧, 例:只有每经过 3 个复帧, 每 3 个复帧(705MS)
才在 C1 对 MS 寻呼一次

移动台才能在 C1 被寻呼 一次

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多径衰落(Multipath Fading) 多径衰落( Fading)
发射器发射的信号经过多条路由到达接收器时,存在多径衰落. 多径衰落是由于信号被物体反射, 或者是信号经过大气中不同的温度 层,湿度层时受到干扰引起的. 接收信号可能在不同的时间到达, 不同时间到达的信号之间相位 不同,可能会超过时间离散度.到达接收器时,信号可能会建设性的 叠加在一起,也可能会破坏性的叠加在一起,即互相加强或者互相抵 消, 如果互相抵消, 则几乎无法收到可用信号. 对于 GSM 使用的频段, 由于无线电波波长的原因, "好"的位置可能与"差"的位置只相距 15cm. 当接收天线移动时,每条路径上接收的信号的相位也在改变,因 此,叠加信号的强度也会不断的变化.当天线移动较快时,丢失的信 号可以通过交织和信道编码恢复出来,当天线移动较慢或静止时,有 可能正好处在信号最弱处,使连续多帧的信号都丢失,无法通过编码 纠错机制恢复出丢失的信号. 对面图示的是一个无线突发脉冲列从基站传到 MS 经过的几条路 由,每条路由在传送中都会有不同程度的路径衰耗.在市区多径衰落 信号的时间离散度达到 5ms,在多山地区,时间离散度会达到 20ms. GSM 采用了 5 种技术来对抗多径衰落: i均衡 i分集接收 i跳频 i交织 i信道编码 均衡器必须能对抗大于 17ms 的时间离散度.

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多径衰落
建筑物

建筑物

发射的突发脉冲序列经过多条路径到达 接收天线

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均衡
由于多径信号造成了信号的时间离散, 接收器无法准确判断突发 脉冲序列的到达时间和扭曲程度. 为了帮助接收器识别及同步于突发 脉冲序列,在突发脉冲序列中间加进了训练序列.训练序列是收发方 都知道的比特串. 收到一个突发脉冲序列后,均衡器搜索训练序列码,找到后,再 测量和摸拟信号受到的扭曲. 均衡器将扭曲后的数据与接收到的数据 做比较,并选择最象是正确的一个. 共有 8 种训练序列码,编号从 0 到 7.邻近小区中相同 RF 载频 使用不同的训练序列,使接收器能辨别正确的信号.

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训练序列码

保护带 信息 尾比特

标准突 标准突发脉冲序列

保护带 信息 尾比特

训练序列 偷帧标志

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分集接收
信号会从多条路径到达接收器, 所以接收器接收天线收到的信号 是不相同的,有的处在波峰,有的却处在波谷,也就是说有的信号叠 加在一起会使信号增强,有的却互相抵消,使信号减弱. 使用分集接收时,给接收器装两根接收天线,且这两根接收天线 相距几个波长,以减小两条接收路径的相关性.将两根天线接收到的 信号叠加在一起可以使信号强度改善. 信号强度

天线 1 时间 信号强度

天线 2 时间 信号强度 合成信号

时间

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分 集 接收

相距大约 10 个波长

合路器

合路后得到的信号

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跳频
简介 跳频允许用于载送信令信道时隙或业务信道时隙的无线信号在 每帧(或每 4.615ms)使用的频率都不相同,这样由于干扰平均化, 提高了抗干扰能力,有效解决了信号衰落的问题. 因为不是每个分配的信道都会有严重的干扰, 当载送 TCH 时隙的 RF 信道在每帧都改变成一个新分配的频率时,会得到"无线信道干 扰平均化" 的效果, 所以数据发送过程中只有一部分时间会受到干扰. 所有的移动台都可以在 BSS 的控制下完成跳频.为完成跳频功 能,BSS 软件里必须有跳频的功能选项.有两种跳频方式可供网络运 营商选择:循环方式和伪随机方式.

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跳频

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循环跳频,采用的频点有 10,20,30 和 40 循环跳频, 10,20,

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