【文章內(nèi)容簡介】 臺的距離（1 – 20km）,hm為移動臺的天線至地面的高度（110m）.Okomura模型在大量實測場強數(shù)據(jù)的基礎上，采用數(shù)理統(tǒng)計分析方法，確認了市區(qū)移動通信場強預測模型，它適用于市區(qū)和郊區(qū)的各種不同條件，是一個比較全面的模式，此模式被目前移動通信場強預測廣泛采用，必須指出在使用該模式時必須結合本地的地形地物特性做必要的修正。 對非理想地面的條件下的更好近似是平均信號強度與距離的四次方成反比。 對數(shù)正態(tài)衰落 常常在移動臺和基站之間有高大建筑物、樹林和高低起伏的地勢地貌，這些障礙物的阻擋造成電磁場的陰影，產(chǎn)生了陰影效應，致使接收信號強度下降。經(jīng)過大量的野外測試表明，這種衰落服從對數(shù)正態(tài)衰落，它的接收信號的中值電場與基站和移動臺的距離的四次方成反比。由于這種場強的變化隨著地理位置改變而較慢的變化，故稱為慢衰落。又因為其接收場強中值是受電磁場陰影而變化的所以又稱為陰影衰落。其次，大氣折射條件的變化使多徑信號相對時延變化，造成同一地點場強中值隨時間的慢變化，但這種變化遠小于地形因素的影響，這也是產(chǎn)生慢衰落的一種原因，因此由于季節(jié)不同、氣候不同等對無線信號的影響也就不同 多徑傳播引起的衰落 移動通信信道是一種多徑衰落信道,發(fā)射的信號在城市中常常會受到建筑物或地形的阻擋要經(jīng)過直射、反射、散射等多種傳播路徑才到達接收端，而且隨著移動臺的移動，各條傳播路徑上的信號幅度時延及相位隨時隨地發(fā)生的變化，所以接收到的信號是起伏不穩(wěn)定的這些多徑信號相互迭加產(chǎn)生的矢量和就會形成一個嚴重的衰落谷點，使矢量和非常接近為零。迭加后的信號幅度變化符合瑞利分布，因而又被稱為瑞利衰落。瑞利衰落隨時間而急劇變化，又常常圖示 瑞利衰落被稱為快衰落。根據(jù)理論推導，衰落最快時為每秒2V/λ次（V為移動速度，λ為信號波長）嚴重衰落時深度達（20~40）dB，這將嚴重的影響信號傳播質(zhì)量，從這里可以看出在經(jīng)歷衰落谷點的時間取決于移動臺的運動速度及發(fā)射的工作頻率，作為一種近似，兩谷點之間的的距離可以認為是半個波長，對于900MHz頻帶，它約為17cm。根據(jù)該公式還可以看出當采用1800MHz時兩衰落谷點的時間是900 MHz的一半。瑞利衰落在開闊地帶的對通信影響要小一些。多普勒頻移快速運動的移動臺還會發(fā)生多普勒頻移現(xiàn)象，這是因為在移動臺高速運動時接收和發(fā)送信號將導致信號頻率將發(fā)生偏移而引起的干擾。多普勒頻移符合下面的公式： fI=f0fDcosθI= f0（v/λ）cosθIfI為合成后的頻率，f0為工作頻率，fD為最大多普勒頻移，θI為多徑信號合成的傳播方向與移動臺行進方向的夾角，v為移動臺的運動速度，λ為波長，當移動臺快速遠離基站時為fI=f0fD，當移動臺快速靠近基站時為fI=f0+fD。當運動速度過高時，多普勒頻移的影響必須考慮，而且工作頻率越高，頻移越大。二、分集接收 多徑衰落和陰影衰落產(chǎn)生的原因是不同的，隨著移動臺的移動，瑞利衰落隨著信號的瞬時值快速變動，而對數(shù)正態(tài)衰落隨著信號平均值變動，這兩者是構成移動通信接收信號不穩(wěn)定的主要因素，使接收信號被大大惡化，雖然通過增加發(fā)信功率、天線尺寸和高度等方法能取得改善，但采用這些方法在移動通信中比較昂貴，有時也顯得不切實際，而采用分集方法即在若干支路上接收相互間相關性很小的載有同一消息的信號，然后通過合并技術再將各個支路的信號合并輸出，那么便可在接收終端上大大降低深衰落的概率。 由于衰落具有頻率、時間和空間的選擇性，因此分集技術包括空間分集、時間分集、頻率分集和極化分集四種。1. 空間分集：若在空間設立兩副接收天線，獨立接收同一信號，由于其傳播環(huán)境及衰落各不相同，具有不相干或相干性很小的特點，采用分集合并技術并使輸出較強的有用信號，降低了傳播因素的影響。在移動通信中，空間的間距越大，多徑傳播的差異就越大，所收場強的相關性就越小。天線間隔可以是垂直間隔也可以是水平間隔。但是，垂直間隔的分集性能太差，不主張用這種方式。為獲得相同的相關系數(shù)，基站兩分集天線之間的垂直距離應大于水平距離。這種方式在移動通信中是最有效的，也是應用最普遍的一種分集方式。2. 時間分集：可采用通過一定的時延來發(fā)送同一消息，或在系統(tǒng)所能承受的時延范圍以內(nèi)在不同時間內(nèi)的各發(fā)送消息的一部分。在GSM中采用的是后面會講到的交織技術來實現(xiàn)時間分集的。3. 頻率分集：這種分集技術在GSM中是通過調(diào)頻來實現(xiàn)的，4. 極化分集：它是通過采用垂直電子天線、垂直磁性天線和環(huán)狀天線來實現(xiàn)82 / 82的 第四節(jié) 移動臺和基站的時間調(diào)整移動臺收發(fā)信號要求有3個時隙的間隔,。從基站的角度上來看，上行鏈路的編排方式可由下行鏈路的編排方式延遲3個突發(fā)脈沖獲得。這3個突發(fā)脈沖的延時對于整個GSM網(wǎng)絡是個常數(shù)。典型的移動臺在一個時隙間接收，在頻率上平移45MHz，經(jīng)過一段時間（3個突發(fā)脈沖減去傳播的校正時間后發(fā)送，然后可能再次平移監(jiān)視其它信道，并使接收頻率移動到能重新開始整個周期。在通信過程中，如移動臺在呼叫期間向遠離基站的方向上移動，因而從基站發(fā)出的消息將越來越遲的到達移動臺。與此同時，該時延長至當基站收到該進動臺在本時隙上發(fā)送的消息會與基站在其下一個時隙收到的另一個呼叫信息重疊起來，而引起干擾。因此，在呼叫進行期間由移動臺向發(fā)送的基站SACCH上的測量報告的報頭上攜帶著由移動臺測量的時延值，而基站必須監(jiān)視呼叫到達的時間，并BTS在下行的SACCH的系統(tǒng)報告上每次兩秒的頻次向移動臺發(fā)出指令，隨著移動臺離開基站的距離，逐步指示移動臺提前發(fā)送的時間，這就是時間的調(diào)整。在GSM中被稱為時間提前量TA。時間提前量值可以由0至233us，該值會影響到小區(qū)的無線覆蓋，在給定光速下，GSM小區(qū)的無線覆蓋半徑最大可達到35km，這個限制值是由于GSM定時提前的編碼是在0~63之間?；咀畲蟾采w半徑算法如下：633108m/s247。2=35km其中，:每個比特的時長；63：時間調(diào)整的最大比特數(shù)；3108m/s:光速。但在某些情況下，客觀需要基站能覆蓋更遠的地方，比如在沿海地區(qū)，如需用來覆蓋較大范圍的一些海域或島嶼。這種覆蓋在GSM 中是能實現(xiàn)的，代價是須減少每載頻所容納的信道數(shù)，辦法是僅使用TN為偶數(shù)的信道（因為TN0必須用做BCCH），空出奇數(shù)的TN，來獲得較大的保持時間。這在北電中被稱為擴展小區(qū)技術,。即基站的最大覆蓋半徑為：(63+)3108m/s247。2=120kmTS0TS1TS2TS3圖示：擴展小區(qū)的TDMA幀 第五節(jié) 跳頻技術跳頻可分為快速跳頻和慢速跳頻,在GSM中采用的是慢速跳頻,其特點是按照固定的間隔改變一個信道使用的頻率.根據(jù)GSM的建議，基站無線信道的跳頻是以每一個物理信道為基礎的，因此對于移動臺來說，只需要在每個幀的相應時隙跳變一次，其跳頻速率為217跳/秒，它在一個時隙內(nèi)用固定的頻率發(fā)送和接收，然后在該時隙后需跳到下一個TDMA幀，由于監(jiān)視其它基站需要時間，故允許跳頻的時間約為1ms，收發(fā)頻率為雙工頻率。但對基站系統(tǒng)來說，每個基站中的TRX（收發(fā)信機）要同時于多個移動臺通信，因此，對于每個TRX來說，能根據(jù)通信使用的物理信道，在其每個時隙上按照不同的跳頻方案來進行跳變。一、跳頻的種類及各自實現(xiàn)的方法 GSM中的跳頻可分為基帶跳頻和射頻跳頻兩種。在北電系統(tǒng)中采用的是射頻跳頻。基帶跳頻是通過腔體合成器來實現(xiàn)的，而射頻跳頻是通過混合合成器來實現(xiàn)的。 當采用基帶跳頻時，它的原理是在真單元和載頻單元之間加入了一個以時隙為基礎的交換單元，通過把某個時隙的信號切換到相應地無線頻率上來實現(xiàn)跳頻，這種做法的特點是比較簡單，而且費用也底。但由于采用的腔體合成器它要求其每個發(fā)信機的頻率都是固定發(fā)射的，當發(fā)信機要改動其頻率時，只能人工調(diào)諧到新的頻率上，其話音信號隨著時間的變化使用不同頻率發(fā)射機發(fā)射，收發(fā)信機在跳頻總線上不停的掃描觀察，當總線發(fā)現(xiàn)有要求使用某一頻率時，總線就自動指向擁有該頻率的發(fā)信機上來發(fā)送信號。采用基帶跳頻的小區(qū)的載頻數(shù)與該小區(qū)使用的頻點數(shù)是一樣的。當采用射頻跳頻時，它是在通過對其每個TRX的頻率合成器進行控制，使其在每個時隙的基礎上按照不同的方案進行跳頻。它采用的混合合成器對頻帶的要求十分寬松，每個發(fā)信機都可使用一組相同的頻率，采用不同的MAIO加以區(qū)分。但它必須有一個固定發(fā)射攜帶有BCCH的頻率的發(fā)信機，其他的發(fā)信機可隨著跳頻序列的序列值的改變而改變。兩者的區(qū)別是：基帶跳頻采用的腔體合成器最多可配置8個發(fā)信機，而且衰耗小。而射頻跳頻采用的混合合成器的容量較小,最多可配置4個發(fā)信機,而且衰耗大,當為H2D時,當基站配置較大時,采用混合合成器的基站的覆蓋要小.腔體合成器對頻段的要求不如混合合成器靈活,混合合成器所帶的發(fā)信機可以使用一組頻率,頻點的間隔要求為200 K。腔體合成器的發(fā)信機僅能使用固定的頻率發(fā)射,而且所用頻點的間隔要求大于600K.基帶跳頻的每個發(fā)信機TX只能對應一個頻點，而射頻跳頻的每個發(fā)信機TX能夠發(fā)送所有參與跳頻的頻點。當使用基帶跳頻時攜帶BCCH頻點的TX若出現(xiàn)故障，則易導致整個小區(qū)的癱瘓，而在射頻跳頻時則不會出現(xiàn)這類情況，因為每個TX都能發(fā)送BCCH頻點，攜帶BCCH信道的載頻優(yōu)先級最高，當該載頻出現(xiàn)問題時，攜帶BCCH信道的TDMA幀，能夠自動通過另一個載頻發(fā)射出去。二、跳頻的優(yōu)點 GSM采用跳頻有兩個原因,是因為它可起到頻率分集和干擾源分集的作用。 跳頻可起到頻率分集的作用。跳頻是要保證同一個信息按幾個頻率發(fā)送，從而可提高了傳輸特性。不同頻率的信號所收到的衰落不同，而且隨著頻率差別增大時，衰落更加獨立。對于相距足夠遠的頻率，它們可看做是完全獨立的，通過跳頻，包括信息一部分的所有突發(fā)脈沖不會被瑞利衰落以同一方式破壞。當移動臺以高速移動時，在同一信道上接收兩個相鄰突發(fā)脈沖期間（相隔8個時隙，）,移動臺位置的差別對于驅(qū)除信號瑞利變化的相關性以足夠了,在這種情況下,因為手持機的用戶通常運動速度較慢,或處于靜止狀態(tài),在此時跳頻優(yōu)越性就顯示出來了,. 跳頻可起到干擾源分集作用 在業(yè)務量密集的地方，網(wǎng)絡的容量將受到由于頻率復用產(chǎn)生的干擾限制。相對干擾比C/I值（載波電平/干擾電平）可能在呼叫之間變化很大。載波電平隨著移動臺相對于基站的位置及移動臺與基站之間障礙的數(shù)量而變化，干擾電平的變化依賴于此頻率是否被附近蜂房的另一呼叫使用，它還隨著干擾源距離、電平的變化而變化。由于系統(tǒng)的目標是盡可能滿足更多用戶的需求，當不選用跳頻時，如一頻點出現(xiàn)干擾時，當用戶占用該頻點時就會造成通話質(zhì)量使用戶難以忍受，而當使用跳頻時，該干擾情況就會被該小區(qū)的許多呼叫所共享，整個網(wǎng)絡的性能將得到提高。經(jīng)分析使用跳頻的網(wǎng)絡可比不采用跳頻的網(wǎng)絡高出3dB的增益。三、跳頻序列 在小區(qū)參數(shù)的定義中定義了兩個頻率組，一個稱為小區(qū)分配表（CELL ALLOCATION）用來定義該小區(qū)所用到的所有頻點，另一個被稱為移動分配表（MOBILE ALLOCATION）用來定義參與跳頻的所有頻點。在此值得注意的是，攜帶有BCCH的載頻，不能用于跳頻，因為它攜帶有FCCH、SCH及BCCH信道，需要不停的向該小區(qū)的所有手機廣播同步消息及系統(tǒng)消息。在GSM規(guī)范中有兩個參數(shù)用來定義跳頻序列，分別是MAIO（移動分配指針偏移）和HSN（跳頻序列號）。 MAIO因需描述跳頻重復功能的起點，所以偏移的可能值與參與跳頻的頻率數(shù)一樣多。MA的頻點數(shù)應在1到64之間，產(chǎn)生跳頻序列要經(jīng)過一個十分復雜的算法過程時，參與計算的參數(shù)有FN（當前的幀號及獲得的描述幀號的TTT3值）、MAIO、HSN。 HSN值有64個不同的值，通常一個小區(qū)的信道應有相同的HSN值，不同的MAIO值，因為這是要避免同一小區(qū)信道之間的干擾，當同一小區(qū)出現(xiàn)相同的MAIO后將導致嚴重的指派失敗率。兩個擁有相同HSN不同MAIO的信道，不會在同一突發(fā)脈沖使用相同的頻率。相反，當兩個使用同一跳頻組，MAIO也相同的但HSN不同的信道，它只會對突發(fā)脈沖的1/n干擾。MS可以由系統(tǒng)廣播消息中提供的小區(qū)參數(shù)來根據(jù)算法導出跳頻序列和小區(qū)的跳頻序列號。 在使用同一跳頻組的相鄰小區(qū)中，應注意使用不同的HSN，該做法可獲得干擾源分集增益。但注意應盡量避開使用HSN=0的情況（它是循環(huán)跳頻），因為它會導致低質(zhì)量的干擾源分集。第六節(jié) 語音的傳輸過程一、語音編碼由于GSM系統(tǒng)是一種全數(shù)字系統(tǒng)，話音和其它信號都要進行數(shù)字化處理，因此移動臺首先要將語音信號轉(zhuǎn)換成模擬電信號，以及其反變換，移動臺再把這模擬電信號轉(zhuǎn)換成13Kbit/s的數(shù)字信號，用于無線傳輸。下面我們主要講一下TCH全速率信道的編碼過程。目前GSM采用的編碼方案是13 Kbit/s的RPELTP（規(guī)則脈沖激勵長期預測），其目的是在不增加誤碼的情況下，以較小的速率優(yōu)化頻譜占用，同時到達與固定電話盡量相接近的語音質(zhì)量。它首先將語音分成20ms為單位的語音塊，再將每個塊用8 KHZ抽樣，因而每個塊就得到了160個樣本。每個樣本在經(jīng)過A率13比特（μ率14比特）的量化，因為為了處理A率和μ率的壓縮率不同，因而將該量化值又分別加上了3個或2個的“0”比特，最后每個樣本就得到了16比特的量化值。因而在數(shù)字化之后，進入編碼器之前，就得到了128 Kbit/s的數(shù)據(jù)流。這一數(shù)據(jù)流的速率太高了以至于無法在無線路徑下傳播，因而我們需要讓它通過編碼器的來進行編碼壓縮。如果用全速率的譯碼器的話，每個語音塊將被編碼為260比特，最后形成了13 Kbit/s的源編碼速率。此后將完成信道的編碼。在BTS側(cè)將能夠恢復13 Kbit/s的源速率，但為了形成16 Kbit/s的TRAU幀以便于在ABIS和ATER接口上傳送，因而需再增加3 Kbit/s的信令，它可用于BTS來控制遠端TCU的工作，因而被稱為帶內(nèi)信息。這3 Kbit/s將包括同步和控制比特（包括壞幀指示、編