無線通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程與趨勢-1g(編輯修改稿)
2025-08-23 16:12 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 。同年，GSM（Group Special Mobile）成立。經(jīng)過幾年的討論和現(xiàn)場測試和論證比較，1986年，GSM成員國選定了窄帶TDMA方案。1988年，歐洲18國達(dá)成GSM諒解備忘錄并頒布了GSM（Global System for Mobile munications）標(biāo)準(zhǔn)。它包括兩個并行的系統(tǒng)，GSM 900和DCS 1800，這兩個系統(tǒng)功能相同，主要的差異是頻段不同。在GSM標(biāo)準(zhǔn)中，未對硬件做出規(guī)定，只對功能、接口等做了詳細(xì)規(guī)定，便于不同公司的產(chǎn)品可以互連互通。GSM標(biāo)準(zhǔn)共有12項內(nèi)容，包括：概述、業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、MSBS（移動臺基站）接口與協(xié)議、無線鏈路的物理層、話音編碼規(guī)范、MS的終端適配器、BSMSC（基站移動交換中心）接口與協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)互通、業(yè)務(wù)互通、設(shè)備型號認(rèn)可規(guī)范、操作和維護(hù)。[2](p228)圖4是GSM的Logo，它的身影出現(xiàn)在無數(shù)手機(jī)和其它無線通信設(shè)備上。[4]圖4 GSM的LogoGSM蜂窩系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5所示。由圖可見，GSM蜂窩系統(tǒng)的主要組成部分可分為移動臺（MS）、基站子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)?；咀酉到y(tǒng)（簡稱基站BS）由基站收發(fā)臺（BTS）和基站控制器（BSC）組成；網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)由移動交換中心（MSC）、操作維護(hù)中心（OMC）、原籍位置寄存器（HLR）、訪問位置寄存器（VLR）、鑒權(quán)中心（AUC）和移動設(shè)備識別寄存器（EIR）等組成。由MS、BS和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)構(gòu)成公用陸地移動通信網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò)由MSC與公用交換電話網(wǎng)（PSTN）、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）和公用數(shù)據(jù)網(wǎng)（PDN）進(jìn)行互連。圖5 GSM蜂窩系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 時分多址接入技術(shù)TDMA是2G系統(tǒng)中的幾個應(yīng)用最廣泛的系統(tǒng)，包括USDC和GSM，所采用的多址接入技術(shù)。它把頻譜資源分為幾個時隙（Time Slots），每個時隙只允許一個用戶收發(fā)數(shù)據(jù)。用戶通過周期性地占用時隙來占用信道，所以一個信道可以認(rèn)為是一個在每幀（Frame）中重復(fù)出現(xiàn)的，這里N個時隙組成一個幀。TDMA傳輸數(shù)據(jù)的方法是bufferandburst，所以每個用戶的傳輸并非實時的。這也要求TDMA不能再采用FDMA那樣的模擬調(diào)制方式。TDMA的幀結(jié)構(gòu)如圖6所示。圖6 時分多址的幀結(jié)構(gòu)TDMA的效率是指TDMA系統(tǒng)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中有百分之多少是包含了要傳輸?shù)男畔ⅲ峭叫畔⒌?。幀效率ηf，指的是每幀中信息比特所占的百分比。這里的信息包括了信源和信道編碼時所需要的比特，所以對用戶來說真正的效率要比ηf還低。每幀用于同步的比特總數(shù)bOH由式(2)給出。(2)bOH = Nrbr + Ntbp + Ntbg + Nrbg式中Nr是每幀中同步突發(fā)（Reference Burst，用于網(wǎng)絡(luò)同步）的數(shù)量，Nt是每幀中話務(wù)突發(fā)（Traffic Burst，用于數(shù)據(jù)傳輸）的數(shù)量，br是每個同步突發(fā)中所需要的同步比特數(shù)，bp是每個話務(wù)突發(fā)中所需要的同步比特數(shù)。bg是保護(hù)時間等效的比特數(shù)（保護(hù)比特）。整個幀的比特數(shù)bT由式(3)給出。(3)bT=TfR式中Tf是幀的時間長度，R是比特率。這時的幀效率ηf由式(4)給出：(4)ηf = ( 1 – bOH / bT ) 100% TDMA系統(tǒng)的信道數(shù)量可由每個信道TDMA時隙的數(shù)量乘以信道的數(shù)量得到，由式(5)給出：(5)N = m ( Btot – 2Bguard ) / Bc式中m是每個信道上用戶復(fù)用的最大數(shù)量。在采用TDMA/FDD的GSM系統(tǒng)中，假設(shè)使用25MHz為前向鏈路，并將其分為200KHz每個的信道。如果通過TDMA，每個信道又支持8個話務(wù)信道，并假設(shè)不使用保護(hù)頻段，那么由式(5)可得N = 25MHz / ((200KHz) / 8) = 1000。這表示該GSM系統(tǒng)可支持1000用戶同時使用，在實際應(yīng)用中其容量比FDMA大。如果在上述GSM系統(tǒng)中，，那么每個比特的時間Tb = 1 / = μs，每個時隙為Tslot = Tb = ms，每幀為Tf = 8 Tslot = ms。如果一個正常的GSM時隙包含6個尾比特、26個同步比特，和兩個話務(wù)突發(fā)，每個58比特的數(shù)據(jù)，那么一個時隙就有6 + + 26 + 2(58) = bits，一幀有8 = 1250 bits/frame，每幀用于同步的比特總數(shù)為：bOH = 8(6) + 8() + 8(26) = 322 bits，幀效率為ηf = (1 – 322/1250) 100 = %。[1](p456)TDMA系統(tǒng)的缺點包括：突發(fā)傳輸?shù)乃俾矢撸h(yuǎn)大于語音編碼速率，故TDMA系統(tǒng)中需要較高的同步開銷。發(fā)射信號速率隨N的增大而提高，引起碼間串?dāng)_加大，所以必須采用自適應(yīng)均衡。當(dāng)然，TDMA的優(yōu)點也十分明顯。由于采用了幀的交錯（Interleaving），即移動臺在接收發(fā)射時使用同樣的時隙號，而接收的TDMA幀開始時刻相對于發(fā)射的TDMA幀開始時刻延遲了若干個時隙的時間間隔（USDC為2時隙，GSM為3時隙），使時間的接收發(fā)射時隙分開，從而避免了GSM在同一時間同時接收發(fā)射引起的于擾，所以TDMA手機(jī)無需采用價格昂貴的雙工濾波器，從而也降低了成本。此外，TDMA基站復(fù)雜性小，互調(diào)干擾小，抗干擾能力強，頻率利用率高，系統(tǒng)容量也較FDMA大。最后，TDMA的越區(qū)切換簡單，可在無信息傳輸時進(jìn)行，不會丟失數(shù)據(jù)。[3] ，提供GPRS或EDGE業(yè)務(wù)的系統(tǒng)。GPRS（General Packet Radio Service）是為GSM和USDC（IS136）移動用戶提供的以包交換為基礎(chǔ)的移動數(shù)據(jù)服務(wù)，為用戶提供從56Kbps到114Kbps速率的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。EDGE（Enhanced Data rates for GSM Evolution）也稱為EGPRS（Enhanced GPRS），GSM用戶可以容易地升級到EDGE。EDGE是GPRS的擴(kuò)展集，并向下兼容GPRS。GPRS通過動態(tài)利用多個時隙（如4個）建立鏈路。EDGE通過采用8PSK調(diào)制技術(shù)代替原來的GMSK調(diào)制，從而將GPRS的傳輸速率提高到原來的3倍。將現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)改造為能提供GPRS業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)需要增加兩個主要單元：SGSN（GPRS服務(wù)支持節(jié)點）和GGSN（GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點）。SGSN對移動終端進(jìn)行定位和跟蹤，并發(fā)送和接收移動終端的分組。GGSN將SGSN發(fā)送和接收的GSM分組按照其它分組協(xié)議（如IP）發(fā)送到其它網(wǎng)絡(luò)。升級到EDGE無需對GSM核心網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行硬件或軟件上的改動，但基站子系統(tǒng)必須升級，安裝EDGE收發(fā)模塊。表5給出了GPRS和EDGE的編碼、調(diào)制方式和速率。[5]2G系統(tǒng)擴(kuò)展類型編碼和調(diào)制方式速率（Kbps/時隙）
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