第7章 GSM网络无线接口的优化Word格式文档下载.docx
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跳频------------------------------------------------------------------16
本章目标：
完成本章的学习后，学员应能：
知道对于GSM中存在的下列问题所采取的解决方法。
1.发射定时。
2.多径衰落。
3.电池寿命。
第七章目标
通过本章学习，学生应该能够：
1．理解解决GSM以下问题的方法：
a.传输定时
b.多径衰落
c.电池寿命
发射定时
为了简化手机的设计，GSM规范在BSS和MS之间的定时规定了3个时隙的偏移，这样使MS不必同时的发射和接收，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。
GSMBTS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233ns，对应最大的小区半径是35km。
时间提前量
3个时隙的
偏移量
时间提
前量
下行
Rx电平
上行
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的电池体积一方面须足够大，对应电池的容量也较大，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；
另一方面电池体积应尽量小，这样可以使MS也更小更轻。
GSM的以下功能可以延长GSMMS电池的使用时间：
功率控制------PowerControl
话音激活检测VAD-----VoiceActivityDetection
不连续发射DTX------DiscontinuousTransmission
不连续接收DRX------DiscontinuousReception
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，还可以减小同频干扰和邻频干扰。
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。
2瓦发射功率
MS
A
须降低功率
BTS
RX
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.
须提高功率
功率控制箱
A
B
B
1瓦
话音激活检测VAD---VoiceActivityDetection
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。
不连续发射DTX----DiscontinuousTransmission
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。
DTX用在为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（SilenceDescriptor）。
话音激活检测（VAD）与不连续发射（DTX）
没有采用
DTX
采用了
SACCH
复帧
（480ms）
（静音描述单元）
不连续接收DRX—DiscontinuousReception
DRX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（BroadcastControlChannel），频率校正控制信道FCCH（FrequencyCorrectionControlChannel），及同步控制信道SCCH（SynchronizationControlChannel），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。
不连续接收
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
例：
只有每经过3个复帧，移动台才能在C1被寻呼
一次
可以选择让移动台在多个复帧才能被寻呼一次
才在C1对MS寻呼一次
多径衰落（MultipathFading）
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：
均衡
分集接收
跳频
交织
信道编码
均衡器必须能对抗大于17ms的时间离散度。
多径衰落
建筑物
发射的突发脉冲序列经过多条路径到达接收天线
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。
训练序列码
保护带
信息
训练序列
尾比特
偷帧标志
标准突发脉冲序列
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接收信号强度改善。
信号强度
天线1
时间
天线2
合成信号
10个波长
合路器
合路后得到的信号
相距大约10个波长
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。
循环跳频，采用的频点有10、20、30和40
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