移动通信技术基础
目录
一、电波传播的基本特性（P8、9）
二、移动通信的几大效应及其产生原因
三、多径信道的主要描述参数（P17）
四、频率选择性衰落和时间选择性衰落及其相关因素（P19）
五、衰落特性的特征量（P26）
六、室外传播模型（工作频段、小区半径等）（P27、28）
七、OFDM（课件内容）1.看第三章课件
八、跳频和扩频系统特点（P101、105、107）
九、空间复用、发射分集和空时编码（P111、112）
十、GSM网络空中接口特点（双工方式、多址方式、重要逻辑信道等）和无限资源管理（看课件）（P158）
十一、GSM网路的移动性管理（位置管理和位置更新）（P180）
十二、GSM网络中重要设备的作用（书157-158）
十三、GSM网络的安全性管理（书189-191）
十四、GPRS网络空中接口的特点和无线资源管理(课件) (书198-199)
十五、GPRS网络中重要设备的作用（书193）
十六、GPRS网络的移动性管理（位置管理和位置更新）（书196-197）
一、电波传播的基本特性（P8、9）
1.信道参数的随机变化导致接收信号幅度和相位的随机变化，这种现象称为衰落
2.随信号传播距离变化而导致的传播损耗，即自由空间传输损耗
3.由于传播环境中的地形起伏、建筑物及其他障碍物对电磁波的遮蔽所引起的损耗，一般称为阴影衰落
4.无线电波在传播路径上受到周围环境中地形地物的作用而产生的反射、绕射和散射，使得其到达接收机时是从多条路径传来的多个信号的叠加，这种多径传播所引起的信号在接收端幅度、相位和到达时间的随机变化将导致严重的衰落，即所谓的多径衰落
5.通常在同一个无线信道中大尺度衰落和小尺度衰落是同时存在的
6.根据发送信号与信道变化快慢程度的不同，无线信道的衰落又可分为长期慢衰落和短期快衰落
二、移动通信的几大效应及其产生原因
移动通信有三大效应：
1.阴影效应：由于传播环境中的地形起伏、建筑物及其他障碍物对电磁波的遮蔽所引起的损耗
2.多普勒效应:移动台在传播径向方向的运动引起的
3.多径效应：由于无线传播环境的影响，在电波传播路径上产生了反射、绕射和散射引起多个信号叠加
三、多径信道的主要描述参数（P17）
1.由于多径环境和移动台运动等因素的影响，使得移动信道对传输信号在时间、频率和角度上造成了色散。通常用功率在时间、频率及角度上的分布来描述这种色散，即用功率延迟分布描述信道在时间上的色散；用多普勒功率谱密度描述信道在时间上的色散；用角度谱描述信道在角度上的色散。定量描述这些色散时，常用一些特定参数来描述，即所谓多径信道的主要参数。
2.时间色散参数和相关带宽
3.频率色散参数和相关时间
4.角度色散参数和相关距离
四、频率选择性衰落和时间选择性衰落及其相关因素（P19）
1.频率选择性衰落：传输信道对信号不同的频率成分有不同的随机响应，信号中不同频率分量衰落不一致，引起信号波形失真
2.非频率选择性衰落是指信号经过传输信道后，各频率分量的衰落是相关的，具有一致性，衰落波形不失真
3.当码元速率较高，信号带宽大于信道相关带宽时，信号通过信道传输后各频率分量的变化是不一致性的，衰落为选择性衰落，将引起波形失真，造成码间干扰。
4.频率色散参数是用多普勒扩展来描述的，而相关时间是与多普勒扩展相对应的参数。多普勒扩展和相关时间描述的是信道的时变特性。这种时变特性或是由移动台与基站间的相对运动引起的，或是由信道路径中的物体运动引起的
5.当信道时变时，信道具有时间选择性衰落，这种衰落会造成信号的失真。这是因为发送信号在传输过程中，信道特性发生了变化。信号尾端时的信道特性与信号前端的信道特性发生了变化，不一样了，就会产生时间选择性衰落。
6.相关时间是信道冲激响应维持不变的时间间隔的统计平均值。也就是说，相关时间是指一段时间间隔，在此间隔内，两个到达信号具有很强的相关性，换句话说，在相关时间内信道特性没有明显的变化。因此相干时间表征了时变信道对信号的衰落节拍，这种衰落是由多普勒效应引起的，并且发生在传输波形的特定时间段上，即信道在时域具有选择性。一般称这种由多普勒效应而在时域产生的选择性衰落为时间选择性衰落。
五、衰落特性的特征量（P26）
1.衰落率和衰落深度
衰落率：信号包络在单位时间内以正斜率通过中值电平的次数。衰落率就是信号包络衰落的速率。衰落率与发射频率、移动台行进速度和方向，以及多径传播的路径数有关。当移动台行进方向朝着或背着电波传播方向时，衰落最快。频率越高，速度越快，则平均衰落率的值越大。
衰落深度：信号的有效值与该次衰落的信号最小值的差值。
2.电平通过率和衰落持续时间
电平通过率：信号包络单位时间内以正斜率通过某一规定电平值R的平均次数。
衰落持续时间：信号包络低于某个给定电平值的概率与该电平所对应的电平通过率之比。
六、室外传播模型（工作频段、小区半径等）（P27、28）
常用的几种电波传播损耗预测模型有Okumura-Hata模型、COST 231 Hata模型、CCIR模型、LEE模型及COST 231 Walfisch-Ikegami模型。
1.Okumura-Hata模型：应用频率为150~1500MHz，适用于小区半径大于1km的宏蜂窝系统，基站有效天线高度为30~200m,移动台有效天线高度为1~10m。
2.COST-231 Hata模型：应用频率为1500~2000MHz，适用于小区半径大于1km的宏蜂窝系统，发射有效天线高度为30~200m，接受有效天线高度为1~10m。
七、OFDM（课件内容）1.看第三章课件
八、跳频和扩频系统特点（P101、105、107）
1.直接序列扩频系统在发送端直接用高码率的扩频码去展宽数据信号的频谱，而在接收端则用同样的扩频序列进行解扩，把扩频信号还原为原始的窄带信号。扩频后的信号带宽扩展为原来的N倍，功率谱密度则下降到1/N，这是扩频信号的特点。
2.所谓跳频扩频就是使窄带数字已调信号的载波频率在一个很宽的频率范围内随时间跳变，跳变的规律称为跳频图案。跳频的规律实际上是可以重复的伪随机序列。
3.和直扩系统不同，跳频系统没有分散窄带干扰信号功率谱密度的能力，而是利用跳频序列的随机性和为数众多的频率点，使得它和干扰信号的频率发生冲突的概率大为减小，即跳频是靠躲避干扰来获得抗干扰能力的。因此跳频系统抗窄带干扰能力实际上是指它碰到干扰的概率。
4.GSM系统在业务量大、干扰大的情况下常常采用跳频。
九、空间复用、发射分集和空时编码（P111、112）
1.MIMO可以分为发射分集技术和空间复用技术。
2.发射分集技术：在不同的天线上发射包含同样信息的信号，达到空间分集的效果，从而跟分集接收一样能够起到抗衰落的作用。
3.空间复用技术：在不同天线上发射不同的信息，获得空间复用增益，从而大大提高系统的容量和频谱利用率，增强了链路性能。
4.空间复用相当于按照发送天线将无线信道划分成若干并行的信道，每个信道传输的都是完全不同的数据。
5.空时编码：无线通信的一种新的编码和信号处理技术，它使用多个发射和接收天线进行信息的发射与接收，可以大大改善无线通信系统的可靠性或提高信息速率。空时编码可以在不牺牲带宽的情况下获得很高的编码增益，在接受机结构相对简单的情况下，空时编码的空时结构可以有效提高无线系统的容量。
十、GSM网络空中接口特点（双工方式、多址方式、重要逻辑信道等）和无限资源管理（看课件）（P158）
1.物理信道 p158
1.1.工作频段：GSM网络采用900MHz/1800MHz频段。
1.2.双工收发间隔：在900MHz频段，双工收发间隔为45MHz。在1800MHz频段，双工收发间隔为95MHz。
1.3.频道间隔:相邻频道间隔为200kHz。每个频道采用时分多址接入（TDMA）方式，分为8个时隙，即为8个信道。
1.4.频道配置：采用等间隔频道配置方法
1.5.频率复用方式：常采用4*3的复用方式。
1.6.干扰保护比
1.7.保护频带：两系统之间（频道中心频率之间）应约400kHz的保护带宽。
2逻辑信道（课件）（书161）
目的是：小区选择、重选、切换
3.信标信道
4.无线资源管理RM（书179）
4.1主要位于MS和BSC中
4.2管理无线资源：
包括不同逻辑信道的建立、维持和释放
在移动台端，主要是用来选择小区、在物理层测量的结果基础上监听信标信道
十一、GSM网路的移动性管理（位置管理和位置更新）（P180）
1.GSM系统的位置更新包括3个方面的内容：第一，移动台的位置登记；第二，当移动台从一个位置区域进入一个新的位置区域时，移动系统所进行的通常意义下的位置更新；第三，在特定时间内，网络与移动台没有发生联系时，移动台自动地、周期地与网络取得联系，核对数据
2.位置更新
移动系统的位置更新：
移动用户的位置更新：
十二、GSM网络中重要设备的作用（书157-158）
十三、GSM网络的安全性管理（书189-191）
1、对用户接入的网鉴
1）鉴权原理
2）安全算法及鉴权三参数的产生
3）鉴权的过程
2、无线链路上对有权用户通信信息的加密
3、移动设备的识别
4、移动用户的安全保密
1）用户的临时识别码（TMSI）
2）用户的个人身份号（PIN）
十四、GPRS网络空中接口的特点和无线资源管理(课件) (书198-199)
GPRS的逻辑信道——分组逻辑信道
GPRS的物理信道——分组数据信道
无线资源管理：按需动态占用资源：只在有数据传输时才分配无线资源
- 点对点业务
GPRS网络在业务请求者和业务接收者之间提供的分组传送业务
- 点对多点业务
可根据某业务请求者请求，把信息传送给多个或一组用户
PTM用户请求业务请求者定义用户组成员
国际移动组织别（IMGI）识别组成员
业务请求者可定义所传信息的地理区域，地理区域可以是一个或几个，即所有成员可能分布在不同的地理区域内
十五、GPRS网络中重要设备的作用（书193）
在原有GSM网的基础上增加了：
SGSN—GPRS业务支持节点
GGSN—GPRS网关支持节点
PTM SC—点对多点业务中心等功能实体
与 GSM使用相同的基站但需要对基站的软件进行更新
采用新的GPRS移动台
需要增加新的移动性管理（MM）程序
原有 GSM网络子系统的软件更新和新的MAP信令及GPRS信令
十六、GPRS网络的移动性管理（位置管理和位置更新）（书196-197）
GPRS手机的注册：首次使用手机必须注册到PLMN网上，并将位置更新信息存储到SGSN中
一个新的GPRS手机用户首先要注册到网络，网络则要为这一用户分配一个IP地址。
GPRS手机连接到网络需要两个阶段：1)连接到GPRS网络（GPRS附着）。GPRS手机开机后，要向网络发送附着消息。SGSN从HLR收集用户数据，对用户进行鉴权，然后与GPRS手机附着。2）连接到IP网络（PDP关联）。GPRS手机与网络附着后，向网络请求一个IP地址。
路由区由一个或多个小区组成，最大的路由区为一个位置区LA。
一个路由区不能跨越多个位置区。
一个路由区只能由一个SGSN提供服务。
目的：更有效的寻呼GPRS用户
RAI作为系统信息进行广播，移动台监视RAI，以确定是否穿越了路由区边界。如果确实穿越了边界，移动台将启动路由区域更新过程。
GPRS的位置区域管理就是移动台位置移动的管理。
东莞理工学院移动通信技术——李明[2019]