1、模塊三：第二代移動通信系統(tǒng)單元6GSM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)制定人員：代才莉制定時間：年月授課教師：代才莉所需學(xué)時：.中任務(wù)實施條件要求配置有投影儀、教師演示終端、黑板等。單元描述單元描述眾眾所周知，系統(tǒng)是全球移動用戶數(shù)量最多的移動通信系統(tǒng)，其技術(shù)已經(jīng)較為成熟。干擾一直是困擾移動通信系統(tǒng)的一個嚴(yán)峻的問題，那么系統(tǒng)采用了哪些關(guān)鍵技術(shù)來降低系統(tǒng)的干擾呢？學(xué)完本次課，你將能回答以上問題。學(xué)習(xí)目標(biāo)+掌握系統(tǒng)所采用的關(guān)鍵技術(shù)；+理解時間提前量、跳頻技術(shù)、不連續(xù)發(fā)射技術(shù)、功率控制技術(shù)的基本原理和和對，重點與難點，重點與難點一,-教學(xué)重點:,G移動通信系統(tǒng)中時間提前量、跳頻技術(shù)、不連續(xù)發(fā)射技術(shù)、功率控制技術(shù)的基本原

2、理和主要作用。L教學(xué)難點：基帶跳頻與射頻跳頻的區(qū)別題主要授課內(nèi)容1、時間提前量題主要授課內(nèi)容信號在空間傳輸是有延遲的，如移動臺在呼叫期間向遠(yuǎn)離基站的方向移動，則從基站發(fā)出的信號將“越來越遲”的到達(dá)移動臺，與此同時，移動臺的信號也會“越來越遲”的到達(dá)基站，延遲過長會導(dǎo)致基站收到的某移動臺在本時隙上的信號與基站收下一個其它移動臺信號的時隙相互重疊，引起碼間干擾，因此，在呼叫進(jìn)行期間，移動臺發(fā)給基站的測量報告上攜帶有移動臺測量的時延值，而基站必須監(jiān)視呼叫到達(dá)的時間，并在下行信道上以480ms一次的頻率向移動臺發(fā)送指令，指示移動臺提前發(fā)送的時間，這個時間就是時間提前量。在GSM系統(tǒng)中，由于空中接口采用

3、TDMA技術(shù)，移動臺必須在指配給它的時隙內(nèi)發(fā)送，而在其他的時間必須保持寂靜，否則會干擾使用同一載頻其他時隙上的用戶。在GSM系統(tǒng)中，移動臺收發(fā)信號要求有3個時隙的間隔，如圖1所示?？谙滦墟溌?口下行鏈路:上行鏈路:-TDMA幀號：BTS發(fā)送；：MSTDMA幀號：BTS發(fā)送；：MS發(fā)送圖1TCH上下行偏移引入跳頻的原因有兩個。第一是基于頻率分集的原理，用于對抗瑞利衰落。第二是基于干擾源特性。在業(yè)務(wù)量密集區(qū)，蜂窩系統(tǒng)容易受到頻率復(fù)用產(chǎn)生的干擾限制，相對載干比（C/I）可能在呼叫中變化很大。引入跳頻使得它可以在一個可能干擾小區(qū)的許多呼叫之間分散干擾，而不是集中在一個呼叫上。跳頻是指載波頻率在很寬頻帶

4、范圍內(nèi)按某種序列進(jìn)行跳變。控制和信息數(shù)據(jù)經(jīng)過調(diào)制后成為基帶信號，送入載波調(diào)制，然后載波頻率在偽隨機(jī)碼的控制下改變頻率，這種偽隨機(jī)碼序列即為跳頻序列。最后再經(jīng)過射頻濾波器送至天線發(fā)射出去。接收機(jī)根據(jù)跳頻同步信號和跳頻序列確定接收頻率，把相應(yīng)的跳頻后信號接收下來，進(jìn)行解調(diào)。原理如圖2所示。V發(fā)送上變頻f信息調(diào)制上變頻接收信號強(qiáng)度接收信號強(qiáng)度圖2跳頻基本結(jié)構(gòu)跳頻技術(shù)對接收信號的改善如下圖3所示：G=10LgN（N為頻點數(shù)目）接收距離圖3跳頻技術(shù)對接收信號的改善由于每個脈沖使用的頻點不同，單個頻點受干擾對整個通話造成的影響就降低了，整個干擾水平在所有的通話中得到了平均，同時本次通話對其它通話的影響也相

5、對分散在各個頻點上從而減少了對其它通話的影響。其原理如圖4所示。圖4圖4跳頻技術(shù)對抗干擾的原理時間跳頻技術(shù)由來已久，首先用于軍事方面，其目的是保密。用于GSM系統(tǒng)中是近幾年的事.在GSM中有兩種方法實現(xiàn)跳頻，即基帶跳頻和射頻調(diào)頻。基帶跳頻的原理是將話音數(shù)字信號隨時間的變換使用不同頻率的發(fā)射機(jī)發(fā)射。原理如圖5所示。T3T4T5圖5基帶跳頻的原理射頻頻跳的原理是將話音數(shù)字信號用固定的發(fā)射機(jī)序列控制，采用不同頻率發(fā)射。原理如圖6所示。廣播信道不允許跳頻！C2(跳頻:F1-FnC2(跳頻:F1-Fn)3、不連續(xù)發(fā)送DTX話音傳輸有兩種方式，一種是不管用戶是否講話，話音連續(xù)編碼在13kbit/s上(20

6、ms一幀)；另一種是不連續(xù)傳輸方式DTX(DiscontinuousTransmission)，在話音激活期進(jìn)行13kbit/s編碼，在話音非激活期進(jìn)行500bit/s編碼，僅傳送舒適噪聲，如圖7所示。采用DTX方式有兩個目的：一是降低空中總的干擾電平，二是節(jié)約發(fā)射機(jī)的功耗。DTX模式與普通模式是可選的，因為DTX模式會使傳輸質(zhì)量稍有下降。GSM系統(tǒng)中采用DTX方式，并不是在語音間隙簡單地關(guān)閉發(fā)射機(jī)，而是要求在發(fā)射機(jī)關(guān)閉之前，必須把發(fā)端背景噪聲的參數(shù)傳送給收端，收端利用這些參數(shù)合成與發(fā)端相似的噪聲（通常稱為“舒適噪聲”）。這樣做的目的是當(dāng)發(fā)信機(jī)打開時，背景噪聲連同語音一同轉(zhuǎn)發(fā)給接收端；在語音脈

7、沖結(jié)束時，由于關(guān)掉了發(fā)射機(jī)，故噪聲降低到很低的電平，使聽者感到極不舒服。為了改善這種情況，采用插入人工噪聲的方法，在發(fā)送端關(guān)發(fā)射機(jī)前，把靜寂描述幀SID發(fā)給接收端，收端在無語音時，移動臺自動產(chǎn)生舒適的背景噪聲。為了完成語音信號間斷傳輸，應(yīng)使發(fā)射機(jī)關(guān)機(jī)時接收側(cè)產(chǎn)生類似噪聲。DTX基本原理如圖8所示。-=一信道-=一信道圖8DTX基本原理圖發(fā)送端的語音活動檢測由語音活動檢測器完成，其功能是檢測分段后的20ms段是有聲段，還是無聲段，即是否有語音或僅僅是噪音。舒適噪聲估計用于產(chǎn)生靜寂描述幀SID，發(fā)送給接收端以產(chǎn)生舒適的背景噪聲。4、所謂的功率控制，就是在無線傳播上對手機(jī)或基站的實際發(fā)射功率進(jìn)行控制

8、，以盡可能降低基站或手機(jī)的發(fā)射功率，這樣就能達(dá)到降低手機(jī)和基站的功耗以及降低整個GSM網(wǎng)絡(luò)干擾這兩個目的。當(dāng)然，功率控制的前提是要保證正在通話的呼叫擁有比較好的通信質(zhì)量。（1）功率控制過程：提供功率控制過程進(jìn)行決策的原始信息是來自手機(jī)和基站的測量數(shù)據(jù)，通過處理和分析這些原始數(shù)據(jù)，作出相應(yīng)的控制決策。和切換控制過程類似，一般來說，整個功率控制過程如圖9所示。圖9功率控制過程框圖（2）快速功率控制快速功率控制過程能夠根據(jù)實際的信號強(qiáng)度和信號質(zhì)量情況，判斷出應(yīng)該使用的功率控制幅度，不再局限于一個固定的幅度，這樣就可以輕易解決手機(jī)初始接入時功率的控制問題。當(dāng)然，它的作用也不僅僅局限于這種情況，還有很多

9、，比如快速移動的手機(jī)、突然出現(xiàn)的干擾或障礙等等，只要出現(xiàn)需要進(jìn)行大幅度功率控制的現(xiàn)象，快速功率控制過程都能夠完滿地給予解決。建議教學(xué)方法:引導(dǎo)教學(xué)建議教學(xué)方法:引導(dǎo)教學(xué)形象比喻在系統(tǒng)中，如果上行信道采用的是，則下行信道應(yīng)該采用第幾個時隙？為了避免時隙間干擾，和這個相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)叫什么？你知道什么是功率控制嗎？能用形象的語言或者比喻或者動作來表示它嗎？采用自由搶答的方式，學(xué)生回答后，教師做出扼要的點評，并對回答情況簡要總結(jié)，檢查學(xué)生任務(wù)資訊單完成情況。二、講解新課內(nèi)容時間提前量故意設(shè)疑制造懸念問題引導(dǎo)法故意設(shè)疑制造懸念問題引導(dǎo)法()系統(tǒng)采用了時分多址技術(shù)，即一個頻率上的若干個用戶發(fā)射的上行信號是

10、通過不同時隙來區(qū)分的，那么在基站側(cè)，基站對這些用戶有什么要求嗎？答案：(準(zhǔn)時，不要提前，也不要遲到，否則都會引起干擾)()用戶可能總是在移動的，那么用戶離基站的距離就可能遠(yuǎn)也可能近，那么用戶的信號到達(dá)基站的時間就可能推遲也可能提前，這樣會有什么后果呢？答案：(有的早到，有的晚到，而且隨著用戶的移動，每次發(fā)射都可能變化)()那么如何解決這個問題呢?答案：(根據(jù)距離和速度，測量好時間，提前一定的時間出發(fā))這個過程老師一定要慢慢的引導(dǎo)學(xué)生思考，不要直接搬出答案來，如果學(xué)生想不到，可以舉例：生活案例法教師加深講解生活案例法教師加深講解對比分析法模擬場景教學(xué)助教講解法模擬場景教學(xué)對比分析法模擬場景教學(xué)助

11、教講解法模擬場景教學(xué)跳頻技術(shù)與其他幾個技術(shù)相比，跳頻技術(shù)是難點，不容易理解，所以對于跳頻技術(shù)的原理、作用，由老師來講解。對于跳頻實現(xiàn)的方式，包括基帶跳頻和射頻跳頻，請同學(xué)們根據(jù)演示文稿中關(guān)于二者的原理圖進(jìn)行對比，說出二者的區(qū)別。老師補(bǔ)充講解。不連續(xù)發(fā)射不連續(xù)發(fā)射是為了節(jié)約手機(jī)功率，降低干擾而采用的技術(shù)，較容易理解，不需要特殊的教學(xué)設(shè)計，教師講解即可。但是，重點要講清楚，為甚么系統(tǒng)中采用方式，并不是在語音間隙簡單地關(guān)閉發(fā)射機(jī)，而是要求在發(fā)射機(jī)關(guān)閉之前，必須把發(fā)端背景噪聲的參數(shù)傳送給收端，收端利用這些參數(shù)合成與發(fā)端相似的噪聲（通常稱為“舒適噪聲”）?？梢院蛯W(xué)生們做個簡單的游戲，模擬老師和某個學(xué)生的

12、通話過程，需要現(xiàn)場其他所有同學(xué)的配合，即：老師不說話的時候，現(xiàn)場鴉雀無聲。這樣制造出的效果就是，該學(xué)生會以為老師已經(jīng)掉話了，所以會掛掉電話。這就是舒適噪聲的作用。如果舒適噪聲存在，用戶就會認(rèn)為通話是持續(xù)的，并沒有斷掉。反之，用戶會認(rèn)為對方掉話了。功率控制功率控制是為了節(jié)約手機(jī)功率，降低干擾而采用的技術(shù)，是幾個技術(shù)中最容易理解的?？梢栽囍寣W(xué)生來講，老師來補(bǔ)充。為了加深印象，老師可以模擬基站，學(xué)生模擬手機(jī)，通過要求學(xué)生大聲說話、或小聲說話來模擬功率控制的過程。這個方法非常有效，即能活躍課堂氣氛，又能加深理解。三、課程小結(jié)L本次任務(wù)完成了空中接口關(guān)鍵技術(shù)的學(xué)習(xí)，內(nèi)容包括時間提前量、跳頻技術(shù)、不連續(xù)發(fā)送、功率控制技術(shù)等。L請同學(xué)們在課程網(wǎng)站上進(jìn)行在線習(xí)題測試。L完成課后作業(yè)：（）什么是時間提前量，其目的是什么（）跳頻的原理是什么分為哪兩種方式，二者各有哪些