移动通信(电子信息类本科)第8章

第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网8.1概述8.2典型系统的组成8.3系统控制及其信令*8.4系统的工作过程第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网8.1概述8.1.1发展简况表8-1模拟蜂窝系统一览表第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网表8-1模拟蜂窝系统一览表第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网表8-1模拟蜂窝系统一览表第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网8.1.2系统结构通常，在一个大型蜂窝网移动电话系统中有若干个移动电话交换局(MTSO)，也称作移动交换中心(MSC)。图8-1蜂窝网移动电话系统结构BSMSMTSOAMTSOA公共陆地移动网PSTN电话网MTSO—移动电话交换局BS—基站MS—移动台第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网8.1.3主要功能表8-1所列的各种蜂窝网移动通信系统均具有下列的主要功能：　①具有与公用电话网进行自动交换的能力。　②双工通信，话音质量接近市话网标准。　③双向自动拨号，包括移动用户与市话用户间的直接拨号以及移动台之间的直接拨号。移动用户可采用预拨号方式，在按“SEND”键前不占用链路，可把被叫号码存入寄存器中并在显示屏上显示。第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网④用户容量大，一个系统一般能为几万个用户提供服务，还能适应业务增加需要，通过小区分裂以扩充容量。⑤采用小区制频率再用技术，当基站采用全向天线时，一个区群由12个小区组成，频率再用率为1/12，其频道分配方法是等频距法，以尺可能减少邻道干扰。　⑥具有自动过境切换频道技术，切换时间小于20ms。⑦设备通用性较强，通常基站、移动台等设备在全国范围内可以通用。　⑧各地之间可以联网，具有自动漫游功能。第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网8.2典型系统的组成8.2.1移动电话交换局(MTSO)在蜂窝网移动通信系统中，移动用户与市话用户之间以及移动用户之间建立通话时必须进行自动接续与交换，完成这种接续与交换的设备称作移动交换设备。它除了具有一般的程控电话交换机功能外，还具有移动通信特有的一些功能。例如，对移动台的识别和登记、频道指配、过境切换处理、漫游和呼叫处理等，因此，MTSO常由适合移动通信的专用程控交换机组成，如TACS系统中使用EMX系列程控交换机。MTSO也可以在普通程控电话交换机中增加一些软件和硬件，使它具有控制、接续、交换移动电话的功能。例如，AMPS中MTSO是由ESS-4型程控交换机改装而成，它主要包括交换网络、处理器、数据终端等设备，并具有丰富的软件。通常软件部分可分为系统操作程序(如呼叫处理、接续和控制)，设备状态测试和维护程序(如路由管理、故障检测、诊断和处理)，运行管理程序(如话务量统计、记录和计数等)等。第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网图8-2AMPS系统组成简化方框图数据及定位射频部件维护与测试架控制器线路监测架数据终端交换网络数据总线处理器话音线MTSO射频架2射频架1射频架0接收机BS发射机逻辑单元控制单元发射机接收机发射机接收机MS移动台数据架第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网8.2.2基站(BS)基站由射频部分(射频架和收、发天线)、数据架和维护测试架等几部分组成。当基站采用120°扇区辐射方式时，需配3个射频架,数据架、线路监测架与维护测试架各一个，如图8-2所示。每个射频架昀大容量为16个无线信道，即收、发信机各有16部。当基站采用全向天线时，昀少需配备4个机架，即射频架、数据架、线路监测架和维护测试架各一个。　AMPS系统中基站昀大配置为14个机架，即射频架9个、线路监测架3个、数据架和维护测试架各一个。第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网1.射频架图8-3示出的是16个信道射频架组成方框图。图中，TRAN0~TRAN15为16部发射机主机，工作频段为870～890MHz，输出功率约为1W,信道频率由主频率源(频率合成器)控制。AMP0～AMP15为末级功率放大器，输出功率均为45W。16路信号进入信道合路器，该合路器由16个腔体谐振器构成，对每路信号衰减约为3dB。合路信号经定向耦合器(接维护测试架)后，再经常滤波器送至发射天线。带通滤波器的作用是抑制杂波辐射。第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网870～890MHz带通滤液器定向耦合器到维护测试架AMP0AMP1AMP15TRAN0TRAN1TRAN15……前置放大前置放大825～845MHz带通滤波器……RCVR0RCVR1RCVR15……控制设备来、去数据链路主频率源来自有线监测器（16对话音）去自有线监测器（16对话音）16：1功率分配器发射天线分集接收天线合路器图8-3射频架组成方框图第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网接收信号的频率范围是825～845MHz，即为移动台的发射频率。采用两副接收天线，进行二重空间分集接收。从天线上接收到的信号先接到825～845MHz带通滤波器，滤除带外干扰，再经低噪声前置放大器和16∶1功率分配器，进入RCVR0～RCVR15的16部接收机。由于功率分配器增加了插入损耗，所以在功率分配器前加入了低噪声前置放大器。第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网2.数据架图8-4数据架组成方框图数据设备A数据设备控制器控制器O接口建立无线电接口定位接收机接口话音信道数据接收机控制器E数据设备A数据设备控制器MTSO数据链路A数据链路B接有线监控架接维、测架接有线监控架接维、测架接天线从天线来从天线来第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网3.线路监测架和维护测试架　线路监测架的主要功能是为MTSO和射频架提供音频信号电路接口；此外，还进行线路监测，包括监控单音发送、接收以及信令编码。　维护测试架的功能对各种设备状况进行测试，分定期测试、故障测试和开通运行测试等，并收集主呼、被呼等基本数据，使设备保持良好的运行状态。　供收发信机用的主振器也装在维护测试架，晶体振荡器(228.02250MHz)装入恒温控制箱，其频率稳定度可达±2.5×10-6/年。第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网8.2.3移动台(MS)移动台主要包括车载台与手机两类。其主要差别功率大小不同。例如，TACS系统，车载台昀大发射功率有10W和4W两种；手持机功率较小，也有0.6W和1.6W两种。车载台与手持机的功能、组成和工作原理是相同的，统称为移动台。图8-5示出的是移动台组成方框图，它主要包括控制单元、逻辑单元和收发信机等。第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网接收机带通滤波器接收机带通滤波器发射机带通滤波器×6倍频器、调相器、功率放大器音频滤波器、限幅器、压缩器射频放大器第一混频器45MHz中频放大第二混频器10.7MHz对数中频放大器限幅器、鉴频器音频抑制器音频抑制发射机宽带数据逻辑单元功率控制载波启动分集开关控制×6倍频器666路频率合成器频率控制码10比特接收信号强度指示接收机宽带数据接收机音频静噪控制音频滤波器放大器扩展器控制单元电话手机来自电话手机微音器的输入信号输出到电话手机的耳机2比特分集开关图8-5移动台组成方框图第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网1.控制单元　用户控制单元包括送受话器、键盘、指标灯和蜂呜器等。它与普通电话机不同之处讲述如下。为了节省占用无线信道时间以及发生错拨现象，用户拨号时并不立即发出，而是将逐位数字显示并存入寄存器中。若发现拨错了号码，可以按“清洗”按键后再重拨；当用户确认拨号无误时，则可按“发送”按键，使信号快速地发出，此时“Inuse(在使用中)”字样便会在显示屏上出现，表示进入使用状态，双方即可通话。如果因故未拨通，则“未接通”指示灯亮；如果被叫用户占线，则有忙音，按“终止”按键，待一会儿再拨。此外，用户控制单元上还装有一个指示灯，用来指示移动台是否已驶入本系统服务区之外第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网2.逻辑单元　逻辑单元是移动台的主控部件，主要由单片微处理器组成、实施宽带数据信令(AMPS是10kb/s,TACS是8kb/s)的编码、解码，控制发射机开启，检测并转发监控音(SAT)等功能。由测量获得的各种模拟信号，如信号电平、噪声电平、发射功率、静噪检测结果、压控振荡器的电压、频率合成器中锁相环的工作状态等，都经过A/D变换送入单片微处理器进行处理，并以指令方式送到收、发信机中有关的受控部件，从而使移动台具有一定的智能化功能。第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网3.收发信机　收发信机主要由发射机、接收机和收发共用的频率合成器组成。车载台的接收也可采用二重空间分集，以减小衰落的影响。此时，移动台需用两根天线，其中一根天线收发合用，另一根天线只作分集用，采用选择式开关分集方式，如图8-5中所示。手机无分集功能，收发共用一根天线。　由图8-5可见，收发信机组成采用的是典型的调频设备。发射机采用倍频式的间接调频(话音信号经积分后再调相)方式。接收机采用两次变频超外差接收机，第一中频为45MHz，第二中频为10.7MHz(TACS的第二中频为455kHz)。需要说明的是：在移动台中，话音信号处理电路包括瞬时频偏控制电路、压缩与扩张和加重与去加重电路。第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网AMPS系统规定昀大频偏不超过12kHz,TACS系统则是9.5kHz。　由于移动台采用小调频指数，而话音的动态范围很大，因而在调制前先将话音信号幅度进行压缩，接收机解调后再予以扩张，还原成原话音信号。压扩器采用CCITT规定的2∶1压扩器，发射机中输入话音信号变化2dB,输出变化为1dB，即按2∶1进行压缩；在接收机中，话音信号通过压扩器，以1∶2进行扩展，不仅消除了发射机压缩话音所带来的失真，并且在正常接收条件下有利于提高信噪比。由于压扩器响应时间较慢(约20ms),因而只对变化较慢的话音音节进行响应，故常称为音节压扩器。加重与去加重目的是为改善高音频段信噪比而设置的，规定预加重特性为+6dB/倍频程，去加重特性为-6dB/倍频程。第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网表8-2移动台性能指标第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网表8-2移动台性能指标第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网表8-2移动台性能指标第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网8.3系统控制及其信令8.3.1系统的控制结构无论是AMPS系统还是TACS系统，其系统控制涉及公用市话网、移动电话局、基站和移动台之间的话音和信令的传输与交换，蜂窝系统的控制结构如图8-6所示。第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网图8-6蜂窝系统的控制结构移动电话交换局基站1基站2基站3移动台市话局话音线路数据线路有线信道无线信道第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网图8-7蜂窝系统的信道类型MS反向建立信道前向建立信道反向话音信道前向话音信道BS有线数据线路有线话音线路MSC市话局第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网8.3.2控制信号及其功能1.监测音SAT(SupervisoryAudioTone)　监测音用于信道分配和对移动用户的通话质量进行监测。当某一话音信道要分配给某一移动用户时，BS就在前向话音信道上发送SAT信号，移动台检测到SAT信号后，就在反向话音信道上环回该SAT信号，BS收到返回的SAT信号后，就确认此双向话音信道已经接通，即可通话。在通话期间，基站仍在话音信道；上连续不断地发送SAT信号，MS不断环回SAT信号。BS根据环回SAT的信噪比，不断地与预先设置的信噪比相比较，确定是否需要进行过区频道切换。第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网为了提高监测音的可靠性，避免与话音信号相互间干扰，AMPS系统和TACS系统均采用话音频带外的5970、6000和6030Hz三个单音作为监测音。每个区群使用其中一个监测音，相邻区群分别使用另外两个监测音。例如，由7个小区组成的区群，其监测音的分配如图8-8所示。由图可见，使用相同监测音(SAT1)、相同载频(f1)的复用距离是共道复用距离的倍。加大监测音共道复用距离的目的是为了减小SAT信号之间的干扰，这是因为传输监测音的可靠性应该高于传输话音的要求。3第8章频分多址(FDMA