第7章 FDMA蜂窝移动通信系统

配线单元
功率 合成器 Ch 5 ～ Ch 8 功率 合成器 Ch 1 ～ Ch 4
PMU
定向耦合器 [H] 星形结点
备用信道
SR 信 号 Ch 1 Ch 2 Ch 3 Ch 4 场 强 接 收 盘
Leabharlann Baidu
CCRS
CC CC R
PS1 PD
Ch 1 — 控制信道单元(CC ) Ch 3 ～ Ch 8 语 —音信道单元(VC ) Ch 2 — 备用信道单元CC R MC — 多路耦合器 SR— 信号强度接收机 DB U— 配线单元 CC RS— 控制信道备用倒换 PMU— 功率监视单元 CT— 信道测试器
图 7 - 4 无线柜(架)CMS8810机
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预选器矩阵及下变频器 功率放大器 空气 谐振腔
音频板及 BSC 等盘
1 00 A 整流器
收信机盘 发信 激励盘 控制架 收信架 发信架 发信架 电源架
图 7 - 5 LD系列5个机架基地站的组合图
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控制器： 由小型通用程控器、 奇偶校验器和存储 单元等组成， 以存储、 处理来自MTSO或移动台的数 字信令， 并处理来自基站本身线路监测架和维护测试 架的数据或控制信令。 建立无线电： 专门用来发送和接收数字信令， 以
便建立无线话路， 所以称作“建立无线电”。
定位接收机： 定位接收机用于频道切换。
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7.3 系统信道、 控制、 信令
7.3.1 无线信道 移动通信的无线信道如图7 - 9所示。 在基地站中， 每条无线信道对应一个信道单元， 有多少条无线信道， 就有多少个信道单元。
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Tx MS Rx
Tx发射机 CU CU控制单元 Rx接收单元
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下面给出模拟蜂窝系统移动电话系统基站主要设 备机柜装配示意图。 图7 - 4为TACS系统CMS8810机的 单机柜。 图7 - 5为LD系列5个机架基地站的组合图。 图7 - 6为HC系列3个机架基地站的组合图。
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M C A 电源配线器 功率分配器 M 参 DB U PCB C 考 B 振 荡 源 PD PS2 CT 通 道 Ch 5 Ch 6 Ch 7 Ch 8 测 试 盘 电源连接盘
电源分配盘 功频放大器
陶瓷谐振腔 调制解调器
1 00 A 整流器
收发信盘
收发信架
收发信架
电源架
图 7 - 6 HC系列3个机架基地站的组合图
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2. 数据架 数据架组成方框图如图7 - 7所示， 主要包括下列5
个部分： 与MTSO数据链路相连的数据设备、 控制器、
建立无线电、 定位接收机、 语音信道数据接收机。 数 据设备和控制器均含备用设备。
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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。 手机无分集功能， 收、 发共 用一根天线。 由图7 - 8可见， 收发信机采用的是典型 的调频设备。 已在我国广泛使用的移动台的主要性能如表 7 – 2(略）所示， 包括TACS制式和E-TACS制式(两者只是 工作频段不同)。
⑥ 具有自动过境切换频道技术， 切换时间小于20 ms。 ⑦ 设备通用性较强。 通常基站、 移动台等设备在 网络覆盖范围内可以通用。 ⑧ 各地之间可以联网， 具有自动漫游功能。
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7.1.2 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7 - 1示出由两个移动电话交换局构成的蜂 窝网移动电话系统结构。 这种类型的网络系统常称作
合路器 AMP 0 AMP 1 „ AMP 1 5
8 25 ～ 8 45 MHz 带通滤波器
前置放大 来自有线监测器 ( 1 6对语音) TRAN0 TRAN1 „ TRAN1 5 „ „ „ „ 1 6∶ 1 功率分配器 去自有线监测器 ( 1 6对语音) RC VR 0 RC VR 1 „ „ 控制设备 来、去数据链路 RC VR 15 主频率源
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7.1 概述 7.2 模拟移动电话系统的组成 7.3 系统信道、控制、信令 7.4 FDMA系统的交换技术 习题
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7.1 概 述
7.1.1 模拟蜂窝移动电话系统 20世纪80年代， 蜂窝移动电话系统在美国、 丹麦、 芬兰、 瑞典、 挪威、 英国、 德国和日本等国蓬勃兴 起， 很快就形成了多种互不兼容的移动电话系统。
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来自电话手机 音频滤波器、限 拾音器的输入信号 幅器、压缩器
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 载 波 启 动
分集开关 分集开关控制
功 率 发射机 控 宽带数据 音频 抑制 制 2比特
射频放大器 第一混频器
×6 倍频器
6 66 路 频率合成器
频率控制码 1 0比特 逻
4 5 MHz 中频放大 第二混频器
辑 单
控 制 单 元
1 0.7 MHz 对数 中频放大器 限幅器、鉴频器
接收信号强度指示 接收机宽带数据 接收机音频静噪控制
元
电话手机
音频抑制器
音频滤波器 放大器、扩展器
输出到电话手机的耳机
图 7 - 8 移动台组成方框图
7.2 模拟移动电话系统的组成
AMPS与TACS两种系统十分相似， 两者只在频率、 频道间隔等有所差异， 而在系统组成和工作原理等方 面都是相同的。 图7 - 2示出的是AMPS系统组成的简 化方框图。 系统主要由移动电话交换局(MTSO)、 基 站(BS)和移动台(MS)三大部分组成。 MTSO与BS之间 一般用有线连接， 而BS与MS之间是无线链路。 下面 分别对MTSO、 BS和MS作简要说明。
组成， 即移动电话交换局(MTSO) 、 基站(BS)和移动 台(MS)。 其中， MTSO(或MSC)是基站与市话网之间 的接口， 是蜂窝网控制中心， 它不仅具有一般程控交 换机所具有的交换、 控制功能， 还具有适应移动通信 特点的移动性管理功能， 以完成移动用户主呼或被呼 所必需的控制。
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识别和登 记、 频道指配、 过境切换处理、 漫游和呼 叫处理等。
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7.2.2 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7 - 2所示。
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7.2.1 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
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1. 射频架 图7 - 3示出的是16个信道射频架组成的方框图。
图中， TRAN0～TRAN15为16部发射机主机， 工作频
段为 870～890 MHz， 输出功率约为1Ｗ， 信道频率由 主频率源(频率合成器)控制。
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发射天线 8 70 ～ 8 90 MHz 带通滤波器 定向耦合器 到维护测试架 分集接收天线
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7.2.3 移动台(MS) 1. 控制单元 用户控制单元包括送受话器、 键盘、 指示灯和蜂 鸣器等。 它与普通电话机不同之处如下： 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。
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表7 – 1（略）列出了上述几种蜂窝移动电话系统
的 主 要 性 能 。 我 国 自 20 世 纪 90 年 代 初 ， 相 继 从 Motorola、 Ericson、 NEC等公司引进了AMPS系统和 TACS系统。 原邮电部确定移动电话采用TACS标准， 后来引进的系统以爱立信公司的 ETACS 为主要系统设 备。 1990年８月， 国家无线电管理委员会重新规定移 动电话使用的频段为890~915 MHz与935~960 MHz。
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BS MTSO 数据 终端 数据 总线 数据及 控制器 定位射 数据架 频部件
发射机 发射机 MS 移动台 射频 架2 逻辑 单元 发射机接 收机 控制 单元 接收机
处理器 维护与 测试架 射频 架1
交换 网络
语音 线
线路 监测架
射频 架0 接收机
图 7 - 2 AMPS系统组成简化方框图
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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。 维护测试架的功能是对各种设备状况进行测试。
图7 - 8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。
4 5 MHz 基站信道单元
图 7 - 9 无线信道
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1. 语音信道(VC) 语音信道如图7 - 10所示， 主要用于传递语音信号，
它的占用和空闲是受移动业务交换中心 (MSC) 控制和
管理的。 在MSC中保存有一张所有信道和它们状态的 表格(以数据形式)。 状态包含有： 空、 忙、 阻塞等。
前置放大
图 7 - 3 射频架组成方框图
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接收信号的频率范围是825～845 MHz， 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825～845 MHz 带通滤波器， 滤除带外干扰， 再经低噪声前置放大器 和1∶16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。
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 10 kb ／ s ， TACS是 8 kb／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。
公共陆地移动网(PLMN)。
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MTSO A BS MS
MTSO— 移动电话交换局 BS— 基站 MS— 移动台
P S T N
MTSO B
公用陆地移动网 电话网 电话网
图 7 - 1 蜂窝网移动电话系统结构
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由图7 - 1可见， 蜂窝网移动电话系统由三大部分
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接有线监控架 数据 链路 A 数据 数据设备 设备 控制器 A M T S O 接维、测架
接口 建立无线电 控制器 O
接天线
接口 定位接收机 数据 链路 数据 B 数据设备 设备 控制器 B
从天线来
控制器 E
接口
语音信道 数据接收机
从天线来
接有线监控架
接维、测架
图 7 - 7 数据架组成方框图
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上述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， 语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。
④ 用户容量大。 ⑤ 采用小区制频率复用技术。
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