通信网理论基础论文

《通信网理论基础》 结课论文

XXX 通信工程 XX 班 XXX XXX XXX

2011年11月25日

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通信网理论基础概论

一 GSM的数据业务

1 GSM数据业务及其网络结构

GSM数据业务的发展大致经历了一下几个阶段：第一阶段提供的数据传输速率最高为9.6kbit/s,属于低速电路交换无线数据业务，包括透明和非透明2种传输方式。透明方式传输精确度较差，但速度快，适合要求速度较快但精确度不高的需求。非透明方式传输精度高，数据传输过程中除了前向纠错编码外，还要通过无线链路协议（RLP）进行控制，不合格的帧需要重传，故而传输速度较慢。

为了突破9.6kbit/s的瓶颈限制，GSM在低速电路数据的基础上，提出了高速电路交换数据业务（HSCSD），通过改进编码调制方式是的一个时隙的传输速度从9.6kbit/s 提高到14.4kbit/s，并且它还允许几个时隙同时传送一路数据，理论上可达115kbit/s.HSCSD更适合实时性高的应用，如高速传真，其缺点是信道利用率低。

GSM数据业务的第三个阶段是通用无线分组交换业务（GPRS），它引入了分组交换传输技术，具有无线资源利用率高、接入速度快的优点，最高速率可达171kbit/s，并且有多种服务质量，可以灵活支持多种数据应用。GSM数据业务的第四个阶段是增强数据速率业务（EDGE），它采用高效的调制方式，每时隙传输速率高达48kbit/s,可同时使用8个时隙传送一路数据。EDGE包括增强型GPRS和增强型HSCSD两种。

2 承载业务和用户终端业务

GSM提供的业务可分为2大类：电信基本业务和补充业务，而其中基本业务又可分为承载业务和用户终端业务。

承载业务提供在用户之间实时传递信息（语言、数据、图像等）的手段，而不改变信息本身的内容。它定义的是对网络功能的要求，并且由网络功能来提供这类业务，而这种网络功能是由承载能力来定义的。承载业务只在乎传输信息所需的承载能力，并不在乎端到端传输的事何种电信业务，网络可根据用户需求定义新的承载业务。用户终端业务既包含了网络承载能力，又包括了终端能力，它把输送功能和信息处理功能相结合起来，通过应用承载业务来输送数据。终端能力定义的是终端的属性，包括高层兼容性（HLC）和低层兼容性（LLC）。用户终端业务主要有话音、传真和短消息等。通常我们提到数据业务时，是指承载业务和用户终端业务中的非话音业务。结合定义，可以看到，承载业务是数据业务的传输和实现的关键，而承载能力又是承载业务的关键，可见承载能力在数据业务的传输和实现中起着非常重要的作用。GSM中规定，对于每种业务，尤其是数据业务，都必须有一定的网络承载能力或终端支持能力。MS在发起、接收某项业务时，会发送、接收到相应的承载能力或终端能力，在此期间GSM的交换子系统SSN 还要根据承载能力与终端能力对用户进行业务签约检查和兼容性检查。

3 承载能力

GSM系统作为一个多业务系统，能提供多种不同类型的业务。一般来说，其业务类型不仅仅取决于传递的信息内容，还涉及通信的其它特性，如传输结构的

不同（点对点或是点对多点，半双工或是全双工等）、通信的参与方接入的程度（各种补充业务为用户提供了参与控制通信接续的可能性）、资费上的不同处理等许多方面。

承载能力即网络的能力，它的作用是描述GSM业务实现过程中所需要的某种承载业务，由承载能力信元来表示。承载能力信元最小长度为3个字节，最大长度为15个字节，它描述了承载业务的4类属性，具体包括信息传递方式、信息传输速率、信息传递能力、通信的建立、连接的建立、对称性、通信配置、结构、Modem类型、信令接入协议信息、业务质量和信息传递速率等属性最重要，不过随着移动通信向3G过渡的日益临近，业务质量变得越来越重要。

二 GSM多用户同时复用技术

全球移动通信系统(GSM)是迄今最成功的商用蜂窝移动通信网络系统．有调查表明，全世界GSM用户数量在2007年已达25亿，其中中国移动就有接近4亿．随着用户数的持续快速增长，GSM网络发生拥塞的风险上升．因此，运营商希望在保证网络质量的前提下提高GSM网络的容量．众多设备厂商都积极提出解决方案，如在现网中开通自适应半速率(AMR-HR)语音制式，同时在基站和终端引入干扰消除技术对抗由此带来的语音质量下降；或者在现网中开通增强型全速率(EFR)语音制式，由此带来的语音质量改善裕量可用于支持更多的用户；此外还有双频网智能同心圆覆盖(IUO)、载频池等技术．这些技术都立足于传统的一个时隙只分配给一个用户使用的机制：EFR和载频池技术容量增益不大；IUO技术的容量增益来自于新增的1 800 MHz频段载频，不能提高频谱效率；AMR—HR是一种语音技术，语音容量增益显著，但无法提高数据业务容量．如果能以对网络较小的改动，使两个或更多的用户同时使用同一时隙资源，GSM系统的网络容量和频谱效率就能成倍地增长，这便是多用户同时隙复用(MUROS)技术开启的GSM／EDGE网络扩容新路．作者给出了语音业务两用户同时隙复用的上下行链路解决方案：针对下行链路提出了MSK正交用户对(MSK—OP)方案，移动台用单天线干扰消除(SAlC)技术接收两用户的叠加信号口1]；在上行链路，两用户使用低相关性的训练序列(TSC)，基站用串行干扰消除(SIC)技术进行区分E43．为提高SAIC和SIC技术性能，作者提出了最优TSC设计准则．

1 MUROS技术原理

1．1下行链路

高斯滤波最小频移键控(GMSK)调制过程口，在一个时隙中传输的突发经差分BPSK映射和高斯成形滤波得到GMSK信号，现网中过采样与高斯成形滤波同时完成，过采样因子日是可设置的参数，一般设为4．为了得到MSK信号，可将∞设置为1．种设置下GMSK信号的相位脉冲响应所示．当竹为1时，GMSK调制符号的相位脉冲响应为[o，2/

π，成形滤波的输出是π，o]，相邻符号问的相位旋转是2/

最小频移键控(MSK)信号，即调制符号为实数和纯虚数交替出现的序列．作者基于此特性提出了下行MUROS实现方案MSK—OP。基站发射机处，两用户的突发分别插入相关性很低的训练序列，例如TSCO和移动台接收机首先对接收信号进行模拟数字转换(ADC)和1／4次采样，然后将信号的实虚部分离，依次取实部序列的奇数位和虚部序列的偶数位组成用户1的接收信号，依次取实部序列的偶数位和虚部序列的奇数位组成用户2的接收信号，用户通过训练序列相关运算可检测出自己的信号。然后对其进行解调，GMSK的维特比软解调算法同样能解调MSK信号，