第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng)

第2章移動(dòng)通信網(wǎng)2.1引言2.2移動(dòng)通信體制2.3移動(dòng)通信的信道結(jié)構(gòu)2.4

蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率配置2.5移動(dòng)通信環(huán)境下的干擾2.6蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的頻率規(guī)劃2.7多信道共用技術(shù)2.8移動(dòng)性管理2.9無(wú)線資源管理技術(shù)2.1引言移動(dòng)通信網(wǎng)就是承接移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，主要完成移動(dòng)用戶之間、移動(dòng)用戶與固定用戶之間的信息交換。這里的“信息交換”不僅僅指雙方的通話業(yè)務(wù)，還包括數(shù)據(jù)、傳真和圖像等通信業(yè)務(wù)。一些移動(dòng)通信網(wǎng)直接向社會(huì)公眾提供移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，與公共交換電話網(wǎng)（PSTN）聯(lián)系密切，并經(jīng)專(zhuān)門(mén)的線路進(jìn)入公共交換電話網(wǎng)，我們稱之為公用移動(dòng)電話網(wǎng)，簡(jiǎn)稱公網(wǎng)。也有的移動(dòng)通信網(wǎng)是一些專(zhuān)用網(wǎng)，并不對(duì)公眾開(kāi)放，不進(jìn)入電話網(wǎng)，或與PSTN的互連較少，如工業(yè)企業(yè)中的無(wú)線電調(diào)度、公安指揮、交通管理、海關(guān)緝私、醫(yī)療救護(hù)等部門(mén)使用的無(wú)線電話網(wǎng)，通常稱之為專(zhuān)用移動(dòng)通信網(wǎng)，簡(jiǎn)稱專(zhuān)網(wǎng)。2.2移動(dòng)通信體制2.2.1大區(qū)制移動(dòng)通信網(wǎng)大區(qū)制就是在一個(gè)服務(wù)區(qū)域(如一個(gè)城市)內(nèi)只有一個(gè)或幾個(gè)基站（BaseStation，BS），并由它負(fù)責(zé)移動(dòng)通信的聯(lián)絡(luò)和控制，

如圖2-1所示。

通常為了擴(kuò)大服務(wù)區(qū)域的范圍，基站天線架設(shè)得都很高，發(fā)射機(jī)輸出功率也較大(一般在200W左右)，

其覆蓋半徑大約為30～50km。

圖2-1大區(qū)制移動(dòng)通信示意圖由于電池容量有限，通常移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)的輸出功率較小，因此移動(dòng)臺(tái)距基站較遠(yuǎn)時(shí)，移動(dòng)臺(tái)可以收到基站發(fā)來(lái)的信號(hào)(即下行信號(hào))，但基站收不到移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的信號(hào)(即上行信號(hào))。為了解決兩個(gè)方向通信不一致的問(wèn)題，可以在服務(wù)區(qū)域中的適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)設(shè)立若干個(gè)分集接收站，如圖2－1中的虛線所示，以保證在服務(wù)區(qū)內(nèi)的雙向通信質(zhì)量。在大區(qū)制中，為了避免相互間的干擾，在服務(wù)區(qū)內(nèi)的所有頻道(一個(gè)頻道包含收、發(fā)一對(duì)頻率)的頻率都不能重復(fù)。比如，移動(dòng)臺(tái)MS1使用了頻率f1和f2，那么，另一個(gè)移動(dòng)臺(tái)MS2就不能再使用這對(duì)頻率了;否則，將產(chǎn)生嚴(yán)重的同頻干擾。因而，這種體制的頻率利用率和通信容量都受到了限制，滿足不了用戶數(shù)量急劇增長(zhǎng)的需要。大區(qū)制的優(yōu)點(diǎn)是組成簡(jiǎn)單，投資少，見(jiàn)效快，主要用于專(zhuān)網(wǎng)或用戶較少的地域。例如，在農(nóng)村或城鎮(zhèn)，為節(jié)約初期工程投資，可按大區(qū)制設(shè)計(jì)考慮。但是，從遠(yuǎn)期規(guī)劃來(lái)說(shuō)，為了滿足用戶數(shù)量增長(zhǎng)的需要，提高頻率的利用率，還需采用小區(qū)制的辦法。2.2.2小區(qū)制（蜂窩）移動(dòng)通信網(wǎng)小區(qū)制就是把整個(gè)服務(wù)區(qū)域劃分為若干個(gè)無(wú)線小區(qū)（Cell），每個(gè)小區(qū)分別設(shè)置一個(gè)基站，負(fù)責(zé)本區(qū)移動(dòng)通信的聯(lián)絡(luò)和控制。同時(shí)，又可在移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC）的統(tǒng)一控制下，實(shí)現(xiàn)小區(qū)之間移動(dòng)用戶通信的轉(zhuǎn)接，以及移動(dòng)用戶與市話用戶的聯(lián)系。比如，可以把圖2-1中的服務(wù)區(qū)域一分為七，如圖2-2所示。每個(gè)小區(qū)（半徑為2～20km，目前小的有1～3km，有的城市為500m）各設(shè)一個(gè)小功率基站(BS1～BS7)，發(fā)射功率一般為5～20W，以滿足各無(wú)線小區(qū)移動(dòng)通信的需要。

隨著用戶數(shù)的不斷增加，無(wú)線小區(qū)還可以繼續(xù)劃小為微小區(qū)（Microcell）和微微小區(qū)（Picrocell），以不斷適應(yīng)用戶數(shù)增長(zhǎng)的需要。在實(shí)際中，用小區(qū)分裂（CellSplitting）、小區(qū)扇形化（Sectoring）和覆蓋區(qū)域逼近（CoverageZoneApproaches）等技術(shù)來(lái)增大蜂窩系統(tǒng)容量。小區(qū)分裂是將擁塞的小區(qū)分成更小的小區(qū)，每個(gè)小區(qū)都有自己的基站并相應(yīng)的降低天線高度和減小發(fā)射機(jī)功率。由于小區(qū)分裂提高了信道的復(fù)用次數(shù)，因而使系統(tǒng)容量有了明顯提高。假設(shè)系統(tǒng)中所有小區(qū)都按小區(qū)半徑的一半來(lái)分裂，如圖2-3所示，理論上，系統(tǒng)容量增長(zhǎng)接近4倍。小區(qū)扇形化依靠基站的方向性天線來(lái)減少同頻干擾以提高系統(tǒng)容量，

通常一個(gè)小區(qū)劃分為3個(gè)120°的扇區(qū)或是6個(gè)60°的扇區(qū)。

圖2-2小區(qū)制(蜂窩)移動(dòng)通信網(wǎng)采用小區(qū)制不僅提高了頻率的利用率，而且由于基站功率減小，也使相互間的干擾減少了。此外，無(wú)線小區(qū)的范圍還可根據(jù)實(shí)際用戶數(shù)的多少靈活確定，具有組網(wǎng)的靈活性。采用小區(qū)制最大的優(yōu)點(diǎn)是有效地解決了頻道數(shù)量有限和用戶數(shù)增大之間的矛盾。所以，公用移動(dòng)電話網(wǎng)均采用這種體制。但是這種體制在移動(dòng)臺(tái)通話過(guò)程中，從一個(gè)小區(qū)轉(zhuǎn)入另一個(gè)小區(qū)時(shí)，移動(dòng)臺(tái)需要經(jīng)常地更換工作頻道。無(wú)線小區(qū)的范圍越小，通話中切換頻道的次數(shù)就越多，這樣對(duì)控制交換功能的要求就提高了，再加上基站數(shù)量的增加，建網(wǎng)的成本就提高了，所以無(wú)線小區(qū)的范圍也不宜過(guò)小。通常需根據(jù)用戶密度或業(yè)務(wù)量的大小來(lái)確定無(wú)線小區(qū)半徑，目前，宏小區(qū)半徑一般為（1～5）km。

圖2-3按小區(qū)半徑的一半進(jìn)行小區(qū)分裂示意圖當(dāng)基站采用全向天線時(shí)，基站覆蓋區(qū)大致是一個(gè)圓。當(dāng)多個(gè)無(wú)線小區(qū)彼此連接并覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)時(shí)，可以用圓的內(nèi)接正多邊形來(lái)近似。能全面覆蓋一個(gè)平面的正多邊形有正三角形、正方形、正六邊形三種。在這三種小區(qū)結(jié)構(gòu)中，正六邊形小區(qū)的中心間隔和覆蓋面積都是最大的，而重疊區(qū)域?qū)挾群椭丿B區(qū)域面積又最小。這意味著對(duì)于同樣大小的服務(wù)區(qū)域，采用正六邊形構(gòu)成小區(qū)所需的小區(qū)數(shù)最少，所需頻率組數(shù)最少，各基站間的同頻干擾最小。由于小區(qū)采用了正六邊形小區(qū)結(jié)構(gòu)，形成蜂窩狀分布，因此小區(qū)制亦稱蜂窩制。由于公用移動(dòng)電話網(wǎng)均采用這種體制，因此，公用移動(dòng)電話也稱為蜂窩移動(dòng)通信（CellularMobileTelecommunications）。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，對(duì)基站進(jìn)行選址以及分配信道組的設(shè)計(jì)過(guò)程叫做頻率規(guī)劃（FrequencyPlanning）。當(dāng)用正六邊形來(lái)模擬覆蓋范圍時(shí)，基站發(fā)射機(jī)可安置在小區(qū)的中心（中心激勵(lì)方式）或者安置在六個(gè)小區(qū)頂點(diǎn)之中的三個(gè)點(diǎn)上（頂點(diǎn)激勵(lì)方式）。通常，中心激勵(lì)方式采用全向天線，頂點(diǎn)激勵(lì)方式采用扇形天線。2.3移動(dòng)通信的信道結(jié)構(gòu)2.3.1話音信道(VC)1.檢測(cè)音(SAT)在模擬蜂窩系統(tǒng)(AMPS和TACS)中，檢測(cè)音(SAT)是指在話音傳輸期間連續(xù)發(fā)送的帶外單音。MSC通過(guò)對(duì)SAT的檢測(cè)，可以了解話音信道的傳輸質(zhì)量。當(dāng)話音信道單元發(fā)射機(jī)啟動(dòng)后，就會(huì)不斷在帶外(話音頻帶為300~3400Hz)發(fā)出檢測(cè)音(5970Hz或6000Hz或6030Hz)。SAT由BS的話音信道單元發(fā)出，經(jīng)移動(dòng)臺(tái)MS環(huán)回。2.數(shù)據(jù)在一定情況下，在話音信道上還可傳遞數(shù)據(jù)。例如，在越區(qū)切換時(shí)，通話將暫時(shí)中斷(模擬蜂窩系統(tǒng)中一般要求限定在800ms之內(nèi))，可利用這段時(shí)間在話音信道中，以數(shù)據(jù)形式傳遞必要的指令或交換數(shù)據(jù)。

3.信號(hào)音(ST)信號(hào)音為線路信號(hào)。它是由移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的單向信號(hào)。例如，在BS尋呼MS過(guò)程中，如果BS收到MS發(fā)來(lái)的ST，就表示振鈴成功。在切換過(guò)程中，原BS收到MS發(fā)來(lái)的ST信號(hào)，則表示MS對(duì)切換認(rèn)可。ST是帶內(nèi)信號(hào)，一般在0~300Hz之間。2.3.2控制信道(CC)1.尋呼當(dāng)移動(dòng)用戶被呼時(shí)，就在控制信道的下行信道發(fā)起呼叫移動(dòng)臺(tái)信號(hào)，所以將該信道稱為尋呼信道(PC)。2.接入當(dāng)移動(dòng)用戶主呼時(shí)，就在控制信道的上行信道發(fā)起主呼信號(hào)，所以將該信道稱為接入信道(AC)。在控制信道中，不僅傳遞尋呼和接入信號(hào)，還傳遞大量的其他數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)的常用報(bào)文、指定通話信道、重試(重新試呼)等信號(hào)。2.4移動(dòng)通信網(wǎng)的頻率配置表2-1我國(guó)無(wú)線電委員會(huì)分配給蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率系統(tǒng)或使用部門(mén)上行頻率/MHz下行頻率/MHz中國(guó)電信CDMA825~835870~880中國(guó)聯(lián)通GSM900/1800909~915;1745~1755954~960;1840~1850中國(guó)移動(dòng)GSM900/1800890~909;1710~1720935~954;1805~1815中國(guó)電信cdma20001920~19352110~2125中國(guó)聯(lián)通WCDMA1940~19552130~2145中國(guó)移動(dòng)TD-SCDMA1880~1900;2010~2025由表2-1可以看出，對(duì)于頻分雙工（FDD）蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，900MHz頻段收發(fā)頻差為45MHz，1800MHz頻段收發(fā)頻差為95MHz，2000MHz頻段收發(fā)頻差為90MHz。注意：對(duì)于450MHzFDD專(zhuān)用移動(dòng)通信系統(tǒng)，收發(fā)頻差為10MHz；對(duì)于150MHzFDD專(zhuān)用移動(dòng)通信系統(tǒng)，收發(fā)頻差為5.7MHz。以中國(guó)聯(lián)通GSM900為例，6MHz帶寬，收發(fā)頻差為45MHz，載波間隔為200kHz，即200kHz一個(gè)載波頻點(diǎn)，共30個(gè)載波頻點(diǎn)，除去工作頻點(diǎn)首尾各一個(gè)保護(hù)頻點(diǎn)，共28個(gè)頻點(diǎn)。在3G頻段分配方面，中國(guó)移動(dòng)TD-SCDMA獲得的頻譜為（1880~1900）MHz，共20MHz，之前TD-SCDMA試驗(yàn)網(wǎng)還曾獲得（2010~2025）MHz的頻譜，兩者加起來(lái)，TD-SCDMA共獲得35MHz。（1900~1920）MHz頻段目前尚被中國(guó)聯(lián)通及中國(guó)電信小靈通(PHS)使用。2009年2月，政府主管部門(mén)明確要求所有（1900~1920）MHz頻段無(wú)線接入系統(tǒng)應(yīng)在2011年底前完成清頻退網(wǎng)工作，以確保不對(duì)（1880~1900）MHz頻段TD-SCDMA系統(tǒng)產(chǎn)生有害干擾。中國(guó)電信cdma2000除了原先使用的800MHz頻段外，獲批的是（1920~1935）MHz(上行)、（2110~2125）MHz(下行)；中國(guó)聯(lián)通WCDMA獲得的是（1940~1955）MHz(上行)、（2130~2145）MHz(下行)。它們分別獲得30MHz，而且無(wú)論上行還是下行，中間都相隔了5MHz，以免相互干擾。此外，目前運(yùn)用的800MHz/900MHz/1800MHz頻段的2GFDD頻譜也為未來(lái)3GFDD使用頻譜。對(duì)于早期的模擬蜂窩系統(tǒng)，不同設(shè)備的信道（載波）間隔不同。北美為30kHz，如AMPS系統(tǒng)的信道間隔為30kHz；德國(guó)為20kHz；日本、英國(guó)、北歐和中國(guó)都是25kHz，如TACS系統(tǒng)的信道間隔為25kHz。2.5移動(dòng)通信環(huán)境下的干擾2.5.1同頻道干擾1.同頻道干擾保護(hù)比指標(biāo)接收機(jī)輸出端有用信號(hào)達(dá)到規(guī)定質(zhì)量的情況下，在接收機(jī)輸入端測(cè)得有用射頻信號(hào)與同頻無(wú)用射頻信號(hào)之比的最小值，稱為同頻道干擾保護(hù)比。該指標(biāo)與網(wǎng)絡(luò)提供的話音質(zhì)量有關(guān)。話音質(zhì)量通過(guò)用戶平均意見(jiàn)得分（MOS，MeanOpinionScores)進(jìn)行評(píng)價(jià)，分為1~5級(jí)，級(jí)越高越好。（1）靜態(tài)同頻道干擾保護(hù)比。對(duì)于三級(jí)話音質(zhì)量其下限信噪比為14dB。對(duì)應(yīng)的有用信號(hào)與干擾信號(hào)之比為8dB。所以，為了維持三級(jí)話音質(zhì)量下限，靜態(tài)同頻道干擾保護(hù)比要求大于等于8dB。四級(jí)話音質(zhì)量其下限信噪比約為25dB。為了維持四級(jí)話音質(zhì)量下限，靜態(tài)同頻道干擾保護(hù)比要求大于等于12dB。（2）同頻道干擾概率。同頻道干擾概率規(guī)定為10%。（3）考慮衰落影響、干擾概率和靜態(tài)射頻保護(hù)比后的同頻道干擾保護(hù)比。當(dāng)有快衰落和慢衰落時(shí)，通常的做法是在靜態(tài)同頻道干擾保護(hù)比（P）上加上同頻道干擾余量（ZP），即P+ZP（dB）。表2-2列出干擾概率為10%時(shí)的P+ZP值。表2-2干擾概率為10%時(shí)的P+ZP話音等級(jí)P/dBZP/dBP+ZP/dBσL=6dBσL=12dBσL=6dBσL=12dB三級(jí)話音質(zhì)量814.522.822.530.8四級(jí)話音質(zhì)量1214.522.826.534.8

2.同頻道復(fù)用保護(hù)距離系數(shù)D/r在蜂窩網(wǎng)中，使兩個(gè)同頻小區(qū)保持必要的距離是保證同頻道干擾保護(hù)比達(dá)到指標(biāo)要求的主要辦法。在全向基站區(qū)中，同頻道復(fù)用保護(hù)距離系數(shù)由圖2-4定義。為了滿足表2－2的同頻道干擾保護(hù)比指標(biāo)，所需要的系數(shù)可由式（2-1）計(jì)算，其結(jié)果列于表2－3。

式中，D/r為同頻道復(fù)用保護(hù)距離系數(shù)。(2-1)圖2-4同頻道復(fù)用保護(hù)距離系數(shù)表2-3同頻道復(fù)用保護(hù)距離系數(shù)D/rP+ZP/dB22.530.826.534.8D/r4.77.35.68.92.5.2鄰頻道干擾工作在k頻道的接收機(jī)受到工作于k±1頻道的信號(hào)的干擾，即鄰道（k±1頻道）信號(hào)功率落入k頻道的接收機(jī)通帶內(nèi)造成的干擾稱為鄰頻道干擾。解決鄰頻道干擾的措施包括：（1）降低發(fā)射機(jī)落入相鄰頻道的干擾功率，即減小發(fā)射機(jī)帶外輻射；（2）提高接收機(jī)的鄰頻道選擇性；（3）在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，避免相鄰頻道在同一小區(qū)或相鄰小區(qū)內(nèi)使用，以增加同頻道防護(hù)比。2.5.3互調(diào)干擾在專(zhuān)用網(wǎng)和小容量網(wǎng)中，互調(diào)干擾可能成為設(shè)臺(tái)組網(wǎng)較關(guān)心的問(wèn)題。產(chǎn)生互調(diào)干擾的基本條件是：（1）幾個(gè)干擾信號(hào)（ωA、ωB、ωC）與受干擾信號(hào)的頻率（ωS）之間滿足2ωA-ωB=ωS或ωA+ωB-ωC=ωS的條件。（2）干擾信號(hào)的幅度足夠大。（3）干擾（信號(hào)）站和受干擾的接收機(jī)都同時(shí)工作。互調(diào)干擾分為發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾和接收機(jī)互調(diào)干擾兩類(lèi)。1.發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾一部發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)進(jìn)入了另一部發(fā)射機(jī)，并在其末級(jí)功放的非線性作用下與輸出信號(hào)相互調(diào)制，產(chǎn)生不需要的組合干擾頻率，對(duì)接收信號(hào)頻率與這些組合頻率相同的接收機(jī)造成的干擾，稱為發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾。減少發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾的措施有：（1）加大發(fā)射機(jī)天線之間的距離；（2）采用單向隔離器件和采用高Q諧振腔；（3）提高發(fā)射機(jī)的互調(diào)轉(zhuǎn)換衰耗。2.接收機(jī)互調(diào)干擾當(dāng)多個(gè)強(qiáng)干擾信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)前端電路時(shí)，在器件的非線性作用下，干擾信號(hào)互相混頻后產(chǎn)生可落入接收機(jī)中頻頻帶內(nèi)的互調(diào)產(chǎn)物而造成的干擾稱為接收機(jī)互調(diào)干擾。減少接收機(jī)互調(diào)干擾的措施有：（1）提高接收機(jī)前端電路的線性度；（2）在接收機(jī)前端插入濾波器，提高其選擇性；（3）選用無(wú)三階互調(diào)的頻道組工作。3.在設(shè)臺(tái)組網(wǎng)中對(duì)抗互調(diào)干擾的措施（1）蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)。由于需要頻道多和采用空腔諧振式合成器，只有采用互調(diào)最小的等間隔頻道配置方式，并依靠設(shè)備優(yōu)良的互調(diào)抑制指標(biāo)來(lái)抑制互調(diào)干擾。（2）專(zhuān)用的小容量移動(dòng)通信網(wǎng)。主要采用不等間隔排列的無(wú)三階互調(diào)的頻道配置方法來(lái)避免發(fā)生互調(diào)干擾。表2-4列出無(wú)三階互調(diào)的頻道序號(hào)。由表2-4可見(jiàn)，當(dāng)需要的頻道數(shù)較多時(shí)，頻道利用率很低，故不適用于蜂窩網(wǎng)。表2-4無(wú)三階互調(diào)干擾的信道組2.5.4阻塞干擾當(dāng)外界存在一個(gè)離接收機(jī)工作頻率較遠(yuǎn),但能進(jìn)入接收機(jī)并作用于其前端電路的強(qiáng)干擾信號(hào)時(shí)，由于接收機(jī)前端電路的非線性而造成對(duì)有用信號(hào)增益降低或噪聲增高，使接收機(jī)靈敏度下降的現(xiàn)象稱為阻塞干擾。這種干擾與干擾信號(hào)的幅度有關(guān)，幅度越大，干擾越嚴(yán)重。當(dāng)干擾電壓幅度非常強(qiáng)時(shí)，可導(dǎo)致接收機(jī)收不到有用信號(hào)而使通信中斷。2.5.5近端對(duì)遠(yuǎn)端的干擾當(dāng)基站同時(shí)接收從兩個(gè)距離不同的移動(dòng)臺(tái)發(fā)來(lái)的信號(hào)時(shí)，距基站近的移動(dòng)臺(tái)B（距離d2）到達(dá)基站的功率明顯要大于距離基站遠(yuǎn)的移動(dòng)臺(tái)A（距離ｄ１，ｄ２<<ｄ1）的到達(dá)功率，若二者頻率相近，則距基站近的移動(dòng)臺(tái)B就會(huì)造成對(duì)接收距離距基站遠(yuǎn)的移動(dòng)臺(tái)A的有用信號(hào)的干擾或仰制，甚至將移動(dòng)臺(tái)A的有用信號(hào)淹沒(méi)。這種現(xiàn)象稱為近端對(duì)遠(yuǎn)端干擾?？朔藢?duì)遠(yuǎn)端干擾的措施主要有兩個(gè)：一是使兩個(gè)移動(dòng)臺(tái)所用頻道拉開(kāi)必要間隔；二是移動(dòng)臺(tái)端加自動(dòng)（發(fā)射）功率控制（APC），使所有工作的移動(dòng)臺(tái)到達(dá)基站功率基本一致。由于頻率資源緊張，幾乎所有的移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)基站和移動(dòng)終端都采用APC工作方式。2.6蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的頻率規(guī)劃2.6.1等頻距分配法在蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，同信道干擾問(wèn)題已在分群時(shí)考慮，保證有足夠的防護(hù)比，而鄰道干擾的問(wèn)題則在信道分配時(shí)應(yīng)加以考慮。等頻距分配法按頻率等間隔分配信道，這樣可以有效地避免鄰道干擾。若需要M個(gè)信道，將其分為N個(gè)信道組，則每個(gè)信道組中有M/N個(gè)信道，而N個(gè)信道組的信道序列可以確定如下：K+jN

K=1，2，3，…，N；J=0，1，2，…，(M/N)-1式中，K為信道組的序列號(hào)，最大為K=N，j為信道序號(hào)的取值。我國(guó)GSM網(wǎng)和TACS網(wǎng)均采用了這種方法。如果基站采用了無(wú)方向性激勵(lì)時(shí)，通常以12個(gè)無(wú)線小區(qū)（基地區(qū)）作為一個(gè)簇（cluster），其信道組配置如圖2-5所示。按K+jN的規(guī)律，可以確定各信道組的信道序列如下：第一信道組，K=1，j=0~12，故有（1，13，25，…）第二信道組，K=2，j=0~12，故有（2，14，26，…）第三信道組，K=3，j=0~12，故有（3，15，27，…）第四信道組，K=4，j=0~12，故有（4，16，28，…）第五信道組，K=5，j=0~12，故有(5，17，29，…)第六信道組，K=6，j=0~12，故有（6，18，30，…）第七信道組，K=7，j=0~12，故有（7，19，31，…）第八信道組，K=8，j=0~12，故有(8，20，32，…)第九信道組，K=9，j=0~12，故有(9，21，33，…)第十信道組，K=10，j=0~12，故有(10，22，34，…)第十一信道組，K=11，j=0~12，故有(11，23，35，…)第十二信道組，K=12，j=0~12，故有(12，24，36，…)這樣同一信道內(nèi)的最小間隔為12，保證了對(duì)鄰道干擾的抑制。圖2-512個(gè)無(wú)線小區(qū)為一個(gè)簇的信道組配置圖2-64個(gè)基站24個(gè)扇形無(wú)線小區(qū)為一個(gè)簇的信道組配置由圖可見(jiàn)，它采用4個(gè)基站、6個(gè)頂點(diǎn)為60°的扇形定向天線，則每個(gè)基站應(yīng)有6組信道，每個(gè)簇有24個(gè)信道組，共96個(gè)頻點(diǎn)，其信道分配為：BS1選用的六個(gè)信道組為（1，25，49，73）；（5，29，53，77）；…；(21，45，69，93)；BS2選用的六個(gè)信道組為（2，26，50，74）；（6，30，54，78）；…；(22，46，70，94)；BS3選用的六個(gè)信道組為（3，27，51，75）；（7，31，55，79）；…；(23，47，71，95)；BS4選用的六個(gè)信道組為（4，28，52，76）；（8，32，56，80）；…；(24，48，72，96)。

圖2-77個(gè)基站、21個(gè)扇形無(wú)線小區(qū)為一個(gè)簇的信道組配置2.6.2信道分配策略信道分配策略可分為兩類(lèi)：固定的信道分配策略和動(dòng)態(tài)的信道分配策略。在固定的信道分配策略中，每個(gè)小區(qū)分配給一組預(yù)先確定好的話音信道。前面介紹的等頻距分配法采用將某一組信道固定分配給某一基站，即基站的頻點(diǎn)是固定不變的，就屬固定信道分配法。它具有控制方便，投資少的特點(diǎn)。但信道的利用率較低。在各個(gè)覆蓋區(qū)話務(wù)量不均勻的情況下，當(dāng)一個(gè)基站的信道全忙時(shí)，鄰近的信道即使空閑也不能使用。

為了進(jìn)一步提高頻譜的利用率，使信道的配置方法能夠隨移動(dòng)通信網(wǎng)的地理分布及業(yè)務(wù)量大小的變化而變化，目前在移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用了一種動(dòng)態(tài)信道分配方法。它不是將信道固定地分配給某個(gè)基站，而是實(shí)現(xiàn)信道動(dòng)態(tài)分配，其頻譜的利用率大約可提高20%。動(dòng)態(tài)信道分配需要智能控制，以便于及時(shí)收集和處理大量的數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)給出結(jié)果并進(jìn)行控制。動(dòng)態(tài)信道分配可以做到按業(yè)務(wù)量的大小，合理地在不同基站之間按需分配信道，避免了小區(qū)忙閑不均的情況。其比較突出的缺點(diǎn)是會(huì)在此時(shí)造成的干擾（同頻干擾和鄰道干擾）比較嚴(yán)重，必須要有一個(gè)既可充分利用無(wú)線頻譜以增加用戶容量而又能減少干擾的綜合考慮方案。為此，人們提出許多不同的信道分配策略。

2.6.2信道分配策略信道分配策略可分為兩類(lèi)：固定的信道分配策略和動(dòng)態(tài)的信道分配策略。在固定的信道分配策略中，給每個(gè)小區(qū)分配一組預(yù)先確定好的話音信道。前面介紹的等頻距分配法采用將某一組信道固定分配給某一基站，即基站的頻點(diǎn)是固定不變的，就屬固定的信道分配策略。它具有控制方便、投資少的特點(diǎn)，但信道的利用率較低，在各個(gè)覆蓋區(qū)話務(wù)量不均勻的情況下，當(dāng)一個(gè)基站的信道全忙時(shí)，鄰近的信道即使空閑也不能使用。為了進(jìn)一步提高頻譜的利用率，使信道的配置方法能夠隨移動(dòng)通信網(wǎng)的地理分布及業(yè)務(wù)量大小的變化而變化，目前在移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用了一種動(dòng)態(tài)的信道分配策略。它不是將信道固定地分配給某個(gè)基站，而是實(shí)現(xiàn)信道動(dòng)態(tài)分配，其頻譜的利用率大約可提高20%。動(dòng)態(tài)信道分配需要智能控制，以便于及時(shí)收集和處理大量的數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)給出結(jié)果并進(jìn)行控制。動(dòng)態(tài)信道分配可以做到按業(yè)務(wù)量的大小，合理地在不同基站之間按需分配信道，避免了小區(qū)忙閑不均的情況。其比較突出的缺點(diǎn)是此時(shí)造成的干擾（同頻干擾和鄰道干擾）比較嚴(yán)重，必須要有一個(gè)既可充分利用無(wú)線頻譜以增加用戶容量又能減少干擾的綜合考慮方案。為此，人們提出了許多不同的信道分配策略。在動(dòng)態(tài)的信道分配策略中，各基站在接到呼叫請(qǐng)求后，就向MSC請(qǐng)求一個(gè)信道。MSC則根據(jù)某種算法給發(fā)出請(qǐng)求的小區(qū)分配一個(gè)信道。這種算法應(yīng)考慮以下問(wèn)題：該小區(qū)中以后呼叫阻塞的可能性，候選信道使用的頻次，信道的復(fù)用距離以及其他要增加的開(kāi)銷(xiāo)等等。因此，MSC只分配符合以下條件的某一頻率：這個(gè)小區(qū)沒(méi)有使用該頻率，而且任何為了避免同頻干擾而限定的最小頻率復(fù)用距離內(nèi)的小區(qū)也都沒(méi)有使用該頻率。動(dòng)態(tài)的信道分配策略有利于提高信道利用率，并可以減小系統(tǒng)呼叫阻塞率，但要求MSC連續(xù)實(shí)時(shí)地收集關(guān)于信道的占用情況、話務(wù)量的分布情況以及所有信道的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）等數(shù)據(jù)，這增加了系統(tǒng)的計(jì)算量和存儲(chǔ)量。2.7多信道共用技術(shù)2.7.1話務(wù)量與呼損1.呼叫話務(wù)量話務(wù)量是度量通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)量或繁忙程度的指標(biāo)。所謂呼叫話務(wù)量A，是指單位時(shí)間內(nèi)（1小時(shí)）進(jìn)行的平均電話交換量。它可用下面公式來(lái)表示：(2-2)式中：C——每小時(shí)平均呼叫次數(shù)（包括呼叫成功和呼叫失敗的次數(shù)）；t0——每次呼叫平均占用信道的時(shí)間（包括接續(xù)時(shí)間和通話時(shí)間）。如果t0以小時(shí)為單位，則話務(wù)量A的單位是厄蘭(Erlang，占線小時(shí)，簡(jiǎn)稱Erl)。如果在一個(gè)小時(shí)內(nèi)不斷地占用一個(gè)信道，則其呼叫話務(wù)量為1Erl。它是一個(gè)信道具有的最大話務(wù)量。例如，設(shè)在100個(gè)信道上，平均每小時(shí)有2100次呼叫，平均每次呼叫時(shí)間為2分鐘，則這些信道上的呼叫話務(wù)量：2.呼損率當(dāng)多個(gè)用戶共用時(shí)，通?？偸怯脩魯?shù)大于信道數(shù)。因此，會(huì)出現(xiàn)許多用戶同時(shí)要求通話而信道數(shù)不能滿足要求的情況。這時(shí)只能先讓一部分用戶通話，而讓另一部分用戶等待，直到有空閑信道時(shí)再通話。這后一部分用戶雖然發(fā)出呼叫，但因無(wú)信道而不能通話稱做呼叫失敗。在一個(gè)通信系統(tǒng)中，造成呼叫失敗的概率稱為呼叫失敗概率，簡(jiǎn)稱為呼損率（B）。設(shè)A′為呼叫成功而接通電話的話務(wù)量，簡(jiǎn)稱為完成話務(wù)量；C為總呼叫的次數(shù)；C0為一小時(shí)內(nèi)呼叫成功而通話的次數(shù);t

為每次通話的平均占用信道時(shí)間，則完成話務(wù)量A′為呼損率B為式中，（A-A′）為損失話務(wù)量。所以呼損率的物理意義是損失話務(wù)量與呼叫話務(wù)量之比的百分?jǐn)?shù)。(2-3)(2-4)顯然，呼損率B愈小，成功呼叫的概率越大，用戶就越滿意。因此，呼損率也稱為系統(tǒng)的服務(wù)等級(jí)GOS（theGradeOfService）。例如，某系統(tǒng)的呼損率為10%，即說(shuō)明該系統(tǒng)內(nèi)的用戶每呼叫100次，其中有10次因信道被占用而打不通電話，其余90次則能找到空閑信道而實(shí)現(xiàn)通話。但是，對(duì)于一個(gè)通信網(wǎng)來(lái)說(shuō)，要想使呼損減少，只有讓呼叫流入的話務(wù)量減少，即容納的用戶數(shù)少一些，這是不希望的?？梢?jiàn)呼損率和話務(wù)量是一對(duì)矛盾，即服務(wù)等級(jí)和信道利用率是矛盾的。如果呼叫有以下性質(zhì)：(1)每次呼叫相互獨(dú)立，互不相關(guān)（呼叫具有隨機(jī)性）；(2)每次呼叫在時(shí)間上都有相同的概率；并假定移動(dòng)電話通信服務(wù)系統(tǒng)的信道數(shù)為n；則呼損率B可計(jì)算如下：(2-5)表2-5Erl損失概率表表2-5Erl損失概率表表2-5Erl損失概率表表2-5Erl損失概率表繁忙小時(shí)集中度(K)日常生活中，一天24小時(shí)中總有一些時(shí)間打電話的人多，另外一些時(shí)間使用電話的人少，因此對(duì)一個(gè)通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以區(qū)分忙時(shí)和非忙時(shí)。例如，在我國(guó)早晨8點(diǎn)到9點(diǎn)屬于電話的忙時(shí)，而一些歐美國(guó)家晚上7點(diǎn)屬于電話忙時(shí)，因此在考慮通信系統(tǒng)的用戶數(shù)和信道數(shù)時(shí)，顯而易見(jiàn)，應(yīng)采用忙時(shí)平均話務(wù)量。因?yàn)橹灰诿r(shí)信道夠用，非忙時(shí)肯定不成問(wèn)題。忙時(shí)話務(wù)量與全日的話務(wù)量之比稱為繁忙小時(shí)集中度。

繁忙小時(shí)集中度K一般為8%~14%。4.每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量（Aa）假設(shè)每一用戶每天平均呼叫次數(shù)為C，每次呼叫平均占用信道的時(shí)間為T(mén)（單位為秒），忙時(shí)集中率為K，則每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量為可以看出，Aa為最忙時(shí)間的那個(gè)小時(shí)的話務(wù)量，它是統(tǒng)計(jì)平均值。例如，每天平均呼叫3次，每次的呼叫平均占用時(shí)間為120秒，忙時(shí)集中度為10%(K=0.1)，則每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量為0.01Erl/用戶。(2-6)一些移動(dòng)電話通信網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)值表明，對(duì)于公用移動(dòng)通信網(wǎng)，每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量可按0.01Erl計(jì)算；對(duì)于專(zhuān)用移動(dòng)通信網(wǎng)，由于業(yè)務(wù)的不同，每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量也不一樣。一般可按0.06Erl計(jì)算。2.7.2每個(gè)信道能容納的用戶數(shù)當(dāng)每個(gè)用戶忙時(shí)的話務(wù)量確定后，每個(gè)信道所能容納的用戶數(shù)m可由下式?jīng)Q定：每個(gè)信道的m與在一定呼損條件下的信道平均話務(wù)量成正比，而與每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量成反比。例如，某移動(dòng)通信系統(tǒng)一個(gè)無(wú)線小區(qū)有8個(gè)信道(1個(gè)控制信道，7個(gè)話音信道)，每天每個(gè)用戶平均呼叫10次，每次占用信道平均時(shí)間為80秒，呼損率要求10%，忙時(shí)集中率為0.125。問(wèn)該無(wú)線小區(qū)能容納多少用戶？（2-7）(1)根據(jù)呼損的要求及信道數(shù)(n=7)，求總話務(wù)量A：可以利用公式，也可查表。求得A=4.666Erl。(2)求每個(gè)用戶的忙時(shí)話務(wù)量Aa：(3)求每個(gè)信道能容納的用戶數(shù)m：(4)系統(tǒng)所容納的用戶數(shù)：2.8移動(dòng)移動(dòng)性管理

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與固定通信網(wǎng)絡(luò)相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是可移動(dòng)性（Mobility）。移動(dòng)性是指對(duì)于用戶和終端位置的改變而持續(xù)接入服務(wù)、繼續(xù)通信的能力。移動(dòng)性可劃分為兩個(gè)級(jí)別：一個(gè)稱為游牧移動(dòng)，指用戶在移動(dòng)時(shí)能改變其網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，但正在進(jìn)行的服務(wù)會(huì)話會(huì)完全停止，必須重新啟動(dòng)；另一個(gè)稱為無(wú)縫（seamless）移動(dòng)，指當(dāng)用戶或終端移動(dòng)時(shí)能隨時(shí)改變其網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)而不中斷正在進(jìn)行的服務(wù)會(huì)話。它們都要求在核心網(wǎng)提供相應(yīng)的功能。這些功能應(yīng)該包括用戶鑒別、授權(quán)、位置更新、用戶信息的下載等，我們稱之為移動(dòng)性管理（MM，MobilityManagement）。從第一代蜂窩移動(dòng)通信開(kāi)始，人們就致力于無(wú)縫移動(dòng)。實(shí)際上，一些大范圍專(zhuān)用無(wú)線通信系統(tǒng)，如早期的DECT系統(tǒng)，已經(jīng)包含了某些移動(dòng)性功能，這些功能與蜂窩系統(tǒng)中的移動(dòng)性有某些相似之處。用戶的移動(dòng)性和對(duì)移動(dòng)性的自動(dòng)管理是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，因此移動(dòng)性管理（MM）是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)必不可少的功能。移動(dòng)性管理包括兩個(gè)方面：位置管理和切換管理。其中，位置管理確保了移動(dòng)臺(tái)在移動(dòng)過(guò)程中能被移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)有效地尋呼到；切換管理反映移動(dòng)臺(tái)在跨小區(qū)或跨MSC時(shí)保證原有業(yè)務(wù)的連續(xù)性。2.8.1位置管理移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)跟蹤記錄移動(dòng)臺(tái)（MS）的位置信息，這樣就能把來(lái)話轉(zhuǎn)至被叫用戶。為了實(shí)現(xiàn)位置跟蹤，一個(gè)移動(dòng)服務(wù)區(qū)被劃分成幾個(gè)位置區(qū)（LA，LocationArea）或注冊(cè)區(qū)。一般情況下，LA的范圍固定。每個(gè)LA包括一組基站收發(fā)信機(jī)（BTS），這些BTS通過(guò)無(wú)線鏈接與MS進(jìn)行通信。位置管理的主要任務(wù)就在于當(dāng)MS從一個(gè)LA移動(dòng)到另一個(gè)LA時(shí)更新MS的位置信息。通常一個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)的位置管理系統(tǒng)由一個(gè)歸屬位置寄存器（HLR）以及若干個(gè)訪問(wèn)位置寄存器（VLR）組成。一個(gè)VLR管理若干個(gè)LA,而每個(gè)LA由一定數(shù)量的蜂窩小區(qū)（BTS）組成，如圖2-8所示。當(dāng)然，當(dāng)某一地區(qū)用戶數(shù)量超過(guò)一個(gè)HLR所承受的數(shù)量時(shí)，可以通過(guò)多個(gè)HLR來(lái)分級(jí)管理。圖2-8位置區(qū)結(jié)構(gòu)更新過(guò)程如下：BTS周期性地向MS廣播相應(yīng)的LA地址。當(dāng)MS收到的LA位置信息與所存儲(chǔ)的位置信息不同時(shí)，MS就向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一個(gè)注冊(cè)消息。位置管理使得移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)能夠跟蹤移動(dòng)終端的位置。當(dāng)有外來(lái)呼叫尋呼該移動(dòng)終端時(shí)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)需要確定該移動(dòng)終端所在的具體蜂窩小區(qū)，即確定該移動(dòng)終端的精確的小區(qū)位置。所以，位置更新的過(guò)程即為“注冊(cè)”過(guò)程。位置管理分為兩個(gè)部分，即位置更新（LocationUpdate）和尋呼(Paging)，如圖2-9所示。圖2-9位置管理功能框圖為了確定每個(gè)移動(dòng)終端的精確的小區(qū)位置，移動(dòng)終端需要不時(shí)地向移動(dòng)通信系統(tǒng)報(bào)告其當(dāng)前所在位置，這便是位置更新的過(guò)程。在位置更新過(guò)程中，移動(dòng)終端首先通過(guò)上行控制信道發(fā)送位置更新消息，然后執(zhí)行更新數(shù)據(jù)庫(kù)的信令過(guò)程。在位置更新階段，移動(dòng)終端把它的新的接入點(diǎn)（LA+BTS編號(hào)）通知網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)能對(duì)移動(dòng)終端進(jìn)行鑒權(quán)并能更新數(shù)據(jù)庫(kù)中移動(dòng)終端位置檔案等數(shù)據(jù)。尋呼則是搜索并確定移動(dòng)終端所在具體蜂窩位置的過(guò)程。尋呼包括查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中移動(dòng)終端的位置檔案，并進(jìn)行呼叫。由此可以看出，位置更新的目的是使移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)能夠有效地掌握移動(dòng)終端當(dāng)前所處的位置，以便在呼叫該移動(dòng)用戶時(shí)能及時(shí)尋呼到該用戶。但位置更新和尋呼是兩個(gè)對(duì)立的過(guò)程。如果將LA劃小，則網(wǎng)絡(luò)對(duì)移動(dòng)終端位置信息掌握得越精確，定位越準(zhǔn)，尋呼代價(jià)就越小，此時(shí)移動(dòng)終端進(jìn)行位置更新越頻繁，即位置更新消耗的系統(tǒng)資源越多，位置更新代價(jià)就越大。反之，如果將LA劃大，則移動(dòng)終端位置更新得越少，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)該移動(dòng)終端具體所在位置的精確信息掌握得越少，此時(shí)位置更新代價(jià)小了，但尋呼到該移動(dòng)終端的尋呼代價(jià)大了。因此，位置管理存在優(yōu)化問(wèn)題，即存在位置更新代價(jià)和尋呼代價(jià)的折中問(wèn)題。1.位置更新位置更新的策略可分為靜態(tài)位置更新（StaticLocationUpdate）策略和動(dòng)態(tài)位置更新(DynamicLocationUpdate)策略。1）靜態(tài)位置更新策略靜態(tài)位置更新策略基于網(wǎng)絡(luò)發(fā)起位置更新操作。所謂靜態(tài)，主要體現(xiàn)在位置區(qū)LA的范圍是固定的。第一代和第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的都是靜態(tài)位置更新策略。在某個(gè)地區(qū)，各個(gè)位置區(qū)LA的界限是固定不變的。當(dāng)然，這個(gè)固定的位置區(qū)LA是與當(dāng)?shù)氐囊苿?dòng)用戶密集程度、話務(wù)量等相關(guān)的。當(dāng)移動(dòng)用戶從一個(gè)位置區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)位置區(qū)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生位置更新的過(guò)程。圖2-10靜態(tài)位置更新如圖2-10所示，當(dāng)處于待機(jī)狀態(tài)的移動(dòng)終端離開(kāi)原來(lái)的LA、進(jìn)入一個(gè)新的LA時(shí)，由移動(dòng)終端向系統(tǒng)發(fā)起位置更新。若新的LA與原來(lái)的LA屬于同一個(gè)VLR，則只需在VLR中更新信息即可，如圖2-10(a)所示；若新的LA屬于不同的VLR，則新的VLR在確定移動(dòng)終端的HLR后，向該HLR發(fā)出位置登記信息，HLR在經(jīng)過(guò)鑒權(quán)之后，記錄下移動(dòng)終端的新的VLR，并給原來(lái)的VLR發(fā)出一個(gè)刪除信息，刪除在原來(lái)的VLR上的信息，如圖2-10(b)所示。靜態(tài)位置更新策略存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：（1）當(dāng)移動(dòng)終端在邊界上來(lái)回運(yùn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生大量的不必要的位置更新操作，即會(huì)產(chǎn)生位置更新的“乒乓”現(xiàn)象。（2）信令負(fù)載過(guò)于集中，邊界小區(qū)的信令負(fù)載要遠(yuǎn)大于內(nèi)部小區(qū)。（3）位置區(qū)的大小、形狀、配置對(duì)所有的移動(dòng)終端并不是統(tǒng)計(jì)最佳的。（4）尋呼業(yè)務(wù)量過(guò)大，當(dāng)呼叫到達(dá)時(shí)，要在LA的所有小區(qū)中進(jìn)行尋呼。2）動(dòng)態(tài)位置更新策略靜態(tài)位置更新策略所帶來(lái)的一個(gè)很大問(wèn)題是隨著移動(dòng)用戶的增長(zhǎng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所承受的信令負(fù)載急劇增加。對(duì)于位置管理來(lái)說(shuō)，信令負(fù)載的增加是一個(gè)很沉重的負(fù)擔(dān)，特別是會(huì)導(dǎo)致無(wú)線帶寬資源的稀缺，因此必須采用有效的方法來(lái)減少信令負(fù)載?；谝陨戏治龊涂紤]，研究人員提出了諸多動(dòng)態(tài)的優(yōu)化策略，以提高移動(dòng)通信系統(tǒng)的工作效率和網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性能。相對(duì)于靜態(tài)位置更新策略而言，動(dòng)態(tài)位置更新策略是基于移動(dòng)用戶的呼叫和運(yùn)動(dòng)模式來(lái)發(fā)起位置更新操作的。現(xiàn)階段，動(dòng)態(tài)位置更新策略主要有基于距離的位置更新策略（Distance-basedScheme）、基于時(shí)間的位置更新策略（Time-basedScheme）、基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略（Movement-basedScheme）以及其他一些動(dòng)態(tài)位置更新策略。（1）基于距離的位置更新策略。在基于距離的位置更新策略中，移動(dòng)終端在進(jìn)行了一次位置更新之后，一直監(jiān)測(cè)著自己與上一次位置更新點(diǎn)之間的距離，一旦檢測(cè)到移動(dòng)終端離開(kāi)上次位置更新所在蜂窩小區(qū)的距離超過(guò)了一定的值d（距離門(mén)限），移動(dòng)終端就進(jìn)行一次位置更新，將其位置信息通告給網(wǎng)絡(luò)。其中，最佳距離門(mén)限的確定取決于各個(gè)移動(dòng)終端的運(yùn)動(dòng)方式和呼叫到達(dá)參數(shù)。圖2-11基于距離的位置更新策略在圖2－11中，假設(shè)距離門(mén)限d＝3，則移動(dòng)終端零時(shí)刻在A點(diǎn)執(zhí)行位置更新后，經(jīng)過(guò)多次移動(dòng)，最終將在Ｂ點(diǎn)進(jìn)行下一次位置更新，因?yàn)橐苿?dòng)終端移動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)與其上一次位置更新的A點(diǎn)距離為3個(gè)蜂窩小區(qū)。下面給出了在一維線性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和二維六邊形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及均勻隨機(jī)游走運(yùn)動(dòng)模型假設(shè)下，通過(guò)迭代求解最優(yōu)距離門(mén)限的算法。最關(guān)鍵的問(wèn)題就是距離門(mén)限D(zhuǎn)的取值，它直接影響基于距離的位置更新策略的性能優(yōu)劣。假設(shè)位置更新信令代價(jià)為Cdistanceu，尋呼信令代價(jià)為Cp，U為發(fā)生一次位置更新的平均代價(jià)，T為某時(shí)間發(fā)生位置更新的次數(shù)，則該時(shí)間段位置更新信令代價(jià)為Cdistanceu=U×T(2－8)假設(shè)V為一個(gè)小區(qū)發(fā)起尋呼的平均代價(jià)，M為L(zhǎng)A內(nèi)小區(qū)個(gè)數(shù)，則尋呼信令代價(jià)為Cp=V×M

（2－9）如果尋呼采用的是同步全呼策略，則尋呼信令代價(jià)為Cp=V×N=V×［1+3×(k2－k)］(2－10)位置更新信令代價(jià)主要和移動(dòng)用戶的平均移動(dòng)速度vav有關(guān)系。因?yàn)橐苿?dòng)用戶在單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)了vav個(gè)蜂窩小區(qū)，并且移動(dòng)用戶的運(yùn)動(dòng)路線并非是直線式的，所以位置更新信令代價(jià)和平均移動(dòng)速度vav存在著下面的關(guān)系：基于距離的位置更新策略的實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)要求的復(fù)雜度較高，是最不實(shí)際的一種動(dòng)態(tài)位置更新策略。（2）基于時(shí)間的位置更新策略?；跁r(shí)間的位置更新策略就是使移動(dòng)用戶每隔ΔT時(shí)間就周期性地進(jìn)行一次位置更新。這里的ΔT是時(shí)間門(mén)限數(shù)值，其大小可以由系統(tǒng)根據(jù)呼叫到達(dá)間隔的概率分布動(dòng)態(tài)確定。這個(gè)時(shí)間門(mén)限值的取值是影響該位置更新策略的關(guān)鍵。在圖2－12所示的基于時(shí)間的位置更新策略中，如果零時(shí)刻移動(dòng)終端在A點(diǎn)進(jìn)行了一次位置更新，在ΔT、Δ2T、Δ3T和Δ4T時(shí)刻，移動(dòng)終端分別運(yùn)動(dòng)到B、C、D和E點(diǎn)，則移動(dòng)終端將分別在B、C、D和E點(diǎn)執(zhí)行位置更新。執(zhí)行基于時(shí)間的位置更新策略時(shí)，移動(dòng)終端僅需一個(gè)定時(shí)器跟蹤時(shí)間的情況，因此易于實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。圖2－12基于時(shí)間的位置更新策略該策略的一種變體是自適應(yīng)時(shí)間門(mén)限策略，即時(shí)間門(mén)限ΔT可隨上行鏈路控制信道的信令負(fù)荷而變化。數(shù)值結(jié)果表明，在一維線性網(wǎng)絡(luò)和隨機(jī)游走運(yùn)動(dòng)模型的假設(shè)下，自適應(yīng)時(shí)間門(mén)限策略的性能優(yōu)于基于時(shí)間的位置更新策略。如果我們希望使用的尋呼策略所消耗的尋呼代價(jià)與基于距離的尋呼代價(jià)一致，那么基于時(shí)間的位置更新策略的時(shí)間門(mén)限數(shù)值就應(yīng)該為，移動(dòng)終端的尋呼信令代價(jià)也如式（2－10）所示。該策略的位置更新信令代價(jià)與vmax存在下面的關(guān)系：(2－12)由式（2－10）和式（2－12）可以得到：(2－13)令U=1，V=1，則可以得到圖2－13。圖2－13表明了式（2－13）中Cp與Ctimeu之間的關(guān)系。從圖2－13中可以看出，對(duì)于vmax為5cells/hour、10cells/hour和15cells/hour的三種情況，隨著最大速度vmax的增大，尋呼信令代價(jià)Cp也隨之增加。另外，從圖2－13中還可看出，單位時(shí)間位置更新次數(shù)越大，尋呼信令代價(jià)Cp就會(huì)越小，這也表明了位置更新和尋呼之間的對(duì)立關(guān)系。圖2－13基于時(shí)間的位置更新策略的性能分析（3）基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略。當(dāng)移動(dòng)終端穿越小區(qū)邊界的次數(shù)超過(guò)一個(gè)門(mén)限值d（運(yùn)動(dòng)門(mén)限）時(shí)，移動(dòng)終端就進(jìn)行一次位置更新，這就是基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略的概念。如圖2－14所示，當(dāng)運(yùn)動(dòng)門(mén)限d＝3時(shí)，移動(dòng)終端從A點(diǎn)出發(fā)，此后將分別在B、C點(diǎn)執(zhí)行位置更新。該策略可以根據(jù)每個(gè)用戶的情況動(dòng)態(tài)選擇運(yùn)動(dòng)門(mén)限。圖2－14基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略執(zhí)行該策略時(shí)，移動(dòng)終端僅需要一個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)記錄跨越小區(qū)邊界的次數(shù)，不需要掌握小區(qū)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，因此實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單。這里的運(yùn)動(dòng)門(mén)限d的取值對(duì)于基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略而言是最為關(guān)鍵的。d隨每個(gè)移動(dòng)終端的移動(dòng)特性以及呼叫特性等情況而定，它直接影響該方法的移動(dòng)性能。如果運(yùn)動(dòng)門(mén)限d為k，那么一次外來(lái)呼叫尋呼該移動(dòng)終端時(shí)，采用同步全呼時(shí)尋呼到該移動(dòng)終端的尋呼信令代價(jià)同樣也與式（2－10）所示的一致。該策略的位置更新信令代價(jià)有下面的關(guān)系：(2－14)同樣，我們也可以得到Cp與vav之間的關(guān)系式：(2－15)執(zhí)行基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略時(shí)，移動(dòng)終端僅需要一個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)記錄跨越小區(qū)邊界的次數(shù)，而不需要掌握小區(qū)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，因此對(duì)于單個(gè)移動(dòng)終端而言實(shí)現(xiàn)起來(lái)也是比較簡(jiǎn)單的。由式（2－11）~式（2－15）可以看出：(2－16)以上分析以及其他相關(guān)研究表明，與基于時(shí)間和運(yùn)動(dòng)的位置更新策略相比，基于距離的位置更新策略具有最好的性能，該策略所產(chǎn)生的位置更新尋呼代價(jià)是最小的，但它要求的系統(tǒng)復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)的開(kāi)銷(xiāo)最大，它還要求移動(dòng)終端擁有不同小區(qū)之間的距離信息并不斷監(jiān)測(cè)，網(wǎng)絡(luò)必須能夠以高效的方式提供這樣的信息，這會(huì)帶來(lái)大量的計(jì)算負(fù)荷，因此對(duì)于能量有限的移動(dòng)終端來(lái)說(shuō)，該策略并不十分理想。相比之下，基于時(shí)間的位置更新策略其性能是最差的，但該策略實(shí)現(xiàn)起來(lái)也是相對(duì)最容易的?；谶\(yùn)動(dòng)的位置更新策略的性能則介于上述兩者之間，它的實(shí)現(xiàn)相對(duì)于基于距離的位置更新策略而言要容易，其復(fù)雜度也介于其他兩者之間。因此，基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略能夠取得比較好的移動(dòng)性能，雖然該策略不是最有效的位置更新策略，但其實(shí)是最實(shí)際的。（4）其他動(dòng)態(tài)位置更新策略。其他的有關(guān)動(dòng)態(tài)位置更新的策略有如下幾個(gè)：①自適應(yīng)位置更新策略。自適應(yīng)位置更新策略中位置區(qū)的邊界是變化的，它將位置區(qū)分為若干個(gè)等級(jí)，根據(jù)移動(dòng)終端過(guò)去和現(xiàn)在的移動(dòng)特性為不同的移動(dòng)終端分配不同等級(jí)的位置區(qū)，每個(gè)等級(jí)的位置區(qū)大小不同。移動(dòng)終端開(kāi)機(jī)后，根據(jù)自身的移動(dòng)特性請(qǐng)求分配一個(gè)等級(jí)合適的位置區(qū)，并將此位置區(qū)信息在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行存儲(chǔ)登記。這些信息包括位置區(qū)的邊界小區(qū)位置信息、位置區(qū)等級(jí)和用戶標(biāo)識(shí)等。在移動(dòng)終端中，存儲(chǔ)了位置區(qū)的邊界小區(qū)的信息。每個(gè)基站在自己的控制信道中周期地廣播它的小區(qū)位置信息。移動(dòng)終端收到小區(qū)位置信息后，將它與存儲(chǔ)在移動(dòng)終端中的位置區(qū)邊界小區(qū)的位置信息進(jìn)行比較。一旦移動(dòng)終端發(fā)現(xiàn)二者不相符，則認(rèn)為當(dāng)前正在穿越位置區(qū)邊界，于是發(fā)起位置更新。此時(shí)系統(tǒng)根據(jù)用戶在前一個(gè)位置區(qū)中的移動(dòng)特性，以它當(dāng)前所在的小區(qū)為中心，再分配一個(gè)等級(jí)適當(dāng)?shù)奈恢脜^(qū)。若在前一個(gè)位置區(qū)中的停留時(shí)間比預(yù)期的短，則認(rèn)為移動(dòng)終端的移動(dòng)速度加快，為它分配一個(gè)更大的新的位置區(qū)；反之，認(rèn)為移動(dòng)終端的移動(dòng)速度變慢，為它分配一個(gè)較小的新的位置區(qū)。在自適應(yīng)位置更新策略中，沒(méi)有固定的位置區(qū)邊界，移動(dòng)終端在每次穿越邊界時(shí)更換一個(gè)新的位置區(qū)，而它被置于位置區(qū)的中心。自適應(yīng)位置更新策略具有以下優(yōu)點(diǎn)：位置更新的頻率大大降低（因?yàn)樗环峙淞艘粋€(gè)適當(dāng)?shù)奈恢脜^(qū)且位于位置區(qū)的中心）；位置更新的信令負(fù)載均勻分布；不再出現(xiàn)邊界信令過(guò)于集中的情況（因?yàn)檫吔缡遣还潭ǖ模?。然而在?shí)際中，位置區(qū)的大小經(jīng)常變化，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較復(fù)雜。②帶預(yù)測(cè)的策略。該策略的思想是認(rèn)為移動(dòng)終端將來(lái)的速度和位置與當(dāng)前的速度和位置是相關(guān)的，并且移動(dòng)終端在位置更新過(guò)程中向網(wǎng)絡(luò)報(bào)告它的位置地點(diǎn)及運(yùn)動(dòng)速度，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)這些信息確定移動(dòng)終端位置的概率密度函數(shù)，并據(jù)此預(yù)測(cè)移動(dòng)終端未來(lái)時(shí)刻所處的位置，網(wǎng)絡(luò)端和移動(dòng)終端都維護(hù)預(yù)測(cè)信息，移動(dòng)終端周期性地檢查它的位置，當(dāng)移動(dòng)的距離超過(guò)根據(jù)預(yù)測(cè)信息所確定的距離門(mén)限時(shí)執(zhí)行位置更新。在一次位置更新以后，移動(dòng)終端定期計(jì)算與位置更新點(diǎn)的距離，統(tǒng)計(jì)出均值d，在下一次位置更新時(shí)，向系統(tǒng)報(bào)告這個(gè)均值以及速度、位置等具體信息，同時(shí)移動(dòng)終端計(jì)算與更新點(diǎn)的距離s，當(dāng)發(fā)現(xiàn)|s-d|超過(guò)了事先設(shè)定的值N時(shí)，發(fā)起一次位置更新。在高斯－馬爾可夫運(yùn)動(dòng)模型、泊松呼叫過(guò)程及一維線性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的假設(shè)下，數(shù)值結(jié)果顯示該策略的性能優(yōu)于不進(jìn)行預(yù)測(cè)的基于距離的位置更新策略。③基于狀態(tài)的位置更新策略。狀態(tài)信息可以指上一次位置更新后所經(jīng)歷的時(shí)間、跨越的小區(qū)數(shù)目或者運(yùn)動(dòng)的距離等。不同的狀態(tài)信息對(duì)應(yīng)于不同的位置更新策略。一種情況是狀態(tài)信息包括當(dāng)前所在位置及上一次位置更新后所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，移動(dòng)終端運(yùn)動(dòng)模型為時(shí)變高斯過(guò)程，則基于該狀態(tài)信息的位置更新策略比基于時(shí)間的位置更新策略獲得了10％的性能改善。2.尋呼（Paging）當(dāng)呼叫（IncomingCall）某移動(dòng)用戶時(shí)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)需要及時(shí)通過(guò)有效的尋呼策略將該呼叫傳遞到該移動(dòng)用戶。在一次尋呼期間，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)下行控制信道向移動(dòng)終端可能駐留的小區(qū)發(fā)送尋呼消息，即在位置區(qū)內(nèi)以一次或多次呼叫方式向一個(gè)或多個(gè)尋呼區(qū)（PA）內(nèi)的所有移動(dòng)終端廣播尋呼信號(hào)，而所有的移動(dòng)終端時(shí)刻都在監(jiān)聽(tīng)尋呼消息，只有被呼移動(dòng)終端響應(yīng)并通過(guò)上行控制信道發(fā)回應(yīng)答消息。每一個(gè)尋呼周期都有一個(gè)超時(shí)期，如果移動(dòng)終端在超時(shí)期之前響應(yīng)，則尋呼過(guò)程終止，否則進(jìn)入下一個(gè)尋呼周期。為了避免掉線，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)必須在允許的時(shí)延內(nèi)確定移動(dòng)終端位置。最大尋呼時(shí)延對(duì)應(yīng)于定位移動(dòng)終端所允許的最大尋呼周期數(shù)。例如，最大尋呼時(shí)延為1，則必須在一個(gè)尋呼周期內(nèi)確定移動(dòng)終端的位置。由于無(wú)線信道資源有限，因此設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)有效的尋呼策略就顯得比較重要。尋呼策略的有效性主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：（1）尋呼策略對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所消耗的信令代價(jià)比較小。正是由于存在激增的移動(dòng)用戶使得移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所承受的信令負(fù)荷越來(lái)越嚴(yán)重，因此如何減小尋呼策略所引起的信令負(fù)荷就顯得非常必要。（2）尋呼時(shí)延比較小。每個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)都有自身能承受的最大尋呼時(shí)延。只要在尋呼過(guò)程中，尋呼時(shí)延都在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所承受的最大時(shí)延限內(nèi)，就可以實(shí)現(xiàn)正常的尋呼過(guò)程。當(dāng)然，尋呼時(shí)延越小，尋呼策略越有效，并可顯示出對(duì)應(yīng)的尋呼方案處理尋呼過(guò)程的及時(shí)性。（3）實(shí)用性較強(qiáng)。很多尋呼策略在理論上往往比較理想，而實(shí)際上對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)處理能力提出了非常高的不切實(shí)際的要求，因此簡(jiǎn)易、實(shí)用且有效的尋呼策略才是非常適合的。目前，尋呼策略主要分為以下幾類(lèi)：同步全呼（SimultaneousPaging）、依序單呼（SequentialPaging）、依序組呼（SequentialGroupPaging）等。對(duì)下面用到的一些符號(hào)，我們先作如下具體說(shuō)明：

N：位置區(qū)中的所有小區(qū)數(shù)目。

k：在尋呼區(qū)中最大的小區(qū)數(shù)目。

C：在位置區(qū)中控制信道的總數(shù)。

G：位置區(qū)中尋呼區(qū)的個(gè)數(shù)。

λp：移動(dòng)用戶在位置區(qū)內(nèi)移動(dòng)時(shí)，呼叫該移動(dòng)用戶的入呼率（ArrivalCallRate）。

μ:在一次呼叫的尋呼過(guò)程中，尋呼到該移動(dòng)用戶的平均尋呼次數(shù)。

τ：移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所能承受的最大時(shí)延單位。1）同步全呼如果圖2－15所示的整個(gè)區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)位置區(qū)，那么當(dāng)有呼叫到來(lái)時(shí)，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在移動(dòng)終端所在位置區(qū)內(nèi)的所有小區(qū)同時(shí)發(fā)起對(duì)目標(biāo)移動(dòng)終端的尋呼，如圖2－15中的陰影部分所示?？梢?jiàn)，在同步全呼尋呼策略中，尋呼區(qū)其實(shí)就是位置區(qū)。這種策略的優(yōu)點(diǎn)是尋呼延遲最小，即為一個(gè)單位的尋呼時(shí)延。然而，該策略的尋呼開(kāi)銷(xiāo)主要依賴于位置區(qū)內(nèi)蜂窩數(shù)目的大小。特別在微蜂窩大范圍應(yīng)用的第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，位置區(qū)內(nèi)的小區(qū)數(shù)目較多，采用同步全呼尋呼策略所引起的尋呼開(kāi)銷(xiāo)必然很高，會(huì)引起過(guò)量的信令負(fù)載。圖2－15同步全呼尋呼策略圖2－16依序單呼尋呼策略上述依序單呼尋呼策略其實(shí)是一種比較極端的情況，即移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)能夠承受任意大的時(shí)延。在實(shí)際研究過(guò)程中，往往討論的是如圖2－17所示的以每層小區(qū)為單位的依序單層尋呼策略。如圖2－17所示，從中心第0層小區(qū)開(kāi)始一層一層地尋呼，直至尋呼到移動(dòng)終端。圖2－17依序單層尋呼策略一般移動(dòng)終端進(jìn)行一次位置更新之后，就以這次位置更新所在小區(qū)為中心，向外擴(kuò)展多層小區(qū)為當(dāng)前的位置區(qū)。這種依序單層尋呼策略其實(shí)就是一種環(huán)狀尋呼策略。所謂環(huán)狀尋呼策略，就是以上次位置更新時(shí)移動(dòng)終端所在小區(qū)為中心，把尋呼區(qū)域劃分為環(huán)繞中心小區(qū)的若干個(gè)環(huán)，然后進(jìn)行依次尋呼。這里所述的依序單層尋呼策略要求移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的最大時(shí)延必須不小于如圖2－17所示的位置區(qū)的層數(shù)。3）依序組呼顧名思義，依序組呼就是以多環(huán)形成一組依次按組進(jìn)行尋呼。特別在基于運(yùn)動(dòng)和距離的位置更新策略中，往往都是按依序組呼方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如圖2－18所示，位置區(qū)被分為兩個(gè)尋呼區(qū)PA1和PA2（圖中以不同的陰影標(biāo)識(shí)出來(lái)），中心第0環(huán)和第1環(huán)形成一組（PA1），作第一次尋呼，如果這次尋呼過(guò)程未發(fā)現(xiàn)移動(dòng)終端，則進(jìn)行下一次尋呼。第二次尋呼以第2環(huán)和第3環(huán)形成一組（PA2）一起尋呼。圖2－18依序組呼尋呼策略依序組呼的關(guān)鍵問(wèn)題是如何分組，即如何將各環(huán)組成尋呼區(qū)。最短距離優(yōu)先劃分（SDF，ShortestDistanceFirst）方法是一種分組方法，它是指把移動(dòng)終端的駐留區(qū)劃分為l=min(η,d)個(gè)子區(qū)域。其中，η為最大呼叫延遲，d是基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略中的運(yùn)動(dòng)門(mén)限數(shù)值。用Aj代表第j個(gè)子區(qū)域，0≤j<l，每個(gè)子區(qū)域包括一個(gè)或更多的環(huán)，子區(qū)域Aj包括從環(huán)sj到環(huán)ej的區(qū)域。環(huán)sj和環(huán)ej的定義如下：j=0(2－17)(2－18)以上SDF分區(qū)方法不必考慮各個(gè)移動(dòng)終端在各個(gè)位置的概率分布。當(dāng)然，引入概率分布會(huì)提高查找效率，但是也增加了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)。網(wǎng)絡(luò)必須存儲(chǔ)用戶的大量資料，當(dāng)呼叫到達(dá)時(shí)還需進(jìn)行大量的計(jì)算，因此不如同步全呼和依序單呼尋呼策略簡(jiǎn)單。以上三種尋呼策略的性能比較如表2－6所示。由于同步全呼策略尋呼的小區(qū)數(shù)目為整個(gè)位置區(qū)，所以其平均尋呼的小區(qū)數(shù)目L為N。表2－6中的“每個(gè)小區(qū)的尋呼負(fù)荷λ”表示在單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)小區(qū)被尋呼的次數(shù)。對(duì)于同步全呼策略而言，λ即為λp，而平均尋呼時(shí)延d就是，這都是比較容易理解的。4）用戶檔案法該方法的前提是認(rèn)為移動(dòng)終端的位置在大部分時(shí)間內(nèi)是有規(guī)律可循的。大多數(shù)移動(dòng)用戶具有一定的工作和生活規(guī)律，經(jīng)常在住處、辦公室、學(xué)校等固定地點(diǎn)及其周?chē)貐^(qū)活動(dòng)，只有相對(duì)比較小的可能性背離這一規(guī)律。用戶檔案法正是利用這一規(guī)律來(lái)減少位置管理過(guò)程中的信令負(fù)荷的。用戶檔案法根據(jù)移動(dòng)終端的運(yùn)動(dòng)方式，預(yù)測(cè)移動(dòng)終端所要經(jīng)過(guò)的路徑以避免大部分無(wú)效的位置更新和尋呼。在這種策略中，系統(tǒng)為每個(gè)移動(dòng)終端維護(hù)了一個(gè)記錄檔案。在這個(gè)檔案中，記錄的內(nèi)容如下：（1）在時(shí)間段［ti，tj］中，移動(dòng)終端穿越了k個(gè)位置區(qū)。（2）若干個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)（am，pm），其中1≤m≤k,am是移動(dòng)終端第m個(gè)有可能活動(dòng)的位置區(qū)，pm則是移動(dòng)終端在這個(gè)位置區(qū)停留的概率。移動(dòng)終端在最初登記時(shí)，就要下載它的檔案和位置區(qū)LA列表。當(dāng)移動(dòng)終端更新這個(gè)檔案時(shí)，系統(tǒng)就要再產(chǎn)生一個(gè)新的LA列表。LA列表是所有在檔案中出現(xiàn)的LA的集合。表中LA按照移動(dòng)終端在各個(gè)LA中停留的概率由高到低排列。只有當(dāng)移動(dòng)終端進(jìn)入一個(gè)沒(méi)有在LA列表中出現(xiàn)過(guò)的LA時(shí)，移動(dòng)終端才進(jìn)行登記，將這個(gè)新LA添加到LA列表中。當(dāng)移動(dòng)終端有呼叫到達(dá)時(shí)，則按照LA列表的順序依次呼叫，直到找到該移動(dòng)終端。雖然用戶檔案法對(duì)于長(zhǎng)期事件來(lái)說(shuō)具有較好的性能，但是對(duì)于短期事件來(lái)說(shuō)不是十分理想。比如：（1）當(dāng)移動(dòng)終端進(jìn)入一個(gè)從未去過(guò)的LA后，它進(jìn)行了一次登記，但由于移動(dòng)終端在此LA的停留概率最小，因此，該LA在LA列表中的位置排在最后。若此時(shí)有一個(gè)呼叫到達(dá)，則該LA將最后一個(gè)被尋呼，因而浪費(fèi)了大量的尋呼。（2）移動(dòng)終端在某LA與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一次操作（如有一個(gè)呼叫到達(dá)，或用戶發(fā)起一次呼叫等）后不久又有一個(gè)呼叫到達(dá)時(shí)，移動(dòng)終端在此LA的概率是最大的，但仍然得按照LA列表的順序進(jìn)行尋呼。以上兩種情況都不能充分利用移動(dòng)終端與網(wǎng)絡(luò)相互操作時(shí)提供給網(wǎng)絡(luò)的信息。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的改進(jìn)，可利用補(bǔ)償量W的作用對(duì)LA列表進(jìn)行修改，即在系統(tǒng)中保留移動(dòng)終端與系統(tǒng)的操作記錄，當(dāng)有呼叫到達(dá)時(shí)，系統(tǒng)先計(jì)算它與上一次操作之間的時(shí)間間隔t，將t與一時(shí)間門(mén)限T進(jìn)行比較：（1）若t≤T，則認(rèn)為它是一個(gè)短期事件，先根據(jù)操作記錄里登記的LA（不止一個(gè)）進(jìn)行呼叫，若找不到，則進(jìn)入步驟（2）。（2）若t>T,則直接進(jìn)入步驟（3）。（3）在操作記錄里的LA的概率將被增加一個(gè)補(bǔ)償量W，系統(tǒng)根據(jù)此時(shí)的概率大小重新安排LA列表，再按照此新列表進(jìn)行尋呼。這個(gè)改進(jìn)方案有效地減少了以上兩種情況下多余的尋呼量。5）直線尋呼如圖2－19所示，每個(gè)LA都被賦予一個(gè)合適的坐標(biāo)（X1，Y1），（X2，Y2），（X3，Y3），…，（Xn，Yn），若相鄰兩個(gè)LA的坐標(biāo)的差值（X2-X1，Y2-Y1），（X3-X2，Y3-Y2），…,（Xn-Xn-1，Yn-Yn-1）相等，則認(rèn)為它們處在同一條直線上，如果一個(gè)移動(dòng)終端在這些LA上移動(dòng)，則認(rèn)為它的移動(dòng)方向不變。移動(dòng)終端每進(jìn)入一個(gè)LA就對(duì)當(dāng)前LA的坐標(biāo)和前一個(gè)LA的坐標(biāo)進(jìn)行相減運(yùn)算，得到坐標(biāo)差值（DXc，DYc），并將它與存儲(chǔ)在移動(dòng)終端中的在前一個(gè)LA進(jìn)行相減運(yùn)算得到的坐標(biāo)差值（DXp，DYp）進(jìn)行比較，若兩者不同，則認(rèn)為移動(dòng)終端改變了移動(dòng)的方向。此時(shí)移動(dòng)終端發(fā)起位置更新操作。在位置更新時(shí)，也將移動(dòng)方向（DXc，DYc）通知網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)有呼叫到達(dá)時(shí)，尋呼的過(guò)程就是在整條直線上依次對(duì)每個(gè)LA進(jìn)行尋呼。當(dāng)然，移動(dòng)終端不能沿直線走無(wú)限遠(yuǎn)，因此需要設(shè)立一個(gè)門(mén)限值d，當(dāng)移動(dòng)終端離開(kāi)更新位置的距離超過(guò)門(mén)限值時(shí)，發(fā)起位置更新。圖2－19直線尋呼6）智能尋呼智能尋呼根據(jù)某些信息選擇位置區(qū)中的部分小區(qū)組成尋呼區(qū)（PA），因此尋呼分成多步進(jìn)行。為減少尋呼代價(jià)和尋呼延遲，應(yīng)使第一步尋呼成功概率（PSFS）盡可能高。因此需要充分利用各種與尋呼相關(guān)的信息。這些信息包括：（1）與用戶相關(guān)的信息：A．新近與用戶進(jìn)行相互操作的基站，何時(shí)進(jìn)行的操作。B．用戶是高移動(dòng)性的用戶還是低移動(dòng)性的用戶。C．用戶在哪些區(qū)域逗留的時(shí)間較長(zhǎng)，逗留多久。（2）與用戶無(wú)關(guān)的信息：D．當(dāng)前的情況（如上下班高峰期、工作時(shí)間等）E．尋呼基站的分布情況。根據(jù)以上信息，智能尋呼共有5種方案，每種方案對(duì)信息的利用情況如表2－7所示。表2－7智能尋呼的5種方案對(duì)信息的利用情況方案0A類(lèi)信息B類(lèi)信息C類(lèi)信息D類(lèi)信息E類(lèi)信息方案1√方案2√√方案3√√√方案4√√√√方案5√√√√√方案1：網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)了最近與用戶進(jìn)行操作的基站信息。當(dāng)有呼叫到達(dá)時(shí)，這些基站首先發(fā)起尋呼。這對(duì)于低移動(dòng)性的用戶來(lái)說(shuō)，PSFS較理想，但對(duì)于高移動(dòng)性用戶來(lái)說(shuō)，并不能保證較高的PSFS。因此引入時(shí)間判決門(mén)限T，若呼叫到達(dá)的時(shí)刻距離上次呼叫的時(shí)間間隔t≤T，則采用尋呼最近與用戶進(jìn)行操作的基站，若t≥T，則認(rèn)為原有的位置信息已經(jīng)過(guò)時(shí)，采用單步尋呼策略。方案2：根據(jù)用戶的移動(dòng)性，把用戶分為高移動(dòng)性用戶和低移動(dòng)性用戶。當(dāng)有呼叫到達(dá)時(shí)，先查詢被叫用戶是屬于哪一類(lèi)的，對(duì)高移動(dòng)性用戶，采用單步尋呼策略，對(duì)低移動(dòng)性用戶，則利用A類(lèi)信息在最近與用戶進(jìn)行過(guò)操作的各基站中首先發(fā)起呼叫。方案3：在呼叫到達(dá)時(shí)，查詢A、B、C類(lèi)信息，先利用C類(lèi)信息，在用戶常去的區(qū)域首先發(fā)起呼叫，而B(niǎo)類(lèi)信息起輔助作用。對(duì)高移動(dòng)性用戶，則采用單步呼叫策略。方案4：根據(jù)D類(lèi)信息，有高移動(dòng)時(shí)間段（如上下班高峰期）、低移動(dòng)時(shí)間段（如夜晚居家時(shí)間）、一般時(shí)間段（如工作時(shí)間）等不同的時(shí)間段。首先確定當(dāng)前是屬于哪一個(gè)時(shí)間段，這樣做的目的是在不同的時(shí)間段選擇不同大小的PA。例如，在高移動(dòng)時(shí)間段，PA就要選得大一點(diǎn)。其他信息起輔助作用。方案5：綜合運(yùn)用5類(lèi)信息。例如，當(dāng)一個(gè)用戶從起點(diǎn)走向終點(diǎn)時(shí)，如果途中與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了一次操作，在快要到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，有呼叫到達(dá)，則此時(shí)在起點(diǎn)附近的基站就不需考慮。如果是高移動(dòng)用戶，則在確定尋呼區(qū)域時(shí)，PA就要比低移動(dòng)性用戶的PA多增加幾個(gè)基站。由此可見(jiàn)，智能尋呼策略對(duì)于LA較大的區(qū)域比較合適，但是它需要較大的存儲(chǔ)空間和一定的運(yùn)算處理能力。2.8.2切換管理1.切換的基本概念在蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)一個(gè)正在運(yùn)行的移動(dòng)臺(tái)（MS）漸漸離開(kāi)其當(dāng)前工作的基站（簡(jiǎn)稱原BS）移動(dòng)到鄰近的基站（簡(jiǎn)稱新BS）覆蓋的小區(qū)時(shí)，連接到原BS的無(wú)線鏈路最終被迫中斷，因此，需要及時(shí)建立一條到新BS的鏈路，以保持繼續(xù)通話，這一過(guò)程稱為切換。切換是蜂窩系統(tǒng)的基本操作。切換按情況不同可分為硬切換、軟切換和更軟切換。所謂硬切換，就是MS在業(yè)務(wù)（如通話）過(guò)程中離開(kāi)原工作BS覆蓋的小區(qū)，進(jìn)入相鄰BS覆蓋的小區(qū)時(shí)為保持業(yè)務(wù)的連續(xù)性，需將工作信道進(jìn)行切換，由于使用的工作頻率不同，MS需先中斷與原BS的聯(lián)系，再與新BS取得聯(lián)系，以保持業(yè)務(wù)的連續(xù)性。硬切換時(shí)，一個(gè)終端一次只能與一個(gè)BS進(jìn)行連接，在與新BS建立連接之前必須立刻切斷與原BS的連接，即所謂的通前斷（breakbeforemake)方式。所謂軟切換，就是在上述切換中，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)開(kāi)始與一個(gè)新BS聯(lián)系時(shí)，并不立即中斷與原BS的通信，而是先與新BS（可能不止1個(gè)）取得聯(lián)系，在保證業(yè)務(wù)切換成功后，才中斷與原BS的通信，即所謂的“斷前通”（makebeforebreak）。軟切換在進(jìn)行切換的時(shí)候，終端可以同時(shí)與多個(gè)BS相連，利用短PN碼來(lái)區(qū)分不同基站的信令，并分析監(jiān)測(cè)各個(gè)基站的信令以控制切換過(guò)程。目前，軟切換應(yīng)用于具有相同載波的CDMA信道之間的切換。所謂更軟切換，是指發(fā)生在同一BS具有相同頻率的不同扇區(qū)之間的切換。更軟切換只由BS完成，一般不通知MSC。軟切換的優(yōu)點(diǎn)是：信道轉(zhuǎn)換平滑。新BS漸漸接入，在MS從原小區(qū)走向新小區(qū)前就已經(jīng)開(kāi)始了。當(dāng)原小區(qū)的信號(hào)功率比新小區(qū)弱很多時(shí)，MS根據(jù)收到的引導(dǎo)信號(hào)強(qiáng)度或者由原小區(qū)采取行動(dòng)讓MS完成切換。為避免在小區(qū)邊界附近的頻繁切換，軟切換在新小區(qū)（可能不止1個(gè)）信號(hào)比原小區(qū)足夠高（通常6dB）時(shí)啟動(dòng)，先建立新鏈路，穩(wěn)定后再拆除原連接。由于在軟切換過(guò)程中，有一段時(shí)間同時(shí)保留2條以上鏈路，因此軟切換明顯地加大了蜂窩系統(tǒng)的負(fù)荷。在第一代模擬蜂窩系統(tǒng)中，小區(qū)覆蓋的半徑較大（一般為五到幾十公里），通話發(fā)生切換的頻繁程度不高。在第二代數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中，小區(qū)覆蓋的半徑相對(duì)較?。ㄔ诟呙芏鹊貐^(qū)的小區(qū)半徑一般小于500m）。在一次呼叫完成前，移動(dòng)用戶穿越一個(gè)小區(qū)的概率很高，因此切換頻繁發(fā)生，在市區(qū)，一次呼叫可能會(huì)經(jīng)歷多次切換。在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，為了滿足高容量和高數(shù)據(jù)速率的需要，小區(qū)覆蓋的半徑會(huì)變得更小，因此，切換必須更加快速和準(zhǔn)確。另外，不同的系統(tǒng)（如用于室內(nèi)高密度環(huán)境的無(wú)繩電話系統(tǒng)、用于室外的微蜂窩系統(tǒng)）之間要實(shí)現(xiàn)完全透明的漫游。切換性能往往影響整體網(wǎng)絡(luò)性能。第一代和第二代系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)后發(fā)現(xiàn)，通話途中中斷現(xiàn)象主要是由切換所造成的。由此可見(jiàn)切換在蜂窩移動(dòng)通信中的重要性。值得一提的是，所有基站切換都需要精確的時(shí)間控制，以保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性。切換的性能除與切換本身的算法有關(guān)外，跟BS的布點(diǎn)有著極大的關(guān)系。（1）從抗干擾的角度講，相鄰小區(qū)的無(wú)線重疊區(qū)應(yīng)盡可能小，但從切換的角度看，相鄰小區(qū)的無(wú)線重疊區(qū)不宜太小。相鄰小區(qū)的無(wú)線重疊區(qū)如果太小了，由于MS的高速移動(dòng)等原因，會(huì)造成原BS的信號(hào)強(qiáng)度無(wú)法維持通信，而新的BS尚未來(lái)得及提供新的信道，從而造成通信中斷。（2）相鄰小區(qū)的無(wú)線重疊區(qū)（即切換區(qū)）應(yīng)避免與交通流量大的區(qū)域重疊，否則會(huì)造成MS在相鄰兩個(gè)小區(qū)之間來(lái)回切換，即造成切換的“乒乓”現(xiàn)象。軟切換與進(jìn)出切換小區(qū)的頻繁程度無(wú)多大關(guān)系，可使中斷概率大大降低。此外，在軟切換中的分集接收技術(shù)不需要像硬切換那樣靠增大功率、擴(kuò)大切換區(qū)域來(lái)改善通信質(zhì)量。但由于軟切換在切換期間要占用兩個(gè)或兩個(gè)以上信道，因而導(dǎo)致信道利用率降低。軟切換中還有另一個(gè)較有意義的性能指標(biāo)——信道利用率。對(duì)于硬切換，一個(gè)呼叫只占用一個(gè)信道，因此信道利用率為1；對(duì)于軟切換，每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)在切換區(qū)最少占用兩個(gè)信道（每個(gè)小區(qū)一個(gè)信道），而不是一個(gè)，其信道利用率降低了。為了評(píng)價(jià)切換策略是否完善，通?？赏ㄟ^(guò)以下三個(gè)切換性能指標(biāo)來(lái)衡量：（1）新呼叫阻塞概率（theProbabilityofNewCallBlocking）PNCB。新呼叫到達(dá)而被拒絕接入的概率稱為新呼叫阻塞概率，也稱阻塞概率。在每個(gè)小區(qū)內(nèi)，為了使切換到該小區(qū)內(nèi)的用戶由于擁塞而掉線的情況盡可能少，通常都需要預(yù)留一部分專(zhuān)用作切換的預(yù)留帶寬或切換預(yù)留信道。如果預(yù)留太小，則切換掉線率（切換失敗率）可能太高，用戶的服務(wù)質(zhì)量得不到保證；如果預(yù)留太大，則本小區(qū)新呼叫用戶的服務(wù)質(zhì)量得不到保障，且導(dǎo)致預(yù)留資源得不到充分利用。（2）由于切換造成的強(qiáng)迫中斷概率（theProbabilityofForcedTermination）PFT。所謂強(qiáng)迫中斷（ForcedTermination）概率，也稱切換掉線發(fā)生的概率，是指一個(gè)正在進(jìn)行的通話由于切換失敗而造成的通信被迫終止的概率。（3）切換速率（theRateofHandover）RH或信道利用率（中繼資源利用率）。如果是硬切換，則切換將造成通話的中斷，切換速率越快，由于切換造成通話的中斷時(shí)間越短，反之，越長(zhǎng)。因此，用切換速率衡量較為合理。如果是軟切換，則雖然切換不會(huì)造成通話的中斷，但同時(shí)占用多條（至少兩條）鏈路，會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)資源緊張，切換速率越快，由于切換造成網(wǎng)絡(luò)資源緊張的時(shí)間越短，反之，越長(zhǎng)。因此，用信道利用率（中繼資源利用率）衡量較為合理。

2.切換的三個(gè)階段一個(gè)完整的切換過(guò)程包括三個(gè)階段：切換的初始階段、新的連接產(chǎn)生階段、新的數(shù)據(jù)流建立階段。在切換的初始階段，由用戶、網(wǎng)絡(luò)代理或正在改變的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)來(lái)識(shí)別出切換的必要性，即檢測(cè)切換需求。在新的連接產(chǎn)生階段，網(wǎng)絡(luò)必須找到新的資源來(lái)進(jìn)行切換連接，并執(zhí)行額外的路由操作。在新的數(shù)據(jù)流建立階段，進(jìn)行從舊的連接路徑到新的連接路徑的數(shù)據(jù)的傳送，并根據(jù)已協(xié)商的業(yè)務(wù)保證來(lái)進(jìn)行維護(hù)。切換的功能示意圖如圖2－20所示。圖2－20切換的功能示意圖

3.切換檢測(cè)策略在切換需求檢測(cè)方面，人們已經(jīng)提出了3種策略：移動(dòng)臺(tái)控制的切換（MCHO）、網(wǎng)絡(luò)控制的切換（NCHO）和移動(dòng)臺(tái)輔助的切換（MAHO）。（1）移動(dòng)臺(tái)控制的切換（MCHO）。在移動(dòng)臺(tái)控制的切換（MCHO）中，MS一直監(jiān)測(cè)周?chē)鶥S的信號(hào)，當(dāng)滿足某些切換準(zhǔn)則時(shí)，啟動(dòng)切換過(guò)程。MCHO是低層無(wú)線系統(tǒng)最流行的技術(shù)，在歐洲D(zhuǎn)ECT和北美PACS空中接口協(xié)議中得到應(yīng)用。在這種策略中，MS持續(xù)監(jiān)督來(lái)自所接入的BS和幾個(gè)切換候選BS的信號(hào)強(qiáng)度和質(zhì)量。當(dāng)滿足某些切換準(zhǔn)則時(shí)，MS選定一個(gè)“最佳”可用業(yè)務(wù)信道作為候選BS，并發(fā)出切換請(qǐng)求。我們希望由MS完成自動(dòng)鏈路轉(zhuǎn)換（ALL，兩個(gè)BS之間的切換）和時(shí)隙轉(zhuǎn)換（TST，同一個(gè)BS中兩個(gè)信道之間的切換）的組合控制，其原因是：①減輕網(wǎng)絡(luò)切換任務(wù)的負(fù)擔(dān)。②即使無(wú)線信道突然變差，也能通過(guò)允許重新連接兩個(gè)呼叫來(lái)保證無(wú)線連接的穩(wěn)固性。③控制自動(dòng)鏈路轉(zhuǎn)換和時(shí)隙轉(zhuǎn)換，以防止兩個(gè)過(guò)程無(wú)益的、同時(shí)的激發(fā)。自動(dòng)鏈路轉(zhuǎn)換控制需要MS在BS附近去進(jìn)行當(dāng)前的和候選的信道質(zhì)量測(cè)量。MS在同一個(gè)BS中兩個(gè)信道之間的切換控制可以由誤字指示器（WEI）通過(guò)將上行鏈路質(zhì)量信息經(jīng)下行鏈路傳送給MS來(lái)實(shí)現(xiàn)。MCHO工作進(jìn)程由以下4個(gè)部分組成：①正在進(jìn)行的測(cè)量和測(cè)量數(shù)據(jù)的處理，其中允許MS監(jiān)督質(zhì)量。②觸發(fā)器決策機(jī)制，MS利用經(jīng)處理的測(cè)量數(shù)據(jù)決定是否進(jìn)行自動(dòng)鏈路轉(zhuǎn)換或時(shí)隙轉(zhuǎn)換等動(dòng)作。③自動(dòng)鏈路轉(zhuǎn)換或新時(shí)隙轉(zhuǎn)換的頻率載波選擇，這是一個(gè)與觸發(fā)器決策密切相連的處理。④在MS與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間，通過(guò)一種信令協(xié)議執(zhí)行自動(dòng)鏈路轉(zhuǎn)換或時(shí)隙轉(zhuǎn)換。換句話說(shuō)，在某一個(gè)MS中，一個(gè)正在進(jìn)行的測(cè)量過(guò)程負(fù)責(zé)檢查無(wú)線鏈路的質(zhì)量信息。當(dāng)達(dá)到某些準(zhǔn)則時(shí)，該過(guò)程即明確切換需求，并選擇一個(gè)新的信道。作為解調(diào)處理結(jié)果，MS能夠每幀都得到一次當(dāng)前信道的QI測(cè)量值。例如，在每個(gè)TDMA幀期間，當(dāng)MS不接收和發(fā)送信息時(shí)，該單元就有足夠的時(shí)間進(jìn)行至少一次附加信道的測(cè)量（QI和RSSI）。MS也能獲得下行鏈路的WEI。此外，BS能夠向MS反饋上行鏈路的WEI。該信息只需占用每個(gè)突發(fā)脈沖下行鏈路流的一位。在PACS中，由于在下行鏈路采用TDMA，因此上行鏈路WEI反饋的使用可以表示同一個(gè)BS中兩個(gè)信道的切換需求。另一方面，DECT采用動(dòng)態(tài)信道分配，可以通過(guò)同一個(gè)BS中信道的轉(zhuǎn)換來(lái)同時(shí)改善上行鏈路和下行鏈路。DECT所需的切換時(shí)間是（100～500）ms。對(duì)于PACS，據(jù)報(bào)道該時(shí)間可為（20～50