《移動通信第章》PPT課件.ppt

1、第2章 移 動 通 信 網(wǎng),2.1 引言 2.2 移動通信體制 2.3 移動通信的信道結(jié)構(gòu) 2.4 移動通信網(wǎng)的頻率配置 2.5 移動通信環(huán)境下的干擾 2.6 蜂窩移動通信網(wǎng)絡的頻率規(guī)劃 2.7 多信道共用技術(shù) 2.8 移動通信的交換技術(shù) 2.9 信道自動選擇方式,2.1 引 言,移動通信網(wǎng)就是承接移動通信業(yè)務的網(wǎng)絡，主要完成移動用戶之間、移動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，還包括數(shù)據(jù)、傳真和圖像等通信業(yè)務。 一些移動通信網(wǎng)，直接向社會公眾提供移動通信業(yè)務， 與公共交換電話網(wǎng)（PSTN）聯(lián)系密切，并經(jīng)專門的線路進入公共交換電話網(wǎng)，我們稱之為公用移動電話網(wǎng)

2、。 也有的移動通信網(wǎng)是一些專用網(wǎng)，并不對公眾開放，不進入電話網(wǎng)，或與PSTN的互連較少。例如，工業(yè)企業(yè)中的無線電調(diào)度網(wǎng)、公安指揮、交通管理、海關(guān)緝私、醫(yī)療救護等部門使用的無線電話網(wǎng)，通常稱為專用的移動通信網(wǎng)。,2.2 移動通信體制,2.2.1 大區(qū)制移動通信網(wǎng),圖2-1 大區(qū)制移動通信示意圖,2.2.2 小區(qū)制（蜂窩）移動通信網(wǎng),圖2-2 小區(qū)制(蜂窩)移動通信網(wǎng),圖2-3 按小區(qū)半徑的一半進行小區(qū)分裂示意圖,2.3 移動通信的信道結(jié)構(gòu),2.3.1 話音信道(VC),1. 檢測音(SAT),在模擬蜂窩系統(tǒng)(AMPS和TACS)中，檢測音(SAT)是指在話音傳輸期間連續(xù)發(fā)送的帶外單音。MSC通過

3、對SAT的檢測，可以了解話音信道的傳輸質(zhì)量。當話音信道單元發(fā)射機啟動后， 就會不斷在帶外(話音頻帶為3003400 Hz)發(fā)出檢測音(5970 Hz或6000 Hz或6030 Hz)。SAT由BS的話音信道單元發(fā)出，經(jīng)移動臺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，通話將暫時中斷(模擬蜂窩系統(tǒng)中一般要求限定在800 ms之內(nèi))，可利用這段時間在話音信道中，以數(shù)據(jù)形式傳遞必要的指令或交換數(shù)據(jù)。 3. 信號音(ST) 信號音為線路信號。它是由移動臺發(fā)出的單向信號。例如，在BS尋呼MS過程中，如果BS收到MS發(fā)來的ST，就表示振鈴成功。在切換過程中，原B

4、S收到MS發(fā)來的ST信號，則表示MS對切換認可。 ST是帶內(nèi)信號， 一般在0300 Hz之間。,2.3.2 控制信道(CC),1. 尋呼 當移動用戶被呼時，就在控制信道的下行信道發(fā)起呼叫移動臺信號，所以將該信道稱為尋呼信道(PC)。 2. 接入 當移動用戶主呼時，就在控制信道的上行信道發(fā)起主呼信號， 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，還傳遞大量的其他數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)的常用報文、指定通話信道、重試(重新試呼)等信號。,2.4 移動通信網(wǎng)的頻率配置,表2-1 我國無線電委員會分配給蜂窩移動通信系統(tǒng)的頻率,2.5 移動通信環(huán)境下的干擾,2.5.1 同頻道干擾,1.

5、 同頻道干擾保護比指標 接收機輸出端有用信號達到規(guī)定質(zhì)量的情況下，在接收機輸入端測得有用射頻信號與同頻無用射頻信號之比的最小值， 稱為同頻道干擾保護比。 對于模擬蜂窩移動通信網(wǎng)， 其同頻道干擾保護比指標規(guī)定如下：,（1） 靜態(tài)同頻道干擾保護比。 對于三級話音質(zhì)量其下限信噪比為14 dB。 對應的有用信號與干擾信號之比為8 dB。 所以，為了維持三級話音質(zhì)量下限， 靜態(tài)同頻道干擾保護比要求大于等于8 dB。 對于四級話音質(zhì)量其下限信噪比約為25 dB。為了維持四級話音質(zhì)量下限，靜態(tài)同頻道干擾保護比要求大于等于12 dB。 （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

6、、 干擾概率和靜態(tài)射頻保護比后的同頻道干擾保護比。 當有快衰落和慢衰落時，通常的做法是在靜態(tài)同頻道干擾保護比（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%時的P+ZP值。,表2-2 干擾概率為10%時的P+ZP,2. 同頻道復用保護距離系數(shù)D/r,圖2-4 同頻道復用保護距離系數(shù),式中，D/r為同頻道復用保護距離系數(shù)。,表2-3 同頻道復用保護距離系數(shù)D/r,2.5.2 鄰頻道干擾 工作在k頻道的接收機受到工作于k1頻道的信號的干擾，即鄰道（k1頻道）信號功率落入k頻道的接收機通帶內(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

7、落入相鄰頻道的干擾功率，即減小發(fā)射機帶外輻射； （2） 提高接收機的鄰頻道選擇性； （3） 在網(wǎng)絡設計中，避免相鄰頻道在同一小區(qū)或相鄰小區(qū)內(nèi)使用，以增加同頻道防護比。,2.5.3 互調(diào)干擾 在專用網(wǎng)和小容量網(wǎng)中，互調(diào)干擾可能成為設臺組網(wǎng)較關(guān)心的問題。產(chǎn)生互調(diào)干擾的基本條件是： （1）幾個干擾信號（A、B、C）與受干擾信號的頻率（S）之間滿足2A-B =S或A+B-C =S 的條件； （2） 干擾信號的幅度足夠大； （3） 干擾（信號）站和受干擾的接收機都同時工作。 互調(diào)干擾分為發(fā)射機互調(diào)干擾和接收機互調(diào)干擾兩類。,1. 發(fā)射機互調(diào)干擾 一部發(fā)射機發(fā)射的信號進入了另一部發(fā)射機，并在其末級功放的非

8、線性作用下與輸出信號相互調(diào)制，產(chǎn)生不需要的組合干擾頻率，對接收信號頻率與這些組合頻率相同的接收機造成的干擾，稱為發(fā)射機互調(diào)干擾。 減少發(fā)射機互調(diào)干擾的措施有： （1） 加大發(fā)射機天線之間的距離； （2） 采用單向隔離器件和采用高Q諧振腔； （3） 提高發(fā)射機的互調(diào)轉(zhuǎn)換衰耗。,2. 接收機互調(diào)干擾 當多個強干擾信號進入接收機前端電路時，在器件的非線性作用下，干擾信號互相混頻后產(chǎn)生可落入接收機中頻頻帶內(nèi)的互調(diào)產(chǎn)物而造成的干擾稱為接收機互調(diào)干擾。 減少接收機互調(diào)干擾的措施有： （1） 提高接收機前端電路的線性度； （2） 在接收機前端插入濾波器， 提高其選擇性； （3） 選用無三階互調(diào)的頻道組工作。

9、,3. 在設臺組網(wǎng)中對抗互調(diào)干擾的措施 （1）蜂窩移動通信網(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， 并依靠設備優(yōu)良的互調(diào)抑制指標來抑制互調(diào)干擾。 （2） 專用的小容量移動通信網(wǎng)。 主要采用不等間隔排列的無三階互調(diào)的頻道配置方法來避免發(fā)生互調(diào)干擾。表2-4列出無三階互調(diào)的頻道序號。由表2-4可見，當需要的頻道數(shù)較多時， 頻道利用率很低， 故不適用于蜂窩網(wǎng)。,表2-4 無三階互調(diào)干擾的信道組,2.5.4 阻塞干擾 當外界存在一個離接收機工作頻率較遠, 但能進入接收機并作用于其前端電路的強干擾信號時，由于接收機前端電路的非線性而造成對有用信號增益降低或噪聲增

10、高，使接收機靈敏度下降的現(xiàn)象稱為阻塞干擾。這種干擾與干擾信號的幅度有關(guān)，幅度越大，干擾越嚴重。當干擾電壓幅度非常強時，可導致接收機收不到有用信號而使通信中斷。,2.5.5 近端對遠端的干擾,當基站同時接收從兩個距離不同的移動臺發(fā)來的信號時， 距基站近的移動臺B（距離d2）到達基站的功率明顯要大于距離基站遠的移動臺A（距離，1）的到達功率，若二者頻率相近，則距基站近的移動臺B就會造成對接收距離距基站遠的移動臺A的有用信號的干擾或仰制，甚至將移動臺A的有用信號淹沒。 這種現(xiàn)象稱為近端對遠端干擾。 克服近端對遠端干擾的措施主要有兩個：一是使兩個移動臺所用頻道拉開必要間隔； 二是移動臺端加自動（發(fā)射）

11、功率控制（APC），使所有工作的移動臺到達基站功率基本一致。由于頻率資源緊張，幾乎所有的移動通信系統(tǒng)對基站和移動終端都采用APC工作方式。,2.6 蜂窩移動通信網(wǎng)絡的頻率規(guī)劃,2.6.1 等頻距分配法,在蜂窩移動通信網(wǎng)絡中，同信道干擾問題已在分群時考慮， 保證有足夠的防護比，而鄰道干擾的問題則在信道分配時應加以考慮。 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個信道，將其分為N個信道組，則每個信道組中有M/N個信道，而N個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，最大為

12、K=N，j為信道序號的取值。,我國GSM網(wǎng)和TACS網(wǎng)均采用了這種方法。如果基站采用了無方向性激勵時，通常以12個無線小區(qū)（基地區(qū)）作為一個簇（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=012， 故有（1，13，25， ） 第二信道組， K=2， j=012， 故有（2，14，26， ） 第三信道組， K=3， j=012，故有（3，15，27， ） 第四信道組， K=4， j=012， 故有（4， 16， 28， ）,第五信道組， K=5， j=012， 故有 (5，17， 29， ) 第六信道組， K=6

13、， j=012， 故有（6，18，30， ） 第七信道組， K=7， j=012， 故有（7，19，31， ） 第八信道組， K=8， j=012， 故有(8，20，32， ) 第九信道組， K=9， j=012， 故有(9，21，33， ) 第十信道組， K=10， j=012， 故有(10，22，34， ) 第十一信道組，K=11， j=012， 故有(11，23，35， ) 第十二信道組， K=12， j=012， 故有(12，24，36， ) 這樣同一信道內(nèi)的最小間隔為12， 保證了對鄰道干擾的抑制。,圖2-5 12個無線小區(qū)為一個簇的信道組配置,圖2-6 4個基站24個扇形無線小區(qū)為

14、一個簇的信道組配置,圖2-7 7個基站、21個扇形無線小區(qū)為一個簇的信道組配置,2.6.2 信道分配策略,信道分配策略可分為兩類： 固定的信道分配策略和動態(tài)的信道分配策略。 MSC只分配符合以下條件的某一頻率： 這個小區(qū)沒有使用該頻率，而且，任何為了避免同頻干擾而限定的最小頻率復用距離內(nèi)的小區(qū)也都沒有使用該頻率。動態(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)實時地收集關(guān)于信道占用情況，話務量分布情況，所有信道的無線信號強度指示（RSSI）等數(shù)據(jù)，這增加了系統(tǒng)的計算量和存儲量。,2.7 多信道共用技術(shù),2.7.1 話務量與呼損,1. 呼叫話務量 話務量是度量通

15、信系統(tǒng)業(yè)務量或繁忙程度的指標。所謂呼叫話務量A，是指單位時間內(nèi)（1小時）進行的平均電話交換量。 它可用下面公式來表示：,式中： C每小時平均呼叫次數(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間（包括接續(xù)時間和通話時間）。 如果t0以小時為單位，則話務量A的單位是厄蘭(Erlang，占線小時，簡稱Erl)。如果在一個小時內(nèi)不斷地占用一個信道，則其呼叫話務量為1 Erl。 它是一個信道具有的最大話務量。 例如，設在100個信道上，平均每小時有2100次呼叫，平均每次呼叫時間為2分鐘，則這些信道上的呼叫話務量：,2. 呼損率 當多個用戶共用時，通?？偸怯脩魯?shù)大于信道數(shù)。因此，會

16、出現(xiàn)許多用戶同時要求通話而信道數(shù)不能滿足要求的情況。這時只能先讓一部分用戶通話， 而讓另一部分用戶等待，直到有空閑信道時再通話。這后一部分用戶雖然發(fā)出呼叫， 但因無信道而不能通話稱做呼叫失敗。在一個通信系統(tǒng)中，造成呼叫失敗的概率稱為呼叫失敗概率，簡稱為呼損率（B）。 設A為呼叫成功而接通電話的話務量，簡稱為完成話務量； C為總呼叫的次數(shù)；C0為一小時內(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間， 則,完成話務量A為,呼損率B為,式中，（A-A）為損失話務量。,所以呼損率的物理意義是損失話務量與呼叫話務量之比的百分數(shù)。,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

17、損率也稱為系統(tǒng)的服務等級GOS（the Grade Of Service）。例如，某系統(tǒng)的呼損率為10%，即說明該系統(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現(xiàn)通話。但是，對于一個通信網(wǎng)來說，要想使呼損減少，只有讓呼叫流入的話務量減少，即容納的用戶數(shù)少一些，這是不希望的?？梢姾魮p率和話務量是一對矛盾，即服務等級和信道利用率是矛盾的。,如果呼叫有以下性質(zhì)： (1) 每次呼叫相互獨立， 互不相關(guān)（呼叫具有隨機性）； (2) 每次呼叫在時間上都有相同的概率； 并假定移動電話通信服務系統(tǒng)的信道數(shù)為n；則呼損率B可計算如下：,表2-5 Erl損失概率

18、表,表2-5 Erl損失概率表,表2-5 Erl損失概率表,表2-5 Erl損失概率表,3. 繁忙小時集中度(K),繁忙小時集中度K一般為8%14%。,4. 每個用戶忙時話務量（Aa） 假設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間為T（單位為秒），忙時集中率為K，則每個用戶忙時話務量為 可以看出，Aa為最忙時間的那個小時的話務量，它是統(tǒng)計平均值。例如，每天平均呼叫3次，每次的呼叫平均占用時間為120秒， 忙時集中度為10%(K=0.1)，則每個用戶忙時話務量為0.01 Erl/用戶。 一些移動電話通信網(wǎng)的統(tǒng)計數(shù)值表明，對于公用移動通信網(wǎng)， 每個用戶忙時話務量可按0.01 Erl

19、計算；對于專用移動通信網(wǎng)， 由于業(yè)務的不同，每個用戶忙時話務量也不一樣。一般可按0.06 Erl計算。,2.7.2 每個信道能容納的用戶數(shù),當每個用戶忙時的話務量確定后， 每個信道所能容納的用戶數(shù)m可由下式?jīng)Q定：,每個信道的m與在一定呼損條件下的信道平均話務量成正比，而與每個用戶忙時話務量成反比。 例如，某移動通信系統(tǒng)一個無線小區(qū)有 8 個信道(1 個控制信道， 7個話音信道)，每天每個用戶平均呼叫10次，每次占用信道平均時間為80秒，呼損率要求10%，忙時集中率為0.125。 問該無線小區(qū)能容納多少用戶？,(1) 根據(jù)呼損的要求及信道數(shù)(n=7)，求總話務量A： 可以利用公式，也可查表。求得

20、A=4.666 Erl。 (2) 求每個用戶的忙時話務量Aa：,(3) 求每個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 移動通信的交換技術(shù),2.8.1 無線信道上的通話監(jiān)視,在移動臺通話期間，系統(tǒng)必須由基站或移動臺對無線傳輸質(zhì)量進行在線跟蹤監(jiān)視。一旦發(fā)現(xiàn)無線信號或傳輸質(zhì)量發(fā)生變化時， 就必須采取一些措施，如功率控制、越區(qū)切換和呼叫釋放等措施。在模擬蜂窩電話系統(tǒng)中設置檢測音（SAT）信雜比和無線頻率（RF）信號強度來反映通話質(zhì)量。 在數(shù)字蜂窩GSM系統(tǒng)中，檢測的項目更多，并由基站和移動臺雙方同時進行。基站完成當前服務區(qū)的上行信號質(zhì)量和信號強度的檢測，而移動臺則進行下行信號質(zhì)量

21、和信號強度的檢測。,圖2-8 儲存在話音信道控制單元中 的信雜比門限值,2. 射頻(RF)信號強度,圖2-9 儲存在話音信道控制單元中,2.8.2 位置登記與一齊呼叫,圖2-10 一種位置登記示意圖,圖2-11 另一種位置登記示意圖,現(xiàn)舉例說明位置登記的過程，如圖2-10所示。假定MS在BSB4小區(qū)，這時的位置登記過程如下； (1) MS通過BSB4向MSCB報告（即進行位置登記）。 (2) 被訪MSCB根據(jù)MS的原籍區(qū)號及用戶識別碼等， 通過數(shù)據(jù)線， 找到原籍MSCA的原籍位置寄存器進行咨詢，查出該用戶識別碼， 并把給MS的新區(qū)位置號存入原籍位置寄存器（在原籍MSCA中）。 (3) 與此同時

22、，位置信息也在被訪問MSCB的被訪問位置寄存器中存入，以備MS被呼時使用。 (4) 由于移動臺中有動態(tài)存儲器，可存儲新接收的區(qū)域號（AID），即使移動臺在一段時間內(nèi)關(guān)機（不得超過24個小時）， 存儲器也不會失去記憶：一旦移動臺開機時，將立即進行區(qū)域位置登記。,有時在一個MSC系統(tǒng)中，當移動臺達到一定數(shù)量時，大約為40 000到50 000數(shù)量級時，為便于尋呼某一移動臺，人為地把MSC所管轄的無線小區(qū)劃分為若干位置區(qū)域，如圖2-11所示。在跨越位置區(qū)域時，也要重新進行位置登記，以便在尋呼MS時好查找。例如，MS由BSA6小區(qū)向BSA1小區(qū)行進時的位置登記過程如下： (1) MS通過BSA1向原籍

23、MSCA報告（即進行位置登記）。 (2) 原籍MSCA中的原籍位置寄存器存入變更后的新區(qū)域號， 以備市話用戶尋呼時，能在位置區(qū)內(nèi)一齊呼叫。 (3) 使MS的動態(tài)存儲器中區(qū)域號變?yōu)樾绿枴?2.8.3 呼叫過程,1. 移動臺被呼,圖2-12 移動用戶被呼過程示意圖,2. 移動臺主呼,圖2-13 移動用戶主呼過程示意圖,圖2-14 移動用戶呼叫釋放過程示意圖,2.8.4 定位和越區(qū)切換,1. 定位,圖2-15 信號強度接收機,2. 越區(qū)切換和越局切換 1) 越區(qū)切換,圖2-16 越區(qū)信道切換過程示意圖,2) 越局切換,圖2-17 越局信道切換過程示意圖,2.9 信道自動選擇方式,2.9.1 專用呼叫信道方式,在給定的多個信道中，選擇一個信道專門用作呼叫，該專用呼叫信道有兩個作用：一是處理呼叫，可分成下行信道(BSMS)和上行信道(MSBS)， 該下行信道又稱尋呼信道(Page Channe