《移动通信组网》PPT课件.ppt

,第五章 移动通信网组建技术,4.,3.,2.,1,移动通信网结构,区域覆盖和小区设计,频率的有效利用与信道配置,信令,5.,越区切换和位置管理,1、移动通信网的特点 对移动通信网来说，可以单纯用无线传输，也可与有线传输结合起来，组成更有效的网络；移动通信一般业务量较低。传输的信息量不很大。,5.1移动通信网结构 5.1.2 移动通信网结构,2、移动通信网结构,移动通信网需要以下3种主要节点： 1、移动台（MS：Mobile Station） 2、基站子系统（BSS：Base Station Subsystem） 3、构成网络节点的移动交换中心（(MSC：Mobile Service Center)等。,图5.1 移动通信系统示意图,1） 移动台： 移动台由用户设备构成。用户使用这些设备可以接入蜂窝移动通信网中，得到所需的服务。 移动台分为车载台、便携台和手持台等类型。,2） 基站系统 基站系统由可在小区内建立无线电覆盖并与移动台通信的设备组成。基站系统实现的功能包括控制功能和无线传输功能。,3）移动交换中心 移动交换中心对于其服务区内的移动台进行交换和控制，同时提供移动网与固定公众电信网的接口。作为交换设备，移动交换中心具有完成呼叫接续与控制的能力，以及无线管理和移动性管理的能力。,目前，我国移动通信有A、B、C、D、G五个网络。 A网和B网为模拟网，现逐步被数字网所取代。 C网由于采用了 CDMA技术传输信道的频带宽，故此传送的数据量大。 D网工作于1800MHZ频段， G网工作于 900MHZ频段，但两网可以兼客，对用户来说可视为一个网。,5.1.2移动通信网的基本功能,图5.2 智能网的分层,智能网分为智能层、信令层和传输交换层,智能网（IN）,图5.3 移动智能网的构成,图5.4 新业务的创建和加载过程,移动智能网业务 1、预付费业务 2、广告业务 3、分时分区计费业务 4、移动虚拟专用网 5、个人优惠业务,5.2区域覆盖和小区设计 5.2.1 服务区的体制 1、大区制 大区制是指在城市内只设一个基站（BS），由它控制联络接通各个移动台（MS）、大区制适用于用户少的地区，如图5.5所示。,图5.5 大区制移动通信示意图,在大区中，所有频道的频率都不重复。 大区制覆盖的区域大，基站的发射机输出功率也较大，往往需200W左右，覆盖半径约为3050km。大区制的优点是建网简单、投资少、见效快，在用户较少的地域非常适宜。,2、中区制 服务区由一个或多个基站组成，每个基站能覆盖半径约为1525km。与大区制相比，提高了频道利用率，因为在这种体制中允许相隔一定距离的两个基站使用相同的工作频率,3、小区制 小区制就是把整个服务区域划分为若干个小区，每个小区设置一个基站，负责本小区内移动通信的联络和控制，同时还要在几个小区间设置移动业务交换中心。,图5.6 小区制移动通信示意图,4、服务区形状 服务区形状有： 线状服务区 带状服务区 面状服务区。,常见的线状服务区域有高速公路、铁路和水运航道等，可采用定向天线。,图5.7 线状区域构成,常见的带状服务区有狭长城市、沿海水域等带状区域的通信。,图5.8 带状区域构成,5.2.2 小区设计 1、蜂窝结构 对于频率资源有限的无线通信重要的是有效利用频率。为此，组建移动通信网时，特别需要研究地理位置不同的区域如何重复利用相同频率的问题，即频率复用向题。,a）单无线小区构成服务区 b）多无线小区构成服务区 图5.9 无线小区构成,通信时用户不受其他干扰，因此，频率可重复利用，但效卒低,通信时相互无干扰，在相距一定距离的基站间分配同一频率，这样，频牢利用率最高,小区结构特征 1、频率利用率高、无线小区越少，频率利用率越高。 2、可以保证有良好的通信质量 3、发射功率较小，设备构成比较复杂,2、小区构成 （1）小区图案 由正多边形彼此邻接构成平面时只能是正三角形、正方形和正六边形,图5.10 小区构成的几何图形,图5.11 小区构成几何图形,1）小区间隔,正三角形为R,正方边形,正六边形,2）小区面积与重叠面积,图5.13 重叠小区宽度的定义,正三角形为 R,正六边形为,正方形为,3）需要的最少无线频率数 邻接小区会产生于扰。因此下能使用同一频率。当邻接小区使用不同频率时，需要的最少频率数目随构成小区方法不同而异，正三角形需要6种频卒，正方形需要4种，而正六边形需要3种。,（2）正六边形小区结构,图5.14 正六边形3小区重复图案,图5.15 重复小区之间关系,O0与O1O6间的距离为D，小区半径为R。,面积S等于包括O1O6的各重复区域部分面积S1S6之和。 S1S6总面积是S0的2倍，因此S3S0。 又因为 ， 单位小区面积等于 ，所以，重复小区数N可用下式表示,（51）,图5.16 某小区与重复小区之间的关系,从小区中心到邻接小区的距离为r，即，这时O0O1间距离D可用下式表示:,（5-2）,根据式51与式532，可得 式中I与j为正整数，N取满足式（53）的离散值。,(53),图5.17 正六边形小区构成的实例,图5.18 扇形小区结构实例（3扇区7区群）,（3）扇形小区结构,5.3.1移动通信中的频率利用,5.3频率的有效利用与信道配置,5.19 无线信道的配置,1、 分区分组配置法 分区分组配置法所遵循的原则是：尽量减少占用的总频段，以提高频段的利用率；同一区群内不能使用相同的信道，以避免同频干扰；小区内采用无三阶互调的相容信道组，以避免互调干扰。,5.3.2 信道的配置,若每个区群有7个小区，每个小区需6个信道，按上述原则进行分配，可得到： 第一组 1 、5 、14、20、34、36 第二组 2 、9 、13、18、21、31 第三组 3 、8 、19、25、33、40 第四组 4 、12、16、22、37、39 第五组 6 、10、27、30、32、41 第六组 7 、11、24、26、29、35 第七组 15、17、23、28、38、42,2、 等频距配置法 等频距配置法是按等频率将来配置信道的，只要频距选得足够大，就可以有效地避免邻道干扰。这样的频率配置可能正好满足产生互调的频率关系，但正因为频距大，干扰易于被接收机输入滤波器滤除，这也就避免了互调的产生。,等频距配置时可根据群内的小区数N来确定同一信道组内各信道之间的频率间隔，信道的配置为： 第一组 1、8、15、22、29、 第二组 2、9、16、23、30、 第三组 3、10、17、24、31、 第四组 4、11、18、25、32、 第五组 5、12、19、26、33、 第六组 6、13、20、27、34、 第七组 7、14、21、28、35、,电波在空间上占有一定范围。 所谓空间是由频带、时间、实际的物理空间组成的多维宝间，也称频谱空间。,5.3.3频率利用率,而使用频谱空间大小使用带宽占有物理空间大小使用时间。,1、工作频段 GSM移动通信采用900MHz频段；905915MHz（基站收、移动台发） 950960MHz（基站发、移动台收）可用频带为10MHz,5.3.4 GSM数字移动通信的频率配置,2频道间隔 GSM系统相邻频道间隔为200kHz，在同一频道组内，任意相邻两个频道间隔为 2.4MHz，收发间隔为 45MHz每个频道采用时分多址接入方式，分为 8个信道，将来采用半速率语音编码后，每个频道可容纳16个半速率信道。,3频道配置 频道配置采用等间隔频道配置方法，频道序号为76124，共计49个频道，频道序号与频道标称中心频率MHz的关系为 fn890.200+(n-1)0.200 (移动台发，基站收) fn935.200+(n-1)0.200 (移动台收，基站发),信令是这样一个系统，它允许程控交换、网络数据库、网络中其它“智能”节点交换下列有关信息：即呼叫建立、监控、拆除、分布式应用进程所需的信息(进程之间的询问响应，或用户到用户的数据)、网络管理信息。,5.4信令,信令分为两种： 一种是用户到网络节点间的信令(称为接入信令)； 另一种是网络节点之间的信令（称为网络信令）；,无线侧的功能包括三个模块： 呼叫管理 移动管理 无线资源管理。,5.4.1接入信令,按信号形式的不同，信令又可分为数字信令和音频信令两类。 数字信令具有速度快、容量大、可靠性高等一系列明显的优点，它已成为目前公用移动通信网中采用的主要形式。,1、数字信令 信令格式是多种多样的，不同通信系统的信令格式也各不相同。常用的信令格式它包括前置码(P)、字同步(SW)、地址或数据(A或D)、纠错码(SP)等四部分。,图5.20 典型的数字信令格式,一个典型的用于TACS系统反向信道的信令格式如图521所示。图中由若干个字组成一条消息，每个字采用BCH(48，36，5)进行纠错编码，然后重复5次，以提高消息传输的可靠性。,图5.21 数字信令举例,2、音频信令 （1）带内单音频信令 用0.33kHz范围内不同的单音作为信令的称为带内单音频信令。,(2) 带外亚音频信令 采用低于300Hz的单音作信令。例如，用67Hz至250Hz间的。43个频率点的单音可对43个移动台进行选台呼叫，也可进行群呼，一次呼叫时间为4秒钟。,(3) 双音频拨号信令 拨号信令是移动台主叫时发往基站的信号，它应考虑与市话机有兼容性且适宜于在无线信道中传输。常用的方式有单音频脉冲、双音频脉冲、10中取1、5中取2以及43方式。,43方式就是市话网用户环路中用的双音多频(DTMF)方式。,这种方式的优点是: 1、每次发送的两个单音中，一个取自低音群，一个取自高音群，两者频差大，易于检出； 2、与市话兼容，不需转换，传送速度快； 3、设备简单，有国际通用的集成电路可用，性能可靠，成本低。 4、两功能键“*”和“#”，可根据需要赋以其它功能。,3、信令传输协议 为了传输信令，物理层在物理信道上形成了许多逻辑信道，如广播信道(BCH)，随机接入信道(RACH)，接入允许信道(AGCH)和寻呼信道(PCH)等。 这些逻辑信道按照一定的规则复接在物理层的具体帧的具体突发脉冲。,在这些逻辑信道上传输链路层的信息。,图5.22. 帧格式,常用的网络信令就是7号信令，它主要用于交换机之间、交换机与数据库(如HLR，VLR，AUC)之间交换信息。 7号信令系统的协议结构如图5.23所示。它包括MTP，SCCP，TCAP，MAP，OMAP和ISDNUP等部分。,5.4.2 网络信令,图5.23 7号信令系统的协议结构,消息传递部分(MTP)分为三层 第一层为信令数据层，它定义了信号链路的物理和电气特性； 第二层是信令链路层，它提供数据链路的控制，负责提供信令数据链路上的可靠数据传送； 第三层是信令网络层，它提供公共的消息传送功能。,信令连接控制部分(SCCP)提供地址的扩展能力和四类业务。 0类是基本的无连接型业务； 1类是有序的无连接型业务； 2类是基本的面向连接型业务； 3类是具有流量控制的面向连接型业务。,图5.24 7号信令的网络结构,7号信令网络是与现在PSTN平行的一个独立网络。它由三个部分组成： 信令点(SP) 信令链路 信令转移点(STP),5.4.3 信令应用,图5.25 信令应用举例（呼叫控制）,5.5.1 越区切换 越区(过区)切换(Handover或Handoff)是指将当前正在进行的移动台与基站之间的通信链路从当前基站转移到另一个基站的过程。该过程也称为自动链路转移ALT（Automatic Link Transfer）。,5.5 越区切换和位置管理,切换包括三个问题 越区切换准则，也就是何时需要进行越区切换； 越区切换如何控制； 越区切换时信道分配。,越区切换分为两大类：一类是硬切换，另一类是软切换。 硬切换是指在新的连接建立以前，先中断旧的连接 软切换是指既维持旧的连接，又同时建立新的连接，当与新基站建立可靠连接之后再中断旧链路。,1、越区切换的准则 在决定何时需要进行越区切换时，通常是根据移动台处接收的平均信号强度。也可以据移动台处的信噪比(或信号干扰比)、误比特率等参数来确定。,假定移动台从基站1向基站2运动，其信号强度的变化。,图5.26 越区切换示意图,越区切换准则 1)、相对信号强度准则 2)、具有门限规定的相对信号强度准则 3)、具有滞后余量的相对信号强度准则 4)、具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则,2、越区切换的控制策略 越区切换控制包括两个方面：一方面是越区切换的参数控制，另一方面是越区切换的过程控制。 在移动通信系统中，过程控制的方式主要有三种： (1)移动台控制的越区切换。 (2)网络控制的越区切换。 (3)移动台辅助的越区切换。,3、越区切换时的信道分配 越区切换时信道分配常用的做法是在每个小区预留部分信道专门用于越区切换。 这种做法的特点是：因新呼吸使可用信道数的减少，要增加呼损率，但减少了通话被中断的概率，从而符合人们的使用习惯。,在现有的第二代数字移动通信系统中，位置管理采用两层数据库，即原籍位置寄存器(HLR)和访问位置寄