移动通信第2章

1、第2章 移 动 通 信 网 第2章 移 动 通 信 网 2.1 引言引言 2.2 移动通信体制移动通信体制 2.3 移动通信的信道结构移动通信的信道结构 2.4 移动通信网的频率配置移动通信网的频率配置 2.5 移动通信环境下的干扰移动通信环境下的干扰 2.6 蜂窝移动通信网络的频率规划蜂窝移动通信网络的频率规划 2.7 多信道共用技术多信道共用技术 2.8 移动通信的交换技术移动通信的交换技术 2.9 信道自动选择方式信道自动选择方式 第2章 移 动 通 信 网 2.1 引引 言言 移动通信网就是承接移动通信业务的网络，主要完成移动移动用户之间用户之间、移动用户与固定用户移动用户与固定用户之

2、间的信息交换信息交换。这里的“信信息交换息交换”不仅仅指双方的通话业务，还包括数据、传真和图像数据、传真和图像等通信业务等通信业务。 一些移动通信网，直接向社会公众提供移动通信业务， 与公共交换电话网（PSTN）联系密切，并经专门的线路进入公共交换电话网，我们称之为公用移动电话网公用移动电话网。 也有的移动通信网是一些专用网，并不对公众开放，不进入电话网，或与PSTN的互连较少。例如，工业企业中的无线电调度网、公安指挥、交通管理、海关缉私、医疗救护等部门使用的无线电话网，通常称为专用的移动通信网专用的移动通信网。 第2章 移 动 通 信 网 2.2 移动通信体制移动通信体制2.2.1 大区制移

3、动通信网大区制移动通信网 图图2-1 大区制移动通信示意图大区制移动通信示意图 BSRRRRMS1服务区(无线区)f1f2MS2f4f3大区制就是在一个服务区域内只大区制就是在一个服务区域内只有一个或几个基站，并由它负责有一个或几个基站，并由它负责移动通信的联络和控制。移动通信的联络和控制。为了扩大服务区域，基站的天线为了扩大服务区域，基站的天线架设的都很高，发射机的功率也架设的都很高，发射机的功率也较大较大200W，覆盖半径大约，覆盖半径大约3050km。移动通信网的服务区域覆盖方移动通信网的服务区域覆盖方式可分为：小容量的大区制和式可分为：小容量的大区制和大容量的小区制。大容量的小区制。优

4、点：组成简单、投资少、见优点：组成简单、投资少、见效快，主要用于专网或用户较效快，主要用于专网或用户较少的地区。少的地区。第2章 移 动 通 信 网 2.2.2 小区制（蜂窝）移动通信网小区制（蜂窝）移动通信网 图图2-2 小区制小区制(蜂窝蜂窝)移动通信网移动通信网 小区制就是把整个服务区域划分小区制就是把整个服务区域划分成若干个无线小区，每个小区分成若干个无线小区，每个小区分别设置一个基站，负责本小区移别设置一个基站，负责本小区移动通信的联络和控制，同时又在动通信的联络和控制，同时又在MSC的控制下，实现小区之间移的控制下，实现小区之间移动用户通信的转接，以及移动用动用户通信的转接，以及移

5、动用户与市话用户的联系。户与市话用户的联系。第2章 移 动 通 信 网 图图2-3 按小区半径的一半进行小区分裂示意图按小区半径的一半进行小区分裂示意图 DCEGFEBFGEGFDBACGFDBFEDC区域划分：小区、微小区、微微小区。区域划分：小区、微小区、微微小区。使用中：小区分裂（如图使用中：小区分裂（如图2-3所示）、小所示）、小区扇形化、覆盖区域逼近等技术增加系区扇形化、覆盖区域逼近等技术增加系统容量。统容量。优点：提高频谱利用率、较少干扰、优点：提高频谱利用率、较少干扰、组网灵活、有效解决了频道数量有限组网灵活、有效解决了频道数量有限和用户数增大之间的矛盾。和用户数增大之间的矛盾。

6、不足：需更换工作频道、交换要求高、不足：需更换工作频道、交换要求高、建网成本高。建网成本高。第2章 移 动 通 信 网 2.3 移动通信的信道结构移动通信的信道结构 2.3.1 话音信道话音信道(VC) 主要传递话音信号，占用和空闲受移动业务交换中心控制和管主要传递话音信号，占用和空闲受移动业务交换中心控制和管理。当一个话音信道理。当一个话音信道空闲空闲时，基站话音信号单元发射机时，基站话音信号单元发射机关闭关闭；当一个话音信道被当一个话音信道被占用占用时，发射机时，发射机打开打开；当信道当信道空闲空闲但存在干扰且超过一定的值，该信道但存在干扰且超过一定的值，该信道不可用不可用。在话音信道中，

7、除了传递话音外，还传递一些其他信息，如在话音信道中，除了传递话音外，还传递一些其他信息，如检检测音、数据、信号音测音、数据、信号音等。等。 在移动通信系统中，无线信道通常包括：在移动通信系统中，无线信道通常包括：业务（话音）信道业务（话音）信道和和控制信道控制信道。第2章 移 动 通 信 网 在模拟蜂窝系统在模拟蜂窝系统(AMPS和和TACS)中，中，检测音检测音(SAT)是指在话音传输期间连续发送的带外单音是指在话音传输期间连续发送的带外单音。MSC通过通过对对SAT的检测，可以了解话音信道的传输质量。的检测，可以了解话音信道的传输质量。当话当话音信道单元发射机启动后，音信道单元发射机启动后

8、， 就会不断在带外就会不断在带外(话音频带话音频带为为3003400 Hz)发出检测音发出检测音(5970 Hz或或6000 Hz或或6030 Hz)。SAT由由BS的话音信道单元发出，经移动台的话音信道单元发出，经移动台MS环环回。回。 1. 检测音检测音(SAT)第2章 移 动 通 信 网 2. 数据数据 在一定情况下，在话音信道上还可传递数据。在一定情况下，在话音信道上还可传递数据。 例如，例如， 在越在越区切换时，通话将暂时中断区切换时，通话将暂时中断(模拟蜂窝系统中一般要求限定在模拟蜂窝系统中一般要求限定在800 ms之内之内)，可利用这段时间在话音信道中，可利用这段时间在话音信道中

9、，以数据形式传以数据形式传递必要的指令或交换数据。递必要的指令或交换数据。 3. 信号音信号音(ST) 信号音为线路信号。它是由移动台发出的单向信号。信号音为线路信号。它是由移动台发出的单向信号。例如，例如，在在BS寻呼寻呼MS过程中，如果过程中，如果BS收到收到MS发来的发来的ST，就表示振铃，就表示振铃成功。在切换过程中，原成功。在切换过程中，原BS收到收到MS发来的发来的ST信号，则表示信号，则表示MS对对切换认可。切换认可。 ST是带内信号，是带内信号， 一般在一般在0300 Hz之间。之间。 第2章 移 动 通 信 网 2.3.2 控制信道控制信道(CC) 一般控制信道的一般控制信道

10、的下行下行用于寻呼，用于寻呼，上行上行用于接入。用于接入。在每一个无线小区内，通常只有在每一个无线小区内，通常只有一个一个控制信道。控制信道。因此，一个中心激励的基站，配备一套控制信道单元；因此，一个中心激励的基站，配备一套控制信道单元；一个顶点激励的基站，配备三套控制信道单元。一个顶点激励的基站，配备三套控制信道单元。 第2章 移 动 通 信 网 1. 寻呼寻呼 当移动用户被呼时，就在控制信道的下行信道发起当移动用户被呼时，就在控制信道的下行信道发起呼叫移动台信号，所以将该信道称为寻呼信道呼叫移动台信号，所以将该信道称为寻呼信道(PC)。 2. 接入接入 当移动用户主呼时，就在控制信道的上行

11、信道发起当移动用户主呼时，就在控制信道的上行信道发起主呼信号，主呼信号， 所以将该信道称为接入信道所以将该信道称为接入信道(AC)。 在控制信道中，不仅传递寻呼和接入信号，在控制信道中，不仅传递寻呼和接入信号，还传递大量的其他数据，如系统的还传递大量的其他数据，如系统的常用报文常用报文、指定通话信道指定通话信道、重试重试(重新试呼重新试呼)等信号。等信号。 第2章 移 动 通 信 网 2.4 移动通信网的频率配置移动通信网的频率配置 表表2-1 我国无线电委员会分配给蜂窝移动通信系统的频率我国无线电委员会分配给蜂窝移动通信系统的频率 系统或使用部门系统或使用部门 上行频率上行频率/MHz 下行

12、频率下行频率/MHz 中国联通CDMA 825835 870880 中国移动GSM室内分布系统885890 930935 中国移动GSM900 890909 935954 中国联通GSM900909915 954960 中国移动DCS1800 17101720 18051815 中国联通DCS1800 17451755 18401850 第2章 移 动 通 信 网 2.5 移动通信环境下的干扰移动通信环境下的干扰 在移动通信的无线设计中，进行在移动通信的无线设计中，进行无线覆盖设计无线覆盖设计和和解决无线解决无线电干扰电干扰是两大难题。是两大难题。 对于微蜂窝结构的无线网来说，解决无线电干扰可

13、能比对于微蜂窝结构的无线网来说，解决无线电干扰可能比进行覆盖区设计更加困难。进行覆盖区设计更加困难。 在移动通信网络内，无线电干扰一般可分为在移动通信网络内，无线电干扰一般可分为同频道干扰同频道干扰、邻频道干扰邻频道干扰、互调干扰互调干扰、阻塞干扰阻塞干扰和和近端对远端的干扰近端对远端的干扰等。等。第2章 移 动 通 信 网 2.5.1 同频道干扰同频道干扰 所有落在收信机同带内的与有用信号频率相同或所有落在收信机同带内的与有用信号频率相同或相近的干扰信号称为同频道干扰。相近的干扰信号称为同频道干扰。1. 同频道干扰保护比指标同频道干扰保护比指标 接收机输出端有用信号达到规定质量的情况下，在接

14、收机输出端有用信号达到规定质量的情况下，在接收机输入端测得有用射频信号与同频无用射频信号接收机输入端测得有用射频信号与同频无用射频信号之比的最小值，之比的最小值， 称为称为同频道干扰保护比同频道干扰保护比。 话音质量通过话音质量通过用户平均意见得分用户平均意见得分MOS进行评价。进行评价。 对于模拟蜂窝移动通信网，对于模拟蜂窝移动通信网， 其同频道干扰保护比其同频道干扰保护比指标规定如下：指标规定如下： 第2章 移 动 通 信 网 （1） 静态同频道干扰保护比。静态同频道干扰保护比。 对于三级话音质量其下限信噪比为对于三级话音质量其下限信噪比为14dB。 对应的有用信对应的有用信号与干扰信号之

15、比为号与干扰信号之比为8dB。 所以，为了维持三级话音质量下限，所以，为了维持三级话音质量下限， 静态同频道干扰保护比要求大于等于静态同频道干扰保护比要求大于等于8dB。 对于四级话音质量其下限信噪比约为对于四级话音质量其下限信噪比约为25dB。为了维持四级。为了维持四级话音质量下限，静态同频道干扰保护比要求大于等于话音质量下限，静态同频道干扰保护比要求大于等于12dB。 （2） 同频道干扰概率。同频道干扰概率。 同频道干扰概率规定为同频道干扰概率规定为10%。 第2章 移 动 通 信 网 （3）考虑衰落影响、）考虑衰落影响、 干扰概率和静态射频保护比后的同频干扰概率和静态射频保护比后的同频道

16、干扰保护比。道干扰保护比。 当有快衰落和慢衰落时，当有快衰落和慢衰落时，通常的做法是在静态同频道干扰通常的做法是在静态同频道干扰保护比（保护比（P）上加上同频道干扰余量（）上加上同频道干扰余量（ZP），），即即P+ZP（dB）。）。 表表2-2列出干扰概率为列出干扰概率为10%时时的的P+ZP值。值。 表表2-2 干扰概率为干扰概率为10%时的时的P+ZP话音等级 P/dB ZP/dB P+ZP/dB L=6 dBL= 12dBL=6 dBL=12 dB三级话音质量 814.522.822.530.8四级话音质量 1214.522.826.534.8L代表接收中值场强随位置变化的标准偏差。代表

17、接收中值场强随位置变化的标准偏差。对于数字蜂窝通信系统，可适当降低载干比的要求。对于数字蜂窝通信系统，可适当降低载干比的要求。第2章 移 动 通 信 网 2. 同频道复用保护距离系数同频道复用保护距离系数D/r 图2-4 同频道复用保护距离系数 受干扰站Ar受干扰严重点干扰站BrA站场强md1 md2B站场强D rDmd1有用信号的平均电平 / dBmd2无用信号的平均电平 / dB在蜂窝网中，使两个同频小区保持必要的距离是保证同频道干扰在蜂窝网中，使两个同频小区保持必要的距离是保证同频道干扰保护比达到指标要求的主要办法。保护比达到指标要求的主要办法。在全向基站中，在全向基站中，同频道复同频道

18、复用保护距离系数用保护距离系数由右图定由右图定义：义：第2章 移 动 通 信 网 rrDZPPlg40式中，D/r为同频道复用保护距离系数为同频道复用保护距离系数。 表表2-3 同频道复用保护距离系数同频道复用保护距离系数D/r P+ZP/dB 22.530.826.534.8D/r4.77.35.68.9为了满足表为了满足表2-2的同频道干扰保护比指标，所需系数由下式定义：的同频道干扰保护比指标，所需系数由下式定义：计算结果列于表计算结果列于表2-3中。中。第2章 移 动 通 信 网 2.5.2 邻频道干扰邻频道干扰 工作在工作在k频道的接收机受到工作于频道的接收机受到工作于k1频道的信号的

19、干扰，频道的信号的干扰，即邻道（即邻道（k1频道）信号功率落入频道）信号功率落入k频道的接收机通带内造成频道的接收机通带内造成的干扰称为邻频道干扰。的干扰称为邻频道干扰。解决邻频道干扰的措施包括：解决邻频道干扰的措施包括： （1） 降低发射机落入相邻频道的干扰功率，即减小发射机带外辐射；降低发射机落入相邻频道的干扰功率，即减小发射机带外辐射； （2） 提高接收机的邻频道选择性；提高接收机的邻频道选择性； （3） 在网络设计中，避免相邻频道在同一小区或相邻小区内使用，以在网络设计中，避免相邻频道在同一小区或相邻小区内使用，以增加同频道防护增加同频道防护比。比。 第2章 移 动 通 信 网 2.5

20、.3 互调干扰互调干扰 在专用网和小容量网中，互调干扰可能成为设台组网较关在专用网和小容量网中，互调干扰可能成为设台组网较关心的问题。心的问题。产生互调干扰的基本条件是：产生互调干扰的基本条件是： （1）几个干扰信号（）几个干扰信号（A、B、C）与受干扰信号的频率（）与受干扰信号的频率（S）之间）之间满足满足2A-B =S或或A+B-C =S 的条件；的条件； （2） 干扰信号的幅度足够大；干扰信号的幅度足够大； （3） 干扰（信号）站和受干扰的接收机都同时工作。干扰（信号）站和受干扰的接收机都同时工作。 互调干扰分为互调干扰分为发射机互调干扰发射机互调干扰和和接收机互调干扰接收机互调干扰两类

21、。两类。 第2章 移 动 通 信 网 1. 发射机互调干扰发射机互调干扰 一部发射机发射的信号进入了另一部发射机，并在其末一部发射机发射的信号进入了另一部发射机，并在其末级功放的非线性作用下与输出信号相互调制，产生不需要的级功放的非线性作用下与输出信号相互调制，产生不需要的组合干扰频率，对接收信号频率与这些组合频率相同的接收组合干扰频率，对接收信号频率与这些组合频率相同的接收机造成的干扰，称为发射机互调干扰。机造成的干扰，称为发射机互调干扰。 减少发射机互调干扰减少发射机互调干扰的措施有：的措施有： （1） 加大发射机天线之间的距离；加大发射机天线之间的距离； （2） 采用单向隔离器件和采用高

22、采用单向隔离器件和采用高Q谐振腔；谐振腔； （3） 提高发射机的互调转换衰耗。提高发射机的互调转换衰耗。 第2章 移 动 通 信 网 2. 接收机互调干扰接收机互调干扰 当多个强干扰信号进入接收机前端电路时，在器件的非当多个强干扰信号进入接收机前端电路时，在器件的非线性作用下，干扰信号互相混频后产生可落入接收机中频频线性作用下，干扰信号互相混频后产生可落入接收机中频频带内的互调产物而造成的干扰称为接收机互调干扰。带内的互调产物而造成的干扰称为接收机互调干扰。 减少接减少接收机互调干扰的措施有：收机互调干扰的措施有： （1） 提高接收机前端电路的线性度；提高接收机前端电路的线性度； （2） 在接

23、收机前端插入滤波器，在接收机前端插入滤波器， 提高其选择性；提高其选择性； （3） 选用无三阶互调的频道组工作。选用无三阶互调的频道组工作。 第2章 移 动 通 信 网 3. 在设台组网中对抗互调干扰的措施在设台组网中对抗互调干扰的措施 （1）蜂窝移动通信网。）蜂窝移动通信网。 由于需要频道多和采用空腔谐振由于需要频道多和采用空腔谐振式合成器，只有采用互调最小的等间隔频道配置方式，式合成器，只有采用互调最小的等间隔频道配置方式， 并依并依靠设备优良的互调抑制指标来抑制互调干扰。靠设备优良的互调抑制指标来抑制互调干扰。 （2）专用的小容量移动通信网。）专用的小容量移动通信网。 主要采用不等间隔排

24、列主要采用不等间隔排列的无三阶互调的频道配置方法来避免发生互调干扰。表的无三阶互调的频道配置方法来避免发生互调干扰。表2-4列列出无三阶互调的频道序号。由表出无三阶互调的频道序号。由表2-4可见，当需要的频道数较可见，当需要的频道数较多时，多时， 频道利用率很低，频道利用率很低， 故不适用于蜂窝网。故不适用于蜂窝网。 第2章 移 动 通 信 网 表表2-4 无三阶互调干扰的信道组无三阶互调干扰的信道组 第2章 移 动 通 信 网 2.5.4 阻塞干扰阻塞干扰 当外界存在一个离接收机工作频率较远当外界存在一个离接收机工作频率较远, 但能进入接收但能进入接收机并作用于其前端电路的强干扰信号时，由于

25、接收机前端电机并作用于其前端电路的强干扰信号时，由于接收机前端电路的非线性而造成对有用信号增益降低或噪声增高，使接收路的非线性而造成对有用信号增益降低或噪声增高，使接收机灵敏度下降的现象称为阻塞干扰。这种干扰与干扰信号的机灵敏度下降的现象称为阻塞干扰。这种干扰与干扰信号的幅度有关，幅度越大，干扰越严重。当干扰电压幅度非常强幅度有关，幅度越大，干扰越严重。当干扰电压幅度非常强时，可导致接收机收不到有用信号而使通信中断。时，可导致接收机收不到有用信号而使通信中断。 第2章 移 动 通 信 网 2.5.5 近端对远端的干扰近端对远端的干扰 当基站同时接收从两个距离不同的移动台发来的信号时，当基站同时

26、接收从两个距离不同的移动台发来的信号时， 距距基站近的移动台基站近的移动台B（距离（距离d2）到达基站的功率明显要大于距离基）到达基站的功率明显要大于距离基站远的移动台站远的移动台A（距离，（距离，1）的到达功率，若二者）的到达功率，若二者频率相近，则距基站近的移动台频率相近，则距基站近的移动台B就会造成对接收距离距基站远就会造成对接收距离距基站远的移动台的移动台A的有用信号的干扰或仰制，甚至将移动台的有用信号的干扰或仰制，甚至将移动台A的有用信的有用信号淹没。号淹没。 这种现象称为这种现象称为近端对远端干扰近端对远端干扰。 克服近端对远端干扰的措施主要有两个：克服近端对远端干扰的措施主要有两

27、个：一是使两个移动台一是使两个移动台所用频道拉开必要间隔；所用频道拉开必要间隔； 二是移动台端加自动（发射）功率控制二是移动台端加自动（发射）功率控制（APC），使所有工作的移动台到达基站功率基本一致。），使所有工作的移动台到达基站功率基本一致。由于频由于频率资源紧张，几乎所有的移动通信系统对基站和移动终端都采用率资源紧张，几乎所有的移动通信系统对基站和移动终端都采用APC工作方式。工作方式。 第2章 移 动 通 信 网 2.6 蜂窝移动通信网络的频率规划蜂窝移动通信网络的频率规划 2.6.1 等频距分配法等频距分配法 在蜂窝移动通信网络中，同信道干扰问题已在分群时考虑，在蜂窝移动通信网络中，

28、同信道干扰问题已在分群时考虑， 保证有足够的防护比，而邻道干扰的问题则在信道分配时应加保证有足够的防护比，而邻道干扰的问题则在信道分配时应加以考虑。以考虑。 等频距分配法按频率等间隔分配信道，这样可以有效等频距分配法按频率等间隔分配信道，这样可以有效地避免邻道干扰。若需要地避免邻道干扰。若需要M个信道，将其分为个信道，将其分为N个信道组，则个信道组，则每个信道组中有每个信道组中有M/N个信道，而个信道，而N个信道组的信道序列可以确个信道组的信道序列可以确定如下：定如下： K+jN K=1，2，3， ， N； J=0， 1， 2， ， (M/N)-1式中，式中， K为信道组的序列号，最大为为信道

29、组的序列号，最大为K=N，j为信道序号的取值。为信道序号的取值。 第2章 移 动 通 信 网 我国我国GSM网和网和TACS网均采用了这种方法。如果基站采用网均采用了这种方法。如果基站采用了无方向性激励时，通常以了无方向性激励时，通常以12个无线小区（基地区）作为一个个无线小区（基地区）作为一个簇（簇（cluster），）， 其信道组配置如图其信道组配置如图2-5所示。按所示。按K+jN的规律，的规律，可以确定各信道组的信道序列如下：可以确定各信道组的信道序列如下：第一信道组，第一信道组， K=1， j=012， 故有（故有（1，13，25， ）第二信道组，第二信道组， K=2， j=012，

30、 故有（故有（2，14，26， ） 第三信道组，第三信道组， K=3， j=012，故有（，故有（3，15，27， ） 第四信道组，第四信道组， K=4， j=012， 故有（故有（4， 16， 28， ） 第2章 移 动 通 信 网 第五信道组，第五信道组， K=5， j=012， 故有故有 (5，17， 29， )第六信道组，第六信道组， K=6， j=012， 故有（故有（6，18，30， ）第七信道组，第七信道组， K=7， j=012， 故有（故有（7，19，31， ）第八信道组，第八信道组， K=8， j=012， 故有故有(8，20，32， )第九信道组，第九信道组， K=9，

31、j=012， 故有故有(9，21，33， )第十信道组，第十信道组， K=10， j=012， 故有故有(10，22，34， )第十一信道组，第十一信道组，K=11， j=012， 故有故有(11，23，35， )第十二信道组，第十二信道组， K=12， j=012， 故有故有(12，24，36， )这样同一信道内的最小间隔为这样同一信道内的最小间隔为12， 保证了对邻道干扰的抑制。保证了对邻道干扰的抑制。 第2章 移 动 通 信 网 图2-5 12个无线小区为一个簇的信道组配置 811912710352411271081194163581191271035241重复使用频道组序号第2章 移

32、动 通 信 网 图2-6 4个基站24个扇形无线小区为一个簇的信道组配置 113211759424208121621422186101132117593152319711频 道 组 序 号重 复 使 用第2章 移 动 通 信 网 图2-7 7个基站、21个扇形无线小区为一个簇的信道组配置 3101741118714216132029163101771421512192916181541118613207142151219310176132029164111851219重 复 使 用频 道 组 序 号第2章 移 动 通 信 网 2.6.2 信道分配策略信道分配策略 信道分配策略可分为两类：信道分

33、配策略可分为两类： 固定的信道分配策略固定的信道分配策略和和动态的动态的信道分配策略。信道分配策略。 MSC只分配符合以下条件的某一频率：只分配符合以下条件的某一频率： 这个小区没有使这个小区没有使用该频率，而且，任何为了避免同频干扰而限定的最小频率复用该频率，而且，任何为了避免同频干扰而限定的最小频率复用距离内的小区也都没有使用该频率。动态的信道分配策略有用距离内的小区也都没有使用该频率。动态的信道分配策略有利于提高信道利用率，并可以减小系统呼叫阻塞率，但要求利于提高信道利用率，并可以减小系统呼叫阻塞率，但要求MSC连续实时地收集关于信道占用情况，话务量分布情况，所连续实时地收集关于信道占用

34、情况，话务量分布情况，所有信道的无线信号强度指示等数据，这增加了有信道的无线信号强度指示等数据，这增加了系统的计算量和系统的计算量和存储量。存储量。 第2章 移 动 通 信 网 2.7 多信道共用技术多信道共用技术 多信道共用多信道共用是指在网内的大量用户共享若干无线信是指在网内的大量用户共享若干无线信道，区别于独立信道方式，多信道共用可明显提高信道道，区别于独立信道方式，多信道共用可明显提高信道利用率。利用率。 在相同的多用户和多信道的情况下，多信道共用的在相同的多用户和多信道的情况下，多信道共用的结果是使用户通话的阻塞概率明显下降。结果是使用户通话的阻塞概率明显下降。 那么，在保持一定质量

35、的情况下，采用多信道共用那么，在保持一定质量的情况下，采用多信道共用时，一个信道究竟平均分配多少用户才合理？这就是我时，一个信道究竟平均分配多少用户才合理？这就是我们要讨论的们要讨论的话务量话务量和和呼损率呼损率问题。问题。第2章 移 动 通 信 网 2.7.1 话务量与呼损话务量与呼损 1. 呼叫话务量呼叫话务量 话务量是度量通信系统话务量是度量通信系统业务量业务量或或繁忙程度繁忙程度的指标。所谓呼的指标。所谓呼叫话务量叫话务量A，是指单位时，是指单位时间内（间内（1小时）进行的平均电话交换量。小时）进行的平均电话交换量。 它可用下面公式来表示：它可用下面公式来表示： 0CtA第2章 移 动

36、 通 信 网 式中：式中： C每小时平均呼叫次数（包括呼叫成功和呼叫失败的每小时平均呼叫次数（包括呼叫成功和呼叫失败的次数）；次数）； t0每次呼叫平均占用信道的时间（包括接续时间和通话每次呼叫平均占用信道的时间（包括接续时间和通话时间）。时间）。 如果如果t0以小时为单位，则话务量以小时为单位，则话务量A的单位是的单位是厄兰厄兰(Erlang，占线小时，简称占线小时，简称Erl)。如果在一个小时内不断地占用一个信道，。如果在一个小时内不断地占用一个信道，则其呼叫话务量为则其呼叫话务量为1 Erl。 它是一个信道具有的最大话务量。它是一个信道具有的最大话务量。 例如，设在例如，设在100个信道

37、上，平均每小时有个信道上，平均每小时有2100次呼叫，平次呼叫，平均每次呼叫时间为均每次呼叫时间为2分钟，分钟，则这些信道上的呼叫话务量：则这些信道上的呼叫话务量： 1706022100ErA第2章 移 动 通 信 网 2. 呼损率呼损率 当多个用户共用时，通常总是用户数大于信道数。因此，当多个用户共用时，通常总是用户数大于信道数。因此，会出现许多用户同时要求通话而信道数不能满足要求的情况。会出现许多用户同时要求通话而信道数不能满足要求的情况。这时只能先让一部分用户通话，这时只能先让一部分用户通话， 而让另一部分用户等待，直到而让另一部分用户等待，直到有空闲信道时再通话。这后一部分用户虽然发出

38、呼叫，有空闲信道时再通话。这后一部分用户虽然发出呼叫， 但因无但因无信道而不能通话称做呼叫失败。信道而不能通话称做呼叫失败。在一个通信系统中，造成呼叫在一个通信系统中，造成呼叫失败的概率称为呼叫失败概率，简称为呼损率（失败的概率称为呼叫失败概率，简称为呼损率（B）。）。 设设A为呼叫成功而接通电话的话务量，简称为完成话务量；为呼叫成功而接通电话的话务量，简称为完成话务量； C为总呼叫的次数；为总呼叫的次数；C0为一小时内呼叫成为一小时内呼叫成功而通话的次数功而通话的次数; t 为每次通话的平均占用信道时间，为每次通话的平均占用信道时间， 则则 第2章 移 动 通 信 网 完成话务量完成话务量A

39、为为 00tCA呼损率呼损率B为为 CCCAAAB0式中，（式中，（A-A）为损失话务量。）为损失话务量。 所以呼损率的物理意义是损失话务量与呼叫话务量之比的百分数。所以呼损率的物理意义是损失话务量与呼叫话务量之比的百分数。 第2章 移 动 通 信 网 显然，呼损率显然，呼损率B愈小，成功呼叫的概率越大，用户就越满愈小，成功呼叫的概率越大，用户就越满意。因此，意。因此，呼损率也称为系统的服务等级呼损率也称为系统的服务等级GOS（the Grade Of Service）。）。例如，某系统的呼损率为例如，某系统的呼损率为10%，即说明该系统内，即说明该系统内的用户每呼叫的用户每呼叫100次，其中

40、有次，其中有10次因信道被占用而打不通电话，次因信道被占用而打不通电话， 其余其余90次则能找到空闲信道而实现通话。但是，对于一个通信次则能找到空闲信道而实现通话。但是，对于一个通信网来说，要想使呼损减少，只有让呼叫流入的话务量减少，即网来说，要想使呼损减少，只有让呼叫流入的话务量减少，即容纳的用户数少一些，这是不希望的。可见容纳的用户数少一些，这是不希望的。可见呼损率呼损率和和话务量话务量是是一对矛盾，即一对矛盾，即服务等级和信道利用率服务等级和信道利用率是矛盾的。是矛盾的。 第2章 移 动 通 信 网 如果呼叫有以下性质：如果呼叫有以下性质： (1) 每次呼叫相互独立，每次呼叫相互独立，

41、互不相关（呼叫具有随机性）；互不相关（呼叫具有随机性）； (2) 每次呼叫在时间上都有相同的概率；每次呼叫在时间上都有相同的概率； 并假定移动电话并假定移动电话通信服务系统的信道数为通信服务系统的信道数为n；则呼损率；则呼损率B可计算如下：可计算如下： niinnniAnAnAAAAnAB032/!/) !/() ! 3/() ! 2/() ! 1/(1!/！第2章 移 动 通 信 网 表表2-5 Erl损失概率表损失概率表 第2章 移 动 通 信 网 表表2-5 Erl损失概率表损失概率表 第2章 移 动 通 信 网 表表2-5 Erl损失概率表损失概率表 第2章 移 动 通 信 网 表表2

42、-5 Erl损失概率表损失概率表 第2章 移 动 通 信 网 3. 繁忙小时集中度繁忙小时集中度(K) 全日话务量忙时话务量K繁忙小时集中度繁忙小时集中度K一般为一般为8%14%。 第2章 移 动 通 信 网 4. 每个用户忙时话务量（每个用户忙时话务量（Aa） 假设每一用户每天平均呼叫次数为假设每一用户每天平均呼叫次数为C，每次呼叫平均占用信，每次呼叫平均占用信道的时间为道的时间为T（单位为秒），忙时集中率为（单位为秒），忙时集中率为K，则每个用户忙时话，则每个用户忙时话务量为务量为 可以看出，可以看出，Aa为最忙时间的那个小时的话务量，它是统计平为最忙时间的那个小时的话务量，它是统计平均值

43、。例如，每天平均呼叫均值。例如，每天平均呼叫3次，每次的呼叫平均占用时间为次，每次的呼叫平均占用时间为120秒，秒， 忙时集中度为忙时集中度为10%(K=0.1)，则每个用户忙时话务量为，则每个用户忙时话务量为0.01 Erl/用户。用户。 一些移动电话通信网的统计数值表明，对于公用移动通信网，一些移动电话通信网的统计数值表明，对于公用移动通信网， 每个用户忙时话务量可按每个用户忙时话务量可按0.01 Erl计算；对于专用移动通信网，计算；对于专用移动通信网， 由于业务的不同，每个用户忙时话务量也不一样由于业务的不同，每个用户忙时话务量也不一样。一般可按。一般可按0.06 Erl计算。计算。

44、3600CTKAa第2章 移 动 通 信 网 2.7.2 每个信道能容纳的用户数每个信道能容纳的用户数 当每个用户忙时的话务量确定后，当每个用户忙时的话务量确定后， 每个信道所能容纳的每个信道所能容纳的用户数用户数m可由下式决定：可由下式决定： nAAAnACTKnAmaa/36001/ 每个信道的每个信道的m与在一定呼损条件下的信道平均话务量成正与在一定呼损条件下的信道平均话务量成正比，而与每个用户忙时话务量成反比。比，而与每个用户忙时话务量成反比。 例如，某移动通信系统一个无线小区有 8 个信道(1 个控制信道， 7个话音信道)，每天每个用户平均呼叫10次，每次占用信道平均时间为80秒，呼

45、损率要求10%，忙时集中率为0.125。 问该无线小区能容纳多少用户？ 第2章 移 动 通 信 网 (1) 根据呼损的要求及信道数(n=7)，求总话务量A： 可以利用公式，也可查表。求得A=4.666 Erl。 (2) 求每个用户的忙时话务量Aa： 用户/10278. 03600ErCTKAa(3) 求每个信道能容纳的用户数m： 24/aAnAm(4) 系统所容纳的用户数： 168mn第2章 移 动 通 信 网 2.8 移动通信的交换技术移动通信的交换技术 移动通信的交换技术是由移动通信的特点决定的。移动通信的交换技术是由移动通信的特点决定的。移动通信有其特有的交换技术，包括移动通信有其特有的

46、交换技术，包括位置登记、一起位置登记、一起呼叫、越区切换、信道控制呼叫、越区切换、信道控制以及以及当移动台集中时解决当移动台集中时解决信道异常紧张的措施信道异常紧张的措施等。等。 第2章 移 动 通 信 网 2.8.1 无线信道上的通话监视无线信道上的通话监视 在移动台通话期间，系统必须由基站或移动台对无线传输在移动台通话期间，系统必须由基站或移动台对无线传输质量进行在线跟踪监视。一旦发现无线信号或传输质量质量进行在线跟踪监视。一旦发现无线信号或传输质量发生变发生变化时化时， 就必须就必须采取一些措施采取一些措施，如，如功率控制、越区切换和呼叫功率控制、越区切换和呼叫释放等措施释放等措施。在模

47、拟蜂窝电话系统中设置。在模拟蜂窝电话系统中设置检测音（检测音（SAT）信杂）信杂比比和和无线频率（无线频率（RF）信号强度）信号强度来反映通话质量。来反映通话质量。 在数字蜂窝在数字蜂窝GSM系统中，检测的项目更多，并由基站和移动台双方同时系统中，检测的项目更多，并由基站和移动台双方同时进行。进行。基站完成当前服务区的上行信号质量和信号强度的检测，基站完成当前服务区的上行信号质量和信号强度的检测，而移动台则进行下行信号质量和信而移动台则进行下行信号质量和信号强度的检测。号强度的检测。 第2章 移 动 通 信 网 图2-8 储存在话音信道控制单元中 的信杂比门限值 0102030405060SN

48、R为呼叫释放的信杂 比门限值SNH要求越区频道转换 的信杂比门限值dB1.SAT信杂比信杂比SAT信杂比是指当基站开信杂比是指当基站开始工作时，由话音信道单始工作时，由话音信道单元连续发送的元连续发送的SAT，经移，经移动台接收并环回到基站后，动台接收并环回到基站后，与无线信道上的杂音的对与无线信道上的杂音的对比。比。在与在与MSC初始化规定的门初始化规定的门限值比较后，限值比较后，话音信道控话音信道控制单元制单元判断传输质量是否判断传输质量是否可以接受。如果信杂比低可以接受。如果信杂比低于要求越区切换的信杂比于要求越区切换的信杂比门限值门限值SNH，就发出越区，就发出越区切换请求。有时由于某

49、些切换请求。有时由于某些原因，没有执行越区切换，原因，没有执行越区切换，通话质量将持续恶化，结通话质量将持续恶化，结果迟早会达到呼叫释放门果迟早会达到呼叫释放门限值限值SNR，则呼叫就被释，则呼叫就被释放。放。第2章 移 动 通 信 网 2. 射频射频(RF)信号强度信号强度 图2-9 储存在话音信道控制单元中 0102030405060SSB阻塞的信号强度值SSH请求越区频道转换 的信号强度值SSI请求提高功率的信号 强度值SSD请求降低功率的信号 强度值dB2.RF信号强度信号强度每个每个话音信道接收机话音信道接收机连续连续地对它自己的无线频率进地对它自己的无线频率进行信号强度测试。控制单

50、行信号强度测试。控制单元还将测量结果与图元还将测量结果与图2-9所所示的信号强度门限相比较。示的信号强度门限相比较。为了避免产生邻信干扰，为了避免产生邻信干扰，通常不希望移动台输出功通常不希望移动台输出功率过高，如果信号强度测率过高，如果信号强度测试的结果高于请求降低功试的结果高于请求降低功率的信号强度值率的信号强度值SSD，BS的控制单元就自动命令移的控制单元就自动命令移动台降低它的发射功率。动台降低它的发射功率。阻塞的信号强度值阻塞的信号强度值SSB只只在话音信道空闲时使用。在话音信道空闲时使用。第2章 移 动 通 信 网 2.8.2 位置登记与一齐呼叫位置登记与一齐呼叫 图2-10 一种

51、位置登记示意图 MSCAMSCB位置区3位置区1BSA6V位置区2BSA5BSA7BSA2BSA1BSA4BSA3MSBSC1BSC2BSB3BSB2BSB7BSB6BSB1BSB5BSB4第2章 移 动 通 信 网 图2-11 另一种位置登记示意图 MSCA位置区3位置区2位置区1BSA4BSA3BSA2BSA7BSA6BSA5BSA1MSV第2章 移 动 通 信 网 尽管移动用户没有固定的位置，但总可以按他经常出现的位置，尽管移动用户没有固定的位置，但总可以按他经常出现的位置，在某一个位置区域进行位置登记，该位置区域称为这个在某一个位置区域进行位置登记，该位置区域称为这个移动台的移动台的家

52、区家区。家区将每个移动台的位置信息及用户识别码等送入到。家区将每个移动台的位置信息及用户识别码等送入到MSC的的原籍位置登记寄存器（原籍位置登记寄存器（HLR）。）。每当移动台越出家区进每当移动台越出家区进入新区时，移动台将自动向新的位置登记区进行登记，即向被访入新区时，移动台将自动向新的位置登记区进行登记，即向被访问的问的MSC的的被访位置寄存器（被访位置寄存器（VLR）报告原籍位置区号及自己报告原籍位置区号及自己的识别码等，并由被访问的的识别码等，并由被访问的MSC将这一移动信息通知它的家区，将这一移动信息通知它的家区，使原籍使原籍MSC的原籍位置寄存器存入变更后的位置信息，以便在的原籍位

53、置寄存器存入变更后的位置信息，以便在移动用户被呼时，原籍移动用户被呼时，原籍MSC能够根据被呼用户的位置信息决定能够根据被呼用户的位置信息决定应该呼叫的被访问应该呼叫的被访问MSC区域。区域。 若位置信息表明移动用户就在家区，但不知道具体位置时，则位若位置信息表明移动用户就在家区，但不知道具体位置时，则位置小区内的所有基站一起发出被呼用户识别码，这种功能称为置小区内的所有基站一起发出被呼用户识别码，这种功能称为群群呼呼。若位置信息表明移动用户在被访问。若位置信息表明移动用户在被访问MSC区域，则家区可将区域，则家区可将呼叫信号送到被访问呼叫信号送到被访问MSC，并在该区，并在该区一齐呼叫一齐呼

54、叫，就能够找出被，就能够找出被呼用户。呼用户。第2章 移 动 通 信 网 现举例说明位置登记的过程，如图2-10所示。假定MS在BSB4小区，这时的位置登记过程如下； (1) MS通过BSB4向MSCB报告（即进行位置登记）。 (2) 被访MSCB根据MS的原籍区号及用户识别码等， 通过数据线， 找到原籍MSCA的原籍位置寄存器进行咨询，查出该用户识别码， 并把给MS的新区位置号存入原籍位置寄存器（在原籍MSCA中）。 (3) 与此同时，位置信息也在被访问MSCB的被访问位置寄存器中存入，以备MS被呼时使用。 (4) 由于移动台中有动态存储器，可存储新接收的区域号（AID），即使移动台在一段时

55、间内关机（不得超过24个小时）， 存储器也不会失去记忆：一旦移动台开机时，将立即进行区域位置登记。 第2章 移 动 通 信 网 有时在一个MSC系统中，当移动台达到一定数量时，大约为40 000到50 000数量级时，为便于寻呼某一移动台，人为地把MSC所管辖的无线小区划分为若干位置区域，如图2-11所示。在跨越位置区域时，也要重新进行位置登记，以便在寻呼MS时好查找。例如，MS由BSA6小区向BSA1小区行进时的位置登记过程如下： (1) MS通过BSA1向原籍MSCA报告（即进行位置登记）。 (2) 原籍MSCA中的原籍位置寄存器存入变更后的新区域号， 以备市话用户寻呼时，能在位置区内一齐

56、呼叫。 (3) 使MS的动态存储器中区域号变为新号。 第2章 移 动 通 信 网 2.8.3 呼叫过程呼叫过程 1. 移动台被呼移动台被呼 图2-12 移动用户被呼过程示意图 寻呼(控制信道)8 kb /sMSBSMSC监测通话寻呼响应(控制信道)8 kb /s一齐呼叫识别码460200ABCD寻呼响应选择空闲无线信道 来自市话局的呼叫900ABCD移动台调谐到指定信道xxx振铃摘机讲话指定话音信道xxx回铃音回铃音断，计费开始送SAT(话音信道)指定话音信道(控制信道)8 kb /s启动基地站话音信道发射机如果MS调谐到xxx信道，并收听SAT正常时，就可环回SAT(话音信道)通知振铃(话音

57、信道)STSATST断 SAT继续BS收到ST，表示振铃成功向MSC送回铃音环回SAT(话音信道)第2章 移 动 通 信 网 2. 移动台主呼移动台主呼 图2-13 移动用户主呼过程示意图 发起呼叫(控制信道)8 kb /s转送呼叫拨号：PQ(R)EFGH按下发送键验证：识别码 460200ABCD 是否有权使用移动通信系 统；系列号是否为禁用号选择空闲无线信道分析被叫用户电话号码；被叫用户摘机，计费开始回铃音断回铃音(话音信道)通知无线信道准备就绪 移动台调谐到指定信道xxxSAT环回指定话音信道xxx启动基地站话音信道发射机送SAT(话音信道)指定话音信道(控制信道)8 kb /sMSBS

58、MSC监测通话系列号识别码被叫用户号码 选择被叫用户路由(当用户空闲时，发振铃，并向MSC发回铃音)第2章 移 动 通 信 网 图图2-14 移动用户呼叫释放过程示意图移动用户呼叫释放过程示意图 关闭基地站话音信道, 发射机停止监测SATBSMSMSCBS检测到ST后 自动关闭MS发射机移动台接收机回到控制信道守听拆线，计费结束挂机信号送1.8秒ST(话音信道)按下挂机键监测通话第2章 移 动 通 信 网 2.8.4 定位和越区切换定位和越区切换 1. 定位定位在模拟蜂窝系统中在模拟蜂窝系统中，对移动台信号能量检测是由，对移动台信号能量检测是由BS完成的，由完成的，由MSC来管理的。通常每个来

59、管理的。通常每个BS都装有都装有信号强度接收机（信号强度接收机（SSR）监监视其系统内所有的反向信道的信号能量，以确定在相邻无线小视其系统内所有的反向信道的信号能量，以确定在相邻无线小区有切换可能的移动台的位置。区有切换可能的移动台的位置。 平时，每个无线小区的平时，每个无线小区的SSR周期地对系统所有的无线频率进行抽周期地对系统所有的无线频率进行抽样测量，并将所有的样测量，并将所有的RSSI值传给值传给MSC。MSC根据每个根据每个BS接接收到的信号能量数据，掌握相邻小区测得的各移动台信号强度的收到的信号能量数据，掌握相邻小区测得的各移动台信号强度的变化结果，并进行比较，来决定是否进行切换。

60、变化结果，并进行比较，来决定是否进行切换。当新小区测量信号强度结果高于原小区当新小区测量信号强度结果高于原小区5dB时，就可以进行信道时，就可以进行信道切换。切换。第2章 移 动 通 信 网 2.8.4 定位和越区切换定位和越区切换 在在GSM数字蜂窝系统中数字蜂窝系统中，是否切换的决定是由移动台来辅助完成，是否切换的决定是由移动台来辅助完成的。在的。在移动台辅助切换（移动台辅助切换（MAHO）中，每个移动台检测从周围中，每个移动台检测从周围BS中接收到的信号能量，并且将这些检测数据连续地送回当前为他中接收到的信号能量，并且将这些检测数据连续地送回当前为他服务的服务的BS。当从一个相邻小区的。