通信系统_CH4移动1

1、第第4 4章章 移动通信系统移动通信系统 通通 信信 系系 统统2第四章第四章 移动通信系统移动通信系统3 4.1 4.1 移动通信系统概述移动通信系统概述 4.1.1 4.1.1 移动通信的概念移动通信的概念4.1.2 4.1.2 移动通信的特点移动通信的特点4.1.3 4.1.3 蜂窝移动通信系统的发展蜂窝移动通信系统的发展4.1.4 4.1.4 蜂窝的概念蜂窝的概念 44.1.1 移动通信的概念移动通信的概念54.1.2 移动通信的特点移动通信的特点6 4.1 4.1 移动通信系统概述移动通信系统概述 4.1.1 4.1.1 移动通信的概念移动通信的概念4.1.2 4.1.2 移动通信的

2、特点移动通信的特点4.1.3 4.1.3 蜂窝移动通信系统的发展蜂窝移动通信系统的发展4.1.4 4.1.4 蜂窝的概念蜂窝的概念 7第一阶段第一阶段n 二十世纪二十世纪2020年代年代4040年代为初期阶段年代为初期阶段 1） 电波传播特性测试电波传播特性测试 2） 在短波频段进行了一些通信应用在短波频段进行了一些通信应用n 典型系统：典型系统：美国警察使用的车载无线电系统，使用频率美国警察使用的车载无线电系统，使用频率 2MHz2MHz，到，到4040年代提高到年代提高到303040MHz40MHz1. 1. 早期发展早期发展8第二阶段第二阶段n 4040年代年代 6060年代，公共移动通

3、信系统出现年代，公共移动通信系统出现n 典型系统：典型系统：美国建立的第一个公共汽车电话网，使用三个美国建立的第一个公共汽车电话网，使用三个频道、信道间隔频道、信道间隔120kHz120kHz、单工通信方式。、单工通信方式。n 5050年代中期，贝尔实验室完成了移动电话网与公共电话网年代中期，贝尔实验室完成了移动电话网与公共电话网的接续。人工接续方式。的接续。人工接续方式。n 特点：特点：完成从专用移动网向公共移动网的过渡，网络容量完成从专用移动网向公共移动网的过渡，网络容量较小，采用大区制组网方式。较小，采用大区制组网方式。9第三阶段第三阶段n 6060年代中期年代中期 7070年代中期年代

4、中期n 典型系统：典型系统：美国推出的改进型移动电话系统（美国推出的改进型移动电话系统（Improved Improved Mobile Telecommunication SystemMobile Telecommunication System，IMPSIMPS) )。使用。使用150MHz150MHz，450MHz450MHz频段，频段，大区制组网大区制组网，中小容量，中小容量，实现了无线频道的自动实现了无线频道的自动选择及与公共电话网的自动接续。选择及与公共电话网的自动接续。107070年代中期年代中期 8080年代中期年代中期n 典型系统典型系统: : 78 78年底，年底，贝尔实验

5、室贝尔实验室研制成功高级移动电话系统研制成功高级移动电话系统（Advanced Mobile Phone SystemAdvanced Mobile Phone System，AMPS)AMPS)，建立了，建立了世界上第一世界上第一个商用化蜂窝移动通信网。个商用化蜂窝移动通信网。n 随后英国开发出了随后英国开发出了TACS(Total Access Communication TACS(Total Access Communication System)System)，日本开发出了，日本开发出了NTTNTT系统，北欧的系统，北欧的NMTNMT系统。所有系统工系统。所有系统工作在作在800800

6、、900MHz900MHz频段。频段。2 2 第一代模拟移动通信系统第一代模拟移动通信系统11信道2信道1 信道N信道1 信道N收发间隔 信道带宽功率时间移动台收（基站发）移动台发（基站收）FDMA的频道划分方法的频道划分方法12早期大区制：早期大区制： 在覆盖区域的中心位置设置具有较高天线的大在覆盖区域的中心位置设置具有较高天线的大功率发射机，将信号发射至整个区域。功率发射机，将信号发射至整个区域。蜂窝小区制：蜂窝小区制： 解决了有限频率资源与大量用户的矛盾。解决了有限频率资源与大量用户的矛盾。13FE小区1DGBDECAGBFAGB小区8七小区群再用距离相同字母小区使用相同频率组1415n

7、应用：应用：以以FDMAFDMA技术为基础的模拟移动通信系统（技术为基础的模拟移动通信系统（AMPSAMPS，TACS,NMTTACS,NMT等）建立使用以来，第一代商用化蜂窝移动通信等）建立使用以来，第一代商用化蜂窝移动通信取得了巨大成功，市场的发展和需求大大超过了原有的预取得了巨大成功，市场的发展和需求大大超过了原有的预测。测。n弊端弊端 频率利用率低；频率利用率低； 业务种类少；业务种类少； 通信保密性差；通信保密性差； 各种技术体制互不兼容等。各种技术体制互不兼容等。n解决办法解决办法 开发新一代数字蜂窝通信系统，提供语音、数据等多种开发新一代数字蜂窝通信系统，提供语音、数据等多种业务

8、。业务。168080年代中期年代中期 9090年代末年代末 典型系统典型系统: :nGSMGSM系统系统(Global System for Mobile Communication)(Global System for Mobile Communication) n 1982 1982年欧洲电信管理部门年欧洲电信管理部门(CEPT)(CEPT)设立了移动特别小组设立了移动特别小组(GSM)(GSM)委员会，其任务是制定泛欧无线蜂窝系统的标准，系统工作委员会，其任务是制定泛欧无线蜂窝系统的标准，系统工作在在900MHz900MHz频段。泛欧蜂窝标准支持国际漫游，促进了欧洲电频段。泛欧蜂窝标准支

9、持国际漫游，促进了欧洲电信业的发展。信业的发展。 19881988年公布年公布GSMGSM标准。标准。 2 2 第二代数字移动通信系统第二代数字移动通信系统17n GSMGSM蜂窝通信网是世界上首先推出的数字蜂窝通信系统蜂窝通信网是世界上首先推出的数字蜂窝通信系统，所，所颁布的颁布的GSMGSM标准对该系统的结构、信令和接口等给出了详细的标准对该系统的结构、信令和接口等给出了详细的描述，而且描述，而且符合公用陆地移动通信网符合公用陆地移动通信网(PLMN)(PLMN)的一般要求，能适的一般要求，能适应与其它发展中的数字通信网应与其它发展中的数字通信网( (如如ISDN)ISDN)的互连。的互连

10、。n GSMGSM系统解决了模拟系统中存在的一些根本性技术缺陷，在系统解决了模拟系统中存在的一些根本性技术缺陷，在网络性能和容量上较模拟网有重大改善，因此倍受推崇。网络性能和容量上较模拟网有重大改善，因此倍受推崇。 n GSMGSM系统系统9191年投入商用，世界上绝大多数国家采用该技术体年投入商用，世界上绝大多数国家采用该技术体制。制。 18n北美的北美的DAMPSDAMPS系统系统 特点：数字和模拟兼容（也叫特点：数字和模拟兼容（也叫双模式双模式）。用户利用一种双）。用户利用一种双模手机，既能在数字蜂窝网中通信，也能在模拟蜂窝网中通信。模手机，既能在数字蜂窝网中通信，也能在模拟蜂窝网中通信

11、。 数模兼容系统的开发背景是北美已广泛建立了体制统一的模拟通数模兼容系统的开发背景是北美已广泛建立了体制统一的模拟通信系统，采用双模式通信系统不仅可以提高通信容量，而且有利信系统，采用双模式通信系统不仅可以提高通信容量，而且有利于解决新设备建立和旧设备利用的矛盾。于解决新设备建立和旧设备利用的矛盾。n日本的日本的JDCJDC系统系统 在在GSMGSM和和DAMPSDAMPS基础上发展起来的通信系统。基础上发展起来的通信系统。 GSMGSM、DAMPSDAMPS、JDCJDC均为采用均为采用TDMATDMA技术的第二代数字移动通技术的第二代数字移动通信系统。信系统。19TDMA示意图时分双工时分

12、双工(TDD)(TDD)：上下行帧都上下行帧都在相同的频率上。在相同的频率上。 频分双工（频分双工（FDDFDD）：）：上行链路上行链路和下行链路的帧分别在不同的和下行链路的帧分别在不同的频率上。频率上。2021 Qualcomm Qualcomm公司通过理论分析和不断的现场实验，证明公司通过理论分析和不断的现场实验，证明CDMACDMA具有许多具有许多TDMATDMA技术所没有的独特的属性，并认为技术所没有的独特的属性，并认为CDMACDMA是移动是移动通信环境下获得大容量和高质量的一种灵活有利的技术，它通信环境下获得大容量和高质量的一种灵活有利的技术，它既能解决近期模拟系统容量不足的问题，

13、也是通往个人通信既能解决近期模拟系统容量不足的问题，也是通往个人通信的长远解决办法。的长远解决办法。n19951995年年N NCDMACDMA标准出台，即标准出台，即IS-95AIS-95A。 IS-95AIS-95A定义了移动台与基站之间的空中接口规范，定义定义了移动台与基站之间的空中接口规范，定义了双模工作方式，定义了系统接口和信令协议。了双模工作方式，定义了系统接口和信令协议。n N-CDMAN-CDMA系统系统 2223nCDMACDMA系统和系统和TDMATDMA系统比较系统比较 一般将以一般将以TDMATDMA技术的技术的GSMGSM、DAMPSDAMPS等和等和N-CDMAN-

14、CDMA称为第称为第二代移动通信系统。二代移动通信系统。 24n 最早由国际电信联盟最早由国际电信联盟(ITU)于于1985年提出，当时称为未来公年提出，当时称为未来公众陆地移动通信系统（众陆地移动通信系统（Future Public Land Mobile Telecommunication System, FPLMTS)。 n 1994年更名为年更名为 IMT2000。 n 1992年世界无线电大会为年世界无线电大会为IMT2000分配了分配了230MHz的频的频带。预计带。预计2000年投入运营。年投入运营。n特点：特点： 主要采用主要采用1.8-2.2GHz1.8-2.2GHz频带，使

15、用智能网（频带，使用智能网（ININ）技术进）技术进行移动性管理和业务控制，能集成蜂窝系统、无绳系统、卫行移动性管理和业务控制，能集成蜂窝系统、无绳系统、卫星系统等多种无线网络环境，提供广泛的移动电信业务。星系统等多种无线网络环境，提供广泛的移动电信业务。n3G3G的提出的提出4.4.第三代数字蜂窝移动通信系统的提出及发展第三代数字蜂窝移动通信系统的提出及发展25nITUITU的的IMT-2000IMT-2000空中接口的主要目标空中接口的主要目标: :n 全球同一频段，统一标准，无缝隙覆盖，全球漫游全球同一频段，统一标准，无缝隙覆盖，全球漫游n 提供多媒体业务提供多媒体业务 车速环境车速环境

16、 144kb/s 144kb/s 步行步行 384kb/s384kb/s 室内室内 2Mb/s2Mb/sn 便于过渡和演进。便于过渡和演进。n 由于由于2G2G网络已具有相当规模，故网络已具有相当规模，故3G3G需在需在2G2G基础上灵活演进，基础上灵活演进，且与固定网兼容且与固定网兼容 n 高服务质量高服务质量n 高频谱利用率高频谱利用率n 低成本低成本n 高保密性能高保密性能26 同时，还要将同时，还要将ISDNISDN业务延伸到移动环境，能传送高达业务延伸到移动环境，能传送高达2Mb/s2Mb/s的多媒体信息，以实现的多媒体信息，以实现未来的个人通信目标未来的个人通信目标： 任何人、在任

17、何地方、任何时候都能和另一个人进行任何任何人、在任何地方、任何时候都能和另一个人进行任何方式便利的通信。方式便利的通信。27n标准化：标准化： IMT-2000 无线传输技术的标准化无线传输技术的标准化由由ITU-R完成，完成， 网络部分标准化网络部分标准化由由ITU-T负责。负责。无线传输技术无线传输技术(RTT)： 是第三代移动通信系统的最重要组成部分，也是各国和各大电是第三代移动通信系统的最重要组成部分，也是各国和各大电信制造商和运营商极为关注的焦点。信制造商和运营商极为关注的焦点。1999年年10月月ITU在赫尔辛基在赫尔辛基举行的会议确定了五种方案，经过几年的发展，最后有三种方案举行

18、的会议确定了五种方案，经过几年的发展，最后有三种方案成为主流：成为主流： IMT-2000 CDMA DS， 即欧洲和日本的即欧洲和日本的 UTRAW-CDMA； IMT-2000 CDMA MC，即美国的，即美国的cdma2000 MC； IMT-2000 CDMA TDD, 即中国的即中国的TD-SCDMA； 28 在公认的三种第三代移动通信主流技术中，包含了在公认的三种第三代移动通信主流技术中，包含了: : 两个两个FDD: (WCDMAFDD: (WCDMA和和CDMA2000)CDMA2000) 一个一个TDD: TDD: （中国（中国CWTSCWTS提出的提出的TDTDSCDMA)

19、SCDMA)。 CDMACDMA技术已成为技术已成为3G3G的重要技术。的重要技术。 DS: DS: 直接序列扩频扩直接序列扩频扩 MC: MC: 多载波多载波 SC: SC: 单载波单载波 （FDDFDD频分双工）（频分双工）（TDDTDD时分双工）时分双工）29nWCDMA:WCDMA:n 欧洲爱立信公司最先对欧洲爱立信公司最先对WCDMAWCDMA技术进行研究；技术进行研究；n 日本日本19941994年开始年开始IMT-2000IMT-2000无线传输系统的研究，最后确无线传输系统的研究，最后确定将定将NTT Do Co MoNTT Do Co Mo公司的公司的WCDMAWCDMA综合

20、综合FDD/TDDFDD/TDD方式作为日本方式作为日本的方案。的方案。n 最后两家公司达成协议，将各自的最后两家公司达成协议，将各自的WCDMAWCDMA技术进行融合，技术进行融合，最终形成了现在的技术，其最终形成了现在的技术，其关键技术是建立在窄带关键技术是建立在窄带CDMACDMA的的基础上。基础上。30nCDMA2000:CDMA2000:31nTD-SCDMA:n我国邮电科学技术研究院在我国邮电科学技术研究院在19971997年成功开发出基于年成功开发出基于SCDMASCDMA技术的技术的WLL SYSWLL SYS基础上，于基础上，于19981998年年6 6月代表中国向月代表中国

21、向ITUITU提交提交了第三代了第三代RTTRTT建设建设TD-SCDMATD-SCDMA，后来组织了国内相关单位加，后来组织了国内相关单位加入标准的编写工作。入标准的编写工作。n19991999年年1010月向月向ITUITU提交了全部的提交了全部的TD-SCDMATD-SCDMA标准文件，并积标准文件，并积极与欧洲的极与欧洲的UTRA TDDUTRA TDD方案进行融合。方案进行融合。n19991999年年1111月月5 5日，日，ITU-R TG8/1ITU-R TG8/1赫尔辛基会议上获得了批赫尔辛基会议上获得了批准，被列为准，被列为IMT-2000CDMA TDD IMT-2000C

22、DMA TDD 的两种方案之一。的两种方案之一。3233 CDMA2000(3X RTT)IS-95ACDMA one(1X RTT)IS-95BGSMGPRSTSMEDGETD-SCDMACDMAWCDMA(UTRA FDD)GSMIP back-bonenetworkn过渡方案过渡方案3435n3GPP:3GPP: 3rd Generation Partnership Project 3rd Generation Partnership Project（第三代伙伴（第三代伙伴计划）计划） 3GPP3GPP是一个跨区域的标准化组织联合体，其目的是为了是一个跨区域的标准化组织联合体，其目的是为

23、了制定一个基于演进的制定一个基于演进的GSMGSM核心网核心网和通用无线接入（和通用无线接入（UTRAUTRA）技术）技术的可在全球推广应用的第三代移动通信规范。的可在全球推广应用的第三代移动通信规范。n成员：成员：ARIB (Japan)ARIB (Japan)CWTS (China)CWTS (China) ETSI (Europe) ETSI (Europe)T1 (US)T1 (US) TTA (Korea) TTA (Korea)TTC (Japan)TTC (Japan)nCWTS: CWTS: China Wireless Communications Standard Grou

24、pChina Wireless Communications Standard Group 中国无线通信标准研究组，中国无线通信标准研究组，信息产业部于信息产业部于19991999年年4 4月成立月成立n 3G组织：组织：3GPP36n3GPP23GPP2：第三代伙伴计划第三代伙伴计划2 2 3GPP2 3GPP2 是一个跨区域的标准化组织联合体，其目的是为是一个跨区域的标准化组织联合体，其目的是为了制定一个基于演进的了制定一个基于演进的ANSI-41ANSI-41核心网核心网和相关无线接入技术的和相关无线接入技术的可在全球推广应用的第三代移动通信规范。可在全球推广应用的第三代移动通信规范。n

25、成员：成员： ARIB (Japan) CWTS (China)ARIB (Japan) CWTS (China)TIA (US)TIA (US)TTA (Korea)TTA (Korea)TTC (Japan)TTC (Japan)n 3G组织：组织：3GPP2373GPP23GPP WCDMA核心网络：基于核心网络：基于MAP和和GPRS无线传输技术：无线传输技术： WCDMAFDD/TDD cdma2000核心网络：基于核心网络：基于ANSI 41和和MIP无线传输技术：无线传输技术：cdma2000EDGETD-SCDMAEDGEEDGE（增强数据速率的（增强数据速率的GSMGSM演进

26、）演进）GPRSGPRS（通用无线分组业务）（通用无线分组业务）38 4.14.1 移动通信系统概述移动通信系统概述 4.1.1 4.1.1 移动通信的概念移动通信的概念4.1.2 4.1.2 移动通信的特点移动通信的特点4.1.3 4.1.3 蜂窝移动通信系统的发展蜂窝移动通信系统的发展4.1.4 4.1.4 蜂窝的概念蜂窝的概念 39 4.1.4.1 4.1.4.1 区域覆盖区域覆盖 图图 带状网带状网 1.1.带状网带状网 应用：应用：主要用于覆盖公路、铁路、海岸等。主要用于覆盖公路、铁路、海岸等。 采用全向辐射采用全向辐射 采用有向天线采用有向天线40 性能比较：性能比较：双频制造价低

27、，频率资源利用率高；双频制造价低，频率资源利用率高； 三频或多频制抗同频道干扰性能好。三频或多频制抗同频道干扰性能好。三频制：三频制：采用不同信道的三个小区组成一个区群采用不同信道的三个小区组成一个区群, ,称为三频制。称为三频制。双频制：双频制：采用不同信道的两个相邻小区组成一个区群，在区群内采用不同信道的两个相邻小区组成一个区群，在区群内各小区使用不同的频率各小区使用不同的频率, ,其他区群重复使用该区群的频率。其他区群重复使用该区群的频率。带状网带状网41 n n频制的带状网：频制的带状网： 图图 带状网的同频道干扰带状网的同频道干扰 r-r-小区半径小区半径a-a-小区交叠小区交叠ds

28、-ds-信号传输距离信号传输距离d dI I- -同频道干扰传输距离同频道干扰传输距离带状网带状网42表表 带状网的同频干扰带状网的同频干扰 双频制最多只能获得双频制最多只能获得19dB19dB的同频干扰抑制比，通常是不够的。的同频干扰抑制比，通常是不够的。信号传输距离信号传输距离dsds和同频道干扰传输距离和同频道干扰传输距离d dI I比：比： 假设传输损耗近似与传输距离四次方成正比，则在最不利假设传输损耗近似与传输距离四次方成正比，则在最不利情况下可得到相应的信号干扰比如下表。情况下可得到相应的信号干扰比如下表。带状网带状网432. 2. 蜂窝网蜂窝网 （1 1）小区的形状）小区的形状

29、图 小区的形状 可以证明可以证明, ,要用正多边形无空隙、无重叠地覆盖一个平面的区要用正多边形无空隙、无重叠地覆盖一个平面的区域域, ,可取的形状只有三种：可取的形状只有三种： 44表表 三种形状小区的比较三种形状小区的比较 在服务区面积一定的情况下在服务区面积一定的情况下, ,正六边形小区的形状最接近理想正六边形小区的形状最接近理想的圆形的圆形, ,用它覆盖整个服务区所需的基站数最少用它覆盖整个服务区所需的基站数最少, ,也最经济。也最经济。 在辐射半径在辐射半径r r相同的条件下相同的条件下, ,计算出三种形状小区的邻区距计算出三种形状小区的邻区距离、小区面积、交叠区宽度和交叠区面积如下表

30、。离、小区面积、交叠区宽度和交叠区面积如下表。45 正六边形构成的网络形同蜂窝正六边形构成的网络形同蜂窝, ,因而把小区形状为因而把小区形状为六边形的小区制移动通信网称为六边形的小区制移动通信网称为蜂窝网蜂窝网。46(2) (2) 区群的组成区群的组成 区群区群: :不同信道的小区组成一个区群不同信道的小区组成一个区群, ,只有不同区群的小区才能进只有不同区群的小区才能进行信道再用。行信道再用。区群的组成满足两个条件区群的组成满足两个条件: : * *区群之间可以邻接区群之间可以邻接, ,且无空隙无重叠地进行覆盖且无空隙无重叠地进行覆盖; ; * *邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之间的

31、距离相等。邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之间的距离相等。区群内的小区数满足下式区群内的小区数满足下式: : i,ji,j为为0 0的整数的整数22jijiN47表表 群区小区数群区小区数N的取值的取值 48图 区群的组成 49(3) (3) 同频同频( (信道信道) )小区的距离小区的距离 图图 同信道小区的确定同信道小区的确定 确定同频确定同频( (信道信道) )小区的位置小区的位置和距离方法：和距离方法： 自某一小区自某一小区A A出发出发, ,先沿边的先沿边的垂线方向跨垂线方向跨j j个小区个小区, ,再向左再向左( (或或向右向右) )转转6060。, ,再跨再跨i i个小区个

32、小区, ,这样这样就到达同信道小区就到达同信道小区A A。 在正六边形的六个方向在正六边形的六个方向, ,可可以找到六个相邻同信道小区以找到六个相邻同信道小区, ,所所有有A A小区之间的距离都相等。小区之间的距离都相等。j=3 i=250FE小区1DGBDECAGBFAGB小区8七小区群再用距离相同字母小区使用相同频率组j=2 i=1 51 设小区的辐射半径设小区的辐射半径( (即正六边形外接圆的半径即正六边形外接圆的半径) )为为r r，则从上，则从上图可以算出图可以算出同信道小区中心之间的距离同信道小区中心之间的距离为为 rNrjijiiijrD3)( 3)2/3()2/(32222 可

33、见可见: 群内小区数群内小区数N越大，同信道小区的距离就越远，抗越大，同信道小区的距离就越远，抗同频干扰的性能也就越好。同频干扰的性能也就越好。 例如：例如：N=3, D/r=3; N=7, D/r=4.6; N=19, D/r=7.55。 同信道小区中心之间的距离：同信道小区中心之间的距离：52(4) (4) 中心激励与顶点激励中心激励与顶点激励图图 两种激励方式两种激励方式 中心激励中心激励: :基站可设在小区的中央基站可设在小区的中央, ,用用全向全向天线形成圆形覆盖区。天线形成圆形覆盖区。顶点激励顶点激励: :将基站设计在每将基站设计在每3 3个小区六边形的三个顶点上个小区六边形的三个

34、顶点上, ,每个基每个基站采用三副站采用三副120120。扇形辐射的定向天线扇形辐射的定向天线, ,分别覆盖三个相邻小区分别覆盖三个相邻小区的各三分之一区域的各三分之一区域, ,每个小区由三副每个小区由三副120120。扇形天线共同覆盖。扇形天线共同覆盖。 优优1 1：采用采用120120 的定向天线后的定向天线后, ,所接收的同频干扰功率仅为采所接收的同频干扰功率仅为采用全向天线系统的用全向天线系统的1/31/3，因而，因而可以可以减少系统的同道干扰减少系统的同道干扰。优优2 2：在不同地点采用多副定在不同地点采用多副定向天线可向天线可消除小区内障碍物的消除小区内障碍物的阴影区。阴影区。53

35、(5) (5) 小区的分裂小区的分裂 图图 用户密度不等时的小区结构用户密度不等时的小区结构 5152551525255551515525155555151525555151552515555515152510101010101010101010101055555555555555555510101010101010101010101055555555适应服务区内用户密度适应服务区内用户密度不均匀时的小区结构不均匀时的小区结构：用户密度高的区域小用户密度高的区域小区的面积小区的面积小用户密度低的区用户密度低的区域域小小区的面积大区的面积大54小区分裂小区分裂：对已设置好的蜂窝通信网对已设置好的

36、蜂窝通信网, ,原来的低用户密度区可能变成了高用原来的低用户密度区可能变成了高用户密度区户密度区, ,这时相应地在该地区设置新这时相应地在该地区设置新的基站的基站, ,通过小区分裂的方法将小区面通过小区分裂的方法将小区面积划小。积划小。方法：方法： 例例120120。扇形辐射的顶点激励扇形辐射的顶点激励 在原小区内分设三个发射功率更在原小区内分设三个发射功率更小一些的新基站小一些的新基站, ,就可以形成几个面积就可以形成几个面积更小些的正六边形小区更小些的正六边形小区, ,如图中虚线所如图中虚线所示。示。 蜂窝状的小区制是目前大容量公共移动通信网的主要覆盖蜂窝状的小区制是目前大容量公共移动通信

37、网的主要覆盖方式。方式。原基站新基站图图 小区分裂小区分裂 小区分裂小区分裂554.1.4.2 4.1.4.2 信道信道( (频率频率) )配置配置（主要针对（主要针对FDMAFDMA） 1. 1. 分区分组配置法分区分组配置法 分区分组配置法所遵循的原则：分区分组配置法所遵循的原则： *尽量减小占用的总频段，以提高频段的利用率；尽量减小占用的总频段，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；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。小区内采用无三阶互调的相容信道组，以避免互调干扰。 第一组第一组 1 1、

38、5 5、 1414、 2020、 3434、3636第二组第二组 2 2、 9 9、 1313、 1818、 2121、3131第三组第三组 3 3、 8 8、 1919、 2525、 3333、4040第四组第四组 4 4、 1212、1616、 2222、 3737、3939第五组第五组 6 6、 1010、2727、 3030、 3232、4141第六组第六组 7 7、 1111、2424、 2626、 2929、3535第七组第七组 1515、1717、2323、 2828、 3838、42 42 举例举例：设给定的频段以设给定的频段以等间隔划分为信道，按等间隔划分为信道，按顺序分别标

39、明各信道的顺序分别标明各信道的号码为：号码为：1, 2, 3, 1, 2, 3, 。 设每个区群有设每个区群有7 7个个小区，每个小区需小区，每个小区需6 6个个信道，按上述原则进行信道，按上述原则进行分配。分配。56特点：特点：每一组信道分配给区群内的一个小区。这里使用每一组信道分配给区群内的一个小区。这里使用4242个信个信道就只占用了道就只占用了4242个信道的频段个信道的频段, ,是最佳的分配方案。是最佳的分配方案。缺点：缺点：以上分配的主要出发点是避免三阶互调以上分配的主要出发点是避免三阶互调, ,但未考虑同一信但未考虑同一信道组中的频率间隔道组中的频率间隔, ,可能会出现较大的邻道

40、干扰可能会出现较大的邻道干扰, ,这是这种配置这是这种配置方法的一个缺陷。方法的一个缺陷。572. 2. 等频距配置法等频距配置法 第一组第一组 1 1、 8 8、1515、2222、2929、 第二组第二组 2 2、 9 9、1616、2323、3030、 第三组第三组 3 3、1010、1717、2424、3131、 第四组第四组 4 4、1111、1818、2525、3232、 第五组第五组 5 5、1212、1919、2626、3333、 第六组第六组 6 6、1313、2020、2727、3434、 第七组第七组 7 7、1414、2121、2828、 3535、 方法：方法：根据群

41、内的小区数根据群内的小区数N N来确定同一信道组内各信道之间的来确定同一信道组内各信道之间的频率间隔，例如，第一组用频率间隔，例如，第一组用(1(1，1+1+N N, 1+2, 1+2N N, 1+3, 1+3N N, , ) )，第，第二组用二组用(2, 2+(2, 2+N N, 2+, 2+2N,2N, 2+3 2+3N N, , ) )等。例如等。例如N N=7=7，则信道的配，则信道的配置为：置为： 特点特点：同一信道组内的信道：同一信道组内的信道最小频率间隔为最小频率间隔为7 7个信道间隔，个信道间隔，若信道间隔为若信道间隔为25kHz25kHz，则其最，则其最小频率间隔可达小频率间

42、隔可达175 kHz175 kHz，接，接收机的输入滤波器收机的输入滤波器可有效地抑可有效地抑制邻道干扰和互调干扰。制邻道干扰和互调干扰。 58 顶点激励时信道分配顶点激励时信道分配: : 如果是定向天线进行顶点激励的小区制，每个基站应配置三组如果是定向天线进行顶点激励的小区制，每个基站应配置三组信道，向三个方向辐射，例如信道，向三个方向辐射，例如N N=7=7，每个区群就需有，每个区群就需有2121个信道组。个信道组。整个区群内各基站信道组的分布如下图。整个区群内各基站信道组的分布如下图。图图 三顶点激励的信道配置三顶点激励的信道配置59 动态配置法动态配置法：随业务量的变化重新配置全部信道

43、。随业务量的变化重新配置全部信道。 如能理想地实现如能理想地实现, ,频率利用率可提高频率利用率可提高20%-50%,20%-50%,但要及时算出但要及时算出新的配置方案新的配置方案, ,且能避免各类干扰且能避免各类干扰, ,电台及天线共用器等装备也要电台及天线共用器等装备也要能适应能适应, ,这是十分困难的这是十分困难的。3.3.动态分配法动态分配法 柔性配置法：柔性配置法：准备若干个信道，需要时提供给某个小区使用。准备若干个信道，需要时提供给某个小区使用。 控制比较简单控制比较简单, ,只要预留部分信道使各基站都能共用只要预留部分信道使各基站都能共用, ,可应付局可应付局部业务量变化的情况

44、部业务量变化的情况, ,是一种比较实用的方法。是一种比较实用的方法。60第四章第四章 移动通信系统移动通信系统614.2 移动通信系统的基本结构移动通信系统的基本结构4.2.1 4.2.1 基本网络结构基本网络结构4.2.2 4.2.2 数字蜂窝移动通信网的网络结构数字蜂窝移动通信网的网络结构4.2.3 4.2.3 移动台、基站和网络子系统移动台、基站和网络子系统 624.2.1 4.2.1 基本网络结构基本网络结构图 基本网络结构 交换机交换机固定网络基站基站基站基站 基站通过传输链路和交换机相连基站通过传输链路和交换机相连, ,交换机再与固定的电信网络交换机再与固定的电信网络相连相连, ,

45、形成：形成： 移动用户移动用户基站基站交换机交换机固定网络固定网络固定用户，固定用户， 或移动用户或移动用户基站基站交换机交换机基站基站移动用户移动用户 等不同的通信链路。等不同的通信链路。63n基站与交换机之间、交换机与固定网络之间链路：基站与交换机之间、交换机与固定网络之间链路： 有线链路有线链路，如光纤、同轴电缆、双绞线等；，如光纤、同轴电缆、双绞线等； 无线链路，无线链路，如微波链路、毫米波链路等。如微波链路、毫米波链路等。 n有线链路标准：有线链路标准： 1 1）北美和日本标准系列：北美和日本标准系列：(T-1/T-1C/T-2/T-3/T-4)(T-1/T-1C/T-2/T-3/T

46、-4) 可同时支持：可同时支持：24/48/96/672/403224/48/96/672/4032路数字话音传输；路数字话音传输； 比特率为：比特率为：1.544/3.152/6.312/44.736/274.176 Mb/s1.544/3.152/6.312/44.736/274.176 Mb/s；2 2）欧洲及其它大部分地区的标准系列欧洲及其它大部分地区的标准系列：( (E-1/E-1C/E-2/E-3/E-4)E-1/E-1C/E-2/E-3/E-4)可同时支持：可同时支持：30/120/480/1920/768030/120/480/1920/7680路数字话音传输路数字话音传输;

47、; 比特率为：比特率为：2.048/8.448/34.368/139.264/565.148 Mb/s2.048/8.448/34.368/139.264/565.148 Mb/s。 通常每个基站要同时支持通常每个基站要同时支持5050路话音呼叫，每个交换机可以路话音呼叫，每个交换机可以支持近支持近100100个基站，交换机到固定网络之间需要个基站，交换机到固定网络之间需要50005000个话路的传个话路的传输容量。输容量。 n有线链路有线链路64图图 交换机的组成和基本原理交换机的组成和基本原理(a) 交换机的组成；交换机的组成； (b) 交换机的基本原理交换机的基本原理 接口交换网络终端控

48、制系统交换机中继线用户线交换机(a)入线123出线2345交换网络中继线绳路 忙音源记发器(b)xzwy注：x点相连：构成品2 1的通路 y点相连，z点相连，并借助绳线：构成1 3的通路 （即11323)n程控交换机程控交换机65n组成：组成：交换机通常由交换网络、接口和控制系统组成。交换机通常由交换网络、接口和控制系统组成。n交换网络：交换网络：在控制系统的控制下在控制系统的控制下, ,将任一输入线与输出线接通。将任一输入线与输出线接通。它可以看成有它可以看成有M M条入线和条入线和N N条出线的网络条出线的网络, ,它有它有M MN N个交点个交点, ,每个交每个交点都可在控制系统的控制下

49、连通和断开。点都可在控制系统的控制下连通和断开。n接口单元：接口单元：把来自用户线或中继线的各种不同的输入信令和消把来自用户线或中继线的各种不同的输入信令和消息转成统一的机内信令息转成统一的机内信令, ,以便控制单元或交换网络进行处理或接以便控制单元或交换网络进行处理或接续。续。n控制系统：控制系统：主要负责话路的接续控制主要负责话路的接续控制, ,另外还负责通信网络的运另外还负责通信网络的运行、管理和维护功能。行、管理和维护功能。66n移动交换中心移动交换中心(MSC):(MSC): 移动通信网络中使用的交换机通常称为移动交换中心移动通信网络中使用的交换机通常称为移动交换中心(MSC)(MS

50、C)。它与常规交换机的。它与常规交换机的不同之处不同之处是是: : MSCMSC除了要完成常规交换机的所有功能外除了要完成常规交换机的所有功能外, ,它还负责移动性它还负责移动性管理和无线资源管理管理和无线资源管理( (包括越区切换、漫游、用户位置登记管包括越区切换、漫游、用户位置登记管理等理等) )。 n移动交换中心移动交换中心(MSC)(MSC)n区域划分：区域划分： 在蜂窝移动网络中在蜂窝移动网络中,为便于网络组织为便于网络组织,将一个移动通信网分为将一个移动通信网分为若干个服务区若干个服务区,每个服务区又分为若干个每个服务区又分为若干个MSC区区,每个每个MSC区又区又分为若干个位置区

51、分为若干个位置区,每个位置区由若干个基站小区组成。每个位置区由若干个基站小区组成。 一个移动通信网由多少个服务区或多少个一个移动通信网由多少个服务区或多少个MSC区组成区组成,它取它取决于移动通信网所覆盖地域的用户密度和地形地貌等。决于移动通信网所覆盖地域的用户密度和地形地貌等。67图图 多服务区网络结构多服务区网络结构 每个每个MSC(MSC(包括移动电话包括移动电话端局和移动汇接局端局和移动汇接局) )要要与本地的市话汇接局、与本地的市话汇接局、本地长途电话交换中心本地长途电话交换中心相连。相连。MSCMSC之间需互连互通才之间需互连互通才可以构成一个功能完善可以构成一个功能完善的网络。的

52、网络。 n 多个服务区的网络结构多个服务区的网络结构 684.2 移动通信系统的基本结构移动通信系统的基本结构69图图 GSM蜂窝系统的网络结构蜂窝系统的网络结构 BTSBSCVLRMSCOMCHLRAUCEIRBTSBSCMSMSTE基站子系统网络子系统PSTNISDNPDN 网络结构网络结构 4.2.2 数字蜂窝移动通信网的网络结构数字蜂窝移动通信网的网络结构70其中：其中：n 一个一个MSCMSC可管理多达几十个基站控制器可管理多达几十个基站控制器, ,一个基站控制器最多一个基站控制器最多可控制可控制256256个个BTSBTS。n 由由MSMS、BSBS和网络子系统构成公用陆地移动通信

53、网和网络子系统构成公用陆地移动通信网, , 该网络由该网络由MSCMSC与公用交换电话网与公用交换电话网(PSTN)(PSTN)、综合业务数字网、综合业务数字网(ISDN)(ISDN)和公用数和公用数据网据网(PDN)(PDN)进行互连。进行互连。BTS基站收发信机基站收发信机BSC基站控制器基站控制器BSS基站子系统基站子系统BSCMSCMSC移动交换中心移动交换中心BTSMS移动台移动台OMC-R操作维护中心操作维护中心PSTN724.2 移动通信系统的基本结构移动通信系统的基本结构731. 1. 移动台移动台(MS)(MS) n 移动台是移动通信网中的用户使用设备。移动台是移动通信网中的

54、用户使用设备。n 移动台类型可分为车载台、便携台和手机。其中手机用户移动台类型可分为车载台、便携台和手机。其中手机用户占绝大多数。占绝大多数。n 移动台通过无线接口接入移动通信系统，具有无线传输与移动台通过无线接口接入移动通信系统，具有无线传输与处理功能。处理功能。 n 移动台必须提供与使用者之间的接口。移动台必须提供与使用者之间的接口。4.2.3 4.2.3 移动台、基站和网络子系统移动台、基站和网络子系统74n移动台的重要组成部分：移动台的重要组成部分：用户识别模块，亦称用户识别模块，亦称SIMSIM卡。卡。 n基本上是一张符合基本上是一张符合ISO(ISO(开放系统互连开放系统互连) )

55、标准的标准的“智慧智慧”磁卡磁卡, ,其中其中包含与用户有关的无线接口的信息，也包括鉴权和加密包含与用户有关的无线接口的信息，也包括鉴权和加密的信息。的信息。n使用使用GSMGSM系统标准的移动台都需要插入系统标准的移动台都需要插入SIMSIM卡，只有当处理卡，只有当处理异常的紧急呼叫时，可以在不用异常的紧急呼叫时，可以在不用SIMSIM卡的情况下操作移动台。卡的情况下操作移动台。 nGSMGSM系统是通过系统是通过SIMSIM卡来识别移动用户的，卡来识别移动用户的，SIMSIM卡的应用使一卡的应用使一部移动台可以为不同用户服务，为今后发展个人通信打下了部移动台可以为不同用户服务，为今后发展个

56、人通信打下了基础。基础。移动台移动台(MS)(MS)75 2.2.基站子系统基站子系统(BSS)(BSS) nBSSBSS系统功能系统功能 n通过无线接口与移动台相接，进行无线发送、接收及无线资通过无线接口与移动台相接，进行无线发送、接收及无线资源管理。源管理。n基站子系统与网络子系统基站子系统与网络子系统(NSS)(NSS)中的移动交换中心中的移动交换中心(MSC)(MSC)相连，相连，实现移动用户与固定网络用户之间或移动用户之间的通信连实现移动用户与固定网络用户之间或移动用户之间的通信连接。接。76 基站子系统基站子系统(BSS)(BSS) 773.3.网络子系统网络子系统(NSS) (N

57、SS) 功能：功能： 对移动用户之间通信和移动用户与其它通信网用户之间对移动用户之间通信和移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用。通信起着管理作用。主要功能包括主要功能包括: : 交换、移动性管理与安全性管理交换、移动性管理与安全性管理等。等。 功能实体：功能实体： NSSNSS由很多功能实体构成，它们之间的信令传输都符合由很多功能实体构成，它们之间的信令传输都符合CCITTCCITT信令系统信令系统No.7No.7协议协议。78n移动交换中心移动交换中心(MSC)(MSC)n 是网络的核心，它提供交换功能并面向下列功能实体：是网络的核心，它提供交换功能并面向下列功能实体：基站子基站子系

58、统系统(BSS)(BSS)、原籍位置寄存器、原籍位置寄存器(HLR)(HLR)、鉴权中心、鉴权中心(AUC)(AUC)、移动设备、移动设备识别寄存器识别寄存器(EIR)(EIR)、操作维护中心、操作维护中心(OMC)(OMC)和固定网和固定网( (公用电话网、公用电话网、综合业务数字网等综合业务数字网等) )，从而，从而把移动用户与固定网用户、移动用户把移动用户与固定网用户、移动用户与移动用户之间互相连接起来。与移动用户之间互相连接起来。n MSCMSC可以从三种数据库，即可以从三种数据库，即HLRHLR、VLRVLR和和AUCAUC获取有关处理用户位获取有关处理用户位置登记和呼叫请求等所需的

59、全部数据。置登记和呼叫请求等所需的全部数据。n 作为网络的核心，作为网络的核心，MSCMSC还支持位置登记和更新、过区切换和漫还支持位置登记和更新、过区切换和漫游服务等项功能。游服务等项功能。 79 n 对于容量比较大的移动通信网，一个网络子系统可包括若干个对于容量比较大的移动通信网，一个网络子系统可包括若干个MSCMSC、VLRVLR和和HLRHLR。n 为了建立固定网用户与为了建立固定网用户与GSMGSM移动用户之间的呼叫，固定用户呼移动用户之间的呼叫，固定用户呼叫首先被接到叫首先被接到入口移动交换中心，称为入口移动交换中心，称为GMSCGMSC，由它负责获取移动，由它负责获取移动用户的位

60、置信息，且把呼叫转接到可向该移动用户提供即时服务用户的位置信息，且把呼叫转接到可向该移动用户提供即时服务的的MSCMSC，该，该MSCMSC称为称为被访被访MSC(VMSCMSC(VMSC) )。移动交换中心移动交换中心(MSC)(MSC)80n 访问用户位置寄存器访问用户位置寄存器(VLR)(VLR) 存储进入其控制区域内来访移动用户的有关数据存储进入其控制区域内来访移动用户的有关数据，这些数据，这些数据是从该移动用户的原籍位置寄存器获取并进行暂存的，一旦移动是从该移动用户的原籍位置寄存器获取并进行暂存的，一旦移动用户离开该用户离开该VLRVLR的控制区域，则临时存储的该移动用户的数据就的控