我的移动通信第四章

1、1l内容：移动通信的概念、特点和工作方式移动通信的组网制式、区域结构、多信道共用概念、信道自动选择方式、频率利用 移动交换机的特殊功能和特有的跟踪交换技术 2l重点：移动通信的概念、特点 多信道共用概念 l难点：正六边形区群结构 话务理论 移动通信的交换及控制技术 3l目的和要求：掌握移动通信概念、特点 了解移动通信系统的组网制式、无线区群结构、信道选择方法 掌握多信道共用、频率复用概念 理解移动通信中的位置登记、越区切换、漫游等基本控制技术 4l什么是移动通信什么是移动通信移动通信是指通信双方至少有一方或双方在移动通信是指通信双方至少有一方或双方在移动中进行信息交换的通信方式。移动中进行信息

2、交换的通信方式。至少有一方能移动；至少有一方能移动；一种有线和无线相结合的通信方式；一种有线和无线相结合的通信方式；区域内可随时随地进行；区域内可随时随地进行；为个人通信（为个人通信（5W通信）打下基础；通信）打下基础；移动通信可以是双向的，也可以是单向的。移动通信可以是双向的，也可以是单向的。5l移动通信的类型移动通信的类型按使用对象分：军用、民用按使用对象分：军用、民用 ；按用途和区域分：陆上、海上、空中按用途和区域分：陆上、海上、空中 ；按经营方式分：专用按经营方式分：专用 、公用、公用 ；按信号性质分：模拟、数字；按信号性质分：模拟、数字； 按工作方式分：单工、半双工、双工制按工作方式

3、分：单工、半双工、双工制 ；按网络形式分：单区制、多区制、蜂窝制按网络形式分：单区制、多区制、蜂窝制 ；按多址方式分：按多址方式分：FDMA、TDMA、CDMA 6l移动通信的特点移动通信是有线、无线相结合的通信方式。1.电波传播条件恶劣，存在严重的多径衰落（反射与绕射引起） 原因：接收信号由直射波和反射波叠加而成，各信号到达接收点时幅度和相位都不一样，使接收信号电平起伏不定。要求：在进行移动通信系统的设计时，必须具有一定的抗衰落的能力和储备。 72.2.强干扰条件下工作强干扰条件下工作。通信质量的好坏不仅取于设备性能，还和外部噪通信质量的好坏不仅取于设备性能，还和外部噪声与干扰有关。声与干扰

4、有关。噪声分类：内部噪声、人为噪声、自然噪声噪声分类：内部噪声、人为噪声、自然噪声 主要噪声：人为噪声，如汽车点火噪声主要噪声：人为噪声，如汽车点火噪声要求：选择抗干扰性强的调制方式；设备具有足要求：选择抗干扰性强的调制方式；设备具有足够的抗人为噪声能力。够的抗人为噪声能力。一般噪声强度随地点的分布服从正态对数分布一般噪声强度随地点的分布服从正态对数分布信噪比越大则通信质量越好信噪比越大则通信质量越好8强干扰条件下工作。强干扰条件下工作。主要干扰：主要干扰： 互调干扰，当两个不同频率的信号加到非线性器件上时，非互调干扰，当两个不同频率的信号加到非线性器件上时，非线性变换将产生许多组合频率信号，

5、其中一部分可能落在接线性变换将产生许多组合频率信号，其中一部分可能落在接收机通带内成为干扰。因此，它是设备中器件的非线性引起，收机通带内成为干扰。因此，它是设备中器件的非线性引起，要求设备必须具有良好的选择性；要求设备必须具有良好的选择性； 邻道干扰，离基站近的移动台的强信号干扰离基站远的邻道邻道干扰，离基站近的移动台的强信号干扰离基站远的邻道上的移动台的弱信号，要求移动台采用自动功率控制电路。上的移动台的弱信号，要求移动台采用自动功率控制电路。 同频干扰同频干扰, ,指所有连到接收机通带内的，与有用信号频率相指所有连到接收机通带内的，与有用信号频率相同或相近的无用信号产生的干扰。它是相同载频

6、电台间的干同或相近的无用信号产生的干扰。它是相同载频电台间的干扰，主要由同频复用引起，要求系统在组网时，给予充分的扰，主要由同频复用引起，要求系统在组网时，给予充分的重视重视。 CDMACDMA干扰：在第三代移动通信中采用干扰：在第三代移动通信中采用CDMACDMA技术，其信号在时技术，其信号在时间域和频率域上完全重叠，使用不同的正交码来区分信号，间域和频率域上完全重叠，使用不同的正交码来区分信号，产生了码间干扰产生了码间干扰9为了保证通话质量，给出了射频防卫度，为了保证通话质量，给出了射频防卫度，它是达到主观上规定的接收质量时，所需的它是达到主观上规定的接收质量时，所需的射频信号对干扰信号的

7、比值。射频信号对干扰信号的比值。所以接收信号所以接收信号/ /同频干扰必须大于射频防卫同频干扰必须大于射频防卫度。一般定义达到话音度。一般定义达到话音4 4级时为级时为17dB17dB，3 3级话级话音质量时为音质量时为12dB.12dB.103.3.具有多普勒效应。具有多普勒效应。多普勒效应：相对速度引起频移。频移与速度和入射波方多普勒效应：相对速度引起频移。频移与速度和入射波方向有关。向有关。多普勒频率多普勒频率要求：采用锁相技术（频率跟踪和低门限性能）要求：采用锁相技术（频率跟踪和低门限性能）锁相技术也是锁相环技术锁相技术也是锁相环技术 锁相环是指一种电路或者模块锁相环是指一种电路或者模

8、块,它用于在通信的接收机中它用于在通信的接收机中,其其作用是对接收到的信号进行处理作用是对接收到的信号进行处理,并从其中提取某个时钟的并从其中提取某个时钟的相位信息。或者说相位信息。或者说,对于接收到的信号对于接收到的信号,仿制一个时钟信号仿制一个时钟信号,使使得这两个信号从某种角度来看是同步的（或者说得这两个信号从某种角度来看是同步的（或者说,相干的）。相干的）。 cosvfd114. 4. 存在阴影区（盲区）。存在阴影区（盲区）。l盲区：某些特定区域中，电波被吸收或被反射而使移动台盲区：某些特定区域中，电波被吸收或被反射而使移动台接收不到信息接收不到信息 l要求：在网络规划、设置基站时必须

9、予以充分的考虑。要求：在网络规划、设置基站时必须予以充分的考虑。 5. 5. 用户经常移动，与基站间无固定联系。用户经常移动，与基站间无固定联系。要求采用跟踪交换技术：如位置登记（原地用户位置寄存要求采用跟踪交换技术：如位置登记（原地用户位置寄存器和访问用户位置寄存器）、越区切换、漫游器和访问用户位置寄存器）、越区切换、漫游12l移动通信的发展移动通信的发展1G（模拟系统）模拟系统）l代表：美国的代表：美国的AMPS、英国的英国的TACS等等2G（数字系统）数字系统）l代表：泛欧的代表：泛欧的GSM、美国的美国的DAMPS、IS-95CDMA等等3Gl标准：标准：基于基于GSM的的WCDMA、

10、基于基于IS-95CDMA的的cdma2000、TD-SCDMA等等 4G、5G为使为使2G系统能平滑过渡到系统能平滑过渡到3G，采用采用2.5G技术技术代表：代表：GPRS（GSM向向WCDMA过渡）过渡）13我国移动通信的发展我国移动通信的发展1989年，模拟年，模拟TACS；1994年，年，GSM系统；系统；2001年，模拟网关闭，年，模拟网关闭，IS-95CDMA启用，启用，GPRS开通；开通；目前，正向目前，正向3G的商用发展，的商用发展，14l移动通信的工作方式移动通信的工作方式单工方式：同时只能单方向工作，发信时需单工方式：同时只能单方向工作，发信时需“按按-讲讲”操操作作半双工

11、方式：只有一方可收发同时进行；另一方同时只半双工方式：只有一方可收发同时进行；另一方同时只能单方向工作能单方向工作双工方式：通信双方均可同时收发工作双工方式：通信双方均可同时收发工作准双工方式：移动台仅在发信时开启发射机，而接收机常开。准双工方式：移动台仅在发信时开启发射机，而接收机常开。频分双工频分双工FDD时分双工时分双工TDD15l移动通信系统的组成 组成：移动台MS、基站BS、移动业务交换中心MSC及与市话网PSTN相连接的中继线等 16l组网制式大区制-小容量（按照服务面积范围）概念：在一个服务区内只有一个基站负责移动通信的联络和控制 基站天线架设高(30m)， 发射功率大50-20

12、0W，R=30-40km上行采用分集接收区域内所有频率不能重复 不利于频分复用,频谱利用低覆盖范围有限，性能较差17u提高覆盖半径是大区制需解决的主要问题u决定覆盖半径的因素 地球的曲率 地形影响 多径反射 移动台发射功率小，上行信号传输距离有限u解决上行信号问题的办法： 设置分集接收台 基站发射用全向天线，基站接收用定向天线 提高基站接收灵敏度 同频转发18小区制-大容量概念：将整个服务区划分为若干个小无线区，每个小无线区分别设置一个基站负责本区的移动通信的联络和控制，每个小区的半径可以为2-10km；同时又可在 MSC的统一控制下，实现小区 间移动通信的转接及与公众电话 网的联系 。特点：

13、用户容量大，服务性能好， 频谱利用率较高，但系统复杂， 越区切换、漫游、位置登记、更 新和管理等。 19u蜂窝系统分类“小区制”系统： 宏蜂窝（Macro-cell）2-20km 微蜂窝（Micro-cell）0.4-2km 皮蜂窝（Pico-cell）20km (农村)宏小区 小区半径r=1-20km (人口密集地区)微小区 小区半径r=0.1-1km （城市繁华区）微微小区：小区半径r0.1km (办公室、家庭内)28激励方式中心激励：全向天线实现顶点激励：定向天线实现29无线小区的划分服务区内用户密度均匀，采用的无线小区大小相同，每个小区分配的信道数相同；实际通信网络中，用户密度分布不均

14、高用户密度区域，无线小区应小些或分配的信道数多些；低用户密度区域，无线小区可大些或分配的信道数少些；当原小区用户密度增至一定程度，可实现小区分裂。30小区分裂增大系统容量、降低用户密度，适应用户增长一分三方式、一分四方式31l选择小区分裂扩容法应遵循以下原则： （1）确保已建基站可以继续使用 （2）应保持频率复用方式的规则性与重复性 （3）尽量减少或避免过渡区 （4）确保今后可以继续进行小区分裂32无线区域的划分和组成，应根据地形地物情况、容量密度、通信容量、频谱利用率等因素综合考虑 ；例：容量密度不等时的区域划分33l移动通信系统的信道结构信道概念：通信网络中一条双向的信息传输通道；类型：话

15、音信道、控制信道；有线信道、无线信道无线信道移动台与基站间的一条双向传输通道，使用两个分开的无线频率，上下行信道间的载频间隔为双工间隔。上行信道：由移动台发射，基站接收下行信道：由基站发射，移动台接收34信道不同系统中信道的含义：模拟系统中：信道=频道GSM系统中：信道=某载频上的一个时隙CDMA系统中：信道=一个正交的地址码35l多信道共用提高频率利用率的方法l同频复用：间隔一定距离的两个无线小区使用相同频道组l多信道共用 ：网内大量用户共同享有若干个无线信道用户占用信道方式独立信道方式：为用户固定使用某一信道多信道共用方式：任何一个小区内的移动用户可选取小区内的任何空闲信道。36话务理论呼

16、叫话务量A度量通信系统通话业务量或繁忙程度的指标单位时间（1小时）内呼叫次数与每次呼叫的平均占用信道时间之积 ，即A =Ct单位：爱尔兰（Erl） 1Erl表示一个小时内不断占用一个信道的话务量完成话务量A0：呼叫成功接通的话务量损失话务量AL 37呼损率B呼损：由于用户数大于信道数，当多个用户同时要求服务而信道数不够时，有部分用户因无空闲信道而不能通话，即为呼叫失败呼损率B：通信系统中，造成呼叫失败的概率呼损率的物理意义：损失话务量与呼叫话务量之比的百分数（也可用呼叫次数表示） B =（AL/A）100% =（CL/C）100% 38呼损率越小，成功呼叫的概率越大，用户就越满意。因此呼损率也

17、称为系统的服务等级。呼损率与话务量是一对矛盾，服务等级与信道利用率也是矛盾的，必须选择一个合适的值利用爱尔兰公式计算出的呼损率列表为爱尔兰呼损表，反映话务量、呼损率和共用信道数间的关系工程上，常用查表的方式计算话务量39l问题l在一个系统中，满足一定用户数U,选择合理的n个信道，达到B要求的服务质量是波道设计的要点。40繁忙小时集中率K忙时、非忙时考虑用户数与信道数时应该采用忙时话务量忙时话务量：最繁忙的一小时的话务量繁忙小时集中率：忙时话务量与全日（24小时）话务量的比值 K=忙时话务量/全日话务量 一般取值为10%15%41每用户忙时话务量A用户a用户=CTK/3600 （Erl/用户）

18、C为每天平均呼叫次数；T为每次呼叫平均占用信道时间(s)；K为繁忙小时集中率 a用户是一个统计平均值对专用移动通信系统，用户忙时的话务量可按0.06Erl/用户计算；对于公用移动通信系统，用户忙时的话务量按0.01Erl/用户来计算 42每信道容纳的用户数mm=(A/n)/ a用户 A/n为每信道平均话务量，A可由爱尔兰呼损表查得，n是信道数。 每个信道所容纳的用户数与在一定呼损条件下系统所能负载的话务量成正比，与每用户忙时话务量成反比。43例：某移动通信系统，每天每个用户平均呼叫10次，每次平均占用信道时间为80s，呼损率要求为10%，忙时集中率K=0.125，问给定8个信道能容纳多少用户？

19、 解：根据呼损率要求及信道数，查表得总话务量A=5.579Erl 每个用户忙时话务量a用户=CTK/3600=10*80*0.125/3600=0.027(Erl/用户) 每个信道容纳的用户数m=(A/n)/a用户=25.7（用户/信道） 系统所容纳的用户数mn=25.78205（用户） 结论：通过信道公用技术使得8个信道可以容纳205个用户使用，所以大大提高了信道的利用率以及频带利用率。44信道利用率：也叫波道利用率，是每个波道平均 完成的话务量=A/n=A(1-B)/n45当无线区共用信道数一定时，呼损率B越大，话务量A越大，信道利用率越高，服务质量越低 多信道共用时，信道利用率提高，信道

20、数增加，信道利用率高，但信道利用率并不是成线性增加，其提高的速度随着波道数的增加越来越小。而且设备复杂，互调产物增多 用户数不仅与话务量有关，而且与通话占用信道时间有关 在系统设计时，既要保持一定的服务质量，又要尽量提高信道的利用率，而且要求在经济技术上合理 在系统设计时，必须选择合理的呼损率，正确确定每用户忙时话务量，采用多信道共用方式工作，根据用户数计算信道数，或者给定信道数计算能容纳用户数46l移动交换系统移动交换设备功能：完成无线用户之间、无线用户与市话用户之间建立通话时的接续和交换移动交换设备多为程控电话交换机。移动交换设备与程控电话交换机相比需要有一些特殊功能。 因为移动用户可在一

21、定区域内任意移动，完成移动用户间或移动用户与固定用户间的一个接续，须经固定的地面网和不固定的无线信道的链接，而且移动台位置的变动使整个服务区内话务分布状态随时发生剧烈的变化。47移动交换系统的特殊要求：用户数据的存储；用户位置的登记；寻呼用户的信令系统识别及处理；越区频道转换的处理；过荷控制；远距离档案存取；路由的控制 48l移动通信中的控制技术位置登记概念：移动台向基站发送报文，表明自己所处的位置的过程。 几个相关名词：位置区、家区、被访区、归属位置寄存器、访问位置寄存器位置更新位置区的划分49一齐呼叫概念：位置信息表明被呼移动用户在某个位置区，但不知其所处的具体小区，因此位置区内所有基站一

22、齐发出被呼移动用户识别码，被叫移动用户应答后，即由应答小区提供接续服务 50越区切换概念：为了保证通信的连续性，正在通话的移动台从一个小区进入相邻的另一小区时，工作频道从一个无线频道上转换到另一个无线频道上，而通话不中断 按切换小区的控制区域分类：在同一基站控制器BSC下的小区间的越区切换；在同一MSC，不同的BSC下的小区间进行的越区切换；在不同MSC下的小区间的越区切换（也称为越局切换） 51切换时刻：根据基站接收到移动台的信号强度测试报告或误码率报告确定硬切换与软切换硬切换：移动台越区过界时进行的切换，在切换时，移动台要先中断与原通信基站的联系，再建立与目标基站间的通信 ；软切换：移动台

23、在切换时，先不中断与原通信基站的联系，而与目标基站先建立通信，两个基站可同时为一个用户提供服务，当与目标基站取得可靠通信后，再切断与原基站间的通信 。52l硬切换与软切换 GSM中支持硬切换；CDMA中支持软切换，也支持硬切换53漫游概念：移动台从一个MSC区到另一个MSC区后，仍能入网使用的通信服务功能 漫游的实现过程：位置登记、转移呼叫和呼叫建立 几个名词：归属局、本局用户、被访局、漫游用户54l移动通信系统中，由于用户能在移动中进行通信，具有与有线通信不同的特点，需要有一定的措施以解决所存在的问题。 l为了提高频谱的利用率，大容量移动通信系统采用正六边形无线小区制结构，并进行多频道共用和

24、同频复用，专用呼叫信道方式可用于提高呼叫接续的速度。 l由于用户的可移动性，移动交换机必须具有特定的功能，移动通信网必须具有如位置登记、越区切换、漫游等跟踪交换技术。 55lGSM系统工作在900MHz频段，考虑到未来个人通信网的需求，1800MHz频段也纳入了GSM标准。l考虑到容量以及系统效率，系统蜂窝半径为110km5657l组成部分：基地站子系统、网络子系统l基地站子系统：基地站收发台（BTS）：收发信机、天线 基地站控制器（BSC）：BTS与MSC中枢l网络子系统：移动交换中心（MSC） 操作和维护中心（OMC） 原籍用户位置寄存器（HLR） 访问用户位置寄存器（VLR） 鉴别中心（

25、AUC）：识别用户身份 设备标志寄存器（EIR）：存储移动台设备参数58l基站子系统（BSS）l网络与交换子系统（NSS）l运行子系统（OSS）59l网络实体基站（BTS）基站控制器（BSC）l接口UmAbisA60l基站（BTS）无线收发信号的功能（调频、功率调整）信号处理功能（编码、调制、加密，等等）l基站控制器（BSC）负责其所管理的所有BTS的资源分配和释放负责移动台与MSC之间的链路其他功能（切换、位置更新，等等）61l网络实体移动交换中心（MSC）l互连功能体（IWF）l数据库归属位置寄存器（HLR）访问位置寄存器（VLR）62l移动交换中心（MSC）主要功能是协调GSM用户呼叫的

26、建立控制BSC间的切换通过7号信令网协调VLR，HLR及OSS间的工作l互连功能体（IWF）完成MSC与外部网络互连的适配功能63l归属位置寄存器（HLR）存储与业务提供有关的归属于该区域的用户的信息当用户的访问区域变化时，负责信息的更新l访问位置寄存器（VLR）存储在一个MSC区域内的用户的临时注册数据64l负责GSM网络运行、管理和维护等方面的功能l功能实体运行和维护中心（OMC）鉴权中心（AUC）设备识别寄存器（EIR）65l运行和维护中心（OMC）对基站子系统BSS和网络与交换子系统进行控制和配置l鉴权中心（AUC）存储、产生用户的鉴权密钥密钥用于移动台鉴权及空中接口的数据加密l设备识

27、别寄存器（EIR）存储移动台的信息（IMEI）失窃、损坏的移动台被记录66MSBTSBSCMSC信道请求信道分配呼叫建立请求鉴权请求鉴权响应加密指令加密就绪发送被叫号码建立路由响应分配业务信道业务信道建立67MSBTSBSCMSC分配业务信道业务信道建立回铃音或忙音提示对方接听呼叫连接建立完成通话68l频分双工（FDD）上行信号和下行信号在不同频带上传输01240124890MHz915MHz935MHz960MHzUPLINKDOWNLINK69l频谱分配890-915 MHz935-960 MHzGSM 9001710-1785 MHz1805-1880 MHzGSM 18001850-1

28、910 MHz1930-1990 MHzGSM 1900UplinkDownlink70l移动交换中心是GSM的核心，主要功能： 信道的管理和分配 呼叫的处理和控制 过区切换和漫游的控制 用户位置信息的登记与管理 用户号码和移动设备号码的登记和管理 服务类型的控制 对用户实施鉴权 与其他MSC和公用通信网络提高链路接口71l在实际的通信网络中，由于网络规模的不同、运营环境的不同和设备生产厂家的不同，以上各个部分可以有不同的配置方法，例如把MSC和VLR合并在一起，或者把HLR和AUC合并在一起。但是各个设备之间都遵循CCITT建议的公用陆地移动通信网（PLMN）接口标准。72lGSM采用相位频

29、移键控GMSK调制技术，调制指数mf=0.3，并采用时分多址和频分多址的TDMA/FDMA混合技术l在25MHz频段内分配了125个载频（载频间隔200kHz），每一载频被8个信道时分复用，所以GSM系统实际最大可用信道数为8*125=1000个，73l第一代模拟移动通信，采用FDMA,工作在800MHz、900MHz频段，带宽只有12.5MHz。l第二代数字移动通信，采用TDMA,容量大为改善，采用频率复用技术，频谱利用率增加l第三代移动通信，采用扩频CDMA技术，l多址技术解决问题：通常有许多移动台同时通过一个基站和其他移动台进行通信，因而必须对不同移动台和基站发出的信号赋予不同的特征，使

30、基站能从众多移动台的信号中区分出是哪一个移动台发来的信号，而各移动台又能识别出基站发出的信号中哪个是发给自己的信号。74CDMA：指系统内不同用户占用同一频率和同一时间段，但各具有不同的PN码（伪随机噪声码），接收端以这种PN码作为区分和选择信号的差别依据，同时又扩展频谱的一种多址方式；也称为扩频多址l基站对移动台产生的正向多址干扰l移动台对基站产生的反向多址干扰l反向（上行链路）功率控制l正向（下行链路）功率控制75l扩频：是通过注入一个更高频率的信号将基带信号扩展到一个更宽的频带内的射频通信系统，即发射信号的能量被扩展到一个更宽的频带内使其看起来如同噪声一样。扩展带宽与初始信号之比称为处理

31、增益(dB)，典型的扩频处理增益可以从10dB到60dB。 l用数字化的话音信号去调制高速率的伪随机码，调制后形成的扩频数字比特率与伪随机码形同，但其中隐含了话音信号。76信息调制扩频调制射频调制变频扩频解调信息解调扩频码发生器射频发生器本地射频发生器本地扩频码发生器l直接序列扩频原理（参看课本4.42）77频谱的扩展是直接由高码率的 扩频码序列进行调制而得到的扩频码序列多采用伪随机码，也称为伪噪声（PN）码序列接收端多采用产生本地伪随机码序列对接收信号进行相关解扩，或采用匹配滤波器来解扩信号扩频与解扩的伪随机码序列应有严格同步，码的捕获和跟踪多采用匹配滤波器或利用伪随机码优良的相关特性在延迟锁定环中实现一般需要用窄带滤波器来排除干扰，以实现其抗干扰能力的提高78l跳频：用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变 l用PN码确定离散频率的次序，这些离散频率就成了跳频载波。也就是已调载波频率在PN码的控制下在不同的时隙中伪随机的来回在不同