第03章组网技术基础

1、7-7-1 1数字移动通信数字移动通信3-3-2 2数字移动通信第3章组网技术基础3-3-3 3要求与重点3-3-4 4本节课的问题n问题：n多用户信道共用？n系统的移动性管理？3-3-5 5奥运鸟巢最多可以容纳10万人，这时网络所能提供的可用信道数远远小于用户数，这些用户要如何共用有限的信道资源呢？3-3-6 63.5 多信道共用技术 多信道共用（中继）：由网内的大量用户共享相对较小数量的无线信道 19世纪末由丹麦数学家爱尔兰提出 现在用他的名字作为话务量强度的单位 共用的基本概念共用的基本概念 按需分配按需分配（1）当用户提出服务要求时，系统为其）当用户提出服务要求时，系统为其分分配配信道

2、信道（2）当用户不需要服务时，信道被）当用户不需要服务时，信道被释放释放3-3-7 73.5 多信道共用技术 问题的提出：M个用户，n个信道 若无空闲信道，则新用户被阻塞或需要排队等待服务 Mn不存在阻塞 Mn存在阻塞 思考：M与n是怎样的关系才合理呢？3-3-8 83.5 多信道共用技术基本思路：根据用户的统计特性来设计系统容根据用户的统计特性来设计系统容量量使用使用固定数量固定数量的信道为大量的、随机数量的用的信道为大量的、随机数量的用户提供服务。户提供服务。在在信道数量信道数量和和呼叫阻塞概率呼叫阻塞概率之间进行折衷。之间进行折衷。3-3-9 93.5.1 话务量与呼损一、话务量的定义

3、度量话音通信中业务量的大小 单位时间内的电话交换量 单位小时的呼叫小时或单位分钟的呼叫分钟0ACt请求速率（C）：单位时间内的平均呼叫次数保持时间（t0） ：每次呼叫平均占用信道的时间3-3-10103.5.1话务量与呼损n 1 1、呼叫话务量、呼叫话务量 话务量是度量通信系统业务量或繁忙程度的指标。其性质如同客流量，具有随机性，只能用统计方法获取。流入话务量：呼叫请求速率乘以平均占用信道时间完成话务量：呼叫成功速率乘以平均占用信道时间 其中，t0是每次通话的平均保持时间（小时/次），C单位时间内每个用户的平均呼叫请求次数（次/小时）。两者相乘而得到应是一个无量纲的量，专门命名它的单位为“爱尔

4、兰”（Erlang）。 0CtA00tCA 3-3-11 11一、话务量的定义举例：设在100个信道上，平均每小时有2100次呼叫，平均每次呼叫时间为2分钟，则这些信道上的呼叫话务量为思考：一个信道所能完成的最大话务量是多少？2100 270Erl60A3-3-1212 呼损率（B）：由于无信道可用而造成呼叫失败的概率 为呼叫成功的话务量， 为一个小时内呼叫成功的通话次数0 0AC t 二、呼损率A0C0CCAABAC呼损率反映了什么？3-3-1313 服务等级（GoS） 呼损率越小，成功呼叫概率越大，用户越满意。要想要想提高服务等级，提高服务等级，一是提高系统容量，二是减少用户数（这不是希望

5、一是提高系统容量，二是减少用户数（这不是希望的），三是采用合理的多信道共用方法，呼损率和话的），三是采用合理的多信道共用方法，呼损率和话务量是一对矛盾，务量是一对矛盾， 呼损率也称为服务等级。 可用来衡量最忙情况下用户进入系统的能力。二、呼损率主要考虑两个问题：主要考虑两个问题：确定用户在确定用户在忙时接入系统忙时接入系统被阻塞的概率。被阻塞的概率。确定符合确定符合GoS所需要的所需要的最大话务量最大话务量。3-3-1414 爱尔兰公式假设呼叫具有以下性质：（1）每次呼叫相互独立，互不相关；（2）每次呼叫在时间上都有相同的概率。0!nriniAnPGOSAi阻塞二、呼损率利用查表法或查图法得到

6、总呼叫话利用查表法或查图法得到总呼叫话务量务量A！3-3-1515 忙时话务量：一天中最忙的那个小时中每个用户的平均话务量 一天中不同时段的话务量是有区别的 考虑通信系统的用户数和信道数时，采用忙时平均话务量 忙时信道够用，非忙时肯定不成问题。 集中系数（K） 忙时话务量与全日话务量之比 一般取7%15%三、每个用户忙时话务量（Aa）3-3-1616 忙时话务量 C：每一用户每天平均呼叫次数 T：每次呼叫平均占用信道时间（单位为s） K：忙时集中系数3600aCTKA 三、每个用户忙时话务量（Aa）问题系统到底能容纳多少用户数n还记得系统容量的定义吗？一定频段内所能提供的信道数或用户的最大数目

7、或系统输入话务总量。上次课用一定频段内所能提供的信道数来表示系统容量，用符号C来表示。这次课用系统所能够用户的最大数目或系统输入话务总量3-3-1717问题系统到底能容纳多少用户数n通过前面分析的几个参数呼损率信道数每个用户忙时的话务量n系统到底能容纳多少用户数呢？n求解的思路是什么呢？3-3-18183-3-19193.5.2 多信道共用的容量和信道利用率由呼损率B和信道数n，确定系统可支持的总呼叫话务量A系统所能容纳的用户数M每个信道所能容纳的用户数 maAMA/aaA AMA nmnAn3-3-20203.5.2 多信道共用的容量和信道利用率 信道利用率：每个信道平均完成的话务量ABAn

8、n（1-）思考：思考： 不同的不同的信道分配方式信道分配方式，对信道利，对信道利用率有何影响？用率有何影响？3-3-21213.5.2 多信道共用的容量和信道利用率 举例：当呼损率为1%时，10个信道所支持的话务量与2组5个信道以及10组单个信道支持的话务量一样吗？ 10个信道所支持的话务量为4.46 Erlangs 2组5个信道可支持的话务量为21.36 = 2.72 Erlangs10组单个信道可支持的100.01 0.1 Erlangs 信道分组方式影响系统能支持的用户数量动态信道分配和信道借用策略能提高系统容量的原因3.5.2 多信道共用的容量和信道利用率n 举例：某移动通信系统一个无

9、线小区有10个信道，每天每个用户平均呼叫次数为15次，每次占用信道平均时间为80s，呼损率要求10，忙时集中系数为0.1。问该无线小区能容纳多少用户？n （1）查表，A7.551 Erlangsn （2）每个用户的忙时话务量0.033Erl/用户n （3）系统能容纳的用户数3-3-2222228aAMA3-3-2323蜂窝移动通信成功通信包括三个阶段：呼叫建立消息传输释放3.8 系统的移动性管理3-3-2424通信网络最基本的任务：建立始呼与被呼之间的连接 识别被呼用户 定位用户所在位置 建立网络到用户的路由连接 通话过程中维持连接 通话结束，拆除连接3.8 系统的移动性管理在此过程中的有哪些

10、问题需要解决？3-3-2525 在移动通信网中，建立一个呼叫连接需要解决三个问题 用户所在的位置 用户识别 用户所需提供的服务3.8 系统的移动性管理3-3-26263.8 系统的移动性管理 基站如何找手机？ “动中通”？3-3-2727一、位置更新位置更新与“打电话报平安” 你在外面晃悠，家里希望有事的时候能够找到你，所以你最好到了一个新的地方就给家里打电话，同样，手机到了一个新地方也要报告给基站，这就是“正常位置更新”。问题：怎么划分问题：怎么划分“新地方新地方”？ 怎么知道到了怎么知道到了“新地方新地方”？3-3-2828一、位置更新怎样划分“新地方”？ 位置区的概念 位置区是随着蜂窝通

11、信的发展而产生的，在模拟通信时代是没什么位置区的概念的，一个MSC包打天下。如果要寻找一台“大哥大”，那么就在该MSC下所有的基站下发寻呼消息来找该手机。问题：系统负荷大解决：划分位置区，分片寻呼3-3-2929n 移动通信网 若干服务区 若干MSC区 若干位置区 若干基站小区一、位置更新3-3-3030一、位置更新位置更新与“打电话报平安” 手机通过侦听广播消息得知自己所在的位置区，如果位置区发生了变化，则主动联系无线网络，上报自己所在的位置。终端主动报告位置变更 问题：位置更新信息存哪儿？问题：位置更新信息存哪儿？3-3-3131一、位置更新位置更新与“打电话报平安” 无线网络收到手机发来

12、的位置变更消息后，就把它记载在数据库中，这个数据库称为位置寄存器。 无线网络收到对该手机的被叫请求后，就首先查找位置寄存器，确定手机当前所处的位置区，再将被叫的请求发送到该位置区的基站，由这些基站对手机进行寻呼。位置区下面管理多少个小区（基站）？3-3-3232一、位置更新两个位置寄存器 -原籍位置寄存器（HLR） 访问位置寄存器（VLR）原籍位置寄存器（HLR）：负责移动台数据库管理用户参数信息：向用户提供的服务，用户的各种号码，识别码，用户的保密参数；用户位置信息：移动漫游号码，VLR地址，呼叫路由。3-3-3333 访问位置寄存器（VLR）：存储用户位置信息的动态数据库，往往和MSC合并

13、在一个设备实体中 漫游用户必须向与漫游地点MSC相关的VLR登记。向漫游用户分配移动用户漫游号码，并通知该用户的HLR。 已经有了HLR还要VLR干什么呢？一、位置更新3-3-3434一、位置更新两个位置寄存器 -原籍位置寄存器（HLR） 访问位置寄存器（VLR） 用户资料信息很多，在其它位置区时，如果每次呼叫都要去注册地所在的HLR中把用户资料弄过来，太麻烦，因此有了VLR，用户由一个位置区进入另外一个时，从HLR中下载新的数据到VLR中，并删除前一个VLR的信息。可以将VLR理解为HLR的本地缓存3-3-3535小区小区1小区小区3小区小区2小区小区4位置区位置区1位置区位置区2BSCBS

14、CMSCVLRMSCVLRHLR(1) MS(1) MS向向MSCMSC发送发送“位置更新请求位置更新请求”(1)(2)(2) MSC(2) MSC向客户的向客户的HLRHLR发送发送“位置更新请求位置更新请求”(3) HLR(3) HLR回送回送“位置更新接受位置更新接受”(3)(4)(4) MSC (4) MSC 对对VLRVLR中该客户的中该客户的IMSIIMSI作标记，并向作标记，并向MSMS回送回送“位置更新证实位置更新证实”(5)(5) HLR(5) HLR通知原来的通知原来的MSCMSC删除删除VLRVLR中有关该中有关该MSMS的客户数据的客户数据 3-3-3636一、位置更新

15、位置更新与“打电话报平安” 你在外面晃悠，就算地方没有变，但是隔段时间也要给家里打电话，免得家里担忧，同样，手机也要周期性向系统汇报所在位置，这叫“周期性位置”。3-3-3737一、位置更新位置更新与“打电话报平安” 位置变更消息还有个时效性问题。有时候你手机所处的位置区并没有变更，但网络也无法找到你，比如手机没电、SIM卡被拔出。或者是手机位置发生了变化，但是网络无法得知，比如进入了无信号区。 因此要求手机每隔一段时间，都要向网络汇报位置。3-3-3838一、位置更新位置更新与“打电话报平安” 手机周期性向系统汇报所在位置。逾时未报的，就把它当成了“网络不可及”，直到收到它的下一次位置更新再

16、改变状态。周期性更新（图示为30分钟后） 特殊事件：手机没电，没信号，下特殊事件：手机没电，没信号，下电池，关机电池，关机3-3-3939一、位置更新新问题：手机关机问题？ “周期性汇报”无法有效解决手机关机问题！ 解决思路：开关机的时候都通知网络一声。关机时，用户向网络发送“分离处理请求”，这一信息存在VLR上（不发送给HLR）。开机时，如果通过接收系统消息发现开机时的位置区标识已经发生了改变，那么就执行正常的位置更新，如果位置区没有发生改变，就向网络发送一个“附着”消息，告诉网络我又回来了，可以呼我了。思考：手机已关机和用户不在服务区思考：手机已关机和用户不在服务区系统位置更新过程系统位置

17、更新过程 移动台的位置登记移动台的位置登记 位置区改变后的位置更新位置区改变后的位置更新 在一特定时间内，移动台与网络没有发生联系时，在一特定时间内，移动台与网络没有发生联系时，移动台自动地、周期地与网络取得联系，核对数移动台自动地、周期地与网络取得联系，核对数据据3-3-4040开机时，网络需要对新的移动用户的国际用户识别开机时，网络需要对新的移动用户的国际用户识别码的数据做码的数据做“附着附着”标记，表明此用户是激活用户；标记，表明此用户是激活用户；关机时，发送一个关机时，发送一个“分离分离”消息，并在国际用户识消息，并在国际用户识别码上去掉别码上去掉“附着附着”标记，增加标记，增加“分离

18、分离”标记。标记。当网络在特定时间内没有收到来自移动台任何信息当网络在特定时间内没有收到来自移动台任何信息时，就启动周期位置更新措施。时，就启动周期位置更新措施。3-3-4141n 在实际系统中，位置登记区越大，位置更新的频率越在实际系统中，位置登记区越大，位置更新的频率越低，但每次呼叫寻呼的基站数目就越多，用于寻呼的低，但每次呼叫寻呼的基站数目就越多，用于寻呼的开销非常大；开销非常大；n 另一方面是：如果移动台每进入一个小区就发送一次另一方面是：如果移动台每进入一个小区就发送一次位置更新信息，则这时用户位置更新的开销非常大，位置更新信息，则这时用户位置更新的开销非常大，但寻呼的开销很小。但寻

19、呼的开销很小。 3-3-42423-3-4343若若A A客户为北京固定网某客户，客户为北京固定网某客户，B B客户为上海数字移动某客户，客户为上海数字移动某客户，B B客户已漫游客户已漫游到广州，到广州，A A客户呼叫客户呼叫B B客户流程如下：客户流程如下：（5 5）VLR VLR 把分配给被叫客户的把分配给被叫客户的MSRNMSRN号码回送给号码回送给HLRHLR，由，由HLRHLR发送给发送给GMSCGMSCMSCHLRVLR广州广州PSTN 公共电话交换网公共电话交换网MSC 移动交换中心移动交换中心HLR 原籍位置寄存器原籍位置寄存器VLR 访问位置寄存器访问位置寄存器GMSC北京

20、北京PSTN一、位置更新（1 1）A A客户拨打客户拨打B B客户，拨客户，拨MSISDN(0139H0HlH2H3ABCD)MSISDN(0139H0HlH2H3ABCD)号码号码（1）（2 2）本地交换机根据）本地交换机根据A A客户所拨号码客户所拨号码(139)(139)可以与可以与GSMGSM网的网的GMSCGMSC间建立链路，间建立链路，并将并将B B客户号码传送给客户号码传送给GMSCGMSC（2）（3 3）GMSCGMSC根据根据H0HlH2H3ABCDH0HlH2H3ABCD，向，向B B客户的客户的HLRHLR发发MSISDNMSISDN号码，询问号码，询问B B客户客户漫游

21、号码漫游号码(MSRN)(MSRN)（3）（4 4）HLRHLR将将B B客户客户MSISDNMSISDN号码转换为客户识别码号码转换为客户识别码(IMSI)(IMSI)，查询，查询B B客户目前所客户目前所在的业务区在的业务区MSCMSC，向该区，向该区VLRVLR发被叫的发被叫的IMSIIMSI，请求，请求VLRVLR分配给被叫客户一个分配给被叫客户一个漫游号码漫游号码MSRNMSRN（4）（5）（6 6）GMSCGMSC有了有了MSRNMSRN，就可以把入局呼叫接到，就可以把入局呼叫接到B B客户所在的客户所在的MSC (MSC (北京北京- -广州广州) )（6）（7 7）VLRVLR

22、查出被叫客户的位置区识别码查出被叫客户的位置区识别码(LAI)(LAI)之后，之后，MSCMSC将寻呼消息发送给位将寻呼消息发送给位置区内所有的置区内所有的BTSBTS，由这些，由这些BTSBTS在整个位置区覆盖范围内进行广播寻呼在整个位置区覆盖范围内进行广播寻呼（8 8）守候的空闲）守候的空闲MSMS接收到此寻呼消息，识别出其接收到此寻呼消息，识别出其IMSIIMSI码后，发送应答响应，码后，发送应答响应，并建立通信连接，通信过程中采用并建立通信连接，通信过程中采用TMSITMSI号码号码上海上海3-3-4444二、越区切换越区切换 切换，是指将一个正处于呼叫建立状态或者通话状态的MS转换到

23、新的业务信道上的过程。3-3-4545二、越区切换越区切换与“空中接力” 足球比赛中的“空中接力”要考虑的因素是很多的，来球的方向、高度和力度等等，队员在一瞬间要根据球场上瞬息万变的形式作出准确的判决。 同样越区切换也是件麻烦事情，空中接力要求球不能落地，切换要求不能掉话，考虑的因素一样复杂。 什么时候由谁确定进行切换？如什么时候由谁确定进行切换？如何切换？何切换？3-3-4646二、越区切换 n由谁决定是否切换？MS？ 切换的决定者不是MS本身，而是网络。MS只有对本身信号质量以及接收电平进行测量并上报给网络的权力，至于要不要进行切换，那是网络考虑的事情。nMS需要做点什么呢？3-3-474

24、7二、越区切换n越区切换控制策略：1. 移动台：选择具有可用业务信道的最佳候选基站，并发送越区切换请求。2网络控制：网络要求所有基站都监测移动台信号，并将结果报告网络，网络确定后通知基站与移动台3移动台辅助控制：网络要求移动台监测所有基站的信号，并将结果报告旧基站，网络根据测试结果决定何时切换及切换至哪一个基站。3-3-4848二、越区切换网络控制切换（NCHO）网络决定何时进行切换基站监听来自移动台的信号的强度和质量网络利用多个基站对所有连接的信号强度进行监测MSC决定何时进行切换网络信令负荷较重，基站的资源有限，造成切换时间较长。切换时间第1代模拟系统：10s3-3-4949二、越区切换移

25、动台辅助切换（MAHO）移动台检测周围来自基站信号的能量将测量的数据通知当前提供服务的BS。当从其它基站接收到的信号比当前服务基站的信号高出一定程度或持续一段时间时，开始进行切换。使用MAHO降低了需要的切换时间切换的检测由每个移动台完成。适用于切换频繁的场合。 切换时间第2代数字系统：1-2s3-3-5050二、越区切换切换过程 发起：移动台和基站都可以根据信号的强弱来决定是否需要进行切换，并准备进入切换处理。 资源预留：预留分配切换所需要的资源（切换优先于呼叫请求）。 执行：进行切换，移动台使用新分配的资源。 完成：旧资源被释放。 3-3-5151二、越区切换什么时候需要切换？ 根据移动台

26、接收的平均信号强度，或信噪比（信干比）、误比特率等参数来确定。 重要的切换参数切换的门限电平。3-3-5252二、越区切换越区切换的准则（1）相对信号强度准则（准则1） 在任何时候都选择具有最强接收信号的基站。 缺点：在原基站的信号强度仍满足要求的情况下，会引发不必要的越区切换。3-3-5353二、越区切换越区切换的准则（2）具有门限规定的相对信号强度准则（准则2） 仅允许移动用户在当前基站的信号低于门限，且新的基站强于本基站的信号情况下，才进行越区切换。 门限选择很重要？太高会怎么样？太低呢？如果太高，则与准则1相同，若太低，则可能会因链路质量较差而导致通信中断。3-3-5454二、越区切换

27、越区切换的准则（3）具有滞后余量的相对信号强度准则（准则3） 仅允许移动用户在新的基站的信号强度比原基站信号强度强很多（即大于滞后余量）的情况下才进行越区切换。 防止“乒乓效应”。3-3-5555二、越区切换越区切换的准则（4）具有门限规定和滞后余量的相对信号强度准则（准则4） 仅允许移动用户在当前基站的信号强度低于规定门限并且新基站的信号强度高于当前基站一个给定滞后余量时进行越区切换。3-3-5656二、越区切换越区切换与“空中接力” 如何切换？硬切换：先切断与原有基站的联系，再接入新的基站软切换：当彻底进入某个基站的覆盖区域后，才断开与另一基站的联系软切换维持旧的连接，同时建立新的连接。移

28、动在进入新小区后仍然使用原来的信道。与硬切换不同，软切换不是物理上的变化，新的基站在同一信道上对移动台进行控制。移动台在切换过程中可以同时和多个基站进行通信，并利用新旧连接的分集合并来改善通信质量。当与新基站建立可靠连接之后再中断旧连接。二、越区切换3-3-5858 信令是与通信有关的一系列控制信号 作用：保证用户信息有效且可靠地传输 意义：决定了一个通信网络为用户提供服务的能力和质量 信令分两种 接入信令：用户到网络结点间的信令 网络信令：网络结点之间的信令 3.7 信令3-3-5959一、信令定义信令与“指挥控制系统” 贝尔发明了电话，史端乔发明了交换机，电话加交换机就可以组成一个通信网了，这样的网络能运作起来么？ 光有物理设备还不够，得发明一整套指挥系统来控制这些设备本身以及上面跑来跑去的比特流，才能完成正常的通信。通信系统的控制指令就称为通信系统的控制指令就称为信令信令，通信网的指挥与控制系统就是通信网的指挥与控制系统就是信令网信令网。3-3-6060二、信令分类按传送的通道分：随路信令和共路信令 所有车混着跑有专门的信令信道信令和话音在一个信道上传送公车专用通道3-3-6161二、信令分类按功能分：线路信令、路由信令和管理信令 监察员监察员线路信令线路信令完成功能完成功能监视车