第5章组网技术

1、5.1 概述5.2 多址技术5.3 区域覆盖和信道配置5.4 网络结构5.5 信令5.6 移动性管理习题第5章 组网技术 5.1 概述u 概述5.2.1 FDMA 2. 多信道共用方式：四种 3多信道共用性能分析专用呼叫信道（信令信道）方式循环分散定位标明空闲信道方式循环定位循环不定位1. 多信道构成1. 多信道构成 频分多信道 （FDMA）： t、s 重叠，由 f 区分信道 频分双工 FDD ( Frequency Division Duplex）MS发f（频率）CH 1 S （空间）t（时间）频道带宽1f2fNf2N双工频率间隔1fBS发CH 12N2fNf(1). 专用呼叫信道（信令信道

2、）方式空闲MS守候于CHCALL（逻辑关系）CH3CH2CH1CHnMS空闲忙（通话） MS： BS的CHi收发信机： 空闲忙（通话）呼叫信道CHCALL图中，呼叫应答分配通话信道CH3空闲MS守候于CHCALL（逻辑关系）CH3CH1CHnCH2(1). 专用呼叫信道（信令信道）方式空闲忙（通话） MS： BS的CHi收发信机： 空闲忙（通话）呼叫信道CHCALL图中，MS特点：(1). 呼叫速度快，容量大，适用于大容量的系统。(2).CHCALL不能用于通话，在系统信道总数 n 小时， 频道利用低。 MS循环扫描，锁定、守候在示闲信道CH3MSCH2CHnCH1 示闲信道空闲信号CH3MS

3、CH2CHnCH1(2).循环定位呼叫应答示闲信道空闲信号CH3MSCH2CHn空闲信号MS守候在示闲信道CH1示闲信道 工作原理：循环使用各信道作为当前呼叫信道，呼叫 接续完成后将该信道作为通话信道。MS循环扫描各空闲信道，搜索被呼信号。 循环不定位MSCH3CH2CHn空闲信号CH1 MS守候状态： 循环不定位MSCH3CH2CHnCH1 MS主呼： 循环不定位CHnMSCH3CH2CH1 MS主呼：呼叫应答MS搜索到一个空闲信道后发出呼叫，呼叫完成后使用该信道通话。 循环不定位MSCH3CH2CHn MS被呼保持信号: 保证所有MS扫描锁定于本信道CH1 循环不定位MSCH3CH2CHn

4、 MS被呼呼叫应答CH1 循环不定位MSCH3CH2CHn MS被呼u BS在某空闲信道上发保持信号，保证所有空闲MS扫描锁定于本信道，然后发出呼叫。呼叫完成后用该信道通活。 u 其它MS又开始扫描信道。CH1u 特点： a . 信道利用率高 b . 呼叫速度慢（尤其是MS被呼） c . MS主呼碰撞概率小 d . BS信道发射机功耗大 循环分散定位MSCH3CH2CHnCH1特点： a. 信道利用率高 b. 主呼/被呼都 呼叫速度快 c. MS主呼碰撞概率小 d. BS信道发射机功耗大3多信道共用性能分析00AS00AABA例：B =1% 呼叫100次， 有1次因无信道可用而无法通话，呼叫失

5、败。 B =5% 呼叫100次， 有5次因无信道可用而无法通话，呼叫失败。 S ：每次呼叫平均占用信道时间。 0 ：1小时内成功呼叫次数（ 0 1)TP0( )iR-1(m序列)(2). 常用正交码 Walsh(沃尔什)序列： 在= 0时刻严格正交(Ri,j(0)=0)，自相关不好。 m序列： 任意值时都准正交(Ri,j() Ri(0)= P) ，自相关很好。 Gold序列： 任意值时都准正交(Ri,j() Ri(0)= P) ，自相关很好。,(0)0,i jRij，码序列互相正交。显然，（0、1)域401 1 1 11 1 1 1W411 0 1 011 11W4211001111W4310

6、011111W11Tt（+1、-1)域11t11t11Tt11( )( )( ) cos()NiiiiiS tA D tC t，设收端同步很理想 1( )cosNciiiiiS tA D tCtt2. DS-CDMA通信系统原理地址码同步DK解调采样载波同步时钟同步相关检测扩频信码D1(Rb)地址码C1(Rp=KRb)载波 fCS(t)S(t) 解扩DNCNfCfCC1 0bTdt调制调制1011011111,( )( ) cos()( )( )(0)( )( )( )bbTKTiiiiiDtdtADtCtCtdtARDtADtStC 则u 各信道时域、频域重叠，由不同的地址码构成 不同信道（

7、逻辑信道）。 FDD频分双工上行CH1CH2CHN1fft码字CH1CH21f下行CHN 2. 关键技术：自适应阵列天线 (1). 极窄的波束； (2). 极快的跟踪速度； (3). 多波束。 3. 特点：相当于有线通信 (1). 有效克服多径干扰和同频道干扰； (2). 天线及控制复杂。1. 信道构成：按空间划分信道MS2MS1BS全向天线自适应阵列天线5.2.5 随机多址 (计算机通信网中用到的方式) 大区制：系统容量小。 小区制：可频率再用，系统容量大。 以下专门研究小区制。 1. 带状网（线状服务区）(2). 三频制（三组频率）：A、B、C(1). 双频制（二组频率）： A、B铁路、河

8、道ABAB5.3.1 区域覆盖 2. 蜂窝网（面状服务区） (1). 小区形状 u 确定小区形状的准则： 无空隙覆盖全部服务区。 在服务区总面积相同时，小区（BS）数最少， 系统最经济。u 满足准则 的小区形状有如下三种：u虚线 ：小区形状u ：BSu园形 ：BS辐射覆盖区域；r 为辐射半径。正三角形正方形正六边形rrru 满足准则 的小区为正六边形： 因为正六边形最接近园形(BS辐射区)，重叠小，在服务区总面积相同时，小区数最少。u 正六边形构成的区域复盖形同蜂窝，故称为蜂窝网。 22Niijj式中，N为区群内小区数；i、j 为正整数。由此式得出的各种区群形状如下：N=3, j=1i=1N=

9、4, j=2i=0N=7, j=2i=1(2).区群的组成 u 区群组成要求： 无空隙覆盖全部服务区。 相邻同信道小区距离相等，则同道再用距离最大。 u可以证明，满足以上要求的区群组成应满足下式(3).同频道(信道)小区距离 D（以 N=19, j3, i2 为例来推导）jir60o32r3r正六边形小区平行边之间的距离 (r为小区辐射半径)223322iDrji223riijj3NDr3ir332ir 3jr132ir 60oD3NDr讨论：同频道小区距离 (S/I)S愈小，即系统抗干扰能力强，则D小，从而N小， 系统容量大。 第四章 第五章(S/I)SDN系统容量 系统N设计方法：说明：

10、设系统总频道数为NT，为常数；系统小区总数为常数；区群小区数为N。再研究系统容量与N的关系。 每小区频道数n=NT/N N则 n，小区用户数，系统用户数(容量) 。u 顶点激励120度扇形天线BSBS：全向天线u 中心激励u 顶点激励优点 同频干扰功率为全向天线系统的1/3. BS. 消除小区内障碍物的阴影区BSMS中心激励MS顶点激励BSBSBS结论：蜂窝网一般都采用顶点激励。u小区分裂可提高系统容量。u顶点激励系统小区分裂比较方便。(5). 小区分裂5.3.2 信道(频道)配置 第1组： 第2组： 第3组： 第4组： 第5组： 第6组： 第7组：1234567、 8、 9、10、11、12

11、、13、14、15、16、17、18、19、20、21讨论： 满足配置原则。 同一小区无邻道干扰。 同一小区内频道等间隔，可能产生三阶互调干扰。u 克服三阶互调的方法(详见第四章)： 频距Nf 大，隔离度高 (1).TX (共用天线BS)AfATXBfBT X BPFBPF. . . . . . . . . . . . . (2). RX(BS、MS) uu 等频距配置法的特点 设计简单，无邻道干扰，互调干扰又能有效消除， 所以 是常用方法。BPF高放混频平方律器件fLfIFBSBSMSCBSBSMSC固定网: PSTNPDN ISDNMSMS BS (Base Station)：基站 MS

12、(Mobile Station)；移动台 MSC (Mobile Switch Center)：移动交换中心（移动交换机） PSTN (Public Switch Telephone Network)：公用电话网 PDN (Public Data Network)：公用数据网 ISDN (Integrated Services Digital Network)：综合业务数字网。 端局关口局(GMSC: Gateway MSC)汇接局其中，MSC图中，1. 网络结构固定网:PSTNPDNISDNMSCMSCVLRHLRAUCEIRBSMSUmOMCBCDAE图中，由MSC分离出一些数据库等功能设

13、备： VLR(Visitor Location Register)：访问用户位置寄存器 HLR(Home Location Register)： 原籍用户位置寄存器 AVC(Authentication Center)： 登权中心 EIR(Equipment Identity Register)：设备识别寄存器 OMC(Operation and Maintenance Centre)：操作维护中心 及A、B、C、D、E、Um等接口 2. 各部分主要功能： (1). MSC(移动交换中心)：移动交换机-交换、接续 路由选择及交换（要访问HLR、VLR）。 计费（然后存入HLR）。 概述 5.5

14、.1 接入信令（MS BS空中信令） 5.5.2 网络信令5.5 信令1. 信令定义： 在通信系统中传输的除用户信息（例如话音）以外的其它一切控制信号称为信令。 信令完成呼叫接续的建立、拆除、监控等一系列的操作与控制，保证用户信息有效且可靠的传输。u 例： 有线电话网的拨号音、忙音、拨号、振铃、回铃等。u 信令系统与用户信息传输系统是二个相伴随的系统， 共同构成整个通信系统。 信令系统可以看成整个通信系统的神经中枢。 概述 一. 数字信令 1. 典型数字信令帧结构纠(检)错编码 5.5.1 接入信令（MSBS空中信令）收端发端消息应答“收到数据错” 发端重发“收到数据对” 发端不重发u降低信息

15、传输速率，来提高可靠性DTMF信号的频率及表示的数字、符号低频群u 以后只研究， “消息”在对等层之间的传输。数字蜂窝网的空中信令按OSI参考模型分为三层 第一层 物理层第二层 链路层第三层网络层MSMSC信息帧消息物理层5.5.2 网络信令u 用户信息传输系统与信令系统STPSSP交换机STPSSPMSCSCPBSMS移动网PSTN用户信息传输系统用户信息传输系统（接入信令） 用户线中继线7号信令网络双机并行(HLR , VLR)（接入信令） 空中接口TEL信令系统信令系统A链路ADA讨论： (1). 例：TELMS呼叫接续过程。 (2).信令网络中，各种链路按各自协议传送信令。 (3).在

16、后面的研究中，不再画出信令网络，只画出信令中的消息在各设备间的传输及控制过程。 这样较简洁、清晰。u 包含三个方面的问题： 1. 越区切换的启动条件（准则）； 2. 越区切换由谁控制； 3. 越区切换信道分配。u 通话中移动台跨越小区时，通话信道从一个小区 切换到另一个小区。BS1BS2CH1iCH2 j(1). 相对信号强度准则 SBS1 SBS2 切换（A点切换） 缺点： SBS1可能还很强，不必要的切换。 S微小的起伏会引起切换抖动。 1. 越区切换准则BS2Th1Th2Th3SBS1SBS2hABCDBS1MSMS接收的BS信号强度 SMS位置(2). 具有门限规定的相对信号强度准则

17、SBS1 SBS2, 且SBS1 Th切换 （设Th = Th2，则 B点切换） 特点： 克服了(1)的缺点。 二个条件不相关，Th难以选得很合适。BS2Th1Th2Th3SBS1SBS2hABCDBS1MSMS接收的BS信号强度 SMS位置(3). 具有滞后余量的相对信号强度准则 SBS1 h (h0) 切换（C点切换） 特点： 克服了(1)、(2) 的缺点。 二个条件等效于一个条件：SBS2 - SBS1 h (h0) BS2Th1Th2Th3SBS1SBS2hABCDBS1MSMS接收的BS信号强度 SMS位置(4). 具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则 SBS2 - SBS1 h

18、, 且SBS1 Th切换 （若Th = Th2, 在C点切换；若Th = Th3, 在D点切换）. 特点：克服了(1)、(2) 的缺点。BS2Th1Th2Th3SBS1SBS2hABCDBS1MSMS接收的BS信号强度 SMS位置u结论：(1)、(2)不可取，(3)、(4)可取。2. 越区切换的控制策略 (3). 移动台辅助越区切换 MS监测当前基站及相邻几个基站信号强度及质量，通 过当前基站报告给网络，由网络决定切换。u讨论： 方法(3).综合考虑了MS接收信号质量及网络资源二 方面条件，容易做到最佳，为GSM及N-CDMA等蜂 窝网采用。3. 越区切换新小区的信道分配5.6.2 位置管理1. 基本概念2. 位置登记（更新）3. 呼叫传递及寻呼4. 位置登记（更新）策略 (1).位置