移动通信5 蜂窝组网技术

1、1 移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念 多址接入技术多址接入技术 网络结构和蜂窝小区网络结构和蜂窝小区 蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析 切换和位置管理切换和位置管理 移动通信网的信令系统移动通信网的信令系统 2无线物理层无线物理层确定无线电参数，如频率、定时、功率、码片、比特、同确定无线电参数，如频率、定时、功率、码片、比特、同步、调制解调、收发信技术等；步、调制解调、收发信技术等；将无线电频谱划分成若干个物理信道，划分信道的方式即将无线电频谱划分成若干个物理信道，划分信道的方式即多址方式；多址方式；在介质接入控制层（在介质接入控制层（MACMAC）的控制下，负责数

2、据或数据分）的控制下，负责数据或数据分组的收发。组的收发。介质接入控制层（介质接入控制层（MACMAC）：介质访问管理和数据封装。通过形：介质访问管理和数据封装。通过形成多种逻辑信道为高层提供不同的业务成多种逻辑信道为高层提供不同的业务选择物理信道，在选择的信道上建立、释放连接；选择物理信道，在选择的信道上建立、释放连接；将控制信息、高层信息、差错控制信息复接成适合物理信将控制信息、高层信息、差错控制信息复接成适合物理信道传输的数据分组。道传输的数据分组。3 数据链路控制（数据链路控制（DLCDLC）层）层：为网络层提供可靠的数据链路：为网络层提供可靠的数据链路 网络层网络层：信令层，确定用于

3、链路控制、无线资源管理、各种：信令层，确定用于链路控制、无线资源管理、各种业务管理（语音业务、附加业务、面向连接的消息业务、无业务管理（语音业务、附加业务、面向连接的消息业务、无连接的消息业务等的管理）、移动管理的各种功能。连接的消息业务等的管理）、移动管理的各种功能。 在每一层中，完成一个特定功能的单元称为一个在每一层中，完成一个特定功能的单元称为一个功能实体功能实体。 网络分层协议结构中，每一层利用低层提供的服务，通过适网络分层协议结构中，每一层利用低层提供的服务，通过适当逻辑控制步骤为高层提供更完善的服务当逻辑控制步骤为高层提供更完善的服务4 网络分层协议结构中不同层之间的对话称为原语；

4、网络分层协议结构中不同层之间的对话称为原语；不同层之间通过原语来实现信息交换。不同层之间通过原语来实现信息交换。 请求型原语：用于高层向低层请求某种业务请求型原语：用于高层向低层请求某种业务 指示型原语：用于提供业务的层向高层报告一个指示型原语：用于提供业务的层向高层报告一个与特定业务相关的动作。与特定业务相关的动作。 证实性原语：用于提供业务的层证实某个动作已证实性原语：用于提供业务的层证实某个动作已完成完成 响应型原语：用于应答，表示来自高层的指示原响应型原语：用于应答，表示来自高层的指示原语已收到。语已收到。5话务量与信道利用率话务量与信道利用率话务量话务量是指单位时间（是指单位时间（1

5、 1小时）内进行的平均电话交换量。是小时）内进行的平均电话交换量。是度量通信系统通话业务量或繁忙程度的指标。度量通信系统通话业务量或繁忙程度的指标。流入话务量：流入话务量：单位时间内平均发生的呼叫次数和每次呼叫平均占用信道的时间t0的乘积。 如果在一个小时内连续不断地占用一个信道，则其呼如果在一个小时内连续不断地占用一个信道，则其呼叫话务量为叫话务量为1Erl(1Erl(爱尔兰爱尔兰) )完成话务量：完成话务量：单位时间内成功呼叫次数0和每次呼叫平均占用信道的时间t0的乘积。信道利用率信道利用率是指单位时间（是指单位时间（1 1小时）单位信道的完成话务量。小时）单位信道的完成话务量。 其中其中

6、n为共用信道数。为共用信道数。0A n0At000At6呼损率（呼损率（1 1）：概念）：概念 呼损：呼损：在信道共用的情况下，系统无法保证每个用在信道共用的情况下，系统无法保证每个用户所有的呼叫都成功，少量的呼叫会失败，称之为户所有的呼叫都成功，少量的呼叫会失败，称之为呼损。呼损。 呼损率：呼损率：在一个通信系统中，呼叫失败的概率称为在一个通信系统中，呼叫失败的概率称为呼叫损失概率呼叫损失概率，简称，简称呼损率呼损率, ,也称为系统的服务等也称为系统的服务等级级( (或业务等级或业务等级) ) 呼损率的计算方法呼损率的计算方法利用完成话务量利用完成话务量Erlang BErlang B公式（

7、阻塞呼叫清除公式公式（阻塞呼叫清除公式 ）7流入话务量流入话务量A与完成话务量与完成话务量A0之差即为损失话之差即为损失话务量，损失话务量与流入话务量的比值即为呼损务量，损失话务量与流入话务量的比值即为呼损率率由由 和和 得得000At0100%AABA0At0iB8 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，互不相关（呼叫具有随机性）；）每次呼叫相互独立，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；并假定移动通信系）每次呼叫在时间上都有相同的概率；并假定移动通信系统的信道数为统的信道数为n； 则呼损率可用爱尔兰呼损公式计算则呼损率可用爱尔兰呼损

8、公式计算1!nniiA nBA i其中，其中，n为共用信道数，即系统容量（电路数量）。为共用信道数，即系统容量（电路数量）。9 根据根据Erlang B公式，知道三个参数公式，知道三个参数A、B和和n中的任何两个，中的任何两个，就可以从爱尔兰呼损表查出需要的第三个参数。例如可以从下表就可以从爱尔兰呼损表查出需要的第三个参数。例如可以从下表中找到中找到B，A，n三者。三者。1!nniiA nBA i10有一个系统容量有一个系统容量n=10=10（条线），流入的业务强度（条线），流入的业务强度A=6erlangA=6erlang，系统服务的用户很多，可计算这个系统的，系统服务的用户很多，可计算这个

9、系统的呼损率呼损率为：为： 在不同呼损率在不同呼损率B B的条件下，的条件下，信道利用率信道利用率也是不同的也是不同的101011!610!0.043142!6!nniiiiA nBA iin)B(AnA 1011（1 1）定义繁忙小时集中系数（又称集中率）定义繁忙小时集中系数（又称集中率）K： （2 2）计算每个用户最繁忙的那个小时的统计平均话务）计算每个用户最繁忙的那个小时的统计平均话务量，即每个用户的忙时话务量量，即每个用户的忙时话务量A： C C：每一用户每天平均呼叫次数；：每一用户每天平均呼叫次数； T T：每次呼叫平均占用信道的时间（单位为秒）：每次呼叫平均占用信道的时间（单位为秒

10、）（3 3）根据给定的呼损率）根据给定的呼损率B B和信道数和信道数n，查表得系统可提，查表得系统可提供的流入话务量供的流入话务量A A（4 4）则可求得则可求得m：1K 最忙 小时内的话务量全日话务量3600aACTK3600aaA AA nA nmnACTK12例题例题 某移动通信系统，每天每个用户平均呼叫某移动通信系统，每天每个用户平均呼叫1010次，每次占用次，每次占用信道平均时间信道平均时间8080秒，要求呼损率秒，要求呼损率10%10%，忙时集中率，忙时集中率K K=0.125=0.125，问给定问给定8 8个信道可容纳多少用户？个信道可容纳多少用户？ 解：解： 1 1利用爱尔兰损

11、失概率表，查表求得：利用爱尔兰损失概率表，查表求得：A A=5.597Erl=5.597Erl 2 2求每个用户忙时话务量求每个用户忙时话务量A ： C=10,T=80C=10,T=80， 3 3每个信道能容纳的用户数每个信道能容纳的用户数m m 4 4系统所容纳的用户数：系统所容纳的用户数：/201.3/8aA Amn201.3201m n用户10.0278Erl3600aACTK13多址接入方式多址接入方式频分多址（频分多址（FDMAFDMA）时分多址（时分多址（TDMATDMA）码分多址（码分多址（CDMACDMA）空分多址（空分多址（SDMASDMA）随机多址随机多址14 目前应用的目

12、前应用的多址方式多址方式 频分多址频分多址(FDMA)(FDMA)、时分多址、时分多址(TDMA)(TDMA)、码分多址、码分多址(CDMA)(CDMA)及其混合方式等及其混合方式等信道3信道1信道N信道2ftc多址接入方式多址接入方式建立多址接入时区分信道的依据建立多址接入时区分信道的依据频分多址方式（频分多址方式（FDMAFDMA）传输信号的载波频率不同传输信号的载波频率不同时分多址方式（时分多址方式（TDMATDMA）传输信号存在的时间不同传输信号存在的时间不同码分多址方式（码分多址方式（CDMACDMA）传输信号的码型不同传输信号的码型不同信道1信道2信道3信道Nftcftc信道2信道

13、1信道3信道 N图图55 FDMA、TDMA、CDMA的示意图的示意图FDMATDMACDMA15 每个用户分配一个信道，即一对频谱每个用户分配一个信道，即一对频谱 较高的频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道 较低的频谱用作反向信道即移动台向基站方向的信道 必须同时占用必须同时占用2 2个信道（个信道（2 2对频谱）才能实现双工通信对频谱）才能实现双工通信 基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号 任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转 设置频道间隔，以免因系统的频率漂移造成频道间重叠设置频道间隔，以免因系统的频率漂移造成频道间重叠 前向信道与反向信道之间设有保护频带 用户频道之

14、间，设有保护频隙图图56 FDMA系统频谱分割示意图系统频谱分割示意图16干扰方式干扰方式起起 因因解决方法解决方法互调干扰互调干扰系统内非线性器件产生的各种组合系统内非线性器件产生的各种组合频率成份落入本频道接收机通带内频率成份落入本频道接收机通带内选用无互调的选用无互调的频率集频率集邻道干扰邻道干扰相邻信道信号中存在的寄生辐射落相邻信道信号中存在的寄生辐射落入本频道接收机带内入本频道接收机带内加大频道间的加大频道间的隔离度隔离度同频干扰同频干扰相邻小区群中同信道小区的信号造相邻小区群中同信道小区的信号造成的干扰成的干扰适当选择频道适当选择频道干扰因子干扰因子Q Q17 每信道占用一个载频，

15、信道的相对带宽较窄，每信道占用一个载频，信道的相对带宽较窄，即通常即通常应用于窄带系统；应用于窄带系统；符号时间符号时间 平均延迟扩展平均延迟扩展（Ts ） ，所所以码间干扰较少，以码间干扰较少，无需自适应均衡；无需自适应均衡；基站复杂庞大基站复杂庞大，易产生信道间的，易产生信道间的互调干扰互调干扰必须使用带通滤波器必须使用带通滤波器来限制邻道干扰；来限制邻道干扰；越区切换复杂越区切换复杂，必须瞬时中断传输，对于数据，必须瞬时中断传输，对于数据传输将带来数据的丢失。传输将带来数据的丢失。sT18 在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一

16、帧再分割成若干时隙，无论帧或时隙都是互不重叠的一帧再分割成若干时隙，无论帧或时隙都是互不重叠的 每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户 基站按时隙排列顺序发收信号，各移动台在指定的时隙基站按时隙排列顺序发收信号，各移动台在指定的时隙内收发信号内收发信号MS3MS2时隙时隙帧帧时隙时隙N时隙时隙3时隙时隙2时隙时隙1保护比特保护比特信息数据信息数据同步比特同步比特尾比特尾比特一个一个TDMATDMA帧帧图图58 TDMA帧结构帧结构图图57 TDMA系统工作示意图系统工作示意图19突发传输的突发传输的速率高速率高，远大于语音编码速率，因而，远大于语音编码

17、速率，因而TDMATDMA系统中系统中需要较高的同步开销需要较高的同步开销发射信号速率随发射信号速率随N N的增大而提高，引起码间串扰的增大而提高，引起码间串扰加大，所以加大，所以必须采用自适应均衡必须采用自适应均衡不需双工器不需双工器基站基站复杂度低，互调干扰小复杂度低，互调干扰小抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大越区切换简单越区切换简单，可在无信息传输时进行，可在无信息传输时进行，不会丢不会丢失数据失数据20 码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息用公共信道来传输信息 C

18、DMACDMA系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间和空间上都可能重叠而在频率、时间和空间上都可能重叠 系统的接收端必须有完全一致的本地地址码，才能对接系统的接收端必须有完全一致的本地地址码，才能对接收的信号进行相关检测收的信号进行相关检测1c2c1C2CNcNCMSCBS图图59 CDMA系统工作示意图系统工作示意图21 多用户共享同一频率多用户共享同一频率 通信容量大通信容量大 容量的软特性容量的软特性 多增加一个用户只会使通信质量略有下降，不会出现硬阻塞多增加一个用户只会使通信质量略有下降，不会出现硬阻塞现象现象 由于信号被扩展

19、在一较宽频谱上，可以由于信号被扩展在一较宽频谱上，可以减小多径衰落减小多径衰落 信道数据速率很高，但信道数据速率很高，但无需自适应均衡无需自适应均衡 平滑的软切换和有效的宏分集平滑的软切换和有效的宏分集，不会引起通信中断不会引起通信中断 低信号功率谱密度低信号功率谱密度的好处的好处抗窄带干扰能力强抗窄带干扰能力强对窄带系统的干扰很小，可以与其它系统共用频段对窄带系统的干扰很小，可以与其它系统共用频段22 每当移动台处于小区边缘时，同时有两个或两个以上的基每当移动台处于小区边缘时，同时有两个或两个以上的基站向该移动台发送相同的信号，移动台的分集接收机能同站向该移动台发送相同的信号，移动台的分集接

20、收机能同时接收合并这些信号，此时处于时接收合并这些信号，此时处于宏分集宏分集状态状态 当某一基站的信号强于当前基站信号且稳定后，移动台才当某一基站的信号强于当前基站信号且稳定后，移动台才切换到该基站的控制上去，这种切换可以在通信的过程中切换到该基站的控制上去，这种切换可以在通信的过程中平滑完成，称为平滑完成，称为软切换软切换23多址干扰多址干扰原因原因 不同用户的扩频序列不完全正交，扩频码集不同用户的扩频序列不完全正交，扩频码集的非零互相关系数会引起用户间的相互干扰的非零互相关系数会引起用户间的相互干扰“远远- -近近”效应效应原因原因 移动用户所在的位置的变化以及深衰落的存移动用户所在的位置

21、的变化以及深衰落的存在，会使基站接收到的各用户信号功率相差很大，在，会使基站接收到的各用户信号功率相差很大，强信号对弱信号有着明显的抑制作用强信号对弱信号有着明显的抑制作用解决方法：使用功率控制解决方法：使用功率控制24 通过空间的分割来区别不同的用户常通过空间的分割来区别不同的用户常与与FDMAFDMA、TDMATDMA、CDMACDMA结合使用结合使用工作原理工作原理应用：蜂窝系统中反向链路的困难应用：蜂窝系统中反向链路的困难自适应式阵列天线自适应式阵列天线25 使用使用定向波束天线定向波束天线在不同用户方向上形成不在不同用户方向上形成不同的波束同的波束相同的频率相同的频率（在（在TDMA

22、TDMA或或CDMACDMA系统中）或系统中）或不不同的频率同的频率（在（在FDMAFDMA系统中）用来服务于被天系统中）用来服务于被天线波束覆盖的这些不同区域线波束覆盖的这些不同区域图图510 SCDM系统工作示意图系统工作示意图2627自适应式天线提供了自适应式天线提供了最理想最理想的的SDMA SDMA 无穷小波束宽度无穷小波束宽度无穷大快速搜索能力无穷大快速搜索能力提供在本小区内不受其他用户干扰的唯一提供在本小区内不受其他用户干扰的唯一信道信道克服多径干扰和同信道干扰克服多径干扰和同信道干扰28ALOHAALOHA协议是一种最简单的数据分组传输协议。协议是一种最简单的数据分组传输协议。

23、任何一个用户可以随时接入信道发送数据分组；任何一个用户可以随时接入信道发送数据分组；发送结束后，在相同的信道上或一个单独的反馈信发送结束后，在相同的信道上或一个单独的反馈信道上等待应答；道上等待应答；若在给定的时间区间内没有收到认可应答，则重发若在给定的时间区间内没有收到认可应答，则重发数据分组。数据分组。 要使当前分组传输成功，必须在当前分组到达时刻要使当前分组传输成功，必须在当前分组到达时刻的前后各一个分组长度内没有其它用户的分组到达，的前后各一个分组长度内没有其它用户的分组到达，即易损区间为即易损区间为2 2倍的分组长度。倍的分组长度。29ALOHA协议的性能指标协议的性能指标通过量：单

24、位时间内平均成功传输的分组数；通过量：单位时间内平均成功传输的分组数；每个分组的平均时延。每个分组的平均时延。时隙时隙ALOHA 为了改进为了改进ALOHAALOHA的性能，将时间轴分成时隙，时的性能，将时间轴分成时隙，时隙大小大于一个分组的长度，所有用户都同步在时隙隙大小大于一个分组的长度，所有用户都同步在时隙开始时刻发送，称之为时隙开始时刻发送，称之为时隙ALOHAALOHA协议。协议。 时隙时隙ALOHAALOHA协议的易损区间减少为一个分组长度协议的易损区间减少为一个分组长度30ALOHAALOHA协议中各节点的发射相互独立；协议中各节点的发射相互独立；CSMACSMA协议中，每个节点

25、在发送之前，先侦听信道是协议中，每个节点在发送之前，先侦听信道是否有分组在传输，若信道空闲，才进行发送；若信道否有分组在传输，若信道空闲，才进行发送；若信道忙，则按照设定的准则推迟发送。忙，则按照设定的准则推迟发送。检测时延，指接收机判断信道空闲与否所需时间检测时延，指接收机判断信道空闲与否所需时间; ;传播时延。传播时延。31预约随机多址通常基于时分复用：时间轴分为时预约随机多址通常基于时分复用：时间轴分为时间帧，时间帧分为若干时隙，当用户需发送分组时，间帧，时间帧分为若干时隙，当用户需发送分组时，可采用可采用ALOHAALOHA的方式在空闲时隙上进行预约。若预的方式在空闲时隙上进行预约。若

26、预约成功，就将无碰撞地占用每帧所预约的时隙，直至约成功，就将无碰撞地占用每帧所预约的时隙，直至所有分组传输完毕。所有分组传输完毕。 分组预约多址（分组预约多址（PRMA） 分组预约多址是对分组预约多址是对TDMATDMA的改进：在的改进：在TDMATDMA的帧的帧结构基础上，为每一个语音突发在结构基础上，为每一个语音突发在TDMATDMA帧中预约一帧中预约一个时隙（个时隙（TDMATDMA中一路话音固定占用一个时隙）。中一路话音固定占用一个时隙）。32移动通信移动通信网络结构网络结构蜂窝式蜂窝式组网理论组网理论 移动通信网的移动通信网的基本组成基本组成蜂窝移动通信系统图示蜂窝移动通信系统图示各

27、子系统功能各子系统功能频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区33基本结构移动用户基站交换机固定网络固定用移动用户基站交换机基站移动用户34 fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20, 自自由由空空间间传传播播损损耗耗）空中网络空中网络 fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20, 自自由由空空间间传传播播损损耗耗）基站与固定网络基站与固定网络服务区内各基站的相互连接服务区内各基站的相互连接 多多 址址 接接 入入 切换和位置更新切换和位置更新频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区地面网络地面网络35无线蜂窝式小区覆盖无线

28、蜂窝式小区覆盖 将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图形将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图形的覆盖区域的覆盖区域频率复用频率复用 由于传播损耗提供足够的隔离度，在相隔一定距离的另一个基由于传播损耗提供足够的隔离度，在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一组工作频率站可以重复使用同一组工作频率优点：缓解了频率资源紧缺，增加了系统容量优点：缓解了频率资源紧缺，增加了系统容量缺点：同频干扰缺点：同频干扰多信道共用多信道共用 由若干无线信道组成的移动通信系统，为大量的用户共同使用由若干无线信道组成的移动通信系统，为大量的用户共同使用并且仍能满足服务质量的信道利用技术并

29、且仍能满足服务质量的信道利用技术越区切换越区切换 当正在通话的移动台进入相邻无线小区时，业务信道自动切换当正在通话的移动台进入相邻无线小区时，业务信道自动切换到相邻小区基站，从而不中断通信过程到相邻小区基站，从而不中断通信过程36 移动通信无线服务区由移动通信无线服务区由许多正六边形许多正六边形蜂窝小区蜂窝小区覆盖覆盖而成，而成，通过接口与公众通信通过接口与公众通信网（网（PSTNPSTN、PSDNPSDN）互联）互联移动通信系统包括移动通信系统包括移动交换子系统（移动交换子系统（SSSS）操作维护管理子系统操作维护管理子系统 (OMS)(OMS)基站子系统（基站子系统（BSSBSS）移动台（

30、移动台（MSMS）是一个完整的信息传输实体是一个完整的信息传输实体基站基站基站基站SS7MSC2（访问（访问MSCMSC）用户变成用户变成 漫游者漫游者BSSBSSSSOMSPSTNMSC1（归属移动交换中心）（归属移动交换中心）SSSS37基站子系统（基站子系统（BSSBSS）和移动交换子系统（）和移动交换子系统（SSSS）共同建共同建立呼叫立呼叫BSSBSS提供并管理移动台和提供并管理移动台和SSSS之间的无线传输通道之间的无线传输通道SSSS负责呼叫控制功能，所有呼叫都经由负责呼叫控制功能，所有呼叫都经由SSSS建立连接建立连接操作维护管理子系统（操作维护管理子系统（OMSOMS）负责管

31、理控制整个移动负责管理控制整个移动网网移动台（移动台（MSMS）由移动终端设备和用户数据两部分组成由移动终端设备和用户数据两部分组成用户识别卡（用户识别卡（SIMSIM）与移动终端设备分离，用于存）与移动终端设备分离，用于存放用户数据放用户数据 38解决频率资源有限和用户容量问题解决频率资源有限和用户容量问题区域覆盖方式区域覆盖方式小容量的大区制小容量的大区制 一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大 利用分集接收等技术来保证上行链路的通信质量利用分集接收等技术来保证上行链路的通信质量 只能适用于小容量的通信网只能适用于小容量的通信网大容量的小区制大容量的小区制

32、 频率复用频率复用 将覆盖区域划分为若干小区将覆盖区域划分为若干小区 ，每个小区设立一个基站，每个小区设立一个基站服务于本小区，但各小区可重复使用频率服务于本小区，但各小区可重复使用频率 带来同频干扰的问题带来同频干扰的问题 切换和位置管理切换和位置管理39频率复用和覆盖方式频率复用和覆盖方式带状服务覆盖区带状服务覆盖区面状服务覆盖区面状服务覆盖区 簇簇 小区的覆盖形状小区的覆盖形状 同频干扰同频干扰同频相邻小区的找法同频相邻小区的找法40双频组双频组频率配置频率配置三频组三频组频率配置频率配置 f1 f2 f1 f2 f1 f2 f1 f1 f2 f3 f1 f2 f3 f1 41共同使用全

33、部可用频率的共同使用全部可用频率的N N个小区叫做一个小区叫做一簇簇同一个小区簇内，要使用不同的频率同一个小区簇内，要使用不同的频率不同的小区簇间使用对应的相同频率不同的小区簇间使用对应的相同频率图图52 蜂窝系统的频率复用和小区面状覆盖图示蜂窝系统的频率复用和小区面状覆盖图示q=D/R=4.6N=742采用六边形的原因采用六边形的原因用最小的小区数就能覆盖整个地理区域用最小的小区数就能覆盖整个地理区域最接近于全向的基站天线和自由空间传播的全向辐射模式最接近于全向的基站天线和自由空间传播的全向辐射模式基站发射机位置基站发射机位置中心激励小区：安置在小区的中心中心激励小区：安置在小区的中心顶点激

34、励小区：安置在六边形顶点之中的三个上顶点激励小区：安置在六边形顶点之中的三个上实际形状实际形状 由于地形地貌、传播环境、衰落形式的多样性，小区的实由于地形地貌、传播环境、衰落形式的多样性，小区的实际无线覆盖是一个际无线覆盖是一个不规则的形状不规则的形状43小区簇的意义小区簇的意义频率复用距离与小区簇的关系频率复用距离与小区簇的关系载波干扰比与小区簇的关系载波干扰比与小区簇的关系44 一个共有一个共有S S个双向信道的蜂窝系统，如果每簇含个双向信道的蜂窝系统，如果每簇含N N个小区，每个小区分配个小区，每个小区分配K K个信道（个信道（kSkS） 那么那么 如果簇在系统中共同复制了如果簇在系统中

35、共同复制了M M次，则信道的总数次，则信道的总数C C可作为容量的一个度量可作为容量的一个度量N N叫做簇的大小，典型值为叫做簇的大小，典型值为4 4、7 7或或1212。N N的值表现了移动台或基站在保证通信质量的同时的值表现了移动台或基站在保证通信质量的同时, ,可可以承受的干扰（主要是同频干扰）以承受的干扰（主要是同频干扰）MSMKNC SK N45频率复用距离（即同频距离）频率复用距离（即同频距离）D D是指最近的两个频点小区中心之间的距离。是指最近的两个频点小区中心之间的距离。在小区中心作两条与小区的边界垂直的直线，其夹角为在小区中心作两条与小区的边界垂直的直线，其夹角为120120

36、 。此两条直线。此两条直线分别连接到最近的两个同频点小区中心，其长度分别为分别连接到最近的两个同频点小区中心，其长度分别为I I和和J J，于是，于是 （）（）令：令： I=2iH，J=2jH式中式中H H为小区中心到边的距离为小区中心到边的距离 其中，其中，R R是小区的半径。这样是小区的半径。这样 ， 代入（）式得代入（）式得 其中其中 N N又称为又称为频率复用因子频率复用因子可见可见频率利用率与同频干扰是频率利用率与同频干扰是一对矛盾一对矛盾6 62 21 15 53 37 76 61 15 57 76 64 41 14 4D DJ JI I222222cos120DIJIJIIJJ3

37、2HR3IiR3JjR3DNR22Niijj图图53 N=7 频率复用设计示例频率复用设计示例 fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20, 自自由由空空间间传传播播损损耗耗） D 频率利用率频率利用率低低 同频干扰小同频干扰小 fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20, 自自由由空空间间传传播播损损耗耗） D 频率利用率频率利用率高高 同频干扰大同频干扰大 46假定小区的大小相同，移动台的接收功率门限按小区的大小调节。假定小区的大小相同，移动台的接收功率门限按小区的大小调节。若设若设L为同频干扰小区数，则移动台的接

38、收载波干扰比可表示为为同频干扰小区数，则移动台的接收载波干扰比可表示为C为最小载波强度为最小载波强度； 为第为第l个同频干扰小区所在基站引起的干扰功率个同频干扰小区所在基站引起的干扰功率 移动无线信道的传播特性表明移动无线信道的传播特性表明小区中移动台接收到的小区中移动台接收到的最小载波强度最小载波强度C与小区半径的与小区半径的 成正比成正比设设 是第是第l个干扰源与移动台的间距，则移动台接收到的来自第个干扰源与移动台的间距，则移动台接收到的来自第l个干个干扰小区的载波功率与扰小区的载波功率与 成正比。成正比。n为衰落指数，一般取为衰落指数，一般取4 如果每个基站的发射功率相等，整个覆盖区域内

39、的路径衰落指数相如果每个基站的发射功率相等，整个覆盖区域内的路径衰落指数相同，则移动台的载干比可近似表示为同，则移动台的载干比可近似表示为1nLnllCRID1LllCCIIlInRlD()nlD47通常在被干扰小区周围，干扰小区是多层，一般第一通常在被干扰小区周围，干扰小区是多层，一般第一层起主要作用层起主要作用。 现仅考虑第一层干扰小区，且假定所有干扰基站与现仅考虑第一层干扰小区，且假定所有干扰基站与预设被干扰基站的间距相等，即预设被干扰基站的间距相等，即 ，则载干比可简，则载干比可简化为化为式中式中 称为同频复用比例（也称同频干扰因子），称为同频复用比例（也称同频干扰因子），一般用一般用

40、Q Q表示，即表示，即3QDRN1366nnnLnllND RCRIDlDD3D RN48 式式 表明了载干比和小区簇的关系表明了载干比和小区簇的关系一般一般模拟移动通信系统要求模拟移动通信系统要求 ，假设，假设n n取取值为值为4 4，根据上式可得出，簇，根据上式可得出，簇N N最小为最小为6.496.49，故一般，故一般取簇取簇N N的最小值为的最小值为7 7数字移动通信系统中数字移动通信系统中 ，所以可以采，所以可以采用较小的用较小的N N值。值。18C IdB366nnND RCI710C IdB49i=3j=2N=19图图54 在蜂窝小区中定位同频小区的方法在蜂窝小区中定位同频小区的

41、方法50 三种多址接入方式的三种多址接入方式的理论容量理论容量三种多址接入方式的三种多址接入方式的实际容量实际容量NBBmct 蜂窝系统的无线容量定义为每个小区可提供的信蜂窝系统的无线容量定义为每个小区可提供的信道数：道数： 信道信道/小区小区 其中其中 m无线容量大小：即可提供的信道数无线容量大小：即可提供的信道数 Bt 分配给系统的总的频谱分配给系统的总的频谱 Bc 信道带宽信道带宽 N 频率重用的小区数（簇尺寸）频率重用的小区数（簇尺寸）51 假设三种多址系统均有假设三种多址系统均有W MHzMHz的带宽；每个用户的带宽；每个用户未编码比特率都为未编码比特率都为R Rb b，每种多址系统

42、均使用正交信号每种多址系统均使用正交信号波形，则最大用户数波形，则最大用户数 假定任何多址系统每个用户接收到的能量是假定任何多址系统每个用户接收到的能量是S Sr r，则，则接收到的总能量接收到的总能量 。假设所需的信噪比（。假设所需的信噪比（SNRSNR）与实际值相等，即与实际值相等，即由此得出：由此得出：所以从理论上说，各种多址技术具有相同的容量所以从理论上说，各种多址技术具有相同的容量000/()()bbrbtolreqactualobEESRSMNNNN R00(/)(/)tolbbreqSNMR EN00(/)(/)tolFDMATDMACDMAbbreqSNMMMRENtolrSM

43、SbbMW RWT容量 52对于模拟对于模拟FDMA系统系统 频率重用的小区数频率重用的小区数N N由所需的载干比决定，即由所需的载干比决定，即 则则FDMAFDMA的无线容量的无线容量对于数字对于数字TDMA系统系统 数字信道所要求的载干比可以比模拟制的小数字信道所要求的载干比可以比模拟制的小45dB45dB（因数字系统有纠错措施），因而频率复（因数字系统有纠错措施），因而频率复用距离可以再近一些用距离可以再近一些 则则TDMA的无线容量的无线容量 ICN32 ICBBmct3223tcBmCBI 53 决定系统容量的决定系统容量的主要参数主要参数处理增益处理增益E Eb b/N/N0 0、

44、话音负载周期、话音负载周期、频率再用效率、频率再用效率、基站天线扇区数基站天线扇区数 54 接收信号的接收信号的载干比载干比可写成可写成式中式中Eb 信息的比特能量；信息的比特能量； Rb 信息的比特速率；信息的比特速率；N0干扰功率谱密度干扰功率谱密度 W / Rb 系统的处理增益。系统的处理增益。若若m个用户共用一个无线频道，假设到达一个接收机的信号强个用户共用一个无线频道，假设到达一个接收机的信号强度和各干扰强度都相等，则度和各干扰强度都相等，则载干比载干比为：为：如果如果考虑背景热噪声考虑背景热噪声，则能够接入此系统的用户数可表示为：，则能够接入此系统的用户数可表示为： 结果表明结果表

45、明 在误比特率一定的条件下，在误比特率一定的条件下，降低热噪声功率降低热噪声功率，减小归一化信噪减小归一化信噪比比，增大系统的处理增益增大系统的处理增益都将有利于提高系统的容量。都将有利于提高系统的容量。11 mIC bbbbRWNEWNERIC00CNERWmbb 01 55 考虑反向功率控制和考虑反向功率控制和CDMACDMA蜂窝通信系统的特点，蜂窝通信系统的特点，对一般公式进行修正对一般公式进行修正采用采用话音激活技术话音激活技术提高系统容量提高系统容量利用利用扇区划分扇区划分提高系统容量提高系统容量 56在典型的全双工通话中，话音的激活期（占空比）在典型的全双工通话中，话音的激活期（占

46、空比）d d 通常小于通常小于35%35%，如果如果CDMACDMA系统系统在话音停顿时停止信号发射在话音停顿时停止信号发射，其他用户受到的干扰会，其他用户受到的干扰会相应地平均减少相应地平均减少65%65%，从而使系统容量提高到原来的，从而使系统容量提高到原来的1/d=2.861/d=2.86倍倍 CDMACDMA系统的容量公式被修正为系统的容量公式被修正为 信道信道/ /小区小区当当用户数目庞大用户数目庞大并且系统是并且系统是干扰受限干扰受限而不是噪声受限时，用户数可而不是噪声受限时，用户数可表示为表示为 信道信道/ /小区小区dCNERWmbb110 dNERWmbb110 57 如利用

47、如利用120120o o扇形覆盖的定向天线把一个蜂窝小区扇形覆盖的定向天线把一个蜂窝小区划分成划分成3 3个扇区时，处于每个扇区中的移动用户是该个扇区时，处于每个扇区中的移动用户是该蜂窝的三分之一，相应的各用户之间的多址干扰分量蜂窝的三分之一，相应的各用户之间的多址干扰分量也就减少为原来的三分之一，从而系统的容量将增加也就减少为原来的三分之一，从而系统的容量将增加近近3 3倍。倍。 CDMACDMA系统的容量公式被修正为系统的容量公式被修正为 信道信道/ /小区小区GdNERWmbb 110 58理论理论可得：在总频带宽度为可得：在总频带宽度为1.25MHz1.25MHz时，三种时，三种体制的

48、系统容量的比较结果为：体制的系统容量的比较结果为： 实际实际的的CDMACDMA系统的容量比理论值有所下降，系统的容量比理论值有所下降，其下降多少将随着其功率控制精度和某些参数其下降多少将随着其功率控制精度和某些参数的选取而变化的选取而变化当前比较当前比较普遍的看法普遍的看法是是CDMACDMA数字蜂窝移动通信数字蜂窝移动通信系统的容量是模拟系统的容量是模拟FDMAFDMA系统的系统的810810倍倍GSMTACSCDMAmmm916 59信道切换原理信道切换原理位 置 管 理位 置 管 理60切换切换 将处于通话状态的将处于通话状态的MSMS转移到新的业务信道上（新的小区）转移到新的业务信道

49、上（新的小区）的过程的过程 目的目的 实现蜂窝移动通信的实现蜂窝移动通信的“无缝隙无缝隙”覆盖覆盖，即当移动台从一个，即当移动台从一个小区进入另一个小区时，保证通信的连续性小区进入另一个小区时，保证通信的连续性操作操作识别识别新的小区新的小区分配分配给移动台在新小区的话音信道和控制信道给移动台在新小区的话音信道和控制信道61原因原因信号的信号的强度或质量强度或质量下降到由系统规定的一定参数以下，此下降到由系统规定的一定参数以下，此时移动台被切换到信号强度较强的相邻小区。由移动台发时移动台被切换到信号强度较强的相邻小区。由移动台发起。起。由于某小区业务由于某小区业务信道容量信道容量全被占用或几乎

50、全被占用，这时全被占用或几乎全被占用，这时移动台被切换到业务信道容量较空闲的相邻小区。由上级移动台被切换到业务信道容量较空闲的相邻小区。由上级实体发起。实体发起。要求要求 切换必须顺利完成，并且尽可能少地出现，同时要使用户切换必须顺利完成，并且尽可能少地出现，同时要使用户觉察不到觉察不到切换门限要恰当切换门限要恰当切换前对信号的监视切换前对信号的监视62检测检测 方法方法信道监视方法信道监视方法 目的：使切换请求优先于初始呼叫请求目的：使切换请求优先于初始呼叫请求 原理：保留小区中所有可用信道的一小部分，专门为那些原理：保留小区中所有可用信道的一小部分，专门为那些可能要切换到该小区的通话所发出

51、的切换请求服务可能要切换到该小区的通话所发出的切换请求服务对切换请求进行排队对切换请求进行排队 目的：减小中断的发生概率目的：减小中断的发生概率 原理：信号强度下降到切换门限以下和因信号太弱而通话原理：信号强度下降到切换门限以下和因信号太弱而通话中断之间的时间间隔是有限的中断之间的时间间隔是有限的第一代模拟蜂窝系统第一代模拟蜂窝系统由基站完成，由由基站完成，由MSCMSC管理管理数字数字TDMATDMA第二代系统第二代系统移动台辅助切换移动台辅助切换(MAHO)(MAHO)63641. 越区切换的准则越区切换的准则相对信号强度准则；相对信号强度准则；具有门限规定的相对信号强度准则；具有门限规定

52、的相对信号强度准则；具有滞后余量的相对信号强度准则；具有滞后余量的相对信号强度准则；具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则。具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则。2. 越区切换的控制策略越区切换的控制策略移动台控制的越区切换；移动台控制的越区切换；网络控制的越区切换；网络控制的越区切换；移动台辅助的越区切换。移动台辅助的越区切换。3. 越区切换时的信道分配越区切换时的信道分配 在每个小区余出部分信道专门用于越区切换在每个小区余出部分信道专门用于越区切换65目的：目的：把一个呼叫传送到随机移动的用户把一个呼叫传送到随机移动的用户 主要任务主要任务位置登记位置登记 已知移动台的实时位置信息时

53、，更新位置数据库和认证移动台已知移动台的实时位置信息时，更新位置数据库和认证移动台呼叫传递呼叫传递 在对移动台进行呼叫的情况下，根据在对移动台进行呼叫的情况下，根据HLRHLR（Home Location Home Location Register Register 归属寄存器）和归属寄存器）和VLRVLR（Visitor Location RegisterVisitor Location Register访问访问寄存器）中可用的位置信息来定位移动台寄存器）中可用的位置信息来定位移动台涉及问题涉及问题位置更新位置更新（Location UpdateLocation Update） 解决移动台

54、如何发现位置变化以及何时报告当前位置的问题解决移动台如何发现位置变化以及何时报告当前位置的问题位置寻呼位置寻呼（ Location PagingLocation Paging） 解决如何有效地确定移动台当前处于哪一个小区的问题解决如何有效地确定移动台当前处于哪一个小区的问题66 位置管理通常采用两层数据库：即位置管理通常采用两层数据库：即原籍位置寄原籍位置寄存器（存器（HLR）和和访问位置寄存器（访问位置寄存器（VLR）。 通常一个通常一个公共陆地移动网（公共陆地移动网（PLMN：Public Land Mobile Network )包括包括一个一个HLR和若干个和若干个VLR，VLR管理若

55、干个位置区内的移动用户。管理若干个位置区内的移动用户。6768归属区MSCA(LAA)MSCA将MS的信息送入HLR进行登记新区MSCB(LAB)MS移动1（1）MS自动向MSCB的 VLRB登记（2）将VLRB的信息反馈给MSCA的HLR新区MSCc(LAC)（4）将VLRc的信息反馈给MSCA的HLR（3）MS自动向MSCc的 VLRc登记（5）MSCA 收到VLRC信息后注销VLRB中MS的信息MS 移动269（1）主叫）主叫MT通过基站向其通过基站向其MSC发出呼叫初始化信号；发出呼叫初始化信号；（2）MSC通过地址翻译过程确定被呼叫通过地址翻译过程确定被呼叫MT的的HLR地址，并向地

56、址，并向该该HLR发送位置请求消息；发送位置请求消息；（3）HLR确定出为被呼叫确定出为被呼叫MT服务的服务的VLR，并向该，并向该VLR发送路发送路由请求消息；该由请求消息；该VLR将该消息中转给为被叫将该消息中转给为被叫MT服务的服务的MSC；（4）被叫）被叫MSC给被叫的给被叫的MT分配一个称为临时本地号码（分配一个称为临时本地号码（TLDN）的临时标识，并向的临时标识，并向HLR发送一个含有发送一个含有TLDN的应答信息；的应答信息；（5）HLR将上述消息中转给为主叫将上述消息中转给为主叫MT服务的服务的MSC；（6）主叫）主叫MSC根据上述信息便可通过网络向被叫根据上述信息便可通过网

57、络向被叫MSC请求呼叫请求呼叫建立。建立。7071当用户进入新的登记区（当用户进入新的登记区（RA）时，将进行位置更新。）时，将进行位置更新。 位置更新和寻呼信息均在无线接口中的控制信道中传输；位置更新和寻呼信息均在无线接口中的控制信道中传输； 动态位置更新策略：动态位置更新策略：基于时间的位置更新策略：每个用户每隔基于时间的位置更新策略：每个用户每隔T秒周期性地更秒周期性地更新其位置；新其位置；基于运动的基于运动的位置更新策略：移动台跨越一定数量的小区边界位置更新策略：移动台跨越一定数量的小区边界后，就进行一次位置更新；后，就进行一次位置更新；基于距离的位置更新策略：移动台离开上次位置更新后

58、所在基于距离的位置更新策略：移动台离开上次位置更新后所在小区的距离超过一定值时，就进行一次位置更新。小区的距离超过一定值时，就进行一次位置更新。72概述概述信令的任务和作用信令的任务和作用信令的发展信令的发展移动通信中的移动通信中的信令系统信令系统73信令信令是与通信有关的一系列控制信号作用作用 信令是用户以及通信网中各个节点相互交换信息的共同语言，是整个通信网的神经系统。基本功能基本功能建立呼叫监控呼叫清除呼叫操作过程操作过程（右图）构成构成 信令由一系列信令消息集组成消息类型单元一些强制或可选择的消息单元图图514 信令的操作过程信令的操作过程74随路信令随路信令（模拟电话网或早期的数字电

59、话网中）（模拟电话网或早期的数字电话网中）信令与话音在同一链路内传送信令与话音在同一链路内传送信令传送速度低，信息容量及处理能力有限信令传送速度低，信息容量及处理能力有限只适应于基本的呼叫处理只适应于基本的呼叫处理公共信道信令（公共信道信令（CCSCCS）信令与语音分离信令与语音分离链路的利用率高链路的利用率高实际速度低于理论速度实际速度低于理论速度 为了保证信令的可靠，移动通信中，完成一次接续需传的为了保证信令的可靠，移动通信中，完成一次接续需传的信令消息比电话网中多很多信令消息比电话网中多很多75u按对象接入信令： 用户到网络节点间的信令，在移动通信中是指移动台到基站之间的信令；网络信令：

60、 网络节点之间的信令，在移动通信中网络信令称7号信令(SS7)。u按信号形式 信令按信号形式可分为数字信令和音频信令(模拟信令)。76主要用于模拟系统，经调制后，在无线信道上传输。PSWA或DSP典型的数字信令格式 P：前置码，提供同步信息。 SW：字同步码，提供位同步信息。 A或D：地址或数据码，包括控制、选呼、拨号等信令 SP：纠错码，又称监督码77音频信令是由不同音频信号组成的。分单音频信令、双音频信令和多音频信令。带内单音频信令带内单音频信令 带内单音频信令：用0.33kHz范围内不同的单音作为信令。78带外亚音频信令带外亚音频信令 采用低于0.3kHz的单音作为信令。拨号信令拨号信令