组网技术(1)课件

第四部分组网技术

一、移动通信对组网的要求：1、各通信系统如何共享频率资源：

例如蜂窝系统采用

2、在存在传播损耗的通信环境下，系统服务区内应设定多少基站？对于给定的频率资源，如何在基站之间分配以满足用户容量的要求？即区域覆盖技术。小区制和频率复用3、系统服务区网络如何连接？即移动通信应采用什么样的网络结构。基站基站MSCPSTNISDN5、采用何种网络控制信令？如何在用户和移动网络之间，移动网络和固定网络之间交换控制信息，对呼叫过程、移动性管理过程和网络互连过程进行控制，保证网络有序的运行。移动通信系统的发展：1、第一代模拟移动通信系统：AMPS、TACS、NMT2、第二代数字移动通信系统：GSM、DAMPS、PDC、IS-953、第三代数字移动通信系统：CDMA2000、TD-SCDMA、WCDMA

5.2

(MultipleAccessTechnique)多址接入技术

多址接入技术，是解决在无线通信网中，使许多移动用户同时共享有限频谱的技术。

频分多址时分多址

码分多址FDMATDMA

CDMA三种主要接入方式:在时分多址中不同信道占用一个周期性重复的时隙频率TDMA示意图•

FDMA是将给定的频谱资源划分为不同频道分配给每一个用户使用；•

TDMA将无线频谱按时隙划分，分配给不同用户；

•

以信号波形（代码序列）不同区分不同用户称作CDMA连接。通常是将双工技术（FDD和TDD）与特定的FDMA，TDMA和CDMA多址方式共同使用。例如，FDMA/FDD系统TDMA/FDD系统分配给用户一对频道:

而在TDMA/TDD系统中，分配给用户一个信道，在帧信息中，时隙的一半用于前向链路，另一半用于反向链路，收发使用相同的频率。前向信道和后向信道

除了FDMA，TDMA和CDMA，还有两种多址模式：

空分多址（SDMA）

随机多址CSMA空分多址：是通过空间的分割来区分不同用户。采用阵列天线在不同用户方向上形成不同的波束来实现。本章主要介绍前面三种多址接入技术。

下表列出各种无线通信系统中正在使用的不同的多址接入技术：

CDMA/FDD美国窄带扩频（IS-95)

FDMA/TDD欧洲数字无绳电话（DECT)）

FDMA/TDD

CT2（无绳电话）

TDMA/FDD

日本数字蜂窝(JDC)

TDMA/FDD

美国数字蜂窝(USDC)

TDMA/FDD

全球移动电话系统(GSM)

FDMA/FDD

高级移动电话系统(AMPS)

多址技术

移动电话系统1.FDMA：

（物理意义：频域里频道相互不重叠）2.TDMA:（时域里时隙相互不重叠）3.CDMA:

（码型轴上码型Ci相互不重叠）(5.1)

FDMA系统按不同频道区分用户。收发双方各使用一个信道，收发频率间隔必须大于一定数值。通常采用频分双工（FDD）实现双工通信。5.2.1频分多址（

FDMA）：FDMA/FDD系统工作示意图F1f1F2f2F3f3FDMA特点：•FDMA每个频道只传送一路电话；•连续传输,一旦给移动台分配了频道，移动台和基站同时连续不断发射；•信道带宽较窄（25kHz或30kHz），即FDMA通常使用窄带系统；•传输速率低。码元持续时间较长,与平均延迟扩展相比很大,这意味着码间干扰低，不需要均衡；如何实现信道共用是FDMA系统设计应考虑的。

假如一个基站有n个信道,信道复用后，有可能发生所有信道均被占用，而新的呼叫不能接通的情况，发生这种情况的概率有多大？指允许大量用户在一个小区内共享有限的信道，即从可用信道中按需给用户分配信道。

1）中继的概念：

中继理论的基本原理是19世纪末丹麦数学家爱尔兰（Erlang）提出来的，他致力于研究怎样由有限的能力为大量的用户服务。现在以他的名字作为话务量强度单位。一个爱尔兰（Erlang）表示一个完全被占用的信道的话务量强度，即：

单位小时的呼叫小时（呼叫小时/小时）0.5Erlang(1Erlang)

或单位分钟的呼叫分钟（呼叫分钟/分钟）例如：一个在一小时内被占用了30分钟（60分钟）的信道的话务量为：例5.1：某系统有50个用户，每个用户平均每小时发出2次呼叫，每次呼叫平均保持3分钟，则每个用户的话务量：

它表示系统中平均每个用户每小时占用信道的时间为0.1小时。系统总话务量：

表示50个用户在系统中产生的话务量为5爱尔兰。其中为完成话务量。式中看出：呼损率B，呼叫成功率，用户越满意。3）呼损率B：损失话务量占流入话务量的比率：（5.5）B也称作服务等级GOS（GradeofService).

呼损率的计算：对于有N个信道的共用系统,爱尔兰呼损公式为:（5-9）在B给定的条件下，可计算共用n个信道所能承受的流入话务量A；在给定流入话务量A，可计算达到某一服务等级B应取的共用信道数n；3.在给定共用信道数n，可算出各种流入话务量A时的服务等级B。呼损率不同，信道的利用率η也不同，表5.2给出了B、n、A和η之间的关系。4)用户忙时的话务量与用户数同时根据用户数U每用户的话务量可得流入话务量(A)与用户数的关系(一般在工程设计时，将每用户的话务量考虑为忙时话务量计算)。每用户忙时话务量aC：用户每天平均呼叫的次数T：每次呼叫平均占用信道的时间(秒/次)K：集中系数，忙时话务量对全日(24小时)话务量的比，一般选10%~15%例：C=3次/天，T=120秒/次，K=10％

解：a=0.01Erl/用户每个信道所能容纳的用户数当每个用户忙时的话务量(a)确定后，每个信道所能容纳的用户数m与A的关系。用户总数：

M=mn=A/a。

例5.2：B=0.05，a=0.01(1),若有n=5，M=?

n=5，查表,A=2.218,

M=A/a=2.218/0.01=221(2),若M＝700个用户，n=?

A=Ma=0.01×700=7，查表计算为：n=11例5.3，某移动通信系统，每天每个用户平均呼叫10次，每次占用信道的平均时间为80秒，呼损率要求10％，集中系数为K=0.125，问给定8个信道能容纳多少个用户？

解：(1)根据呼损率(B)及信道数(n)，查表求总话务量A。查表求得A=5.597Erl。(2)求每个用户忙时话务量a：(4)求系统所容纳的用户数M：(3)求每个信道所能容纳的用户数m：5).空闲信道的选取:移动通信网中,每个用户发起呼叫时,从n个共用信道中选取一个空闲信道，一般有两种方式:•专用呼叫信道方式；•标明空闲信道方式。

系统中设置专用呼叫信道,用于处理呼叫请求。移动台不通话时在呼叫信道上守候，发起呼叫时：

上行专用呼叫信道发起呼叫下行专用呼叫信道指定空闲信道

移动台基站(

移动台通话结束后自动返回专用信道守候)

•专用呼叫信道方式:专用呼叫信道方式优点:

处理呼叫速度快,但占用专门呼叫信道,信道利用率低,适合大容量系统。900MHz蜂窝移动电话采用此种方式。2)标明空闲信道方式:分为:循环定位循环不定位方式等。1.循环定位:不设置专门呼叫信道,所有信道呼叫和通话同时进行；基站发出空闲信号,所有移动台自动扫描信道,移动台一旦在某信道收到空闲信号,就定位在该信道通话。优点:

所有信道都可用于通话,信道利用率高,主呼、被呼在同一信道,处理呼叫快。但多个用户发起同时呼叫的同抢概率大。适合小容量系统。2.循环不定位:

为减少同抢概率,循环扫描不定位,由于移动台对信道扫描顺序不同,避免了同抢呼叫。但移动台主叫时先搜索空闲信道,循环扫描时不能接收信号,处理呼叫速度稍慢。移动台:基站:基站必须在空闲信道上先发出保持信号,等待移动台搜寻并锁定。把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙。在时分双工TDD方式中，上下行帧都在相同的频率上。为避免时延扩展造成的各移动台到达基站的信号不会重叠，上行时隙必须有保护间隔。5.2.1时分多址（TDMA):(TimeDivisionMultipleAccess)TDMA中不同信道占用一个周期性重复的时隙

移动台：

基站：在每帧内只在指定的时隙向基站发送信号，在定时和同步条件下，基站接收到各移动台的信号而互不干扰。

发向各移动台的信号都按顺序在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收，就能区分各路信号。TDMA系统主要应考虑的问题：

控制信令的传输同步抗多径干扰

主要措施：1、在每个时隙中，划出专门的比特用于控制和信令的传输。2、为便于接收端利用均衡器克服多径引起的码间干扰，在时隙中插入自适应均衡器所需的训练序列。3、在上行链路的每个时隙中留出一定的保护间隔。4、为便于接收端的同步，在每个时隙中要传输同步序列。例5.4

如果GSM使用每帧包含8个时隙的帧结构，每时隙(slot)含有156.25比特，信道中数据率为270.833kbps.

求：（a）一比特的时长；（b）一时隙长；（c）帧长；（d）占用一个时隙的用户在两次发射之间必须等待的时间。解：（a）一比特时长：（b）一时隙长：（c）帧长：（d）用户必须等待4.615ms在新一帧到来之后才可进行下一次发射。•TDMA使几个用户共享一个载波频率,每个用户利用不同时隙。•

数据传送不连续，采用分组发送。因而电池消耗低，切换容易；

TDMA的特点:•TDMA系统必须有精确的定时和同步。•TDMA系统可动态分配时隙(因为每个人的讲话时间不足40%),有话音时分配时隙，无话音时不分配时隙，有利于提高系统容量。(3)码分多址（CDMA）:(CodeDivisionMultipleAccess)

在码分多址通信系统中，不同用户传输信息是用不同的编码序列来区分，或者说靠信号的不同波形来区分。如果从频域或时域来观察，多个信号是相互重叠的。

接收机用相关器可以在多个信号中选出其中使用预定码型的信号，其他不同码型(波形)的信号不能被解调，接收机将它们视为噪声处理。

CDMA以扩频技术为基础，扩频信号是一种用伪随机序列调制的宽带信号，常用的有两种：跳频(FrequencyHopping)信号直接扩频序列（DirectSequence）

CDMA采用频分双工（FDD）模式，即正向传输和反向传输各使用一个频率。1.FH-CDMA:

各用户调制信号的中心频率随所使用的伪随机（PN）序列跳变。各频率序列要求相互正交，并且在任一时刻都不相同。如图所示：2.DS-CDMA

所有的用户使用相同的中心频率，输入数据序列与PN序列相乘得到宽带信号。不同的用户使用不同的PN序列，PN序列相互正交，利用PN序列的不同来区分不同的用户。CDMA以扩频技术为基础:

以美国的IS-95系统的前向传输信道为例,主要包括用：Walsh函数和PN序列调制扩频不同信道的地址用正交Walsh函数区分;

不同小区靠PN序列的不同相位区分。两个步骤

Walsh序列为正交序列，由64个二进制序列组成，每个序列有64个码片，并且相互正交,

因此可以得到64个逻辑信道，通常用于下行链路。

1.控制信道（导频信道、同步信道、寻呼信道）2.业务信