第3章移动通信

12.3移动通信中的控制与交换1.移动交换系统的特殊要求2.位置登记3.越区切换4.漫游路由控制：选路、切换越区切换：通话不中断寻呼用户的信令系统识别及处理：有效寻呼和接入用户位置登记：有效寻呼和接入用户数据存储：鉴权、位置信息、漫游过荷控制：用户流动性、通信质量保证远距离档案存取：漫游、位置登记、鉴权、寻址移动交换系统的特殊要求2.3.1移动交换系统的特殊要求统计分析功能32.3.2位置登记（位置更新）概念：在移动通信网中，用户所在的位置经常发生变化，在位置改变时用户要通知网络当前自己的所处位置（通过空中接口连续发送位置区识别码LAI），以便网络可以正常地与用户保持联系，因此MS需要往网络发起位置更新，请求网络注册当前用户位置信息，同时网络可能需要到用户的归属位置寄存器（HLR）更新用户当前拜访位置寄存器（VLR）信息，HLR会把用户的签约注册信息送到VLR。42.3.2位置登记（位置更新）

位置更新涉及的网元相同VLR的位置更新BSCMSC/VLR①位置更新请求②请求位置更新接收③位置更新证实不同VLR的位置更新BSCMSC/VLR①位置更新请求③请求位置更新接受④位置更新证实MSC/VLR小区2小区1②位置更新请求⑤位置删除⑥位置删除接受7位置登记类型强制登记开机或进入新的位置区周期性登记表明MS仍处于工作状态2.3.2位置登记（位置更新）82.4.3位置更新（开关机）：用户的激活与分离用户开机MS：入网位置登记系统：MS激活，对其IMSI作“附着”标记，这也是一种“强制登记”。用户关机MS：关机前发关机信息，其中包括“分离”处理请求系统：若接收到MS的分离信息，对该MS的IMSI作“分离”标记，再有呼叫该MS的信息，系统就不再对用户做寻呼。若因无线链路质量差等原因，系统没接到或者被未正确解调MS关机信息，误以为MS仍开机，有呼叫时盲目寻呼该用户，浪费无线资源。为了避免该问题，系统采取新的强制登记措施，要求MS每隔一段时间登记一次，也就是周期性登记，若在规定的时间内未收到MS的周期性登记信息，系统对该MS做“分离”标记。92.3.3越区切换概念通常：通话过程中，MS由一个小区进入另一个小区时，为保持通话不断，进行的频道转换空闲状态下的切换（控制信道）越区切换涉及的三个方面的问题（1）越区切换的准则，即何时进行切换；（2）越区切换如何控制；（3）越区切换时的信道分配。10切换定位（依据、内容）切换定位（依据、内容）TCH:业务信道，携带编码后的语音或用户数据11切换依据MS测试报告：

工作信道的信号强度RSSI（ReceivedSignalStrengthIndication）、邻小区控制信道RSSIBS测试报告：

MS的RSSI、比特误码率BER(传输质量)切换时间：BS计算确定何时切换，切换到哪切换准则：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。切换依据、切换时间、切换准则12根据切换实现过程分硬切换：在切换时先中断与原基站的通信，再建立与新基站的通信软切换：在切换时先不中断与原基站的通信，与目标基站取得可靠通信后再中断与原基站的通信软切换和硬切换13硬切换：

--信号有短时中断（GSM中要求<800ms）

--易发生乒乓效应，产生掉话软切换：

--信号不中断，同时有多个基站为一个MS提供接续服务

--不易产生乒乓效应，不易掉话，但是只能在使用相同频率的小区间进行

--CDMA中在相同MSC的同频小区间进行软切换和硬切换越区切换一般可以根据射频信号强度、载干比、移动台到基站的相对位置以及数字系统中的误码率来判断切换与否。实际影响中，可以选取其中一种或者几种作为参数。假定MS从基站1向基站2移动，其信号强度的变化如图1所示。判定何时需要越区切换的准则如下准则1：相对信号强度准则移动台连续检测各个小区的信号强度，当某个相邻小区基站的信号强度超过当前基站时，就发起切换。A缺点：当服务基站还能提供所要求的业务质量时就进行了许多不必要的切换。在A点发生切换判决切换基于从基站接收的信号强度平均值。准则2：具有门限规定的相对信号强度准则移动台连续检测各个小区的信号强度，当某个相邻小区基站的信号强度超过当前基站时，并且当前小区基站的信号强度低于某一门限时，发起切换。若门限为Th2时，在B点发生切换；若门限值太高取为Th1，则采用准则1；B若门限值太低取为Th3，则会引起较大的越区时延。可能会因链路质量较差而导致通信中断。可能还会引起对通道用户的额外干扰需要恰当地选择门限值准则3：具有滞后余量的相对信号强度准则仅允许移动用户在新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（HysteresisMargin））的情况下进行越区切换。CC点切换，防止信号波动引起的移动台在两个基站之间来回重复切换，即“乒乓效应”准则4：具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则。仅允许移动用户在当前基站的电平低于规定门限并且新基站的信号强度高于当前基站的一个给定滞后余量时进行越区切换。D点切换D切换类型类型根据控制区域划分同一BSC下小区间的切换同一MSC，不同BSC下小区间的切换不同MSC小区间的切换20BSC需要建立与新的基站间的链路，并在新的小区基站分配一个业务信道TCH。网络系统对这种切换不做介入，仅在切换完成后向MSC发送报文告知切换类型--BSC内切换21需MSC协调，BSC先向MSC/VLR请求切换，再建立MSC/VLR与新BSC间的链路，保留新小区内TCH供给移动用户切换后使用，然后通过原信道命令移动台切换到新业务信道上。切换成功以后，移动用户需要了解周围小区信息，若位置区发生变化，需在呼叫完成后进行位置更新。切换类型--同一MSC，不同BSC下切换22MSC间协调，服务交换机须向目标交换机发送一个切换请求，由目标交换机负责建立与新BTS的链路连接。在两个交换机间的链路接好后，由服务交换机向移动用户发送切换命令。MS切换完成后，与新的服务交换机建立连接，并通过信令链路，拆除原服务交换机提供的链路。切换类型--不同MSC下切换232.3.4漫游漫游概念：MS离开注册入网的服务区域仍能获得入网通话服务的功能漫游实现过程：位置登记、呼叫转移、呼叫建立本局用户：移动用户进行登记注册和结算的MSC称为归属区，在其中活动时称为本局用户漫游用户：离开归属区，到另外一个MSC区活动的用户242.4路由及接续电路群的设置路由选择用户的激活与分离呼叫接续中国联通GSM长途汇接网络结构中国移动长途汇接网结构三级移动网网络结构电路群的设置我国的蜂窝移动通信网络为三级网络，即本地移动通信网、省内移动通信网和全国移动通信网（1）全国网，在各省设置一对TMSC1(TMSC1-1与TMSC1-2)，负责省际与国际话务汇接；一对TMSC1采用负荷分担方式；各TMSC1之间网状相连，实现省际话务的汇接，从而构成全国网。（2）省内网，在各省设置一对或多对TMSC2，负责省内话务汇接；采用负荷分担方式；各TMSC2之间网状相连，并与其归属的TMSC1连接，完成省内各地区移动业务本地网的话务汇接，构成省内网；（3）不同省的两个比较忙的一、二级汇接局间可设置高效直达路由，当高效直达路由溢出时可再选低呼损电路电路群的设置（4）本地网①MSC：每个移动业务本地网中设置一个或多个移动端局MSC，MSC与其所属的TMSC1和TMSC2星型连接本地网内话务可以采用TMSC2汇接机制，也可以在话务量较大的MSC之间设置直达电路省内长途话务通过TMSC2汇接省际话务可以经过TMSC2汇接到TMSC1，部分省际话务量较大的MSC可以建立与TMSC1的直达电路②GMSC移动网网关局：实现与其他业务网的互联互通；当网络规模较小时，各MSC与PSTN直连，MSC与PSTN之间的话务由MSC疏通；也可以设置独立的GMSC，专门实现与其他业务网的话务、信令转接302.4.1电路群的设置电路群的类型低呼损电路群:指当任意两个交换中心之间有适当的通信量，且在经济上有利的时候，设置的直达电路群。低呼损电路上的话务量不允许溢出到其他电路上。（高效）直达电路群为提高网路的经济性和服务质量，在任意两个交换中心之间设置的，允许呼损达7%～10%，且允许话务量溢出到其他电路的直达电路群。对于这种路由，允许话务量溢出到规定的迂回路由上。注：不是同一分类依据电路群的设置一般设低呼损电路群业务量较大时设高效直达电路群312.4.2路由选择路由类型：1.基干路由基干路由是指全部由基干电路构成的路由。这种路由呼损要求≤1%，路由上话务量不允许溢出到其他路由。2.高效直达路由高效直达路由是指由高效直达电路群形成的路由。对于这种路由，允许话务量溢出到规定的迂回路由上。3.低呼损直达路由低呼损直达路由是指由两个交换中心之间所建立的低呼损直达电路群形成的路由。对于这种路由，不允许话务量溢出到其他路由上。4.迂回路由在两交换中心之间存在多个路由的情况下，当第1次选择的路由遇忙时，可以迂回到第2或第3个路由，则该路由被称为第一路由的迂回路由。迂回路由可以是前三路由的组合。5.最终路由最终路由是指任意两个交换中心之间可以选择的最后一种路由。它是由无溢呼的低呼损直达电路群或基干电路群组成的。原则：尽快接入被叫所在的网络被叫为PSTN用户：尽快接入PSTN

被叫为PLMN用户：尽快接入PLMN

加快选路接续速率先选直达路由，再选迂回路由331.国内呼叫接续MS呼叫PSTN用户PSTN用户呼叫MS长途时需要TMSC一齐呼叫34GSM用户呼叫GSM用户

VMSC：被访MSC352.国际呼叫接续MS主叫始发MSC分析为国际接入码00后，则立即从始发地通过接口局进入PSTN网MS被叫由国外一直接续到北京、上海、广州PSTN的国际局，就近接入移动本地的接口局，在当地GMSC进行路由查询，并建立接续362.4.4呼叫接续移动用户主呼移动用户被呼37移动用户主呼

拨号，按发射键BTSBSCMSC

鉴权：HLR/AUC

设备识别：EIR

号码识别：接续

延迟拨发呼叫接续—移动用户主叫被叫为PSTN用户：经GMSCGWpPSTN被叫为PLMN用户：经GMSCVMSC移动用户主叫ACM=AddressCompleteMessageANM=ANswerMessageIAM=InitialAddressMessageMSBSSMSCCHANNELREQUEST1PSTNCMSERVICEREQUEST2CMSERVICEREQUEST2CALLPROCEEDING7CALLPROCEEDING7Assignmentprocedure7IAM6IMMEDIATEASSIGNMENT2ACM8VLRRingANM10ALERTING9SETUP(basic)orEMERGENCY4SETUP4CONNECT11CONNECTACKnowledge11Authenticationprocedure3Cipheringprocedure35DialingRingingPathEstablishedRinging移动用户主叫流程SendingNumber39MS被叫，PSTN主叫①GMSC向HLR发MSISDN，询问被叫MS的漫游号码MSRN②HLR要求被访VLR分配MSRN③VLR临时分配给被叫用户一个漫游MSRN存储后通知HLR④HLR收到后转发MSRN给GMSC⑤GMSC收到后对MSRN号码分析，并将呼叫转接到MS所在的MSC/VLR业务区⑥VLR根据IMSI查出被叫用户的位置区识别码LAI后，MSC/VLR将寻呼信息发给位置区内的所有基站，这些基站在整个位置区范围内进行广播寻呼。在位置区内某小区寻呼信道上的空闲移动用户接到寻呼信息，识别出IMSI码后，发送响应信息。呼叫接续—移动用户被叫HomePLMNGMSCHLRRoutingInformation(MSRN)6移动用户被叫流程DetailedPagingProcedureIAM : InitialAddressMessageMSISDN : MobileStationIntegratedServicesDigitalnetworkNumberMSRN : MobileStationRoamingNumberIMSI : InternationalMobileSubscriberIdentityGMSC : GatewayMSCVMSC : VisitorMSCTMSI : TemporaryMobileSubscriberIdentityPNInternationalSS7ISDNVisitorPLMNVMSCVLRBSSIAM(MSRN)7IAM(MSISDN)2SendRoutingInformation(MSISDN)3ProvideRoamingNumber(IMSI)4PAGE(TMSI+LA)9SendinfotoI/C(MSRN)8RoamingNumber(MSRN)5PAGINGREQUEST(TMSI+LA)10PAGINGREQUEST(TMSI)11MSISDN1412.5移动网络的抗衰落、抗干扰技术1.跳频2.间断传输3.分集4.功率控制5.扩频42跳频是指某次通话所使用的载波频率在一定范围内，按某种规律跳变。主要的优点是在一个链路上提供频率分集，对慢速移动的MS可增加编码和交织的效率，通过分集达到均衡通信质量的效果。频率f0帧f1f2f3f4时间跳频的概念4.615ms43多径衰落与频率有关，不同频率，其衰落谷点位置不同跳频的原因通话期间载频在几个频点上变化，可以认为在一个频率上只有一个衰落谷点，那么仅会损失信息的一小部分跳频的性能--频率分集平滑快衰落环境跳频的频率分集频率分集：（1）由于采用了跳频技术，一个慢速移动的MS停留在一个瑞利衰落的谷点时间不会长于一个TDMA帧。由于多径衰落的作用，MS接受到的信号强度将变小但更加均匀，MS将感觉到一个更加平滑的无线环境，这就是频率分集的作用。（2）移动台高速移动时，在同一信道上接收两个相邻突发脉冲期间（4.615ms），MS的位置差异对于消除信号瑞利变化的相关性已经足够了，此时跳频没什么危害，但也没有什么帮助。跳频的性能--干扰分集平滑、均化干扰B4B3B2B1f4f3f2f1f4f3f2f1跳频的干扰分集（1）MS在每个TDMA帧改变频率，MS在一个跳频频点数目的周期内只经过干扰频点一次，同样的在某一特定频点的干扰将平均分布在所有的MS上，即干扰被其他移动台平均了，这就是干扰平均，干扰分集的结果。（2）干扰分集不受移动台的移动速度的影响，只与跳频模式（循环和随机跳频）和跳频方式（基带和综合跳频）有关。采用与干扰信号无相关性的跳频序列能获得更大的改善，越低的相关性，跳频增益越高。跳频速率高于或等于比特传输速率

一个比特跳几次46跳频的类型—按速度分快跳频FFH慢跳频SFH跳频速率低于比特传输速率

几个比特一跳GSM中采用SFH，跳频速率为217跳/秒

每个时隙一跳，即传156.25bit一跳

速率为：1/4.62ms≈217次/秒47BTS在呼叫建立及切换时把跳频算法发送给MS跳频序列在一个小区内正交，即同一小区内的通信不会发生冲突。在具有相同的RF载频信道或相同的配置的小区，即同族小区间跳频序列

是相互独立的。MS由广播信道分配参数中导出跳频序列（跳频所用的一系列频率）和小区的跳频序列号（在同族小区上允许不同的序列号）跳频实现过程BCH:BroadcastChannel广播信道GSM：MS和BTS在一个小区内同步跳变；支持BCH的物理信道不跳；GSM中每个时隙一跳；对慢速移动终端，跳频改善通话质量明显，大约有6.5dB系统增益48基带跳频：基带信号按跳频序列传送到各个不同载频的发射机上进行调制适用于收发信机数量较多的高业务小区信道在不同的时隙使用不同的收发信机每个收发信机的工作频率是固定的将基站数据通过交换矩阵切换到相应的收发信机上，从而实现跳频。跳频的数目受限于收发信机的数目，即所需要的无线电控制单元RCU的数目等于指定的载波频率数目跳频实现方法-基带跳频49频率合成器跳频（射频跳频）：收发信机的工作频率不断地改变频率数与收发信机数无数信道始终通过固定的收发信机传输信息适合少量收发信机的基站给定信道可在每个突发脉冲改变频率，但在传输一个突发脉冲期间，频率保持不变跳频实现方法-频率合成器跳频GSM系统中跳频的实现：BTS设备可能支持两种跳频方式，但只能选一种实现MS只支持射频调频跳频增益跳频增益：影响跳频增益的因素有传播环境、跳频频点数目和干扰特性；跳频增益随着跳频频点数目的增加而提高，但这种提高幅度是逐渐缩小的；2个和2个以上TX配置的小区推荐开启跳频采用DTX和BTSPC（功率控制）将提高跳频增益基带跳频的应用基带跳频的应用跳频的作用可获得一个良好的电波环境。提供给每个用户大体相同的通话质量。可以使用更紧密的频率复用以实现增容。542.5.2间断传输MS数字信号处理中：…A/D分段：有声段、无声段…准双工概念作用原理间断传输的引入、目的、概念（1）引入：在双工通信方式中，通话时一方在听话期间，发送链路基本空闲，即使在讲话期间，也有停顿和空闲。据统计，实际链路上传输语音的时间仅占整个通话时间的30%∼40%，我们称之为激活系数，为0.3~0.4。（2）语音间断传输的概念：

是指仅在包含有用信息帧时才打开发射机，而在语音间隙的大部分时间关闭发射机的一种操作模式。（3）目的：为节省移动台资源，延长电池寿命减少空中平均干扰水平提高频谱利用率（4）应用：GSM采用DTX方式，IS-95CDMA采用DSI方式56DTX:不连续发射(DiscontinuousTransmission)原理发端话音检测：有声段：开发射机

无声段：发SID后关发射机噪声估计：关发射机关进行噪声估计，产生SID（静寂描述帧）收端噪声发生：在无声期间根据收到的SID产生舒适的背景噪声语音帧置换：用前语音帧替代受干扰的语音坏帧间断传输的概念--DTXDTX与DSI的区别DTX与DSI的区别DTX不能将收回的信道重新分配，只关发射机，因为在FDMA或TDMA系统，需要做到有语音时，系统给它分配频道或时隙，这种情况实现起来既不经济又复杂。DSI可将收回的信道重新分配。在CDMA系统中，相对来说，更便于利用语音插空技术，即将DSI与可变速率语音编码器（8kbit/s、4kbit/s、2kbit/s、1kbit/s）结合起来，在语音间歇期间采用低速语音编码，降低传输速率、降低发射功率，从而能进一步减小对其它用户的干扰，也能增加系统容量。DSI（数字语音间插）原理发端话音识别器检测是否有话音，决定是否分配信道CDMA中，相对来说，更便于利用话音插空技术，即将DSI与可变速率话音编码结合起来，从而获得通信容量的增加582.5.3分集（略）作用概念类型591.分集技术的作用移动通信中的衰落问题（30dB～40dB）利用分集技术增强抗衰落能力。

不能增大发射功率，会造成对其他用户的干扰2.分集的概念分集接收：接收端对收到的多个衰落特性相互独立的信号进行特定处理，以降低信号电平起伏。含义：

分散传输

集中合并处理60613.分集的类型宏分集减小慢衰落影响又称多基站分集，把多个基站设置在不同的地理位置上和不同方向上，同时和一个MS通信，MS选用其中信号最好的一个基站通信。微分集减小快衰落影响微分集类型空间分集场分量分集极化分集频率分集角度分集时间分集62分集技术--空间分集依据：任意两个不同位置上接收同一个信号，在位置距离大到一定程度时，衰落特性不相关实现：两副相隔距离d的天线

（d越大，相关性越弱）

d与λ、地物及天线高度有关，通常取值：市区：d=0.5λ，

郊区：d=0.8λ应用：BTS（d取几个波长）、MS（车载台）

（900MHz频段：两副天线间隔约0.27m）63分集技术--频率分集依据：频率间隔大于相关带宽的两个信号的衰落是不相关的。

相关带宽：Bc=1/(2πΔ)Δ延时扩展

例：市区Δ=3μs，Bc约为53KHz实现：频率间隔大于53KHz的两部发射机同时发送同一信号，并用两部独立接收机来接收信号。应用：BTS

设备复杂，频率利用不经济分集技术--极化分集依据：分别接收水平极化和垂直极化波，两个位置很近不同极化的电磁波有独立的衰落特性，天线的距离可以缩短。实现：用两个极化方式不同的天线分别收发。可视为空间分集的一种特殊情况，二重分集也需两副天线，但天线间距离可减小。

发射功率损失一半，因为射频功率分给两个不同极化的天线场分量分集和空间分集优于极化分集。6465分集技术--场分量分集依据：电磁波Ez、Hx、Hy分量互不相关。实现：不要求天线间的实体间隔应用：适用较低频段。

（当工作频率较高时，空间分集较易实现）66分集技术--角度分集依据：不同方向传送的信号衰落特性不同实现：使电波通过几个不同的路径，并以不同角度到达接收端，接收端利用税方向性接收天线分离出不同方向的信号。应用：高频段易实现67分集技术--时间分集依据：时间间隔足够大的同一信号衰落特性互不相关。实现：同一信号间隔一定的时间多次重发(交织)应用：衰落信道中传输数字信号

（也可克服多普勒效应引起的信号衰落）注意：时间分集对处于静止状态的MS，不能改善由多普勒效应引起的信号衰落68合并的技术—概念

合并的技术--合并的类型根据加权系数的不同，构成不同的合并类型：

选择式合并

最大比值合并

等增益合并70合并技术--选择式（开关式）合并实现：检测所有分集支路的信号作为合并器输出

加权系数：一项为“1”；其余为“0”例：二重分集选择式合并特点：简单易实现，但未选支路信号不用，其抗衰落性能不佳。若在中高频实现，则必须保证信号同相，电路复杂度提高71实现：每路信号的加权系数与包络成正比，与噪声功率成反比，合并器对加权后的各路信号求和。

加权系数：合并器输出信号包络：合并技术--最大比值合并特点：复杂，

但抗衰落性能最好72实现：各支路信号等增益相加。加权系数：均为“1”

合并器输出信号包络：合并技术--等增益合并特点：实现简单，抗衰落性能接近于最大比值合并73合并技术--三种合并类型性能比较信噪比的改善不同分集重数其平均信噪比改善程度不同，有分集比无分集接收好假设：

每一支路均为白噪声；

信号包络的衰落速率远低于信号最低调制频率；

各支路信号的衰落互不相关。

功控是什么？为什么要功控？功率控制：根据需要调整基站与手机的发射功率。依据：手机和基站上报的测量报告。目的：在保证通话质量的情况下，降低发射功率，从而降低整网干扰、减少功耗。2.5.4功率控制75系统功控原因移动通信系统都是自干扰系统，通信质量和容量受限于收到干扰功率的大小。

MS信号功率太低，误码率太大，无法保证通信质量

MS信号功率太大，对其他MS干扰增加，导致通信质量恶化、容量减小每个MS的发射功率控制在基站所需信噪比最小值时，通信容量才最大。在移动通信中为了解决远近效应，同时避免对其他用户的过大干扰，必须严格功率控制。76功率控制技术的类型及应用反向功率控制（对MS发射功率实行控制）开环功率控制闭环功率控制前向功率控制（对BTS发射功率实行控制）功率控制的应用GSM：反向闭环功率控制，GSM手机以最大功率发射，在收到基站的功率控制信息后作出相应调整；IS-95CDMA：反向开环、反向闭环以及前向功率控制77CDMA系统功率控制方框图782.5.5扩频扩频通信基本原理扩频通信系统的特点扩频通信的种类依据：香农定理公式：

C为系统容量；W为传输时占用频带宽度；S/N为信噪比由公式可知：C可以利用不同的带宽W和信噪比S/N的组合来传输。若减小W则必须发送较大的信号功率；若增大W，则同样地C需要较小的信号功率，这表明宽带系统表现出较好的抗干扰性能。扩频—理论基础80扩频通信的概念：占用频带宽度远大于原始信号带宽的传输方式，且带宽与原始信号无关，W>>B（100倍以上，甚至1000倍）占用频带宽度W；B原始信号带宽扩频—概念扩频系统的频带宽度要求：系统处理增益Gp=W/B1～2窄带，50以上宽带，100以上扩频作用：提高系统的抗干扰能力，改善通信质量，即使系统在强干扰条件下也能安全可靠地通信，常与CDMA系统结合使用。811.扩频通信的基本原理实现抗干扰原理系统指标821.扩频通信的实现

收发端伪码（扩频码）完全相同，才能正常接收diPNiPNk发端：扩频收端：解扩8384扩频通信系统原理框图85扩频通信系统的抗干扰原理▲通过增大有用信号与干扰信号功率差实现抗干扰