移动通信：第5章-组网技术

第五章组网技术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越区切换和位置管理2/6/20231信息与通信工程系5.1概述本章解决的问题1.给定频率资源，如何共享？采用什么多址技术，使得有限的资源能传输更大容量的信息？——多址技术2/6/20232信息与通信工程系5.1概述2.由于传播损耗的存在，基站和移动台之间的通信距离总是有限的。为使用户在某服务区内的任一点都能接入网络，需在该服务区内设多少基站？对给定的频率资源，如何在这些基站之间进行分配以满足用户容量的要求？

——区域覆盖和信道配置2/6/20233信息与通信工程系3.如何将服务区内的各个基站互连起来，并且要与固定网络互连，实现移动用户与固定用户、移动用户与移动用户的互连互通。移动通信采用什么网络结构？

——网络结构5.1概述2/6/20234信息与通信工程系基本网络结构：基站通过传输链路和交换机相连，交换机再通过传输链路与固定的电话网络相连。5.1概述2/6/20235信息与通信工程系GSM数字蜂窝移动通信网结构5.1概述2/6/20236信息与通信工程系4.移动用户从一个小区移到另一个小区，如何保证用户通信过程的连续性，即如何实现有效的越区切换？用户在移动网络中任意移动，网络如何管理用户，使网络在任何时刻都知道，该用户当前在哪个地区的哪个基站覆盖范围内，即如何解决移动性管理的问题？

——越区切换和位置管理5.1概述2/6/20237信息与通信工程系5.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，从而对呼叫过程、移动性管理过程和网络互连过程进行控制，以保证网络有序的运行,即在移动通信网中应采用什么样的信令系统？

——信令5.1概述2/6/20238信息与通信工程系区分与识别动态移动用户地址的技术。主要解决众多用户如何高效共享给定频谱资源的问题。它从空间、时间、频间等多个方向对频率资源进行有效利用。

5.2多址技术多址技术2/6/20239信息与通信工程系多址技术的种类频分多址FDMA

FrequencyDivisionMultipleAccess时分多址TDMA

TimeDivisionMultipleAccess码分多址CDMA

CodeDivisionMultipleAccess空分多址SDMA

SpaceDivisionMultipleAccess随机多址等5.2多址技术2/6/202310信息与通信工程系5.2多址技术2/6/202311信息与通信工程系FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess）5.2多址技术2/6/202312信息与通信工程系TDMA（TimeDivisionMultipleAccess）5.2多址技术2/6/202313信息与通信工程系CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）5.2多址技术2/6/202314信息与通信工程系总频段划分为若干占用较小带宽的频道，这些频道在频域上互不重叠，每个频道就是一个通信信道,分配给一个移动用户。移动台占用的频道不是固定的，是由系统临时分配的，通信结束后，移动台将退出它占用的频道。系统设计中需要周密的频率规划,基站需要多部不同载波频率发射机同时工作，设备多且容易产生信道间的互调干扰。

5.2.1频分多址（FDMA）2/6/202315信息与通信工程系

FDD/FDMA的频道划分方法移动台发（基站收）移动台收（基站发）f频道带宽收发间隔信道1…信道N信道1…信道N功率t5.2.1频分多址（FDMA）思考题：TDD/FDMA的频道划分方法？2/6/202316信息与通信工程系移动通信频率资源十分紧缺，不可能为每个移动台预留一个信道，只能为每个基站配置好一组信道，供该基站所覆盖的区域内所有移动台共用。

5.2.1频分多址（FDMA）多信道共用2/6/202317信息与通信工程系在多信道共用的情况下，一个基站若有n个信道同时为小区内的全部移动用户所共用。当其中k(k<n)个信道被占用之后，其它要求通信的用户可以按照呼叫的先后次序占用(n-k)个空闲信道的任何一个来通信。基站最多可以同时保障n

个用户进行通信。5.2.1频分多址（FDMA）2/6/202318信息与通信工程系5.2.1频分多址（FDMA）1.究竟n

个信道能为多少用户提供服务？2.共用信道之后必然会遇到所有信道被占用，而新的呼叫不能接通的情况，发生这种情况的概率有多大呢？多信道共用中的问题2/6/202319信息与通信工程系话务量：在话音通信中，业务量大小的量度。分为流入话务量和完成话务量。流入话务量：单位时间（１小时）内平均发生的呼叫次数λ和每次呼叫平均占用信道时间（含通话时间）Ｓ的乘积。流入话务量Ａ为

话务量与呼损率5.2.1频分多址（FDMA）式中，λ的单位是（次／小时）Ｓ的单位是（小时／次）Ａ是一个无量纲的量。它的单位为“爱尔兰”（Erlang）。Ａ＝Ｓ•λ

2/6/202320信息与通信工程系[例]

设1个信道内平均1小时发生的呼叫次数λ为

20(次／小时）,每次呼叫平均占用时间Ｓ为

3分钟(1/20小时／次)。流入话务量Ａ为

5.2.1频分多址（FDMA）Ａ＝Ｓ•λ=1(Erlang)结论:1个信道提供的话务量最大为1个爱尔兰。2/6/202321信息与通信工程系

在信道共用的情况下，通信网无法保证每个用户的所有呼叫都能成功，必然有少量的呼叫会失败，即发生“呼损”。完成话务量：单位时间内平均的成功呼叫次数λ0(λ>λ0)和每次呼叫平均占用信道时间Ｓ的乘积

A0=λ0•S

损失话务量：流入话务量与完成话务量之差。呼损率：损失话务量占流入话务量的比率，用符号B表示。

5.2.1频分多址（FDMA）lll00AAAB-=-=lll00AAAB-=-=A-A02/6/202322信息与通信工程系

显然，呼损率B越小，成功呼叫的概率就越大，用户就越满意。因此，呼损率B也称为通信网的服务等级（或业务等级）。[例如]某通信网络的服务等级为0.05(即B

＝0.05），表示在全部呼叫中未被接通的概率为５％。但是，对于一个通信网来说，要想使呼叫损失小，只有让流入话务量小，即容纳的用户少些，这又是所不希望的．可见呼损率与流入话务量是一对矛盾，要折中处理。5.2.1频分多址（FDMA）2/6/202323信息与通信工程系爱尔兰呼损公式

对于多信道共用的移动通信网，根据话务量理论，呼损率B、共用信道数n和流入话务量A的定量关系可用爱尔兰呼损公式表示。

5.2.1频分多址（FDMA）å==niiniAnAB1!!å==niiniAnAB1!!2/6/202324信息与通信工程系信道利用率的计算

信道的利用率η可以用每小时每信道完成的话务量来计算。呼损率不同，信道利用率也不同。5.2.1频分多址（FDMA）2/6/202325信息与通信工程系88.9123.7186.5421.63579.317.16372.415.24964.613.18159.512.0312088.4222.4086.0020.42478.516.57971.514.31563.612.33358.911.2301988.3321.2085.4012.21677.715.54870.613.38562.611.49175.410.4371887.3119.7984.7518.01076.914.42269.612.46161.410.65656.29.6521786.6718.4984.0316.80775.913.50068.511.54460.19.82854.98.8751686.0017.2083.2415.60874.912.48467.210.62358.99.000953.58.1081585.3515.9182.3614.41373.811.47466.09.73057.48.20052.07.3521484.3614.6281.3713.22272.510.47064.48.83555.87.40150.36.6071383.3113.3380.2412.03671.19.47462.97.95053.86.58748.55.8761282.1612.0578.9610.8569.48.48761.17.07651.95.82546.45.1601180.8510.7877.489.68567.67.51159.16.21649.95.09244.24.4611079.329.5275.758.52265.56.54656.75.37048.54.45441.63.783977.728.2973.697.36963.05.59753.94.53444.73.64938.73.128875.217.0271.26.23060.04.66650.73.73841.32.95035.42.500772.385.7968.125.10956.43.75846.92.96038.32.32631.51.909668.704.5864.164.01051.92.88142.22.21932.51.63726.91.360565.253.4853.92.94546.02.04536.21.52526.71.09221.50.869456.752.2751.471.93038.11.27128.50.89919.70.60215.00.456347.751.2240.01.0026.80.59518.10.3811.00.2247.60.1536225.00.3320.00.2510.00.1115.00.0352.00.0201.00.01011?(%)A?(%)A?(%)A?(%)A?(%)A?(%)An25%20%10%5%2%1%B88.9123.7186.5421.63579.317.16372.415.24964.613.18159.512.0312088.4222.4086.0020.42478.516.57971.514.31563.612.33358.911.2301988.3321.2085.4012.21677.715.54870.613.38562.611.49175.410.4371887.3119.7984.7518.01076.914.42269.612.46161.410.65656.29.6521786.6718.4984.0316.80775.913.50068.511.54460.19.82854.98.8751686.0017.2083.2415.60874.912.48467.210.62358.99.000953.58.1081585.3515.9182.3614.41373.811.47466.09.73057.48.20052.07.3521484.3614.6281.3713.22272.510.47064.48.83555.87.40150.36.6071383.3113.3380.2412.03671.19.47462.97.95053.86.58748.55.8761282.1612.0578.9610.8569.48.48761.17.07651.95.82546.45.1601180.8510.7877.489.68567.67.51159.16.21649.95.09244.24.4611079.329.5275.758.52265.56.54656.75.37048.54.45441.63.783977.728.2973.697.36963.05.59753.94.53444.73.64938.73.128875.217.0271.26.23060.04.66650.73.73841.32.95035.42.500772.385.7968.125.10956.43.75846.92.96038.32.32631.51.909668.704.5864.164.01051.92.88142.22.21932.51.63726.91.360565.253.4853.92.94546.02.04536.21.52526.71.09221.50.869456.752.2751.471.93038.11.27128.50.89919.70.60215.00.456347.751.2240.01.0026.80.59518.10.3811.00.2247.60.1536225.00.3320.00.2510.00.1115.00.0352.00.0201.00.01011?(%)A?(%)A?(%)A?(%)A?(%)A?(%)An25%20%10%5%2%1%B5.2.1频分多址（FDMA）表5－22/6/202326信息与通信工程系B一定的条件下，随着n的加大，A不断增长。n<3时，A随n

的增长接近指数规律，n>6时，成线性关系。B一定时，η随着n的加大而增长，但当n>8之后增长已很慢。因此，同一基站的共用信道数不宜过多。

5.2.1频分多址（FDMA）B、n、A和η的关系2/6/202327信息与通信工程系

每个用户在24小时内的话务量分布是不均匀的，网络设计应按最忙时的话务量来进行计算。集中系数

最忙1小时内的话务量与全天话务量之比，用k表示，一般k

=10%~15%。忙时话务量与用户数（一）式中：C（次/天）每天平均呼叫次数；T（秒/次）每次呼叫平均占用信道时间；k

为集中系数。5.2.1频分多址（FDMA）忙时话务量为2/6/202328信息与通信工程系用户忙时的话务量与用户数（二）例如，C=3（次/天），T=120（秒/天），k=10%，则用上式可算得a＝0.01（爱尔兰/用户）。

国外资料表明，公用移动通信网可按a＝0.01设计，专业移动通信网可按a

＝0.05设计。由于电话使用的习惯不同，国内的用户忙时话务量一般会超过上述数据不少，建议公用移动通信网按a＝0.02~0.03设计，专业移动通信网按a＝0.08设计。5.2.1频分多址（FDMA）2/6/202329信息与通信工程系

在用户的忙时话务量a确定之后，每个信道所能容纳的用户数m

就不难计算：全网的用户数为：m×n个。以a

＝0.01（爱尔兰/用户）计算出每信道的用户数如表5－3所示（在a值不同时，则需另行计算）。

用户忙时的话务量与用户数（三）5.2.1频分多址（FDMA）2/6/202330信息与通信工程系表5－3用户数的计算（a＝0.01）5.2.1频分多址（FDMA）用户忙时的话务量与用户数（四）2/6/202331信息与通信工程系上节课主要内容多址技术的种类频分多址FDMA、时分多址TDMA、码分多址CDMA、空分多址SDMA、随机多址呼损率多信道共用流入话务量

（Ａ＝Ｓ•λ）

（A0=λ0•S）、完成话务量

爱尔兰呼损公式忙时话务量（B、n、A和η的关系）空闲信道的选取方式专用呼叫信道（共用信令信道）、标明空闲信道方式2/6/202332信息与通信工程系空闲信道选取概念基站控制的小区内有n个无线信道提供给n×m

个移动用户共同使用。当某一用户需要通信而发出呼叫时，怎样从这n个信道中选取一个空闲信道。选取方式：专用呼叫信道方式（共用信令信道）标明空闲信道方式空闲信道的选取5.2.1频分多址（FDMA）2/6/202333信息与通信工程系专用呼叫信道方式设置专门的呼叫信道，用于处理用户的呼叫。特点处理呼叫的速度快;

信道利用率不高。该方式适用于大容量的移动通信网，是公用移动话网采用的主要方式。我国规定900MHz蜂窝移动电话网就采用这种方式。5.2.1频分多址（FDMA）2/6/202334信息与通信工程系标明空闲信道方式不设置专门的呼叫信道，所有信道都可用来处理用户的呼叫，但须有空闲标明。适用于小容量的通信网。●循环定位

●循环不定位●循环分散定位●标明多个空闲信道的循环不定位5.2.1频分多址（FDMA）2/6/202335信息与通信工程系循环定位基站在某一空闲信道上发空闲信号,所有未通话移动台自动对所有信道进行循环扫描，并定位在该信道上守候。所有呼叫都在该标定的空闲信道上进行。当该信道被某一移动台占用之后，基站就转往另一空闲信道发空闲信号。特点信道的利用率高；处理呼叫速度快；同抢（两个以上用户同时发起呼叫）概率大。

5.2.1频分多址（FDMA）2/6/202336信息与通信工程系循环不定位方式

基站在所有的空闲信道上都发空闲标志信号，不通话的移动台始终处于循环扫描状态。移动台主呼:

首先遇到任何一个空闲信道就立即占用。移动台被呼:

基站先在某一空闲信道发保持信号，指令所有循环扫描中的移动台都自动地对这个标有保持信号的空闲信道锁定。保持信号持续一段时间，等所有空闲移动台都对它锁定后，改发选呼信号。5.2.1频分多址（FDMA）特点同抢概率小；建立呼叫速度慢。2/6/202337信息与通信工程系基站在所有空闲信道上都发空闲标志信号，不通话的移动台循环扫描并停留在最先搜索到的空闲信道上。由于各移动台扫描状态不同，故移动台会分散停留在各空闲信道上。

特点同抢概率小；建立呼叫速度快。5.2.1频分多址（FDMA）循环分散定位方式2/6/202338信息与通信工程系

时分多址是把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙。TDMA示意图5.2.2时分多址（TDMA）频分双工（FDD）中,上下行帧在不同的频率上；时分双工（TDD）中,上下行帧在相同的频率上。2/6/202339信息与通信工程系5.2.2时分多址（TDMA）TDD/TDMA的频道划分示意图思考题：FDD/TDMA的频道划分示意图？2/6/202340信息与通信工程系上行帧:

各移动台在上行帧内只能按指定时隙向基站发送信号。5.2.2时分多址（TDMA）

为保证在不同传播时延情况下，各移动台到达基站处的信号不重叠，通常上行时隙内必须有保护间隔，在该间隔内不传送信号。2/6/202341信息与通信工程系下行帧:

基站按顺序安排在预定的时隙中向各移动台发送信息。5.2.2时分多址（TDMA）2/6/202342信息与通信工程系

不同通信系统的TDMA的帧长度和帧结构是不一样的。典型的帧长在几毫秒到几十毫秒之间。例如：GSM系统的帧长为4.615ms（每帧8个时隙）；DECT系统的帧长为10ms（每帧24个时隙）；PACS系统的帧长为2.5ms（每帧8个时隙）。5.2.2时分多址（TDMA）2/6/202343信息与通信工程系

TDMA系统每帧中的时隙结构（或称为突发结构）设计通常要考虑三个主要问题：控制和信令信息的传输；信道多径的影响；系统的同步。

5.2.2时分多址（TDMA）2/6/202344信息与通信工程系每个时隙中，专门划出部分比特用于控制和信令信息的传输。在时隙中插入自适应均衡器所需要的训练序列。在上行链路的每个时隙中流出一定的保护间隔。在每个时隙中还要传输同步序列。同步序列和训练序列可以分开传输，也可以合二为一。

5.2.2时分多址（TDMA）采取的主要措施2/6/202345信息与通信工程系两种典型的时隙结构5.2.2时分多址（TDMA）2/6/202346信息与通信工程系

TDMA中的空闲信道选取是选择某个载频上的某个空闲的时隙。5.2.2时分多址（TDMA）

TDMA系统的呼损性能可以完全采用FDMA

中的分析方法和结论。

TDMA中的信道数为每个基站使用的载波数乘以每载波的时隙数。2/6/202347信息与通信工程系

传输信号的带宽远大于原信号本身带宽的一种通信方式。

扩频通信技术是在香农（Shannon）的信道容量公式的指导下产生的。扩频技术:

码分多址以扩频技术为基础,利用不同码型实现不同用户的信息传输。5.2.3码分多址（CDMA）2/6/202348信息与通信工程系（1）直接序列扩频（DSSS---DirectSequenceSpreadSpectrum）系统；（2）频率跳变扩频(FHSS---FrequencyHoppingSpreadSpectrum)系统或称为跳频扩频系统。扩频因数：传输信号带宽与原信号带宽的比值,用Be表示。Be通常取值在100~1000之间。扩频通信系统种类：5.2.3码分多址（CDMA）2/6/202349信息与通信工程系CDMA原理图积分判决发端收端输出Ci(t)Cj(t)5.2.3码分多址（CDMA）2/6/202350信息与通信工程系

0

1

0

0

1

1

1

0

+

-

+

+

-

-

-

+半加器和乘法器乘法器半加器负逻辑0---+11----1结果相同5.2.3码分多址（CDMA）2/6/202351信息与通信工程系直接序列扩频原理图及频谱5.2.3码分多址（CDMA）2/6/202352信息与通信工程系5.2.3码分多址（CDMA）2/6/202353信息与通信工程系跳频扩频系统（FHSS）原理图

5.2.3码分多址（CDMA）2/6/202354信息与通信工程系

典型的扩频码：

m序列信号单元

循环周期最长的线性反馈移位寄存器序列或SR序列。1955~1956年由D.A.Huffman等人提出，是一种优选周期序列信号单元。5.2.3码分多址（CDMA）2/6/202355信息与通信工程系

5.2.3码分多址（CDMA）2/6/202356信息与通信工程系

5.2.3码分多址（CDMA）2/6/202357信息与通信工程系FH-CDMA

FH-CDMA中,各用户根据各自的伪随机(PN)序列,动态改变其已调信号的中心频率。各用户中心频率可在给定的系统带宽内随机改变。

FH－CDMA类似于FDMA，但使用的频道是动态变化的。

FH－CDMA中各用户使用的频率序列要求相互正交（或准正交），即在一个PN序列周期对应的时间区间内，各用户使用的频率，在任一时刻都不相同（或相同的概率非常小）。5.2.3码分多址（CDMA）2/6/202358信息与通信工程系5.2.3码分多址（CDMA）2/6/202359信息与通信工程系DS-CDMADS-CDMA系统中,所有用户工作在相同的中心频率上,输入数据序列与PN序列相乘得到宽带信号。不同用户使用不同的PN序列。而这些序列相互正交,从而可像FDMA和TDMA系统中利用频率和时隙区分不同用户一样，利用PN序列（或码字）来区分不同的用户。

5.2.3码分多址（CDMA）2/6/202360信息与通信工程系图5－4(b)DS－CDMA示意图信道N¡­¡­¡­信道２信道１时间频率码字信道N¡­¡­¡­信道２信道１信道N¡­­¡­信道２信道１时间频率码字图5－DS－CDMA5.2.3码分多址（CDMA）2/6/202361信息与通信工程系

DS－CDMA系统特点(一)1.存在自身的多址干扰多址干扰的存在是因为所有用户都工作在相同的频率上，进入接收机的信号除了所希望的有用信号外，还叠加有其它用户的信号（称为多址干扰MAI）。多址干扰的大小取决于在该频率上工作的用户数及各用户的功率大小。

5.2.3码分多址（CDMA）2/6/202362信息与通信工程系2.须采用功率控制克服远近效应远近效应

近处的强信号抑制远处弱信号的接收克服方法功率控制调整各用户的发射功率，使得所有用户信号到达基站的电平都相等。该电平的大小只要刚好达到满足信号干扰比要求的门限电平即可。

3.软特性（软容量、软切换）5.2.3码分多址（CDMA）DS－CDMA系统特点(二)2/6/202363信息与通信工程系FDMA和DS-CDMA混合TDMA和DS-CDMA混合（TD/CDMA）TDMA与跳频混合（TDMA/FH）FH-CDMA与DS-CDMA混合（DS/FH-CDMA）

FDMA和DS-CDMA混合系统：将一个宽带CDMA信道划分为若干个窄带的DS-CDMA信道。5.2.3码分多址（CDMA）混合码分多址TD/CDMA系统：在TDMA的每个时隙内，再引入DS-CDMA。2/6/202364信息与通信工程系TDMA/FH系统：每个TDMA时隙的载频随机跳变。每一帧改变一次工作频率。该技术已应用于GSM系统。它可以有效地克服同道干扰和多径衰落。5.2.3码分多址（CDMA）2/6/202365信息与通信工程系5.2.3码分多址（CDMA）2/6/202366信息与通信工程系空分多址：

是通过空间的分割来区别不同的用户。基本技术：

自适应阵列天线。5.2.4空分多址（SDMA）自适应阵列天线在不同用户方向上形成不同波束。2/6/202367信息与通信工程系5.2.4空分多址（SDMA）2/6/202368信息与通信工程系随机多址采用的方式有:ALOHA协议和时隙ALOHA载波侦听多址(CSMA)预约随机多址5.2.5随机多址2/6/202369信息与通信工程系5.2.5随机多址2/6/202370信息与通信工程系5.2.5随机多址2/6/202371信息与通信工程系通过量（S）：单位时间内平均成功传输的分组数每个分组的平均时延（D）

5.2.5随机多址随机多址协议主要性能指标2/6/202372信息与通信工程系

为了改进ALOHA的性能，将时间轴分成时隙，时隙大小大于等于一个分组的长度。5.2.5随机多址所有用户都同步在时隙开始时刻进行发送。该协议就称为时隙ALOHA协议。2/6/202373信息与通信工程系

时隙ALOHA与ALOHA协议相比，将易损区从2倍的分组长度减少到一个时隙，从而提高了系统的通过量。A1A1A1A1碰撞用户A:用户B:图５－７(b)时隙ALOHA协议示意图A1A1A1A1碰撞用户A:用户B:A1A1A1A1碰撞用户A:用户B:图５－７(b)时隙5.2.5随机多址2/6/202374信息与通信工程系

CSMA协议中，每个结点在发送前，首先要侦听信道是否有分组在传输。

5.2.5随机多址载波侦听多址（CSMA--CarrierSenseMultipleAccess）信道空闲（没有检测到载波）：可以发送；信道忙：按照设定的准则推迟发送。2/6/202375信息与通信工程系5.2.5随机多址

用户有分组要发送时,采用ALOHA方式在空闲时隙上预约，如果成功，它将占用每帧所预约时隙，直至所有分组传输完毕。预约随机多址2/6/202376信息与通信工程系时分多址TDMA（TimeDivisionMultipleAccess）码分多址CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）混合多址上节课主要内容空闲信道的选取

多信道共用选取方式：专用呼叫信道方式（共用信令信道）；标明空闲信道方式（循环定位、循环不定位、循环分散定位）

空分多址（SDMA）FDMA和DS-CDMA混合(中国电信C网)TDMA和DS-CDMA混合（TD/CDMA）TDMA与跳频混合（TDMA/FH）(中国移动、联通GSM系统)FH-CDMA与DS-CDMA混合（DS/FH-CDMA）随机多址2/6/202377信息与通信工程系5.3区域覆盖和信道配置5.3.1区域覆盖5.3.2信道(频率)配置

2/6/202378信息与通信工程系

为使服务区达到无缝覆盖，提高系统的容量，需采用多个基站来覆盖给定的服务区。（每个基站的覆盖区称为一个小区。）。故需考虑以下问题：5.3.1区域覆盖

基站设置(位置、数量、覆盖半径)；频率规划。2/6/202379信息与通信工程系1.带状网

带状网主要用于覆盖公路、铁路、海岸等，如图示。5.3.1区域覆盖服务区形状：带状网、面状网、立体网有向天线覆盖全向天线覆盖2/6/202380信息与通信工程系5.3.1区域覆盖双频制三频制复用方式（区群结构）：双频制、三频制2/6/202381信息与通信工程系5.3.1区域覆盖

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双频组频率配置三频组频率配置2/6/202382信息与通信工程系

n

频制带状网如图所示。小区半径为r，相邻小区交叠宽度为a，第n+1小区与第1小区为同频道小区。由图可算出信号传输距离DS

和同频道干扰传输距离DI之比。5.3.1区域覆盖2/6/202383信息与通信工程系5.3.1区域覆盖2/6/202384信息与通信工程系2.面状网----蜂窝网在平面区域内划分小区，通常组成蜂窝式网络。(1)小区形状全向天线的覆盖区是圆形。为不留空隙地覆盖整个服务区，各覆盖区之间一定要交叠。考虑交叠后，实际上每个覆盖区的有效覆盖区是一个多边形。

5.3.1区域覆盖2/6/202385信息与通信工程系5.3.1区域覆盖小区相间120°，有效覆盖区为正三角形。小区相间90°，有效覆盖区为正方形。小区相间60°，有效覆盖区为正六边形。2/6/202386信息与通信工程系

可以证明，用正多边形无空隙、无重叠地覆盖一个平面的区域，可取的形状只有这三种。5.3.1区域覆盖问题：这三种形状中哪种最好呢？2/6/202387信息与通信工程系表5－5三种形状小区的比较5.3.1区域覆盖2/6/202388信息与通信工程系5.3.1区域覆盖小区形状（b)理想形状(c)实际形状（a）理论形状2/6/202389信息与通信工程系

小区形状---蜂窝网5.3.1区域覆盖2/6/202390信息与通信工程系

相邻小区显然不能用相同的信道。这些不同信道的小区组成一个区群，只有不同区群的小区才能进行信道再用。区群组成应满足两个条件：一是区群之间可以邻接，且无空隙无重叠地进行覆盖；二是邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之间的距离相等。满足上述条件的区群形状和区群内的小区数不是任意的。可以证明，区群内的小区数应满足下式：式（5－13）5.3.1区域覆盖（2）区群的组成2/6/202391信息与通信工程系表5－6区群小区数N的取值5.3.1区域覆盖2/6/202392信息与通信工程系图5－12区群的组成5.3.1区域覆盖2/6/202393信息与通信工程系

自某一小区Ａ出发，先沿边的垂线方向跨j

个小区，再向左（或右）转60°,再跨i

个小区，就到达同信道小区A。同信道小区中心之间的距离为例如，N=3,D/r=3;N=7,D/r=4.6;N=19,D/r=7.55。5.3.1区域覆盖（3）同频（信道）小区的距离2/6/202394信息与通信工程系图5－13同信道小区的确定AN=19N=19AAAAAA5.3.1区域覆盖2/6/202395信息与通信工程系中心激励：基站设在小区的中央，用全向天线形成圆形覆盖区。顶点激励：基站设在每个小区六边形的三个顶点上，每个基站采用三副120度扇形辐射的定向天线，分别覆盖三个相邻小区的各三分之一区域。5.3.1区域覆盖（4）激励方式：中心激励与顶点激励2/6/202396信息与通信工程系

服务区中每个小区的大小可以相同（用户密度均匀时），也可以不同（用户密度不均匀时），用户密度高的市中心区可使小区的面积小一些，用户密度低的市郊区可使小区的面积大些。另，对已设置好的蜂窝通信网，随着城市建设的发展，原来的低用户密度区可能变成了高密度用户区，这时相应地在该地区设置新的基站，将小区面积划小。解决以上问题可用小区分裂的方法。

5.3.1区域覆盖（5）小区分裂2/6/202397信息与通信工程系5.3.1区域覆盖2/6/202398信息与通信工程系原基站新基站小区分裂5.3.1区域覆盖2/6/202399信息与通信工程系信道配置方式：分区分组配置法；等频距配置法。

5.3.2信道(频率)配置

将给定的信道（频率）分配给一个区群内的各个小区。信道（频率）配置

CDMA系统中，所有用户使用相同的工作频率，因而无需进行频率配置。频率配置主要针对FDMA和TDMA系统。2/6/2023100信息与通信工程系原则：尽量减小占用的总频段，以提高频段利用率；同一区群内不能使用相同的信道，以避免同频道干扰；小区内采用无三阶互调的相容信道组，以避免互调干扰。5.3.2信道(频率)配置

例：若每个区群有7个小区，每个小区需要6个信道，按上述原则进行分配，可得到以下结果。

1.分区分组配置法2/6/2023101信息与通信工程系

第一组1、5、14、20、34、36

第二组2、9、13、18、21、31

第三组3、8、19、25、33、40

第四组4、12、16、22、37、39

第五组6、10、27、30、32、41

第六组7、11、24、26、29、35

第七组15、17、23、28、38、42

每一组信道分配给区群内的一个小区。这里使用42个信道只占用了42个信道的频段，是最佳的分配方案。5.3.2信道(频率)配置

2/6/2023102信息与通信工程系2．等频距配置法

按等频率间隔来配置信道。只要频距选得足够大，就可以有效地避免邻道干扰。这样的频率配置正好满足产生互调的频率关系，但正因为频距大，干扰易于被接收机输入滤波器滤除而不易作用到非线性器件，也就避免了互调的产生。配置时可根据区群内的小区数N来确定同一信道组内各信道之间的频率间隔。例如，第一组用（1，1+N，1+2N，1+3N，…），第二组用（2，2+N，2+3N，…）等。例如,N=7时，信道的配置如下：5.3.2信道(频率)配置

2/6/2023103信息与通信工程系5.3.2信道(频率)配置

第一组1、8、15、22、29、…第二组2、9、16、23、30、…第三组3、10、17、24、31、…第四组4、11、18、25、32、…第五组5、12、19、26、33、…第六组6、13、20、27、34、…第七组7、14、21、28、35、…

这样同一信道组内的信道最小频率间隔为7个信道间隔，若信道间隔为25kHz,则其最小频率间隔可达175kHz，这样，接收机的输入滤波器便可有效地抑制邻道干扰和互调干扰。2/6/2023104信息与通信工程系

如果是顶点激励，每个基站应配置三组信道，例如N=7，每个区群就需要有21个信道组。整个区群内各个基站信道组的分布如下图。5.3.2信道(频率)配置

2/6/2023105信息与通信工程系

以上讨论是一种信道固定配置法，适合移动台业务分布相对固定的情况。固定配置法缺陷：频率的利用率不高。实际上，移动台业务的地理分布是经常会发生变化的。如：早上住宅区向商业区移动；傍晚商业区向住宅区移动平时向发生交通事故或集会的某处集中。此时，某一小区业务量增大，原来配置的信道可能不够用了，而相邻小区业务量小，原来配置的信道可能有空闲，小区之间的信道又无法相互调剂。5.3.2信道(频率)配置

2/6/2023106信息与通信工程系实际中采用的方法：动态配置法、柔性配置法动态配置法

随业务量的变化重新配置全部信道；柔性配置法

准备若干个信道，需要时提供给某个小区使用。动态配置法特点：频率利用率可提高20%~50%、需及时算出新的配置方案、能避免各类干扰、电台及天线共用器等装备也要能适应、难以实现。柔性配置法特点：控制比较简单、只要预留部分信道使各基站都能共用，即可应付局部业务量变化的情况，是一种比较实用的方法。5.3.2信道(频率)配置

2/6/2023107信息与通信工程系5.3.2信道(频率)配置

2/6/2023108信息与通信工程系5.4网络结构5.4.1基本网络结构5.4.2数字蜂窝移动通信网的网络结构2/6/2023109信息与通信工程系移动通信的基本网络结构如图5-18所示固定网络交换机交换机5.4.１基本网络结构2/6/2023110信息与通信工程系基站与交换机之间、交换机与固定网络之间可采用有线链路（如光纤、同轴电缆、双绞线等）也可以采用无线链路（如微波链路、毫米波链路等）。数字信号（DS）标准（1）北美和日本标准：T-1/T-1C/T-2/T-3/T-4

支持24/48/96/672/4032路数字话音（每路64kb/s)传输比特率为1.544/3.152/6.312/44.736/274176Mb/s（2）欧洲标准E-1/E-1C/E-2/E-3/E-4，支持30/120/480/1920/7680路数字话音的传输比特率为2.048/8.448/34.368/139.264/565.148Mb/s5.4.１基本网络结构2/6/2023111信息与通信工程系交换机组成

：交换机功能：完成信号由设备入口到出口的转发，为任意两端口间的通信提供通路。5.4.１基本网络结构2/6/2023112信息与通信工程系(#1入线接记发器）1-5’w:(#1入线与#2入线经绳路互通）1-2yz:(#3入线接#1’中继线)3-1’x：交换机原理5.4.１基本网络结构2/6/2023113信息与通信工程系

移动通信网络中使用的交换机通常称为移动交换中心,即MSC。

MSC功能：常规交换机的所有功能；移动性管理；无线资源管理（包括越区切换、漫游、用户位置登记管理等）。

5.4.１基本网络结构2/6/2023114信息与通信工程系

在蜂窝移动网络中，为便于网络组织，将一个移动通信网分为若干个服务区，每个服务区又分为若干个MSC区，每个MSC区又分为若干个位置区，每个位置区由若干个基站小区组成。5.4.１基本网络结构2/6/2023115信息与通信工程系5.4.１基本网络结构服务区MSC区位置区基站区MSC区…位置区基站区……2/6/2023116信息与通信工程系数字蜂窝移动通信网结构5.4.２

数字蜂窝移动通信网网络结构2/6/2023117信息与通信工程系

模拟系统中,移动性管理和用户鉴权及认证都在MSC中。数字系统中,将移动性管理、用户鉴权及认证从MSC中分离出来,设置原籍位置寄存器(HLR)和访问位置寄存器(VLR)来进行移动性管理。HLR（HomeLocationRegister原籍位置寄存器）中信息：

用户的参数信息，

用户当前位置信息VLR（VisitorLocationRegister访问位置寄存器）中信息：

用户动态位置信息AUC

(AuthenticationCentre鉴权中心)

：

进行用户鉴权和认证。是认证移动用户身份及产生相应认证参数的功能实体。5.4.２

数字蜂窝移动通信网网络结构2/6/2023118信息与通信工程系HLR主要责任对在HLR中登记的MS的所有用户参数的管理和修改等;计费管理;VLR的更新。VLR主要责任移动台漫游号管理;临时移动台标识管理;访问的移动台用户管理;HLR的更新;管理MSC区,位置区和基站区;管理无线信道（如信道分配表、动态信息分配管理、信道阻塞状态）。5.4.２

数字蜂窝移动通信网网络结构2/6/2023119信息与通信工程系MSC功能路由选择管理;计费和费率管理;业务量管理;向原籍位置登记器（HLR）发送有关业务量信息和计费信息。5.4.２

数字蜂窝移动通信网网络结构2/6/2023120信息与通信工程系信令

通信网中，除了用户信息之外,为使全网有秩序地工作，还必须在正常通话的前后和通话过程中传输其他的控制信号。5.5信令有线电话网中的信令：拨号音

持续450Hz正弦波忙音

450Hz正弦波，0.35秒通、0.35秒断回铃音

450Hz正弦波，1秒通、4秒断振铃音25Hz正弦波，1秒通、4秒断2/6/2023121信息与通信工程系5.5信令建立呼叫；监控呼叫；清除呼叫。信令的基本功能：2/6/2023122信息与通信工程系随路信令：信令和话音在同一条电路上传送，模拟电话网及早期数字中采用。缺点：信令传送速度低；容量及处理能力有限；很难扩展到其他业务。5.5信令信令的发展：随路信令No.7信令2/6/2023123信息与通信工程系No.7信令：公共信道信令系统。

信令通路与话音通路分开，将若干条电路的信令集中在一条专门用于传送信令的通道上传送。特点：信令传送速度快；信令容量大；具有提供大量信令能力及增加信令的灵活性；可靠性高、适应性强。5.5信令2/6/2023124信息与通信工程系接入信令：用户到网络节点之间（移动台至基站）的信令。5.5信令信令分类：网络信令：网络节点之间的信令（7号信令）。（MSC与MSC、MSC与HLR/VLR/AUC）接入信令、网络信令2/6/2023125信息与通信工程系

数字信令已经广泛应用于大容量的移动通信网中,典型的格式如图所示。其中P为前置码，提供位同步信息。

SW为字同步码，用于确定信息的开始位,也叫帧同步。

A或D为地址或数据码，通常包括控制、选呼、拨号等信令。

SP为纠错码，也叫监督码,用于检错和纠错。

SPA或DSWP典型的数字信令格式5.5.１接入信令一.数字信令2/6/2023126信息与通信工程系

TACS系统反向信道信令格式……第二个字重复5次第一个字重复5次数字色码字同步比特同步比特数：30117240240……

……第二个字重复5次第一个字重复5次数字色码字同步比特同步比特数：30117240240…………第二个字重复5次第一个字重复5次数字色码字同步比特同步比特数：30117240240……5.5.１接入信令数字信令举例2/6/2023127信息与通信工程系带内单音频信令：0.3--3kHz范围内不同的单音。用途：选呼、信道状态(忙/闲)5.5.１接入信令带外亚音频信令：低于300Hz的单音。用途：选呼、群呼、音锁系统二.音频信令拨号信令：移动台主叫时发往基站的信号。种类：单音频脉冲、双音频脉冲、4×3双音多频2/6/2023128信息与通信工程系网络信令交换机与数据库之间交换的信息。

常用的网络信令就是７号信令，协议结构如图所示。

7号信令系统的协议结构5.5.2网络信令MTP消息传输部分SCCP信令连接控制部分TCAP事务处理能力应用部分MAP移动应用部分OMAP操作维护管理部分ISDN-UPISDN用户部分2/6/2023129信息与通信工程系CCSS7：CommonChannelSignalingSystemNo.7MTP:MessageTransferPartSCCP:SignalingConnectionControlPartTCAP:TransactionCapabilitiesApplicationPartMAP:MobileApplicationPart5.5.2网络信令2/6/2023130信息与通信工程系

7号信令网络是一个独立网络。

组成：信令点（SP--SignalingPoint)；

信令链路（Link）；

信令转接点（STP--SignalingTransferPoint)。5.5.2网络信令信令点

：发出信令和接收信令的设备,它包括业务交换点（SSP：MSC)和业务控制点（SCP：HLR/VLR)。

采用分级结构，STP分为HSTP和LSTP。2/6/2023131信息与通信工程系上节课主要内容随机多址ALOHA协议

信道(频率)配置

区域覆盖服务区形状：带状网、面状网区群的组成同频（信道）小区的距离激励方式（中心激励与顶点激励）小区分裂小区形状分区分组配置法时隙ALOHA预约随机多址

载波侦听多址(CSMA)等频距配置法

基本网络结构

信令的基本功能、信令分类