第3章_蜂窝移动通信的组网技术课件

第3章 蜂窝移动通信的组网技 术 本章提示 第2章分析了在移动通信环境中无线电波 的传播问题。要实现移动用户在更大范围 内有序的通信，必须解决组网的问题。在 1.1.2节中已经介绍了蜂窝移动通信网的基 本结构和区群的组成。 以区群为基本单元的同频复用就可以构 成覆盖很大的区域，构成类似蜂窝结构的 移动通信网。 本章提示 组网过程中必须解决如下一系列技术问题，才 能使网络正常运行： （1）频率资源的管理与频率的有效利用问题； （2）蜂窝网同频复用与同道干扰问题； （3）多信道、多用户共用与多址接入问题； （4）用户移动性与网络移动性的管理问题； （5）有限的频率资源与越来越多的通信容量要求 问题； （6）PLMTS网与公用电话网、ISDN、PDN以及 与其他移动网的互联、互通问题； （7）信令网与网络智能化问题等。 第3章 蜂窝移动通信的组网技术 3.1 频率资源的有效利用和蜂窝小区的组网 通信 3.2 蜂窝小区的概念和区域覆盖 3.3 干扰和信道容量 3.4 移动通信中的多址技术 3.5 蜂窝移动通信的交换技术 3.6 蜂窝移动通信的信令技术 3.7 蜂窝移动通信网综述 3.1 频率资源的有效利用和蜂窝小区的组 网通信 3.1.1 频率资源的管理 3.1.2 频率的有效利用技术 3.1.3 多信道共用技术 3.1 频率资源的有效利用和蜂窝小区的组 网通信 无线通信是利用无线电波在空间传递信息 的。 当前移动通信发展所遇到的最突出问题， 就是如何将有限的可用频率有秩序地提供 给越来越多的用户使用而不相互干扰，这 就涉及到频率的管理与有效利用。 3.1.1 频率资源的管理 频率是一种特殊资源。它并不是取之不尽 的。 与别的资源相比，频率有一些特殊的性质 。 频率的分配和使用需在全球范围内制定统 一的规则。 3.1.1 频率资源的管理 国际上，由国际电信联盟（ITU）召开世界 无线电管理大会，制定无线电规则，包括 各种无线电系统的定义、国际频率分配表 和使用频率的原则、频率的分配和登记、 抗干扰的措施、移动业务的工作条件以及 无线电业务的分类等。 3.1.1 频率资源的管理 移动电话使用频段主要在150MHz、450MHz和 900MHz、1800MHz、1900MHz频段。 双工移动通信网规定工作在各频段的收、发频差 分别为：VHF频段为5.7MHz，UHF 450MHz频段 为10MHz；UHF 900MHz频段为45MHz。同时规 定基站对移动台（下行链路）为发射频率高，接 收频率低；反之，移动台对基站（上行链路）为 发射频率低，接收频率高。 3.1.1 频率资源的管理 国家统一管理频率的机构是国家无线电管 理委员会，移动通信组网必须遵守国家有 关规定，并接受当地无线电管理委员会的 具体管理。 3.1.2 频率的有效利用技术 频率的有效利用就是从时间域、空间域和 频率域这三个方面采用多种技术，以设法 提高频率的利用率。 （1）时间域的频率有效利用 （2）空间域的频率有效利用 （3）频率域的频率有效利用 3.1.2 频率的有效利用技术 频率域的频率有效利用有两种方法：信道 的窄带化和宽带多址技术。 宽带多址技术有频分多址（FDMA，即在频 率域上划分信道，每一用户占用一定的频 带）、时分多址（TDMA）、码分多址（ CDMA）以及它们的组合等。 3.1.3 多信道共用技术 1呼叫话务量与忙时话务量 话务量是通信系统通话业务量或繁忙程度 的指标。 其性质如同客流量，具有随机性，只能用 统计方法获取。 1呼叫话务量与忙时话务量 呼叫话务量，是指单位时间（一小时）内 的平均电话交换量，可用下面关系式表示 ： A = Ct0 1呼叫话务量与忙时话务量 如果以t0小时为单位，则话务量A的单位是 Erl。如果在一个小时之内连续地占用一个 信道，则其呼叫话务量为1Erl。这是一个信 道所能完成的最大话务量。 1呼叫话务量与忙时话务量 用户忙时话务量是指一天中最忙的那个小 时（即“忙时”），每个用户的平均话务量 ，用AB来表示。AB是一个统计平均值。 同时，将忙时话务量与全日话务量之比称 为集中系数，用K表示。因为K反映了这个 通信系统“忙时”的集中程度，即忙时话务 量在全天话务量中所占的比例。 2容量 在多信道共用时，容量有两种表示法。 系统所能容纳的用户数（M）为 2容量 每个信道所能容纳的用户数（m）为 3呼损率 在一个通信系统中，呼叫失败的概率称为 呼叫损失概率，简称呼损率，记为B。 设A为呼叫成功而接通电话的话务量，简 称完成话务量。C0为1小时内呼叫成功而通 话的次数，t0为每次呼叫平均占用信道的时 间，则完成话务量为 A= C0t0 3呼损率 呼损率为B = 3呼损率 呼损率的物理意义是损失话务量与呼叫话 务量之比的百分数。 呼损率在数值上等于呼叫失败次数与总呼 叫次数之比的百分数。 呼损率B称为系统的服务等级（或业务等级 ），记为GOS。 GOS是系统的一个重要质量指标。 呼损率与话务量是一对矛盾，即服务等级 与信道利用率是矛盾的。 3呼损率 如果呼叫具有下列性质： 每次呼叫相互独立，互不相关，即呼叫 具有随机性； 每次呼叫在时间上都有相同的概率； 每个用户选用无线信道是任意的，且是 等概的，则呼损率可按下式计算： 3呼损率 这就是电话工程中的第一爱尔兰公式，也 称爱尔兰B公式。 4信道利用率 多信道共用时，信道利用率是指每个信道 平均完成的话务量。因此 如果已知B、n，根据表3-1可算出A值，然 后由上式求出。 3.2 蜂窝小区的概念和区域覆盖 3.2.1 蜂窝小区的概念 3.2.2 大区制小容量 3.2.3 频率复用和小区制移动通信系统 3.2.1 蜂窝小区的概念 蜂窝的概念是一个系统级的概念，其思想 是用许多小功率的发射机来代替单个的大 功率发射机，每一个小的覆盖区只提供服 务范围内的一小部分覆盖。 移动通信网的区域覆盖方式分为两类：一 类是小容量的大区制；另一类是大容量的 小区制。 3.2.2 大区制小容量 大区制是指一个基站覆盖整个服务区。 为了增大通信用户量，大区制通信网只有 增多基站的信道数（装备量也随之加大） ，但这总是有限的。 因此，大区制只能适用于小容量的通信网 ，例如用户数在1 000以下。 3.2.2 大区制小容量 这种制式的控制方式简单，设备成本低， 适用于中小城市、工矿区以及专业部门， 是发展专用移动通信网可选用的制式。 3.2.3 频率复用和小区制移动通信系统 为整个系统中的所有基站选择和分配信道 组的设计过程叫做频率复用或频率规划。 小区制移动通信系统的频率复用和覆盖有 两种，一种是带状服务覆盖区；另一种是 面状服务覆盖区。 3.2.3 频率复用和小区制移动通信系统 图3-1 双频组和三频组频率配置 3.2.3 频率复用和小区制移动通信系统 面状服务覆盖区 无线移动通信系统广泛使用六边形研究系 统覆盖和业务需求。 实际上，由于无线系统覆盖区的地形地貌 不同，无线电波传播环境不同，产生的电 波的长期衰落和短期衰落不同，因而一个 小区的实际无线覆盖是一个不规则的形状 。 3.2.3 频率复用和小区制移动通信系统 当用六边形来模拟覆盖范围时，基站发射 机或者安置在小区的中心（中心激励小区 ），或者安置在六边形的顶点之中的三个 上（顶点激励小区）。 3.2.3 频率复用和小区制移动通信系统 图3-2 蜂窝系统的频率复用 3.2.3 频率复用和小区制移动通信系统 考虑一个共有S个可用的双向信道的蜂窝系 统，如果每个小区都分配K（K S）个信 道，并且S个信道在N个小区中分为各不相 同的、各自独立的信道组，而且每个信道 组有相同的信道数目，那么可用无线信道 的总数为 S = KN （3-1） 3.2.3 频率复用和小区制移动通信系统 共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇 （cluster，也叫区群）。如果区群在系统 中共同复制了M次，则信道的总数C可以作 为容量的一个度量 C = MKN = MS （3-2） 3.2.3 频率复用和小区制移动通信系统 用六边形表示的一个个小区，可使相邻小 区无空隙，每一个区群的小区数量N满足下 式： N = i2 + ij + j2 （3-3） 3.2.3 频率复用和小区制移动通信系统 图3-3 在蜂窝小区中定位同频小区的方法 3.3 干扰和信道容量 干扰是蜂窝无线系统性能的主要限制因素 。 在蜂窝系统中，存在两种主要的干扰，即 同频干扰和邻频干扰。 3.3 干扰和信道容量 3.3.1 同频干扰和系统容量 3.3.2 相邻信道的干扰 3.3.3 蜂窝小区容量的改善 3.3.1 同频干扰和系统容量 频率复用意味着在一个给定的覆盖区域内 ，存在着许多使用同一组频率的小区，这 些小区叫做同频小区。 这些同频小区之间的信号干扰叫做同频干 扰（也叫同道干扰）。 为了减小同频干扰，同频小区必须在物理 上隔开一个最小的距离，为传播提供充分 的隔离。 3.3.1 同频干扰和系统容量 如果每个小区的大小都差不多，基站也都 发射相同的功率，则同频干扰比例与发射 功率无关，而变为小区半径（R）和相距最 近的同频小区中心间距离（D）的函数。增 加D/R的值，相对于小区的覆盖距离同频小 区间的空间距离就会增加，从而来自同频 小区的射频能量减小而使干扰减小。 3.3.1 同频干扰和系统容量 参数Q叫做同频复用比例（也叫同频干扰抑 制因子），与区群的大小有关。对于六边 形系统来说，Q可表示为 3.3.1 同频干扰和系统容量 lQ的值越小则容量越大；而Q值大可以提高 传播质量，因为同频干扰小。在实际的蜂 窝系统中，需要对这两个目标进行协调和 折衷。 3.3.2 相邻信道的干扰 来自所使用信号频率的相邻频率的信号干 扰叫做邻频干扰（也叫邻道干扰）。 邻频干扰是因接收滤波器不理想，使得相 邻频率的信号泄漏到传输带宽内而引起的 。 3.3.3 蜂窝小区容量的改善 1小区分裂 小区分裂就是一种将拥塞的小区分成更小的小区 的方法，分裂后的每个小区都有自己的基站并相 应地降低天线高度和减小发射机功率。 由于小区分裂能够提高信道的复用次数，因而能 提高系统容量。即通过设定比原小区半径更小的 新小区和在原有小区间安置这些小区（叫做微小 区），使得单位面积内的信道数目增加，从而增 加系统容量。 1小区分裂 图3-4 小区分裂的图例 2扇区的概念 可以通过使用定向天线代替基站中单独的一根全 向天线来减小蜂窝系统中的同频干扰，其中每个 定向天线辐射某一特定的扇区。 由于使用了定向天线，小区将只接收同频小区中 一部分小区的干扰。 这种使用定向天线来减小同频干扰，从而提高系 统容量的技术叫做裂向（即扇区化）。 同频干扰减小的因素决定于使用扇区的数目。 2扇区的概念 图3-5 扇区划分 3.4 移动通信中的多址技术 3.4.1 多址通信的概念 3.4.2 FDMA方式 3.4.3 TDMA方式 3.4.4 CDMA方式 *3.4.5 SDMA方式 *3.4.6 系统容量 3.4.1 多址通信的概念 1多址接入 2多址接入方式 许多用户同时通话，以不同的信道分隔， 防止相互干扰，各用户信号通过在射频波 道上的复用，从而建立各自的信道，以实 现双边通信的连接，称为多址连接。 移动通信系统中基站的多路工作和移动台 的单路工作形成了移动通信的一大特点。 2多址接入方式 多址接入方式的数学基础是信号的正交分 割原理。无线电信号可以表达为时间、频 率和码型的函数，即可写作 ls (c，f，t) = c (t) s ( f，t) 式中，c (t)是码型函数；s ( f，t)是时间t和 频率f的函数。 2多址接入方式 当以传输信号的载波频率不同来区分信道 建立多址接入时，称为频分多址（FDMA） 方式；当以传输信号存在的时间不同来区 分信道建立多址接入时，称为时分多址（ TDMA）方式；当以传输信号的码型不同来 区分信道建立多址接入时，称为码分多址 （CDMA）方式。 图3-6分别给出了N个信道的FDMA、TDMA 和CDMA的示意图。 2多址接入方式 图3-6 FDMA、TDMA和CDMA的示意图 3.4.2 FDMA方式 1FDMA系统原理 FDMA为每一个用户指定了特定信道，这些 信道按要求分配给请求服务的用户。 在呼叫的整个过程中，其他用户不能共享 这一频段。 1FDMA系统原理 图3-7 FDMA系统的工作示意图 1FDMA系统原理 图3-8 FDMA系统频谱分割示意图 1FDMA系统原理 前向与反向信道的频带分割，是实现频分 双工通信的要求。 频道间隔（如为25kHz）是保证频道之间不 重叠的条件。 2FDMA系统中的干扰问题 （1）互调干扰 互调干扰是指系统内由于非线性器件产生 的各种组合频率成分落入本频道接收机通 带内造成的对有用信号的干扰。 （2）邻道干扰 邻道干扰是指相邻频道信号中存在的寄生 辐射落入本频道接收机带内造成的对有用 信号的干扰。 2FDMA系统中的干扰问题 （3）同频道干扰 同频道干扰一般是指相同频率电台之间的 干扰。 在蜂窝系统中，同频道干扰是指相邻区群 中同信道信号之间造成的干扰。 它与蜂窝结构和频率规划密切相关。 2FDMA系统中的干扰问题 为了减少同频道干扰，需要合理地选定蜂 窝结构与频率规划，表现为系统设计中对 同频道干扰抑制因子Q的选择。 Q =D/R （3-6） 式中，D为同信道小区的距离（即同频小区 的距离）；R为小区半径。 3FDMA系统的特点 FDMA信道每次只能传送一路电话。 每信道占用一个载频，相邻载频之间的 间隔应满足传输信号带宽的要求。 符号时间与平均延迟扩展相比较是很大 的。 移动台较简单，和模拟的较接近。 3FDMA系统的特点 基站复杂庞大，重复设置收发信设备。 FDMA系统每载波单个信道的设计，使 得在接收设备中必须使用带通滤波器允许 指定信道里的信号通过，滤除其他频率的 信号，从而限制邻近信道间的相互干扰。 越区切换较为复杂和困难。 3.4.3 TDMA方式 1TDMA系统原理 TDMA是在一个宽带的无线载波上，把时间 分成周期性的帧，每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。 图3-9 TDMA系统的工作示意图 图3-9 TDMA系统的工作示意图 2TDMA的帧结构 TDMA帧是TDMA系统的基本单元，它由时 隙组成，在时隙内传送的信号叫做突发 （ Burst），各个用户的发射相互连成1个 TDMA帧，帧结构示意图如图3-10所示。 2TDMA的帧结构 图3-10 TDMA帧结构 3TDMA系统的同步与定时 同步和定时是TDMA移动通信系统正常工作 的前提。 TDMA的帧同步和位同步是由帧结构的细节 来保证的。 （1）位同步 （2）帧同步 （3）系统定时 4TDMA系统的特点 （1）突发传输的速率高，远大于语音编码 速率，每路编码速率设为Rbit/s，共N个时 隙，则在这个载波上传输的速率将大于 NRbit/s。 （2）发射信号速率随N的增大而提高。 （3）TDMA用不同的时隙来发射和接收， 因此不需双工器。 4TDMA系统的特点 （4）基站复杂性减小。 （5）抗干扰能力强，频率利用率高，系统 容量大。 （6）越区切换简单。 3.4.4 CDMA方式 1CDMA系统原理 CDMA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。 CDMA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。 1CDMA系统原理 图3-11 CDMA系统的工作示意图 2正交Walsh函数 Walsh函数有良好的互相关和较好的自相关 特性。 （1）Walsh函数波形 连续Walsh函数的波形如图3-12所示。利用 Walsh函数的正交性，可作为CDMA的地址 码（即信道码）。如果对图中的Walsh函数 波形在8个等间隔上取样，即得到离散 Walsh函数，可用8 8的Walsh函数矩阵 表示。 2正交Walsh函数 图3-12 连续Walsh函数的波形图 2正交Walsh函数 图3-12所示的Walsh函数对应的矩阵可写作 2正交Walsh函数 （2）Walsh函数矩阵的递推关系式 2正交Walsh函数 2正交Walsh函数 利用Walsh函数矩阵的递推关系，可得到 64 64阵列的Walsh序列。 这些序列在 Qualcomm-CDMA数字蜂窝移 动通信系统中被做为前向码分信道。 因为是正交码，可供码分的信道数等于正 交码长，即64个；并采用64位的正交 Walsh函数来用做反向信道的编码调制，这 是利用了Walsh序列的良好的互相关特性。 3m序列伪随机码 （1）m序列的生成 m序列是最长移位寄存器序列的简称，它是 由带线性反馈的移位寄存器产生的周期最 长的一种序列。 m序列的发生器是由移位寄存器、反馈抽头 及模2加法器组成的。 3m序列伪随机码 图3-13 m序列产生电路 3m序列伪随机码 （2）m系列的特性 m系列有许多优良的特性，主要是它的随机 性和自相关性。 m序列的性质 m序列一个周期内“1”和“0”的码元数大致 相等（“1”比“0”只多一个）。 这个特性保证了在扩频系统中，用m序列做 平衡调制实现扩展频谱时有较高的载波抑 制度。 3m序列伪随机码 m序列中连续为“1”或“0”的那些元素称为 游程。在一个游程中元素的个数称为游程 长度。 m序列和其移位后的序列逐位模2加，所得 的序列还是m序列，只是相位不同。 m序列发生器中的移位寄存器的各种状态， 除全0外，其他状态在一个周期内只出现一 次。 3m序列伪随机码 m序列的相关性 对于一个周期为P = 2n 1的m序列an（an 取值1或0），m序列的自相关函数如下所 述。 3m序列伪随机码 设m序列an与其后移t 位的序列an + t逐 位模2加所得的序列an + an + t中，“0”的 位数为A（序列an和an + t相同的位数） ，“1”的位数为D（序列an和an + t不相 同的位数），则自相关函数由下式计算： 3m序列伪随机码 式中A为“0”位数或相同的位数；D为“1”位 数或不相同的位数。显然P = A + D。 3m序列伪随机码 有时伪随机码的码元用1和 1表示，与0和 1表示法的对应关系是“0”变成“1”、“1”变 成“1”，即m序列an的取值是 1或1，此 时m序列的自相关函数可由下式计算： 3m序列伪随机码 图3-14 m序列自相关函数图 3m序列伪随机码 图3-13所示电路产生的m序列的自相关特性 如表3-2所示。 3m序列伪随机码 序列的互相关性 m序列的互相关性是指相同周期P = 2n 1两个不 同的m序列an、bn一致的程度。其互相关值越 接近于0，说明这两个m序列差别越大，即互相关 性越弱；反之，说明这两个m序列差别较小，即 互相关性较强。当m序列用作CDMA系统的地址 码时，必须选择互相关值很小的m序列组，以避 免用户之间的相互干扰，减小多址干扰（MAI） 。 4CDMA系统的特点 CDMA系统有以下特点。 CDMA系统的许多用户共享同一频率， 不管使用的是TDD还是FDD技术。 通信容量大。 容量的软特性。 4CDMA系统的特点 由于信号被扩展在一较宽频谱上从而可 以减小多径衰落。 在CDMA系统中，信道数据速率很高。 平滑的软切换和有效的宏分集。 低信号功率谱密度。 4CDMA系统的特点 CDMA系统存在着两个重要的问题，一个 问题是来自非同步CDMA网中不同用户的 扩频序列不完全是正交的，这种扩频码集 的非零互相关系数会引起各用户间的相互 干扰，即多址干扰（MAI），在异步传输信 道以及多径传播环境中多址干扰将更为严 重。 另一个问题是“远近”效应。 3.4.5 SDMA方式 图3-15 SDMA系统的工作示意图 3.4.6 系统容量 一个无线电系统的容量被定义为一定频段 内所能提供的信道数或用户的最大数目或 系统输入话务总量（Erlang）。 它与信道的载频间隔、每载频的时隙数、 频率资源和频率复用方式、基站设置方式 等有关。 3.4.6 系统容量 目前通常用无线容量m来表示系统容量，并 比较不同系统容量的大小，因为系统用户 的最大数目和输入话务总量是与m成正比例 增大的。 对于移动通信业务区，无线容量m是衡量无 线系统频谱效率的参数。这一参数取决于 所需的载波干扰比（C/I，简称载干比） 和信道带宽Bc。 3.4.6 系统容量 蜂窝系统的无线容量可定义为 m = 信道/小区（3-15） 式中，m是无线容量大小；Bt是分配给系统 的总的频谱；Bc是信道带宽；N是频率重用 的小区数。 1FDMA和TDMA蜂窝系统的容量 于模拟FDMA系统来说，如果采用频率重用 的小区数为N，根据对同频干扰和系统容量 的讨论可知，对于小区制蜂窝网 1FDMA和TDMA蜂窝系统的容量 即频率重用的小区数N由所需的载干比来决 定。可求得FDMA的无线容量如下： 1FDMA和TDMA蜂窝系统的容量 对于数字TDMA系统来说，由于数字信道所 要求的载干比可以比模拟制的小45dB （ 因数字系统有纠错措施），因而频率复用 距离可以再近一些。所以可以采用比N = 7 小的图案，例如N = 3的图案。可求得 TDMA的无线容量如下： 1FDMA和TDMA蜂窝系统的容量 其中，设载波间隔为Bc，每载波共有M个时 隙，则等效带宽为 2CDMA蜂窝系统的容量 CDMA系统的容量是干扰受限的，而FDMA 和TDMA系统的容量是带宽受限的。 决定CDMA数字蜂窝系统容量的主要参数 是：处理增益、 、语音负载周期（即语 音激活率）、频率再用效率以及基站天线 扇区数。 2CDMA蜂窝系统的容量 通信系统，接收信号的载干比可以写成 2CDMA蜂窝系统的容量 如果m个用户共用一个无线信道，显然每一 用户的信号都受到其他m1个用户信号的 干扰。假设到达一个接收机的信号强度和 各干扰强度都相等，则载干比为 2CDMA蜂窝系统的容量 2CDMA蜂窝系统的容量 式（3-21）没有考虑在扩频带宽中的背景 热噪声，如果把考虑进去，则能够接入 此系统的用户数可表示为 2CDMA蜂窝系统的容量 （1）采用语音激活技术提高系统容量 （2）利用扇区划分提高系统容量 （3）频率再用 2CDMA蜂窝系统的容量 图3-16 CDMA系统移动台受干扰示意图 3三种系统容量的比较 （1）模拟TACS系统，采用FDMA方式 （2）数字时分GSM系统，采用TDMA方式 （3）数字CDMA系统 三种体制系统容量的比较结果为 lmCDMA 16mTACS 9mGSM 3.5 蜂窝移动通信的交换技术 3.5.1 蜂窝移动通信的交换技术与公共电话 交换技术的差别 3.5.2 蜂窝移动通信呼叫建立过程 3.5.3 越区切换 3.5.4 实际系统切换的一些考虑 3.5.1 蜂窝移动通信的交换技术与公共电 话交换技术的差别 蜂窝移动通信网也是一种交换式通信网。 蜂窝移动通信的交换技术要比公用电话系 统交换技术复杂。 3.5.1 蜂窝移动通信的交换技术与公共电 话交换技术的差别 移动通信的MSC除具备公网交换设备外还 要增加用户移动性管理设备，如用户位置 登记（不是一次性位置登记，而是每次开 机后根据网络管理的要求进行许多次登记 ），越区切换和网络移动性管理，如网内 位置区划分、用户位置更新、用户定位、 越区切换和漫游切换等。 3.5.2 蜂窝移动通信呼叫建立过程 1移动台主呼 2移动台被呼 3位置登记 4通话过程中的越区信道切换 3.5.3 越区切换 越区切换（也称过区切换，Hand-over或 Hand-off）是指将当前正在进行的移动台 与基站之间的通信链路从当前基站转移到 另一个基站的过程。 该过程也称为自动链路转移（Auto- matic Link Transfer，ALT）。 3.5.3 越区切换 越区切换通常发生在移动台从一个基站覆 盖的小区进入到另一个基站覆盖的小区的 情况下，为了保持通信的连续性，将移动 台与当前基站之间的链路转移到移动台与 新基站之间的链路。 3.5.3 越区切换 越区切换包括以下三个方面的问题： 越区切换的准则，也就是何时需要进行 越区切换； 越区切换如何控制； 越区切换时信道如何分配。 3.5.3 越区切换 研究越区切换算法所关心的主要性能指标 包括：越区切换的失败概率、因越区失败 而使通信中断的概率、越区切换的速率、 越区切换引起的通信中断的时间间隔以及 越区切换发生的时延等。 越区切换分为两大类：一类是硬切换，另 一类是软切换。 3.5.3 越区切换 硬切换是指在新的连接建立以前，先中断 旧的连接。 而软切换是指既维持旧的连接，又同时建 立新的连接，并利用新、旧链路的分集合 并来改善通信质量，当与新基站建立可靠 连接之后再中断旧链路。 在越区切换时，可以仅以某个方向（上行 或下行）的链路质量为准，也可以同时考 虑双向链路的通信质量。 3.5.3 越区切换 图3-17 越区切换示意图 1越区切换的准则 在决定何时需要进行越区切换时，通常是 根据移动台处接收的平均信号强度来确定 ，也可以根据移动台处的信噪比（或信号 干扰比）、误比特率等参数来确定。 1越区切换的准则 相对信号强度准则（准则1） 具有门限规定的相对信号强度准则（准 则2） 具有滞后余量的相对信号强度准则（准 则3） 具有滞后余量和门限规定的相对信号强 度准则（准则4） 2越区切换的控制策略 越区切换控制包括两个方面：一方面是越 区切换的参数控制，另一方面是越区切换 的过程控制。 在移动通信系统中，过程控制的方式主要 有以下三种。 移动台控制的越区切换。 网络控制的越区切换。 移动台辅助的越区切换。 3越区切换时的信道分配 越区切换时的信道分配是解决当呼叫要转 换到新小区时，新小区如何分配信道，使 得越区失败的概率尽量小。 常用的做法是在每个小区预留部分信道专 门用于越区切换。 这种做法的特点是，因新呼叫使可用信道 数减少，虽增加了呼损率，但减少了通话 被中断的概率，从而符合人们的使用习惯 。 3.5.4 实际系统切换的一些考虑 在实际的蜂窝系统中，当移动速度变化范 围较大时，系统设计将遇到许多问题。 蜂窝的概念虽然可以通过增加小区站点来 增加系统容量，但在实际中，要在市内获 得新的小区站点的物理位置，对于蜂窝服 务的提供者来说是很困难的。 在微区系统中还存在另外一个实际的切换 问题，就是小区拖尾。 3.6 蜂窝移动通信的信令技术 3.6.1 概述 3.6.2 接入信令（移动台至基站之间的信令 ） 3.6.3 网络信令 3.6.1 概述 这些和通信有关的一系列控制信号统称为 信令。 信令不同于用户信息，用户信息是直接通 过通信网络由发信者传输到收信者，而信 令通常需要在通信网络的不同环节（如基 站、移动台和移动控制交换中心等）之间 传输，各环节进行分析处理并通过交互作 用而形成一系列的操作和控制，其作用是 保证用户信息有效且可靠的传输。 3.6.1 概述 信令可看做是整个通信网络的神经中枢， 其性能在很大程度上决定了一个通信网络 为用户提供服务的能力和质量。 信令分为两种：一种是用户到网络节点间 的信令，称为接入信令；另一种是网络节 点之间的信令，称为网络信令。 3.6.1 概述 在ISDN网中，接入信令称为l号数字用户信 令系统 （DDSI）。 在蜂窝移动通信中，接入信令是指移动台 到基站之间的信令，网络信令称为7号信令 系统（SS7）。 3.6.2 接入信令（移动台至基站之间的信 令） 在空中接口Um协议中，第三层包括三个模 块：呼叫管理、移动管理和无线资源管理 。 它们产生的信令，经过链路层和物理层进 行传输。 3.6.2 接入信令（移动台至基站之间的信 令） 根据空中接口标准的不同，物理信道中传 输信令的方式有多种形式，有的设有专用 控制信道，有的不设专用控制信道。 按信号形式的不同，信令又可分为数字信 令和音频信令两类。 1数字信令 数字信令传输速度快，组码数量大，电路 便于集成化，可以促进设备小型化且降低 成本。 前置码（P） 字同步码（SW） 地址或数据码（A或D） 纠错码（SP） 1数字信令 图3-18 典型的数字信令格式 1数字信令 图3-19 数字信令格式举例 2信令传输协议 在数字蜂窝移动通信系统中，空中接口的 信令分为三个层次。 为了传输信令，物理层在物理信道上形成 了许多逻辑信道，如广播信道（BCH）、 随机接入信道（RACH）、接入允许信道（ AGCH）和寻呼信道（PCH）等。这些逻 辑信道按照一定的规则复接在物理层的具 体帧的具体突发中。 2信令传输协议 在这些逻辑信道上传输链路层的信息。链 路层信息帧的基本格式如图3-20所示。 它包括地址段、控制字段、长度指示段、 信息段和填充段。 不同的信令可对这些字段进行取舍，控制 字段定义了帧的类型、命令或响应。 在GSM系统中，链路层采用的是LAPDm协 议（它是对ISDN中LAPD的改进）。 2信令传输协议 图3-20 帧格式 2信令传输协议 2信令传输协议 信令的传输方式分为两类：一类是采用无 证实（无应答）信息传输方式，另一类是 有证实（应答）信息传输方式。 采用无证实信息传输方式时，仅采用UI帧 ，传输协议十分简单。该帧仅传输一次， 如果传输正确，则向第三层传送；如果传 输错误，将被物理层丢弃（这主要是GSM 的逻辑信道提供了检错能力，链路层不再 检错）。 2信令传输协议 在采用有证实信息传送方式中，帧的交换 过程分为三个阶段：连接建立、数据传送 和拆线。 3.6.3 网络信令 常用的网络信令就是7号信令，它主要用于 交换机之间、交换机与数据库（如HLR、 VLR和AUC）之间交换信息。 7号信令系统的协议结构如图3-21所示。它 包括MTP、SCCP、TCAP、MAP、OMAP 和ISDN-UP等部分。 3.6.3 网络信令 图3-21 7号信令系统的协议结构 3.6.3 网络信令 消息传递部分（MTP）提供一个无连接的 消息传输系统。 MTP中的功能允许在网络中发生的系统故 障不对信令信息传输产生不利影响。 3.6.3 网络信令 MTP分为三层：第一层为信令数据层，它 定义了信号链路的物理和电气特性；第二 层是信令链路层，它提供数据链路的控制 ，负责提供信令数据链路上的可靠数据传 送；第三层是信令网络层，它提供公共的 消息传送功能。 3.6.3 网络信令 信令连接控制部分（SCCP）提供用于无连 接和面向连接业务所需的对MTP的附加功 能。 ISDN用户部分（ISDN-UP或ISUP）支持的 业务包括基本的承载业务和许多ISDN补充 业务。 3.6.3 网络信令 事务处理能力应用部分（TCAP）提供使用 与电路无关的信令应用之间交换信息的能 力，TCAP提供操作、维护和管理部分（ OMAP）和移动应用部分（MAP）应用等 。 作为TCAP的应用，在MAP中实现的信令协 议有IS-41、GSM应用等。 3.6.3 网络信令 图3-22 7号信令的网络结构 3.6.3 网络信令 7号信令网络是与PSTN平行的一个独立网 络。它由三个部分组成：信令点（SP）、 信令链路和信令转移点（STP）。 3.7 蜂窝移动通信网综述 3.7.1 概述 *3.7.2 移动通信网和固定通信网 *3.7.3 移动通信网的发展 3.7.1 概述 1移动通信网的概念 移动通信网的基本结构包括：移动台（ Mobile Station，MS）、基站系统（Base Station Subsystem，BSS）和构成网络 节点的移动交换中心（Mobile Service Switching Center，M