移动通信PPT电子课件教案-第5章_组网技术.ppt

第5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,5.1 概 述,本章要解决的主要问题： （1）用户如何共享给定的无线频谱资源-多址技术 （2）服务区应设置多少基站及基站如何分配频率资源-区域覆盖技术 （3）用户、基站、移动网、固定网如何互联互通-移动通信的网络结构 （4）越区切换和移动性管理 （5）用户、移动网、固定网如何交换控制信息-信令系统,5.2 多址技术,多址技术的定义：在蜂窝移动通信系统中，多个ms要同时通过一个bs与其他用户进行通信，需要对不同的ms和bs之间通信的信号赋予不同的特征，使bs能从众多的ms信号中区分是哪个用户发出的信号，而各ms也能识别出bs发出的多个信号中哪个是发给自己的。解决该问题的方法称为多址技术。,多址技术和多路复用技术的区别与联系： 都属于信道复用技术 多路复用技术：指有线电话通信中，利用呼叫、交换、接续、应答的方式，使用“交换机”对集中到交换局的用户信号分割，可以使分布在各地的多个用户通话而互不影响。 多址技术：指无线通信中，对在同一无线电信道内所传输的无线电已调波信号进行多址分割，bs(ms)共用无线频率进行相互之间的多点通信。,5.2 多址技术,5.2 多址技术,多址技术的分类 频分多址(fdma) frequency division multiple access 时分多址(tdma) time 码分多址(cdma) code 空分多址（sdma）space .多光束频率复用。它通过标记不同方位的相同频率的天线光束来进行频率的复用。 随机多址(csma/cd)carrier sense ma/collision dection,5.2 多址技术 频分多址(fdma),定义：频分多址是将给定的频谱资源划分为若干个等间隔的频道(或称信道)供不同的用户使用。,思考,任意两个ms以fdma/fdd方式进行通信时至少需要几个频道？,例：gsm900,890,915,935,960,上行fi,下行fi,1、中国移动gsm占用的频段：890-908 （上行） 935-953 （下行） 中国联通gsm占用的频段：909-915 （上行） 954-960 （下行）,频道间隔为：200khz,收发间隔为：45mhz,上行：,下行：,图51 fdma的频道划分方法,f1fn,f1fn,5.2 多址技术 频分多址(fdma),应用：模拟fm移动通信系统（北美的amps和英国的tacs）. 信道带宽：通常等于传输一路模拟话音所需的带宽，如25khz或30khz。 双工方式：在单纯的fdma系统，通常采用频分双工(fdd)的方式来实现双工通信，即接收频率f 和发送频率f是不同的。 注：为了使得同一部电台的收发信机之间不产生干扰，收发频率间隔|f-f|必须大于一定的数值。 例如，在800mhz频段，收发频率间隔通常为45mhz。,话务量,话务量的定义：话音通信中，业务量的大小。 流入话务量：单位时间(1小时)内平均发生的呼叫次数和每次呼叫平均占用信道时间(含通话时间)s的乘积。记作：,式中：的单位是(次/小时)；s的单位是(小时/次)； 两者相乘而得到a是一个无量纲的量，单位为“爱尔兰”(erlang)。,例：已知 1 小时内平均发生呼叫的次数为(次)，求得: a(爱尔兰) = s(小时/次)(次/小时) a：是平均1小时内所有呼叫需占用信道的总小时数。 1爱尔兰：表示平均每小时内用户要求通话的时间为1小时。 例如：全通信网平均每小时发生20次呼叫，平均每次呼叫的通话时间为3分钟，求该通信网的流入话务量。 解： = 20(次/小时),爱尔兰,所以,完成话务量a0：单位时间内成功呼叫的次数为0(0) ，乘以每次呼叫平均占用的信道时间。记作：,损失话务量:流入话务量a与完成话务量a0之差。 呼损率b:损失话务量占流入话务量的比率即为呼叫损失的比率。,话务量,话务量,呼损率 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%。 呼损率与流入话务量（一对矛盾）：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。,完成话务量的性质与计算 设在观察时间t小时内，全网共完成c1次通话，则每小时完成的呼叫次数为,完成话务量即为,式中，c1s即为观察时间t小时内的实际通话时间。,话务量,t时间内的实际通话时间：从信道的占用角度看： 若总的信道数为n ，而在观察时间t 内有i(in)个信道同时被占用的时间为ti(tit)，则实际通话时间为,话务量,pi,在总的n个信道中，有i个信道同时被占用的概率,例如，某通信网共有8个信道，从上午8时至10时共两个小时的观察时间内，统计出i个信道同时被占用的时间(小时数)如表 5 - 1 所示。问：在这两个小时的时间里平均每小时有几个信道被同时占用？ （或问流入话务量为多少？）,表 5 - 1,(爱尔兰),说明：在总共8个信道中，在2小时的观察时间内平均每小时有3.5个信道同时被占用。,呼损率的计算,每信道每小时的平均被占用时间为3.5/8=0.4375小时。 因为一个信道的最大可容纳的话务量是1爱尔兰，因此它的平均信道利用率就是43.75%。 信道利用率：用每小时每信道的完成话务量来计算,工程计算式,话务量,表 52 呼损率和话务量与信道数及信道利用率的关系,表 52 呼损率和话务量与信道数及信道利用率的关系,用户忙时的话务量与用户数,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。 最忙1小时内的话务量与全天话务量之比称为集中系数，用k表示，一般k=10%15%。 每个用户的忙时话务量a：设通信网中每一用户每天平均呼叫次数为c(次/天)，每次呼叫的平均占用信道时间为t(秒/次)，集中系数为k，则每用户的忙时话务量为,话务量,例如:c=3(次/天)，t=120(秒/次)，k=10%，求 （1）用户忙时话务量： （2）若流入话务量为a erl,问全网可以容纳的用户数。 解：（1）,（2）全网的用户数为,=0.01(爱尔兰/用户),（3）每信道可以容纳的用户数：,表 5 3 用户数的计算,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)。,例：某移动通信系统，每天每个用户平均呼叫10次，每次占用信道平均时间为80秒，呼损率要求10%，忙时集中率为0.125。问给定8个业务信道能容纳多少用户？ 解： 根据呼损的要求及信道数，求总话务量a； 可以利用公式 ，也可查表5-2。 已知n8， 求得a=5.597 erl. 求每个用户的忙时话务量a； a=ctk/3600=0.0278 erl/用户 求系统所容纳的用户数: a/a=5.597/0.0278 = 205.8用户206用户 求每个信道能容纳的用户数m: m = =205.8/8=25.7,对于使用多信道共用方式的系统，每个无线小区内m个用户共用n个信道，通常mn，那么对移动台来说，也就存在着一个如何自动选择信道的问题，也就是小区内的信道管理问题。 空闲信道的选取方式： 专用呼叫信道方式(或“共用信令信道”方式)； 标明空闲信道方式。,空闲信道的选取, 专用呼叫信道方式,定义：在给定的多个信道中，选择一个信道专门用作呼叫。移动用户只要不在通话时就停在这呼叫信道上守候。 该信道有两个作用：一是处理呼叫；二是指配话音信道。,专用信道,移动交换中心 （mobile switching center）,基站bs （ base station）,专用信道1,发空闲信号,msc,bs,ms1,ms2,msn,专用信道1,发对ms1的寻呼信号,msc,bs,ms1,ms2,msn,若有其他用户呼叫ms1,则,专用信道1,寻呼成功，指定可用信道如信道3,msc,bs,ms1,ms2,msn,专用信道1,msc,bs,ms1,ms2,msn,信道3,发空闲信号,对于专用信道呼叫方式，为了减小同抢概率，要求专用呼叫信道处理一次呼叫过程所需的时间很短，一般为几百毫秒甚至更短，这样一个信道就可以处理成百上千个呼叫。 适用场合：采用数字信令的大容量通信系统。对于信道数目小于12的小容量移动通信系统不适合。目前的蜂窝电话系统就采用这种方式。,空闲信道的选取,标明空闲信道方式：不设置专门的呼叫信道，所有信道都可供通话，选择呼叫与通话在同一信道上进行。 “循环定位”：基站在某一空闲信道上发空闲信号，所有未通话的移动台都自动对所有信道进行循环扫描，收到空闲信号，则定位于该空闲信道上。 “循环不定位”：基站在所有空闲信道上都发空闲标志信号，不通话的移动台始终处于循环扫描状态。 “循环分散定位”, 循环定位方式,定义：系统中没有专用的呼叫信道，而是由bs临时指定一个信道做呼叫信道，并在这个信道上发空闲信号，而所有空闲的移动台通过信道扫描，停留在发空闲信号的信道上，一旦有寻呼成功，该信道就成为一个业务信道，基站再另选空闲信道作为临时呼叫信道发空闲信号，空闲的移动台自动转到新的临时信道上守侯（定位）。,bs,信道1,信道2,信道n,.,信道n-1,bs,信道1,信道2,信道n,.,信道n-1,发空闲信号,ms1,ms2,msn,bs,信道1,信道2,信道n,.,信道n-1,发对ms2的 寻呼信号,ms1,ms2,msn,发应答信号,bs,信道1,信道2,信道n,.,信道n-1,ms2接入该信道通话,ms1,ms2,msn,发空闲信号,特点：呼叫信道是临时的，不断变化的，呼叫信道一旦转为通话信道，bs要重新确定某空闲信道为临时呼叫信道，发空闲信号。而移动台收不到空闲信道就不断进行信道扫描。这种方式信道利用率高，接续快；但同抢概率大。 适用场合：小容量系统。, 循环不定位方式,定义：基站在所有空闲信道上都发空闲信号，网内未通话的移动台自动扫描信道，随机停靠在就近的空闲信道上（不定位）。当基站呼叫移动台时，选择一个空闲信道发时间足够长的保持信号（其他空闲信道停发空闲信号），而后发选呼信号，网内移动台收不到空闲信号就要重新进入扫描状态，一旦扫到保持信号就在该信道上等候被呼，一旦呼叫成功，被呼移动台就在该信道上接入服务，其他移动台进入信道扫描状态。,bs,空闲信道1,信道2,信道n,空闲信道n-1,发空闲信号,发空闲信号,ms1,ms3,msn-4,msn,移动台主呼时， 搜索定位才能呼叫,bs,空闲信道1,信道2,信道n,空闲信道n-1,发保持信号后,发选呼信号 如对ms3,ms1,ms3,msn-4,msn,移动台被呼时，发保持信号，锁定后改选呼信号,bs,信道1,信道2,信道n,空闲信道n-1,ms1,ms3,msn-4,msn,发空闲信号,特点：这种方式是在循环定位方式的基础上为减小同抢概率而出现的一种改进方式，但移动台被呼的接续时间比较长； 另外，系统中的所有信道都处于工作状态，这种多信道常发状态会引起严重的互调干扰。 适用场合：信道数目少的系统。, 循环分散定位方式,定义：基站在全部不通话的空闲信道上发空闲信号，网内移动台分散停靠在各个空闲信道上。 移动台主呼是在各自停靠的空闲信道上进行； 而基站呼叫移动台时，其呼叫信号在所有的空闲信道上发出，并等待应答信号。,bs,空闲信道1,信道2,信道n,空闲信道n-1,发空闲信号,发空闲信号,ms1,ms3,msn-4,msn,bs,信道1,信道2,信道n,空闲信道n-1,接入此信道通话,发空闲信号,ms3,msn-4,msn,移动台主呼的情况,bs,空闲信道1,信道2,信道n,空闲信道n-1,发对ms3的寻呼信号,ms1,ms3,msn-4,msn,发对ms3的寻呼信号,移动台被呼的情况,bs,信道1,信道2,信道n,空闲信道n-1,接入此信道通话,发空闲信号,ms3,msn-4,msn,特点：为克服循环不定位方式移动台被呼时接续时间长而改进的一种方式。此方式接续快，效率高，同抢概率小。但当移动台被呼时，基站在所有的空闲信道上都发送选呼信号，互调干扰严重。 适用场合：小容量系统。,定义：把时间分割成周期性的帧(frame)每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动终端只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。,5.2 多址技术 时分多址tdma,890,960,周期性的帧 （帧长4.615ms）,图 4 tdma,时隙18,tdma举例,8个时隙/帧,时隙(ts,time slot),使用频率f1,f1,用户1：,f1,用户2：,例：,915,935,f1,用户3：,用户n,设上行使用频率f1,f1,f1,f1,下行使用频率f1,tdma/tdd,5.2 多址技术 时分多址tdma,应用：数字移动通信系统（北美的damps和欧洲的gsm）. 信道划分：例如：damps-先使用30khz的频分信道，再将其分为6个时隙进行tdma传输。gsm是将每个频道划分为8个时隙。 双工方式： fdd:上下行链路采用不同的频率，且上下行链路的帧结构可同可不同。 tdd:将某一频率上的一帧中一半的时隙用于ms发，另一半的时隙用于ms收。,图 5 2 tdma示意图,注意：不同通信系统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)。 在tdma系统中，每帧中的时隙结构(突发结构)的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 多址技术 时分多址tdma,图53 典型的时隙结构,5.2 多址技术 时分多址tdma,定义：每个信号被分配一个伪随机pn （pseudorandom noise ）二进制序列（也叫扩频码）进行扩频供不同的用户使用。接收端用相关器进行分离。只有与发送端序列相同的地址码才可以识别并提取用户信息，并压缩信号带宽。,5.2 多址技术 码分多址cdma,相关器,相关器的作用：相关检测：一个简单的比喻就是用像片去对照找人。如果想在一群人中去寻找某个不相识的人，最简单有效的方法就是手里有一张某人的照片，然后用照片一个一个的对比，这样下去，自然能够找到某人。 同理，当你想检测出所需要的有用信号，有效的方法是在本地产生一个相同的信号，然后用它与接收到的信号对比，求其相似性。 换句话说，就是用本地产生的相同的信号与接收到的信号进行相关运算，其中相关函数最大的就最可能是所要的有用信号。,应用：数字移动通信系统（北美的is-95和欧洲的wcdma）. 信道划分：一个伪随机序列对应一个信道。 分类： 直接序列扩频-码分多址(dss-cdma)：所用用户工作在相同的中心频率上，输入序列与pn序列相乘得到宽带扩频信号。 跳频-码分多址(fh-cdma)：每个用户根据各自的pn序列,动态改变已调信号的中心频率，使其通过跳变来躲避干扰。,5.2 多址技术 码分多址cdma,dss-cdma示例,cdma扩频技术可以减少频率选择性衰落的影响,dss-cdma扩频解扩过程详解： 1、发送端以正交函数为扩频码进行扩频,1,0,0,1,1,0110,0110,0110,0110,0110,1001,0110,0110,1001,1001,用户输入信息,正交扩频序列（正交函数）,扩频后的发送数据,+1,-1,+1,-1,在发送端用一个码（扩频码）来调制信号，用信号和扩频码的每一位进行模二加），这实际上提高了输出信号的速率，在时域信号速率的提高意味着频域信号带宽的展宽，这就是cdma也被称为扩谱通信的原因。,2、在接收端的信号恢复,1,0,0,1,1,+1,-1,接收数据,1001,0110,0110,1001,1001,0110,0110,0110,0110,0110,1111,0000,0000,1111,1111,相关扩频序列,?,?,?,?,?,接收数据,1001,0110,0110,1001,1001,0101,0101,0101,0101,0101,1100,0011,0011,1100,1100,不相关扩频序列,在解调端，信号和相同的扩频码进行解扩，发送端的原始信号中的每一位在这里都变成了n位（n为扩频码的长度）。,dss-cdma的核心：扩频与解扩,信号速率的提高，意味着信号带宽的展宽,s(f)：能量谱密度,直扩信号,由于直扩信号的宽频带特性，截获时需要在很宽的频率范围进行搜索和监测，增加了发现的难度。因此，直扩信号最早用在军方进行隐藏通信。 理论分析表明： 信号的检测概率与信号能量与噪声功率谱密度之比成正比，与信号的频带宽度成反比。 直扩信号正好具有这两方面的优势，它的功率谱密度很低，单位时间内的能量就很小，同时它的频带很宽。因此，它具有很强的抗截获性。 截获敌方信号的目的在于： 发现敌方信号的存在， 确定敌方信号的频率， 确定敌方发射机的方向。,直扩码分多址通信系统,多址通信系统：指的是许多用户组成的一个通信网，网中任何两个用户都可以通信，而且许多对用户同时通信时互不不扰。应用直扩系统就很容易组成这样 一个多址通信系统(网)。 具体的做法是：给每一个用户分配一个pn码作为地址码。 首先，利用直扩信号中pn码的相关特性来区分不同的用户：每个用户都能收到其他用户按其地址码发来的信号，此时 只有收到的信号地址码与解扩地址码一致时，此时自相关，出现峰值，可以判别出是有用信号。 对于其他用户发来的别的信号，因pn码不同时互相关值很小，不会被解扩出来。 其次，直扩信号的频谱得以扩展，功率谱密度很低，因此可以有许多用户共用同一宽频带。此时相互之间干扰很小，可以当作噪声处理。另外，每个用户平均占用的频宽很窄，相对说来，频谱利用率也是高的。,dss-cdma示例,cdma扩频技术可以减少频率选择性衰落的影响,实现ds-cdma通信需注意的问题,一是:要选择有优良互相关特性的pn码。 一般多采用有二值或三值相关特性的码作为地址码。同时还需要有一定的数量。gold码就可以作为地址码来用，它既有较优良的相关特性，也有足够的数量可供选。 其二是:要注意克服“远近效应”问题。 所谓“远近效应”问题:指的是距离近的用户的信号强，它会干扰距离远的弱信号的接收。 解决的办法是采用自动功率控制，自动调节各用户的发射功率，使达到接收机时各用户信号功率基本相等，也就是满足接收机输入端等功率的条件，才能正确地区分有用信号。 其三是：同时通话的用户数，决定于整个网内的噪声水平。 因此，直扩码分多址系统是一种噪声受限的系统。随着用户数的增加，通信质量逐渐变坏。,远近效应功率控制,每个用户对于其他用户都相当于干扰，远近效应会严重影响系统容量,采用功率控制技术减少了相互之间的干扰，提高了系统整体容量,远近效应与功率控制,直扩的应用：测距定时,直扩系统的发展是从测距开始的。电磁波在空间是以固定的光速传播的。如果测定了电波传播的时间，也就测定了距离。 用直扩信号来测取和定时有独特的优点。 当采用一个较长周期的pn码序列作为发射信号，用它与目的地反射回来或转发回来的pn码序列的相位进行比较，即比较两个码序列相差的时片数，就可以看出其时间差，也就能换算出发射机与目的地之间的距离。 有了精确的测距的定时系统，不难形成一个精确的定位系统；按照简单的几何关系，已知两个点的位置(座标)和距离，及其在某一平面上分别与第三点的距离，也就能确定第三点的座标位置。,为3g中智能天线的应用和接力切换奠定了基础,跳频(fhss ,frequency-hopping spread spectrum) 是一种使载波快速在不同频率中跳变，从而躲避干扰的一种扩频通信技术。 例：gsm系统的跳频：载波频率在很宽的频率范围内按某种pn序列进行跳变。 跳频方法：每帧(4.615ms)改变1次载频，跳频速率为 1/4.615=217跳/秒。 原理：通过使载波频率不停的跳变来躲避载频上的干扰。,fhsscdma,为什么要跳频,通常我们所接触到的无线通信系统都是载波频率固定的通信系统，如无线对讲机，手机通信等，都是在指定的频率上进行通信，所以也称作定频通信。 这种定频通信系统，一旦受到干扰就将使通信质量下降，严重时甚至使通信中断。 在敌我双方的通信对抗中，敌方企图发现我方的通信频率，以便于截获所传送的信息内容，或者发现我方通信机所在的方位，以便于引导炮火摧毁。定频通信系统容易暴露目标且易于被截获，这时，采用跳频通信就比较隐蔽也难以被截获。 因为跳频通信是“打一枪换一个地方”的游击通信策略、使敌方不易发现通信使用的频率，一旦被敌方发现，通信的频率也已经“转移”到另外一个频率上了。当敌方摸不清“转移规律”时，就很难截获我方的通信内容。,什么是跳频图案?,为了不让敌方知道我们通信使用的频率，需要经常改变载波频率，即“打一枪换一个地方”似地对载波频率进行跳变，跳频通信中载波频率改变的规律，叫作跳频图案。 通常我们希望频率跳变的规律不被敌方所识破，所以需要随机地改变以至无规律可循才好。但是若真的无规律可循的话，通信的双方(或友军)也将失去联系而不能建立通信。因此，常采用伪随机改变的跳频图案。 只有通信的双方才知道此跳频图案，而对敌方则是绝对的机密。所谓“伪随机”，就是“假”的随机，其实是有规律性可循的，但当敌方不知跳频图案时，就很难猜出其跳频的规律来。,图中横轴为时间，纵轴为频率。这个时间与频率的平面叫作时频域。 也可将这个时频域看作一个棋盘，横轴上的时间段与纵轴上的频率段构成了棋盘格子。 阴影线代表所布棋子的方案，就是跳频图案；它表明什么时间采用什么频率进行通信，时间不同频率也不同。 当通信收发双方的跳频图案完全一致时，就可以建立跳频通信了。,图5-1 跳频图案,跳频是怎样抗干扰的,通信收、发双方的跳频图案是事先约定好的，或者是由发方通知收方的。这个跳频图案是敌方所不知道的。 敌方若想于扰跳频通信，有几种策略可供选择： 干扰方式1，在某一个频率上施放长时间的大功率的干扰，即单频干扰。 干扰方式2，在某几个频率上施放长时间大功率的干扰，即多频干扰。 干扰方式3；在连续的几个频带上施放长时间大功率的干扰，称作部分频带来扰。 干扰方式4，在不同时间内在不同的频率上施放大功率的干扰。 干扰方式5，依照跳频图案的规律跟踪施放大功率的干扰。,跳频技术指标与抗干扰的关系,跳频带宽：跳频带宽越宽，抗宽带干扰的能力越强。所以希望能全频段跳频。例如，在短波段，从1.5mhz到3mhz全频段跳频；在甚高频段，从30mhz到80mhz全频段跳频。 跳频频率的数目：越多越好 跳频的速率：跳速越快，抗跟踪式干扰的能力就越强。一般在短波跳频电台中，其跳速目前不超过100跳秒。在甚高频电台中，一般跳速在500跳秒。对某些更高频段的跳频系统可工作在每秒几万跳的水平。,跳频码的长度(周期)：跳频图案延续时间越长，敌方破译越困难，抗截获的能力也越强。跳频码的周期可长达10年甚至更长的时间。 跳频系统的同步时间：是指系统使收发双方的跳频图案完全同步并建立通信所需要的时间。系统同步时间的长短将影响该系统的顽存程度。因为同步过程一旦被敌方破环，不能实现收、发跳频图案的完全同步，则将使通信系统瘫痪。因此，希望同步建立的过程越短越好，越隐蔽越好。根据使用的环境不同，目前跳频电台的同步时间可在秒或几百毫秒的量级。,图中箭头所标示的，是载波频率跳变的过程。载波频率之间的频率间隔就是信道带宽，跳频的载波数目乘上信道带宽就是跳频带宽。 因此，跳频系统有如下特点： 1、由于它是瞬时窄带系统，它易于与目前的窄带通信系统兼容。如果给现有的窄带通信系统加装上能使其载波频率按照某种跳频图案跳变并能实现同步接收的装置，则可改造成为跳频通信系统。,图5-2 频谱仪上观察到的跳频信号的频谱,跳频系统的特点 续,2、它是宏观的宽带系统，它具有扩展频谱的抗干扰能力。 所谓跳频抗干扰，是指跳频的跳频图案被敌方发现、识别的概率，以及跳频频率与敌方干扰频率相一致的概率。这种概率越小，抗干扰能力越强。 表征抗多频及宽带干扰能力的跳频系统参数叫处理增益: gp= bw /bc bw：跳变频率范围 bc：最小跳变频率间隔 跳频处理增益的定义是：跳频带宽内的总信道数n。n越大，处理增益越大。 但是，不能用处理增益gp来表征抗跟踪式干扰的能力。,怎祥产生跳频信号,在传统的定频通信系统中，发射机中的主振荡器的振荡频率是固定设置的，因而它的载波频率是固定的。为了得到载波频率是跳变的跳频信号，要求主振荡器的频率应能遵照控制指令而改变。这种产生跳频信号的装置叫跳频器。 通常，跳频器是由频率合成器和跳频指令发生器构成的。跳频系统的频率合成器输出什么频率的载波信号是受跳频指令控制的。在时钟的作用下，跳频指令发生器不断地发出控制指令，频率合成器不断地改变其输出载波的频率。 通常，是利用伪随机发生器来产生跳频指令的，或者由软件编程来产生跳频指令。,正确接收跳频信号的条件,跳频系统要实现跳频通信，正确接收跳频信号的条件是跳频系统的同步。 系统的同步包括以下几项内容： 收端和发端产生的跳频图案相同，即有相同的跳频规律。 频率跳变的起止时刻在时间上同步，即同步跳变，或相位一致。 在传送数字信息时，还应做到帧同步和位同步。,跳频图案与跳频频率表,跳频图案是由跳频指令控制频率合成器所产生的频率序列。跳频系统中，跳频带宽和可供跳变的频率(频道)数目都是预先定好的。 比如说，跳频带宽为5mhz，跳频频率的数目是64个，频道间隔是25khz。这样，在5mhz带宽内可供选用的频道数远大于64个，那么你怎样选择出64个频率来呢? 这就是所谓的跳频频率表。 如果采用f1，f2，f64这张频率表，那么跳频指令发生器则是根据这张频率表向频率合成器发出指令进行跳频的。那么又怎样在这64个频率中做到伪随机地跳频呢?,跳频指令发生器主要是一个伪码发生器。伪码发生器在时钟脉冲的推动下，不断地改变码发生器的状态。不同的状态对应于一张跳频频率表中的一个频率。64种状态则对应64个频率。 由于伪码发生器的状态是伪随机地变化，所以频率合成器输出的频率也在64个频率点上伪随机的跳变，便生成了伪随机地跳频图案。当频率表不同时，虽然用同一个伪码发生器，实际所产生的跳频图案也是不同的。,几种常用的伪随机序列,伪随机序列也称作伪码。它是具有近似随机序列(噪声)的性质，而又能按一定规律(周期)产生和复制的序列。因为随机序列是只能产生而不能复制的，所以称其是“伪”的随机序列。 有m序列、m序列和rs序列。 m序列的优点是容易产生，自相关特性好，且是伪随机的。但是可供使用的跳频图案少，互相关特性不理想，又因它采用的是线性反馈逻辑，就容易被敌人破译码的序列，即保密性、抗截获性差。由于这些原因，在跳频系统中不采用m序列作为跳频指令码。 m序列是非线性序列，可用的跳频图案很多，跳频图案的密钥量也大，并有较好的自相关和互相关特性，所以它是较理想的跳频指令码。其缺点是硬件产生时设备较复杂。 rs序列的硬件产生比较简单，可以产生大量的可用跳频图，很适于用作跳频指令码序列。 上述的三种序列除用硬件发生外，均可由软件编程产生,表5-1 直扩与跳频的优缺点,ds/fh混合扩频,将直接序列扩频系统和跳频系统的优点与局限性作一对比，便可看出它们的优缺点是互补的。 提出将这两种扩展额谱技术组合起来的技术，取长补短，可能会是更优异的一种扩展频谱系统。这就是直接序列/跳频(ds/fh)扩展频谱系统。,下行（前向/bs 至ms）信道：使用码长为64的正交walsh序列来区分不同的逻辑信道： 1个导频信道：不间断的传输导频信息，用于ms获取前向信道的定时并提取相干载波进行相干解调；检测其强度，用于越区切换。 1个同步信道：传输同步信息，用于同一基站的移动台进行同步捕获。 7个寻呼信道：用于ms被呼时，msc通过bs传输控制信令（如被呼ms号码）。 55个业务信道：传输话音或数据。,5.2 多址技术 cdma移动通信系统的逻辑信道,寻呼（paging）：当ms被叫时，msc向被叫位置区内的多个基站甚至所有基站发出呼叫信号（含被叫号码及分配的话音信道代码）。 注意：如何有效地确定ms当前所处的小区,寻呼,上行（反向/ms至bs）信道：使用周期为242-1的 m序列或gold序列。 接入信道：用于ms主呼时，向bs传输入网信息（登记注册）并提供传输链路。 55个反向业务信道：与正向业务信道相对应。,5.2 多址技术 码分多址cdma,最长线性反馈移位寄存器序列,图 5-5 ds-cdma系统逻辑信道示意图 (a) 基站到移动台的下行链路； (b)移动台到基站的上行链路,fdma系统的特点 fdma信道每次只能传送一个电话。 每信道占用一个载频，每个信道对应的每一载波仅支持一个电路连接。所以fdma通常在窄带系统中实现。 每信道只传送一路数字信号，信号速率低，一般在25kb/s以下，远低于多径时延扩展所限定的100 kb/s，所以在窄带fdma系统中无需自适应均衡。 基站系统庞大复杂，因为bs有多少信道，就需要多少部收发信机。 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。 越区切换较为复杂和困难。,三种多址技术的特点比较,tdma系统的特点 突发传输的速率高，远大于语音编码速率。tdma系统中需要较高的同步开销。 发射信号速率随n的增大而提高，如果达到100kb/s以上，码间串扰就将加大，必须采用自适应均衡。 基站复杂性减小。n个时分信道共用一个载波，占据相同带宽，只需一部收发信机。互调干扰小。 抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大。 越区切换简单。越区切换时不必中断信息的传输，即使传输数据也不会因越区切换而丢失。,三种多址技术的特点比较,cdma系统的特点 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。 平滑的软切换和有效的宏分集。 低信号功率谱密度。使其有两方面的好处 ：具有较强的抗窄带干扰能力；对窄带系统的干扰很小，有可能与其它系统共用频段，使有限的频谱资源得到更充分的使用。,三种多址技术的特点比较,定义：sdma(spatial division multiple access)利用定向天线阵列，它通过标记不同方位的相同频率的天线光束来进行频率的复用。即通过空间的分隔来区别不同的用户。 基本技术：自适应阵列天线 波束：小且有较快的跟踪速度。每个小区内，每个波束可以提供一个无其它用户干扰的唯一信道。,5.2 多址技术 空分多址sdma,图 5 6 空分多址示意图,区群的组成应满足两个条件： 区群之间可以邻接，且无空隙无重叠地进行覆盖； 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。 区群内的小区数应满足下式：,5.3 区域覆盖和信道配置 参考第1-2讲,式中，i, j为正整数。,5.3 信道(频率)配置,信道配置的定义： 信道配置的分类： 分区分组配置法 等频距配置法,分区分组配置法 分区分组配置法所遵循的原则是： 尽量减小占用的总频段，以提高频段的利用率； 同一区群内不能使用相同的信道，以避免同频干扰； 小区内采用无三阶互调的相容信道组，以避免互调干扰。 设给定的频段以等间隔划分为信道，按顺序分别标明各信道的号码为：1, 2, 3, 。,5.3 信道(频率)配置,若每个区群有7个小区，每个小区需6个信道，按上述原则进行分配，可得到： 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,分区分组配置法,5.3 信道(频率)配置,信道配置的定义： 信道配置的分类： 分区分组配置法 等频距配置法,等频距配置法,等频距配置：根据群内的小区数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+2n, 2+3n, )等。,等频距配置法,例如n=7，则信道的配置为： 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、 ,等频距配置法举例,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175 khz。 因此，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。 如果是定向天线进行顶点激励的小区制，每个基站应配置三组信道，向三个方向辐射，例如n=7，每个区群就需有21个信道组。整个区群内各基站信道组的分布如图 5 - 17。,等频距配置法性能分析,图517 三顶点激励的信道配置,信道配置的方案： 固定配置法：将某一组信道固定配置给某一基站。 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，随时提供给某个需要的bs使用。,信道(频率) 配置的方案分类,5.5 信 令,一、信令的定义：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，如占用、释放、用户忙闲、被叫号码。这些和通信有关的一系列控制信号称为。 所以：信令是通信设备之间（用户终端、交换机）传递的除用户信息以外的控制信息。 二、信令的基本功能： 建立呼叫 监控呼叫 清除呼叫,信令的分类,用户信令：用户终端和交换设备之间传输的信令。 模拟话机的用户信令 数字话机的用户信令 局间信令：交换设备之间传输的信令 。 随路信令：中国一号信令 共路信令：no.6信令和 no.7信令 按功能分： 线路信令：当前信道的线路状态，如空闲、占用、释放。 路由信令：用于选路的信令信息：被叫号码、主叫类别。 管理信令：网络管理信息，如测试、维护信息。 按信令信号形式分： 数字信令 音频信令,1、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。,随 路 信 令,.,随路信令：信令网与电话网共用一个网络。 故：通话期间无信令传输，如业务需要转换，通话变为传真（或文件传输），则必须中断通话，才能传输信令，因此采用随路信令时业务转换受限。,随路信令：中国一号信令。 信令在话音信道上传送。采用音频信令，频率范围为： 780hz1140hz(共15种信令，用于局间和前向) 13801980hz（共6种，用于后向）,信令的分类,用户信令：用户终端和交换设备之间传输的信令。 模拟话机的用户信令 数字话机的用户信令 局间信令：交换设备之间传输的信令 。 随路信令：中国一号信令 共路信令：no.7信令 按功能分： 线路信令：当前信道的线路状态，如空闲、占用、释放。 路由信令：用于选路的信令信息：被叫号码、主叫类别。 管理信令：网络管理信息，如测试、维护信息。 按信令信号形式分： 数字信令 音频信令,2、no.7信令（共路信令）：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：no.7采用8bit的二进制信息（256种含义），而电话交换机的中继线路是每条话路占一个64kbps的数字通道，因此每发8bit的信令需占125ms，每秒可发送8000个8bit码。 具有提供大量信令的能力及增加信令的灵活性：通话期间仍可传递信令。 可靠性高、适应性强：误码率达到10-7 ，可广泛应用于isdn网、移动网和智能网。,共 路 信 令,公共信道信令的概念,no.7信令：采用了专用的通道传递信令消息。 （该通道可以是除同步时隙以外的任何时隙，一般习惯选择pcm中的ts16作为信令信道）,信令的分类,用户信令：用户终端和交换设备之间传输的信令。 模拟话机的用户信令 数字话机的用户信令 局间信令：交换设备之间传输的信令 。 随路信令：中国一号信令 共路信令：no.6信令和 no.7信令 按功能分： 线路信令：当前信道的线路状态，如空闲、占用、释放。 路由信令：用于选路的信令信息：被叫号码、主叫类别。 管理信令：网络管理信息，如测试、维护信息。 按信令信号形式分： 数字信令 音频信令,一.数字信令,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。各种系统都有其特殊的规定. sp为纠错码，也叫监督码,用于检错和纠错。,图522 数字信令举例,例：用于tacs系统反向信道信令格式：,巴克码： 11100010010,所占bs的代号,bch(48,36,5),信令的分类,用户信令：用户终端和交换设备之间传输的信令。 模拟话机的用户信令 数字话机的用户信令 局间信令：交换设备之间传输的信令 。 随路信令：中国一号信令 共路信令：no.7信令 按功能分： 线路信令：当前信道的线路状态，如空闲、占用、释放。 路由信令：用于选路的信令信息：被叫号码、主叫类别。 管理信令：网络管理信息，如测试、维护信息。 按信令信号形式分： 数字信令 音频信令,二.音频信令：由不同的音频信号组成。 1、带内单音频信令：0.3-3khz范围内不同的单音 单音信令系统：要求发端有多个不同频率振荡器,收端有相应的选择性极好的滤波器。 优点： 抗衰落性能好。 缺点： 每一单音必须持续200ms左右,处理速度慢。,1. 带内单音频信令,表57 单频码,2、带外亚音频信令：低于300hz的单音 3、双音频拨号信令：移动台主叫时发往基站的信号。 43双音多频方式：是市话网用户环路中使用的双音多频(dtmf)方式,也是ccitt与我国国家标准中都推荐的用户多频信令。,表58 43方式的频率组成,dtmf的优点： 发送的两个单音，一个取自低音，一个取自高音，频差大，易检出； 与市话兼容，不需转换，速度快； 设备简单，有国际通用的集成电路。,1、信令点（sp)：发出信令和接收信令的设备。如：交换机、网络管理系统这些使用no.7的设备。包括 业务交换点（ssp）：是一个电话交换机，它们由ss7链路互连，完成在其交换机上发起、转移或到达的呼叫处理。 业务控制点（scp):包括提供增强型业务的数据库，scp接收ssp的查询，并经由stp返回所需的信息给ssp。 2、信令链路（link）：传递信令消息的物理通道。 3、信令转接点（stp)：sp之间无直达链路时，在网络交换机和数据库之间中转no.7消息的交换机。stp根据ss7消息的地址域，将消息送到正确的输出链路上。,no.7 信令网的组成,msc,hlr(或 vlr),7号信令的网络结构,图5-26 信令网及其分级结构,no.7 信令网的三级结构,7号信令网是独立于电话网的一个支撑网，在中国分为三级结构。 信令点:采用24bit编码在信令网中唯一地识别一个sp(或stp)设备。,信令的组网方式,直联方式： 准直联方式：,注：信令单元：是传输信令消息的最小单位，它是可变长度的n*8bit，插在pcm的某个ts中传输。,no.7信令：属于网络信令，用于交换机与数据库之间交换的信息。,图5-24 7号信令系统的协议结构,no.7 信令网的功能级结构,消息传递部分,mtp:保证用户部分的消息能可靠的从源sp传到目的sp。提供一个无连接的消息传递系统。 第一层：信令数据层：即一个64kbps的双向信令数据通路（pcm的一个ts）。 第二层：信令链路层：提供数据链路的控制，使数据可靠传送。采用了16bit的crc进行差错检测，差错率检测和流量控制。且对信令单元用标识符f（01111110）进行定界。 第三层：信令网络层：提供公共的消息传送功能。包含 消息处理：通过消息识别判断消息是否发给自己 网络管理：链路发生故障时，进行测试、恢复，对网络结构进行重组 链路发生拥塞时，进行疏导，控制业务量。,mtp消息传递部分,回顾：mtp部分：通过一个64k的传输通道将消息向上一级进行可靠的传输，转发到目的sp。 第四级：tup:电话用户部分，传输与电话呼叫有关的信令，如建立链接，检视链接，释放连接等。 第五级：sccp：信令连接控制部分： 能传送各种与电路无关(non-circuit-related)的信令消息。 具有增强的寻址选路功能,可以在全球互连的不同七号信令网之间实现信令的直接传输。 除了无连接服务功能以外，还能提供面向连接的服务功能。 第六级：isup：isdn环境中的用户部分：传输话音信令和非话业务信令。 第七级：tcap:事务能力应用部分,no.7用户部分,4，5，6，7级,sccp层可向用户提供无连接和面向连接服务，可根据用户对业务的不同需求，提供了以下4类业务以完成有不同质量要求的用户业务的传递： 0 基本无连接业务类:消息不按顺序传递 1 顺序无连接业务类：消息按顺序传递 2 基本面向连接业务类：需要在发送消息前，先通过应答的方式在始节