无线组网技术PPT课件.ppt

组网技术 1 2 多址技术 多址技术使众多的用户共用公共的通信线路 常用的使信号多路化的方法基本上有三种 它们分别采用频率 时间或代码分隔的多址连接方式 即人们通常所称的频分多址FDMA 时分多址TDMA和码分多址CDMA三种接入方式 GSM系统采用了FDMA TDMA方式 3 多址技术 FDMA是以不同的频率信道实现通信的 频分就是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道 发射和接收载频 每个信道可以传输一路话音或控制信息 模拟蜂窝系统是FDMA结构的一个典型例子 但GSM系统也采用了FDMA 频分多址FDMA 4 多址技术 TDMA是以不同的时隙实现通信时分多址是指在一个宽带的无线载波上 将某一信道按时间加以分割 各信号按一定顺序占用某一时间间隙 时隙 即多路信号利用同一个信道在不同时间各自独立地传送 时分多址TDMA 5 多址技术 CDMA是以不同的代码序列实现通信的码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式 它不像FDMA TDMA那样把用户的信息从频率和时间上进行分离 它可在一个信道上同时传输多个用户的信息 其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码 编码后的信息混合后不会丢失原来的信息 码分多址CDMA 6 蜂窝技术 移动通信系统是采用一个叫基站的设备来提供无线服务范围的 基站BTS的覆盖范围有大有小 我们把基站BTS的覆盖范围称之为蜂窝 即小区CELL 采用大功率的基站主要是为了提供比较大的服务范围 但它的频率利用率较低 也就是说基站提供给用户的通信通道比较少 我们也称之为大区制 采用小功率的基站主要是为了提供大容量的服务范围 同时它采用频率复用技术来提高频率利用率 有限的频率得到多次使用 所以系统的容量比较大 这种方式称之为小区制或微小区制 大区制与小区制 7 按无委会规定 我国目前可用频道号为1 124 共124个频点 1 95给移动 96 124给联通 一般采用12组频率复用方案 对于有向天线 可采用120度的定向天线 如采用4 12方式复用 4个基站 12个小区 每个小区可用5个频点 一般也可用到4个频点 对于采用全向天线 一般建议采用其中的7组频率 蜂窝技术 大区制与小区制 8 频率复用指处在不同地理位置 不同的小区 上的用户可以同时使用相同频率的信道 频率复用系统可以极大地提高频谱效率 但如果系统设计得不好 将产生严重的干扰 同频干扰 C I 因频率复用造成的相邻小区相同频率对信道的干扰 GSM要求C I 9dB 邻频干扰 C A 小区内外相邻频率产生的干扰 GSM要求C A 9dB 频率复用基础 蜂窝技术 9 频率复用方案 在系统的作用区域内重复使用相同的频率 这种频率复用方案使整个频谱分配被划分为N个频率复用的模式 如N可取3 4 7等值 公式 D R 2 3ND 频率复用距离R 小区半径N 频率复用模式 蜂窝技术 频率复用基础 10 注意 从理论上来说 N应该大些 但分配的信道总数是固定的 如果N太大 则N个小区中分配给每个小区的信道数将减少 中继效率就会降低 小区复用模式图 蜂窝技术 频率复用基础 11 空闲信道的选取 FDMA方式下 当某一用户需要通信而发起呼叫时 怎样从n个信道中选取一个空闲信道呢 空闲信道的选取方式主要可以分为两类 一类是专用呼叫信道方式 或称 共用信令信道 方式 另一类标明空闲信道方式 12 专用呼叫信道方式 专用呼叫信道方式 这种方式是在网中设置专门的呼叫信道 专用于处理用户的呼叫 移动用户只要不在通话时就停在这个呼叫信道上守候 当移动用户要发起呼叫时 就在上行专用呼叫信道发出请求信号 基站收到请求后 在下行专用呼叫信道上给主叫的移动用户指定当前的空闲信道 移动台根据指令转入空闲信道通话 通话结束后再自动返回到专用呼叫信道守候 13 专用呼叫信道方式 当移动台被叫时 基站在专用呼叫信道上发出选呼信号 被叫移动台应答后即按基站的指令转入某一空闲话音信道进行通信 专用呼叫信道这种方法的优点是处理呼叫的速度快 但是 若用户数和共用信道数不多时 专用呼叫信道呼叫并不繁忙 它又不能用于通话 利用率不高 因此 这种方式适用于大容量的移动通信网 是公用移动电话网络所用的主要方式 我国规定900MHZ蜂窝移动电话网就采用这种方式 14 标明空闲信道方式 标明空闲信道方式 标明空闲信道方式可分为 循环定位 循环不定位 标明多个空闲信道的循环分散定位 和 标明多个空闲信道的循环不定位 等多个方法 15 循环定位方式 循环定位 这种方式不设置专门的呼叫信道 所有信道都可供通话 选择呼叫与通话可在同一信道上进行 16 循环定位方式 基站在某一空闲信道上发出空闲信号 所有未在通话的移动台都自动地对所有信道进行循环扫描 一旦在某一信道上收到空闲信号 就定位在这个信道上守候 所有呼叫都在这个标定的空闲信道上进行 当这个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 如果基站的全部信道被占用 基站就停发空闲信号 所有未在通话的移动台就不停地循环扫描 直到出现空闲信道 收到空闲信号才定位在该信道上 17 循环定位方式 当移动台被呼时 基站在标有空闲标志的空闲信道上发出选呼信号 所有定位在此空闲信道上的移动台都可收到这个选呼信号 在与本机的号码核对之后 若判定为呼叫本机即发出应答信号 基站在收到应答信号之后 立即将这个信道分配给被呼叫的移动台占用 另选一个空闲信道发空闲标志 其它移动台发现原空闲信道已被占用 立即进行循环扫描 搜索新的标有空闲标志的空闲信道 18 循环定位方式 循环定位方式中 所有信道都可用于通话 信道利用率高 此外 由于所有空闲的移动台都定位在同一个空闲信道上 不论移动台主呼或被呼都能立即进行 处理呼叫快 但是 正因为所有空闲移动台都定位在同一空闲信道上 它们之中有两个以上用户同时发起呼叫的概率 称同抢概率 也较大 即容易发生冲突 因此 这种方式只适用于小容量的通信网 19 循环不定位方式 循环不定位方式 为减小同抢概率 移动台循环扫描而不定位应该是有利的 该方式是基站在所有空闲信息道上都发出空闲标志信号 不通话的移动台始终处于循环扫描状态 20 循环不定位方式 主呼时不能立刻进行 要先搜索空闲信道 搜索到并定位之后才能发出呼叫 当移动台被呼时 基站必须先在某一空闲信道上发一个保持信号 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 保持信号需持续一段时间 在等到所有空闲移动台都对它锁定之后 再改发选呼信号 被呼移动台对选呼信号应答 即占用此信道通信 其它移动台识别不是呼叫自己 立即释放此信道 重新进入循环扫描 21 循环不定位方式 这种方式减少了同抢概率 但因移动台主呼叫时要先搜索空闲信道 被呼时要先对保持信号锁定 这都占用了时间 所以建立呼叫就慢了 22 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个载波的时隙数 TDMA的空闲信道选取是选择某个载频上的某个空闲时隙 23 区域覆盖与信道配置 带状网 公路 铁路 海岸线等 蜂窝网 平面区域布网 1 小区的形状在服务区面积一定的情况下 正六边形小区最接近理想的圆形 用它覆盖所需基站数量最少 最经济 2 区群的组成区群内的小区数应满足 完全覆盖 小区间距相等 满足上述条件的区群形状和区群内的小区数不是任意的 应满足下列关系式 N i2 ij j2 i 0 1 2 j 1 2 3 24 区域覆盖与信道配置 同频小区的距离 区群内小区数不同的情况下 可用下面的方法来确定同频 信道 小区的位置和距离 自某一小区A出发 先沿边的垂线方向跨j个小区 再向左 或向右 转60 再跨i个小区 这样就可到达另一同频小区A 同频小区间距D区群中的小区数N六边形外接圆半径r 25 区域覆盖与信道配置 中心激励与顶点激励 在每个小区中 基站可设在小区的中央 用全向天线形成圆形覆盖区 这是 中心激励 方式 也可以将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上 每个基站采用三副120 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 每个小区由三副120 扇形天线共同覆盖 这是 顶点激励 26 小区分裂 用户密度不等时 各个小区的大小不相同 在用户密度高的市中心区可使小区的面积小一些 在用户密度低的郊区可使小区的面积大一些 以120 扇形辐射的顶点激励为例 在原小区内分设三个发射功率更小一些的新基站 就可以形成几个面积更小些的正六边形小区示 小区分裂 27 信道频率配置 信道频率配置主要解决将给定的信道 频率 如何分配给在一个区群的各个小区 在CDMA系统中 所有用户均使用相同的工作频率 无需进行频率配置频率配置主要针对FDMA和TDMA系统 28 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 29 分区分组配置法 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 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 30 分区分组配置法 上述例子可见每一组信道分配给一个小区 使用的42个信道只占用了42个信道的频段 是最佳的分配方式 以上分配中主要考虑了避免三阶互调 但可能会出现较大的邻频干扰 这是一个缺陷 31 等频距配置法 等频距配置法是按等频率间隔来配置信道的 只要频距选得足够大 就可以有效地避免邻道干扰 这样的频率配置可能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 这也就避免了互调的产生 32 等频距配置法 等频距配置时可根据群内的小区数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 2 N 3 N 第二组用 2 2 N 2 2N 2 3N 等 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 35 143页图5 17 33 等频距配置法 为了进一步提高频率利用率 使信道的配置能随移动业务量地理分布的变化而变化 有两种办法 一是 动态配置法 随业务量的变化重新配置全部信道 二是 柔性配置法 准备若干个信道 需要时提供给某个小区使用 34 等频距配置法 前者如能理想地实现 频率利用率可提高20 50 但要及时算出新的配置方案 且能避免各类干扰 电台及天线共用器等装备也要能适应 这是十分困难的 后者控制比较简单 只要预留部分信道使各基站都能使用 可解决局部业务量变化的问题 是一种比较实用的方法 移动通信网 35 36 移动通信网的组成 基站系统 实现控制功能和无线传输功能 移动交换中心 对移动台进行呼叫和控制 同时提供移动网与固网的接口 具备无线管理和移动性管理的能力 移动台 由用户设备组成 用户利用该设备接入网络 2020 1 7 37 38 目前我国的电话网 DC 数字中心 数字交换局 Tm Tandem 汇接局LS LocalSwitch 本地交换局 网状网 树状网 本地网无级或者二级机构 PSTN采用了三级汇接形式 从下至上分别是端局 市话分局 二级长途汇接中心 省长途汇接局 一级长途汇接中心 大区长途汇接局 最上是国际局 公用交换电话网 39 40 公共数据网 公共数据网 PDN 分为两种 一种是分组交换公共数据网 PSPDN 另一种是电路交换公共数据网 CSPDN 一般来说 PDN主要用来传送计算机数据 41 综合业务数据网 42 移动通信网的发展 第一代移动通信系统是指模拟蜂窝移动通信系统 它是频分多址接入 FDMA 的移动通信系统 43 移动通信网的发展 第二代移动通信 2G 系统为数字蜂窝移动通信系统 它使用了数字调制技术 制定了更加完善的呼叫处理和网络管理功能 数字移动通信系统采用了两种无线接入方式 GSM采用的是TDMA 即时分多址的接入方式 CDMA采用的是码分多址的接入方式 第二代数字移动通信系统除了传送语音之外 还可传送数据业务 如传真和分组的数据业务等 44 移动通信网的发展 所谓第三代移动通信3G系统 是指能支持语音数据综合和移动多媒体的宽带数字移动网络 最早是由ITU T于1985年提出的 当时称为未来公众陆地移动通信系统 FPLMTS 1994年将其更名为IMT 2000 2000年国际移动通信 45 移动通信网的发展 ETSI提出的UTRA 是欧洲提出的一个方案 UTRA可看成TD CDMA 时分 和WCDMA的综合 在对称频段下使用WCDMA 在非对称频段下使用TD CDMA 46 移动通信网的发展 以美国N CDMA接口标准IS 95为基础的宽带cdma2000 能与IS 95完全兼容 47 移动通信网的发展 中国提交的TD SCDMA 时分 同步 智能 软件无线电 同步 是指在基站解调器收到的来自所有终端信号是同步的 这样各码分信道是同步的 从而使不同信道间的干扰减小 提高系统容量 简化硬件 降低成本 智能 是指采用天线阵列 用DSP 数字信号处理 实现基带波束成形 减小多径干扰 降低发射功率 软件 是指采用软件无线电技术 48 软件无线电 无线通信经历了三次大的变革 第一次是从模拟到数字的变革 第二次是从固定到移动的变革 这两次变革已初步实现 并继续向纵深方向发展 第三次是从硬件到软件 从专用到通用的变革 这是指软件无线电技术变革 1992年5月JosephMitola在美国通信会议上 首次提出 软件无线电 的概念 它很快引起了通信界特别是军事通信界的广泛关注和认同 从此掀起了无线通信第三次变革的浪潮 49 软件无线电 软件无线电是将标准化 模块化的硬件功能单元通过一个通用硬件平台 比如用总线方式连接 再通过软件加载方式来实现各种类型的无线电通信系统的一种开放式的结构 可见 实现它 数字化硬件平台是基础 软件编程 可重复使用是核心 实现多波段 多体制 多制式 通用式接收才是目的 50 信令系统 在移动通信网中 除了传输用户信息 如话音信息外 为使全网有秩序的工作 还必须在正常通话的前后和过程中传输很多其它的控制信号 如 摘机 挂机 忙音 拨号 振铃 无线通信网中所需的频道分配 用户登记与管理 呼叫与应答 越区切换和发射功率控制等这些和通信有关的一系列控制信号统称为信令 51 信令系统 在通信网中 信令在网络的每一个节点被分析处理 并导致一系列的控制操作 可以说信令是用户以及通信网中各个节点相互交换信息的共同语言 是整个通信网的神经系统 信令系统的性能 在很大程度上反映了网络向用户提供服务的能力和服务质量 52 信令系统 在电信网中信令的基本功能是 建立呼叫监控呼叫清除呼叫信令是由一系列信令消息集组成的 53 信令系统 54 信令系统 随路信令共路信令 55 信令系统 NO 7公共信令信道系统的主要特点是将信令通路与语音通路分开 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 这种信令方式的主要优点为 信令传送速度快 信令容量大 具有提供大量信令的潜力及改变和增加信令的灵活性 避免了语音对信令的干扰 可靠性高 适应性强等 56 信令系统 No 7信令系统指的是交换机间的信令系统 而在数字移动通信中 用户到网络间采用接入信令目前移动通信中的信令系统主要是以ISDN的信令协议为基础加之与移动通信有关的高层协议标准构成的 57 信令系统 58 No 7信令系统 NO 7信令网是独立于通信网专门用于传送信令的网络 由信令点 SP SignalingPoint 和供传输信令的数据链路 Link 构成 信令点是信令网络中的节点 它提供公共信道信令 信令点可以是交换中心 也可以是操作维护中心 信令点又分为产生消息的信令点 源点 接收消息的信令点 宿点 以及转发消息的信令点 信令转接点 STP SignalingTransferPoint NO 7信令网通常采用分级结构 59 No 7信令系统 信令转接点在分级结构的信令网中 依所处的地位又分为高级信令转接点 HSTP 和低级信令转接点 LSTP 信令转接点不对信令进行处理 只是将控制信令从一条信令链路转送到另一条链路上去 信令链路是指信令点 含信令转接点 之间的信令通路 多条信令链路构成一个信令链路组 60 No 7信令系统 信令点信令转接点 高 低级 61 No 7信令系统分层结构 No 7号信令系统是一个国际化的标准通用的信令系统No 7信令系统被划分为消息传递部分 MTP MessageTransferPart 和若干用户部分 UP UserPart MTP只负责信令消息的传递 不负责内容的分析UP是为各种不同电信业务应用设计的功能模块 它负责信令消息的生成 语法检查 语义分析和信令过程控制 62 No 7信令系统分层结构 63 No 7信令系统分层结构 消息传递部分又分为三个功能层 64 No 7信令系统分层结构 消息