移动通信——三移动通信基本原理和技术PPT课件.ppt

移动通信的基本原理 对讲机 1 组网技术 多址技术区域覆盖网络结构信令越区切换和位置管理 2 多址技术 BS如何识别用户 用户如何识别BS发给自己的信号 BS MS1 MS2 MS3 多个用户共享信道 区分用户的方式称为多址技术 3 解决办法 多址技术 不同用户台要有各自的特征基站发出的信号也要赋予不同的特征 信号的差异可以表现在某些参数上 如信号的工作频率 出现时间 具有的特定码序列三种基本多址类型 频分多址 FDMA 时分多址 TDMA 码分多址 CDMA 频率资源有限的情况下 提高通信系统的容量 4 频分多址 FDMA 以频道来区分用户 FDMA就是将给定的频谱资源划分成若干等间隔的频道 信道 供不同用户使用 每个用户占用一个频道通话 在模拟蜂窝移动通信系统中 采用的多址方式即FDMA 思考 在模拟蜂窝移动通信中 一个小区的用户可以用相同的频率么 5 BS MS1 MS2 f1 f1 f2 f2 基站能同时收发多个频率的信号 两MS间通信必须经基站中转 需4个频道实现双工 频道是动态地分配的 FDMA系统的工作示意图 6 采用FDMA方式的主要特点 每个频道只能传一路业务信息频率分配工作复杂 基站重复设置收发信道设备多频道信号互调干扰严重频率利用率低 容量小 7 移动通信系统的频段使用 各双工方式的工作频段的收发频率间隔 下行信号 下行频率高上行频率低 8 GSM频率配置我国900MHz数字蜂窝移动通信GSM 上行频率范围 890MHz 915MHz下行频率范围 935MHz 960MHzGSM移动通信网相邻信道间隔200KHz 共有频点125个 中国移动 1 95频点中国联通 96 125频点 移动通信系统的频段使用 9 BS MS 上行信号 下行信号 收发保护频段 f1 f2 f3 fn f1 f2 f3 fn BS MS 收发间隔 f增大 B B B B B B B B B B 用户 FDMA的频道划分 10 时分多址 TDMA 以时隙来区分用户 TDMA是把一个频道按等时间分成周期性的帧 每一帧再分割成若干个时隙 每一用户占用不同的时隙进行通信 GSM蜂窝移动通信中 即采用了TDMA的多址方式 11 t 帧1 帧2 f t1 t2 t5 t8 t1 t2 t5 t8 t1 t2 t5 帧Frame4 615ms 时隙577us Timeslot 12 BS MS1 MS2 MS3 f1 f1 t f1 f1 下行 同一小区 13 BS MS1 MS2 MS3 t1 t2 t5 t 帧1 帧2 f2 t1 t2 t5 t1 t2 t5 t1 t2 t5 f2 f2 f2 上行 同一小区 14 思考一下 1 用户通话时是否会感到断续 2 同一小区的两个用户通话 需要多少个频点 15 时分多址的特点 基站可只用一部发射机 避免互调干扰容易进行时隙的动态分配必须有精确的同步和定时 16 CDMA通信系统中 为每一用户的信号采用不同的正交码来区分 接收时用相关器对特定码型解码 在美国CDMA蜂窝系统中采用 在第三代移动通信 3G 中也采用CDMA的多址方式 码分多址 CDMA 以正交码来区分用户 17 时间 所有用户可以在同一时刻 占用相同频段 进行通信 18 其他使用不同码型的信号不能被解调多址干扰 19 码分多址的特点 系统容量大抗干扰和纠错能力强 话音质量好无需保护间隔能软切换 无需频率分配和管理 保密性强 低功耗 20 区域覆盖与信道配置 移动通信的体制根据服务区覆盖方式的不同可分为 大区制小区制 21 22 移动通信网的体制 大区制 一个服务区内只设置一个基地站 由它负责移动通信的联络和控制 BS R R R R f1 f2 f3 f4 MS1 MS2 23 24 移动通信网的体制 小区制 整个服务区有若干个基地站 MSC BS1 BS2 BS4 BS3 MS1 MS2 MS3 MS4 25 区域覆盖和信道配置 根据服务对象 地形及干扰等因素 带状服务区面状服务区 区域覆盖 26 区域覆盖 带状服务区 用户的分布呈带状 按纵向排列覆盖 A B A B 27 面状服务区是指服务区内用户的分布呈一宽广的平面 区域覆盖 面状服务区 28 为什么面状服务区的最佳组成形式是正六边形 蜂窝网 基站使用全向天线 覆盖范围是圆形要无缝覆盖 则圆形有交叠 则真正的覆盖区域是圆内接正多边形 29 比较五方面 相邻小区的中心间距d 基地站间干扰单位小区面积 基地站数量交叠区宽度 跟踪交叠区面积 同频干扰所需最少频率个数 频率利用率正六边形小区中心间距最大 单位小区面积最大 交叠区宽度最小 交叠区面积最小 所需频率最少 30 蜂窝式移动通信系统 既然有同频干扰 为什么还采用蜂窝式移动通信呢 频率资源有限情况下增加用户容量的需求 31 正六边形无线区群的构成 构成条件激励方式小区模型直放站 32 正六边形无线区群的构成条件 蜂窝式移动通信网 由若干个邻接的正六边形小区构成一个无线区群 即单位无线区群 再由单位区群彼此邻接形成整个服务区域 单位无线区群中的小区使用不同频率 以防同频干扰 33 单位无线区群的构成满足 1 若干单位无线区群彼此邻接无缝覆盖整个服务区 2 相邻无线区群中的同频小区的中心间距相等且最大 34 满足以上条件的单位无线区群中的小区个数为 N i2 ij j2N为小区的个数 i j均为正整数 其中一个可以为0 35 f1 f2 f3 f1 f2 f3 f4 N 3 N 4 N 7 36 在系统中 若Dg大 则同频干扰小 通信质量好 但频率利用率就低 通信质量和频率利用率是相互矛盾的 实际中 在保证通信质量的前提下 使频率利用率最大 即选择最小的N 37 正六边形无线区群的激励方式 中心激励方式 基地站在小区中心全向天线覆盖无线小区顶点激励方式 正六边形不相邻的三个顶点上设立基地站采用定向天线 38 39 由于顶点激励采用定向天线 所以对同频干扰有一定的抑制作用 从而可以较小距离进行同频复用 提高了频率利用率 对简化设备 降低成本都有好处 40 正六边形无线区群的小区分裂 对蜂窝网而言 初期采用中心激励方式工作 当用户数和话务量均增时 就可缩小无线小区的方法来满足用户的需求 这就是小区分裂 两种方案 1 3分裂方式 可用原基地站位置 1 4分裂方式 需增设新的基地站 41 42 实际的移动通信网用户分布是不均匀的 所以小区划分和信道数应灵活分配 在闹市区 无线小区面积小一些 信道数多一些 较密 在郊区 小区面积大一些 信道数少一些 较疏 实际的区群划分 43 1 本地网的结构 44 2 区域联网的网络结构 45 区域联网后 区域内的业务仍然通过原本地网 区域外的业务则通过移动汇接局联到外部 汇接局通常设在省会或是经济中心 46 越区切换和位置管理 定义 通话过程中 当MS从一个小区移动到另一个小区时 为了保证移动用户的不中断通信需要进行的信道切换称为越区切换 一般是根据移动台接收信号载波电平 载干比C I 质量 移动台到基站的距离等判断是否需要越区切换 47 越区切换 handover 越区切换需注意的问题 越区切换的准则越区切换如何控制越区切换时的信道分配有关的指标 越区切换的失败率 通信中断概率 越区切换的速率 通信中断时间间隔 越区切换的时延 48 越区切换的类型 硬切换 建立新的连接以前 中断旧的连接 容易发生掉话软切换 当与新基站建立可靠连接以后再断掉旧的连接 用于CDMA系统中 49 越区切换的准则 通常是根据移动台接收的信号强度来决定是否进行切换 基站1 基站2 时间 门限1 门限2 门限3 A B C D 50 越区切换准则 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 51 越区切换控制策略 移动台控制的越区切换网络控制的越区切换移动台辅助控制的越区切换GSM的切换采用移动台辅助切换法 MS 基站和MSC共同参与完成 52 位置管理 GSM网络中采用两个数据库来对用户信息进行管理 包括用户的位置信息 位置管理包括 位置登记位置更新 53 1 位置登记 定义 移动网络为了跟踪移动台的位置变化 而对其位置信息进行登记 删除和更新的过程 也称位置注册 位置信息存储在HLR和VLR中通常 GSM系统被划分许多位置区 对应不同位置区识别码 54 BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BSC BSC BSC HLR LA4 55 三种位置更新 移动台开机时的位置登记当移动台从一个位置区进入另一个新的位置区时 移动系统所进行的常规位置更新在一定的特定时间内 网络与移动台没有发生联系时 移动台自动地 周期地与网络取得联系 核对数据的周期性位置更新 56 1 开机位置登记 移动台首次进入GSM网 先要通过MSC把用户的相关信息存放在HLR中进行登记注册 如IMSI MSISDN 位置信息等 移动台开机 搜索广播控制信道查询位置区识别码 发现与原来的位置区不同则要通过基站发位置更新请求 位置登记后才能进行通话 57 2 常规位置更新过程 移动台漫游到新的位置区 发现收到的位置区识别码改变 向新MSC申请位置登记 IMSI 新VLR向HLR查询用户数据 分配MSRN并告之 HLR修改用户信息以备GMSC查询提供路由 并告诉原位置区VLR删除用户信息 58 MS 新MSC 新VLR