工学《现代移动通信》第章：移动通信组网原理

1、第第4 4章章 移动通信组网移动通信组网 原理原理 4.1 移动通信网络的构成 4.2 多址接入技术 4.3 多信道共用技术 4.4 移动通信中的信令 4.5 移动管理技术 4.1 移动通信网络的构成移动通信网络的构成 4.1.1 大区制移动通信网 4.1.2 小区制蜂窝移动通信网络的构成 4.1.3 小区频率配置 4.1.4 基本网络结构 4.1.1 大区制移动通信网大区制移动通信网 所谓大区制就是在一个服务区内只有一个 或几个基站，由该基站负责整个移动通信网的 联络与控制，如图4.1所示。 大区制的优点是系统组成简单，投资少， 见效快。 图图4.1 大区制移动通信示意图大区制移动通信示意图

2、 f1 f2 RdRd Rd Rd 同频转发器 及覆盖范围 图4-1 大区制移动通信示意图 2 f 1 f 3 f 4 f 4.1.2 小区制蜂窝移动通信网络的构成小区制蜂窝移动通信网络的构成 1. 蜂窝网的由来 2. 区群的结构 图4.4 正六边形区群的构成 3. 同频干扰保护与同频复用距离 4. 激励方式 5. 小区分裂 图图4.4 正六边形区群的构成正六边形区群的构成 N=3 a=1 b=1 N=4 a=2 b=0 N=7 a=2 b=1 N=9 a=3 b=0 N=12 a=2 b=2 N=13 a=3 b=1 N=16 a=4 b=0 N=19 a=3 b=2 N=21 a=4 b=

3、1 4.1.3 小区频率配置小区频率配置 1. 固定频道分配 所谓固定频道分配就是给每个小区(或每个基站) 分配一组预先确定好的话音频道，基站的频道是固定 不变的。固定频道分配有分区分组分配法和等频距分 配法两种。图4.10 7个基站21个扇形小区为一个区群 的频道分配 2. 动态频道分配 动态频道分配可以做到按业务量的大小，合理地在 不同基站之间按需分配频道，避免了小区忙闲不均的 情况。 图图4.10 7个基站个基站21个扇形小区为一个个扇形小区为一个 区群的频道分配区群的频道分配 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 9 9 10 10 11 12 12 13 13 14

4、 14 15 16 16 17 17 18 18 19 19 4 18 14 7 20 20 20 21 21 19 12 5 6 13 16 9 2 1710 3 11 21 11 4.1.4 基本网络结构基本网络结构 移动通信的基本网络结构如 图4.11所示。 基站通过传输链路与移动交换机相连，交换机 再与固定电信网络或其他通信网相连，所以移 动通信有以下两种通信链路：移动用户 基站交换机其他网络其他用户； 移动用户基站交换机基站 移动用户。 图图4.11 基本网络结构基本网络结构 MSCMSC 其他公众网 4.2 多址接入技术多址接入技术 4.2.1 频分多址(FDMA) 4.2.2 时

5、分多址(TDMA) 4.2.3 码分多址(CDMA) 4.2.4 FDMA、TDMA与CDMA系统容量比较 4.2.1 频分多址频分多址(FDMA) 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， 如图4.13所示。移动台MS1、MS2、MSk分 别 分 配 有 发 射 频 道 、 、 、 和 接 收 频 道、。我们将基站向移动台方向的信道 称为前向信道，而将移动台向基站方向的信道 称为反向信道。 图图4.13 频分多址示意图频分多址示意图 反向信道 前向信道 1 f 1 f 2 f k f k f 2 f BS MS1 MS2 MSk 4.2.2 时分多址

6、时分多址(TDMA) 1. 时分多址的原理 图4.15是TDMA通信系统的工作示意图，图 中只画出移动台到基站传输时信号占用时隙的 情况。 2. 时分多址通信系统的帧和时隙 3. 时分多址通信系统中的同步和定时 图图4.15 时分多址示意图时分多址示意图 BS MS1 MS2 MSk 帧 时隙 111 222 t t t 4.2.3 码分多址码分多址(CDMA) 1. 码分多址的概念 图4.19 码分多址示意图 2. 扩频码分多址原理 图4.20示出了伪随机码扩频多址方 式的原理框图 3. 直扩(直接序列扩频)码分多址系统的特点 (1)具有扩频通信系统的所有优点 (2)系统容量大 (3)不需要

7、复杂的频率分配和管理 (4)软容量和小区呼吸功能 (5)软切换 (6)不要均衡器 (7)设备简单 (8)存在多址干扰和远近效应 图图4.19 码分多址示意图码分多址示意图 反向信道前向信道 1 C 1 C 2 C k C k C 2 C BS MS1 MS2 MSk 图图4.20 伪随机码扩频多址方式原理图伪随机码扩频多址方式原理图 图420 伪随机码扩频多址方式原理图 C A BD PNPN 0 f 0 f )(tC )(tS)(tZt 1 N 1 N TDM 模2加 扩频调制 模2加 扩频解调 PSK 调制 PSK 解调 TDM (a) A点B点C点D点 数字信号 干扰 数字信号 干扰 无

8、用信号 c R s R s R c R c R c R0 0 f0s R s R c R c R 0 f (b) )(tb 4.2.4 FDMA、TDMA与与CDMA系统系统 容量比较容量比较 1. 模拟TACS系统(FDMA)的系统容量 2. 数字GSM系统(TDMA)的系统容量 3. 数字CDMA系统(CDMA)的系统容量 4.3 多信道共用技术多信道共用技术 4.3.1 话务理论 4.3.2 空闲信道的选取 4.3.1 话务理论话务理论 1. 话务量与呼损率 呼损率、话务量、信道数、信道利用率之 间的关系如表4.1所示。 2. 信道数与用户数的关系 表表4.1 呼损率、话务量、信道数、信

9、呼损率、话务量、信道数、信 道利用率之间的关系道利用率之间的关系 B1%2%5%10%20%25% n A (%) A (%) A (%) A (%) A (%)A(%) 10.01011.00.0202.00.0535.00.11110.00.2520.00.3325.0 20.15367.60.22411.00.3818.10.59526.81.0040.01.2247.75 30.45615.00.60219.70.89928.51.27138.11.93051.472.2756.75 40.86921.51.90226.71.52536.22.04546.02.94553.93.486

10、5.25 51.36026.91.65732.52.21942.22.88151.94.01064.164.5868.70 61.90931.52.32638.32.96046.93.75856.45.10968.125.7972.38 72.50035.42.95041.33.73850.74.66660.06.23071.27.0275.21 83.12838.73.64944.74.53453.95.59763.07.36973.698.2977.72 93.78341.64.45448.55.37056.76.54665.58.52275.759.5279.32 104.46144.2

11、5.09249.96.21659.17.51167.69.68577.4810.7880.85 115.16046.45.82551.97.07661.18.48769.410.8578.9612.0582.16 125.87648.56.58753.87.95062.99.47471.112.03680.2413.3383.31 136.60750.37.40155.88.83564.410.47072.513.22281.3714.6284.35 147.35252.08.20057.49.73066.011.47473.814.41382.3615.9185.35 158.10853.5

12、9.00158.910.62367.212.48474.915.60883.2417.2086.00 168.87554.99.82860.111.54468.513.50075.916.80784.0318.4986.67 179.65256.210.65661.412.46169.614.42276.918.01084.7519.7987.31 1810.43775.411.49162.613.38570.615.54877.719.21685.4021.2088.33 1911.23058.912.33363.614.31571.516.57978.520.42486.0022.4088

13、.42 2012.03159.513.18164.615.24972.417.16379.321.63586.5423.7188.91 4.3.2 空闲信道的选取空闲信道的选取 1.专用呼叫信道方式 专用呼叫信道方式是在网中专门设置的呼叫信 道，专门用于处理用户的呼叫。专用呼叫信道的作 用有两个：一是处理呼叫；二是指配话音信道。 2.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”、“循环分散定位”等方式。小容量移 动通信网比较适合采用这类方式。 4.4 移动通信中的信令移动通信中的信令 4.4.1 数字信令的格式与传输 4.4.2 信令协议的分层结构 4.4.3 SS7

14、信令 4.4.1 数字信令的格式与传输数字信令的格式与传输 1. 数字信令格式 在传输数字信令时，为了便于收端解码，通常 要求数字信令按一定格式编排。信令的格式是多种 多样的，不同的通信系统的信令格式也各不相同。 常用的数字信令格式有两种，如图4.22(a)、(b)所示。 2. 数字信令的传输 数字信令大体可分为低速和高速两类。 图图4.22 数字信令格式数字信令格式 纠错码 SP (a) 位同步码(P)字同步码(SW)地址码或信息码(A 或 D) PSW A1(D1)SWSWA2(D2)A3(D3)SP (b) 4.4.2 信令协议的分层结构信令协议的分层结构 在移动通信中，空中接口的信令分

15、为三层： 物理层、链路层、网络层，如图4.23所示。 为了实现呼叫管理(CM)、移动性管理(MM) 和无线资源管理(RRM)，移动台和基站两侧的 三层的对等层之间需要进行对话，这种对话是 以消息交换的方式来实现的。这些消息是通过 装在链路层帧中的信息段进行传输的。 图图4.23 空中接口协议模型空中接口协议模型 L1 L2 L3 数据链路层 无线资源管理(RRM) 移动管理(MM) 呼叫管理(CM) 物理层 4.4.3 SS7信令信令 1. SS7信令系统的基本功能结构 所谓开放系统互连是指建网通信时所需的标准 分层结构和分层协议。根据开放系统互连参考模型 及协议规范，可以将各种不同的系统很容

16、易地做到 相互连接。即具有互连的开放性。OSI采用7层结构， 如 图4.24所示。 2. 关于SS7信令网 7号信令网络是与PSTN平行的一个独立的网络， 是供传送信令的数据链路构成的网络，叠加到信息 网上。图4.25 信令网、信息网及其分层结构 图图4.24 7号信令系统的协议结构号信令系统的协议结构 表示层 6 应用层 7 TUP ISDN -UP DUPTCAP SCCP MAP MTP 直接为用户提供所需服务 为用户提供统一的数据表示方式 验证身份，恢复下层不可恢复的差错 提供端对端的逻辑信道 处理报文分组、多路复用和分组交换 提供一条无差错的数据链路 规定接口的物理电气特性，保证电路

17、 两端能正确发送和接收 OSI 层次SS7 层次 会话层 5 传输层 4 链路层 2 物理层 1 网络层 3 图图4.25 信令网、信息网及其分层结构信令网、信息网及其分层结构 SP HSTPHSTP LSTPLSTPLSTP LSTP SPSPSP (a) 信令网及其分层结构 SP SP SPSPSP SP SP STPSTP STPSTP No.7 信令网 LE TC TCTC LELE LE 信息网 4.5 移动管理技术移动管理技术 4.5.1 位置管理 4.5.2 越区信道切换 4.5.1 位置管理位置管理 在数字移动通信系统中，位置管理主要由两个位置 管理数据库来完成，即归属位置寄存器(HLR)和拜访 位置寄存器(VLR)。通常一个PLMN(公用陆地称动通 信网)网络由一个HLR和VLR组成。HLR的作用是存储 在其网络内注册的所有用户的信息，数据库中包含两 类信息：用户信息与用户当前的位置信息；VLR的作 用是管理该网络中若干位置区(一个位置区由一定