第2章移动通信主要技术

1、1第2章 移动通信主要技术2l无线区域覆盖结构l频率利用l移动通信中的控制与交换l路由及接续l移动通信系统中的安全措施l移动网络的抗衰落、抗干扰技术3l重点 移动通信中的跟踪交换技术、选路与接续过程、抗衰落抗干扰技术 l难点 移动通信中的组网技术、安全技术、抗衰落抗干扰技术l目的和要求 了解移动通信系统的组网制式、无线区群结构、信道选择方法理解多信道共用、频率复用概念掌握移动通信中的跟踪交换技术技术理解移动通信中的选路与接续过程了解移动通信中的安全技术掌握移动通信系统中常用的抗衰落抗干扰技术4l区域覆盖结构l组网制式l正六边形无线区群结构l移动通信网络结构和信道5l根据其接续、覆盖方式分成多重

2、结构无线小区基站区位置区MSC区PLMN区GSM服务区6l小区：一个基站或基站的一部分（扇形天线）所覆盖的区域。l基站区域：一个基站的所有小区所覆盖的区域。l位置区：MS可任意移动不需要进行位置更新的区域。位置区可由一个或若干个小区组成。lMSC区：一个MSC所管辖的所有小区共同覆盖的区域。一个MSC可由一个或若干个位置区组成。lPLMN服务区：若干个MSC区组成。l系统服务区：MS可获得服务的区域，无须知道MS实际位置而可马上通信的区域。可由若干个同标准公用移动电话网组成。7l按服务区覆盖方式可分为大区制小区制l大区制l小区制l小区形状的选择8l概念整个服务区内只设一个基站，负责区内联络与控

3、制R为分集接收台9l要求为增大服务区：天线架设要高；发射功率要大解决上行信号弱的问题：采用分集接收台l优点：设备简单，技术上易实现缺点：频谱利用率低，用户容量小 （所有MS采用不同频率）l适用：小城市或业务量不大的城市10l概念整个服务区划分为若干个小区，每个小区设一个基站，负责本小区的联络与控制，并在MSC的统一控制下，实现小区间转接与其他网络的联系适用：大容量移动通信系统11l优点服务区域缩小，同频复用距离减小，提高了频率利用率区域内用户数可灵活确定，小区的大小也可根据用户数灵活确定小区中用户数增大到一定程度，可实现“小区分裂”MS和BS发射功率减小，减小了相互间的干扰l缺点切换概率增加控

4、制交换复杂建网成本提高小区数增加，BS数增加12l服务区形状：线状、面状（无缝覆盖）l相同地形地物、全向天线圆形小区l规划设计中为邻接覆盖服务区，用圆内接正多边形代替圆(正三角形、正方形、正六边形)13小区形状正三角形正方形正六边形比较相邻小区的中心距离r大：BS间干扰小单位小区面积大：所需小区数少交叠区域距离r小：便于跟踪交换交叠区域面积小：同频干扰小最少频率个数643少：频率利用率高r2r32343r22r2332rr22r3223 . 1r22 r26 . 2r正六边形小区形状最佳，相互邻接构成蜂窝状网络结构14l无线区群的构成l激励方式15l无线区群（频率分配）从覆盖角度：无线小区无线

5、区群服务区由若干个无线小区构成，区群内使用不同频率，不同的区群可使用相同的频率16l构成条件能彼此邻接，同频小区中心间隔距离相等N=a2 +ab +b2(a、b均为正整数或0，但不能同时为0，或一个为0一个为1)例：a=1,b=1N=3 a=2,b=0N=4 a=2,b=1N=7 a=3,b=1N=9 17图2-5 各种单位无线区群的图形18l同频小区中心间隔距离距离同频复用保护距离D不产生同频干扰的最小距离同频复用时不产生同频干扰的条件 dg DNrdg319思考：如何选择无线区群的小区数N？ （1）N= a2 +ab +b2 （2） （3）在满足上述两个条件的情况下， 选N最小，频率利用率

6、最高。D3Nrdg20l类型中心激励-全向天线顶点激励-定向天线l三叶草形l120扇形l60扇形21定向天线的方向性提供了一定的隔离度，允许以较小的同频复用距离工作单位无线区群的N数减小；全向天线改定向天线可减小同频干扰22l无线区大小的确定（根据用户数灵活确定）设服务区容量密度均匀无线区大小相同，每个无线区分配的信道数相同实际容量密度不同市区用户密度高无线区小些，分配的信道数多些；郊区用户密度低无线区大些，分配的信道数少些23容量密度不等时区域划分24l小区分裂：一分三、一分四25l无线区域的划分依据（综合考虑）地形地物情况容量密度通信容量有效利用频谱26l无线区域覆盖结构l网络结构l信道2

7、7l从频率配置、覆盖角度：无线小区无线区群服务区l从控制角度：无线小区基站小区位置区MSC区PLMN服务区GSM业务区l目前主要网络结构：三级集中交换式网络结构（MSC、BS、MS）28l移动本地网的网络结构l移动通信网络和其他网络互联的原则l移动通信话路网与NO.7信令网的关系29l小规模、中规模、大规模本地网l本地网含义：具有相同长途区号网络结构中设备间连接关系 Pl移动侧：TMSC1、TMSC2-一、二级汇接中心 TMm、Tm-本地汇接局 GWm-移动网关 PSTN侧：GWp -固网网关lHLR：一般设一个，可增设MSC：可一个或多个lGMSC、TMSC可兼作MSC，与路由方式相关lGW

8、m和GMSC30l与其他网络的互连PSTN、PSPDN、CHINANETl原则：与其他网络之间应设接口局，接口局的数量应尽量少，可独立设置，也可兼设 (GWp、GWm) 为澄清网络结构，与其他网络间应逐步采用来去话汇接方式，接口局作为网间结算的计费点对来去话进行计费31l与NO.7的关系一般：TMSC1设HSTP TMSC2设LSTP MSC设SPGSM与NO.7的互联32l传输信息的通道（双向）有线信道、无线信道（根据媒介不同分）l无线信道：MS与BS间的一条双向传输通道FDD方式时双向使用分开的两个无线频率上行：MS BS下行：BS MSl双工间隔：上下行频率的差值l信道的含义模拟系统：信

9、道=频道（波道）-FDMA数字GSM：信道=时隙 -TDMACDMA： 信道=地址码 -CDMA33l频率资源l频谱管理l同频复用l多信道共用l多址技术l信道自动选择方式34l特殊资源不会用尽、不能储存不用与使用不当都是浪费l具有时间、空间、频率三维特性同一时间、同一地点不能重复使用不同时间或不同地点可重复使用l同频复用lTDMA（不同时间的频率重复使用）35l1.频谱管理管理机构l国际：ITUl国内：无线电管理委员会日常管理工作：审核频率使用的合法性；检查有害干扰；检查设备与系统的技术条件；考核操作人员的技术条件，登记业务种类，电台使用日期等。36频率分配的基本原则l频道间隔要求l公共边界的

10、频率协调原则l多频道共用、频率复用原则l共同遵守一些主要规则：双工间隔、频率分配、辐射功率、有效天线高度等 37影响频谱利用率的因素：l网路结构、频道带宽、用户密度、每用户话务量、呼损率、共用频道数等频谱利用率的定量评价：l在相同传输质量和相同呼损（阻塞）率前提下的频率利用率：Erl/(单位带宽3KHz.km2) 或 Erl/(Hz.m2)38频率（MHz）用途频率（MHz）用途825840（上行）870885（下行）CDMA（2G、3G）FDD19201935（上行）21102125（下行）CDMA2000（3G）FDD885915（上行）930960（下行）EGSM900（2G）FDD19

11、401955（上行）21302145（下行）WCDMA(3G)FDD17101785（上行）18051880（下行）GSM（DCS1800）（2G）FDD1880192020102025TD-SCDMA（3G）TDD39我国4G的TDLTE主要使用23002400MHz、25002690MHz频段l中国移动使用18801900MHz（原TD-SCDMA频段）、23202370MHz、25752635MHz；l中国联通使用23002320MHz、25552575MHz；l中国电信使用23702390MHz、26352655MHz。 40频道分配方法l小型专用网：分区分组的无三阶互调频道组的分配方

12、法l大型公用网：等频距的频道分配方法 41l同频干扰保护比C/I同频复用保护距离调整l邻道干扰保护比C/AAPCl载波偏离400KHz时的干扰保护比锁相环稳定载频l保护频带系统内：FDD双工间系统间不同系统间42l解决频率拥挤的方法开发新频段（频段有限）有效利用频率，提高频率利用率l同频复用l多信道共用43l同频复用同一载波的无线信道用于覆盖相隔一定距离的不同区域（相当于频率资源再生）即：小区制中间隔一定距离重复使用相同频率蜂窝移动通信网络由若干个无线小区构成，区群内使用不同频率，不同的区群可使用相同的频率假设每个群N个小区，则需N组频率同频复用须考虑同频干扰问题44l同频复用方式：43 、3

13、3、26、13方式 43方式指4个基站组成一个无线区群，每个基站3个扇区即至少需12个载频构成一个区群覆盖的频道组 因此，43方式也可表示为4/12方式复用越紧密，频率利用率越高但需考虑同频干扰问题选择复用方式需考虑网络具体情况45l频率紧密复用需注意的问题跳频方式、功控、DTX等抗干扰措施跳频点数频率加载率网络优化46l多信道共用的概念l话务理论l每频道容纳的用户数的估算47l占用信道方式独立信道方式多信道方式l多信道共用：多个用户共同享用多个信道48l（1）呼叫话务量A度量通话业务量或繁忙程度单位时间内呼叫次数与每次呼叫平均占时的乘积 A=Ct (Erl)1Erl：一个信道被连续占用1小时

14、的话务量一个信道的最大话务量多个信道或中继线上的话务量可能大于1Erl49类型l完成话务量A0l损失话务量AL ( AL=A-A0 ) 呼损：多信道共用时，由于用户数大于信道数， 多个用户同时需要通话时可能由于信道数 不够而使一部分用户不能通话，导致 呼叫失败l损失话务量：呼叫失败损失的话务量50l（2）呼损率B多信道共用时呼叫失败的概率B=(AL/A)100% =(CL/C)100% A、B在需求上是一对矛盾服务质量、用户需要B减小 需减小流入话务量需减小用户数51呼损率的计算l爱尔兰公式 条件：呼叫的随机性、同时间概率l爱尔兰呼损表：A、B、n的关系 n：共用信道数 niiniAnAB0!

15、52A B n 1%2%3%5%7%10%20%40.8691.0921.2591.5251.7482.0452.94551.3611.6571.8752.2182.5042.8814.01061.9092.2762.5432.9603.3053.7585.10972.5012.9353.2503.7384.1394.6666.23083.1283.6273.9874.5434.9995.5977.36993.7834.3454.7485.3705.8796.5468.522104.4615.0845.5296.2166.7767.5119.68553l（3）繁忙小时集中率K忙时：一天中最繁忙

16、的一小时非忙时：K=忙时话务量/全日话务量 54l（4）每用户忙时话务量A用户A用户=CTK/3600 (Erl/用户) C：每天平均呼叫的次数T(秒)：每次呼叫平均占用信道时间CK：可视为忙时呼叫次数专用系统：0.06 Erl/用户公用系统：0.01 Erl/用户55l每信道容纳的用户数： A/n表示一定呼损条件下，每信道平均话务量 n个信道容纳的总用户数： mn=A/A用户3600CTKnAAnAm用户56l多路复用发端：用专门的合路设备将多用户信号 合在一条路径上传输收端：用分路设备将各用户的信号分开适用于有线传输提高中继线路的利用率57l多址技术发端：给用户信息赋予不同的特征， 然后向

17、空中发射，自然合路收端：根据不同的特征，从空中提取自己的信号适用于无线传输提高频率利用率类型（不同特征）lFDMA（频率）lTDMA（时间）lCDMA（编码）lSDMA（空间方向）5859l概念：以频率区分不同的用户信号每个用户占用一个频道传输信息区别于FDD（频分双工） FDM（频分复用）l原理：发端：每个用户的信息调制到不同载频上传输收端：接收解调获取自己的信息60l特点：频率利用率低，系统容量有限每个频道一对频率，只可送一路话音信息连续传输。FDMA不需要复杂的成帧、同步和突发脉冲序列的传输，MS设备相对简单。技术成熟，易实现，但系统中多个频率信号易相互干扰，且保密性差 BS的共用设备成

18、本高且数量大每个信道需要一套收发信机 越区切换时，只能在话音信道中传输数字指令，要抹掉一部分话音而传输突发脉冲序列 l独立应用于模拟系统61l概念：以传输时间区分不同的用户信号每个用户占用一个频道的不同时间段传输信息区别于TDD（时分双工） TDM（时分复用）l原理：发端：每个用户的信息调制到一个载频上 在规定的时间段传输收端：在规定的时间段接收 解调获取自己的信息62l同步位同步(比特同步)帧同步系统定时l定时提前量TA为避免与下一时隙的信息重叠，根据估算的传播时延确定发射的提前时间。 与突发中的保护间隔有相同功能TA根据MS与BTS间距离而定，在MS与BTS间不断传送 63l特点少量发射机

19、可避免多发射机同时工作而产生互调干扰，抗干扰能力强，保密性好 不存在频率分配问题，对时隙的管理和分配简单而经济。对时隙动态分配，有利于提高容量，系统容量较FDMA大 空闲时隙可用来检测信号强度或控制信息，有利于加强网络的控制功能和保证MS的越区切换 需要严格定时与同步，以免信号重叠或混淆因为信道时延不固定 可提高频谱利用率，减少BS工作频道数，从而降低BS造价，方便非话业务的传输 lGSM中采用FDMA/TDMA方式64l概念：以不同编码特征区分不同的用户信号每个用户、信息、基站用不同的编码调制（地址调制）65l发端：不同用户信息用不同的地址码调制后传输收端：用与发送端相同的地址码解调获取自己

20、的信息66l频率利用率高使用相同频率，占用相同带宽，同时收发信号l容量大容量：CDMATDMAFDMACDMA约是TDMA的46倍 约是FDMA的20倍67l软容量特性高负荷时，适当降低通信质量提高系统容量；小区呼吸：高负荷小区可适当降低导频信号强度，使周边用户切换到相邻低负荷小区l软切换特性MS在切换时先不中断与原基站的连接，在与目标基站建立可靠通信后，再中断与原基站的通信一个MS可有多个BTS同时提供通信连接68l上下行功率控制GSM中利用APC对MS进行功率控制（上行）CDMA可对MS进行上行信号功率控制，也可对BTS进行下行信号功率控制l抗干扰、抗衰落、保密性好地址码调制（地址码的正交

21、性）扩频技术的应用69lCDMA中特有收端地址解调时须用与发端完全相同的地址码l作用：实现本地地址码与接收信号地址码的同步频率上相同，相位上一致70l原理两个阶段l捕获阶段：搜索发端信号，把发来的PN与本地PN在相位上纳入可保持同步的范围l跟踪阶段：PN的频率或相位有较小偏移时，系统都能自动调整，保持精确同步当收发端PN失步时，需重新捕获和跟踪71l实现过程：载频捕获伪码捕获伪码跟踪载频跟踪伪码捕获以载频捕获为前提：若载频偏差较大，则会导致解扩后输出辐度过小，无法判断收发PN的偏差；载频跟踪建立在伪码跟踪基础上：若PN码不同步，解扩后输出载噪比太低，导致锁相环无法锁定72l定向天线多波束天线l

22、概念：以不同空间方向性区分不同的用户信号每个用户占用不同的空间波束l原理：（波束赋形）根据来波方向角估算确定定向发射方向自适应阵列天线73l类型多波束天线自适应阵列天线l应用TDD方式易实现（上下行空间传播特性接近）FDD方式较难（上下行空间传播特性差异大）一般不单独使用例：TD-SCDMA74l专用呼叫信道方式专用呼叫信道l指定的专门用于呼叫的信道l作用：处理呼叫；指定话音信道优点：呼叫处理时间短适用大容量系统缺点：若在小容量系统中使用信道利用率低适用大容量系统75l循环定位方式l循环不定位方式l循环分散定位方式76l移动交换系统的特殊要求l位置登记l越区切换l漫游77l设备：数字程控交换机

23、（特殊要求）l程控交换软交换电路交换分组交换78l对移动交换机的特殊要求用户数据存储：鉴权、位置信息、漫游用户位置登记：有效寻呼和接入寻呼用户的信令系统识别及处理：有效寻呼和接入越区切换：通话不中断过荷控制：用户流动性、通信质量保证远距离档案存取：漫游、位置登记、鉴权、寻址路由控制：选路、切换79l概念：MS向BS发送报文表明自己所处位置的过程归属用户位置寄存器HLR、访问用户位置寄存器VLR中存储l位置区家区(归属区)-HLR被访区-VLR80l类型强制登记-开机或进入新的位置区周期性登记-表明MS仍处于工作状态l一齐呼叫概念：在有某MS的呼叫时，根据位置信息表明被呼用户在某个位置区，但不知

24、其所处的具体小区时，则位置区内所有基站一齐发出被呼移动台识别码MS在收到被呼信息后自动应答，其他由应答小区提供接续服务l延迟拨发：MS主叫时先拨号再按发射键发射81l概念通常：通话过程中，MS由一个小区进入另一个小区时，为保持通话不断，进行的频道转换空闲状态下的切换（控制信道）l类型根据控制区域划分l同一BSC下小区间的切换l同一MSC，不同BSC下小区间的切换l不同MSC小区间的切换82根据切换实现过程分l硬切换：在切换时先中断与原基站的通信，再建立与新基站的通信l软切换：在切换时先不中断与原基站的通信，与目标基站取得可靠通信后再中断与原基站的通信l接力切换：在切换过程中首先将上行链路转移到目标小区，而下行链路仍与原小区保持通信，经短暂时间的分别收发过程后，再将下行链路转移到目标小区 83l硬切换信号有短时中断（GSM中要求B （100倍以上） 占用频带宽度W； 原始信号带宽B扩频系统的频带宽度要求：处理增益Gp=W/Bl作用：提高系统的抗干扰能力，改善通信质量 常与CDMA系统结合使用146l依据：香农定理公式： C为系统容量； W为传输时占用频带宽度； S/N为信噪比 由公式可知：当所需容量确定时， 传输带宽增加，信噪