移动通信技术ch4v3-组网技术

1、移动通信技术主讲：刘琨办公地点：图书馆三楼信软学院办公室办公电话：6126732603E-mail: sailsmoon1本章思考1、有人说CDMA是第三代移动通信技术，对吗？为什么？2、新型多址技术有哪些？简述之。3、到国外漫游是否需要换手机？2移动通信组网技术多址技术区域覆盖和信道分配网络结构信令越区切换和位置管理3多址技术多址一个信道容纳一个用户，多个同时通话的用户,相互以信道来区分叫多址.多址接入的问题用户之间无线信道是如何连接的多址接入技术解决多址接入问题的方法多址接入方式多址接入方式是移动通信网体制范畴,关系到系统容量,小区构成,频谱和信道利用效率以及系统复杂性.基站的多路工作和移

2、动台的单路工作4多址接入方式表达式无线电信号可以表达为时间,频率和码型的函数s(c,f,t) = c(t) s(f,t)c(t):码型函数; s(f,t):时间和频率的函数多址接入方式的数学基础是信号的正交分割原理.5多址分类频分多址(FDMA):频道划分,频带独享,时间共享.6多址分类-TDMA 时分多址(TDMA):时隙划分,时隙独占,频率共享7多址分类-CDMA码分多址(CDMA):码型划分,时间和频率共享.8FDMAFDMA系统原理FDMA系统中的干扰问题FDMA系统的特点9FDMA系统原理频分双工FDD概念:每个用户占用一个信道,一个信道含一对频道前向信道:基站向移动台方向的信道反向

3、信道:移动台向基站方向的信道用户地址:频道号10FDMA的干扰问题互调干扰概念:系统内由于通过非线性器件(功率放大器)产生各种组合频率成分落入本频道接收机带通内造成对有用信号的干扰.解决办法:尽可能提高系统线性程度,并用无互调频率集.(频率规划)邻道干扰概念:相邻信道信号中产生的寄生辐射落入本频道带内造成对有用信号的干扰解决办法:采用旁瓣滚降更快的调制技术,加大频道间的隔离度.(频率规划)同频道干扰概念:相邻区群中同信道信号之间造成的干扰.解决办法:合理选定蜂窝结构与频率规划.11FDMA 的特点FDMA信道每次只能传送一个电话每个信道占用一对载频,相邻载频之间的间隔应满足传输信带宽的要求符号

4、时间与平均延迟扩展相比较很大,25kbps100kbps,码间干扰引起误码极小移动台较简单基站复杂庞大,重复设置收发信设备.FDMA系统,接收设备必须使用带通滤波器允许指定信道内信号通过,滤除其他频率信号越区切换较复杂和困难12TDMATDMA系统原理TDMA的帧结构TDMA系统的同步与定时13复用与多址的联系与区别复用：Multiplexing。复用把多路信号合并到一起进行传输。复用是对资源来说的，复用分时分、频分、码分等，复用是把资源分割供用户使用的方式。多址：Multiple Access。多址的对象是用户，是区分用户和用户的方式，每个用户使用不同的址来区分。多址肯定要复用，不同用户必须

5、占用不同的资源才能区分开来；但复用不一定多址，单个用户可以同时占用多个资源进行接收，比如在GSM或3G中一个用户占用多个频道、多个码道或多个时隙来提高传输速率就还是复用的概念。图14TDMA系统原理概念:每个用户占用一个时隙用户地址:时隙15TDMA的帧结构帧由时隙组成,时隙内传送的信号叫做突发(burst).典型帧长在几毫秒到几十毫秒之间,GSM系统的帧长为4.6ms(每帧8个时隙)TDMA/TDD系统中,某频率上一帧中一半的时隙用于前向链路;后一半用于反向链路，收发在相同频率上。TDMA/FDD系统中,一个帧,或者用于前向传送,或者用于反向传送,但前向和反向链路使用的载频和时间不同.前向和

6、反向时隙间设置几个延时时隙,以便用户单元中无须使用双工器.16TDMA时隙结构的设计考虑要素每帧时隙结构的设计考虑三个要素控制和信令信息的传输信道多径的影响系统同步解决上述问题的4个主要措施每个时隙内专门划出部分比特用于控制和信令信息地传输;为了便于接收端利用均衡器克服多径引起地码间干扰,在时隙中插入训练序列;上行链路的每个时隙留出一定的保护间隔;为了接收端同步,在每个时隙中传输同步序列.17TDMA时隙结构的设计考虑要素同步序列和训练序列可以分开也可合二为一18TDMA的特点突发传输的速率高,远大于语音编码速率,每路编码速率为R bit/s,共N个时隙,则此载波上传输速率大于NR bit/s

7、(同步开销)发射信号速率随N的增大而提高,如果到达100kbps以上,码间串扰将加大,必须采用自适应均衡,补偿传输失真.TDMA用不同的时隙发射和接收,因此不需要双工器.基站复杂性减小.N个时分信道共用一个载波.抗干扰能力强,频率利用率高,系统容量大.越区切换简单.TDMA中移动台是不连续的突发式传输,所以切换处理对一个用户单元来说很简单.19CDMA概念:基于码型结构分割信道,频率和时间共享码分多址以扩频信号为基础,利用不同码型实现不同用户的信息传输.扩频信号:经过伪随机序列调制的宽带信号,其带宽比原始信号带宽高几个量级.常用扩频信号有2类:跳频码分多址(FH-CDMA)直扩码分多址(DS-

8、CDMA)20跳频码分多址(FH-CDMA)每个用户根据各自的伪随机(PN)序列,动态改变其已调信号的中心频率.各用户的中心频率可在给定系统带宽内随机改变.该系统带宽通常比各用户的已调信号带宽宽地多.FH-CDMA类似于FDMA,但使用的频道是动态变化地.FH-CDMA中各用户使用的频率序列要求相互正交(或准正交),即在一个PN序列周期对应的时间区间内,各用户使用的频率在任一时刻都不相同21直扩码分多址(DS-CDMA)所有用户工作在相同的中心频率上,输入数据序列与PN序列相乘得到宽带信息.不同用户使用不同PN序列.PN序列相互正交,来区分不同用户.22CDMA系统的特点特点:多用户共享同一频

9、率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,较强的抗窄带干扰能力,对窄带系统的干扰很小23CDMA的2个重要问题CDMA信号的正交性不能保证,扩频码集的非零互相关系数会引起用户间的相互干扰(多址干扰)远近效应:移动台位置在动态变化中,基站接收信号相差很大.或者由于深衰落的存在会使到达基站信号强度各不相同,强信号对弱信号有明显的抑制作用,会使弱信号接收性能很差甚至无法通信.24SDMA概念:通过空间的分割来区别不同的用户.空间角度划分.时间/频率/码型共享基本技术:采用自适应阵列天线,在不同用户方向上形成不同的波束.自适应阵列天线有极小的波束和极快的跟踪速度.自适应天线提

10、供最理想的SDMA,提高在本小区内不受其他用户干扰的唯一信道.25三种系统容量的比较三种体制系统容量比较结果为:mCDMA=16mTACS=9m GSM以上容量比较, 是理想条件下得出的理论值.实际的CDMA系统容量比理论值有所下降.普遍看法,CDMA系统容量是模拟FDMA系统容量的810倍.26移动通信组网技术多址技术区域覆盖和信道分配网络结构信令越区切换和位置管理27区域覆盖在同一地点可同时工作的收发信机数目是有限的(如30),因此单个基站覆盖一个服务区可容纳的用户数是有限的.采用多个基站覆盖给定的服务区相同频率在相隔一定距离的小区中重复使用,只要使用相同频率的小区之间干扰足够小.下面对不

11、同类型的服务区讨论小区的结构和频率的分配。28带状网主要用于覆盖公路,铁路,海岸等双频制三频制从造价和频率资源利用而言,双频制最好,但是从抗同频干扰而言,双频制最差,因此一般考虑多频制.29带状网的同频干扰根据信号传输损耗与传输距离的四次方成正比,在最不利的情况下,得到同频干扰抑制比列表:30蜂窝网小区的形状区群的组成同频(信道)的距离小区的分裂中心激励与顶点激励31小区的形状由数学证明可知,要用多边形无空隙,无重复覆盖整个平面的区域,可取的形状只有以下三种.这三种形状中哪种最好?32三种形状小区的比较当服务总面积一定的情况下,正六边形小区形状最接近理想的圆形,用它覆盖整个服务器所需的基站数最

12、少,最经济.33区群的组成相邻的小区不能用相同的信道,为了保证同信道小区之间相隔足够的距离,附近若干个小区都不能用相同的信道,这些不同信道小区组成一个区群.组成区群的2个条件:区群之间可以邻接,且无空隙无重叠的覆盖邻接后的区群保证各个相邻同信道小区之间的距离相等经数学证明可得,满足以上两个条件的区群内的小区数应满足下式:N=i2 + ij +j234区群的组成35同频小区的距离确定同频小区的位置和距离的方法从某小区A出发,先沿边垂线方向跨j个小区,再左(右)转60,再跨i个小区到同信道小区A设小区的辐射半径为r,可算出同信道小区中心之间的距离为D=3(i2 + ij +j2) * r = 3N

13、*r可看出:N越大,同信道小区的距离就越远,抗同频干扰的性能也越好.36中心激励与顶点激励中心激励:小区中央,用全向天线形成圆形覆盖区顶点激励:基站在小区六边形的3个顶点上,每个基站采用3副120度扇形辐射的定向天线.顶点激励接收的同频干扰功率仅为采用全向天线系统的1/3,可减少同道干扰.37小区的分裂只有当用户密度均匀的情况下每个小区的大小可以是相同的.用户密度不均匀,在用户密度高的市中心小区面积小些,用户密度低的市郊区小区面积大一些.用户密度变大,小区面积变小.38信道(频率)配置解决将给定的信道(频率)如何分配给在一个区群的各个小区.CDMA系统需要信道配置吗?信道配置的方式:分区分组配

14、置法等频距配置法其他频率配置方法39分区分组配置法原则:尽量减少占用的总频段,提高频段利用率;同一区群不能使用相同的信道,避免同频干扰;小区内采用无三阶互调的相容信道组,避免互调干扰;若每个区群有7个小区,每个小区6个信道: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使用42个信道只占用42个频段,是最佳的分配方案.缺点:未考虑同一信道组中的频率间隔,可

15、能出现较大的邻道干扰.40等频距配置法原则:按等频率间隔来配置信道,频距足够大,可有效避免邻道干扰.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,避免互调干扰的产生.根据群内小区数N来确定同一信道组内各信道之间的频率间隔.例N =7,信道配置为: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优点:有效抑制邻道干扰和互调干扰.41其他频率配置方法动态配置法:随业务量的变化重新配置全部

16、信道.如果理想实现,频率利用率可提高20%50%但是及时算出新的配置方案，且能避免各类干扰,电台和天线共用器等装备也要能适应,这是十分困难的.柔性配置法:准备若干个信道,需要时向某个小区使用.控制比较简单,只要预留部分信道使各基站都能共用,可应付局部业务量变化的情况,较为实用.42移动通信组网技术多址技术区域覆盖和信道分配网络结构信令越区切换和位置管理43网络结构基本网络结构数字蜂窝移动通信网的网络结构44基本网络结构2种基本的通信链路移动用户-基站-交换机-固定网络-固定用户移动用户-基站-交换机-基站-移动用户基站与交换机之间，交换机与固定网络之间一般采用有线链路。通常每个基站要同时支持5

17、0路语音呼叫，每个交换机可以支持近100个基站，交换机到固定网络之间需要5000个话路的传输容量。45交换机的组成和基本原理交换机由交换网络，接口和控制系统组成。交换网络作用：在控制系统控制下，将任一输入线和输出线接通。46数字蜂窝移动通信网的网络结构组成部分:移动台(MS)基站分系统(BSS)基站控制器(BSC)基站收发信台(BTS)网络分系统（NSS）移动交换中心(MSC)归属位置寄存器(HLR)访问位置寄存器(VLR)设备标志寄存器(EIR)认证中心(AUC)操作维护中心(OMC)47通信设备各厂商份额2008年TD-SCDMA基地台市场占有率48通信设备各厂商份额2008年TD-SCD

18、MA基地台市场占有率49移动通信组网技术多址技术区域覆盖和信道分配网络结构信令越区切换和位置管理50信令在正常通话前后和过程中传输很多其他的控制信号,比如摘机,挂机,空闲音,忙音,拨号,振铃,回铃,频道分配,用户等级与管理,呼叫与应答,越区切换等信号和通信有关的一系列控制信号通称信令.用户信息直接通过通信网络由发信者传输到收信者.信令在通信网络的不同环节(基站,移动台,MSC等)之间传输,各环节处理分析并通过交互作用而形成一系列的操作控制,保证用户信息有效而可靠的传输.信令分2类:接入信令:用户到基站间的信令网络信令:网络节点之间的信令51接入信令Um接口协议栈第一层（最低层）L1是物理层。为

19、高层信息传输提供无线信道。第二层是数据链路层。为网络层提供必要的数据传输结构。第三层是网络层。管理链路连接，控制呼叫过程，以及移动管理和无线资源管理。根据信号形式不同数字信令音频信令52数字信号常用的信令格式:前置码(P):提供位同步信息,确定每一码位的起始和终止时间.字同步码(SW):也叫帧同步用于确定信息(报文)的开始位.地址和数据码(A或D):包括控制,选呼,拨号等信令.纠错码(SP):纠错码以降低信息传输速率为代价提高传输的可靠性.特点：速度快,容量大,可靠性高PSWA或DSP53音频信令用不同的频率或者频率组合表示信令.常用的信令种类单音频信令双音频信令多音频信令54单音频信令带内单

20、音频信令：用0.33kHz范围内不同的单音作为信令.例:SFD:F1至F8用于选呼.基站发F9表示信道忙,发F10表示信道空闲.要求:发端有多个不同的振荡器;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:每个单音需持续200ms左右,处理速度慢.55双音频拨号信令拨号信令是移动台主叫时发往基站的信号.43方式,就是市话网用户环路中用的双音多频(DTMF)方式.用高音群的一个单音和低音群的一个单音代表一个十进制数.优点:每次发送的两个单音频差大,易于检出;与市话兼容,不需转换,传送速度快;设备简单,性能可靠,成本低.#,*可以赋以他用.56网络信令常用的网络信令是7号信令,主要用于交

21、换机之间,交换机与数据库之间交换信息.577号信令的网络结构7号信令网络是与PSTN平行的独立网络.587号信令网络由3个部分组成：信令点(SP):发出和接收信令的设备,包括业务交换点(SSP)和业务控制点(SCP)信令链路信令转移点(STP)SSP:电话交换机,MSCSCP:提供增强型业务数据库，HLR或VLRSTP:在MSC和数据库之间中转SS7消息的交换机.7号信令网络的组成59移动通信组网技术多址技术区域覆盖和信道分配网络结构信令越区切换和位置管理60越区切换概念将当前正在进行的移动台与基站间的通信链路从当前基站转移到另一个基站的过程.越区切换分类:硬切换:新的连接建立以前,先中断旧的

22、连接.软切换:既维持旧的连接又同时建立新连接,并利用旧链路的分集合并改善通信质量,当与新基站建立可靠连接后再中断旧链路.越区切换包括3个方面的问题:越区切换的准则,何时需要进行越区切换;越区切换如何控制;越区切换时信道分配.61越区切换的准则根据移动台接收的平均信号强度.相对信号强度准则(准则1):在任何时间都选择具有最强接收信号的基站.具有门限规定的相对信号强度准则(准则2):仅允许移动用户在当前基站的信号足够弱(低于某一门限),且新基站的信号强于本基站的信号情况下,才进行越区切换.62具有滞后余量的相对信号强度准则(准则3):仅允许移动用户在新基站的信号强度比原基站强很多情况下进行越区切换

23、.防止“乒乓效应”具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则(准则4):仅允许移动用户在当前基站的信号电平低于规定门限并且新基站的信号强度高于当前基站一个给定之后余量时进行越区切换.63越区切换的控制策略越区切换控制包括2个方面:越区切换的参数控制越区切换的过程控制过程控制方式分3种:移动台控制的越区切换网络控制的越区切换移动台辅助的越区切换GSM,IS-95采用移动台辅助的越区切换64越区切换时的信道分配每个小区预留部分信道专门用于越区切换.那么新呼叫可用信道数会减少。由于从用户角度看,正在进行的通话中断比新呼叫阻塞更令人讨厌,因此使切换具有优选权,保留小区中所有可用信道的一小部分,专门为可能

24、要切换到该小区的通话所发出的切换请求服务.65位置管理2个主要任务位置登记在移动台实时位置信息已知情况下,更新位置数据库.呼叫传递在有呼叫给移动台的情况下,根据HLR和VLR中位置信息定位移动台.2个需解决的问题位置更新移动台如何发现位置变化及何时报告它的当前位置寻呼如何有效的确定移动台处于哪个小区66位置登记移动通信系统分若干登记区(RA,GSM中成为位置区LA).当一个移动台(MT)进入一个新的RA,位置登记的步骤:在管理新RA的新VLR中登记MT(T1)修改HLR中记录服务该MT的新VLR的ID(T2)在旧VLR和MSC中注销MT(T3,T4).67呼叫传递2个步骤:确定为被呼MT服务的

25、VLR确定被呼MT在访问哪个小区68位置更新和寻呼当用户进入一个新的RA,它将进行位置更新.当有呼叫要到达该用户时,将在该RA内进行寻呼,以确定移动用户在哪个小区范围内.位置登记区越大,位置变更频率越低,但每次呼叫寻呼的基站数目就越多.如果极限情况下,移动台每进入一个小区就发送一次位置更新信息,则用户位置更新开销非常大,但寻呼开销很小.69动态位置更新策略三种动态位置更新策略基于时间的位置更新策略:每个用户每隔T秒周期性更新其位置.基于运动的位置更新策略:移动台跨越一定数量的小区边界以后,移动台就进行一次位置更新.基于距离的位置更新策略:移动台离开上次位置更新时所在小区的距离超过一定值时,移动

26、台进行一次位置更新.基于距离的位置更新策略开销最大,要求移动台能有不同小区直接的距离消息,网络必须以高效方式提供消息.基于时间和运动的位置更新策略实现比较简单,用定时器或者运动计数器就可跟踪.70本章小结FDMA，TDMA，CDMA多址技术概念，原理，特点，容量比较区域覆盖，信道分配方法移动通信系统的结构和网络接口越区切换，位置更新基本原理71本章思考1、有人说CDMA是第三代移动通信技术，对吗？为什么？2、新型多址技术有哪些？简述之。3、到国外漫游是否需要换手机？72漫游费的问题国内自动漫游计费方法（全球通用户）在A地开户的13X电话漫游至B地：1、打B地普通电话：收漫游费0.5元每分2、打B地13X电话： 收漫游费0.5元每分3、打A地普通电话：收B