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1、第6章 频分多址(FDMA) 模拟蜂窝网,6.1 概述 6.2 系统控制及其信令 思考题与习题,6.1 概 述,6.1.1 发展简况 模拟蜂窝网是在20世纪 80 年代迅速发展并得到广泛应用的一种移动通信系统。 其代表性的系统如表 6 - 1 所示。,表 6 - 1 模拟蜂窝系统一览表,6.1.2 系统结构 通常， 在一个大型蜂窝网移动电话系统中有若干个移动电话交换局(MTSO)， 也称作移动交换中心(MSC)。 图 6 - 1 示出由两个移动电话交换局构成的蜂窝网移动电话系统结构。 这种类型的网络系统常称作公共陆地移动网(PLMN)。 每一个MTSO均与公用电话交换网(PSTN)和所属基站(
2、BS)连接， 其连接方式通常有电缆、 光纤或数字微波线路等， 它们之间都有相应的接口标准。,图 6 - 1 蜂窝网移动电话系统结构,由图 6 - 1 可见， 蜂窝网移动电话系统本身由三大部分组成， 即移动电话交换局(MTSO)、 基站(BS)和移动台(MS)。 其中， MTSO(或MSC)是基站与市话网之间的接口， 是蜂窝网控制中心， 它不仅具有一般程控交换机所具有的交换、 控制功能， 还具有适应移动通信特点的移动性管理功能， 以完成移动用户主呼或被呼所必需的控制。,每个基站主要由基站控制器和多部信道机等组成， 信道机的数量取决于基站同时与移动台通话的数目， 它们以频分多址方式工作， 对每个用
3、户使用一对不同的双工频率进行发射和接收信号。 基站信道机主要由发射机、 接收机组成， 控制器用于与移动电话局、 移动台进行信令交换和控制。 每个基站还配有定位接收机， 监测移动台位置， 以便为越区切换服务。,6.1.3 主要功能 表 6 - 1 所列的各种蜂窝网移动通信系统均具有下列主要功能： 具有与公用电话网进行自动交换的能力。 双工通信， 话音质量接近市话网标准。 双向自动拨号， 包括移动用户与市话用户间的直接拨号以及移动台之间的直接拨号。, 用户容量大， 一个系统一般能为几万个用户提供服务， 还能适应业务增加需要， 通过小区分裂以扩充容量。 采用小区制频率再用技术， 当基站采用全向天线时
4、， 一个区群由 12 个小区组成， 频率再用率为 1/12， 其频道分配方法是等频距法， 以尽可能减少邻道干扰。, 具有自动过境切换频道技术， 切换时间小于 20 ms。 设备通用性较强， 通常基站、 移动台等设备在网络覆盖范围内可以通用。 各地之间可以连网， 具有自动漫游功能。,6.2 系统控制及其信令,6.2.1 系统的控制结构 无论是AMPS系统还是TACS系统， 其系统控制都涉及公用市话网、 移动电话局、 基站和移动台之间的话音和信令的传输与交换。 蜂窝系统的控制结构如图 6 - 2 所示。,图 6 - 2 蜂窝系统的控制结构,由图 6 - 2 可见， 系统中既有无线信道， 又有有线信
5、道， 而且都有话音信道和控制信道之分。 话音信道主要用于传送话音， 而控制信道专用于传送控制信令。 因为控制信道是为建立话音信道服务的， 所以也把控制信道称作建立信道。 通常， 从基站(BS)至移动台(MS)的传输信道称为前向(或下行)信道， 包括前向话音信道和前向控制信道； 反之， 从MS至BS传输的信道称为反向(或上行)信道， 它也包括反向话音信道和反向控制信道。 基站与移动电话交换局之间可分为有线数据线路和有线话音线路。 上述信道的分类示于图 6 - 3。,图 6 - 3 蜂窝系统的信道类型,6.2.2 控制信号及其功能 1. 监测音SAT(Supervisory Audio Tone)
6、 监测音用于信道分配和对移动用户的通话质量进行监测。 当某一话音信道要分配给某一移动用户时， BS就在前向话音信道上发送SAT信号。 移动台检测到SAT信号后， 就在反向话音信道上环回该SAT信号。 BS收到返回的SAT信号后， 就确认此双向话音信道已经接通， 即可通话。,为了提高监测音的可靠性， 避免与话音信号相互间干扰， AMPS系统和TACS系统均采用话音频带外的 5970、 6000 和 6030 Hz三个单音作为监测音。 每个区群使用其中一个监测音， 相邻区群分别使用另外两个监测音。 例如， 由 7 个小区组成的区群， 其监测音的分配如图 6 - 4 所示。,图 6 - 4 监测音的
7、配置,2. 信令音ST(Signalling Tone) 信令音在移动台至基站的反向话音信道中传输， 它是 10 kHz的音频信号。 信令音的主要用途如下： 第一， 当MS收到BS发来的振铃信号时， MS在反向话音信道上向BS发送ST信号， 表示振铃成功， 一旦移动用户摘机通话， 就停发ST信号； 第二， 移动台在过境切换频道前， 在MTSO控制下， BS在原来的前向话音信道上发送一个新分配的话音信道的指令，MS收到该指令后， 就发送ST信号以表示确认。,根据上述SAT和ST信号的有无， 可以判断MS处于摘机还是挂机状态， 如表 6 - 2 所示。 例如， 当基站收到移动台环回的SAT信号时，
8、 同时又收到ST， 则表示移动台处于挂机状态； 若只收到环回的SAT信号， 而未收到ST， 则表明此时移动台已摘机。,表 6 - 2 移动台摘机/挂机信号表,3. 定位与过境切换 在移动台通话过程中， 为其服务的基站定位接收机不断监测来自移动台的信号电平， 当发现环回的监测音SAT的电平低于某一指定值SSH(Signal Strength for Handoff Request), 即信号电平降至请求过境切换的强度时， 立即告知MTSO， MTSO当即命令邻近的BS同时监测该移动台的信号电平， 并立即把测量结果向MTSO报告。 MTSO根据这些测量结果， 就可判断移动台驶入了哪个小区， 上述过
9、程就称为定位。 通过定位， 就能确定是否需要以及如何进行过境切换。 过境切换的过程如图 6 - 5 所示。,图 6 - 5 过境切换过程,4. 寻呼与接入 所谓“寻呼”， 是指当市话用户呼叫某一个移动用户时， MTSO通过某一个基站或位置区内的多个基站甚至所有基站发出呼叫信号， 包括被呼用户号码以及话音信道指配代号等。 这些寻呼信号是在前向控制信道上发送的。,5. 冲突退避 由于移动台的主呼是随机的， 因此若一个无线区内有两个以上移动台同时发起主呼， 就会因争用控制信道而发生冲突现象。 为此， 系统需要为减少冲突而建立一种退避规则。 AMPS和TACS系统采用的办法是： 在前向控制信道的信令中
10、每隔 10 位发一个忙/闲标志位。 当控制信道“忙”时， 该比特位为“0”； 当控制信道“闲”时， 该比特位为“1”。 移动台在反向控制信道中发出预告信息， 表示要占用控制信道后， 继续观察前向控制信道的忙/闲位。 如果基站同意它占用， 就将忙/闲位从“闲”改置为“忙”， 同时也告诉了其它移动台此控制信道已被占用。,思考题与习题,1. 表 6 - 1 所列的各种模拟蜂窝系统的主要区别有哪些? 各种系统之间能否实现漫游? 2. TACS系统中话音频偏为 9.5 kHz， 能否采用AMPS系统的 12 kHz话音频偏? 试定量分析其原因。 3. 蜂窝网移动通信系统有哪些主要功能? 其中的预拨号方式(或称呼前拨号)有何优越性?,4. 某手机的灵敏度为 -110 dBm, 若接收机输入阻抗为 50 ， 试求出相应的以电压表示的灵敏度。 5. 蜂窝系统中有哪些信道类型， 各有何特点? 在话音信道中传输哪些控制信令? 6. 过境切换的含义是什么? 试简述过境切换的工作过程。 7. SAT信号有何作用? 为何选用 5970、 6000和 6030 Hz三种类型的监测音?,
