工学移动通信组网技术课件

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1、1,组织教学,复习提问：,导入新课：,授 新 课：,5分钟,70分钟,5分钟,分集技术：空间分集、时间分集、频率分集 合并方式：选择性合并、最大比值合并、等增益合并 干扰：邻道干扰、同频干扰、互调干扰,2,第四章 移动通信网组网技术,4.1 区域覆盖 4.2 区群的的构建 4.3 移动通信的网络结构 4.4 信令 4.5 蜂窝移动通信网络的频率规划 4.6 多信道共用技术 4.7 移动通信的交换技术 4.8 信道自动选择方式,3, 随着移动通信用户数量的不断增加，业务范围的不断扩大，频率资源和可用频道数之间的矛盾日益突出。采用蜂窝组网方式的目的在于解决常规移动通信系统频谱匮乏、容量小、服务质量

2、差和频谱利用率低等问题，以实现移动通信系统在大范围内有序的通信。 而组网过程中必须要解决移动通信的体制、服务区域的划分、区群的构成、移动网的组成、信道的结构、接入方式、信令、路由、接续和多信道共用等一系列问题，才能使网络正常运行。,4,4.1 区域覆盖,根据服务区域覆盖方式的不同可将移动通信网划分为大区制和小区制。 4.1.1 大区制移动通信网 大区制就是在一个服务区域(如一个城市)内只有一个或几个基站（Base Station，BS），并由它负责移动通信的联络和控制， 如图4-1所示。 通常为了扩大服务区域的范围， 基站天线架设得都很高， 发射机输出功率也较大(一般在200 W左右)， 其覆

3、盖半径大约为3050 km。,5,图4-1 大区制移动通信示意图,6,4.1.2 小区制（蜂窝）移动通信网 小区制就是把整个服务区域划分为若干个无线小区（Cell）， 每个小区分别设置一个基站， 负责本区移动通信的联络和控制。 同时， 又可在移动业务交换中心（MSC）的统一控制下， 实现小区之间移动用户通信的转接，以及移动用户与市话用户的联系。比如，可以把图4-1中的服务区域一分为七， 如图4-2所示。 每个小区（半径为220 km， 目前小的有13 km，有的城市为500 m）各设一个小功率基站(BS1BS7)，发射功率一般为520W， 以满足各无线小区移动通信的需要。,7,图4-2 小区制

4、(蜂窝)移动通信网,8,随着用户数的不断增加，无线小区还可以继续划小为微小区（Microcell）和微微小区（Picrocell）， 以不断适应用户数增长的需要。 在实际中， 用小区分裂（Cell Splitting）、 小区扇形化（Sectoring）和覆盖区域逼近（Coverage Zone Approaches）等技术来增大蜂窝系统容量。 小区分裂是将拥塞的小区分成更小的小区，每个小区都有自己的基站并相应的降低天线高度和减小发射机功率。 由于小区分裂提高了信道的复用次数， 因而使系统容量有了明显提高。 假设系统中所有小区都按小区半径的一半来分裂， 如图4-3所示，理论上，系统容量增长接近

5、4倍。 小区扇形化依靠基站的方向性天线来减少同频干扰以提高系统容量， 通常一个小区划分为3个120的扇区或是6个60的扇区。,9,图4-3 按小区半径的一半进行小区分裂示意图,10,采用小区制不仅提高了频率的利用率，而且由于基站功率减小，也使相互间的干扰减少了。此外，无线小区的范围还可根据实际用户数的多少灵活确定，具有组网的灵活性。采用小区制最大的优点是有效地解决了频道数量有限和用户数增大之间的矛盾。所以，公用移动电话网均采用这种体制。 但是这种体制在移动台通话过程中，从一个小区转入另一个小区时，移动台需要经常地更换工作频道。无线小区的范围越小，通话中切换频道的次数就越多，这样对控制交换功能的

6、要求就提高了，再加上基站数量的增加，建网的成本就提高了，所以无线小区的范围也不宜过小。通常需根据用户密度或业务量的大小来确定无线小区半径，目前，宏小区半径一般为15km左右。,11,4.1.3带状网 带状网主要用于覆盖公路、铁路、海岸线等，其服务区内的用户的分布呈带状分布，如图4-4所示。 图4-4带状网（有向天线辐射）,12,4.1.4.蜂窝网 a.小区形状：正六边形 b.区群（由不同信道的N个小区组成） 组成模式：满足 c.基站设置方式：中心激励、顶点激励 d.小区分裂,13,4.2 区群的构成与激励方式 4.2.1 区群的组成 区群组成要求： 无空隙覆盖全部服务区。 相邻同信道小区距离相

7、等，则同频道再用距离最大。 可以证明，满足以上要求的区群组成应满足下式,式中，N为区群内小区数；i、j 为正整数。 由此式得出的各种区群形状如图4-5所示：,14,4.2.2 同频道小区的距离 同频道(信道)小区距离 D（以 N=19, j3, i2 为例来推导）图4-6所示,15,中心激励,顶点激励,4.2.3 中心激励与顶点激励 图4-7 两种激励方式示意图,16,4.3 移动通信的网络结构 4.3.1 基本网络结构 基站通过网络结构传输链路和交换机相连，交换机再与固定的电信网络相连，形成移动用户基站交换机固定网络固定用户或移动用户基站交换机基站移动用户等通信链路。（见图4-8）,17,固

8、定网络,交换机,交换机,基站,移动台,图 4-8基本网络结构示意图,18,4.3.2 实例：GSM 网络结构,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BSC,BSC,MSC,MSC,VLR,HLR,AUC,EIR,VLR,OMC,PSTN,Um接口,A-bis接口,A接口,B接口,D接口,C接口,E接口,F接口,MS,T R A U,G接口,19,移动台（MS）,移动台包括车载台、便携式移动台和手机。其主要差别是功率大小不同。GSM900系统的移动台功率等级有5级：20W,8W,5W,2W,0.8W。DCS1800系统的移动台功率等级有2级:1W,0.25W。一个GSM移动台可以分成两

9、部分：一部分包括与无线接口有关的硬件和软件；另一部分包括用户特有的数据：用户识别模块（SIM）卡。它存储有用户识别号、位置信息和有关保密数据（如密钥）等。,各组成部分功能简介,20,基站收发信机（BTS）,BTS是移动台到网络的接口。一个BTS由无线收发信机及多块用于无线电接口的信号处理模块组成。 基站控制器（BSC） BSC的主要任务是实现频率管理以及BTS的控制和交换功能。BSC通过BTS和MS的远程命令对无线电接口进行管理，如无线信道安排和释放，切换的安排。,21,发送编码器和速率适配器单元（TRAU）,TRAU网络单元负责对16kb/s到 64kb/s的用户数据进行发送编码及速率适配。

10、 移动业务交换中心（MSC） MSC的主要功能是协调去GSM或来自GSM用户的呼叫。它由交换机及支持呼叫建立所需的几个数据库组成。,22,归属位置寄存器（HLR),HLR是用于移动用户管理的数据库，用于用户数据的存储、检索、提供移动用户漫游号，支持鉴权、位置登记等。 访问者位置寄存器（VLR） VLR包含所有当前在服务MSC中的移动用户的有关数据。 鉴权中心（AUC） AUC认证移动用户的身份及产生相应认证参数。,23,设备识别寄存器（EIR）,EIR是存储有关移动台设备参数的数据库。 操作和维护中心（OMC） OMC是网络操作维护人员对全网进行监控和操作的功能实体。,24,4.3.3 移动通

11、信空中接口协议模型,移动通信网络是由若干个基本部分组成，为了便于各部分之间的相互交换信息，各部分之间都要用接口进行连接，同一通信网络的接口，必须符合统一的接口规范。 移动通信的空中接口（无线接入部分）的协议和信令是按照分层的概念来设计的，空中接口包括无线物理层、链路层和网络层。链路层可进一步分为介质接入控制层和数据链路控制层。物理层是最底层。如图4-9所示。,25,图4-9 移动通信的空中接口协议模型,26,物理层（PHL）：确定无线电参数，如：频率、定时、功率、码片、比特或时隙同步、调制解调、收发信机性能等。物理层在介质接入控制的控制下，负责数据或数据分组的收发。 介质接入控制层（MAC）：

12、主要功能有介质访问管理和数据封装等。 数据链路控制层（DLC）：主要功能是为网络层提供非常可靠的数据链路。 网络层（NWL）：确定了用于链路控制、无线电资源管理、各种业务、面向连接的消息业务和移动性能管理的各种功能。,27,4.3.4 移动通信的信道结构,4.3.4.1 话音信道(VC),1. 检测音(SAT),在模拟蜂窝系统(AMPS和TACS)中，检测音(SAT)是指在话音传输期间连续发送的带外单音。MSC通过对SAT的检测，可以了解话音信道的传输质量。当话音信道单元发射机启动后， 就会不断在带外(话音频带为3003400 Hz)发出检测音(5970 Hz或6000 Hz或6030 Hz)

13、。SAT由BS的话音信道单元发出，经移动台MS环回。,28,2. 数据 在一定情况下，在话音信道上还可传递数据。 例如， 在越区切换时，通话将暂时中断(模拟蜂窝系统中一般要求限定在800 ms之内)，可利用这段时间在话音信道中，以数据形式传递必要的指令或交换数据。 3. 信号音(ST) 信号音为线路信号。它是由移动台发出的单向信号。例如，在BS寻呼MS过程中，如果BS收到MS发来的ST，就表示振铃成功。在切换过程中，原BS收到MS发来的ST信号，则表示MS对切换认可。 ST是带内信号， 一般在0300 Hz之间。,29,4.3.4.2 控制信道(CC),1. 寻呼 当移动用户被呼时，就在控制信

14、道的下行信道发起呼叫移动台信号，所以将该信道称为寻呼信道(PC)。 2. 接入 当移动用户主呼时，就在控制信道的上行信道发起主呼信号， 所以将该信道称为接入信道(AC)。 在控制信道中，不仅传递寻呼和接入信号，还传递大量的其他数据，如系统的常用报文、指定通话信道、重试(重新试呼)等信号。,30,课后小结：,移动通信的体制 区群的构成和激励方式:区群内小区数的计算，同频道小区距离的计算 移动通信的网络结构：组成部分和各部分的功能,31,课题内容：,教学目的：,教学方法：,重 点：,难 点：,能力培养：,课堂类型：,教 具：,数字信令、信道分配,信道配置,新授法、演示法,4.4 信令 4.5 蜂窝

15、移动通信网络的频率规划,让学生掌握信令的应用、移动通信系统信道分配,培养学生掌握信令及如何进行信道配置,讲授课,多媒体设备,32,组织教学,复习提问：,导入新课：,授 新 课：,5分钟,70分钟,5分钟,移动通信的体制 区群的构成和激励方式:区群内小区数的计算，同频道小区距离的计算 移动通信的网络结构：组成部分和各部分的功能,33,4.4 信令,4.4.1 信令的概念 在移动通信网中，除传输用户信息之外，为使整个网络有序地工作，还必须在正常的通话的前后和过程中传输很多其他的控制信号，如摘机、挂机和忙音等以及移动通信网中所需的信道分配、用户登记和管理、呼叫与应答、越区切换和发射机功率控制等等信号

16、。这些与通信有关的一系列控制信号称为信令。信令是移动通信系统内部实现自动控制的关键。其作用是保证用户信息有效且可靠地进行传输。,34,4.4.2 信令分类 信令主要有以下两种分类方式： 按信令功能可分为控制信令、选呼信 令、拨号信令三种； 按信令形式分类，可分为模拟信令和数字信令两大类。,35,（1）控制信令,控制信令用来控制基地台与移动台之间信道的连接、断开以及移动台无线信道的转换。此 外，还用来作为监控和状态显示。它包括各种状态监视信号、空闲信号、分配信道、拆线、强插、强拆、限时、位置登记、遥毙、报警信令等。 信令可以利用专用信令信道传输，也可以通过话音信道传输。,36,（2）选呼信令 选呼信令用来控制移动台按自己的身份码接入系统，它包括单呼、组呼、群呼信令等。一个集群通信系统拥有许多移动