移动通信电子课件教案-第5章_组网技术

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1、第5章 组网技术 第5章 组网技术 5.1 概述5.2 多址技术 5.3 区域覆盖和信道配置 5.4 网络结构5.5 信令 5.6 越区切换和位置管理 第5章 组网技术 5.1 概 述 本章要解决的主要问题： （1）用户如何共享给定的无线频谱资源-多址技术（2）服务区应设置多少基站及基站如何分配频率资源-区域覆盖技术（3）用户、基站、移动网、固定网如何互联互通-移动通信的网络结构（4）越区切换和移动性管理（5）用户、移动网、固定网如何交换控制信息-信令系统第5章 组网技术 5.2 多址技术 u多址技术的定义：在蜂窝移动通信系统中，多个MS要同时通过一个BS与其他用户进行通信，需要对不同的MS和

2、BS之间通信的信号赋予不同的特征，使BS能从众多的MS信号中区分是哪个用户发出的信号，而各MS也能识别出BS发出的多个信号中哪个是发给自己的。解决该问题的方法称为多址技术。第5章 组网技术 u多址技术和多路复用技术的区别与联系： 都属于信道复用技术 多路复用技术：指有线电话通信中，利用呼叫、交换、接续、应答的方式，使用“交换机”对集中到交换局的用户信号分割，可以使分布在各地的多个用户通话而互不影响。 多址技术：指无线通信中，对在同一无线电信道内所传输的无线电已调波信号进行多址分割，BS(MS)共用无线频率进行相互之间的多点通信。5.2 多址技术 第5章 组网技术 5.2 多址技术u 多址技术的

3、分类 频分多址(FDMA) Frequency Division Multiple Access 时分多址(TDMA) Time 码分多址(CDMA) Code 空分多址（SDMA）Space .多光束频率复用。它通过标记不同方位的相同频率的天线光束来进行频率的复用。 随机多址(CSMA/CD)Carrier Sense MA/Collision Dection第5章 组网技术 5.2 多址技术频分多址(FDMA)u定义：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。思考任意两个MS以FDMA/FDD方式进行 通信时至少需要几个频道？第5章 组网技术 例：GS

4、M900890915935960上行fi下行Fi1、中国移动GSM占用的频段：890-908 （上行） 935-953 （下行）中国联通GSM占用的频段：909-915 （上行） 954-960 （下行）频道间隔为：200KHz收发间隔为：45MHz f1fn F1Fn上行：下行：第5章 组网技术 图51 FDMA的频道划分方法 f1fnF1Fn第5章 组网技术 5.2 多址技术频分多址(FDMA)u应用：模拟FM移动通信系统（北美的AMPS和英国的TACS）.u信道带宽：通常等于传输一路模拟话音所需的带宽，如25kHz或30kHz。u双工方式：在单纯的FDMA系统，通常采用频分双工(FDD)

5、的方式来实现双工通信，即接收频率f 和发送频率F是不同的。 注：为了使得同一部电台的收发信机之间不产生干扰，收发频率间隔|f-F|必须大于一定的数值。例如，在800MHz频段，收发频率间隔通常为45MHz。第5章 组网技术 话务量u话务量的定义：话音通信中，业务量的大小。u流入话务量：单位时间(1小时)内平均发生的呼叫次数和每次呼叫平均占用信道时间(含通话时间)S的乘积。记作：式中：的单位是(次/小时)；S的单位是(小时/次)；两者相乘而得到A是一个无量纲的量，单位为“爱尔兰”(Erlang)。 第5章 组网技术 例：已知 1 小时内平均发生呼叫的次数为(次)，求得: A(爱尔兰) = S(小

6、时/次)(次/小时) A：是平均1小时内所有呼叫需占用信道的总小时数。 1爱尔兰：表示平均每小时内用户要求通话的时间为1小时。例如：全通信网平均每小时发生20次呼叫，平均每次呼叫的通话时间为3分钟，求该通信网的流入话务量。 解： = 20(次/小时)爱尔兰 所以 第5章 组网技术 u完成话务量A0：单位时间内成功呼叫的次数为0(0) ，乘以每次呼叫平均占用的信道时间。记作：u损失话务量:流入话务量A与完成话务量A0之差。u呼损率B:损失话务量占流入话务量的比率即为呼叫损失的比率。 话务量第5章 组网技术 话务量u呼损率 呼损率B：也称为通信网的服务等级(或业务等级)。 例如，某通信网的服务等级

7、为0.05(即B=0.05)，表示在全部呼叫中未被接通的概率为5%。 呼损率与流入话务量（一对矛盾）：对于一个通信网来说，要想使呼叫损失小，只有让流入话务量小，即容纳的用户少些，这又是所不希望的。第5章 组网技术 u完成话务量的性质与计算设在观察时间T小时内，全网共完成C1次通话，则每小时完成的呼叫次数为 完成话务量即为 式中，C1S即为观察时间T小时内的实际通话时间。 话务量第5章 组网技术 T时间内的实际通话时间：从信道的占用角度看：若总的信道数为n ，而在观察时间T 内有i(in)个信道同时被占用的时间为ti(tiT)，则实际通话时间为 话务量Pi在总的n个信道中，有i个信道同时被占用的

8、概率第5章 组网技术 例如，某通信网共有8个信道，从上午8时至10时共两个小时的观察时间内，统计出i个信道同时被占用的时间(小时数)如表 5 - 1 所示。问：在这两个小时的时间里平均每小时有几个信道被同时占用？ （或问流入话务量为多少？）表 5 - 1 (爱尔兰)I012345678ti0.10.20.30.40.20.10.10.10.1说明：在总共8个信道中，在2小时的观察时间内平均每小时有 3.5个信道同时被占用。第5章 组网技术 u呼损率的计算 u每信道每小时的平均被占用时间为3.5/8=0.4375小时。因为一个信道的最大可容纳的话务量是1爱尔兰，因此它的平均信道利用率就是43.7

9、5%。u信道利用率：用每小时每信道的完成话务量来计算工程计算式 话务量第5章 组网技术 表 52 呼损率和话务量与信道数及信道利用率的关系 第5章 组网技术 表 52 呼损率和话务量与信道数及信道利用率的关系 第5章 组网技术 u 用户忙时的话务量与用户数 每个用户在24小时内的话务量分布是不均匀的，网络设计应按最忙时的话务量来进行计算。 最忙1小时内的话务量与全天话务量之比称为集中系数，用k表示，一般k=10%15%。 每个用户的忙时话务量a：设通信网中每一用户每天平均呼叫次数为C(次/天)，每次呼叫的平均占用信道时间为T(秒/次)，集中系数为k，则每用户的忙时话务量为 话务量第5章 组网技

10、术 例如:C=3(次/天)，T=120(秒/次)，k=10%，求（1）用户忙时话务量：（2）若流入话务量为A Erl,问全网可以容纳的用户数。解：（1）（2）全网的用户数为=0.01(爱尔兰/用户)（3）每信道可以容纳的用户数：第5章 组网技术 表 5 3 用户数的计算 以a=0.01(爱尔兰/用户)计算出每信道的用户数如表 5 - 3 所示(在a值不同时，则需另行计算)。 第5章 组网技术 例：某移动通信系统，每天每个用户平均呼叫10次，每次占用信道 平均时间为80秒，呼损率要求10%，忙时集中率为0.125。问给 定8个业务信道能容纳多少用户？ 解： 根据呼损的要求及信道数，求总话务量A；

11、可以利用公式 ，也可查表5-2。已知n8，求得A=5.597 Erl. 求每个用户的忙时话务量a；a=CTK/3600=0.0278 Erl/用户 求系统所容纳的用户数:A/a=5.597/0.0278 = 205.8用户206用户求每个信道能容纳的用户数m:m = =205.8/8=25.7第5章 组网技术 v对于使用多信道共用方式的系统，每个无线小区内m个 用户共用n个信道，通常mn，那么对移动台来说，也就 存在着一个如何自动选择信道的问题，也就是小区内的信 道管理问题。u空闲信道的选取方式： 专用呼叫信道方式(或“共用信令信道”方式)； 标明空闲信道方式。 空闲信道的选取第5章 组网技术

12、 专用呼叫信道方式 定义：在给定的多个信道中，选择一个 信道专门用作呼叫。移动用户只要不在 通话时就停在这呼叫信道上守候。 该信道有两个作用：一是处理呼叫；二 是指配话音信道。MSBS下行信道 寻呼信道上行信道 接入信道专用信道第5章 组网技术 专用信道1发空闲信号MSCBS移动交换中心 （Mobile Switching Center）基站BS （ Base Station）第5章 组网技术 专用信道1发空闲信号MSCBSMS1MS2MSn第5章 组网技术 专用信道1发对MS1的 寻呼信号MSCBSMS1MS2MSn若有其他用户呼叫MS1,则第5章 组网技术 专用信道1寻呼成功，指定可 用信

13、道如信道3MSCBSMS1MS2MSn第5章 组网技术 专用信道1MSCBSMS1MS2MSn信道3发空闲信号第5章 组网技术 对于专用信道呼叫方式，为了减小同抢概率 ，要求专用呼叫信道处理一次呼叫过程所需 的时间很短，一般为几百毫秒甚至更短，这 样一个信道就可以处理成百上千个呼叫。适用场合：采用数字信令的大容量通信系统 。对于信道数目小于12的小容量移动通信系 统不适合。目前的蜂窝电话系统就采用这种 方式。第5章 组网技术 空闲信道的选取u 标明空闲信道方式：不设置专门的呼叫信道，所有信道都可供通话，选择呼叫与通话在同一信道上进行。 “循环定位”：基站在某一空闲信道上发空闲信号，所有未通话的

14、移动台都自动对所有信道进行循环扫描，收到空闲信号，则定位于该空闲信道上。 “循环不定位”：基站在所有空闲信道上都发空闲标志信号，不通话的移动台始终处于循环扫描状态。 “循环分散定位”第5章 组网技术 循环定位方式定义：系统中没有专用的呼叫信道，而 是由BS临时指定一个信道做呼叫信道， 并在这个信道上发空闲信号，而所有空 闲的移动台通过信道扫描，停留在发空 闲信号的信道上，一旦有寻呼成功，该 信道就成为一个业务信道，基站再另选 空闲信道作为临时呼叫信道发空闲信号 ，空闲的移动台自动转到新的临时信道 上守侯（定位）。第5章 组网技术 BS信道1信道2信道n.信道n-1第5章 组网技术 BS信道1信

15、道2信道n.信道n-1发空闲信号MS1MS2MSn第5章 组网技术 BS信道1信道2信道n.信道n-1发对MS2的寻呼信号MS1MS2MSn发应答信号第5章 组网技术 BS信道1信道2信道n.信道n-1MS2接入该信道通话MS1MS2MSn发空闲信号第5章 组网技术 特点：呼叫信道是临时的，不断变化的，呼 叫信道一旦转为通话信道，BS要重新确定 某空闲信道为临时呼叫信道，发空闲信号。 而移动台收不到空闲信道就不断进行信道扫 描。这种方式信道利用率高，接续快；但同 抢概率大。适用场合：小容量系统。第5章 组网技术 循环不定位方式 定义：基站在所有空闲信道上都发空闲信号， 网内未通话的移动台自动扫

16、描信道，随机停靠 在就近的空闲信道上（不定位）。当基站呼叫 移动台时，选择一个空闲信道发时间足够长的 保持信号（其他空闲信道停发空闲信号），而 后发选呼信号，网内移动台收不到空闲信号就 要重新进入扫描状态，一旦扫到保持信号就在 该信道上等候被呼，一旦呼叫成功，被呼移动 台就在该信道上接入服务，其他移动台进入信 道扫描状态。第5章 组网技术 BS空闲信道1信道2信道n空闲信道n-1发空闲信号发空闲信号MS1MS3MSn-4MSn移动台主呼时， 搜索定位才能呼叫第5章 组网技术 BS空闲信道1信道2信道n空闲信道n-1发保持信号后,发选 呼信号 如对MS3MS1MS3MSn-4MSn移动台被呼时，发保