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1、移动通信,第 3 章 组网技术基础,内 容 介 绍,3.1 移动通信网的基本概念 3.2 移动通信环境下的干扰 3.3 区域覆盖和信道配置 3.4 同频干扰对系统容量的影响 3.5 多信道共用技术 3.6 网络结构 3.7 信令 3.8 系统的移动性管理,3.5 多信道共用技术,多信道共用：在网内的的大量用户共享若干个无线信道，其原理是利用信道被占用的间断性，使许多用户能够合理地选择信道，以提高信道利用率。19世纪末由丹麦数学家爱尔兰提出。现在用他的名字作为话务量强度的单位。,共用的基本概念 按需分配 （1）当用户提出服务要求时，系统为其分配信道； （2）当用户不需要服务时，信道被释放。,3.
2、5 多信道共用技术,多信道共用方式相对于独立信道方式而言，可以明显地提高信道利用率。例如，一个无线小区内n个信道，对用户分别指定一个信道，不同信道内的用户不能互换信道，这就是独立信道方式。当某一个信道被某一个用户占用时，则在他通话结束前，属于该信道的其他用户都处于阻塞状态，无法通话。但是，与此同时，一些其他信道却处于空闲状态，而又得不到运用。这样一来，就造成有些信道在紧张排队，而另一些信道却处于空闲状态，从而导致信道得不到充分利用。,3.5 多信道共用技术,如果采用多信道共用方式，即在一个无线小区内的n个信道，为该小区所有用户共用，则当k(kn)个信道被占用时，其他需要通话的用户可以选择剩下的
3、任一空闲信道通话。因为任何一个移动用户选取空闲信道和占用信道的时间都是随机的，所以所有信道同时被占用的概率远小于单个信道被占用的概率，因此，多信道共用明显提高了信道的利用率。,3.5 多信道共用技术,在同样多的用户和信道情况下，多信道共用的结果使用户通话的阻塞概率明显下降。当然，在同样多的信道和阻塞概率下，多信道共用可使用户数目明显增加；但也不是无止境的，否则将使阻塞概率增加而影响通信质量。那么，在保持一定通信质量的前提下，采用多信道共用技术，一个信道究竟平均分配多少用户才合理？这就是下面要讨论的话务量和呼损问题。,3.5.1 话务量与呼损,一、话务量的定义,C：每小时平均呼叫次数(包括呼叫成
4、功和呼叫失败的次数)； t0 ：每次呼叫平均占用信道的时间。,话务量是度量通信系统业务量或繁忙程度的指标。其性质如同客流量，具有随机性，只能用统计方法获取。所谓呼叫话务量A，是指单位时间内(1h)的平均电话交换量，它可用下面的公式来表示：,一、话务量的定义,例：设在100个信道上，平均每小时有2100次呼叫，平均每次呼叫时间为2分钟，则这些信道上的呼叫话务量为：,如果t0以小时为单位，则话务量A的单位是爱尔兰(Erlang，占线小时，简称Erl)。如果在一个小时内不断地占有一个信道，则其呼叫话务量为1Erl。这是一个信道所能完成的最大话务量。,二、呼损率,当多个用户共用时，通常总是用户数大于信
5、道数。因此，会出现许多用户同时要求通话而信道数不能满足要求的情况。这时只能先让一部分用户通话，而让另一部分用户等待，直到有空闲信道时再通话。后一部分用户虽然发出呼叫，但因无信道可用而不能通话，称为呼叫失败。在一个通信系统中，呼叫失败的概率称为呼损率，用B表示。,二、呼损率,设A为呼叫成功的话务量(简称完成话务量)， C为一个小时内的总呼叫次数，C0为一个小时内呼叫成功的通话次数，则完成话务量A为：呼损率B为：式中，A- A为损失话务量。所以，呼损率的物理意义是损失话务量与呼叫话务量之比的百分数。,二、呼损率,显然，呼损率越小，成功呼叫的概率越大，用户就越满意。因此，呼损率也称为系统的服务等级(
6、Grade of Service, GOS)。例如，某系统的呼损率为10%，即说明该系统内的用户平均每呼叫100次，其中有10次因信道被占用而打不通电话。但是，对于一个通信网来说，要想使呼损率减小，只有让呼叫流入的话务量减少，即容纳的用户数少一些，这是不希望的。可见，呼损率和话务量是一对矛盾，即服务等级和信道利用率是矛盾的。,爱尔兰公式,上式就是电话工程中的Erlang公式。如已知呼损率B，则可根据上式计算出A和n的对应数量关系，见表3-5(工程上称为爱尔兰B表，P72)。,假设呼叫具有以下性质： 1）每次呼叫相互独立，互不相关(呼叫具有随机性)，且到达时间服从泊松分布； 2）呼叫请求的到达无
7、记忆性；用户占用信道的时间服从指数分布；系统中可用信道数为n。则呼损率B可计算如下：,忙时话务量：一天中最忙的那个小时(即忙时)中每个用户的平均话务量(Aa)。一天中不同时段的话务量是有区别的，可分为忙时和非忙时。 因此，在考虑通信系统的用户数和信道数时，应采用忙时平均话务量。因为只要在忙时信道够用，非忙时肯定不成问题。集中系数(K)忙时话务量与全日话务量之比；一般取7%15%。,三、每个用户忙时话务量(Aa),每个用户忙时话务量的表达式：C：每一用户每天平均呼叫次数；T：每次呼叫平均占用信道的时间(单位为s)；K：忙时集中系数,三、每个用户忙时话务量(Aa),三、每个用户忙时话务量(Aa),
8、例如，每天平均呼叫3次，每次的呼叫平均占用时间为120s，忙时集中系数为10%，则每个用户忙时话务量为0.01 Erl/用户。一些移动电话通信网的统计数值表明，对于公用移动通信网，每个用户忙时话务量可按0.010.03 Erl计算；对于专用移动通信网，由于业务的不同，每个用户忙时话务量也不一样，一般可按0.030.06 Erl计算。当网内接有固定用户时，它的Aa高达0.12 Erl 。一般而言，车载台的忙时话务量最低、手机居中、固定台最高。,3.5.2 多信道共用的容量和信道利用率,系统所能容纳的用户数M每个信道所能容纳的用户数 m,在多信道共用时，容量有两种表示法：,在一定呼损条件下，每个信
9、道的m与信道平均话务量成正比，而与每个用户忙时话务量成反比。,3.5.2 多信道共用的容量和信道利用率,多信道共用时，信道利用率是指每个信道平均完成的话务量，即,若已知B和n，则根据表3-5可得出A的值，然后根据上式可求出。,3.5.2 多信道共用的容量和信道利用率,例：某移动通信系统一个无线小区有10个信道，每天每个用户平均呼叫次数为15次，每次占用信道平均时间为80s，呼损率要求10，忙时集中系数为0.1。问该无线小区能容纳多少用户？（1）查表3-5，可得A7.551 Erlang （2）求每个用户的忙时话务量（3）求系统能容纳的用户数,3.5.2 多信道共用的容量和信道利用率,例：当呼损
10、率为1%时，10个信道所支持的话务量与2组5个信道以及10组单个信道支持的话务量一样吗？10个信道所支持的话务量为4.46 Erlangs2组5个信道可支持的话务量为21.36 = 2.72 Erlangs 10组单个信道可支持的100.01 0.1 Erlangs,由此可知，在相同的信道数和呼损率的条件下，多信道共用与单信道共用相比，信道利用率明显提高。多信道共用技术是提高信道利用率的一种重要手段。,3.6 数字蜂窝移动通信网的网络结构,3.6.1 基本网络结构3.6.2 2G移动通信网的网络结构,3.6.1 基本网络结构,移动通信的基本网络结构如下图所示。基站通过传输链路和交换机相连，交换
11、机再与固定的电信网络相连，这样就形成移动用户基站交换机固定网络固定用户或移动用户等不同情况的通信链路。,3.6.1 基本网络结构,基站与交换机之间、交换机与固定网络之间可采用有线链路（如光纤、同轴电缆、双绞线等），也可以采用无线链路（如微波链路、毫米波链路等）。这些链路上常用的数字信号形式有两类标准：一类是北美和日本的标准系列(T-1/T-1C/T-2/T-3/T-4)，可同时支持24/48/96/672/4032路数字话音；另一类是欧洲及其他大部分地区的标准系列(E-1/E-1C/E-2/E-3/E-4)，可同时支持30/120/480/1920/7680路数字话音的传输。通常每个基站要同时
12、支持50路话音呼叫，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。,3.6.1 基本网络结构,在蜂窝移动通信网中，为了便于网络组织，将一个移动通信网分为若干个服务区，每个服务区又分为若干个MSC区，每个MSC区又分为若干个位置区，每个位置区由若干个基站小区组成。一个移动通信网由多少个服务区或多少个MSC区组成，取决于移动通信网所覆盖地域的用户密度和地形地貌等。多个服务区的网络结构如下图所示。每个MSC(包括移动电话端局和移动汇接局)要与本地的市话汇接局、本地长途电话交换中心相连。MSC之间需互连互通才可以构成一个功能完善的网络。,3.6.1 基本网络结构,
13、3.6.1 基本网络结构,有线通信网上的两个终端每次成功的通信都包括三个阶段，即呼叫建立、消息传输和释放，蜂窝移动通信网的交换技术也包括这三个过程。但是，移动通信网络中使用的交换机与常规交换机的主要不同除了要完成常规交换机的所有功能外，它还负责移动性管理和无线资源管理(包括越区切换、漫游、用户位置登记管理等)。原因在于以下两点：一是移动用户没有固定位置，所以在呼叫建立过程中首先要确定用户所在位置，其次在每次通话过程中，系统还必须一直跟踪每个移动用户位置的变化；二是蜂窝系统采用了频率复用和小区覆盖技术，所以在跟踪用户移动过程中，必须会从一个无线小区越过多个无线小区，从而发生多次越区频道切换问题，
14、以及不同网络间切换或不同系统间切换的问题。这些问题也就是移动性管理和无线资源管理问题。所以说蜂窝移动通信的交换技术要比有线电话系统的交换技术复杂。,3.6.2 2G移动通信网的网络结构,在模拟蜂窝移动通信系统中，移动性管理和用户鉴权及认证都包括在MSC中。在2G移动通信系统中，将移动性管理、用户鉴权及认证从MSC中分离出来，设置原籍位置寄存器(HLR)和访问位置寄存器(VLR)来进行移动性管理，典型的网络结构如下图所示。,3.6.2 2G移动通信网的网络结构,每个移动用户必须在HLR中注册。HLR中存储的用户信息分为两类：一类是有关用户的参数信息，例如用户类别，向用户提供的服务，用户的各种号码
15、、识别码，以及用户的保密参数等。另一类是关于用户当前位置的信息(例如移动台漫游码、VLR地址等)，以及建立至移动台的呼叫路由。VLR是存储用户位置信息的动态数据库。当漫游用户进入某个MSC区域时，必须向与该MSC相关的VLR登记，并被分配一个移动用户漫游号(MSRN)，在VLR中建立该用户的有关信息，其中包括移动用户识别码(MSI)、移动台漫游号(MSRN)、所在位置区的标志以及向用户提供的服务等参数，这些信息是从相应的HLR中传递过来的。MSC在处理入网和出网呼叫时需要查询VLR中的有关信息。一个VLR可以负责一个或若干个MSC区域。网络中设置认证中心(AUC)进行用户鉴权和认证。,3.6.
16、2 2G移动通信网的网络结构,认证中心是认证移动用户的身份以及产生相应认证参数的功能实体。这些参数包括随机号码RAND、期望的响应SRES(Signed Response)和密钥Kc等。认证中心对任何试图入网的用户进行身份认证，只有合法用户才能接入网中并得到服务。在构成实际网络时，根据网络规模、所在地域以及其他因素，上述功能实体可有各种配置方式。通常将MSC和VLR设置在一起，而将HLR、EIR(设备标志寄存器)和AUC台设于另一个物理实体中。在某些情况下，MSC、VLR、HLR、AUC和EIR也可合设于一个物理实体中。,3.6.2 2G移动通信网的网络结构,为了适应移动数据业务和多媒体业务的发展，3G移动通信网络结构发生了变化。从业务角度看，在电路域业务方面，3G除了提供2G的所有业务之外，还要提供2G网络难以提供的业务，如多媒体可视电话业务；在分组域业务方面，3G网络提供了更加丰富的业务，如网上冲浪、视频点播、移动办公和信息娱乐等。下图给出了R99(第三代移动通信标准化组织3GPP所制定标准的版本号)的3G网络结构示意图，其中Node B对应于2G系统的基站收发信机(BTS)，RNC对应2G系统的基站控制器(BSC)，RNS对应于 2G系统的基站子系统(BSS)。,
