通信原理第六章

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1、第第6 6章章 频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 第第6 6章章 频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网6.1 概述概述6.2 系统控制及其信令系统控制及其信令 思考题与习题思考题与习题 第第6 6章章 频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 6.1.1 发展简况发展简况 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。6.1 概概 述述第第6 6章章 频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 表表 6 - 1

2、模拟蜂窝系统一览表模拟蜂窝系统一览表第第6 6章章 频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 6.1.2 系统结构系统结构 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(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。 每个移动用户在其常驻地的MTSO经过登记注册即可入网， 此移动电话交

3、换局称作归属(或原籍)移动电话交换局(如MTSOA)， 经它所登记的移动用户称为本地用户。 当移动台进入另一个移动电话交换局所管辖区时， 该移动电话交换局(如MTSOB)称为被访问移动电话交换局， 来访的移动用户称为漫游用户。第第6 6章章 频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 图 6 - 1 蜂窝网移动电话系统结构 第第6 6章章 频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 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

4、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。 第第6 6章章 频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 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。第第6

5、6章章 频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 6.1.3 主要功能主要功能 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。 第第6 6章章 频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 采用小区制频率再用技术，当基站采用全向天线时， 一个区群由 12 个小区组成， 频率再用

6、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。第第6 6章章 频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 6.2.1 系统的控制结构系统的控制结构 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。6.2 系统控制及其信令系统控制及其信令第第6 6章章 频分多址频分多址

7、( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 图 6 - 2 蜂窝系统的控制结构 第第6 6章章 频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 由图 6 - 2 可见， 系统中既有无线信道， 又有有线信道，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。

8、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。第第6 6章章 频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 图 6 - 3 蜂窝系统的信道类型第第6 6章章 频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 6.2.2 控制信号及其功能控制信号及其功能 1. 监测音监测音SAT(Supervisory Audio Tone) 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

9、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。 第第6 6章章 频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 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。 第第6 6章章 频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 图 6 - 4 监测音的配置 第第6 6章章

10、频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 2. 信令音信令音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。第第6 6章章 频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网

11、 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， 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。 第第6 6章章 频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 表表 6 - 2 移动台摘机移动台摘机/挂机信号表挂机信号表 第第6 6章章 频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 3. 定位与过境切换定位与过境切换 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

12、， 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。第第6 6章章 频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 图 6 - 5 过境切换过程第第6 6章章 频分多址频分多址(

13、(FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 4. 寻呼与接入寻呼与接入 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。第第6 6章章 频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 5. 冲突退避冲突退避 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

14、道的信令中每隔 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。第第6 6章章 频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 思考题与习题思考题与习题 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?第第6 6章章 频分多址频分多址( (FDMA) FDMA) 模拟蜂窝网模拟蜂窝网 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?