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1、移动通信课件第三章移动通信基本原理和技术Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望组网技术多址技术多址技术区域覆盖区域覆盖网络结构网络结构信令信令越区切换和位置管理越区切换和位置管理多址技术1.BS如何识别用户？2.用户如何识别BS发给自己的信号？BSMS1MS2MS3多个用户共多个用户共享信道，区享信道，区分用户的方分用户的方式称为多址式称为多址技术技术解决办法解决办法多址技术：多址技术：不同用户台要有各自的特征不同用户台要有各自的特征基站发出的信号也要赋予不同的特征基站发出
2、的信号也要赋予不同的特征信号的差异可以表现在某些参数上：信号的差异可以表现在某些参数上：信号的差异可以表现在某些参数上：信号的差异可以表现在某些参数上： 如信号的工作频率、出现时间、具有的特定码序如信号的工作频率、出现时间、具有的特定码序如信号的工作频率、出现时间、具有的特定码序如信号的工作频率、出现时间、具有的特定码序列列列列三种基本多址类型：三种基本多址类型：三种基本多址类型：三种基本多址类型：频分多址（频分多址（频分多址（频分多址（FDMAFDMAFDMAFDMA） 时分多址（时分多址（时分多址（时分多址（TDMATDMATDMATDMA） 码分多址（码分多址（码分多址（码分多址（CDM
3、ACDMACDMACDMA）频率资源有限的情况下，提高通信系统的容量频率资源有限的情况下，提高通信系统的容量频率资源有限的情况下，提高通信系统的容量频率资源有限的情况下，提高通信系统的容量频分多址（FDMA）以频道来区分用户YYFDMAFDMA就是将给定的频谱资源划分成若干等间隔的频道（信道），就是将给定的频谱资源划分成若干等间隔的频道（信道），供不同用户使用，供不同用户使用，每个用户占用一个频道通话。每个用户占用一个频道通话。YY在在模拟模拟蜂窝移动通信系统中，采用的多址方式即蜂窝移动通信系统中，采用的多址方式即FDMAFDMA思考：在模拟蜂窝移动通信中，一个小区的用户思考：在模拟蜂窝移动通
4、信中，一个小区的用户可以用相同的频率么？可以用相同的频率么？BSMS1MS2f1f1f2f2 * * 基站能同时收发多个频率的信号基站能同时收发多个频率的信号基站能同时收发多个频率的信号基站能同时收发多个频率的信号 * * 两两两两MSMS间通信必须经基站中转，需间通信必须经基站中转，需间通信必须经基站中转，需间通信必须经基站中转，需4 4个频道实现双工个频道实现双工个频道实现双工个频道实现双工 * * 频道是频道是频道是频道是动态动态动态动态地分配的地分配的地分配的地分配的FDMA系统的工作示意图：采用FDMA方式的主要特点：每个频道只能传一路业务信息频率分配工作复杂，基站重复设置收发信道设
5、备多频道信号互调干扰严重频率利用率低，容量小移动通信系统的频段使用FF 各双工方式的工作频段的收发频率间隔：各双工方式的工作频段的收发频率间隔：下行信号下行频率高上行频率低上行信号GSMGSM频率配置频率配置我国我国900900MHzMHz数字数字蜂窝移动通信蜂窝移动通信GSMGSM： 上行频率范围：上行频率范围：上行频率范围：上行频率范围：890890MHz915MHzMHz915MHz 下行频率范围：下行频率范围：下行频率范围：下行频率范围：935935MHz960MHzMHz960MHzGSMGSM移动通信网相邻信道间隔移动通信网相邻信道间隔200200KHzKHz，共有频点共有频点12
6、5125个。个。 中国移动：中国移动：中国移动：中国移动：195195频点频点频点频点 中国联通：中国联通：中国联通：中国联通：9612596125频点频点频点频点移动通信系统的频段使用BSMS上行信号上行信号下行信号下行信号收发保护频段收发保护频段f1 f2 f3fnf1 f2 f3fnBSMS收发间隔收发间隔f增大增大B BBBBBBBB B用户FDMA的频道划分：时分多址（TDMA）以时隙来区分用户TDMATDMA是把一个频道按等时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干是把一个频道按等时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙，个时隙，每一用户占用不同的时隙进行通信。每一用户占用不同的时
7、隙进行通信。GSMGSM蜂窝移动通信中，即采用了蜂窝移动通信中，即采用了TDMATDMA的多址方式。的多址方式。t帧帧1帧帧2ft1 t2t5t8 t1 t2t5t8 t1 t2t5帧帧Frame 4.615ms时隙时隙577577ususTime slotBSMS1MS2MS3f1tt1t1t1f1tt2t2t2tf1t5t5t5f1下行（同一小区）BSMS1MS2MS3t1t2t5t帧帧1帧帧2f2t1 t2t5t1t2t5t1 t2t5f2f2f2上行（同一小区）思考一下：思考一下：1. 1. 用户通话时是否会感到断续？用户通话时是否会感到断续？2. 2. 同一小区的两个用户通话，需要同
8、一小区的两个用户通话，需要多少个频点？多少个频点？时分多址的特点：基站可只用一部发射机，避免互调干扰容易进行时隙的动态分配必须有精确的同步和定时$CDMACDMA通信系统中，为每一用户的信号采用不同通信系统中，为每一用户的信号采用不同的正交码来区分，接收时用相关器对特定码型解的正交码来区分，接收时用相关器对特定码型解码。码。$在美国在美国CDMACDMA蜂窝系统中采用，在第三代移动通蜂窝系统中采用，在第三代移动通信（信（3 3GG）中也采用中也采用CDMACDMA的多址方式的多址方式码分多址（CDMA）以正交码来区分用户时间时间码码频率频率code所有用户可以在同一时刻，占用相同频段，进行通信
9、。MS1BSMS2MS3f2f1C1f1(f2)tf1(f2)C2f1(f2)C3tt其他使用不同码型的信号不能被解调多址干扰码分多址的特点：系统容量大抗干扰和纠错能力强，话音质量好无需保护间隔能软切换，无需频率分配和管理，保密性强，低功耗区域覆盖与信道配置区域覆盖与信道配置 移动通信的体制根据服务区覆盖方式的不同移动通信的体制根据服务区覆盖方式的不同可分为：可分为：v大区制大区制v小区制小区制移动通信网的体制大区制移动通信网的体制大区制一个服务区内只设置一个基地站，由它负责移动通信的联络和控制BSBSRRRRf1f1f2f2f3f3f4f4MS1MS1MS2MS2移动通信网的体制小区制整个服
10、务区有若干个基地站MSCMSCBS1BS1BS2BS2BS4BS4BS3BS3MS1MS1MS2MS2MS3MS3MS4MS4f1f1f2f2f2f2f1f1f3f3f4f4f4f4f3f3区域覆盖和信道配置 根据服务对象、地形及干扰等因素：根据服务对象、地形及干扰等因素：带状服务区带状服务区面状服务区面状服务区区域覆盖区域覆盖区域覆盖带状服务区 用户的分布呈带状，按纵向排列覆盖。用户的分布呈带状，按纵向排列覆盖。A AB BA AB B面状服务区是指服务区内用户的分布呈一宽广的平面。是指服务区内用户的分布呈一宽广的平面。区域覆盖面状服务区 为什么面状服务区的最佳组成形式是正六边形？蜂窝网基站
11、使用全向天线，覆盖范围是圆形要无缝覆盖，则圆形有交叠，则真正的覆盖区域是圆内接正多边形比较五方面： 相邻小区的中心间距d基地站间干扰 单位小区面积 基地站数量 交叠区宽度 跟踪 交叠区面积 同频干扰 所需最少频率个数 频率利用率正六边形小区中心间距最大，单位小区面积最大，交叠区宽度最小，交叠区面积最小，所需频率最少。蜂窝式移动通信系统 既然有同频干扰，为什么还采用蜂窝式移动通信呢？既然有同频干扰，为什么还采用蜂窝式移动通信呢？频率资源有限情况下增加用户容量的需求频率资源有限情况下增加用户容量的需求正六边形无线区群的构成构成条件构成条件激励方式激励方式小区模型小区模型直放站直放站正六边形无线区群
12、的构成条件 蜂窝式移动通信网：蜂窝式移动通信网：由若干个邻接的正六边形小区构成一个无线区群，即由若干个邻接的正六边形小区构成一个无线区群，即单位无线区群，再由单位区群彼此邻接形成整个服务单位无线区群，再由单位区群彼此邻接形成整个服务区域。区域。单位无线区群中的小区使用不同频率，以防同频干扰。单位无线区群中的小区使用不同频率，以防同频干扰。 单位无线区群的构成满足：单位无线区群的构成满足：（1 1）若干单位无线区群彼此邻接无缝覆盖整个服务区）若干单位无线区群彼此邻接无缝覆盖整个服务区（2 2）相邻无线区群中的同频小区的中心间距相等且最大。）相邻无线区群中的同频小区的中心间距相等且最大。满足以上条
13、件的单位无线区群中的小区个数为： N=i2+ij+j2 N为小区的个数，i、j均为正整数，其中一个可以为0f1f2f3f1f2f3f1f2f3f4f1f2f3f4f1f2f3f4f5f6f7f1f2f3f4f5f6f7N=3N=3N=4N=4N=7N=7D Dg gD Dg gD Dg g在系统中，若Dg大，则同频干扰小，通信质量好，但频率利用率就低。 通信质量和频率利用率是相互矛盾的。通信质量和频率利用率是相互矛盾的。实际中，在保证通信质量的前提下，使频率利用率最大，即选择最小的N正六边形无线区群的激励方式中心激励方式：中心激励方式： 基地站在小区中心基地站在小区中心基地站在小区中心基地站在
14、小区中心 全向天线覆盖无线小区全向天线覆盖无线小区全向天线覆盖无线小区全向天线覆盖无线小区顶点激励方式：顶点激励方式： 正六边形不相邻的三个顶点上设立基地站正六边形不相邻的三个顶点上设立基地站正六边形不相邻的三个顶点上设立基地站正六边形不相邻的三个顶点上设立基地站 采用定向天线采用定向天线采用定向天线采用定向天线扇区扇区sector 小区小区cell 由于顶点激励由于顶点激励采用定向天线，采用定向天线，所以对同频干扰所以对同频干扰有一定的抑制作有一定的抑制作用，从而用，从而可以较可以较可以较可以较小距离进行同频小距离进行同频小距离进行同频小距离进行同频复用复用复用复用，提高了频，提高了频率利用
15、率，对简率利用率，对简化设备，降低成化设备，降低成本都有好处。本都有好处。正六边形无线区群的小区分裂正六边形无线区群的小区分裂对蜂窝网而言，初期采用对蜂窝网而言，初期采用中心激励方式中心激励方式工作，工作，当用户数和话务量均增时，就可当用户数和话务量均增时，就可缩小无线小缩小无线小区区的方法来满足用户的需求。这就是的方法来满足用户的需求。这就是小区分小区分裂裂。两种方案：两种方案： 1 1：3 3分裂方式（可用原基地站位置）分裂方式（可用原基地站位置）分裂方式（可用原基地站位置）分裂方式（可用原基地站位置） 1 1：4 4分裂方式（需增设新的基地站）分裂方式（需增设新的基地站）分裂方式（需增设
16、新的基地站）分裂方式（需增设新的基地站） 实际的移动通实际的移动通信网用户分布是不信网用户分布是不均匀的均匀的,所以小区划所以小区划分和信道数应灵活分和信道数应灵活分配。分配。 在闹市区在闹市区,无线无线小区面积小一些小区面积小一些,信信道数多一些道数多一些,较密。较密。 在郊区在郊区,小区面小区面积大一些积大一些,信道数少信道数少一些，较疏。一些，较疏。实际的区群划分实际的区群划分1.本地网的结构2.区域联网的网络结构区域联网后，区域内的业务仍然通过原本地网，区域外的业务则通过移动汇接局联到外部。汇接局通常设在省会或是经济中心。越区切换和位置管理越区切换和位置管理定义：通话过程中，当MS从一
17、个小区移动到另一个小区时，为了保证移动用户的不中断通信需要进行的信道切换称为越区切换。一般是根据移动台接收信号载波电平、载干比C/I（质量）、移动台到基站的距离等判断是否需要越区切换越区切换（handover）越区切换需注意的问题：越区切换的准则越区切换如何控制越区切换时的信道分配有关的指标：越区切换的失败率、通信中断概率、越区切换的速率、通信中断时间间隔、越区切换的时延越区切换的类型：硬切换：建立新的连接以前，中断旧的连接。容易发生掉话软切换：当与新基站建立可靠连接以后再断掉旧的连接。用于CDMA系统中越区切换的准则通常是根据移动台接收的信号强度来决定是否进行切换。基站1基站2时间门限1门限
18、2门限3A B CD越区切换准则：相对信号强度准则具有门限规定的相对信号强度准则具有滞后余量的相对信号强度准则具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则越区切换控制策略：移动台控制的越区切换网络控制的越区切换移动台辅助控制的越区切换GSM的切换采用移动台辅助切换法，MS、基站和MSC共同参与完成。位置管理位置管理GSM网络中采用两个数据库来对用户信息进行管理，包括用户的位置信息。位置管理包括： 位置登记 位置更新1） 位置登记v定义：移动网络为了跟踪移动台的位置变化，而对其位置信息进行登记、删除和更新的过程，也称位置注册。v位置信息存储在HLR和VLR中v通常，GSM系统被划分许多位置区，对应不
19、同位置区识别码BTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBSCBSCBSCBSCBSCBSCVLRVLRMSCMSCVLRVLRMSCMSCHLRHLRLA1LA1LA2LA2LA3LA3LA4LA4三种位置更新q移动台开机时的位置登记q当移动台从一个位置区进入另一个新的位置区时，移动系统所进行的常规位置更新q在一定的特定时间内，网络与移动台没有发生联系时，移动台自动地、周期地与网络取得联系，核对数据的周期性位置更新。 1）开机位置登记v移动台首次进入GSM网，先要通过MSC把用户的相关信息存放在HLR中进行登记注册，如IMSI、MSISDN、位置信息
20、等。v移动台开机，搜索广播控制信道查询位置区识别码，发现与原来的位置区不同则要通过基站发位置更新请求。v位置登记后才能进行通话2）常规位置更新过程v移动台漫游到新的位置区，发现收到的位置区识别码改变，向新MSC申请位置登记（IMSI）。新VLR向HLR查询用户数据，分配MSRN并告之。HLR修改用户信息以备GMSC查询提供路由，并告诉原位置区VLR删除用户信息。MS新MSC新VLR原VLRHLR位置登记请求更新位置登记询问MS的IMSI“询问IMSI”的响应查询MS有关参数，并分配MSRN“查询参数”的响应，并存储MSRN位置信息注销更新位置登记确认位置登记请求确认3)周期性位置更新周期位置用来周期性地通知网络每个MS的可用性。当网络在特定的时间内没有收到来自移动台任何信息，在这种情况下网络无法知道移动台所处的状态。为此，系统强制MS进行周期位置更新。
