移动通信第章

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1、第2章 移 动 通 信 网 第2章 移 动 通 信 网 2.1 引言引言 2.2 移动通信体制移动通信体制 2.3 移动通信的信道结构移动通信的信道结构 2.4 移动通信网的频率配置移动通信网的频率配置 2.5 移动通信环境下的干扰移动通信环境下的干扰 2.6 蜂窝移动通信网络的频率规划蜂窝移动通信网络的频率规划 2.7 多信道共用技术多信道共用技术 2.8 移动通信的交换技术移动通信的交换技术 2.9 信道自动选择方式信道自动选择方式 第2章 移 动 通 信 网 2.1 引引 言言 移动通信网就是承接移动通信业务的网络，主要完成移动用户之间、移动用户与固定用户之间的信息交换。这里的“信息交换

2、”不仅仅指双方的通话业务，还包括数据、传真和图像等通信业务。 一些移动通信网，直接向社会公众提供移动通信业务， 与公共交换电话网（PSTN）联系密切，并经专门的线路进入公共交换电话网，我们称之为公用移动电话网。 也有的移动通信网是一些专用网，并不对公众开放，不进入电话网，或与PSTN的互连较少。例如，工业企业中的无线电调度网、公安指挥、交通管理、海关缉私、医疗救护等部门使用的无线电话网，通常称为专用的移动通信网。 第2章 移 动 通 信 网 2.2 移动通信体制移动通信体制2.2.1 大区制移动通信网大区制移动通信网 图图2-1 大区制移动通信示意图大区制移动通信示意图 第2章 移 动 通 信

3、 网 2.2.2 小区制（蜂窝）移动通信网小区制（蜂窝）移动通信网 图图2-2 小区制小区制(蜂窝蜂窝)移动通信网移动通信网 第2章 移 动 通 信 网 图图2-3 按小区半径的一半进行小区分裂示意图按小区半径的一半进行小区分裂示意图 第2章 移 动 通 信 网 2.3 移动通信的信道结构移动通信的信道结构 2.3.1 话音信道话音信道(VC) 1. 检测音检测音(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 H

4、z)发出检测音(5970 Hz或6000 Hz或6030 Hz)。SAT由BS的话音信道单元发出，经移动台MS环回。 第2章 移 动 通 信 网 2. 数据数据 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030

5、0 Hz之间。 第2章 移 动 通 信 网 2.3.2 控制信道控制信道(CC) 1. 寻呼寻呼 当移动用户被呼时，就在控制信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。 第2章 移 动 通 信 网 2.4 移动通信网的频率配置移动通信网的频率配置 表表2-1 我国无线电委员会分配给蜂窝移动通信系统的频率我国无线电委员会分配给蜂窝移动通信系统的频率

6、系统或使用部门系统或使用部门 上行频率上行频率/MHz 下行频率下行频率/MHz 中国联通CDMA 825835 870880 中国移动GSM室内分布系统885890 930935 中国移动GSM900 890909 935954 中国联通GSM900909915 954960 中国移动DCS1800 17101720 18051815 中国联通DCS1800 17451755 18401850 第2章 移 动 通 信 网 2.5 移动通信环境下的干扰移动通信环境下的干扰 2.5.1 同频道干扰同频道干扰 1. 同频道干扰保护比指标同频道干扰保护比指标 接收机输出端有用信号达到规定质量的情况下

7、，在接收机输入端测得有用射频信号与同频无用射频信号之比的最小值， 称为同频道干扰保护比。 对于模拟蜂窝移动通信网， 其同频道干扰保护比指标规定如下： 第2章 移 动 通 信 网 （1） 静态同频道干扰保护比。 对于三级话音质量其下限信噪比为14 dB。 对应的有用信号与干扰信号之比为8 dB。 所以，为了维持三级话音质量下限， 静态同频道干扰保护比要求大于等于8 dB。 对于四级话音质量其下限信噪比约为25 dB。为了维持四级话音质量下限，静态同频道干扰保护比要求大于等于12 dB。 （2） 同频道干扰概率。 同频道干扰概率规定为10%。 第2章 移 动 通 信 网 （3）考虑衰落影响、 干扰

8、概率和静态射频保护比后的同频道干扰保护比。 当有快衰落和慢衰落时，通常的做法是在静态同频道干扰保护比（P）上加上同频道干扰余量（ZP），即P+ZP（dB）。 表2-2列出干扰概率为10%时的P+ZP值。 表表2-2 干扰概率为干扰概率为10%时的时的P+ZP话音等级 P/dB ZP/dB P+ZP/dB L=6 dBL= 12dBL=6 dBL=12 dB三级话音质量 814.522.822.530.8四级话音质量 1214.522.826.534.8第2章 移 动 通 信 网 2. 同频道复用保护距离系数同频道复用保护距离系数D/r 图2-4 同频道复用保护距离系数 第2章 移 动 通 信

9、网 式中，D/r为同频道复用保护距离系数。 表表2-3 同频道复用保护距离系数同频道复用保护距离系数D/r P+ZP/dB 22.530.826.534.8D/r4.77.35.68.9第2章 移 动 通 信 网 2.5.2 邻频道干扰邻频道干扰 工作在k频道的接收机受到工作于k1频道的信号的干扰，即邻道（k1频道）信号功率落入k频道的接收机通带内造成的干扰称为邻频道干扰。解决邻频道干扰的措施包括： （1） 降低发射机落入相邻频道的干扰功率，即减小发射机带外辐射； （2） 提高接收机的邻频道选择性； （3） 在网络设计中，避免相邻频道在同一小区或相邻小区内使用，以增加同频道防护比。 第2章 移

10、 动 通 信 网 2.5.3 互调干扰互调干扰 在专用网和小容量网中，互调干扰可能成为设台组网较关心的问题。产生互调干扰的基本条件是： （1）几个干扰信号（A、B、C）与受干扰信号的频率（S）之间满足2A-B =S或A+B-C =S 的条件； （2） 干扰信号的幅度足够大； （3） 干扰（信号）站和受干扰的接收机都同时工作。 互调干扰分为发射机互调干扰和接收机互调干扰两类。 第2章 移 动 通 信 网 1. 发射机互调干扰发射机互调干扰 一部发射机发射的信号进入了另一部发射机，并在其末级功放的非线性作用下与输出信号相互调制，产生不需要的组合干扰频率，对接收信号频率与这些组合频率相同的接收机造成

11、的干扰，称为发射机互调干扰。 减少发射机互调干扰的措施有： （1） 加大发射机天线之间的距离； （2） 采用单向隔离器件和采用高Q谐振腔； （3） 提高发射机的互调转换衰耗。 第2章 移 动 通 信 网 2. 接收机互调干扰接收机互调干扰 当多个强干扰信号进入接收机前端电路时，在器件的非线性作用下，干扰信号互相混频后产生可落入接收机中频频带内的互调产物而造成的干扰称为接收机互调干扰。 减少接收机互调干扰的措施有： （1） 提高接收机前端电路的线性度； （2） 在接收机前端插入滤波器， 提高其选择性； （3） 选用无三阶互调的频道组工作。 第2章 移 动 通 信 网 3. 在设台组网中对抗互调干

12、扰的措施在设台组网中对抗互调干扰的措施 （1）蜂窝移动通信网。 由于需要频道多和采用空腔谐振式合成器，只有采用互调最小的等间隔频道配置方式， 并依靠设备优良的互调抑制指标来抑制互调干扰。 （2） 专用的小容量移动通信网。 主要采用不等间隔排列的无三阶互调的频道配置方法来避免发生互调干扰。表2-4列出无三阶互调的频道序号。由表2-4可见，当需要的频道数较多时， 频道利用率很低， 故不适用于蜂窝网。 第2章 移 动 通 信 网 表表2-4 无三阶互调干扰的信道组无三阶互调干扰的信道组 第2章 移 动 通 信 网 2.5.4 阻塞干扰阻塞干扰 当外界存在一个离接收机工作频率较远, 但能进入接收机并作

13、用于其前端电路的强干扰信号时，由于接收机前端电路的非线性而造成对有用信号增益降低或噪声增高，使接收机灵敏度下降的现象称为阻塞干扰。这种干扰与干扰信号的幅度有关，幅度越大，干扰越严重。当干扰电压幅度非常强时，可导致接收机收不到有用信号而使通信中断。 第2章 移 动 通 信 网 2.5.5 近端对远端的干扰近端对远端的干扰 当基站同时接收从两个距离不同的移动台发来的信号时， 距基站近的移动台B（距离d2）到达基站的功率明显要大于距离基站远的移动台A（距离，1）的到达功率，若二者频率相近，则距基站近的移动台B就会造成对接收距离距基站远的移动台A的有用信号的干扰或仰制，甚至将移动台A的有用信号淹没。

14、这种现象称为近端对远端干扰。 克服近端对远端干扰的措施主要有两个：一是使两个移动台所用频道拉开必要间隔； 二是移动台端加自动（发射）功率控制（APC），使所有工作的移动台到达基站功率基本一致。由于频率资源紧张，几乎所有的移动通信系统对基站和移动终端都采用APC工作方式。 第2章 移 动 通 信 网 2.6 蜂窝移动通信网络的频率规划蜂窝移动通信网络的频率规划 2.6.1 等频距分配法等频距分配法 在蜂窝移动通信网络中，同信道干扰问题已在分群时考虑， 保证有足够的防护比，而邻道干扰的问题则在信道分配时应加以考虑。 等频距分配法按频率等间隔分配信道，这样可以有效地避免邻道干扰。若需要M个信道，将其

15、分为N个信道组，则每个信道组中有M/N个信道，而N个信道组的信道序列可以确定如下： K+jN K=1，2，3， ， N； J=0， 1， 2， ， (M/N)-1式中， K为信道组的序列号，最大为K=N，j为信道序号的取值。 第2章 移 动 通 信 网 我国GSM网和TACS网均采用了这种方法。如果基站采用了无方向性激励时，通常以12个无线小区（基地区）作为一个簇（cluster）， 其信道组配置如图2-5所示。按K+jN的规律，可以确定各信道组的信道序列如下：第一信道组， K=1， j=012， 故有（1，13，25， ）第二信道组， K=2， j=012， 故有（2，14，26， ） 第三

16、信道组， K=3， j=012，故有（3，15，27， ） 第四信道组， K=4， j=012， 故有（4， 16， 28， ） 第2章 移 动 通 信 网 第五信道组， K=5， j=012， 故有 (5，17， 29， )第六信道组， K=6， j=012， 故有（6，18，30， ）第七信道组， K=7， j=012， 故有（7，19，31， ）第八信道组， K=8， j=012， 故有(8，20，32， )第九信道组， K=9， j=012， 故有(9，21，33， )第十信道组， K=10， j=012， 故有(10，22，34， )第十一信道组，K=11， j=012， 故有(11

17、，23，35， )第十二信道组， K=12， j=012， 故有(12，24，36， )这样同一信道内的最小间隔为12， 保证了对邻道干扰的抑制。 第2章 移 动 通 信 网 图2-5 12个无线小区为一个簇的信道组配置 第2章 移 动 通 信 网 图2-6 4个基站24个扇形无线小区为一个簇的信道组配置 第2章 移 动 通 信 网 图2-7 7个基站、21个扇形无线小区为一个簇的信道组配置 第2章 移 动 通 信 网 2.6.2 信道分配策略信道分配策略 信道分配策略可分为两类： 固定的信道分配策略和动态的信道分配策略。 MSC只分配符合以下条件的某一频率： 这个小区没有使用该频率，而且，任

18、何为了避免同频干扰而限定的最小频率复用距离内的小区也都没有使用该频率。动态的信道分配策略有利于提高信道利用率，并可以减小系统呼叫阻塞率，但要求MSC连续实时地收集关于信道占用情况，话务量分布情况，所有信道的无线信号强度指示（RSSI）等数据，这增加了系统的计算量和存储量。 第2章 移 动 通 信 网 2.7 多信道共用技术多信道共用技术 2.7.1 话务量与呼损话务量与呼损 1. 呼叫话务量呼叫话务量 话务量是度量通信系统业务量或繁忙程度的指标。所谓呼叫话务量A，是指单位时间内（1小时）进行的平均电话交换量。 它可用下面公式来表示： 第2章 移 动 通 信 网 式中： C每小时平均呼叫次数（包

19、括呼叫成功和呼叫失败的次数）； t0每次呼叫平均占用信道的时间（包括接续时间和通话时间）。 如果t0以小时为单位，则话务量A的单位是厄兰(Erlang，占线小时，简称Erl)。如果在一个小时内不断地占用一个信道，则其呼叫话务量为1 Erl。 它是一个信道具有的最大话务量。 例如，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： 第2章 移 动 通 信 网 2. 呼损率呼损率 当多个用户共用时，通常总是用户数大于信道数。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

20、时再通话。这后一部分用户虽然发出呼叫， 但因无信道而不能通话称做呼叫失败。在一个通信系统中，造成呼叫失败的概率称为呼叫失败概率，简称为呼损率（B）。 设A为呼叫成功而接通电话的话务量，简称为完成话务量； C为总呼叫的次数；C0为一小时内呼叫成功而通话的次数; t 为每次通话的平均占用信道时间， 则 第2章 移 动 通 信 网 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。 第2章 移 动 通 信 网 显然，呼损率B愈小，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GOS（the Grade Of Se

21、rvice）。例如，某系统的呼损率为10%，即说明该系统内的用户每呼叫100次，其中有10次因信道被占用而打不通电话， 其余90次则能找到空闲信道而实现通话。但是，对于一个通信网来说，要想使呼损减少，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。 第2章 移 动 通 信 网 如果呼叫有以下性质： (1) 每次呼叫相互独立， 互不相关（呼叫具有随机性）； (2) 每次呼叫在时间上都有相同的概率； 并假定移动电话通信服务系统的信道数为n；则呼损率B可计算如下： 第2章 移 动 通 信 网 表表2-5 Erl损失概率表损

22、失概率表 第2章 移 动 通 信 网 表表2-5 Erl损失概率表损失概率表 第2章 移 动 通 信 网 表表2-5 Erl损失概率表损失概率表 第2章 移 动 通 信 网 表表2-5 Erl损失概率表损失概率表 第2章 移 动 通 信 网 3. 繁忙小时集中度繁忙小时集中度(K) 繁忙小时集中度繁忙小时集中度K一般为一般为8%14%。 第2章 移 动 通 信 网 4. 每个用户忙时话务量（每个用户忙时话务量（Aa） 假设每一用户每天平均呼叫次数为C，每次呼叫平均占用信道的时间为T（单位为秒），忙时集中率为K，则每个用户忙时话务量为 可以看出，Aa为最忙时间的那个小时的话务量，它是统计平均值。

23、例如，每天平均呼叫3次，每次的呼叫平均占用时间为120秒， 忙时集中度为10%(K=0.1)，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0.01 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0.06 Erl计算。 第2章 移 动 通 信 网 2.7.2 每个信道能容纳的用户数每个信道能容纳的用户数 当每个用户忙时的话务量确定后， 每个信道所能容纳的用户数m可由下式决定： 每个信道的m与在一定呼损条件下的信道平均话务量成正比，而与每个用户忙时话务量成反比。 例如，某移动通

24、信系统一个无线小区有 8 个信道(1 个控制信道， 7个话音信道)，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。 问该无线小区能容纳多少用户？ 第2章 移 动 通 信 网 (1) 根据呼损的要求及信道数(n=7)，求总话务量A： 可以利用公式，也可查表。求得A=4.666 Erl。 (2) 求每个用户的忙时话务量Aa： (3) 求每个信道能容纳的用户数m： (4) 系统所容纳的用户数： 第2章 移 动 通 信 网 2.8 移动通信的交换技术移动通信的交换技术 2.8.1 无线信道上的通话监视无线信道上的通话监视 在移动台通话期间，系统必须

25、由基站或移动台对无线传输质量进行在线跟踪监视。一旦发现无线信号或传输质量发生变化时， 就必须采取一些措施，如功率控制、越区切换和呼叫释放等措施。在模拟蜂窝电话系统中设置检测音（SAT）信杂比和无线频率（RF）信号强度来反映通话质量。 在数字蜂窝GSM系统中，检测的项目更多，并由基站和移动台双方同时进行。基站完成当前服务区的上行信号质量和信号强度的检测，而移动台则进行下行信号质量和信号强度的检测。 第2章 移 动 通 信 网 图2-8 储存在话音信道控制单元中 的信杂比门限值 第2章 移 动 通 信 网 2. 射频射频(RF)信号强度信号强度 图2-9 储存在话音信道控制单元中 第2章 移 动

26、通 信 网 2.8.2 位置登记与一齐呼叫位置登记与一齐呼叫 图2-10 一种位置登记示意图 第2章 移 动 通 信 网 图2-11 另一种位置登记示意图 第2章 移 动 通 信 网 现举例说明位置登记的过程，如图2-10所示。假定MS在BSB4小区，这时的位置登记过程如下； (1) MS通过BSB4向MSCB报告（即进行位置登记）。 (2) 被访MSCB根据MS的原籍区号及用户识别码等， 通过数据线， 找到原籍MSCA的原籍位置寄存器进行咨询，查出该用户识别码， 并把给MS的新区位置号存入原籍位置寄存器（在原籍MSCA中）。 (3) 与此同时，位置信息也在被访问MSCB的被访问位置寄存器中存

27、入，以备MS被呼时使用。 (4) 由于移动台中有动态存储器，可存储新接收的区域号（AID），即使移动台在一段时间内关机（不得超过24个小时）， 存储器也不会失去记忆：一旦移动台开机时，将立即进行区域位置登记。 第2章 移 动 通 信 网 有时在一个MSC系统中，当移动台达到一定数量时，大约为40 000到50 000数量级时，为便于寻呼某一移动台，人为地把MSC所管辖的无线小区划分为若干位置区域，如图2-11所示。在跨越位置区域时，也要重新进行位置登记，以便在寻呼MS时好查找。例如，MS由BSA6小区向BSA1小区行进时的位置登记过程如下： (1) MS通过BSA1向原籍MSCA报告（即进行位

28、置登记）。 (2) 原籍MSCA中的原籍位置寄存器存入变更后的新区域号， 以备市话用户寻呼时，能在位置区内一齐呼叫。 (3) 使MS的动态存储器中区域号变为新号。 第2章 移 动 通 信 网 2.8.3 呼叫过程呼叫过程 1. 移动台被呼移动台被呼 图2-12 移动用户被呼过程示意图 第2章 移 动 通 信 网 2. 移动台主呼移动台主呼 图2-13 移动用户主呼过程示意图 第2章 移 动 通 信 网 图图2-14 移动用户呼叫释放过程示意图移动用户呼叫释放过程示意图 第2章 移 动 通 信 网 2.8.4 定位和越区切换定位和越区切换 1. 定位定位 图2-15 信号强度接收机 第2章 移

29、动 通 信 网 2. 越区切换和越局切换越区切换和越局切换1) 越区切换 图2-16 越区信道切换过程示意图 第2章 移 动 通 信 网 2) 越局切换 图2-17 越局信道切换过程示意图 第2章 移 动 通 信 网 2.9 信道自动选择方式信道自动选择方式 2.9.1 专用呼叫信道方式专用呼叫信道方式 在给定的多个信道中，选择一个信道专门用作呼叫，该专用呼叫信道有两个作用：一是处理呼叫，可分成下行信道(BSMS)和上行信道(MSBS)， 该下行信道又称寻呼信道(Page Channel)， 该上行信道又称接入信道(Access Channel)； 二是指配话音信道。 第2章 移 动 通 信

30、网 2.9.2 循环定位方式循环定位方式 没有专用的呼叫信道，由BS临时指定一个信道做呼叫信道，并在该临时呼叫信道上发空闲信号。平时所有为通话的移动台都自动对全部信道进行扫描搜索，一旦在那个信道上收到空闲信号，就停留在该信道上。因此在平时，所有移动台都集中守候在临时呼叫信道上，当某个用户叫通后，就在此信道上通话。此时，基站要另选一个空闲信道作为临时呼叫信道发空闲信号，于是所有未通话的移动台接收机都自动转到新的临时呼叫信道上守候(定位)。 第2章 移 动 通 信 网 2.9.3 循环不定位方式循环不定位方式 循环不定位方式中的基站在所有不通话的空闲信道上都发出空闲信号，网内移动台自动扫描空闲信道

31、，并随机地停靠在就近的空闲信道上(不定位)。 避免了像循环定位方式那样，所有不通话的移动台都在一个临时呼叫信道主叫抢占情况。 当基站呼叫移动台时，必须选择一个空闲信道先发出时间足够长的召集信号(其他空闲信道停发空闲信号)， 而后再发出选呼信号。 网内移动台由于收不到空闲信号重新进入扫描状态，一旦扫到召集信号就停在该信道上等候被呼。一旦发现自己未被呼中， 重新处于不停的信道扫描状态。 第2章 移 动 通 信 网 2.9.4 循环分散定位方式循环分散定位方式 为克服循环不定位方式时移动台被呼的接续时间比较长的缺点，人们提出一种循环分散定位方式。在循环分散定位方式中，基站在全部不通话的空闲信道上都发空闲信号，网内移动台分散停靠在各个空闲信道上。移动台主呼是在各自停靠的空闲信道上进行的，保留了循环不定位方式的优点。基站呼叫移动台时， 其呼叫信号在所有的空闲信道上发出，并等待应答信号。从而提高了接续的速度。 这种方式接续快,效率高,同抢概率小。但当基站呼叫移动台时，这种方式必须在所有空闲信道上同时发出选呼信号，因而互调干扰比较严重。 这种方式同样只适合小容量系统。