現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理課件

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1、現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理第第4 4章章 移動通信組網(wǎng)原移動通信組網(wǎng)原理理4.1 移動通信網(wǎng)絡的構(gòu)成 4.2 多址接入技術(shù)4.3 多信道共用技術(shù) 4.4 移動通信中的信令4.5 移動管理技術(shù)現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理4.1 移動通信網(wǎng)絡的構(gòu)成移動通信網(wǎng)絡的構(gòu)成4.1.1 大區(qū)制移動通信網(wǎng)4.1.2 小區(qū)制蜂窩移動通信網(wǎng)絡的構(gòu)成4.1.3 小區(qū)頻率配置4.1.4 基本網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理4.1.1 大區(qū)制移動通信網(wǎng)大區(qū)制移動通信網(wǎng) 所謂大區(qū)制就是在一個服務區(qū)內(nèi)只有一個或幾個基站，由該基站負責整個移動通信網(wǎng)的聯(lián)絡與控制，如圖4.1所示。 大區(qū)制的優(yōu)點是系統(tǒng)組成簡單，投資少，見效

2、快?，F(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理圖圖4.1 大區(qū)制移動通信示意圖大區(qū)制移動通信示意圖f1f2RdRdRdRd同頻轉(zhuǎn)發(fā)器及覆蓋范圍圖4-1 大區(qū)制移動通信示意圖2f1f3f4f現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理4.1.2 小區(qū)制蜂窩移動通信網(wǎng)絡的構(gòu)成小區(qū)制蜂窩移動通信網(wǎng)絡的構(gòu)成1. 蜂窩網(wǎng)的由來2. 區(qū)群的結(jié)構(gòu) 圖4.4 正六邊形區(qū)群的構(gòu)成3. 同頻干擾保護與同頻復用距離4. 激勵方式5. 小區(qū)分裂現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理圖圖4.4 正六邊形區(qū)群的構(gòu)成正六邊形區(qū)群的構(gòu)成N=3a=1 b=1N=4a=2 b=0N=7a=2 b=1N=9a=3 b=0N=12a=2 b=2N=13a=3 b=1N=1

3、6a=4 b=0N=19a=3 b=2N=21a=4 b=1現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理4.1.3 小區(qū)頻率配置小區(qū)頻率配置1. 固定頻道分配 所謂固定頻道分配就是給每個小區(qū)(或每個基站)分配一組預先確定好的話音頻道，基站的頻道是固定不變的。固定頻道分配有分區(qū)分組分配法和等頻距分配法兩種。圖4.10 7個基站21個扇形小區(qū)為一個區(qū)群的頻道分配2. 動態(tài)頻道分配 動態(tài)頻道分配可以做到按業(yè)務量的大小，合理地在不同基站之間按需分配頻道，避免了小區(qū)忙閑不均的情況。現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理圖圖4.10 7個基站個基站21個扇形小區(qū)為一個個扇形小區(qū)為一個區(qū)群的頻道分配區(qū)群的頻道分配1223344556

4、677899101011121213131414151616171718181919418147202020212119125613169217103112111現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理4.1.4 基本網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)基本網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) 移動通信的基本網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如 圖4.11所示?；就ㄟ^傳輸鏈路與移動交換機相連，交換機再與固定電信網(wǎng)絡或其他通信網(wǎng)相連，所以移動通信有以下兩種通信鏈路：移動用戶基站交換機其他網(wǎng)絡其他用戶；移動用戶基站交換機基站移動用戶。現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理圖圖4.11 基本網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)基本網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)MSCMSC其他公眾網(wǎng)現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理4.2 多址接入技術(shù)多址接入技術(shù)4.2.

5、1 頻分多址(FDMA)4.2.2 時分多址(TDMA)4.2.3 碼分多址(CDMA)4.2.4 FDMA、TDMA與CDMA系統(tǒng)容量比較現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理4.2.1 頻分多址頻分多址(FDMA) 頻分多址是將給定的頻譜資源劃分為若干個等間隔的頻道(或稱信道)供不同的用戶使用，如圖4.13所示。移動臺MS1、MS2、MSk分別 分 配 有 發(fā) 射 頻 道 、 、 、 和 接 收 頻道、。我們將基站向移動臺方向的信道稱為前向信道，而將移動臺向基站方向的信道稱為反向信道?，F(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理圖圖4.13 頻分多址示意圖頻分多址示意圖反向信道前向信道1f1f2f kfkf2fBS

6、MS1MS2MSk現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理4.2.2 時分多址時分多址(TDMA)1. 時分多址的原理 圖4.15是TDMA通信系統(tǒng)的工作示意圖，圖中只畫出移動臺到基站傳輸時信號占用時隙的情況。2. 時分多址通信系統(tǒng)的幀和時隙3. 時分多址通信系統(tǒng)中的同步和定時現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理圖圖4.15 時分多址示意圖時分多址示意圖BSMS1MS2MSk幀時隙111222kkk現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理4.2.3 碼分多址碼分多址(CDMA)1. 碼分多址的概念 圖4.19 碼分多址示意圖2. 擴頻碼分多址原理 圖4.20示出了偽隨機碼擴頻多址方式的原理框圖3. 直擴(直接序列擴頻)碼分多

7、址系統(tǒng)的特點 (1)具有擴頻通信系統(tǒng)的所有優(yōu)點 (2)系統(tǒng)容量大(3)不需要復雜的頻率分配和管理(4)軟容量和小區(qū)呼吸功能(5)軟切換(6)不要均衡器(7)設(shè)備簡單(8)存在多址干擾和遠近效應現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理圖圖4.19 碼分多址示意圖碼分多址示意圖反向信道前向信道1C1C2CkCkC2CBSMS1MS2MSk現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理圖圖4.20 偽隨機碼擴頻多址方式原理圖偽隨機碼擴頻多址方式原理圖圖420 偽隨機碼擴頻多址方式原理圖CABDPNPN0f0f)(tC)(tS)(tZt1N1NTDM模2加擴頻調(diào)制模2加擴頻解調(diào)PSK調(diào)制PSK解調(diào)TDM(a)A點B點C點D點數(shù)字信

8、號干擾數(shù)字信號干擾無用信號cRsRsRcRcRcR00f0sRsRcRcR0f(b)(tb現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理4.2.4 FDMA、TDMA與與CDMA系統(tǒng)系統(tǒng)容量比較容量比較1. 模擬TACS系統(tǒng)(FDMA)的系統(tǒng)容量2. 數(shù)字GSM系統(tǒng)(TDMA)的系統(tǒng)容量3. 數(shù)字CDMA系統(tǒng)(CDMA)的系統(tǒng)容量現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理4.3 多信道共用技術(shù)多信道共用技術(shù)4.3.1 話務理論4.3.2 空閑信道的選取現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理4.3.1 話務理論話務理論1. 話務量與呼損率 呼損率、話務量、信道數(shù)、信道利用率之間的關(guān)系如表4.1所示。2. 信道數(shù)與用戶數(shù)的關(guān)系現(xiàn)代移動通信

9、移動通信組網(wǎng)原理表表4.1 呼損率、話務量、信道數(shù)、信呼損率、話務量、信道數(shù)、信道利用率之間的關(guān)系道利用率之間的關(guān)系B1%2%5%10%20%25%nA(%)A(%)A(%)A(%)A(%)A(%)10.01011.00.0202.00.0535.00.11110.00.2520.00.3325.020.15367.60.22411.00.3818.10.59526.81.0040.01.2247.7530.45615.00.60219.70.89928.51.27138.11.93051.472.2756.7540.86921.51.90226.71.52536.22.04546.02.94

10、553.93.4865.2551.36026.91.65732.52.21942.22.88151.94.01064.164.5868.7061.90931.52.32638.32.96046.93.75856.45.10968.125.7972.3872.50035.42.95041.33.73850.74.66660.06.23071.27.0275.2183.12838.73.64944.74.53453.95.59763.07.36973.698.2977.7293.78341.64.45448.55.37056.76.54665.58.52275.759.5279.32104.461

11、44.25.09249.96.21659.17.51167.69.68577.4810.7880.85115.16046.45.82551.97.07661.18.48769.410.8578.9612.0582.16125.87648.56.58753.87.95062.99.47471.112.03680.2413.3383.31136.60750.37.40155.88.83564.410.47072.513.22281.3714.6284.35147.35252.08.20057.49.73066.011.47473.814.41382.3615.9185.35158.10853.59

12、.00158.910.62367.212.48474.915.60883.2417.2086.00168.87554.99.82860.111.54468.513.50075.916.80784.0318.4986.67179.65256.210.65661.412.46169.614.42276.918.01084.7519.7987.311810.43775.411.49162.613.38570.615.54877.719.21685.4021.2088.331911.23058.912.33363.614.31571.516.57978.520.42486.0022.4088.4220

13、12.03159.513.18164.615.24972.417.16379.321.63586.5423.7188.91現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理4.3.2 空閑信道的選取空閑信道的選取1.專用呼叫信道方式 專用呼叫信道方式是在網(wǎng)中專門設(shè)置的呼叫信道，專門用于處理用戶的呼叫。專用呼叫信道的作用有兩個：一是處理呼叫；二是指配話音信道。2.標明空閑信道方式 標明空閑信道方式可分為“循環(huán)定位”、“循環(huán)不定位”、“循環(huán)分散定位”等方式。小容量移動通信網(wǎng)比較適合采用這類方式?，F(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理4.4 移動通信中的信令移動通信中的信令4.4.1 數(shù)字信令的格式與傳輸4.4.2 信令協(xié)議的分層

14、結(jié)構(gòu)4.4.3 SS7信令現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理4.4.1 數(shù)字信令的格式與傳輸數(shù)字信令的格式與傳輸1. 數(shù)字信令格式 在傳輸數(shù)字信令時，為了便于收端解碼，通常要求數(shù)字信令按一定格式編排。信令的格式是多種多樣的，不同的通信系統(tǒng)的信令格式也各不相同。常用的數(shù)字信令格式有兩種，如圖4.22(a)、(b)所示。2. 數(shù)字信令的傳輸 數(shù)字信令大體可分為低速和高速兩類。現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理圖圖4.22 數(shù)字信令格式數(shù)字信令格式糾錯碼 SP(a)位同步碼(P)字同步碼(SW)地址碼或信息碼(A 或 D)PSWA1(D1)SWSWA2(D2)A3(D3)SP(b)現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理4

15、.4.2 信令協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)信令協(xié)議的分層結(jié)構(gòu) 在移動通信中，空中接口的信令分為三層：物理層、鏈路層、網(wǎng)絡層，如圖4.23所示。 為了實現(xiàn)呼叫管理(CM)、移動性管理(MM)和無線資源管理(RRM)，移動臺和基站兩側(cè)的三層的對等層之間需要進行對話，這種對話是以消息交換的方式來實現(xiàn)的。這些消息是通過裝在鏈路層幀中的信息段進行傳輸?shù)摹，F(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理圖圖4.23 空中接口協(xié)議模型空中接口協(xié)議模型L1L2L3數(shù)據(jù)鏈路層無線資源管理(RRM)移動管理(MM)呼叫管理(CM)物理層現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理4.4.3 SS7信令信令1. SS7信令系統(tǒng)的基本功能結(jié)構(gòu) 所謂開放系統(tǒng)互連是指建

16、網(wǎng)通信時所需的標準分層結(jié)構(gòu)和分層協(xié)議。根據(jù)開放系統(tǒng)互連參考模型及協(xié)議規(guī)范，可以將各種不同的系統(tǒng)很容易地做到相互連接。即具有互連的開放性。OSI采用7層結(jié)構(gòu)，如 圖4.24所示。2. 關(guān)于SS7信令網(wǎng) 7號信令網(wǎng)絡是與PSTN平行的一個獨立的網(wǎng)絡，是供傳送信令的數(shù)據(jù)鏈路構(gòu)成的網(wǎng)絡，疊加到信息網(wǎng)上。圖4.25 信令網(wǎng)、信息網(wǎng)及其分層結(jié)構(gòu)現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理圖圖4.24 7號信令系統(tǒng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)號信令系統(tǒng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)表示層6應用層7TUPISDN-UPDUPTCAPSCCPMAPMTP直接為用戶提供所需服務為用戶提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)表示方式驗證身份，恢復下層不可恢復的差錯提供端對端的邏輯信道處理報文分

17、組、多路復用和分組交換提供一條無差錯的數(shù)據(jù)鏈路規(guī)定接口的物理電氣特性，保證電路兩端能正確發(fā)送和接收OSI 層次SS7 層次會話層5傳輸層4鏈路層2物理層1網(wǎng)絡層3現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理圖圖4.25 信令網(wǎng)、信息網(wǎng)及其分層結(jié)構(gòu)信令網(wǎng)、信息網(wǎng)及其分層結(jié)構(gòu)SPHSTPHSTPLSTPLSTPLSTPLSTPSPSPSP(a) 信令網(wǎng)及其分層結(jié)構(gòu)SPSPSPSPSPSPSPSTPSTPSTPSTPNo.7 信令網(wǎng)LETCTCTCLELELE信息網(wǎng)現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理4.5 移動管理技術(shù)移動管理技術(shù)4.5.1 位置管理4.5.2 越區(qū)信道切換現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理4.5.1 位置管理

18、位置管理 在數(shù)字移動通信系統(tǒng)中，位置管理主要由兩個位置管理數(shù)據(jù)庫來完成，即歸屬位置寄存器(HLR)和拜訪位置寄存器(VLR)。通常一個PLMN(公用陸地稱動通信網(wǎng))網(wǎng)絡由一個HLR和VLR組成。HLR的作用是存儲在其網(wǎng)絡內(nèi)注冊的所有用戶的信息，數(shù)據(jù)庫中包含兩類信息：用戶信息與用戶當前的位置信息；VLR的作用是管理該網(wǎng)絡中若干位置區(qū)(一個位置區(qū)由一定數(shù)量的蜂窩小區(qū)組成)內(nèi)的移動用戶，為移動交換中心(MSC)處理呼叫提供移動用戶的位置數(shù)據(jù)信息。 位置管理包括位置登記、位置更新、呼叫傳遞和尋呼幾個過程。現(xiàn)代移動通信移動通信組網(wǎng)原理4.5.2 越區(qū)越區(qū)信道切換信道切換 越區(qū)(過區(qū))切換(Handoff)是指將當前正在進行的移動臺與基站之間的通信鏈路從當前基站轉(zhuǎn)移到另一個基站的過程，或者說，當正在通話的移動臺從一個小區(qū)(扇區(qū))進入相鄰的小區(qū)(扇區(qū))時，MSC控制使一個信道上的通話切換到另一個信道上的過程。越區(qū)切換的目的是維持通話的連續(xù)性。1.越區(qū)切換的準則2.越區(qū)切換控制策略3.越區(qū)切換時頻道分配