現(xiàn)代移動(dòng)通信移動(dòng)通信組網(wǎng)原理

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1、第 4章 移 動(dòng) 通 信 組 網(wǎng)原 理4.1 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 絡(luò) 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(dòng) 通 信 中 的 信 令4.5 移 動(dòng) 管 理 技 術(shù) 4.1 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 絡(luò) 的 構(gòu) 成4.1.1 大 區(qū) 制 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng)4.1.2 小 區(qū) 制 蜂 窩 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 絡(luò) 的 構(gòu) 成4.1.3 小 區(qū) 頻 率 配 置4.1.4 基 本 網(wǎng) 絡(luò) 結(jié) 構(gòu) 4.1.1 大 區(qū) 制 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 所 謂 大 區(qū) 制 就 是 在 一 個(gè) 服 務(wù) 區(qū) 內(nèi) 只 有 一 個(gè)或 幾 個(gè) 基 站 ， 由 該 基 站 負(fù) 責(zé)

2、整 個(gè) 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 的聯(lián) 絡(luò) 與 控 制 ， 如 圖 4.1所 示 。 大 區(qū) 制 的 優(yōu) 點(diǎn) 是 系 統(tǒng) 組 成 簡(jiǎn) 單 ， 投 資 少 ，見(jiàn) 效 快 。 圖 4.1 大 區(qū) 制 移 動(dòng) 通 信 示 意 圖 f1 f2R d Rd Rd Rd 同 頻 轉(zhuǎn) 發(fā) 器及 覆 蓋 范 圍 圖 4-1 大 區(qū) 制 移 動(dòng) 通 信 示 意 圖 2f1f 3f4f 4.1.2 小 區(qū) 制 蜂 窩 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 絡(luò) 的 構(gòu) 成1.蜂 窩 網(wǎng) 的 由 來(lái)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(hù) 與 同 頻 復(fù) 用 距 離4.激 勵(lì) 方 式5

3、.小 區(qū) 分 裂 圖 4.4 正 六 邊 形 區(qū) 群 的 構(gòu) 成 N=3 a=1 b=1 N=4 a=2 b=0 N=7 a=2 b=1 N=9 a=3 b=0 N=12 a=2 b=2 N=13 a=3 b=1 N=16 a=4 b=0 N=19 a=3 b=2 N=21 a=4 b=1 4.1.3 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(gè) 小 區(qū) (或 每 個(gè) 基 站 )分 配 一 組 預(yù) 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

4、和 等 頻 距 分配 法 兩 種 。 圖 4.10 7個(gè) 基 站 21個(gè) 扇 形 小 區(qū) 為 一 個(gè) 區(qū) 群的 頻 道 分 配2.動(dòng) 態(tài) 頻 道 分 配 動(dòng) 態(tài) 頻 道 分 配 可 以 做 到 按 業(yè) 務(wù) 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 。 圖 4.10 7個(gè) 基 站 21個(gè) 扇 形 小 區(qū) 為 一 個(gè)區(qū) 群 的 頻 道 分 配 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 9 9 10 10 11 12 12 13 13 14 14 15 16 16 17 17 18 18 19 1

5、9418 14 7 20 20 20 21 21 19 12 5 6 13 16 9 2 1710 3 11 21 11 4.1.4 基 本 網(wǎng) 絡(luò) 結(jié) 構(gòu) 移 動(dòng) 通 信 的 基 本 網(wǎng) 絡(luò) 結(jié) 構(gòu) 如 圖 4.11所 示 。基 站 通 過(guò) 傳 輸 鏈 路 與 移 動(dòng) 交 換 機(jī) 相 連 ， 交 換 機(jī)再 與 固 定 電 信 網(wǎng) 絡(luò) 或 其 他 通 信 網(wǎng) 相 連 ， 所 以 移動(dòng) 通 信 有 以 下 兩 種 通 信 鏈 路 ： 移 動(dòng) 用 戶 基 站 交 換 機(jī) 其 他 網(wǎng) 絡(luò) 其 他 用 戶 ； 移 動(dòng) 用 戶 基 站 交 換 機(jī) 基 站 移 動(dòng) 用 戶 。 圖 4.11 基 本 網(wǎng) 絡(luò)

6、 結(jié) 構(gòu) MSC MSC 其 他 公 眾 網(wǎng) 4.2 多 址 接 入 技 術(shù)4.2.1 頻 分 多 址 (FDMA)4.2.2 時(shí) 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 4.2.1 頻 分 多 址 (FDMA) 頻 分 多 址 是 將 給 定 的 頻 譜 資 源 劃 分 為 若 干個(gè) 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(dòng) 臺(tái) MS1、 MS2、 、 MSk分別 分 配 有 發(fā) 射 頻 道 、 、 、 和 接 收 頻道 、 、

7、、 。 我 們 將 基 站 向 移 動(dòng) 臺(tái) 方 向 的 信 道稱 為 前 向 信 道 ， 而 將 移 動(dòng) 臺(tái) 向 基 站 方 向 的 信 道稱 為 反 向 信 道 。 圖 4.13 頻 分 多 址 示 意 圖 反 向 信 道 前 向 信 道1f 1f2f kf kf2f BS MS1 MS2 MSk 4.2.2 時(shí) 分 多 址 (TDMA)1.時(shí) 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(huà) 出 移 動(dòng) 臺(tái) 到 基 站 傳 輸 時(shí) 信 號(hào) 占 用 時(shí) 隙 的情 況 。2.時(shí) 分 多 址 通 信 系 統(tǒng) 的 幀 和 時(shí) 隙3.時(shí) 分 多

8、 址 通 信 系 統(tǒng) 中 的 同 步 和 定 時(shí) 圖 4.15 時(shí) 分 多 址 示 意 圖 BS MS1 MS2 MSk 幀 時(shí) 隙 1 1 1 2 2 2k k k ttt 4.2.3 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(kuò) 頻 碼 分 多 址 原 理 圖 4.20示 出 了 偽 隨 機(jī) 碼 擴(kuò) 頻 多 址 方式 的 原 理 框 圖3. 直 擴(kuò) (直 接 序 列 擴(kuò) 頻 )碼 分 多 址 系 統(tǒng) 的 特 點(diǎn) (1) 具 有 擴(kuò) 頻 通 信 系 統(tǒng) 的 所 有 優(yōu) 點(diǎn) (2) 系 統(tǒng) 容 量 大(3) 不 需 要 復(fù) 雜

9、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(jiǎn) 單(8) 存 在 多 址 干 擾 和 遠(yuǎn) 近 效 應(yīng) 圖 4.19 碼 分 多 址 示 意 圖 反 向 信 道 前 向 信 道1C 1C2C kC kC2C BS MS1 MS2 MSk 圖 4.20 偽 隨 機(jī) 碼 擴(kuò) 頻 多 址 方 式 原 理 圖 圖 4 20 偽 隨 機(jī) 碼 擴(kuò) 頻 多 址 方 式 原 理 圖 CA B DPNPN 0f 0f)(tC )(tS )(tZt 1N 1NTDM 模 2加擴(kuò) 頻 調(diào) 制 模 2加擴(kuò) 頻 解 調(diào)PSK調(diào)

10、制 PSK解 調(diào) TDM(a) A點(diǎn) B點(diǎn) C點(diǎn) D點(diǎn)數(shù) 字 信 號(hào) 干 擾 數(shù) 字 信 號(hào) 干 擾無(wú) 用 信 號(hào)cRsRsR cR cR cR0 0f0 sRsR cRcR 0f(b) )(tb 4.2.4 FDMA、 TDMA與 CDMA系 統(tǒng)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 4.3 多 信 道 共 用 技 術(shù)4.3.1 話 務(wù) 理 論4.3.2 空 閑 信 道 的 選 取 4.3.1 話 務(wù) 理 論1.話 務(wù) 量 與 呼 損 率 呼 損

11、 率 、 話 務(wù) 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 表 4.1 呼 損 率 、 話 務(wù) 量 、 信 道 數(shù) 、 信道 利 用 率 之 間 的 關(guān) 系B 1% 2% 5% 10% 20% 25%n A (%) A (%) A (%) A (%) A (%)A (%) 1 0.0101 1.0 0.020 2.0 0.053 5.0 0.111 10.0 0.25 20.0 0.33 25.0 2 0.1536 7.6 0.224 11.0 0.38 18.1 0.595 26.8 1.00 40.0

12、1.22 47.75 3 0.456 15.0 0.602 19.7 0.899 28.5 1.271 38.1 1.930 51.47 2.27 56.75 4 0.869 21.5 1.902 26.7 1.525 36.2 2.045 46.0 2.945 53.9 3.48 65.25 5 1.360 26.9 1.657 32.5 2.219 42.2 2.881 51.9 4.010 64.16 4.58 68.70 6 1.909 31.5 2.326 38.3 2.960 46.9 3.758 56.4 5.109 68.12 5.79 72.38 7 2.500 35.4 2

13、.950 41.3 3.738 50.7 4.666 60.0 6.230 71.2 7.02 75.21 8 3.128 38.7 3.649 44.7 4.534 53.9 5.597 63.0 7.369 73.69 8.29 77.72 9 3.783 41.6 4.454 48.5 5.370 56.7 6.546 65.5 8.522 75.75 9.52 79.32 10 4.461 44.2 5.092 49.9 6.216 59.1 7.511 67.6 9.685 77.48 10.78 80.85 11 5.160 46.4 5.825 51.9 7.076 61.1 8

14、.487 69.4 10.85 78.96 12.05 82.16 12 5.876 48.5 6.587 53.8 7.950 62.9 9.474 71.1 12.036 80.24 13.33 83.31 13 6.607 50.3 7.401 55.8 8.835 64.4 10.470 72.5 13.222 81.37 14.62 84.35 14 7.352 52.0 8.200 57.4 9.730 66.0 11.474 73.8 14.413 82.36 15.91 85.35 15 8.108 53.5 9.001 58.9 10.623 67.2 12.484 74.9

15、 15.608 83.24 17.20 86.00 16 8.875 54.9 9.828 60.1 11.544 68.5 13.500 75.9 16.807 84.03 18.49 86.67 17 9.652 56.2 10.656 61.4 12.461 69.6 14.422 76.9 18.010 84.75 19.79 87.31 18 10.437 75.4 11.491 62.6 13.385 70.6 15.548 77.7 19.216 85.40 21.20 88.33 19 11.230 58.9 12.333 63.6 14.315 71.5 16.579 78.

16、5 20.424 86.00 22.40 88.42 20 12.031 59.5 13.181 64.6 15.249 72.4 17.163 79.3 21.635 86.54 23.71 88.91 4.3.2 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(gè) ： 一 是 處 理 呼 叫 ； 二 是 指 配 話 音 信 道 。2. 標(biāo) 明 空 閑 信 道 方 式 標(biāo) 明 空 閑 信 道 方 式 可

17、 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(dòng) 通 信 網(wǎng) 比 較 適 合 采 用 這 類 方 式 。 4.4 移 動(dòng) 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 結(jié) 構(gòu)4.4.3 SS7信 令 4.4.1 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(shí) ， 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

18、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 。 圖 4.22 數(shù) 字 信 令 格 式 糾 錯(cuò) 碼 SP (a) 位 同 步 碼 (P) 字 同 步 碼 (SW) 地 址 碼 或 信 息 碼 (A 或 D) P SW A1(D1) SW SWA2(D2) A3(D3) SP (b) 4.4.2 信 令 協(xié) 議 的 分 層 結(jié) 構(gòu) 在 移 動(dòng) 通 信 中 ， 空 中 接 口 的

19、 信 令 分 為 三 層 ：物 理 層 、 鏈 路 層 、 網(wǎng) 絡(luò) 層 ， 如 圖 4.23所 示 。 為 了 實(shí) 現(xiàn) 呼 叫 管 理 (CM)、 移 動(dòng) 性 管 理 (MM)和 無(wú) 線 資 源 管 理 (RRM)， 移 動(dòng) 臺(tái) 和 基 站 兩 側(cè) 的三 層 的 對(duì) 等 層 之 間 需 要 進(jìn) 行 對(duì) 話 ， 這 種 對(duì) 話 是以 消 息 交 換 的 方 式 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 的 。 這 些 消 息 是 通 過(guò)裝 在 鏈 路 層 幀 中 的 信 息 段 進(jìn) 行 傳 輸 的 。 圖 4.23 空 中 接 口 協(xié) 議 模 型 L1 L2 L3 數(shù) 據(jù) 鏈 路 層 無(wú) 線 資 源 管 理 (RRM) 移

20、動(dòng) 管 理 (MM) 呼 叫 管 理 (CM) 物 理 層 4.4.3 SS7信 令1.SS7信 令 系 統(tǒng) 的 基 本 功 能 結(jié) 構(gòu) 所 謂 開(kāi) 放 系 統(tǒng) 互 連 是 指 建 網(wǎng) 通 信 時(shí) 所 需 的 標(biāo) 準(zhǔn)分 層 結(jié) 構(gòu) 和 分 層 協(xié) 議 。 根 據(jù) 開(kāi) 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(kāi) 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(hào) 信 令 網(wǎng) 絡(luò) 是 與 PSTN平 行 的 一 個(gè) 獨(dú) 立

21、的 網(wǎng) 絡(luò) ，是 供 傳 送 信 令 的 數(shù) 據(jù) 鏈 路 構(gòu) 成 的 網(wǎng) 絡(luò) ， 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) 圖 4.24 7號(hào) 信 令 系 統(tǒng) 的 協(xié) 議 結(jié) 構(gòu) 表 示 層 6 應(yīng) 用 層 7 TUP ISDN -UP DUP TCAP SCCP MAP MTP 直 接 為 用 戶 提 供 所 需 服 務(wù) 為 用 戶 提 供 統(tǒng) 一 的 數(shù) 據(jù) 表 示 方 式 驗(yàn) 證 身 份 ， 恢 復(fù) 下 層 不 可 恢 復(fù) 的 差 錯(cuò) 提 供 端 對(duì) 端 的 邏 輯 信 道 處 理 報(bào) 文 分 組 、 多 路 復(fù) 用 和 分 組 交

22、換 提 供 一 條 無(wú) 差 錯(cuò) 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(huì) 話 層 5 傳 輸 層 4 鏈 路 層 2 物 理 層 1 網(wǎng) 絡(luò) 層 3 圖 4.25 信 令 網(wǎng) 、 信 息 網(wǎng) 及 其 分 層 結(jié) 構(gòu) SP HSTP HSTP LSTP LSTP LSTP LSTP SP SPSP (a) 信 令 網(wǎng) 及 其 分 層 結(jié) 構(gòu) SP SP SPSP SP SP SP STPSTP STP STP No.7信 令 網(wǎng) LE TC TC TC LE LE LE 信 息 網(wǎng)

23、(b) 信 令 網(wǎng) 與 信 息 網(wǎng) 4.5 移 動(dòng) 管 理 技 術(shù)4.5.1 位 置 管 理4.5.2 越 區(qū) 信 道 切 換 4.5.1 位 置 管 理 在 數(shù) 字 移 動(dòng) 通 信 系 統(tǒng) 中 ， 位 置 管 理 主 要 由 兩 個(gè) 位 置管 理 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 來(lái) 完 成 ， 即 歸 屬 位 置 寄 存 器 (HLR)和 拜 訪位 置 寄 存 器 (VLR)。 通 常 一 個(gè) PLMN(公 用 陸 地 稱 動(dòng) 通信 網(wǎng) )網(wǎng) 絡(luò) 由 一 個(gè) HLR和 VLR組 成 。 HLR的 作 用 是 存 儲(chǔ)在 其 網(wǎng) 絡(luò) 內(nèi) 注 冊(cè) 的 所 有 用 戶 的 信 息 ， 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 中 包 含 兩類 信

24、息 ： 用 戶 信 息 與 用 戶 當(dāng) 前 的 位 置 信 息 ； VLR的 作用 是 管 理 該 網(wǎng) 絡(luò) 中 若 干 位 置 區(qū) (一 個(gè) 位 置 區(qū) 由 一 定 數(shù) 量的 蜂 窩 小 區(qū) 組 成 )內(nèi) 的 移 動(dòng) 用 戶 ， 為 移 動(dòng) 交 換 中 心(MSC)處 理 呼 叫 提 供 移 動(dòng) 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(gè) 過(guò) 程 。 4.5.2 越 區(qū) 信 道 切 換 越 區(qū) (過(guò) 區(qū) )切 換 (Handoff)是 指 將 當(dāng) 前 正 在進(jìn) 行 的 移 動(dòng) 臺(tái) 與 基 站 之 間 的 通 信 鏈 路 從 當(dāng) 前 基站 轉(zhuǎn) 移 到 另 一 個(gè) 基 站 的 過(guò) 程 ， 或 者 說(shuō) ， 當(dāng) 正 在通 話 的 移 動(dòng) 臺(tái) 從 一 個(gè) 小 區(qū) (扇 區(qū) )進(jìn) 入 相 鄰 的 小區(qū) (扇 區(qū) )時(shí) ， MSC控 制 使 一 個(gè) 信 道 上 的 通 話 切換 到 另 一 個(gè) 信 道 上 的 過(guò) 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(zhǔn) 則2.越 區(qū) 切 換 控 制 策 略3.越 區(qū) 切 換 時(shí) 頻 道 分 配