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1、1,移动通信技术(第2版),第2章 移动通信主要技术,2,第2章 移动通信主要技术,无线区域覆盖结构频率利用移动通信中的控制与交换路由及接续移动网络的抗衰落、抗干扰技术,3,第2章 移动通信主要技术,重点 多信道共用概念移动通信系统中的路由选择及接续跳频、分集、功率控制、扩频 难点 正六边形区群结构话务理论目的和要求 了解移动通信系统的组网制式、无线区群结构、信道选择方式掌握多信道共用、频率复用概念理解移动通信中的位置登记、越区切换、漫游等基本控制技术理解移动通信系统中常用的抗衰落抗干扰技术,4,2.1无线区域覆盖结构,区域覆盖结构组网制式正六边形无线区群结构移动通信网络结构和信道,5,区域覆
2、盖结构,根据其接续、覆盖方式分成多重结构无线小区基站区位置区MSC区PLMN区GSM服务区,6,小区：一个基站或基站的一部分（扇形天线）所覆盖的区域。基站区域：一个基站的所有小区所覆盖的区域。位置区：MS可任意移动不需要进行位置更新的区域。位置区可由一个或若干个小区组成。MSC区：一个MSC所管辖的所有小区共同覆盖的区域。一个MSC可由一个或若干个位置区组成。PLMN服务区：若干个MSC区组成。系统服务区：MS可获得服务的区域，无须知道MS实际位置而可马上通信的区域。可由若干个同标准公用移动电话网组成。,7,2.1.1组网制式,按服务区覆盖方式可分为大区制小区制大区制小区制小区形状的选择,8,
3、1.大区制,概念整个服务区内只设一个基站，负责区内联络与控制,R为分集接收台,9,要求为增大服务区：天线架设要高；发射功率要大解决上行信号弱的问题：采用分集接收台优点：设备简单，技术上易实现缺点：频谱利用率低，用户容量小（所有MS采用不同频率）适用：小城市或业务量不大的城市,10,2.小区制,概念整个服务区划分为若干个小区，每个小区设一个基站，负责本小区的联络与控制，并在MSC的统一控制下，实现小区间转接与其他网络的联系适用：大容量移动通信系统,11,优点服务区域缩小，同频复用距离减小，提高了频率利用率区域内用户数可灵活确定，小区的大小也可根据用户数灵活确定小区中用户数增大到一定程度，可实现“
4、小区分裂”MS和BS发射功率减小，减小了相互间的干扰缺点切换概率增加控制交换复杂建网成本提高,思考：为什么小区制能解决频道数有限 而用户数不断增加的矛盾？,12,3.小区形状的选择,服务区形状：线状、面状（无缝覆盖）相同地形地物、全向天线圆形小区规划设计中为邻接覆盖服务区，用圆内接正多边形代替圆(正三角形、正方形、正六边形),13,三种圆内接正多边形的比较,正六边形小区形状最佳，相互邻接构成蜂窝状网络结构,14,2.1.2正六边形无线区群结构,无线区群的构成激励方式,15,1.无线区群的构成,无线区群（频率分配）从覆盖角度：无线小区无线区群服务区由若干个无线小区构成，区群内使用不同频率，不同的
5、区群可使用相同的频率,16,构成条件能彼此邻接，同频小区中心间隔距离相等N=a2+ab+b2(a、b均为正整数或0，但不能同时为0，或一个为0一个为1)例：a=1,b=1N=3 a=2,b=0N=4 a=2,b=1N=7 a=3,b=1N=9,17,图2-5 各种单位无线区群的图形,18,a=1,b=2N=7时的区域覆盖同频小区根据a,b值确定,19,20,同频小区中心间隔距离距离同频复用保护距离D不产生同频干扰的最小距离同频复用时不产生同频干扰的条件 dg D,21,思考：如何选择无线区群的小区数N？（1）N=a2+ab+b2（2）（3）在满足上述两个条件的情况下，选N最小，频率利用率最高。
6、,22,2.激励方式,类型中心激励-全向天线顶点激励-定向天线三叶草形120扇形60扇形,23,定向天线的方向性提供了一定的隔离度，允许以较小的同频复用距离工作单位无线区群的N数减小；全向天线改定向天线可减小同频干扰,24,无线区大小的确定（根据用户数灵活确定）设服务区容量密度均匀无线区大小相同，每个无线区分配的信道数相同实际容量密度不同市区用户密度高无线区小些，分配的信道数多些；郊区用户密度低无线区大些，分配的信道数少些,25,容量密度不等时区域划分,26,小区分裂：一分三、一分四,27,无线区域的划分依据（综合考虑）地形地物情况容量密度通信容量有效利用频谱,28,2.1.3移动通信网络结构
7、和信道,无线区域覆盖结构网络结构信道,29,移动通信网基本结构,30,从频率配置、覆盖角度：无线小区无线区群服务区从控制角度：无线小区基站小区位置区MSC区PLMN服务区GSM业务区目前主要网络结构：三级集中交换式网络结构（MSC、BS、MS）,31,1.网络结构,移动本地网的网络结构移动通信网络和其他网络互联的原则移动通信话路网与NO.7信令网的关系,32,小规模、中规模、大规模本地网本地网含义：具有相同长途区号网络结构中设备间连接关系 P移动侧：TMSC1、TMSC2-一、二级汇接中心 TMm、Tm-本地汇接局 GWm-移动网关 PSTN侧：GWp-固网网关HLR：一般设一个，可增设MSC
8、：可一个或多个GMSC、TMSC可兼作MSC，与路由方式相关GWm和GMSC,移动本地网的网络结构,33,小规模,未建接口局,已建接口局,34,中规模,大规模,35,与其他网络的互连PSTN、PSPDN、CHINANET原则：与其他网络之间应设接口局，接口局的数量应尽量少，可独立设置，也可兼设(GWp、GWm)为澄清网络结构，与其他网络间应逐步采用来去话汇接方式，接口局作为网间结算的计费点对来去话进行计费,移动通信网络和其他网络互联的原则,36,与NO.7的关系 每个节点均设信令点一般：TMSC1设HSTP TMSC2设LSTP MSC设SPGSM与NO.7的互联,移动通信话路网与NO.7信令
9、网的关系,37,3.信道,传输信息的通道（双向）有线信道、无线信道（根据媒介不同分）无线信道：MS与BS间的一条双向传输通道FDD方式时双向使用分开的两个无线频率上行：MS BS下行：BS MS双工间隔：上下行频率的差值信道的含义模拟系统：信道=频道（波道）-FDMA数字GSM：信道=时隙-TDMACDMA：信道=地址码-CDMA,38,2.2频率利用,频率资源频谱管理同频复用多信道共用多址技术信道自动选择方式载波干扰保护比,39,频率资源,特殊资源不会用尽、不能储存不用与使用不当都是浪费具有时间、空间、频率三维特性同一时间、同一地点不能重复使用不同时间或不同地点可重复使用同频复用TDMA（不
10、同时间的频率重复使用）,40,2.2.1频谱管理,频谱分配的基本原则影响频率选择的因素,41,无线电频谱资源是国家和国际的一种公共资源，还须考虑国际、国内及各地区之间的频率协调问题（有效利用）管理机构国际：ITU国内：无线电管理委员会日常管理工作：审核频率使用的合法性；检查有害干扰；检查设备与系统的技术条件；考核操作人员的技术条件，登记业务种类，电台使用日期等。频谱管理的任务：频率使用的授权；建立频率使用登记表；无线电监测业务；控制人为噪声等,42,1.频率分配的基本原则,频道间隔模拟：25KHzGSM系统：200KHzIS-95 CDMA：1.25MHz公共边界的频率协调 天然边界共同遵守的
11、基本原则，如：天线有效高度及最大发射功率的限制、双方使用频道的协调等多频道共用频率复用,43,必须共同遵守的主要规则 规定900MHz频段双工间隔为45MHz（下行发高收低；上行收高发低）频率分配合适的发射功率合适的天线有效高度,44,频谱利用率的评价影响因素网路结构频道带宽用户密度每用户话务量呼损率共用频道数定量评价：在相同传输质量和相同呼损（阻塞）率前提下的频率利用率：Erl/(单位带宽3KHz.km2)或 Erl/(Hz.m2),45,影响频率选择的因素,传播环境的影响不同频段，应用于不同系统不同环境，有不同的适用频段有关组网的影响容量频率利用率多频道共用频道间隔设备共用（天线等）互调的
12、影响多频道共用、多系统同时工作,46,频道的分配方法,无三阶互调信道组分配法无三阶互调频率利用率低分区分组信道分配法无三阶互调频率利用率高运算量大，适用于需要信道数较少的系统等频距频道分配法有三阶互调，可抑制适用大型公网,第9章中详细介绍,47,2.2.2同频复用,同频复用概念同频复用方式,48,1.同频复用概念,解决频率拥挤的方法开发新频段（频段有限）有效利用频率，提高频率利用率同频复用多信道共用,多址技术,49,同频复用同一载波的无线信道用于覆盖相隔一定距离的不同区域（相当于频率资源再生）即：小区制中间隔一定距离重复使用相同频率蜂窝移动通信网络由若干个无线小区构成，区群内使用不同频率，不同
13、的区群可使用相同的频率假设每个群N个小区，则需N组频率同频复用须考虑同频干扰问题,50,2.同频复用方式,43、33、26、13方式 43方式指4个基站组成一个无线区群，每个基站3个扇区即至少需12个载频构成一个区群覆盖的频道组复用越紧密，频率利用率越高但需考虑同频干扰问题选择复用方式需考虑网络具体情况,51,频率紧密复用需注意的问题跳频方式、功控、DTX等抗干扰措施跳频点数频率加载率网络优化,52,2.2.3多信道共用,占用信道方式独立信道方式多信道方式多信道共用：多个用户共同享用多个信道,思考：多少用户共用多少信道最佳？,53,1.话务理论,呼叫话务量A度量通话业务量或繁忙程度单位时间内呼
14、叫次数与每次呼叫平均占时的乘积 A=Ct(Erl)1Erl：一个信道被连续占用1小时的话务量一个信道的最大话务量多个信道或中继线上的话务量可能大于1Erl,54,类型完成话务量A0损失话务量AL(AL=A-A0)呼损：多信道共用时，由于用户数大于信道数，多个用户同时需要通话时可能由于信道数 不够而使一部分用户不能通话，导致 呼叫失败损失话务量：呼叫失败损失的话务量,55,呼损率B多信道共用时呼叫失败的概率B=(AL/A)100%=(CL/C)100%A、B在需求上是一对矛盾服务质量、用户需要B减小 需减小流入话务量需减小用户数,运营商不愿意,56,呼损率的计算爱尔兰公式条件：呼叫的随机性、同时
15、间概率爱尔兰呼损表：A、B、n的关系 n：共用信道数 工程上使用,57,58,繁忙小时集中率K忙时：一天中最繁忙的一小时非忙时：K=忙时话务量/全日话务量,59,每用户忙时话务量A用户A用户=CTK/3600(Erl/用户)C：每天平均呼叫的次数T(秒)：每次呼叫平均占用信道时间CK：可视为忙时呼叫次数专用系统：0.06 Erl/用户公用系统：0.01 Erl/用户,60,每信道容纳的用户数 A/n表示一定呼损条件下，每信道平均话务量 n个信道容纳的总用户数 mn=A/A用户,61,例：每天每户平均呼叫10次，每次呼叫占时100s，呼损率为10%，繁忙小时集中率为10%，求：（1）给定20个信
16、道，能容纳多少个用户？（2）若区域内有500个用户，需要分配多少个信道？解：A用户=CTK/3600=0.028(Erl/用户)（1）根据B=10%，n=20查爱尔兰呼损表得：A=17.613Erl mn=A/A用户=17.613/0.028629个所以，给定20个信道可容纳约629个用户（2）A=mnA用户=14(Erl)根据A及B=10%查爱尔兰呼损表得：n17个所以，500个用户需共用约17个信道,62,当无线区共用信道数n一定时，B越大，A越大；信道利用率越高，B也越大，服务质量越低，因此B应选一个适当值，一般为1020%用户数与A、T有关。随着n增加，提高，但n增加，接续速率下降，设
17、备复杂，互调产物增多，因此n不能太大 在系统设计时，既要保持一定的服务质量，又要尽量提高信道的利用率，而且要求在经济技术上合理。为此，就必须选择合理的呼损率，正确地确定每个用户忙时的话务量和采用多信道共用方式工作，然后，根据用户数计算信道数，或者给定信道数计算能容纳多少用户数。,63,2.2.4多址技术,多路复用发端：用专门的合路设备将多用户信号 合在一条路径上传输收端：用分路设备将各用户的信号分开适用于有线传输提高中继线路的利用率,64,多址技术发端：给用户信息赋予不同的特征，然后向空中发射，自然合路收端：根据不同的特征，从空中提取自己的信号适用于无线传输提高频率利用率类型（不同特征）FDM
18、A（频率）TDMA（时间）CDMA（编码）SDMA（空间方向）,65,66,1.FDMA,概念：以频率区分不同的用户信号每个用户占用一个频道传输信息区别于FDD（频分双工）FDM（频分复用）原理：发端：每个用户的信息调制到不同载频上传输收端：接收解调获取自己的信息,67,68,特点：频率利用率低，系统容量有限每个频道一对频率，只可送一路话音信息连续传输。FDMA不需要复杂的成帧、同步和突发脉冲序列的传输，MS设备相对简单。技术成熟，易实现，但系统中多个频率信号易相互干扰，且保密性差 BS的共用设备成本高且数量大每个信道需要一套收发信机 越区切换时，只能在话音信道中传输数字指令，要抹掉一部分话音
19、而传输突发脉冲序列 独立应用于模拟系统,69,2.TDMA,概念：以传输时间区分不同的用户信号每个用户占用一个频道的不同时间段传输信息区别于TDD（时分双工）TDM（时分复用）原理：发端：每个用户的信息调制到一个载频上 在规定的时间段传输收端：在规定的时间段接收 解调获取自己的信息,70,同步位同步(比特同步)帧同步系统定时(全网同步)-主从同步方式定时提前量TA：为避免与下一时隙的信息重叠，根据估算的传播时延确定发射的提前时间。与突发中的保护间隔有相同功能TA根据MS与BTS间距离而定，在MS与BTS间不断传送,71,例：若小区半径为R，电波传播速率为c，则传播时延为=R/c 若R=10km
20、，则=33.3s 令保护时间Tg=，甚至略小一些 如：GSM中，NB的保护间隔为30.46s。(=8.25/270.833k)若R=35km，则=166.66s 令保护时间Tg166.66s 如：GSM中，接入突发AB的保护间隔为252s，这是因为系统对接入突发不能提供定时提前量信息(=68.25/270.833k),30.4633.3不满足，时间提前,252166.66满足，不需时间提前,72,特点少量发射机可避免多发射机同时工作而产生互调干扰，抗干扰能力强，保密性好 不存在频率分配问题，对时隙的管理和分配简单而经济。对时隙动态分配，有利于提高容量，系统容量较FDMA大 空闲时隙可用来检测信
21、号强度或控制信息，有利于加强网络的控制功能和保证MS的越区切换 需要严格定时与同步，以免信号重叠或混淆因为信道时延不固定 可提高频谱利用率，减少BS工作频道数，从而降低BS造价，方便非话业务的传输 GSM中采用FDMA/TDMA方式,73,3.CDMA,概念：以不同编码特征区分不同的用户信号每个用户、信息、基站用不同的编码调制（地址调制）,74,(1)原理,发端：不同用户信息用不同的地址码调制后传输收端：用与发送端相同的地址码解调获取自己的信息,75,频率利用率高使用相同频率，占用相同带宽，同时收发信号容量大容量：CDMATDMAFDMACDMA约是TDMA的46倍 约是FDMA的20倍,(2
22、)特点,76,软容量特性高负荷时，适当降低通信质量提高系统容量；小区呼吸：高负荷小区可适当降低导频信号强度，使周边用户切换到相邻低负荷小区,导频信号强度,77,软切换特性MS在切换时先不中断与原基站的连接，在与目标基站建立可靠通信后，再中断与原基站的通信一个MS可有多个BTS同时提供通信连接上下行功率控制GSM中利用APC对MS进行功率控制（上行）CDMA可对MS进行上行信号功率控制，也可对BTS进行下行信号功率控制,78,抗干扰、抗衰落、保密性好地址码调制（地址码的正交性）扩频技术的应用,79,(3)CDMA系统容量,容量：CDMATDMAFDMACDMA与GSM的容量比较CDMA的容量不固
23、定（软容量）,80,GSM中系统容量N的计算：W为频带宽度；B为信道间隔；m为小区频率复用系数；M为信道总数例：4*3复用方式：W=1.25MHz；m=4；B=25KHz则：N=12.5个信道,81,CDMA中系统容量的计算：W为频带宽度；Rb为信息速率；Eb/No为信噪比；G为扇形分区系数；F为信道复用系数；d为语音占空比例：W=1.2288MHz；Rb=9.6kbit/s；Eb/No=9dB；G=2.55；F=0.6；d=0.35则：N=74.8个信道,82,(4)码同步,CDMA中特有收端地址解调时须用与发端完全相同的地址码作用：实现本地地址码与接收信号地址码的同步频率上相同，相位上一致
24、,83,原理两个阶段捕获阶段：搜索发端信号，把发来的PN与本地PN在相位上纳入可保持同步的范围 一个PN码元跟踪阶段：PN的频率或相位有较小偏移时，系统都能自动调整，保持精确同步当收发端PN失步时，需重新捕获和跟踪,84,85,实现过程：载频捕获伪码捕获伪码跟踪载频跟踪伪码捕获以载频捕获为前提：若载频偏差较大，则会导致解扩后输出辐度过小，无法判断收发PN的偏差；载频跟踪建立在伪码跟踪基础上：若PN码不同步，解扩后输出载噪比太低，导致锁相环无法锁定,86,4.SDMA,定向天线多波束天线概念：以不同空间方向性区分不同的用户信号每个用户占用不同的空间波束原理：（波束赋形）根据来波方向角估算确定定向
25、发射方向自适应阵列天线,87,类型多波束天线（2G）自适应阵列天线（3G）应用TDD方式易实现（上下行空间传播特性接近）FDD方式较难（上下行空间传播特性差异大）一般不单独使用例：TD-SCDMA,88,2.2.5信道自动选择方式,专用呼叫信道方式-大容量系统循环定位方式循环不定位方式-小容量系统循环分散定位方式,89,专用呼叫信道方式,专用呼叫信道指定的专门用于呼叫的信道作用处理呼叫指定话音信道,90,专用呼叫信道方式优点：呼叫处理时间短适用大容量系统缺点：若在小容量系统中使用信道利用率低适用大容量系统,91,工作过程：MS在专用呼叫信道上守听 MS被叫/主叫呼叫信道处理，并分配话音信道 M
26、S转入指定话音信道 通话 呼叫一方挂机 MS话终，返回专用呼叫信道守听,92,循环定位方式,设临时呼叫信道，所有MS信道留守听临时呼叫信道用空闲信号指示有呼叫时在呼叫处理后变成话音信道其他不呼叫MS转换到新的临时呼叫信道充分利用信道，但同抢概率大空闲信道全被占满时，不再发空闲信号，MS不停扫描，若有呼叫，即为呼损,93,循环不定位方式,MS随机停靠，主叫时随机接入，被叫时系统临时指定呼叫信道所有未通话MS全部转入临时呼叫信道，基站选呼被呼MS占用该信道通话其余MS重新随机停靠接续时间长，互调干扰严重，同抢概率低,94,循环分散定位方式,所有空闲信道均可作临时呼叫信道MS主叫可随机接入MS被叫时
27、，基站在所有临时呼叫信道上发呼叫信号，MS占用接入接续快，效率高，争抢少接续控制较复杂，干扰严重,95,2.2.6载波干扰保护比,同频干扰保护比C/I同频复用保护距离调整邻道干扰保护比C/AAPC载波偏离400KHz时的干扰保护比锁相环稳定载频保护频带系统内：FDD双工间系统间不同系统间,96,2.3移动通信中的控制与交换,移动交换系统的特殊要求位置登记越区切换漫游,97,2.3.1移动交换系统的特殊要求,设备：数字程控交换机（特殊要求）（软交换设备）对移动交换机的特殊要求用户数据存储：鉴权、位置信息、漫游用户位置登记：有效寻呼和接入寻呼用户的信令系统识别及处理：有效寻呼和接入越区切换：通话不
28、中断过荷控制：用户流动性、通信质量保证远距离档案存取：漫游、位置登记、鉴权、寻址路由控制：选路、切换,98,2.3.2位置登记（位置更新）,概念：MS向BS发送报文表明自己所处位置的过程归属用户位置寄存器HLR、访问用户位置寄存器VLR中存储位置区家区(归属区)-HLR被访区-VLR,99,类型强制登记-开机或进入新的位置区周期性登记-表明MS仍处于工作状态一齐呼叫概念：在有某MS的呼叫时，根据位置信息表明被呼用户在某个位置区，但不知其所处的具体小区时，则位置区内所有基站一齐发出被呼移动台识别码 位置区小区 MS在收到被呼信息后自动应答，其他由应答小区提供接续服务延迟拨发：MS主叫时先拨号再按
29、发射键发射 节省占用信道的时间,100,2.3.3越区切换,概念通常：通话过程中，MS由一个小区进入另一个小区时，为保持通话不断，进行的频道转换空闲状态下的切换（控制信道）类型根据控制区域划分同一BSC下小区间的切换同一MSC，不同BSC下小区间的切换不同MSC小区间的切换,101,根据切换实现过程分硬切换：在切换时先中断与原基站的通信，再建立与新基站的通信软切换：在切换时先不中断与原基站的通信，与目标基站取得可靠通信后再中断与原基站的通信,102,硬切换：信号有短时中断（GSM中要求800ms）易发生乒乓效应，产生掉话软切换：信号不中断，同时有多个基站为一个MS提供接续服务不易产生乒乓效应，
30、不易掉话CDMA中在相同MSC的同频小区间进行,103,切换依据MS测试报告：工作信道的信号强度RSSI、邻小区控制信道RSSIBS测试报告：MS的RSSI、比特误码率BER(传输质量)切换时间：BS计算确定何时切换，切换到哪,104,2.3.4漫游,概念：MS离开注册入网的服务区域仍能获得入网通话服务的功能实现过程：位置登记、呼叫转移、呼叫建立归属区-归属局-本局用户被访区-被访局-漫游用户,105,2.4路由及接续,电路群的设置路由选择用户的激活与分离呼叫接续,106,2.4.1电路群的设置,电路群的类型低呼损电路群（高效）直达电路群 迂回路由注：不是同一分类依据电路群的设置一般设低呼损电
31、路群业务量较大时设高效直达电路群,107,2.4.2路由选择,原则：尽快接入被叫所在的网络被叫为PSTN用户：尽快接入PSTN被叫为PLMN用户：尽快接入PLMN加快选路接续速率先选直达路由，再选迂回路由,108,1.国内呼叫接续,MS呼叫PSTN用户PSTN用户呼叫MS,109,GSM用户呼叫GSM用户 VMSC：被访MSC,110,2.国际呼叫接续,MS主叫始发MSC分析为国际接入码00后，则立即从始发地通过接口局进入PSTN网 MS被叫由国外一直接续到北京、上海、广州PSTN的国际局，就近接入移动本地的接口局，在当地GMSC进行路由查询，并建立接续,111,3.位置更新,MS由小区1小区
32、2位置区不变，不需位置更新,112,MS由小区3小区2由LA2LA1，需位置更新，由同一个MSC控制MS由小区3小区5由LA2LA3，需位置更新，由不同的MSC控制,113,同一MSC下的位置更新,114,不同MSC下的位置更新,115,4.越区切换,概念目的定位（依据、内容）,116,类型BSC内切换BSC仅在切换完成后向MSC发送报文告知,117,同一MSC，BSC下切换需MSC协调若发生位置变化，需在呼叫完成后进行位置登记,118,不同MSC下切换MSC间协调需在呼叫完成后进行位置登记,119,120,2.4.3用户的激活与分离,用户开机MS：入网位置登记系统：MS激活，对其IMSI作“
33、附着”标记用户关机MS：关机前发关机信息系统：对该MS的IMSI作“分离”标记,121,周期性位置登记：概念：每隔一定时间进行一次位置登记，表明MS仍处于工作状态原因：为避免MS关机信息未被系统正确解调，误以为MS仍开机，有呼叫时盲目寻呼，浪费资源方法：每次登记须连续发送报文，直到收到系统的响应,122,2.4.4呼叫接续,移动用户主呼移动用户被呼,123,移动用户主呼 拨号，按发射键BTS BSC MSC 鉴权：HLR/AUC 设备识别：EIR 号码识别：接续 被叫为PSTN用户：经GMSC GWp PSTN 被叫为PLMN用户：经TMSC VMSCMS主叫时，同时发送三个号码：IMSI、I
34、MEI、被叫号码,延迟拨发,124,MS被叫 GMSC向HLR询问被叫MS的漫游号码 HLR要求被访VLR分配MSRN VLR分配存储后通知HLR HLR收到后转发MSRN给GMSC GMSC收到后对MSRN号码分析，并将呼叫转接到MS所在的MSC MS所在的MSC根据位置信息发起一齐呼叫,125,2.5 移动网络的抗衰落、抗干扰技术,跳频间断传输分集功率控制扩频,126,2.5.1跳频,概念原因作用类型原理实现,127,跳频的概念通话期间，工作载频在几个频点上跳变工作时隙不变,128,采用跳频技术的原因多径衰落与频率有关不同频率，其衰落谷点位置不同利用跳频技术尽可能作用：改善由衰落造成的误码
35、特性提高系统的抗衰落性能,129,跳频的类型快跳频FFH：跳频速率高于比特传输速率 一个比特跳几次慢跳频SFH：跳频速率低于比特传输速率 几个比特一跳GSM中采用SFH，跳频速率为217跳/秒每个时隙一跳，即传156.25bit一跳速率为：1/4.62ms217,CDMA中利用跳频实现扩频,130,跳频原理MS与BTS经运算得到相同的跳频序列BTS把跳频算法发送给MS跳频序列在小区内正交MS和BTS同步跳变支持BCH的物理信道不跳GSM中每个时隙一跳,131,跳频的实现基带跳频：基带信号按跳频序列传送到各个不同载频的发射机上进行调制适用于多发射机系统 只能用于基站,132,频率合成器跳频（射频
36、跳频）：频率合成器根据跳频序列合成不同的载频供发射机进行信号调制可单发射机工作GSM系统中跳频的实现BTS设备可能支持两种跳频方式，但只能选一种实现MS只能采用频率合成器跳频方式,133,2.5.2间断传输,MS数字信号处理中：A/D分段：有声段、无声段准双工概念作用原理,134,概念：仅在有信息需发送时才打开发射机，而在无声段关闭发射机关发射机时信道不分配给其他用户使用作用：为MS省电减少空中干扰电平间接提高频率利用率,135,DTX原理发端话音检测：有声段：开发射机 无声段：发SID后关发射机噪声估计：关发射机关进行噪声估计，产生SID收端噪声发生：在无声期间根据收到的SID产生舒适的背景
37、噪声语音帧置换：用前语音帧替代受干扰的语音坏帧,136,DSI原理发端话音识别器检测是否有话音，决定是否分配信道 CDMA中，相对来说，更便于利用话音插空技术，即将DSI与可变速率话音编码结合起来，从而获得通信容量的增加 DTX与DSI的区别DTX不能将收回的信道重新分配，只关发射机DSI可将收回的信道重新分配,137,2.5.3分集,作用概念类型,138,1.分集技术的作用,移动通信中的衰落问题（30dB40dB）利用分集技术增强抗衰落能力。不能增大发射功率，会造成对其他用户的干扰,139,2.分集的概念,分集接收：接收端对收到的多个衰落特性相互独立的信号进行特定处理，以降低信号电平起伏。含
38、义：分散传输 集中合并处理,140,3.分集的类型,宏分集-减小慢衰落影响 又称多基站分集，把多个基站设置在不同的地理位置上和不同方向上，同时和一个MS通信，MS选用其中信号最好的一个基站通信。微分集-减小快衰落影响,141,(1)微分集类型,空间分集场分量分集极化分集频率分集角度分集时间分集,142,空间分集,依据：任意两个不同位置上接收同一个信号，在位置距离大到一定程度时，衰落特性不相关实现：两副相隔距离d的天线（d越大，相关性越弱）d与、地物及天线高度有关，通常取值：市区：d=0.5 郊区：d=0.8应用：BTS（d取几个波长）、MS（车载台）（900MHz频段：两副天线间隔约0.27m
39、）,143,场分量分集,依据：电磁波Ez、Hx、Hy分量互不相关。实现：不要求天线间的实体间隔应用：适用较低频段。（较高频段用空间分集较易实现）,144,极化分集,依据：不同极化的电磁波有独立的衰落特性实现：用两个极化方式不同的天线分别收发。可视为空间分集的一种特殊情况，二重分集 也需两副天线，但天线间距离可减小。发射功率损失一半，因为 射频功率分给两个不同极化的天线场分量分集和空间分集优于极化分集。,145,频率分集,依据：频率间隔大于相关带宽的两个信号的衰落是不相关的。相关带宽：Bc=1/(2)-延时扩展例：市区=3s，Bc约为53KHz实现：频率间隔大于53KHz的两部发射机应用：BTS
40、设备复杂，频率利用不经济,146,角度分集,依据：不同方向传送的信号衰落特性不同实现：使电波通过几个不同的路径，并以不同角度到达接收端，接收端利用税方向性接收天线分离出不同方向的信号。应用：高频段易实现,147,时间分集,依据：时间间隔足够大的同一信号衰落特性互不相关。实现：同一信号间隔一定的时间多次重发(交织)应用：衰落信道中传输数字信号（也可克服多普勒效应引起的信号衰落）注意：时间分集对处于静止状态的MS，不能改善由多普勒效应引起的信号衰落,148,(2)合并的类型,概念：接收机对收到的多个具有不同衰落特性的信号，合并处理，减小衰落的影响。选择不同的加权系数，构成不同的合并方式类型：选择式
41、合并 最大比值合并 等增益合并三种合并类型的性能比较 信噪比的改善 误码率的改善,149,选择式（开关式）合并,实现：检测所有分集支路的信号作为合并器输出加权系数：一项为“1”；其余为“0”特点：简单易实现，但未选支路信号不用，其抗衰落性能不佳。若在中高频实现，必须保证信号同相，电路复杂度提高例：二重分集选择式合并,150,最大比值合并,实现：每路信号的加权系数与包络成正比，与噪声功率成反比，合并器对加权后的各路信号求和。加权系数：合并器输出信号包络：特点：复杂，但抗衰落性能最好,151,等增益合并,实现：各支路信号等增益相加。加权系数：均为“1”合并器输出信号包络：特点：实现简单，抗衰落性能
42、接近于最大比值合并,152,三种合并类型性能比较,信噪比的改善假设：每一支路均为白噪声；信号包络的衰落速率远低于信号最低调制频率；各支路信号的衰落互不相关不同分集重数其平均信噪比改善程度不同相同分集重数下，最大比值合并改善信噪比最多，等增益合并接近最大比值合并，选择式合并改善最少。,153,误码率的改善数字系统中衡量分集效果的指标是误码率从误码率角度比较：最佳比值合并-最好等增益合并-其次选择式合并-最差,154,2.5.4功率控制,概念：对MS、BTS的发射功率值按需要进行控制，使系统获得最佳的通信质量和最大的通信容量。主要执行对MS的功率控制,155,功控原因,CDMA系统是一个自干扰系统
43、，通信质量和容量受限于收到干扰功率的大小。MS信号功率太低，误码率太大，无法保证通信质量 MS信号功率太大，对其他MS干扰增加，导致通信质量恶化、容量减小每个MS的发射功率控制在基站所需信噪比最小值时，通信容量才最大。在CDMA中解决远近效应，同时避免对其他用户的过大干扰，必须严格功率控制,156,功率控制技术的类型,反向功率控制（对MS发射功率实行控制）开环功率控制 闭环功率控制前向功率控制（对BTS发射功率实行控制）功率控制的应用GSM：反向闭环功率控制IS-95CDMA：反向开环、反向闭环、前向功率控制,157,CDMA系统中的功率控制：,158,2.5.5扩频,扩频通信基本原理扩频通信
44、系统的特点扩频通信的种类,159,扩频通信的概念：占用频带宽度远大于原始信号带宽的传输方式，且带宽与原始信号无关 WB（100倍以上）占用频带宽度W；原始信号带宽B扩频系统的频带宽度要求：处理增益Gp=W/B 12-窄带 50以上-宽带 100以上-扩频作用：提高系统的抗干扰能力，改善通信质量 常与CDMA系统结合使用。,160,依据：香农定理公式：C为系统容量；W为传输时占用频带宽度；S/N为信噪比 由公式可知：当所需容量确定时，传输带宽增加，信噪比的要求可下降。即系统的抗干扰能力提高了,161,1.扩频通信的基本原理,实现抗干扰原理系统指标,162,1.扩频通信的实现,收发端伪码（扩频码）
45、完全相同时，才能正常接收,di,PNi,PNk,发端：扩频,收端：解扩,163,164,扩频通信系统的抗干扰原理,通过增大有用信号与干扰信号功率差实现抗干扰性能的提高有用信号与PN相乘后，信号频谱被展宽，功率密度下降传输时，加入噪声和干扰收端用与发端相同的PN相乘解扩，有用信号频谱恢复，干扰频谱展宽，功率密度下降利用窄带滤波器提取有用信号,W,扩频：,传输：,解扩：,窄带滤波：,165,扩频系统的指标,处理增益公式：Gp=W/B表示系统信噪比改善程度（常以dB表示）例：W=1.25MHz；B=10KHz 则：Gp=10lg(W/B)21dB（125倍）表明滤波器输出信噪比改善了21dB,166
46、,抗干扰容限概念：保证接收机能正常工作时，接收机输入端允许进入的干扰信号比有用信号高出的分贝数。接收机允许的极限干扰信号强度公式：Mj=Gp-(Ls+(S/N)o)例：Gp=21dB；系统损耗Ls=3dB；(S/N)o10dB 则：Mj=8dB（6.3倍）表明干扰信号功率大于有用信号功率不超过6.3倍时，系统均能正常工作。,167,2.扩频通信的特点,抗干扰能力强（有用信号和干扰功率差值大）保密性好（单位频带内功率小，淹没在噪声中）可实现CDMA（与CDMA实现方式相同）抗多径干扰（利用RAKE接收机合成多径信号，变害为宝）精确定时、测距（GPS）,168,3.扩频系统种类,直接序列（DS）扩
47、频系统-直扩系统跳频（FH）扩频系统脉冲线性调频（chirp）扩频系统跳时（TH）扩频系统混合系统 其中一、二两种为民用系统,169,本章小结,为了提高频谱的利用率，大容量移动通信系统采用正六边形无线小区制结构，并进行多频道共用和同频复用，专用呼叫信道方式可用于提高呼叫接续的速度。移动通信系统中常用的多址技术有FDMA、TDMA、CDMA和SDMA等，不同的系统可组合应用，以提高系统容量由于用户的可移动性，移动交换机必须具有特定的功能，移动通信网必须具有如位置登记、越区切换、漫游等跟踪交换技术。移动通信系统的选路接续与其网络特性、网络结构相关。MS开关机时，在系统哙 对其作附着或分离标记，以标明MS状态。为了改善移动通信系统的性能，系统采用很多抗衰落、抗干扰技术，主要技术包括跳频、语音间断传输、分集、功率控制、扩频等，不同的系统在应用时会有所区别,
