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1、移动通信原理,PART II 移动通信组网技术,组网技术,工作方式多址技术区域覆盖网络结构信令越区切换和位置管理,移动通信的工作方式,按通信状态和频率使用方法划分:,单工制半双工制双工制,单工制,指通信的双方同时只能有一方发送信号，而另一方接收信号，即通信双方电台交替地进行收信和发信。常用于点到点通信。,分类：同频单工、双频单工。特点：“按-讲”方式,单工制同频单工,定义：基地站和移动台使用相同工作频率,单工制双频单工,定义：通信双方使用两个频率，发射机与接收机仍然轮换工作，仅仅是频率的异同而已。例：A以 发射，B以 接收；B以 发射，A以 接收；,指通信的双方有一方在通信的过程中既能发射信号
2、也能接受信号，而另一方只能是单工工作。,半双工制,A：以双工方式工作，既能发话也能收话，以 发射、接收。B:采用“按-讲”的单工方式 以 接收、发射,目前的集群移动通信系统大多采用此种方式。,指通信的任一方在发话的同时也能收听到对方讲话，不需采用“按-讲”方式。,双工制,采用两个频率，每个频率形成一个方向的通信。由于发射机总是工作的，故电能消耗大模拟与数字蜂窝移动电话系统均采用双工工作方式。,双工方式：通信双方可以同时进行收发，区分收发的方式称为双工方式。双工方式包括：频分双工FDD（Frequency Divided Duplex）时分双工TDD（Time Divided Duplex）,多
3、址技术,BS如何识别用户？用户如何识别BS发给自己的信号？,BS,MS1,MS2,MS3,多个用户共享信道，区分用户的方式称为多址技术,解决办法多址技术：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,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、具有的特定码序列三种基本多址类型：频分多址（FDMA）时分多址（TDMA）码分多址（CDMA）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,FDMA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，每个用户占用一个频道通话。在模拟蜂窝移动通信系统中，采用的多址方式即FDMA,
4、思考：在模拟蜂窝移动通信中，一个小区的用户可以用相同的频率么？,BS,MS1,MS2,f1,f1,f2,f2,*基站能同时收发多个频率的信号*两MS间通信必须经基站中转，需4个频道实现双工*频道是动态地分配的,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,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,GSM频率配置我国900MHz数字蜂窝移动通信GSM：上行频率范围：890MHz915MHz 下行频率范围：935MHz960M
5、HzGSM移动通信网相邻信道间隔200KHz，共有频点125个。中国移动：195频点 中国联通：96125频点,移动通信系统的频段使用,BSMS,上行信号,下行信号,收发保护频段,f1,f2,f3,fn,f1,f2,f3,fn,BSMS,收发间隔,f增大,B,B,B,B,B,B,B,B,B,B,用户,FDMA的频道划分：,时分多址（TDMA）以时隙来区分用户,TDMA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，每一用户占用不同的时隙进行通信。GSM蜂窝移动通信中，即采用了TDMA的多址方式。,t,帧1,帧2,f,t1,t2,t5,t8,t1,t2,t5,t8,t1,t2,t5
6、,帧Frame 4.615ms,时隙577us,Time slot,BS,MS1,MS2,MS3,f1,f1,t,f1,f1,下行（同一小区）,BS,MS1,MS2,MS3,t1,t2,t5,t,帧1,帧2,f2,t1,t2,t5,t1,t2,t5,t1,t2,t5,f2,f2,f2,上行（同一小区）,思考一下：1.用户通话时是否会感到断续？2.同一小区的两个用户通话，需要多少个频点？,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,CDMA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码。在美国CDMA蜂窝系统中
7、采用，在第三代移动通信（3G）中也采用CDMA的多址方式,码分多址（CDMA）以正交码来区分用户,时间,所有用户可以在同一时刻，占用相同频段，进行通信。,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,移动通信的体制根据服务区覆盖方式的不同可分为：大区制小区制,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,BS,R,R,R,R,f1,f2,f3,f4,MS1,MS2,移动通信网的体制小区制,整个服务区有若干个基地站,MSC,BS
8、1,BS2,BS4,BS3,MS1,MS2,MS3,MS4,区域覆盖和信道配置,根据服务对象、地形及干扰等因素：带状服务区面状服务区,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。,A,B,A,B,面状服务区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
9、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？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,构成条件激励方式小区模型直放站,正六边形无线区群的构成条件,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，即单位无线区群，再由单位区群彼此邻接形成整个服务区域。单位无线区群中的小区使用不同频率，以防同频干扰。,单位无线区群的构成满足：（1）若干单位无线区群彼此邻接无缝覆盖整个服务区（2）相邻无线区群中的同频小区的中心间距相等且最大。,满足以上条件的单位无线区群中的小区个数为：N=i2+
10、ij+j2 N为小区的个数，i、j均为正整数，其中一个可以为0,f1,f2,f3,f1,f2,f3,f4,N=3,N=4,N=7,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。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：基地站在小区中心 全向天线覆盖无线小区顶点激励方式：正六边形不相邻的三个顶点上设立基地站采用定向天线,由于顶点激励采用定向天线，所以对同频干扰有一定的抑制作用，从而可以较小距离进行同频复用，提高了频率利用率，对简化设备，降低成本都有好处。,正六边形无线区群的小区分
11、裂,对蜂窝网而言，初期采用中心激励方式工作，当用户数和话务量均增时，就可缩小无线小区的方法来满足用户的需求。这就是小区分裂。两种方案：1：3分裂方式（可用原基地站位置）1：4分裂方式（需增设新的基地站）,实际的移动通信网用户分布是不均匀的,所以小区划分和信道数应灵活分配。在闹市区,无线小区面积小一些,信道数多一些,较密。在郊区,小区面积大一些,信道数少一些，较疏。,实际的区群划分,移动通信网的组成,MSC,移动网（PLMN）,市话网（PSTN）,移动通信网的组成网络结构,一个基站即一个无线小区。位置区是MS在其中自由移动而无需更改位置信息的区域，由若干个基地站组成。MSC区是一个移动业务交换中
12、心所管辖的范围，由若干个位置区组成。业务区由若干个MSC区组成移动通信网由一个或若干个业务区所组成的区域。,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,定义：通话过程中，当MS从一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
13、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2,门限3,A,B,C,D,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
14、换法，MS、基站和MSC共同参与完成。,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,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。位置信息存储在HLR和VLR中通常，GSM系统被划分许多位置区，对应不同位置区识别码,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BSC,BSC,BSC,HLR,LA4,三种位置更新,移动台开机时的位置登记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在一定的特定时间内，网络与移动台没有发生联系时，
15、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,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、位置信息等。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。位置登记后才能进行通话,2）常规位置更新过程,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VLR,HLR,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。,
