移動(dòng)通信(第五版)(章堅(jiān)武)第2章

1、第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 2.1 引言引言 2.2 移動(dòng)通信體制移動(dòng)通信體制 2.3 移動(dòng)通信的信道結(jié)構(gòu)移動(dòng)通信的信道結(jié)構(gòu) 2.4 蜂窩蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率配置移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率配置 2.5 移動(dòng)通信環(huán)境下的干擾移動(dòng)通信環(huán)境下的干擾 2.6 蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的頻率規(guī)劃蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的頻率規(guī)劃 2.7 多信道共用技術(shù)多信道共用技術(shù) 2.8 移動(dòng)性管理移動(dòng)性管理 2.9 無線資源管理技術(shù)無線資源管理技術(shù) 2.10 信道自動(dòng)選擇方式信道自動(dòng)選擇方式第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院2.1 引引 言言 移動(dòng)通信網(wǎng)就是承接移動(dòng)通信業(yè)

2、務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，主要完成移動(dòng)用戶之間、移動(dòng)用戶與固定用戶之間的信息交換。這里的“信息交換”不僅僅指雙方的通話業(yè)務(wù)，還包括數(shù)據(jù)、傳真和圖像等通信業(yè)務(wù)。 一些移動(dòng)通信網(wǎng)直接向社會(huì)公眾提供移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，與公共交換電話網(wǎng)（PSTN）聯(lián)系密切，并經(jīng)專門的線路進(jìn)入公共交換電話網(wǎng)，我們稱之為公用移動(dòng)電話網(wǎng)，簡(jiǎn)稱公網(wǎng)。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院也有的移動(dòng)通信網(wǎng)是一些專用網(wǎng)，并不對(duì)公眾開放，不進(jìn)入電話網(wǎng)，或與PSTN的互連較少，如工業(yè)企業(yè)中的無線電調(diào)度、公安指揮、交通管理、海關(guān)緝私、醫(yī)療救護(hù)等部門使用的無線電話網(wǎng)，通常稱之為專用移動(dòng)通信網(wǎng)，簡(jiǎn)稱專網(wǎng)。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡

3、彥物信學(xué)院2.2 移動(dòng)通信體制移動(dòng)通信體制2.2.1 2.2.1 大區(qū)制移動(dòng)通信網(wǎng)大區(qū)制移動(dòng)通信網(wǎng) 大區(qū)制就是在一個(gè)服務(wù)區(qū)域(如一個(gè)城市)內(nèi)只有一個(gè)或幾個(gè)基站（Base Station，BS），并由它負(fù)責(zé)移動(dòng)通信的聯(lián)絡(luò)和控制， 如圖2-1所示。 通常為了擴(kuò)大服務(wù)區(qū)域的范圍， 基站天線架設(shè)得都很高， 發(fā)射機(jī)輸出功率也較大(一般在200 W左右)， 其覆蓋半徑大約為3050 km。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院圖圖2-1 大區(qū)制移動(dòng)通信示意圖大區(qū)制移動(dòng)通信示意圖 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院由于電池容量有限，通常移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)的輸出功率較小，因此移動(dòng)臺(tái)距基

4、站較遠(yuǎn)時(shí)，移動(dòng)臺(tái)可以收到基站發(fā)來的信號(hào)(即下行信號(hào))，但基站收不到移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的信號(hào)(即上行信號(hào))。為了解決兩個(gè)方向通信不一致的問題，可以在服務(wù)區(qū)域中的適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)設(shè)立若干個(gè)分集接收站，如圖21中的虛線所示，以保證在服務(wù)區(qū)內(nèi)的雙向通信質(zhì)量。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院在大區(qū)制中，為了避免相互間的干擾，在服務(wù)區(qū)內(nèi)的所有頻道(一個(gè)頻道包含收、發(fā)一對(duì)頻率)的頻率都不能重復(fù)。比如，移動(dòng)臺(tái)MS1使用了頻率f1和f2，那么，另一個(gè)移動(dòng)臺(tái)MS2就不能再使用這對(duì)頻率了;否則，將產(chǎn)生嚴(yán)重的同頻干擾。因而，這種體制的頻率利用率和通信容量都受到了限制，滿足不了用戶數(shù)量急劇增長的需要。大區(qū)制的優(yōu)點(diǎn)是

5、組成簡(jiǎn)單，投資少，見效快，主要用于專網(wǎng)或用戶較少的地域。例如，在農(nóng)村或城鎮(zhèn)，為節(jié)約初期工程投資，可按大區(qū)制設(shè)計(jì)考慮。但是，從遠(yuǎn)期規(guī)劃來說，為了滿足用戶數(shù)量增長的需要，提高頻率的利用率，還需采用小區(qū)制的辦法。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院2.2.2 2.2.2 小區(qū)制（蜂窩）移動(dòng)通信網(wǎng)小區(qū)制（蜂窩）移動(dòng)通信網(wǎng) 小區(qū)制就是把整個(gè)服務(wù)區(qū)域劃分為若干個(gè)無線小區(qū)（Cell），每個(gè)小區(qū)分別設(shè)置一個(gè)基站， 負(fù)責(zé)本區(qū)移動(dòng)通信的聯(lián)絡(luò)和控制。同時(shí)，又可在移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC）的統(tǒng)一控制下，實(shí)現(xiàn)小區(qū)之間移動(dòng)用戶通信的轉(zhuǎn)接，以及移動(dòng)用戶與市話用戶的聯(lián)系。比如，可以把圖2-1中的服務(wù)區(qū)域一分為

6、七，如圖2-2所示。每個(gè)小區(qū)（半徑為220 km， 目前小的有13 km，有的城市為500m）各設(shè)一個(gè)小功率基站(BS1BS7)，發(fā)射功率一般為520W，以滿足各無線小區(qū)移動(dòng)通信的需要。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院隨著用戶數(shù)的不斷增加，無線小區(qū)還可以繼續(xù)劃小為微小區(qū)（Microcell）和微微小區(qū)（Picrocell）， 以不斷適應(yīng)用戶數(shù)增長的需要。 在實(shí)際中， 用小區(qū)分裂（Cell Splitting）、小區(qū)扇形化（Sectoring）和覆蓋區(qū)域逼近（Coverage Zone Approaches）等技術(shù)來增大蜂窩系統(tǒng)容量。 小區(qū)分裂是將擁塞的小區(qū)分成更小的小區(qū)，每

7、個(gè)小區(qū)都有自己的基站并相應(yīng)的降低天線高度和減小發(fā)射機(jī)功率。 由于小區(qū)分裂提高了信道的復(fù)用次數(shù)， 因而使系統(tǒng)容量有了明顯提高。 假設(shè)系統(tǒng)中所有小區(qū)都按小區(qū)半徑的一半來分裂， 如圖2-3所示，理論上，系統(tǒng)容量增長接近4倍。 小區(qū)扇形化依靠基站的方向性天線來減少同頻干擾以提高系統(tǒng)容量， 通常一個(gè)小區(qū)劃分為3個(gè)120的扇區(qū)或是6個(gè)60的扇區(qū)。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院圖圖2-2 小區(qū)制小區(qū)制(蜂窩蜂窩)移動(dòng)通信網(wǎng)移動(dòng)通信網(wǎng) 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院采用小區(qū)制不僅提高了頻率的利用率，而且由于基站功率減小，也使相互間的干擾減少了。此外，無線小區(qū)的范圍還可

8、根據(jù)實(shí)際用戶數(shù)的多少靈活確定，具有組網(wǎng)的靈活性。采用小區(qū)制最大的優(yōu)點(diǎn)是有效地解決了頻道數(shù)量有限和用戶數(shù)增大之間的矛盾。所以，公用移動(dòng)電話網(wǎng)均采用這種體制。 但是這種體制在移動(dòng)臺(tái)通話過程中，從一個(gè)小區(qū)轉(zhuǎn)入另一個(gè)小區(qū)時(shí)，移動(dòng)臺(tái)需要經(jīng)常地更換工作頻道。無線小區(qū)的范圍越小，通話中切換頻道的次數(shù)就越多，這樣對(duì)控制交換功能的要求就提高了，再加上基站數(shù)量的增加，建網(wǎng)的成本就提高了，所以無線小區(qū)的范圍也不宜過小。通常需根據(jù)用戶密度或業(yè)務(wù)量的大小來確定無線小區(qū)半徑，目前，宏小區(qū)半徑一般為（15）km。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院圖圖2-3 按小區(qū)半徑的一半進(jìn)行小區(qū)分裂示意圖按小區(qū)半徑的一

9、半進(jìn)行小區(qū)分裂示意圖 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院當(dāng)基站采用全向天線時(shí)，基站覆蓋區(qū)大致是一個(gè)圓。當(dāng)多個(gè)無線小區(qū)彼此連接并覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)時(shí)，可以用圓的內(nèi)接正多邊形來近似。能全面覆蓋一個(gè)平面的正多邊形有正三角形、正方形、正六邊形三種。在這三種小區(qū)結(jié)構(gòu)中，正六邊形小區(qū)的中心間隔和覆蓋面積都是最大的，而重疊區(qū)域?qū)挾群椭丿B區(qū)域面積又最小。這意味著對(duì)于同樣大小的服務(wù)區(qū)域，采用正六邊形構(gòu)成小區(qū)所需的小區(qū)數(shù)最少，所需頻率組數(shù)最少，各基站間的同頻干擾最小。由于小區(qū)采用了正六邊形小區(qū)結(jié)構(gòu)，形成蜂窩狀分布，因此小區(qū)制亦稱蜂窩制。由于公用移動(dòng)電話網(wǎng)均采用這種體制，因此，公用移動(dòng)電話也稱為蜂窩移動(dòng)

10、通信(CellularMobileTelecommunications)。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，對(duì)基站進(jìn)行選址以及分配信道組的設(shè)計(jì)過程叫做頻率規(guī)劃（FrequencyPlanning）。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院當(dāng)用正六邊形來模擬覆蓋范圍時(shí)，基站發(fā)射機(jī)可安置在小區(qū)的中心（中心激勵(lì)方式）或者安置在六個(gè)小區(qū)頂點(diǎn)之中的三個(gè)點(diǎn)上（頂點(diǎn)激勵(lì)方式）。通常，中心激勵(lì)方式采用全向天線，頂點(diǎn)激勵(lì)方式采用扇形天線。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院2.3 移動(dòng)通信的信道結(jié)構(gòu)移動(dòng)通信的信道結(jié)構(gòu) 2.3.1 話音信道話音信道(VC) 1. 檢測(cè)音檢測(cè)音(SAT) 在模擬蜂窩系統(tǒng)

11、(AMPS和TACS)中，檢測(cè)音(SAT)是指在話音傳輸期間連續(xù)發(fā)送的帶外單音。MSC通過對(duì)SAT的檢測(cè)，可以了解話音信道的傳輸質(zhì)量。當(dāng)話音信道單元發(fā)射機(jī)啟動(dòng)后， 就會(huì)不斷在帶外(話音頻帶為3003400 Hz)發(fā)出檢測(cè)音(5970 Hz或6000 Hz或6030 Hz)。SAT由BS的話音信道單元發(fā)出，經(jīng)移動(dòng)臺(tái)MS環(huán)回。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院 2. 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 在一定情況下，在話音信道上還可傳遞數(shù)據(jù)。 例如， 在越區(qū)切換時(shí)，通話將暫時(shí)中斷(模擬蜂窩系統(tǒng)中一般要求限定在800 ms之內(nèi))，可利用這段時(shí)間在話音信道中，以數(shù)據(jù)形式傳遞必要的指令或交換數(shù)據(jù)。 3. 信號(hào)音

12、信號(hào)音(ST) 信號(hào)音為線路信號(hào)。它是由移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的單向信號(hào)。例如，在BS尋呼MS過程中，如果BS收到MS發(fā)來的ST，就表示振鈴成功。在切換過程中，原BS收到MS發(fā)來的ST信號(hào)，則表示MS對(duì)切換認(rèn)可。 ST是帶內(nèi)信號(hào)， 一般在0300 Hz之間。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院2.3.2 控制信道控制信道(CC) 1. 尋呼尋呼 當(dāng)移動(dòng)用戶被呼時(shí)，就在控制信道的下行信道發(fā)起呼叫移動(dòng)臺(tái)信號(hào)，所以將該信道稱為尋呼信道(PC)。 2. 接入接入 當(dāng)移動(dòng)用戶主呼時(shí)，就在控制信道的上行信道發(fā)起主呼信號(hào)， 所以將該信道稱為接入信道(AC)。 在控制信道中，不僅傳遞尋呼和接入信號(hào)，還傳遞

13、大量的其他數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)的常用報(bào)文、指定通話信道、重試(重新試呼)等信號(hào)。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院2.4 移動(dòng)通信網(wǎng)的頻率配置移動(dòng)通信網(wǎng)的頻率配置 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院 由表2-1可以看出，對(duì)于頻分雙工（FDD）蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，900MHz頻段收發(fā)頻差為45MHz，1800MHz頻段收發(fā)頻差為95MHz，2000MHz頻段收發(fā)頻差為90MHz。注意：對(duì)于450MHzFDD專用移動(dòng)通信系統(tǒng)，收發(fā)頻差為10MHz；對(duì)于150MHzFDD專用移動(dòng)通信系統(tǒng)，收發(fā)頻差為5.7MHz。以中國聯(lián)通GSM900為例，6MHz帶寬，收發(fā)頻差為45MHz，

14、載波間隔為200kHz，即200kHz一個(gè)載波頻點(diǎn)，共30個(gè)載波頻點(diǎn)，除去工作頻點(diǎn)首尾各一個(gè)保護(hù)頻點(diǎn)，共28個(gè)頻點(diǎn)。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院在3G頻段分配方面，中國移動(dòng)TD-SCDMA獲得的頻譜為（18801900）MHz，共20MHz，之前TD-SCDMA試驗(yàn)網(wǎng)還曾獲得（20102025）MHz的頻譜，兩者加起來，TD-SCDMA共獲得35MHz。（19001920）MHz頻段目前尚被中國聯(lián)通及中國電信小靈通(PHS)使用。2009年2月，政府主管部門明確要求所有（19001920）MHz頻段無線接入系統(tǒng)應(yīng)在2011年底前完成清頻退網(wǎng)工作，以確保不對(duì)（188019

15、00）MHz頻段TD-SCDMA系統(tǒng)產(chǎn)生有害干擾。第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院中國電信cdma2000除了原先使用的800MHz頻段外，獲批的是（19201935）MHz(上行)、（21102125）MHz(下行)；中國聯(lián)通WCDMA獲得的是（19401955）MHz(上行)、（21302145）MHz(下行)。它們分別獲得30MHz，而且無論上行還是下行，中間都相隔了5MHz，以免相互干擾。此外，目前運(yùn)用的800MHz/900MHz/1800MHz頻段的2GFDD頻譜也為未來3GFDD使用頻譜。對(duì)于早期的模擬蜂窩系統(tǒng)，不同設(shè)備的信道（載波）間隔不同。北美為30kHz，如

16、AMPS系統(tǒng)的信道間隔為30kHz；德國為20kHz；日本、英國、北歐和中國都是25kHz，如TACS系統(tǒng)的信道間隔為25kHz。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院2.5 移動(dòng)通信環(huán)境下的干擾移動(dòng)通信環(huán)境下的干擾 2.5.1 同頻道干擾同頻道干擾 1. 同頻道干擾保護(hù)比指標(biāo)同頻道干擾保護(hù)比指標(biāo) 接收機(jī)輸出端有用信號(hào)達(dá)到規(guī)定質(zhì)量的情況下，在接收機(jī)輸入端測(cè)得有用射頻信號(hào)與同頻無用射頻信號(hào)之比的最小值，稱為同頻道干擾保護(hù)比。該指標(biāo)與網(wǎng)絡(luò)提供的話音質(zhì)量有 關(guān) 。 話 音 質(zhì) 量 通 過 用 戶 平 均 意 見 得 分 （ M O S ，MeanOpinionScores)進(jìn)行評(píng)價(jià)，分

17、為15級(jí)，級(jí)越高越好。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院 （1） 靜態(tài)同頻道干擾保護(hù)比。 對(duì)于三級(jí)話音質(zhì)量其下限信噪比為14 dB。 對(duì)應(yīng)的有用信號(hào)與干擾信號(hào)之比為8 dB。 所以，為了維持三級(jí)話音質(zhì)量下限， 靜態(tài)同頻道干擾保護(hù)比要求大于等于8 dB。四級(jí)話音質(zhì)量其下限信噪比約為25 dB。為了維持四級(jí)話音質(zhì)量下限，靜態(tài)同頻道干擾保護(hù)比要求大于等于12 dB。 （2） 同頻道干擾概率。同頻道干擾概率規(guī)定為10%。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院 （3）考慮衰落影響、干擾概率和靜態(tài)射頻保護(hù)比后的同頻道干擾保護(hù)比。當(dāng)有快衰落和慢衰落時(shí)，通常的做法是在靜態(tài)同頻道

18、干擾保護(hù)比（P）上加上同頻道干擾余量（ZP），即P+ZP（dB）。 表2-2列出干擾概率為10%時(shí)的P+ZP值。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院2.2.同頻道復(fù)用保護(hù)距離系數(shù)同頻道復(fù)用保護(hù)距離系數(shù)D D/ /r r 在蜂窩網(wǎng)中，使兩個(gè)同頻小區(qū)保持必要的距離是保證同頻道干擾保護(hù)比達(dá)到指標(biāo)要求的主要辦法。在全向基站區(qū)中，同頻道復(fù)用保護(hù)距離系數(shù)由圖2-4定義。為了滿足表22的同頻道干擾保護(hù)比指標(biāo)，所需要的系數(shù)可由式（2-1）計(jì)算，其結(jié)果列于表23。 rrDZPPlg40式中，D/r為同頻道復(fù)用保護(hù)距離系數(shù)。 (2-1)第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院圖2-4 同

19、頻道復(fù)用保護(hù)距離系數(shù) 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院2.5.2 鄰頻道干擾鄰頻道干擾 工作在k頻道的接收機(jī)受到工作于k1頻道的信號(hào)的干擾，即鄰道（k1頻道）信號(hào)功率落入k頻道的接收機(jī)通帶內(nèi)造成的干擾稱為鄰頻道干擾。解決鄰頻道干擾的措施包括： （1） 降低發(fā)射機(jī)落入相鄰頻道的干擾功率，即減小發(fā)射機(jī)帶外輻射； （2） 提高接收機(jī)的鄰頻道選擇性； （3） 在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，避免相鄰頻道在同一小區(qū)或相鄰小區(qū)內(nèi)使用，以增加同頻道防護(hù)比。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院2.5.3 互調(diào)干擾互調(diào)干擾 在專用網(wǎng)和小容量網(wǎng)中，

20、互調(diào)干擾可能成為設(shè)臺(tái)組網(wǎng)較關(guān)心的問題。產(chǎn)生互調(diào)干擾的基本條件是： （1）幾個(gè)干擾信號(hào)（A、B、C）與受干擾信號(hào)的頻率（S）之間滿足2A-B =S或A+B-C =S 的條件。 （2） 干擾信號(hào)的幅度足夠大。 （3） 干擾（信號(hào)）站和受干擾的接收機(jī)都同時(shí)工作。 互調(diào)干擾分為發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾和接收機(jī)互調(diào)干擾兩類。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院 1. 發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾 一部發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)進(jìn)入了另一部發(fā)射機(jī)，并在其末級(jí)功放的非線性作用下與輸出信號(hào)相互調(diào)制，產(chǎn)生不需要的組合干擾頻率，對(duì)接收信號(hào)頻率與這些組合頻率相同的接收機(jī)造成的干擾，稱為發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾。 減少發(fā)射機(jī)互調(diào)干

21、擾的措施有： （1） 加大發(fā)射機(jī)天線之間的距離； （2） 采用單向隔離器件和采用高Q諧振腔； （3） 提高發(fā)射機(jī)的互調(diào)轉(zhuǎn)換衰耗。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院 2. 接收機(jī)互調(diào)干擾接收機(jī)互調(diào)干擾 當(dāng)多個(gè)強(qiáng)干擾信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)前端電路時(shí)，在器件的非線性作用下，干擾信號(hào)互相混頻后產(chǎn)生可落入接收機(jī)中頻頻帶內(nèi)的互調(diào)產(chǎn)物而造成的干擾稱為接收機(jī)互調(diào)干擾。 減少接收機(jī)互調(diào)干擾的措施有： （1） 提高接收機(jī)前端電路的線性度； （2） 在接收機(jī)前端插入濾波器， 提高其選擇性； （3） 選用無三階互調(diào)的頻道組工作。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院 3. 在設(shè)臺(tái)組網(wǎng)中對(duì)抗互調(diào)

22、干擾的措施在設(shè)臺(tái)組網(wǎng)中對(duì)抗互調(diào)干擾的措施 （1）蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)。 由于需要頻道多和采用空腔諧振式合成器，只有采用互調(diào)最小的等間隔頻道配置方式， 并依靠設(shè)備優(yōu)良的互調(diào)抑制指標(biāo)來抑制互調(diào)干擾。 （2） 專用的小容量移動(dòng)通信網(wǎng)。 主要采用不等間隔排列的無三階互調(diào)的頻道配置方法來避免發(fā)生互調(diào)干擾。表2-4列出無三階互調(diào)的頻道序號(hào)。由表2-4可見，當(dāng)需要的頻道數(shù)較多時(shí)， 頻道利用率很低， 故不適用于蜂窩網(wǎng)。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院2.5.4 阻塞干擾阻塞干擾 當(dāng)外界存在一個(gè)離接

23、收機(jī)工作頻率較遠(yuǎn), 但能進(jìn)入接收機(jī)并作用于其前端電路的強(qiáng)干擾信號(hào)時(shí)，由于接收機(jī)前端電路的非線性而造成對(duì)有用信號(hào)增益降低或噪聲增高，使接收機(jī)靈敏度下降的現(xiàn)象稱為阻塞干擾。這種干擾與干擾信號(hào)的幅度有關(guān)，幅度越大，干擾越嚴(yán)重。當(dāng)干擾電壓幅度非常強(qiáng)時(shí)，可導(dǎo)致接收機(jī)收不到有用信號(hào)而使通信中斷。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院2.5.5 近端對(duì)遠(yuǎn)端的干擾近端對(duì)遠(yuǎn)端的干擾 當(dāng)基站同時(shí)接收從兩個(gè)距離不同的移動(dòng)臺(tái)發(fā)來的信號(hào)時(shí)， 距基站近的移動(dòng)臺(tái)B（距離d2）到達(dá)基站的功率明顯要大于距離基站遠(yuǎn)的移動(dòng)臺(tái)A（距離，1）的到達(dá)功率，若二者頻率相近，則距基站近的移動(dòng)臺(tái)B就會(huì)造成對(duì)接收距離距基站遠(yuǎn)的移動(dòng)

24、臺(tái)A的有用信號(hào)的干擾或仰制，甚至將移動(dòng)臺(tái)A的有用信號(hào)淹沒。 這種現(xiàn)象稱為近端對(duì)遠(yuǎn)端干擾。 克服近端對(duì)遠(yuǎn)端干擾的措施主要有兩個(gè)：一是使兩個(gè)移動(dòng)臺(tái)所用頻道拉開必要間隔； 二是移動(dòng)臺(tái)端加自動(dòng)（發(fā)射）功率控制（APC），使所有工作的移動(dòng)臺(tái)到達(dá)基站功率基本一致。由于頻率資源緊張，幾乎所有的移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)基站和移動(dòng)終端都采用APC工作方式。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院2.6 蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的頻率規(guī)劃蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的頻率規(guī)劃 2.6.1 等頻距分配法等頻距分配法 在蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，同信道干擾問題已在分群時(shí)考慮， 保證有足夠的防護(hù)比，而鄰道干擾的問題則在信道分配時(shí)應(yīng)加以考慮。

25、等頻距分配法按頻率等間隔分配信道，這樣可以有效地避免鄰道干擾。若需要M個(gè)信道，將其分為N個(gè)信道組，則每個(gè)信道組中有M/N個(gè)信道，而N個(gè)信道組的信道序列可以確定如下： K+jN K=1，2，3， ， N； J=0， 1， 2， ， (M/N)-1式中， K為信道組的序列號(hào)，最大為K=N，j為信道序號(hào)的取值。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院 我國GSM網(wǎng)和TACS網(wǎng)均采用了這種方法。如果基站采用了無方向性激勵(lì)時(shí)，通常以12個(gè)無線小區(qū)（基地區(qū)）作為一個(gè)簇（cluster）， 其信道組配置如圖2-5所示。按K+jN的規(guī)律，可以確定各信道組的信道序列如下： 第一信道組， K=1， j

26、=012， 故有（1，13，25， ） 第二信道組， K=2， j=012， 故有（2，14，26， ） 第三信道組， K=3， j=012，故有（3，15，27， ） 第四信道組， K=4， j=012， 故有（4， 16， 28， ） 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院第五信道組， K=5， j=012， 故有 (5，17， 29， ) 第六信道組， K=6， j=012， 故有（6，18，30， ） 第七信道組， K=7， j=012， 故有（7，19，31， ） 第八信道組， K=8， j=012， 故有(8，20，32， ) 第九信道組， K=9， j=012， 故有

27、(9，21，33， )第十信道組， K=10， j=012， 故有(10，22，34， )第十一信道組，K=11， j=012， 故有(11，23，35， )第十二信道組， K=12， j=012， 故有(12，24，36， )這樣同一信道內(nèi)的最小間隔為12， 保證了對(duì)鄰道干擾的抑制。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院圖2-5 12個(gè)無線小區(qū)為一個(gè)簇的信道組配置 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院圖2-6 4個(gè)基站24個(gè)扇形無線小區(qū)為一個(gè)簇的信道組配置 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院圖2-6采用4個(gè)基站、6個(gè)頂點(diǎn)為60的扇形定向天線，則每個(gè)

28、基站應(yīng)有6組信道，每個(gè)簇有24個(gè)信道組，共96個(gè)頻點(diǎn)，其信道分配為： BS1選用的六個(gè)信道組為（1，25，49，73）；（5，29，53，77）；(21，45，69，93)； BS2選用的六個(gè)信道組為（2，26，50，74）；（6，30，54，78）；(22，46，70，94)； BS3選用的六個(gè)信道組為（3，27，51，75）；（7，31，55，79）；(23，47，71，95)； BS4選用的六個(gè)信道組為（4，28，52，76）；（8，32，56，80）；(24，48，72，96)。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院圖2-7 7個(gè)基站、21個(gè)扇區(qū)為一個(gè)簇的信道組配置 第2

29、章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院2.6.2 信道分配策略信道分配策略 信道分配策略可分為兩類：固定的信道分配策略和動(dòng)態(tài)的信道分配策略。 在固定的信道分配策略中，每個(gè)小區(qū)分配給一組預(yù)先確定好的話音信道。前面介紹的等頻距分配法采用將某一組信道固定分配給某一基站，即基站的頻點(diǎn)是固定不變的，就屬固定信道分配法。它具有控制方便，投資少的特點(diǎn)。但信道的利用率較低。在各個(gè)覆蓋區(qū)話務(wù)量不均勻的情況下，當(dāng)一個(gè)基站的信道全忙時(shí)，鄰近的信道即使空閑也不能使用。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院為了進(jìn)一步提高頻譜的利用率，使信道的配置方法能夠隨移動(dòng)通信網(wǎng)的地理分布及業(yè)務(wù)量大小的變化而變

30、化，目前在移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用了一種動(dòng)態(tài)信道分配方法。它不是將信道固定地分配給某個(gè)基站，而是實(shí)現(xiàn)信道動(dòng)態(tài)分配，其頻譜的利用率大約可提高20%。動(dòng)態(tài)信道分配需要智能控制，以便于及時(shí)收集和處理大量的數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)給出結(jié)果并進(jìn)行控制。動(dòng)態(tài)信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信道，避免了小區(qū)忙閑不均的情況。其比較突出的缺點(diǎn)是會(huì)在此時(shí)造成的干擾（同頻干擾和鄰道干擾）比較嚴(yán)重，必須要有一個(gè)既可充分利用無線頻譜以增加用戶容量而又能減少干擾的綜合考慮方案。為此，人們提出許多不同的信道分配策略。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院2.6.2 信道分配策略信道分配策略信道分配策

31、略可分為兩類：固定的信道分配策略和動(dòng)態(tài)的信道分配策略。在固定的信道分配策略中，給每個(gè)小區(qū)分配一組預(yù)先確定好的話音信道。前面介紹的等頻距分配法采用將某一組信道固定分配給某一基站，即基站的頻點(diǎn)是固定不變的，就屬固定的信道分配策略。它具有控制方便、投資少的特點(diǎn)，但信道的利用率較低，在各個(gè)覆蓋區(qū)話務(wù)量不均勻的情況下，當(dāng)一個(gè)基站的信道全忙時(shí)，鄰近的信道即使空閑也不能使用。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院為了進(jìn)一步提高頻譜的利用率，使信道的配置方法能夠隨移動(dòng)通信網(wǎng)的地理分布及業(yè)務(wù)量大小的變化而變化，目前在移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用了一種動(dòng)態(tài)的信道分配策略。它不是將信道固定地分配給某個(gè)基站，而是

32、實(shí)現(xiàn)信道動(dòng)態(tài)分配，其頻譜的利用率大約可提高20%。動(dòng)態(tài)信道分配需要智能控制，以便于及時(shí)收集和處理大量的數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)給出結(jié)果并進(jìn)行控制。動(dòng)態(tài)信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信道，避免了小區(qū)忙閑不均的情況。其比較突出的缺點(diǎn)是此時(shí)造成的干擾（同頻干擾和鄰道干擾）比較嚴(yán)重，必須要有一個(gè)既可充分利用無線頻譜以增加用戶容量又能減少干擾的綜合考慮方案。為此，人們提出了許多不同的信道分配策略。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院在動(dòng)態(tài)的信道分配策略中，各基站在接到呼叫請(qǐng)求后，就向MSC請(qǐng)求一個(gè)信道。MSC則根據(jù)某種算法給發(fā)出請(qǐng)求的小區(qū)分配一個(gè)信道。這種算法應(yīng)考慮以下

33、問題：該小區(qū)中以后呼叫阻塞的可能性，候選信道使用的頻次，信道的復(fù)用距離以及其他要增加的開銷等等。因此，MSC只分配符合以下條件的某一頻率：這個(gè)小區(qū)沒有使用該頻率，而且任何為了避免同頻干擾而限定的最小頻率復(fù)用距離內(nèi)的小區(qū)也都沒有使用該頻率。動(dòng)態(tài)的信道分配策略有利于提高信道利用率，并可以減小系統(tǒng)呼叫阻塞率，但要求MSC連續(xù)實(shí)時(shí)地收集關(guān)于信道的占用情況、話務(wù)量的分布情況以及所有信道的無線信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）等數(shù)據(jù)，這增加了系統(tǒng)的計(jì)算量和存儲(chǔ)量。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院2.7 多信道共用技術(shù)多信道共用技術(shù) 2.7.1 話務(wù)量與呼損話務(wù)量與呼損 1. 呼叫話務(wù)量呼叫話務(wù)量

34、 話務(wù)量是度量通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)量或繁忙程度的指標(biāo)。所謂呼叫話務(wù)量A，是指單位時(shí)間內(nèi)（1小時(shí)）進(jìn)行的平均電話交換量。 它可用下面公式來表示： 0tCA(2-2)第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院式中： C每小時(shí)平均呼叫次數(shù)（包括呼叫成功和呼叫失敗的次數(shù)）； t0每次呼叫平均占用信道的時(shí)間（包括接續(xù)時(shí)間和通話時(shí)間）。 如果t0以小時(shí)為單位，則話務(wù)量A的單位是厄蘭(Erlang，占線小時(shí)，簡(jiǎn)稱Erl)。如果在一個(gè)小時(shí)內(nèi)不斷地占用一個(gè)信道，則其呼叫話務(wù)量為1 Erl。 它是一個(gè)信道具有的最大話務(wù)量。 例如，設(shè)在100個(gè)信道上，平均每小時(shí)有2100次呼叫，平均每次呼叫時(shí)間為2分鐘，則這些信道

35、上的呼叫話務(wù)量： Er1706022100A第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院 2. 呼損率呼損率B 當(dāng)多個(gè)用戶共用時(shí)，通?？偸怯脩魯?shù)大于信道數(shù)。因此，會(huì)出現(xiàn)許多用戶同時(shí)要求通話而信道數(shù)不能滿足要求的情況。這時(shí)只能先讓一部分用戶通話， 而讓另一部分用戶等待，直到有空閑信道時(shí)再通話。這后一部分用戶雖然發(fā)出呼叫， 但因無信道而不能通話稱做呼叫失敗。在一個(gè)通信系統(tǒng)中，造成呼叫失敗的概率稱為呼叫失敗概率，簡(jiǎn)稱為呼損率（B）。 設(shè)A為呼叫成功而接通電話的話務(wù)量，簡(jiǎn)稱為完成話務(wù)量；C為總呼叫的次數(shù)；C0為一小時(shí)內(nèi)呼叫成功而通話的次數(shù); t 為每次通話的平均占用信道時(shí)間， 則 第2章 移 動(dòng)

36、 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院完成話務(wù)量A為 00tCA呼損率B為 CCCAAAB0式中，（AA）為損失話務(wù)量。 所以呼損率的物理意義是損失話務(wù)量與呼叫話務(wù)量之比的百分?jǐn)?shù)。(2-3)(2-4)第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院 顯然，呼損率B愈小，成功呼叫的概率越大，用戶就越滿意。因此，呼損率也稱為系統(tǒng)的服務(wù)等級(jí)GOS（the Grade Of Service）。例如，某系統(tǒng)的呼損率為10%，即說明該系統(tǒng)內(nèi)的用戶每呼叫100次，其中有10次因信道被占用而打不通電話， 其余90次則能找到空閑信道而實(shí)現(xiàn)通話。但是，對(duì)于一個(gè)通信網(wǎng)來說，要想使呼損減少，只有讓呼叫流入的話務(wù)量減少

37、，即容納的用戶數(shù)少一些，這是不希望的?？梢姾魮p率和話務(wù)量是一對(duì)矛盾，即服務(wù)等級(jí)和信道利用率是矛盾的。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院 如果呼叫有以下性質(zhì)： (1) 每次呼叫相互獨(dú)立， 互不相關(guān)（呼叫具有隨機(jī)性）； (2) 每次呼叫在時(shí)間上都有相同的概率； 并假定移動(dòng)電話通信服務(wù)系統(tǒng)的信道數(shù)為n；則呼損率B可計(jì)算如下： niinnniAnAnAAAAnAB032/!/) !/() ! 3/() ! 2/() ! 1/(1!/！(2-5)第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥

38、物信學(xué)院第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院3. 繁忙小時(shí)集中度繁忙小時(shí)集中度K日常生活中， 一天24小時(shí)中總有一些時(shí)間打電話的人多， 另外一些時(shí)間使用電話的人少， 因此對(duì)一個(gè)通信系統(tǒng)來說， 可以區(qū)分忙時(shí)和非忙時(shí)。 例如， 在我國早晨8點(diǎn)到9點(diǎn)屬于電話的忙時(shí)， 而一些歐美國家晚上7點(diǎn)屬于電話忙時(shí)， 因此在考慮通信系統(tǒng)的用戶數(shù)和信道數(shù)時(shí)， 顯而易見， 應(yīng)采用忙時(shí)平均話務(wù)量。 因?yàn)橹灰诿r(shí)信道夠用， 非忙時(shí)肯定不成問題。 忙時(shí)話務(wù)量與全日的話務(wù)量之比稱為繁忙小時(shí)集中度。 繁忙小時(shí)集中度K為全日話務(wù)量忙時(shí)話務(wù)量KK一般為8%14%。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院

39、 4. 每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量（每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量（Aa） 假設(shè)每一用戶每天平均呼叫次數(shù)為C，每次呼叫平均占用信道的時(shí)間為T（單位為秒），忙時(shí)集中率為K，則每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量為 可以看出，Aa為最忙時(shí)間的那個(gè)小時(shí)的話務(wù)量，它是統(tǒng)計(jì)平均值。例如，每天平均呼叫3次，每次的呼叫平均占用時(shí)間為120秒， 忙時(shí)集中度為10%(K=0.1)，則每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量為0.01 Erl/用戶。 3600CTKAa(2-6)第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院一些移動(dòng)電話通信網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)值表明，對(duì)于公用移動(dòng)通信網(wǎng)， 每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量可按0.01 Erl計(jì)算；對(duì)于專用移動(dòng)通信網(wǎng)， 由于業(yè)務(wù)的不同，每個(gè)用戶

40、忙時(shí)話務(wù)量也不一樣。一般可按0.06 Erl計(jì)算。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院2.7.2 每個(gè)信道能容納的用戶數(shù)每個(gè)信道能容納的用戶數(shù) 當(dāng)每個(gè)用戶忙時(shí)的話務(wù)量確定后， 每個(gè)信道所能容納的用戶數(shù)為：nAAAnACTKnAmaa/36001/ 每個(gè)信道的m與在一定呼損條件下的信道平均話務(wù)量成正比，而與每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量成反比。 例如，某移動(dòng)通信系統(tǒng)一個(gè)無線小區(qū)有 8 個(gè)信道(1 個(gè)控制信道， 7個(gè)話音信道)，每天每個(gè)用戶平均呼叫10次，每次占用信道平均時(shí)間為80秒，呼損率要求10%，忙時(shí)集中率為0.125。 問該無線小區(qū)能容納多少用戶？ （2-7）第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng)

41、 課件制作：蔡彥物信學(xué)院 (1) 根據(jù)呼損的要求及信道數(shù)(n=7)，求總話務(wù)量A：可以利用公式，也可查表。求得A=4.666 Erl。 (2) 求每個(gè)用戶的忙時(shí)話務(wù)量Aa： 用戶/Er10278. 03600CTKaA(3) 求每個(gè)信道能容納的用戶數(shù)： 24/aAnAm(4) 系統(tǒng)所容納的用戶數(shù)： 168mn第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院2.8 移動(dòng)移動(dòng)性管理移動(dòng)移動(dòng)性管理 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與固定通信網(wǎng)絡(luò)相比， 其主要優(yōu)點(diǎn)是可移動(dòng)性(Mobility)。 移動(dòng)性是指對(duì)于用戶和終端位置的改變而持續(xù)接入服務(wù)、 繼續(xù)通信的能力。 移動(dòng)性可劃分為兩個(gè)級(jí)別： 一個(gè)稱為游牧移動(dòng)， 指用戶在

42、移動(dòng)時(shí)能改變其網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)， 但正在進(jìn)行的服務(wù)會(huì)話會(huì)完全停止， 必須重新啟動(dòng)； 另一個(gè)稱為無縫(seamless)移動(dòng)， 指當(dāng)用戶或終端移動(dòng)時(shí)能隨時(shí)改變其網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)而不中斷正在進(jìn)行的服務(wù)會(huì)話。 它們都要求在核心網(wǎng)提供相應(yīng)的功能。 這些功能應(yīng)該包括用戶鑒別、 授權(quán)、 位置更新、 用戶信息的下載等， 我們稱之為移動(dòng)性管理(MM， Mobility Management)。 從第一代蜂窩移動(dòng)通信開始， 人們就致力于無縫移動(dòng)。第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院用戶的移動(dòng)性和對(duì)移動(dòng)性的自動(dòng)管理是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)， 因此移動(dòng)性管理(MM)是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)必不可少的功能。 移動(dòng)性管理包括兩個(gè)方

43、面： 位置管理和切換管理。 其中， 位置管理確保了移動(dòng)臺(tái)在移動(dòng)過程中能被移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)有效地尋呼到； 切換管理確保了與網(wǎng)絡(luò)正進(jìn)行業(yè)務(wù)連接的移動(dòng)臺(tái)在跨小區(qū)或跨MSC時(shí)具有原有業(yè)務(wù)的連續(xù)性。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院2.8.1 位置管理位置管理移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)跟蹤記錄移動(dòng)臺(tái)（MS）的位置信息，這樣就能把來話轉(zhuǎn)至被叫用戶。為了實(shí)現(xiàn)位置跟蹤，一個(gè)移動(dòng)服務(wù)區(qū)被劃分成幾個(gè)位置區(qū)（LA，LocationArea）或注冊(cè)區(qū)。一般情況下，LA的范圍固定。每個(gè)LA包括一組基站收發(fā)信機(jī)（BTS），這些BTS通過無線鏈接與MS進(jìn)行通信。位置管理的主要任務(wù)就在于當(dāng)MS從一個(gè)LA移動(dòng)到另一個(gè)LA時(shí)更新MS

44、的位置信息。通常一個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)的位置管理系統(tǒng)由一個(gè)歸屬位置寄存器（HLR）以及若干個(gè)訪問位置寄存器（VLR）組成。一個(gè)VLR管理若干個(gè)LA,而每個(gè)LA由一定數(shù)量的蜂窩小區(qū)（BTS）組成，如圖2-8所示。當(dāng)然，當(dāng)某一地區(qū)用戶數(shù)量超過一個(gè)HLR所承受的數(shù)量時(shí)，可以通過多個(gè)HLR來分級(jí)管理。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院圖2-8 位置區(qū)結(jié)構(gòu) 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院位置更新過程如下： BTS周期性地向MS廣播相應(yīng)的LA地址。 當(dāng)MS收到的LA位置信息與所存儲(chǔ)的位置信息不同時(shí)， MS就向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一個(gè)位置更新請(qǐng)求或注冊(cè)消息。 位置管理使得移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)能夠跟

45、蹤移動(dòng)終端的位置。 當(dāng)有外來呼叫尋呼該移動(dòng)終端時(shí)， 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)需要確定該移動(dòng)終端所在的具體蜂窩小區(qū)， 即確定該移動(dòng)終端的精確的小區(qū)位置。 所以， 位置更新的過程即為“注冊(cè)”過程。位置管理分為兩個(gè)部分， 即位置更新(Location Update)和尋呼(Paging)， 如圖2-9所示。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院圖2-9 位置管理功能框圖 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院 為了確定每個(gè)移動(dòng)終端的精確的小區(qū)位置，移動(dòng)終端需要不時(shí)地向移動(dòng)通信系統(tǒng)報(bào)告其當(dāng)前所在位置，這便是位置更新的過程。在位置更新過程中，移動(dòng)終端首先通過上行控制信道發(fā)送位置更新消息，然

46、后執(zhí)行更新數(shù)據(jù)庫的信令過程。在位置更新階段，移動(dòng)終端把它的新的接入點(diǎn)（LA+BTS編號(hào)）通知網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)能對(duì)移動(dòng)終端進(jìn)行鑒權(quán)并能更新數(shù)據(jù)庫中移動(dòng)終端位置檔案等數(shù)據(jù)。尋呼則是搜索并確定移動(dòng)終端所在具體蜂窩位置的過程。尋呼包括查詢數(shù)據(jù)庫中移動(dòng)終端的位置檔案，并進(jìn)行呼叫。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院由此可以看出， 位置更新的目的是使移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)能夠有效地掌握移動(dòng)終端當(dāng)前所處的位置， 以便在呼叫該移動(dòng)用戶時(shí)能及時(shí)尋呼到該用戶。 但位置更新和尋呼是兩個(gè)對(duì)立的過程。 如果將LA劃小， 則網(wǎng)絡(luò)對(duì)移動(dòng)終端位置信息掌握得越精確， 定位越準(zhǔn)， 尋呼代價(jià)Cp就越小， 此時(shí)移動(dòng)終端進(jìn)行位置更新越頻

47、繁， 即位置更新消耗的系統(tǒng)資源越多， 位置更新Cu代價(jià)就越大。 反之，如果將LA劃大， 則移動(dòng)終端位置更新得越少， 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)該移動(dòng)終端具體所在位置的精確信息掌握得越少， 此時(shí)位置更新代價(jià)小了， 但尋呼到該移動(dòng)終端的尋呼代價(jià)大了。因此， 位置管理存在優(yōu)化問題， 即存在位置更新代價(jià)和尋呼代價(jià)的折中問題。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院總成本Ctotal為位置更新信令代價(jià)Cu和尋呼信令代價(jià)Cp之和， 即Ctotal=Cu+Cp (2-8)這里所謂的“代價(jià)”， 就是泛指執(zhí)行位置更新或?qū)ず暨^程所占用的系統(tǒng)資源及所要求進(jìn)行的計(jì)算成本。我們所考慮的核心問題便是如何使得位置更新信令代

48、價(jià)Cu和尋呼信令代價(jià)Cp的總和Ctotal最小， 即min(Ctotal)=min(Cu+Cp) (2-9)第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院 1.位置更新位置更新位置更新的策略可分為靜態(tài)位置更新（StaticLocationUpdate）策略和動(dòng)態(tài)位置更新(Dynamic LocationUpdate)策略。1）靜態(tài)位置更新策略靜態(tài)位置更新策略基于網(wǎng)絡(luò)發(fā)起位置更新操作。所謂靜態(tài)，主要體現(xiàn)在位置區(qū)LA的范圍是固定的。第一代和第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的都是靜態(tài)位置更新策略。在某個(gè)地區(qū)，各個(gè)位置區(qū)LA的界限是固定不變的。當(dāng)然，這個(gè)固定的位置區(qū)LA是與當(dāng)?shù)氐囊苿?dòng)用戶密集程度、話務(wù)量等相

49、關(guān)的。當(dāng)移動(dòng)用戶從一個(gè)位置區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)位置區(qū)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生位置更新的過程。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院圖2-10 靜態(tài)位置更新 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院 如圖2-10所示，當(dāng)處于待機(jī)狀態(tài)的移動(dòng)終端離開原來的LA、進(jìn)入一個(gè)新的LA時(shí)，由移動(dòng)終端向系統(tǒng)發(fā)起位置更新。若新的LA與原來的LA屬于同一個(gè)VLR，則只需在VLR中更新信息即可，如圖2-10(a)所示；若新的LA屬于不同的VLR，則新的VLR在確定移動(dòng)終端的HLR后，向該HLR發(fā)出位置登記信息，HLR在經(jīng)過鑒權(quán)之后，記錄下移動(dòng)終端的新的VLR，并給原來的VLR發(fā)出一個(gè)刪除信息，刪除在原來的VL

50、R上的信息，如圖2-10(b)所示。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院靜態(tài)位置更新策略存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：（1）當(dāng)移動(dòng)終端在邊界上來回運(yùn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生大量的不必要的位置更新操作，即會(huì)產(chǎn)生位置更新的“乒乓”現(xiàn)象。（2）信令負(fù)載過于集中，邊界小區(qū)的信令負(fù)載要遠(yuǎn)大于內(nèi)部小區(qū)。（3）位置區(qū)的大小、形狀、配置對(duì)所有的移動(dòng)終端并不是統(tǒng)計(jì)最佳的。（4）尋呼業(yè)務(wù)量過大，當(dāng)呼叫到達(dá)時(shí)，要在LA的所有小區(qū)中進(jìn)行尋呼。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院 2）動(dòng)態(tài)位置更新策略靜態(tài)位置更新策略所帶來的一個(gè)很大問題是隨著移動(dòng)用戶的增長移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所承受的信令負(fù)載急劇增加。對(duì)于位置管理來說，信令

51、負(fù)載的增加是一個(gè)很沉重的負(fù)擔(dān)，特別是會(huì)導(dǎo)致無線帶寬資源的稀缺，因此必須采用有效的方法來減少信令負(fù)載?；谝陨戏治龊涂紤]，研究人員提出了諸多動(dòng)態(tài)的優(yōu)化策略，以提高移動(dòng)通信系統(tǒng)的工作效率和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的性能。相對(duì)于靜態(tài)位置更新策略而言，動(dòng)態(tài)位置更新策略是基于移動(dòng)用戶的呼叫和運(yùn)動(dòng)模式來發(fā)起位置更新操作的。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院現(xiàn)階段，動(dòng)態(tài)位置更新策略主要有基于距離的位置更新策略（Distance-basedScheme）、基于時(shí)間的位置更新策略（Time-basedScheme）、基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略（Movement-basedScheme）以及其他一些動(dòng)態(tài)位置更新策略

52、。（1）基于距離的位置更新策略。在基于距離的位置更新策略中，移動(dòng)終端在進(jìn)行了一次位置更新之后，一直監(jiān)測(cè)著自己與上一次位置更新點(diǎn)之間的距離，一旦檢測(cè)到移動(dòng)終端離開上次位置更新所在蜂窩小區(qū)的距離超過了一定的值d（距離門限），移動(dòng)終端就進(jìn)行一次位置更新，將其位置信息通告給網(wǎng)絡(luò)。其中，最佳距離門限的確定取決于各個(gè)移動(dòng)終端的運(yùn)動(dòng)方式和呼叫到達(dá)參數(shù)。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院圖2-11 基于距離的位置更新策略 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院 在圖211中，假設(shè)距離門限d3，則移動(dòng)終端零時(shí)刻在A點(diǎn)執(zhí)行位置更新后，經(jīng)過多次移動(dòng)，最終將在點(diǎn)進(jìn)行下一次位置更新，因?yàn)橐?/p>

53、動(dòng)終端移動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)與其上一次位置更新的A點(diǎn)距離為3個(gè)蜂窩小區(qū)。下面給出了在一維線性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和二維六邊形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及均勻隨機(jī)游走運(yùn)動(dòng)模型假設(shè)下，通過迭代求解最優(yōu)距離門限的算法。最關(guān)鍵的問題就是距離門限D(zhuǎn)的取值，它直接影響基于距離的位置更新策略的性能優(yōu)劣。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院假設(shè)位置更新信令代價(jià)為Cdistanceu，尋呼信令代價(jià)為Cp，U為發(fā)生一次位置更新的平均代價(jià)，T為某時(shí)間發(fā)生位置更新的次數(shù)，則該時(shí)間段位置更新信令代價(jià)為 Cdistanceu=UT (210) 假設(shè)V為一個(gè)小區(qū)發(fā)起尋呼的平均代價(jià)，M為LA內(nèi)小區(qū)個(gè)數(shù)，則尋呼信令代價(jià)為 Cp=VM （211） 如果

54、尋呼采用的是同步全呼策略，則尋呼信令代價(jià)為 Cp=VN=V1+3(k2k) (212) 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院位置更新信令代價(jià)主要和移動(dòng)用戶的平均移動(dòng)速度vav有關(guān)系。因?yàn)橐苿?dòng)用戶在單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過了vav個(gè)蜂窩小區(qū)，并且移動(dòng)用戶的運(yùn)動(dòng)路線并非是直線式的，所以位置更新信令代價(jià)和平均移動(dòng)速度vav存在著下面的關(guān)系： kvUCavdistanceu 基于距離的位置更新策略的實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)要求的復(fù)雜度較高，是最不實(shí)際的一種動(dòng)態(tài)位置更新策略。 (213) 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院（2）基于時(shí)間的位置更新策略?；跁r(shí)間的位置更新策略就是使移動(dòng)用戶每隔T時(shí)間

55、就周期性地進(jìn)行一次位置更新。這里的T是時(shí)間門限數(shù)值，其大小可以由系統(tǒng)根據(jù)呼叫到達(dá)間隔的概率分布動(dòng)態(tài)確定。這個(gè)時(shí)間門限值的取值是影響該位置更新策略的關(guān)鍵。在圖212所示的基于時(shí)間的位置更新策略中，如果零時(shí)刻移動(dòng)終端在A點(diǎn)進(jìn)行了一次位置更新，在T、2T、3T和4T時(shí)刻，移動(dòng)終端分別運(yùn)動(dòng)到B、C、D和E點(diǎn)，則移動(dòng)終端將分別在B、C、D和E點(diǎn)執(zhí)行位置更新。執(zhí)行基于時(shí)間的位置更新策略時(shí)，移動(dòng)終端僅需一個(gè)定時(shí)器跟蹤時(shí)間的情況，因此易于實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院圖212 基于時(shí)間的位置更新策略 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院該策略的一種變體是自適應(yīng)時(shí)

56、間門限策略，即時(shí)間門限T可隨上行鏈路控制信道的信令負(fù)荷而變化。數(shù)值結(jié)果表明，在一維線性網(wǎng)絡(luò)和隨機(jī)游走運(yùn)動(dòng)模型的假設(shè)下，自適應(yīng)時(shí)間門限策略的性能優(yōu)于基于時(shí)間的位置更新策略。如果我們希望使用的尋呼策略所消耗的尋呼代價(jià)與基于距離的尋呼代價(jià)一致，那么基于時(shí)間的位置更新策略的時(shí)間門限數(shù)值就應(yīng)該為，移動(dòng)終端的尋呼信令代價(jià)也如式（2-12）所示。 maxvkT 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院該策略的位置更新信令代價(jià)與vmax存在下面的關(guān)系： kvUTUCmaxtimeu1(214) 由式（212）和式（214）可以得到： 2timeumaxtimeumaxp331CvUCvUVC(215

57、) 令U=1，V=1，則可以得到圖213。圖213表明了式（213）中Cp與Ctimeu之間的關(guān)系。從圖213中可以看出，vmax為5cells/hour、10cells/hour和15cells/hour的三種情況，隨著最大速度vmax的增大，尋呼信令代價(jià)Cp也隨之增加。另外，從圖213中還可看出，單位時(shí)間位置更新次數(shù)越大，尋呼信令代價(jià)Cp就會(huì)越小，這也表明了位置更新和尋呼之間的對(duì)立關(guān)系。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院圖2-13基于時(shí)間的位置更新策略的性能分析 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院（3）基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略。當(dāng)移動(dòng)終端穿越小區(qū)邊界的次數(shù)超

58、過一個(gè)門限值d（運(yùn)動(dòng)門限）時(shí)，移動(dòng)終端就進(jìn)行一次位置更新，這就是基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略的概念。如圖214所示，當(dāng)運(yùn)動(dòng)門限d3時(shí)，移動(dòng)終端從A點(diǎn)出發(fā)，此后將分別在B、C點(diǎn)執(zhí)行位置更新。該策略可以根據(jù)每個(gè)用戶的情況動(dòng)態(tài)選擇運(yùn)動(dòng)門限。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院圖214基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院執(zhí)行該策略時(shí)，移動(dòng)終端僅需要一個(gè)計(jì)數(shù)器來記錄跨越小區(qū)邊界的次數(shù)，不需要掌握小區(qū)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，因此實(shí)現(xiàn)起來比較簡(jiǎn)單。這里的運(yùn)動(dòng)門限d的取值對(duì)于基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略而言是最為關(guān)鍵的。d隨每個(gè)移動(dòng)終端的移動(dòng)特性以及呼叫特性等情況而定，它直接影

59、響該方法的移動(dòng)性能。如果運(yùn)動(dòng)門限d為k，那么一次外來呼叫尋呼該移動(dòng)終端時(shí)，采用同步全呼時(shí)尋呼到該移動(dòng)終端的尋呼信令代價(jià)同樣也與式（212）所示的一致。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院該策略的位置更新信令代價(jià)有下面的關(guān)系： kvUkvUCmaxavmovementu(216)同樣，我們也可以得到Cp與vav之間的關(guān)系式： 2movementuavmovementuav331CvUCvUvCp(217) 執(zhí)行基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略時(shí)，移動(dòng)終端僅需要一個(gè)計(jì)數(shù)器來記錄跨越小區(qū)邊界的次數(shù)，而不需要掌握小區(qū)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，因此對(duì)于單個(gè)移動(dòng)終端而言實(shí)現(xiàn)起來也是比較簡(jiǎn)單的。 第2章 移 動(dòng)

60、通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院由式(2-13)、式(-)及式(21)可以看出： timeumovementudistanceuCCC(218) 以上分析以及其他相關(guān)研究表明，與基于時(shí)間和運(yùn)動(dòng)的位置更新策略相比，基于距離的位置更新策略具有最好的性能，該策略所產(chǎn)生的位置更新尋呼代價(jià)是最小的，但它要求的系統(tǒng)復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)的開銷最大，它還要求移動(dòng)終端擁有不同小區(qū)之間的距離信息并不斷監(jiān)測(cè)，網(wǎng)絡(luò)必須能夠以高效的方式提供這樣的信息，這會(huì)帶來大量的計(jì)算負(fù)荷，因此對(duì)于能量有限的移動(dòng)終端來說，該策略并不十分理想。 第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 課件制作：蔡彥物信學(xué)院相比之下，基于時(shí)間的位置更新策略其性能是最差的，