第5章組網(wǎng)技術(shù)

1、5.1 概述5.2 多址技術(shù)5.3 區(qū)域覆蓋和信道配置5.4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)5.5 信令5.6 移動(dòng)性管理習(xí)題第5章 組網(wǎng)技術(shù) 5.1 概述u 概述5.2.1 FDMA 2. 多信道共用方式：四種 3多信道共用性能分析專用呼叫信道（信令信道）方式循環(huán)分散定位標(biāo)明空閑信道方式循環(huán)定位循環(huán)不定位1. 多信道構(gòu)成1. 多信道構(gòu)成 頻分多信道 （FDMA）： t、s 重疊，由 f 區(qū)分信道 頻分雙工 FDD ( Frequency Division Duplex）MS發(fā)f（頻率）CH 1 S （空間）t（時(shí)間）頻道帶寬1f2fNf2N雙工頻率間隔1fBS發(fā)CH 12N2fNf(1). 專用呼叫信道（信令信道

2、）方式空閑MS守候于CHCALL（邏輯關(guān)系）CH3CH2CH1CHnMS空閑忙（通話） MS： BS的CHi收發(fā)信機(jī)： 空閑忙（通話）呼叫信道CHCALL圖中，呼叫應(yīng)答分配通話信道CH3空閑MS守候于CHCALL（邏輯關(guān)系）CH3CH1CHnCH2(1). 專用呼叫信道（信令信道）方式空閑忙（通話） MS： BS的CHi收發(fā)信機(jī)： 空閑忙（通話）呼叫信道CHCALL圖中，MS特點(diǎn)：(1). 呼叫速度快，容量大，適用于大容量的系統(tǒng)。(2).CHCALL不能用于通話，在系統(tǒng)信道總數(shù) n 小時(shí)， 頻道利用低。 MS循環(huán)掃描，鎖定、守候在示閑信道CH3MSCH2CHnCH1 示閑信道空閑信號(hào)CH3MS

3、CH2CHnCH1(2).循環(huán)定位呼叫應(yīng)答示閑信道空閑信號(hào)CH3MSCH2CHn空閑信號(hào)MS守候在示閑信道CH1示閑信道 工作原理：循環(huán)使用各信道作為當(dāng)前呼叫信道，呼叫 接續(xù)完成后將該信道作為通話信道。MS循環(huán)掃描各空閑信道，搜索被呼信號(hào)。 循環(huán)不定位MSCH3CH2CHn空閑信號(hào)CH1 MS守候狀態(tài)： 循環(huán)不定位MSCH3CH2CHnCH1 MS主呼： 循環(huán)不定位CHnMSCH3CH2CH1 MS主呼：呼叫應(yīng)答MS搜索到一個(gè)空閑信道后發(fā)出呼叫，呼叫完成后使用該信道通話。 循環(huán)不定位MSCH3CH2CHn MS被呼保持信號(hào): 保證所有MS掃描鎖定于本信道CH1 循環(huán)不定位MSCH3CH2CHn

4、 MS被呼呼叫應(yīng)答CH1 循環(huán)不定位MSCH3CH2CHn MS被呼u BS在某空閑信道上發(fā)保持信號(hào)，保證所有空閑MS掃描鎖定于本信道，然后發(fā)出呼叫。呼叫完成后用該信道通活。 u 其它MS又開始掃描信道。CH1u 特點(diǎn)： a . 信道利用率高 b . 呼叫速度慢（尤其是MS被呼） c . MS主呼碰撞概率小 d . BS信道發(fā)射機(jī)功耗大 循環(huán)分散定位MSCH3CH2CHnCH1特點(diǎn)： a. 信道利用率高 b. 主呼/被呼都 呼叫速度快 c. MS主呼碰撞概率小 d. BS信道發(fā)射機(jī)功耗大3多信道共用性能分析00AS00AABA例：B =1% 呼叫100次， 有1次因無信道可用而無法通話，呼叫失

5、敗。 B =5% 呼叫100次， 有5次因無信道可用而無法通話，呼叫失敗。 S ：每次呼叫平均占用信道時(shí)間。 0 ：1小時(shí)內(nèi)成功呼叫次數(shù)（ 0 1)TP0( )iR-1(m序列)(2). 常用正交碼 Walsh(沃爾什)序列： 在= 0時(shí)刻嚴(yán)格正交(Ri,j(0)=0)，自相關(guān)不好。 m序列： 任意值時(shí)都準(zhǔn)正交(Ri,j() Ri(0)= P) ，自相關(guān)很好。 Gold序列： 任意值時(shí)都準(zhǔn)正交(Ri,j() Ri(0)= P) ，自相關(guān)很好。,(0)0,i jRij，碼序列互相正交。顯然，（0、1)域401 1 1 11 1 1 1W411 0 1 011 11W4211001111W4310

6、011111W11Tt（+1、-1)域11t11t11Tt11( )( )( ) cos()NiiiiiS tA D tC t，設(shè)收端同步很理想 1( )cosNciiiiiS tA D tCtt2. DS-CDMA通信系統(tǒng)原理地址碼同步DK解調(diào)采樣載波同步時(shí)鐘同步相關(guān)檢測擴(kuò)頻信碼D1(Rb)地址碼C1(Rp=KRb)載波 fCS(t)S(t) 解擴(kuò)DNCNfCfCC1 0bTdt調(diào)制調(diào)制1011011111,( )( ) cos()( )( )(0)( )( )( )bbTKTiiiiiDtdtADtCtCtdtARDtADtStC 則u 各信道時(shí)域、頻域重疊，由不同的地址碼構(gòu)成 不同信道（

7、邏輯信道）。 FDD頻分雙工上行CH1CH2CHN1fft碼字CH1CH21f下行CHN 2. 關(guān)鍵技術(shù)：自適應(yīng)陣列天線 (1). 極窄的波束； (2). 極快的跟蹤速度； (3). 多波束。 3. 特點(diǎn)：相當(dāng)于有線通信 (1). 有效克服多徑干擾和同頻道干擾； (2). 天線及控制復(fù)雜。1. 信道構(gòu)成：按空間劃分信道MS2MS1BS全向天線自適應(yīng)陣列天線5.2.5 隨機(jī)多址 (計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)中用到的方式) 大區(qū)制：系統(tǒng)容量小。 小區(qū)制：可頻率再用，系統(tǒng)容量大。 以下專門研究小區(qū)制。 1. 帶狀網(wǎng)（線狀服務(wù)區(qū)）(2). 三頻制（三組頻率）：A、B、C(1). 雙頻制（二組頻率）： A、B鐵路、河

8、道ABAB5.3.1 區(qū)域覆蓋 2. 蜂窩網(wǎng)（面狀服務(wù)區(qū)） (1). 小區(qū)形狀 u 確定小區(qū)形狀的準(zhǔn)則： 無空隙覆蓋全部服務(wù)區(qū)。 在服務(wù)區(qū)總面積相同時(shí)，小區(qū)（BS）數(shù)最少， 系統(tǒng)最經(jīng)濟(jì)。u 滿足準(zhǔn)則 的小區(qū)形狀有如下三種：u虛線 ：小區(qū)形狀u ：BSu園形 ：BS輻射覆蓋區(qū)域；r 為輻射半徑。正三角形正方形正六邊形rrru 滿足準(zhǔn)則 的小區(qū)為正六邊形： 因?yàn)檎呅巫罱咏鼒@形(BS輻射區(qū))，重疊小，在服務(wù)區(qū)總面積相同時(shí)，小區(qū)數(shù)最少。u 正六邊形構(gòu)成的區(qū)域復(fù)蓋形同蜂窩，故稱為蜂窩網(wǎng)。 22Niijj式中，N為區(qū)群內(nèi)小區(qū)數(shù)；i、j 為正整數(shù)。由此式得出的各種區(qū)群形狀如下：N=3, j=1i=1N=

9、4, j=2i=0N=7, j=2i=1(2).區(qū)群的組成 u 區(qū)群組成要求： 無空隙覆蓋全部服務(wù)區(qū)。 相鄰?fù)诺佬^(qū)距離相等，則同道再用距離最大。 u可以證明，滿足以上要求的區(qū)群組成應(yīng)滿足下式(3).同頻道(信道)小區(qū)距離 D（以 N=19, j3, i2 為例來推導(dǎo)）jir60o32r3r正六邊形小區(qū)平行邊之間的距離 (r為小區(qū)輻射半徑)223322iDrji223riijj3NDr3ir332ir 3jr132ir 60oD3NDr討論：同頻道小區(qū)距離 (S/I)S愈小，即系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，則D小，從而N小， 系統(tǒng)容量大。 第四章 第五章(S/I)SDN系統(tǒng)容量 系統(tǒng)N設(shè)計(jì)方法：說明：

10、設(shè)系統(tǒng)總頻道數(shù)為NT，為常數(shù)；系統(tǒng)小區(qū)總數(shù)為常數(shù)；區(qū)群小區(qū)數(shù)為N。再研究系統(tǒng)容量與N的關(guān)系。 每小區(qū)頻道數(shù)n=NT/N N則 n，小區(qū)用戶數(shù)，系統(tǒng)用戶數(shù)(容量) 。u 頂點(diǎn)激勵(lì)120度扇形天線BSBS：全向天線u 中心激勵(lì)u 頂點(diǎn)激勵(lì)優(yōu)點(diǎn) 同頻干擾功率為全向天線系統(tǒng)的1/3. BS. 消除小區(qū)內(nèi)障礙物的陰影區(qū)BSMS中心激勵(lì)MS頂點(diǎn)激勵(lì)BSBSBS結(jié)論：蜂窩網(wǎng)一般都采用頂點(diǎn)激勵(lì)。u小區(qū)分裂可提高系統(tǒng)容量。u頂點(diǎn)激勵(lì)系統(tǒng)小區(qū)分裂比較方便。(5). 小區(qū)分裂5.3.2 信道(頻道)配置 第1組： 第2組： 第3組： 第4組： 第5組： 第6組： 第7組：1234567、 8、 9、10、11、12

11、、13、14、15、16、17、18、19、20、21討論： 滿足配置原則。 同一小區(qū)無鄰道干擾。 同一小區(qū)內(nèi)頻道等間隔，可能產(chǎn)生三階互調(diào)干擾。u 克服三階互調(diào)的方法(詳見第四章)： 頻距Nf 大，隔離度高 (1).TX (共用天線BS)AfATXBfBT X BPFBPF. . . . . . . . . . . . . (2). RX(BS、MS) uu 等頻距配置法的特點(diǎn) 設(shè)計(jì)簡單，無鄰道干擾，互調(diào)干擾又能有效消除， 所以 是常用方法。BPF高放混頻平方律器件fLfIFBSBSMSCBSBSMSC固定網(wǎng): PSTNPDN ISDNMSMS BS (Base Station)：基站 MS

12、(Mobile Station)；移動(dòng)臺(tái) MSC (Mobile Switch Center)：移動(dòng)交換中心（移動(dòng)交換機(jī)） PSTN (Public Switch Telephone Network)：公用電話網(wǎng) PDN (Public Data Network)：公用數(shù)據(jù)網(wǎng) ISDN (Integrated Services Digital Network)：綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。 端局關(guān)口局(GMSC: Gateway MSC)匯接局其中，MSC圖中，1. 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)固定網(wǎng):PSTNPDNISDNMSCMSCVLRHLRAUCEIRBSMSUmOMCBCDAE圖中，由MSC分離出一些數(shù)據(jù)庫等功能設(shè)

13、備： VLR(Visitor Location Register)：訪問用戶位置寄存器 HLR(Home Location Register)： 原籍用戶位置寄存器 AVC(Authentication Center)： 登權(quán)中心 EIR(Equipment Identity Register)：設(shè)備識(shí)別寄存器 OMC(Operation and Maintenance Centre)：操作維護(hù)中心 及A、B、C、D、E、Um等接口 2. 各部分主要功能： (1). MSC(移動(dòng)交換中心)：移動(dòng)交換機(jī)-交換、接續(xù) 路由選擇及交換（要訪問HLR、VLR）。 計(jì)費(fèi)（然后存入HLR）。 概述 5.5

14、.1 接入信令（MS BS空中信令） 5.5.2 網(wǎng)絡(luò)信令5.5 信令1. 信令定義： 在通信系統(tǒng)中傳輸?shù)某脩粜畔ⅲɡ缭捯簦┮酝獾钠渌磺锌刂菩盘?hào)稱為信令。 信令完成呼叫接續(xù)的建立、拆除、監(jiān)控等一系列的操作與控制，保證用戶信息有效且可靠的傳輸。u 例： 有線電話網(wǎng)的撥號(hào)音、忙音、撥號(hào)、振鈴、回鈴等。u 信令系統(tǒng)與用戶信息傳輸系統(tǒng)是二個(gè)相伴隨的系統(tǒng)， 共同構(gòu)成整個(gè)通信系統(tǒng)。 信令系統(tǒng)可以看成整個(gè)通信系統(tǒng)的神經(jīng)中樞。 概述 一. 數(shù)字信令 1. 典型數(shù)字信令幀結(jié)構(gòu)糾(檢)錯(cuò)編碼 5.5.1 接入信令（MSBS空中信令）收端發(fā)端消息應(yīng)答“收到數(shù)據(jù)錯(cuò)” 發(fā)端重發(fā)“收到數(shù)據(jù)對(duì)” 發(fā)端不重發(fā)u降低信息

15、傳輸速率，來提高可靠性DTMF信號(hào)的頻率及表示的數(shù)字、符號(hào)低頻群u 以后只研究， “消息”在對(duì)等層之間的傳輸。數(shù)字蜂窩網(wǎng)的空中信令按OSI參考模型分為三層 第一層 物理層第二層 鏈路層第三層網(wǎng)絡(luò)層MSMSC信息幀消息物理層5.5.2 網(wǎng)絡(luò)信令u 用戶信息傳輸系統(tǒng)與信令系統(tǒng)STPSSP交換機(jī)STPSSPMSCSCPBSMS移動(dòng)網(wǎng)PSTN用戶信息傳輸系統(tǒng)用戶信息傳輸系統(tǒng)（接入信令） 用戶線中繼線7號(hào)信令網(wǎng)絡(luò)雙機(jī)并行(HLR , VLR)（接入信令） 空中接口TEL信令系統(tǒng)信令系統(tǒng)A鏈路ADA討論： (1). 例：TELMS呼叫接續(xù)過程。 (2).信令網(wǎng)絡(luò)中，各種鏈路按各自協(xié)議傳送信令。 (3).在

16、后面的研究中，不再畫出信令網(wǎng)絡(luò)，只畫出信令中的消息在各設(shè)備間的傳輸及控制過程。 這樣較簡潔、清晰。u 包含三個(gè)方面的問題： 1. 越區(qū)切換的啟動(dòng)條件（準(zhǔn)則）； 2. 越區(qū)切換由誰控制； 3. 越區(qū)切換信道分配。u 通話中移動(dòng)臺(tái)跨越小區(qū)時(shí)，通話信道從一個(gè)小區(qū) 切換到另一個(gè)小區(qū)。BS1BS2CH1iCH2 j(1). 相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則 SBS1 SBS2 切換（A點(diǎn)切換） 缺點(diǎn)： SBS1可能還很強(qiáng)，不必要的切換。 S微小的起伏會(huì)引起切換抖動(dòng)。 1. 越區(qū)切換準(zhǔn)則BS2Th1Th2Th3SBS1SBS2hABCDBS1MSMS接收的BS信號(hào)強(qiáng)度 SMS位置(2). 具有門限規(guī)定的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則

17、SBS1 SBS2, 且SBS1 Th切換 （設(shè)Th = Th2，則 B點(diǎn)切換） 特點(diǎn)： 克服了(1)的缺點(diǎn)。 二個(gè)條件不相關(guān)，Th難以選得很合適。BS2Th1Th2Th3SBS1SBS2hABCDBS1MSMS接收的BS信號(hào)強(qiáng)度 SMS位置(3). 具有滯后余量的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則 SBS1 h (h0) 切換（C點(diǎn)切換） 特點(diǎn)： 克服了(1)、(2) 的缺點(diǎn)。 二個(gè)條件等效于一個(gè)條件：SBS2 - SBS1 h (h0) BS2Th1Th2Th3SBS1SBS2hABCDBS1MSMS接收的BS信號(hào)強(qiáng)度 SMS位置(4). 具有滯后余量和門限規(guī)定的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則 SBS2 - SBS1 h

18、, 且SBS1 Th切換 （若Th = Th2, 在C點(diǎn)切換；若Th = Th3, 在D點(diǎn)切換）. 特點(diǎn)：克服了(1)、(2) 的缺點(diǎn)。BS2Th1Th2Th3SBS1SBS2hABCDBS1MSMS接收的BS信號(hào)強(qiáng)度 SMS位置u結(jié)論：(1)、(2)不可取，(3)、(4)可取。2. 越區(qū)切換的控制策略 (3). 移動(dòng)臺(tái)輔助越區(qū)切換 MS監(jiān)測當(dāng)前基站及相鄰幾個(gè)基站信號(hào)強(qiáng)度及質(zhì)量，通 過當(dāng)前基站報(bào)告給網(wǎng)絡(luò)，由網(wǎng)絡(luò)決定切換。u討論： 方法(3).綜合考慮了MS接收信號(hào)質(zhì)量及網(wǎng)絡(luò)資源二 方面條件，容易做到最佳，為GSM及N-CDMA等蜂 窩網(wǎng)采用。3. 越區(qū)切換新小區(qū)的信道分配5.6.2 位置管理1. 基本概念2. 位置登記（更新）3. 呼叫傳遞及尋呼4. 位置登記（更新）策略 (1).位置