移動(dòng)通信課件553——第三章 移動(dòng)通信基本原理和技術(shù)

1、移動(dòng)通信的基本原理移動(dòng)通信的基本原理組網(wǎng)技術(shù)多址技術(shù)1.BS如何識(shí)別用戶？2.用戶如何識(shí)別BS發(fā)給自己的信號(hào)？BSMS1MS2MS3多個(gè)用戶共多個(gè)用戶共享信道，區(qū)享信道，區(qū)分用戶的方分用戶的方式稱為多址式稱為多址技術(shù)技術(shù)頻分多址（FDMA）以頻道來(lái)區(qū)分用戶思考：在模擬蜂窩移動(dòng)通信中，一個(gè)小區(qū)的用戶思考：在模擬蜂窩移動(dòng)通信中，一個(gè)小區(qū)的用戶可以用相同的頻率么？可以用相同的頻率么？BSMS1MS2f1f1f2f2FDMA系統(tǒng)的工作示意圖：采用FDMA方式的主要特點(diǎn)：每個(gè)頻道只能傳一路業(yè)務(wù)信息頻率分配工作復(fù)雜，基站重復(fù)設(shè)置收發(fā)信道設(shè)備多頻道信號(hào)互調(diào)干擾嚴(yán)重頻率利用率低，容量小移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻段使用下

2、行信號(hào)下行頻率高上行頻率低上行信號(hào)移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻段使用BSMS上行信號(hào)上行信號(hào)下行信號(hào)下行信號(hào)收發(fā)保護(hù)頻段收發(fā)保護(hù)頻段f1 f2 f3fnf1 f2 f3fnBSMS收發(fā)間隔收發(fā)間隔f增大增大B BBBBBBBB B用戶FDMA的頻道劃分：時(shí)分多址（TDMA）以時(shí)隙來(lái)區(qū)分用戶t幀幀1幀幀2ft1 t2t5t8 t1 t2t5t8 t1 t2t5幀幀F(xiàn)rame 4.615ms時(shí)隙時(shí)隙Time slotBSMS1MS2MS3f1tt1t1t1f1tt2t2t2tf1t5t5t5f1下行（同一小區(qū)）BSMS1MS2MS3t1t2t5t幀幀1幀幀2f2t1 t2t5t1t2t5t1 t2t5f2f2

3、f2上行（同一小區(qū)）思考一下：思考一下：1. 1. 用戶通話時(shí)是否會(huì)感到斷續(xù)？用戶通話時(shí)是否會(huì)感到斷續(xù)？2. 2. 同一小區(qū)的兩個(gè)用戶通話，需要多同一小區(qū)的兩個(gè)用戶通話，需要多少個(gè)頻點(diǎn)？少個(gè)頻點(diǎn)？時(shí)分多址的特點(diǎn)：基站可只用一部發(fā)射機(jī)，避免互調(diào)干擾容易進(jìn)行時(shí)隙的動(dòng)態(tài)分配必須有精確的同步和定時(shí)碼分多址（CDMA）以正交碼來(lái)區(qū)分用戶時(shí)間時(shí)間碼碼頻率頻率code所有用戶可以在同一時(shí)刻，占用相同頻段，進(jìn)行通信。MS1BSMS2MS3f2f1C1f1(f2)tf1(f2)C2f1(f2)C3tt其他使用不同碼型的信號(hào)不能被解調(diào)多址干擾碼分多址的特點(diǎn)：系統(tǒng)容量大抗干擾和糾錯(cuò)能力強(qiáng)，話音質(zhì)量好無(wú)需保護(hù)間隔能軟

4、切換，無(wú)需頻率分配和管理，保密性強(qiáng)，低功耗區(qū)域覆蓋與信道配置區(qū)域覆蓋與信道配置移動(dòng)通信網(wǎng)的體制大區(qū)制移動(dòng)通信網(wǎng)的體制大區(qū)制一個(gè)服務(wù)區(qū)內(nèi)只設(shè)置一個(gè)基地站，由它負(fù)責(zé)移動(dòng)通信的聯(lián)絡(luò)和控制RRRR移動(dòng)通信網(wǎng)的體制小區(qū)制整個(gè)服務(wù)區(qū)有若干個(gè)基地站區(qū)域覆蓋和信道配置區(qū)域覆蓋區(qū)域覆蓋區(qū)域覆蓋帶狀服務(wù)區(qū)面狀服務(wù)區(qū)是指服務(wù)區(qū)內(nèi)用戶的分布呈一寬廣的平面。是指服務(wù)區(qū)內(nèi)用戶的分布呈一寬廣的平面。區(qū)域覆蓋面狀服務(wù)區(qū) 為什么面狀服務(wù)區(qū)的最佳組成形式是正六邊形？蜂窩網(wǎng)基站使用全向天線，覆蓋范圍是圓形要無(wú)縫覆蓋，則圓形有交疊，則真正的覆蓋區(qū)域是圓內(nèi)接正多邊形比較五方面： 相鄰小區(qū)的中心間距d基地站間干擾 單位小區(qū)面積 基地站數(shù)

5、量 交疊區(qū)寬度 跟蹤 交疊區(qū)面積 同頻干擾 所需最少頻率個(gè)數(shù) 頻率利用率正六邊形小區(qū)中心間距最大，單位小區(qū)面積最大，交疊區(qū)寬度最小，交疊區(qū)面積最小，所需頻率最少。蜂窩式移動(dòng)通信系統(tǒng)正六邊形無(wú)線區(qū)群的構(gòu)成正六邊形無(wú)線區(qū)群的構(gòu)成條件滿足以上條件的單位無(wú)線區(qū)群中的小區(qū)個(gè)數(shù)為： N=i2+ij+j2 N為小區(qū)的個(gè)數(shù)，i、j均為正整數(shù)，其中一個(gè)可以為0f1f2f3f1f2f3f1f2f3f4f1f2f3f4f1f2f3f4f5f6f7f1f2f3f4f5f6f7在系統(tǒng)中，若Dg大，則同頻干擾小，通信質(zhì)量好，但頻率利用率就低。實(shí)際中，在保證通信質(zhì)量的前提下，使頻率利用率最大，即選擇最小的N正六邊形無(wú)線區(qū)群

6、的激勵(lì)方式扇區(qū)扇區(qū)sector 小區(qū)小區(qū)cell 由于頂點(diǎn)激勵(lì)由于頂點(diǎn)激勵(lì)采用定向天線，采用定向天線，所以對(duì)同頻干擾所以對(duì)同頻干擾有一定的抑制作有一定的抑制作用，從而用，從而，提高了頻，提高了頻率利用率，對(duì)簡(jiǎn)率利用率，對(duì)簡(jiǎn)化設(shè)備，降低成化設(shè)備，降低成本都有好處。本都有好處。正六邊形無(wú)線區(qū)群的小區(qū)分裂正六邊形無(wú)線區(qū)群的小區(qū)分裂 實(shí)際的移動(dòng)通實(shí)際的移動(dòng)通信網(wǎng)用戶分布是不信網(wǎng)用戶分布是不均勻的均勻的,所以小區(qū)劃所以小區(qū)劃分和信道數(shù)應(yīng)靈活分和信道數(shù)應(yīng)靈活分配。分配。 在鬧市區(qū)在鬧市區(qū),無(wú)線無(wú)線小區(qū)面積小一些小區(qū)面積小一些,信信道數(shù)多一些道數(shù)多一些,較密。較密。 在郊區(qū)在郊區(qū),小區(qū)面小區(qū)面積大一些積大一

7、些,信道數(shù)少信道數(shù)少一些，較疏。一些，較疏。1.本地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)2.區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)區(qū)域聯(lián)網(wǎng)后，區(qū)域內(nèi)的業(yè)務(wù)仍然通過(guò)原本地網(wǎng)，區(qū)域外的業(yè)務(wù)則通過(guò)移動(dòng)匯接局聯(lián)到外部。匯接局通常設(shè)在省會(huì)或是經(jīng)濟(jì)中心。越區(qū)切換和位置管理越區(qū)切換和位置管理定義：通話過(guò)程中，當(dāng)MS從一個(gè)小區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)時(shí)，為了保證移動(dòng)用戶的不中斷通信需要進(jìn)行的信道切換稱為越區(qū)切換。一般是根據(jù)移動(dòng)臺(tái)接收信號(hào)載波電平、載干比C/I（質(zhì)量）、移動(dòng)臺(tái)到基站的距離等判斷是否需要越區(qū)切換越區(qū)切換（handover）越區(qū)切換需注意的問(wèn)題：越區(qū)切換的準(zhǔn)則越區(qū)切換如何控制越區(qū)切換時(shí)的信道分配有關(guān)的指標(biāo)：越區(qū)切換的失敗率、通信中斷概率、越區(qū)切換的速率、

8、通信中斷時(shí)間間隔、越區(qū)切換的時(shí)延越區(qū)切換的類型：硬切換：建立新的連接以前，中斷舊的連接。容易發(fā)生掉話軟切換：當(dāng)與新基站建立可靠連接以后再斷掉舊的連接。用于CDMA系統(tǒng)中越區(qū)切換的準(zhǔn)則通常是根據(jù)移動(dòng)臺(tái)接收的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)決定是否進(jìn)行切換。基站1基站2時(shí)間門限1門限2門限3A B CD越區(qū)切換準(zhǔn)則：相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則具有門限規(guī)定的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則具有滯后余量的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則具有滯后余量和門限規(guī)定的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則越區(qū)切換控制策略：移動(dòng)臺(tái)控制的越區(qū)切換網(wǎng)絡(luò)控制的越區(qū)切換移動(dòng)臺(tái)輔助控制的越區(qū)切換GSM的切換采用移動(dòng)臺(tái)輔助切換法，MS、基站和MSC共同參與完成。位置管理位置管理GSM網(wǎng)絡(luò)中采用兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)對(duì)

9、用戶信息進(jìn)行管理，包括用戶的位置信息。位置管理包括： 位置登記 位置更新1） 位置登記v定義：移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)為了跟蹤移動(dòng)臺(tái)的位置變化，而對(duì)其位置信息進(jìn)行登記、刪除和更新的過(guò)程，也稱位置注冊(cè)。v位置信息存儲(chǔ)在HLR和VLR中v通常，GSM系統(tǒng)被劃分許多位置區(qū)，對(duì)應(yīng)不同位置區(qū)識(shí)別碼三種位置更新q移動(dòng)臺(tái)開機(jī)時(shí)的位置登記q當(dāng)移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)位置區(qū)進(jìn)入另一個(gè)新的位置區(qū)時(shí)，移動(dòng)系統(tǒng)所進(jìn)行的常規(guī)位置更新q在一定的特定時(shí)間內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)臺(tái)沒(méi)有發(fā)生聯(lián)系時(shí)，移動(dòng)臺(tái)自動(dòng)地、周期地與網(wǎng)絡(luò)取得聯(lián)系，核對(duì)數(shù)據(jù)的周期性位置更新。 1）開機(jī)位置登記v移動(dòng)臺(tái)首次進(jìn)入GSM網(wǎng)，先要通過(guò)MSC把用戶的相關(guān)信息存放在HLR中進(jìn)行登記注冊(cè)，如IMSI、MSISDN、位置信息等。v移動(dòng)臺(tái)開機(jī)，搜索廣播控制信道查詢位置區(qū)識(shí)別碼，發(fā)現(xiàn)與原來(lái)的位置區(qū)不同則要通過(guò)基站發(fā)位置更新請(qǐng)求。v位置登記后才能進(jìn)行通話2）常規(guī)位置更新過(guò)程v移動(dòng)臺(tái)漫游到新的位置區(qū)，發(fā)現(xiàn)收到的位置區(qū)識(shí)別碼改變，向新MSC申請(qǐng)位置登記（IMSI）。新VLR向HLR查詢用戶數(shù)據(jù)，分配MSRN并告之。HLR修改用戶信息以備GMSC查詢提供路由，并告訴原位置區(qū)VLR刪除用戶信息。MS新MSC新VLR原VLRHLR位置登記請(qǐng)求更新位置登記詢問(wèn)MS的IMSI“詢問(wèn)IMSI