組網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用教學(xué)講義

1、組網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用教學(xué)講義2022-4-122背景背景 陸地移動(dòng)通信技術(shù)包括陸地移動(dòng)通信技術(shù)包括無(wú)線鏈路級(jí)技術(shù)無(wú)線鏈路級(jí)技術(shù)保證信息在移動(dòng)過(guò)程中可靠傳輸?shù)母鞣N技術(shù)保證信息在移動(dòng)過(guò)程中可靠傳輸?shù)母鞣N技術(shù)支持多用戶同時(shí)接入的多址技術(shù)支持多用戶同時(shí)接入的多址技術(shù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)級(jí)技術(shù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)級(jí)技術(shù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù)各種無(wú)線資源管理技術(shù)各種無(wú)線資源管理技術(shù)移動(dòng)性管理移動(dòng)性管理支持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)的各種協(xié)議支持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)的各種協(xié)議2022-4-123背景背景 陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)主要包括陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)主要包括 陸地蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)陸地蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) GSM、CDMA 集群調(diào)度移動(dòng)通信系統(tǒng)集群調(diào)度移動(dòng)通信系

2、統(tǒng) 無(wú)繩無(wú)繩 系統(tǒng)系統(tǒng) PHS 無(wú)線尋呼系統(tǒng)等無(wú)線尋呼系統(tǒng)等 下面主要講述陸地蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)下面主要講述陸地蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)2022-4-124蜂窩的基本概念蜂窩的基本概念 蜂窩通信的重要特征：蜂窩通信的重要特征：低功率的發(fā)射機(jī)和小的覆蓋范圍低功率的發(fā)射機(jī)和小的覆蓋范圍頻率再用頻率再用切換和中央控制切換和中央控制小區(qū)分裂可用于增加容量小區(qū)分裂可用于增加容量 蜂窩類型蜂窩類型巨區(qū)（巨區(qū)（Huge)Huge)、宏區(qū)、宏區(qū)(Macro)(Macro)、微區(qū)、微區(qū)(Micro)(Micro)、微微區(qū)、微微區(qū)(Pico)(Pico) 、分層、分層蜂窩結(jié)構(gòu)（蜂窩結(jié)構(gòu)（HCS） 小區(qū)群（簇，小區(qū)群（簇，c

3、luster）:一組相鄰使用不同頻率的小區(qū)一組相鄰使用不同頻率的小區(qū) 頻率再用因子頻率再用因子N：一個(gè)小區(qū)群中小區(qū)數(shù)：一個(gè)小區(qū)群中小區(qū)數(shù) 對(duì)對(duì)FDMA、TDMA存在共道（同頻）干擾存在共道（同頻）干擾2022-4-125Cells and SectorsCellCellCellCell2022-4-126Cells and SectorsCellCellCellCellCellCell2022-4-127Cells and SectorsSectorSectorSectorCell2022-4-128Frequency Reusein FDMA and TDMA Systems2022-4-1

4、29Frequency Reuse Pattern of N=412341234123412342022-4-1210Frequency Reuse Pattern of N=72022-4-1211同頻干擾同頻干擾 同頻再用比同頻再用比 q： 小區(qū)半徑小區(qū)半徑(R)和相距最近的同頻小區(qū)中心間距離和相距最近的同頻小區(qū)中心間距離(D) 只考慮第一層干擾，同頻信號(hào)干擾比：只考慮第一層干擾，同頻信號(hào)干擾比： 為傳播損耗傾斜率為傳播損耗傾斜率 若若 =4則：則： q的值越小，則容量越大的值越小，則容量越大 但是，但是，q值增大值增大, 同頻干擾減小，傳輸性能提高同頻干擾減小，傳輸性能提高 3NRDq6

5、)(61qqIS1)(6ISq 423SNI2022-4-1212FDMA/TDMA小區(qū)容量小區(qū)容量 每個(gè)小區(qū)的信道數(shù)每個(gè)小區(qū)的信道數(shù)K為：為： Bt為系統(tǒng)帶寬為系統(tǒng)帶寬 Bc為等效每個(gè)信道帶寬為等效每個(gè)信道帶寬 N為頻率再用因子，即小區(qū)群的小區(qū)數(shù)為頻率再用因子，即小區(qū)群的小區(qū)數(shù) M為整個(gè)系統(tǒng)帶寬提供的信道數(shù)為整個(gè)系統(tǒng)帶寬提供的信道數(shù) C/I為接收機(jī)的信噪比為接收機(jī)的信噪比)/(32/ICMNBBKct2022-4-1213CDMA小區(qū)容量小區(qū)容量 DSCDMA系統(tǒng)的容量依賴于處理增益（W/Rb），每個(gè)比特能量對(duì)于干擾的比（Eb/N0），話音負(fù)荷周期d，全向頻率再用效率F 和扇區(qū)數(shù)G 頻率再用

6、效率F表示相鄰?fù)l小區(qū)的影響FGdNERWmbb102022-4-1214小區(qū)分裂小區(qū)分裂ABCDEFGGBFGEFDECDBCEFBGCD2022-4-1215無(wú)線資源管理無(wú)線資源管理 無(wú)線資源無(wú)線資源基站、扇區(qū)、頻率、時(shí)間、碼道和功率等基站、扇區(qū)、頻率、時(shí)間、碼道和功率等不同的移動(dòng)通信系統(tǒng)具有不同的無(wú)線資源組合不同的移動(dòng)通信系統(tǒng)具有不同的無(wú)線資源組合 無(wú)線資源管理的目標(biāo)無(wú)線資源管理的目標(biāo)在有限無(wú)線資源條件下，進(jìn)行資源調(diào)整，為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)無(wú)線在有限無(wú)線資源條件下，進(jìn)行資源調(diào)整，為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)無(wú)線用戶終端提供業(yè)務(wù)質(zhì)量保證用戶終端提供業(yè)務(wù)質(zhì)量保證提高系統(tǒng)容量和利用效率提高系統(tǒng)容量和利用效率基本出發(fā)點(diǎn)是在各種

7、條件變化等情況下，靈活分配和動(dòng)基本出發(fā)點(diǎn)是在各種條件變化等情況下，靈活分配和動(dòng)態(tài)調(diào)整無(wú)線傳輸部分和網(wǎng)絡(luò)的可用資源，最大程度地提態(tài)調(diào)整無(wú)線傳輸部分和網(wǎng)絡(luò)的可用資源，最大程度地提高無(wú)線頻譜利用率高無(wú)線頻譜利用率2022-4-1216無(wú)線資源管理無(wú)線資源管理 無(wú)線資源管理根據(jù)具體目標(biāo)的不同，分為無(wú)線資源管理根據(jù)具體目標(biāo)的不同，分為 面向網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線資源管理面向網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線資源管理 接入控制接入控制 負(fù)載控制負(fù)載控制 面向連接的無(wú)線資源管理面向連接的無(wú)線資源管理 切換控制切換控制 功率控制功率控制 速率控制速率控制 鏈路自適應(yīng)技術(shù)鏈路自適應(yīng)技術(shù) 無(wú)線資源的分配和調(diào)度無(wú)線資源的分配和調(diào)度 小區(qū)間動(dòng)態(tài)信道分配

8、小區(qū)間動(dòng)態(tài)信道分配 小區(qū)內(nèi)動(dòng)態(tài)信道分配小區(qū)內(nèi)動(dòng)態(tài)信道分配 一個(gè)物理信道內(nèi)的調(diào)度一個(gè)物理信道內(nèi)的調(diào)度2022-4-1217切換切換n切換是使移動(dòng)臺(tái)的一個(gè)呼叫進(jìn)程在小區(qū)之間移動(dòng)時(shí)能夠繼續(xù)切換是使移動(dòng)臺(tái)的一個(gè)呼叫進(jìn)程在小區(qū)之間移動(dòng)時(shí)能夠繼續(xù)的過(guò)程。切換可以基于接收的信號(hào)強(qiáng)度或的過(guò)程。切換可以基于接收的信號(hào)強(qiáng)度或S/I值（在終端、值（在終端、RS、或兩者的測(cè)量），或基于網(wǎng)絡(luò)資源管理的需要。切換過(guò)程、或兩者的測(cè)量），或基于網(wǎng)絡(luò)資源管理的需要。切換過(guò)程可能涉及終端的注冊(cè)和鑒權(quán)。切換被分為硬切換和軟切換?？赡苌婕敖K端的注冊(cè)和鑒權(quán)。切換被分為硬切換和軟切換。n軟切換是當(dāng)移動(dòng)終端的通信被連到另一個(gè)目標(biāo)的無(wú)線端口

9、時(shí)軟切換是當(dāng)移動(dòng)終端的通信被連到另一個(gè)目標(biāo)的無(wú)線端口時(shí)，不需要中斷與當(dāng)前服務(wù)的無(wú)線端口的通信。在軟切換中，不需要中斷與當(dāng)前服務(wù)的無(wú)線端口的通信。在軟切換中，移動(dòng)終端可以同時(shí)與兩個(gè)無(wú)線端口通信。移動(dòng)終端可以同時(shí)與兩個(gè)無(wú)線端口通信。n硬切換是移動(dòng)終端被連接到非相鄰的無(wú)線系統(tǒng)、不同的頻率硬切換是移動(dòng)終端被連接到非相鄰的無(wú)線系統(tǒng)、不同的頻率分配、或不同的空中接口特性或技術(shù)。硬切換在空中接口是分配、或不同的空中接口特性或技術(shù)。硬切換在空中接口是先斷后通的過(guò)程。先斷后通的過(guò)程。2022-4-1218切換切換n切換的基本步驟切換的基本步驟n搜索相鄰小區(qū)、扇區(qū)搜索相鄰小區(qū)、扇區(qū)n監(jiān)視觸發(fā)切換的條件監(jiān)視觸發(fā)切換

10、的條件n建立新的業(yè)務(wù)和控制信道建立新的業(yè)務(wù)和控制信道n釋放舊的業(yè)務(wù)和控制信道釋放舊的業(yè)務(wù)和控制信道n要求要求n盡可能少的出現(xiàn)，以減少資源的占用盡可能少的出現(xiàn)，以減少資源的占用n盡可能少的影響用戶正在使用的業(yè)務(wù)盡可能少的影響用戶正在使用的業(yè)務(wù)n接納切換的策略接納切換的策略n視為初始呼叫視為初始呼叫n比初始呼叫更優(yōu)先比初始呼叫更優(yōu)先2022-4-1219移動(dòng)性管理移動(dòng)性管理n注冊(cè)（登記）注冊(cè)（登記）n移動(dòng)臺(tái)（移動(dòng)臺(tái)（MS）注冊(cè)是將）注冊(cè)是將MS的特征如位置或狀態(tài)報(bào)告給網(wǎng)絡(luò)。的特征如位置或狀態(tài)報(bào)告給網(wǎng)絡(luò)。MS和和網(wǎng)絡(luò)均可以發(fā)起注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)均可以發(fā)起注冊(cè)n注冊(cè)是注冊(cè)是MS通知服務(wù)提供者它的存在和希望得到服

11、務(wù)。無(wú)線系統(tǒng)（通知服務(wù)提供者它的存在和希望得到服務(wù)。無(wú)線系統(tǒng)（RS）通知移動(dòng)交換中心（）通知移動(dòng)交換中心（MSC）和所需要的其它網(wǎng)絡(luò)單元。）和所需要的其它網(wǎng)絡(luò)單元。MSC和其它網(wǎng)絡(luò)單元完成需要的注冊(cè)功能和其它網(wǎng)絡(luò)單元完成需要的注冊(cè)功能n當(dāng)當(dāng)MS穿越一個(gè)或多個(gè)服務(wù)商的區(qū)域時(shí)也發(fā)生注冊(cè)。作為穿越一個(gè)或多個(gè)服務(wù)商的區(qū)域時(shí)也發(fā)生注冊(cè)。作為MS的地理的地理位置被注冊(cè)后，網(wǎng)絡(luò)可以給它傳遞呼叫位置被注冊(cè)后，網(wǎng)絡(luò)可以給它傳遞呼叫n漫游漫游n當(dāng)移動(dòng)用戶離開登記注冊(cè)的當(dāng)移動(dòng)用戶離開登記注冊(cè)的HLR進(jìn)入其他進(jìn)入其他HLR時(shí)稱為漫游時(shí)稱為漫游2022-4-1220安全性管理安全性管理 無(wú)線信號(hào)通過(guò)空中傳播開放式環(huán)境，

12、信號(hào)可以被截獲，竊聽，信息泄無(wú)線信號(hào)通過(guò)空中傳播開放式環(huán)境，信號(hào)可以被截獲，竊聽，信息泄漏漏 ( (移動(dòng)商務(wù)移動(dòng)商務(wù)) ) 安全管理對(duì)網(wǎng)絡(luò)、承載和信令信道的保密性、用戶數(shù)據(jù)的安全性、用安全管理對(duì)網(wǎng)絡(luò)、承載和信令信道的保密性、用戶數(shù)據(jù)的安全性、用戶授權(quán)和戶授權(quán)和PCSPCS業(yè)務(wù)提供者之間的內(nèi)部可操作性進(jìn)行處理業(yè)務(wù)提供者之間的內(nèi)部可操作性進(jìn)行處理 網(wǎng)絡(luò)和終端共同操作支持用戶鑒權(quán)和信息加密網(wǎng)絡(luò)和終端共同操作支持用戶鑒權(quán)和信息加密 鑒權(quán)：確認(rèn)用戶具有的各種權(quán)利鑒權(quán)：確認(rèn)用戶具有的各種權(quán)利 用戶對(duì)基站鑒權(quán)用戶對(duì)基站鑒權(quán) 基站對(duì)終端鑒權(quán)基站對(duì)終端鑒權(quán) 基站對(duì)用戶鑒權(quán)基站對(duì)用戶鑒權(quán) 基站用戶相互鑒權(quán)基站用戶

13、相互鑒權(quán) 加密：對(duì)信息進(jìn)行加擾，防止第三者竊聽加密：對(duì)信息進(jìn)行加擾，防止第三者竊聽 原始信息加密原始信息加密 空中傳輸信息加密空中傳輸信息加密 使用使用TMSI2022-4-1221網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)MSBTS BSCMSCEIRHLRAUCVLRMSCPSTNPDNISDNOMC MSMobile Station BSS BTSBase Transceiver Station BSC Base-station controller NSS MSCMobile Switch Center HLRHome Location Register VLRVisitor Location Register

14、 EIREquipment Identity Register OMCOperating Maintenance Center AUCAuthentication Center2022-4-1222網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能 BTS: 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)BTS與移動(dòng)臺(tái)（與移動(dòng)臺(tái)（MS）之間通過(guò)空中接口的無(wú)線傳輸及相關(guān)的控制）之間通過(guò)空中接口的無(wú)線傳輸及相關(guān)的控制功能功能 BSC: 信號(hào)轉(zhuǎn)換，各種接口的管理，承擔(dān)無(wú)線資源和無(wú)線參數(shù)的管理信號(hào)轉(zhuǎn)換，各種接口的管理，承擔(dān)無(wú)線資源和無(wú)線參數(shù)的管理 MSC: 路由選擇管理路由選擇管理,計(jì)費(fèi)和費(fèi)率管理計(jì)費(fèi)和費(fèi)率管理,業(yè)務(wù)量管理業(yè)務(wù)量管理 HLR: 對(duì)移動(dòng)臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)

15、進(jìn)行管理，主要功能為：對(duì)對(duì)移動(dòng)臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，主要功能為：對(duì)HLR中登記的移動(dòng)臺(tái)的中登記的移動(dòng)臺(tái)的所有用戶參數(shù)的管理和修改、計(jì)費(fèi)管理、所有用戶參數(shù)的管理和修改、計(jì)費(fèi)管理、VLR的更新的更新 VLR: 漫游用戶的定位和管理的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。所謂漫游就是移動(dòng)用戶在非歸漫游用戶的定位和管理的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。所謂漫游就是移動(dòng)用戶在非歸屬區(qū)得到服務(wù)的能力。屬區(qū)得到服務(wù)的能力。VLR主要功能為：移動(dòng)臺(tái)漫游號(hào)的管理、臨時(shí)移動(dòng)臺(tái)主要功能為：移動(dòng)臺(tái)漫游號(hào)的管理、臨時(shí)移動(dòng)臺(tái)識(shí)別管理、訪問(wèn)移動(dòng)臺(tái)用戶管理、識(shí)別管理、訪問(wèn)移動(dòng)臺(tái)用戶管理、HLR的更新、通信覆蓋區(qū)域的管理（如基的更新、通信覆蓋區(qū)域的管理（如基站覆蓋區(qū)、站覆蓋

16、區(qū)、MSC無(wú)線交換區(qū)等）、無(wú)線信道的管理（比如信道分配表、動(dòng)無(wú)線交換區(qū)等）、無(wú)線信道的管理（比如信道分配表、動(dòng)態(tài)信道分配管理等）態(tài)信道分配管理等） EIR: 存儲(chǔ)移動(dòng)通信設(shè)備的設(shè)備碼，用于確保系統(tǒng)內(nèi)所使用的移動(dòng)用戶設(shè)備存儲(chǔ)移動(dòng)通信設(shè)備的設(shè)備碼，用于確保系統(tǒng)內(nèi)所使用的移動(dòng)用戶設(shè)備的唯一性和安全性的唯一性和安全性 AUC: 存儲(chǔ)用戶的鑒權(quán)信息和加密密鑰，用于防止無(wú)權(quán)用戶進(jìn)入系統(tǒng)。存儲(chǔ)用戶的鑒權(quán)信息和加密密鑰，用于防止無(wú)權(quán)用戶進(jìn)入系統(tǒng)。AUC屬于屬于HLR的一個(gè)功能單元的一個(gè)功能單元 OMC: 完成完成BSS和和NSS的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和維護(hù)管理的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和維護(hù)管理2022-4-1223網(wǎng)絡(luò)各單元接口網(wǎng)絡(luò)各

17、單元接口BSCBSC與與MSCMSC之間為之間為A A接口；接口；BTSBTS和和BSCBSC之間為之間為AbisAbis接口；接口；BTSBTS和和MSMS之間為之間為UmUm接口接口MSCMSC與與PSTNPSTN之間為之間為AiAi接口；接口；MSCMSC和和VLRVLR之間為之間為B B接口；接口；MSCMSC和和HLRHLR之間為之間為C C接口；接口；HLRHLR和和VLRVLR之間為之間為D D接口；接口；MSCMSC和和MSCMSC之間為之間為E E接口；接口；2022-4-1224Cellular Network Architecture.101001000011001100

18、1110100001000101001000011001100111010000100010 1 00 10 00 01 10 01 10 0 11 10 10 00 01 00 010111001100110011111001010010010T T 1 1 / / E E 1 1T T 1 1 / / E E 1 1T T 1 1 / / E E 1 1T T 1 1 / / E E 1 1P P S S T T N NB B S S C C (w ith B T S )B B T T S SB B T T S SB B T T S S100111002022-4-1225接入信令接入信令 移動(dòng)通信中：移動(dòng)臺(tái)到基站之間的信令移動(dòng)通信中：移動(dòng)臺(tái)到基站之間的信令 主要包括呼叫管理、移動(dòng)管理和無(wú)線資源管理主要包括呼叫管理、移動(dòng)管理和無(wú)線資源管理 不同系統(tǒng)有不同的信令不同系統(tǒng)有不同的信令 移動(dòng)通信的空中接口信令分三個(gè)層次：物