移動通信：第5章-組網技術

第五章組網技術5.1概述5.2多址技術5.3區(qū)域覆蓋和信道配置5.4網絡結構5.5信令

5.6越區(qū)切換和位置管理2/6/20231信息與通信工程系5.1概述本章解決的問題1.給定頻率資源，如何共享？采用什么多址技術，使得有限的資源能傳輸更大容量的信息？——多址技術2/6/20232信息與通信工程系5.1概述2.由于傳播損耗的存在，基站和移動臺之間的通信距離總是有限的。為使用戶在某服務區(qū)內的任一點都能接入網絡，需在該服務區(qū)內設多少基站？對給定的頻率資源，如何在這些基站之間進行分配以滿足用戶容量的要求？

——區(qū)域覆蓋和信道配置2/6/20233信息與通信工程系3.如何將服務區(qū)內的各個基站互連起來，并且要與固定網絡互連，實現(xiàn)移動用戶與固定用戶、移動用戶與移動用戶的互連互通。移動通信采用什么網絡結構？

——網絡結構5.1概述2/6/20234信息與通信工程系基本網絡結構：基站通過傳輸鏈路和交換機相連，交換機再通過傳輸鏈路與固定的電話網絡相連。5.1概述2/6/20235信息與通信工程系GSM數(shù)字蜂窩移動通信網結構5.1概述2/6/20236信息與通信工程系4.移動用戶從一個小區(qū)移到另一個小區(qū)，如何保證用戶通信過程的連續(xù)性，即如何實現(xiàn)有效的越區(qū)切換？用戶在移動網絡中任意移動，網絡如何管理用戶，使網絡在任何時刻都知道，該用戶當前在哪個地區(qū)的哪個基站覆蓋范圍內，即如何解決移動性管理的問題？

——越區(qū)切換和位置管理5.1概述2/6/20237信息與通信工程系5.如何在用戶和移動網絡之間，移動網絡和固定網絡之間交換控制信息，從而對呼叫過程、移動性管理過程和網絡互連過程進行控制，以保證網絡有序的運行,即在移動通信網中應采用什么樣的信令系統(tǒng)？

——信令5.1概述2/6/20238信息與通信工程系區(qū)分與識別動態(tài)移動用戶地址的技術。主要解決眾多用戶如何高效共享給定頻譜資源的問題。它從空間、時間、頻間等多個方向對頻率資源進行有效利用。

5.2多址技術多址技術2/6/20239信息與通信工程系多址技術的種類頻分多址FDMA

FrequencyDivisionMultipleAccess時分多址TDMA

TimeDivisionMultipleAccess碼分多址CDMA

CodeDivisionMultipleAccess空分多址SDMA

SpaceDivisionMultipleAccess隨機多址等5.2多址技術2/6/202310信息與通信工程系5.2多址技術2/6/202311信息與通信工程系FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess）5.2多址技術2/6/202312信息與通信工程系TDMA（TimeDivisionMultipleAccess）5.2多址技術2/6/202313信息與通信工程系CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）5.2多址技術2/6/202314信息與通信工程系總頻段劃分為若干占用較小帶寬的頻道，這些頻道在頻域上互不重疊，每個頻道就是一個通信信道,分配給一個移動用戶。移動臺占用的頻道不是固定的，是由系統(tǒng)臨時分配的，通信結束后，移動臺將退出它占用的頻道。系統(tǒng)設計中需要周密的頻率規(guī)劃,基站需要多部不同載波頻率發(fā)射機同時工作，設備多且容易產生信道間的互調干擾。

5.2.1頻分多址（FDMA）2/6/202315信息與通信工程系

FDD/FDMA的頻道劃分方法移動臺發(fā)（基站收）移動臺收（基站發(fā)）f頻道帶寬收發(fā)間隔信道1…信道N信道1…信道N功率t5.2.1頻分多址（FDMA）思考題：TDD/FDMA的頻道劃分方法？2/6/202316信息與通信工程系移動通信頻率資源十分緊缺，不可能為每個移動臺預留一個信道，只能為每個基站配置好一組信道，供該基站所覆蓋的區(qū)域內所有移動臺共用。

5.2.1頻分多址（FDMA）多信道共用2/6/202317信息與通信工程系在多信道共用的情況下，一個基站若有n個信道同時為小區(qū)內的全部移動用戶所共用。當其中k(k<n)個信道被占用之后，其它要求通信的用戶可以按照呼叫的先后次序占用(n-k)個空閑信道的任何一個來通信?；咀疃嗫梢酝瑫r保障n

個用戶進行通信。5.2.1頻分多址（FDMA）2/6/202318信息與通信工程系5.2.1頻分多址（FDMA）1.究竟n

個信道能為多少用戶提供服務？2.共用信道之后必然會遇到所有信道被占用，而新的呼叫不能接通的情況，發(fā)生這種情況的概率有多大呢？多信道共用中的問題2/6/202319信息與通信工程系話務量：在話音通信中，業(yè)務量大小的量度。分為流入話務量和完成話務量。流入話務量：單位時間（１小時）內平均發(fā)生的呼叫次數(shù)λ和每次呼叫平均占用信道時間（含通話時間）Ｓ的乘積。流入話務量Ａ為

話務量與呼損率5.2.1頻分多址（FDMA）式中，λ的單位是（次／小時）Ｓ的單位是（小時／次）Ａ是一個無量綱的量。它的單位為“愛爾蘭”（Erlang）。Ａ＝Ｓ?λ

2/6/202320信息與通信工程系[例]

設1個信道內平均1小時發(fā)生的呼叫次數(shù)λ為

20(次／小時）,每次呼叫平均占用時間Ｓ為

3分鐘(1/20小時／次)。流入話務量Ａ為

5.2.1頻分多址（FDMA）Ａ＝Ｓ?λ=1(Erlang)結論:1個信道提供的話務量最大為1個愛爾蘭。2/6/202321信息與通信工程系

在信道共用的情況下，通信網無法保證每個用戶的所有呼叫都能成功，必然有少量的呼叫會失敗，即發(fā)生“呼損”。完成話務量：單位時間內平均的成功呼叫次數(shù)λ0(λ>λ0)和每次呼叫平均占用信道時間Ｓ的乘積

A0=λ0?S

損失話務量：流入話務量與完成話務量之差。呼損率：損失話務量占流入話務量的比率，用符號B表示。

5.2.1頻分多址（FDMA）lll00AAAB-=-=lll00AAAB-=-=A-A02/6/202322信息與通信工程系

顯然，呼損率B越小，成功呼叫的概率就越大，用戶就越滿意。因此，呼損率B也稱為通信網的服務等級（或業(yè)務等級）。[例如]某通信網絡的服務等級為0.05(即B

＝0.05），表示在全部呼叫中未被接通的概率為５％。但是，對于一個通信網來說，要想使呼叫損失小，只有讓流入話務量小，即容納的用戶少些，這又是所不希望的．可見呼損率與流入話務量是一對矛盾，要折中處理。5.2.1頻分多址（FDMA）2/6/202323信息與通信工程系愛爾蘭呼損公式

對于多信道共用的移動通信網，根據話務量理論，呼損率B、共用信道數(shù)n和流入話務量A的定量關系可用愛爾蘭呼損公式表示。

5.2.1頻分多址（FDMA）?==niiniAnAB1!!?==niiniAnAB1!!2/6/202324信息與通信工程系信道利用率的計算

信道的利用率η可以用每小時每信道完成的話務量來計算。呼損率不同，信道利用率也不同。5.2.1頻分多址（FDMA）2/6/202325信息與通信工程系88.9123.7186.5421.63579.317.16372.415.24964.613.18159.512.0312088.4222.4086.0020.42478.516.57971.514.31563.612.33358.911.2301988.3321.2085.4012.21677.715.54870.613.38562.611.49175.410.4371887.3119.7984.7518.01076.914.42269.612.46161.410.65656.29.6521786.6718.4984.0316.80775.913.50068.511.54460.19.82854.98.8751686.0017.2083.2415.60874.912.48467.210.62358.99.000953.58.1081585.3515.9182.3614.41373.811.47466.09.73057.48.20052.07.3521484.3614.6281.3713.22272.510.47064.48.83555.87.40150.36.6071383.3113.3380.2412.03671.19.47462.97.95053.86.58748.55.8761282.1612.0578.9610.8569.48.48761.17.07651.95.82546.45.1601180.8510.7877.489.68567.67.51159.16.21649.95.09244.24.4611079.329.5275.758.52265.56.54656.75.37048.54.45441.63.783977.728.2973.697.36963.05.59753.94.53444.73.64938.73.128875.217.0271.26.23060.04.66650.73.73841.32.95035.42.500772.385.7968.125.10956.43.75846.92.96038.32.32631.51.909668.704.5864.164.01051.92.88142.22.21932.51.63726.91.360565.253.4853.92.94546.02.04536.21.52526.71.09221.50.869456.752.2751.471.93038.11.27128.50.89919.70.60215.00.456347.751.2240.01.0026.80.59518.10.3811.00.2247.60.1536225.00.3320.00.2510.00.1115.00.0352.00.0201.00.01011?(%)A?(%)A?(%)A?(%)A?(%)A?(%)An25%20%10%5%2%1%B88.9123.7186.5421.63579.317.16372.415.24964.613.18159.512.0312088.4222.4086.0020.42478.516.57971.514.31563.612.33358.911.2301988.3321.2085.4012.21677.715.54870.613.38562.611.49175.410.4371887.3119.7984.7518.01076.914.42269.612.46161.410.65656.29.6521786.6718.4984.0316.80775.913.50068.511.54460.19.82854.98.8751686.0017.2083.2415.60874.912.48467.210.62358.99.000953.58.1081585.3515.9182.3614.41373.811.47466.09.73057.48.20052.07.3521484.3614.6281.3713.22272.510.47064.48.83555.87.40150.36.6071383.3113.3380.2412.03671.19.47462.97.95053.86.58748.55.8761282.1612.0578.9610.8569.48.48761.17.07651.95.82546.45.1601180.8510.7877.489.68567.67.51159.16.21649.95.09244.24.4611079.329.5275.758.52265.56.54656.75.37048.54.45441.63.783977.728.2973.697.36963.05.59753.94.53444.73.64938.73.128875.217.0271.26.23060.04.66650.73.73841.32.95035.42.500772.385.7968.125.10956.43.75846.92.96038.32.32631.51.909668.704.5864.164.01051.92.88142.22.21932.51.63726.91.360565.253.4853.92.94546.02.04536.21.52526.71.09221.50.869456.752.2751.471.93038.11.27128.50.89919.70.60215.00.456347.751.2240.01.0026.80.59518.10.3811.00.2247.60.1536225.00.3320.00.2510.00.1115.00.0352.00.0201.00.01011?(%)A?(%)A?(%)A?(%)A?(%)A?(%)An25%20%10%5%2%1%B5.2.1頻分多址（FDMA）表5－22/6/202326信息與通信工程系B一定的條件下，隨著n的加大，A不斷增長。n<3時，A隨n

的增長接近指數(shù)規(guī)律，n>6時，成線性關系。B一定時，η隨著n的加大而增長，但當n>8之后增長已很慢。因此，同一基站的共用信道數(shù)不宜過多。

5.2.1頻分多址（FDMA）B、n、A和η的關系2/6/202327信息與通信工程系

每個用戶在24小時內的話務量分布是不均勻的，網絡設計應按最忙時的話務量來進行計算。集中系數(shù)

最忙1小時內的話務量與全天話務量之比，用k表示，一般k

=10%~15%。忙時話務量與用戶數(shù)（一）式中：C（次/天）每天平均呼叫次數(shù)；T（秒/次）每次呼叫平均占用信道時間；k

為集中系數(shù)。5.2.1頻分多址（FDMA）忙時話務量為2/6/202328信息與通信工程系用戶忙時的話務量與用戶數(shù)（二）例如，C=3（次/天），T=120（秒/天），k=10%，則用上式可算得a＝0.01（愛爾蘭/用戶）。

國外資料表明，公用移動通信網可按a＝0.01設計，專業(yè)移動通信網可按a

＝0.05設計。由于電話使用的習慣不同，國內的用戶忙時話務量一般會超過上述數(shù)據不少，建議公用移動通信網按a＝0.02~0.03設計，專業(yè)移動通信網按a＝0.08設計。5.2.1頻分多址（FDMA）2/6/202329信息與通信工程系

在用戶的忙時話務量a確定之后，每個信道所能容納的用戶數(shù)m

就不難計算：全網的用戶數(shù)為：m×n個。以a

＝0.01（愛爾蘭/用戶）計算出每信道的用戶數(shù)如表5－3所示（在a值不同時，則需另行計算）。

用戶忙時的話務量與用戶數(shù)（三）5.2.1頻分多址（FDMA）2/6/202330信息與通信工程系表5－3用戶數(shù)的計算（a＝0.01）5.2.1頻分多址（FDMA）用戶忙時的話務量與用戶數(shù)（四）2/6/202331信息與通信工程系上節(jié)課主要內容多址技術的種類頻分多址FDMA、時分多址TDMA、碼分多址CDMA、空分多址SDMA、隨機多址呼損率多信道共用流入話務量

（Ａ＝Ｓ?λ）

（A0=λ0?S）、完成話務量

愛爾蘭呼損公式忙時話務量（B、n、A和η的關系）空閑信道的選取方式專用呼叫信道（共用信令信道）、標明空閑信道方式2/6/202332信息與通信工程系空閑信道選取概念基站控制的小區(qū)內有n個無線信道提供給n×m

個移動用戶共同使用。當某一用戶需要通信而發(fā)出呼叫時，怎樣從這n個信道中選取一個空閑信道。選取方式：專用呼叫信道方式（共用信令信道）標明空閑信道方式空閑信道的選取5.2.1頻分多址（FDMA）2/6/202333信息與通信工程系專用呼叫信道方式設置專門的呼叫信道，用于處理用戶的呼叫。特點處理呼叫的速度快;

信道利用率不高。該方式適用于大容量的移動通信網，是公用移動話網采用的主要方式。我國規(guī)定900MHz蜂窩移動電話網就采用這種方式。5.2.1頻分多址（FDMA）2/6/202334信息與通信工程系標明空閑信道方式不設置專門的呼叫信道，所有信道都可用來處理用戶的呼叫，但須有空閑標明。適用于小容量的通信網?！裱h(huán)定位

●循環(huán)不定位●循環(huán)分散定位●標明多個空閑信道的循環(huán)不定位5.2.1頻分多址（FDMA）2/6/202335信息與通信工程系循環(huán)定位基站在某一空閑信道上發(fā)空閑信號,所有未通話移動臺自動對所有信道進行循環(huán)掃描，并定位在該信道上守候。所有呼叫都在該標定的空閑信道上進行。當該信道被某一移動臺占用之后，基站就轉往另一空閑信道發(fā)空閑信號。特點信道的利用率高；處理呼叫速度快；同搶（兩個以上用戶同時發(fā)起呼叫）概率大。

5.2.1頻分多址（FDMA）2/6/202336信息與通信工程系循環(huán)不定位方式

基站在所有的空閑信道上都發(fā)空閑標志信號，不通話的移動臺始終處于循環(huán)掃描狀態(tài)。移動臺主呼:

首先遇到任何一個空閑信道就立即占用。移動臺被呼:

基站先在某一空閑信道發(fā)保持信號，指令所有循環(huán)掃描中的移動臺都自動地對這個標有保持信號的空閑信道鎖定。保持信號持續(xù)一段時間，等所有空閑移動臺都對它鎖定后，改發(fā)選呼信號。5.2.1頻分多址（FDMA）特點同搶概率??；建立呼叫速度慢。2/6/202337信息與通信工程系基站在所有空閑信道上都發(fā)空閑標志信號，不通話的移動臺循環(huán)掃描并停留在最先搜索到的空閑信道上。由于各移動臺掃描狀態(tài)不同，故移動臺會分散停留在各空閑信道上。

特點同搶概率??；建立呼叫速度快。5.2.1頻分多址（FDMA）循環(huán)分散定位方式2/6/202338信息與通信工程系

時分多址是把時間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個時隙。TDMA示意圖5.2.2時分多址（TDMA）頻分雙工（FDD）中,上下行幀在不同的頻率上；時分雙工（TDD）中,上下行幀在相同的頻率上。2/6/202339信息與通信工程系5.2.2時分多址（TDMA）TDD/TDMA的頻道劃分示意圖思考題：FDD/TDMA的頻道劃分示意圖？2/6/202340信息與通信工程系上行幀:

各移動臺在上行幀內只能按指定時隙向基站發(fā)送信號。5.2.2時分多址（TDMA）

為保證在不同傳播時延情況下，各移動臺到達基站處的信號不重疊，通常上行時隙內必須有保護間隔，在該間隔內不傳送信號。2/6/202341信息與通信工程系下行幀:

基站按順序安排在預定的時隙中向各移動臺發(fā)送信息。5.2.2時分多址（TDMA）2/6/202342信息與通信工程系

不同通信系統(tǒng)的TDMA的幀長度和幀結構是不一樣的。典型的幀長在幾毫秒到幾十毫秒之間。例如：GSM系統(tǒng)的幀長為4.615ms（每幀8個時隙）；DECT系統(tǒng)的幀長為10ms（每幀24個時隙）；PACS系統(tǒng)的幀長為2.5ms（每幀8個時隙）。5.2.2時分多址（TDMA）2/6/202343信息與通信工程系

TDMA系統(tǒng)每幀中的時隙結構（或稱為突發(fā)結構）設計通常要考慮三個主要問題：控制和信令信息的傳輸；信道多徑的影響；系統(tǒng)的同步。

5.2.2時分多址（TDMA）2/6/202344信息與通信工程系每個時隙中，專門劃出部分比特用于控制和信令信息的傳輸。在時隙中插入自適應均衡器所需要的訓練序列。在上行鏈路的每個時隙中流出一定的保護間隔。在每個時隙中還要傳輸同步序列。同步序列和訓練序列可以分開傳輸，也可以合二為一。

5.2.2時分多址（TDMA）采取的主要措施2/6/202345信息與通信工程系兩種典型的時隙結構5.2.2時分多址（TDMA）2/6/202346信息與通信工程系

TDMA中的空閑信道選取是選擇某個載頻上的某個空閑的時隙。5.2.2時分多址（TDMA）

TDMA系統(tǒng)的呼損性能可以完全采用FDMA

中的分析方法和結論。

TDMA中的信道數(shù)為每個基站使用的載波數(shù)乘以每載波的時隙數(shù)。2/6/202347信息與通信工程系

傳輸信號的帶寬遠大于原信號本身帶寬的一種通信方式。

擴頻通信技術是在香農（Shannon）的信道容量公式的指導下產生的。擴頻技術:

碼分多址以擴頻技術為基礎,利用不同碼型實現(xiàn)不同用戶的信息傳輸。5.2.3碼分多址（CDMA）2/6/202348信息與通信工程系（1）直接序列擴頻（DSSS---DirectSequenceSpreadSpectrum）系統(tǒng)；（2）頻率跳變擴頻(FHSS---FrequencyHoppingSpreadSpectrum)系統(tǒng)或稱為跳頻擴頻系統(tǒng)。擴頻因數(shù)：傳輸信號帶寬與原信號帶寬的比值,用Be表示。Be通常取值在100~1000之間。擴頻通信系統(tǒng)種類：5.2.3碼分多址（CDMA）2/6/202349信息與通信工程系CDMA原理圖積分判決發(fā)端收端輸出Ci(t)Cj(t)5.2.3碼分多址（CDMA）2/6/202350信息與通信工程系

0

1

0

0

1

1

1

0

+

-

+

+

-

-

-

+半加器和乘法器乘法器半加器負邏輯0---+11----1結果相同5.2.3碼分多址（CDMA）2/6/202351信息與通信工程系直接序列擴頻原理圖及頻譜5.2.3碼分多址（CDMA）2/6/202352信息與通信工程系5.2.3碼分多址（CDMA）2/6/202353信息與通信工程系跳頻擴頻系統(tǒng)（FHSS）原理圖

5.2.3碼分多址（CDMA）2/6/202354信息與通信工程系

典型的擴頻碼：

m序列信號單元

循環(huán)周期最長的線性反饋移位寄存器序列或SR序列。1955~1956年由D.A.Huffman等人提出，是一種優(yōu)選周期序列信號單元。5.2.3碼分多址（CDMA）2/6/202355信息與通信工程系

5.2.3碼分多址（CDMA）2/6/202356信息與通信工程系

5.2.3碼分多址（CDMA）2/6/202357信息與通信工程系FH-CDMA

FH-CDMA中,各用戶根據各自的偽隨機(PN)序列,動態(tài)改變其已調信號的中心頻率。各用戶中心頻率可在給定的系統(tǒng)帶寬內隨機改變。

FH－CDMA類似于FDMA，但使用的頻道是動態(tài)變化的。

FH－CDMA中各用戶使用的頻率序列要求相互正交（或準正交），即在一個PN序列周期對應的時間區(qū)間內，各用戶使用的頻率，在任一時刻都不相同（或相同的概率非常?。?。5.2.3碼分多址（CDMA）2/6/202358信息與通信工程系5.2.3碼分多址（CDMA）2/6/202359信息與通信工程系DS-CDMADS-CDMA系統(tǒng)中,所有用戶工作在相同的中心頻率上,輸入數(shù)據序列與PN序列相乘得到寬帶信號。不同用戶使用不同的PN序列。而這些序列相互正交,從而可像FDMA和TDMA系統(tǒng)中利用頻率和時隙區(qū)分不同用戶一樣，利用PN序列（或碼字）來區(qū)分不同的用戶。

5.2.3碼分多址（CDMA）2/6/202360信息與通信工程系圖5－4(b)DS－CDMA示意圖信道N?-?-?-信道２信道１時間頻率碼字信道N?-?-?-信道２信道１信道N?--?-信道２信道１時間頻率碼字圖5－DS－CDMA5.2.3碼分多址（CDMA）2/6/202361信息與通信工程系

DS－CDMA系統(tǒng)特點(一)1.存在自身的多址干擾多址干擾的存在是因為所有用戶都工作在相同的頻率上，進入接收機的信號除了所希望的有用信號外，還疊加有其它用戶的信號（稱為多址干擾MAI）。多址干擾的大小取決于在該頻率上工作的用戶數(shù)及各用戶的功率大小。

5.2.3碼分多址（CDMA）2/6/202362信息與通信工程系2.須采用功率控制克服遠近效應遠近效應

近處的強信號抑制遠處弱信號的接收克服方法功率控制調整各用戶的發(fā)射功率，使得所有用戶信號到達基站的電平都相等。該電平的大小只要剛好達到滿足信號干擾比要求的門限電平即可。

3.軟特性（軟容量、軟切換）5.2.3碼分多址（CDMA）DS－CDMA系統(tǒng)特點(二)2/6/202363信息與通信工程系FDMA和DS-CDMA混合TDMA和DS-CDMA混合（TD/CDMA）TDMA與跳頻混合（TDMA/FH）FH-CDMA與DS-CDMA混合（DS/FH-CDMA）

FDMA和DS-CDMA混合系統(tǒng)：將一個寬帶CDMA信道劃分為若干個窄帶的DS-CDMA信道。5.2.3碼分多址（CDMA）混合碼分多址TD/CDMA系統(tǒng)：在TDMA的每個時隙內，再引入DS-CDMA。2/6/202364信息與通信工程系TDMA/FH系統(tǒng)：每個TDMA時隙的載頻隨機跳變。每一幀改變一次工作頻率。該技術已應用于GSM系統(tǒng)。它可以有效地克服同道干擾和多徑衰落。5.2.3碼分多址（CDMA）2/6/202365信息與通信工程系5.2.3碼分多址（CDMA）2/6/202366信息與通信工程系空分多址：

是通過空間的分割來區(qū)別不同的用戶?；炯夹g：

自適應陣列天線。5.2.4空分多址（SDMA）自適應陣列天線在不同用戶方向上形成不同波束。2/6/202367信息與通信工程系5.2.4空分多址（SDMA）2/6/202368信息與通信工程系隨機多址采用的方式有:ALOHA協(xié)議和時隙ALOHA載波偵聽多址(CSMA)預約隨機多址5.2.5隨機多址2/6/202369信息與通信工程系5.2.5隨機多址2/6/202370信息與通信工程系5.2.5隨機多址2/6/202371信息與通信工程系通過量（S）：單位時間內平均成功傳輸?shù)姆纸M數(shù)每個分組的平均時延（D）

5.2.5隨機多址隨機多址協(xié)議主要性能指標2/6/202372信息與通信工程系

為了改進ALOHA的性能，將時間軸分成時隙，時隙大小大于等于一個分組的長度。5.2.5隨機多址所有用戶都同步在時隙開始時刻進行發(fā)送。該協(xié)議就稱為時隙ALOHA協(xié)議。2/6/202373信息與通信工程系

時隙ALOHA與ALOHA協(xié)議相比，將易損區(qū)從2倍的分組長度減少到一個時隙，從而提高了系統(tǒng)的通過量。A1A1A1A1碰撞用戶A:用戶B:圖５－７(b)時隙ALOHA協(xié)議示意圖A1A1A1A1碰撞用戶A:用戶B:A1A1A1A1碰撞用戶A:用戶B:圖５－７(b)時隙5.2.5隨機多址2/6/202374信息與通信工程系

CSMA協(xié)議中，每個結點在發(fā)送前，首先要偵聽信道是否有分組在傳輸。

5.2.5隨機多址載波偵聽多址（CSMA--CarrierSenseMultipleAccess）信道空閑（沒有檢測到載波）：可以發(fā)送；信道忙：按照設定的準則推遲發(fā)送。2/6/202375信息與通信工程系5.2.5隨機多址

用戶有分組要發(fā)送時,采用ALOHA方式在空閑時隙上預約，如果成功，它將占用每幀所預約時隙，直至所有分組傳輸完畢。預約隨機多址2/6/202376信息與通信工程系時分多址TDMA（TimeDivisionMultipleAccess）碼分多址CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）混合多址上節(jié)課主要內容空閑信道的選取

多信道共用選取方式：專用呼叫信道方式（共用信令信道）；標明空閑信道方式（循環(huán)定位、循環(huán)不定位、循環(huán)分散定位）

空分多址（SDMA）FDMA和DS-CDMA混合(中國電信C網)TDMA和DS-CDMA混合（TD/CDMA）TDMA與跳頻混合（TDMA/FH）(中國移動、聯(lián)通GSM系統(tǒng))FH-CDMA與DS-CDMA混合（DS/FH-CDMA）隨機多址2/6/202377信息與通信工程系5.3區(qū)域覆蓋和信道配置5.3.1區(qū)域覆蓋5.3.2信道(頻率)配置

2/6/202378信息與通信工程系

為使服務區(qū)達到無縫覆蓋，提高系統(tǒng)的容量，需采用多個基站來覆蓋給定的服務區(qū)。（每個基站的覆蓋區(qū)稱為一個小區(qū)。）。故需考慮以下問題：5.3.1區(qū)域覆蓋

基站設置(位置、數(shù)量、覆蓋半徑)；頻率規(guī)劃。2/6/202379信息與通信工程系1.帶狀網

帶狀網主要用于覆蓋公路、鐵路、海岸等，如圖示。5.3.1區(qū)域覆蓋服務區(qū)形狀：帶狀網、面狀網、立體網有向天線覆蓋全向天線覆蓋2/6/202380信息與通信工程系5.3.1區(qū)域覆蓋雙頻制三頻制復用方式（區(qū)群結構）：雙頻制、三頻制2/6/202381信息與通信工程系5.3.1區(qū)域覆蓋

f1

f2

f1

f2

f1

f2

f1

f1

f2

f3

f1

f2

f3

f1

雙頻組頻率配置三頻組頻率配置2/6/202382信息與通信工程系

n

頻制帶狀網如圖所示。小區(qū)半徑為r，相鄰小區(qū)交疊寬度為a，第n+1小區(qū)與第1小區(qū)為同頻道小區(qū)。由圖可算出信號傳輸距離DS

和同頻道干擾傳輸距離DI之比。5.3.1區(qū)域覆蓋2/6/202383信息與通信工程系5.3.1區(qū)域覆蓋2/6/202384信息與通信工程系2.面狀網----蜂窩網在平面區(qū)域內劃分小區(qū)，通常組成蜂窩式網絡。(1)小區(qū)形狀全向天線的覆蓋區(qū)是圓形。為不留空隙地覆蓋整個服務區(qū)，各覆蓋區(qū)之間一定要交疊?？紤]交疊后，實際上每個覆蓋區(qū)的有效覆蓋區(qū)是一個多邊形。

5.3.1區(qū)域覆蓋2/6/202385信息與通信工程系5.3.1區(qū)域覆蓋小區(qū)相間120°，有效覆蓋區(qū)為正三角形。小區(qū)相間90°，有效覆蓋區(qū)為正方形。小區(qū)相間60°，有效覆蓋區(qū)為正六邊形。2/6/202386信息與通信工程系

可以證明，用正多邊形無空隙、無重疊地覆蓋一個平面的區(qū)域，可取的形狀只有這三種。5.3.1區(qū)域覆蓋問題：這三種形狀中哪種最好呢？2/6/202387信息與通信工程系表5－5三種形狀小區(qū)的比較5.3.1區(qū)域覆蓋2/6/202388信息與通信工程系5.3.1區(qū)域覆蓋小區(qū)形狀（b)理想形狀(c)實際形狀（a）理論形狀2/6/202389信息與通信工程系

小區(qū)形狀---蜂窩網5.3.1區(qū)域覆蓋2/6/202390信息與通信工程系

相鄰小區(qū)顯然不能用相同的信道。這些不同信道的小區(qū)組成一個區(qū)群，只有不同區(qū)群的小區(qū)才能進行信道再用。區(qū)群組成應滿足兩個條件：一是區(qū)群之間可以鄰接，且無空隙無重疊地進行覆蓋；二是鄰接之后的區(qū)群應保證各個相鄰同信道小區(qū)之間的距離相等。滿足上述條件的區(qū)群形狀和區(qū)群內的小區(qū)數(shù)不是任意的?？梢宰C明，區(qū)群內的小區(qū)數(shù)應滿足下式：式（5－13）5.3.1區(qū)域覆蓋（2）區(qū)群的組成2/6/202391信息與通信工程系表5－6區(qū)群小區(qū)數(shù)N的取值5.3.1區(qū)域覆蓋2/6/202392信息與通信工程系圖5－12區(qū)群的組成5.3.1區(qū)域覆蓋2/6/202393信息與通信工程系

自某一小區(qū)Ａ出發(fā)，先沿邊的垂線方向跨j

個小區(qū)，再向左（或右）轉60°,再跨i

個小區(qū)，就到達同信道小區(qū)A。同信道小區(qū)中心之間的距離為例如，N=3,D/r=3;N=7,D/r=4.6;N=19,D/r=7.55。5.3.1區(qū)域覆蓋（3）同頻（信道）小區(qū)的距離2/6/202394信息與通信工程系圖5－13同信道小區(qū)的確定AN=19N=19AAAAAA5.3.1區(qū)域覆蓋2/6/202395信息與通信工程系中心激勵：基站設在小區(qū)的中央，用全向天線形成圓形覆蓋區(qū)。頂點激勵：基站設在每個小區(qū)六邊形的三個頂點上，每個基站采用三副120度扇形輻射的定向天線，分別覆蓋三個相鄰小區(qū)的各三分之一區(qū)域。5.3.1區(qū)域覆蓋（4）激勵方式：中心激勵與頂點激勵2/6/202396信息與通信工程系

服務區(qū)中每個小區(qū)的大小可以相同（用戶密度均勻時），也可以不同（用戶密度不均勻時），用戶密度高的市中心區(qū)可使小區(qū)的面積小一些，用戶密度低的市郊區(qū)可使小區(qū)的面積大些。另，對已設置好的蜂窩通信網，隨著城市建設的發(fā)展，原來的低用戶密度區(qū)可能變成了高密度用戶區(qū)，這時相應地在該地區(qū)設置新的基站，將小區(qū)面積劃小。解決以上問題可用小區(qū)分裂的方法。

5.3.1區(qū)域覆蓋（5）小區(qū)分裂2/6/202397信息與通信工程系5.3.1區(qū)域覆蓋2/6/202398信息與通信工程系原基站新基站小區(qū)分裂5.3.1區(qū)域覆蓋2/6/202399信息與通信工程系信道配置方式：分區(qū)分組配置法；等頻距配置法。

5.3.2信道(頻率)配置

將給定的信道（頻率）分配給一個區(qū)群內的各個小區(qū)。信道（頻率）配置

CDMA系統(tǒng)中，所有用戶使用相同的工作頻率，因而無需進行頻率配置。頻率配置主要針對FDMA和TDMA系統(tǒng)。2/6/2023100信息與通信工程系原則：盡量減小占用的總頻段，以提高頻段利用率；同一區(qū)群內不能使用相同的信道，以避免同頻道干擾；小區(qū)內采用無三階互調的相容信道組，以避免互調干擾。5.3.2信道(頻率)配置

例：若每個區(qū)群有7個小區(qū)，每個小區(qū)需要6個信道，按上述原則進行分配，可得到以下結果。

1.分區(qū)分組配置法2/6/2023101信息與通信工程系

第一組1、5、14、20、34、36

第二組2、9、13、18、21、31

第三組3、8、19、25、33、40

第四組4、12、16、22、37、39

第五組6、10、27、30、32、41

第六組7、11、24、26、29、35

第七組15、17、23、28、38、42

每一組信道分配給區(qū)群內的一個小區(qū)。這里使用42個信道只占用了42個信道的頻段，是最佳的分配方案。5.3.2信道(頻率)配置

2/6/2023102信息與通信工程系2．等頻距配置法

按等頻率間隔來配置信道。只要頻距選得足夠大，就可以有效地避免鄰道干擾。這樣的頻率配置正好滿足產生互調的頻率關系，但正因為頻距大，干擾易于被接收機輸入濾波器濾除而不易作用到非線性器件，也就避免了互調的產生。配置時可根據區(qū)群內的小區(qū)數(shù)N來確定同一信道組內各信道之間的頻率間隔。例如，第一組用（1，1+N，1+2N，1+3N，…），第二組用（2，2+N，2+3N，…）等。例如,N=7時，信道的配置如下：5.3.2信道(頻率)配置

2/6/2023103信息與通信工程系5.3.2信道(頻率)配置

第一組1、8、15、22、29、…第二組2、9、16、23、30、…第三組3、10、17、24、31、…第四組4、11、18、25、32、…第五組5、12、19、26、33、…第六組6、13、20、27、34、…第七組7、14、21、28、35、…

這樣同一信道組內的信道最小頻率間隔為7個信道間隔，若信道間隔為25kHz,則其最小頻率間隔可達175kHz，這樣，接收機的輸入濾波器便可有效地抑制鄰道干擾和互調干擾。2/6/2023104信息與通信工程系

如果是頂點激勵，每個基站應配置三組信道，例如N=7，每個區(qū)群就需要有21個信道組。整個區(qū)群內各個基站信道組的分布如下圖。5.3.2信道(頻率)配置

2/6/2023105信息與通信工程系

以上討論是一種信道固定配置法，適合移動臺業(yè)務分布相對固定的情況。固定配置法缺陷：頻率的利用率不高。實際上，移動臺業(yè)務的地理分布是經常會發(fā)生變化的。如：早上住宅區(qū)向商業(yè)區(qū)移動；傍晚商業(yè)區(qū)向住宅區(qū)移動平時向發(fā)生交通事故或集會的某處集中。此時，某一小區(qū)業(yè)務量增大，原來配置的信道可能不夠用了，而相鄰小區(qū)業(yè)務量小，原來配置的信道可能有空閑，小區(qū)之間的信道又無法相互調劑。5.3.2信道(頻率)配置

2/6/2023106信息與通信工程系實際中采用的方法：動態(tài)配置法、柔性配置法動態(tài)配置法

隨業(yè)務量的變化重新配置全部信道；柔性配置法

準備若干個信道，需要時提供給某個小區(qū)使用。動態(tài)配置法特點：頻率利用率可提高20%~50%、需及時算出新的配置方案、能避免各類干擾、電臺及天線共用器等裝備也要能適應、難以實現(xiàn)。柔性配置法特點：控制比較簡單、只要預留部分信道使各基站都能共用，即可應付局部業(yè)務量變化的情況，是一種比較實用的方法。5.3.2信道(頻率)配置

2/6/2023107信息與通信工程系5.3.2信道(頻率)配置

2/6/2023108信息與通信工程系5.4網絡結構5.4.1基本網絡結構5.4.2數(shù)字蜂窩移動通信網的網絡結構2/6/2023109信息與通信工程系移動通信的基本網絡結構如圖5-18所示固定網絡交換機交換機5.4.１基本網絡結構2/6/2023110信息與通信工程系基站與交換機之間、交換機與固定網絡之間可采用有線鏈路（如光纖、同軸電纜、雙絞線等）也可以采用無線鏈路（如微波鏈路、毫米波鏈路等）。數(shù)字信號（DS）標準（1）北美和日本標準：T-1/T-1C/T-2/T-3/T-4

支持24/48/96/672/4032路數(shù)字話音（每路64kb/s)傳輸比特率為1.544/3.152/6.312/44.736/274176Mb/s（2）歐洲標準E-1/E-1C/E-2/E-3/E-4，支持30/120/480/1920/7680路數(shù)字話音的傳輸比特率為2.048/8.448/34.368/139.264/565.148Mb/s5.4.１基本網絡結構2/6/2023111信息與通信工程系交換機組成

：交換機功能：完成信號由設備入口到出口的轉發(fā)，為任意兩端口間的通信提供通路。5.4.１基本網絡結構2/6/2023112信息與通信工程系(#1入線接記發(fā)器）1-5’w:(#1入線與#2入線經繩路互通）1-2yz:(#3入線接#1’中繼線)3-1’x：交換機原理5.4.１基本網絡結構2/6/2023113信息與通信工程系

移動通信網絡中使用的交換機通常稱為移動交換中心,即MSC。

MSC功能：常規(guī)交換機的所有功能；移動性管理；無線資源管理（包括越區(qū)切換、漫游、用戶位置登記管理等）。

5.4.１基本網絡結構2/6/2023114信息與通信工程系

在蜂窩移動網絡中，為便于網絡組織，將一個移動通信網分為若干個服務區(qū)，每個服務區(qū)又分為若干個MSC區(qū)，每個MSC區(qū)又分為若干個位置區(qū)，每個位置區(qū)由若干個基站小區(qū)組成。5.4.１基本網絡結構2/6/2023115信息與通信工程系5.4.１基本網絡結構服務區(qū)MSC區(qū)位置區(qū)基站區(qū)MSC區(qū)…位置區(qū)基站區(qū)……2/6/2023116信息與通信工程系數(shù)字蜂窩移動通信網結構5.4.２

數(shù)字蜂窩移動通信網網絡結構2/6/2023117信息與通信工程系

模擬系統(tǒng)中,移動性管理和用戶鑒權及認證都在MSC中。數(shù)字系統(tǒng)中,將移動性管理、用戶鑒權及認證從MSC中分離出來,設置原籍位置寄存器(HLR)和訪問位置寄存器(VLR)來進行移動性管理。HLR（HomeLocationRegister原籍位置寄存器）中信息：

用戶的參數(shù)信息，

用戶當前位置信息VLR（VisitorLocationRegister訪問位置寄存器）中信息：

用戶動態(tài)位置信息AUC

(AuthenticationCentre鑒權中心)

：

進行用戶鑒權和認證。是認證移動用戶身份及產生相應認證參數(shù)的功能實體。5.4.２

數(shù)字蜂窩移動通信網網絡結構2/6/2023118信息與通信工程系HLR主要責任對在HLR中登記的MS的所有用戶參數(shù)的管理和修改等;計費管理;VLR的更新。VLR主要責任移動臺漫游號管理;臨時移動臺標識管理;訪問的移動臺用戶管理;HLR的更新;管理MSC區(qū),位置區(qū)和基站區(qū);管理無線信道（如信道分配表、動態(tài)信息分配管理、信道阻塞狀態(tài)）。5.4.２

數(shù)字蜂窩移動通信網網絡結構2/6/2023119信息與通信工程系MSC功能路由選擇管理;計費和費率管理;業(yè)務量管理;向原籍位置登記器（HLR）發(fā)送有關業(yè)務量信息和計費信息。5.4.２

數(shù)字蜂窩移動通信網網絡結構2/6/2023120信息與通信工程系信令

通信網中，除了用戶信息之外,為使全網有秩序地工作，還必須在正常通話的前后和通話過程中傳輸其他的控制信號。5.5信令有線電話網中的信令：撥號音

持續(xù)450Hz正弦波忙音

450Hz正弦波，0.35秒通、0.35秒斷回鈴音

450Hz正弦波，1秒通、4秒斷振鈴音25Hz正弦波，1秒通、4秒斷2/6/2023121信息與通信工程系5.5信令建立呼叫；監(jiān)控呼叫；清除呼叫。信令的基本功能：2/6/2023122信息與通信工程系隨路信令：信令和話音在同一條電路上傳送，模擬電話網及早期數(shù)字中采用。缺點：信令傳送速度低；容量及處理能力有限；很難擴展到其他業(yè)務。5.5信令信令的發(fā)展：隨路信令No.7信令2/6/2023123信息與通信工程系No.7信令：公共信道信令系統(tǒng)。

信令通路與話音通路分開，將若干條電路的信令集中在一條專門用于傳送信令的通道上傳送。特點：信令傳送速度快；信令容量大；具有提供大量信令能力及增加信令的靈活性；可靠性高、適應性強。5.5信令2/6/2023124信息與通信工程系接入信令：用戶到網絡節(jié)點之間（移動臺至基站）的信令。5.5信令信令分類：網絡信令：網絡節(jié)點之間的信令（7號信令）。（MSC與MSC、MSC與HLR/VLR/AUC）接入信令、網絡信令2/6/2023125信息與通信工程系

數(shù)字信令已經廣泛應用于大容量的移動通信網中,典型的格式如圖所示。其中P為前置碼，提供位同步信息。

SW為字同步碼，用于確定信息的開始位,也叫幀同步。

A或D為地址或數(shù)據碼，通常包括控制、選呼、撥號等信令。

SP為糾錯碼，也叫監(jiān)督碼,用于檢錯和糾錯。

SPA或DSWP典型的數(shù)字信令格式5.5.１接入信令一.數(shù)字信令2/6/2023126信息與通信工程系

TACS系統(tǒng)反向信道信令格式……第二個字重復5次第一個字重復5次數(shù)字色碼字同步比特同步比特數(shù)：30117240240……

……第二個字重復5次第一個字重復5次數(shù)字色碼字同步比特同步比特數(shù)：30117240240…………第二個字重復5次第一個字重復5次數(shù)字色碼字同步比特同步比特數(shù)：30117240240……5.5.１接入信令數(shù)字信令舉例2/6/2023127信息與通信工程系帶內單音頻信令：0.3--3kHz范圍內不同的單音。用途：選呼、信道狀態(tài)(忙/閑)5.5.１接入信令帶外亞音頻信令：低于300Hz的單音。用途：選呼、群呼、音鎖系統(tǒng)二.音頻信令撥號信令：移動臺主叫時發(fā)往基站的信號。種類：單音頻脈沖、雙音頻脈沖、4×3雙音多頻2/6/2023128信息與通信工程系網絡信令交換機與數(shù)據庫之間交換的信息。

常用的網絡信令就是７號信令，協(xié)議結構如圖所示。

7號信令系統(tǒng)的協(xié)議結構5.5.2網絡信令MTP消息傳輸部分SCCP信令連接控制部分TCAP事務處理能力應用部分MAP移動應用部分OMAP操作維護管理部分ISDN-UPISDN用戶部分2/6/2023129信息與通信工程系CCSS7：CommonChannelSignalingSystemNo.7MTP:MessageTransferPartSCCP:SignalingConnectionControlPartTCAP:TransactionCapabilitiesApplicationPartMAP:MobileApplicationPart5.5.2網絡信令2/6/2023130信息與通信工程系

7號信令網絡是一個獨立網絡。

組成：信令點（SP--SignalingPoint)；

信令鏈路（Link）；

信令轉接點（STP--SignalingTransferPoint)。5.5.2網絡信令信令點

：發(fā)出信令和接收信令的設備,它包括業(yè)務交換點（SSP：MSC)和業(yè)務控制點（SCP：HLR/VLR)。

采用分級結構，STP分為HSTP和LSTP。2/6/2023131信息與通信工程系上節(jié)課主要內容隨機多址ALOHA協(xié)議

信道(頻率)配置

區(qū)域覆蓋服務區(qū)形狀：帶狀網、面狀網區(qū)群的組成同頻（信道）小區(qū)的距離激勵方式（中心激勵與頂點激勵）小區(qū)分裂小區(qū)形狀分區(qū)分組配置法時隙ALOHA預約隨機多址

載波偵聽多址(CSMA)等頻距配置法

基本網絡結構

信令的基本功能、信令分類