移动通信系统(第三版课件)第1章 移动通信系统概述.ppt

第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 教学内容教学内容1.移动通信系统概述2.常用非蜂窝移动通信系统3.频分多址（FDMA）模拟蜂窝网 4.时分多址（TDMA）数字蜂窝网 5.码分多址（CDMA）移动通信系统(一)6.码分多址（CDMA）移动通信系统（二）第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 推荐教材与参考资料推荐教材与参考资料 1、移动通信(第三版)郭梯云等编著西安电子科技大学出版社。2、移动通信与终端设备孙龙杰主编电子工业出版社。3、CDMA蜂窝移动通信袁超伟陈德荣等编著北京邮电大学出版社。4、IS-95 CDMA and cdma2000:Cellular/PCS SystemsImplementationVijayK.Garg电子工业出版社。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 第第1章章 移动通信系统概述移动通信系统概述 1.1 移动通信系统的分类移动通信系统的分类 1.2 常用移动通信系统常用移动通信系统1.3 移动通信系统的主要功能移动通信系统的主要功能 1.4 移动通信的网络结构移动通信的网络结构 1.5 移动通信网络中的信令移动通信网络中的信令1.6 移动通信中的越区切换和位置管理移动通信中的越区切换和位置管理1.7 数字移动通信系统的相关技术数字移动通信系统的相关技术思考题与习题思考题与习题 第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 1.1 移动通信系统的分类移动通信系统的分类移动通信有以下多种分类方法：按使用对象可分为民用设备和军用设备；按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信；按多址方式可分为频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)等；第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 按覆盖范围可分为广域网和局域网；按业务类型可分为电话网、数据网和多媒体网；按工作方式可分为同频单工、异频单工、异频双工和半双工；按服务范围可分为专用网和公用网；按信号形式可分为模拟网和数字网。按接入方式可分为频分双工(FDD)和时分双工(TDD)第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 1.2 常用移动通信系统常用移动通信系统1、无线电寻呼系统2、蜂窝移动通信系统3、无绳电话系统4、集群移动通信系统5、移动卫星通信系统6、分组无线网（从广义上讲）第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 1.3 蜂窝网移动通信系统的主要功能蜂窝网移动通信系统的主要功能1、具有与公用电话网进行自动交换的能力。2、双工通信，话音质量接近市话网。3、双向自动拔号（移动台可采用预拔号方式）。4、能适应不同业务密度需要。5、采用小区制信道再用技术，提高频率使用效率。6、具有自动功率控制、自动过境切换信道（在FDMA方式时即为频道）技术。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 7、设备通信性强，接口标准规范统一。8、各地之间可以联网，具有自动漫游功能。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 1.4 移动通信的网络结构移动通信的网络结构 1.4.1基本网络结构移动通信的基本网络结构如图1-1所示。基站通过传输链路和交换机相连，交换机再与固定的电信网络相连，这样就可形成移动用户基站交换机固定网络固定用户或移动用户基站交换机基站移动用户等不同情况的通信链路。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 图1-1基本网络结构第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 交换机的组成和基本原理如图1-2所示。交换机通常由交换网络(或称接续网络)、接口和控制系统组成。交换网络的作用是在控制系统的控制下，将任一输入线与输出线接通。它可以看成有 M条入线和N条出线的网络，它有MN个交点，每个交点都可在控制系统的控制下连通和断开，如图1-2(b)所示，接口单元把来自用户线或中继线的各种不同的输入信令和消息转成统一的机内信令，以便控制单元或交换网络进行处理或接续。控制系统主要负责话路的接续控制，另外还负责通信网络的运行、管理和维护功能。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 图1-2交换机的组成和基本原理(a)交换机的组成；(b)交换机的基本原理第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 移动通信网络中使用的交换机通常称为移动交换中心(MSC)。它与常规交换机的不同之处是：MSC除了要完成常规交换机的所有功能外，它还负责移动性管理和无线资源管理(包括越区切换、漫游、用户位置登记管理等)。通通常常每每个个基基站站要要同同时时支支持持50路路话话音音呼呼叫叫，每每个个交交换换机机可可以以支支持持近近100个个基基站站，交交换换机机到到固固定定网网络络之之间间需需要要5000个话路的传输容量。个话路的传输容量。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 在蜂窝移动网络中，为便于网络组织，将一个移动通信网分为若干个服务区，每个服务区又分为若干个MSC区，每个MSC区又分为若干个位置区，每个位置区由若干个基站小区组成。一个移动通信网由多少个服务区或多少个MSC区组成，这取决于移动通信网所覆盖地域的用户密度和地形地貌等。多个服务区的网络结构如图1-3所示。每个MSC(包包括括移移动动电电话话端端局局和和移移动动汇汇接接局局)要与本地的市话汇接局、本地长途电话交换中心相连。MSC之间需互连互通才可以构成一个功能完善的网络。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 图1-3多服务区的网络结构第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 1.4.2数字蜂窝移动通信网的网络结构在模拟蜂窝移动通信系统中，移动性管理和用户鉴权及认证都包括在MSC中。在数字移动通信系统中，将移动性管理、用户鉴权及认证从MSC中分离出来，设置原籍位置寄存器(HLR)和访问位置寄存器(VLR)来进行移动性管理，如图14所示。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 图1-4数字蜂窝通信系统的网络结构原籍位置寄存器(HLR)、访问位置寄存器（VLR）、设备标志寄存器（EIR）、认证中心（AUC）和操作维护（OMC）第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 图中MSC为移动交换中心，它是无线电系统与公众电话交换网之间的接口设备，完成全部必须的信令功能以建立与移动台的往来呼叫。其主要责任是：路由选择管理；计费和费率管理；业务量管理；向归属位置寄存器(HLR)发送有关业务量信息和计费信息。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 HLR为归属位置寄存器，负责移动台数据库管理。其主要责任是：对在HLR中登记的移动台(MS)的所有用户参数的管理、修改等；计费管理；VLR的更新。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 VLR为访问位置寄存器，是动态数据库。其主要责任是：移动台漫游号管理；临时移动台标识管理；访问的移动台用户管理；HLR的更新；管理MSC区、位置区及基站区；管理无线信道(如信道分配表、动态信道分配管理、信道阻塞状态)。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 1.4.3移动通信中的网络接口图1-5蜂窝系统所用的接口第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 图15中各接口的主要功能是：(1)人机接口(Sm接接口口)。Sm是用户与移动网之间的接口，在移动设备中包括键盘、液晶显示以及实现用户身份卡识别功能的部件。(2)移动台与基站之间的接口(Um接接口口)。Um是移动台与基站收发信机之间的无线接口，是移动通信网的主要接口。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 (3)基站与移动交换中心之间的接口(A接接口口)。A接口是网络中的重要接口，因为它连接着系统的两个重要组成部分：基站和移动交换中心。此接口所传递的信息主要有：基站管理、呼叫处理与移动特性管理等。(4)基站控制器(BSC)与基站收发信台(BTS)之间的接口(Abis接接口口)。基站系统(BSS)包括BSC与BTS两部分，它们之间的接口称为Abis接口。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 (5)移动交换中心(MSC)与访问位置寄存器(VLR)之间的接口(B接口接口)。(6)移动交换中心(MSC)与归属位置寄存器(HLR)之间的接口(C接接口口)。C接口用于传递管理与路由选择的信息。(7)归属位置寄存器(HLR)与访问位置寄存器(VLR)之间的接口(D接口接口)。(8)移动交换中心之间的接口(E接接口口)。E接口主要用于MSC之间交换有关越区切换的信息。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 (9)移动交换中心(MSC)与设备标志寄存器(EIR)之间的接口(F接接口口)。F接口用于在MSC与EIR之间交换有关移动设备管理的信息，例如国际移动设备识别码等。(10)访问位置寄存器VLR之间的接口(G接接口口)。当某个移动台使用临时移动台标识号(TMSI)在新的VLR中登记时，G接口用于在VLR之间交换有关信息。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 1.4.4移动通信空中接口协议模型采用开放互连（OSI）参考模型的概念来规定其协议模型。如图1-6，模型分作三层。L3网络层（NWL）L2数据链路控制层（DLC）介质接入控制层（MAC）L1物理层（PHL）图1-6移动通信空中接口协议模型第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 物理层（物理层（PHL）确定无线电参数，如频率、定时、功率、码片、比特或时隙同步、调制解调、收发信机性能等。介质接入控制层（介质接入控制层（MAC）主要功能有介质访问管理和数据封装等。数据链路控制层（数据链路控制层（DLC）主要功能是为网络层提供非常可靠的数据链路。网络层（网络层（NWL）主要功能是管理链路连接，控制呼叫过程，支持附加业务和短消息业务，以及进行移动管理和无线资源管理等。网络层包括连接管理（CM）、移动管理（MM）和无线资源管理（RRM）三个子层。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 1.4.5移动通信信道类型信道类型是根据基站与移动用户之间传递信息种类来划分。主要两大类：业务信道（TCH）和控制信道（CCH）。业务信道（业务信道（TCH）携带数字化的用户编码语音或用户数据。故又可分为语音业务信道和数据业务信道，系统提供业务信息又有监测音监测音SAT（SupervisoryAudioTone)和信令音信令音ST(SignallingTone)。控制信道（控制信道（CCH）在基站和移动站之间传送信令、同步数据和同步指令，主要移动台的呼叫控制和接入管理。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 1.5 移动通信网络中的信令移动通信网络中的信令信信令令是与通信有关的一系列控制信号。电信网中信令的基本功能有：呼叫建立、监控(Supervision、拆除(Teardown)。信令分为两种：一种是用户到网络节点间的信令（称为接入信令，在ISDN网中，接入信令称为1号数字用户信令系统DDS1，在数字移动通信中，用户到网络间所采用的信令系统是ISDN中的D信道协议）；另一种是网络节点之间的信令（称为网络信令，即7号信令系统SS7）。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 1.5.1接入信令(移动台至基站之间的信令)由移动通信空中接口协议模型，我们可以知道：第三层包括三个模块：连接管理、移动管理和无线资源管理。它们产生的信令，经过数据链路层和物理层进行传输。根据空中接口标准的不同，物理信道中传输信令的方式有多种形式。按信号形式的不同，信令又可分为数字信令和音频信令（模拟信令）两类。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 1.数字信令 随着移动通信网容量的扩大以及微电子技术的发展，从需求和可能两方面都促进了数字信令的发展，有逐步取代模拟音频信令的趋势。特别在大容量的移动通信网中，目前已广泛使用了数字信令。数字信令传输速度快，组码数量大，电路便于集成化,可以促进设备小型化且降低成本。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 需要注意的是，在移动信道中传输数字信令，除需要窄带调制和同步之外，还必须解决可靠传输的问题。因为在信道中遇到干扰之后，数字信号会发生错码，必须采用各种差错控制技术，如检错和纠错等，才能保证可靠的传输。在传输数字信令时，为便于收端解码，要求数字信令按一定的格式编排。信令格式是多种多样的，不同通信系统的信令格式也各不相同。常用的信令格式如图1-7所示，它包括前置码(P)、字同步(SW)、地址或数据(A或D)、纠错码(SP)等四部分。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 图1-7典型的数字信令格式第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 前置码(P)：前置码提供位同步信息，以确定每一码位的起始和终止时刻，以便接收端进行积分和判决。为便于提取位同步信息，前置码一般采用1010的交替码。接收端用锁相环路即可提取出位同步信息。字同步码(SW)：字同步码用于确定信息(报文)的开始位，相当于时分制多路通信中的帧同步，因此也称为帧同步。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 地址或数据码(A或D)：通常包括控制、选呼、拨号等信令，各种系统都有其独特的规定。纠错码(SP)：有时还称作监督码。不同的纠错编码有不同的检错和纠错能力。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 上述数字信令主要用于模拟移动通信系统。一个典型的用于TACS系统反向信道的信令格式如图1-8所示。图中由若干个字组成一条消息，每个字采用BCH(48，36，5)进行纠错编码，然后重复5次，以提高消息传输的可靠性。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 图1-8数字信令举例第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 2.音频信令音频信令是用不同的音频信号组成的。目前常用的有单音频信令、双音频信令和多音频信令等三种。这里给出几种常用的音频信令。1)带内单音频信令用0.33kHz范围内不同的单音作为信令的称为带内单音频信令。例如单频码(SFD)，它由10个带内单音组成，如表1-1所示。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 表1-1单频码SFD第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 2)带外亚音频信令采用低于300Hz的单音作信令。例如，用67250Hz间的43个频率点的单音可对43个移动台进行选台呼叫，也可进行群呼，一次呼叫时间为4s。通常要求频率准确度为0.1%,稳定度为0.01%，单音振幅为 Upp=4V，允许电平误差为1dB。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 3)双音频拨号信令拨号信令是移动台主叫时发往基站的信号，它应考虑与市话机有兼容性且适宜于在无线信道中传输，常用的方式有单音频脉冲、双音频脉冲、10中取1、5中取2以及43方式。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 单音频脉冲方式是用拨号盘使2.3kHz的单音按脉冲形式发送，虽然简单，但受干扰时易误动。双音频脉冲方式应用广泛，已比较成熟。10中取1是指用话带内的10个单音，每一单音代表一个十进制数。5中取2是指用话带内的5个单音，每次同时选发两个单音，共有 C25=10种组合，代表09共10个数。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 43方式就是市话网用户环路中用的双音多频(DTMF)方式，也是CCITT与我国国家标准中都推荐的用户多频信令。这种信令在与地面自动电话网衔接时不需译码转换，故为自动拨号的移动通信网普遍采用。它使用话带内的7个单音，将它们分为高音群和低音群。每次发送用高音群的一个单音和低音群的一个单音来代表一个十进制数。7个单音的分群以及它们组合所对应的码见表1-2。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 表1-243方式的频率组成第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 3.信令传输协议在数字蜂窝移动通信系统中，空中接口的信令分为三个层次，为了传输信令，物理层在物理信道上形成了许多逻辑信道，如广播信道(BCH)、随机接入信道(RACH)、接入允许信道(AGCH)和寻呼信道(PCH)等。这些逻辑信道按照一定的规则复接在物理层的具体帧的具体突发中。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 在这些逻辑信道上传输链路层的信息。链路层信息帧的基本格式如图1-9所示，它包括地址段、控制字段、长度指示段、信息段和填充段。不同的信令可对这些字段进行取舍。控制字段定义了帧的类型、命令或响应。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 图1-9帧格式第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 在GSM系统中，链路层采用的是LAPDm协议(它是对ISDN中LAPD的改进)。它的控制字(共8个比特)如表13所示。表中给出了帧的类型、用途(命令或响应)及其基本含义(备注栏)。信息帧分为三类：I帧、S帧和U帧。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 表1-3控制字段的构成第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 1.5.2网络信令常用的网络信令就是7号信令，它主要用于交换机之间、交换机与数据库(如HLR、VLR、AUC)之间交换信息。7号信令系统的协议结构如图1-10所示。它包括MTP、SCCP、TCAP、MAP、OMAP和ISDN-UP等部分。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 图1107号信令系统的协议结构第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 消息传递部分(MTP)提供一个无连接无连接是指消息(分组)在网络中完全“自由”地运行，到达相同目的地的消息可能会通过不同的路径到达目的地。的消息传输系统。它可以使信令信息跨越网络到达其目的地。MTP中的功能允许在网络中发生的系统故障不对信令信息传输产生不利影响。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 MTP分为三层。第一层为信令数据层，它定义了信号链路的物理和电气特性；第二层是信令链路层，它提供数据链路的控制，负责提供信令数据链路上的可靠数据传送；第三层是信令网络层，它提供公共的消息传送功能。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 事务处理能力应用部分(TCAP)提供使与电路无关的信令应用之间交换信息的能力，TCAP提供操作、维护和管理部分(OMAP)和移动应用部分(MAP)应用等。作为TCAP的应用，在MAP中实现的信令协议有IS-41、GSM应用等。7号信令的网络结构如图1-11所示。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 图1-117号信令的网络结构第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 7号信令网络是与现在PSTN平行的一个独立网络。它由三个部分组成：信令点(SP)、信令链路和信令转移点(STP)。信令点(SP)是发出信令和接收信令的设备，它包括业务交换点(SSP)和业务控制点(SCP)。SSP是电话交换机，它们由SS7链路互连，完成在其交换机上发起、转移或到达的呼叫处理。移动网中的SSP称为移动交换中心(MSC)。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 SCP包括提供增强型业务的数据库，SCP接收SSP的查询，并返回所需的信息给SSP。在移动通信中SCP可包括一个HLR或一个VLR。STP是在网络交换机和数据库之间中转SS7消息的交换机。STP根据SS7消息的地址域，将消息送到正确的输出链路上。为了满足苛刻的可靠性要求，STP都是成对提供的。在SS7信令网络中共有六种类型的信令链路，图1-11中仅给出A链路(AccessLink)和D链路(DiagonalLink)。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 1.5.3信令应用为了说明信令的作用和工作过程，下面以固定用户呼叫移动用户为例进行说明。呼叫过程如图1-12所示。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 图1-12由信令网络和电话交换网络组成。电话交换网络由三个交换机(端局交换机、汇接局交换机和移动交换机)、两个终端(电话终端、移动台)以及中继线(交换机之间的链路)、ISDN线路(固定电话机与端局交换机之间的链路)和无线接入链路(MSC至移动台之间的等效链路)组成。固定电话机到端局交换机采用接入信令，移动链路也采用接入信令。交换机之间采用网络信令(7号信令)。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 图1-12信令应用举例(呼叫控制)注意接口注意接口与协议的与协议的关系关系第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 1.6 移动通信中的越区切换和位置管理移动通信中的越区切换和位置管理 1.6.1越区切换越区(过区)切换(Handover或Handoff)是指将当前正在进行的移动台与基站之间的通信链路从当前基站转移到另一个基站的过程。该过程也称为自动链路转移ALT(AutomaticLinkTransfer)。越区切换通常发生在移动台从一个基站覆盖的小区进入到另一个基站覆盖的小区的情况下，为了保持通信的连续性，将移动台与当前基站之间的链路转移到移动台与新基站之间的链路。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 越区切换包括三个方面的问题：越区切换的准则，也就是何时需要进行越区切换；越区切换如何控制；越区切换时的信道分配。研究越区切换算法所关心的主要性能指标包括：越区切换的失败概率、因越区失败而使通信中断的概率、越区切换的速率、越区切换引起的通信中断的时间间隔以及越区切换发生的时延等。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 越区切换分为两大类：一一类类是是硬硬切切换换，另另一一类类是是软软切切换换。硬切换是指在新的连接建立以前，先中断旧的连接。而软切换是指既维持旧的连接，又同时建立新的连接，并利用新旧链路的分集合并来改善通信质量，当与新基站建立可靠连接之后再中断旧链路。在越区切换时，可以仅以某个方向(上行或下行)的链路质量为准，也可以同时考虑双向链路的通信质量。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 1.越区切换的准则在决定何时需要进行越区切换时，通常根据移动台处接收的平均信号强度来确定，也可以根据移动台处的信噪比(或信号干扰比)、误比特率等参数来确定。假定移动台从基站1向基站2运动，其信号强度的变化如图1-13所示。判定何时需要越区切换的准则如下：第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 (1)相对信号强度准则(准则1)：在任何时间都选择具有最强接收信号的基站。如图1-13中的 A处将要发生越区切换。这种准则的缺点是：在原基站的信号强度仍满足要求的情况下，会引发太多不必要的越区切换。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 (2)具有门限规定的相对信号强度准则(准则2)：仅允许移动用户在当前基站的信号足够弱(低于某一门限)，且新基站的信号强于本基站的信号情况下，才可以进行越区切换。如图1-13所示，在门限为Th2时，在B点将会发生越区切换。在该方法中，门限选择具有重要作用。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 图1-13越区切换示意图第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 (3)具有滞后余量的相对信号强度准则(准则3)：仅允许移动用户在新基站的信号强度比原基站信号强度强很多(即大于滞后余量(HysteresisMargin)的情况下进行越区切换。(4)具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则(准则4)：仅允许移动用户在当前基站的信号电平低于规定门限并且新基站的信号强度高于当前基站一个给定滞后余量时进行越区切换。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 2.越区切换的控制策略(1)移动台控制的越区切换。在该方式中，移动台连续监测当前基站和几个越区时的候选基站的信号强度和质量。在满足某种越区切换准则后，移动台选择具有可用业务信道的最佳候选基站，并发送越区切换请求。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 (2)网络控制的越区切换。在该方式中，基站监测来自移动台的信号强度和质量，在信号低于某个门限后，网络开始安排向另一个基站的越区切换。(3)移动台辅助的越区切换。在该方式中，网络要求移动台测量其周围基站的信号质量并把结果报告给旧基站，网络根据测试结果决定何时进行越区切换以及切换到哪一个基站。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 3.越区切换时的信道分配越区切换时的信道分配是解决当呼叫要转换到新小区时，新小区如何分配信道的，使得越区失败的概率尽量小。常用的做法是在每个小区预留部分信道专门用于越区切换。这种做法的特点是：因新呼叫使可用的信道数减少，要增加呼损率，但减少了通话被中断的概率，从而符合人们的使用习惯。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 1.6.2位置管理在移动通信系统中，用户可在系统覆盖范围内任意移动。为了能把一个呼叫传送到随机移动的用户，就必须有一个高效的位置管理系统来跟踪用户的位置变化。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 在现有的第二代数字移动通信系统中，位置管理采用两层数据库，即原籍(归属)位置寄存器(HLR)和访问位置寄存器(VLR)。通常一个PLMN网络由一个HLR(它存储在其网络内注册的所有用户的信息，包括用户预定的业务、记账信息、位置信息等)和若干个VLR(一个位置区由一定数量的蜂窝小区组成，VLR管理该网络中若干位置区内的移动用户)组成。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 位置管理包括两个主要的任务：位置登记(LocationRegistration)和呼叫传递(CallDelivery)。位置登记的步骤是在移动台的实时位置信息已知的情况下，更新位置数据库(HLR和VLR)和认证移动台。呼叫传递的步骤是在有呼叫给移动台的情况下，根据HLR和VLR中可用的位置信息来定位移动台。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 与上述两个问题紧密相关的另外两个问题是：位置更新(LocationUpdate)和寻呼(Paging)。位置更新解决的问题是移动台如何发现位置变化及何时报告它的当前位置。寻呼解决的问题是如何有效地确定移动台当前处于哪一个小区。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 1.位置登记和呼叫传递在现有的移动通信系统中，将覆盖区域分为若干个登记区RA(RegistrationArea)(在GSM中，登记区称为位置区LA(LocationArea)。当一个移动终端(MT)进入一个新的RA时，位置登记过程分为三个步骤：在管理新RA的新VLR中登记MT(T1)，修改HLR中记录服务该MT的新VLR的ID(T2)，在旧VLR和MSC中注销该MT(T3、T4)。具体过程请参阅图1-14。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 图1-14移动台位置登记过程第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 呼叫传递过程主要分为两步：确定为被呼MT服务的VLR及确定被呼移动台正在访问哪个小区，如图1-15所示。确定被呼VLR的过程和数据库查询过程如下：(1)主叫MT通过基站向其MSC发出呼叫初始化信号；(2)MSC通过地址翻译过程确定被呼MT的HLR地址，并向该HLR发送位置请求消息；(3)HLR确定出为被叫MT服务的VLR，并向该VLR发送路由请求消息；该VLR将该消息中转给为被叫MT服务的MSC；第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 (4)被叫MSC给被叫的MT分配一个称为临时本地号码TLDN(TemporaryLocalDirectoryNumber)的临时标识，并向HLR发送一个含有TLDN的应答消息；(5)HLR将上述消息中转给为主叫MT服务的MSC；(6)主叫MSC根据上述信息便可通过SS7网络向被叫MSC请求呼叫建立。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 图1-15呼叫传递过程第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 2.位置更新和寻呼由于移动台的移动性和呼叫到达情况是千差万别的，因而一个RA很难对所有用户都是最佳的。理想的位置更新和寻呼机制应能够基于每一个用户的情况进行调整。有以下三种动态位置更新策略：(1)基于时间的位置更新策略：每个用户每隔T秒周期性地更新其位置。T的确定可由系统根据呼叫到达间隔的概率分布动态确定。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 (2)基于运动的位置更新策略：在移动台跨越一定数量的小区边界(运动门限)以后，移动台就进行一次位置更新。(3)基于距离的位置更新策略：当移动台离开上次位置更新后所在小区的距离超过一定的值(距离门限)时，移动台进行一次位置更新。最佳距离门限的确定取决于各个移动台的运动方式和呼叫到达参数。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 1.7 数字移动通信系统的相关技术数字移动通信系统的相关技术1.7.1调制技术在实际应用中，有两类用得最多的数字调制方式：(1)线性调制技术，主要包括PSK、QPSK、DQPSK、OK-QPSK、4-DQPSK和多电平PSK等。较高频谱效率较高频谱效率(2)恒定包络(连续相位)调制技术，主要包括MSK、GMSK、GFSK和TFM等。较高功率效率较高功率效率OFDM调制技术调制技术第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 1.7.2抗衰落技术为了提高移动通信系统的性能，分集、均衡、信道编码这三种主要技术用来接收信号质量。分分集集（Diversity）技技术术是用来补偿衰落信道损耗的，方法有空间分集、极化分集、角度分集、频率分集、时间分集，另有一类隐分集技术，方法有交织编码、跳频、直接序列扩频。均均衡衡（Equlization)技技术术是用来补偿时分信道中由于多径效应而产生的码间干扰的。信信道道编编码码(Channel Coding)技技术术是通过发送信息时加入冗余的数据位来改善链路的性能的。(线性编码、卷积编码、Turbo编码）第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 另：为减少蜂窝网络中的共道干扰而采用扇区天线、多波束天线和自适应天线阵列等；在CDMA通信系统中，为了减少多址干扰而使用干扰抵消和多用户信号检测器技术。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 1.7.3多址技术多址方式的基本类型有频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)。实际中也常用到三种基本多址方式的混合多址方式，比如，频分多址时分多址(FDMATDMA)、频分多址码分多址(FDMACDMA)、时分多址码分多址(TDMACDMA)等等。此外，随着数据业务的需求日益增长，另一类随机多址方式如ALOHA和载波检测多址(CSMA)等也日益得到广泛应用，其中也包括固定多址和随机多址的综合应用。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 选用什么样的多址方式取决于通信系统的应用环境和要求。若干年来，由于移动通信业务的需求量与日俱增，移动通信网络的发展重点一直是在频谱资源有限的条件下，努力提高通信系统的容量。因此，未来采用什么样的多址方式更有利于提高通信系统的容量，也成为人们非常关心和有争议的问题。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 通常认为：TDMA系统的通信容量大于FDMA系统，而CDMA系统的通信容量又大于FDMA和TDMA系统。因此，有关CDMA多址方式的应用研究从20世纪90年代以来一直非常活跃。美国TIA于1993年通过了以Qualcomm公司所提出的以窄带CDMA方案(系统带宽为1.25MHz)为基础的双模式CDMA标准（IS-95）。IS-95标准已获得广泛应用。在第三代移动通信系统中也主要采用CDMA多址技术，但有多种具体的实现方案，如WCDMA、MC-CDMA、TD-SCDMA等。另外，我国学者还提出了LAS-CDMA的技术方案。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 年月，一家被风险投资孵化的中关村创业公司 连宇通信公司（）正式成立，志在以我们对新一代移动通信的思辨和拥有的自主知识产权技术LAS-CDMA，来探索和开拓中国移动通信的创新跨越之路。即大区域同步码分多址接入技术，是由北京邮电大学李道本教授经历十余年研制的成果，它革命性地改变了传统CDMA的技术发展路线，运用了一种创新的扩频编码理论，通过建立第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 零干扰窗口将传统的CDMA干扰减至理想的程度，使系统容量、频谱效率和传输速率大为提高。尤其是LAS-CDMA能加强现在所有3G技术，把它们的频谱效率至少提高3倍。用于是一种增强技术，用于是一种突破技术，即码，简称为。2000年3月，LAS-CDMA技术标准被世界标准组织3GPP2接受为CDMA2000增强型三个备选方案之一。2000年9月，LAS-CDMA原理样机通过了信息产业部组织的高级专家组的验证评估。2001年连宇公司又进一步开发了TDD(时分双工)LAS系统全IP的TD-LAS系统。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 LAS-CDMA独特的编码特性，既能满足全IP及分组语音与数据在同一载波上同时传输，在显著扩大语音覆盖率和提供优良语音质量的同时，又能大大提高数据传输速率和容量。它既可与现有GSM、GPRS和所有3G系统后向兼容，又可与未来高速IP及分组数据业务前向兼容。目前它也被称为属于4G的技术标准。专家认为，在当今互联网爆炸性增长和现今所有3G技术无法满足人们对于高速移动互联网的期盼的困境下，这些特性为移动通信带来了新的曙光。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 1.7.4语音编码技术移动通信对语音编码的要求是：（1）编码的速率要适合在移动信道内传输，纯编码速率应低于16kbit/s。（2）在一定编码速率下语音质量应尽可能高，即解码后的复原语音的保真度要高，主观评分MOS（MeanOpinionScore)应不低于3.5分（按长途语音质量）。（3）编解码时延要短，总时延不得超过65ms。（4）要能适应衰落信道的传输，即抗误码性能要好，以保持较好的语音质量。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 （5）算法的复杂程度要适中，就易于大规模电路集成。以上要求之间往往是矛盾的。只能综合考虑对比，选择最佳的编码方案。语音编码技术分为三类：波形编码、参量编码和混合编码。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 思考题与习题思考题与习题 1.单工通信与双工通信有何区别?各有何优缺点?2.常用移动通信系统包括哪几种类型?3.蜂窝移动通信系统采用了哪些技术?具有哪些功能？它与无线寻呼、无绳电话、集群系统的主要差别是什么?4.移动通信包括哪些主要技术?各项技术的主要作用是什么?5.蜂窝移动通信系统由哪些功能实体组成?其无线接口包括哪几层的功能?第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 6.什么叫做空中接口?空中接口类型与协议类型有何异同点?7.设系统采用FDMA多址方式，信道带宽为25kHz。问在FDD方式，系统同时支持100路双向话音传输，则需要多大系统带宽?8.如果话音编码速率相同，采用FDMA方式，问FDD方式和TDD方式需要的系统带宽有何差别?9.设某基站有8个无线信道，移动用户的忙时话务量为0.01爱尔兰，要求呼损率B=0.1。问若采用专用信道方式能容纳几个用户?信道利用率为多少?若采用多信道共用方式(呼叫清除方式)，那么容纳的用户数和信道利用率分别为多少?试将这两种情况的信道利用率加以比较。第第1 1章章 移动通信系统移动通信系统概述概述 10.什么叫中心激励?什么叫顶点激励?采用顶点激励方式有什么好处?两者在信道的配置上有何不同?11.一个扩频系统的信息带宽为4kHz与频带扩展后的信号带宽为2MHz,处理增益是多少?若要求误码率小于10-5的信息解调的最小的输出信噪比(S/N)out12dB，系统损耗Ls=3dB，则干扰容限是多少？12.通信网中交换的作用是什么?移动通信网中的交换与有线通信网中的交换有何不同?13.什么叫信令?信令的功能是什么?可分为哪几种？14.什么叫数字信令?它的基本格式是怎样的?15.什么叫做信令传输协议?网络不同层次之间是用什么方法交换信息的?试举例说明。第第1 1章章 移动通信系统移动通信