第1章移动通信概述精选文档.ppt

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1、第1章移动通信概述1本讲稿第一页，共五十三页第1章 移动通信概述l内容：移动通信的概念、特点和工作方式移动通信的组网制式、区域结构、多信道共用概念、信道自动选择方式、频率利用 移动交换机的特殊功能和特有的跟踪交换技术 2本讲稿第二页，共五十三页第1章 移动通信概述l重点：移动通信的概念、特点 多信道共用概念 l难点：正六边形区群结构 话务理论 移动通信的交换及控制技术 3本讲稿第三页，共五十三页第1章 移动通信概述l目的和要求：掌握移动通信概念、特点 了解移动通信系统的组网制式、无线区群结构、信道选择方法 掌握多信道共用、频率复用概念 理解移动通信中的位置登记、越区切换、漫游等基本控制技术 4

2、本讲稿第四页，共五十三页1.1移动通信的基本概念l什么是移动通信移动通信是指通信双方至少有一方在移动中进行信息交换的通信方式。至少有一方能移动；一种有线和无线相结合的通信方式；区域内可随时随地进行；为个人通信（5W通信）打下基础；移动通信可以是双向的，也可以是单向的。5本讲稿第五页，共五十三页1.1移动通信的基本概念l移动通信的类型按使用对象分：军用、民用；按用途和区域分：陆上、海上、空中；按经营方式分：专用、公用；按信号性质分：模拟、数字；按工作方式分：单工、半双工、双工制；按网络形式分：单区制、多区制、蜂窝制；按多址方式分：FDMA、TDMA、CDMA 6本讲稿第六页，共五十三页1.1移动

3、通信的基本概念l移动通信的特点移动通信是有线、无线相结合的通信方式。电波传播条件恶劣，存在严重的多径衰落。原因：接收信号由直射波和反射波叠加而成，各信号到达接收点时幅度和相位都不一样，使接收信号电平起伏不定。要求：在进行移动通信系统的设计时，必须具有一定的抗衰落的能力和储备。7本讲稿第七页，共五十三页1.1移动通信的基本概念强干扰条件下工作。通信质量的好坏不仅取于设备性能，还和外部噪声与干扰有关。主要噪声：人为噪声，如汽车点火噪声 要求：选择抗干扰性强的调制方式；设备具有足够的抗人为噪声能力。主要干扰：互调干扰，设备中器件的非线性引起，要求设备必须具有良好的选择性；邻道干扰，离基站近的移动台的

4、强信号干扰离基站远的邻道上的移动台的弱信号，要求移动台采用自动功率控制电路。同频干扰是相同载频电台间的干扰，主要由同频复用引起，要求系统在组网时，给予充分的重视。8本讲稿第八页，共五十三页1.1移动通信的基本概念具有多卜勒效应。l多卜勒效应：相对速度引起频移。频移与速度和入射波方向有关。l要求：采用锁相技术（频率跟踪和低门限性能）存在阴影区（盲区）。l盲区：某些特定区域中，电波被吸收或被反射而使移动台接收不到信息 l要求：在网络规划、设置基站时必须予以充分的考虑。用户经常移动，与基站间无固定联系。要求采用跟踪交换技术：如位置登记、越区切换、漫游9本讲稿第九页，共五十三页1.1移动通信的基本概念

5、l移动通信的发展1G（模拟系统）l代表：美国的AMPS、英国的TACS等2G（数字系统）l代表：泛欧的GSM、美国的DAMPS、IS-95CDMA等3Gl标准：基于GSM的WCDMA、基于IS-95CDMA的cdma2000、TD-SCDMA等 4G、5G为使2G系统能平滑过渡到3G，采用2.5G技术代表：GPRS（GSM向WCDMA过渡）10本讲稿第十页，共五十三页1.1移动通信的基本概念我国移动通信的发展1989年，模拟TACS；1994年，GSM系统；2001年，模拟网关闭，IS-95CDMA启用，GPRS开通；目前，正向3G的商用发展，11本讲稿第十一页，共五十三页1.1移动通信的基本

6、概念l移动通信的工作方式单工方式：同时只能单方向工作，发信时需“按-讲”操作l同频单工l异频单工半双工方式：只有一方可收发同时进行；另一方同时只能单方向工作双工方式：通信双方均可同时收发工作准双工方式：移动台仅在发信时开启发射机，而接收机常开。12本讲稿第十二页，共五十三页1.1移动通信的基本概念l移动通信系统的组成 组成：移动台MS、基站BS、移动业务交换中心MSC及与市话网PSTN相连接的中继线等 13本讲稿第十三页，共五十三页1.2移动通信的组网技术l组网制式大区制-小容量概念：在一个服务区内只有一个基站负责移动通信的联络和控制 基站天线架设高，发射功率大上行采用分集接收区域内所有频率不

7、能重复14本讲稿第十四页，共五十三页1.2移动通信的组网技术小区制-大容量概念：将整个服务区划分为若干个小无线区，每个小无线区分别设置一个基站负责本区的移动通信的联络和控制，同时又可在MSC的 统一控制下，实现 小区间移动通信的 转接及与公众电话 网的联系。15本讲稿第十五页，共五十三页1.2移动通信的组网技术优点：同频复用距离减小，提高了频率利用率；移动台和基站的发射功率减小，同时也减小了相互干扰；小区范围可根据用户数灵活确定，容量增大；当小区内用户数增加到一定程度，可进行“小区分裂”缺点：移动台切换概率增加，控制交换功能复杂，要求提高；基站数增加，建网成本提高16本讲稿第十六页，共五十三页

8、1.2移动通信的组网技术小区形状的选择采用全向天线对平面服务区作无缝覆盖，常用圆内接正多边形代替圆表示无线小区形状。能彼此邻接构成平面的圆内接正多边形有正三角形、正方形和正六边形。17本讲稿第十七页，共五十三页1.2移动通信的组网技术比较三种圆内接正多边形：正六边形小区的中心间隔最大，各基站间的干扰最小；交叠区面积最小，同频干扰最小；交叠距离最小，便于实现跟踪交换；覆盖面积最大，对于同样大小的服务区域，采用正六边形构成小区制所需的小区数最少，即所需基站数少，最经济；所需的频率个数最少，频率利用率高。一般采用正六边形小区形状。18本讲稿第十八页，共五十三页1.2移动通信的组网技术l正六边形无线区

9、群的构成正六边形小区 单位无线区群平面服务区 单位无线区群的构成构成条件：若干个无线区群能彼此邻接；相邻单位无线区群中的同频小区中心间隔距离相等。构成条件可表示为：N=a2+ab+b2。N为无线区群中的小区数；a、b为0或正整数，但不能同时为0不同的N值得到各不相同的无线区群形状。19本讲稿第十九页，共五十三页1.2移动通信的组网技术单位无线区群的选择考虑通信质量，不能产生严重的同频干扰；考虑频率利用率，即同频复用距离。频率分配时，每个无线小区一个信道组；每个无线区群一组信道组，不同无线区群可采用相同信道组。同频无线小区中心间隔距离dg大于或等于同频复用保护距离D；N为无线区群中的小区数，r为

10、小区半径在满足所需同频复用距离前提下，N取最小值，使频率利用率最高。20本讲稿第二十页，共五十三页1.2移动通信的组网技术例：三频制、四频制、七频制无线区群21本讲稿第二十一页，共五十三页1.2移动通信的组网技术激励方式中心激励：全向天线实现顶点激励：定向天线实现22本讲稿第二十二页，共五十三页1.2移动通信的组网技术无线小区的划分服务区内用户密度均匀，采用的无线小区大小相同，每个小区分配的信道数相同；实际通信网络中，用户密度分布不均高用户密度区域，无线小区应小些或分配的信道数多些；低用户密度区域，无线小区可大些或分配的信道数少些；当原小区用户密度增至一定程度，可实现小区分裂。23本讲稿第二十

11、三页，共五十三页1.2移动通信的组网技术小区分裂增大系统容量、降低用户密度，适应用户增长一分三方式、一分四方式24本讲稿第二十四页，共五十三页1.2移动通信的组网技术无线区域的划分和组成，应根据地形地物情况、容量密度、通信容量、频谱利用率等因素综合考虑；例：容量密度不等时的区域划分25本讲稿第二十五页，共五十三页1.2移动通信的组网技术l移动通信网络结构大容量小区制的区域结构组成：无线小区基站区位置区MSC区业务区PLMN移动通信网络结构：二级网络、三级网络、四级网络集中交换方式、分散交换方式常用三级集中交换式网络结构26本讲稿第二十六页，共五十三页1.2移动通信的组网技术l移动通信系统的信道

12、结构信道概念：通信网络中一条双向的信息传输通道；类型：话音信道、控制信道；有线信道、无线信道无线信道移动台与基站间的一条双向传输通道，使用两个分开的无线频率，上下行信道间的载频间隔为双工间隔。上行信道：由移动台发射，基站接收下行信道：由基站发射，移动台接收27本讲稿第二十七页，共五十三页1.2移动通信的组网技术信道不同系统中信道的含义：模拟系统中：信道=频道GSM系统中：信道=某载频上的一个时隙CDMA系统中：信道=一个正交的地址码28本讲稿第二十八页，共五十三页1.2移动通信的组网技术l多信道共用提高频率利用率的方法l同频复用：间隔一定距离的两个无线小区使用相同频道组l多信道共用：网内大量用

13、户共同享有若干个无线信道用户占用信道方式独立信道方式多信道共用方式29本讲稿第二十九页，共五十三页1.2移动通信的组网技术话务理论呼叫话务量A度量通信系统通话业务量或繁忙程度的指标单位时间（1小时）内呼叫次数与每次呼叫的平均占用信道时间之积，即A=Ct单位：爱尔兰（Erl）1Erl表示一个小时内不断占用一个信道的话务量完成话务量A0：呼叫成功接通的话务量损失话务量AL 30本讲稿第三十页，共五十三页1.2移动通信的组网技术呼损率B呼损：由于用户数大于信道数，当多个用户同时要求服务而信道数不够时，有部分用户因无空闲信道而不能通话，即为呼叫失败呼损率B：通信系统中，造成呼叫失败的概率呼损率的物理意

14、义：损失话务量与呼叫话务量之比的百分数（也可用呼叫次数表示）B=（AL/A）100%=（CL/C）100%31本讲稿第三十一页，共五十三页1.2移动通信的组网技术呼损率越小，成功呼叫的概率越大，用户就越满意。因此呼损率也称为系统的服务等级。呼损率与话务量是一对矛盾，服务等级与信道利用率也是矛盾的，必须选择一个合适的值利用爱尔兰公式计算出的呼损率列表为爱尔兰呼损表，反映话务量、呼损率和共用信道数间的关系工程上，常用查表的方式计算话务量32本讲稿第三十二页，共五十三页1.2移动通信的组网技术繁忙小时集中率K忙时、非忙时考虑用户数与信道数时应用采用忙时话务量忙时话务量：最繁忙的一小时的话务量繁忙小时

15、集中率：忙时话务量与全日（24小时）话务量的比值 K=忙时话务量/全日话务量 33本讲稿第三十三页，共五十三页1.2移动通信的组网技术每用户忙时话务量A用户A用户=CTK/3600（Erl/用户）C为每天平均呼叫次数；T为每次呼叫平均占用时间(s)；K为繁忙小时集中率 A用户是一个统计平均值对专用移动通信系统，用户忙时的话务量可按0.06Erl/用户计算；对于公用移动通信系统，用户忙时的话务量按0.01Erl/用户来计算 34本讲稿第三十四页，共五十三页1.2移动通信的组网技术每信道容纳的用户数mm=(A/n)/A用户 A/n为每信道平均话务量，A可由爱尔兰呼损表查得。每个信道所容纳的用户数与

16、在一定呼损条件下系统所能负载的话务量成正比，与每用户忙时话务量成反比。35本讲稿第三十五页，共五十三页1.2移动通信的组网技术例：某移动通信系统，每天每个用户平均呼叫10次，每次平均占用信道时间为80s，呼损率要求为10%，忙时集中率K=0.125，问给定8个信道能容纳多少用户？解：根据呼损率要求及信道数，查表得总话务量A=5.579Erl 每个用户忙时话务量A用户=CTK/3600=0.027(Erl/用户)每个信道容纳的用户数m=(A/n)/A用户=25.7（用户/信道）系统所容纳的用户数mn=25.78205（用户）36本讲稿第三十六页，共五十三页1.2移动通信的组网技术当无线区共用信道

17、数一定时，呼损率B越大，话务量A越大，信道利用率越高，服务质量越低 多信道共用时，信道利用率提高，但接续速率下降，设备复杂，互调产物增多 用户数不仅与话务量有关，而且与通话占用信道时间有关 在系统设计时，既要保持一定的服务质量，又要尽量提高信道的利用率，而且要求在经济技术上合理 在系统设计时，必须选择合理的呼损率，正确确定每用户忙时话务量，采用多信道共用方式工作，根据用户数计算信道数，或者给定信道数计算能容纳用户数37本讲稿第三十七页，共五十三页1.2移动通信的组网技术信道的自动选择方式移动台需占用信道进行通话时，大多采用自动选择空闲信道方式 自动选择空闲信道方式：专用呼叫信道方式 循环定位方

18、式 循环不定位方式循环分散定位方式 38本讲稿第三十八页，共五十三页1.2移动通信的组网技术专用呼叫信道方式在给定的多个信道中，选择一个信道专门用作呼叫 专用呼叫信道作用：处理呼叫（包括MS主叫或被叫）；指定话音信道 39本讲稿第三十九页，共五十三页1.2移动通信的组网技术专用呼叫信道方式工作方式：平时，移动台根据基站发出的空闲信号都集中守候在专用呼叫信道上；有呼叫时，呼叫通过专用呼叫信道发出，并给主呼或被呼移动台指定可用的空闲信道，移动台根据指令转入指定的业务信道通信 适用：大容量移动电话系统循环定位方式循环不定位方式 循环分散定位方式适用：小容量系统 40本讲稿第四十页，共五十三页1.2移

19、动通信的组网技术l频率利用移动通信工作频段频段：超短波、微波传播特点：直线视距传播；绕射能力弱，反射能力强41本讲稿第四十一页，共五十三页1.2移动通信的组网技术频率资源资源特点：同一地区同时，频率数量有限，不能无限使用，尤其不能重复使用，不能储藏不同地区或不同时刻，频率可重复使用频率是永不枯竭的有限资源，具有时间、空间、频率的三维特性使用：各地区间应注意协调，不使用或使用不当均为浪费频率易被污染频率资源严重短缺，在技术上要提高频率利用率；在行政上要科学管理。42本讲稿第四十二页，共五十三页1.2移动通信的组网技术频谱管理l国际上l国内l日常管理频谱分配的基本原则频道间隔公共边界的频率协调多频

20、道共用 频率复用必须共同遵守的规则频率利用率的评价43本讲稿第四十三页，共五十三页1.2移动通信的组网技术影响频率选择的因素l传播环境的影响 l有关组网因素的影响 l多频道共用的影响 l互调的影响 频道的分配方式分区分组方式（无三阶互调）-小型专用网等频距分配方式-大型公用网44本讲稿第四十四页，共五十三页1.3移动通信的控制与交换l移动交换系统移动交换设备功能：完成无线用户之间、无线用户与市话用户之间建立通话时的接续和交换移动交换设备多为程控电话交换机。移动交换设备与程控电话交换机相比需要有一些特殊功能。因为移动用户可在一定区域内任意移动，完成移动用户间或移动用户与固定用户间的一个接续，须经

21、固定的地面网和不固定的无线信道的链接，而且移动台位置的变动使整个服务区内话务分布状态随时发生剧烈的变化。45本讲稿第四十五页，共五十三页1.3移动通信的控制与交换移动交换系统的特殊要求：用户数据的存储；用户位置的登记；寻呼用户的信令系统识别及处理；越区频道转换的处理；过荷控制；远距离档案存取；路由的控制 46本讲稿第四十六页，共五十三页1.3移动通信的控制与交换l移动通信中的控制技术位置登记概念：移动台向基站发送报文，表明自己所处的位置的过程。几个相关名词：位置区、家区、被访区、归属位置寄存器、访问位置寄存器位置更新位置区的划分47本讲稿第四十七页，共五十三页1.3移动通信的控制与交换一齐呼叫

22、概念：位置信息表明被呼移动用户在某个位置区，但不知其所处的具体小区，因此位置区内所有基站一齐发出被呼移动用户识别码，被叫移动用户应答后，即由应答小区提供接续服务 48本讲稿第四十八页，共五十三页1.3移动通信的控制与交换越区切换概念：为了保证通信的连续性，正在通话的移动台从一个小区进入相邻的另一小区时，工作频道从一个无线频道上转换到另一个无线频道上，而通话不中断 按切换小区的控制区域分类：在同一基站控制器BSC下的小区间的越区切换；在同一MSC，不同的BSC下的小区间进行的越区切换；在不同MSC下的小区间的越区切换（也称为越局切换）49本讲稿第四十九页，共五十三页1.3移动通信的控制与交换切换

23、时刻：根据基站接收到移动台的信号强度测试报告或误码率报告确定硬切换与软切换硬切换：移动台越区过界时进行的切换，在切换时，移动台要先中断与原通信基站的联系，再建立与目标基站间的通信；软切换：移动台在切换时，先不中断与原通信基站的联系，而与目标基站先建立通信，两个基站可同时为一个用户提供服务，当与目标基站取得可靠通信后，再切断与原基站间的通信。50本讲稿第五十页，共五十三页1.3移动通信的控制与交换l硬切换与软切换 GSM中支持硬切换；CDMA中支持软切换，也支持硬切换51本讲稿第五十一页，共五十三页1.3移动通信的控制与交换漫游概念：移动台从一个MSC区到另一个MSC区后，仍能入网使用的通信服务功能 漫游的实现过程：位置登记、转移呼叫和呼叫建立 几个名词：归属局、本局用户、被访局、漫游用户52本讲稿第五十二页，共五十三页本章小结l移动通信系统中，由于用户能在移动中进行通信，具有与有线通信不同的特点，需要有一定的措施以解决所存在的问题。l为了提高频谱的利用率，大容量移动通信系统采用正六边形无线小区制结构，并进行多频道共用和同频复用，专用呼叫信道方式可用于提高呼叫接续的速度。l由于用户的可移动性，移动交换机必须具有特定的功能，移动通信网必须具有如位置登记、越区切换、漫游等跟踪交换技术。53本讲稿第五十三页，共五十三页