移动通信第2章典型非蜂窝移动通信系统.ppt

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1、主讲教师：何松华 教授联系电话：(0731） 移动通信移动通信 obile Communicationobile Communication湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统2.典型非蜂窝移动通信系统2.1典型非蜂窝移动通信系统2.2无线寻呼系统2.3CT-2无绳电话系统2.4小灵通无绳电话系统典型非蜂窝移动通信系统典型非蜂窝移动通信系统2.1湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统1.无线寻呼系统2.无绳电话系统3.集群移动通信系统*4.卫星移动通信系统*这里，主要介绍“无线寻呼系统”与“无绳电话系统”无线寻呼系统无线寻呼系统2.2湖南大学教学课件：移动通信 典型非

2、蜂窝移动通信系统(1)什么是无线寻呼 以单向、无线的方式将信息发送给接收方。举例：BB机无线寻呼 A有事找(携带有寻呼机)，通过公网的电话机拨打人工寻呼台(例如：126)，拨通后向话务员告知要寻呼的号码及告知主要事由；话务员将号码与文字信息录入后，寻呼系统将的公网电话号码及文字信息以无线方式通过基站发送至的寻呼机；的寻呼机接到信号后，发出震动或哔哔声，屏幕显示的号码及有关文字信息。当然知道什么事、怎么做了。传统的人工寻呼湖南大学教学课件：移动通信 概述或者：通过公网的电话机拨打自动寻呼台(例如：12)，拨通后，再拨B的寻呼号(如果用单位的分机拨打，则按提示拨分机号)；系统自动将的公网总机号(自

3、动识别)以及分机号以无线方式通过基站发送给；知道A有事找他。(2)公用无线寻呼业务的衰落 无线寻呼按用户类别分为：公用无线寻呼：寻呼系统与市话网相连，用户借助市话或移动电话使用寻呼服务专用无线寻呼：寻呼系统与其他专用系统(如医疗酒店管理)相连，提供一定范围内的寻呼业务传统的自动寻呼湖南大学教学课件：移动通信 概述由于蜂窝移动通信业务的普及和价格下降，公用无线寻呼业务已经衰落；但专用无线寻呼业务仍然有旺盛的生命力，例如：酒店无线寻呼系统：管理人员以及客人寻呼服务员医院无线寻呼系统：管理人员以及病人寻呼医生 专用无线寻呼系统优点投资小、一次投资永久受益、可以根据行业需要开发一些特殊的功能、为单位节

4、省大量话费,为客户提供优质服务。无线寻呼技术可以在很多领域获得应用，例如：无线报警系统：将报警信息以无线方式发送到接收方(例如：停在楼下的车辆被盗时，安装在钥匙串上的报警器报警)以按钮或拨号方式寻呼湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统(3)一个最简单的无线寻呼系统 在计算机上安装一些必要的软件，接上发射板，安好天线即可用计算机：完成号码、信息的录入，运用软件对信息进行编码发射板：将编码信息调制到射频信号上天线：将射频信号发送出去寻呼接收机：接收射频寻呼信号从信号中解调出信息，并作出相应的响应(音响、震动、数字或字母显示等种响应方式)湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系

5、统(4)无线寻呼网的组成结构 无线寻呼网主要有寻呼中心、寻呼基站、寻呼接收机等个部分组成。按发射基站数目的多少分为单区制与多区制。注:(1)寻呼中心与基站距离较近时，可省去调制器、解调器;采用基带传输;(2)无线传输所需调制与中继链路传输所需调制不同，发射机对信号进行无线传输调制前先要解调制恢复基带信号,再调制(发射机有调制功能)湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统(1)要求覆盖的区域比较大时，采用多个基站;(2)不能盲目通过加大功率实现大范围覆盖，为了减少对其他通信系统(例如：民航)的干扰，功率有限制。(3)各基站安排一套发射机使用载频基本相同信号对该频道上需要寻呼的寻呼机进行

6、寻呼，所有同频道寻呼机都接收到信号并进行地址译码，只有地址符合的寻呼机对寻呼信号作出响应载频稍有不同:频率偏置,后面介绍湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统(5)多小区制的同步问题以及频率偏置技术 (1)寻呼中心至各个基站的距离不一样，信号的时延不一样，如果不进行同步控制，将导致各基站不能同时发送信号，不一样，会造成码间干扰。(2)以中心基站为基准，通过控制不同链路的时延实现同步 (例如：外围基站A比中心基站远d，则相对提前d/c传输)(3)基站发射同步情况下也不一定能保证接收同步(寻呼机至 各个基站的距离不一样)，带来的问题是：a.死点(幅度 、频率相同，相位相反，合成信号为0

7、)，b.码间干扰 解决方法：频率偏置，即不同基站的载波频率有细微的 差异，但仍然在寻呼接收机的通带范围内(Fi0.5ms,不管同步与否，基站至少能得到完整的一组D数据，通过D数据(地址数据)得到手机的识别码，然后在SYN数据中寻找标志码1B1AF，在后面最邻近的2个发射时隙中以下面的格式向手机发送D数据与SYN同步字数据(EB1B05)D数据含10位基站识别码(LID)，10位手机识别码(PID)，12位前置码，共32位P：10位前置码 1010101010手机对LID、PID识别后，根据SYN码的准确位置得到同步信息，调谐自己的发射时钟控制信号(SYN最后一个码位向后19位的时间即为手机发射

8、周期的起始时间)，使得手机发射与基站接收同步湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统E.手机通过基站与被叫通话(复接方式3)同步建立以后，双方可以进行通话。每1ms内，可传送64位的语音编码数据(B数据，业务数据)，2位控制数据(D数据，已知，用于检错与评估信道的通信质量)，其余6bit的时间为保护时间。当通过D数据得到的误码率大于某个门限时，将正在使用的频道转移到可用的空闲频道上去。小灵通无绳电话系统小灵通无绳电话系统2.4湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统 我国无绳电话系统(PAS)中国电信小灵通主要采用日本的PHS(Personal Handphone Syst

9、em)标准。(1)PHS的频率规划 日本PHS的可用频段范围为：1895.15MHZ1917.95MHZ；频道间隔为300Khz,共(1917.95-1895.15)/0.3+1=77个频道 根据我国信息产业部文件，我国小灵通批准使用的频率范围为1900.25Mhz 1919.75Mhz,共66个频道，频道编号分别为 18(1900.25MHZ)至 83(1919.75Mhz)其中第24号(1902.05Mhz)、30号(1903.85MHz)为专用通信控制频道，第26号(1902.65Mhz)、第28号(1903.25Mhz)为公众通信控制频道(用其中之一)，第25、27、29号频道为控制频

10、道的保护频道(避免对控制信道的干扰)，其余频道为业务频道(共59个频点)66个频道湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统 (2)PHS系统的组成 PHS手机(PS，Personal Station)在室内可以通过电话主机(绑定)、室内基站或室外基站(CS,Cell Station)的穿透效应与PHS服务器连接，对于集团单位，可以通过室内基站以及单位的小交换机PBX(Private Branch Exchange)与PHS服务器连接(室外不管，公网)湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统 (3)PHS的应用方式 A.住宅无绳电话方式 PHS手机用户在家里可以将手机与家用无

11、绳电话主机绑定，通过手机与主机的无线连接以及主机与PSTN网以及PHS服务器的有线连接实现通信功能。在无室内基站以及室外基站不能覆盖时，可以转到这种方式进行通信。通过选择适当的专用模式，同一PS既可家庭使用，又可在企业专网与公网使用(通过按键“公众用”)B.无线小交换机方式(集团方式)在集团单位设置无线小交换机以及若干基站(室内)，集团的PHS手机用户通过电信公司将手机注册在小交换机上，使其成为该交换机的分机(可移动的固定电话)，集团内部的通信只需经过该小交换机，节省通信费用，与集团外的通信通过该小交换机与PHS服务器的连接实现。无线小交换机具有位置登记、鉴权、小区切换等控制功能。用户退出集团

12、，手机在公网重新注册登记则成为公网用户，无须更换手机。湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统C.公共移动通信方式 PHS手机用户通过室外或室内的基站例如:宾馆的每个楼道直接与PHS服务器的连接实现通信。D.PS与PS直接通信方式 在PHS中，某些频点被分配用于手机与手机之间的直接通信，两部置于“步话机模式”的PHS手机在一定范围内(例如：同一栋楼或相互看得见的范围内)可以直接通信，无须经过基站以及PHS服务器转接；PHS为直接通信分配有专门的频率。E.无线本地环路(WLL)方式*在一些布线有困难的地域(例如：偏僻农村地区、海域中的一个小岛、荒漠中的一个基地)，固定电话机、手机以及基

13、站以无线的方式在本地组网，再以统一的出/入口与PSTN以及PHS服务器连接，为该地域的固定电话用户与移动用户提供通信服务。湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统 (4)PHS的基站 发射功率 室内 基站：20mW；PS：10mW 由于发射功率小，体积可以做得很小；可以安装在墙面或天花板上。室外基站：500mW；覆盖区域：一般为500m以内。由于体积小，可以安装在电线竿、建筑物外墙、楼顶等处。(6)PHS的频率分配 在日本PHS中，1906.25-1917.95MHz的40个载频作为公用(分配给室外基站)，而1895.15MHz-1905.95MHz的37个载频主要作为家用或办公室使

14、用(分配给室内基站)以及手机间直接通信使用，避免室内基站与室外基站之间的相互干扰以及直接通信对其他通信的干扰。WHY?湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统CS安装示例湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统 (5)PHS的多址方式与双工方式 多址方式：多载波TDMA方式 双工方式：TDD PHS的基站可以工作在所有可用的频点上，在每个频点上采用时分多址方式，每个载波按5ms一帧分成8个时隙，时隙宽度为625us；上下行各分配4个时隙；每载波的信道数：4(业务3)(6)PHS的动态信道配置 PHS不需要按小区区群事先进行频道分配。每个CS及PS可以工作在所有可用的频点上，

15、当某个基站服务区的PS需要通话时，基站自动扫描各可用频道以及每个频道上的时隙，并将信号强弱测量结果报告给PHS系统，系统选择信号最弱的频率以及时隙通过信令分配给该用户(信号最弱：说明该信道没有被同小区以及相邻小区占用);增加或删除基站时无须重新进行频率分配规划12345678帧（5ms）CS至PSPS至CS不需要进行区群划分为什么不叫F/TDMA每个频点最多同时3用户湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统 (7)PHS的网络配置的三层次结构 湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统 归属位置寄存器（HLR）实现PS的位置管理、鉴权AUC 在PS开机或PS从一个微蜂窝区切换

16、到另一个微蜂窝区时，HLR进行位置更新。在每次PS开机、主叫、被叫、切换时，HLR都需对PS进行鉴权。注：虽然叫蜂窝，实际并不是 智能层的各网络单元通过以太LAN互连。用户数据管理系统（SDM）管理与用户相关的信息，向HLR、呼叫详细记录收集系统（CDR）及计费中心系统（BC）发送它们需要的信息。CDR从PHS服务器收集呼叫详细记录，计算呼叫的收费并将计费报告送至BC。BC根据CDR送来的呼叫计费报告计算每个用户的费用并产生帐单。网络管理系统（NMS）使运营者可以通过一个图形化用户接口监控所有CS。NMS自动测试CS，登记其性能数据，以各种图形形式提供静态报告。它还为维护、调整和扩展CS网络提

17、供方便的手段。PHS服务器(移动交换中心PSC)通过交换网络将PS发起的呼叫接至目的地，将通过固网发来的呼叫接至PS。湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统 (8)PHS的控制频道上的时隙划分 PHS中，所有小区使用相同的控制载频，为了避免控制信号在不同小区中的干扰，不同小区使用不同的时隙作为控制时隙。以100ms为周期，每100ms共有160个时隙，每个时隙宽度625us；每个基站选择其中的任何一对时隙用于控制信令的发射与接收。基站可以通过时隙扫描选择干扰最弱的时隙对作为控制时隙 湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统 (8)PHS的通信时隙 基站使用一套收发信机时，

18、在一帧的8个时隙中，有一对时隙为控制信道占用(占用率1/10,10个基站分时占用同一控制信道)，基站在该时隙调谐到控制载频上发射与接收，在其他时隙可调谐到不同的业务载频上发射与接收(在每个时隙上只能使用一个频率进行发射与接收)，因此，只有3对时隙作为通话业务信道 由于控制信道的周期(100ms)为业务信道周期(5ms)的20倍，因此，控制时隙每20帧(称为一个复帧)才占用1对，利用率较低:2/20=10%标准情况湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统 (9)PHS的逻辑控制信道 在PHS中，每个复帧的控制时隙对称为物理控制信道，每个控制时隙传输240bits的控制信息；主要包括：同

19、步码，地址码，识别码(例如：逻辑信道标识符)、信息码、监督码、保护时间(16bits,41.7us)等。逻辑信道：物理信道中实现某种功能的一组码元；是指信道实现的功能。所有逻辑控制信道(例如：下行广播控制信道BCCH、下行寻呼信道PCH、下行信令控制信道SCCH)都在控制时隙实现，一个物理信道可以分时承载一个或多个逻辑信道。基站、系统、PS通过识别码得到信令的类型，进行相应的响应。基站发送信令时，将BCCH、PCH、SCCH组成一个超帧发送(分时承载)，超帧结构信息包含在BCCH中。各个PS接收并识别该超帧，得知信令是否与自己有关并获得自己需要的控制信息。湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝

20、移动通信系统 (10)PHS的位置管理 在PHS中，服务区被划分为若干位置区，一个位置区包含多个相邻的基站。基站ID包含位置区号、基站在该位置区的编号。PS在开机状态下按照一定的时间间隔在控制载波上的下行控制时隙中接收和识别基站发射的BCCH逻辑信道编码信息，获取基站识别码，并将此码与先前获得的并存储在手机上的基站识别码进行比较，判断它们是否相同，如果不同，则存储新的识别码；如果新基站与原基站不在同一位置区，则PS在上行控制时隙中按一定的编码格式向基站发送位置更新请求；位置更新请求经CS、PSC(PHS 交换中心)传递到HLR；HLR通过逻辑信道编码中的用户识别码对手机进行鉴权；HLR对请求作

21、出反应，将新的位置区信息保存在数据库中。位置区与寻呼功能的结合，减少频繁的位置更新。多长？湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统 (11)主叫(呼出)的主要过程 A.用户拨被叫电话号码 B.PS在控制载波上的上行控制时隙向基站发送“链路信道建立”请求；C.系统对用户进行鉴权；D.系统通过信令网请求并建立至被叫的通信链路；E.基站扫描和选择空闲的无线业务信道(TCH)；F.网络通过基站将为该用户安排的信道信息与链路信息(地址完成信息)通过下行控制时隙发送给PS；G.PS根据控制信令的结构、本机码在下行控制时隙中搜索与识别出信道与链路分配信息；H.PS将自己调谐到分配的频点与时隙上；I

22、.根据通信链路与被叫进行通信。湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统 (12)被叫(呼入)的主要过程 A.固网或移动用户拨打PS电话号码 B.起始交换机分析并识别PS号码，通过信令网将呼叫请求链接至PS归属的PHS服务器；C.PSC通过HLR获取PS的位置信息以及PS的状态信息；D.根据位置信息，系统在位置区对PS进行寻呼(位置区所有基站在其下行控制时隙中寻呼PS)E.PS接收到最近基站的寻呼控制信号，分析信号中的用户识别码是否与自己的识别码相符；F.识别码相符的PS通过最近的基站在上行控制信道中对寻呼作出响应；主被叫双方通过信令网获得地址完成信息;G.PS振铃、摘机，基站为PS安

23、排空闲业务信道并通过下行控制信道通知PS;信令网完成链路的建立；H.PS调谐到分配的信道上，接听来话湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统 (13)越区切换的主要过程 滞后余量湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统 越区切换：移动台从一个基站的覆盖区运动到另外一个基站服务区的自动链路转移过程。在PHS中，采用有一定滞后余量的越区切换准则：PHS 支持多种类型的越区切换：A.信道转移或越区切换是由PS终端发起还是由基站发起；B.越区切换后，通话由原基站转接至新基站还是由网络将路 由直接选择至新基站；在购买PHS技术产品时可以进行不同的选择或设置 下面以终端发起的、原基站转

24、接的越区切换为例：湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统A.PS在通信过程中测量通话基站控制信道信号的强度以及相邻基站的控制信道信号强弱(不同基站的控制信道安排在控制载频上的不同的时隙)(1个复帧内共80对控制时隙)；B.当通话基站的控制信道信号强度低于转接选择电平时，PS通过随路控制信令FACCH向原CS发出越区切换请求；C.CS通过随路FACCH(快速辅助控制)向PS发出越区切换指令D.PS从控制载频上的下行控制时隙中选择出高于转接选择电平的、信号最强的基站；E.PS在新基站的上行控制时隙的SCCH(非随路)逻辑信道上向新基站请求分配越区切换业务信道；新基站通过下行控制时隙的S

25、CCH逻辑信道给PS分配业务信道；PS调谐的新的业务信道上；F.下行通话由原基站再转接到新基站，上行通话路由新基站再转接到原基站；G.如切换到某个基站不成功，可依次切换到其他基站。慢速辅助控制逻辑信道湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统 (14)PHS的随路控制信令 在3个用于业务的物理通信时隙中，也可以承载随路控制信道(按一定格式将信令数据封装到通话数据中)。基站和PS按格式在传输的数据中得到信令信息，识别随路控制信令的类型。A.慢速辅助控制信道SACCH 主要用于PS的上行信号功率控制等。一个物理时隙可以分时承载TCH和SACCH。B.快速辅助控制信道FACCH 主要用于越区

26、切换、信道转移信道转移：当基站或移动台测量到信号场强RSSI仍然在覆盖区内 ，但误码率FER超过一定门限(在通信过程中有若干训 练比特用于检测误码率)，则通过FACCH引导移动台切 换到新的信道(频点及时隙)上。与越区切换的区别湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统 (15)PHS的数据传输速率 PHS的语音信号采用ADPCM(自适应差值脉冲编码)语音编码速率：32Kbits/s 一帧内的话音数据比特数 32000*5*10-3=160 bits 5ms的语音数据在一个时隙(0.625ms)内传输数据传输率是否为160bits/0.625ms?消息传输率湖南大学教学课件：移动通信

27、典型非蜂窝移动通信系统每时隙传输 240 bits(信息字段160bits、地址字段、前缀 同步位、监督位、控制字段等)数据传输速率：240 bits/0.625 us=384 Kbits/s采用(/4)QPSK调制，带宽300Khz，调制效率 (384 Kbits/s)/300Khz=1.28每时隙传输符号数：120(在QPSK中，2bits作为一个符号)在接收话音终端，将384 Kbits/s 的比特流中提取信息字段，得到32Kbits/s的语音比特流，通过语音解码、数模转换即可不失真地恢复连续的语音信号。信号带宽192KHz湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统 (16)PH

28、S的组控技术 标准的PHS基站使用一套收发信机，提供1个控制时隙、3个业务时隙，称为1C3T；对于话务密集地区，是显然不够的；解决的方法是：采用组控技术将多套收发信机捆绑在一处，其中一套收发信机安排1个专门的时隙作为控制时隙(使用控制频道，需要在时隙间切换频道)，提供1个控制信道、3个业务信道；其他收发信机的所有时隙用做业务信道 常用的组控方式：1C7T：2套收发信机，共8个信道；1个控制信道，7个业务信道 1C15T：4套收发信机，共16个信道；1个控制信道，15个业务信道湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统 (17)PHS的同步技术 GPS 同步：不同时隙的起点时刻具有相同的

29、参照时刻点。同步要求：基站控制时隙起点与参照时刻点的差为625us的整数 倍，偏差在5.2us以内(2bits)(远小于保护时间)不同步的影响：相邻基站之间控制信道的相互干扰 同一基站业务信道之间的干扰 同一基站业务信道与控制信道之间的干扰 同步方法：一级同步：在每个半径约0.78km(5.2us内电波传播的往返距 离为1.56km)的圆面积范围内设置一个主基站；所有主基站装备GPS接收机，主基站的时隙起点 以GPS卫星发射的高精度时钟为参照点利用GPS定位修正功能保护时间的作用?湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统 二级同步：主基站周围的基站在同步调试时，监视周围基 站的广播控

30、制信道信号，识别其基站号以及同 步码组，选择其中级别为1级的、信号最强的 基站的控制时隙的起点为参照时间，并选择信 号最弱的时隙作为自己的控制时隙；再以自己 的控制时隙的起点为参照点，确定各通信时隙 的起点。二级同步方案相对于在全网实现一 级同步的方案，节约成本 减少GPS。为了避免市用交流电源电压不稳定对时钟的扰动，一级同步基站应使用UPS电源，并可靠接地，避免雷电。湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统 (18)小灵通(PAS)系统的优缺点 优点：建网扩容方便，不需要网络规划 全数字式系统 采用基于WEB的网络管理系统 多种接口*（具有V5接口*，POTS接口*）动态信道分配，

31、信道利用率高；可用大小功率基站混合组网，以适应不同话务量要求 可多个基站形成一个组控群，以节省控制信道 支持丰富的增值业务湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统存在的问题：室内信号覆盖比较差（工作频段高1.9G，基站功率小）；需要室内、室外分设 Telepoint;切换频繁且时间长（采用微蜂窝技术，切换时有1S左右无音）只能适应低速用户（不能超过35km/h）信号质量有待提高 同步问题（GPS同步受电源稳定性的影响）停电问题（基站采用市交流供电）湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统关键技术总结：多载波时分多址技术(与F/TDMA的比较);微蜂窝与动态信道分配技术 组控技术 同步技术 V5接口技术*(本地交换机与基站控制器之间的接口)湖南大学教学课件：移动通信 典型非蜂窝移动通信系统习题与思考题1、数字无绳电话的主要特点是什么？2、DECT，PHS和PAS三个标准是由哪些机构或组织制定的？3、PAS系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？4、PAS系统有何优缺点？5、PAS系统每一载频可提供几对信道？最多可同时提供几个用户接入？6、PAS系统的基站有几种类型？它们主要有什么不同？7、什么是动态信道分配？*8、信道转移与越区切换有何区别？*