移动通信ppt课件553第三章移动通信基本原理和技术.ppt

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1、移动通信的基本原理组网技术 多址技术 多址技术 区域覆盖 区域覆盖 网络结构 网络结构 信令 信令 越区切换和位置管理 越区切换和位置管理多址技术1.BS如何识别用户？2.用户如何识别BS发给自己的信号？BSMS1MS2MS3多个用户共享信道，区分用户的方式称为多址技术解决办法 解决办法 多址技术：多址技术：不同用户台要有各自的特征 不同用户台要有各自的特征 基站发出的信号也要赋予不同的特征 基站发出的信号也要赋予不同的特征信号的差异可以表现在某些参数上：信号的差异可以表现在某些参数上：如信号的工作频率、出现时间、具有的特定码序如信号的工作频率、出现时间、具有的特定码序列列三种基本多址类型：三

2、种基本多址类型：频分多址（频分多址（FDMAFDMA）时分多址（时分多址（TDMATDMA）码分多址（码分多址（CDMACDMA）频率资源有限的情况下，提高通信系统的容量频率资源有限的情况下，提高通信系统的容量频分多址（FDMA）以频道来区分用户Y YFDMA FDMA 就是将给定的频谱资源划分成若干等间隔的频道（信道），就是将给定的频谱资源划分成若干等间隔的频道（信道），供不同用户使用，供不同用户使用，每个用户占用一个频道通话。每个用户占用一个频道通话。Y Y 在 在 模拟 模拟 蜂窝移动通信系统中，采用的多址方式即 蜂窝移动通信系统中，采用的多址方式即FDMA FDMA思考：在模拟蜂窝移动

3、通信中，一个小区的用户可以用相同的频率么？BSMS1MS2f1f1f2f2*基站能同时收发多个频率的信号基站能同时收发多个频率的信号*两两MSMS间通信必须经基站中转，需间通信必须经基站中转，需44个频道实现双工个频道实现双工*频道是频道是动态动态地分配的地分配的FDMA系统的工作示意图：采用FDMA 方式的主要特点：每个频道只能传一路业务信息 频率分配工作复杂，基站重复设置收发信道设备 多频道信号互调干扰严重 频率利用率低，容量小移动通信系统的频段使用FF 各双工方式的工作频段的收发频率间隔：各双工方式的工作频段的收发频率间隔：下行信号 下行频率高上行频率低上行信号GSM GSM 频率配置

4、频率配置我国 我国900 900MHz MHz 数字 数字 蜂窝移动通信 蜂窝移动通信GSM GSM：上行频率范围：上行频率范围：890 890MHz915MHz MHz915MHz 下行频率范围：下行频率范围：935 935MHz960MHz MHz960MHzGSM GSM 移动通信网相邻信道间隔 移动通信网相邻信道间隔200 200KHz KHz，共有频点 共有频点125 125 个。个。中国移动：中国移动：195 195频点 频点 中国联通：中国联通：96125 96125频点 频点移动通信系统的频段使用BSMS上行信号 下行信号 收发保护频段f1 f2 f3 fnf1 f2 f3 f

5、nBSMS收发间隔f增大B B B B B B B B B B用户FDMA的频道划分：时分多址（TDMA）以时隙来区分用户 TDMA TDMA 是把一个频道按等时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干 是把一个频道按等时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙，个时隙，每一用户占用不同的时隙进行通信。每一用户占用不同的时隙进行通信。GSM GSM 蜂窝移动通信中，即采用了 蜂窝移动通信中，即采用了TDMA TDMA 的多址方式。的多址方式。t帧1 帧2ft1 t2 t5 t8 t1 t2 t5 t8 t1 t2 t5帧Frame 4.615ms时隙577 577us usTime slotBS

6、MS1MS2MS3f1tt1 t1 t1f1tt2 t2 t2tf1t5 t5 t5f1下行（同一小区）BSMS1MS2MS3t1t2t5t帧1 帧2f2t1 t2 t5 t1 t2 t5 t1 t2 t5f2f2f2上行（同一小区）思考一下：1.用户通话时是否会感到断续？2.同一小区的两个用户通话，需要多少个频点？时分多址的特点：基站可只用一部发射机，避免互调干扰 容易进行时隙的动态分配 必须有精确的同步和定时$CDMACDMA通信系统中，为每一用户的信号采用不同通信系统中，为每一用户的信号采用不同的正交码来区分，接收时用相关器对特定码型解的正交码来区分，接收时用相关器对特定码型解码。码。$

7、在美国在美国CDMACDMA蜂窝系统中采用，在第三代移动通蜂窝系统中采用，在第三代移动通信（信（33GG）中也采用中也采用CDMACDMA的多址方式的多址方式码分多址（CDMA）以正交码来区分用户时间码频率code所有用户可以在同一时刻，占用相同频段，进行通信。MS1BSMS2MS3f2f1C1f1(f2)tf1(f2)C2f1(f2)C3tt其他使用不同码型的信号不能被解调多址干扰码分多址的特点：系统容量大 抗干扰和纠错能力强，话音质量好 无需保护间隔 能软切换，无需频率分配和管理，保密性强，低功耗区域覆盖与信道配置 移动通信的体制根据服务区覆盖方式的不同 移动通信的体制根据服务区覆盖方式的

8、不同可分为：可分为：v大区制v小区制移动通信网的体制大区制 一个服务区内只设置一个基地站，由它负责移动通信的联络和控制BS BSRR RRf1 f1f2 f2f3 f3f4 f4MS1 MS1MS2 MS2移动通信网的体制小区制 整个服务区有若干个基地站MSC MSCBS1 BS1BS2 BS2BS4 BS4BS3 BS3MS1 MS1MS2 MS2MS3 MS3MS4 MS4f1 f1f2 f2f2 f2f1 f1f3 f3f4 f4f4 f4f3 f3区域覆盖和信道配置 根据服务对象、地形及干扰等因素：根据服务对象、地形及干扰等因素：带状服务区面状服务区区域覆盖区域覆盖带状服务区 用户的分

9、布呈带状，按纵向排列覆盖。用户的分布呈带状，按纵向排列覆盖。A AB BA AB B 面状服务区是指服务区内用户的分布呈一宽广的平面。区域覆盖面状服务区 为什么面状服务区的最佳组成形式是正六边形？蜂窝网 基站使用全向天线，覆盖范围是圆形 要无缝覆盖，则圆形有交叠，则真正的覆盖区域是圆内接正多边形 比较五方面：相邻小区的中心间距d 基地站间干扰 单位小区面积 基地站数量 交叠区宽度 跟踪 交叠区面积 同频干扰 所需最少频率个数 频率利用率 正六边形小区中心间距最大，单位小区面积最大，交叠区宽度最小，交叠区面积最小，所需频率最少。蜂窝式移动通信系统 既然有同频干扰，为什么还采用蜂窝式移动通信呢？既

10、然有同频干扰，为什么还采用蜂窝式移动通信呢？频率资源有限情况下增加用户容量的需求 频率资源有限情况下增加用户容量的需求正六边形无线区群的构成构成条件 构成条件激励方式 激励方式小区模型 小区模型直放站 直放站正六边形无线区群的构成条件 蜂窝式移动通信网：蜂窝式移动通信网：由若干个邻接的正六边形小区构成一个无线区群，即 由若干个邻接的正六边形小区构成一个无线区群，即单位无线区群，再由单位区群彼此邻接形成整个服务 单位无线区群，再由单位区群彼此邻接形成整个服务区域。区域。单位无线区群中的小区使用不同频率，以防同频干扰。单位无线区群中的小区使用不同频率，以防同频干扰。单位无线区群的构成满足：单位无线

11、区群的构成满足：（1 1）若干单位无线区群彼此邻接无缝覆盖整个服务区）若干单位无线区群彼此邻接无缝覆盖整个服务区（2 2）相邻无线区群中的同频小区的中心间距相等且最大。）相邻无线区群中的同频小区的中心间距相等且最大。满足以上条件的单位无线区群中的小区个数为：N=i2+ij+j2 N 为小区的个数，i、j 均为正整数，其中一个可以为0f1f2f3f1f2f3f1 f2f3 f4f1 f2f3 f4f1f2f3f4f5f6f7f1f2f3f4f5f6f7N=3 N=3N=4 N=4 N=7 N=7DDggDDggDDgg 在系统中，若Dg 大，则同频干扰小，通信质量好，但频率利用率就低。通信质量和

12、频率利用率是相互矛盾的。通信质量和频率利用率是相互矛盾的。实际中，在保证通信质量的前提下，使频率利用率最大，即选择最小的N正六边形无线区群的激励方式 中心激励方式：中心激励方式：基地站在小区中心 基地站在小区中心 全向天线覆盖无线小区 全向天线覆盖无线小区 顶点激励方式：顶点激励方式：正六边形不相邻的三个顶点上设立基地站 正六边形不相邻的三个顶点上设立基地站 采用定向天线 采用定向天线扇区sector 小区cell 由于顶点激励采用定向天线，所以对同频干扰有一定的抑制作用，从而可以较可以较小距离进行同频小距离进行同频复用复用，提高了频率利用率，对简化设备，降低成本都有好处。正六边形无线区群的小

13、区分裂 对蜂窝网而言，初期采用 对蜂窝网而言，初期采用 中心激励方式 中心激励方式 工作，工作，当用户数和话务量均增时，就可 当用户数和话务量均增时，就可 缩小无线小 缩小无线小区 区 的方法来满足用户的需求。这就是 的方法来满足用户的需求。这就是 小区分 小区分裂 裂。两种方案：两种方案：11：33分裂方式（可用原基地站位置）分裂方式（可用原基地站位置）11：44分裂方式（需增设新的基地站）分裂方式（需增设新的基地站）实际的移动通信网用户分布是不均匀的,所以小区划分和信道数应灵活分配。在闹市区,无线小区面积小一些,信道数多一些,较密。在郊区,小区面积大一些,信道数少一些，较疏。实际的区群划分

14、1.本地网的结构2.区域联网的网络结构 区域联网后，区域内的业务仍然通过原本地网，区域外的业务则通过移动汇接局联到外部。汇接局通常设在省会或是经济中心。越区切换和位置管理 定义：通话过程中，当MS从一个小区移动到另一个小区时，为了保证移动用户的不中断通信需要进行的信道切换称为越区切换。一般是根据移动台接收信号载波电平、载干比C/I（质量）、移动台到基站的距离等判断是否需要越区切换 越区切换（handover）越区切换需注意的问题：越区切换的准则 越区切换如何控制 越区切换时的信道分配 有关的指标：越区切换的失败率、通信中断概率、越区切换的速率、通信中断时间间隔、越区切换的时延越区切换的类型：硬

15、切换：建立新的连接以前，中断旧的连接。容易发生掉话 软切换：当与新基站建立可靠连接以后再断掉旧的连接。用于CDMA 系统中越区切换的准则 通常是根据移动台接收的信号强度来决定是否进行切换。基站1基站2时间门限1门限2门限3A B C D越区切换准则：相对信号强度准则 具有门限规定的相对信号强度准则 具有滞后余量的相对信号强度准则 具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则越区切换控制策略：移动台控制的越区切换 网络控制的越区切换 移动台辅助控制的越区切换 GSM 的切换采用移动台辅助切换法，MS、基站和MSC 共同参与完成。位置管理 GSM 网络中采用两个数据库来对用户信息进行管理，包括用户的位

16、置信息。位置管理包括：位置登记 位置更新1）位置登记v 定义：移动网络为了跟踪移动台的位置变化，而对其位置信息进行登记、删除和更新的过程，也称位置注册。v 位置信息存储在HLR 和VLR 中v 通常，GSM 系统被划分许多位置区，对应不同位置区识别码BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTSBSC BSC BSC BSC BSC BSCVLR VLRMSC MSCVLR VLRMSC MSC HLR HLRLA1 LA1 LA2 LA2 LA3 LA3 LA4 LA4三种位置更新q 移动台开机时的位置登记q 当移动台从一个位置

17、区进入另一个新的位置区时，移动系统所进行的常规位置更新q 在一定的特定时间内，网络与移动台没有发生联系时，移动台自动地、周期地与网络取得联系，核对数据的周期性位置更新。1）开机位置登记v 移动台首次进入GSM 网，先要通过MSC 把用户的相关信息存放在HLR 中进行登记注册，如IMSI、MSISDN、位置信息等。v 移动台开机，搜索广播控制信道查询位置区识别码，发现与原来的位置区不同则要通过基站发位置更新请求。v 位置登记后才能进行通话2）常规位置更新过程v 移动台漫游到新的位置区，发现收到的位置区识别码改变，向新MSC 申请位置登记（IMSI）。新VLR 向HLR 查询用户数据，分配MSRN 并告之。HLR 修改用户信息以备GMSC查询提供路由，并告诉原位置区VLR 删除用户信息。MS 新MSC 新VLR 原VLR HLR位置登记请求更新位置登记询问MS 的IMSI“询问IMSI”的响应查询MS 有关参数，并分配MSRN“查询参数”的响应，并存储MSRN位置信息注销更新位置登记确认位置登记请求确认3)周期性位置更新 周期位置用来周期性地通知网络每个MS的可用性。当网络在特定的时间内没有收到来自移动台任何信息，在这种情况下网络无法知道移动台所处的状态。为此，系统强制MS进行周期位置更新。