移動通信技術辦公電話：6126732－603E-mail:1本章思考1、有人說CDMA是第三代移動通信技術，對嗎？為什么？2、新型多址技術有哪些？簡述之。3、到國外漫游是否需要換手機？2移動通信組網技術多址技術區域覆蓋和信道分配網絡結構信令越區切換和位置管理3多址技術多址一個信道容納一個用戶，多個同時通話的用戶,相互以信道來區分叫多址.多址接入的問題用戶之間無線信道是如何連接的多址接入技術解決多址接入問題的方法多址接入方式多址接入方式是移動通信網體制范疇,關系到系統容量,小區構成,頻譜和信道利用效率以及系統復雜性.基站的多路工作和移動臺的單路工作4多址接入方式表達式無線電信號可以表達為時間,頻率和碼型的函數s(c,f,t)=c(t)s(f,t)c(t):碼型函數;s(f,t):時間和頻率的函數多址接入方式的數學基礎是信號的正交分割原理.5多址分類頻分多址(FDMA):頻道劃分,頻帶獨享,時間共享.6多址分類-TDMA時分多址(TDMA):時隙劃分,時隙獨占,頻率共享7多址分類-CDMA碼分多址(CDMA):碼型劃分,時間和頻率共享.8FDMAFDMA系統原理FDMA系統中的干擾問題FDMA系統的特點9FDMA系統原理頻分雙工FDD概念:每個用戶占用一個信道,一個信道含一對頻道前向信道:基站向移動臺方向的信道反向信道:移動臺向基站方向的信道用戶地址:頻道號10FDMA的干擾問題 互調干擾概念:系統內由于通過非線性器件(功率放大器)產生各種組合頻率成分落入本頻道接收機帶通內造成對有用信號的干擾.解決辦法:盡可能提高系統線性程度,并用無互調頻率集.(頻率規劃)鄰道干擾概念:相鄰信道信號中產生的寄生輻射落入本頻道帶內造成對有用信號的干擾解決辦法:采用旁瓣滾降更快的調制技術,加大頻道間的隔離度.(頻率規劃)同頻道干擾概念:相鄰區群中同信道信號之間造成的干擾.解決辦法:合理選定蜂窩結構與頻率規劃.11FDMA的特點FDMA信道每次只能傳送一個電話每個信道占用一對載頻,相鄰載頻之間的間隔應滿足傳輸信帶寬的要求符號時間與平均延遲擴展相比較很大,25kbps<<100kbps,碼間干擾引起誤碼極小移動臺較簡單基站復雜龐大,重復設置收發信設備.FDMA系統,接收設備必須使用帶通濾波器允許指定信道內信號通過,濾除其他頻率信號越區切換較復雜和困難12TDMATDMA系統原理TDMA的幀結構TDMA系統的同步與定時13復用與多址的聯系與區別復用：Multiplexing。復用把多路信號合并到一起進行傳輸。復用是對資源來說的，復用分時分、頻分、碼分等，復用是把資源分割供用戶使用的方式。多址：MultipleAccess。多址的對象是用戶，是區分用戶和用戶的方式，每個用戶使用不同的‘址’來區分。多址肯定要復用，不同用戶必須占用不同的資源才能區分開來；但復用不一定多址，單個用戶可以同時占用多個資源進行接收，比如在GSM或3G中一個用戶占用多個頻道、多個碼道或多個時隙來提高傳輸速率就還是復用的概念。

圖14TDMA系統原理概念:每個用戶占用一個時隙用戶地址:時隙15TDMA的幀結構幀由時隙組成,時隙內傳送的信號叫做突發(burst).典型幀長在幾毫秒到幾十毫秒之間,GSM系統的幀長為4.6ms(每幀8個時隙)TDMA/TDD系統中,某頻率上一幀中一半的時隙用于前向鏈路;后一半用于反向鏈路，收發在相同頻率上。TDMA/FDD系統中,一個幀,或者用于前向傳送,或者用于反向傳送,但前向和反向鏈路使用的載頻和時間不同.前向和反向時隙間設置幾個延時時隙,以便用戶單元中無須使用雙工器.16TDMA時隙結構的設計考慮要素每幀時隙結構的設計考慮三個要素控制和信令信息的傳輸信道多徑的影響系統同步解決上述問題的4個主要措施每個時隙內專門劃出部分比特用于控制和信令信息地傳輸;為了便于接收端利用均衡器克服多徑引起地碼間干擾,在時隙中插入訓練序列;上行鏈路的每個時隙留出一定的保護間隔;為了接收端同步,在每個時隙中傳輸同步序列.17TDMA時隙結構的設計考慮要素同步序列和訓練序列可以分開也可合二為一18TDMA的特點突發傳輸的速率高,遠大于語音編碼速率,每路編碼速率為Rbit/s,共N個時隙,則此載波上傳輸速率大于NRbit/s(同步開銷)發射信號速率隨N的增大而提高,如果到達100kbps以上,碼間串擾將加大,必須采用自適應均衡,補償傳輸失真.TDMA用不同的時隙發射和接收,因此不需要雙工器.基站復雜性減小.N個時分信道共用一個載波.抗干擾能力強,頻率利用率高,系統容量大.越區切換簡單.TDMA中移動臺是不連續的突發式傳輸,所以切換處理對一個用戶單元來說很簡單.19CDMA概念:基于碼型結構分割信道,頻率和時間共享碼分多址以擴頻信號為基礎,利用不同碼型實現不同用戶的信息傳輸.擴頻信號:經過偽隨機序列調制的寬帶信號,其帶寬比原始信號帶寬高幾個量級.常用擴頻信號有2類:跳頻碼分多址(FH-CDMA)直擴碼分多址(DS-CDMA)20跳頻碼分多址(FH-CDMA)每個用戶根據各自的偽隨機(PN)序列,動態改變其已調信號的中心頻率.各用戶的中心頻率可在給定系統帶寬內隨機改變.該系統帶寬通常比各用戶的已調信號帶寬寬地多.FH-CDMA類似于FDMA,但使用的頻道是動態變化地.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間內,各用戶使用的頻率在任一時刻都不相同21直擴碼分多址(DS-CDMA)所有用戶工作在相同的中心頻率上,輸入數據序列與PN序列相乘得到寬帶信息.不同用戶使用不同PN序列.PN序列相互正交,來區分不同用戶.22CDMA系統的特點特點:多用戶共享同一頻率通信容量大容量的軟特性平滑的軟切換和有效的宏分集低信號功率譜密度,較強的抗窄帶干擾能力,對窄帶系統的干擾很小23CDMA的2個重要問題CDMA信號的正交性不能保證,擴頻碼集的非零互相關系數會引起用戶間的相互干擾(多址干擾)遠近效應:移動臺位置在動態變化中,基站接收信號相差很大.或者由于深衰落的存在會使到達基站信號強度各不相同,強信號對弱信號有明顯的抑制作用,會使弱信號接收性能很差甚至無法通信.24SDMA概念:通過空間的分割來區別不同的用戶.空間角度劃分.時間/頻率/碼型共享基本技術:采用自適應陣列天線,在不同用戶方向上形成不同的波束.自適應陣列天線有極小的波束和極快的跟蹤速度.自適應天線提供最理想的SDMA,提高在本小區內不受其他用戶干擾的唯一信道.25三種系統容量的比較三種體制系統容量比較結果為:mCDMA=16mTACS=9mGSM以上容量比較,是理想條件下得出的理論值.實際的CDMA系統容量比理論值有所下降.普遍看法,CDMA系統容量是模擬FDMA系統容量的8~10倍.26移動通信組網技術多址技術區域覆蓋和信道分配網絡結構信令越區切換和位置管理27區域覆蓋在同一地點可同時工作的收發信機數目是有限的(如<30),因此單個基站覆蓋一個服務區可容納的用戶數是有限的.采用多個基站覆蓋給定的服務區相同頻率在相隔一定距離的小區中重復使用,只要使用相同頻率的小區之間干擾足夠小.下面對不同類型的服務區討論小區的結構和頻率的分配。28帶狀網主要用于覆蓋公路,鐵路,海岸等雙頻制三頻制從造價和頻率資源利用而言,雙頻制最好,但是從抗同頻干擾而言,雙頻制最差,因此一般考慮多頻制.29帶狀網的同頻干擾根據信號傳輸損耗與傳輸距離的四次方成正比,在最不利的情況下,得到同頻干擾抑制比列表:30蜂窩網小區的形狀區群的組成同頻(信道)的距離小區的分裂中心激勵與頂點激勵31小區的形狀由數學證明可知,要用多邊形無空隙,無重復覆蓋整個平面的區域,可取的形狀只有以下三種.這三種形狀中哪種最好?32三種形狀小區的比較當服務總面積一定的情況下,正六邊形小區形狀最接近理想的圓形,用它覆蓋整個服務器所需的基站數最少,最經濟.33區群的組成相鄰的小區不能用相同的信道,為了保證同信道小區之間相隔足夠的距離,附近若干個小區都不能用相同的信道,這些不同信道小區組成一個區群.組成區群的2個條件:區群之間可以鄰接,且無空隙無重疊的覆蓋鄰接后的區群保證各個相鄰同信道小區之間的距離相等經數學證明可得,滿足以上兩個條件的區群內的小區數應滿足下式:N=i2+ij+j234區群的組成35同頻小區的距離確定同頻小區的位置和距離的方法從某小區A出發,先沿邊垂線方向跨j個小區,再左(右)轉60°,再跨i個小區到同信道小區A設小區的輻射半徑為r,可算出同信道小區中心之間的距離為D=√3(i2+ij+j2)*r=√3N*r可看出:N越大,同信道小區的距離就越遠,抗同頻干擾的性能也越好.36中心激勵與頂點激勵中心激勵:小區中央,用全向天線形成圓形覆蓋區頂點激勵:基站在小區六邊形的3個頂點上,每個基站采用3副120度扇形輻射的定向天線.頂點激勵接收的同頻干擾功率僅為采用全向天線系統的1/3,可減少同道干擾.37小區的分裂只有當用戶密度均勻的情況下每個小區的大小可以是相同的.用戶密度不均勻,在用戶密度高的市中心小區面積小些,用戶密度低的市郊區小區面積大一些.用戶密度變大,小區面積變小.38信道(頻率)配置解決將給定的信道(頻率)如何分配給在一個區群的各個小區.CDMA系統需要信道配置嗎?信道配置的方式:分區分組配置法等頻距配置法其他頻率配置方法39分區分組配置法原則:盡量減少占用的總頻段,提高頻段利用率;同一區群不能使用相同的信道,避免同頻干擾;小區內采用無三階互調的相容信道組,避免互調干擾;若每個區群有7個小區,每個小區6個信道: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使用42個信道只占用42個頻段,是最佳的分配方案.缺點:未考慮同一信道組中的頻率間隔,可能出現較大的鄰道干擾.40等頻距配置法原則:按等頻率間隔來配置信道,頻距足夠大,可有效避免鄰道干擾.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,避免互調干擾的產生.根據群內小區數N來確定同一信道組內各信道之間的頻率間隔.例N=7,信道配置為: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優點:有效抑制鄰道干擾和互調干擾.41其他頻率配置方法動態配置法:隨業務量的變化重新配置全部信道.如果理想實現,頻率利用率可提高20%~50%但是及時算出新的配置方案，且能避免各類干擾,電臺和天線共用器等裝備也要能適應,這是十分困難的.柔性配置法:準備若干個信道,需要時向某個小區使用.控制比較簡單,只要預留部分信道使各基站都能共用,可應付局部業務量變化的情況,較為實用.42移動通信組網技術多址技術區域覆蓋和信道分配網絡結構信令越區切換和位置管理43網絡結構基本網絡結構數字蜂窩移動通信網的網絡結構44基本網絡結構2種基本的通信鏈路移動用戶-基站-交換機-固定網絡-固定用戶移動用戶-基站-交換機-基站-移動用戶基站與交換機之間，交換機與固定網絡之間一般采用有線鏈路。通常每個基站要同時支持50路語音呼叫，每個交換機可以支持近100個基站，交換機到固定網絡之間需要5000個話路的傳輸容量。45交換機的組成和基本原理交換機由交換網絡，接口和控制系統組成。交換網絡作用：在控制系統控制下，將任一輸入線和輸出線接通。46數字蜂窩移動通信網的網絡結構組成部分:移動臺(MS)基站分系統(BSS)基站控制器(BSC)基站收發信臺(BTS)網絡分系統（NSS）移動交換中心(MSC)歸屬位置寄存器(HLR)訪問位置寄存器(VLR)設備標志寄存器(EIR)認證中心(AUC)操作維護中心(OMC)47通信設備各廠商份額2008年TD-SCDMA基地臺市場占有率48移動通信組網技術多址技術區域覆蓋和信道分配網絡結構信令越區切換和位置管理49信令在正常通話前后和過程中傳輸很多其他的控制信號,比如摘機,掛機,空閑音,忙音,撥號,振鈴,回鈴,頻道分配,用戶等級與管理,呼叫與應答,越區切換等信號…和通信有關的一系列控制信號通稱信令.用戶信息直接通過通信網絡由發信者傳輸到收信者.信令在通信網絡的不同環節(基站,移動臺,MSC等)之間傳輸,各環節處理分析并通過交互作用而形成一系列的操作控制,保證用戶信息有效而可靠的傳輸.信令分2類:接入信令:用戶到基站間的信令網絡信令:網絡節點之間的信令50接入信令Um接口協議棧第一層（最低層）L1是物理層。為高層信息傳輸提供無線信道。第二層是數據鏈路層。為網絡層提供必要的數據傳輸結構。第三層是網絡層。管理鏈路連接，控制呼叫過程，以及移動管理和無線資源管理。根據信號形式不同數字信令音頻信令51數字信號常用的信令格式:前置碼(P):提供位同步信息,確定每一碼位的起始和終止時間.字同步碼(SW):也叫幀同步用于確定信息(報文)的開始位.地址和數據碼(A或D):包括控制,選呼,撥號等信令.糾錯碼(SP):糾錯碼以降低信息傳輸速率為代價提高傳輸的可靠性.特點：速度快,容量大,可靠性高PSWA或DSP52音頻信令用不同的頻率或者頻率組合表示信令.常用的信令種類單音頻信令雙音頻信令多音頻信令53單音頻信令帶內單音頻信令：用0.3～3kHz范圍內不同的單音作為信令.例:SFD:F1至F8用于選呼.基站發F9表示信道忙,發F10表示信道空閑.要求:發端有多個不同的振蕩器;收端有相應的選擇性極好的濾波器;優點:抗衰落性能好;缺點:每個單音需持續200ms左右,處理速度慢.54雙音頻撥號信令撥號信令是移動臺主叫時發往基站的信號.4×3方式,就是市話網用戶環路中用的雙音多頻(DTMF)方式.用高音群的一個單音和低音群的一個單音代表一個十進制數.優點:每次發送的兩個單音頻差大,易于檢出;與市話兼容,不需轉換,傳送速度快;設備簡單,性能可靠,成本低.#,*可以賦以他用.55網絡信令常用的網絡信令是7號信令,主要用于交換機之間,交換機與數據庫之間交換信息.567號信令的網絡結構7號信令網絡是與PSTN平行的獨立網絡.577號信令網絡由3個部分組成：信令點(SP):發出和接收信令的設備,包括業務交換點(SSP)和業務控制點(SCP)信令鏈路信令轉移點(STP)SSP:電話交換機,MSCSCP:提供增強型業務數據庫，HLR或VLRSTP:在MSC和數據庫之間中轉SS7消息的交換機.7號信令網絡的組成58移動通信組網技術多址技術區域覆蓋和信道分配網絡結構信令越區切換和位置管理59越區切換概念將當前正在進行的移動臺與基站間的通信鏈路從當前基站轉移到另一個基站的過程.越區切換分類:硬切換:新的連接建立以前,先中斷舊的連接.軟切換:既維持舊的連接又同時建立新連接,并利用舊鏈路的分集合并改善通信質量,當與新基站建立可靠連接后再中斷舊鏈路.越區切換包括3個方面的問題:越區切換的準則,何時需要進行越區切換;越區切換如何控制;越區切換時信道分配.60越區切換的準則根據移動臺接收的平均信號強度.相對信號強度準則(準則1):在任何時間都選擇具有最強接收信號的基站.具有門限規定的相對信號強度準則(準則2):僅允許移動用戶在當前基站的信號足夠弱(低于某一門限),且新基站的信號強于本基站的信號情況下,才進行越區切換.61具有滯后余量的相對信號強度準則(準則3):僅允許移動用戶在新基站的信號強度比原基站強很多情況下進行越區切換.防止“乒乓效應”具有滯后余量和門限規定的相對信號強度準則(準則4):僅允許移動用戶在當前基站的信號電平低于規定門限并且新基站的信號強度高于當前基站一個給定之后余量時進行越區切換.62越區切換的控制策略越區切換控制包括2個方面:越區切換的參數控制越區切換的過程控制過程控制方式分3種:移動臺控制的越區切換網絡控制的越區切換移動臺輔助的越區切換GSM,IS-95采用移動臺輔助的越區切換63越區切換時的信道分配每個小區預留部分信道專門用于越區切換.那么新呼叫可用信道數會減少。由于從用戶角度看,正在進行的通話中斷比新呼叫阻塞更令人討厭,因此使切換具有優選權,保留小區中所有可用信道的一小部分,專門為可能要切換到該小區的通話所發出的切換請求服務.64位置管理2個主要任務位置登記在移動臺實時位置信息已知情況下,更新位置數據庫.呼叫傳遞在有呼叫給移動臺的情況下,根據HLR和VLR中位置信息定位移動臺.2個需解決的問題位置更新移動臺如何發現位置變化及何時報告它的當前位置尋呼如何有效的確定移動臺處于哪個小區65位置登記移動通信系統分若干登記區(RA,GSM中成為位置區LA).當一個移動臺(MT)進入一個新的RA,位置登記的步驟:在管理新RA的新VLR中登記MT(T1)修改HLR中記錄服務該MT的新VLR的ID(T2)在舊VLR和MSC中注銷MT(T3,T4).66呼叫傳遞2個步驟:確定為被呼MT服務的VLR確定被呼MT在訪問哪個小區67位置更新和尋呼當用戶進入一個新的RA,它將進行位置更新.當有呼叫要到達該用戶時,將在該RA內進行尋呼,以確定移動用戶在哪個小區范圍內.位置登記區越大,位置變更頻率越低,但每次呼叫尋呼的基站數目就越多.如果極限情況下,移動臺每進入一個小區就發送一次位置更新信息,則用戶位置更新開銷非常大,但尋呼開銷很小.68動態位置更新策略三種動態位置