第2章移動通信網2.1引言2.2移動通信體制2.3移動通信的信道結構2.4移動通信網的頻率配置2.5移動通信環境下的干擾2.6蜂窩移動通信網絡的頻率規劃2.7多信道共用技術2.8移動通信的交換技術2.9信道自動選擇方式2.1引言移動通信網就是承接移動通信業務的網絡，主要完成移動用戶之間、移動用戶與固定用戶之間的信息交換。這里的“信息交換”不僅僅指雙方的通話業務，還包括數據、傳真和圖像等通信業務。分為公用移動電話網和專用移動通信網。例如，工業企業中的無線電調度網、公安指揮、交通管理、海關緝私、醫療救護等部門使用的無線電話網。2.2移動通信體制2.2.1大區制移動通信網大區制：在一個服務區域(如一個城市)內只有一個或幾個基站（BaseStation，BS），并由它負責移動通信的聯絡和控制，如圖2-1所示。

通常為了擴大服務區域的范圍，基站天線架設得都很高，發射機輸出功率也較大(一般在200W左右)，

其覆蓋半徑大約為30～50km。

圖2-1大區制移動通信示意圖2.2.2小區制（蜂窩）移動通信網小區制：把整個服務區域劃分為若干個無線小區（Cell），每個小區分別設置一個基站，負責本區移動通信的聯絡和控制。同時，又可在移動業務交換中心（MSC）的統一控制下，實現小區之間移動用戶通信的轉接，以及移動用戶與市話用戶的聯系。把圖2-1中的服務區域一分為七，如圖2-2所示。每個小區（半徑為0.2～20km，目前小的有1～3km，有的城市為500m）各設一個小功率基站(BS1～BS7)，發射功率一般為5～20W，

以滿足各無線小區移動通信的需要。

圖2-2小區制(蜂窩)移動通信網在實際中，用小區分裂（CellSplitting）、小區扇形化（Sectoring）和覆蓋區域逼近（CoverageZoneApproaches）等技術來增大蜂窩系統容量。小區分裂是將無線小區還可以繼續劃小為微小區（Microcell)和微微小區(Piccell)以不斷適應用戶數增長的需要。每個小區都有自己的基站并相應的降低天線高度和減小發射機功率。若系統中所有小區都按原小區半徑的一半分裂，則理論上，系統容量增長接近4倍。根據服務區內用戶的密度不同，在用戶密度高的區域，將小區面積劃小，采用小區分裂的方法。圖2-3按小區半徑的一半進行小區分裂示意圖小區形狀：要實現無空隙、無重疊覆蓋一片區域，則有效覆蓋區是正多邊形，且可取形狀只有三種。比較三種形狀小區可知，在服務區面積一定的情況下，正六邊形小區的形狀最接近理想的圓形，用它覆蓋整個服務區所需的基站數最少，也最經濟。正六邊形構成的網絡形同蜂窩，因此把小區形狀為六邊形的小區制移動通信網稱為蜂窩網。區群組成：組成：由采用不同信道的若干小區組成。區群附近的若干小區不能用相同的信道。條件：區群之間可以相鄰，且無空隙、無重疊覆蓋；保證各相鄰同信道小區之間的距離相等。區群內的小區數應滿足：i，j為正整數。同頻小區的距離確定同頻小區位置的方法：自某一小區A出發，沿邊的垂線方向跨j個小區，再向左（或右）轉60度，再跨i個小區，到達同信道小區。確定同頻小區中心間距離：（r：小區輻射半徑；N：區群內小區數。）區群內小區數N越大，D越大，抗干擾強。×62×15376××15×××76×41××4DJI中心激勵與頂點激勵中心激勵：基站設在小區中央并采用全向天線。頂點激勵：基站設在小區的三個頂點上并采用1200定向天線。采用定向天線可以減少同道干擾；消除小區內障礙物的陰影區。也叫小區扇形化，通常一個小區劃分為3個120°的扇區或是6個60°的扇區。

小區制的優點：提高了頻譜利用率（最大的優點）；基站的功率減小，使相互間的干擾減少；小區的服務范圍可根據用戶的密度確定，組網靈活。缺點：在移動臺通話過程中，從一個小區轉入另一個小區時，移動臺需要經常地更換工作頻道。無線小區的范圍越小，通話中切換頻道的次數就越多，這樣對控制交換功能的要求就提高了，再加上基站數量的增加，建網的成本就提高了，所以無線小區的范圍也不宜過小。通常需根據用戶密度或業務量的大小來確定無線小區半徑，目前，宏小區半徑一般為1～5km左右。

2.3移動通信的信道結構2.3.1話音信道(VC)：主要用于傳遞話音信號。還傳遞一些其他信息，包括：

1.檢測音(SAT)在模擬蜂窩系統(AMPS和TACS)中，檢測音(SAT)是指在話音傳輸期間連續發送的帶外單音。MSC通過對SAT的檢測，可以了解話音信道的傳輸質量。當話音信道單元發射機啟動后，就會不斷在帶外(話音頻帶為300~3400Hz)發出檢測音(5970Hz或6000Hz或6030Hz)。SAT由BS的話音信道單元發出，經移動臺MS環回。2.數據例：在越區切換時，通話將暫時中斷(模擬蜂窩系統要求限定在800ms之內)，可利用這段時間在話音信道中，以數據形式傳遞必要的指令或交換數據。3.信號音(ST)信號音為線路信號。是由移動臺發出的單向信號。例如，在BS尋呼MS過程中，如果BS收到MS發來的ST，就表示振鈴成功。在切換過程中，原BS收到MS發來的ST信號，則表示MS對切換認可。ST是帶內信號，一般在0~300Hz之間。2.3.2控制信道(CC)1.尋呼：下行當移動用戶被呼時，就在控制信道的下行信道發起呼叫移動臺信號，所以將該信道稱為尋呼信道(PC)。2.接入：上行當移動用戶主呼時，就在控制信道的上行信道發起主呼信號，所以將該信道稱為接入信道(AC)。2.4移動通信網的頻率配置表2-1我國無線電委員會分配給蜂窩移動通信系統的頻率系統或使用部門上行頻率/MHz下行頻率/MHz中國電信CDMA1X825~835870~880中國移動GSM室內分布系統885~890930~935中國移動GSM900890~909935~954中國聯通GSM900909~915954~960中國移動DCS18001710~17201805~1815中國聯通DCS18001745~17551840~18502.5移動通信環境下的干擾2.5.1同頻道干擾同頻再用：相隔一定距離后重復使用同一頻率。同頻干擾：能構成同頻道干擾的頻率范圍為f0±BI/2,f0為載波頻率，BI為接收機的中頻帶寬。包括：（1）同頻再用帶來同頻干擾；（2）同頻無用信號、近頻（通帶內）無用信號。1.同頻道干擾保護比指標（射頻防護比）同頻道干擾保護比：接收機輸出端有用信號達到規定質量的情況下，在接收機輸入端測得有用射頻信號與同頻無用射頻信號之比的最小值。對模擬蜂窩移動通信網：（1）靜態同頻道干擾保護比。三級話音質量對應的射頻防護比為8dB；四級話音質量對應12dB。（2）同頻道干擾概率。規定為10%。（3）考慮衰落影響、干擾概率和靜態射頻保護比后的同頻道干擾保護比。如表2-2所示。當有快衰落和慢衰落時，通常的做法是在靜態同頻道干擾保護比（P）上加上同頻道干擾余量（ZP），即P+ZP（dB）。表2-2干擾概率為10%時的P+ZP話音等級P/dBZP/dBP+ZP/dBσL=6dBσL=12dBσL=6dBσL=12dB三級話音質量814.522.822.530.8四級話音質量1214.522.826.534.82.同頻道復用保護距離系數D/r在蜂窩網中，使兩個同頻小區保持必要的距離是保證同頻道干擾保護比達到指標要求的主要辦法。設A、B基站發射功率均為PT，干擾信號和有用信號的傳播損耗中值分別用LI和LS表示，則圖2-4同頻道復用保護距離系數表2-3同頻道復用保護距離系數D/rP+ZP/dB22.530.826.534.8D/r4.77.35.68.92.5.2鄰頻道干擾鄰頻道干擾：工作在k頻道的接收機受到工作于k±1頻道的信號的干擾，即鄰道（k±1頻道）信號功率落入k頻道的接收機通帶內造成的干擾。解決鄰頻道干擾的措施包括：（1）降低發射機落入相鄰頻道的干擾功率，即減小發射機帶外輻射；（2）提高接收機的鄰頻道選擇性；（3）在網絡設計中，避免相鄰頻道在同一小區或相鄰小區內使用，以增加同頻道防護比。2.5.3互調干擾產生互調干擾的基本條件是：（1）幾個干擾信號（ωA、ωB、ωC）與受干擾信號的頻率（ωS）之間滿足2ωA-ωB=ωS或ωA+ωB-ωC=ωS

的條件；（2）干擾信號的幅度足夠大；（3）干擾（信號）站和受干擾的接收機都同時工作。1.發射機互調干擾：一部發射機發射的信號進入了另一部發射機，并在其末級功放的非線性作用下與輸出信號相互調制，產生不需要的組合干擾頻率，對接收信號頻率與這些組合頻率相同的接收機造成的干擾。減少發射機互調干擾的措施有：（1）加大發射機天線之間的距離；（2）采用單向隔離器件和采用高Q諧振腔；（3）提高發射機的互調轉換衰耗。2.接收機互調干擾：當多個強干擾信號進入接收機前端電路時，在器件的非線性作用下，干擾信號互相混頻后產生可落入接收機中頻頻帶內的互調產物而造成的干擾。減少接收機互調干擾的措施有：（1）提高接收機前端電路的線性度；（2）在接收機前端插入濾波器，提高其選擇性；（3）選用無三階互調的頻道組工作。無三階互調的頻道組含義：分配頻率時，合理選用頻道組中的頻率，使其三階互調產物不等于同組頻道中任一工作頻率。產生三階互調干擾的頻率：結論：列出差值序列，有相同的差值就說明存在三階互調，稱為不相容頻道組；反之，稱為相容頻道組。例：12個頻道中，選1,3,5,7,9號作為一個無線區使用的頻道，試判別無線區內是否存在三階互調干擾。3.在設臺組網中對抗互調干擾的措施（1）蜂窩移動通信網。采用等間隔頻道配置方式，并依靠設備優良的互調抑制指標來抑制互調干擾。（2）專用的小容量移動通信網。采用無三階互調的頻道配置方法來避免發生互調干擾。表2-4列出無三階互調的頻道序號。由表2-4可見，當需要的頻道數較多時，頻道利用率很低，故不適用于蜂窩網。表2-4無三階互調干擾的信道組2.5.4阻塞干擾當外界存在一個離接收機工作頻率較遠,但能進入接收機并作用于其前端電路的強干擾信號時，由于接收機前端電路的非線性而造成對有用信號增益降低或噪聲增高，使接收機靈敏度下降的現象稱為阻塞干擾。這種干擾與干擾信號的幅度有關，幅度越大，干擾越嚴重。當干擾電壓幅度非常強時，可導致接收機收不到有用信號而使通信中斷。2.5.5近端對遠端的干擾當基站同時接收從兩個距離不同的移動臺發來的信號時，距基站近的移動臺B（距離d2）到達基站的功率明顯要大于距離基站遠的移動臺A（距離ｄ１，ｄ２<<ｄ1）的到達功率，若二者頻率相近，則距基站近的移動臺B就會造成對接收距離距基站遠的移動臺A的有用信號的干擾或仰制，甚至將移動臺A的有用信號淹沒。這種現象稱為近端對遠端干擾?？朔藢h端干擾的措施主要有兩個：一是使兩個移動臺所用頻道拉開必要間隔；二是移動臺端加自動（發射）功率控制（APC），使所有工作的移動臺到達基站功率基本一致。由于頻率資源緊張，幾乎所有的移動通信系統對基站和移動終端都采用APC工作方式。2.6蜂窩移動通信網絡的頻率規劃2.6.1等頻距分配法等頻距分配法按頻率等間隔分配信道，這樣可以有效地避免鄰道干擾。若需要M個信道，將其分為N個信道組，則每個信道組中有M/N個信道，而N個信道組的信道序列可以確定如下：K+jN

K=1，2，3，…，N；j=0，1，2，…，(M/N)-1式中，K為信道組的序列號，最大為K=N，j為信道序號的取值。我國GSM網和TACS網均采用了這種方法。如果基站采用了無方向性激勵時，通常以12個無線小區（基地區）作為一個簇（cluster），即區群。按K+jN的規律，可以確定各信道組的信道序列如下：第一信道組，K=1，j=0~12，故有（1，13，25，…）第二信道組，

K=2，j=0~12，故有（2，14，26，…）第三信道組，K=3，j=0~12，故有（3，15，27，…）第四信道組，K=4，j=0~12，故有（4，16，28，…）第五信道組，K=5，

j=0~12，故有(5，17，29，…)第六信道組，K=6，

j=0~12，故有（6，18，30，…）第七信道組，K=7，

j=0~12，故有（7，19，31，…）第八信道組，K=8，

j=0~12，故有(8，20，32，…)第九信道組，K=9，j=0~12，故有(9，21，33，…)第十信道組，K=10，j=0~12，故有(10，22，34，…)第十一信道組，K=11，j=0~12，故有(11，23，35，…)第十二信道組，K=12，j=0~12，故有(12，24，36，…)這樣同一信道內的最小間隔為12，保證了對鄰道干擾的抑制。圖2-512個無線小區為一個簇的信道組配置圖2-64個基站24個扇形無線小區為一個簇的信道組配置采用4個基站、6個頂點為60°的扇形定向天線，則每個基站應有6組信道，每個簇（區群）有24個信道組，共96個頻點，其信道分配為：BS1選用的六個信道組為（1，25，49，73）；（5，29，53，77）；…；(21，45，69，93)；BS2選用的六個信道組為（2，26，50，74）；（6，30，54，78）；…；(22，46，70，94)；BS3選用的六個信道組為（3，27，51，75）；（7，31，55，79）；…；(23，47，71，95)；BS4選用的六個信道組為（4，28，52，76）；（8，32，56，80）；…；(24，48，72，96)。

圖2-77個基站、21個扇形無線小區為一個簇的信道組配置2.6.2信道分配策略分為兩類：固定的信道分配策略和動態的信道分配策略。在固定的信道分配策略中，每個小區分配給一組預先確定好的話音信道。控制方便，投資少。但信道的利用率較低。動態信道分配方法不是將信道固定地分配給某個基站，而是實現信道動態分配，其頻譜的利用率大約可提高20%。缺點是干擾（同頻干擾和鄰道干擾）比較嚴重。2.7多信道共用技術資源共享方式：多信道共用含義：移動通信的頻率資源十分緊缺，不可能為每一個移動臺預留一個信道，只可能為每個基站配置好一組信道，供該基站所覆蓋的區域（稱為小區）內的所有移動臺共用。這就是多信道共用問題。

問題：在多信道共用的情況下，一個基站若有n個信道同時為小區的全部移動用戶使用，n個信道能為多少用戶提供服務？所有信道均被占用后，新呼叫不能接通的概率有多大？話務理論2.7.1話務量與呼損1.呼叫話務量話務量是度量通信系統業務量或繁忙程度的指標。呼叫話務量A，是指單位時間內（1小時）進行的平均電話交換量。公式表示：C——每小時平均呼叫次數（包括呼叫成功和呼叫失敗的次數）；t0——每次呼叫平均占用信道的時間（包括接續時間和通話時間）。若t0以小時為單位，則話務量A的單位是愛爾蘭(Erlang，占線小時，簡稱Erl)。如果在一個小時內不斷地占用一個信道，則其呼叫話務量為1Erl。它是一個信道具有的最大話務量。例如，設在100個信道上，平均每小時有2100次呼叫，平均每次呼叫時間為2分鐘，則這些信道上的呼叫話務量：2.呼損率當多個用戶共用時，通?？偸怯脩魯荡笥谛诺罃?。一部分用戶雖然發出呼叫，但因無信道而不能通話稱做呼叫失敗。若C為總呼叫的次數；C0為一小時內呼叫成功而通話的次數;t0為每次通話的平均占用信道時間；完成話務量A′：呼叫成功而接通電話的話務量。損失話務量：A-A′呼損率（B）：在一個通信系統中，造成呼叫失敗的概率。呼損率的物理意義是損失話務量與呼叫話務量之比的百分數。結論：呼損率B愈小，成功呼叫的概率越大，用戶就越滿意。因此，呼損率也稱為系統的服務等級GOS（theGradeOfService）。對于一個通信網來說，要想使呼損減少，只有讓呼叫流入的話務量減少，即容納的用戶數少一些，這是不希望的。可見呼損率和話務量是一對矛盾，即服務等級和信道利用率是矛盾的。如果呼叫有以下性質：(1)每次呼叫相互獨立，互不相關（呼叫具有隨機性）；(2)每次呼叫在時間上都有相同的概率；并假定移動電話通信服務系統的信道數為n；則呼損率B可用愛爾蘭呼損公式計算如下：信道的利用率：每小時每信道的完成話務量表2-5Erl損失概率表表2-5Erl損失概率表表2-5Erl損失概率表表2-5Erl損失概率表3.繁忙小時集中度(K)繁忙小時集中度K一般為8%~14%。4.每個用戶忙時話務量（Aa）假設每一用戶每天平均呼叫次數為C，每次呼叫平均占用信道的時間為T（單位為秒），忙時集中率為K，則每個用戶忙時話務量為：Aa為最忙時間的那個小時的話務量，它是統計平均值。一些移動電話通信網的統計數值表明，對于公用移動通信網，每個用戶忙時話務量可按0.01Erl計算；對于專用移動通信網，由于業務的不同，每個用戶忙時話務量也不一樣。一般可按0.06Erl計算。2.7.2每個信道能容納的用戶數每個信道所能容納的用戶數m由下式決定：每個信道的m與在一定呼損條件下的信道平均話務量成正比，而與每個用戶忙時話務量成反比。（2-7）(1)根據呼損的要求及信道數(n=7)，求總話務量A：（可以利用公式，也可查表。）求得A=4.666Erl。(2)求每個用戶的忙時話務量Aa：(3)求每個信道能容納的用戶數m：(4)系統所容納的用戶數：例：某移動通信系統一個無線小區有8個信道(1個控制信道，7個話音信道)，每天每個用戶平均呼叫10次，每次占用信道平均時間為80秒，呼損率要求10%，忙時集中率為0.125。問該無線小區能容納多少用戶？2.8移動通信的交換技術2.8.1無線信道上的通話監視1.SAT信雜比：當基站開始工作時，由話音信道單元連續發送的監測音SAT，經移動臺接收并環回到基站后，與無線信道上的雜音的對比。在與MSC初始化規定的門限值(見圖2-8)比較后，話音信道控制單元判斷傳輸質量是否可以接受。如果信雜比低于要求越區頻道轉換的信雜比門限值SNH，就發出越區切換請求。如果達到呼叫釋放門限值SNR，呼叫就被釋放。

圖2-8儲存在話音信道控制單元中的信雜比門限值2.射頻(RF)信號強度話音信道接收機連續地對自己的無線頻率進行信號強度測試。如果信號強度高于請求降低功率的信號強度值SSD時，BS的控制單元就自動命令移動臺（由話音信道）降低功率。如果信號強度低于請求提高功率的信號強度值SSI時，BS的控制單元就發出增加功率命令。當移動臺輸出功率已達到最高，測量結果仍低于SSH時，BS的控制單元就向MSC發出越區切換請求。阻塞的信號強度值SSB只在話音信道空閑時（當前沒有通話）使用。

圖2-9儲存在話音信道控制單元中2.8.2位置登記與一齊呼叫通常以一個MSC服務小區為位置區。或者在一個MSC服務區，人為地把它所管轄的無線小區劃分為若干個位置區。

圖2-10一種位置登記示意圖圖2-11另一種位置登記示意圖圖2-10中，假定MS在BSB4小區，這時的位置登記過程如下；(1)MS通過BSB4向MSCB報告（即進行位置登記）。(2)被訪MSCB根據MS的原籍區號及用戶識別碼等，通過數據線，找到原籍MSCA的原籍位置寄存器進行咨詢，查出該用戶識別碼，并把給MS的新區位置號存入原籍位置寄存器（在原籍MSCA中）。(3)與此同時，位置信息也在被訪問MSCB的被訪問位置寄存器中存入，以備MS被呼時使用。(4)移動臺中有動態存儲器，可存儲新接收的區域號（AID），即使移動臺在一段時間內關機（不得超過24個小時），存儲器也不會失去記憶，一旦移動臺開機時，將立即進行區域位置登記。圖2-11中，MS由BSA6小區向BSA1小區行進時的位置登記過程如下：(1)MS通過BSA1向原籍MSCA報告（即進行位置登記）。(2)原籍MSCA中的原籍位置寄存器存入變更后的新區域號，以備市話用戶尋呼時，能在位置區內一齊呼叫。(3)MS的動態存儲器中區域號變為新號。2.8.3呼叫過程1.移動臺被呼市話用戶先撥被叫移動臺號碼，信令進入MSC在HLR進行鑒權，如鑒權成功，MSC通過數據信道將尋呼信號送至該用戶所在位置登記區。由該位置區內所有BS通過尋呼信道向MS一起呼叫移動臺識別碼，如圖2-12所示。

圖2-12移動用戶被呼過程示意圖2.移動臺主呼平時移動臺停靠在信號最強的控制信道上收聽。當發起呼叫時，先撥被叫用戶號碼，然后按發送（摘機）鍵。在控制信道中發出移動臺系列號、識別碼及被叫用戶號碼等，如圖2-13所示。

圖2-13移動用戶主呼過程示意圖3.呼叫釋放：通話完畢，MS掛機后的控制過程MS掛機可通過按壓掛機鍵或合上手機翻蓋完成。

圖2-14移動用戶呼叫釋放過程示意圖2.8.4定位和越區切換1.定位BS裝有信號強度接收機（SSR）監視其系統內所有的反向話音信道的信道能量，以確定在相鄰無線小區內有切換可能的移動臺的位置。SSR也稱為定位單元。SSR由接收機和控制單元組成。

圖2-15信號強度接收機2.越區切換和越局切換1)越區切換為保證通話的連