第5章 組網(wǎng)技術(shù)

1、第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)第第5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)5.1 概述概述 5.2 多址技術(shù)多址技術(shù)5.3 區(qū)域覆蓋和信道配置區(qū)域覆蓋和信道配置 5.4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 5.5 信令信令 5.6 越區(qū)切換和位置管理越區(qū)切換和位置管理 思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)5.1 概概 述述 在前面幾章的討論中， 我們主要解決了在移動(dòng)環(huán)境下， 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸問題。 本章將試圖解決以下幾個(gè)方面的問題： (1) 對(duì)于給定的頻率資源， 大家如何來共享? 即采用什么樣的多址技術(shù)， 使得有限的資源能傳輸更大容量的信息?第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) (2) 由于傳播損耗的存在， 基

2、站和移動(dòng)臺(tái)之間的通信距離總是有限的。 (3) 如何將服務(wù)區(qū)內(nèi)的各個(gè)基站互連起來， 并且要與固定網(wǎng)絡(luò)(如PSTN、 ISDN、 BISDN等)互連， 從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶與固定用戶、 移動(dòng)用戶與移動(dòng)用戶之間的互連互通? 也就是說， 移動(dòng)通信應(yīng)采用什么樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) (4) 移動(dòng)通信的基本特點(diǎn)是用戶在網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍內(nèi)可任意移動(dòng)。 這就要解決下面兩個(gè)問題： 一是當(dāng)移動(dòng)用戶從一個(gè)基站的覆蓋區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)基站的覆蓋區(qū)時(shí)， 如何保證用戶通信過程的連續(xù)性， 即如何實(shí)現(xiàn)有效的越區(qū)切換? 二是用戶在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中任意移動(dòng)， 網(wǎng)絡(luò)如何管理這些用戶， 使網(wǎng)絡(luò)在任何時(shí)刻都知道， 該用戶當(dāng)前在哪

3、一個(gè)地區(qū)的哪一個(gè)基站覆蓋的范圍內(nèi)， 即如何解決移動(dòng)性管理的問題?第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) (5) 如何在用戶和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)之間， 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)之間交換控制信息， 從而對(duì)呼叫過程、 移動(dòng)性管理過程和網(wǎng)絡(luò)互連過程進(jìn)行控制， 以保證網(wǎng)絡(luò)有序運(yùn)行， 即在移動(dòng)通信網(wǎng)中應(yīng)采用什么樣的信令系統(tǒng)?第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷了第一代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)、 第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)和第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(IMT-2000)。 第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)包括AMPS、 TACS和NMT等體制。 第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)包括GSM、 IS-136(DAMPS)、 PDC、 IS-95等體制。 一個(gè)

4、典型的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)由下列主要功能實(shí)體組成(如圖 1 - 16 所示)： 移動(dòng)臺(tái)(MS)、 基站分系統(tǒng)(BSS)(包括基站收發(fā)信機(jī)(BTS)和基站控制器(BSC)、 移動(dòng)交換中心(MSC)、 原籍(歸屬)位置寄存器(HLR)、 訪問位置寄存器(VLR)、 設(shè)備標(biāo)識(shí)寄存器(EIR)、 認(rèn)證中心(AUC)和操作維護(hù)中心(OMC)。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 為了能夠明確表示控制和信令的有關(guān)概念， 這里簡要闡述一下分層協(xié)議模型的概念。移動(dòng)通信的空中接口(或稱無線接入部分)的協(xié)議和信令是按照分層的概念來設(shè)計(jì)的。 空中接口包括無線物理層、 鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層， 鏈路層還進(jìn)一步分為介質(zhì)接入控制層和

5、數(shù)據(jù)鏈路層， 物理層是最低層， 參見圖 1 - 18。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 物理層(PHL)確定無線電參數(shù)， 如： 頻率、 定時(shí)、 功率、 碼片、 比特或時(shí)隙同步、 調(diào)制解調(diào)、 收發(fā)信機(jī)性能等。 物理層將無線電頻譜分成若干個(gè)物理信道， 劃分的方法可以按頻率、 時(shí)隙或碼字或它們的組合進(jìn)行， 如頻分多址(FDMA)、 時(shí)分多址(TDMA)、 碼分多址(CDMA)等。 物理層在介質(zhì)接入控制層(MAC)的控制下， 負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)分組的收發(fā)。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)5.2 多址技術(shù)多址技術(shù) 5.2.1 頻分多址(FDMA) 頻分多址是指將給定的頻譜資源劃分為若干個(gè)等間隔的頻道(或稱信

6、道)供不同的用戶使用。在模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)中， 信道帶寬通常等于傳輸一路模擬話音所需的帶寬， 如25 kHz 或30 kHz。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 在單純的FDMA系統(tǒng)中， 通常采用頻分雙工(FDD)的方式來實(shí)現(xiàn)雙工通信， 即接收頻率f和發(fā)送頻率F是不同的。 為了使得同一部電臺(tái)的收發(fā)之間不產(chǎn)生干擾， 收發(fā)頻率間隔|f-F|必須大于一定的數(shù)值。 例如， 在800 MHz頻段， 收發(fā)頻率間隔通常為45 MHz。 一個(gè)典型的FDMA頻道劃分方法如圖 5 - 1 所示。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)圖 5 - 1 FDMA的頻道劃分方法 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 在FDMA系統(tǒng)中，

7、 收發(fā)的頻段是分開的， 由于所有移動(dòng)臺(tái)均使用相同的接收和發(fā)送頻段， 因而移動(dòng)臺(tái)到移動(dòng)臺(tái)之間不能直接通信， 而必須經(jīng)過基站中轉(zhuǎn)。 移動(dòng)通信的頻率資源十分緊缺， 不可能為每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)預(yù)留一個(gè)信道， 只可能為每個(gè)基站配置好一組信道， 供該基站所覆蓋的區(qū)域(稱為小區(qū))內(nèi)的所有移動(dòng)臺(tái)共用。 這就是多信道共用問題。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 1. 話務(wù)量與呼損率的定義 在話音通信中， 業(yè)務(wù)量的大小用話務(wù)量來量度。 話務(wù)量又分為流入話務(wù)量和完成話務(wù)量。 流入話務(wù)量的大小取決于單位時(shí)間(1小時(shí))內(nèi)平均發(fā)生的呼叫次數(shù)和每次呼叫平均占用信道時(shí)間(含通話時(shí)間)S。 顯然和S的加大都會(huì)使業(yè)務(wù)量加大， 因而可定義

8、流入話務(wù)量A為 A = S (5 - 1)第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 式中： 的單位是(次/小時(shí))； S的單位是(小時(shí)/次)； 兩者相乘而得到A應(yīng)是一個(gè)無量綱的量， 專門命名它的單位為“愛爾蘭”(Erlang)。 根據(jù)式(5 - 1)的定義， 可以這樣來理解“愛爾蘭”的含意：已知 1 小時(shí)內(nèi)平均發(fā)生呼叫的次數(shù)為(次)， 用式(5 - 1)可求得 A(愛爾蘭) = S(小時(shí)/次)(次/小時(shí))第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 在信道共用的情況下， 通信網(wǎng)無法保證每個(gè)用戶的所有呼叫都能成功， 必然有少量的呼叫會(huì)失敗， 即發(fā)生“呼損”。 已知全網(wǎng)用戶在單位時(shí)間內(nèi)的平均呼叫次數(shù)為， 其中有的呼叫成

9、功了， 有的呼叫失敗了。 設(shè)單位時(shí)間內(nèi)成功呼叫的次數(shù)為0(0)， 就可算出完成話務(wù)量 A0 = 0S (5 - 2)第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 流入話務(wù)量A與完成話務(wù)量A0之差， 即為損失話務(wù)量。 損失話務(wù)量占流入話務(wù)量的比率即為呼叫損失的比率， 稱為“呼損率”， 用符號(hào)B表示， 即00AAAB (5 - 3) 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 2. 完成話務(wù)量的性質(zhì)與計(jì)算 設(shè)在觀察時(shí)間T小時(shí)內(nèi)， 全網(wǎng)共完成C1次通話， 則每小時(shí)完成的呼叫次數(shù)為TC10 (5 - 4)完成話務(wù)量即為 SCTSA1001 (5 - 5) 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 式中， C1S即為觀察時(shí)間T小時(shí)內(nèi)

10、的實(shí)際通話時(shí)間。 這個(gè)時(shí)間可以從另外一個(gè)角度來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。 若總的信道數(shù)為n， 而在觀察時(shí)間T內(nèi)有i(in)個(gè)信道同時(shí)被占用的時(shí)間為ti(tiT)， 那么可以算出實(shí)際通話時(shí)間為SCnttttinii13211321 (5 - 6) 將式(5 - 6)代入式(5 - 5)， 可得完成話務(wù)量 niiniiTtitiTSCTA111011 (5 - 7) 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 當(dāng)觀察時(shí)間T足夠長時(shí)， ti/T就表示在總的n個(gè)信道中， 有i個(gè)信道同時(shí)被占用的概率， 可用Pi表示， 式(5 - 7)就可改寫為iniPiA10 (5 - 8) 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 由此可見， 完成話

11、務(wù)量是同時(shí)被占用信道數(shù)(是隨機(jī)量)的數(shù)學(xué)期望。 因此可以說， 完成話務(wù)量就是通信網(wǎng)同時(shí)被占用信道數(shù)的統(tǒng)計(jì)平均值， 表示了通信網(wǎng)的繁忙程度。 例如， 某通信網(wǎng)共有 8 個(gè)信道， 從上午8時(shí)至10時(shí)共兩個(gè)小時(shí)的觀察時(shí)間內(nèi)， 統(tǒng)計(jì)出i個(gè)信道同時(shí)被占用的時(shí)間(小時(shí)數(shù))如表 5 - 1 所示。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)表 5 - 1 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 3. 呼損率的計(jì)算 于多信道共用的移動(dòng)通信網(wǎng)， 根據(jù)話務(wù)理論， 呼損率B、 共用信道數(shù)n和流入話務(wù)量A的定量關(guān)系可用愛爾蘭呼損公式表示。 愛爾蘭呼損公式為niiniAnAB1!/!/(5 - 9) 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 呼

12、損率不同的情況下， 信道利用率也是不同的。 信道利用率可用每小時(shí)每信道的完成話務(wù)量來計(jì)算， 即nBAnA)1 (0(5 - 10) 用數(shù)表列出B、 n、 A和的關(guān)系如表 5 2(略)所示。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 4. 用戶忙時(shí)的話務(wù)量與用戶數(shù) 以上都是以全網(wǎng)的流入話務(wù)量A來計(jì)算的， 那么究竟這些流入話務(wù)量可以容納多少用戶的通信業(yè)務(wù)呢? 這就要看每個(gè)用戶的話務(wù)量多少才能決定。 每個(gè)用戶在24小時(shí)內(nèi)的話務(wù)量分布是不均勻的， 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)應(yīng)按最忙時(shí)的話務(wù)量來進(jìn)行計(jì)算。 最忙1小時(shí)內(nèi)的話務(wù)量與全天話務(wù)量之比稱為集中系數(shù)， 用k表示， 一般k=10%15%。 每個(gè)用戶的忙時(shí)話務(wù)量需用統(tǒng)計(jì)的辦法確

13、定。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 設(shè)通信網(wǎng)中每一用戶每天平均呼叫次數(shù)為C(次/天)， 每次呼叫的平均占用信道時(shí)間為T(秒/次)， 集中系數(shù)為k， 則每用戶的忙時(shí)話務(wù)量為36001kTCa(5 - 11) 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 在用戶的忙時(shí)話務(wù)量a確定之后， 每個(gè)信道所能容納的用戶數(shù)m就不難計(jì)算：kTCnAanAm3600/ (5 - 12) 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)表 5 - 3 用戶數(shù)的計(jì)算(a=0.01) 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 5. 空閑信道的選取 在移動(dòng)通信網(wǎng)中， 在基站控制的小區(qū)內(nèi)有n個(gè)無線信道提供給nm個(gè)移動(dòng)用戶共同使用。 那么， 當(dāng)某一用戶需要

14、通信而發(fā)出呼叫時(shí)， 怎樣從這n個(gè)信道中選取一個(gè)空閑信道呢? 空閑信道的選取方式主要可以分為兩類： 一類是專用呼叫信道方式(或稱“共用信令信道”方式)； 另一類是標(biāo)明空閑信道方式。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) (1) 專用呼叫信道方式。 這種方式是指在網(wǎng)中設(shè)置專門的呼叫信道， 專用于處理用戶的呼叫。 (2) 標(biāo)明空閑信道方式。 標(biāo)明空閑信道方式可分為“循環(huán)定位”、 “循環(huán)不定位”、 “標(biāo)明多個(gè)空閑信道的循環(huán)分散定位”和“標(biāo)明多個(gè)空閑信道的循環(huán)不定位”等多種方法。 循環(huán)定位。 循環(huán)不定位方式。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 5.2.2 時(shí)分多址(TDMA) 時(shí)分多址是指把時(shí)間分割成周期性的

15、幀， 每一幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙(無論幀或時(shí)隙都是互不重疊的)。 在頻分雙工(FDD)方式中， 上行鏈路和下行鏈路的幀分別在不同的頻率上。 在時(shí)分雙工(TDD)方式中， 上下行幀都在相同的頻率上。 TDD的方式如圖 5 - 2 所示。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)圖 5 - 2 TDMA示意圖 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 不同通信系統(tǒng)的幀長度和幀結(jié)構(gòu)是不一樣的。 典型的幀長在幾毫秒到幾十毫秒之間。 例如： GSM系統(tǒng)的幀長為4.6 ms(每幀8個(gè)時(shí)隙)， DECT系統(tǒng)的幀長為10 ms(每幀24個(gè)時(shí)隙)， PACS系統(tǒng)的幀長為2.5 ms(每幀8個(gè)時(shí)隙)。 TDMA系統(tǒng)既可以采用頻分雙

16、工(FDD)方式， 也可以采用時(shí)分雙工(TDD)方式。 在FDD方式中， 上行鏈路和下行鏈路的幀結(jié)構(gòu)既可以相同， 也可以不同。 在TDD方式中， 通常將在某頻率上一幀中一半的時(shí)隙用于移動(dòng)臺(tái)發(fā)， 另一半的時(shí)隙用于移動(dòng)臺(tái)接收； 收發(fā)工作在相同頻率上。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 在TDMA系統(tǒng)中， 每幀中的時(shí)隙結(jié)構(gòu)(或稱為突發(fā)結(jié)構(gòu))的設(shè)計(jì)通常要考慮三個(gè)主要問題： 一是控制和信令信息的傳輸； 二是信道多徑的影響； 三是系統(tǒng)的同步。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 為了解決上述問題， 采取以下四方面的主要措施： 一是在每個(gè)時(shí)隙中， 專門劃出部分比特用于控制和信令信息的傳輸。 二是為了便于接收端利用

17、均衡器來克服多徑引起的碼間干擾， 在時(shí)隙中要插入自適應(yīng)均衡器所需的訓(xùn)練序列。 訓(xùn)練序列對(duì)接收端來說是確知的， 接收端根據(jù)訓(xùn)練序列的解調(diào)結(jié)果， 就可以估計(jì)出信道的沖擊響應(yīng)， 根據(jù)該響應(yīng)就可以預(yù)置均衡器的抽頭系數(shù)， 從而可消除碼間干擾對(duì)整個(gè)時(shí)隙的影響。 三是在上行鏈路的每個(gè)時(shí)隙中要留出一定的保護(hù)間隔(即不傳輸任何信號(hào))， 即每個(gè)時(shí)隙中傳輸信號(hào)的時(shí)間要小于時(shí)隙長度。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 這樣可以克服因移動(dòng)臺(tái)至基站距離的隨機(jī)變化， 而引起移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的信號(hào)到達(dá)基站接收機(jī)時(shí)刻的隨機(jī)變化， 從而保證不同移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的信號(hào)， 在基站處都能落在規(guī)定的時(shí)隙內(nèi)， 而不會(huì)出現(xiàn)相互重疊的現(xiàn)象。 四是為了便于

18、接收端的同步， 在每個(gè)時(shí)隙中還要傳輸同步序列。 同步序列和訓(xùn)練序列可以分開傳輸， 也可以合二為一。兩種典型的時(shí)隙結(jié)構(gòu)如圖 5 - 3 所示。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)圖 5 - 3 典型的時(shí)隙結(jié)構(gòu)第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 5.2.3 碼分多址(CDMA) 1. FH-CDMA 在FH-CDMA系統(tǒng)中， 每個(gè)用戶根據(jù)各自的偽隨機(jī)(PN)序列， 動(dòng)態(tài)改變其已調(diào)信號(hào)的中心頻率。 各用戶的中心頻率可在給定的系統(tǒng)帶寬內(nèi)隨機(jī)改變， 該系統(tǒng)帶寬通常要比各用戶已調(diào)信號(hào)(如FM、 FSK、 BPSK等)的帶寬寬得多。 FH-CDMA類似于FDMA， 但使用的頻道是動(dòng)態(tài)變化的。 FH-CDMA中各用

19、戶使用的頻率序列要求相互正交(或準(zhǔn)正交)， 即在一個(gè)PN序列周期對(duì)應(yīng)的時(shí)間區(qū)間內(nèi)， 各用戶使用的頻率， 在任一時(shí)刻都不相同(或相同的概率非常小)， 如圖 5 - 4(a)所示。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)圖 5 - 4 FH-CDMA和DS-CDMA示意圖 (a) FH-CDMA; (b) DS-CDMA 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 2. DS-CDMA 在DS-CDMA系統(tǒng)中， 所有用戶工作在相同的中心頻率上， 輸入數(shù)據(jù)序列與PN序列相乘得到寬帶信號(hào)。 不同的用戶(或信道)使用不同的PN序列。 這些PN序列(或碼字)相互正交，從而可像FDMA和TDMA系統(tǒng)中利用頻率和時(shí)隙區(qū)分不同用

20、戶一樣， 利用PN序列(或碼字)來區(qū)分不同的用戶， 如圖 5 - 4(b)所示。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 圖 5 - 5 DS-CDMA系統(tǒng)邏輯信道示意圖 (a) 基站到移動(dòng)臺(tái)的下行鏈路； (b) 基站到移動(dòng)臺(tái)的上行鏈路第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 3. 混合碼分多址 混合碼分多址的形式有種多樣， 如FDMA和DS-CDMA混合， TDMA與DS-CDMA 混合(TD/CDMA)， TDMA與跳頻混合(TDMA/FH), FH-CDMA與DS-CDMA混合(DS/FH-CDMA)等等。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 5.2.4 空分多址(SDMA) 空分多址是通過空間的分割來區(qū)別

21、不同的用戶。 在移動(dòng)通信中， 能實(shí)現(xiàn)空間分割的基本技術(shù)就是采用自適應(yīng)陣列天線， 在不同的用戶方向上形成不同的波束， 如圖 5 - 6 所示。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)圖 5 - 6 空分多址示意圖 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 5.2.5 隨機(jī)多址 1. ALOHA協(xié)議和時(shí)隙ALOHA ALOHA協(xié)議是一種最簡單的數(shù)據(jù)分組傳輸協(xié)議。 任何一個(gè)用戶隨時(shí)有數(shù)據(jù)分組要發(fā)送， 就立刻接入信道進(jìn)行發(fā)送。 發(fā)送結(jié)束后， 在相同的信道上或一個(gè)單獨(dú)的反饋信道上等待應(yīng)答。 如果在一個(gè)給定的時(shí)間區(qū)間內(nèi)， 沒有收到對(duì)方的認(rèn)可應(yīng)答， 則重發(fā)剛發(fā)的數(shù)據(jù)分組。 由于在同一信道上， 多個(gè)用戶獨(dú)立隨機(jī)地發(fā)送分組，

22、 就會(huì)出現(xiàn)多個(gè)分組發(fā)生碰撞的情況， 碰撞的分組經(jīng)過隨機(jī)時(shí)延后重傳。 ALOHA協(xié)議的示意圖如圖 5 - 7(a)所示。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 從圖中可以看出， 要使當(dāng)前分組傳輸成功， 必須在當(dāng)前分組到達(dá)時(shí)刻的前后各一個(gè)分組長度內(nèi)沒有其他用戶的分組到達(dá)， 即易損區(qū)間為2倍的分組長度。 對(duì)于隨機(jī)多址協(xié)議而言， 其主要性能指標(biāo)有兩個(gè)： 一是通過量(S)(指單位時(shí)間內(nèi)平均成功傳輸?shù)姆纸M數(shù))； 二是每個(gè)分組的平均時(shí)延(D)。 假定分組的長度固定， 信道傳輸速率恒定， 到達(dá)信道的分組服從Poisson分布的情況， 則ALOHA協(xié)議的最大通過量Smax=1/2e=0.1839。第第5 5章章 組網(wǎng)

23、技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 為了改進(jìn)ALOHA的性能， 將時(shí)間軸分成時(shí)隙， 時(shí)隙大小大于等于一個(gè)分組的長度， 所有用戶都同步在時(shí)隙開始時(shí)刻進(jìn)行發(fā)送。 該協(xié)議就稱為時(shí)隙ALOHA協(xié)議， 如圖 5 - 7(b)所示。 時(shí)隙ALOHA與ALOHA協(xié)議相比， 將易損區(qū)間從2倍的分組長度減少到一個(gè)時(shí)隙， 從而提高了系統(tǒng)的通過量。 在到達(dá)分組服從Poisson分布的情況下， 時(shí)隙ALOHA協(xié)議的最大通過量Smax=1/e=0.3679。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)圖 5 - 7 ALOHA和時(shí)隙ALOHA協(xié)議示意圖 (a) ALOHA協(xié)議； (b) 時(shí)隙ALOHA協(xié)議第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 2. 載波偵聽

24、多址(CSMA) 在ALOHA協(xié)議中， 各個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射是相互獨(dú)立的， 即各節(jié)點(diǎn)的發(fā)送與否與信道狀態(tài)無關(guān)。 為了提高信道的通過量， 減少碰撞概率， 在CSMA協(xié)議中， 每個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送前， 首先要偵聽信道是否有分組在傳輸。 若信道空閑(沒有檢測(cè)到載波)， 才可以發(fā)送； 若信道忙， 則按照設(shè)定的準(zhǔn)則推遲發(fā)送。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 在CSMA協(xié)議中， 影響系統(tǒng)的兩個(gè)主要參數(shù)是檢測(cè)時(shí)延和傳播時(shí)延。 檢測(cè)時(shí)延是指接收機(jī)判斷信道空閑與否所需的時(shí)間。 假定檢測(cè)時(shí)延和傳播時(shí)延之和為， 如果某節(jié)點(diǎn)在t時(shí)刻開始發(fā)送一個(gè)分組， 則在t+時(shí)刻以后所有節(jié)點(diǎn)都會(huì)檢測(cè)到信道忙。 因此只要在t, t+內(nèi)沒有其他用

25、戶發(fā)送， 則該節(jié)點(diǎn)發(fā)送的分組將會(huì)成功傳輸， 如圖 5 - 8 所示。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)圖 5 - 8 CSMA協(xié)議示意圖 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 3. 預(yù)約隨機(jī)多址 預(yù)約隨機(jī)多址通?；跁r(shí)分復(fù)用， 即將時(shí)間軸分為重復(fù)的幀， 每一幀分為若干時(shí)隙。 當(dāng)某用戶有分組要發(fā)送時(shí)， 可采用ALOHA的方式在空閑時(shí)隙上進(jìn)行預(yù)約。 如果預(yù)約成功， 它將無碰撞地占用每一幀所預(yù)約的時(shí)隙， 直至所有分組傳輸完畢。 用于預(yù)約的時(shí)隙可以是一幀中固定的時(shí)隙， 也可以是不固定的。 預(yù)約時(shí)隙的大小可與信息傳輸時(shí)隙相同， 也可以將一個(gè)時(shí)隙再分為若干個(gè)小時(shí)隙， 每個(gè)小時(shí)隙供一個(gè)用戶發(fā)送預(yù)約分組。第第5 5

26、章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)5.3 區(qū)域覆蓋和信道配置區(qū)域覆蓋和信道配置 1. 帶狀網(wǎng) 帶狀網(wǎng)主要用于覆蓋公路、 鐵路、 海岸等， 如圖 5 - 9 所示?；咎炀€若用全向輻射， 覆蓋區(qū)形狀是圓形的(圖 5 - 9(b)。 帶狀網(wǎng)宜采用有向天線， 使每個(gè)小區(qū)呈扁圓形(圖 5 - 9(a)。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)圖 5 - 9 帶狀網(wǎng)第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 帶狀網(wǎng)可進(jìn)行頻率再用。 若以采用不同信道的兩個(gè)小區(qū)組成一個(gè)區(qū)群(在一個(gè)區(qū)群內(nèi)各小區(qū)使用不同的頻率， 不同的區(qū)群可使用相同的頻率)， 如圖 5 - 9(a)所示， 稱為雙頻制。 若以采用不同信道的三個(gè)小區(qū)組成一個(gè)區(qū)群， 如圖 5

27、- 9(b)所示， 稱為三頻制。 從造價(jià)和頻率資源的利用而言， 當(dāng)然雙頻制最好； 但從抗同頻道干擾而言， 雙頻制最差， 還應(yīng)考慮多頻制。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 設(shè) n頻制的帶狀網(wǎng)如圖 5 - 10 所示。 每一個(gè)小區(qū)的半徑為r， 相鄰小區(qū)的交疊寬度為a, 第n+1區(qū)與第1區(qū)為同頻道小區(qū)。 據(jù)此， 可算出信號(hào)傳輸距離dS和同頻道干擾傳輸距離dI之比。 若認(rèn)為傳輸損耗近似與傳輸距離的四次方成正比， 則在最不利的情況下可得到相應(yīng)的干擾信號(hào)比見表 5 - 4。 由表可見， 雙頻制最多只能獲得19 dB 的同頻干擾抑制比， 這通常是不夠的。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)圖 5 - 10 帶狀

28、網(wǎng)的同頻道干擾 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)表 5 - 4 帶狀網(wǎng)的同頻干擾 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 2. 蜂窩網(wǎng) 在平面區(qū)域內(nèi)劃分小區(qū)， 通常組成蜂窩式的網(wǎng)絡(luò)。 在帶狀網(wǎng)中， 小區(qū)呈線狀排列， 區(qū)群的組成和同頻道小區(qū)距離的計(jì)算都比較方便； 而在平面分布的蜂窩網(wǎng)中， 這是一個(gè)比較復(fù)雜的問題。 (1) 小區(qū)的形狀。 全向天線輻射的覆蓋區(qū)是個(gè)圓形。 為了不留空隙地覆蓋整個(gè)平面的服務(wù)區(qū)， 一個(gè)個(gè)圓形輻射區(qū)之間一定含有很多的交疊。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 在考慮了交疊之后， 實(shí)際上每個(gè)輻射區(qū)的有效覆蓋區(qū)是一個(gè)多邊形。 根據(jù)交疊情況不同， 有效覆蓋區(qū)可為正三角形、 正方形或正六邊

29、形， 小區(qū)形狀如圖 5 - 11 所示。 可以證明， 要用正多邊形無空隙、 無重疊地覆蓋一個(gè)平面的區(qū)域， 可取的形狀只有這三種。 那么這三種形狀中哪一種最好呢? 在輻射半徑r相同的條件下， 計(jì)算出三種形狀小區(qū)的鄰區(qū)距離、 小區(qū)面積、 交疊區(qū)寬度和交疊區(qū)面積如表 5 - 5所示。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)圖 5 - 11 小區(qū)的形狀 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)表 5 - 5 三種形狀小區(qū)的比較 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) (2) 區(qū)群的組成。 相鄰小區(qū)顯然不能用相同的信道。 為了保證同信道小區(qū)之間有足夠的距離， 附近的若干小區(qū)都不能用相同的信道。 這些不同信道的小區(qū)組成一個(gè)區(qū)群

30、， 只有不同區(qū)群的小區(qū)才能進(jìn)行信道再用。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 區(qū)群的組成應(yīng)滿足兩個(gè)條件： 一是區(qū)群之間可以鄰接， 且無空隙無重疊地進(jìn)行覆蓋； 二是鄰接之后的區(qū)群應(yīng)保證各個(gè)相鄰?fù)诺佬^(qū)之間的距離相等。 滿足上述條件的區(qū)群形狀和區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)不是任意的。 可以證明， 區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)應(yīng)滿足下式： N = i2+ij+j2 (5 - 13) 式中， i, j為正整數(shù)。 由此可算出N的可能取值見表 5 - 6， 相應(yīng)的區(qū)群形狀如圖 5 - 12 所示。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)表 5 - 6 群區(qū)小區(qū)數(shù)N的取值 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)圖 5 12 區(qū)群的組成 第第5 5章章

31、 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) (3) 同頻(信道)小區(qū)的距離。 區(qū)群內(nèi)小區(qū)數(shù)不同的情況下， 可用下面的方法來確定同頻(信道)小區(qū)的位置和距離。 如圖5 - 13 所示， 自某一小區(qū)A出發(fā)， 先沿邊的垂線方向跨j個(gè)小區(qū)， 再向左(或向右)轉(zhuǎn)60， 再跨i個(gè)小區(qū)， 這樣就到達(dá)同信道小區(qū)A。 在正六邊形的六個(gè)方向上，可以找到六個(gè)相鄰?fù)诺佬^(qū)， 所有A小區(qū)之間的距離都相等。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 設(shè)小區(qū)的輻射半徑(即正六邊形外接圓的半徑)為r， 則從圖 5 - 13 可以算出同信道小區(qū)中心之間的距離為rNrjijiiijrD3)( 3)2/3()2/(32222(5 - 14) 第第5 5章章 組網(wǎng)

32、技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)圖 5 13 同信道小區(qū)的確定第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) (4) 中心激勵(lì)與頂點(diǎn)激勵(lì)。 在每個(gè)小區(qū)中， 基站可設(shè)在小區(qū)的中央， 用全向天線形成圓形覆蓋區(qū)， 這就是所謂“中心激勵(lì)”方式， 如圖 5 - 14(a)所示。 也可以將基站設(shè)計(jì)在每個(gè)小區(qū)六邊形的三個(gè)頂點(diǎn)上， 每個(gè)基站采用三副120扇形輻射的定向天線， 分別覆蓋三個(gè)相鄰小區(qū)的各三分之一區(qū)域， 每個(gè)小區(qū)由三副120扇形天線共同覆蓋， 這就是所謂“頂點(diǎn)激勵(lì)”方式， 如圖 5 - 14(b)所示。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 圖 5 14 兩種激勵(lì)的方式（a）中心激勵(lì) （b）頂點(diǎn)激勵(lì)第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) (5

33、) 小區(qū)的分裂。 在整個(gè)服務(wù)區(qū)中， 每個(gè)小區(qū)的大小可以是相同的， 這只能適應(yīng)用戶密度均勻的情況。 事實(shí)上服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶密度是不均勻的， 例如城市中心商業(yè)區(qū)的用戶密度高， 居民區(qū)和市郊區(qū)的用戶密度低。 為了適應(yīng)這種情況， 在用戶密度高的市中心區(qū)可使小區(qū)的面積小一些， 在用戶密度低的市郊區(qū)可使小區(qū)的面積大一些， 如圖 5 - 15 所示。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)圖 5 - 15 用戶密度不等時(shí)的小區(qū)結(jié)構(gòu) 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)圖 5 - 16 小區(qū)分裂 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 5.3.2 信道(頻率)配置 1. 分區(qū)分組配置法 分區(qū)分組配置法所遵循的原則是： 盡量減小

34、占用的總頻段， 以提高頻段的利用率； 同一區(qū)群內(nèi)不能使用相同的信道， 以避免同頻干擾； 小區(qū)內(nèi)采用無三階互調(diào)的相容信道組， 以避免互調(diào)干擾。 現(xiàn)舉例說明如下。 設(shè)給定的頻段以等間隔劃分為信道， 按順序分別標(biāo)明各信道的號(hào)碼為1, 2, 3, 。若每個(gè)區(qū)群有7個(gè)小區(qū)， 每個(gè)小區(qū)需6個(gè)信道， 按上述原則進(jìn)行分配， 可得到：第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 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，

35、41 第六組 7， 11， 24， 26， 29， 35 第七組 15， 17， 23， 28， 38， 42第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 2. 等頻距配置法 等頻距配置法是按等頻率間隔來配置信道的， 只要頻距選得足夠大， 就可以有效地避免鄰道干擾。 這樣的頻率配置可能正好滿足產(chǎn)生互調(diào)的頻率關(guān)系， 但正因?yàn)轭l距大， 干擾易于被接收機(jī)輸入濾波器濾除而不易作用到非線性器件， 所以也就避免了互調(diào)的產(chǎn)生。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 等頻距配置時(shí)可根據(jù)群內(nèi)的小區(qū)數(shù) N來確定同一信道組內(nèi)各信道之間的頻率間隔， 例如，第一組用(1， 1+N, 1+2N, 1+3N, )， 第二組用(2, 2+N,

36、 2+2N, 2+3N, )等。 例如N=7 ， 則信道的配置為：第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 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， 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 這樣同一信道組內(nèi)的信道最小頻率間隔為7個(gè)信道間隔， 若信道間隔為25 kHz， 則其最小頻率間隔可達(dá)175 kHz， 這樣， 接收機(jī)的輸入濾波器便可

37、有效地抑制鄰道干擾和互調(diào)干擾。 如果是定向天線進(jìn)行頂點(diǎn)激勵(lì)的小區(qū)制， 每個(gè)基站應(yīng)配置三組信道， 向三個(gè)方向輻射。 例如 N =7， 每個(gè)區(qū)群就需有21個(gè)信道組， 整個(gè)區(qū)群內(nèi)各基站信道組的分布如圖5 - 17所示。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)圖 5 - 17 三頂點(diǎn)激勵(lì)的信道配置 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)5.4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 5.4.1 基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 移動(dòng)通信的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 5 - 18 所示。 基站通過傳輸鏈路和交換機(jī)相連， 交換機(jī)再與固定的電信網(wǎng)絡(luò)相連， 這樣就可形成移動(dòng)用戶基站交換機(jī)固定網(wǎng)絡(luò)固定用戶或移動(dòng)用戶基站交換機(jī)基站移動(dòng)用戶等不同情況的通信鏈路。第第5 5章章 組

38、網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)圖 5 - 18 基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 交換機(jī)的組成和基本原理如圖 5 - 19 所示。 交換機(jī)通常由交換網(wǎng)絡(luò)(或稱接續(xù)網(wǎng)絡(luò))、 接口和控制系統(tǒng)組成。 交換網(wǎng)絡(luò)的作用是在控制系統(tǒng)的控制下， 將任一輸入線與輸出線接通。 它可以看成有 M條入線和N條出線的網(wǎng)絡(luò)， 它有MN個(gè)交點(diǎn)， 每個(gè)交點(diǎn)都可在控制系統(tǒng)的控制下連通和斷開， 如圖 5 - 19(b) 所示， 接口單元把來自用戶線或中繼線的各種不同的輸入信令和消息轉(zhuǎn)成統(tǒng)一的機(jī)內(nèi)信令， 以便控制單元或交換網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理或接續(xù)。 控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)話路的接續(xù)控制， 另外還負(fù)責(zé)通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、 管理和維護(hù)功能。第第5 5

39、章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 圖 5 - 19 交換機(jī)的組成和基本原理 (a) 交換機(jī)的組成； (b) 交換機(jī)的基本原理第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中使用的交換機(jī)通常稱為移動(dòng)交換中心(MSC)。 它與常規(guī)交換機(jī)的不同之處是： MSC除了要完成常規(guī)交換機(jī)的所有功能外， 它還負(fù)責(zé)移動(dòng)性管理和無線資源管理(包括越區(qū)切換、 漫游、 用戶位置登記管理等)。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 在蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中， 為便于網(wǎng)絡(luò)組織， 將一個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)分為若干個(gè)服務(wù)區(qū)， 每個(gè)服務(wù)區(qū)又分為若干個(gè)MSC區(qū)， 每個(gè)MSC區(qū)又分為若干個(gè)位置區(qū)， 每個(gè)位置區(qū)由若干個(gè)基站小區(qū)組成。 一個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)由多少個(gè)服務(wù)區(qū)或

40、多少個(gè)MSC區(qū)組成， 這取決于移動(dòng)通信網(wǎng)所覆蓋地域的用戶密度和地形地貌等。 多個(gè)服務(wù)區(qū)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 5 - 20 所示。 每個(gè)MSC(包括移動(dòng)電話端局和移動(dòng)匯接局)要與本地的市話匯接局、 本地長途電話交換中心相連。 MSC之間需互連互通才可以構(gòu)成一個(gè)功能完善的網(wǎng)絡(luò)。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)圖 5 - 20 多服務(wù)區(qū)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 5.4.2 數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 在模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中， 移動(dòng)性管理和用戶鑒權(quán)及認(rèn)證都包括在MSC中。 在數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中， 將移動(dòng)性管理、 用戶鑒權(quán)及認(rèn)證從MSC中分離出來， 設(shè)置原籍位置寄存器(HLR)和訪問位

41、置寄存器(VLR)來進(jìn)行移動(dòng)性管理， 如圖 1 - 16 所示。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 圖中MSC為移動(dòng)交換中心， 它是無線電系統(tǒng)與公眾電話交換網(wǎng)之間的接口設(shè)備， 完成全部必須的信令功能以建立與移動(dòng)臺(tái)的往來呼叫。 其主要責(zé)任是： 路由選擇管理； 計(jì)費(fèi)和費(fèi)率管理； 業(yè)務(wù)量管理； 向歸屬位置寄存器(HLR)發(fā)送有關(guān)業(yè)務(wù)量信息和計(jì)費(fèi)信息。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) HLR為歸屬位置寄存器， 負(fù)責(zé)移動(dòng)臺(tái)數(shù)據(jù)庫管理。 其主要責(zé)任是： 對(duì)在HLR中登記的移動(dòng)臺(tái)(MS)的所有用戶參數(shù)的管理、 修改等； 計(jì)費(fèi)管理； VLR的更新。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) VLR為訪問位置寄存器，

42、是動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫。 其主要責(zé)任是： 移動(dòng)臺(tái)漫游號(hào)管理； 臨時(shí)移動(dòng)臺(tái)標(biāo)識(shí)管理； 訪問的移動(dòng)臺(tái)用戶管理； HLR的更新； 管理MSC區(qū)、 位置區(qū)及基站區(qū)； 管理無線信道(如信道分配表、 動(dòng)態(tài)信道分配管理、 信道阻塞狀態(tài))。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 圖 1 - 17 中各接口的主要功能是： (1) 人機(jī)接口(Sm接口)。 Sm是用戶與移動(dòng)網(wǎng)之間的接口， 在移動(dòng)設(shè)備中包括鍵盤、 液晶顯示以及實(shí)現(xiàn)用戶身份卡識(shí)別功能的部件。 (2) 移動(dòng)臺(tái)與基站之間的接口(Um接口)。 Um是移動(dòng)臺(tái)與基站收發(fā)信機(jī)之間的無線接口， 是移動(dòng)通信網(wǎng)的主要接口。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) (3) 基站與移動(dòng)交換中心

43、之間的接口(A接口)。 A接口是網(wǎng)絡(luò)中的重要接口， 因?yàn)樗B接著系統(tǒng)的兩個(gè)重要組成部分： 基站和移動(dòng)交換中心。 此接口所傳遞的信息主要有： 基站管理、 呼叫處理與移動(dòng)特性管理等。 (4) 基站控制器(BSC)與基站收發(fā)信臺(tái)(BTS)之間的接口(Abis接口)。 基站系統(tǒng)(BSS)包括BSC與BTS兩部分， 它們之間的接口稱為Abis接口。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) (5) 移動(dòng)交換中心(MSC)與訪問位置寄存器(VLR)之間的接口(B接口)。 (6) 移動(dòng)交換中心(MSC)與歸屬位置寄存器(HLR)之間的接口(C接口)。 C接口用于傳遞管理與路由選擇的信息。 (7) 歸屬位置寄存器(H

44、LR)與訪問位置寄存器(VLR)之間的接口(D接口)。 (8) 移動(dòng)交換中心之間的接口(E接口)。 E接口主要用于MSC之間交換有關(guān)越區(qū)切換的信息。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) (9) 移動(dòng)交換中心(MSC)與設(shè)備標(biāo)志寄存器(EIR)之間的接口(F接口)。 F接口用于在MSC與EIR之間交換有關(guān)移動(dòng)設(shè)備管理的信息， 例如國際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼等。 (10) 訪問位置寄存器VLR之間的接口(G接口)。 當(dāng)某個(gè)移動(dòng)臺(tái)使用臨時(shí)移動(dòng)臺(tái)標(biāo)識(shí)號(hào)(TMSI)在新的VLR中登記時(shí)， G接口用于在VLR之間交換有關(guān)信息。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)5.5 信信 令令 5.5.1 接入信令(移動(dòng)臺(tái)至基站之間

45、的信令) 在第1章圖 1 - 18 中， 我們可以看到： 第三層包括三個(gè)模塊： 連接管理、 移動(dòng)管理和無線資源管理。 它們產(chǎn)生的信令， 經(jīng)過數(shù)據(jù)鏈路層和物理層進(jìn)行傳輸。 根據(jù)空中接口標(biāo)準(zhǔn)的不同， 物理信道中傳輸信令的方式有多種形式。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 1. 數(shù)字信令 隨著移動(dòng)通信網(wǎng)容量的擴(kuò)大以及微電子技術(shù)的發(fā)展， 從需求和可能兩方面都促進(jìn)了數(shù)字信令的發(fā)展， 有逐步取代模擬音頻信令的趨勢(shì)。 特別在大容量的移動(dòng)通信網(wǎng)中， 目前已廣泛使用了數(shù)字信令。 數(shù)字信令傳輸速度快， 組碼數(shù)量大， 電路便于集成化, 可以促進(jìn)設(shè)備小型化且降低成本。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 需要注意的是，

46、 在移動(dòng)信道中傳輸數(shù)字信令， 除需要窄帶調(diào)制和同步之外， 還必須解決可靠傳輸?shù)膯栴}。 因?yàn)樵谛诺乐杏龅礁蓴_之后， 數(shù)字信號(hào)會(huì)發(fā)生錯(cuò)碼， 必須采用各種差錯(cuò)控制技術(shù)， 如檢錯(cuò)和糾錯(cuò)等， 才能保證可靠的傳輸。在傳輸數(shù)字信令時(shí)， 為便于收端解碼， 要求數(shù)字信令按一定的格式編排。 信令格式是多種多樣的， 不同通信系統(tǒng)的信令格式也各不相同。 常用的信令格式如圖 5 - 21 所示， 它包括前置碼(P)、 字同步(SW)、 地址或數(shù)據(jù)(A或D)、 糾錯(cuò)碼(SP)等四部分。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)圖 5 - 21 典型的數(shù)字信令格式 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 前置碼(P)： 前置碼提供位同步信

47、息， 以確定每一碼位的起始和終止時(shí)刻， 以便接收端進(jìn)行積分和判決。 為便于提取位同步信息， 前置碼一般采用1010的交替碼。 接收端用鎖相環(huán)路即可提取出位同步信息。 字同步碼(SW)： 字同步碼用于確定信息(報(bào)文)的開始位， 相當(dāng)于時(shí)分制多路通信中的幀同步， 因此也稱為幀同步。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 地址或數(shù)據(jù)碼(A或D)： 通常包括控制、 選呼、 撥號(hào)等信令， 各種系統(tǒng)都有其獨(dú)特的規(guī)定。 糾錯(cuò)碼(SP)： 有時(shí)還稱作監(jiān)督碼。 不同的糾錯(cuò)編碼有不同的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 上述數(shù)字信令主要用于模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)。 一個(gè)典型的用于TACS系統(tǒng)反向信道的信令格

48、式如圖 5 - 22 所示。 圖中由若干個(gè)字組成一條消息， 每個(gè)字采用BCH(48， 36， 5)進(jìn)行糾錯(cuò)編碼， 然后重復(fù)5次， 以提高消息傳輸?shù)目煽啃浴５诘? 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)圖 5 - 22 數(shù)字信令舉例 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 2. 音頻信令 音頻信令是用不同的音頻信號(hào)組成的。 目前常用的有單音頻信令、 雙音頻信令和多音頻信令等三種。 這里給出幾種常用的音頻信令。 1) 帶內(nèi)單音頻信令 用0.33 kHz范圍內(nèi)不同的單音作為信令的稱為帶內(nèi)單音頻信令。 例如單頻碼(SFD)， 它由10個(gè)帶內(nèi)單音組成， 如表 5 - 7 所示。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)表 5 -

49、7 單頻碼SFD 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 2) 帶外亞音頻信令 采用低于300 Hz的單音作信令。 例如， 用67250 Hz間的43個(gè)頻率點(diǎn)的單音可對(duì)43個(gè)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行選臺(tái)呼叫， 也可進(jìn)行群呼， 一次呼叫時(shí)間為4 s。 通常要求頻率準(zhǔn)確度為0.1%, 穩(wěn)定度為0.01%， 單音振幅為 Upp=4 V ， 允許電平誤差為1 dB。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 3) 雙音頻撥號(hào)信令 撥號(hào)信令是移動(dòng)臺(tái)主叫時(shí)發(fā)往基站的信號(hào)， 它應(yīng)考慮與市話機(jī)有兼容性且適宜于在無線信道中傳輸， 常用的方式有單音頻脈沖、 雙音頻脈沖、 10中取1、 5中取2以及43方式。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 單

50、音頻脈沖方式是用撥號(hào)盤使2.3 kHz的單音按脈沖形式發(fā)送， 雖然簡單， 但受干擾時(shí)易誤動(dòng)。 雙音頻脈沖方式應(yīng)用廣泛， 已比較成熟。 10中取1是指用話帶內(nèi)的10個(gè)單音， 每一單音代表一個(gè)十進(jìn)制數(shù)。 5中取2是指用話帶內(nèi)的5個(gè)單音， 每次同時(shí)選發(fā)兩個(gè)單音， 共有 C25 =10種組合， 代表09共10個(gè)數(shù)。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 43方式就是市話網(wǎng)用戶環(huán)路中用的雙音多頻(DTMF)方式， 也是CCITT與我國國家標(biāo)準(zhǔn)中都推薦的用戶多頻信令。 這種信令在與地面自動(dòng)電話網(wǎng)銜接時(shí)不需譯碼轉(zhuǎn)換， 故為自動(dòng)撥號(hào)的移動(dòng)通信網(wǎng)普遍采用。 它使用話帶內(nèi)的7個(gè)單音， 將它們分為高音群和低音群。 每次

51、發(fā)送用高音群的一個(gè)單音和低音群的一個(gè)單音來代表一個(gè)十進(jìn)制數(shù)。 7個(gè)單音的分群以及它們組合所對(duì)應(yīng)的碼見表 5 - 8。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)表 5 - 8 43方式的頻率組成 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 3. 信令傳輸協(xié)議 在數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中， 空中接口的信令分為三個(gè)層次， 如圖 1 - 18 所示。 為了傳輸信令， 物理層在物理信道上形成了許多邏輯信道， 如廣播信道(BCH)、 隨機(jī)接入信道(RACH)、 接入允許信道(AGCH)和尋呼信道(PCH)等。 這些邏輯信道按照一定的規(guī)則復(fù)接在物理層的具體幀的具體突發(fā)中。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 在這些邏輯信道上傳輸鏈

52、路層的信息。 鏈路層信息幀的基本格式如圖 5 - 23 所示， 它包括地址段、 控制字段、 長度指示段、 信息段和填充段。 不同的信令可對(duì)這些字段進(jìn)行取舍。 控制字段定義了幀的類型、 命令或響應(yīng)。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)圖 5 - 23 幀格式 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 在GSM系統(tǒng)中， 鏈路層采用的是LAPDm協(xié)議(它是對(duì)ISDN中LAPD的改進(jìn))。 它的控制字(共8個(gè)比特)如表 5 - 9 所示。 表中給出了幀的類型、 用途(命令或響應(yīng))及其基本含義(備注欄)。 信息幀分為三類： I幀、 S幀和U幀。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)表 5 - 9 控制字段的構(gòu)成 第第5

53、5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 5.5.2 網(wǎng)絡(luò)信令 常用的網(wǎng)絡(luò)信令就是7號(hào)信令， 它主要用于交換機(jī)之間、 交換機(jī)與數(shù)據(jù)庫(如HLR、 VLR、 AUC)之間交換信息。 7號(hào)信令系統(tǒng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖 5 - 24 所示。 它包括MTP、 SCCP、 TCAP、 MAP、 OMAP和ISDN-UP等部分。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)圖 5 - 24 7號(hào)信令系統(tǒng)的協(xié)議結(jié)構(gòu) 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 消息傳遞部分(MTP)提供一個(gè)無連接 無連接是指消息(分組)在網(wǎng)絡(luò)中完全“自由”地運(yùn)行， 到達(dá)相同目的地的消息可能會(huì)通過不同的路徑到達(dá)目的地。 的消息傳輸系統(tǒng)。 它可以使信令信息跨越網(wǎng)絡(luò)到達(dá)其目

54、的地。 MTP中的功能允許在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生的系統(tǒng)故障不對(duì)信令信息傳輸產(chǎn)生不利影響。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) MTP分為三層。 第一層為信令數(shù)據(jù)層， 它定義了信號(hào)鏈路的物理和電氣特性； 第二層是信令鏈路層， 它提供數(shù)據(jù)鏈路的控制， 負(fù)責(zé)提供信令數(shù)據(jù)鏈路上的可靠數(shù)據(jù)傳送； 第三層是信令網(wǎng)絡(luò)層， 它提供公共的消息傳送功能。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 事務(wù)處理能力應(yīng)用部分(TCAP)提供使與電路無關(guān)的信令應(yīng)用之間交換信息的能力， TCAP提供操作、 維護(hù)和管理部分(OMAP)和移動(dòng)應(yīng)用部分(MAP)應(yīng)用等。 作為TCAP的應(yīng)用， 在MAP中實(shí)現(xiàn)的信令協(xié)議有IS-41、 GSM應(yīng)用等。 7號(hào)信

55、令的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 5 - 25 所示。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)圖 5 - 25 7號(hào)信令的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 7號(hào)信令網(wǎng)絡(luò)是與現(xiàn)在PSTN平行的一個(gè)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)。 它由三個(gè)部分組成： 信令點(diǎn)(SP)、 信令鏈路和信令轉(zhuǎn)移點(diǎn)(STP)。 信令點(diǎn)(SP)是發(fā)出信令和接收信令的設(shè)備， 它包括業(yè)務(wù)交換點(diǎn)(SSP)和業(yè)務(wù)控制點(diǎn)(SCP)。 SSP是電話交換機(jī)， 它們由SS7鏈路互連， 完成在其交換機(jī)上發(fā)起、 轉(zhuǎn)移或到達(dá)的呼叫處理。 移動(dòng)網(wǎng)中的SSP稱為移動(dòng)交換中心(MSC)。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) SCP包括提供增強(qiáng)型業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)庫， SCP接收SSP的查詢， 并返

56、回所需的信息給SSP。 在移動(dòng)通信中SCP可包括一個(gè)HLR或一個(gè)VLR。 STP是在網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和數(shù)據(jù)庫之間中轉(zhuǎn)SS7消息的交換機(jī)。 STP根據(jù)SS7消息的地址域， 將消息送到正確的輸出鏈路上。 為了滿足苛刻的可靠性要求， STP都是成對(duì)提供的。 在SS7信令網(wǎng)絡(luò)中共有六種類型的信令鏈路， 圖 5 - 25 中僅給出A鏈路(Access Link)和D鏈路(Diagonal Link)。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 5.5.3 信令應(yīng)用 為了說明信令的作用和工作過程， 下面以固定用戶呼叫移動(dòng)用戶為例進(jìn)行說明。 呼叫過程如圖 5 - 26 所示。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 圖 5 - 2

57、6 由信令網(wǎng)絡(luò)和電話交換網(wǎng)絡(luò)組成。 電話交換網(wǎng)絡(luò)由三個(gè)交換機(jī)(端局交換機(jī)、 匯接局交換機(jī)和移動(dòng)交換機(jī))、 兩個(gè)終端(電話終端、 移動(dòng)臺(tái))以及中繼線(交換機(jī)之間的鏈路)、 ISDN線路(固定電話機(jī)與端局交換機(jī)之間的鏈路)和無線接入鏈路(MSC至移動(dòng)臺(tái)之間的等效鏈路)組成。 固定電話機(jī)到端局交換機(jī)采用接入信令， 移動(dòng)鏈路也采用接入信令。 交換機(jī)之間采用網(wǎng)絡(luò)信令(7號(hào)信令)。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)圖 5 - 26 信令應(yīng)用舉例(呼叫控制) 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)5.6 越區(qū)切換和位置管理越區(qū)切換和位置管理 5.6.1 越區(qū)切換 越區(qū)(過區(qū))切換(Handover或Handoff)

58、是指將當(dāng)前正在進(jìn)行的移動(dòng)臺(tái)與基站之間的通信鏈路從當(dāng)前基站轉(zhuǎn)移到另一個(gè)基站的過程。 該過程也稱為自動(dòng)鏈路轉(zhuǎn)移ALT(Automatic Link Transfer)。越區(qū)切換通常發(fā)生在移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)基站覆蓋的小區(qū)進(jìn)入到另一個(gè)基站覆蓋的小區(qū)的情況下， 為了保持通信的連續(xù)性， 將移動(dòng)臺(tái)與當(dāng)前基站之間的鏈路轉(zhuǎn)移到移動(dòng)臺(tái)與新基站之間的鏈路。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 越區(qū)切換包括三個(gè)方面的問題： 越區(qū)切換的準(zhǔn)則， 也就是何時(shí)需要進(jìn)行越區(qū)切換； 越區(qū)切換如何控制； 越區(qū)切換時(shí)的信道分配。 研究越區(qū)切換算法所關(guān)心的主要性能指標(biāo)包括： 越區(qū)切換的失敗概率、 因越區(qū)失敗而使通信中斷的概率、 越區(qū)切換的速率、

59、 越區(qū)切換引起的通信中斷的時(shí)間間隔以及越區(qū)切換發(fā)生的時(shí)延等。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 越區(qū)切換分為兩大類： 一類是硬切換， 另一類是軟切換。 硬切換是指在新的連接建立以前， 先中斷舊的連接。 而軟切換是指既維持舊的連接， 又同時(shí)建立新的連接， 并利用新舊鏈路的分集合并來改善通信質(zhì)量， 當(dāng)與新基站建立可靠連接之后再中斷舊鏈路。在越區(qū)切換時(shí)， 可以僅以某個(gè)方向(上行或下行)的鏈路質(zhì)量為準(zhǔn)， 也可以同時(shí)考慮雙向鏈路的通信質(zhì)量。第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 1. 越區(qū)切換的準(zhǔn)則 在決定何時(shí)需要進(jìn)行越區(qū)切換時(shí)， 通常根據(jù)移動(dòng)臺(tái)處接收的平均信號(hào)強(qiáng)度來確定， 也可以根據(jù)移動(dòng)臺(tái)處的信噪比(或信號(hào)干

60、擾比)、 誤比特率等參數(shù)來確定。 假定移動(dòng)臺(tái)從基站1向基站2運(yùn)動(dòng)， 其信號(hào)強(qiáng)度的變化如圖 5 - 27 所示。 判定何時(shí)需要越區(qū)切換的準(zhǔn)則如下：第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) (1) 相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則(準(zhǔn)則1)： 在任何時(shí)間都選擇具有最強(qiáng)接收信號(hào)的基站。 如圖 5 - 27 中的 A處將要發(fā)生越區(qū)切換。 這種準(zhǔn)則的缺點(diǎn)是： 在原基站的信號(hào)強(qiáng)度仍滿足要求的情況下， 會(huì)引發(fā)太多不必要的越區(qū)切換。 第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) (2) 具有門限規(guī)定的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則(準(zhǔn)則2)： 僅允許移動(dòng)用戶在當(dāng)前基站的信號(hào)足夠弱(低于某一門限)， 且新基站的信號(hào)強(qiáng)于本基站的信號(hào)情況下， 才可以進(jìn)行越區(qū)切換。