第2章 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng)

第2章移動(dòng)通信網(wǎng)2.1引言2.2移動(dòng)通信體制2.3移動(dòng)通信的信道結(jié)構(gòu)2.4

蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率配置2.5移動(dòng)通信環(huán)境下的干擾2.6蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的頻率規(guī)劃2.7多信道共用技術(shù)2.8移動(dòng)性管理2.9無線資源管理技術(shù)2.1引言移動(dòng)通信網(wǎng)就是承接移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，主要完成移動(dòng)用戶之間、移動(dòng)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(yè)務(wù)，還包括數(shù)據(jù)、傳真和圖像等通信業(yè)務(wù)。一些移動(dòng)通信網(wǎng)直接向社會(huì)公眾提供移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，與公共交換電話網(wǎng)（PSTN）聯(lián)系密切，并經(jīng)專門的線路進(jìn)入公共交換電話網(wǎng)，我們稱之為公用移動(dòng)電話網(wǎng)，簡(jiǎn)稱公網(wǎng)。也有的移動(dòng)通信網(wǎng)是一些專用網(wǎng)，并不對(duì)公眾開放，不進(jìn)入電話網(wǎng)，或與PSTN的互連較少，如工業(yè)企業(yè)中的無線電調(diào)度、公安指揮、交通管理、海關(guān)緝私、醫(yī)療救護(hù)等部門使用的無線電話網(wǎng)，通常稱之為專用移動(dòng)通信網(wǎng)，簡(jiǎn)稱專網(wǎng)。2.2移動(dòng)通信體制2.2.1大區(qū)制移動(dòng)通信網(wǎng)大區(qū)制就是在一個(gè)服務(wù)區(qū)域(如一個(gè)城市)內(nèi)只有一個(gè)或幾個(gè)基站（BaseStation，BS），并由它負(fù)責(zé)移動(dòng)通信的聯(lián)絡(luò)和控制，

如圖2-1所示。

通常為了擴(kuò)大服務(wù)區(qū)域的范圍，基站天線架設(shè)得都很高，發(fā)射機(jī)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(qū)制移動(dòng)通信示意圖由于電池容量有限，通常移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)的輸出功率較小，因此移動(dòng)臺(tái)距基站較遠(yuǎn)時(shí)，移動(dòng)臺(tái)可以收到基站發(fā)來的信號(hào)(即下行信號(hào))，但基站收不到移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的信號(hào)(即上行信號(hào))。為了解決兩個(gè)方向通信不一致的問題，可以在服務(wù)區(qū)域中的適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)設(shè)立若干個(gè)分集接收站，如圖2－1中的虛線所示，以保證在服務(wù)區(qū)內(nèi)的雙向通信質(zhì)量。在大區(qū)制中，為了避免相互間的干擾，在服務(wù)區(qū)內(nèi)的所有頻道(一個(gè)頻道包含收、發(fā)一對(duì)頻率)的頻率都不能重復(fù)。比如，移動(dòng)臺(tái)MS1使用了頻率f1和f2，那么，另一個(gè)移動(dòng)臺(tái)MS2就不能再使用這對(duì)頻率了;否則，將產(chǎn)生嚴(yán)重的同頻干擾。因而，這種體制的頻率利用率和通信容量都受到了限制，滿足不了用戶數(shù)量急劇增長(zhǎng)的需要。大區(qū)制的優(yōu)點(diǎn)是組成簡(jiǎn)單，投資少，見效快，主要用于專網(wǎng)或用戶較少的地域。例如，在農(nóng)村或城鎮(zhèn)，為節(jié)約初期工程投資，可按大區(qū)制設(shè)計(jì)考慮。但是，從遠(yuǎn)期規(guī)劃來說，為了滿足用戶數(shù)量增長(zhǎng)的需要，提高頻率的利用率，還需采用小區(qū)制的辦法。2.2.2小區(qū)制（蜂窩）移動(dòng)通信網(wǎng)小區(qū)制就是把整個(gè)服務(wù)區(qū)域劃分為若干個(gè)無線小區(qū)（Cell），每個(gè)小區(qū)分別設(shè)置一個(gè)基站，負(fù)責(zé)本區(qū)移動(dòng)通信的聯(lián)絡(luò)和控制。同時(shí)，又可在移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC）的統(tǒng)一控制下，實(shí)現(xiàn)小區(qū)之間移動(dòng)用戶通信的轉(zhuǎn)接，以及移動(dòng)用戶與市話用戶的聯(lián)系。比如，可以把圖2-1中的服務(wù)區(qū)域一分為七，如圖2-2所示。每個(gè)小區(qū)（半徑為2～20km，目前小的有1～3km，有的城市為500m）各設(shè)一個(gè)小功率基站(BS1～BS7)，發(fā)射功率一般為5～20W，以滿足各無線小區(qū)移動(dòng)通信的需要。

隨著用戶數(shù)的不斷增加，無線小區(qū)還可以繼續(xù)劃小為微小區(qū)（Microcell）和微微小區(qū)（Picrocell），以不斷適應(yīng)用戶數(shù)增長(zhǎng)的需要。在實(shí)際中，用小區(qū)分裂（CellSplitting）、小區(qū)扇形化（Sectoring）和覆蓋區(qū)域逼近（CoverageZoneApproaches）等技術(shù)來增大蜂窩系統(tǒng)容量。小區(qū)分裂是將擁塞的小區(qū)分成更小的小區(qū)，每個(gè)小區(qū)都有自己的基站并相應(yīng)的降低天線高度和減小發(fā)射機(jī)功率。由于小區(qū)分裂提高了信道的復(fù)用次數(shù)，因而使系統(tǒng)容量有了明顯提高。假設(shè)系統(tǒng)中所有小區(qū)都按小區(qū)半徑的一半來分裂，如圖2-3所示，理論上，系統(tǒng)容量增長(zhǎng)接近4倍。小區(qū)扇形化依靠基站的方向性天線來減少同頻干擾以提高系統(tǒng)容量，

通常一個(gè)小區(qū)劃分為3個(gè)120°的扇區(qū)或是6個(gè)60°的扇區(qū)。

圖2-2小區(qū)制(蜂窩)移動(dòng)通信網(wǎng)采用小區(qū)制不僅提高了頻率的利用率，而且由于基站功率減小，也使相互間的干擾減少了。此外，無線小區(qū)的范圍還可根據(jù)實(shí)際用戶數(shù)的多少靈活確定，具有組網(wǎng)的靈活性。采用小區(qū)制最大的優(yōu)點(diǎn)是有效地解決了頻道數(shù)量有限和用戶數(shù)增大之間的矛盾。所以，公用移動(dòng)電話網(wǎng)均采用這種體制。但是這種體制在移動(dòng)臺(tái)通話過程中，從一個(gè)小區(qū)轉(zhuǎn)入另一個(gè)小區(qū)時(shí)，移動(dòng)臺(tái)需要經(jīng)常地更換工作頻道。無線小區(qū)的范圍越小，通話中切換頻道的次數(shù)就越多，這樣對(duì)控制交換功能的要求就提高了，再加上基站數(shù)量的增加，建網(wǎng)的成本就提高了，所以無線小區(qū)的范圍也不宜過小。通常需根據(jù)用戶密度或業(yè)務(wù)量的大小來確定無線小區(qū)半徑，目前，宏小區(qū)半徑一般為（1～5）km。

圖2-3按小區(qū)半徑的一半進(jìn)行小區(qū)分裂示意圖當(dāng)基站采用全向天線時(shí)，基站覆蓋區(qū)大致是一個(gè)圓。當(dāng)多個(gè)無線小區(qū)彼此連接并覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)時(shí)，可以用圓的內(nèi)接正多邊形來近似。能全面覆蓋一個(gè)平面的正多邊形有正三角形、正方形、正六邊形三種。在這三種小區(qū)結(jié)構(gòu)中，正六邊形小區(qū)的中心間隔和覆蓋面積都是最大的，而重疊區(qū)域?qū)挾群椭丿B區(qū)域面積又最小。這意味著對(duì)于同樣大小的服務(wù)區(qū)域，采用正六邊形構(gòu)成小區(qū)所需的小區(qū)數(shù)最少，所需頻率組數(shù)最少，各基站間的同頻干擾最小。由于小區(qū)采用了正六邊形小區(qū)結(jié)構(gòu)，形成蜂窩狀分布，因此小區(qū)制亦稱蜂窩制。由于公用移動(dòng)電話網(wǎng)均采用這種體制，因此，公用移動(dòng)電話也稱為蜂窩移動(dòng)通信（CellularMobileTelecommunications）。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，對(duì)基站進(jìn)行選址以及分配信道組的設(shè)計(jì)過程叫做頻率規(guī)劃（FrequencyPlanning）。當(dāng)用正六邊形來模擬覆蓋范圍時(shí)，基站發(fā)射機(jī)可安置在小區(qū)的中心（中心激勵(lì)方式）或者安置在六個(gè)小區(qū)頂點(diǎn)之中的三個(gè)點(diǎn)上（頂點(diǎn)激勵(lì)方式）。通常，中心激勵(lì)方式采用全向天線，頂點(diǎn)激勵(lì)方式采用扇形天線。2.3移動(dòng)通信的信道結(jié)構(gòu)2.3.1話音信道(VC)1.檢測(cè)音(SAT)在模擬蜂窩系統(tǒng)(AMPS和TACS)中，檢測(cè)音(SAT)是指在話音傳輸期間連續(xù)發(fā)送的帶外單音。MSC通過對(duì)SAT的檢測(cè)，可以了解話音信道的傳輸質(zhì)量。當(dāng)話音信道單元發(fā)射機(jī)啟動(dòng)后，就會(huì)不斷在帶外(話音頻帶為300~3400Hz)發(fā)出檢測(cè)音(5970Hz或6000Hz或6030Hz)。SAT由BS的話音信道單元發(fā)出，經(jīng)移動(dòng)臺(tái)MS環(huán)回。2.數(shù)據(jù)在一定情況下，在話音信道上還可傳遞數(shù)據(jù)。例如，在越區(qū)切換時(shí)，通話將暫時(shí)中斷(模擬蜂窩系統(tǒng)中一般要求限定在800ms之內(nèi))，可利用這段時(shí)間在話音信道中，以數(shù)據(jù)形式傳遞必要的指令或交換數(shù)據(jù)。

3.信號(hào)音(ST)信號(hào)音為線路信號(hào)。它是由移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的單向信號(hào)。例如，在BS尋呼MS過程中，如果BS收到MS發(fā)來的ST，就表示振鈴成功。在切換過程中，原BS收到MS發(fā)來的ST信號(hào)，則表示MS對(duì)切換認(rèn)可。ST是帶內(nèi)信號(hào)，一般在0~300Hz之間。2.3.2控制信道(CC)1.尋呼當(dāng)移動(dòng)用戶被呼時(shí)，就在控制信道的下行信道發(fā)起呼叫移動(dòng)臺(tái)信號(hào)，所以將該信道稱為尋呼信道(PC)。2.接入當(dāng)移動(dòng)用戶主呼時(shí)，就在控制信道的上行信道發(fā)起主呼信號(hào)，所以將該信道稱為接入信道(AC)。在控制信道中，不僅傳遞尋呼和接入信號(hào)，還傳遞大量的其他數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)的常用報(bào)文、指定通話信道、重試(重新試呼)等信號(hào)。2.4移動(dòng)通信網(wǎng)的頻率配置表2-1我國(guó)無線電委員會(huì)分配給蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率系統(tǒng)或使用部門上行頻率/MHz下行頻率/MHz中國(guó)電信CDMA825~835870~880中國(guó)聯(lián)通GSM900/1800909~915;1745~1755954~960;1840~1850中國(guó)移動(dòng)GSM900/1800890~909;1710~1720935~954;1805~1815中國(guó)電信cdma20001920~19352110~2125中國(guó)聯(lián)通WCDMA1940~19552130~2145中國(guó)移動(dòng)TD-SCDMA1880~1900;2010~2025由表2-1可以看出，對(duì)于頻分雙工（FDD）蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，900MHz頻段收發(fā)頻差為45MHz，1800MHz頻段收發(fā)頻差為95MHz，2000MHz頻段收發(fā)頻差為90MHz。注意：對(duì)于450MHzFDD專用移動(dòng)通信系統(tǒng)，收發(fā)頻差為10MHz；對(duì)于150MHzFDD專用移動(dòng)通信系統(tǒng)，收發(fā)頻差為5.7MHz。以中國(guó)聯(lián)通GSM900為例，6MHz帶寬，收發(fā)頻差為45MHz，載波間隔為200kHz，即200kHz一個(gè)載波頻點(diǎn)，共30個(gè)載波頻點(diǎn)，除去工作頻點(diǎn)首尾各一個(gè)保護(hù)頻點(diǎn)，共28個(gè)頻點(diǎn)。在3G頻段分配方面，中國(guó)移動(dòng)TD-SCDMA獲得的頻譜為（1880~1900）MHz，共20MHz，之前TD-SCDMA試驗(yàn)網(wǎng)還曾獲得（2010~2025）MHz的頻譜，兩者加起來，TD-SCDMA共獲得35MHz。（1900~1920）MHz頻段目前尚被中國(guó)聯(lián)通及中國(guó)電信小靈通(PHS)使用。2009年2月，政府主管部門明確要求所有（1900~1920）MHz頻段無線接入系統(tǒng)應(yīng)在2011年底前完成清頻退網(wǎng)工作，以確保不對(duì)（1880~1900）MHz頻段TD-SCDMA系統(tǒng)產(chǎn)生有害干擾。中國(guó)電信cdma2000除了原先使用的800MHz頻段外，獲批的是（1920~1935）MHz(上行)、（2110~2125）MHz(下行)；中國(guó)聯(lián)通WCDMA獲得的是（1940~1955）MHz(上行)、（2130~2145）MHz(下行)。它們分別獲得30MHz，而且無論上行還是下行，中間都相隔了5MHz，以免相互干擾。此外，目前運(yùn)用的800MHz/900MHz/1800MHz頻段的2GFDD頻譜也為未來3GFDD使用頻譜。對(duì)于早期的模擬蜂窩系統(tǒng)，不同設(shè)備的信道（載波）間隔不同。北美為30kHz，如AMPS系統(tǒng)的信道間隔為30kHz；德國(guó)為20kHz；日本、英國(guó)、北歐和中國(guó)都是25kHz，如TACS系統(tǒng)的信道間隔為25kHz。2.5移動(dòng)通信環(huán)境下的干擾2.5.1同頻道干擾1.同頻道干擾保護(hù)比指標(biāo)接收機(jī)輸出端有用信號(hào)達(dá)到規(guī)定質(zhì)量的情況下，在接收機(jī)輸入端測(cè)得有用射頻信號(hào)與同頻無用射頻信號(hào)之比的最小值，稱為同頻道干擾保護(hù)比。該指標(biāo)與網(wǎng)絡(luò)提供的話音質(zhì)量有關(guān)。話音質(zhì)量通過用戶平均意見得分（MOS，MeanOpinionScores)進(jìn)行評(píng)價(jià)，分為1~5級(jí)，級(jí)越高越好。（1）靜態(tài)同頻道干擾保護(hù)比。對(duì)于三級(jí)話音質(zhì)量其下限信噪比為14dB。對(duì)應(yīng)的有用信號(hào)與干擾信號(hào)之比為8dB。所以，為了維持三級(jí)話音質(zhì)量下限，靜態(tài)同頻道干擾保護(hù)比要求大于等于8dB。四級(jí)話音質(zhì)量其下限信噪比約為25dB。為了維持四級(jí)話音質(zhì)量下限，靜態(tài)同頻道干擾保護(hù)比要求大于等于12dB。（2）同頻道干擾概率。同頻道干擾概率規(guī)定為10%。（3）考慮衰落影響、干擾概率和靜態(tài)射頻保護(hù)比后的同頻道干擾保護(hù)比。當(dāng)有快衰落和慢衰落時(shí)，通常的做法是在靜態(tài)同頻道干擾保護(hù)比（P）上加上同頻道干擾余量（ZP），即P+ZP（dB）。表2-2列出干擾概率為10%時(shí)的P+ZP值。表2-2干擾概率為10%時(shí)的P+ZP話音等級(jí)P/dBZP/dBP+ZP/dBσL=6dBσL=12dBσL=6dBσL=12dB三級(jí)話音質(zhì)量814.522.822.530.8四級(jí)話音質(zhì)量1214.522.826.534.8

2.同頻道復(fù)用保護(hù)距離系數(shù)D/r在蜂窩網(wǎng)中，使兩個(gè)同頻小區(qū)保持必要的距離是保證同頻道干擾保護(hù)比達(dá)到指標(biāo)要求的主要辦法。在全向基站區(qū)中，同頻道復(fù)用保護(hù)距離系數(shù)由圖2-4定義。為了滿足表2－2的同頻道干擾保護(hù)比指標(biāo)，所需要的系數(shù)可由式（2-1）計(jì)算，其結(jié)果列于表2－3。

式中，D/r為同頻道復(fù)用保護(hù)距離系數(shù)。(2-1)圖2-4同頻道復(fù)用保護(hù)距離系數(shù)表2-3同頻道復(fù)用保護(hù)距離系數(shù)D/rP+ZP/dB22.530.826.534.8D/r4.77.35.68.92.5.2鄰頻道干擾工作在k頻道的接收機(jī)受到工作于k±1頻道的信號(hào)的干擾，即鄰道（k±1頻道）信號(hào)功率落入k頻道的接收機(jī)通帶內(nèi)造成的干擾稱為鄰頻道干擾。解決鄰頻道干擾的措施包括：（1）降低發(fā)射機(jī)落入相鄰頻道的干擾功率，即減小發(fā)射機(jī)帶外輻射；（2）提高接收機(jī)的鄰頻道選擇性；（3）在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，避免相鄰頻道在同一小區(qū)或相鄰小區(qū)內(nèi)使用，以增加同頻道防護(hù)比。2.5.3互調(diào)干擾在專用網(wǎng)和小容量網(wǎng)中，互調(diào)干擾可能成為設(shè)臺(tái)組網(wǎng)較關(guān)心的問題。產(chǎn)生互調(diào)干擾的基本條件是：（1）幾個(gè)干擾信號(hào)（ωA、ωB、ωC）與受干擾信號(hào)的頻率（ωS）之間滿足2ωA-ωB=ωS或ωA+ωB-ωC=ωS的條件。（2）干擾信號(hào)的幅度足夠大。（3）干擾（信號(hào)）站和受干擾的接收機(jī)都同時(shí)工作。互調(diào)干擾分為發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾和接收機(jī)互調(diào)干擾兩類。1.發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾一部發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)進(jìn)入了另一部發(fā)射機(jī)，并在其末級(jí)功放的非線性作用下與輸出信號(hào)相互調(diào)制，產(chǎn)生不需要的組合干擾頻率，對(duì)接收信號(hào)頻率與這些組合頻率相同的接收機(jī)造成的干擾，稱為發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾。減少發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾的措施有：（1）加大發(fā)射機(jī)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(fā)射機(jī)的互調(diào)轉(zhuǎn)換衰耗。2.接收機(jī)互調(diào)干擾當(dāng)多個(gè)強(qiáng)干擾信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)前端電路時(shí)，在器件的非線性作用下，干擾信號(hào)互相混頻后產(chǎn)生可落入接收機(jī)中頻頻帶內(nèi)的互調(diào)產(chǎn)物而造成的干擾稱為接收機(jī)互調(diào)干擾。減少接收機(jī)互調(diào)干擾的措施有：（1）提高接收機(jī)前端電路的線性度；（2）在接收機(jī)前端插入濾波器，提高其選擇性；（3）選用無三階互調(diào)的頻道組工作。3.在設(shè)臺(tái)組網(wǎng)中對(duì)抗互調(diào)干擾的措施（1）蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)。由于需要頻道多和采用空腔諧振式合成器，只有采用互調(diào)最小的等間隔頻道配置方式，并依靠設(shè)備優(yōu)良的互調(diào)抑制指標(biāo)來抑制互調(diào)干擾。（2）專用的小容量移動(dòng)通信網(wǎng)。主要采用不等間隔排列的無三階互調(diào)的頻道配置方法來避免發(fā)生互調(diào)干擾。表2-4列出無三階互調(diào)的頻道序號(hào)。由表2-4可見，當(dāng)需要的頻道數(shù)較多時(shí)，頻道利用率很低，故不適用于蜂窩網(wǎng)。表2-4無三階互調(diào)干擾的信道組2.5.4阻塞干擾當(dāng)外界存在一個(gè)離接收機(jī)工作頻率較遠(yuǎn),但能進(jìn)入接收機(jī)并作用于其前端電路的強(qiáng)干擾信號(hào)時(shí)，由于接收機(jī)前端電路的非線性而造成對(duì)有用信號(hào)增益降低或噪聲增高，使接收機(jī)靈敏度下降的現(xiàn)象稱為阻塞干擾。這種干擾與干擾信號(hào)的幅度有關(guān)，幅度越大，干擾越嚴(yán)重。當(dāng)干擾電壓幅度非常強(qiáng)時(shí)，可導(dǎo)致接收機(jī)收不到有用信號(hào)而使通信中斷。2.5.5近端對(duì)遠(yuǎn)端的干擾當(dāng)基站同時(shí)接收從兩個(gè)距離不同的移動(dòng)臺(tái)發(fā)來的信號(hào)時(shí)，距基站近的移動(dòng)臺(tái)B（距離d2）到達(dá)基站的功率明顯要大于距離基站遠(yuǎn)的移動(dòng)臺(tái)A（距離ｄ１，ｄ２<<ｄ1）的到達(dá)功率，若二者頻率相近，則距基站近的移動(dòng)臺(tái)B就會(huì)造成對(duì)接收距離距基站遠(yuǎn)的移動(dòng)臺(tái)A的有用信號(hào)的干擾或仰制，甚至將移動(dòng)臺(tái)A的有用信號(hào)淹沒。這種現(xiàn)象稱為近端對(duì)遠(yuǎn)端干擾。克服近端對(duì)遠(yuǎn)端干擾的措施主要有兩個(gè)：一是使兩個(gè)移動(dòng)臺(tái)所用頻道拉開必要間隔；二是移動(dòng)臺(tái)端加自動(dòng)（發(fā)射）功率控制（APC），使所有工作的移動(dòng)臺(tái)到達(dá)基站功率基本一致。由于頻率資源緊張，幾乎所有的移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)基站和移動(dòng)終端都采用APC工作方式。2.6蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的頻率規(guī)劃2.6.1等頻距分配法在蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，同信道干擾問題已在分群時(shí)考慮，保證有足夠的防護(hù)比，而鄰道干擾的問題則在信道分配時(shí)應(yīng)加以考慮。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(gè)信道，將其分為N個(gè)信道組，則每個(gè)信道組中有M/N個(gè)信道，而N個(gè)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(hào)，最大為K=N，j為信道序號(hào)的取值。我國(guó)GSM網(wǎng)和TACS網(wǎng)均采用了這種方法。如果基站采用了無方向性激勵(lì)時(shí)，通常以12個(gè)無線小區(qū)（基地區(qū)）作為一個(gè)簇（cluster），其信道組配置如圖2-5所示。按K+jN的規(guī)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(nèi)的最小間隔為12，保證了對(duì)鄰道干擾的抑制。圖2-512個(gè)無線小區(qū)為一個(gè)簇的信道組配置圖2-64個(gè)基站24個(gè)扇形無線小區(qū)為一個(gè)簇的信道組配置由圖可見，它采用4個(gè)基站、6個(gè)頂點(diǎn)為60°的扇形定向天線，則每個(gè)基站應(yīng)有6組信道，每個(gè)簇有24個(gè)信道組，共96個(gè)頻點(diǎn)，其信道分配為：BS1選用的六個(gè)信道組為（1，25，49，73）；（5，29，53，77）；…；(21，45，69，93)；BS2選用的六個(gè)信道組為（2，26，50，74）；（6，30，54，78）；…；(22，46，70，94)；BS3選用的六個(gè)信道組為（3，27，51，75）；（7，31，55，79）；…；(23，47，71，95)；BS4選用的六個(gè)信道組為（4，28，52，76）；（8，32，56，80）；…；(24，48，72，96)。

圖2-77個(gè)基站、21個(gè)扇形無線小區(qū)為一個(gè)簇的信道組配置2.6.2信道分配策略信道分配策略可分為兩類：固定的信道分配策略和動(dòng)態(tài)的信道分配策略。在固定的信道分配策略中，每個(gè)小區(qū)分配給一組預(yù)先確定好的話音信道。前面介紹的等頻距分配法采用將某一組信道固定分配給某一基站，即基站的頻點(diǎn)是固定不變的，就屬固定信道分配法。它具有控制方便，投資少的特點(diǎn)。但信道的利用率較低。在各個(gè)覆蓋區(qū)話務(wù)量不均勻的情況下，當(dāng)一個(gè)基站的信道全忙時(shí)，鄰近的信道即使空閑也不能使用。

為了進(jìn)一步提高頻譜的利用率，使信道的配置方法能夠隨移動(dòng)通信網(wǎng)的地理分布及業(yè)務(wù)量大小的變化而變化，目前在移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用了一種動(dòng)態(tài)信道分配方法。它不是將信道固定地分配給某個(gè)基站，而是實(shí)現(xiàn)信道動(dòng)態(tài)分配，其頻譜的利用率大約可提高20%。動(dòng)態(tài)信道分配需要智能控制，以便于及時(shí)收集和處理大量的數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)給出結(jié)果并進(jìn)行控制。動(dòng)態(tài)信道分配可以做到按業(yè)務(wù)量的大小，合理地在不同基站之間按需分配信道，避免了小區(qū)忙閑不均的情況。其比較突出的缺點(diǎn)是會(huì)在此時(shí)造成的干擾（同頻干擾和鄰道干擾）比較嚴(yán)重，必須要有一個(gè)既可充分利用無線頻譜以增加用戶容量而又能減少干擾的綜合考慮方案。為此，人們提出許多不同的信道分配策略。

2.6.2信道分配策略信道分配策略可分為兩類：固定的信道分配策略和動(dòng)態(tài)的信道分配策略。在固定的信道分配策略中，給每個(gè)小區(qū)分配一組預(yù)先確定好的話音信道。前面介紹的等頻距分配法采用將某一組信道固定分配給某一基站，即基站的頻點(diǎn)是固定不變的，就屬固定的信道分配策略。它具有控制方便、投資少的特點(diǎn)，但信道的利用率較低，在各個(gè)覆蓋區(qū)話務(wù)量不均勻的情況下，當(dāng)一個(gè)基站的信道全忙時(shí)，鄰近的信道即使空閑也不能使用。為了進(jìn)一步提高頻譜的利用率，使信道的配置方法能夠隨移動(dòng)通信網(wǎng)的地理分布及業(yè)務(wù)量大小的變化而變化，目前在移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用了一種動(dòng)態(tài)的信道分配策略。它不是將信道固定地分配給某個(gè)基站，而是實(shí)現(xiàn)信道動(dòng)態(tài)分配，其頻譜的利用率大約可提高20%。動(dòng)態(tài)信道分配需要智能控制，以便于及時(shí)收集和處理大量的數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)給出結(jié)果并進(jìn)行控制。動(dòng)態(tài)信道分配可以做到按業(yè)務(wù)量的大小，合理地在不同基站之間按需分配信道，避免了小區(qū)忙閑不均的情況。其比較突出的缺點(diǎn)是此時(shí)造成的干擾（同頻干擾和鄰道干擾）比較嚴(yán)重，必須要有一個(gè)既可充分利用無線頻譜以增加用戶容量又能減少干擾的綜合考慮方案。為此，人們提出了許多不同的信道分配策略。在動(dòng)態(tài)的信道分配策略中，各基站在接到呼叫請(qǐng)求后，就向MSC請(qǐng)求一個(gè)信道。MSC則根據(jù)某種算法給發(fā)出請(qǐng)求的小區(qū)分配一個(gè)信道。這種算法應(yīng)考慮以下問題：該小區(qū)中以后呼叫阻塞的可能性，候選信道使用的頻次，信道的復(fù)用距離以及其他要增加的開銷等等。因此，MSC只分配符合以下條件的某一頻率：這個(gè)小區(qū)沒有使用該頻率，而且任何為了避免同頻干擾而限定的最小頻率復(fù)用距離內(nèi)的小區(qū)也都沒有使用該頻率。動(dòng)態(tài)的信道分配策略有利于提高信道利用率，并可以減小系統(tǒng)呼叫阻塞率，但要求MSC連續(xù)實(shí)時(shí)地收集關(guān)于信道的占用情況、話務(wù)量的分布情況以及所有信道的無線信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）等數(shù)據(jù)，這增加了系統(tǒng)的計(jì)算量和存儲(chǔ)量。2.7多信道共用技術(shù)2.7.1話務(wù)量與呼損1.呼叫話務(wù)量話務(wù)量是度量通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)量或繁忙程度的指標(biāo)。所謂呼叫話務(wù)量A，是指單位時(shí)間內(nèi)（1小時(shí)）進(jìn)行的平均電話交換量。它可用下面公式來表示：(2-2)式中：C——每小時(shí)平均呼叫次數(shù)（包括呼叫成功和呼叫失敗的次數(shù)）；t0——每次呼叫平均占用信道的時(shí)間（包括接續(xù)時(shí)間和通話時(shí)間）。如果t0以小時(shí)為單位，則話務(wù)量A的單位是厄蘭(Erlang，占線小時(shí)，簡(jiǎn)稱Erl)。如果在一個(gè)小時(shí)內(nèi)不斷地占用一個(gè)信道，則其呼叫話務(wù)量為1Erl。它是一個(gè)信道具有的最大話務(wù)量。例如，設(shè)在100個(gè)信道上，平均每小時(shí)有2100次呼叫，平均每次呼叫時(shí)間為2分鐘，則這些信道上的呼叫話務(wù)量：2.呼損率當(dāng)多個(gè)用戶共用時(shí)，通?？偸怯脩魯?shù)大于信道數(shù)。因此，會(huì)出現(xiàn)許多用戶同時(shí)要求通話而信道數(shù)不能滿足要求的情況。這時(shí)只能先讓一部分用戶通話，而讓另一部分用戶等待，直到有空閑信道時(shí)再通話。這后一部分用戶雖然發(fā)出呼叫，但因無信道而不能通話稱做呼叫失敗。在一個(gè)通信系統(tǒng)中，造成呼叫失敗的概率稱為呼叫失敗概率，簡(jiǎn)稱為呼損率（B）。設(shè)A′為呼叫成功而接通電話的話務(wù)量，簡(jiǎn)稱為完成話務(wù)量；C為總呼叫的次數(shù)；C0為一小時(shí)內(nèi)呼叫成功而通話的次數(shù);t

為每次通話的平均占用信道時(shí)間，則完成話務(wù)量A′為呼損率B為式中，（A-A′）為損失話務(wù)量。所以呼損率的物理意義是損失話務(wù)量與呼叫話務(wù)量之比的百分?jǐn)?shù)。(2-3)(2-4)顯然，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(tǒng)的服務(wù)等級(jí)GOS（theGradeOfService）。例如，某系統(tǒng)的呼損率為10%，即說明該系統(tǒng)內(nèi)的用戶每呼叫100次，其中有10次因信道被占用而打不通電話，其余90次則能找到空閑信道而實(shí)現(xiàn)通話。但是，對(duì)于一個(gè)通信網(wǎng)來說，要想使呼損減少，只有讓呼叫流入的話務(wù)量減少，即容納的用戶數(shù)少一些，這是不希望的?？梢姾魮p率和話務(wù)量是一對(duì)矛盾，即服務(wù)等級(jí)和信道利用率是矛盾的。如果呼叫有以下性質(zhì)：(1)每次呼叫相互獨(dú)立，互不相關(guān)（呼叫具有隨機(jī)性）；(2)每次呼叫在時(shí)間上都有相同的概率；并假定移動(dòng)電話通信服務(wù)系統(tǒng)的信道數(shù)為n；則呼損率B可計(jì)算如下：(2-5)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損失概率表繁忙小時(shí)集中度(K)日常生活中，一天24小時(shí)中總有一些時(shí)間打電話的人多，另外一些時(shí)間使用電話的人少，因此對(duì)一個(gè)通信系統(tǒng)來說，可以區(qū)分忙時(shí)和非忙時(shí)。例如，在我國(guó)早晨8點(diǎn)到9點(diǎn)屬于電話的忙時(shí)，而一些歐美國(guó)家晚上7點(diǎn)屬于電話忙時(shí)，因此在考慮通信系統(tǒng)的用戶數(shù)和信道數(shù)時(shí)，顯而易見，應(yīng)采用忙時(shí)平均話務(wù)量。因?yàn)橹灰诿r(shí)信道夠用，非忙時(shí)肯定不成問題。忙時(shí)話務(wù)量與全日的話務(wù)量之比稱為繁忙小時(shí)集中度。

繁忙小時(shí)集中度K一般為8%~14%。4.每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量（Aa）假設(shè)每一用戶每天平均呼叫次數(shù)為C，每次呼叫平均占用信道的時(shí)間為T（單位為秒），忙時(shí)集中率為K，則每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量為可以看出，Aa為最忙時(shí)間的那個(gè)小時(shí)的話務(wù)量，它是統(tǒng)計(jì)平均值。例如，每天平均呼叫3次，每次的呼叫平均占用時(shí)間為120秒，忙時(shí)集中度為10%(K=0.1)，則每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量為0.01Erl/用戶。(2-6)一些移動(dòng)電話通信網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)值表明，對(duì)于公用移動(dòng)通信網(wǎng)，每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量可按0.01Erl計(jì)算；對(duì)于專用移動(dòng)通信網(wǎng)，由于業(yè)務(wù)的不同，每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量也不一樣。一般可按0.06Erl計(jì)算。2.7.2每個(gè)信道能容納的用戶數(shù)當(dāng)每個(gè)用戶忙時(shí)的話務(wù)量確定后，每個(gè)信道所能容納的用戶數(shù)m可由下式?jīng)Q定：每個(gè)信道的m與在一定呼損條件下的信道平均話務(wù)量成正比，而與每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量成反比。例如，某移動(dòng)通信系統(tǒng)一個(gè)無線小區(qū)有8個(gè)信道(1個(gè)控制信道，7個(gè)話音信道)，每天每個(gè)用戶平均呼叫10次，每次占用信道平均時(shí)間為80秒，呼損率要求10%，忙時(shí)集中率為0.125。問該無線小區(qū)能容納多少用戶？（2-7）(1)根據(jù)呼損的要求及信道數(shù)(n=7)，求總話務(wù)量A：可以利用公式，也可查表。求得A=4.666Erl。(2)求每個(gè)用戶的忙時(shí)話務(wù)量Aa：(3)求每個(gè)信道能容納的用戶數(shù)m：(4)系統(tǒng)所容納的用戶數(shù)：2.8移動(dòng)移動(dòng)性管理

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與固定通信網(wǎng)絡(luò)相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是可移動(dòng)性（Mobility）。移動(dòng)性是指對(duì)于用戶和終端位置的改變而持續(xù)接入服務(wù)、繼續(xù)通信的能力。移動(dòng)性可劃分為兩個(gè)級(jí)別：一個(gè)稱為游牧移動(dòng)，指用戶在移動(dòng)時(shí)能改變其網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，但正在進(jìn)行的服務(wù)會(huì)話會(huì)完全停止，必須重新啟動(dòng)；另一個(gè)稱為無縫（seamless）移動(dòng)，指當(dāng)用戶或終端移動(dòng)時(shí)能隨時(shí)改變其網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)而不中斷正在進(jìn)行的服務(wù)會(huì)話。它們都要求在核心網(wǎng)提供相應(yīng)的功能。這些功能應(yīng)該包括用戶鑒別、授權(quán)、位置更新、用戶信息的下載等，我們稱之為移動(dòng)性管理（MM，MobilityManagement）。從第一代蜂窩移動(dòng)通信開始，人們就致力于無縫移動(dòng)。實(shí)際上，一些大范圍專用無線通信系統(tǒng)，如早期的DECT系統(tǒng)，已經(jīng)包含了某些移動(dòng)性功能，這些功能與蜂窩系統(tǒng)中的移動(dòng)性有某些相似之處。用戶的移動(dòng)性和對(duì)移動(dòng)性的自動(dòng)管理是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，因此移動(dòng)性管理（MM）是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)必不可少的功能。移動(dòng)性管理包括兩個(gè)方面：位置管理和切換管理。其中，位置管理確保了移動(dòng)臺(tái)在移動(dòng)過程中能被移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)有效地尋呼到；切換管理反映移動(dòng)臺(tái)在跨小區(qū)或跨MSC時(shí)保證原有業(yè)務(wù)的連續(xù)性。2.8.1位置管理移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)跟蹤記錄移動(dòng)臺(tái)（MS）的位置信息，這樣就能把來話轉(zhuǎn)至被叫用戶。為了實(shí)現(xiàn)位置跟蹤，一個(gè)移動(dòng)服務(wù)區(qū)被劃分成幾個(gè)位置區(qū)（LA，LocationArea）或注冊(cè)區(qū)。一般情況下，LA的范圍固定。每個(gè)LA包括一組基站收發(fā)信機(jī)（BTS），這些BTS通過無線鏈接與MS進(jìn)行通信。位置管理的主要任務(wù)就在于當(dāng)MS從一個(gè)LA移動(dòng)到另一個(gè)LA時(shí)更新MS的位置信息。通常一個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)的位置管理系統(tǒng)由一個(gè)歸屬位置寄存器（HLR）以及若干個(gè)訪問位置寄存器（VLR）組成。一個(gè)VLR管理若干個(gè)LA,而每個(gè)LA由一定數(shù)量的蜂窩小區(qū)（BTS）組成，如圖2-8所示。當(dāng)然，當(dāng)某一地區(qū)用戶數(shù)量超過一個(gè)HLR所承受的數(shù)量時(shí)，可以通過多個(gè)HLR來分級(jí)管理。圖2-8位置區(qū)結(jié)構(gòu)更新過程如下：BTS周期性地向MS廣播相應(yīng)的LA地址。當(dāng)MS收到的LA位置信息與所存儲(chǔ)的位置信息不同時(shí)，MS就向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一個(gè)注冊(cè)消息。位置管理使得移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)能夠跟蹤移動(dòng)終端的位置。當(dāng)有外來呼叫尋呼該移動(dòng)終端時(shí)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)需要確定該移動(dòng)終端所在的具體蜂窩小區(qū)，即確定該移動(dòng)終端的精確的小區(qū)位置。所以，位置更新的過程即為“注冊(cè)”過程。位置管理分為兩個(gè)部分，即位置更新（LocationUpdate）和尋呼(Paging)，如圖2-9所示。圖2-9位置管理功能框圖為了確定每個(gè)移動(dòng)終端的精確的小區(qū)位置，移動(dòng)終端需要不時(shí)地向移動(dòng)通信系統(tǒng)報(bào)告其當(dāng)前所在位置，這便是位置更新的過程。在位置更新過程中，移動(dòng)終端首先通過上行控制信道發(fā)送位置更新消息，然后執(zhí)行更新數(shù)據(jù)庫(kù)的信令過程。在位置更新階段，移動(dòng)終端把它的新的接入點(diǎn)（LA+BTS編號(hào)）通知網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)能對(duì)移動(dòng)終端進(jìn)行鑒權(quán)并能更新數(shù)據(jù)庫(kù)中移動(dòng)終端位置檔案等數(shù)據(jù)。尋呼則是搜索并確定移動(dòng)終端所在具體蜂窩位置的過程。尋呼包括查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中移動(dòng)終端的位置檔案，并進(jìn)行呼叫。由此可以看出，位置更新的目的是使移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)能夠有效地掌握移動(dòng)終端當(dāng)前所處的位置，以便在呼叫該移動(dòng)用戶時(shí)能及時(shí)尋呼到該用戶。但位置更新和尋呼是兩個(gè)對(duì)立的過程。如果將LA劃小，則網(wǎng)絡(luò)對(duì)移動(dòng)終端位置信息掌握得越精確，定位越準(zhǔn)，尋呼代價(jià)就越小，此時(shí)移動(dòng)終端進(jìn)行位置更新越頻繁，即位置更新消耗的系統(tǒng)資源越多，位置更新代價(jià)就越大。反之，如果將LA劃大，則移動(dòng)終端位置更新得越少，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)該移動(dòng)終端具體所在位置的精確信息掌握得越少，此時(shí)位置更新代價(jià)小了，但尋呼到該移動(dòng)終端的尋呼代價(jià)大了。因此，位置管理存在優(yōu)化問題，即存在位置更新代價(jià)和尋呼代價(jià)的折中問題。1.位置更新位置更新的策略可分為靜態(tài)位置更新（StaticLocationUpdate）策略和動(dòng)態(tài)位置更新(DynamicLocationUpdate)策略。1）靜態(tài)位置更新策略靜態(tài)位置更新策略基于網(wǎng)絡(luò)發(fā)起位置更新操作。所謂靜態(tài)，主要體現(xiàn)在位置區(qū)LA的范圍是固定的。第一代和第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的都是靜態(tài)位置更新策略。在某個(gè)地區(qū)，各個(gè)位置區(qū)LA的界限是固定不變的。當(dāng)然，這個(gè)固定的位置區(qū)LA是與當(dāng)?shù)氐囊苿?dòng)用戶密集程度、話務(wù)量等相關(guān)的。當(dāng)移動(dòng)用戶從一個(gè)位置區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)位置區(qū)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生位置更新的過程。圖2-10靜態(tài)位置更新如圖2-10所示，當(dāng)處于待機(jī)狀態(tài)的移動(dòng)終端離開原來的LA、進(jìn)入一個(gè)新的LA時(shí)，由移動(dòng)終端向系統(tǒng)發(fā)起位置更新。若新的LA與原來的LA屬于同一個(gè)VLR，則只需在VLR中更新信息即可，如圖2-10(a)所示；若新的LA屬于不同的VLR，則新的VLR在確定移動(dòng)終端的HLR后，向該HLR發(fā)出位置登記信息，HLR在經(jīng)過鑒權(quán)之后，記錄下移動(dòng)終端的新的VLR，并給原來的VLR發(fā)出一個(gè)刪除信息，刪除在原來的VLR上的信息，如圖2-10(b)所示。靜態(tài)位置更新策略存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：（1）當(dāng)移動(dòng)終端在邊界上來回運(yùn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生大量的不必要的位置更新操作，即會(huì)產(chǎn)生位置更新的“乒乓”現(xiàn)象。（2）信令負(fù)載過于集中，邊界小區(qū)的信令負(fù)載要遠(yuǎn)大于內(nèi)部小區(qū)。（3）位置區(qū)的大小、形狀、配置對(duì)所有的移動(dòng)終端并不是統(tǒng)計(jì)最佳的。（4）尋呼業(yè)務(wù)量過大，當(dāng)呼叫到達(dá)時(shí)，要在LA的所有小區(qū)中進(jìn)行尋呼。2）動(dòng)態(tài)位置更新策略靜態(tài)位置更新策略所帶來的一個(gè)很大問題是隨著移動(dòng)用戶的增長(zhǎng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所承受的信令負(fù)載急劇增加。對(duì)于位置管理來說，信令負(fù)載的增加是一個(gè)很沉重的負(fù)擔(dān)，特別是會(huì)導(dǎo)致無線帶寬資源的稀缺，因此必須采用有效的方法來減少信令負(fù)載?；谝陨戏治龊涂紤]，研究人員提出了諸多動(dòng)態(tài)的優(yōu)化策略，以提高移動(dòng)通信系統(tǒng)的工作效率和網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性能。相對(duì)于靜態(tài)位置更新策略而言，動(dòng)態(tài)位置更新策略是基于移動(dòng)用戶的呼叫和運(yùn)動(dòng)模式來發(fā)起位置更新操作的。現(xiàn)階段，動(dòng)態(tài)位置更新策略主要有基于距離的位置更新策略（Distance-basedScheme）、基于時(shí)間的位置更新策略（Time-basedScheme）、基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略（Movement-basedScheme）以及其他一些動(dòng)態(tài)位置更新策略。（1）基于距離的位置更新策略。在基于距離的位置更新策略中，移動(dòng)終端在進(jìn)行了一次位置更新之后，一直監(jiān)測(cè)著自己與上一次位置更新點(diǎn)之間的距離，一旦檢測(cè)到移動(dòng)終端離開上次位置更新所在蜂窩小區(qū)的距離超過了一定的值d（距離門限），移動(dòng)終端就進(jìn)行一次位置更新，將其位置信息通告給網(wǎng)絡(luò)。其中，最佳距離門限的確定取決于各個(gè)移動(dòng)終端的運(yùn)動(dòng)方式和呼叫到達(dá)參數(shù)。圖2-11基于距離的位置更新策略在圖2－11中，假設(shè)距離門限d＝3，則移動(dòng)終端零時(shí)刻在A點(diǎn)執(zhí)行位置更新后，經(jīng)過多次移動(dòng)，最終將在Ｂ點(diǎn)進(jìn)行下一次位置更新，因?yàn)橐苿?dòng)終端移動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)與其上一次位置更新的A點(diǎn)距離為3個(gè)蜂窩小區(qū)。下面給出了在一維線性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和二維六邊形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及均勻隨機(jī)游走運(yùn)動(dòng)模型假設(shè)下，通過迭代求解最優(yōu)距離門限的算法。最關(guān)鍵的問題就是距離門限D(zhuǎn)的取值，它直接影響基于距離的位置更新策略的性能優(yōu)劣。假設(shè)位置更新信令代價(jià)為Cdistanceu，尋呼信令代價(jià)為Cp，U為發(fā)生一次位置更新的平均代價(jià)，T為某時(shí)間發(fā)生位置更新的次數(shù)，則該時(shí)間段位置更新信令代價(jià)為Cdistanceu=U×T(2－8)假設(shè)V為一個(gè)小區(qū)發(fā)起尋呼的平均代價(jià)，M為L(zhǎng)A內(nèi)小區(qū)個(gè)數(shù)，則尋呼信令代價(jià)為Cp=V×M

（2－9）如果尋呼采用的是同步全呼策略，則尋呼信令代價(jià)為Cp=V×N=V×［1+3×(k2－k)］(2－10)位置更新信令代價(jià)主要和移動(dòng)用戶的平均移動(dòng)速度vav有關(guān)系。因?yàn)橐苿?dòng)用戶在單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過了vav個(gè)蜂窩小區(qū)，并且移動(dòng)用戶的運(yùn)動(dòng)路線并非是直線式的，所以位置更新信令代價(jià)和平均移動(dòng)速度vav存在著下面的關(guān)系：基于距離的位置更新策略的實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)要求的復(fù)雜度較高，是最不實(shí)際的一種動(dòng)態(tài)位置更新策略。（2）基于時(shí)間的位置更新策略?；跁r(shí)間的位置更新策略就是使移動(dòng)用戶每隔ΔT時(shí)間就周期性地進(jìn)行一次位置更新。這里的ΔT是時(shí)間門限數(shù)值，其大小可以由系統(tǒng)根據(jù)呼叫到達(dá)間隔的概率分布動(dòng)態(tài)確定。這個(gè)時(shí)間門限值的取值是影響該位置更新策略的關(guān)鍵。在圖2－12所示的基于時(shí)間的位置更新策略中，如果零時(shí)刻移動(dòng)終端在A點(diǎn)進(jìn)行了一次位置更新，在ΔT、Δ2T、Δ3T和Δ4T時(shí)刻，移動(dòng)終端分別運(yùn)動(dòng)到B、C、D和E點(diǎn)，則移動(dòng)終端將分別在B、C、D和E點(diǎn)執(zhí)行位置更新。執(zhí)行基于時(shí)間的位置更新策略時(shí)，移動(dòng)終端僅需一個(gè)定時(shí)器跟蹤時(shí)間的情況，因此易于實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。圖2－12基于時(shí)間的位置更新策略該策略的一種變體是自適應(yīng)時(shí)間門限策略，即時(shí)間門限ΔT可隨上行鏈路控制信道的信令負(fù)荷而變化。數(shù)值結(jié)果表明，在一維線性網(wǎng)絡(luò)和隨機(jī)游走運(yùn)動(dòng)模型的假設(shè)下，自適應(yīng)時(shí)間門限策略的性能優(yōu)于基于時(shí)間的位置更新策略。如果我們希望使用的尋呼策略所消耗的尋呼代價(jià)與基于距離的尋呼代價(jià)一致，那么基于時(shí)間的位置更新策略的時(shí)間門限數(shù)值就應(yīng)該為，移動(dòng)終端的尋呼信令代價(jià)也如式（2－10）所示。該策略的位置更新信令代價(jià)與vmax存在下面的關(guān)系：(2－12)由式（2－10）和式（2－12）可以得到：(2－13)令U=1，V=1，則可以得到圖2－13。圖2－13表明了式（2－13）中Cp與Ctimeu之間的關(guān)系。從圖2－13中可以看出，對(duì)于vmax為5cells/hour、10cells/hour和15cells/hour的三種情況，隨著最大速度vmax的增大，尋呼信令代價(jià)Cp也隨之增加。另外，從圖2－13中還可看出，單位時(shí)間位置更新次數(shù)越大，尋呼信令代價(jià)Cp就會(huì)越小，這也表明了位置更新和尋呼之間的對(duì)立關(guān)系。圖2－13基于時(shí)間的位置更新策略的性能分析（3）基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略。當(dāng)移動(dòng)終端穿越小區(qū)邊界的次數(shù)超過一個(gè)門限值d（運(yùn)動(dòng)門限）時(shí)，移動(dòng)終端就進(jìn)行一次位置更新，這就是基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略的概念。如圖2－14所示，當(dāng)運(yùn)動(dòng)門限d＝3時(shí)，移動(dòng)終端從A點(diǎn)出發(fā)，此后將分別在B、C點(diǎn)執(zhí)行位置更新。該策略可以根據(jù)每個(gè)用戶的情況動(dòng)態(tài)選擇運(yùn)動(dòng)門限。圖2－14基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略執(zhí)行該策略時(shí)，移動(dòng)終端僅需要一個(gè)計(jì)數(shù)器來記錄跨越小區(qū)邊界的次數(shù)，不需要掌握小區(qū)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，因此實(shí)現(xiàn)起來比較簡(jiǎn)單。這里的運(yùn)動(dòng)門限d的取值對(duì)于基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略而言是最為關(guān)鍵的。d隨每個(gè)移動(dòng)終端的移動(dòng)特性以及呼叫特性等情況而定，它直接影響該方法的移動(dòng)性能。如果運(yùn)動(dòng)門限d為k，那么一次外來呼叫尋呼該移動(dòng)終端時(shí)，采用同步全呼時(shí)尋呼到該移動(dòng)終端的尋呼信令代價(jià)同樣也與式（2－10）所示的一致。該策略的位置更新信令代價(jià)有下面的關(guān)系：(2－14)同樣，我們也可以得到Cp與vav之間的關(guān)系式：(2－15)執(zhí)行基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略時(shí)，移動(dòng)終端僅需要一個(gè)計(jì)數(shù)器來記錄跨越小區(qū)邊界的次數(shù)，而不需要掌握小區(qū)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，因此對(duì)于單個(gè)移動(dòng)終端而言實(shí)現(xiàn)起來也是比較簡(jiǎn)單的。由式（2－11）~式（2－15）可以看出：(2－16)以上分析以及其他相關(guān)研究表明，與基于時(shí)間和運(yùn)動(dòng)的位置更新策略相比，基于距離的位置更新策略具有最好的性能，該策略所產(chǎn)生的位置更新尋呼代價(jià)是最小的，但它要求的系統(tǒng)復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)的開銷最大，它還要求移動(dòng)終端擁有不同小區(qū)之間的距離信息并不斷監(jiān)測(cè)，網(wǎng)絡(luò)必須能夠以高效的方式提供這樣的信息，這會(huì)帶來大量的計(jì)算負(fù)荷，因此對(duì)于能量有限的移動(dòng)終端來說，該策略并不十分理想。相比之下，基于時(shí)間的位置更新策略其性能是最差的，但該策略實(shí)現(xiàn)起來也是相對(duì)最容易的?；谶\(yùn)動(dòng)的位置更新策略的性能則介于上述兩者之間，它的實(shí)現(xiàn)相對(duì)于基于距離的位置更新策略而言要容易，其復(fù)雜度也介于其他兩者之間。因此，基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略能夠取得比較好的移動(dòng)性能，雖然該策略不是最有效的位置更新策略，但其實(shí)是最實(shí)際的。（4）其他動(dòng)態(tài)位置更新策略。其他的有關(guān)動(dòng)態(tài)位置更新的策略有如下幾個(gè)：①自適應(yīng)位置更新策略。自適應(yīng)位置更新策略中位置區(qū)的邊界是變化的，它將位置區(qū)分為若干個(gè)等級(jí)，根據(jù)移動(dòng)終端過去和現(xiàn)在的移動(dòng)特性為不同的移動(dòng)終端分配不同等級(jí)的位置區(qū)，每個(gè)等級(jí)的位置區(qū)大小不同。移動(dòng)終端開機(jī)后，根據(jù)自身的移動(dòng)特性請(qǐng)求分配一個(gè)等級(jí)合適的位置區(qū)，并將此位置區(qū)信息在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行存儲(chǔ)登記。這些信息包括位置區(qū)的邊界小區(qū)位置信息、位置區(qū)等級(jí)和用戶標(biāo)識(shí)等。在移動(dòng)終端中，存儲(chǔ)了位置區(qū)的邊界小區(qū)的信息。每個(gè)基站在自己的控制信道中周期地廣播它的小區(qū)位置信息。移動(dòng)終端收到小區(qū)位置信息后，將它與存儲(chǔ)在移動(dòng)終端中的位置區(qū)邊界小區(qū)的位置信息進(jìn)行比較。一旦移動(dòng)終端發(fā)現(xiàn)二者不相符，則認(rèn)為當(dāng)前正在穿越位置區(qū)邊界，于是發(fā)起位置更新。此時(shí)系統(tǒng)根據(jù)用戶在前一個(gè)位置區(qū)中的移動(dòng)特性，以它當(dāng)前所在的小區(qū)為中心，再分配一個(gè)等級(jí)適當(dāng)?shù)奈恢脜^(qū)。若在前一個(gè)位置區(qū)中的停留時(shí)間比預(yù)期的短，則認(rèn)為移動(dòng)終端的移動(dòng)速度加快，為它分配一個(gè)更大的新的位置區(qū)；反之，認(rèn)為移動(dòng)終端的移動(dòng)速度變慢，為它分配一個(gè)較小的新的位置區(qū)。在自適應(yīng)位置更新策略中，沒有固定的位置區(qū)邊界，移動(dòng)終端在每次穿越邊界時(shí)更換一個(gè)新的位置區(qū)，而它被置于位置區(qū)的中心。自適應(yīng)位置更新策略具有以下優(yōu)點(diǎn)：位置更新的頻率大大降低（因?yàn)樗环峙淞艘粋€(gè)適當(dāng)?shù)奈恢脜^(qū)且位于位置區(qū)的中心）；位置更新的信令負(fù)載均勻分布；不再出現(xiàn)邊界信令過于集中的情況（因?yàn)檫吔缡遣还潭ǖ模?。然而在?shí)際中，位置區(qū)的大小經(jīng)常變化，實(shí)現(xiàn)起來較復(fù)雜。②帶預(yù)測(cè)的策略。該策略的思想是認(rèn)為移動(dòng)終端將來的速度和位置與當(dāng)前的速度和位置是相關(guān)的，并且移動(dòng)終端在位置更新過程中向網(wǎng)絡(luò)報(bào)告它的位置地點(diǎn)及運(yùn)動(dòng)速度，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)這些信息確定移動(dòng)終端位置的概率密度函數(shù)，并據(jù)此預(yù)測(cè)移動(dòng)終端未來時(shí)刻所處的位置，網(wǎng)絡(luò)端和移動(dòng)終端都維護(hù)預(yù)測(cè)信息，移動(dòng)終端周期性地檢查它的位置，當(dāng)移動(dòng)的距離超過根據(jù)預(yù)測(cè)信息所確定的距離門限時(shí)執(zhí)行位置更新。在一次位置更新以后，移動(dòng)終端定期計(jì)算與位置更新點(diǎn)的距離，統(tǒng)計(jì)出均值d，在下一次位置更新時(shí)，向系統(tǒng)報(bào)告這個(gè)均值以及速度、位置等具體信息，同時(shí)移動(dòng)終端計(jì)算與更新點(diǎn)的距離s，當(dāng)發(fā)現(xiàn)|s-d|超過了事先設(shè)定的值N時(shí)，發(fā)起一次位置更新。在高斯－馬爾可夫運(yùn)動(dòng)模型、泊松呼叫過程及一維線性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的假設(shè)下，數(shù)值結(jié)果顯示該策略的性能優(yōu)于不進(jìn)行預(yù)測(cè)的基于距離的位置更新策略。③基于狀態(tài)的位置更新策略。狀態(tài)信息可以指上一次位置更新后所經(jīng)歷的時(shí)間、跨越的小區(qū)數(shù)目或者運(yùn)動(dòng)的距離等。不同的狀態(tài)信息對(duì)應(yīng)于不同的位置更新策略。一種情況是狀態(tài)信息包括當(dāng)前所在位置及上一次位置更新后所經(jīng)過的時(shí)間，移動(dòng)終端運(yùn)動(dòng)模型為時(shí)變高斯過程，則基于該狀態(tài)信息的位置更新策略比基于時(shí)間的位置更新策略獲得了10％的性能改善。2.尋呼（Paging）當(dāng)呼叫（IncomingCall）某移動(dòng)用戶時(shí)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)需要及時(shí)通過有效的尋呼策略將該呼叫傳遞到該移動(dòng)用戶。在一次尋呼期間，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通過下行控制信道向移動(dòng)終端可能駐留的小區(qū)發(fā)送尋呼消息，即在位置區(qū)內(nèi)以一次或多次呼叫方式向一個(gè)或多個(gè)尋呼區(qū)（PA）內(nèi)的所有移動(dòng)終端廣播尋呼信號(hào)，而所有的移動(dòng)終端時(shí)刻都在監(jiān)聽尋呼消息，只有被呼移動(dòng)終端響應(yīng)并通過上行控制信道發(fā)回應(yīng)答消息。每一個(gè)尋呼周期都有一個(gè)超時(shí)期，如果移動(dòng)終端在超時(shí)期之前響應(yīng)，則尋呼過程終止，否則進(jìn)入下一個(gè)尋呼周期。為了避免掉線，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)必須在允許的時(shí)延內(nèi)確定移動(dòng)終端位置。最大尋呼時(shí)延對(duì)應(yīng)于定位移動(dòng)終端所允許的最大尋呼周期數(shù)。例如，最大尋呼時(shí)延為1，則必須在一個(gè)尋呼周期內(nèi)確定移動(dòng)終端的位置。由于無線信道資源有限，因此設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)有效的尋呼策略就顯得比較重要。尋呼策略的有效性主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：（1）尋呼策略對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所消耗的信令代價(jià)比較小。正是由于存在激增的移動(dòng)用戶使得移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所承受的信令負(fù)荷越來越嚴(yán)重，因此如何減小尋呼策略所引起的信令負(fù)荷就顯得非常必要。（2）尋呼時(shí)延比較小。每個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)都有自身能承受的最大尋呼時(shí)延。只要在尋呼過程中，尋呼時(shí)延都在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所承受的最大時(shí)延限內(nèi)，就可以實(shí)現(xiàn)正常的尋呼過程。當(dāng)然，尋呼時(shí)延越小，尋呼策略越有效，并可顯示出對(duì)應(yīng)的尋呼方案處理尋呼過程的及時(shí)性。（3）實(shí)用性較強(qiáng)。很多尋呼策略在理論上往往比較理想，而實(shí)際上對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)處理能力提出了非常高的不切實(shí)際的要求，因此簡(jiǎn)易、實(shí)用且有效的尋呼策略才是非常適合的。目前，尋呼策略主要分為以下幾類：同步全呼（SimultaneousPaging）、依序單呼（SequentialPaging）、依序組呼（SequentialGroupPaging）等。對(duì)下面用到的一些符號(hào)，我們先作如下具體說明：

N：位置區(qū)中的所有小區(qū)數(shù)目。

k：在尋呼區(qū)中最大的小區(qū)數(shù)目。

C：在位置區(qū)中控制信道的總數(shù)。

G：位置區(qū)中尋呼區(qū)的個(gè)數(shù)。

λp：移動(dòng)用戶在位置區(qū)內(nèi)移動(dòng)時(shí)，呼叫該移動(dòng)用戶的入呼率（ArrivalCallRate）。

μ:在一次呼叫的尋呼過程中，尋呼到該移動(dòng)用戶的平均尋呼次數(shù)。

τ：移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所能承受的最大時(shí)延單位。1）同步全呼如果圖2－15所示的整個(gè)區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)位置區(qū)，那么當(dāng)有呼叫到來時(shí)，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在移動(dòng)終端所在位置區(qū)內(nèi)的所有小區(qū)同時(shí)發(fā)起對(duì)目標(biāo)移動(dòng)終端的尋呼，如圖2－15中的陰影部分所示?？梢?，在同步全呼尋呼策略中，尋呼區(qū)其實(shí)就是位置區(qū)。這種策略的優(yōu)點(diǎn)是尋呼延遲最小，即為一個(gè)單位的尋呼時(shí)延。然而，該策略的尋呼開銷主要依賴于位置區(qū)內(nèi)蜂窩數(shù)目的大小。特別在微蜂窩大范圍應(yīng)用的第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，位置區(qū)內(nèi)的小區(qū)數(shù)目較多，采用同步全呼尋呼策略所引起的尋呼開銷必然很高，會(huì)引起過量的信令負(fù)載。圖2－15同步全呼尋呼策略圖2－16依序單呼尋呼策略上述依序單呼尋呼策略其實(shí)是一種比較極端的情況，即移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)能夠承受任意大的時(shí)延。在實(shí)際研究過程中，往往討論的是如圖2－17所示的以每層小區(qū)為單位的依序單層尋呼策略。如圖2－17所示，從中心第0層小區(qū)開始一層一層地尋呼，直至尋呼到移動(dòng)終端。圖2－17依序單層尋呼策略一般移動(dòng)終端進(jìn)行一次位置更新之后，就以這次位置更新所在小區(qū)為中心，向外擴(kuò)展多層小區(qū)為當(dāng)前的位置區(qū)。這種依序單層尋呼策略其實(shí)就是一種環(huán)狀尋呼策略。所謂環(huán)狀尋呼策略，就是以上次位置更新時(shí)移動(dòng)終端所在小區(qū)為中心，把尋呼區(qū)域劃分為環(huán)繞中心小區(qū)的若干個(gè)環(huán)，然后進(jìn)行依次尋呼。這里所述的依序單層尋呼策略要求移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的最大時(shí)延必須不小于如圖2－17所示的位置區(qū)的層數(shù)。3）依序組呼顧名思義，依序組呼就是以多環(huán)形成一組依次按組進(jìn)行尋呼。特別在基于運(yùn)動(dòng)和距離的位置更新策略中，往往都是按依序組呼方式來實(shí)現(xiàn)的。如圖2－18所示，位置區(qū)被分為兩個(gè)尋呼區(qū)PA1和PA2（圖中以不同的陰影標(biāo)識(shí)出來），中心第0環(huán)和第1環(huán)形成一組（PA1），作第一次尋呼，如果這次尋呼過程未發(fā)現(xiàn)移動(dòng)終端，則進(jìn)行下一次尋呼。第二次尋呼以第2環(huán)和第3環(huán)形成一組（PA2）一起尋呼。圖2－18依序組呼尋呼策略依序組呼的關(guān)鍵問題是如何分組，即如何將各環(huán)組成尋呼區(qū)。最短距離優(yōu)先劃分（SDF，ShortestDistanceFirst）方法是一種分組方法，它是指把移動(dòng)終端的駐留區(qū)劃分為l=min(η,d)個(gè)子區(qū)域。其中，η為最大呼叫延遲，d是基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略中的運(yùn)動(dòng)門限數(shù)值。用Aj代表第j個(gè)子區(qū)域，0≤j<l，每個(gè)子區(qū)域包括一個(gè)或更多的環(huán)，子區(qū)域Aj包括從環(huán)sj到環(huán)ej的區(qū)域。環(huán)sj和環(huán)ej的定義如下：j=0(2－17)(2－18)以上SDF分區(qū)方法不必考慮各個(gè)移動(dòng)終端在各個(gè)位置的概率分布。當(dāng)然，引入概率分布會(huì)提高查找效率，但是也增加了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)。網(wǎng)絡(luò)必須存儲(chǔ)用戶的大量資料，當(dāng)呼叫到達(dá)時(shí)還需進(jìn)行大量的計(jì)算，因此不如同步全呼和依序單呼尋呼策略簡(jiǎn)單。以上三種尋呼策略的性能比較如表2－6所示。由于同步全呼策略尋呼的小區(qū)數(shù)目為整個(gè)位置區(qū)，所以其平均尋呼的小區(qū)數(shù)目L為N。表2－6中的“每個(gè)小區(qū)的尋呼負(fù)荷λ”表示在單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)小區(qū)被尋呼的次數(shù)。對(duì)于同步全呼策略而言，λ即為λp，而平均尋呼時(shí)延d就是，這都是比較容易理解的。4）用戶檔案法該方法的前提是認(rèn)為移動(dòng)終端的位置在大部分時(shí)間內(nèi)是有規(guī)律可循的。大多數(shù)移動(dòng)用戶具有一定的工作和生活規(guī)律，經(jīng)常在住處、辦公室、學(xué)校等固定地點(diǎn)及其周圍地區(qū)活動(dòng)，只有相對(duì)比較小的可能性背離這一規(guī)律。用戶檔案法正是利用這一規(guī)律來減少位置管理過程中的信令負(fù)荷的。用戶檔案法根據(jù)移動(dòng)終端的運(yùn)動(dòng)方式，預(yù)測(cè)移動(dòng)終端所要經(jīng)過的路徑以避免大部分無效的位置更新和尋呼。在這種策略中，系統(tǒng)為每個(gè)移動(dòng)終端維護(hù)了一個(gè)記錄檔案。在這個(gè)檔案中，記錄的內(nèi)容如下：（1）在時(shí)間段［ti，tj］中，移動(dòng)終端穿越了k個(gè)位置區(qū)。（2）若干個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)（am，pm），其中1≤m≤k,am是移動(dòng)終端第m個(gè)有可能活動(dòng)的位置區(qū)，pm則是移動(dòng)終端在這個(gè)位置區(qū)停留的概率。移動(dòng)終端在最初登記時(shí)，就要下載它的檔案和位置區(qū)LA列表。當(dāng)移動(dòng)終端更新這個(gè)檔案時(shí)，系統(tǒng)就要再產(chǎn)生一個(gè)新的LA列表。LA列表是所有在檔案中出現(xiàn)的LA的集合。表中LA按照移動(dòng)終端在各個(gè)LA中停留的概率由高到低排列。只有當(dāng)移動(dòng)終端進(jìn)入一個(gè)沒有在LA列表中出現(xiàn)過的LA時(shí)，移動(dòng)終端才進(jìn)行登記，將這個(gè)新LA添加到LA列表中。當(dāng)移動(dòng)終端有呼叫到達(dá)時(shí)，則按照LA列表的順序依次呼叫，直到找到該移動(dòng)終端。雖然用戶檔案法對(duì)于長(zhǎng)期事件來說具有較好的性能，但是對(duì)于短期事件來說不是十分理想。比如：（1）當(dāng)移動(dòng)終端進(jìn)入一個(gè)從未去過的LA后，它進(jìn)行了一次登記，但由于移動(dòng)終端在此LA的停留概率最小，因此，該LA在LA列表中的位置排在最后。若此時(shí)有一個(gè)呼叫到達(dá)，則該LA將最后一個(gè)被尋呼，因而浪費(fèi)了大量的尋呼。（2）移動(dòng)終端在某LA與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一次操作（如有一個(gè)呼叫到達(dá)，或用戶發(fā)起一次呼叫等）后不久又有一個(gè)呼叫到達(dá)時(shí)，移動(dòng)終端在此LA的概率是最大的，但仍然得按照LA列表的順序進(jìn)行尋呼。以上兩種情況都不能充分利用移動(dòng)終端與網(wǎng)絡(luò)相互操作時(shí)提供給網(wǎng)絡(luò)的信息。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的改進(jìn)，可利用補(bǔ)償量W的作用對(duì)LA列表進(jìn)行修改，即在系統(tǒng)中保留移動(dòng)終端與系統(tǒng)的操作記錄，當(dāng)有呼叫到達(dá)時(shí)，系統(tǒng)先計(jì)算它與上一次操作之間的時(shí)間間隔t，將t與一時(shí)間門限T進(jìn)行比較：（1）若t≤T，則認(rèn)為它是一個(gè)短期事件，先根據(jù)操作記錄里登記的LA（不止一個(gè)）進(jìn)行呼叫，若找不到，則進(jìn)入步驟（2）。（2）若t>T,則直接進(jìn)入步驟（3）。（3）在操作記錄里的LA的概率將被增加一個(gè)補(bǔ)償量W，系統(tǒng)根據(jù)此時(shí)的概率大小重新安排LA列表，再按照此新列表進(jìn)行尋呼。這個(gè)改進(jìn)方案有效地減少了以上兩種情況下多余的尋呼量。5）直線尋呼如圖2－19所示，每個(gè)LA都被賦予一個(gè)合適的坐標(biāo)（X1，Y1），（X2，Y2），（X3，Y3），…，（Xn，Yn），若相鄰兩個(gè)LA的坐標(biāo)的差值（X2-X1，Y2-Y1），（X3-X2，Y3-Y2），…,（Xn-Xn-1，Yn-Yn-1）相等，則認(rèn)為它們處在同一條直線上，如果一個(gè)移動(dòng)終端在這些LA上移動(dòng)，則認(rèn)為它的移動(dòng)方向不變。移動(dòng)終端每進(jìn)入一個(gè)LA就對(duì)當(dāng)前LA的坐標(biāo)和前一個(gè)LA的坐標(biāo)進(jìn)行相減運(yùn)算，得到坐標(biāo)差值（DXc，DYc），并將它與存儲(chǔ)在移動(dòng)終端中的在前一個(gè)LA進(jìn)行相減運(yùn)算得到的坐標(biāo)差值（DXp，DYp）進(jìn)行比較，若兩者不同，則認(rèn)為移動(dòng)終端改變了移動(dòng)的方向。此時(shí)移動(dòng)終端發(fā)起位置更新操作。在位置更新時(shí)，也將移動(dòng)方向（DXc，DYc）通知網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)有呼叫到達(dá)時(shí)，尋呼的過程就是在整條直線上依次對(duì)每個(gè)LA進(jìn)行尋呼。當(dāng)然，移動(dòng)終端不能沿直線走無限遠(yuǎn)，因此需要設(shè)立一個(gè)門限值d，當(dāng)移動(dòng)終端離開更新位置的距離超過門限值時(shí)，發(fā)起位置更新。圖2－19直線尋呼6）智能尋呼智能尋呼根據(jù)某些信息選擇位置區(qū)中的部分小區(qū)組成尋呼區(qū)（PA），因此尋呼分成多步進(jìn)行。為減少尋呼代價(jià)和尋呼延遲，應(yīng)使第一步尋呼成功概率（PSFS）盡可能高。因此需要充分利用各種與尋呼相關(guān)的信息。這些信息包括：（1）與用戶相關(guān)的信息：A．新近與用戶進(jìn)行相互操作的基站，何時(shí)進(jìn)行的操作。B．用戶是高移動(dòng)性的用戶還是低移動(dòng)性的用戶。C．用戶在哪些區(qū)域逗留的時(shí)間較長(zhǎng)，逗留多久。（2）與用戶無關(guān)的信息：D．當(dāng)前的情況（如上下班高峰期、工作時(shí)間等）E．尋呼基站的分布情況。根據(jù)以上信息，智能尋呼共有5種方案，每種方案對(duì)信息的利用情況如表2－7所示。表2－7智能尋呼的5種方案對(duì)信息的利用情況方案0A類信息B類信息C類信息D類信息E類信息方案1√方案2√√方案3√√√方案4√√√√方案5√√√√√方案1：網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)了最近與用戶進(jìn)行操作的基站信息。當(dāng)有呼叫到達(dá)時(shí)，這些基站首先發(fā)起尋呼。這對(duì)于低移動(dòng)性的用戶來說，PSFS較理想，但對(duì)于高移動(dòng)性用戶來說，并不能保證較高的PSFS。因此引入時(shí)間判決門限T，若呼叫到達(dá)的時(shí)刻距離上次呼叫的時(shí)間間隔t≤T，則采用尋呼最近與用戶進(jìn)行操作的基站，若t≥T，則認(rèn)為原有的位置信息已經(jīng)過時(shí)，采用單步尋呼策略。方案2：根據(jù)用戶的移動(dòng)性，把用戶分為高移動(dòng)性用戶和低移動(dòng)性用戶。當(dāng)有呼叫到達(dá)時(shí)，先查詢被叫用戶是屬于哪一類的，對(duì)高移動(dòng)性用戶，采用單步尋呼策略，對(duì)低移動(dòng)性用戶，則利用A類信息在最近與用戶進(jìn)行過操作的各基站中首先發(fā)起呼叫。方案3：在呼叫到達(dá)時(shí)，查詢A、B、C類信息，先利用C類信息，在用戶常去的區(qū)域首先發(fā)起呼叫，而B類信息起輔助作用。對(duì)高移動(dòng)性用戶，則采用單步呼叫策略。方案4：根據(jù)D類信息，有高移動(dòng)時(shí)間段（如上下班高峰期）、低移動(dòng)時(shí)間段（如夜晚居家時(shí)間）、一般時(shí)間段（如工作時(shí)間）等不同的時(shí)間段。首先確定當(dāng)前是屬于哪一個(gè)時(shí)間段，這樣做的目的是在不同的時(shí)間段選擇不同大小的PA。例如，在高移動(dòng)時(shí)間段，PA就要選得大一點(diǎn)。其他信息起輔助作用。方案5：綜合運(yùn)用5類信息。例如，當(dāng)一個(gè)用戶從起點(diǎn)走向終點(diǎn)時(shí)，如果途中與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了一次操作，在快要到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，有呼叫到達(dá)，則此時(shí)在起點(diǎn)附近的基站就不需考慮。如果是高移動(dòng)用戶，則在確定尋呼區(qū)域時(shí)，PA就要比低移動(dòng)性用戶的PA多增加幾個(gè)基站。由此可見，智能尋呼策略對(duì)于LA較大的區(qū)域比較合適，但是它需要較大的存儲(chǔ)空間和一定的運(yùn)算處理能力。2.8.2切換管理1.切換的基本概念在蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)一個(gè)正在運(yùn)行的移動(dòng)臺(tái)（MS）漸漸離開其當(dāng)前工作的基站（簡(jiǎn)稱原BS）移動(dòng)到鄰近的基站（簡(jiǎn)稱新BS）覆蓋的小區(qū)時(shí)，連接到原BS的無線鏈路最終被迫中斷，因此，需要及時(shí)建立一條到新BS的鏈路，以保持繼續(xù)通話，這一過程稱為切換。切換是蜂窩系統(tǒng)的基本操作。切換按情況不同可分為硬切換、軟切換和更軟切換。所謂硬切換，就是MS在業(yè)務(wù)（如通話）過程中離開原工作BS覆蓋的小區(qū)，進(jìn)入相鄰BS覆蓋的小區(qū)時(shí)為保持業(yè)務(wù)的連續(xù)性，需將工作信道進(jìn)行切換，由于使用的工作頻率不同，MS需先中斷與原BS的聯(lián)系，再與新BS取得聯(lián)系，以保持業(yè)務(wù)的連續(xù)性。硬切換時(shí)，一個(gè)終端一次只能與一個(gè)BS進(jìn)行連接，在與新BS建立連接之前必須立刻切斷與原BS的連接，即所謂的通前斷（breakbeforemake)方式。所謂軟切換，就是在上述切換中，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)開始與一個(gè)新BS聯(lián)系時(shí)，并不立即中斷與原BS的通信，而是先與新BS（可能不止1個(gè)）取得聯(lián)系，在保證業(yè)務(wù)切換成功后，才中斷與原BS的通信，即所謂的“斷前通”（makebeforebreak）。軟切換在進(jìn)行切換的時(shí)候，終端可以同時(shí)與多個(gè)BS相連，利用短PN碼來區(qū)分不同基站的信令，并分析監(jiān)測(cè)各個(gè)基站的信令以控制切換過程。目前，軟切換應(yīng)用于具有相同載波的CDMA信道之間的切換。所謂更軟切換，是指發(fā)生在同一BS具有相同頻率的不同扇區(qū)之間的切換。更軟切換只由BS完成，一般不通知MSC。軟切換的優(yōu)點(diǎn)是：信道轉(zhuǎn)換平滑。新BS漸漸接入，在MS從原小區(qū)走向新小區(qū)前就已經(jīng)開始了。當(dāng)原小區(qū)的信號(hào)功率比新小區(qū)弱很多時(shí)，MS根據(jù)收到的引導(dǎo)信號(hào)強(qiáng)度或者由原小區(qū)采取行動(dòng)讓MS完成切換。為避免在小區(qū)邊界附近的頻繁切換，軟切換在新小區(qū)（可能不止1個(gè)）信號(hào)比原小區(qū)足夠高（通常6dB）時(shí)啟動(dòng)，先建立新鏈路，穩(wěn)定后再拆除原連接。由于在軟切換過程中，有一段時(shí)間同時(shí)保留2條以上鏈路，因此軟切換明顯地加大了蜂窩系統(tǒng)的負(fù)荷。在第一代模擬蜂窩系統(tǒng)中，小區(qū)覆蓋的半徑較大（一般為五到幾十公里），通話發(fā)生切換的頻繁程度不高。在第二代數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中，小區(qū)覆蓋的半徑相對(duì)較?。ㄔ诟呙芏鹊貐^(qū)的小區(qū)半徑一般小于500m）。在一次呼叫完成前，移動(dòng)用戶穿越一個(gè)小區(qū)的概率很高，因此切換頻繁發(fā)生，在市區(qū)，一次呼叫可能會(huì)經(jīng)歷多次切換。在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，為了滿足高容量和高數(shù)據(jù)速率的需要，小區(qū)覆蓋的半徑會(huì)變得更小，因此，切換必須更加快速和準(zhǔn)確。另外，不同的系統(tǒng)（如用于室內(nèi)高密度環(huán)境的無繩電話系統(tǒng)、用于室外的微蜂窩系統(tǒng)）之間要實(shí)現(xiàn)完全透明的漫游。切換性能往往影響整體網(wǎng)絡(luò)性能。第一代和第二代系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)后發(fā)現(xiàn)，通話途中中斷現(xiàn)象主要是由切換所造成的。由此可見切換在蜂窩移動(dòng)通信中的重要性。值得一提的是，所有基站切換都需要精確的時(shí)間控制，以保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性。切換的性能除與切換本身的算法有關(guān)外，跟BS的布點(diǎn)有著極大的關(guān)系。（1）從抗干擾的角度講，相鄰小區(qū)的無線重疊區(qū)應(yīng)盡可能小，但從切換的角度看，相鄰小區(qū)的無線重疊區(qū)不宜太小。相鄰小區(qū)的無線重疊區(qū)如果太小了，由于MS的高速移動(dòng)等原因，會(huì)造成原BS的信號(hào)強(qiáng)度無法維持通信，而新的BS尚未來得及提供新的信道，從而造成通信中斷。（2）相鄰小區(qū)的無線重疊區(qū)（即切換區(qū)）應(yīng)避免與交通流量大的區(qū)域重疊，否則會(huì)造成MS在相鄰兩個(gè)小區(qū)之間來回切換，即造成切換的“乒乓”現(xiàn)象。軟切換與進(jìn)出切換小區(qū)的頻繁程度無多大關(guān)系，可使中斷概率大大降低。此外，在軟切換中的分集接收技術(shù)不需要像硬切換那樣靠增大功率、擴(kuò)大切換區(qū)域來改善通信質(zhì)量。但由于軟切換在切換期間要占用兩個(gè)或兩個(gè)以上信道，因而導(dǎo)致信道利用率降低。軟切換中還有另一個(gè)較有意義的性能指標(biāo)——信道利用率。對(duì)于硬切換，一個(gè)呼叫只占用一個(gè)信道，因此信道利用率為1；對(duì)于軟切換，每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)在切換區(qū)最少占用兩個(gè)信道（每個(gè)小區(qū)一個(gè)信道），而不是一個(gè)，其信道利用率降低了。為了評(píng)價(jià)切換策略是否完善，通?？赏ㄟ^以下三個(gè)切換性能指標(biāo)來衡量：（1）新呼叫阻塞概率（theProbabilityofNewCallBlocking）PNCB。新呼叫到達(dá)而被拒絕接入的概率稱為新呼叫阻塞概率，也稱阻塞概率。在每個(gè)小區(qū)內(nèi)，為了使切換到該小區(qū)內(nèi)的用戶由于擁塞而掉線的情況盡可能少，通常都需要預(yù)留一部分專用作切換的預(yù)留帶寬或切換預(yù)留信道。如果預(yù)留太小，則切換掉線率（切換失敗率）可能太高，用戶的服務(wù)質(zhì)量得不到保證；如果預(yù)留太大，則本小區(qū)新呼叫用戶的服務(wù)質(zhì)量得不到保障，且導(dǎo)致預(yù)留資源得不到充分利用。（2）由于切換造成的強(qiáng)迫中斷概率（theProbabilityofForcedTermination）PFT。所謂強(qiáng)迫中斷（ForcedTermination）概率，也稱切換掉線發(fā)生的概率，是指一個(gè)正在進(jìn)行的通話由于切換失敗而造成的通信被迫終止的概率。（3）切換速率（theRateofHandover）RH或信道利用率（中繼資源利用率）。如果是硬切換，則切換將造成通話的中斷，切換速率越快，由于切換造成通話的中斷時(shí)間越短，反之，越長(zhǎng)。因此，用切換速率衡量較為合理。如果是軟切換，則雖然切換不會(huì)造成通話的中斷，但同時(shí)占用多條（至少兩條）鏈路，會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)資源緊張，切換速率越快，由于切換造成網(wǎng)絡(luò)資源緊張的時(shí)間越短，反之，越長(zhǎng)。因此，用信道利用率（中繼資源利用率）衡量較為合理。

2.切換的三個(gè)階段一個(gè)完整的切換過程包括三個(gè)階段：切換的初始階段、新的連接產(chǎn)生階段、新的數(shù)據(jù)流建立階段。在切換的初始階段，由用戶、網(wǎng)絡(luò)代理或正在改變的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)來識(shí)別出切換的必要性，即檢測(cè)切換需求。在新的連接產(chǎn)生階段，網(wǎng)絡(luò)必須找到新的資源來進(jìn)行切換連接，并執(zhí)行額外的路由操作。在新的數(shù)據(jù)流建立階段，進(jìn)行從舊的連接路徑到新的連接路徑的數(shù)據(jù)的傳送，并根據(jù)已協(xié)商的業(yè)務(wù)保證來進(jìn)行維護(hù)。切換的功能示意圖如圖2－20所示。圖2－20切換的功能示意圖

3.切換檢測(cè)策略在切換需求檢測(cè)方面，人們已經(jīng)提出了3種策略：移動(dòng)臺(tái)控制的切換（MCHO）、網(wǎng)絡(luò)控制的切換（NCHO）和移動(dòng)臺(tái)輔助的切換（MAHO）。（1）移動(dòng)臺(tái)控制的切換（MCHO）。在移動(dòng)臺(tái)控制的切換（MCHO）中，MS一直監(jiān)測(cè)周圍BS的信號(hào)，當(dāng)滿足某些切換準(zhǔn)則時(shí)，啟動(dòng)切換過程。MCHO是低層無線系統(tǒng)最流行的技術(shù)，在歐洲D(zhuǎn)ECT和北美PACS空中接口協(xié)議中得到應(yīng)用。在這種策略中，MS持續(xù)監(jiān)督來自所接入的BS和幾個(gè)切換候選BS的信號(hào)強(qiáng)度和質(zhì)量。當(dāng)滿足某些切換準(zhǔn)則時(shí)，MS選定一個(gè)“最佳”可用業(yè)務(wù)信道作為候選BS，并發(fā)出切換請(qǐng)求。我們希望由MS完成自動(dòng)鏈路轉(zhuǎn)換（ALL，兩個(gè)BS之間的切換）和時(shí)隙轉(zhuǎn)換（TST，同一個(gè)BS中兩個(gè)信道之間的切換）的組合控制，其原因是：①減輕網(wǎng)絡(luò)切換任務(wù)的負(fù)擔(dān)。②即使無線信道突然變差，也能通過允許重新連接兩個(gè)呼叫來保證無線連接的穩(wěn)固性。③控制自動(dòng)鏈路轉(zhuǎn)換和時(shí)隙轉(zhuǎn)換，以防止兩個(gè)過程無益的、同時(shí)的激發(fā)。自動(dòng)鏈路轉(zhuǎn)換控制需要MS在BS附近去進(jìn)行當(dāng)前的和候選的信道質(zhì)量測(cè)量。MS在同一個(gè)BS中兩個(gè)信道之間的切換控制可以由誤字指示器（WEI）通過將上行鏈路質(zhì)量信息經(jīng)下行鏈路傳送給MS來實(shí)現(xiàn)。MCHO工作進(jìn)程由以下4個(gè)部分組成：①正在進(jìn)行的測(cè)量和測(cè)量數(shù)據(jù)的處理，其中允許MS監(jiān)督質(zhì)量。②觸發(fā)器決策機(jī)制，MS利用經(jīng)處理的測(cè)量數(shù)據(jù)決定是否進(jìn)行自動(dòng)鏈路轉(zhuǎn)換或時(shí)隙轉(zhuǎn)換等動(dòng)作。③自動(dòng)鏈路轉(zhuǎn)換或新時(shí)隙轉(zhuǎn)換的頻率載波選擇，這是一個(gè)與觸發(fā)器決策密切相連的處理。④在MS與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間，通過一種信令協(xié)議執(zhí)行自動(dòng)鏈路轉(zhuǎn)換或時(shí)隙轉(zhuǎn)換。換句話說，在某一個(gè)MS中，一個(gè)正在進(jìn)行的測(cè)量過程負(fù)責(zé)檢查無線鏈路的質(zhì)量信息。當(dāng)達(dá)到某些準(zhǔn)則時(shí)，該過程即明確切換需求，并選擇一個(gè)新的信道。作為解調(diào)處理結(jié)果，MS能夠每幀都得到一次當(dāng)前信道的QI測(cè)量值。例如，在每個(gè)TDMA幀期間，當(dāng)MS不接收和發(fā)送信息時(shí)，該單元就有足夠的時(shí)間進(jìn)行至少一次附加信道的測(cè)量（QI和RSSI）。MS也能獲得下行鏈路的WEI。此外，BS能夠向MS反饋上行鏈路的WEI。該信息只需占用每個(gè)突發(fā)脈沖下行鏈路流的一位。在PACS中，由于在下行鏈路采用TDMA，因此上行鏈路WEI反饋的使用可以表示同一個(gè)BS中兩個(gè)信道的切換需求。另一方面，DECT采用動(dòng)態(tài)信道分配，可以通過同一個(gè)BS中信道的轉(zhuǎn)換來同時(shí)改善上行鏈路和下行鏈路。DECT所需的切換時(shí)間是（100～500）ms。對(duì)于PACS，據(jù)報(bào)道該時(shí)間可為（20～50