移動(dòng)通信課件(第四版)-第6章

第6章頻分多址(FDMA)模擬蜂窩網(wǎng)6.1概述6.2系統(tǒng)控制及其信令思考題與習(xí)題6.1.1開展簡(jiǎn)況模擬蜂窩網(wǎng)是在20世紀(jì)80年代迅速開展并得到廣泛應(yīng)用的一種移動(dòng)通信系統(tǒng)。其代表性的系統(tǒng)如表6-1所示。6.1概述表6-1模擬蜂窩系統(tǒng)一覽表6.1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常，在一個(gè)大型蜂窩網(wǎng)移動(dòng)系統(tǒng)中有假設(shè)干個(gè)移動(dòng)交換局(MTSO)，也稱作移動(dòng)交換中心(MSC)。圖6-1示出由兩個(gè)移動(dòng)交換局構(gòu)成的蜂窩網(wǎng)移動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。這種類型的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)常稱作公共陸地移動(dòng)網(wǎng)(PLMN)。每一個(gè)MTSO均與公用交換網(wǎng)(PSTN)和所屬基站(BS)連接，其連接方式通常有電纜、光纖或數(shù)字微波線路等，它們之間都有相應(yīng)的接口標(biāo)準(zhǔn)。每個(gè)移動(dòng)用戶在其常駐地的MTSO經(jīng)過登記注冊(cè)即可入網(wǎng)，此移動(dòng)交換局稱作歸屬(或原籍)移動(dòng)交換局(如MTSOA)，經(jīng)它所登記的移動(dòng)用戶稱為本地用戶。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)入另一個(gè)移動(dòng)交換局所管轄區(qū)時(shí)，該移動(dòng)交換局(如MTSOB)稱為被訪問移動(dòng)交換局，來訪的移動(dòng)用戶稱為漫游用戶。圖6-1蜂窩網(wǎng)移動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由圖6-1可見，蜂窩網(wǎng)移動(dòng)系統(tǒng)本身由三大局部組成，即移動(dòng)交換局(MTSO)、基站(BS)和移動(dòng)臺(tái)(MS)。其中，MTSO(或MSC)是基站與市話網(wǎng)之間的接口，是蜂窩網(wǎng)控制中心，它不僅具有一般程控交換機(jī)所具有的交換、控制功能，還具有適應(yīng)移動(dòng)通信特點(diǎn)的移動(dòng)性管理功能，以完成移動(dòng)用戶主呼或被呼所必需的控制。每個(gè)基站主要由基站控制器和多部信道機(jī)等組成，信道機(jī)的數(shù)量取決于基站同時(shí)與移動(dòng)臺(tái)通話的數(shù)目，它們以頻分多址方式工作，對(duì)每個(gè)用戶使用一對(duì)不同的雙工頻率進(jìn)行發(fā)射和接收信號(hào)?；拘诺罊C(jī)主要由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)組成，控制器用于與移動(dòng)局、移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行信令交換和控制。每個(gè)基站還配有定位接收機(jī)，監(jiān)測(cè)移動(dòng)臺(tái)位置，以便為越區(qū)切換效勞。6.1.3主要功能表6-1所列的各種蜂窩網(wǎng)移動(dòng)通信系統(tǒng)均具有以下主要功能：①具有與公用網(wǎng)進(jìn)行自動(dòng)交換的能力。②雙工通信，話音質(zhì)量接近市話網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。③雙向自動(dòng)撥號(hào)，包括移動(dòng)用戶與市話用戶間的直接撥號(hào)以及移動(dòng)臺(tái)之間的直接撥號(hào)。④用戶容量大，一個(gè)系統(tǒng)一般能為幾萬(wàn)個(gè)用戶提供效勞，還能適應(yīng)業(yè)務(wù)增加需要，通過小區(qū)分裂以擴(kuò)充容量。⑤采用小區(qū)制頻率再用技術(shù)，當(dāng)基站采用全向天線時(shí)，一個(gè)區(qū)群由12個(gè)小區(qū)組成，頻率再用率為1/12，其頻道分配方法是等頻距法，以盡可能減少鄰道干擾。⑥具有自動(dòng)過境切換頻道技術(shù)，切換時(shí)間小于20ms。⑦設(shè)備通用性較強(qiáng)，通常基站、移動(dòng)臺(tái)等設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)可以通用。⑧各地之間可以連網(wǎng)，具有自動(dòng)漫游功能。6.2.1系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)無(wú)論是AMPS系統(tǒng)還是TACS系統(tǒng)，其系統(tǒng)控制都涉及公用市話網(wǎng)、移動(dòng)局、基站和移動(dòng)臺(tái)之間的話音和信令的傳輸與交換。蜂窩系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)如圖6-2所示。6.2系統(tǒng)控制及其信令圖6-2蜂窩系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)由圖6-2可見，系統(tǒng)中既有無(wú)線信道，又有有線信道，而且都有話音信道和控制信道之分。話音信道主要用于傳送話音，而控制信道專用于傳送控制信令。因?yàn)榭刂菩诺朗菫榻⒃捯粜诺佬诘?，所以也把控制信道稱作建立信道。通常，從基站(BS)至移動(dòng)臺(tái)(MS)的傳輸信道稱為前向(或下行)信道，包括前向話音信道和前向控制信道；反之，從MS至BS傳輸?shù)男诺婪Q為反向(或上行)信道，它也包括反向話音信道和反向控制信道?；九c移動(dòng)交換局之間可分為有線數(shù)據(jù)線路和有線話音線路。上述信道的分類示于圖6-3。圖6-3蜂窩系統(tǒng)的信道類型

6.2.2控制信號(hào)及其功能

1.監(jiān)測(cè)音SAT(SupervisoryAudioTone)

監(jiān)測(cè)音用于信道分配和對(duì)移動(dòng)用戶的通話質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)某一話音信道要分配給某一移動(dòng)用戶時(shí)，BS就在前向話音信道上發(fā)送SAT信號(hào)。移動(dòng)臺(tái)檢測(cè)到SAT信號(hào)后，就在反向話音信道上環(huán)回該SAT信號(hào)。BS收到返回的SAT信號(hào)后，就確認(rèn)此雙向話音信道已經(jīng)接通，即可通話。為了提高監(jiān)測(cè)音的可靠性，防止與話音信號(hào)相互間干擾，AMPS系統(tǒng)和TACS系統(tǒng)均采用話音頻帶外的5970、6000和6030Hz三個(gè)單音作為監(jiān)測(cè)音。每個(gè)區(qū)群使用其中一個(gè)監(jiān)測(cè)音，相鄰區(qū)群分別使用另外兩個(gè)監(jiān)測(cè)音。例如，由7個(gè)小區(qū)組成的區(qū)群，其監(jiān)測(cè)音的分配如圖6-4所示。圖6-4監(jiān)測(cè)音的配置

2.信令音ST(SignallingTone)

信令音在移動(dòng)臺(tái)至基站的反向話音信道中傳輸，它是10kHz的音頻信號(hào)。信令音的主要用途如下：第一，當(dāng)MS收到BS發(fā)來的振鈴信號(hào)時(shí)，MS在反向話音信道上向BS發(fā)送ST信號(hào)，表示振鈴成功，一旦移動(dòng)用戶摘機(jī)通話，就停發(fā)ST信號(hào)；第二，移動(dòng)臺(tái)在過境切換頻道前，在MTSO控制下，BS在原來的前向話音信道上發(fā)送一個(gè)新分配的話音信道的指令，MS收到該指令后，就發(fā)送ST信號(hào)以表示確認(rèn)。根據(jù)上述SAT和ST信號(hào)的有無(wú)，可以判斷MS處于摘機(jī)還是掛機(jī)狀態(tài)，如表6-2所示。例如，當(dāng)基站收到移動(dòng)臺(tái)環(huán)回的SAT信號(hào)時(shí)，同時(shí)又收到ST，那么表示移動(dòng)臺(tái)處于掛機(jī)狀態(tài)；假設(shè)只收到環(huán)回的SAT信號(hào)，而未收到ST，那么說明此時(shí)移動(dòng)臺(tái)已摘機(jī)。表6-2移動(dòng)臺(tái)摘機(jī)/掛機(jī)信號(hào)表3.定位與過境切換在移動(dòng)臺(tái)通話過程中，為其效勞的基站定位接收機(jī)不斷監(jiān)測(cè)來自移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)電平，當(dāng)發(fā)現(xiàn)環(huán)回的監(jiān)測(cè)音SAT的電平低于某一指定值SSH(SignalStrengthforHandoffRequest),即信號(hào)電平降至請(qǐng)求過境切換的強(qiáng)度時(shí)，立即告知MTSO，MTSO當(dāng)即命令鄰近的BS同時(shí)監(jiān)測(cè)該移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)電平，并立即把測(cè)量結(jié)果向MTSO報(bào)告。MTSO根據(jù)這些測(cè)量結(jié)果，就可判斷移動(dòng)臺(tái)駛?cè)肓四膫€(gè)小區(qū)，上述過程就稱為定位。通過定位，就能確定是否需要以及如何進(jìn)行過境切換。過境切換的過程如圖6-5所示。圖6-5過境切換過程4.尋呼與接入所謂“尋呼〞，是指當(dāng)市話用戶呼叫某一個(gè)移動(dòng)用戶時(shí)，MTSO通過某一個(gè)基站或位置區(qū)內(nèi)的多個(gè)基站甚至所有基站發(fā)出呼叫信號(hào)，包括被呼用戶號(hào)碼以及話音信道指配代號(hào)等。這些尋呼信號(hào)是在前向控制信道上發(fā)送的。5.沖突退避由于移動(dòng)臺(tái)的主呼是隨機(jī)的，因此假設(shè)一個(gè)無(wú)線區(qū)內(nèi)有兩個(gè)以上移動(dòng)臺(tái)同時(shí)發(fā)起主呼，就會(huì)因爭(zhēng)用控制信道而發(fā)生沖突現(xiàn)象。為此，系統(tǒng)需要為減少?zèng)_突而建立一種退避規(guī)那么。AMPS和TACS系統(tǒng)采用的方法是：在前向控制信道的信令中每隔10位發(fā)一個(gè)忙/閑標(biāo)志位。當(dāng)控制信道“忙〞時(shí)，該比特位為“0〞；當(dāng)控制信道“閑〞時(shí)，該比特位為“1〞。移動(dòng)臺(tái)在反向控制信道中發(fā)出預(yù)告信息，表示要占用控制信道后，繼續(xù)觀察前向控制信道的忙/閑位。如果基站同意它占用，就將忙/閑位從“閑〞改置為“忙〞，同時(shí)也告訴了其它移動(dòng)臺(tái)此控制信道已被占用。思考題與習(xí)題1.表6-1所列的各種模擬蜂窩系統(tǒng)的主要區(qū)別有哪些?各種系統(tǒng)之間能否實(shí)現(xiàn)漫游?2.TACS系統(tǒng)中話音頻偏為9.5kHz，能否采用AMPS系統(tǒng)的12kHz話音頻偏?試定量分析其原因。

3.蜂窩網(wǎng)移動(dòng)通信系統(tǒng)有哪些主要功能?其中的預(yù)撥號(hào)方式(或稱呼前撥號(hào))有何優(yōu)越性?4.某的靈敏度為-110dBm,假設(shè)接收機(jī)輸入阻抗為50Ω，試求出相應(yīng)的以電壓表示的靈敏度。5.蜂窩系統(tǒng)中有哪些信道類型，各有何特點(diǎn)?在話音信道中傳輸哪些控制信令?6.過境切換的含義是什么?試簡(jiǎn)述過境切換的工作過程。7.SAT信號(hào)有何作用?為何選用5970、6000和6030Hz三種類型的監(jiān)測(cè)音?第6章頻分多址(FDMA)模擬蜂窩網(wǎng)6.1概述6.2系統(tǒng)控制及其信令思考題與習(xí)題6.1.1開展簡(jiǎn)況模擬蜂窩網(wǎng)是在20世紀(jì)80年代迅速開展并得到廣泛應(yīng)用的一種移動(dòng)通信系統(tǒng)。其代表性的系統(tǒng)如表6-1所示。6.1概述表6-1模擬蜂窩系統(tǒng)一覽表6.1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常，在一個(gè)大型蜂窩網(wǎng)移動(dòng)系統(tǒng)中有假設(shè)干個(gè)移動(dòng)交換局(MTSO)，也稱作移動(dòng)交換中心(MSC)。圖6-1示出由兩個(gè)移動(dòng)交換局構(gòu)成的蜂窩網(wǎng)移動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。這種類型的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)常稱作公共陸地移動(dòng)網(wǎng)(PLMN)。每一個(gè)MTSO均與公用交換網(wǎng)(PSTN)和所屬基站(BS)連接，其連接方式通常有電纜、光纖或數(shù)字微波線路等，它們之間都有相應(yīng)的接口標(biāo)準(zhǔn)。每個(gè)移動(dòng)用戶在其常駐地的MTSO經(jīng)過登記注冊(cè)即可入網(wǎng)，此移動(dòng)交換局稱作歸屬(或原籍)移動(dòng)交換局(如MTSOA)，經(jīng)它所登記的移動(dòng)用戶稱為本地用戶。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)入另一個(gè)移動(dòng)交換局所管轄區(qū)時(shí)，該移動(dòng)交換局(如MTSOB)稱為被訪問移動(dòng)交換局，來訪的移動(dòng)用戶稱為漫游用戶。圖6-1蜂窩網(wǎng)移動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由圖6-1可見，蜂窩網(wǎng)移動(dòng)系統(tǒng)本身由三大局部組成，即移動(dòng)交換局(MTSO)、基站(BS)和移動(dòng)臺(tái)(MS)。其中，MTSO(或MSC)是基站與市話網(wǎng)之間的接口，是蜂窩網(wǎng)控制中心，它不僅具有一般程控交換機(jī)所具有的交換、控制功能，還具有適應(yīng)移動(dòng)通信特點(diǎn)的移動(dòng)性管理功能，以完成移動(dòng)用戶主呼或被呼所必需的控制。每個(gè)基站主要由基站控制器和多部信道機(jī)等組成，信道機(jī)的數(shù)量取決于基站同時(shí)與移動(dòng)臺(tái)通話的數(shù)目，它們以頻分多址方式工作，對(duì)每個(gè)用戶使用一對(duì)不同的雙工頻率進(jìn)行發(fā)射和接收信號(hào)。基站信道機(jī)主要由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)組成，控制器用于與移動(dòng)局、移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行信令交換和控制。每個(gè)基站還配有定位接收機(jī)，監(jiān)測(cè)移動(dòng)臺(tái)位置，以便為越區(qū)切換效勞。6.1.3主要功能表6-1所列的各種蜂窩網(wǎng)移動(dòng)通信系統(tǒng)均具有以下主要功能：①具有與公用網(wǎng)進(jìn)行自動(dòng)交換的能力。②雙工通信，話音質(zhì)量接近市話網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。③雙向自動(dòng)撥號(hào)，包括移動(dòng)用戶與市話用戶間的直接撥號(hào)以及移動(dòng)臺(tái)之間的直接撥號(hào)。④用戶容量大，一個(gè)系統(tǒng)一般能為幾萬(wàn)個(gè)用戶提供效勞，還能適應(yīng)業(yè)務(wù)增加需要，通過小區(qū)分裂以擴(kuò)充容量。⑤采用小區(qū)制頻率再用技術(shù)，當(dāng)基站采用全向天線時(shí)，一個(gè)區(qū)群由12個(gè)小區(qū)組成，頻率再用率為1/12，其頻道分配方法是等頻距法，以盡可能減少鄰道干擾。⑥具有自動(dòng)過境切換頻道技術(shù)，切換時(shí)間小于20ms。⑦設(shè)備通用性較強(qiáng)，通?；尽⒁苿?dòng)臺(tái)等設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)可以通用。⑧各地之間可以連網(wǎng)，具有自動(dòng)漫游功能。6.2.1系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)無(wú)論是AMPS系統(tǒng)還是TACS系統(tǒng)，其系統(tǒng)控制都涉及公用市話網(wǎng)、移動(dòng)局、基站和移動(dòng)臺(tái)之間的話音和信令的傳輸與交換。蜂窩系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)如圖6-2所示。6.2系統(tǒng)控制及其信令圖6-2蜂窩系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)由圖6-2可見，系統(tǒng)中既有無(wú)線信道，又有有線信道，而且都有話音信道和控制信道之分。話音信道主要用于傳送話音，而控制信道專用于傳送控制信令。因?yàn)榭刂菩诺朗菫榻⒃捯粜诺佬诘?，所以也把控制信道稱作建立信道。通常，從基站(BS)至移動(dòng)臺(tái)(MS)的傳輸信道稱為前向(或下行)信道，包括前向話音信道和前向控制信道；反之，從MS至BS傳輸?shù)男诺婪Q為反向(或上行)信道，它也包括反向話音信道和反向控制信道。基站與移動(dòng)交換局之間可分為有線數(shù)據(jù)線路和有線話音線路。上述信道的分類示于圖6-3。圖6-3蜂窩系統(tǒng)的信道類型

6.2.2控制信號(hào)及其功能

1.監(jiān)測(cè)音SAT(SupervisoryAudioTone)

監(jiān)測(cè)音用于信道分配和對(duì)移動(dòng)用戶的通話質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)某一話音信道要分配給某一移動(dòng)用戶時(shí)，BS就在前向話音信道上發(fā)送SAT信號(hào)。移動(dòng)臺(tái)檢測(cè)到SAT信號(hào)后，就在反向話音信道上環(huán)回該SAT信號(hào)。BS收到返回的SAT信號(hào)后，就確認(rèn)此雙向話音信道已經(jīng)接通，即可通話。為了提高監(jiān)測(cè)音的可靠性，防止與話音信號(hào)相互間干擾，AMPS系統(tǒng)和TACS系統(tǒng)均采用話音頻帶外的5970、6000和6030Hz三個(gè)單音作為監(jiān)測(cè)音。每個(gè)區(qū)群使用其中一個(gè)監(jiān)測(cè)音，相鄰區(qū)群分別使用另外兩個(gè)監(jiān)測(cè)音。例如，由7個(gè)小區(qū)組成的區(qū)群，其監(jiān)測(cè)音的分配如圖6-4所示。圖6-4監(jiān)測(cè)音的配置

2.信令音ST(SignallingTone)

信令音在移動(dòng)臺(tái)至基站的反向話音信道中傳輸，它是10kHz的音頻信號(hào)。信令音的主要用途如下：第一，當(dāng)MS收到BS發(fā)來的振鈴信號(hào)時(shí)，MS在反向話音信道上向BS發(fā)送ST信號(hào)，表示振鈴成功，一旦移動(dòng)用戶摘機(jī)通話，就停發(fā)ST信號(hào)；第二，移動(dòng)臺(tái)在過境切換頻道前，在MTSO控制下，BS在原來的前向話音信道上發(fā)送一個(gè)新分配的話音信道的指令，MS收到該指令后，就發(fā)送ST信號(hào)以表示確認(rèn)。根據(jù)上述SAT和ST信號(hào)的有無(wú)，可以判斷MS處于摘機(jī)還是掛機(jī)狀態(tài)，如表6-2所示。例如，當(dāng)基站收到移動(dòng)臺(tái)環(huán)回的SAT信號(hào)時(shí)，同時(shí)又收到ST，那么表示移動(dòng)臺(tái)處于掛機(jī)狀態(tài)；假設(shè)只收到環(huán)回的SAT信號(hào)，而未收到ST，那么說明此時(shí)移動(dòng)臺(tái)已摘機(jī)。表6-2移動(dòng)臺(tái)摘機(jī)/掛機(jī)信號(hào)表3.定位與過境切換在移動(dòng)臺(tái)通話過程中，為其效勞的基站定位接收機(jī)不斷監(jiān)測(cè)來自移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)電平，當(dāng)發(fā)現(xiàn)環(huán)回的監(jiān)測(cè)音SAT的電平低于某一指定值SSH(SignalStrengthforHandoffRequest),即信號(hào)電平降至請(qǐng)求過境切換的強(qiáng)度時(shí)，立即告知MTSO，MTSO當(dāng)即命令鄰近的BS同時(shí)監(jiān)測(cè)該移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)電平，并立即把測(cè)量結(jié)果向MTSO報(bào)告。MTSO根據(jù)這些測(cè)量結(jié)果，就可判斷移動(dòng)臺(tái)駛?cè)肓四膫€(gè)小區(qū)，上述過程就稱為定位。通過定位，就能確定是否需要以及如何進(jìn)行過境切換。過境切換的過程如圖6-5所示。圖6-5過境切換過程4.尋呼與接入所謂“尋呼〞，是指當(dāng)市話用戶呼叫某一個(gè)移動(dòng)用戶時(shí)，MTSO通過某一個(gè)基站或位置區(qū)內(nèi)的多個(gè)基站甚至所有基站發(fā)出呼叫信號(hào)，包括被呼用戶號(hào)碼以及話音信道指配代號(hào)等。