移动通信项目化教程.ppt
2023/3/30,项目三 移动通信系统组网,移动通信的组网就是由若干个移动用户组成一个系统，系统内的用户可以在无线电覆盖的范围内任何地方，实现在移动过程中的相互通信。现代的公用移动通信网普遍要求能实现移动用户和其他网络（如有线电话网）用户之间相互通信，以实现其四通八达的通信功能。因此，移动通信的组网技术不仅要研究移动通信网络本身的最佳组建技术，还应探讨移动网和其他网络之间的最佳连接方式。,2023/3/30,情景一 移动通信的区制,移动通信网所覆盖的区域称为移动通信的服务区。根据服务区域覆盖方式的不同，可将移动通信网划分为大区制和小区制。,2023/3/30,一 大区制移动通信系统,一个服务区只用一个基站（Base Station，简称BS）来覆盖全地区，由基站来负责该地区移动通信的联络和控制，这种组成方式称为大区制。相应的通信系统称为大区制移动通信系统。,2023/3/30,二 小区制移动通信系统,小区制是将整个服务区划分为若干个无线小区。每个小区的半径约为210km，发射功率约为520w。每个小区设置一个基站（BS），由它负责本小区内移动用户的联络和控。同时设置一个移动业务交换中心（Mobile Services Switching Center简称MSC），统一控制本服务区内基站协调地工作，实现小区之间移动用户通信的转接，以及移动用户和市话用户之间的通信,2023/3/30,图3-3 小区制移动通信系统示意图,2023/3/30,情景三 服务区域的划分方法,根据移动通信网区域覆盖方式的不同，可将小区制移动通信网划分带状服务区和面状服务区。,图3-4 带状服务区,2023/3/30,二 面状服务区,面状服务区是指服务区是一宽广的平面状区域。陆地公众移动通信网用户的分布大多是广大平面状的，这时，需要建立若干个彼此邻接的小区才能覆盖整个服务区。服务区内的小区的划分及组成，取决于电波传播条件和天线的方向性。,2023/3/30,1无线小区的形状,2023/3/30,区群形状,图3-5 区群形状示意图,2023/3/30,三 激励方式,激励方式是指基地台对本服务小区的辐射和覆盖方式。通常对正六边形小区的激励方式有两种，即中心激励和顶点激励。1中心激励中心激励是将基站设在小区的中央，采用全向天线，用圆形辐射区覆盖整个小区，如图3-7a）所示。,2023/3/30,2顶点激励,顶点激励是将基站设置于六边形的顶点处，采用定向天线来覆盖无线小区，如图3-7b）所示。这种激励方式对消除小区内的障碍物阴影很有好处。常见的顶点激励方式有三种：（1）采用60定向天线，三角形小区（每基站由六个扇形小区组成）。（2）采用120定向天线，菱形小区（每基站由三个扇形小区组成）。（3）采用60定向天线，三叶草形（每基站由三个六角形小区组成）。,2023/3/30,顶点激励方式覆盖图,2023/3/30,四 小区模型和小区分裂,1小区模型目前常用的单位无线区群的模型可归并为三种，即：12个基站构成的单位无线区群；7个基站构成的单位无线区群及4个基站构成的单位无线区群，如图3-9所示。,2023/3/30,2小区分裂（Cell Splitting）,一般在移动通信网组网初期，用户不太多时，小区规划的比较大，并且采用全向天线来覆盖整个小区。但随着用户数和话务量的增长，配置在该小区内的频道数便不够使用，此时，必须采用小区分裂的方法来缩小无线小区，提高频率复用率，从而达到扩大容量的目的。,2023/3/30,中心激励方式单位区群中的每个全向基站分裂,2023/3/30,134蜂窝分裂综合结果,2023/3/30,3直放站,在组网时，对于需要覆盖而建设基站又不经济的局部地区，会出现由于地形地物的影响而使无线电波覆盖不到的盲区或死区。这时可以在适当的地点建立直放站，以沟通这些地区内的移动台和基站之间的通信，实现整个服务区的覆盖。直放站实际上是一个同频放大的中继站，可以将基站和处于死区内的移动台的信号接收和转发，其增益约为80，覆盖距基站3050的地区。如图3-14所示，由于直放站具有经济，可靠，简单和易于安装的特点，已得到广泛的应用。,2023/3/30,情景三 移动通信网的类型,移动通信网是指与有线的公用固定电话（PSTN）相连通而构成的有线与无线相结合的电话通信系统，是一个交换式通信系统，并根据网络范围的大小及交换控制功能的要求，可以形成不同的网络结构。,2023/3/30,一 网络结构,一个典型的移动通信网服务区的网络结构如图3-15所示。由图可见，一个完整的移动通信网从服务区范围的层次上可分为小区，基站区，位置区，MSC区和服务区。小区是指一个基站或该基站的一个分系统（定向天线）所覆盖的区域。基站区是指由一个基站提供服务的所有小区覆盖的区域。它通过无线信道与移动台连接，通过中继线路与移动业务交换中心（MSC）连接。,2023/3/30,2023/3/30,900MHz蜂窝式移动电话网区域网的结构,2023/3/30,二 信道结构,信道是信息传输的通道。在移动通信网中，进行一次正常的通话，除了传送语音信号外，还需要传送许多控制信号，这就需要多种信道，包括有线信道和无线信道来传送相应的信号。这里主要介绍基站和移动台之间的无线信道。移动通信网中的信道可分为物理信道与逻辑信道两种。物理信道是实际的信道（如一段带宽或一个时隙），在基站中对应于信道单元，在设备上每个物理信道表现为一部发信机，一部收信机及相应的控制单元。逻辑信道是根据信道中传送信息的种类不同而划分的，在实际传送时必须要被置于某一个物理信道上才能实现。逻辑信道可以分为话音信道（VC）和控制信道（CC）两种。,2023/3/30,1话音信道（VC）,话音信道主要用于传递话音信号。通常，每个无线小区有若干条话音信道，它统一受移动业务交换中心（MSC）的控制与管理。当一条话音信道被占用时，基站上与之对应的发射机打开，当占用结束（空闲状态）时，该发射机关闭。话音信道还传送以下一些信息：（1）检测音（SAT）在模拟蜂窝系统（AMPS和TACS）中，检测音是在话音期间连续发送的带外单音，分别为5970、6000和6030三个单频信号。在一个区群的所有小区中只能使用三者之一，而相邻区群应使用不同的检测音。检测音由基站的话音信道发出经移动台环回。其作用是：对话音质量跟踪监测；作静噪控制信号，提高抗同频干扰的能力；作移动台走向的判别依据。（2）数据 在越区切换时，语音通常会被切断800左右，此时，语音信道被用来传送数据。语音信道上传送的是双向数据形式的必要指令，以实现成功切换。（3）信号音（ST）信号音是单音线路信号，一般在0300之间，类似于固定电话的回铃音，由移动台单方向发出。在呼叫及越区切换过程中，BS收到ST，表明移动台对已发生事件的确认。,2023/3/30,2控制信道（CC）,控制信道的类别很多，但主要用于移动的寻呼（Page）和接入（Access）。通常在一个无线小区中只有一条控制信道，因此，若移动网采用73单位区群组网，则每个单位区群内将有21条控制信道。平时，只要移动台开机，就会自动停靠在信号最强的一条控制信道上。当移动台主呼时，在控制信道上发出主呼信号，通过基站向移动业务交换中心发出入网信息，故控制信道又称接入信道（AC）。当移动台被呼时，移动业务交换中心通过基站在控制信道上一齐发出呼叫移动台信号，所以控制信道又称为寻呼信道（PC）。在控制信道中，还传递大量其他数据，如系统报文，指定通话信道等信号。,2023/3/30,3频率配置,频率在无线电通信中是一种十分宝贵而有限的资源，必须统一管理和分配。国际电信联盟（ITU）负责全世界范围内频率资源的分配与管理。我国的管理机构为国家无线电管理委员会。目前，我国国家无线电管理委员会分配给蜂窝移动通信系统的频率如表3-3所示。,2023/3/30,2023/3/30,GSM900系统的工作信道号与频率对照表,2023/3/30,2023/3/30,我国采用的73单位区群结构可按21个信道为一组来配置,2023/3/30,情景四 移动通信网接入市话网的方式,移动通信网进入市网的方式就是指移动电话接入市话网的方式，移动用户要与市话用户通话，就必须进入市话网，移动通信网进入市话网的方式因移动网的类型和容量不同而异，但双向接继必须是自动进行的。通常可归纳为以下三种类型。,2023/3/30,一 用户线接入方式,这种接入方式是直接把移动用户作为市话局的一个用户。如图3-19所示。系统常采用单个基站，利用无线用户集中器通过市话用户线接入市话网。集线器可根据实际情况设在基站内或市话局内，它的功能是在市话交换机的控制下对市话用户线与无线信道的接续进行控制，以解决市话线数（N）大于基站的无线信道数（M）的矛盾。,2023/3/30,二 市话中继线接入方式,通常在移动用户较多，基站也较多且其通信业务主要集中在系统内部，与市话网的话务量不大的移动通信系统中，可以采用移动电话小交换机经中继线接入市话网。这种接入方式中，移动通信网实际上相当于市话网一个分局。因此，移动网与市话网接续时，如同市话分局间相互接续，是在市话中继线上进行的，如图3-20所示。这种方式的特点是：（1）移动交换设备较简单，移动系统功能扩展方便；（2）对信令系统要求较高，要形成自动双向接续必须要有复杂的信令系统支持；（3）移动用户编号自成体系且用户之间相互呼叫无需经过市话网。这种方式适用于中小容量的移动通信系统。,2023/3/30,2023/3/30,三 移动电话汇接中心方式,将某个大地区或全国的各种移动电话网汇接起来，构成一个区域性的或全国性的移动电话汇接中心，然后与长途干线或国际干线接续，形成地区性的或全国性的甚至国际性的无线移动通信网。,2023/3/30,情景五 移动网络路由及接续技术,本情景将具体介绍移动通信网的路由选择及接续技术。一 移动用户呼叫本地的固定用户1移动用户呼叫本地的固定用户移动用户呼叫本地固定用户时，先经基站接至移动电话局，再经当地市话汇接局（TM）接到市话端局（LE）接至固定用户，其路由如图3-22所示。,2023/3/30,2移动用户呼叫外地的固定用户,移动用户呼叫外地的固定用时，先由移动电话局接至当地长途局（TS），再在公众电话网（PSTN）中选择路由接地外地长途局，经外地长途局转接至当地市话汇接局后，接至固定用户，其路由如图3-23所示。,2023/3/30,二 固定用户呼叫移动用户,1固定用户呼叫本地移动用户固定用户呼叫本地移动用户时，呼叫由市话端局经市话汇接局接入当地移动电话局，由其位置信息找到所要呼叫的移动用户。如图3-24所示。,2023/3/30,2固定用户呼叫外地移动用户,固定用户呼叫外地移动用户时，分两种情况：在已联网区，呼叫通过当地长途局选择当地移动电话局作为入口局（GMSC），在移动网中寻找路由进行接续，如图3-25（a）所示；在未联网的地区，则先将呼叫接至本地长途局，在公众网中选择路由，经外地长途局接到外地移动电话局，再在移动网中寻找路由进行接续，如图3-25（b）所示。,2023/3/30,2023/3/30,三 移动用户呼叫移动用户,1移动用户呼叫本地移动用户移动用户呼叫移动用户时，在本地网中选择路由，如图3-26所示。,2023/3/30,2移动用户呼叫外地移动用户,移动用户呼叫外地移动用户时，路由选择有两种：在未联网区域内，路由在长途网中选择。如图3-27 a）所示；在已联网区域内，路由在移动网中选择。如图3-27 b）所示。,2023/3/30,2023/3/30,四 切换及漫游,在蜂窝移动通信系统中，还存在以下两种特有的现象：1切换切换包括越区切换和越局切换。（1）越区切换（Hand Off）一个移动台从一个小区进入另一个小区，就要改由另一个小区基站的控制。移动台经过小区边界时可能正在通话，这时需从原基站的信道切换到新基站的不同的信道上来，且不能影响正在进行的通话，这种现象称为越区切换（Hand Off），或简称越区。小区越小，通话中需要切换的次数越多，对系统的交换控制技术的要求也越高。越区切换过程示意图如图3-28所示。,2023/3/30,越区切换过程,2023/3/30,（2）越局切换越局切换是指在通话过程中，移动台由一个MSC控制的无线小区进入到另一个MSC控制的无线小区时，需从原MSC控制的无线小区的信道切换到新MSC控制的无线小区的不同的信道上来继续通话，这种信道切换过程称为越局切换。2漫游（Rocoming）当一个移动台初次登记进入某一移动网时，系统会指定某一个服务区对该移动台进行常规管理，该服务区被称为“原藉位置区”或“管理区”。当一个移动台由本管理区出发进入到其他管理区时，仍要保持它的电话号码不变，可正常被呼叫到，这种现象称为漫游。,2023/3/30,情景六 多信道共用技术,由于移动网络系统分配给每个无线小区的信道数目是十分有限的，当用户数目超过该小区的信道数时，就会出现信道数目不敷要求的矛盾。实际的公众蜂窝移动通信网中，其用户数目是远远超出分配给它的信道数目的，解决这一矛盾除了采用前面介绍过的频率重用技术外，另一种有效的手段是利用多信道共用技术。,2023/3/30,一 多信道共用技术,所谓多信道共用是指在网内的大量移动用户共同使用若干无线信道，它是相对于独立信道方式而言的。如果一个无线小区有N个信道，对于每个用户分别指定一个信道，不同信道的用户不能互换信道，这就是独立信道方式。在独立信道方式中，若一个无线小区用户数超过了可用的信道数时，若干用户就会被指定在同一个信道上工作。当某一个用户占用了该信道时，则在他通话结束前，属于该信道的其他用户都处于阻塞状态而无法通话。但与此同时，一些其他的信道却可能处于空闲状态。显然，独立信道方式对信道的利用是不充分的。如果采用多信道共用方式，即一个无线小区内的N个信道可被该小区内的所有用户共用，当其中K（KN）个信道被占用时，其他需要通话的用户可选择任一空闲的信道通话。因为任何一个移动用户选取空闲信道和占用信道的时间都是随机的，所以所有信道被同时占用的概率远小于单个信道被占用的概率。因此，多信道共用可明显提高信道的利用率。在同样多的用户和信道的情况下，多信道共用可使用户的通话阻塞率明显下降。同样，在相同的信道和同样的阻塞率的情况下，多信道共用可使用户数目显著增加。,2023/3/30,二 信道的自动选择方式,在多信道共用系统中，多信道共用的实现必须在基站和移动台的共同控制下实现。对基站而言，必须能自动管理其控制的每个小区内的N个信道，即必须具有自动选择这N个信道中处于空闲状态的信道的能力。,2023/3/30,1专用呼叫信道方式,在给定的多个信道中，选择一个信道专门用作呼叫，该专用呼叫信道有两个作用：一是处理呼叫，又分为寻呼信道和接入信道；二是指配话音信道。平时，移动业务交换中心（MSC）通过基站在寻呼信道上发空闲信号，而移动台都守候在该呼叫信道上。基站呼叫移动台通过寻呼信道进行。移动台呼叫基站通过接入信道进行。一旦呼叫或接入成功，MSC就通过寻呼信道指定可用的通话信道，移动台根据指令转入指定的话音信道进行通话。呼叫信道又空出来，可以处理其他用户的呼叫。该方式处理一次呼叫过和所需时间很短，一般约几百毫秒甚至更短，所以设置一个专用呼叫信道可以处理成百上千个用户。专用呼叫信道方式一般用于大容量移动系统，并采用数字信令，目前蜂窝移动电话系统就采用这种方式。由于专用呼叫信道方式专门需要一个信道用作呼叫信道，减少了通话信道的数目，因此不适合信道数目小于12的小容量移动通信系统。,2023/3/30,2循环定位方式,这种方式由基站临时指定一个信道做呼叫信道，并在该临时呼叫信道上发空闲信号。平时所有未通话的移动台都自动对全部信道进行扫描搜索，一旦在哪个信道上收到空闲信号，就停留在该信道上。因此在平时，所有移动台都集中守候在临时呼叫信道上，当某个用户叫通后，就在此信道上通话。此时，基站要另选一个空闲信道作为临时呼叫信道发空闲信号，于是所有未通话的移动台接收机都自动转到新的临时呼叫信道上守候（定位）。可见，在循环定位方式下，其呼叫信道是临时的、不断改变的。一旦临时呼叫信道转为通话信道。BS要重新确定某空闲信道为临时呼叫信道，并发空闲信号。移动台一旦收不到空闲信道就不断进行信道扫描。这种方式信道利用率高（全部信道都可用作通话），接续快；但由于所有不通话的移动台都守候在一临时呼叫信道上，同抢概率大，因此这种方式只适合小容量系统。,2023/3/30,3循环不定位方式,这种方式是在循环定位方式的基础上，为减少同抢概率而出现的一种改进方式。循环不定位方式中的基站在所有不通话的空闲信道上都发出空闲信号，网内移动台自动扫描空闲信道，并随机地依靠在就近的空闲信道上（不定位）。避免了象循环定位方式那样，所有有通话的移动台都在一个临时呼叫信道主叫抢占情况。当基站呼叫寻呼台时，必须选择一个空闲信道先发出时间足够长的召集信号（其他空闲信道停发空闲信号），而后再发出选呼信号。网内移动台由于收不到空闲信号重新进入扫描状态。一旦扫到召集信号就停在该信道上等候被呼。一旦发现自己未被呼中，重新处于不停的信道扫描状态。从以上可以看出，循环不定位方式的优点是减少了同抢概率。但移动台被呼的接续时间比较长。而且，系统的全部信道（不管通话与不通话）都处于工作状态。这种多信道的常发状态，会引起严重的互调干扰。因此这种方式只适合于信道数较少的系统。,2023/3/30,4循环分散定位方式,循环分散定位方式克服了循环不定位方式的移动台被呼的接续时间比较长的缺点。在这种方式中，基站在全部不通话的空闲信道上都发空闲信号，网内移动台分散停靠在各个空闲信道上，移动台主呼是在各自停靠的空闲信道上进行的，保留了循环不定位方式的优点。基站呼叫移动台时，其呼叫信号在所有的空闲信道上发出，并等待应答信号，从而提高了接续的速度。这种方式接续快，效率高，同抢概率小。但当基站呼叫移动台时，这种方式必须在所有空闲信道上同时发出选呼信号，因而干扰比较严重。这种方式同样只适合小容量系统。,2023/3/30,情景七 项目小结,移动通信系统的组网技术是指由若干个移动用户组成一个系统。系统内用户可以实现四通八达的双向通信功能。移动通信的组网技术包括两个主要方面的内容，即解决覆盖范围的要求和满足用户容量的要求。覆盖范围通过建设多个基站解决，建站时主要考虑投资及地理条件的限制；用户容量则取决于小区规划和频率配置，主要受频率资源的限制。因此，移动通信的组网应有统一的基站区规划方案及频道配置规划。现代移动通信网的组建已有一套比较完善的方法。这套方法包括服务区域的划分方法；小区模型、激励方式及分裂方法；网络结构及联网方式；频率配置方案；路由及接续；与市话网的连接方式以及多信道共用技术等。合理地选择这些组网方法可以节省建网投资，提高频率利用率，改善通信质量，并且可以满足用户数不断增长的需要。,2023/3/30,情景八 项目思考思考,3-1 移动通信的服务区覆盖方式有哪两种？各有何特点？3-2 带状服务区有什么特点？3-3 面状服务区中，无线小区的最佳形状是什么？为什么？3-4 单位无线区群的组成应满足什么条件？3-5 顶点激励常采用哪几种方式？3-6 常见的小区模型有哪几种？我国采用哪种小区模型？3-7 简述134方案的分裂过程及适用场合。3-8 请画出移动通信网的网络结构图，并作简要介绍。3-9 小区分裂的目的是什么？分裂原则是什么？3-10 请画出900MHz蜂窝移动电话网的本地网的结构图。3-11 请画出900MHz蜂窝移动电话网的区域网的结构图。3-12 语音信道和控制信道各有何作用？分别传送何种信号？3-13 请简要介绍目前我国900MHz蜂窝移动通信系统的频率配置情况。3-14 请简要介绍移动电话网以市话中继线方式进入市话网的连接方式及特点。3-15 简述移动用户呼叫外地固定用户的路由及接续过程。3-16 移动通信中信道的自动选择方式有哪几种？简述其任一种的工作过程及特点。,
