现代移动通信第7讲第03章组网技术基础ppt课件.pptx
第七讲 组网技术基础 3 多信道共用容量和移动性管理,数字移动通信,上次课重点回顾,1、如何确定同频小区的位置？2、同频干扰和系统容量间有何关系？在推导关系式中采用了何分析方法？3、小区分裂是如何提高系统容量的？需要做哪些变化？4、为何划分扇区能提高系统容量？会带来哪些问题？,第3章 组网技术基础,3.1 移动通信网的基本概念3.2 移动通信环境下的干扰3.3 区域覆盖和信道配置3.4 提高蜂窝系统容量的方法3.5 多信道共用技术3.6 网络结构3.7 信令（自学）3.8 系统的移动性管理,第一次课,第二次课,第三次课,要求： 1、理解多信道共用的基本思想，掌握话务量和信道利用率计算方法。 2、理解数字蜂窝移动通信系统的基本网络结构。 3、掌握越区切换和位置管理的概念。 重点：多信道共用、越区切换和位置管理难点：话务量和信道利用率计算方法,本次课的教学要求,本次课需要解决的主要问题,什么是多信道共用？多信道共用的容量受到哪些因素的影响？如何计算多信道共用的容量和信道利用率？ 什么是正常位置更新？什么时候需要进行位置更新？为什么需要进行越区切换？越区切换过程包括哪几个步骤？如何实施越区切换？软切换有什么特点？,本次课教学内容,3.5 多信道共用技术3.6 网络结构3.7 信令（自学）3.8 系统的移动性管理,一、多信道共用基本原理,1、问题的引出 实际问题：每个基站的信道数量是有限的，如何合理地分配给用户使用。 有线电话是如何做的？ 独立信道 vs. 多信道共用,一、多信道共用基本原理,2、多信道共用的概念 多信道共用（中继）：由网内的大量用户共享相对较小数量的无线信道。 19世纪末由丹麦数学家爱尔兰提出 现在用他的名字作为话务量强度的单位 如何做到？,一、多信道共用基本原理,3、多信道共用技术的基本思路,基本思路 - 按需分配（1）当用户提出服务要求时，系统为其分配信道（2）当用户不需要服务时，信道被释放,一、多信道共用基本原理,3、多信道共用技术的基本思路 根据用户的统计特性来设计合适的系统容量 使用固定数量的信道为大量的、随机数量的用户提供服务。 在信道数量和呼叫阻塞概率之间进行折衷。,一、多信道共用基本原理,3、多信道共用技术的基本思路 数学模型抽象：M个用户， 个信道 若无空闲信道，则新用户被阻塞或需要排队等待服务 M 不存在阻塞 M 存在阻塞,思考： M与 怎样关系才合理？,二、话务量与呼损,1、话务量 度量话音通信中业务量的大小 ，其如同客流量。 （1）呼叫话务量定义：单位时间内的平均电话交换量 表达式,请求速率（C）：单位时间内的平均呼叫次数保持时间（t0）：每次呼叫平均占用信道的时间若t0以小时为单位，则话务量单位是爱尔兰（Erl）,（2）举例：设在100个信道上，平均每小时有2100次呼叫，平均每次呼叫时间为2分钟，则这些信道上的总呼叫话务量为： 思考：一个信道所能完成的最大话务量是多少？,1、话务量,二、话务量与呼损,2、呼损率 定义：呼损率（B）指由于无信道可用而造成呼叫失败的概率。 数学表达式,令 为呼叫成功的话务量,C0为单位时间内呼叫成功的通话次数,二、话务量与呼损,令 为呼叫成功的话务量 则呼损率为：,2、呼损率 数学表达式,二、话务量与呼损,3、服务等级（GoS） 呼损率也称为服务等级（Grade of Service） 服务等级与用户满意度 呼损率越小，成功呼叫概率越大，用户越满意。 可用来衡量最忙情况下用户进入系统的能力,主要考虑两个问题：确定用户在忙时接入系统被阻塞的概率。确定符合GoS所需要的通信容量。,二、话务量与呼损,4、爱尔兰公式 假设呼叫具有以下性质： 每次呼叫相互独立，互不相关，且达到时间服从泊松分布； 呼叫请求的达到无记忆性；用户占用信道的时间服从指数分布。,二、话务量与呼损,4、爱尔兰公式 则呼损率可用下面的爱尔兰公式表示,其中，A为总呼叫话务量， l为可用信道数。,工程方法：已知呼损率B和信道数，利用查表法或查图法得到总呼叫话务量A！,二、话务量与呼损,4、爱尔兰公式,二、话务量与呼损,B,5、每个用户忙时话务量（Aa） 定义：一天中最忙的那个小时中每个用户的平均话务量 一天中不同时段的话务量是有区别的 考虑通信系统的用户数和信道数时，应采用忙时平均话务量,二、话务量与呼损,5、每个用户忙时话务量（Aa） 集中系数（K） 忙时话务量与全日话务量之比 一般取7%15% 忙时话务量表达式,二、话务量与呼损,5、每个用户忙时话务量（Aa） 例子 ： 每天平均呼叫3次，每次的呼叫平均占用时间为120s，忙时集中系数为10% Aa = （31200.1）/3600 = 0.01 公共移动通信网Aa范围（0.010.03Erl） 专用移动通信网Aa范围（0.030.06Erl）,二、话务量与呼损,三、多信道共用的容量和信道利用率,1、多信道共用情况下的容量定义 思考：这里的容量指什么？ 系统所能容纳的用户数 单个信道所能容纳的用户数 思考：容量受到哪些因素的影响？ 每个用户的忙时话务量Aa 呼损率B 信道数=总用户数：A/Aa,2、多信道共用的容量计算 步骤1：由呼损率B和信道数 ，确定系统可支持的总呼叫话务量A 步骤2：确定每个用户的忙时话务量Aa 步骤3：计算系统所能容纳的用户数M,三、多信道共用的容量和信道利用率,每个信道所能容纳的用户数 m,容量计算实例例3-1 某小区有8个信道（7个话音信道+1个控制信道），每天每个用户平均呼叫10次，每次平均占用信道80s，呼损率要求为10%，忙时集中系数为0.125。该小区能容纳多少用户？,三、多信道共用的容量和信道利用率,2、多信道共用的容量计算,容量计算实例 步骤1：信道数l=7，呼损率为10% 总呼叫话务量A=4.6666Erl 步骤2：每个用户的忙时话务量 Aa=CTK/3600=0.0278Erl 步骤3：系统所能容纳的用户数M M=A/Aa=168,三、多信道共用的容量和信道利用率,2、多信道共用的容量计算,3、信道利用率的计算 定义：多信道共用时，信道利用率指每个信道平均完成的话务量。,三、多信道共用的容量和信道利用率,呼损率,3、信道利用率的计算 举例：当呼损率为1%时 10个信道支持的系统容量为 A = 4.46 Erl 2组5个信道支持的系统容量为 A = 21.36 = 2.72 Erl,思考：不同的信道分配方式，对信道利用率有何影响？,三、多信道共用的容量和信道利用率,4、信道分组方式对信道利用率的影响 信道分组方式影响系统能支持的用户数量 相同信道数、呼损率条件下，多信道共用的信道利用率明显提高。,三、多信道共用的容量和信道利用率,本次课教学内容,3.5 多信道共用技术3.6 网络结构3.7 信令（自学）3.8 系统的移动性管理,1、多服务区的网络结构,四、基本网络结构,2、移动通信网络最基本的任务 建立始呼与被呼之间的连接 识别被呼用户 定位用户所在位置 建立网络到用户的路由连接 通话过程中维持连接 通话结束，拆除连接,四、基本网络结构,3、移动通信网中管理的特殊性 移动性管理 无线资源管理,四、基本网络结构,本次课教学内容,3.5 多信道共用技术3.6 网络结构3.7 信令（自学）3.8 系统的移动性管理,你外出时，家里希望有事的时候能够找到你，所以你最好到了一个新的地方就给家里打电话，同样，手机到了一个新地方也要报告给基站，这就是“正常位置更新”。,五、位置更新,1、正常位置更新的概念,双龙街校区,后标营校区,问题：怎么划分“新地方”？ 怎么知道到了“新地方”？,2、 “新地方”的划分方法 移动通信中，用位置区的来区分移动台所处的位置。 模拟移动通信时代没有位置区的概念，一个MSC包打天下。 在该MSC下所有的基站下发寻呼消息来找该手机。,问题：系统负荷大解决：划分位置区，分片寻呼,五、位置更新,移动台通过侦听广播消息得知自己所在的位置区。 如果位置区发生了变化，则主动联系无线网络，上报自己所在的位置。,终端主动报告位置变更,3、位置更新的时机,五、位置更新,双龙街校区,双龙街校区,后标营校区,位置变更消息存在时效性问题。 有时手机所处位置区并没有变更，但网络也无法找到你。 手机没电 SIM卡被拔出 无信号如何解决？ 要求手机每隔一段时间，都要向网络汇报位置。,五、位置更新,3、位置更新的时机,手机周期性向系统汇报所在位置。逾时未报的，就把它当成了“网络不可及”，直到收到它的下一次位置更新再改变状态。,周期性更新（图示为30分钟后）,五、位置更新,3、位置更新的时机,双龙街校区,双龙街校区,后标营校区,特殊事件：手机没电，没信号，下电池，关机。,新问题：手机关机问题？,“周期性汇报”无法有效解决手机关机问题！ 解决思路：开关机的时候都通知网络一声。,思考：手机已关机和用户不在服务区有什么区别？,3、位置更新的时机,五、位置更新,位置变更消息记载在数据库中，这个数据库称为位置寄存器。 无线网络收到对该手机的被叫请求后 首先查找位置寄存器，确定手机当前所处的位置区； 再将被叫的请求发送到该位置区的基站，由这些基站对手机进行寻呼。,4、位置更新信息的记载,五、位置更新,两个位置寄存器 原籍位置寄存器（HLR） 访问位置寄存器（VLR）,用户由一个位置区进入另外一个时，从HLR中下载新的数据到VLR中，并删除前一个VLR的信息。,五、位置更新,4、位置更新信息的记载,不同MSC/VLR不同位置区的位置更新,(1) MS向MSC发送“位置更新请求”,(1),(2),(2) MSC向客户的HLR发送“位置更新请求”,(3) HLR回送“位置更新接受”,(3),(4),(4) MSC 对VLR中该客户的IMSI作标记，并向MS回送“位置更新证实”,(5),(5) HLR通知原来的MSC删除VLR中有关该MS的客户数据,五、位置更新,IMSI-国际移动设备识别码，每个设备不同,1、越区切换的必要性 实际生活中常见的例子：当用户开着车，从基站2覆盖的范围转移到基站1下，如果你与基站2的连接没有转到基站1上，就会产生“掉线”。,六、越区切换,2、越区切换的定义 当你离开了某一基站的覆盖范围，你与该基站的通信转移到了新基站上，这就叫“越区切换”。 定义：指将一个正处于呼叫建立状态或者通话状态的MS转换到新的业务信道上的过程。,六、越区切换,2、越区切换的定义 越区切换可以有效保证用户移动着打电话不中断。 越区切换包含了两个方面的工作： 切断与旧基站的连接 建立与新基站的连接,六、越区切换,3、越区切换过程的基本步骤 发起：移动台和基站都可以根据信号的强弱来决定是否需要进行切换，并准备进入切换处理。 资源预留：预留分配切换所需要的资源（切换优先于呼叫请求）。 执行：进行切换，移动台使用新分配的资源。 完成：旧资源被释放。,六、越区切换,4、越区切换的实施什么情况下进行切换？由谁确定进行切换？切换时如何分配信道？,六、越区切换,5、越区切换的准则 确定什么时候需要切换？ 根据移动台接收的平均信号强度，或信噪比（信干比）、误比特率等参数来确定。 重要的切换参数 - 切换的门限电平。,六、越区切换,5、越区切换的准则 重要的切换参数切换的门限电平接收机可以接收的最小信号电平(例如：Pr_min在100 dBm到90 dBm之间)。切换门限Pr_handoff必须高于Pr_minD = Pr_handoff Pr_min 思考：D对切换有什么影响？ D太大，导致不必要的切换。 D太小，没有足够的时间完成切换，导致信号太弱而掉话。,六、越区切换,6、越区切换的控制策略（1）移动台控制的越区切换 选择具有可用业务信道的最佳候选基站，并发送越区切换请求。,六、越区切换,6、越区切换的控制策略（2）网络控制越区切换（NCHO） 网络决定何时进行切换 基站监听来自移动台的信号的强度和质量 网络利用多个基站对所有连接的信号强度进行监测 MSC决定何时进行切换 网络信令负荷较重，基站资源有限，切换时间较长。 切换时间：第1代模拟系统约为10 s,六、越区切换,6、越区切换的控制策略（3）移动台辅助越区切换（MAHO） 移动台检测来自周围基站信号的能量 将测量的数据通知当前提供服务的BS。 当从其它基站接收到的信号比当前服务基站的信号高出一定程度或持续一段时间时，开始进行切换。 降低了需要的切换时间 切换的检测由每个移动台完成。 适用于切换频繁的场合。 切换时间：第2代数字系统1-2 s,六、越区切换,7、越区切换的类型硬切换：先切断与原有基站的联系，再接入新的基站。软切换：当彻底进入某个基站的覆盖区域后，才断开与另一基站的联系。,六、越区切换,8、软切换的特点维持旧的连接，同时建立新的连接。移动在进入新小区后仍然使用原来的信道。与硬切换不同，软切换不是载频上的变化，新的基站在同一载频上对移动台进行控制。当与新基站建立可靠连接之后再中断旧连接。移动台在切换过程中可以同时和多个基站进行通信，并利用新旧连接的分集合并来改善通信质量。,六、越区切换,小结,如何计算多信道共用的容量和信道利用率？ 位置更新是如何完成的？ 越区切换的准则有哪几种？越区切换的控制策略有哪几种？ 软切换的特点是什么？,作业,P89.101115,谢谢！,数字移动通信,
