第5章蜂窝组网技术.ppt

1/48,第5章 蜂窝组网技术,2/25,第2章作业评讲：,2.1 多径衰落对数字移动通信系统的影响：1、信息幅度衰减 2、时延扩展2.2 计算题，得到结果是负的，说明：损耗后，信息的功率1mW，衰减大2.3 最大多谱勒频移：，其中，2.6 平均衰落率,3/25,第4章的问题：,抗衰落技术有哪些？分集技术的思想是什么？分集合并方式有哪几种？对应的加权因子取值如何？分集合并的几个方式中，哪种的性能最好？哪种方式对应的通信误码率最高？哪种最低？,4/25,第3章作业讲评：,1、信源编码的目的：压缩冗余信息，提高信息的有效性2、信道编码的目的：增加冗余信息，提出系统传输的可靠性3、信息150bit，分成10组，每组15bit，先分组，再写出交织帧，避免出错。4、扩频通信的原理：定义：扩频通信方式是将数字基带信号扩展到一个很宽的频带进行传输的一种调制方式。在发送端，使用比信息速率高很多倍的伪随机码来扩展数字基带信号的频谱，形成低功率谱密度、宽带的信号来发送；在接收端，使用同步后的伪随机码进行解扩，恢复出窄带的有用信号，从而减少噪声对信号的影响。,5/25,复习1,上行链路与下行链路的概念？它们之前的频差是多少？什么是呼叫话务量？什么是呼损率？什么是忙时话务量，对应的公式是？每信道所能容纳的用户数是如何定义的？,6/25,第4章作业讲评：,4.1、分集接收技术的指导思想：把接收到的多个衰落独立的信号加以处理，合理地利用这些信号的能量来改善接收信号的质量。4.2、宏观分集：处理受到阴影衰落的长期衰落 微观分集：处理在短距离上信号强度发生急剧变化的衰落，微观分集方式：时间分集、频率分集和空间分集三种。4.4、合并方式：选择式合并，最大比值合并，等增益合并。最大比值合并输出的信噪比最大，因为该方式综合利用了每条衰落信息。4.5、参考课本P123，图4.16,7/25,复习2,频率复用的概念？基站的设置激励方式包括哪两种？区群的概念？移动通信中的干扰包括哪两种？采用什么方法来扩大系统的容量？采用什么方法来改善系统的干扰？,8/25,复习3,三种多址方式分别是如何划分信道的？FDMA多址方式的信道容量？TDMA多址方式的信道容量？CDMA多址方式的信道容量？影响CDMA信道容量的因素有哪些？,9/25,本章问题,组网过程中必须解决如下一系列技术问题，才能使网络正常运行：（1）频率资源的管理与频率的有效利用问题；（2）蜂窝网同频复用与同道干扰问题；（3）多信道、多用户共用与多址接入问题；（4）用户移动性与网络移动性的管理问题；（5）越区切换问题；（6）PLMTS网与公用电话网、ISDN、PDN以及与其他移动网的互联、互通问题；,10/25,要掌握的名词解释,FDMA:Frequency Division Multiple Access,频分多址TDMA：Time division Multiple Access,时分多址 CDMA：Code Division Multiple Access,码分多址,多址技术,11/25,第5章 蜂窝组网技术,5.1 频率资源的有效利用和蜂窝小区的组网通信5.2 蜂窝小区的概念和区域覆盖5.3 干扰和信道容量5.4 多址接入技术5.5 蜂窝移动通信的交换技术5.6 在蜂窝移动通信网综述,12/25,移动通信网络结构,空中网络,基站与固定网络,服务区内各基站的相互连接,频率复用和蜂窝小区,切换和位置更新,地面网络,多址接入,13/25,5.1 频率资源的有效利用和蜂窝小区 的组网通信,5.1.1 频率资源的管理5.1.2 频率的有效利用技术5.1.3 多信道共用技术,14/25,5.1 频率资源的有效利用和蜂窝小区的组网通信,无线通信是利用无线电波在空间传递信息的。当前移动通信发展所遇到的最突出问题，就是如何将有限的可用频率有秩序地提供给越来越多的用户使用而不相互干扰，这就涉及到频率的管理与有效利用。,15/25,5.1.1 频率资源的管理,频率是一种特殊资源。它并不是取之不尽的。与别的资源相比，频率有一些特殊的性质。频率的分配和使用需在全球范围内制定统一的规则。,16/25,5.1.1 频率资源的管理,移动电话使用频段主要在150MHz、450MHz和900MHz、1800MHz、1900MHz频段。双工移动通信网规定工作在各频段的收、发频差分别为：VHF频段为5.7MHz，UHF 450MHz频段为10MHz；UHF 900MHz频段为45MHz。同时规定基站对移动台（下行链路）为发射频率高，接收频率低；反之，移动台对基站（上行链路）为发射频率低，接收频率高。,17/25,5.1.2 频率的有效利用技术,频率的有效利用就是从时间域、空间域和频率域这三个方面采用多种技术，以设法提高频率的利用率。（1）时间域的频率有效利用（2）空间域的频率有效利用（3）频率域的频率有效利用,18/25,5.1.2 频率的有效利用技术,频率域的频率有效利用有两种方法：信道的窄带化和宽带多址技术。宽带多址技术有频分多址（FDMA，即在频率域上划分信道，每一用户占用一定的频 带）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）以及它们的组合等。,19/25,5.1.3 多信道共用技术,1呼叫话务量话务量是通信系统通话业务量或繁忙程度的指标。其性质如同客流量，具有随机性，只能用统计方法获取。,每个信道能容纳多少用户数,20/25,1呼叫话务量,呼叫话务量，是指单位时间（一小时）内的平均电话交换量，可用下面关系式表示：A=Ct0 其中，C为每小时的平均呼叫次数（包括呼叫成功和呼叫失败的次数），t0为每次呼叫平均占用信道的时间,21/25,1呼叫话务量,如果以t0小时为单位，则话务量A的单位是Erl（爱尔兰）。如果在一个小时之内连续地占用一个信道，则其呼叫话务量为1Erl。这是一个信道所能完成的最大话务量。,22/25,2呼损率,在一个通信系统中，呼叫失败的概率称为呼叫损失概率，简称呼损率，记为B。设A为呼叫成功而接通电话的话务量，简称完成话务量。C0为1小时内呼叫成功而通话的次数，t0为每次呼叫平均占用信道的时间，则完成话务量为 A=C0t0,23/25,2呼损率,呼损率为B=,呼叫失败次数与总次数的比值,24/25,2呼损率,呼损率的物理意义是损失话务量与呼叫话务量之比的百分数。呼损率在数值上等于呼叫失败次数与总呼叫次数之比的百分数。呼损率B称为系统的服务等级（或业务等级），记为GOS。GOS是系统的一个重要质量指标。呼损率与话务量是一对矛盾，即服务等级与信道利用率是矛盾的。,25/25,2呼损率,如果呼叫具有下列性质：每次呼叫相互独立，互不相关，即呼叫具有随机性；每次呼叫在时间上都有相同的概率；每个用户选用无线信道是任意的，且是等概的，则呼损率可按下式计算：,26/25,2呼损率,这就是电话工程中的第一爱尔兰公式，也称爱尔兰B公式。,27/25,3信道利用率,多信道共用时，信道利用率是指每个信道平均完成的话务量。因此如果已知B、n，根据表3-1可算出A值，然后由上式求出。,28/25,4忙时话务量,用户忙时话务量是指一天中最忙的那个小时（即“忙时”），每个用户的平均话务量，用Aa来表示。Aa是一个统计平均值。同时，将忙时话务量与全日话务量之比称为集中系数，用K表示。因为K反映了这个通信系统“忙时”的集中程度，即忙时话务量在全天话务量中所占的比例。,29/25,4每个用户的忙时话务量,每个用户忙时话务量（Aa）：其中，C为每一用户每天平均呼叫次数T（单位为秒）为每次呼叫平均占用信道的时间Aa为最繁忙的那个小时的话务量，是统计平均值,30/25,4、每个信道所能容纳的用户数,每个信道所能容纳的用户数m:只要在“忙时”信道够用，“非忙时”肯定不成问题。,每个信道的总话务量,每用户最大话务量,每个信道容纳的用户数,31/25,5.2 蜂窝小区的概念和区域覆盖,5.2.1 蜂窝小区的概念5.2.2 大区制小容量5.2.3 频率复用和小区制移动通信系统,32/25,5.2.1 蜂窝小区的概念,蜂窝的概念是一个系统级的概念，其思想是用许多小功率的发射机来代替单个的大功率发射机，每一个小的覆盖区只提供服务范围内的一小部分覆盖。移动通信网的区域覆盖方式分为两类：一类是小容量的大区制；另一类是大容量的小区制。,第1代移动通信系统,第2代和未来移动系统,33/25,5.2.2 大区制小容量,大区制是指一个基站覆盖整个服务区。为了增大通信用户量，大区制通信网只有增多基站的信道数（装备量也随之加大），但这总是有限的。因此，大区制只能适用于小容量的通信网，例如用户数在1 000以下。,34/25,5.2.2 大区制小容量,这种制式的控制方式简单，设备成本低，适用于中小城市、工矿区以及专业部门，是发展专用移动通信网可选用的制式。,35/25,5.2.3 频率复用和小区制移动通信系统,频率复用的定义：蜂窝系统的基站工作频率，由于传播损耗提供足够的隔离度，在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一组工作频率。小区制移动通信系统的频率复用和覆盖有两种，一种是带状服务覆盖区；另一种是面状服务覆盖区。,36/25,图5-1 双频组和三频组频率配置,公路、铁路、海岸,带状服务覆盖区,37/25,面状服务覆盖区群,共同使用全部可用频率的N个小区叫做区群同一个区群内，要使用不同的频率不同的区群间使用对应的相同频率,1 2 1 2 3 4 5 3 4 5 6 7 1 2 6 7 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 73 4 5 6 7 1 2 6 7 1 2 3 4 5 3 4 5 6 7 6 7,图52 蜂窝系统的频率复用和小区面状覆盖图示,q=D/R=4.6N=7,D,R,2,1 3,2 4 2,1 3 1 3,4 2 4,1 3,4,38/25,面状服务覆盖区，即蜂窝小区 a.小区形状：正六边形 b.区群（由不同信道的N个小区组成）,面状服务覆盖区群,39/25,小区的覆盖设置,采用六边形的原因用最小的小区数就能覆盖整个地理区域最接近于全向的基站天线和自由空间传播的全向辐射模式基站发射机位置中心激励小区：安置在小区的中心顶点激励小区：安置在六边形顶点之中的三个上实际形状 由于地形地貌、传播环境、衰落形式的多样性，小区的实际无线覆盖是一个不规则的形状,40/25,基站设置方式（激励方式）：,中心激励方式：基地站在小区的中心，由全向天线覆盖无线小区，这就是所谓的“中心激励”方式。顶点激励方式：若在每个正六边形不相邻的三个顶点上设置基地站，并采用定向天线形成覆盖区，这就是“顶点激励”方式,41/25,中心激励,顶点激励,中心激励与顶点激励,42/25,5.2.3 频率复用和小区制移动通信系统,区群的构成对于一个具有S个可用的双向信道的蜂窝移动通信系统，可容纳有用户容量是多少呢？假设每个六边形小区都分配K个信道，S个信道在N个小区中分为各不相同的、各自独立的信道组。而且每个信道组有相同的信道数目，那么可用无线信道的总数可表示为：S=KN（5-1）,43/25,5.2.3 频率复用和小区制移动通信系统,共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇（cluster，也叫区群）。如果区群在系统中共同复制了M次，则信道的总数C可以作为容量的一个度量C=MKN=MS（5-2）,44/25,频率复用距离与小区簇的关系,频率复用距离（即同频距离）D是指最近的两个频点小区中心之间的距离在小区中心作两条与小区的边界垂直的直线，其夹角为120。此两条直线分别连接到最近的两个同频点小区中心，其长度分别为I和J其中，R是小区的半径。N为区群大小,又称为频率复用因子。,图5-3 N=7 频率复用设计示例,D,I,J,频率利用率与同频干扰是一对矛盾,45/25,同频相邻小区的找法,沿着任何一条六边形链移动i个小区逆时针旋转60度再移动j个小区,i=3j=2N=19,图54 在蜂窝小区中定位同频小区的方法,i=3,j=2,46/25,5.3 干扰和信道容量,5.3.1 同频干扰和系统容量5.3.2 相邻信道的干扰5.3.3 蜂窝小区容量的改善,47/25,5.3 干扰和信道容量,干扰是蜂窝无线系统性能的主要限制因素。在蜂窝系统中，存在两种主要的干扰，即同频干扰和邻频干扰。,48/25,5.3.1 同频干扰和系统容量,频率复用意味着在一个给定的覆盖区域内，存在着许多使用同一组频率的小区，这些小区叫做同频小区。这些同频小区之间的信号干扰叫做同频干扰（也叫同道干扰）。为了减小同频干扰，同频小区必须在物理上隔开一个最小的距离，为传播提供充分的隔离。,距离的大小如何确定？,49/25,5.3.1 同频干扰和系统容量,如果每个小区的大小都差不多，基站也都发射相同的功率，则同频干扰比例与发射功率无关，而变为小区半径（R）和相距最近的同频小区中心间距离（D）的函数。增加D/R的值，相对于小区的覆盖距离减小，或同频小区间的空间距离增加，从而来自同频小区的射频能量减小而使干扰减小。,50/25,5.3.1 同频干扰和系统容量,参数Q叫做同频复用比例（也叫同频干扰抑制因子），与区群的大小有关。对于六边形系统来说，Q可表示为,51/25,5.3.1 同频干扰和系统容量,Q的值越小则容量越大；而Q值大可以提高传播质量，因为同频干扰小。在实际的蜂窝系统中，需要对这两个目标进行协调和折中。,52/25,5.3.2 相邻信道的干扰,来自所使用信号频率的相邻频率的信号干扰叫做邻频干扰（也叫邻道干扰）。邻频干扰是因接收滤波器不理想，使得相邻频率的信号泄漏到传输带宽内而引起的。,53/25,5.3.3 蜂窝小区容量和干扰的改善,1小区分裂小区分裂一种将拥塞的小区分成更小的小区的方法，分裂后的每个小区都有自己的基站并相应地降低天线高度和减小发射机功率。由于小区分裂能够提高信道的复用次数，因而能提高系统容量。即通过设定比原小区半径更小的新小区和在原有小区间安置这些小区（叫做微小区），使得单位面积内的信道数目增加，从而增加系统容量。,一定区域内，小区的数量增加,54/25,1小区分裂,图5-4 小区分裂的图例,55/25,2干扰的改善扇区,可以通过使用定向天线代替基站中单独的一根全向天线来减小蜂窝系统中的同频干扰，其中每个定向天线辐射某一特定的扇区。由于使用了定向天线，小区将只接收同频小区中一部分小区的干扰。这种使用定向天线来减小同频干扰，从而提高系统容量的技术叫做裂向（即扇区化）。同频干扰减小的因素决定于使用扇区的数目。,56/25,2扇区的划分,图5-5 扇区划分,裂向角度越小，干扰越小,57/25,名词解释,5.4 多址接入技术,5.4.1 多址通信的概念5.4.2 FDMA方式5.4.3 TDMA方式5.4.4 CDMA方式*5.4.5 SDMA方式*5.4.6 系统容量,58/25,5.4.1 多址通信的概念,1多址技术在一个无线小区中，如何使一个基站能容纳更多的用户同时和其他用户进行通信？如何使基站能从众多用户台的信号中区分出是哪一个用户台发出来的信号？各用户台又能识别出基站发出的信号中哪个是发给自己的信号？,59/25,2多址接入方式,目前移动通信采用多址方式包括：当以传输信号的载波频率不同来区分信道建立多址接入时，称为频分多址（FDMA）方式；当以传输信号存在的时间不同来区分信道建立多址接入时，称为时分多址（TDMA）方式；当以传输信号的码型不同来区分信道建立多址接入时，称为码分多址（CDMA）方式。图5-6分别给出了N个信道的FDMA、TDMA和CDMA的示意图。,60/25,2多址接入方式,图5-6 FDMA、TDMA和CDMA的示意图,频率,时间,码型,61/25,5.4.2 频分多址（FDMA）,1定义FDMA是把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道（或称信道）分配给不同的用户使用。这些频道互不交叠，其宽度应能传输一路话音或数据信息。在呼叫的整个过程中，其他用户不能共享这一频段，如图5-7所示。,62/25,2FDMA系统原理,图5-7 FDMA系统的工作示意图,基站移动台下行信道,移动台基站上行信道,63/25,3、FDMA频谱分割原理,每个用户分配一个信道，即一对频谱较高的频谱用作下行信道即基站向移动台方向的信道较低的频谱用作上行信道即移动台向基站方向的信道必须同时占用2个信道（2对频谱）才能实现双工通信基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转设置频道间隔，以免因系统的频率漂移造成频道间重叠前向信道与反向信道之间设有保护频带用户频道之间，设有保护频隙,图5-8 FDMA系统频谱分割示意图,64/25,3FDMA系统的特点,FDMA信道每次只能传送一路电话。每信道占用一个载频，相邻载频之间的间隔应满足传输信号带宽的要求。移动台较简单，和模拟的较接近。基站复杂庞大，重复设置收发信设备。越区切换较为复杂和困难。,65/25,5.4.3 时分多址（TDMA）,1、工作原理TDMA是在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的），每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户。各个移动用户在每帧内只能按指定的时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各个移动用户的信号而不混扰。,66/25,图5-9 频分多址和时分多址工作示意图(a)FDMA；(b)TDMA,频率共用,67/25,图5-9中所示（(a)为FDMA，(b)为TDMA）是一个方向的情况，在相反方向上必定有一组对应的频率/时隙（FDMA/TDMA）。TDMA信道的划分如图5-10所示。现在正广泛使用的GSM数字移动通信系统采用的就是TDMA/FDMA相结合的方式。,68/25,图5-10 TDMA信道的划分,同样频道数下，TDMA比FDMA方式能容纳更多的用户,分配t1时隙,分配t5时隙,分配t2时隙,69/25,2TDMA系统的特点,（1）突发传输的速率高，远大于语音编码速率，每路编码速率设为Rbit/s，共N个时隙，则在这个载波上传输的速率将大于NRbit/s。（2）发射信号速率随N的增大而提高。（3）TDMA用不同的时隙来发射和接收，因此不需双工器。（4）基站复杂性减小。（5）抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大。（6）越区切换简单。,70/25,5.4.4 CDMA方式,1CDMA系统原理CDMA系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息。CDMA系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间和空间上都可能重叠。系统的接收端必须有完全一致的本地地址码，才能对接收的信号进行相关检测,伪随机码或PN码,71/25,1CDMA系统原理,图5-11 CDMA系统的工作示意图,72/25,在FDMA和TDMA系统中，为了扩大通信用户容量，都尽力压缩信道带宽，但这种压缩是有限度的，因为信道带宽的变窄将导致通话质量的下降。而CDMA却相反，可大幅度地增加信道宽度，这是因为它采用了扩频通信技术。CDMA的关键是所用扩频码有多少个不同的互相正交的码序列，就有多少个不同的地址码，也就有多少个码分信道。为了扩大系统容量，人们正在致力于这种正交码序列的编码研究。,73/25,2CDMA系统的特点,CDMA系统有以下特点。CDMA系统的许多用户共享同一频率，不管使用的是TDD还是FDD技术。通信容量大。容量的软特性。,74/25,2CDMA系统的特点,由于信号被扩展在一较宽频谱上从而可以减小多径衰落。在CDMA系统中，信道数据速率很高。平滑的软切换和有效的宏分集。低信号功率谱密度。,75/25,三种多址技术的比较,FDMA用于第一代移动通信系统，频谱利用率低，逐渐被TDMA和CDMA取代TDMA比较成熟，目前应用广泛CDMA频谱利用率最高，容量最大，代表多址技术发展的方向,76/25,5.4.5 系统容量,蜂窝系统的无线容量可定义为m=信道/小区（5-15）式中，m是无线容量大小；Bt是分配给系统的总的频谱；Bc是信道带宽；N是频率重用的小区数。,77/25,1FDMA的容量,于模拟FDMA系统来说，如果采用频率复用的小区数为N，根据对同频干扰和系统容量的讨论可知，对于小区制蜂窝网,载干比,78/25,1FDMA的容量,即频率复用的小区数N由所需的载干比来决定。可求得FDMA的无线容量如下：,79/25,2TDMA蜂窝系统的容量,对于数字TDMA系统来说，由于数字信道所要求的载干比可以比模拟制的小45dB（因数字系统有纠错措施），因而频率复用距离可以再近一些。所以可以采用比7小的图案，例如N=3的图案。可求得TDMA的无线容量如下：,80/25,2TDMA蜂窝系统的容量,其中，设载波间隔为Bc，每载波共有M个时隙，则等效带宽为,在TDMA下每个时隙/用户的等效带宽,81/25,3CDMA蜂窝系统的容量,CDMA系统的容量是干扰受限的，而FDMA和TDMA系统的容量是带宽受限的。决定CDMA数字蜂窝系统容量的主要参数 是：处理增益、语音负载周期（即语 音激活率）、频率再用效率以及基站天线扇区数。,82/25,3CDMA蜂窝系统的容量,如果m个用户共用一个无线信道，显然每一用户的信号都受到其他m1个用户信号的干扰。假设到达一个接收机的信号强度和各干扰强度都相等，则载干比为,83/25,3CDMA蜂窝系统的容量,84/25,3CDMA蜂窝系统的容量,式（5-21）没有考虑在扩频带宽中的背景热噪声，如果把考虑进去，则能够接入此系统的用户数可表示为结果表明：降低热噪声功率，减小归一化信噪比，增大系统的处理增益，提高系统的容量。,处理增益,归一化信噪比,85/25,3.CDMA蜂窝通信系统的容量,根据CDMA蜂窝通信系统的特点，对一般公式进行修正采用话音激活技术提高系统容量利用扇区划分提高系统容量邻区干扰降低系统容量,86/25,采用话音激活技术提高系统容量,在典型的全双工通话中，话音的激活期（占空比）d 通常小于35%，如果CDMA系统在话音停顿时停止信号发射，其他用户受到的干扰会相应地平均减少65%，从而使系统容量提高到原来的1/d=2.86倍 CDMA系统的容量公式被修正为 当用户数目庞大并且系统是干扰受限而不是噪声受限时，用户数可表示为,87/25,利用扇区划分提高系统容量,如利用120o扇形覆盖的定向天线把一个蜂窝小区划分成3个扇区时，处于每个扇区中的移动用户是该蜂窝的三分之一，相应的各用户之间的多址干扰分量也就减少为原来的三分之一，从而系统的容量将增加近3倍CDMA系统的容量公式被修正为,G为扇区分区系数,88/25,邻区干扰降低系统容量,在CDMA系统中，所有用户共享一个无线频率，因此任一小区的移动台（基站）都会受到相邻小区基站（移动台）的干扰假设各小区的用户数为M，M个用户同时发射信号，在考虑邻近蜂窝小区的干扰对系统容量影响时，一般按正向信道计算 当系统采用正向功率控制技术时，由于路径传播损耗的原因移动台最不利的位置是处于3个小区交界处（图5-11MS点）在采用功率控制时，每小区同时通信的用户数 将下降到原来的60%，即信道复用效率F=0.6，使系统容量下降到未考虑邻区干扰时的60%CDMA系统的容量公式被修正为 信道/小区,图511 CDMA系统移动台受干扰示意图,影响系统的容量,89/25,数字GSM系统（TDMA方式）设：载频间隔 Bc=200kHz 每载频时隙数为 8 频率重用的小区数 N=4 得系统容量,数字CDMA系统 设：话音编码速率Rb=9.6kbit/s 话音占空比 d=0.35 扇形分区系数 G=2.55 信道复用效率 F=0.6 归一化信噪比 Eb/N0=7dB 得系统容量（信道/小区）,三种系统容量的计算,给定的一个窄带码分系统的总频宽Bt=1.25MHz,模拟TACS系统（FDMA方式）设：信道带宽Bc=25kHz 频率重用的小区数N=7 得系统容量,等效带宽200kHz/8,90/25,3三种系统容量的比较,（1）模拟TACS系统，采用FDMA方式（2）数字时分GSM系统，采用TDMA方式（3）数字CDMA系统三种体制系统容量的比较结果为 mCDMA 16mTACS 9mGSM容量：CDMATDMAFDMA,91/25,5.5 蜂窝移动通信的交换技术,5.5.1 蜂窝移动通信的交换技术与公共电话交换技术的差别5.5.2 蜂窝移动通信呼叫建立过程5.5.3 越区切换,92/25,5.5.1 蜂窝移动通信的交换技术与公共电话交换技术的差别,蜂窝移动通信网也是一种交换式通信网。蜂窝移动通信的交换技术要比公用电话系统交换技术复杂。,93/25,5.5.1 蜂窝移动通信的交换技术与公共电话交换技术的差别,移动通信的MSC除具备公网交换设备外还要增加用户移动性管理设备，如用户位置登记（不是一次性位置登记，而是每次开机后根据网络管理的要求进行许多次登记），越区切换和网络移动性管理，如网内位置区划分、用户位置更新、用户定位、越区切换和漫游切换等。,94/25,5.5.2 蜂窝移动通信呼叫建立过程,移动台主呼 移动台被呼 位置登记 通话过程中的越区信道切换,95/25,5.5.3 越区切换,越区切换（也称过区切换，Hand-over或Hand-off）是指将当前正在进行的移动台与基站之间的通信链路从当前基站转移到另一个基站的过程。该过程也称为自动链路转移（Auto-matic Link Transfer，ALT）。,96/25,5.5.3 越区切换,越区切换通常发生在移动台从一个基站覆盖的小区进入到另一个基站覆盖的小区的情况下，为了保持通信的连续性，将移动台与当前基站之间的链路转移到移动台与新基站之间的链路。,97/25,5.5.3 越区切换,越区切换包括以下几个方面的问题：越区切换的原因；越区切换的准则，也就是何时需要进行越区切换；越区切换由谁来控制；越区切换时信道如何分配。,98/25,越区切换的原因,信号的强度或质量下降到由系统规定的一定参数以下，此时移动台被切换到信号强度较强的相邻小区。由移动台发起。由于某小区业务信道容量全被占用或几乎全被占用，这时移动台被切换到业务信道容量较空闲的相邻小区。由上级实体发起。,99/25,何时需要进行越区切换；,切换必须顺利完成，并且尽可能少地出现，同时要使用户觉察不到切换门限要恰当Pr切换Pr最小可用Pr切换代表启动切换的门限，Pr最小可用代表基站规定的特定的信号强度为最小可用的信号不能太小也不能太大。太大，会有不需要切换来增加系统负担太小，会因为信号太弱而产生掉话，无足够时间切换,100/25,切换前对信号的监视：保证所检测到的电平不是由于信道产生瞬间的衰落引起的保证信号电平的下降确实由于移动台正离开当前基站,何时需要进行越区切换；,101/25,越区切换由谁来控制,102/25,越区切换时信道如何分配,信道监视方法目的：使切换请求优先于初始呼叫请求原理：保留小区中所有可用信道的一小部分，专门为那些可能要切换到该小区的通话所发出的切换请求服务对切换请求进行排队目的：减小中断的发生概率原理：信号强度下降到切换门限以下和因信号太弱而通话中断之间的时间间隔是有限的,增加了呼损率,103/25,5.5.3 越区切换,研究越区切换算法所关心的主要性能指标包括：越区切换的失败概率、因越区失败而使通信中断的概率、越区切换的速率、越区切换引起的通信中断的时间间隔以及越区切换发生的时延等。越区切换分为两大类：一类是硬切换，另一类是软切换。,增加了呼损率,104/25,5.3.3 硬切换（Hard Handoff，HHO）,特点先断后通：在新链路建立前，先中断旧链路。在整个切换过程中移动台只能使用一个无线信道。存在短期通话中断。有掉话的可能。系统模拟系统和TDMA系统（如GSM系统）原因：采用不同频率的小区之间只能采用硬切换缺点失败率较高“乒乓效应”统计结果 无线信道上90%的掉话是在切换过程中发生的。,105/25,5.3.3 软切换（Soft Handoff，SHO）,优点,缺点,优缺点,系统,地位,软切换是指需要切换时，移动台先与目标基站建立通信链路，再切断与原基站之间的通信链路的切换方式，即先通后断,CDMA蜂窝移动通信系统所独有,提高切换成功率,增加系统容量,提高通信质量,硬件设备的增加,占用更多的资源,CDMA系统特有的关键技术之一,106/25,1、移动台与原小区基站台保持通信链路；2、移动台与原小区基站台保持通信链路的同时，与新的目标小区（一个或多个小区）的基站台建立通信链路；,5.3.3 软切换的基本过程,Play,移动台只与其中的一个新小区基站台保持通信链路。,107/25,5.3.3 更软切换（Softer Handoff）,软切换中还包括更软切换。与软切换的区别：软切换通常指不同小区之间进行的软切换。更软切换是指在同一个小区的不同扇区之间进行的软切换。在软切换过程中，会同时占用两个基站的信道单元和WALSH码资源，通常在基站控制器（BSC）完成前向链路帧的复制和反向链路帧的选择。更软切换则不用占用新的信道单元，只需要在新扇区分配WALSH码，从基站送到BSC的只是一路话音信号。,108/25,5.5.3 越区切换,图5-17 越区切换示意图,109/25,5.6 蜂窝移动通信网综述,5.6.1 概述*5.6.2 移动通信网和固定通信网*5.6.3 移动通信网的发展,110/25,5.7.1 概述,1移动通信网的概念移动通信网的基本结构包括：移动台（Mobile Station，MS）、基站系统（Base Station Subsystem，BSS）和构成网络节点的移动交换中心（Mobile Service Switching Center，MSC）等。,111/25,2移动通信网的组成,图5-23 移动通信网的组成示意图,移动网,固定网,112/25,5.7.2 移动通信网和固定通信网,移动通信网与固定通信网的不同在于无线用户的移动性和固定用户的固定性。1公用交换电话网公用交换电话网是高度集成的、拥有用户最多的公共电话网，是世界上最大的电话网。一般来说，电话网分为长途电话网和本地电话网两大部分。,113/25,1公用交换电话网,图5-24 我国电话网结构,114/25,2公共数据网,公共数据网（PDN）分为两种：一种是分组交换公共数据网（PSPDN）；另一种是电路交换公共数据网（CSPDN）。一般来说，PDN主要用来传送计算机数据。,115/25,3综合业务数据网,ISDN是这样一种网络，它由电话综合网（IDN）演变而成，提供端到端的数字连接，以支持一系列广泛的业务（包括语音和非语音业务），它为用户提供一组有限的标准多用途用户网络接口。,116/25,3综合业务数据网,ISDN所提供的业务除了语音业务外，所包括的非话业务有数字、文字和图像，即分组交换数据、电路交换数据、电子邮件（E-mail）、电子信箱（Mailbox）、智能用户电报（Teletex）、可视图文（Videotex）、传真（Facsimile）、可视电话（Videophone）、电话会议（Video Conference）等。ISDN的信令方式采用公共信令方式。,117/25,*5.7.3 移动通信网的发展,1第一代移动通信网通常所说的第一代移动通信系统是指模拟蜂窝移动通信系统。它是频分多址接入（FDMA）的移动通信系统。,118/25,1第一代移动通信网,第一代蜂窝移动通信网有以下缺点：频谱利用率低，容量有限；制式太多，互不兼容，妨碍漫游，限制了用户覆盖面；提供业务的种类受限制，不能传送数据信息；容易被窃听；不能与ISDN兼容。,119/25,2第二代移动通信网,第二代移动通信（2G）系统为数字蜂窝移动通信系统。第二代移动通信系统最有代表性的是GSM（Global System for Mobile）和CDMA系统。数字移动通信系统采用了两种无线接入方式：GSM采用的是TDMA，即时分多址的接入方式；CDMA采用的是码分多址的接入方式。,120/25,3第三代移动通信网,（1）第三代移动通信网的基本概念第三代移动通信3G系统，是指能支持语音数据综合和移动多媒体的宽带数字移动网络。,121/25,3第三代移动通信网,（2）第二代数字移动通信系统向第三代移动通信系统的演进为了使现有的庞大的第二代数字移动通信网络能平滑地过渡到第三代移动通信网络，美国的IS-95和欧洲的GSM系统都采用了渐进过渡的方法。,122/25,3第三代移动通信网,以IS-95为基础发展，逐渐从IS-95-A至IS-95-B过渡到第三代移动通信系统的单载波，最终至多载波，支持达2Mbit/s的数据速率。,123/25,作业,什么叫多址方式？主要有哪几种多址方式？简述切换的基本概念。什么是同频干扰？是如何产生的？如何改善？,