第七讲 组网技术基础 - 3,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，如何合理的分配给用户使用。 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,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,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,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_min D = 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