第5章 组网技术 第5章 组网技术 5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 多址技术多址技术 5.3 5.3 区域覆盖和信道配置区域覆盖和信道配置 5.4 5.4 网络结构网络结构5.5 5.5 信令信令 5.6 5.6 越区切换和位置管理越区切换和位置管理 第5章 组网技术 5.1 概概 述述 本章要解决的主要问题： 1用户如何共享给定的无线频谱资源-多址技术2效劳区应设置多少基站及基站如何分配频率资源-区域覆盖技术3用户、基站、移动网、固定网如何互联互通-移动通信的网络结构4越区切换和移动性管理5用户、移动网、固定网如何交换控制信息-信令系统第5章 组网技术 5.2 多址技术多址技术 u多址技术的定义：在蜂窝移动通信系统中，多个MS要同时通过一个BS与其他用户进行通信，需要对不同的MS和BS之间通信的信号赋予不同的特征，使BS能从众多的MS信号中区分是哪个用户发出的信号，而各MS也能识别出BS发出的多个信号中哪个是发给自己的。解决该问题的方法称为多址技术。第5章 组网技术 u多址技术和多路复用技术的区别与联系：u都属于信道复用技术u多路复用技术：指有线 通信中，利用呼叫、交换、接续、应答的方式，使用“交换机对集中到交换局的用户信号分割，可以使分布在各地的多个用户通话而互不影响。u多址技术：指无线通信中，对在同一无线电信道内所传输的无线电已调波信号进行多址分割，BS(MS)共用无线频率进行相互之间的多点通信。5.2 5.2 多址技术多址技术 第5章 组网技术 5.2 5.2 多址技术多址技术u多址技术的分类u频分多址(FDMA) Frequency Division Multiple Access u时分多址(TDMA) Timeu码分多址(CDMA) Code u空分多址SDMASpace .多光束频率复用。它通过标记不同方位的相同频率的天线光束来进行频率的复用。u随机多址(CSMA/CD)Carrier Sense MA/Collision Dection第5章 组网技术 5.2 5.2 多址技术多址技术 频分多址频分多址(FDMA)(FDMA)u定义：频分多址是将给定的频谱资源划分为假设干个等间隔的频道(或称信道)供不同的用户使用。思考任意两个MS以FDMA/FDD方式进行通信时至少需要几个频道？第5章 组网技术 例：GSM900890915935960上行上行fi下行下行Fi1、中国移动GSM占用的频段：890-908 上行 935-953 下行 中国联通GSM占用的频段：909-915 上行 954-960 下行频道间隔为：频道间隔为：200KHz200KHz收发间隔为：收发间隔为：45MHz45MHzf1fnF1Fn上行：上行：下行：下行：第5章 组网技术 图图51 FDMA51 FDMA的频道划分方法的频道划分方法 f1fnF1Fn第5章 组网技术 5.2 5.2 多址技术多址技术 频分多址频分多址(FDMA)(FDMA)u应用：模拟FM移动通信系统北美的AMPS和英国的TACS.u信道带宽：通常等于传输一路模拟话音所需的带宽，如25kHz或30kHz。u双工方式：在单纯的FDMA系统，通常采用频分双工(FDD)的方式来实现双工通信，即接收频率f 和发送频率F是不同的。u注：为了使得同一部电台的收发信机之间不产生干扰，收发频率间隔|f-F|必须大于一定的数值。u 例如，在800MHz频段，收发频率间隔通常为45MHz。第5章 组网技术 话务量话务量u话务量的定义：话务量的定义：话音通信中，业务量的大小。u流入话务量：单位时间(1小时)内平均发生的呼叫次数和每次呼叫平均占用信道时间(含通话时间)S的乘积。记作：记作：式中：的单位是(次/小时)；S的单位是(小时/次)；两者相乘而得到A是一个无量纲的量，单位为“爱尔兰(Erlang)。 第5章 组网技术 例： 1 小时内平均发生呼叫的次数为(次)，求得: A(爱尔兰) = S(小时/次)(次/小时) A：是平均1小时内所有呼叫需占用信道的总小时数。 1爱尔兰：表示平均每小时内用户要求通话的时间为1小时。例如：全通信网平均每小时发生20次呼叫，平均每次呼叫的通话时间为3分钟，求该通信网的流入话务量。解： = 20(次/小时)爱尔兰 所以 第5章 组网技术 u完成话务量A0：单位时间内成功呼叫的次数为0(0) ，乘以每次呼叫平均占用的信道时间。记作：u损失话务量:流入话务量A与完成话务量A0之差。u呼损率B:损失话务量占流入话务量的比率即为呼叫损失的比率。话务量话务量第5章 组网技术 话务量话务量u呼损率呼损率u呼损率呼损率B：也称为通信网的效劳等级：也称为通信网的效劳等级(或业务等级或业务等级)。 u 例如，某通信网的效劳等级为例如，某通信网的效劳等级为0.05(即即B=0.05)，表示，表示在全部呼叫中未被接通的概率为在全部呼叫中未被接通的概率为5%。u呼损率与流入话务量一对矛盾：对于一个通信网呼损率与流入话务量一对矛盾：对于一个通信网来说，要想使呼叫损失小，只有让流入话务量小，即来说，要想使呼叫损失小，只有让流入话务量小，即容纳的用户少些，这又是所不希望的。容纳的用户少些，这又是所不希望的。第5章 组网技术 u完成话务量的性质与计算完成话务量的性质与计算u 设设在在观观察察时时间间T T小小时时内内，全全网网共共完完成成C1C1次次通通话话，那那么每小时完成的呼叫次数为么每小时完成的呼叫次数为 完成话务量即为 式中，C1S即为观察时间观察时间T小时内的实际通话时间小时内的实际通话时间。话务量话务量第5章 组网技术 T时间内的实际通话时间：从信道的占用角度看： 假设总的信道数为n ，而在观察时间T 内有i(in)个信道同时被占用的时间为ti(tiT)，那么实际通话时间为 话务量话务量P Pi i在总的在总的n个信道中，有个信道中，有i个信道同时被占用的概率个信道同时被占用的概率第5章 组网技术 例例如如，某某通通信信网网共共有有8个个信信道道，从从上上午午8时时至至10时时共共两两个个小小时时的的观观察察时时间间内内，统统计计出出i个个信信道道同同时时被被占占用用的的时时间间(小小时时数数)如如表表 5 - 1 所所示示。问问：在在这这两两个个小小时时的的时时间间里里平平均均每每小小时时有有几几个个信信道道被被同同时时占占用用？ 或或问问流流入话务量为多少？入话务量为多少？表表 5 - 1 (爱尔兰)I012345678ti0.10.20.30.40.20.10.10.10.1说明：在总共8个信道中，在2小时的观察时间内平均每小时有个信道同时被占用。第5章 组网技术 u呼损率的计算呼损率的计算 u每信道每小时的平均被占用时间为小时。 因为一个信道的最大可容纳的话务量是1爱尔兰，因此它的平均信道利用率就是43.75%。u信道利用率：用每小时每信道的完成话务量来计算工程计算式话务量话务量第5章 组网技术 表表 52 呼损率和话务量与信道数及信道利用率的关系呼损率和话务量与信道数及信道利用率的关系 第5章 组网技术 表表 52 呼损率和话务量与信道数及信道利用率的关系呼损率和话务量与信道数及信道利用率的关系 第5章 组网技术 u 用户忙时的话务量与用户数用户忙时的话务量与用户数 每个用户在24小时内的话务量分布是不均匀的，网络设计应按最忙时的话务量来进行计算。最忙1小时内的话务量与全天话务量之比称为集中系数，用k表示，一般k=10%15%。每个用户的忙时话务量a：设通信网中每一用户每天平均呼叫次数为C(次/天)，每次呼叫的平均占用信道时间为T(秒/次)，集中系数为k，那么每用户的忙时话务量为 话务量话务量第5章 组网技术 例如:C=3(次/天)，T=120(秒/次)，k=10%，求1用户忙时话务量：2假设流入话务量为A Erl,问全网可以容纳的用户数。解：12全网的用户数为=0.01(爱尔兰/用户)3每信道可以容纳的用户数：第5章 组网技术 表表 5 3 用户数的计算用户数的计算 以a=0.01(爱尔兰/用户)计算出每信道的用户数如表 5 - 3 所示(在a值不同时，那么需另行计算)。 第5章 组网技术 例：某移动通信系统，每天每个用户平均呼叫例：某移动通信系统，每天每个用户平均呼叫1010次，每次占用信道次，每次占用信道平均时间为平均时间为8080秒，呼损率要求秒，呼损率要求10%10%，忙时集中率为。问给定，忙时集中率为。问给定8 8个个业务信道能容纳多少用户？业务信道能容纳多少用户？解：解： 根据呼损的要求及信道数，求总话务量根据呼损的要求及信道数，求总话务量A A； 可以利用公式可以利用公式 ，也可查表，也可查表5-25-2。 n n8 8， 求得求得A=5.597 Erl.A=5.597 Erl. 求每个用户的忙时话务量求每个用户的忙时话务量a a； a=CTK/3600=0.0278 Erl/ a=CTK/3600=0.0278 Erl/用户用户 求系统所容纳的用户数求系统所容纳的用户数: : 用户用户206206用户用户 求每个信道能容纳的用户数求每个信道能容纳的用户数m:m: 第5章 组网技术 v对于使用多信道共用方式的系统，每个无线小区内对于使用多信道共用方式的系统，每个无线小区内m个个用户共用用户共用n个信道，通常个信道，通常mn，那么对移动台来说，也就，那么对移动台来说，也就存在着一个如何自动选择信道的问题，也就是小区内的信存在着一个如何自动选择信道的问题，也就是小区内的信道管理问题。道管理问题。v空闲信道的选取方式：空闲信道的选取方式：v专用呼叫信道方式专用呼叫信道方式(或或“共用信令信道方式共用信令信道方式)；v标明空闲信道方式。标明空闲信道方式。空闲信道的选取空闲信道的选取第5章 组网技术 专用呼叫信道方式专用呼叫信道方式定义定义：在给定的多个信道中，选择一个信：在给定的多个信道中，选择一个信道专门用作呼叫。移动用户只要不在通话道专门用作呼叫。移动用户只要不在通话时就停在这呼叫信道上守候。时就停在这呼叫信道上守候。 该信道有两个该信道有两个作用作用：一是：一是处理呼叫处理呼叫；二是；二是指配话音信道指配话音信道。MSBS下行信道 寻呼信道上行信道 接入信道专用信道第5章 组网技术 专用信道1发空闲信号MSCBS移动交换中心移动交换中心Mobile Switching CenterMobile Switching Center基站BS Base Station第5章 组网技术 专用信道1发空闲信号MSCBSMS1MS2MSn第5章 组网技术 专用信道1发对MS1的寻呼信号MSCBSMS1MS2MSn假设有其他用户呼叫假设有其他用户呼叫MS1,MS1,那么那么第5章 组网技术 专用信道1寻呼成功，指定可用信道如信道3MSCBSMS1MS2MSn第5章 组网技术 专用信道1MSCBSMS1MS2MSn信道3发空闲信号第5章 组网技术 对于专用信道呼叫方式，为了减小同抢概率，对于专用信道呼叫方式，为了减小同抢概率，要求专用呼叫信道处理一次呼叫过程所需的要求专用呼叫信道处理一次呼叫过程所需的时间很短，一般为几百毫秒甚至更短，这样时间很短，一般为几百毫秒甚至更短，这样一个信道就可以处理成百上千个呼叫。一个信道就可以处理成百上千个呼叫。适用场合：采用数字信令的大容量通信系统。适用场合：采用数字信令的大容量通信系统。对于信道数目小于对于信道数目小于1212的小容量移动通信系统的小容量移动通信系统不适合。目前的蜂窝不适合。目前的蜂窝 系统就采用这种方式。系统就采用这种方式。第5章 组网技术 空闲信道的选取空闲信道的选取u标明空闲信道方式：不设置专门的呼叫信道，所有信道都可供通话，选择呼叫与通话在同一信道上进行。u“循环定位：基站在某一空闲信道上发空闲信号，所有未通话的移动台都自动对所有信道进行循环扫描，收到空闲信号，那么定位于该空闲信道上。u“循环不定位：基站在所有空闲信道上都发空闲标志信号，不通话的移动台始终处于循环扫描状态。u“循环分散定位第5章 组网技术 循环定位方式循环定位方式定义：系统中没有专用的呼叫信道，而定义：系统中没有专用的呼叫信道，而是由是由BSBS临时指定一个信道做呼叫信道，临时指定一个信道做呼叫信道，并在这个信道上发空闲信号，而所有空并在这个信道上发空闲信号，而所有空闲的移动台通过信道扫描，停留在发空闲的移动台通过信道扫描，停留在发空闲信号的信道上，一旦有寻呼成功，该闲信号的信道上，一旦有寻呼成功，该信道就成为一个业务信道，基站再另选信道就成为一个业务信道，基站再另选空闲信道作为临时呼叫信道发空闲信号，空闲信道作为临时呼叫信道发空闲信号，空闲的移动台自动转到新的临时信道上空闲的移动台自动转到新的临时信道上守侯定位。守侯定位。第5章 组网技术 BS信道1信道2信道n.信道n-1第5章 组网技术 BS信道1信道2信道n.信道n-1发空闲信号MS1MS2MSn第5章 组网技术 BS信道1信道2信道n.信道n-1发对MS2的寻呼信号MS1MS2MSn发应答信号第5章 组网技术 BS信道1信道2信道n.信道n-1MS2接入该信道通话MS1MS2MSn发空闲信号第5章 组网技术 特点特点：呼叫信道是临时的，不断变化的，呼：呼叫信道是临时的，不断变化的，呼叫信道一旦转为通话信道，叫信道一旦转为通话信道，BSBS要重新确定某要重新确定某空闲信道为临时呼叫信道，发空闲信号。而空闲信道为临时呼叫信道，发空闲信号。而移动台收不到空闲信道就不断进行信道扫描。移动台收不到空闲信道就不断进行信道扫描。这种方式这种方式信道利用率高，接续快；但同抢概信道利用率高，接续快；但同抢概率大。率大。适用场合适用场合：小容量系统。：小容量系统。第5章 组网技术 循环不定位方式循环不定位方式定义：基站在所有空闲信道上都发空闲信号，网定义：基站在所有空闲信道上都发空闲信号，网内未通话的移动台自动扫描信道，随机停靠在就内未通话的移动台自动扫描信道，随机停靠在就近的空闲信道上不定位。当基站呼叫移动台近的空闲信道上不定位。当基站呼叫移动台时，选择一个空闲信道发时间足够长的保持信号时，选择一个空闲信道发时间足够长的保持信号其他空闲信道停发空闲信号，而后发选呼信其他空闲信道停发空闲信号，而后发选呼信号，网内移动台收不到空闲信号就要重新进入扫号，网内移动台收不到空闲信号就要重新进入扫描状态，一旦扫到保持信号就在该信道上等候被描状态，一旦扫到保持信号就在该信道上等候被呼，一旦呼叫成功，被呼移动台就在该信道上接呼，一旦呼叫成功，被呼移动台就在该信道上接入效劳，其他移动台进入信道扫描状态。入效劳，其他移动台进入信道扫描状态。第5章 组网技术 BS空闲信道1信道2信道n空闲信道n-1发空闲信号发空闲信号MS1MS3MSn-4MSn移动台主呼时，搜索定位才能呼叫第5章 组网技术 BS空闲信道1信道2信道n空闲信道n-1发保持信号后,发选呼信号 如对MS3MS1MS3MSn-4MSn移动台被呼时，发保持信号，锁定后改选呼信号第5章 组网技术 BS信道1信道2信道n空闲信道n-1MS1MS3MSn-4MSn发空闲信号第5章 组网技术 特点：这种方式是在循环定位方式的根底上特点：这种方式是在循环定位方式的根底上为减小同抢概率而出现的一种改进方式，但为减小同抢概率而出现的一种改进方式，但移动台被呼的接续时间比较长；移动台被呼的接续时间比较长； 另外，系统中的所有信道都处于工作状态，另外，系统中的所有信道都处于工作状态，这种多信道常发状态会引起严重的互调干扰。这种多信道常发状态会引起严重的互调干扰。适用场合：信道数目少的系统。适用场合：信道数目少的系统。第5章 组网技术 循环分散定位方式循环分散定位方式定义定义：基站在全部不通话的空闲信道上：基站在全部不通话的空闲信道上发空闲信号，网内移动台分散停靠在各发空闲信号，网内移动台分散停靠在各个空闲信道上。个空闲信道上。移动台主呼是在各自停靠的空闲信道上移动台主呼是在各自停靠的空闲信道上进行；进行；而基站呼叫移动台时，其呼叫信号在所而基站呼叫移动台时，其呼叫信号在所有的空闲信道上发出，并等待应答信号。有的空闲信道上发出，并等待应答信号。第5章 组网技术 BS空闲信道1信道2信道n空闲信道n-1发空闲信号发空闲信号MS1MS3MSn-4MSn第5章 组网技术 BS信道1信道2信道n空闲信道n-1接入此信道通话发空闲信号MS3MSn-4MSn移动台主呼的情况移动台主呼的情况第5章 组网技术 BS空闲信道1信道2信道n空闲信道n-1发对MS3的寻呼信号MS1MS3MSn-4MSn发对MS3的寻呼信号移动台被呼的情况移动台被呼的情况第5章 组网技术 BS信道1信道2信道n空闲信道n-1接入此信道通话发空闲信号MS3MSn-4MSn第5章 组网技术 特点：为克服循环不定位方式移动台被特点：为克服循环不定位方式移动台被呼时接续时间长而改进的一种方式。此呼时接续时间长而改进的一种方式。此方式接续快，效率高，同抢概率小。但方式接续快，效率高，同抢概率小。但当移动台被呼时，基站在所有的空闲信当移动台被呼时，基站在所有的空闲信道上都发送选呼信号，互调干扰严重。道上都发送选呼信号，互调干扰严重。适用场合：小容量系统。适用场合：小容量系统。第5章 组网技术 u定义：把时间分割成周期性的帧(Frame)每一个帧再分割成假设干个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移动终端的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动终端只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。 5.2 多址技术多址技术 时分多址时分多址TDMA第5章 组网技术 890960周期性的帧周期性的帧帧长帧长图图 4 TDMA 4 TDMA时隙时隙18 TDMA举例举例 8个时隙个时隙/帧帧时隙(ts,time slot)使用频率f1f1用户1：f1用户2：例：例：915935f1用户3：用户n设上行使用频率f1F1F1F1下行下行使用频率F1TDMA/TDD第5章 组网技术 5.2 多址技术多址技术 时分多址时分多址TDMAu应用：数字移动通信系统北美的DAMPS和欧洲的GSM.u信道划分：例如：DAMPS-先使用30KHz的频分信道，再将其分为6个时隙进行TDMA传输。GSM是将每个频道划分为8个时隙。u双工方式：uFDD:上下行链路采用不同的频率，且上下行链路的帧结构可同可不同。uTDD:将某一频率上的一帧中一半的时隙用于MS发，另一半的时隙用于MS收。第5章 组网技术 图图 5 2 TDMA示意图示意图 第5章 组网技术 u 注意：不同通信系统的帧长度和帧结构是不一样的。典型的帧长在几毫秒到几十毫秒之间。 u例如：GSM系统的帧长为4.615ms(每帧8个时隙)，DECT系统的帧长为10ms(每帧24个时隙)，PACS系统的帧长为2.5ms(每帧8个时隙)。u在TDMA系统中，每帧中的时隙结构(突发结构)的设计通常要考虑三个主要问题：控制和信令信息的传输； 信道多径的影响；系统的同步。 5.2 多址技术多址技术 时分多址时分多址TDMA第5章 组网技术 图图53 53 典型的时隙结构典型的时隙结构 5.2 多址技术多址技术 时分多址时分多址TDMA第5章 组网技术 u定义：每个信号被分配一个伪随机PN Pseudorandom Noise 二进制序列也叫扩频码进行扩频供不同的用户使用。接收端用相关器进行别离。只有与发送端序列相同的地址码才可以识别并提取用户信息，并压缩信号带宽。5.2 5.2 多址技术多址技术 码分多址码分多址CDMACDMA第5章 组网技术 相关器u相关器的作用：相关检测：一个简单的比喻就是用像片去对照找人。如果想在一群人中去寻找某个不相识的人，最简单有效的方法就是手里有一张某人的照片，然后用照片一个一个的比照，这样下去，自然能够找到某人。u同理，当你想检测出所需要的有用信号，有效的方法是在本地产生一个相同的信号，然后用它与接收到的信号比照，求其相似性。u换句话说，就是用本地产生的相同的信号与接收到的信号进行相关运算，其中相关函数最大的就最可能是所要的有用信号。 第5章 组网技术 u应用：数字移动通信系统北美的IS-95和欧洲的WCDMA.u信道划分：一个伪随机序列对应一个信道。u分类：u直接序列扩频-码分多址(DSS-CDMA)：所用用户工作在相同的中心频率上，输入序列与PN序列相乘得到宽带扩频信号。u跳频-码分多址(FH-CDMA)：每个用户根据各自的PN序列,动态改变已调信号的中心频率，使其通过跳变来躲避干扰。5.2 5.2 多址技术多址技术 码分多址码分多址CDMACDMA第5章 组网技术 DSS-CDMA例如CDMA扩频技术可以减少频率选择性衰落的影响扩频技术可以减少频率选择性衰落的影响窄带信号窄带信号扩频码扩频码扩频码扩频码噪声与信噪声与信号的合并号的合并信号信号宽带信号宽带信号噪声噪声噪声噪声+ +宽带信号宽带信号信号与噪声分离信号与噪声分离tP(t)P(t)P(t)P(t)P(t)tttt第5章 组网技术 DSS-CDMA扩频解扩过程详解：1 1、发送端以正交函数为扩频码进行扩频、发送端以正交函数为扩频码进行扩频100110110011001100110011010010110011010011001用户输入信息用户输入信息正交扩频序列正交扩频序列正交函数正交函数扩频后的发送数据扩频后的发送数据+1-1+1-1u在发送端用一个码扩频码来调制信号，用信号和扩频码的每一位进行模二加，这实际上提高了输出信号的速率，在时域信号速率的提高意味着频域信号带宽的展宽，这就是CDMA也被称为扩谱通信的原因。第5章 组网技术 2 2、在接收端的信号恢复、在接收端的信号恢复10011+1-1接收数据接收数据100101100110100110010110011001100110011011110000000011111111相关扩频序列相关扩频序列?接收数据接收数据100101100110100110010101010101010101010111000011001111001100不相关扩频序列不相关扩频序列u在解调端，信号和相同的扩频码进行解扩，发送端的原始信号中的每一位在这里都变成了N位N为扩频码的长度。第5章 组网技术 DSS-CDMA的核心：扩频与解扩信号信号 突发干扰突发干扰白噪声白噪声信号速率的提高，意味着信号带宽的展宽信号速率的提高，意味着信号带宽的展宽S(f)：能量谱密度：能量谱密度fS（f）扩频前的信号频谱扩频前的信号频谱信号信号f0解扩前的信号频谱解扩前的信号频谱信号信号噪声噪声S（f）f0ff0解扩后的信号频谱解扩后的信号频谱信号信号噪声噪声S（f）f扩频后的信号频谱扩频后的信号频谱信号信号f0S（f）f第5章 组网技术 直扩信号u由于直扩信号的宽频带特性，截获时需要在很宽的频率范围进行搜索和监测，增加了发现的难度。因此，直扩信号最早用在军方进行隐藏通信。u理论分析说明：u信号的检测概率与信号能量与噪声功率谱密度之比成正比，与信号的频带宽度成反比。u直扩信号正好具有这两方面的优势，它的功率谱密度很低，单位时间内的能量就很小，同时它的频带很宽。因此，它具有很强的抗截获性。u截获敌方信号的目的在于： u 发现敌方信号的存在， u 确定敌方信号的频率， u 确定敌方发射机的方向。 第5章 组网技术 直扩码分多址通信系统 u多址通信系统：指的是许多用户组成的一个通信网，网中任何两个用户都可以通信，而且许多对用户同时通信时互不不扰。应用直扩系统就很容易组成这样 一个多址通信系统(网)。u具体的做法是：给每一个用户分配一个PN码作为地址码。首先，利用直扩信号中PN码的相关特性来区分不同的用户：每个用户都能收到其他用户按其地址码发来的信号，此时只有收到的信号地址码与解扩地址码一致时，此时自相关，出现峰值，可以判别出是有用信号。对于其他用户发来的别的信号，因PN码不同时互相关值很小，不会被解扩出来。其次，直扩信号的频谱得以扩展，功率谱密度很低，因此可以有许多用户共用同一宽频带。此时相互之间干扰很小，可以当作噪声处理。另外，每个用户平均占用的频宽很窄，相对说来，频谱利用率也是高的。第5章 组网技术 DSS-CDMA例如CDMA扩频技术可以减少频率选择性衰落的影响扩频技术可以减少频率选择性衰落的影响窄带信号窄带信号扩频码扩频码扩频码扩频码噪声与信噪声与信号的合并号的合并信号信号宽带信号宽带信号噪声噪声噪声噪声+ +宽带信号宽带信号信号与噪声分离信号与噪声分离tP(t)P(t)P(t)P(t)P(t)tttt第5章 组网技术 实现DS-CDMA通信需注意的问题u一是:要选择有优良互相关特性的PN码。 u一般多采用有二值或三值相关特性的码作为地址码。同时还需要有一定的数量。Gold码就可以作为地址码来用，它既有较优良的相关特性，也有足够的数量可供选。 u其二是:要注意克服“远近效应问题。 u所谓“远近效应问题:指的是距离近的用户的信号强，它会干扰距离远的弱信号的接收。u解决的方法是采用自动功率控制，自动调节各用户的发射功率，使到达接收机时各用户信号功率根本相等，也就是满足接收机输入端等功率的条件，才能正确地区分有用信号。u其三是：同时通话的用户数，决定于整个网内的噪声水平。 u因此，直扩码分多址系统是一种噪声受限的系统。随着用户数的增加，通信质量逐渐变坏。 第5章 组网技术 远近效应功率控制u每个用户对于其他用户都相当于干扰，远近效应会严重影响系统容量u采用功率控制技术减少了相互之间的干扰，提高了系统整体容量PowerfPowerf远近效应与功率控制远近效应与功率控制第5章 组网技术 直扩的应用：测距定时u直扩系统的开展是从测距开始的。电磁波在空间是以固定的光速传播的。如果测定了电波传播的时间，也就测定了距离。u用直扩信号来测取和定时有独特的优点。u当采用一个较长周期的PN码序列作为发射信号，用它与目的地反射回来或转发回来的PN码序列的相位进行比较，即比较两个码序列相差的时片数，就可以看出其时间差，也就能换算出发射机与目的地之间的距离。u有了精确的测距的定时系统，不难形成一个精确的定位系统；按照简单的几何关系，两个点的位置(座标)和距离，及其在某一平面上分别与第三点的距离，也就能确定第三点的座标位置。 为为3G3G中智能天线的应用和接力切换奠定了根底中智能天线的应用和接力切换奠定了根底第5章 组网技术 u跳频(FHSS ,Frequency-Hopping Spread Spectrum) 是一种使载波快速在不同频率中跳变，从而躲避干扰的一种扩频通信技术。u例：GSMGSM系统系统的跳频：载波频率在很宽的频率范围内按某种PN序列进行跳变。跳频方法：每帧(4.615ms)改变1次载频，跳频速率为 1/4.615=217跳/秒。原理：通过使载波频率不停的跳变来躲避载频上的干扰。FHSSCDMAFHSSCDMA第5章 组网技术 为什么要跳频 u通常我们所接触到的无线通信系统都是载波频率固定的通信系统，通常我们所接触到的无线通信系统都是载波频率固定的通信系统，如无线对讲机，如无线对讲机， 通信等，都是在指定的频率上进行通信，所以通信等，都是在指定的频率上进行通信，所以也称作定频通信。也称作定频通信。u这种定频通信系统，一旦受到干扰就将使通信质量下降，严重时这种定频通信系统，一旦受到干扰就将使通信质量下降，严重时甚至使通信中断。甚至使通信中断。u在敌我双方的通信对抗中，敌方企图发现我方的通信频率，以便在敌我双方的通信对抗中，敌方企图发现我方的通信频率，以便于截获所传送的信息内容，或者发现我方通信机所在的方位，以于截获所传送的信息内容，或者发现我方通信机所在的方位，以便于引导炮火摧毁。定频通信系统容易暴露目标且易于被截获，便于引导炮火摧毁。定频通信系统容易暴露目标且易于被截获，这时，采用跳频通信就比较隐蔽也难以被截获。这时，采用跳频通信就比较隐蔽也难以被截获。u因为跳频通信是因为跳频通信是“打一枪换一个地方的游击通信策略、使敌方打一枪换一个地方的游击通信策略、使敌方不易发现通信使用的频率，一旦被敌方发现，通信的频率也已经不易发现通信使用的频率，一旦被敌方发现，通信的频率也已经“转移到另外一个频率上了。当敌方摸不清转移到另外一个频率上了。当敌方摸不清“转移规律时，转移规律时，就很难截获我方的通信内容。就很难截获我方的通信内容。 第5章 组网技术 什么是跳频图案? u为了不让敌方知道我们通信使用的频率，需要经常改变载波频率，即“打一枪换一个地方似地对载波频率进行跳变，跳频通信中载波频率改变的规律，叫作跳频图案。u通常我们希望频率跳变的规律不被敌方所识破，所以需要随机地改变以至无规律可循才好。但是假设真的无规律可循的话，通信的双方(或友军)也将失去联系而不能建立通信。因此，常采用伪随机改变的跳频图案。 u只有通信的双方才知道此跳频图案，而对敌方那么是绝对的机密。所谓“伪随机，就是“假的随机，其实是有规律性可循的，但当敌方不知跳频图案时，就很难猜出其跳频的规律来。 第5章 组网技术 u图中横轴为时间，纵轴为频率。这个时间与频率的平面叫作时频域。u也可将这个时频域看作一个棋盘，横轴上的时间段与纵轴上的频率段构成了棋盘格子。u阴影线代表所布棋子的方案，就是跳频图案；它说明什么时间采用什么频率进行通信，时间不同频率也不同。u当通信收发双方的跳频图案完全一致时，就可以建立跳频通信了。 图图5-1 5-1 跳频图案跳频图案第5章 组网技术 跳频是怎样抗干扰的 u通信收、发双方的跳频图案是事先约定好的，或者是由发方通知收方的。这个跳频图案是敌方所不知道的。u敌方假设想于扰跳频通信，有几种策略可供选择： u干扰方式1，在某一个频率上施放长时间的大功率的干扰，即单频干扰。 u干扰方式2，在某几个频率上施放长时间大功率的干扰，即多频干扰。 u干扰方式3；在连续的几个频带上施放长时间大功率的干扰，称作局部频带来扰。 u干扰方式4，在不同时间内在不同的频率上施放大功率的干扰。 u干扰方式5，依照跳频图案的规律跟踪施放大功率的干扰。 第5章 组网技术 跳频技术指标与抗干扰的关系 u跳频带宽：跳频带宽越宽，抗宽带干扰的能力越强。所以希望能全频段跳频。例如，在短波段，从到3MHz全频段跳频；在甚高频段，从30MHz到80MHz全频段跳频。 u跳频频率的数目：越多越好u跳频的速率：跳速越快，抗跟踪式干扰的能力就越强。一般在短波跳频电台中，其跳速目前不超过100跳秒。在甚高频电台中，一般跳速在500跳秒。对某些更高频段的跳频系统可工作在每秒几万跳的水平。 第5章 组网技术 u跳频码的长度(周期)：跳频图案延续时间越长，敌方破译越困难，抗截获的能力也越强。跳频码的周期可长达10年甚至更长的时间。 u跳频系统的同步时间：是指系统使收发双方的跳频图案完全同步并建立通信所需要的时间。系统同步时间的长短将影响该系统的顽存程度。因为同步过程一旦被敌方破环，不能实现收、发跳频图案的完全同步，那么将使通信系统瘫痪。因此，希望同步建立的过程越短越好，越隐蔽越好。根据使用的环境不同，目前跳频电台的同步时间可在秒或几百毫秒的量级。 第5章 组网技术 u图中箭头所标示的，是载波频率跳变的过程。载波频率之间的频率间隔就是信道带宽，跳频的载波数目乘上信道带宽就是跳频带宽。u因此，跳频系统有如下特点：u1、由于它是瞬时窄带系统，它易于与目前的窄带通信系统兼容。如果给现有的窄带通信系统加装上能使其载波频率按照某种跳频图案跳变并能实现同步接收的装置，那么可改造成为跳频通信系统。 图图5-2 5-2 频谱仪上观察到的跳频信号的频谱频谱仪上观察到的跳频信号的频谱第5章 组网技术 跳频系统的特点 续u2、它是宏观的宽带系统，它具有扩展频谱的抗干扰能力。 u所谓跳频抗干扰，是指跳频的跳频图案被敌方发现、识别的概率，以及跳频频率与敌方干扰频率相一致的概率。这种概率越小，抗干扰能力越强。 u表征抗多频及宽带干扰能力的跳频系统参数叫处理增益: Gp= Bw /Bc Bw：跳变频率范围 Bc：最小跳变频率间隔u跳频处理增益的定义是：跳频带宽内的总信道数N。N越大，处理增益越大。 但是，不能用处理增益Gp来表征抗跟踪式干扰的能力。 第5章 组网技术 怎祥产生跳频信号 u在传统的定频通信系统中，发射机中的主振荡器的振荡频率是固定设置的，因而它的载波频率是固定的。为了得到载波频率是跳变的跳频信号，要求主振荡器的频率应能遵照控制指令而改变。这种产生跳频信号的装置叫跳频器跳频器。 u通常，跳频器是由频率合成器和跳频指令发生器构成的。跳频系统的频率合成器输出什么频率的载波信号是受跳频指令控制的。在时钟的作用下，跳频指令发生器不断地发出控制指令，频率合成器不断地改变其输出载波的频率。 u通常，是利用伪随机发生器来产生跳频指令的，或者由软件编程来产生跳频指令。第5章 组网技术 正确接收跳频信号的条件u跳频系统要实现跳频通信，正确接收跳频信号的条件是跳频系统的同步跳频系统的同步。 u系统的同步包括以下几项内容：收端和发端产生的跳频图案相同，即有相同的跳频规律。 频率跳变的起止时刻在时间上同步，即同步跳变，或相位一致。 在传送数字信息时，还应做到帧同步和位同步。 第5章 组网技术 跳频图案与跳频频率表 u跳频图案是由跳频指令控制频率合成器所产生的频率序列。跳频系统中，跳频带宽和可供跳变的频率(频道)数目都是预先定好的。 u比方说，跳频带宽为5MHz，跳频频率的数目是64个，频道间隔是25kHz。这样，在5MHz带宽内可供选用的频道数远大于64个，那么你怎样选择出64个频率来呢? 这就是所谓的跳频频率表。 u如果采用f1，f2，f64这张频率表，那么跳频指令发生器那么是根据这张频率表向频率合成器发出指令进行跳频的。那么又怎样在这64个频率中做到伪随机地跳频呢? 第5章 组网技术 u跳频指令发生器主要是一个伪码发生器。伪码发生器在时钟脉冲的推动下，不断地改变码发生器的状态。不同的状态对应于一张跳频频率表中的一个频率。64种状态那么对应64个频率。 u由于伪码发生器的状态是伪随机地变化，所以频率合成器输出的频率也在64个频率点上伪随机的跳变，便生成了伪随机地跳频图案。当频率表不同时，虽然用同一个伪码发生器，实际所产生的跳频图案也是不同的。 第5章 组网技术 几种常用的伪随机序列 u伪随机序列也称作伪码。它是具有近似随机序列(噪声)的性质，而又能按一定规律(周期)产生和复制的序列。因为随机序列是只能产生而不能复制的，所以称其是“伪的随机序列。 u有m序列、M序列和RS序列。 um序列的优点是容易产生，自相关特性好，且是伪随机的。但是可供使用的跳频图案少，互相关特性不理想，又因它采用的是线性反响逻辑，就容易被敌人破译码的序列，即保密性、抗截获性差。由于这些原因，在跳频系统中不采用m序列作为跳频指令码。 uM序列是非线性序列，可用的跳频图案很多，跳频图案的密钥量也大，并有较好的自相关和互相关特性，所以它是较理想的跳频指令码。其缺点是硬件产生时设备较复杂。 uRS序列的硬件产生比较简单，可以产生大量的可用跳频图，很适于用作跳频指令码序列。u上述的三种序列除用硬件发生外，均可由软件编程产生 第5章 组网技术 表表5-1 5-1 直扩与跳频的优缺点直扩与跳频的优缺点第5章 组网技术 DS/FH混合扩频u将直接序列扩频系统和跳频系统的优点与局限性作一比照，便可看出它们的优缺点是互补的。 u提出将这两种扩展额谱技术组合起来的技术，取长补短，可能会是更优异的一种扩展频谱系统。这就是直接序列/跳频(DS/FH)扩展频谱系统。 第5章 组网技术 u下行前向/BS 至MS信道：使用码长为64的正交Walsh序列来区分不同的逻辑信道：u1个导频信道：不间断的传输导频信息，用于MS获取前向信道的定时并提取相干载波进行相干解调；检测其强度，用于越区切换。u1个同步信道：传输同步信息，用于同一基站的移动台进行同步捕获。u7个寻呼信道：用于MS被呼时，MSC通过BS传输控制信令如被呼MS号码。u55个业务信道：传输话音或数据。5.2 5.2 多址技术多址技术 CDMACDMA移动通信系统的逻辑信道移动通信系统的逻辑信道第5章 组网技术 寻呼Paging：当MS被叫时，MSC向被叫位置区内的多个基站甚至所有基站发出呼叫信号含被叫号码及分配的话音信道代码。注意：如何有效地确定MS当前所处的小区寻呼第5章 组网技术 u上行反向/MS至BS信道：使用周期为242-1的 m序列或Gold序列。u接入信道：用于MS主呼时，向BS传输入网信息登记注册并提供传输链路。u55个反向业务信道：与正向业务信道相对应。5.2 5.2 多址技术多址技术 码分多址码分多址CDMACDMA最长线性反响移位存放器序列第5章 组网技术 图图 5-5 DS-CDMA 5-5 DS-CDMA系统逻辑信道示意图系统逻辑信道示意图(a) (a) 基站到移动台的下行链路；基站到移动台的下行链路； (b) (b)移动台到基站的上行链路移动台到基站的上行链路第5章 组网技术 uFDMA系统的特点uFDMA信道每次只能传送一个 。u每信道占用一个载频，每个信道对应的每一载波仅支持一个电路连接。所以FDMA通常在窄带系统中实现。 u每信道只传送一路数字信号，信号速率低，一般在25kb/s以下，远低于多径时延扩展所限定的100 kb/s，所以在窄带FDMA系统中无需自适应均衡。u基站系统庞大复杂，因为BS有多少信道，就需要多少部收发信机。uFDMA系统每载波单个信道的设计，使得在接收设备中必须使用带通滤波器允许指定信道里的信号通过。u越区切换较为复杂和困难。三种多址技术的特点比较三种多址技术的特点比较第5章 组网技术 uTDMA系统的特点u突发传输的速率高，远大于语音编码速率。TDMA系统中需要较高的同步开销。u发射信号速率随N的增大而提高，如果到达100kb/s以上，码间串扰就将加大，必须采用自适应均衡。u基站复杂性减小。N个时分信道共用一个载波，占据相同带宽，只需一部收发信机。互调干扰小。u抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大。u越区切换简单。越区切换时不必中断信息的传输，即使传输数据也不会因越区切换而丧失。三种多址技术的特点比较三种多址技术的特点比较第5章 组网技术 uCDMA系统的特点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。 平滑的软切换和有效的宏分集。 低信号功率谱密度。使其有两方面的好处 ：具有较强的抗窄带干扰能力；对窄带系统的干扰很小，有可能与其它系统共用频段，使有限的频谱资源得到更充分的使用。 三种多址技术的特点比较三种多址技术的特点比较第5章 组网技术 u定义：SDMA(Spatial Division Multiple Access)利用定向天线阵列，它通过标记不同方位的相同频率的天线光束来进行频率的复用。即通过空间的分隔来区别不同的用户。u根本技术：自适应阵列天线u波束：小且有较快的跟踪速度。每个小区内，每个波束可以提供一个无其它用户干扰的唯一信道。5.2 5.2 多址技术多址技术 空分多址空分多址SDMASDMA第5章 组网技术 图图 5 6 空分多址示意图空分多址示意图 第5章 组网技术 u 区群的组成应满足两个条件：区群之间可以邻接，且无空隙无重叠地进行覆盖；邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之间的距离相等。u 区群内的小区数应满足下式： 5.3 区域覆盖和区域覆盖和信道配置信道配置 参考第参考第1-2讲讲 式中，i, j为正整数。 第5章 组网技术 5.3 信道信道(频率频率)配置配置u信道配置的定义：u信道配置的分类：分区分组配置法分区分组配置法等频距配置法等频距配置法 第5章 组网技术 u分区分组配置法分区分组配置法u 分区分组配置法所遵循的原那么是：分区分组配置法所遵循的原那么是：u尽量减小占用的总频段，以提高频段的利用率；尽量减小占用的总频段，以提高频段的利用率；u同一区群内不能使用相同的信道，以防止同频干扰；同一区群内不能使用相同的信道，以防止同频干扰；u小区内采用无三阶互调的相容信道组，以防止互调干扰。小区内采用无三阶互调的相容信道组，以防止互调干扰。u设设给给定定的的频频段段以以等等间间隔隔划划分分为为信信道道，按按顺顺序序分分别别标标明明各各信信道的号码为：道的号码为：1, 2, 3, 。5.3 信道信道(频率频率)配置配置第5章 组网技术 假设每个区群有7个小区，每个小区需6个信道，按上述原那么进行分配，可得到：第一组 1、 5、 14、 20、 34、 36第二组 2、 9、 13、 18、 21、 31第三组 3、 8、 19、 25、 33、 40第四组 4、 12、 16、 22、 37、 39第五组 6、 10、 27、 30、 32、 41第六组 7、 11、 24、 26、 29、 35第七组 15、 17、 23、 28、 38、 42 分区分组配置法分区分组配置法第5章 组网技术 5.3 信道信道(频率频率)配置配置u信道配置的定义：u信道配置的分类：分区分组配置法分区分组配置法等频距配置法等频距配置法 第5章 组网技术 u 等频距配置法等频距配置法 等频距配置：根据群内的小区数N N 来确定同一信道组内各信道之间的频率间隔。例如 ：第一组用(1，1+N, 1+2N, 1+3N, )第二组用(2, 2+N, 2+2N, 2+3N, )等。等频距配置法等频距配置法第5章 组网技术 u例如N=7，那么信道的配置为：u第一组 1、 8、 15、 22、 29、 u第二组 2、 9、 16、 23、 30、 u第三组 3、 10、 17、 24、 31、 u第四组 4、 11、 18、 25、 32、 u第五组 5、 12、 19、 26、 33、 u第六组 6、 13、 20、 27、 34、 u第七组 7、 14、 21、 28、 35、 等频距配置法举例等频距配置法举例第5章 组网技术 这样同一信道组内的信道最小频率间隔为7个信道间隔，假设信道间隔为25kHz，那么其最小频率间隔可达175 kHz。 因此，接收机的输入滤波器便可有效地抑制邻道干扰和互调干扰。 如果是定向天线进行顶点鼓励的小区制，每个基站应配置三组信道，向三个方向辐射，例如N=7，每个区群就需有21个信道组。整个区群内各基站信道组的分布如图 5 - 17。 等频距配置法性能分析等频距配置法性能分析第5章 组网技术 图图517 517 三顶点鼓励的信道配置三顶点鼓励的信道配置第5章 组网技术 u信道配置的方案：u固定配置法：将某一组信道固定配置给某一基站。u动态配置法：随业务量的变化重新配置全部信道。u柔性配置法：准备假设干个信道，随时提供给某个需要的BS使用。信道信道( (频率频率) ) 配置的方案分类配置的方案分类第5章 组网技术 5.5 信信 令令 一、信令的定义：通信网中,除了用户信息之外,为使全网有秩序地工作,还必须在正常通话的前后和通话过程中传输其他的控制信号，如占用、释放、用户忙闲、被叫号码。这些和通信有关的一系列控制信号称为。所以：信令是通信设备之间用户终端、交换机传递的除用户信息以外的控制信息。二、信令的根本功能：建立呼叫监控呼叫去除呼叫第5章 组网技术 信令的分类u用户信令：用户终端和交换设备之间传输的信令。模拟话机的用户信令数字话机的用户信令u局间信令：交换设备之间传输的信令 。随路信令：中国一号信令共路信令：信令和 信令u按功能分： 线路信令：当前信道的线路状态，如空闲、占用、释放。 路由信令：用于选路的信令信息：被叫号码、主叫类别。 管理信令：网络管理信息，如测试、维护信息。u按信令信号形式分：数字信令音频信令第5章 组网技术 1、随路信令：信令和话音在同一条电路上传送。 模拟 网及早期数字中采用。缺点：信令传送速度低；容量及处理能力有限；很难扩展到其他业务。随随 路路 信信 令令 第5章 组网技术 .随路信令：信令网与随路信令：信令网与 网共用一个网络。网共用一个网络。故：通话期间无信令传输，如业务需要转换，通话变为故：通话期间无信令传输，如业务需要转换，通话变为 或文件或文件传输，那么必须中断通话，才能传输信令，因此采用随路信令时业传输，那么必须中断通话，才能传输信令，因此采用随路信令时业务转换受限。务转换受限。随路信令：中国一号信令。随路信令：中国一号信令。信令在话音信道上传送。采用音频信令，频率范围为：信令在话音信道上传送。采用音频信令，频率范围为：780Hz1140Hz(共共15种信令，用于局间和前向种信令，用于局间和前向)13801980Hz共共6种，用于后向种，用于后向第5章 组网技术 信令的分类u用户信令：用户终端和交换设备之间传输的信令。模拟话机的用户信令数字话机的用户信令u局间信令：交换设备之间传输的信令 。随路信令：中国一号信令共路信令：共路信令：信令信令u按功能分： 线路信令：当前信道的线路状态，如空闲、占用、释放。 路由信令：用于选路的信令信息：被叫号码、主叫类别。 管理信令：网络管理信息，如测试、维护信息。u按信令信号形式分：数字信令音频信令第5章 组网技术 2、信令共路信令：公共信道信令系统。信令通路与话音通路分开，将假设干条电路的信令集中在一条专门用于传送信令的通道上传送。特点：信令传送速度快；信令容量大：采用8bit的二进制信息256种含义，而 交换机的中继线路是每条话路占一个64kbps的数字通道，因此每发8bit的信令需占125ms，每秒可发送8000个8bit码。具有提供大量信令的能力及增加信令的灵活性：通话期间仍可传递信令。可靠性高、适应性强：误码率到达10-7 ，可广泛应用于ISDN网、移动网和智能网。 共共 路路 信信 令令 第5章 组网技术 公共信道信令的概念.专用信令通道专用信令通道信令：采用了专用的通道传递信令消息。 该通道可以是除同步时隙以外的任何时隙，一般习惯选择PCM中的ts16作为信令信道第5章 组网技术 信令的分类u用户信令：用户终端和交换设备之间传输的信令。模拟话机的用户信令数字话机的用户信令u局间信令：交换设备之间传输的信令 。随路信令：中国一号信令共路信令：信令和 信令u按功能分： 线路信令：当前信道的线路状态，如空闲、占用、释放。 路由信令：用于选路的信令信息：被叫号码、主叫类别。 管理信令：网络管理信息，如测试、维护信息。u按信令信号形式分：数字信令数字信令音频信令第5章 组网技术 一一. .数字信令数字信令 P P为前置码，提供位同步信息。为前置码，提供位同步信息。SWSW为字同步码，用于确定信息的开始位为字同步码，用于确定信息的开始位. .也叫帧同步也叫帧同步. . A A或或D D为地址或数据码，通常包括控制为地址或数据码，通常包括控制, ,选呼选呼, ,拨号等信令。拨号等信令。各种系统都有其特殊的规定各种系统都有其特殊的规定. .SPSP为纠错码，也叫监督码为纠错码，也叫监督码, ,用于检错和纠错。用于检错和纠错。 SPA或DSWP图图5 52121典型的数字信令格式典型的数字信令格式第5章 组网技术 图图522 522 数字信令举例数字信令举例 u例：用于例：用于TACSTACS系统反向信道信令格式：系统反向信道信令格式：巴克码：巴克码：所占所占BS的代的代号号BCH(48,36,5)第5章 组网技术 信令的分类u用户信令：用户终端和交换设备之间传输的信令。模拟话机的用户信令数字话机的用户信令u局间信令：交换设备之间传输的信令 。随路信令：中国一号信令共路信令：信令u按功能分： 线路信令：当前信道的线路状态，如空闲、占用、释放。 路由信令：用于选路的信令信息：被叫号码、主叫类别。 管理信令：网络管理信息，如测试、维护信息。u按信令信号形式分：数字信令音频信令音频信令第5章 组网技术 二二. .音频信令：由不同的音频信号组成。音频信令：由不同的音频信号组成。1 1、带内单音频信令带内单音频信令：范围内不同的单音：范围内不同的单音单音信令系统：要求发端有多个不同频率振荡器单音信令系统：要求发端有多个不同频率振荡器, ,收端有相收端有相应的选择性极好的滤波器。应的选择性极好的滤波器。优点：优点： 抗衰落性能好。抗衰落性能好。缺点：缺点： 每一单音必须持续每一单音必须持续200ms200ms左右左右, ,处理速度慢。处理速度慢。第5章 组网技术 1. 带内单音频信令带内单音频信令 表表57 57 单频码单频码 第5章 组网技术 2 2、带外亚音频信令：低于、带外亚音频信令：低于300Hz300Hz的单音的单音3 3、双音频拨号信令：移动台主叫时发往基站的信号。、双音频拨号信令：移动台主叫时发往基站的信号。4343双音多频方式双音多频方式：是市话网用户环路中使用的双音：是市话网用户环路中使用的双音多频多频(DTMF)(DTMF)方式方式, ,也是也是CCITTCCITT与我国国家标准中都推荐与我国国家标准中都推荐的用户多频信令。的用户多频信令。第5章 组网技术 表表58 4358 43方式的频率组成方式的频率组成 uDTMF的优点：发送的两个单音，一个取自低音，一个取自高音，频差大，易检出；与市话兼容，不需转换，速度快；设备简单，有国际通用的集成电路。第5章 组网技术 u1 1、信令点、信令点SP)SP)：发出信令和接收信令的设备。如：交换机、网络管理：发出信令和接收信令的设备。如：交换机、网络管理系统这些使用的设备。包括系统这些使用的设备。包括u业务交换点业务交换点SSPSSP：是一个：是一个 交换机，它们由交换机，它们由SS7SS7链路互连，完成在链路互连，完成在其交换机上发起、转移或到达的呼叫处理。其交换机上发起、转移或到达的呼叫处理。u业务控制点业务控制点SCP):SCP):包括提供增强型业务的数据库，包括提供增强型业务的数据库，SCPSCP接收接收SSPSSP的查询，的查询，并经由并经由STPSTP返回所需的信息给返回所需的信息给SSPSSP。u2 2、信令链路、信令链路LinkLink：传递信令消息的物理通道。：传递信令消息的物理通道。u3 3、信令转接点、信令转接点STP)STP)：SPSP之间无直达链路时，在网络交换机和数据库之间无直达链路时，在网络交换机和数据库之间中转消息的交换机。之间中转消息的交换机。STPSTP根据根据SS7SS7消息的地址域，将消息送到正确的消息的地址域，将消息送到正确的输出链路上。输出链路上。No.7 No.7 信令网的组成信令网的组成 MSCMSCHLR(HLR(或或 VLR) VLR)第5章 组网技术 u7号信令的网络结构号信令的网络结构SCPMSCSSP(交换机)SCPSTPSTP移动网移动网A链路链路A链路链路A链路链路A链路链路D链路链路中继线中继线(HLR)信令网络图图5-25 75-25 7号信令的网络结构号信令的网络结构第5章 组网技术 图图5-26 5-26 信令网及其分级结构信令网及其分级结构No.7 No.7 信令网的三级结构信令网的三级结构 u7 7号信令网是独立于号信令网是独立于 网的一个支撑网，在中国分为三级结构。网的一个支撑网，在中国分为三级结构。u信令点信令点: :采用采用24bit24bit编码在信令网中唯一地识别一个编码在信令网中唯一地识别一个SP(SP(或或STP)STP)设备。设备。第5章 组网技术 信令的组网方式u直联方式：u准直联方式：SPASPB话路链路链路SPASPB话路STP链路链路链路链路注：注：信令单元：是传输信令消息的最小单位，它是可信令单元：是传输信令消息的最小单位，它是可变长度的变长度的n*8bitn*8bit，插在，插在PCMPCM的某个的某个tsts中传输。中传输。第5章 组网技术 u信令：属于网络信令：属于网络信令信令，用于交换机与数据库之间交换的信息。，用于交换机与数据库之间交换的信息。图图5-24 75-24 7号信令系统的协议结构号信令系统的协议结构No.7 No.7 信令网的功能级结构信令网的功能级结构 消息传递局部消息传递局部第5章 组网技术 uMTP:保证用户局部的消息能可靠的从源SP传到目的SP。提供一个无连接的消息传递系统。u第一层：信令数据层：即一个64kbps的双向信令数据通路PCM的一个ts。u第二层：信令链路层：提供数据链路的控制，使数据可靠传送。采用了16bit的CRC进行过失检测，过失率检测和流量控制。且对信令单元用标识符F01111110进行定界。u第三层：信令网络层：提供公共的消息传送功能。包含u消息处理：通过消息识别判断消息是否发给自己u网络管理：链路发生故障时，进行测试、恢复，对网络结构进行重组u 链路发生拥塞时，进行疏导，控制业务量。MTP消息传递局部是，则利用消息分配将其分配到相关用户；否，则利用消息选路将其转发到目的链路第5章 组网技术 回忆：回忆：MTPMTP局部：通过一个局部：通过一个64k64k的传输通道将消息向上一级进行可靠的传输通道将消息向上一级进行可靠的传输，转发到目的的传输，转发到目的SPSP。第四级：第四级：TUP: TUP: 用户局部，传输与用户局部，传输与 呼叫有关的信令，如建立链呼叫有关的信令，如建立链接，检视链接，释放连接等。接，检视链接，释放连接等。第五级：第五级：SCCPSCCP：信令连接控制局部：信令连接控制局部：能传送各种与电路无关能传送各种与电路无关(Non-Circuit-Related)(Non-Circuit-Related)的信令消息。的信令消息。具有增强的寻址选路功能具有增强的寻址选路功能, ,可以在全球互连的不同七号信令网之间实可以在全球互连的不同七号信令网之间实现信令的直接传输。现信令的直接传输。除了无连接效劳功能以外，还能提供面向连接的效劳功能。除了无连接效劳功能以外，还能提供面向连接的效劳功能。第六级：第六级：ISUPISUP：ISDNISDN环境中的用户局部：传输话音信令和非话业务环境中的用户局部：传输话音信令和非话业务信令。信令。第七级：第七级：TCAP:TCAP:事务能力应用局部事务能力应用局部用户局部4，5，6，7级第5章 组网技术 uSCCP层可向用户提供无连接和面向连接效劳，可根据用户对业务的不同需求，提供了以下4类业务以完成有不同质量要求的用户业务的传递：u0 根本无连接业务类:消息不按顺序传递u1 顺序无连接业务类：消息按顺序传递u2 根本面向连接业务类：需要在发送消息前，先通过应答的方式在始节点和终节点之间建立一条消息传送路径。u3 流量控制的面向连接业务类：流量控制和传递加速数据，还具有检测消息丧失和序号错误能力。SCCPSCCP网络效劳功能网络效劳功能第5章 组网技术 事务能力应用局部uTCAP事务能力应用局部，Transaction Capability Application Part)u关键术语u事务：事务就是网络两节点间处理的业务。u对话：TCAP将网络两点间的信息交互过程抽象为一个对话，假设两点要处理事务时就通过TCAP在两点间建立一个对话。第5章 组网技术 uMAP移动应用局部，Mobile Application Part:制定了数字蜂窝移动通信网的移动业务交换中心、位置存放器、鉴权中心及设备识别存放器等实体之间的移动应用局部的信令。u其中包括了消息流程、操作定义操作失败时的错误码及参数、允许的链接操作、完成操作的时限值等、数据类型、错误类型及具体的编码。移动应用局部第5章 组网技术 移动应用局部的功能移动应用局部的功能 MAP负责以下过程中移动网中各功能实体间的信息传递:第5章 组网技术 u固定 呼叫移动 ：u1、 交换网络组成：u三个交换机(端局交换机、汇接局交换机和移动交换机)、两个终端( 终端、移动台)；u中继线(交换机之间的链路)；uISDN线路(固定 机与端局交换机之间的链路)；u无线接入链路(MSC至移动台之间的等效链路)。u2、固定 机到端局交换机采用接入信令，移动链路也是采用接入信令。交换机之间采用网络信令(7号信令)。 信令应用举例信令应用举例 第5章 组网技术 图 5 26 信令应用举例(呼叫控制)主叫摘机拨号被叫振铃寻呼，成功回铃音摘机应答主叫挂机第5章 组网技术 信令应用详解：1、固话用户摘机拨号：(1)发setup(建立消息)信令，要求建立连接(2)固话端局交换机根据被叫号码，确定TLDN(临时本地号码，起路由作用；被叫号码中有四位表示HLRVLR MSC)(3)端局交换机通过信令链路向被叫MSC发IAM(初始地址消息)，建立中继链路；同时向固话发Call Processing(呼叫正在处理)2、MSC寻呼被叫1寻呼成功，向MS发Setup 被叫空闲，那么向MSC发Alerting，向MS振铃，通过反向信令链路向端局交换机发ACM(地址完成消息，说明MSC收到主被叫的完整路由信息)和MS的信息收费指示，协议，ACM到达端局后，交换机向固话发Alerting，固话向用户送回铃音。2被叫摘机应答 那么MS向MSC发Connect连接，MSC指示BS给用户分配一条话音信道并接通，同时发给端局交换机ANM(应答消息)，说明呼叫已应答，并接通中继线路；ANM到达后，端局向固话发Connect，接通B信道。双方开始通话。3、通话结束，固话用户先挂机 那么向端局发Disconnect(拆线)，端局向MSC发REL(释放)，要求撤除线路，假设撤除完毕，那么以RCL应答；MSC收到REL，向MS发Disconnect，撤除完毕，MS返回一个REL，MSC以RCL应答，说明线路空闲。第5章 组网技术 BS1BS 2BS 3u越区切换越区切换：当正在通话的移动台驶入相邻的无线小区时，为了保证通话的连续性，话音信道必须能够自动切换到相邻小区的基站上，切换到新的信道上，即改变无线通信的频率。CHiCHjCHk5.6 越区切换越区切换Handover/Handoff第5章 组网技术 u 越区切换包括三个方面的问题： u 越区切换的准那么:何时需要进行越区切换； u 越区切换如何控制； u 越区切换时信道分配。u越区切换分类：u硬切换：在新的连接建立以前，先中断旧的连接。用于2G和1G。u软切换：既维持旧的连接，又同时建立新的连接，并利用新旧链路的分集合并来改善通信质量，当与新基站建立可靠连接之后再中断旧链路。 用于使用CDMA的移动通信系统中。第5章 组网技术 u越区切换的准那么 u 相对信号强度准那么(准那么1)：u 具有门限规定的相对信号强度准那么(准那么2，弱信号低于某一门限)：u 具有滞后余量的相对信号强度准那么(准那么3，强信号比弱信号高一定的余量)：u 具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准那么(准那么4)： 第5章 组网技术 u越区切换的准那么越区切换的准那么 图 5 27 越区切换示意图 第5章 组网技术 u越区切换的控制策略越区切换的控制策略 u移动台控制的越区切换：移动台控制的越区切换：MSMS监测周围监测周围BSBS的信号，的信号，MSMS选择具有可用业务信道的最正确候选选择具有可用业务信道的最正确候选BSBS，MSMS发送越发送越区切换请求。区切换请求。 u(2)(2)网络控制的越区切换：网络要求位于网络控制的越区切换：网络要求位于MSMS周围的所周围的所有有BSBS监测某一监测某一MSMS的信号，并把测量结果报告给网络，的信号，并把测量结果报告给网络，由网络选择新由网络选择新BSBS，并把结果通过旧，并把结果通过旧BSBS通知通知MSMS和新和新BSBS。u(3)(3)移动台辅助的越区切换移动台辅助的越区切换MAHOMAHO：网络要求：网络要求MSMS监监测周围测周围BSBS的信号，并把结果报告给旧的信号，并把结果报告给旧BSBS，由网络选，由网络选择新择新BS BS 。广泛应用在。广泛应用在GSMGSM移动通信系统中。移动通信系统中。第5章 组网技术 方法： MS时分测量周围多个BS来的信号强度和质量，在判定应该切换时，就向MSC发出越区切换请求(包括测量报告)，MSC综合考虑网络情况，决定是否进行切换。特点：将越区切换信号监测和局部处理分散到各MS，极大降低传输链路及MSC的负荷，增大了处理切换的速率，适用于大容量移动通信网。注：模拟蜂窝网通话中的MS，连续收发模拟话音，无法监测所在小区BS以外的周围BS信号强度，故无法采用此方法。移动台辅助越区切换MAHO (Mobile Assisted Hand Over)详见p258第5章 组网技术 越区切换的几种情况 (1) 同一BSC区内不同小区(或扇区)之间切换 (2) 同一MSC/VLR区内不同BSC区之间切换(3) 不同MSC/VLR区之间切换第5章 组网技术 图图7-18 7-18 同一同一BSCBSC区内不同小区区内不同小区( (或扇区或扇区) )之间切换之间切换u同一BSC区内不同小区(或扇区)之间切换(由BSC控制切换)MSCBSCBTSnBTSoMS测试报告切换完成信道分配信道分配完成切换命令释放信道释放信道完成切换完成o:old,o:old,老的老的n:new,n:new,新的新的第5章 组网技术 图图7-18 7-18 同一同一MSCMSC的的BSCBSC间的切换流程间的切换流程 u同一MSC/VLR区内不同BSC区之间切换(由MSC控制切换)第5章 组网技术 图图7-19 7-19 不同不同MSC/VLRMSC/VLR的小区切换流程的小区切换流程 u不同MSC/VLR的小区切换流程 第5章 组网技术 u越区切换时的信道分配越区切换时的信道分配u 解决当呼叫要转换到新小区时，新小区如何分配信道，解决当呼叫要转换到新小区时，新小区如何分配信道，使得越区失败的概率尽量小。使得越区失败的概率尽量小。 u 常用的做法：在每个小区预留局部信道专门用于越区常用的做法：在每个小区预留局部信道专门用于越区切换。切换。 u 这种做法的特点是：用于呼叫的可用信道数减少，要这种做法的特点是：用于呼叫的可用信道数减少，要增加呼损率，但减少了当前正在进行的通话被中断的概率，增加呼损率，但减少了当前正在进行的通话被中断的概率，从而符合人们的使用习惯。从而符合人们的使用习惯。第5章 组网技术 uCN核心网或MSC通常在一个寻呼区域位置区或者路由区对被叫MS进行呼叫。u如果寻呼区域规划过大，网络寻呼移动台的同一寻呼消息会在许多小区中发送，会导致寻呼信道负荷过重，同时增加空中接口Um上的信令流量；如果寻呼区域规划过小，那么会造成用户在移动过程进行频繁的位置更新，从而增加系统的信令流量。u位置区划分的上限和位置区的业务模型和话务模型、厂商设备的技术参数密切相关。5.6 越区切换和越区切换和位置管理位置管理 第5章 组网技术 图图5-28 5-28 位置登记示意图位置登记示意图一个一个LACLAC支持的支持的载频数目大概载频数目大概为为300TRX300TRX第5章 组网技术 位置登记：MS在实时位置信息的情况下，更新位置数据库和认证MS。过程：用户首次入网或开机时，MS通过MSC在HLR中进行登记；之后，当MS进入一个新的位置区时，在管理新位置区的新VLR中登记，并在旧VLR和MSC中注销该MS。位置登记位置登记 第5章 组网技术 u位置更新：当移动台由一个位置区移动到另一个位置区时，必须进行登记，也就是说一旦移动台发现其存储器中的LAI位置区标识码与从BCCH(播送控制信道)中接收到当前小区的LAI号不同，就必须通知网络来更改它所存储的移动台的位置信息。这个过程就被称为位置更新。u注意：MS如何发现位置的变化；何时报告其当前位置。位置更新位置更新 详见p250第5章 组网技术 图图5-29 5-29 位置更新步骤位置更新步骤位置登记请求第5章 组网技术 同一个VLR不同位置区的位置更新。 越VLR间的位置更新，且发送的是IMSI号码国际移动用户识别码，用于信令传输过程中唯一地识别移动用户。越VLR间的位置更新，且发送的是TMSI号码临时移动用户识别码，为了对用户的识别信息保密，除了首次登记或位置更新时使用IMSI外，其余时间发送的都是经过某种算法转换后的TMSI 位置更新的分类位置更新的分类 详见p251第5章 组网技术 最简单。在该过程中不需要移动台提供IMSI号码，只在当前所在的VLR中进行，而不需通知HLR。 1、当MS发现BCCH中播送的LAI与自身存储器中携带的不一致时，就向所在的MSC发“位置登记请求。 2、MSC收到指令时，转发给VLR，VLR发现新的LAI是自己的辖区内的，那么VLR将直接向MS发位置更新接受的消息，更新移动台的位置消息，此后释放信道位置更新结束。同一个VLR不同位置区的位置更新第5章 组网技术 1、当MS发现BCCH中播送的LAI与自身存储器中携带的不一致时，就向所在的MSC发“位置登记请求。2、假设请求中携带的是IMSI，那么VLRn在收到MSC的指令后，可据IMSI判断HLR 其号码中有四位是标识HLR的。 3、VLRn给MS分配MSRNMS漫游号，携带有路由信息并通过HLR查询有关MS的参数，成功后，通过MSC和BS向MS发送“位置更新登记确认信息。4、HLR对MS的参数进行更改，向VLRo发送“位置信息注销指令。越VLR间的位置更新，且发送的是IMSI号码第5章 组网技术 图图5-29 5-29 位置更新步骤位置更新步骤位置登记请求第5章 组网技术 u过程同上，只是到第2步时：假设请求中携带的是TMSI，那么VLRn在收到MSC的指令后，可向VLRo询问IMSI，假设询问成功，那么VLRn再给用户分配一个新的TMSI。 越VLR间的位置更新，且发送的是TMSI号码第5章 组网技术 基于时间的位置更新策略： 每个用户每隔T例：30分钟登记一次周期性地更新其位置。T确实定可由系统根据呼叫到达间隔的概率分布动态确定。 基于运动的位置更新策略：当移动台跨越一定数量的小区边界(运动门限)以后，移动台就进行一次位置更新。 基于距离的位置更新策略：当移动台离开上次位置更新时所在小区的距离超过一定的值(距离门限)时，移动台进行一次位置更新。最正确距离门限确实定取决于各个移动台的运动方式和呼叫到达参数。 位置更新策略 第5章 组网技术 呼叫传递：MS被叫时，根据数据库中的信息来定位MS。过程：确定为被叫MS效劳的VLR；确定MS正在访问的小区。呼叫传递第5章 组网技术 图 5 29 呼叫传递过程 呼叫初始化信号位置请求路由请求路由请求：分配TLDN应答消息应答消息第5章 组网技术 主叫MT通过基站向其MSC发出呼叫初始化信号； MSC通 过 地 址 翻 译 过 程 确 定 被 呼 MT的 HLR地 址(13588581235)，并向该HLR发送位置请求消息； HLR确定出为被叫MT效劳的VLR，并向该VLR发送路由请求消息；该VLR将该消息中转给为被叫MT效劳的MSC； 被叫MSC给被叫的MT分配一个称为临时本地号码TLDN(Temporary Local DirectoryNumber)的临时标识，并向HLR发送一个含有TLDN的应答消息； HLR将上述消息中转给为主呼MT效劳的MSC； 主叫MSC根据上述信息便可通过SS7网络向被叫MSC请求呼叫建立。 u呼叫传递过程第5章 组网技术 选路时的路由号码uCDMA中：标识路由信息的号码是TLDNuGSM中标识路由信息的是：MSRN。uMSRN是在每次呼叫移动用户时，为了使网络再次选择路由，根据HLR的请求，由VLR临时分配给移动用户的一个号码。该号码在接续完成后即可释放给其他用户使用。u中国移动的MSRN编码方案是NC+NDC+0M1M2M3+ABC，u 去掉国家代码只有十位号码。如：1390M1M2M3ABC和1374M1M2M3ABC, 1344XXXX134400，u134401除外 u其中ABC是000-999，而M1M2M3是MSC IDMSC标识码第5章 组网技术 MS(客户)开机(空闲状态)MS关机MS忙 IMSI别离/附着MS关机状态下，为防止发送无效的寻呼信号，在HLR/VLR中设置特定的标志，使网络拒绝向该MS呼叫，这种功能称为IMSI别离。MS开机后，取消上述标志，恢复正常工作，称为IMSI附着。为防止因链路质量差，没有收到MS发送的标志，于是采用周期性登记的方法。假设系统没有在规定的时间内收到周期性登记信息，那么以别离做标记，称为隐别离。移动台状态