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1、1,第五章 蜂窝组网技术,移动通信网的基本概念 多址接入技术 蜂窝移动通信系统的容量分析 网络结构和蜂窝小区 切换和位置管理 移动通信网的信令系统,2,5.1 基本概念,1、移动通信空中接口分层协议模型 无线物理层 确定无线电参数，如频率、定时、功率、码片、比特、同步、调制解调、收发信技能等。 将无线电频谱划分成若干个物理信道，划分信道的方式即多址方式 在介质接入控制层（MAC）的控制下，负责数据或数据分组的收发。 介质接入控制层（MAC）：介质访问管理和数据封装。通过形成多种逻辑信道为高层提供不同的业务 选择物理信道，在选择的信道上建立、释放连接 将控制信息、高层信息、差错控制信息复接成适合

2、物理信道传输的数据分组,3,5.1 基本概念,1、移动通信空中接口分层协议模型 数据链路控制（DLC）层为网络层提供可靠的数据链路 网络层：信令层确定用于链路控制、无线资源管理、各种业务管 理（语音业务、附加业务、面向连接的消息业务、无 连接的消息业务等的管理）、移动管理的各种功能。 在每一层中，完成一个特定功能的单元称为一个 功能实体。网络分层协议结构中，每一层利用低层提供的服 务，通过适当逻辑控制步骤为高层提供更完善的服务。,4,5.1 基本概念,2、原语网络分层协议结构中不同层之间的对话称为原 语；不同层之间通过原语来实现信息交换。 请求型原语：用于高层向低层请求某种业务 指示型原语：用

3、于提供业务的层向高层报告一个与特定业务相关的动作。 证实性原语：用于提供业务的层证实某个动作已完成 响应型原语：用于应答，表示来自高层的指示原语已收到。,5,5.1 基本概念,3、话务量与信道利用率话务量是指单位时间（1小时）内进行的平均电话交 换量。是度量通信系统通话业务量或繁忙程度的指标。 流入话务量：单位时间内平均发生的呼叫次数和每次呼叫平均占用信道的时间t0的乘积。如果在一个小时内连续不断地占用一个信道，则其呼叫话务量为1Erl(爱尔兰) 完成话务量：单位时间内成功呼叫次数0和每次呼叫平均占用信道的时间t0的乘积。信道利用率是指单位时间（1小时）单位信道的完成话务量。其中n为共用信道数

4、。,6,4、呼损率（1）：概念 呼损：在信道共用的情况下，系统无法保证每个用户所有的呼叫都成功，少量 的呼叫会失败，称之为呼损。 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,也称为系统的服务等级(或业务等级) 呼损率的计算方法 利用完成话务量 Erlang B公式（阻塞呼叫清除公式 ）,5.1 基本概念,7,5.1 基本概念,4、呼损率（2）：利用完成话务量的计算方法流入话务量A与完成话务量A0之差即为损失话 务量，损失话务量与流入话务量的比值即为呼损率由 和 得可见，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,8,5.1 基本概念,4、呼损率（3）：利

5、用Erlang B公式的计算方法如果呼叫有以下性质：（1）每次呼叫相互独立，互不相关（呼叫具有随机性）；（2）每次呼叫在时间上都有相同的概率；并假定移动通信系 统的信道数为n；则呼损率可用爱尔兰呼损公式计算,其中，n为共用信道数，即系统容量（电路数量）。,9,4、呼损率（3）：利用Erlang B公式的计算方法,根据Erlang B公式，知道三个参数A、B和n中的任何两个， 就可以从爱尔兰呼损表查出需要的第三个参数。例如可以从下表 中找到B，A，n三者。,5.1 基本概念,10,4、呼损率（3）：利用Erlang B公式的计算方法 例题有一个系统容量n=10（条线），流入的业务强度 A=6er

6、lang，系统服务的用户很多，可计算这个系统的 呼损率为：在不同呼损率B的条件下，信道利用率也是不同的,5.1 基本概念,11,5.1 基本概念,5、利用Erlang B公式计算每个信道容纳用户数先定义繁忙小时集中系数（又称集中率）K： 再计算每个用户最繁忙的那个小时的统计平均话务量AC：每一用户每天平均呼叫次数；T：每次呼叫平均占用信道的时间（单位为秒）最后得每个信道所能容纳的用户数m：,12,5.1 基本概念,5、利用Erlang B公式计算每个信道容纳用户数 例题某移动通信系统，每天每个用户平均呼叫10次，每次占用 信道平均时间80秒， 要求呼损率10%，忙时集中率K=0.125， 问给

7、定8个信道可容纳多少用户？解： 1利用爱尔兰损失概率表，查表求得：A=5.597Erl2求每个用户忙时话务量：C=10,T=803每个信道能容纳的用户数m4系统所容纳的用户数：,13,5.2 多址接入技术,多址接入方式 频分多址（FDMA） 时分多址（TDMA） 码分多址（CDMA） 空分多址（SDMA） 随机多址,14,1、常规多址接入方式,目前应用的多址方式频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)及其混合方式等,图55 FDMA、TDMA、CDMA的示意图,FDMA,TDMA,CDMA,5.2 多址接入技术,15,2 FDMA：（1）FDMA频谱分割原理,每个用户分

8、配一个信道，即一对频谱 较高的频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道 较低的频谱用作反向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56 FDMA系统频谱分割示意图,5.2 多址接入技术,16,2 FDMA：（2） FDMA的主要干扰,5.2 多址接入技术,17,2 FDMA：（3） FDMA系统的特点,每信道占用一个载频，信道的相对带宽较窄，即通常在

9、窄带系统中实现 符号时间 平均延迟扩展（Ts ） ，所以码间干扰较少，无需自适应均衡 基站复杂庞大，易产生信道间的互调干扰 必须使用带通滤波器来限制邻道干扰 越区切换复杂，必须瞬时中断传输，对于数据传输将带来数据的丢失,5.2 多址接入技术,18,3 TDMA：（1） TDMA工作原理,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 基站按时隙排列顺序发收信号，各移动台在指定的时隙内收发信号,图58 TDMA帧结构,图57 TDMA系统工作示意图,5.2 多址接入技术,19,3 TDMA：（2） TDM

10、A系统的特点,突发传输的速率高，远大于语音编码速率，因为TDMA系统中需要较高的同步开销 发射信号速率随N的增大而提高，引起码间串扰加大，所以必须采用自适应均衡 不需双工器 基站复杂性小，互调干扰小 抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大 越区切换简单，可在无信息传输时进行，不会丢失数据,5.2 多址接入技术,20,4 CDMA：（1） CDMA的工作原理,码分多址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,MSN,MS1,

11、MS2,图59 CDMA系统工作示意图,5.2 多址接入技术,21,4 CDMA：（2） CDMA系统的特点,多用户共享同一频率 通信容量大 容量的软特性多增加一个用户只会使通信质量略有下降，不会出现硬阻塞现象 由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以减小多径衰落 信道数据速率很高，无需自适应均衡 平滑的软切换和有效的宏分集，不会引起通信中断 低信号功率谱密度的好处 抗窄带干扰能力强 对窄带系统的干扰很小，可以与其它系统共用频段,5.2 多址接入技术,22,4 CDMA：（3） CDMA系统的软切换过程,每当移动台处于小区边缘时，同时有两个或两个以上的基站向该移动台发送相同的信号，移动台的分集接收机

12、能同时接收合并这些信号，此时处于宏分集状态 当某一基站的信号强于当前基站信号且稳定后，移动台才切换到该基站的控制上去，这种切换可以在通信的过程中平滑完成，称为软切换,Play,5.2 多址接入技术,23,4 CDMA：（4） CDMA系统存在问题,多址干扰 原因不同用户的扩频序列不完全正交，扩频码集的非零互相关系数会引起用户间的相互干扰 “远-近”效应 原因移动用户所在的位置的变化以及深衰落的存在，会使基站接收到的各用户信号功率相差很大，强信号对弱信号有着明显的抑制作用 解决方法：使用功率控制,5.2 多址接入技术,24,5 空分多址（SDMA）方式,通过空间的分割来区别不同的用户 常与FDM

13、A、TDMA、CDMA结合使用 工作原理 蜂窝系统中反向链路的困难 自适应式阵列天线,5.2 多址接入技术,25,5 SDMA：（1） SDMA的工作原理,使用定向波束天线在不同用户方向上形成不同的波束 相同的频率（在TDMA或CDMA系统中）或不同的频率（在FDMA系统中）用来服务于被天线波束覆盖的这些不同区域,图510 SCDM系统工作示意图,5.2 多址接入技术,26,5 SDMA：（2）蜂窝系统中反向链路的困难,5.2 多址接入技术,27,5 SDMA：（3）自适应式阵列天线,自适应式天线提供了最理想的SDMA 无穷小波束宽度 无穷大快速搜索能力 提供在本小区内不受其他用户干扰的唯一信

14、道 克服多径干扰和同信道干扰,5.2 多址接入技术,28,6 随机多址：（1） ALOHA协议和时隙ALOHA,ALOHA协议 ALOHA协议是一种最简单的数据分组传输协议。 任何一个用户可以随时接入信道发送数据分组； 发送结束后，在相同的信道上或一个单独的反馈信道上等待应答； 若在给定的时间区间内没有收到认可应答，则重发数据分组。要使当前分组传输成功，必须在当前分组到达时刻 的前后各一个分组长度内没有其它用户的分组到达，即 易损区间为2倍的分组长度。,5.2 多址接入技术,29,6 随机多址：（1） ALOHA协议和时隙ALOHA,ALOHA协议的性能指标 通过量：单位时间内平均成功传输的分

15、组数； 每个分组的平均时延。 时隙ALOHA为了改进ALOHA的性能，将时间轴分成时隙，时 隙大小大于一个分组的长度，所有用户都同步在时隙 开始时刻发送，称之为时隙ALOHA协议。时隙ALOHA协议的易损区间减少为一个分组长度。,5.2 多址接入技术,30,6 随机多址：（2） 载波侦听多址（CSMA）,CSMA协议ALOHA协议中各节点的发射相互独立；CSMA协议中，每个节点在发送之前，先侦听信道 是否有分组在传输，若信道空闲，才进行发送；若信道 忙，则按照设定的准则推迟发送。 CSMA协议的性能指标 检测时延，指接收机判断信道空闲与否所需时间； 传播时延。,5.2 多址接入技术,31,6

16、随机多址：（3） 预约随机多址,CSMA协议的性能指标预约随机多址通常基于时分复用：时间轴分为时间帧，时间 帧分为若干时隙，当用户需发送分组时，可采用ALOHA的方式 在空闲时隙上进行预约。若预约成功，就将无碰撞地占用每帧所 预约的时隙，直至所有分组传输完毕。 分组预约多址（PRMA）分组预约多址是对TDMA的改进：在TDMA的帧结构基础上，为每一个语音突发在TDMA帧中预约一个时隙（TDMA中一路话音固定占用一个时隙）。,5.2 多址接入技术,32,5.3 蜂窝移动通信系统的容量分析,蜂窝系统的无线容量可定义为：信道/小区 其中 m无线容量大小Bt 分配给系统的总的频谱Bc 信道带宽N 频率

17、重用的小区数,三种多址接入方式的理论容量 三种多址接入方式的实际容量,33,1 三种多址接入方式的理论容量：相同,假设三种多址系统均有W MHz的带宽；每个用户未 编码比特率都为Rb，每种多址系统均使用正交信号波 形，则最大用户数再假定任何多址系统每个用户接到的能量是Sr，则 接收到的总能量 。假设所需的信噪比（SNR） 或与实际值相等，即 由此得出： 所以从理论上说，各种多址技术具有相同的容量,5.3 蜂窝移动通信系统的容量分析,34,2 FDMA和TDMA蜂窝系统的容量,对于模拟FDMA系统频率重用的小区数N由所需的载干比决定，即则FDMA的无线容量 对于数字TDMA系统数字信道所要求的载

18、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则TDMA的无线容量,5.3 蜂窝移动通信系统的容量分析,35,3 CDMA蜂窝系统的容量(1):决定容量的参数,决定系统容量的主要参数 处理增益 Eb/N0、 话音负载周期、 频率再用效率、 以及基站天线扇区数,5.3 蜂窝移动通信系统的容量分析,36,3 CDMA蜂窝系统的容量(2)：一般容量公式,接收信号的载干比可写成式中 Eb 信息的比特能量；Rb 信息的比特速率；N0干扰功率谱密度W / Rb 系统的处理增益。 若m个用户共用一个无线频道，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：如果

19、考虑背景热噪声，则能够接入此系统的用户数可表示为： 结果表明在误比特率一定的条件下，降低热噪声功率，减小归一化 信噪比，增大 系统的处理增益都将有利于提高系统的容量。,5.3 蜂窝移动通信系统的容量分析,37,3 CDMA蜂窝系统的容量(3)：采用若干技术的系统容量,考虑反向功率控制和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,5.3 蜂窝移动通信系统的容量分析,38,3 CDMA蜂窝系统的容量(4)：话音激活技术下的容量,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

20、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信道/小区 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 信道/小区,5.3 蜂窝移动通信系统的容量分析,39,3 CDMA蜂窝系统的容量(5)：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信道/小区,5.3 蜂窝移动通信系统的容量分析,40,4 三种系统容量

21、的比较,理论可得：在总频带宽度为1.25MHz时，三种体制的系统容量的比较结果为：实际的CDMA系统的容量比理论值有所下降，其下降多少将随着其功率控制精度和某些参数的选取而变化 当前比较普遍的看法是CDMA数字蜂窝移动通信系统的容量是模拟FDMA系统的810倍,5.3 蜂窝移动通信系统的容量分析,41,5.4 网络结构和蜂窝小区,移动通信网络结构 蜂窝式组网理论 移动通信网的基本组成 蜂窝移动通信系统图示 各子系统功能 频率复用和蜂窝小区,42,基本结构移动用户基站交换机固定网络固定用 移动用户基站交换机基站移动用户,1 移动通信网络结构,5.4 网络结构和蜂窝小区,43,1 移动通信网络结构

22、,空中网络,基站与固定网络,服务区内各基站的相互连接,多 址 接 入,切换和位置更新,频率复用和蜂窝小区,地面网络,5.4 网络结构和蜂窝小区,44,2 蜂窝式组网理论,无线蜂窝式小区覆盖将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图形 的覆盖区域 频率复用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 优点：缓解了频率资源紧缺，增加了系统容量 缺点：同频干扰 多信道共用由若干无线信道组成的移动通信系统，为大量的用户共同使用 并且仍能满足服务质量的信道利用技术 越区切换当正在通话的移动台进入相邻无线小区时，业务信道自动切换 到相邻小区基站，从而不中断

23、通信过程,5.4 网络结构和蜂窝小区,45,3 移动通信网的基本组成 （1）,移动通信无线服务区由 许多正六边形蜂窝小区覆盖 而成，通过接口与公众通信 网（PSTN、PSDN）互联移动通信系统包括 移动交换子系统（SS） 操作维护管理子系统 (OMS) 基站子系统（BSS） 移动台（MS） 是一个完整的信息传输实体,SS7,MSC2,（访问MSC）,用户变成漫游者,BSS,BSS,SS,OMS,PSTN,MSC1,（归属移动交换中心）,SS,图5-1 典型的蜂窝移动通信系统,5.4 网络结构和蜂窝小区,46,基站子系统（BSS）和移动交换子系统（SS）共同建立呼叫 BSS提供并管理移动台和SS

24、之间的无线传输通道 SS负责呼叫控制功能，所有呼叫都经由SS建立连接 操作维护管理子系统（OMS）负责管理控制整个移动网 移动台（MS）由移动终端设备和用户数据两部分组成 用户识别卡（SIM）与移动终端设备分离，用于存放用户数据,5.4 网络结构和蜂窝小区,3 移动通信网的基本组成 （2）：各子系统的功能,47,4 频率复用和蜂窝小区（1）：概述,解决频率资源有限和用户容量问题 区域覆盖方式 小容量的大区制 一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大 利用分集接收等技术来保证上行链路的通信质量 只能适用于小容量的通信网 大容量的小区制 频率复用将覆盖区域划分为若干小区 ，每个小区设立一个基站服务于本

25、小区，但各小区可重复使用频率 带来同频干扰的问题 切换和位置管理,5.4 网络结构和蜂窝小区,48,4 频率复用和蜂窝小区（2）：大容量的小区制,频率复用和覆盖方式 带状服务覆盖区 面状服务覆盖区 簇 小区的覆盖形状 同频干扰 同频相邻小区的找法,5.4 网络结构和蜂窝小区,49,频率复用和蜂窝小区（2）：大容量的小区制 -带状服务覆盖区,双频组频率配置三频组频率配置,5.4 网络结构和蜂窝小区,50,4 频率复用和蜂窝小区（2）：大容量的小区制 -面状服务覆盖区,共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇 同一个小区簇内，要使用不同的频率 不同的小区簇间使用对应的相同频率,1 21 2 3 4

26、53 4 5 6 7 1 26 7 1 2 3 4 51 2 3 4 5 6 7 3 4 5 6 7 1 2 6 7 1 2 3 4 53 4 5 6 76 7,图52 蜂窝系统的频率复用和小区面状覆盖图示,q=D/R=4.6 N=7,D,R,2,1 3,2 4 2,1 3 1 3,4 2 4,1 3,4,5.4 网络结构和蜂窝小区,51,4 频率复用和蜂窝小区（3）：小区的覆盖形状,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

27、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,5.4 网络结构和蜂窝小区,52,4 频率复用和蜂窝小区（4）：同频干扰,小区簇的意义 频率复用距离与小区簇的关系 载波干扰比与小区簇的关系,5.4 网络结构和蜂窝小区,53,4 频率复用和蜂窝小区（4）：同频干扰-小区簇的意义,一个共有S个双向信道的蜂窝系统，如果每簇含N个小区，每个小区分配K个信道（kS）那么如果簇在系统中共同复制了M次，则信道的总数C可作为容量的一个度量N叫做簇的大小，典型值为4、7或12。 N的值表现了移动台或基站在保证通信质量的同时，可以承受的干扰（主要是同频干扰）,5.4 网络结构和蜂窝小区,

28、54,4 频率复用和蜂窝小区（4）：同频干扰 -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，于是 （） 令： I=2iH，J=2jH 式中H为小区中心到边的距离 其中，R是小区的半径。这样 ， 代入（）式得 其中 N又称为频率复用因子可见频率利用率与同频干扰是一对矛盾,图53 N=7 频率复用设计示例,5.4 网络结构和蜂窝小区,55,4 频率复用和蜂窝小区（4）：同频干扰 -载干比与小区簇的关系,假定小区的大小相同，移动

29、台的接收功率门限按小区的大小调节。 若设L为同频干扰小区数，则移动台的接收载波干扰比可表示为C为最小载波强度； 为第l个同频干扰小区所在基站引起的干扰功率 移动无线信道的传播特性表明 小区中移动台接收到的最小载波强度C与小区半径的 成正比 设 是第l个干扰源与移动台的间距，则移动台接收到的来自第l个干扰小区的载波功率与 成正比。n为衰落指数，一般取4 如果每个基站的发射功率相等，整个覆盖区域内的路径衰落指数相同， 则移动台的载干比可近似表示为,5.4 网络结构和蜂窝小区,56,4 频率复用和蜂窝小区（4）：同频干扰 -载干比与小区簇的关系,通常在被干扰小区周围，干扰小区是多层，一般第 一层起主

30、要作用。现仅考虑第一层干扰小区，且假定所有干扰基站与 预设被干扰基站的间距相等，即 ，则载干比可简 化为式中 称为同频复用比例（也称同频干扰因子）， 一般用Q表示，即,5.4 网络结构和蜂窝小区,57,式 表明了载干比和小区簇的关系 一般模拟移动通信系统要求 ，假设n取值为4，根据上式可得出，簇N最小为6.49，故一般取簇N的最小值为7 数字移动通信系统中 ，所以可以采用较小的N值。,5.4 网络结构和蜂窝小区,4 频率复用和蜂窝小区（4）：同频干扰 -载干比与小区簇的关系,58,4 频率复用和蜂窝小区（4）：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

31、,i=3 j=2 N=19,图54 在蜂窝小区中定位同频小区的方法,5.4 网络结构和蜂窝小区,59,5.5 切换和位置管理,信道切换原理,位置管理,60,1 信道切换原理(1)：概述,切换将处于通话状态的MS转移到新的业务信道上（新的小区）的过程 目的实现蜂窝移动通信的“无缝隙”覆盖，即当移动台从一个小区进入另一个小区时，保证通信的连续性 操作 识别新的小区 分配给移动台在新小区的话音信道和控制信道,5.5 切换和位置管理,61,1 信道切换原理(1)：概述,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

32、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。 要求切换必须顺利完成，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 切换前对信号的监视：保证信号电平的下降确实由于移动台正离开当前基站,5.5 切换和位置管理,62,1 信道切换原理(2)：处理切换请求,检测 方法 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,5.5 切换

33、和位置管理,63,5.5 切换和位置管理,1 信道切换原理(3)：分类-硬切换和软切换,64,1. 越区切换的准则 相对信号强度准则； 具有门限规定的相对信号强度准则； 具有滞后余量的相对信号强度准则； 具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则。 2. 越区切换的控制策略 移动台控制的越区切换； 网络控制的越区切换； 移动台辅助的越区切换。 3. 越区切换时的信道分配在每个小区余出部分信道专门用于越区 切换。,5.5 切换和位置管理,1 信道切换原理(4)：切换准则、控制策略与信道分配,65,2 位置管理-（1）概述,目的把一个呼叫传送到随机移动的用户 主要任务 位置登记已知移动台的实时位置信

34、息时，更新位置数据库和认证移动台 呼叫传递在有呼叫给移动台的情况下，根据HLR（Home Location Register 归属寄存器）和VLR（Visitor Location Register 访问寄存器）中可用的位置信息来定位移动台 涉及问题 位置更新（Location Update）解决移动台如何发现位置变化以及何时报告当前位置的问题 位置寻呼（ Location Paging） 解决如何有效地确定移动台当前处于哪一个小区的问题,5.5 切换和位置管理,66,位置管理通常采用两层数据库：即原籍位置寄存器（HLR）和访问位置寄存器（VLR）。通常一个公共陆地移动网（PLMN：Publi

35、c Land Mobile Network )包括一个HLR和若干个VLR，VLR管理若干个位置区的内的移动用户。,5.5 切换和位置管理,2 位置管理- （1）概述,67,5.5 切换和位置管理,2 位置管理- （2）位置登记示意图,68,家区 MSCA(LAA),MSCA将MS的信息送入HLR进行登记,新区 MSCB(LAB),MS移动1,（1）MS自动向MSCB的 VLRB登记,（2）将VLRB的信息反馈给MSCA的HLR,新区 MSCc(LAC),（4）将VLRc的信息反馈给MSCA的HLR,（3）MS自动向MSCc的 VLRc登记,（5）MSCA 收到VLRC信息后注销VLRB中MS

36、的信息,MS 移动 2,5.5 切换和位置管理,2 位置管理- （3）位置登记过程,69,5.5 切换和位置管理,2 位置管理- （4）呼叫传递过程,（1）主叫MT通过基站向其MSC发出呼叫初始化信号； （2）MSC通过地址翻译过程确定被呼叫MT的HLR地址，并向该HLR发送位置请求消息； （3）HLR确定出为被呼叫MR服务的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服务的MSC； （4）被叫MSC给被叫的MT分配一个称为临时本地号码（TLDN）的临时标识，并向HLR发送一个含有TLDN的应答信息；（5）HLR将上述消息中转给为主角MT服务的MSC； （6）主叫MS

37、C根据上述信息便可通过网络向被叫MSC请求呼叫建立。,70,5.5 切换和位置管理,2 位置管理- （4）呼叫传递过程,71,5.5 切换和位置管理,2 位置管理- （5）位置更新,当用户进入新的登记区（RA）时，将进行位置更新。 位置更新和寻呼信息均在无线接口中的控制信道中传输； 动态位置更新策略： 基于时间的位置更新策略：每个用户每隔T秒周期性地更新其位置； 基于运动的位置更新策略：移动台跨越一定数量的小区边界后，就进行一次位置更新； 基于距离的位置更新策略：移动台离开上次位置更新后所在小区的距离超过一定值时，就进行一次位置更新。,72,5.6 移动通信网的信令系统,概述 信令的任务和作用

38、 信令的发展 移动通信中的信令系统,73,1 信令的作用和构成,信令是与通信有关的一系列控制信号 作用信令是用户以及通信网中各个节点相互交换信息的共同语 言，是整个通信网的神经系统 基本功能 建立呼叫 监控呼叫 清除呼叫 操作过程（右图） 构成信令由一系列信令消息集组成 消息类型单元 一些强制或可选择的消息单元,图514 信令的操作过程,5.6 移动通信网的信令系统,74,2 信令的分类 （1）按发展过程分类,随路信令（模拟电话网或早期的数字电话网中） 信令与话音在同一链路内传送 信令传送速度低，信息容量及处理能力有限 只适应于基本的呼叫处理公共信道信令（CCS） 信令与语音分离 链路的利用率

39、高 实际速度低于理论速度 为了保证信令的可靠 移动通信中，完成一次接续需传的信令消息比电话网中多的很多,图515 公共信道信令示意图,5.6 移动通信网的信令系统,75,按对象 接入信令: 用户到网络节点间的信令,在移动通信中是指移动台到基站之间的信令； 网络信令: 网络节点之间的信令,在移动通信中网络信令称7号信令(SS7)。 按信号形式信令按信号形式可分为数字信令和音频信令(模拟信令)。,5.6 移动通信网的信令系统,2 信令的分类 （2）按对象和信号形式分类,76,主要用于模拟系统，经调制后，在无线信道上传输。,典型的数字信令格式,5.6 移动通信网的信令系统,2 信令的分类 ：（3）

40、数字信令,P：前置码，提供同步信息。SW：字同步码，提供位同步信息。A或D：地址或数据码，包括控制、选呼、拨号等信令SP：纠错码，又称监督码,77,音频信令是由不同音频信号组成的。分单音频信令、 双音频信令和多音频信令。 带内单音频信令带内单音频信令：用0.33kHz范围内不同的单音作 为信令。,5.6 移动通信网的信令系统,2 信令的分类 ：（4） 音频信令,78,带外亚音频信令采用低于0.3kHz的单音作为信令。 拨号信令拨号信令是移动台主叫时发往基站的信令。拨号信 令常采用的方式有单音频脉冲和双音频脉冲。 单音频脉冲方式：用拨号盘使2.3kHz的单音按脉冲方式发送。 双音频脉冲方式：采用

41、两个不同频率范围的单音频脉冲组合。,5.6 移动通信网的信令系统,2 信令的分类 ：（4） 音频信令,79,拨号信令 十取一：用话带内的10个单音，每一个单一音代表一个十进制的数。 五取二：用话带内的5个单音，每次同时选播两个单音。共有C52=10种组合，每一组和代表一个十进制数。 43方式(双音多频DTMF方式)：用话带内的7个单音，把它们分为高音群和低音群，用高音群的一个单音和低音群的一个单音来代表一个十进制数，进行发送。,5.6 移动通信网的信令系统,2 信令的分类 ：（4） 音频信令,80,数字蜂窝移动通信系统链路层信息帧格式,5.6 移动通信网的信令系统,3 信令传输协议 ：（1）

42、帧格式,81,5.6 移动通信网的信令系统,3 信令传输协议 ：（2） GSM链路层信息帧控制字段构成,82,含义N(R)：接收机序列号；N(S)：发射机序列号；S：监督功能比特；U：无序号功能比特；P/F：查询/终止比特。发送命令时为查询比特，发 送响应时为终止比特。信令的两种传输方式无证实（无应答）信息传输方式；有证实(应答)信息传输方式.,5.6 移动通信网的信令系统,3 信令传输协议 ：（2） GSM链路层信息帧控制字段构成,83,构成ISDN的规定 交换机之间的信令（如公共信道信令系统（No.7） ） 自成系统 交换机到用户之间的信令（如 D信道协议） 互不兼容 移动通信中的接口信令

43、（右图）典型协议 NO.7 公共信道信令系统 用户网络接口协议 公共陆地移动通信网的接口 PLMN协议模型,移动通信中的 信令系统,4 移动通信中的信令系统,与移动通信有关的高层协议标准,ISDN的信令协议,图516 移动通信中的接口信令示意图,5.6 移动通信网的信令系统,84,5 NO.7 公共信道信令系统,NO.7信令网的概念 NO.7信令系统的分层结构 消息传送部分（MTP） 信令连接控制部分（SCCP） 用户部分（UP）,5.6 移动通信网的信令系统,85,5 NO.7 公共信道信令系统：（1）NO.7信令网的概念,NO.7信令网是独立于通信网专门用于传送信令的网络 构成 信令点SP

44、（signaling point）信令点是信令网络中的节点，它提供公共信道信令 产生消息的信令点（源点） 接收消息的信令点（宿点） 转发消息的信令转接点STP(signaling transfer point)STP将控制信令从一条信令链路转送到另一条链路上 供传输信令的数据链路（link） 结构NO.7信令网通常采用分级结构,5.6 移动通信网的信令系统,86,由SP、LSTP、HSTP构成在逻辑上独立的信令网,图517 信令网及其分级结构的示意图,5.6 移动通信网的信令系统,5 NO.7 公共信道信令系统：（2）NO.7信令网的分级结构,87,NO.7信令系统被划分为 一个公共的消息传递

45、部分（Message Transfer Part MTP）功能：负责消息的传递 若干用户部分（User Part UP）功能：负责信令消息的生成、分析和过程控制,图518 7号信令系统功能划分原理,5.6 移动通信网的信令系统,5 NO.7 公共信道信令系统：（3）NO.7信令网的分层结构,88,消息传送部分(MTP),功能层,图519 消息传送部分分层示意图,5.6 移动通信网的信令系统,5 NO.7 公共信道信令系统：（3）NO.7信令网的分层结构,89,信令连接控制部分(Signaling Connection Control Part SCCP),在MTP层上建立一个新的结构层信令连接

46、控制部分（SCCP） 目的：实现网络节点直接传送控制消息，无需经过呼叫链路 主要功能 无论与电路有关或无关的信令，都可传送。 支持无连接传送方式和虚连接（面向连接）传送方式。如在MS与MSC之间就有虚连接存在 为了增加跨网寻址能力，设置了全局名（GT），一种国际统一的拨号号码。 为了为更多新用户提供服务，设置了8bit共28=256 个的子系统号（SSN） 添加了一层事物处理部分（TC） 目的：采用计算机对话方式（而不是互控方式）来访问远端数据库 应用：现在应用的是TCAP，是用户应用部分。,5.6 移动通信网的信令系统,5 NO.7 公共信道信令系统：（3）NO.7信令网的分层结构,90,U

47、P是MTP的用户 功能 处理信令消息 对于不同的通信业务类型用户UP控制处理信令消息的功能是不同的。 主要的用户类型,电话用户部分TUP（Telephone User Part） 综合业务数字网用户部分ISUP （ISND User Part） 移动应用部分MAP（Mobile Application Part） 数据用户部分DUP（Data User Part） 操作维护用户部分OMUP（Operation and Maintenance User Part）,5.6 移动通信网的信令系统,5 NO.7 公共信道信令系统：（3）NO.7信令网的分层结构,用户部分(UP),91,5.6 移动通

48、信网的信令系统,5 NO.7 公共信道信令系统：（4）NO.7信令的网络结构,92,HLR-Home Location Register本地位置寄存器 VLR-Visitor Location Register拜访位置寄存器 MSC-Mobile Switching Center移动交换中心 BSS-Base Station System基站子系统 Abis- Abis AUC-Authentication Center 鉴权中心 PSTN -Public Switched Telephone Network 公用交换电话网 ACM-Address Complete Message 地址完成消息 IAM-Incepted address Message,