1、Dalian Polytechnic University LanZhenping,第6章 频分多址(FDMA) 模拟蜂窝网,6.1 概述 6.2 系统控制及其信令 思考题与习题,Dalian Polytechnic University LanZhenping,FDMA示意图,Dalian Polytechnic University LanZhenping,FDMA的频道划分,Dalian Polytechnic University LanZhenping,Dalian Polytechnic University LanZhenping,6.1 概 述,6.1.1 发展简况模拟蜂窝网是
2、在20世纪 80 年代迅速发展并得到广泛应用的一种移动通信系统。 其代表性的系统如表 6 - 1 所示。,Dalian Polytechnic University LanZhenping,表 6 - 1 模拟蜂窝系统一览表,Dalian Polytechnic University LanZhenping,6.1.2 系统结构通常， 在一个大型蜂窝网移动电话系统中有若干个移动电话交换局(MTSO)， 也称作移动交换中心(MSC)。 图 6 - 1 示出由两个移动电话交换局构成的蜂窝网移动电话系统结构。 这种类型的网络系统常称作公共陆地移动网(PLMN)。 每一个MTSO均与公用电话交换网(P
3、STN)和所属基站(BS)连接， 其连接方式通常有电缆、 光纤或数字微波线路等， 它们之间都有相应的接口标准。,Dalian Polytechnic University LanZhenping,每个移动用户在其常驻地的MTSO经过登记注册即可入网， 此移动电话交换局称作归属(或原籍)移动电话交换局(如MTSOA)， 经它所登记的移动用户称为本地用户。 当移动台进入另一个移动电话交换局所管辖区时， 该移动电话交换局(如MTSOB)称为被访问移动电话交换局， 来访的移动用户称为漫游用户。,Dalian Polytechnic University LanZhenping,图 6 - 1 蜂窝网移
4、动电话系统结构,Dalian Polytechnic University LanZhenping,由图 6 - 1 可见， 蜂窝网移动电话系统本身由三大部分组成： 移动电话交换局(MTSO)基站(BS) 移动台(MS) 其中， MTSO(或MSC)是基站与市话网之间的接口， 是蜂窝网控制中心， 它不仅具有一般程控交换机所具有的交换、 控制功能， 还具有适应移动通信特点的移动性管理功能， 以完成移动用户主呼或被呼所必需的控制。,Dalian Polytechnic University LanZhenping,每个基站主要由基站控制器和多部信道机等组成， 信道机的数量取决于基站同时与移动台通话
5、的数目， 它们以频分多址方式工作， 对每个用户使用一对不同的双工频率进行发射和接收信号。基站信道机主要由发射机、 接收机组成， 控制器用于与移动电话局、 移动台进行信令交换和控制。 每个基站还配有定位接收机， 监测移动台位置， 以便为越区切换服务。,Dalian Polytechnic University LanZhenping,基站(BS) 基站由射频部分(射频架和收、 发天线)、 数据架和维护测试架等几部分组成。 当基站采用120扇区辐射方式时， 需配3个射频架， 数据架、 线路监测架与维护测试架各一个如图所示。,Dalian Polytechnic University LanZhen
6、ping,AMPS系统组成简化方框图,Dalian Polytechnic University LanZhenping,射频架图示是16个信道射频架组成的方框图。 图中， TRAN0TRAN15为16部发射机主机， 工作频段为 870890 MHz， 输出功率约为1， 信道频率由主频率源(频率合成器)控制。,Dalian Polytechnic University LanZhenping,射频架组成方框图,Dalian Polytechnic University LanZhenping,接收信号的频率范围是825845 MHz， 即为移动台的发射频率。 采用两副接收天线， 进行二重空间分
7、集接收。 从天线上接收到的信号先接到825845 MHz带通滤波器， 滤除带外干扰， 再经低噪声前置放大器和116功率分配器， 进入RCVR0RCVR15的16部接收机。 由于功率分配器增加了插入损耗， 所以在功率分配器前加入了低噪声前置放大器。,Dalian Polytechnic University LanZhenping,Dalian Polytechnic University LanZhenping,下面给出模拟蜂窝系统移动电话系统基站主要设备机柜装配示意图。 下图分别为TACS系统CMS8810机的单机柜；LD系列5个机架基地站的组合图 ；HC系列3个机架基地站的组合图。,Dal
8、ian Polytechnic University LanZhenping,无线柜(架)CMS8810机,Dalian Polytechnic University LanZhenping,LD系列5个机架基地站的组合图,Dalian Polytechnic University LanZhenping,系列3个机架基地站的组合图,Dalian Polytechnic University LanZhenping,数据架数据架组成方框图如图所示， 主要包括下列5个部分： 与MTSO数据链路相连的数据设备、 控制器、 建立无线电、 定位接收机、 语音信道数据接收机。 数据设备和控制器均含备用设
9、备。,Dalian Polytechnic University LanZhenping,数据架组成方框图,Dalian Polytechnic University LanZhenping,控制器： 由小型通用程控器、 奇偶校验器和存储单元等组成， 以存储、 处理来自MTSO或移动台的数字信令， 并处理来自基站本身线路监测架和维护测试架的数据或控制信令。 建立无线电： 专门用来发送和接收数字信令， 以便建立无线话路， 所以称作“建立无线电”。 定位接收机： 定位接收机用于频道切换。,Dalian Polytechnic University LanZhenping,3. 线路监测架和维护测试
10、架线路监测架的主要功能是为 MTSO和射频架提供音频信号电路接口， 此外， 还进行线路监测， 包括监控单音发送、 接收以及信令编码。 维护测试架的功能是对各种设备状况进行测试。图示出是移动台组成方框图， 它主要包括控制单元、 逻辑单元和收发信机等。,Dalian Polytechnic University LanZhenping,移动台组成框图,Dalian Polytechnic University LanZhenping,移动台组成,Dalian Polytechnic University LanZhenping,手机终端,Dalian Polytechnic University
11、LanZhenping,移动台组成方框图,Dalian Polytechnic University LanZhenping,移动台(MS) 1. 控制单元用户控制单元包括送受话器、 键盘、 指示灯和蜂鸣器等。 它与普通电话机不同之处如下： 为了节省占用无线信道时间以及发生错拨现象， 用户拨号时并不立即发出， 而是将逐位数字显示并存入寄存器中。,Dalian Polytechnic University LanZhenping,2. 逻辑单元逻辑单元是移动台的主控部件， 主要由单片微处理器组成， 实施宽带数据信令(AMPS是10 kbs， TACS是 8 kbs)的编码、 解码， 控制发射机开
12、启， 检测并转发监控音(SAT)等功能。 由测量获得的各种模拟信号， 如信号电平、 噪声电平、 发射功率、 静噪检测结果、 压控振荡器的电压、 频率合成器中锁相环的工作状态等， 都经过AD变换送入单片微处理器进行处理， 并以指令方式送到收、 发信机中有关的受控部件， 从而使移动台具有一定的智能化功能。,Dalian Polytechnic University LanZhenping,3. 收发信机收发信机主要由发射机、 接收机和收发共用的频率合成器组成。 车载台的接收也可采用二重空间分集， 以减小衰落的影响。 此时， 移动台需用两根天线， 其中一根天线收、 发合用， 另一根天线只作分集用，
13、采用选择式开关分集方式。 手机无分集功能， 收、 发共用一根天线。 由图7 - 8可见， 收发信机采用的是典型的调频设备。 已在我国广泛使用的移动台的主要性能如表7 2(略）所示， 包括TACS制式和E-TACS制式(两者只是工作频段不同)。,Dalian Polytechnic University LanZhenping,6.1.3 主要功能表 6 - 1 所列的各种蜂窝网移动通信系统均具有下列主要功能： 具有与公用电话网进行自动交换的能力。 双工通信， 话音质量接近市话网标准。 双向自动拨号， 包括移动用户与市话用户间的直接拨号以及移动台之间的直接拨号。,Dalian Polytechn
14、ic University LanZhenping, 用户容量大， 一个系统一般能为几万个用户提供服务， 还能适应业务增加需要， 通过小区分裂以扩充容量。 采用小区制频率再用技术， 当基站采用全向天线时， 一个区群由 12 个小区组成， 频率再用率为 1/12， 其频道分配方法是等频距法， 以尽可能减少邻道干扰。 具有自动过境切换频道技术， 切换时间小于 20 ms。 设备通用性较强， 通常基站、 移动台等设备在网络覆盖范围内可以通用。 各地之间可以连网， 具有自动漫游功能。,Dalian Polytechnic University LanZhenping,6.2 系统控制及其信令,6.2.
15、1 系统的控制结构无论是AMPS系统还是TACS系统， 其系统控制都涉及公用市话网、 移动电话局、 基站和移动台之间的话音和信令的传输与交换。 蜂窝系统的控制结构如图 6 - 2 所示。,Dalian Polytechnic University LanZhenping,图 6 - 2 蜂窝系统的控制结构,Dalian Polytechnic University LanZhenping,由图 6 - 2 可见， 系统中既有无线信道， 又有有线信道， 而且都有话音信道和控制信道之分。 话音信道主要用于传送话音， 而控制信道专用于传送控制信令。 因为控制信道是为建立话音信道服务的， 所以也把控制
16、信道称作建立信道。 前向(或下行)信道：从基站(BS)至移动台(MS)的传输信道称为前向(或下行)信道， 包括前向话音信道和前向控制信道； 反向(或上行)信道：从MS至BS传输的信道称为反向(或上行)信道， 它也包括反向话音信道和反向控制信道。 基站与移动电话交换局之间可分为有线数据线路和有线话音线路。 上述信道的分类示于图 6 - 3。,Dalian Polytechnic University LanZhenping,图 6 - 3 蜂窝系统的信道类型,Dalian Polytechnic University LanZhenping,无线信道移动通信的无线信道如图所示。 在基地站中， 每
17、条无线信道对应一个信道单元， 有多少条无线信道， 就有多少个信道单元。,Dalian Polytechnic University LanZhenping,无线信道,Dalian Polytechnic University LanZhenping,语音信道,Dalian Polytechnic University LanZhenping,6.2.2 控制信号及其功能1. 监测音SAT(Supervisory Audio Tone)监测音用于信道分配和对移动用户的通话质量进行监测。 当某一话音信道要分配给某一移动用户时， BS就在前向话音信道上发送SAT信号。 移动台检测到SAT信号后， 就
18、在反向话音信道上环回该SAT信号。 BS收到返回的SAT信号后， 就确认此双向话音信道已经接通， 即可通话。,Dalian Polytechnic University LanZhenping,为了提高监测音的可靠性， 避免与话音信号相互间干扰， AMPS系统和TACS系统均采用话音频带外的 5970、 6000 和 6030 Hz三个单音作为监测音。 每个区群使用其中一个监测音， 相邻区群分别使用另外两个监测音。 例如， 由 7 个小区组成的区群， 其监测音的分配如图 6 - 4 所示。,Dalian Polytechnic University LanZhenping,图 6 - 4 监测
19、音的配置,Dalian Polytechnic University LanZhenping,2. 信令音ST(Signalling Tone)信令音在移动台至基站的反向话音信道中传输， 它是 10 kHz的音频信号。 信令音的主要用途如下： 第一， 当MS收到BS发来的振铃信号时， MS在反向话音信道上向BS发送ST信号， 表示振铃成功， 一旦移动用户摘机通话， 就停发ST信号； 第二， 移动台在过境切换频道前， 在MTSO控制下， BS在原来的前向话音信道上发送一个新分配的话音信道的指令，MS收到该指令后， 就发送ST信号以表示确认。,Dalian Polytechnic Universi
20、ty LanZhenping,根据上述SAT和ST信号的有无， 可以判断MS处于摘机还是挂机状态， 如表 6 - 2 所示。 例如， 当基站收到移动台环回的SAT信号时， 同时又收到ST， 则表示移动台处于挂机状态； 若只收到环回的SAT信号， 而未收到ST， 则表明此时移动台已摘机。,Dalian Polytechnic University LanZhenping,表 6 - 2 移动台摘机/挂机信号表,Dalian Polytechnic University LanZhenping,控制信道,Dalian Polytechnic University LanZhenping,控制信道的
21、作用： (1) 寻呼。 当移动用户被呼时， 就在控制信道上发出呼叫移动台信号， 所以又称为寻呼控制信道(PC)。 (2) 接入。 当移动用户主呼时， 就在控制信道上发出主呼信号， 通过基地站向移动业务交换中心发出入网信息， 所以又称控制信道为接入控制信道(AC)。,Dalian Polytechnic University LanZhenping,呼叫监视,Dalian Polytechnic University LanZhenping,1. SAT信杂比 SAT信杂比是指当基地站开始工作时， 由语音信道单元连续发送的SAT， 经移动台接收并环回到基地站后， 与无线信道上杂音的对比。 在与M
22、SC初始化规定的门限值(如图7 - 23所示)比较后， 语音信道控制单元判断传输质量是否可以接受。,Dalian Polytechnic University LanZhenping,3. 定位与过境切换在移动台通话过程中， 为其服务的基站定位接收机不断监测来自移动台的信号电平， 当发现环回的监测音SAT的电平低于某一指定值SSH(Signal Strength for Handoff Request), 即信号电平降至请求过境切换的强度时， 立即告知MTSO， MTSO当即命令邻近的BS同时监测该移动台的信号电平， 并立即把测量结果向MTSO报告。 MTSO根据这些测量结果， 就可判断移动台
23、驶入了哪个小区， 上述过程就称为定位。 通过定位， 就能确定是否需要以及如何进行过境切换。 过境切换的过程如图 6 - 5 所示。,Dalian Polytechnic University LanZhenping,图 6 - 5 过境切换过程,Dalian Polytechnic University LanZhenping,4. 寻呼与接入所谓“寻呼”， 是指当市话用户呼叫某一个移动用户时， MTSO通过某一个基站或位置区内的多个基站甚至所有基站发出呼叫信号， 包括被呼用户号码以及话音信道指配代号等。 这些寻呼信号是在前向控制信道上发送的。,Dalian Polytechnic Unive
24、rsity LanZhenping,5. 冲突退避由于移动台的主呼是随机的， 因此若一个无线区内有两个以上移动台同时发起主呼， 就会因争用控制信道而发生冲突现象。 为此， 系统需要为减少冲突而建立一种退避规则。 AMPS和TACS系统采用的办法是： 在前向控制信道的信令中每隔 10 位发一个忙/闲标志位。 当控制信道“忙”时， 该比特位为“0”； 当控制信道“闲”时， 该比特位为“1”。 移动台在反向控制信道中发出预告信息， 表示要占用控制信道后， 继续观察前向控制信道的忙/闲位。 如果基站同意它占用， 就将忙/闲位从“闲”改置为“忙”， 同时也告诉了其它移动台此控制信道已被占用。,Dalia
25、n Polytechnic University LanZhenping,思考题与习题,1. 表 6 - 1 所列的各种模拟蜂窝系统的主要区别有哪些? 各种系统之间能否实现漫游?2. TACS系统中话音频偏为 9.5 kHz， 能否采用AMPS系统的 12 kHz话音频偏? 试定量分析其原因。3. 蜂窝网移动通信系统有哪些主要功能? 其中的预拨号方式(或称呼前拨号)有何优越性?,Dalian Polytechnic University LanZhenping,4. 某手机的灵敏度为 -110 dBm, 若接收机输入阻抗为 50 ， 试求出相应的以电压表示的灵敏度。5. 蜂窝系统中有哪些信道类型， 各有何特点? 在话音信道中传输哪些控制信令?6. 过境切换的含义是什么? 试简述过境切换的工作过程。7. SAT信号有何作用? 为何选用 5970、 6000和 6030 Hz三种类型的监测音?,
