[工学]移动通信组网技术

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授课班级通信技术、无线电0801第7次课授课时间9月15日星期三授课地点知行楼105课题内容：教学目的：教学方法：重点：难点：能力培养：课堂类型：教具：区群的构成、移动通信网络结构区群内小区数的计算、同频道小区距离的计算新授法、演示法第四章移动通信网组网技术4.1区域覆盖4.2区群的构建4.3移动通信的网络结构让学生掌握移动通信的体制、区群的构成、移动通信网络的结构培养学生掌握移动通信的网络结构及如何构建区群讲授课、演示课多媒体设备1 组织教学复习提问：导入新课：授新课：5分钟70分钟5分钟分集技术：空间分集、时间分集、频率分集合并方式：选择性合并、最大比值合并、等增益合并干扰：邻道干扰、同频干扰、互调干扰2 第四章移动通信网组网技术4.1区域覆盖4.2区群的的构建4.3移动通信的网络结构4.4信令4.5蜂窝移动通信网络的频率规划4.6多信道共用技术4.7移动通信的交换技术4.8信道自动选择方式3 随着移动通信用户数量的不断增加，业务范围的不断扩大，频率资源和可用频道数之间的矛盾日益突出。采用蜂窝组网方式的目的在于解决常规移动通信系统频谱匮乏、容量小、服务质量差和频谱利用率低等问题，以实现移动通信系统在大范围内有序的通信。而组网过程中必须要解决移动通信的体制、服务区域的划分、区群的构成、移动网的组成、信道的结构、接入方式、信令、路由、接续和多信道共用等一系列问题，才能使网络正常运行。4 4.1区域覆盖根据服务区域覆盖方式的不同可将移动通信网划分为大区制和小区制。4.1.1大区制移动通信网大区制就是在一个服务区域(如一个城市)内只有一个或几个基站（BaseStation，BS），并由它负责移动通信的联络和控制，如图4-1所示。通常为了扩大服务区域的范围，基站天线架设得都很高，发射机输出功率也较大(一般在200W左右)，其覆盖半径大约为30～50km。5 图4-1大区制移动通信示意图6 4.1.2小区制（蜂窝）移动通信网小区制就是把整个服务区域划分为若干个无线小区（Cell），每个小区分别设置一个基站，负责本区移动通信的联络和控制。同时，又可在移动业务交换中心（MSC）的统一控制下，实现小区之间移动用户通信的转接，以及移动用户与市话用户的联系。比如，可以把图4-1中的服务区域一分为七，如图4-2所示。每个小区（半径为2～20km，目前小的有1～3km，有的城市为500m）各设一个小功率基站(BS1～BS7)，发射功率一般为5～20W，以满足各无线小区移动通信的需要。7 图4-2小区制(蜂窝)移动通信网8 随着用户数的不断增加，无线小区还可以继续划小为微小区（Microcell）和微微小区（Picrocell），以不断适应用户数增长的需要。在实际中，用小区分裂（CellSplitting）、小区扇形化（Sectoring）和覆盖区域逼近（CoverageZoneApproaches）等技术来增大蜂窝系统容量。小区分裂是将拥塞的小区分成更小的小区，每个小区都有自己的基站并相应的降低天线高度和减小发射机功率。由于小区分裂提高了信道的复用次数，因而使系统容量有了明显提高。假设系统中所有小区都按小区半径的一半来分裂，如图4-3所示，理论上，系统容量增长接近4倍。小区扇形化依靠基站的方向性天线来减少同频干扰以提高系统容量，通常一个小区划分为3个120°的扇区或是6个60°的扇区。9 图4-3按小区半径的一半进行小区分裂示意图10 采用小区制不仅提高了频率的利用率，而且由于基站功率减小，也使相互间的干扰减少了。此外，无线小区的范围还可根据实际用户数的多少灵活确定，具有组网的灵活性。采用小区制最大的优点是有效地解决了频道数量有限和用户数增大之间的矛盾。所以，公用移动电话网均采用这种体制。但是这种体制在移动台通话过程中，从一个小区转入另一个小区时，移动台需要经常地更换工作频道。无线小区的范围越小，通话中切换频道的次数就越多，这样对控制交换功能的要求就提高了，再加上基站数量的增加，建网的成本就提高了，所以无线小区的范围也不宜过小。通常需根据用户密度或业务量的大小来确定无线小区半径，目前，宏小区半径一般为1～5km左右。11 4.1.3带状网带状网主要用于覆盖公路、铁路、海岸线等，其服务区内的用户的分布呈带状分布，如图4-4所示。图4-4带状网（有向天线辐射）铁路、河道……ABAB12 4.1.4.蜂窝网a.小区形状：正六边形b.区群（由不同信道的N个小区组成）组成模式：满足c.基站设置方式：中心激励、顶点激励d.小区分裂13 N=3,j=1i=1N=4,j=2i=0N=7,j=2i=1……4.2区群的构成与激励方式4.2.1区群的组成区群组成要求：①无空隙覆盖全部服务区。②相邻同信道小区距离相等，则同频道再用距离最大。可以证明，满足以上要求的区群组成应满足下式式中，N为区群内小区数；i、j为正整数。由此式得出的各种区群形状如图4-5所示：14 4.2.2同频道小区的距离同频道(信道)小区距离D（以N=19,j＝3,i＝2为例来推导）图4-6所示ji15 中心激励顶点激励4.2.3中心激励与顶点激励图4-7两种激励方式示意图16 4.3移动通信的网络结构4.3.1基本网络结构基站通过网络结构传输链路和交换机相连，交换机再与固定的电信网络相连，形成移动用户——基站——交换机——固定网络——固定用户——或移动用户——基站——交换机——基站——移动用户等通信链路。（见图4-8）17 固定网络交换机交换机基站移动台图4-8基本网络结构示意图18 4.3.2实例：GSM网络结构BTSBTSBTSBTSBTSBTSBSCBSCMSCMSCVLRHLRAUCEIRVLROMCPSTNUm接口A-bis接口A接口B接口D接口C接口E接口F接口MSTRAUG接口19 移动台（MS）移动台包括车载台、便携式移动台和手机。其主要差别是功率大小不同。GSM900系统的移动台功率等级有5级：20W,8W,5W,2W,0.8W。DCS1800系统的移动台功率等级有2级:1W,0.25W。一个GSM移动台可以分成两部分：一部分包括与无线接口有关的硬件和软件；另一部分包括用户特有的数据：用户识别模块（SIM）卡。它存储有用户识别号、位置信息和有关保密数据（如密钥）等。各组成部分功能简介20 基站收发信机（BTS）BTS是移动台到网络的接口。一个BTS由无线收发信机及多块用于无线电接口的信号处理模块组成。基站控制器（BSC）BSC的主要任务是实现频率管理以及BTS的控制和交换功能。BSC通过BTS和MS的远程命令对无线电接口进行管理，如无线信道安排和释放，切换的安排。21 发送编码器和速率适配器单元（TRAU）TRAU网络单元负责对16kb/s到64kb/s的用户数据进行发送编码及速率适配。移动业务交换中心（MSC）MSC的主要功能是协调去GSM或来自GSM用户的呼叫。它由交换机及支持呼叫建立所需的几个数据库组成。22 归属位置寄存器（HLR)HLR是用于移动用户管理的数据库，用于用户数据的存储、检索、提供移动用户漫游号，支持鉴权、位置登记等。访问者位置寄存器（VLR）VLR包含所有当前在服务MSC中的移动用户的有关数据。鉴权中心（AUC）AUC认证移动用户的身份及产生相应认证参数。23 设备识别寄存器（EIR）EIR是存储有关移动台设备参数的数据库。操作和维护中心（OMC）OMC是网络操作维护人员对全网进行监控和操作的功能实体。24 4.3.3移动通信空中接口协议模型移动通信网络是由若干个基本部分组成，为了便于各部分之间的相互交换信息，各部分之间都要用接口进行连接，同一通信网络的接口，必须符合统一的接口规范。移动通信的空中接口（无线接入部分）的协议和信令是按照分层的概念来设计的，空中接口包括无线物理层、链路层和网络层。链路层可进一步分为介质接入控制层和数据链路控制层。物理层是最底层。如图4-9所示。25 图4-9移动通信的空中接口协议模型26 物理层（PHL）：确定无线电参数，如：频率、定时、功率、码片、比特或时隙同步、调制解调、收发信机性能等。物理层在介质接入控制的控制下，负责数据或数据分组的收发。介质接入控制层（MAC）：主要功能有介质访问管理和数据封装等。数据链路控制层（DLC）：主要功能是为网络层提供非常可靠的数据链路。网络层（NWL）：确定了用于链路控制、无线电资源管理、各种业务、面向连接的消息业务和移动性能管理的各种功能。27 4.3.4移动通信的信道结构4.3.4.1话音信道(VC)1.检测音(SAT)在模拟蜂窝系统(AMPS和TACS)中，检测音(SAT)是指在话音传输期间连续发送的带外单音。MSC通过对SAT的检测，可以了解话音信道的传输质量。当话音信道单元发射机启动后，就会不断在带外(话音频带为300~3400Hz)发出检测音(5970Hz或6000Hz或6030Hz)。SAT由BS的话音信道单元发出，经移动台MS环回。28 2.数据在一定情况下，在话音信道上还可传递数据。例如，在越区切换时，通话将暂时中断(模拟蜂窝系统中一般要求限定在800ms之内)，可利用这段时间在话音信道中，以数据形式传递必要的指令或交换数据。3.信号音(ST)信号音为线路信号。它是由移动台发出的单向信号。例如，在BS寻呼MS过程中，如果BS收到MS发来的ST，就表示振铃成功。在切换过程中，原BS收到MS发来的ST信号，则表示MS对切换认可。ST是带内信号，一般在0~300Hz之间。29 4.3.4.2控制信道(CC)1.寻呼当移动用户被呼时，就在控制信道的下行信道发起呼叫移动台信号，所以将该信道称为寻呼信道(PC)。2.接入当移动用户主呼时，就在控制信道的上行信道发起主呼信号，所以将该信道称为接入信道(AC)。在控制信道中，不仅传递寻呼和接入信号，还传递大量的其他数据，如系统的常用报文、指定通话信道、重试(重新试呼)等信号。30 课后小结：移动通信的体制区群的构成和激励方式:区群内小区数的计算，同频道小区距离的计算移动通信的网络结构：组成部分和各部分的功能31 授课班级通信技术、无线电0801第8次课授课时间9月17日星期五授课地点知行楼105课题内容：教学目的：教学方法：重点：难点：能力培养：课堂类型：教具：数字信令、信道分配信道配置新授法、演示法4.4信令4.5蜂窝移动通信网络的频率规划让学生掌握信令的应用、移动通信系统信道分配培养学生掌握信令及如何进行信道配置讲授课多媒体设备32 组织教学复习提问：导入新课：授新课：5分钟70分钟5分钟移动通信的体制区群的构成和激励方式:区群内小区数的计算，同频道小区距离的计算移动通信的网络结构：组成部分和各部分的功能33 4.4信令4.4.1信令的概念在移动通信网中，除传输用户信息之外，为使整个网络有序地工作，还必须在正常的通话的前后和过程中传输很多其他的控制信号，如摘机、挂机和忙音等以及移动通信网中所需的信道分配、用户登记和管理、呼叫与应答、越区切换和发射机功率控制等等信号。这些与通信有关的一系列控制信号称为信令。信令是移动通信系统内部实现自动控制的关键。其作用是保证用户信息有效且可靠地进行传输。34 4.4.2信令分类信令主要有以下两种分类方式：按信令功能可分为控制信令、选呼信令、拨号信令三种；按信令形式分类，可分为模拟信令和数字信令两大类。35 （1）控制信令控制信令用来控制基地台与移动台之间信道的连接、断开以及移动台无线信道的转换。此外，还用来作为监控和状态显示。它包括各种状态监视信号、空闲信号、分配信道、拆线、强插、强拆、限时、位置登记、遥毙、报警信令等。信令可以利用专用信令信道传输，也可以通过话音信道传输。36 （2）选呼信令选呼信令用来控制移动台按自己的身份码接入系统，它包括单呼、组呼、群呼信令等。一个集群通信系统拥有许多移动用户，为了在众多用户中呼出其中某一用户而不至造成一呼百应的状态，给每个移动台规定一个确定的地址码，其他控制台按照地址码选呼，这样就可建立与该移动用户的通信。对选呼信令的要求是，既组成简单又能获得尽量多的号码数，同时又要求可靠性高，抗干扰性能好。（3）拨号信令拨号信令是移动用户通过基地台呼叫另一移动用户或市话网用户而使用的信令。因此要求拨号信令与市话网具有兼容性，并适于在无线信道中传输。37 4.4.3数字信令数字信令是随着计算机技术的发展而飞速发展起来的，数字信令由于传输速度快、组码数量大，便于集成化，可以使设备小型化，近几年在集群通信系统中被广泛应用。   数字信令大体可分为低速和高速两类。低速数字信令要进行两次调制，第一次调制在一个或几个音频频率上，在无线信道中仍以模拟方式进行第二次调制。高速信令一般是直接调制在无线信道上，由于速度较高，通常采取多次重发和较复杂的纠错编码方法，以解决传输中出现的差错问题。38 4.4.3.1数字信令的格式在传输数字信令时，为了便于收端解码，通常要求数字信令按一定格式编码。常用的数字传令格式有两种，如图2.4(a)、(b)所示。图4-10数字信令的格式39 第一种格式，每发送一组地址或数据信息时都要发送同步码和纠错码。第二种格式每发送一次同步码和纠错码时，可以发送几组信息码。位同步码(P)：又叫码头、前置码或同步码。它是将收发两端的时钟对齐，以便给出每个码元的判决时刻。字同步码(SW)：又叫帧同步码。它表示信息的开始，相当于时分多路通信中的帧同步。常选用相关性好的不归零巴克码来做字同步码。信息码(A和D)：传输数字信令的具体内容包括地址码和控制、寻呼、分配信道、拔号等数据信息，它是数字信令的核心。纠错码：又称监督码，是为了防止信令在传输中出错而加的冗余码。一般情况采用BCH码，它不仅可以发现错误，还可以实现前向纠错。40 4.4.3.2数字信令的传输基带数字信令是二进制的数据流，只有通过调制才能发射出去。考虑到与现有模拟系统的兼容性，数字信令要适应25kHz的信道间隔要求，能够在16kHz带宽的信道内可靠传输，用于数字信令的调制方式有ASK、FSK、PSK三大类。ASK体制抗干扰和抗衰落性能差，在移动通信中基本不予以采用。FSK和PSK方式具有较好的适应性。   在选择调度方式时，主要从信令速率、调制带宽和抗干扰能力(即误码率)上来考虑。通常使用的调制方法有两种：一种是基带调制，它适用于高速率；另一种是副载波二次调制，造用于较低速率。41 4.4.3.3差错控制编码数字信号或信令在传输过程中，由于受到噪声和干扰的影响，信号码元波形变坏，传输到接收端后可能发生错误判决，即把“0”误判为“1”，或把“1”误判成“0”。有时由于突发的脉冲干扰，错码会成串出现。为此，在传送数字信号时，往往要进行各种编码。通常把在信息码元序列中，加入监督码元的办法称为差错控制编码。42 4.4.4七号信令7号信令：又称为公共信道信令。即以时分方式在一条高速数据链路上传送一群话路信令的信令方式，通常用于局间。在我国使用的7号信令系统称为中国7号信令系统。SS7网是一个带外数据通信网，它叠加在运营者的交换网之上，是支撑网的重要组成部分。在固定电话网或ISDN网局间，完成本地、长途和国际的自动、半自动电话接续；在移动网内的交换局间提供本地、长途和国际电话呼叫业务，以及相关的移动业务，如短信等业务；为固定网和移动网提供智能网业务和其他增值业务；提供对运行管理和维护信息的传递和采集。43 1、基本特点1，最适合由数字程控交换机和数字传输设备所组成的综合数字网。2，能满足现在和将来传送呼叫控制、遥控、维护管理信令及处理机之间事务处理信息的要求。3，信令传送相当可靠。44 2应用类别NO.7号信令能满足多种通信业务的要求，当前应用的主要有：1，局与局之间的电话网通信。2，局与局之间的数据网通信。3，局与局之间综合业务数字网。(例如：ISDNPRI)4，可以传送移动通信网中的各种信息。5，支持各种类型的智能业务。6，局端到用户端之间的电话网以及数据网的通信。45 4.5蜂窝移动通信网络的频率规划4.5.1等频距分配法在蜂窝移动通信网络中，同信道干扰问题已在分群时考虑，保证有足够的防护比，而邻道干扰的问题则在信道分配时应加以考虑。等频距分配法按频率等间隔分配信道，这样可以有效地避免邻道干扰。若需要M个信道，将其分为N个信道组，则每个信道组中有M/N个信道，而N个信道组的信道序列可以确定如下：K+jNK=1，2，3，…，N；J=0，1，2，…，(M/N)-1式中，K为信道组的序列号，最大为K=N，j为信道序号的取值。46 我国GSM网和TACS网均采用了这种方法。如果基站采用了无方向性激励时，通常以12个无线小区（基地区）作为一个簇（cluster），其信道组配置如图2-5所示。按K+jN的规律，可以确定各信道组的信道序列如下：第一信道组，K=1，j=0~12，故有（1，13，25，…）第二信道组，K=2，j=0~12，故有（2，14，26，…）第三信道组，K=3，j=0~12，故有（3，15，27，…）第四信道组，K=4，j=0~12，故有（4，16，28，…）47 第五信道组，K=5，j=0~12，故有(5，17，29，…)第六信道组，K=6，j=0~12，故有（6，18，30，…）第七信道组，K=7，j=0~12，故有（7，19，31，…）第八信道组，K=8，j=0~12，故有(8，20，32，…)第九信道组，K=9，j=0~12，故有(9，21，33，…)第十信道组，K=10，j=0~12，故有(10，22，34，…)第十一信道组，K=11，j=0~12，故有(11，23，35，…)第十二信道组，K=12，j=0~12，故有(12，24，36，…)这样同一信道内的最小间隔为12，保证了对邻道干扰的抑制。48 图4-1112个无线小区为一个簇的信道组配置49 图4-124个基站24个扇形无线小区为一个簇的信道组配置50 由图可见，它采用4个基站、6个顶点为60°的扇形定向天线，则每个基站应有6组信道，每个簇有24个信道组，共96个频点，其信道分配为：BS1选用的六个信道组为（1，25，49，73）；（5，29，53，77）；…；(21，45，69，93)；BS2选用的六个信道组为（2，26，50，74）；（6，30，54，78）；…；(22，46，70，94)；BS3选用的六个信道组为（3，27，51，75）；（7，31，55，79）；…；(23，47，71，95)；BS4选用的六个信道组为（4，28，52，76）；（8，32，56，80）；…；(24，48，72，96)。51 图4-137个基站、21个扇形无线小区为一个簇的信道组配置52 4.5.2信道分配策略信道分配策略可分为两类：固定的信道分配策略和动态的信道分配策略。在固定的信道分配策略中，每个小区分配给一组预先确定好的话音信道。前面介绍的等频距分配法采用将某一组信道固定分配给某一基站，即基站的频点是固定不变的，就属固定信道分配法。它具有控制方便，投资少的特点。但信道的利用率较低。在各个覆盖区话务量不均匀的情况下，当一个基站的信道全忙时，邻近的信道即使空闲也不能使用。53 为了进一步提高频谱的利用率，使信道的配置方法能够随移动通信网的地理分布及业务量大小的变化而变化，目前在移动通信系统中采用了一种动态信道分配方法。它不是将信道固定地分配给某个基站，而是实现信道动态分配，其频谱的利用率大约可提高20%。动态信道分配需要智能控制，以便于及时收集和处理大量的数据，并实时给出结果并进行控制。动态信道分配可以做到按业务量的大小，合理地在不同基站之间按需分配信道，避免了小区忙闲不均的情况。其比较突出的缺点是会在此时造成的干扰（同频干扰和邻道干扰）比较严重，必须要有一个既可充分利用无线频谱以增加用户容量而又能减少干扰的综合考虑方案。为此，人们提出许多不同的信道分配策略。54 表4-1我国无线电委员会分配给蜂窝移动通信系统的频率系统或使用部门上行频率/MHz下行频率/MHz中国联通CDMA825~835870~880中国移动GSM室内分布系统885~890930~935中国移动GSM900890~909935~954中国联通GSM900909~915954~960中国移动DCS18001710~17201805~1815中国联通DCS18001745~17551840~185055 课后小结：信令的分类：按功能分成控制信令、选呼信令、和拨号信令，按形式分为模拟信令和数字信令。信道分配：在一个区群内，按照N=K+jM进行分配信道，才能避免邻道干扰。56 授课班级通信技术、无线电0801第9次课授课时间9月21日星期三授课地点知行楼105课题内容：教学目的：教学方法：重点：难点：能力培养：课堂类型：教具：话务量、呼损率及信道容纳用户量的计算同一信道中能容纳用户量的计算新授法、演示法第四章移动通信网组网技术4.6信道共用技术让学生掌握移话务量、呼损率的计算及一个信道能容纳的用户数的计算培养学生掌握信道公用技术中的各种计算方法讲授课、演示课多媒体设备57 组织教学复习提问：导入新课：授新课：5分钟70分钟5分钟信令的两种分类方式及信令的功能2.信道分配：如何进行信道分配，才能避免邻道干扰。58 4.6多信道共用技术4.6.1话务量与呼损1.呼叫话务量话务量是度量通信系统业务量或繁忙程度的指标。所谓呼叫话务量A，是指单位时间内（1小时）进行的平均电话交换量。它可用下面公式来表示：59 式中：C——每小时平均呼叫次数（包括呼叫成功和呼叫失败的次数）；t0——每次呼叫平均占用信道的时间（包括接续时间和通话时间）。如果t0以小时为单位，则话务量A的单位是厄兰(Erlang，占线小时，简称Erl)。如果在一个小时内不断地占用一个信道，则其呼叫话务量为1Erl。它是一个信道具有的最大话务量。例如，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，则这些信道上的呼叫话务量：60 2.呼损率当多个用户共用时，通常总是用户数大于信道数。因此，会出现许多用户同时要求通话而信道数不能满足要求的情况。这时只能先让一部分用户通话，而让另一部分用户等待，直到有空闲信道时再通话。这后一部分用户虽然发出呼叫，但因无信道而不能通话称做呼叫失败。在一个通信系统中，造成呼叫失败的概率称为呼叫失败概率，简称为呼损率（B）。设A′为呼叫成功而接通电话的话务量，简称为完成话务量；C为总呼叫的次数；C0为一小时内呼叫成功而通话的次数;t为每次通话的平均占用信道时间，则61 完成话务量A′为呼损率B为式中，（A-A′）为损失话务量。所以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。62 显然，呼损率B愈小，成功呼叫的概率越大，用户就越满意。因此，呼损率也称为系统的服务等级GOS（theGradeOfService）。例如，某系统的呼损率为10%，即说明该系统内的用户每呼叫100次，其中有10次因信道被占用而打不通电话，其余90次则能找到空闲信道而实现通话。但是，对于一个通信网来说，要想使呼损减少，只有让呼叫流入的话务量减少，即容纳的用户数少一些，这是不希望的。可见呼损率和话务量是一对矛盾，即服务等级和信道利用率是矛盾的。63 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；并假定移动电话通信服务系统的信道数为n；则呼损率B可计算如下：64 表4-2Erl损失概率表65 表4-3Erl损失概率表66 表4-4Erl损失概率表67 表4-5Erl损失概率表68 3.繁忙小时集中度(K)繁忙小时集中度K一般为8%~14%。69 4.每个用户忙时话务量（Aa）假设每一用户每天平均呼叫次数为C，每次呼叫平均占用信道的时间为T（单位为秒），忙时集中率为K，则每个用户忙时话务量为可以看出，Aa为最忙时间的那个小时的话务量，它是统计平均值。例如，每天平均呼叫3次，每次的呼叫平均占用时间为120秒，忙时集中度为10%(K=0.1)，则每个用户忙时话务量为0.01Erl/用户。70 一些移动电话通信网的统计数值表明，对于公用移动通信网，每个用户忙时话务量可按0.01Erl计算；对于专用移动通信网，由于业务的不同，每个用户忙时话务量也不一样。一般可按0.06Erl计算。71 5信道利用率每个波道平均完成的话务量。若一个信道在全部时间内都被利用，没有空闲，则该信道一小时的话务量，这是一个新的最大的能力。信道利用率=（每小时平均传输的爱尔兰数/信道数）X100%72 4.6.2每个信道能容纳的用户数当每个用户忙时的话务量确定后，每个信道所能容纳的用户数m可由下式决定：每个信道的m与在一定呼损条件下的信道平均话务量成正比，而与每个用户忙时话务量成反比。例1，某移动通信系统一个无线小区有8个信道(1个控制信道，7个话音信道)，每天每个用户平均呼叫10次，每次占用信道平均时间为80秒，呼损率要求10%，忙时集中率为0.125。问该无线小区能容纳多少用户？（2-7）73 (1)根据呼损的要求及信道数(n=7)，求总话务量A：可以利用公式，也可查表。求得A=4.666Erl。(2)求每个用户的忙时话务量Aa：(3)求每个信道能容纳的用户数m：(4)系统所容纳的用户数：74 例2，某一移动通信系统中，平均每天有1000次电话，平均每次通话时间为3分钟，忙时集中率为30%，现要求在忙时提供的服务等级为0.10，问应该设多少信道。75 解：全系统每天话务量为50erl，集中在满是的话务量为15erl，因要求B=0.10，故从爱尔兰表上查出，当C=18时，可得Aa=15.48erl的业务量服务，故需要18个信道，18个信道时=0.10时，可提供15.54erl，因此，实际完成的话务量为：a’=（1-B）xa=15.48x0.9=13.99erl所以平均每信道利用率为：76 课后小结：话务量、呼损率的概念及计算公式系统单个信道能容纳的平均用户数77 授课班级通信技术、无线电0801第10次课授课时间9月26日星期三授课地点知行楼105课题内容：教学目的：教学方法：重点：难点：能力培养：课堂类型：教具：呼叫过程和信道的四种自动选择方式对呼叫过程的理解新授法、演示法第四章移动通信网组网技术4.7移动通信的交换技术4.8信道自动选择方式让学生掌握计算移动通信系统中的呼叫过程以及了解信道的自动选择方式培养学生掌握移动通信中的呼叫过程及如何选择信道讲授课、演示课多媒体设备78 组织教学复习提问：导入新课：授新课：5分钟70分钟5分钟话务量、呼损率的概念及计算公式系统单个信道能容纳的平均用户数79 4.7移动通信的交换技术4.7.1无线信道上的通话监视1.SAT信杂比SAT信杂比是指当基站开始工作时，由话音信道单元连续发送的检测音（SAT），经移动台接收并环回到基站后，与无线信道上的杂音的对比。在与MSC初始化规定的门限值(见图4-14)比较后，话音信道控制单元判断传输质量是否可以接受。如果信杂比低于要求越区频道转换的信杂比门限值SNH，就发出越区切换请求。有时由于某些原因，没有执行越区切换，通话质量将持续恶化，结果迟早会达到呼叫释放门限值SNR，呼叫就被释放。80 图4-14储存在话音信道控制单元中的信杂比门限值81 2.射频(RF)信号强度每个话音信道接收机连续地对它自己的无线频率进行信号强度测试。控制单元还将测量结果和图4-15中所示的信号强度门限值进行比较。为了避免产生邻道干扰，通常不希望移动台输出功率过高，如果信号强度测量的结果高于请求降低功率的信号强度值SSD时，BS的控制单元就自动命令移动台（由话音信道单元命令）降低它的功率。如果信号强度低于请求提高功率的信号强度值SSI时，BS的控制单元就发出增加功率命令。当移动台输出功率已达到最高，测量结果仍低于SSH时，BS的控制单元就向MSC发出越区切换请求，其过程将在后面叙述。阻塞的信号强度值SSB只在话音信道空闲时（当前没有通话）使用。82 图4-15储存在话音信道控制单元中83 4.7.2位置登记与一齐呼叫在蜂窝移动通信系统中，要寻呼某个移动台，如果事先不知道它所处的小区位置，就得对所有的小区依次进行寻呼，或对所有区域进行一齐呼叫，这样就有可能使得呼叫接续时间比通话时间还长，时间效率和线路利用率都极低。为此，通常以一个MSC服务小区为位置区，若干个MSC分为若干个位置区，如图4-16所示。或者在一个MSC服务区，人为地把它所管辖的无线小区划分为若干个位置区，如图4-17所示。84 图4-16一种位置登记示意图85 图4-17另一种位置登记示意图86 现举例说明位置登记的过程，如图4-16所示。假定MS在BSB4小区，这时的位置登记过程如下；(1)MS通过BSB4向MSCB报告（即进行位置登记）。(2)被访MSCB根据MS的原籍区号及用户识别码等，通过数据线，找到原籍MSCA的原籍位置寄存器进行咨询，查出该用户识别码，并把给MS的新区位置号存入原籍位置寄存器（在原籍MSCA中）。(3)与此同时，位置信息也在被访问MSCB的被访问位置寄存器中存入，以备MS被呼时使用。(4)由于移动台中有动态存储器，可存储新接收的区域号（AID），即使移动台在一段时间内关机（不得超过24个小时），存储器也不会失去记忆：一旦移动台开机时，将立即进行区域位置登记。87 有时在一个MSC系统中，当移动台达到一定数量时，大约为40000到50000数量级时，为便于寻呼某一移动台，人为地把MSC所管辖的无线小区划分为若干位置区域，如图4-17所示。在跨越位置区域时，也要重新进行位置登记，以便在寻呼MS时好查找。例如，MS由BSA6小区向BSA1小区行进时的位置登记过程如下：(1)MS通过BSA1向原籍MSCA报告（即进行位置登记）。(2)原籍MSCA中的原籍位置寄存器存入变更后的新区域号，以备市话用户寻呼时，能在位置区内一齐呼叫。(3)使MS的动态存储器中区域号变为新号。88 4.7.3呼叫过程1.移动台被呼市话用户先拨被叫移动台号码，信令进入MSC在原籍用户位置寄存器（HLR）进行鉴权，如鉴权成功，MSC通过数据信道将寻呼信号送至该用户所在位置登记区。由该位置区内所有BS通过寻呼信道，向MS一起呼叫移动台识别码，移动用户被呼过程示意图如图4-18所示。89 图4-18移动用户被呼过程示意图90 2.移动台主呼平时移动台停靠在信号最强的控制信道上收听。当发起呼叫时，先拨被叫用户号码，然后按发送（摘机）键。在控制信道中发出移动台系列号、识别码及被叫用户号码等，移动用户主呼过程示意图如图4-19所示。91 图4-19移动用户主呼过程示意图92 3.呼叫释放通话完毕，MS挂机后的控制过程称为呼叫释放。MS挂机可通过按压挂机键或合上手机翻盖完成，移动用户呼叫释放过程示意图如图4-20所示。93 图4-20移动用户呼叫释放过程示意图94 4.7.4定位和越区切换1.定位在模拟蜂窝系统中，对移动台的信号能量检测是由BS完成，由MSC来管理的。通常每个BS都装有信号强度接收机（SSR）监视其系统内所有的反向话音信道的信道能量，以确定在相邻无线小区内有切换可能的移动台的位置。因此，SSR也称为定位单元。SSR由接收机和控制单元组成，其设计和信道单元相同，只是只有接收机单元，其结构如图4-21所示。95 图4-21信号强度接收机96 2.越区切换和越局切换1)越区切换为保证通话的连续性，当正在通话的移动台进入相邻的无线小区时，话音信道必须能够自动切换到相邻小区的基站的新信道上，此时无线通信的频率发生了改变，越区信道切换过程示意图如图4-22所示。97 图4--22越区信道切换过程示意图98 2)越局切换图4-23越局信道切换过程示意图99 4.8信道自动选择方式4.8.1专用呼叫信道方式在给定的多个信道中，选择一个信道专门用作呼叫，该专用呼叫信道有两个作用：一是处理呼叫，可分成下行信道(BS→MS)和上行信道(MS→BS)，该下行信道又称寻呼信道(PageChannel)，该上行信道又称接入信道(AccessChannel)；二是指配话音信道。100 4.8.2循环定位方式没有专用的呼叫信道，由BS临时指定一个信道做呼叫信道，并在该临时呼叫信道上发空闲信号。平时所有为通话的移动台都自动对全部信道进行扫描搜索，一旦在那个信道上收到空闲信号，就停留在该信道上。因此在平时，所有移动台都集中守候在临时呼叫信道上，当某个用户叫通后，就在此信道上通话。此时，基站要另选一个空闲信道作为临时呼叫信道发空闲信号，于是所有未通话的移动台接收机都自动转到新的临时呼叫信道上守候(定位)。101 4.8.3循环不定位方式循环不定位方式中的基站在所有不通话的空闲信道上都发出空闲信号，网内移动台自动扫描空闲信道，并随机地停靠在就近的空闲信道上(不定位)。避免了像循环定位方式那样，所有不通话的移动台都在一个临时呼叫信道主叫抢占情况。当基站呼叫移动台时，必须选择一个空闲信道先发出时间足够长的召集信号(其他空闲信道停发空闲信号)，而后再发出选呼信号。网内移动台由于收不到空闲信号重新进入扫描状态，一旦扫到召集信号就停在该信道上等候被呼。一旦发现自己未被呼中，重新处于不停的信道扫描状态。102 4.8.4循环分散定位方式为克服循环不定位方式时移动台被呼的接续时间比较长的缺点，人们提出一种循环分散定位方式。在循环分散定位方式中，基站在全部不通话的空闲信道上都发空闲信号，网内移动台分散停靠在各个空闲信道上。移动台主呼是在各自停靠的空闲信道上进行的，保留了循环不定位方式的优点。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。从而提高了接续的速度。这种方式接续快,效率高,同抢概率小。但当基站呼叫移动台时，这种方式必须在所有空闲信道上同时发出选呼信号，因而互调干扰比较严重。这种方式同样只适合小容量系统。103 课后小结：无线信道上的通话监视：SAT检测比和RF强度比移动台主动呼叫和被呼叫过程越区切换信道自动选择方式104