第3章组网教材课件

通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院第3章移动通信组网原理移动通信组网原理3.1移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念3.2区域覆盖和信道配置区域覆盖和信道配置3.3提高蜂窝系统容量的方法提高蜂窝系统容量的方法3.4多信道共用技术多信道共用技术3.5 移动通信网络结构移动通信网络结构3.6移动信令移动信令3.7 系统的移动性管理系统的移动性管理通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院通过本章知识点学习，着重解决以下问题：通过本章知识点学习，着重解决以下问题：如何进行区域覆盖如何进行区域覆盖如何提高蜂窝系统容量如何提高蜂窝系统容量如何解决多信道共用如何解决多信道共用如何构造蜂窝网络结构如何构造蜂窝网络结构第3章移动通信组网原理移动通信组网原理建立移动通建立移动通信网的系统信网的系统级概念级概念通信与信息工程学院要求 掌握掌握：基本概念基本概念 小区制区域覆盖（确定同频小区）小区制区域覆盖（确定同频小区）等频距分配法等频距分配法提高蜂窝系统容量的方法提高蜂窝系统容量的方法系统容量、信道利用率的计算系统容量、信道利用率的计算了解了解：移动通信网的网络结构移动通信网的网络结构信令结构信令结构 南京邮电大学通信与信息工程学院通信与信息工程学院第3章移动通信组网原理移动通信组网原理3.1移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念3.2区域覆盖和信道配置区域覆盖和信道配置3.3提高蜂窝系统容量的方法提高蜂窝系统容量的方法3.4多信道共用技术多信道共用技术3.5 移动通信网络结构移动通信网络结构3.6移动信令移动信令3.7 系统的移动性管理系统的移动性管理通信与信息工程学院F移动通信网是承载移动通信业务的网络，主要完移动通信网是承载移动通信业务的网络，主要完成移动用户之间、移动用户与固定用户之间的信成移动用户之间、移动用户与固定用户之间的信息交换。息交换。空中网络（无线网络）空中网络（无线网络）地面网络（有线网络）地面网络（有线网络）3.1移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念通信与信息工程学院F空中网络是移动通信网的主要部分，主要包括：空中网络是移动通信网的主要部分，主要包括：多址接入多址接入频率复用和区域覆盖频率复用和区域覆盖切换和位置更新切换和位置更新F地面网络部分主要包括：地面网络部分主要包括：服务区内各个基站的相互连接服务区内各个基站的相互连接基站与固定网（基站与固定网（PSTN、ISDN、数据网等）、数据网等）3.1移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念通信与信息工程学院3.1移动通信网的基本概念通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院第3章移动通信组网原理移动通信组网原理3.1移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念3.2区域覆盖和信道配置区域覆盖和信道配置3.3提高蜂窝系统容量的方法提高蜂窝系统容量的方法3.4多信道共用技术多信道共用技术3.5 移动通信网络结构移动通信网络结构3.6移动信令移动信令3.7 系统的移动性管理系统的移动性管理通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院3.2.1 3.2.1 区域覆盖区域覆盖1 1、大区制移动通信系统：大区制移动通信系统：使用安装在高塔上（几十到使用安装在高塔上（几十到几百米）的单个大功率发射机（几百米）的单个大功率发射机（50-50-200W200W）而获得一个）而获得一个大面积覆盖（半径大面积覆盖（半径3030-50km)50km)3.2区域覆盖和信道配置区域覆盖和信道配置移动台移动台移动台移动台BaseStationPSTNMobile User通信与信息工程学院3.2区域覆盖和信道配置区域覆盖和信道配置大区制方式优点：大区制方式优点：F网络结构简单、成本低网络结构简单、成本低大区制方式的缺点：大区制方式的缺点：F容量小容量小F区域覆盖受限区域覆盖受限地球曲率地球曲率地形环境影响，例如山丘、地形环境影响，例如山丘、建筑物等阻挡盲区建筑物等阻挡盲区多径反射干扰多径反射干扰基站发射功率基站发射功率是有限额的是有限额的（大区制能实现全国覆盖（大区制能实现全国覆盖吗？）吗？）移动台发射功率小，上下移动台发射功率小，上下行存在增益差行存在增益差适用范围：适用范围：F用户少的地区或专网用户少的地区或专网通信与信息工程学院3.2区域覆盖和信道配置区域覆盖和信道配置解决大区制覆盖的方法解决大区制覆盖的方法F设置分集接收台设置分集接收台F基站全向发射、定向接收基站全向发射、定向接收F同频转发器（直放站），同频转发器（直放站），扫除盲区扫除盲区F提高基站接收机灵敏度提高基站接收机灵敏度通信与信息工程学院F直放站工作基本原理：用前向天线（施主天线）将基站的下行直放站工作基本原理：用前向天线（施主天线）将基站的下行信号接收进直放机，通过低噪放大器将有用信号放大，抑制信信号接收进直放机，通过低噪放大器将有用信号放大，抑制信号中的噪声信号，提高信噪比（号中的噪声信号，提高信噪比（S/N）；再经下变频至中频信）；再经下变频至中频信号，经滤波器滤波，中频放大，再移频上变频至射频，经功率号，经滤波器滤波，中频放大，再移频上变频至射频，经功率放大器放大，由后向天线（重发天线）发射到移动台；同时利放大器放大，由后向天线（重发天线）发射到移动台；同时利用后向天线接收移动台上行信号，沿相反的路径由上行放大链用后向天线接收移动台上行信号，沿相反的路径由上行放大链路处理：即经过低噪放大器、下变频器、滤波器、中放、上变路处理：即经过低噪放大器、下变频器、滤波器、中放、上变频器、功率放大器再发射到基站频器、功率放大器再发射到基站F使用直放站在不增加基站数量的前提下保证网络覆盖，其造价使用直放站在不增加基站数量的前提下保证网络覆盖，其造价远远低于有同样效果的微蜂窝系统。直放站是解决通信网络延远远低于有同样效果的微蜂窝系统。直放站是解决通信网络延伸覆盖能力的一种优选方案。它与基站相比有结构简单、投资伸覆盖能力的一种优选方案。它与基站相比有结构简单、投资较少和安装方便等优点，可广泛用于难于覆盖的盲区和弱区，较少和安装方便等优点，可广泛用于难于覆盖的盲区和弱区，如商场、宾馆、机场、码头、车站、体育馆、地铁、隧道、高如商场、宾馆、机场、码头、车站、体育馆、地铁、隧道、高速公路、海岛等各种场所，提高通信质量，解决掉话等问题速公路、海岛等各种场所，提高通信质量，解决掉话等问题F直放站属于中继器的一种，是物理层的连接设备直放站属于中继器的一种，是物理层的连接设备通信与信息工程学院通信与信息工程学院小区制的核心思想是：小区制的核心思想是：用许多小功率的发射机（小覆盖区）用许多小功率的发射机（小覆盖区）来代替单个的大功率发射机，每一个小覆盖区只提供服务范来代替单个的大功率发射机，每一个小覆盖区只提供服务范围内的一小部分覆盖。围内的一小部分覆盖。(1-20km)2小区制移动通信网的区域覆盖小区制移动通信网的区域覆盖通信与信息工程学院服务区类型服务区类型 超小区超小区 （r0 20km)宏小区宏小区 (r0=1 20 km)微小区微小区 （r0=0.1 1 km，LOS、NLOS）微微小区（微微小区（r0=0,j=0,i+j0i=0,j=0,i+j0）通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院l频率复用模式频率复用模式 如上述研究和设计出的区群或簇，通过不断重复使如上述研究和设计出的区群或簇，通过不断重复使用，使有限的频率资源产生无限的系统容量的这种技术用，使有限的频率资源产生无限的系统容量的这种技术称为频率复用技术，而这些基本的区群或簇称为基本复称为频率复用技术，而这些基本的区群或簇称为基本复用模式。用模式。l常用的基本复用模式常用的基本复用模式 N=3N=3、4 4、7 7、9 9、1212例：例：i i=2,=2,j j=1,N=7,TACS AMPS=1,N=7,TACS AMPS i i=1,=1,j j=1,N=3=1,N=3,GSM GSM i i=2,=2,j j=0,N=4,GSM=0,N=4,GSM i i=1,=1,j j=0,N=1,CDMA=0,N=1,CDMA通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院通信与信息工程学院3)同频小区的距离同频小区的距离(见图见图3-11）n逆时针旋转逆时针旋转6060度度再移动再移动i i个小区个小区n垂直沿六边形任意边垂直沿六边形任意边移动移动j j个小区个小区j2Ri2RD通信与信息工程学院6754321675432167543216754321675432167543216754321i=1,j=2,N=7 j i0123411371321247121928391319273741621283748通信与信息工程学院4)中心激励和顶点激励中心激励和顶点激励F中心激励：在每个小区中，基站可以设在小区的中央，中心激励：在每个小区中，基站可以设在小区的中央，用全向天线形成圆形覆盖区。用全向天线形成圆形覆盖区。F顶点激励顶点激励 ：将基站设计在每个小区六边形的三个顶点：将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上，每个基站采用上，每个基站采用3 3副副120120度扇形辐射的定向天线，分别度扇形辐射的定向天线，分别覆盖覆盖3 3个相邻小区的各三分之一区域，每个小区由个相邻小区的各三分之一区域，每个小区由3 3副副120120度扇形天线共同覆盖。度扇形天线共同覆盖。通信与信息工程学院减少系统的减少系统的同频干扰同频干扰通信与信息工程学院通信与信息工程学院3.信道频率分配信道频率分配F信道（频率）分配是频率复用的前提。信道（频率）分配是频率复用的前提。频率分配有两个基本含义：一是频道分组，根据移动网的需要频率分配有两个基本含义：一是频道分组，根据移动网的需要将全部频道分成若干组；二是频道指配，以固定的或动态分配将全部频道分成若干组；二是频道指配，以固定的或动态分配方法指配给蜂窝网的用户使用。方法指配给蜂窝网的用户使用。F频率分组原则：频率分组原则：根据国家规定、双工方式、制式确定总的信道数根据国家规定、双工方式、制式确定总的信道数由系统性能及设计确定同频复用的距离，确定频道分组数由系统性能及设计确定同频复用的距离，确定频道分组数F频率指配原则：频率指配原则：同一频道组中不能有相邻序号的频道同一频道组中不能有相邻序号的频道应根据移动通信设备抗邻道干扰的能力来设定相邻频道的最小应根据移动通信设备抗邻道干扰的能力来设定相邻频道的最小频率频率频率规化、远期规划、新网和重叠网频率指配的协调一致频率规化、远期规划、新网和重叠网频率指配的协调一致通信与信息工程学院例：例：TACS和和GSM系统的运作系统的运作 TACS：15MHz 890 905，935 950，25KHz带宽带宽 15MHz/25KHz=600（频道）（频道）GSM ：10MHz 905 915，950 960，200KHz带宽带宽 10MHz/200KHz=50 （频道）（频道）通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院F信道（波道）分配方法信道（波道）分配方法固定频道分配法：业务分配相对固定固定频道分配法：业务分配相对固定u分区分组分配法：避免三阶互调但未考虑邻道干扰分区分组分配法：避免三阶互调但未考虑邻道干扰u等频距分配法：按等频率间隔来配置信道的，只要频等频距分配法：按等频率间隔来配置信道的，只要频距选得足够大就可避免邻道干扰与互调干扰距选得足够大就可避免邻道干扰与互调干扰动态频道分配法动态频道分配法:u动态配置法：随着业务量的变化重新配置全部信道动态配置法：随着业务量的变化重新配置全部信道u柔性配置法：准备若干个信道，需要时提供给某个小柔性配置法：准备若干个信道，需要时提供给某个小区使用。区使用。通信与信息工程学院FGSM采用采用43的复用方式，也就是的复用方式，也就是4个基个基站，每个基站站，每个基站3个小区，一簇分配个小区，一簇分配12个信个信道组道组F等频距频率分配法的第三信道组的信道等频距频率分配法的第三信道组的信道序号（前序号（前5个）个）通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院1)带状网的固定波道分配带状网的固定波道分配 a)根据对系统根据对系统C/I要求确定同频复用比要求确定同频复用比D/r0和相应的所需和相应的所需 频率组数。频率组数。b)根据每个无线小区的话务量确定每组所需的波道数根据每个无线小区的话务量确定每组所需的波道数 （根据爱尔兰公式计算）（根据爱尔兰公式计算）c）每组的波道频率指配。）每组的波道频率指配。2）蜂窝状的固定波道分配（面状网）蜂窝状的固定波道分配（面状网）a)根据要求确定同频复用比根据要求确定同频复用比D/r0确定单位无线区群（簇）确定单位无线区群（簇），即基本复用模式的，即基本复用模式的N。b)根据每个无线小区的话务量确定每组所需的波道数根据每个无线小区的话务量确定每组所需的波道数 （根据爱尔兰公式计算）（根据爱尔兰公式计算）通信与信息工程学院第3章移动通信组网原理移动通信组网原理3.1移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念3.2区域覆盖和信道配置区域覆盖和信道配置3.3提高蜂窝系统容量的方法提高蜂窝系统容量的方法3.4多信道共用技术多信道共用技术3.5 移动通信网络结构移动通信网络结构3.6移动信令移动信令3.7 系统的移动性管理系统的移动性管理通信与信息工程学院3.3提高蜂窝系统容量的方法提高蜂窝系统容量的方法n问题的引出问题的引出u系统容量与用户需求之间的矛盾是推动移动通信系统容量与用户需求之间的矛盾是推动移动通信发展的主要动力之一发展的主要动力之一u同频干扰是限制系统容量的主要因素之一同频干扰是限制系统容量的主要因素之一u实际问题：在抑制同频干扰的基础上，如何通过实际问题：在抑制同频干扰的基础上，如何通过系统设计获得最大的系统容量系统设计获得最大的系统容量通信与信息工程学院3.3.1同频干扰对系统容量的影响同频干扰对系统容量的影响F同频干扰不能简单地通过增大发射机的发射功率来克服同频干扰不能简单地通过增大发射机的发射功率来克服F为了解决这一问题，需要找到同频干扰和系统容量的关为了解决这一问题，需要找到同频干扰和系统容量的关系系通信与信息工程学院i2Rj2RD同频复用比Q越大，同频小区越大，同频小区距离越远，同频距离越远，同频干扰越小，但是干扰越小，但是同频复用程度越同频复用程度越低低通信与信息工程学院频率复用后的系统容量频率复用后的系统容量6754321675432167543216754321675432167543216754321C C：系统中信道总数：系统中信道总数L L：可用无线信道总数：可用无线信道总数k k：每个小区的信道数：每个小区的信道数 N N：簇的大小：簇的大小M M：系统中的小区总数：系统中的小区总数：簇复制次数：簇复制次数通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院同频干扰和系统容量的关系同频干扰和系统容量的关系 1 1、Q Q与与N N的关系的关系(1)假设每个小区的大小一样，且每个小区是正六边形小区 则675432167543216754321？432141232431通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院同频干扰和系统容量的关系同频干扰和系统容量的关系2 2、S/IS/I与与Q Q之间的关系之间的关系（2 2）假设每个基站的发射功率）假设每个基站的发射功率相等，在整个覆盖区内平均接收信相等，在整个覆盖区内平均接收信号功率随距离的幂指数下降且路径号功率随距离的幂指数下降且路径衰减指数相同，衰减指数相同，则则AADsDi通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院同频干扰和系统容量的关系同频干扰和系统容量的关系(3)(3)若仅仅考虑若仅仅考虑第一层第一层同频干扰小区，则小区同频干扰小区，则小区边边界界移动台接收信号的信干比为移动台接收信号的信干比为AAAAAAARDiAD通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院同频干扰和系统容量的关系 (4)若近似认为所有干扰基站到移动台之间距离为D，则AAAAAAARDiAD通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院同频干扰和系统容量的关系AAAAAAARDiAD通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院同频干扰和系统容量的关系同频干扰和系统容量的关系3 3.影响系统容量的主要因素影响系统容量的主要因素系统要求的信干比系统要求的信干比S/IS/I对系统容量的影响对系统容量的影响AMPSAMPS系统，系统，18dB18dB，提供够好的话音质量，提供够好的话音质量GSMGSM系统，系统，9dB9dBQ越小，系统容量越大越小，系统容量越大降低系统信干比的要求可以提高系统的容量降低系统信干比的要求可以提高系统的容量通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院3.3.2小区分裂小区分裂将拥塞的小区划分成更小的小区的方法，每个小将拥塞的小区划分成更小的小区的方法，每个小区都有自己的基站，并相应降低天线的高度和减小发区都有自己的基站，并相应降低天线的高度和减小发射功率。其效果是提高信道的复用次数，因而提高了射功率。其效果是提高信道的复用次数，因而提高了系统的容量。系统的容量。通信与信息工程学院第3章移动通信组网原理移动通信组网原理3.1移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念3.2区域覆盖和信道配置区域覆盖和信道配置3.3提高蜂窝系统容量的方法提高蜂窝系统容量的方法3.4多信道共用技术多信道共用技术3.5 移动通信网络结构移动通信网络结构3.6移动信令移动信令3.7 系统的移动性管理系统的移动性管理通信与信息工程学院F多信道共用是指在网内的大量用户共享相对较小数量的无多信道共用是指在网内的大量用户共享相对较小数量的无线信道，即从可用信道库中给每个用户按需分配信道，可线信道，即从可用信道库中给每个用户按需分配信道，可以明显提高信道利用率。以明显提高信道利用率。FM M个用户，个用户，N N个信道个信道M MN N不存在阻塞的不存在阻塞的M MN N存在阻塞存在阻塞M M与与N N怎样关系才合理？怎样关系才合理？F话务量与呼损问题话务量与呼损问题3.4多信道共用技术多信道共用技术通信与信息工程学院3.4.1话务量与呼损话务量与呼损F1 1、呼叫话务量、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。其性质话务量是度量通信系统业务量或繁忙程度的指标。其性质如同客流量，具有随机性，只能用统计方法获取。如同客流量，具有随机性，只能用统计方法获取。呼叫（流入）呼叫（流入）话务量：呼叫请求速率乘以平均占用信道时间话务量：呼叫请求速率乘以平均占用信道时间完成完成话务量：呼叫成功速率乘以平均占用信道时间话务量：呼叫成功速率乘以平均占用信道时间 其中，其中，t t0 0是每次通话的平均保持时间（小时是每次通话的平均保持时间（小时/次），次），C C单位单位时间内每个用户的平均呼叫请求次数（次时间内每个用户的平均呼叫请求次数（次/小时）。两者相乘而小时）。两者相乘而得到应是一个无量纲的量，专门命名它的单位为得到应是一个无量纲的量，专门命名它的单位为“爱尔兰爱尔兰”（ErlangErlang）。）。通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院3.4.1话务量与呼损话务量与呼损F如如果果一一个个小小时时内内不不断断地地占占用用一一个个信信道道，则则其其呼呼叫叫话话务务量为量为1 1 ErlErl。这是一个信道所能完成的最大话务量。这是一个信道所能完成的最大话务量。F例例如如，设设在在100100个个信信道道上上，平平均均每每小小时时有有21002100次次呼呼叫叫，平平均均每每次次呼呼叫叫时时间间为为2 2分分钟钟，则则这这些些信信道道上上的的呼呼叫叫话话务务量：量：通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院3.4.1话务量与呼损话务量与呼损F2 2、呼损率、呼损率 因因无无信信道道而而不不能能通通话话称称为为呼呼叫叫失失败败。在在一一个个通通信信系系统统中中，造成呼叫失败的概率称为呼叫失败概率，简称为呼损率造成呼叫失败的概率称为呼叫失败概率，简称为呼损率(B)(B)。呼呼损损率率的的物物理理意意义义是是损损失失话话务务量量与与呼呼叫叫话话务务量量之之比比的的百百分分数，也称为系统的服务等级（数，也称为系统的服务等级（GOSGOS）。）。呼呼损损率率越越小小，成成功功呼呼叫叫概概率率越越大大，用用户户越越满满意意。要要想想提提高高服服务务等等级级，一一是是提提高高系系统统容容量量，二二是是减减少少用用户户数数（这这不不是是希希望望的的），三三是是采采用用合合理理的的多多信信道道共共用用方方法法，呼呼损损率率和和话话务量是一对矛盾，即服务等级和信道利用率是矛盾。务量是一对矛盾，即服务等级和信道利用率是矛盾。通信与信息工程学院3.4.1话务量与呼损话务量与呼损F爱尔兰公式爱尔兰公式若呼叫有以下性质：若呼叫有以下性质：（1 1）每次呼叫相互独立，互不相关：泊松分布）每次呼叫相互独立，互不相关：泊松分布（2 2）每每次次呼呼叫叫在在时时间间上上都都有有相相同同的的概概率率；并并假假定定移移动动电电话通信服务系统的信道数为话通信服务系统的信道数为n n；则呼损率；则呼损率B B可计算如下：可计算如下：通信与信息工程学院F爱尔兰B公式假设条件u没有排队u用户数比可用话务信道数多得多u没有专用（保留）话务信道u泊松分布（随机）话务量u被阻塞的呼叫立即放弃呼叫尝试通信与信息工程学院F爱尔兰呼损表 (表表3-5)3-5)爱尔兰呼损公式决定了呼叫阻塞的概率，在交换工程中已得到广泛应用。为了工程计算方便，爱尔兰呼损公式的计算值列成表，即爱尔兰呼损表。爱尔兰呼损表说明了话务信道数、GoS和所提供的话务量之间的关系。F爱尔兰呼损表确定话务量假设一个小区有两个载频，那么典型地话务信道为28-2=14个；假设可接受的 GoS 为 2%，则查爱尔兰呼损表可知，被提供的话务量是 A=8.2003 E。通信与信息工程学院3 3、每个用户忙时话务量（、每个用户忙时话务量（A Aa a）F一一天天2424小小时时，每每小小时时话话务务量量是是不不一一样样的的，因因此此要要区区分分忙忙时时与非忙时与非忙时F忙时：一天中最忙的那个小时忙时：一天中最忙的那个小时F因因此此在在考考虑虑通通信信系系统统的的用用户户数数和和信信道道数数时时，采采用用忙忙时时平平均均话务量。忙时信道够用，非忙时肯定不成问题话务量。忙时信道够用，非忙时肯定不成问题F集中系数（集中系数（K K）：忙时话务量与全日话务量之比，）：忙时话务量与全日话务量之比，7%7%15%15%F例例如如，每每天天平平均均呼呼叫叫3 3次次，每每次次的的呼呼叫叫平平均均占占用用时时间间为为120120秒秒，忙忙时时集集中中系系数数为为10%10%（k k=0.1=0.1），则则每每个个用用户户忙忙时时话话务务量为量为0.01 Erl0.01 Erl用户用户F公网公网0.01-0.030.01-0.03专网专网0.03-0.060.03-0.063.4.1话务量与呼损话务量与呼损通信与信息工程学院3.4.2多信道共用和信道利用率多信道共用和信道利用率F系统所能容纳的用户数系统所能容纳的用户数M 它是移动通信系统工程设计中最重要的决定性它是移动通信系统工程设计中最重要的决定性参数，它决定了网络规模的大小、系统设备的多少、参数，它决定了网络规模的大小、系统设备的多少、经济投资的大小。因此设计一个系统时，首先必须经济投资的大小。因此设计一个系统时，首先必须计算系统的用户数，即估算系统容量计算系统的用户数，即估算系统容量A：呼叫话务量：呼叫话务量Aa：每个用户忙时话务量每个用户忙时话务量通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院F每个信道所能容纳的用户数每个信道所能容纳的用户数m 在在一一定定呼呼损损条条件件下下，每每个个信信道道所所能能容容纳纳的的用用户户数数与与系系统统话话务务量量成成正正比比，而而与与每每个个用用户户忙忙时时话话务务量量成反比成反比M：系：系统能容能容纳的用的用户数数n：信道数：信道数通信与信息工程学院F多多信信道道共共用用时时，信信道道利利用用率率是是指指每每个个信信道道平平均均完完成成的话务量，即的话务量，即通信与信息工程学院结论：结论：1）系统设计时，在保证一定的服务质量和尽量提）系统设计时，在保证一定的服务质量和尽量提 高波道利用率下，还要满足经济与技术上的合高波道利用率下，还要满足经济与技术上的合 理要求。因此必须首先选定合理的呼损率，确理要求。因此必须首先选定合理的呼损率，确 定忙时话务量和采用多波道共用的工作方式定忙时话务量和采用多波道共用的工作方式 2）随着共用波道数）随着共用波道数n的增加，波道利用率的增加，波道利用率 提高速提高速 度越来越小但设备复杂度越来越高，互调产物度越来越小但设备复杂度越来越高，互调产物 越来越多，故越来越多，故n不宜大于不宜大于30 3）系统用户数越多，呼损率越大，服务质量越差。）系统用户数越多，呼损率越大，服务质量越差。B一般选择为一般选择为5%20%，我国的移动通信体制规，我国的移动通信体制规 定为定为5%P74 例例3-1、例、例3-2通信与信息工程学院第3章移动通信组网原理移动通信组网原理3.1移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念3.2区域覆盖和信道配置区域覆盖和信道配置3.3提高蜂窝系统容量的方法提高蜂窝系统容量的方法3.4多信道共用技术多信道共用技术3.5 移动通信网络结构移动通信网络结构3.6移动信令移动信令3.7 系统的移动性管理系统的移动性管理通信与信息工程学院3.5 移动通信网络结构移动通信网络结构F3.5.13.5.1接入网和核心网的概念接入网和核心网的概念 核心网：承担全局的通信，关系重大。核心网：承担全局的通信，关系重大。接入网：接入网的概念是国际电联标准部根据近年来接入网：接入网的概念是国际电联标准部根据近年来电信网的发展演变趋势提出的，其目的是综合考虑本电信网的发展演变趋势提出的，其目的是综合考虑本地交换局、用户环路和终端设备，通过有限的标准接地交换局、用户环路和终端设备，通过有限的标准接口，将各种用户接入到业务结点。接入网资金投入大。口，将各种用户接入到业务结点。接入网资金投入大。通信与信息工程学院2 2、移动通信网络的接入网、移动通信网络的接入网 ：是由业务结点接口是由业务结点接口（SNISNI）、用户网络接口（）、用户网络接口（UNIUNI）之间一系列传送实）之间一系列传送实体组成，为通信业务提供所需传送承载能力的设施体组成，为通信业务提供所需传送承载能力的设施系统。系统。业务结点接口：提供用户接入到业务结点的接口。业务结点接口：提供用户接入到业务结点的接口。用户网络接口：终端设备与应用接入协议的网络用户网络接口：终端设备与应用接入协议的网络终端之间的接口。终端之间的接口。3.5.1 接入网和核心网的概念接入网和核心网的概念通信与信息工程学院3.5.1 接入网和核心网的概念通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院F接入网的重要特征接入网的重要特征接入网对于所接入的业务提供承载能力，实现业务的透明接入网对于所接入的业务提供承载能力，实现业务的透明传送。传送。接入网对用户信令是透明的，除了一些用户信令格式转换接入网对用户信令是透明的，除了一些用户信令格式转换外，信令和业务处理的功能依然在业务结点中。外，信令和业务处理的功能依然在业务结点中。接入网的引入不应限制现有的各种接入类型和业务，接入接入网的引入不应限制现有的各种接入类型和业务，接入网应通过有限的标准化接口与业务结点相连。网应通过有限的标准化接口与业务结点相连。接入网有独立于业务结点的网络管理系统，该系统通过标接入网有独立于业务结点的网络管理系统，该系统通过标准化的接口连接准化的接口连接TMNTMN，TMNTMN实施对接入网的操作、维护和管实施对接入网的操作、维护和管理。理。3.5.1 接入网和核心网的概念接入网和核心网的概念通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院F2.移动通信网络的核心网移动通信网络的核心网移动通信网的核心网主要由交换网和业务网组成移动通信网的核心网主要由交换网和业务网组成交换网完成呼叫及承载控制等所有功能交换网完成呼叫及承载控制等所有功能业务网完成支撑业务所需功能，包括位置管理等业务网完成支撑业务所需功能，包括位置管理等3.5.1 接入网和核心网的概念接入网和核心网的概念通信与信息工程学院3.5.2基本网络结构基本网络结构F用户、基站、交换机、固定网络通信与信息工程学院F基站与交换机、交换机与固定网络基站与交换机、交换机与固定网络有线链路有线链路无线链路无线链路F两类标准：两类标准：北美与日本标准系列：北美与日本标准系列：T T1 124/48/96/672/403224/48/96/672/4032话路话路 1.544/3.152/6.132/44.736/274.176Mbps 1.544/3.152/6.132/44.736/274.176Mbps欧洲及其它大部分地区的标准系列：欧洲及其它大部分地区的标准系列：E E1 130/120/480/1920/768030/120/480/1920/7680话路话路 2.048/8.448/34.368/139.264/565.148Mbps 2.048/8.448/34.368/139.264/565.148Mbps3.5.2基本网络结构基本网络结构通信与信息工程学院F通常每个基站要同时支持通常每个基站要同时支持5050路话音呼叫，每路话音呼叫，每个交换机可以支持近个交换机可以支持近100100个基站，交换机到固个基站，交换机到固定网络之间需要定网络之间需要50005000个话路的传输容量。个话路的传输容量。3.5.2基本网络结构基本网络结构欧洲美国日本一次群2.048Mbit/s1.544Mbit/s1.544Mbit/s二次群8.448Mbit/s6.312Mbit/s6.312Mbit/s三次群34.368Mbit/s44.736Mbit/s32.064Mbit/s四次群139.264Mbit/s274.176Mbit/s97.728Mbit/s通信与信息工程学院3.5.2基本网络结构基本网络结构F移动通信网若干服务区若干移动通信网若干服务区若干MSCMSC区若干位区若干位置区若干基站小区置区若干基站小区通信与信息工程学院FMSC/VLR业务区 MSC服务区表示网络中由一个MSC所覆盖的部分。一个PLMN通常由多个MSC服务区组成，在该区内的移动用户要在该区的拜访位置寄存器（VLR）内登记，MSC与VLR构成同一节点F位置区（LA）每个MSC/VLR业务区分成几个位置区。位置区是MSC/VLR业务区的一部分，在一个位置区内移动台可“自由地”移动，不需作位置更新处理。在一个位置区内发射广播消息，以便找到移动用户，是一个寻呼区域。一个位置区只属于某个MSC/VLR业务区，利用位置区识别码（LAI），系统能够区分不同位置区。一个位置区含有几个小区，且可能和一个或几个BSC有关，它是定位和寻呼区F小区（Cell）一个位置区包括若干个小区，每个小区都有专用的识别码，它表示网络中一个基本的无线覆盖区域，是一个特定BTS所覆盖的区域。利用基站识别码（BSIC）移动台能区分各小区通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院F蜂窝移动通信成功通信包括三个阶段，即呼蜂窝移动通信成功通信包括三个阶段，即呼叫建立、消息传输和释放。叫建立、消息传输和释放。F移动交换中心与有线网的区别在于：移动交换中心与有线网的区别在于：完成常规交换机的所有功能完成常规交换机的所有功能移动性管理与无线资源管理（越区切换、漫游、移动性管理与无线资源管理（越区切换、漫游、用户位置登记管理）用户位置登记管理）F原因：移动用户位置不固定、通信中位置还在不断变化、跨原因：移动用户位置不固定、通信中位置还在不断变化、跨跃不同的小区、不同的位置区。跃不同的小区、不同的位置区。F蜂窝移动通信的交换技术要比有线电话系统蜂窝移动通信的交换技术要比有线电话系统的交换技术复杂。的交换技术复杂。3.5.2基本网络结构基本网络结构通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院3.5.3数字蜂窝移动通信网的网络结构数字蜂窝移动通信网的网络结构通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院F模拟蜂窝移动通信系统：模拟蜂窝移动通信系统：移动性管理和用户鉴权及认证都包括移动性管理和用户鉴权及认证都包括在在MSCMSC中中 数字蜂窝移动通信系统：数字蜂窝移动通信系统：分离分离F移动交换中心（移动交换中心（MSCMSC）：）：它是无线电系统与公众电话交换网之它是无线电系统与公众电话交换网之间的接口设备，完成全部必须的信令功能以建立与移动台的往来呼间的接口设备，完成全部必须的信令功能以建立与移动台的往来呼叫。其主要责任是：叫。其主要责任是：路由选择管理路由选择管理计费和费率管理计费和费率管理业务量管理业务量管理向原籍位置登记器（向原籍位置登记器（HLRHLR）发关有关业务量信息和计费信息）发关有关业务量信息和计费信息3.5.3数字蜂窝移动通信网的网络结构数字蜂窝移动通信网的网络结构通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院原籍位置寄存器（原籍位置寄存器（HLRHLR），负责移动台数据库管理。存储的用户信息分，负责移动台数据库管理。存储的用户信息分为两类：为两类：有关用户的参数信息：向用户提供的服务，用户的各种号码，识别码，用有关用户的参数信息：向用户提供的服务，用户的各种号码，识别码，用户的保密参数户的保密参数用户位置的信息：移动漫游号码，用户位置的信息：移动漫游号码，VLRVLR地址，呼叫路由地址，呼叫路由每个移动台都必须注册每个移动台都必须注册主要责任：主要责任：对在对在HLRHLR中登记的移动台（中登记的移动台（MSMS）的所有用户参数的管理、修改等；）的所有用户参数的管理、修改等；计费管理；计费管理；VLRVLR的更新。的更新。3.5.3数字蜂窝移动通信网的网络结构数字蜂窝移动通信网的网络结构通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院F访问位置寄存器（访问位置寄存器（VLRVLR）是存储用户位置信息的动态数据库。当漫游用户是存储用户位置信息的动态数据库。当漫游用户进入某个进入某个MSCMSC区域时，必须向与该区域时，必须向与该MSCMSC相关的相关的VLRVLR登记。其主要责任：登记。其主要责任：VLRVLR向该用户分配一个移动用户漫游号码，并通知该用户的向该用户分配一个移动用户漫游号码，并通知该用户的HLRHLR临时移动台标识管理临时移动台标识管理访问的移动台用户管理访问的移动台用户管理HLRHLR的更新的更新管理管理MSCMSC区、位置区及基站区区、位置区及基站区管理无线信道（如信道分配表、动态信道分配管理、信道阻塞状态）管理无线信道（如信道分配表、动态信道分配管理、信道阻塞状态）F认证中心（认证中心（AUCAUC）是认证移动用户的身份以及产生相应认证参数的功能实是认证移动用户的身份以及产生相应认证参数的功能实体。体。只有合法用户才能接入网中并得到服务。只有合法用户才能接入网中并得到服务。F主要接口：主要接口：A A、ABisABis、UmUm；内部接口：；内部接口：B B、C C、D D、E E、F F、G G3.5.3数字蜂窝移动通信网的网络结构数字蜂窝移动通信网的网络结构通信与信息工程学院F各接口的主要功能是：各接口的主要功能是：（1 1）用户与移动网之间的口（）用户与移动网之间的口（SmSm接口）：接口）：人机接口。其中用户的移动设备包括键盘、液晶显示以及用户身份卡识别功能部件。（2 2）移动台与基站之间的接口（）移动台与基站之间的接口（UmUm接口）：接口）：Um是移动台与基站收发信机之间的无线接口，是移动通信网的主要接口。（3 3）A A接口是网络中的主要接口，它连接着系统的两重要组成部分：接口是网络中的主要接口，它连接着系统的两重要组成部分：基站和移动交换中心。此接口所传递的信息主要有：基站管理、呼叫处理与移动性管理等。（4 4）基站控制器（）基站控制器（BSCBSC）与基站收发信机（）与基站收发信机（BTSBTS）之间的接口（）之间的接口（AbisAbis接口）接口）:此接口支持所有向用户提供的服务，并支持对BTS无线设备的控制和对无线资源的分配通信与信息工程学院（5 5）移动交换中心（）移动交换中心（MSCMSC）与访问位置寄存器（）与访问位置寄存器（VLRVLR）之间的）之间的接口（接口（B B接口）。接口）。u每当MSC需要知道某个移动台的当前位置时，就查询VLR。u当移动台启动与某个MSC有关的位置更新程序时，MSC就会通知存储着有关信息的VLR。u当用户使用特殊的附加业务或改变相关的业务信息时MSC也通知VLR。（6 6）移动交换中心（）移动交换中心（MSCMSC）与原籍位置寄存器（）与原籍位置寄存器（HLRHLR）之间接）之间接口（口（C C接口）。接口）。uC接口用于传递管理与路由选择的信息。u呼叫结束时，相应的MSC向HLR发送计费信息。通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院未来移动通信网络的网络结构分为三个层次：未来移动通信网络的网络结构分为三个层次：u最低层为通用信息接入网络：利用各种空中接口标准，在不同的最低层为通用信息接入网络：利用各种空中接口标准，在不同的环境下（如室内、室外、卫星等）都能接入到网络中；环境下（如室内、室外、卫星等）都能接入到网络中；u宽带信息传输网络：承载大量用户的多种类型多种速率的业务，宽带信息传输网络：承载大量用户的多种类型多种速率的业务，承载和处理大量的用户移动性管理等的控制和管理负荷；承载和处理大量的用户移动性管理等的控制和管理负荷；u最高层为业务管理网络：网络业务管理，自行设计新业务能力。最高层为业务管理网络：网络业务管理，自行设计新业务能力。两个支持网络：两个支持网络：u智能信令控制网络智能信令控制网络u统一的网络管理统一的网络管理3.5.3数字蜂窝移动通信网的网络结构数字蜂窝移动通信网的网络结构通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院第3章移动通信组网原理移动通信组网原理3.1移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念3.2区域覆盖和信道配置区域覆盖和信道配置3.3提高蜂窝系统容量的方法提高蜂窝系统容量的方法3.4多信道共用技术多信道共用技术3.5 移动通信网络结构移动通信网络结构3.6移动信令移动信令3.7 系统的移动性管理系统的移动性管理通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院信令是与通信有关的一系列控制信号，例如振铃音等信令是与通信有关的一系列控制信号，例如振铃音等 作用是保证用户信息有效且可靠地传输作用是保证用户信息有效且可靠地传输 基本功能是建立呼叫、监控呼叫和清除呼叫基本功能是建立呼叫、监控呼叫和清除呼叫 意义是决定了一个通信网络为用户提供服务的能力和意义是决定了一个通信网络为用户提供服务的能力和质量质量信令分两种信令分两种u接入信令：用户到网络结点间的信令接入信令：用户到网络结点间的信令 u网络信令：网络结点之间的信令：网络信令：网络结点之间的信令：7 7号信令号信令 3.6信令信令通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院3.6.1接入信令1 1、数字信令：速率快、容量大、可靠性高、数字信令：速率快、容量大、可靠性高 信令格式信令格式：前置码（前置码（P P）、字同步码（）、字同步码（SW)SW)、地址或数据、地址或数据（A A或或D D）、纠错码（）、纠错码（SPSP）2 2、音频信令、音频信令u单音、双音、多音频信令单音、双音、多音频信令通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院3.6.2网络信令网络信令F网络信令：网络信令：7 7号信令，用于交换机之间和交换机与数号信令，用于交换机之间和交换机与数据库之间交换信息据库之间交换信息7 7号信令系统的协议结构号信令系统的协议结构通信与信息工程学院消息传输部分（消息传输部分（MTPMTP）提供一个无连接的消息传输系统。）提供一个无连接的消息传输系统。u第一层为信令数据层，它定义了信号链路的物理和电气特性；第一层为信令数据层，它定义了信号链路的物理和电气特性；u第二层为信令链路层，它提供数据链路的控制，负责提供信令数据链第二层为信令链路层，它提供数据链路的控制，负责提供信令数据链路上的可靠数据传输；路上的可靠数据传输；u第三层是信令网络层，它提供公共的消息传送功能。第三层是信令网络层，它提供公共的消息传送功能。信令连接控制部分（信令连接控制部分（SCCPSCCP）提供用于无连接和面向连接业务）提供用于无连接和面向连接业务所需的对所需的对MTPMTP的附加功能。的附加功能。u0 0类是基本无连接型业务；类是基本无连接型业务；u1 1类是有序的无连接业务；类是有序的无连接业务；u2 2类是基本的面向连接业务；类是基本的面向连接业务；u3 3类是具有流量控制的面向连接型业务。类是具有流量控制的面向连接型业务。3.6.2网络信令网络信令通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院ISDNISDN用户部分（用户部分（ISDNISDNUPUP）支持的业务包括基本的承载业务）支持的业务包括基本的承载业务和许多和许多ISDNISDN补充业务。补充业务。事务处理能力应用部分（事务处理能力应用部分（TCAPTCAP）提供使用与电路无关的信令）提供使用与电路无关的信令应用之间交换信息的能力。应用之间交换信息的能力。u操作、维护和管理（操作、维护和管理（OMAPOMAP）u移动应用部分应用（移动应用部分应用（MAPMAP）7 7号信令网络是与现行号信令网络是与现行PSTNPSTN平行的一个独立网络。平行的一个独立网络。u信令点（信令点（SPSP）发出信令和接收信令的设备发出信令和接收信令的设备业务交换点（业务交换点（SSPSSP）：）：MSCMSC业务控制点（业务控制点（SCPSCP）：数据库，）：数据库，HLRHLR、VLRVLRu信令链路和信令转移点（信令链路和信令转移点（STPSTP）具有信令转接功能具有信令转接功能 高级信令转接点（高级信令转接点（HSTPHSTP）、低级信令转接点（）、低级信令转接点（LSTPLSTP）3.6.2网络信令网络信令通信与信息工程学院通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院3.6.2网络信令网络信令通信与信息工程学院3.6.3 信令应用信令应用固定用户呼叫固定用户呼叫移动用户移动用户通信与信息工程学院3月9日失联航班乘客的家属手机拨打了其哥哥的电话，电话接通后被马上挂断F可能是虚假回铃音（假接通），网间（如中国和马来西亚的通信可能是虚假回铃音（假接通），网间（如中国和马来西亚的通信网）通话的常见现象。需要从无线信令和核心网定位故障方面进网）通话的常见现象。需要从无线信令和核心网定位故障方面进行分析行分析F国际长途电话接续时延太长，中途又经过了很多转接局，有些转国际长途电话接续时延太长，中途又经过了很多转接局，有些转接局等待接局等待ACM的定时器太短（的定时器太短（10秒秒30秒），因此，落地国（被秒），因此，落地国（被拨国）的国际关口局会提前回送拨国）的国际关口局会提前回送ACM（回铃音），这就是新闻里（回铃音），这就是新闻里提到的听到接通提到的听到接通F收到收到ACM（回铃音）后，各个转接局都会进入下一个接续状态（回铃音）后，各个转接局都会进入下一个接续状态“等待应答等待应答”，而国际长途等待应答的设定时间较长（，而国际长途等待应答的设定时间较长（90秒秒120秒）秒）。这样做在技术上可增加拨通国际长途的成功概率。这样做在技术上可增加拨通国际长途的成功概率通信与信息工程学院 南京邮电大学通信与信息工程学院第3章移动通信组网原理移动通信组网原理3.1移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念3.2区域覆盖和信道配置区域覆盖和信道配置3.3提高蜂窝系统容量的方法提高蜂窝系统容量的方法3.4多信道共用技术多信道共用技术3.5 移动通信网络结构移动通信网络结构3.6移动信令移动信令3.7 系统的移动性管理系统的移动性管理通信与信息工程学院u移动台的位置登记u位置区改变后的位置更新u在一特定时间内，移动台与网络没有发生联系时，移动台自动地、周期地与网络取得联系，核对数据3.7 系统的移动性管理系统的移动性管理在GSM系统中用各类数据库维持移动台与网络联系3.7.1 系统位置更新过程 通信与信息工程学院SIMSIM（Subscriber Identity ModuleSubscriber Identity Module）卡）卡u存储着的信息：国际移动用户识别码、鉴权密钥、用户接入等级控制、用户注册的业务种类、相关的网络信息开机时，网络需要对新的移动用户的国际用户识别码的数据做“附着”标记，表明此用户是激活用户；关机时，发送一个“分离”消息，并在国际用户识别码上去掉“附着”标记，增加“分离”标记。当网络在特定时间内没有收到来自移动台任何信息时，就启动周期位置更新措施。用户侧数据库用户侧数据库SIM（Subscriber Identity Module）卡）卡通信与信息工程学院F基本概念：基本概念：当前正在进行通信的移动台与基站间的通信链路从当前基站转移到另一个基站的过程，或从当前扇区转移到另一个扇区的过程。F越区切换的三个问题：越区切换的三个问题：1.越区切换的准则，也就是何时需要进行越区切换2.越区切换的控制策略3.越区切换的信道分配3.7.2越区切换通信与信息工程学院 小小 结结1、移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念2 2、地域覆盖和信道配置、地域覆盖和信道配置 地域覆盖地域覆盖信道配置信道配置3 3、提高蜂窝系统容量的方法、提高蜂窝系统容量的方法4 4、多信道共用技术、多信道共用技术5 5、数字蜂窝移动通信网的网络结构数字蜂窝移动通信网的网络结构6 6、网络信令网络信令7、系统的移动性管理、系统的移动性管理通信与信息工程学院 作作 业业1.P87.92.一移动网需一移动网需24个频道组，每频道组有个频道组，每频道组有18个频道，若采用等频个频道，若采用等频距分配法，试写出第距分配法，试写出第2个频道组的频道序号。个频道组的频道序号。3.设一个系统共有设一个系统共有12个波道，用户话务量为个波道，用户话务量为0.01。如果将。如果将12波波道分成道分成12组、组、4组和全部为用户所共用，在这三种情况下分别组和全部为用户所共用，在这三种情况下分别计算能容纳用户总数和波道利用率。结果说明了什么？计算能容纳用户总数和波道利用率。结果说明了什么？（B=10%）4.信令的功能是什么？信令的功能是什么？7号信令系统的协议体系中那一部分是针号信令系统的协议体系中那一部分是针对移动应用设置的？对移动应用设置的？5.P87.14通信与信息工程学院必须掌握!F什么是簇（区群）？簇需要满足哪些条件？F什么是同频复用技术？同频复用比？掌握同频小区的确定。F等频距分配法有什么特点？掌握等频距分配法。F小区覆盖范围与哪些因素有关？F什么是多信道共用技术？有何优点？F掌握例题3-1、3-2和作业