第4章 - 副本

1、第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)4.1 概述4.2 頻率復(fù)用技術(shù)和系統(tǒng)容量4.3 移動性管理4.4 蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃習(xí)題第第4 4章章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 4.1 概概 述述在通信領(lǐng)域中，人類有一個夢想，那就是實現(xiàn)無論任何人在任何時間、任何地點與任何人進行任何方式的信息交流，即個人通信。這就是人類在通信領(lǐng)域的最高目標(biāo)。近年來飛速發(fā)展的蜂窩移動通信技術(shù)正在使這一夢想逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實。為了提高頻譜利用率和設(shè)計盡可能大的系統(tǒng)業(yè)務(wù)容量，公眾移動通信網(wǎng)絡(luò)都采用蜂窩結(jié)構(gòu)。蜂窩通信是無線通信的主要方面，也是當(dāng)前最普及的無線通信技術(shù)。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在研究蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)時，一方

2、面要考慮移動無線信道本身的特點，同時也需要考慮以下一些基本問題：眾多電臺組網(wǎng)時相互間的干擾(臨頻干擾、同頻干擾、互調(diào)干擾等)，小區(qū)覆蓋和無線資源分配對系統(tǒng)性能的影響，移動用戶的管理(信息保密管理、位置登記管理、越區(qū)切換管理等)以及具體的網(wǎng)絡(luò)工程實施技術(shù)(包括基站站址選擇與基站建設(shè)、無線鏈路預(yù)算、無線小區(qū)覆蓋設(shè)計等)。 本章將對蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)內(nèi)容和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃問題進行介紹，以使讀者對相關(guān)生產(chǎn)實際問題建立一個基本的概念。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)4.1.1 移動通信的概念及特點移動通信的概念及特點所謂移動通信，就是指通信的一方或雙方在移動中實現(xiàn)通信。也就是說，通信中至少有一方處在運動中或暫時停留在某

3、一非預(yù)定的位置上。其中包括移動臺(汽車、火車、飛機、船艦等移動體)與固定臺之間通信，移動臺與移動臺之間通信，移動臺通過基站與有線用戶通信等。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)移動通信與固定點間通信相比，具有下列特點：(1) 移動通信的傳輸信道必須使用無線電波傳播，在固定通信中，傳輸信道可以是無線電波，也可以是有線電纜或者光纜，但移動通信中由于至少有一方處于運動狀態(tài)，所以必須使用無線電波傳播。(2) 電波傳播特性復(fù)雜，在移動通信系統(tǒng)中由于移動臺不斷運動，所以不僅有多普勒效應(yīng)，而且信號的傳播受地形、地物的影響隨時發(fā)生變化，會使信號發(fā)生快衰落，即信號幅度出現(xiàn)快速、大幅度起伏，致使接收信號場強的瞬間變化達30

4、dB以上。因此，必須充分研究移動信道的特征，分析信號傳播特性，才能合理設(shè)計各種移動通信系統(tǒng)。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(3) 干擾多而復(fù)雜。移動通信系統(tǒng)除受天電干擾、工業(yè)干擾和各種噪聲的干擾外，基站常有多部收、發(fā)信機同時工作，服務(wù)區(qū)內(nèi)的移動臺分布不均勻且位置隨時在發(fā)生變化，故干擾信號的場強可能比有用信號高幾十分貝(如7080 dB)。“遠近效應(yīng)”是移動通信系統(tǒng)的一種特殊干擾。此外，還有多部電臺之間發(fā)生的鄰道干擾、互調(diào)干擾以及使用相同頻道而產(chǎn)生的同頻干擾等。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(4) 組網(wǎng)方式多樣靈活。移動通信系統(tǒng)的組網(wǎng)方式可分為小容量大區(qū)制和大容量小區(qū)制兩大類。大區(qū)制采用一個基站管轄和控制所

5、屬移動臺，并通過基站與公共交換電話網(wǎng)(PSTN)相連接；小區(qū)制根據(jù)服務(wù)區(qū)域，可組成線狀(如鐵路、公路沿線)或面狀的蜂窩網(wǎng)。移動通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)靈活，但網(wǎng)絡(luò)需要有很強的控制能力。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(5) 對用戶終端設(shè)備的要求更為苛刻。一般移動通信用戶終端設(shè)備都是便攜式或裝載于汽車、飛機等移動體中，不僅要求操作簡單，維修方便，而且要保證在振動、沖擊、高低溫等惡劣環(huán)境下工作。此外，還要求設(shè)備體積小、重量輕和省電等。(6) 用戶量大而頻率有限。如今，有限的頻率資源已無法滿足通信業(yè)務(wù)增長的需求。為了解決這一矛盾，研究各種提高頻率利用率方法(如重復(fù)利用)和新的移動通信體制是面臨的重要課題。第4章 移動通

6、信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)4.1.2 移動通信系統(tǒng)的基本組成移動通信系統(tǒng)的基本組成移動通信系統(tǒng)的主要構(gòu)成如圖1-5所示。典型的移動通信系統(tǒng)通常由移動臺(MS)、基站子系統(tǒng)(BSS)、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)構(gòu)成。移動交換中心(MSC)是網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的核心。移動臺MS具有通過無線接口給用戶提供接入網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的能力。MS包括各種終端設(shè)備(TE，Terminal Equipment)或是它們的組合以及終端適配器(TA，Terminal Adapter)等。MS分為車載型、便攜型和手持型等。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基站子系統(tǒng)(BSS)由可以在小區(qū)內(nèi)建立無線電覆蓋并與MS通信的基站收發(fā)信機(BTS)和基站控制器設(shè)備(BSC)組成。BSS

7、實現(xiàn)的功能包括簡單的控制功能、無線傳輸功能及無線資源分配功能。BTS為MS提供接入通信網(wǎng)絡(luò)的無線接口，BSC在基站與交換機之間起連接作用。一般一個BSC可以控制多個BTS。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)移動交換中心(MSC)控制著整個網(wǎng)絡(luò)的工作，提供移動網(wǎng)與固定公眾電信網(wǎng)的接口。MSC還在HLR和VLR兩個用戶數(shù)據(jù)庫的配合下對用戶進行管理，對位于其服務(wù)區(qū)內(nèi)的MS進行交換和控制，同時作為交換設(shè)備，移動交換中心具有完成呼叫接續(xù)與控制的能力。此外，移動交換中心還具有無線資源管理和移動性管理等功能。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)4.1.3 移動通信的分類移動通信的分類移動通信的分類方法多種多樣，按使用的對象可分為

8、民用通信和軍用通信；按使用環(huán)境可分為陸地通信、海上通信、空中通信；按多址方式分為頻分多址、時分多址、碼分多址、空分多址等；按覆蓋范圍可分為廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)和局域網(wǎng)等；按業(yè)務(wù)類型可分為電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、多媒體網(wǎng)；按工作方式可分為同頻單工、異頻單工、同頻雙工、異頻雙工和半雙工；按服務(wù)范圍可分為專用網(wǎng)和公用網(wǎng)；按信號形式可分為模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)常用的移動通信系統(tǒng)有無繩電話系統(tǒng)、蜂窩移動電話系統(tǒng)、集群移動通信系統(tǒng)、無中心移動通信系統(tǒng)、衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)移動通信系統(tǒng)等。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)4.2 頻率復(fù)用技術(shù)和系統(tǒng)容量頻率復(fù)用技術(shù)和系統(tǒng)容量4.2.1 頻率復(fù)用技術(shù)頻率復(fù)用技術(shù)1

9、. 區(qū)域劃分區(qū)域劃分1) 小容量的大區(qū)制大區(qū)制是指一個基站覆蓋整個服務(wù)區(qū)，如圖4-1所示。為了覆蓋足夠大的服務(wù)區(qū)域，基站天線架設(shè)要高，發(fā)射功率要大，以此來保證MS可以接收到基站的信號。反過來，為了讓基站可以接收到MS發(fā)射的信號，要改善上行鏈路的通信條件，因為MS的發(fā)射功率有限，有時無法達到基站要求的發(fā)射功率。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為了改善上行鏈路條件，可以在服務(wù)區(qū)設(shè)置若干分集接收點與基站相連，利用分集接收來保證上行鏈路的通信質(zhì)量，也可以在基站采用全向輻射天線或定向輻射天線。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)圖4-1 大區(qū)制移動通信示意圖第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大區(qū)制只能適用于小容量的通信網(wǎng)，例如用戶數(shù)

10、在1000以下。這種網(wǎng)絡(luò)的控制方式簡單，設(shè)備成本低，適用于中小城市、農(nóng)村、工礦區(qū)以及專業(yè)部門。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2) 大容量的小區(qū)制小區(qū)制移動通信系統(tǒng)的頻率復(fù)用和覆蓋有兩種：帶狀服務(wù)覆蓋區(qū)和面狀服務(wù)覆蓋區(qū)。小區(qū)制就是把整個服務(wù)區(qū)域劃分為若干個小區(qū)，每個小區(qū)設(shè)置一個基站，負責(zé)本小區(qū)內(nèi)移動通信的聯(lián)絡(luò)和控制，同時還要在幾個小區(qū)之間設(shè)置移動業(yè)務(wù)交換中心，做到統(tǒng)一控制各小區(qū)之間用戶的通信接續(xù)，以及移動用戶與市話用戶的聯(lián)系。小區(qū)制的示意圖如圖4-2所示。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)圖4-2 小區(qū)制移動通信示意圖第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)每個小區(qū)各設(shè)一個小功率基站，發(fā)射機一般為510 W，有的系統(tǒng)為1020

11、 W，以滿足無線小區(qū)內(nèi)通信的需要。通過適當(dāng)控制無線小區(qū)基站的輻射功率，在相隔一定距離(或小區(qū))之后，系統(tǒng)可以重復(fù)使用相同頻率的載頻工作，且不受同頻干擾的影響(即話音質(zhì)量不會受到影響)，從而有效地提高頻譜利用率，這就是頻率復(fù)用。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(1)帶狀網(wǎng)。帶狀網(wǎng)主要用于覆蓋公路、鐵路、海岸等條帶形的業(yè)務(wù)區(qū)域，如圖4-3所示。基站天線若用全向輻射，則覆蓋區(qū)形狀是圓形的(見圖4-3(b)。帶狀網(wǎng)宜采用有向天線，使每個小區(qū)呈扁圓形，如圖4-3(a)所示。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)圖4-3 帶狀網(wǎng)示意圖第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)帶狀網(wǎng)在相隔一定小區(qū)之后便可以進行頻率復(fù)用。若相鄰兩個小區(qū)組成一個區(qū)群

12、，則稱為雙頻制。若以采用不同信道的三個小區(qū)組成一個區(qū)群，則稱為三頻制。在實際應(yīng)用過程中考慮造價和頻率資源，雙頻制頻率利用率最高。但雙頻制的同頻無線小區(qū)距離最近，因此同頻干擾問題最嚴(yán)重。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)n頻制帶狀網(wǎng)的頻率復(fù)用示意圖如圖4-4所示。每一個小區(qū)的半徑為r，相鄰小區(qū)的交疊寬度為a，第n+1區(qū)與第1區(qū)為同頻道小區(qū)。據(jù)此可算出信號傳輸距離dS和同頻干擾傳輸距離dI之比。若認(rèn)為傳輸損耗近似與傳輸距離的四次方成正比(可參考第2章的雙線傳播模型)，則在最不利的情況下可得到相應(yīng)的同頻干擾，如表4-1所示。由表可見，雙頻制最多只能獲得19 dB的同頻干擾抑制比，這個數(shù)值在通常的系統(tǒng)中是不夠

13、的，實際中一般需要采用多頻制。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)圖4-4 n頻制帶狀網(wǎng)的頻率復(fù)用示意圖第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)表4-1 帶狀網(wǎng)的同頻干擾第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(2) 蜂窩網(wǎng)。在平面區(qū)域內(nèi)劃分小區(qū)，通常組成蜂窩式的網(wǎng)絡(luò)。在帶狀網(wǎng)中，小區(qū)呈線狀排列，區(qū)群的組成和同頻道小區(qū)距離的計算都比較簡單，而在平面分布的蜂窩網(wǎng)中，這是一個比較復(fù)雜的問題。在平面分布的面狀網(wǎng)中，小區(qū)分布形成密集排列，根據(jù)所覆蓋的面積不同會形成多種形式的小區(qū)的疊加。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)全向天線輻射的覆蓋區(qū)是一個圓形。為了不留空隙地覆蓋整個服務(wù)區(qū)平面，一個個圓形輻射區(qū)之間一定含有很多的交疊。在考慮了交疊之后，實際上每個輻射

14、區(qū)的有效覆蓋區(qū)是一個多邊形。根據(jù)交疊情況不同，有效覆蓋區(qū)可為正三角形、正方形或正六邊形，如圖4-5所示?？梢宰C明，要用正多邊形無空隙、無重疊地覆蓋一個平面的區(qū)域，可取的形狀只有這三種，那么這三種形狀中哪一種最好呢？在輻射半徑r相同的條件下，計算出三種形狀的小區(qū)的鄰區(qū)距離、小區(qū)面積、交疊區(qū)寬度和交疊區(qū)面積如表4-2所示。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)圖4-5 不同多邊形的小區(qū)形狀第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)表 4-2 三種形狀的小區(qū)的特點第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)由表4-2可見，在服務(wù)區(qū)面積一定的情況下，正六邊形小區(qū)的形狀最接近理想的圓形，它的特點是：有最大的小區(qū)中心間距和小區(qū)覆蓋面積，而交疊區(qū)域?qū)挾群徒化B

15、區(qū)域的面積最小；對于同樣大小的服務(wù)區(qū)域，用它覆蓋服務(wù)區(qū)所需的基站數(shù)最少，所需頻率組數(shù)最少，且各基站間的同頻干擾最小，也就最經(jīng)濟。正六邊形構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)形同蜂窩，因此把小區(qū)形狀為六邊形的小區(qū)制移動通信網(wǎng)稱為蜂窩網(wǎng)。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實際上，在不同的業(yè)務(wù)區(qū)域，蜂窩小區(qū)的覆蓋半徑可能不同，這取決于人口密度及分布、人流活動路線和場所。一般農(nóng)村地區(qū)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)具有較大的小區(qū)覆蓋半徑，而城市中心地區(qū)的蜂窩小區(qū)的覆蓋半徑很小。通常根據(jù)蜂窩小區(qū)的覆蓋半徑，蜂窩又可劃分為三類：宏蜂窩(Macrocell)、微蜂窩(Microcell )和微微蜂窩(Picocell)，其參數(shù)如表4-3所示。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技

16、術(shù)表4-3 蜂窩小區(qū)的分類第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)各類蜂窩小區(qū)的特點簡述如下： 宏蜂窩。早期的蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶量較少，蜂窩小區(qū)由宏蜂窩構(gòu)成，小區(qū)的覆蓋半徑大多為220 km。由于覆蓋半徑較大，所以基站的發(fā)射功率較強，一般在l00 W左右，天線架設(shè)位置也比較高。在實際的宏蜂窩內(nèi)通常存在著兩種特殊的微小區(qū)域：一是“盲點”區(qū)域由于無線電波在傳播過程中遇到障礙物而造成的陰影區(qū)域，使得該區(qū)域的信號強度減弱，通信質(zhì)量下降；二是“熱點”區(qū)域在商業(yè)中心或交通要道等業(yè)務(wù)繁忙區(qū)域，空間業(yè)務(wù)負荷分布不均勻。為了解決“盲點”區(qū)域和“熱點”區(qū)域問題，于是產(chǎn)生了微蜂窩小區(qū)技術(shù)。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 微蜂窩。微蜂窩小區(qū)是在

17、宏蜂窩小區(qū)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，覆蓋半徑大約為0.42 km，基站發(fā)射功率較小，一般在40 W以下。微蜂窩小區(qū)基站天線置于相對較低的位置，一般高于地面510 m。因此，微蜂窩最初被用來擴大無線電覆蓋，消除宏蜂窩中的“盲點”區(qū)域。同時，由于低發(fā)射功率的微蜂窩基站允許較小的頻率復(fù)用距離，每個微蜂窩區(qū)域的信道數(shù)量較多，因此業(yè)務(wù)密度得到了巨大的增長。所以，微蜂窩也被安置在宏蜂窩的“熱點”區(qū)域上，可滿足該微小區(qū)覆蓋與容量兩方面的要求。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)微蜂窩小區(qū)結(jié)構(gòu)的特點是隨著用戶數(shù)量的增長，很容易擴容和增大服務(wù)區(qū)。原有的小區(qū)可以通過建設(shè)新的基站而分裂成更多的小區(qū)，這樣小區(qū)服務(wù)面積雖然減小了，但業(yè)務(wù)

18、量和信道數(shù)量卻增加了。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 微微蜂窩。隨著容量需求的進一步增長，運營商可按照同樣的方式部署第三層或第四層蜂窩覆蓋，即微微蜂窩小區(qū)。微微蜂窩實質(zhì)上就是微蜂窩的一種，只是覆蓋半徑更小，一般小于400 m，基站發(fā)射功率更小，大約在幾十毫瓦左右，天線一般安裝于建筑物內(nèi)業(yè)務(wù)集中的地點。微微蜂窩是作為網(wǎng)絡(luò)覆蓋中的一種補充形式而存在的，主要用來解決商業(yè)中心、會議中心等市內(nèi)“熱點”區(qū)域的通信問題。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2. 區(qū)群及頻率復(fù)用區(qū)群及頻率復(fù)用1) 區(qū)群區(qū)群(cluster)是指使用不同頻率組的一組小區(qū)。在區(qū)群之間可進行頻率復(fù)用。為了保證同信道小區(qū)之間有足夠遠的距離，以確保同頻干

19、擾滿足系統(tǒng)設(shè)計要求，相鄰近的若干小區(qū)都不能使用相同的信道。這些不同信道的小區(qū)就組成了一個區(qū)群，只有不同區(qū)群的小區(qū)才能進行頻率復(fù)用。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)區(qū)群中的小區(qū)組成應(yīng)滿足兩個條件：一是區(qū)群之間要鄰接，且無縫隙、無重疊地進行覆蓋；二是鄰接之后的區(qū)群應(yīng)保證各個相鄰?fù)诺佬^(qū)之間的距離相等。滿足上述條件的區(qū)群形狀和區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)不是任意的?？梢宰C明，區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)應(yīng)滿足下式：N=i2+ij+j2 (4-2-1)式中，i、j為正整數(shù)(且不能同時為零)。由此可算出N的可能取值有1、3、4、7、9、12、13、16、19 。相應(yīng)的區(qū)群形狀舉例如圖4-6所示。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)圖4-6 區(qū)群形狀

20、舉例示意圖第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2) 同頻小區(qū)及頻率復(fù)用第一代蜂窩系統(tǒng)采用頻分多址技術(shù)，小區(qū)半徑是220 km。只要小區(qū)離得足夠遠并且信號之間不相互影響，相同的頻率或信道就可以再用。 圖4-7中，由7個小區(qū)構(gòu)成一個區(qū)群，再由若干區(qū)群覆蓋一個服務(wù)區(qū)。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在區(qū)群形成的過程中要求無縫隙，且每個區(qū)群中心之間的距離相同，所以按一定的規(guī)律，可在服務(wù)區(qū)中找到同頻小區(qū)。同頻小區(qū)的確定方法是：先沿小區(qū)邊界的垂線跨j個小區(qū)，再左(或右)轉(zhuǎn)60，再跨i個小區(qū)，便到達同頻小區(qū)，如圖4-7所示。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)圖4-7 頻率復(fù)用的說明及同頻小區(qū)的確定示意圖第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3. 信道

21、分配信道分配在無線通信系統(tǒng)中能夠合理分配有限的無線資源是非常重要的一件事情。信道的合理分配除可以降低干擾(如鄰道干擾、互調(diào)干擾)外，還會對系統(tǒng)的容量起一定影響。信道分配是指將給定頻率分配給一個區(qū)群中的不同小區(qū)。信道分配方式主要有三種： 固定信道分配方式(FCA)，即為各小區(qū)分配一組預(yù)先確定的信道，小區(qū)中任何呼叫請求只能占用特定的空閑信道； 動態(tài)信道分配方式(DCA)，即隨業(yè)務(wù)量的變化動態(tài)配置各小區(qū)的全部信道； 固定、動態(tài)結(jié)合信道分配方式。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1) 固定信道分配方式固定信道分配方式將所有信道分成n組，每個小區(qū)固定使用其中的一組，并且要考慮到每組中的信道不會形成明顯的干擾。固定

22、信道分配方式主要有分區(qū)分組配置法(不產(chǎn)生三階互調(diào)干擾)和等頻距配置法(要求n值足夠大)兩種。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(1) 分區(qū)分組配置法。該法的原則如下： 盡量減小占用的總頻段，以提高頻段的利用率。 同一區(qū)群內(nèi)不能使用相同的信道，以避免同頻干擾。 小區(qū)內(nèi)采用無三階互調(diào)的相容信道組，以避免互調(diào)干擾。 設(shè)給定的頻段以等間隔劃分為信道，按順序分別標(biāo)明各信道的號碼為：1，2，3，。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)若每個區(qū)群有7個小區(qū)，每個小區(qū)需6個信道，則按上述原則進行分配，可得到：第一組： 1，5，14，20，34，36第二組： 2，9，13，18，21，31第三組： 3，8，19，25，33，40第四組

23、： 4，12，16，22，37，39第五組： 6，10，27，30，32，41第六組： 7，11，24，26，29，35第七組： 15，17，23，28，38，42 第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)該法的特點是：避免了三階互調(diào)；但未考慮同一信道組中的頻率間隔，可能會出現(xiàn)較大的鄰道干擾；每組所需信道數(shù)增加時，頻譜利用率隨之降低(滿足無三階互調(diào)的情況下，每組分配的信道數(shù)越多，所需總的信道數(shù)也越多，且很難達到100%的頻譜利用率)。在此簡單介紹一下互調(diào)干擾。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)由于帶外n個信號的混頻(多諧波或是組合頻率)而產(chǎn)生一個出現(xiàn)在帶內(nèi)的頻率分量，此分量與接收機中心頻率相近時會被接收機接收，形成對有

24、用信號的干擾，這種干擾稱為互調(diào)干擾。當(dāng)帶外混頻數(shù)為3時，稱為三階互調(diào)干擾。互調(diào)干擾最大來自于三階互調(diào)。下面討論信道號之間滿足什么條件時，才不會產(chǎn)生三階互調(diào)干擾。判別無三階互調(diào)頻道組的條件是任意兩個頻道序號之差全部一樣。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用的方法是差值陣列法。例如，按順序?qū)π诺肋M行編號，在其中選取編號為、B11、B17、B22、B26的信道為一個信道組時，利用差值陣列法討論以下判定是否為無三階互調(diào)信道組。差值陣列法是：將選取的編號進行相減運算，所得到的差值形成一個陣列。根據(jù)差值陣列法得到陣列，如方框內(nèi)的數(shù)據(jù)形成的陣列，查看陣列中是否存在編號之差相同者，若沒有相同數(shù)值(方框內(nèi)無相同數(shù)值)，

25、則說明此頻道組為無三階互調(diào)信道組，否則存在三階互調(diào)干擾。在上例中，方框內(nèi)的編號之差沒有相同者，因此該信道組是無三階互調(diào)信道組。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(2) 等頻距配置法。該法按等頻率間隔對信道進行配置，只要頻距選得足夠大，就可以有效地避免鄰道干擾。這樣的頻率配置可能正好滿足產(chǎn)生互調(diào)的頻率關(guān)系，但正因為頻距大，干擾易于被接收機輸入濾波器濾除而不易作用到非線性器件，這也就避免了互調(diào)干擾的產(chǎn)生。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)例如， 等頻距配置時，可根據(jù)區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)N來確定同一信道組內(nèi)各信道之間的頻率間隔，如第一組用(1，1N，12N，13N，)，第二組用(2，2N，22N，23

26、N，)等。 若N=7，則信道配置為第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第一組： 1，8，15，22，29，第二組：2，9，16，23，30，第三組：3，10，17，24，31，第四組：4，11，18，25，32，第五組：5，12，19，26，33，第六組：6，13，20，27，34，第七組：7，14，21，28，35，第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)固定信道分配方式實現(xiàn)起來比較簡單，但可能造成頻率資源的浪費(在滿足無三階互調(diào)的情況下進行分區(qū)分組分配)。對其改進的方法是當(dāng)某個小區(qū)中的所有頻道已使用完，而又有新的呼叫請求時，從相鄰的小區(qū)中借用空閑信道，這樣在某種程度上可以提高頻率利用率。 第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2)

27、 動態(tài)信道分配方式固定信道配置方式只能適應(yīng)移動臺業(yè)務(wù)分布相對固定的情況。事實上，移動臺業(yè)務(wù)的地理分布是經(jīng)常發(fā)生變化的，如早上從住宅區(qū)向商業(yè)區(qū)移動，傍晚又反向移動，發(fā)生交通事故或集會時又向某處集中。固定配置信道的缺陷為：某一個小區(qū)業(yè)務(wù)量增大，原來配置的信道可能會不夠用；相鄰小區(qū)業(yè)務(wù)量小，原來配置的信道可能有空閑；小區(qū)之間的信道無法相互調(diào)劑，因此頻率的利用率不高。動態(tài)信道分配方式中，所有信道不是固定地分配給小區(qū)，只有用戶發(fā)出呼叫時才為服務(wù)的小區(qū)分配信道。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)動態(tài)信道分配時考慮的因素有：同頻道復(fù)用距離，不會對本小區(qū)已使用的其他信道產(chǎn)生明顯的干擾，以后呼叫阻塞的可能性，候選信道使用

28、的頻次等。動態(tài)信道分配的優(yōu)點是頻率利用率高，可適應(yīng)業(yè)務(wù)分布的動態(tài)變化；缺點是控制復(fù)雜，系統(tǒng)開銷較大(要求MSC增加存儲量和運算量)。動態(tài)信道分配方式又可分為動態(tài)配置法和柔性配置法兩種。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(1) 動態(tài)配置法：隨業(yè)務(wù)量的變化重新配置全部信道。如果能理想地實現(xiàn)，則頻率利用率可提高2050，但要及時算出新的配置方案，且能避免各類干擾，基站及天線共用器等裝備也要能適應(yīng)，這是十分困難的。(2) 柔性配置法：準(zhǔn)備若干個備用信道，需要時提供給某個小區(qū)使用。這種配置方法控制比較簡單，只要預(yù)留部分信道都能被各基站使用，就可應(yīng)付局部業(yè)務(wù)量變化的情況。這是一種比較實用的方法。 第4章 移動通信網(wǎng)

29、絡(luò)技術(shù)4.2.2 干擾和系統(tǒng)容量干擾和系統(tǒng)容量在移動通信網(wǎng)絡(luò)中存在著各種各樣的干擾，如同頻干擾、鄰道干擾、互調(diào)干擾等。鄰道干擾和互調(diào)干擾可以通過合理分配信道的方式把影響減低到最小，但對于同頻干擾必須結(jié)合區(qū)群的組成及系統(tǒng)對載干比(載波信號功率與干擾信號功率之比)的要求等因素進行綜合考慮，把同頻干擾的影響降低至最低，這樣才能通過頻率復(fù)用的方式增加系統(tǒng)容量，滿足需求。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1. 同頻干擾同頻干擾1) 同頻干擾的定義同頻干擾是指兩個相同頻率的不同信號產(chǎn)生的干擾。蜂窩移動通信系統(tǒng)中采用頻率復(fù)用技術(shù)，這樣同頻小區(qū)之間就會存在同頻干擾。若同頻小區(qū)間的距離很近，則產(chǎn)生的同頻干擾可能會很嚴(yán)重。

30、為了能夠計算出同頻再用的距離，必須知道射頻防護比S/N。射頻防護比S/N是通信質(zhì)量滿足規(guī)定要求時移動臺接收機處的載波功率與干擾功率的比值。不同的網(wǎng)絡(luò)、不同的話音質(zhì)量要求其射頻防護比也不同。例如在動態(tài)環(huán)境下，GSM系統(tǒng)要求射頻防護比S/N大于9 dB。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2) 影響同頻再用距離的因素影響同頻再用距離的因素如下：(1) 調(diào)制方式。(2) 電波傳播特性。(一般按雙線模型分析，傳播損耗為。)(3) 小區(qū)半徑。 (4) 工作方式，如采用同頻單工、異頻雙工等方式對同頻再用也會起一定影響。(5) 可靠通信概率。422trdLh h第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3) 同頻再用距離與小區(qū)半徑之間的

31、關(guān)系假設(shè)基站A和B使用相同的頻道，移動臺M正在接收基站A發(fā)射的信號，由于基站天線高度大于移動臺天線高度，因此當(dāng)移動臺M處于小區(qū)的邊沿時，它從基站A收到的信號最弱，這時最易于受到基站B發(fā)射的同頻道干擾。假如這時輸入到移動臺接收機的有用信號與同頻道干擾之比等于射頻防護比，則此時A、B兩基站之間的距離即為同頻再用距離，記做D。由圖4-8可見： D=DI+DS=DI+r0 (4-2-2)式中， DI為同頻道干擾源至被干擾接收機的距離； DS為有用信號的傳播距離，即為小區(qū)半徑r0。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)圖4-8 同頻再用距離第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通常，定義同頻再用系數(shù)為 同頻再用系數(shù)有時也叫做同頻復(fù)

32、用因子。由式(4-2-2)可得同頻再用系數(shù)為在此基礎(chǔ)上，根據(jù)雙線模型傳播損耗公式，以dB為單位可表示為L=40 lgd20 lg(hthr) (4-2-4) (4-2-3)0rD001rDrDI第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)干擾信號和有用信號的傳播損耗中值分別用LI和LS表示，分別以DI和DS取代式(4-2-4)中的d可得到： LI=40 lgDI20 lg(hthr) (4-2-5)LS=40 lgDS20 lg(hthr) (4-2-6)所以傳播損耗之差為 (4-2-7)dB(lg40SISIDDLL第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)A基站和B基站的發(fā)射功率均為PT，則移動臺M接收機的輸入信號功率和共

33、頻道干擾功率分別為S=PTLS (4-2-8)I=PTLI(4-2-9)S/I=SI=LILS (4-2-10)(4-2-11)4010S/ISIDD第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)由式(4-2-2)可以得到，滿足信噪比時同頻再用距離D與小區(qū)半徑r0之間的關(guān)系為式中，D/r0(同頻再用距離/小區(qū)半徑)稱為同頻復(fù)用因子。(4-2-12)040/)101 (rDIS第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)例例4-1 若某系統(tǒng)的射頻防護比為8 dB，小區(qū)半徑為r0，求同頻再用距離。解：解：根據(jù)式(4-2-11)可求得 則同頻再用距離D=DI+r0=2.6r0。 6 . 2104080rDDDISI第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)若

34、考慮到快衰落及慢衰落，射頻防護比S/I將大于8 dB。理論分析和實驗表明，按無線小區(qū)內(nèi)可靠通信概率為90%考慮，S/I約需25 dB，這樣可得：0040252 . 512 . 410rrDDDDDSISI第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)4) 區(qū)群中滿足同頻干擾條件下小區(qū)數(shù)的確定設(shè)小區(qū)的輻射半徑(即正六邊形外接圓的半徑)為r，可得同信道小區(qū)中心之間的距離dg為忽略背景噪聲，只考慮同頻干擾，移動臺接收機收到NI個小區(qū)的同道干擾，其信噪比為(4-2-13)(4-2-14)22g3()3diijjrNr1INiiSSII第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)滿足射頻防護比時最小安全距離D為 要求dgD，則可得到:結(jié)論：給定

35、S/I時就能確定區(qū)群中小區(qū)的數(shù)目。(4-2-15)(4-2-16) / 40(1 10)S I0Dr / g4031 10S I00dDNrr 第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)例例4-2 對于一個蜂窩網(wǎng)，當(dāng)要求射頻防護比S/I=18 dB時，求區(qū)群中小區(qū)數(shù)目N的最小值。解解：依據(jù)公式(4-2-16)可得整理得：N4.8再依據(jù)公式(4-2-1)可得N最小可以取7。40181013N8 . 33N第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)5) 多個干擾源時的同頻干擾如前所述，蜂窩系統(tǒng)中有許多小區(qū)共用相同的頻段，共用相同頻段的小區(qū)之間的物理距離至少應(yīng)為同頻再用距離。盡管我們對功率電平進行了嚴(yán)格的控制，以使同頻信道之間不會產(chǎn)生

36、問題，但是由于這些小區(qū)的信號強度不為0，所以還是會有一些干擾存在。在一個區(qū)群大小為7的蜂窩系統(tǒng)中，在以頻率復(fù)用距離為半徑的圓周上，將會有6個同頻小區(qū)，如圖4-9所示。圖中, 第二層的同頻小區(qū)對當(dāng)前基站的影響一般可以忽略不計。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)圖4-9 同頻小區(qū)的多源干擾第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2. 蜂窩系統(tǒng)的擴容蜂窩系統(tǒng)的擴容隨著無線業(yè)務(wù)需求的提高，分配給每個小區(qū)的信道數(shù)最終將變得不足以支持所要達到的用戶數(shù)。從這點來看，需要蜂窩設(shè)計技術(shù)給單位覆蓋區(qū)域提供更多的信道以提高系統(tǒng)容量。在實際中，用小區(qū)分裂、裂向和微小區(qū)等技術(shù)可增大蜂窩系統(tǒng)容量。小區(qū)分裂允許蜂窩系統(tǒng)有計劃地擴容。裂向用有方向的天

37、線進一步控制干擾和信道的頻率復(fù)用。微小區(qū)是將小區(qū)覆蓋分散，將小區(qū)邊界延伸到難以到達的地方。小區(qū)分裂通過增加基站的數(shù)量來增加系統(tǒng)容量，而裂向和微小區(qū)依靠基站天線的定向來減小同頻干擾以提高系統(tǒng)容量。以下詳細介紹這三種流行的提高系統(tǒng)容量的技術(shù)。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1) 小區(qū)分裂 小區(qū)分裂是將擁塞的小區(qū)分成更小小區(qū)的方法，每個小區(qū)都有自己的基站并相應(yīng)地降低天線高度和減小發(fā)射機功率，因而能提高系統(tǒng)容量。這樣通過設(shè)定比原小區(qū)半徑更小的新小區(qū)和在原有小區(qū)間安置這些小區(qū)(叫做微小區(qū))，小區(qū)分裂提高了信道的復(fù)用次數(shù)，增加了單位面積內(nèi)的信道數(shù)目，從而增加了系統(tǒng)容量。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)假設(shè)每個小區(qū)都按原半

38、徑的一半來分裂，如圖4-10所示。為了用這些更小的小區(qū)來覆蓋整個服務(wù)區(qū)域，應(yīng)使小區(qū)數(shù)增加到大約為原來小區(qū)數(shù)4倍的小區(qū)。這是因為以R為半徑的圓所覆蓋的小區(qū)面積是以R/2為半徑的圓所覆蓋的小區(qū)面積的4倍。圖4-10為小區(qū)分裂的例子，基站放置在小區(qū)角上，假設(shè)基站A服務(wù)區(qū)域(灰色)內(nèi)的業(yè)務(wù)量已經(jīng)飽和(即基站A的呼叫阻塞超過了可接受值)，因此該區(qū)域需要新基站來增加區(qū)域內(nèi)的信道數(shù)目，并減小單個基站的服務(wù)范圍。在圖4-10中，更小的小區(qū)是在不改變系統(tǒng)的頻率復(fù)用計劃的前提下增加的。從圖4-10中可以看出，小區(qū)分裂只是按比例縮小了簇的幾何尺寸，每個新小區(qū)的半徑都是原來小區(qū)的一半。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)圖4-1

39、0 小區(qū)分裂示意圖第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對于在尺寸上更小的新小區(qū)，它們的發(fā)射功率也應(yīng)該下降。半徑為原來小區(qū)一半的新小區(qū)基站的發(fā)射功率，可以通過檢查在新的和舊的小區(qū)邊界接收到的功率Pr并令它們相等來得到。這需要保證新的微小區(qū)的頻率復(fù)用方案和原小區(qū)一樣。實際上，不是所有的小區(qū)都同時分裂。對于服務(wù)提供者來說，要找到完全適合小區(qū)分裂的確切時期通常很困難。因此，不同大小的小區(qū)將同時存在。在這種情況下，需要特別注意保持同頻小區(qū)間所需的最小距離，因而頻率分配變得更復(fù)雜。同時也要注意到切換問題，使高速和低速移動用戶能同時得到服務(wù)。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)當(dāng)同一個區(qū)域內(nèi)有兩種規(guī)模的小區(qū)時，不能簡單地讓所有新小

40、區(qū)都用原來的發(fā)射功率，或是讓所有舊小區(qū)都用新的發(fā)射功率。如果所有小區(qū)都用大的發(fā)射功率，則更小的小區(qū)使用的一些信道將不足以從同頻小區(qū)中分離開。另一方面，如果所有小區(qū)都用小的發(fā)射功率，則大的小區(qū)中將有部分地段被排除在服務(wù)區(qū)域之外。由于這個原因，舊小區(qū)中的信道必須分成兩組：一組適應(yīng)小的小區(qū)的復(fù)用需求，另一組適應(yīng)大的小區(qū)的復(fù)用需求。大的小區(qū)用于高速移動通信，這樣可以減小越區(qū)切換次數(shù)。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)兩種不同尺寸的小區(qū)中，信道組的大小取決于分裂的進程情況。在分裂過程的最初階段，在小功率的組中信道數(shù)會少一些。然而，隨著需求的增長，小功率組需要更多的信道。這種分裂過程一直持續(xù)到該區(qū)域內(nèi)的所有信道都用

41、于小功率的組中，此時小區(qū)分裂覆蓋整個區(qū)域，整個系統(tǒng)中每個小區(qū)的半徑都更小。常用天線下傾(即將基站的輻射能量集中指向地面，而不是水平方向)來限制新構(gòu)成的微小區(qū)的無線覆蓋。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2) 裂向如前所述，小區(qū)分裂通過增加單位面積內(nèi)的信道數(shù)來獲得系統(tǒng)容量的增加。另一種提高系統(tǒng)容量的方法是保持小區(qū)半徑不變，而尋找辦法來減小同頻復(fù)用因子D/r0。在這種方法中，容量的提高是通過減小區(qū)群中小區(qū)的數(shù)量，從而提高頻率復(fù)用次數(shù)來實現(xiàn)的。但是為了做到這一點，需要在不降低發(fā)射功率的前提下減小干擾。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過使用定向天線來代替全向天線可以減小蜂窩系統(tǒng)中的同頻干擾。由于每個定向天線輻射只指向

42、特定的扇區(qū)，所以每個小區(qū)將只接收同頻小區(qū)中一部分小區(qū)的干擾，從而減小了同頻干擾，提高了系統(tǒng)容量，這種技術(shù)稱為裂向。使用裂向技術(shù)時，同頻干擾減小的程度取決于使用扇區(qū)的數(shù)目。通常一個小區(qū)劃分為3個120的扇區(qū)或6個60的扇區(qū)。圖4-11(a)為采用全向輻射天線的小區(qū)，圖4-11(b)為采用120定向天線的小區(qū)?；驹O(shè)在小區(qū)的中央，用全向天線形成圓形覆蓋區(qū)時稱為中心激勵；基站設(shè)在每個小區(qū)六邊形的三個頂點上，采用三副120扇形輻射的定向天線分別覆蓋三個相鄰小區(qū)的各三分之一區(qū)域時稱為頂點激勵。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)圖4-11 全向天線基站小區(qū)和定向天線基站小區(qū)第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)利用裂向以后，在某

43、個小區(qū)中使用的信道組就再分為更小的信道組，每組只在某個扇區(qū)中使用。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3) 微小區(qū)前面提到的兩種方法，雖然在某種程度上提高了系統(tǒng)容量，但會導(dǎo)致系統(tǒng)的交換和控制鏈路的負荷增加。微小區(qū)概念可以改善上述問題。微小區(qū)是將三個或多個區(qū)域站點(發(fā)射機/接收機)與一個單獨的基站相連，并且共享同樣的無線設(shè)備。各微小區(qū)之間用電纜、光纖或者微波方式與基站建立連接。多個微小區(qū)與一個基站組成一個小區(qū)。當(dāng)移動臺在小區(qū)內(nèi)行駛時，由信號最強的微小區(qū)來服務(wù)。這種方法優(yōu)于裂向，因為它的天線安放在小區(qū)的邊緣，并且任意基站的信道都可由基站分配給任意一個微小區(qū)，移動臺在小區(qū)內(nèi)從一個微小區(qū)移動到另一個微小區(qū)時還是使

44、用一個信道， 不進行信道切換。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)因此與裂向不同，當(dāng)移動臺在小區(qū)內(nèi)的微小區(qū)之間行駛時不需要MSC進行切換。微小區(qū)方式下信道只是當(dāng)移動臺行駛在微小區(qū)內(nèi)時使用，因此，基站輻射被限制在局部，干擾也減小了。信道根據(jù)時間和空間在各微小區(qū)之間分配，也像通常一樣進行同頻復(fù)用。這種技術(shù)在高速公路邊上或市區(qū)開闊地帶的應(yīng)用效果比較好。微小區(qū)技術(shù)的優(yōu)點在于：小區(qū)可以保證覆蓋半徑，又可減小蜂窩系統(tǒng)的同頻干擾，因為一個大的中心基站已由多個在小區(qū)邊緣的小功率發(fā)射機(微小區(qū)發(fā)射機)來代替。同頻干擾的減小提高了信號的質(zhì)量，也增大了系統(tǒng)容量，而沒有裂向引起的中繼效率的下降。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)4.3 移

45、移 動動 性性 管管 理理 與固定通信相比，移動通信的主要優(yōu)點是用戶具有可移動性。網(wǎng)絡(luò)對用戶移動過程的管理稱為移動性管理。蜂窩系統(tǒng)的移動性管理包括兩個層面的問題：移動用戶的位置管理和越區(qū)切換管理。前者確保網(wǎng)絡(luò)知道用戶在任何時候所處的位置，后者確保移動用戶的通信連續(xù)性和用戶對通信質(zhì)量的要求。下面分別對這兩個方面進行介紹。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)4.3.1 位置管理位置管理位置管理就是移動通信網(wǎng)絡(luò)跟蹤移動臺的位置變化，對移動臺位置信息進行登記、刪除和更新的過程。移動臺的位置信息存儲在通信網(wǎng)絡(luò)的歸屬位置寄存器HLR和訪問位置寄存器VLR中。當(dāng)一個移動用戶首次入網(wǎng)時，該用戶必須通過MSC在相應(yīng)的HLR

46、中登記注冊，把有關(guān)的用戶信息(如移動用戶識別碼、移動臺號碼以及業(yè)務(wù)類型等)全部存入這個寄存器中。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)移動臺入網(wǎng)以后，其具體位置將不斷變化，而且有可能漫游到遠離其HLR的地區(qū)，這種變化的移動臺位置信息就由移動臺當(dāng)前位置對應(yīng)的VLR記錄并傳送給移動臺歸屬位置寄存器HLR。一旦移動臺離開舊VLR對應(yīng)的位置區(qū)，并在新VLR中登記，就將記錄在舊VLR中的移動臺信息刪除。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)位置管理涉及網(wǎng)絡(luò)處理能力和網(wǎng)絡(luò)通信能力。影響網(wǎng)絡(luò)處理能力的是用戶信息數(shù)據(jù)庫大小、查詢的頻度、響應(yīng)速度；網(wǎng)絡(luò)通信能力影響傳輸用戶位置的更新、查詢信息增加的業(yè)務(wù)量及時延等。由于數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)的用戶密度

47、遠大于早期的模擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)，因此位置管理已經(jīng)是數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)的一項重要功能。這項功能應(yīng)盡量少地占用網(wǎng)絡(luò)資源。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1. 位置登記位置登記蜂窩網(wǎng)的覆蓋區(qū)域分為若干個位置區(qū)LA，每個LA與一個MSC相連并有一個位置區(qū)識別碼LAI。MS從一個位置區(qū)移到另一個位置區(qū)時，必須在對應(yīng)LA的VLR中進行登記。也就是說，一旦MS發(fā)現(xiàn)其存儲器中的位置識別碼LAI與接收到的LAI發(fā)生了變化，便執(zhí)行登記。位置更新和尋呼信息均在空中接口的控制信道上傳輸。對于位置登記和尋呼，LA越大，每次尋呼的基站數(shù)目就越多，系統(tǒng)的尋呼定時和位置更新開銷也就越大；LA越小，尋呼基站數(shù)少，系統(tǒng)的尋呼開銷也越小。第4章 移動

48、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)位置登記過程包括登記、修改和注銷三個步驟。登記就是將MS進入新LA的信息傳給管理新LA的新VLR中并記錄下來。修改就是在該MS的HLR中記錄當(dāng)前服務(wù)該MS的新VLR的ID。注銷指的是在舊VLR和MSC中刪除該MS的相關(guān)信息。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2. 位置更新位置更新當(dāng)MS進入新的位置區(qū)LA時，系統(tǒng)將對其位置信息進行更新。這樣，當(dāng)該MS被呼叫時，系統(tǒng)將在新的LA內(nèi)進行尋呼。在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，位置更新可能采用下面三種方式。1) 基于時間的位置更新方式基于時間的位置更新就是每隔T的時間段，MS周期性地更新其位置信息。 T可由系統(tǒng)根據(jù)呼叫到達間隔的概率分布動態(tài)確定。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

49、2) 基于運動的位置更新方式在MS跨越一定數(shù)量的小區(qū)邊界(這個跨越的邊界數(shù)量稱為運動門限)以后，MS就進行一次位置更新。3) 基于距離的位置更新方式若MS離開上次位置更新時所在小區(qū)的距離超過一定的值(稱為距離門限)，則MS進行一次位置更新。最佳距離門限的確定取決于各個MS的運動方式和呼叫到達參數(shù)。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3. 位置更新的不同情況位置更新的不同情況MS從一個小區(qū)移動到另一個小區(qū)時，根據(jù)位置區(qū)的所屬不同，有以下三種不同情況下的位置更新：有兩個小區(qū)同屬一個位置區(qū)時的位置更新、同一個MSC/VLR業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)兩個小區(qū)間的位置更新、不同MSC/VLR業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)兩個小區(qū)間的位置更新。下面借助圖4

50、-12說明不同情況下網(wǎng)絡(luò)對位置更新的處理。圖中，LA1位置區(qū)范圍內(nèi)有小區(qū)1和小區(qū)2，LA2位置區(qū)范圍內(nèi)有小區(qū)3和小區(qū)4，LA3位置區(qū)范圍內(nèi)有小區(qū)5。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1) 兩個小區(qū)同屬一個位置區(qū)時的移動臺位置更新開機后處于空閑狀態(tài)下的MS，被鎖定于一個已定義的無線頻率，即某個小區(qū)的BCCH(廣播控制信道)載頻上。當(dāng)MS向遠離此小區(qū)BTS的方向移動時，信號強度就會減弱。當(dāng)移動到兩小區(qū)理論邊界附近的某一點時，MSC就會因信號強度太弱而決定轉(zhuǎn)移到鄰近小區(qū)的新的無線頻率上。為了正確選擇無線頻率，MS要對每一個鄰近小區(qū)的BCCH載頻的信號強度進行連續(xù)測量。當(dāng)發(fā)現(xiàn)新的BTS發(fā)出的BCCH載頻信號強度

51、優(yōu)于原小區(qū)時，MS將鎖定于這個新載頻，并繼續(xù)接收廣播消息以及可能發(fā)給它的尋呼消息，直到它移向另一小區(qū)。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)若小區(qū)1和小區(qū)2同屬一個位置區(qū)LA1，則這兩個小區(qū)有相同的位置區(qū)碼。如果MS從小區(qū)1移向小區(qū)2，則雖然為MS服務(wù)的小區(qū)發(fā)生改變，但位置區(qū)并沒有變化。這種情況下，網(wǎng)絡(luò)只需要進行約區(qū)切換處理，MS接收的BCCH載頻的改變并不會通知網(wǎng)絡(luò)。這就是說，MS在沒有進行位置更新時，網(wǎng)絡(luò)不參與這個處理過程。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2) 同一個MSC/VLR業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)兩個小區(qū)間的位置更新當(dāng)在同一個MSC/VLR的不同位置區(qū)之間發(fā)生位置更新時，如圖4-12中的小區(qū)2和小區(qū)3，這兩個小區(qū)屬于同

52、一個MSC/VLR管理的業(yè)務(wù)區(qū)，但不屬于同一位置區(qū)。當(dāng)MS從小區(qū)2移動到小區(qū)3時，MS通過接收BCCH便可知道已進入了新位置區(qū)。由于位置信息非常重要，因此位置區(qū)的變化一定要通知網(wǎng)絡(luò)。這在移動通信中稱為“強制登記”。當(dāng)MS從某一小區(qū)移向同一MSC不同BSC的另一小區(qū)時，MS通過新的BSC將位置更新消息傳給原來的MSC，MSC分析出新的位置區(qū)也屬本業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)的位置區(qū)，即通知VLR修改客戶數(shù)據(jù)，并向MS發(fā)送位置更新確認(rèn)。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)圖4-12 所屬MSC/VLR與小區(qū)之間的關(guān)系第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3) 不同MSC/VLR業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)兩個小區(qū)間的位置更新當(dāng)MS從小區(qū)3移向小區(qū)5時，BTS5通

53、過新的 BSC把位置區(qū)信息傳到新的MSC/VLR。這就是不同MSC/VLR業(yè)務(wù)區(qū)間的位置更新。 第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)圖4-13表示了在不同MSC業(yè)務(wù)區(qū)之間的位置更新過程。MS從一個BTS小區(qū)移向不同MSC業(yè)務(wù)區(qū)的另一個 BTS小區(qū)時，它發(fā)現(xiàn)自己鎖定的BCCH載頻信號強度在減弱，而另一BTS小區(qū)的BCCH信號在增強，MS就通過新的BTS小區(qū)向MSC發(fā)送一個具有“我在這里”的信息，即位置更新請求。MSC把位置更新請求信息送給HLR，同時給出 MSC和MS的識別碼，HLR修改該客戶數(shù)據(jù)，并回給MSC一個確認(rèn)響應(yīng)，VLR對該客戶進行數(shù)據(jù)注冊，最后由新的MSC發(fā)送給MS一個位置更新確認(rèn)，同時由HLR

54、通知原來的MSC 刪除VLR中有關(guān)該MS的客戶數(shù)據(jù)。當(dāng)然，在這一過程發(fā)生前，要對這個MS進行鑒權(quán)。 第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)圖4-13 位置更新的網(wǎng)絡(luò)方案第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)4.3.2 切換控制切換控制1. 定義定義 切換是指移動臺在通信過程中從一個BS覆蓋區(qū)移動到另一個BS覆蓋區(qū)，或者由于外界干擾造成通話質(zhì)量下降時，將原有信道轉(zhuǎn)接到一條新的空閑信道，以保持與網(wǎng)絡(luò)持續(xù)連接的過程。切換應(yīng)盡可能少地出現(xiàn)，切換過程中應(yīng)盡量保證移動用戶的通信質(zhì)量，使移動用戶基本感覺不到。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)由于無線信道的復(fù)雜性，諸如衰落、干擾、屏蔽及MS的運動或附近物體的運動，都會造成接收信號電平發(fā)生很大的起

55、伏，從而成為可能觸發(fā)切換的主要因素。因此，在蜂窩移動通信系統(tǒng)中，切換被看做是最復(fù)雜、最重要的過程之一。在切換過程中，呼叫中斷的概率上升，通話質(zhì)量可能下降。因此，成功切換意味著呼叫中斷概率的降低，這直接關(guān)系到蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。 切換控制的目的是：在MS與網(wǎng)絡(luò)之間保持一個可以接受的通信質(zhì)量，保證通信的連續(xù)性。因此，切換需要實現(xiàn)以下功能：第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(1) 切換次數(shù)最小，這樣可以使通信中斷的概率降到最小，使各小區(qū)間的業(yè)務(wù)負荷達到平衡。 (2) 通過正確選擇目標(biāo)小區(qū)和提高切換執(zhí)行效率，以減小切換時延，平衡各小區(qū)間的業(yè)務(wù)負荷。 (3) 在遇到干擾時能夠保持可接受的通信質(zhì)量，在惡劣的無線

56、傳輸條件下能恢復(fù)并支持通信，避免MS與網(wǎng)絡(luò)之間的鏈路發(fā)生中斷。 (4) 優(yōu)化頻率資源的使用效率。 (5) 減小MS的功率消耗和全局干擾電平。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2. 切換的分類切換的分類1) 按照切換目的分類 按照切換目的不同，可將切換分為救援切換、邊緣切換和業(yè)務(wù)量切換三種類型。救援切換是指移動用戶在通信過程中由于移動而離開正在服務(wù)的蜂窩小區(qū)所產(chǎn)生的切換。邊緣切換是指系統(tǒng)為優(yōu)化干擾電平，提高傳輸服務(wù)質(zhì)量，改變?yōu)橐苿佑脩舴?wù)的蜂窩小區(qū)而引起的切換。業(yè)務(wù)量切換是指正在服務(wù)的蜂窩小區(qū)內(nèi)發(fā)生擁塞，而鄰近蜂窩小區(qū)較空閑時將部分業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換到鄰近小區(qū)所進行的切換。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2) 按照通信鏈路

57、的建立方式分類當(dāng)一次切換過程被觸發(fā)后，通信將被轉(zhuǎn)接到新的鏈路上，建立新的信道，同時，將原來的通信信道釋放。按照新的通信鏈路的建立方式，可以將切換類型分為硬切換、軟切換、更軟切換和接力切換等。 (1) 硬切換。 硬切換是指不同頻率的BS或扇區(qū)之間的切換。在硬切換情況下，MS在同一時刻只占用一個無線信道。MS必須在指定時間內(nèi)，先中斷與原基站的聯(lián)系，調(diào)諧到新的頻率，再與新BS建立聯(lián)系，在切換過程中可能會發(fā)生通信短時中斷。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)硬切換主要用于GSM系統(tǒng)，其主要優(yōu)點是同一時刻MS只使用一個無線信道；缺點是通信過程會出現(xiàn)短時的傳輸中斷，如在GSM系統(tǒng)中，硬切換時通信會有200 ms左右的

58、中斷時間。因此，硬切換在一定程度上會影響通話質(zhì)量。由于硬切換采用“先斷開，后切換”的方式，因此如果在通信中斷時間內(nèi)受到干擾或切換參數(shù)設(shè)置不合理等因素的影響，則將會導(dǎo)致切換失敗，引起掉話。當(dāng)硬切換區(qū)域面積狹窄時，會出現(xiàn)新基站與原基站之間來回切換的“乒乓效應(yīng)”，影響業(yè)務(wù)信道的傳輸。此外，如果切換所用到的參數(shù)需要MS進行測量，則切換所用到的數(shù)據(jù)都是通過無線接口傳送到網(wǎng)絡(luò)的，這明顯加重了無線接口的負荷。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(2) 軟切換。 軟切換是指同一頻率不同BS之間的切換。在軟切換過程中，兩條鏈路及對應(yīng)的兩個通信數(shù)據(jù)流在一個相對較長的時間內(nèi)同時被激活，直到MS進入新BS并測量到新BS的傳輸質(zhì)量

59、滿足指標(biāo)要求后，才斷開與原BS的連接。不論是從MS的角度，還是從網(wǎng)絡(luò)的角度來看，兩條鏈路傳輸?shù)亩际窍嗤耐ㄐ艛?shù)據(jù)流，這保證了通信不會發(fā)生中斷。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)軟切換采用“先建后斷”的方式，MS只有在取得與新BS的連接之后，才會中斷與原BS的聯(lián)系，因此在切換過程中沒有中斷，不會影響通話質(zhì)量。由于軟切換是在頻率相同的BS間進行的，在兩個BS(或多個BS)覆蓋區(qū)的交界處，MS同時與多個BS通信，起到前向業(yè)務(wù)信道和反向業(yè)務(wù)信道多徑分集的作用，因而可大大減少切換造成的掉話。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)另外，由于軟切換中MS和BS均采用了分集接收技術(shù)，有抵抗衰落的能力，同時通過反向功率控制，可以使MS

60、的發(fā)射功率降至最小，從而降低了 MS對系統(tǒng)的干擾。進入軟切換區(qū)域的MS即使不能立即得到與新BS的鏈路，也可以進入切換等待的排列，從而減少了系統(tǒng)的阻塞率。但是，軟切換同時也存在占用信道資源較多和信令復(fù)雜的問題，因此導(dǎo)致系統(tǒng)負荷加重、下行鏈路干擾增加、設(shè)備投資和系統(tǒng)背板的復(fù)雜程度增加等缺點。第4章 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(3) TD-SCDMA系統(tǒng)的接力切換。 TD-SCDMA系統(tǒng)采用的是一種基于智能天線的接力切換方式。所謂接力切換，就是指移動用戶在向另一個基站覆蓋區(qū)移動的過程中，由于基站使用的是智能天線技術(shù)，因此系統(tǒng)可以估計用戶的波束方向(DOA，Direction Of Arrival)信息。同時，