組網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用教學(xué)講義

1、組網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用教學(xué)講義2022-4-122背景背景 陸地移動通信技術(shù)包括陸地移動通信技術(shù)包括無線鏈路級技術(shù)無線鏈路級技術(shù)保證信息在移動過程中可靠傳輸?shù)母鞣N技術(shù)保證信息在移動過程中可靠傳輸?shù)母鞣N技術(shù)支持多用戶同時(shí)接入的多址技術(shù)支持多用戶同時(shí)接入的多址技術(shù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)級技術(shù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)級技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù)各種無線資源管理技術(shù)各種無線資源管理技術(shù)移動性管理移動性管理支持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)的各種協(xié)議支持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)的各種協(xié)議2022-4-123背景背景 陸地移動通信系統(tǒng)主要包括陸地移動通信系統(tǒng)主要包括 陸地蜂窩移動通信系統(tǒng)陸地蜂窩移動通信系統(tǒng) GSM、CDMA 集群調(diào)度移動通信系統(tǒng)集群調(diào)度移動通信系

2、統(tǒng) 無繩無繩 系統(tǒng)系統(tǒng) PHS 無線尋呼系統(tǒng)等無線尋呼系統(tǒng)等 下面主要講述陸地蜂窩移動通信系統(tǒng)下面主要講述陸地蜂窩移動通信系統(tǒng)2022-4-124蜂窩的基本概念蜂窩的基本概念 蜂窩通信的重要特征：蜂窩通信的重要特征：低功率的發(fā)射機(jī)和小的覆蓋范圍低功率的發(fā)射機(jī)和小的覆蓋范圍頻率再用頻率再用切換和中央控制切換和中央控制小區(qū)分裂可用于增加容量小區(qū)分裂可用于增加容量 蜂窩類型蜂窩類型巨區(qū)（巨區(qū)（Huge)Huge)、宏區(qū)、宏區(qū)(Macro)(Macro)、微區(qū)、微區(qū)(Micro)(Micro)、微微區(qū)、微微區(qū)(Pico)(Pico) 、分層、分層蜂窩結(jié)構(gòu)（蜂窩結(jié)構(gòu)（HCS） 小區(qū)群（簇，小區(qū)群（簇，c

3、luster）:一組相鄰使用不同頻率的小區(qū)一組相鄰使用不同頻率的小區(qū) 頻率再用因子頻率再用因子N：一個(gè)小區(qū)群中小區(qū)數(shù)：一個(gè)小區(qū)群中小區(qū)數(shù) 對對FDMA、TDMA存在共道（同頻）干擾存在共道（同頻）干擾2022-4-125Cells and SectorsCellCellCellCell2022-4-126Cells and SectorsCellCellCellCellCellCell2022-4-127Cells and SectorsSectorSectorSectorCell2022-4-128Frequency Reusein FDMA and TDMA Systems2022-4-1

4、29Frequency Reuse Pattern of N=412341234123412342022-4-1210Frequency Reuse Pattern of N=72022-4-1211同頻干擾同頻干擾 同頻再用比同頻再用比 q： 小區(qū)半徑小區(qū)半徑(R)和相距最近的同頻小區(qū)中心間距離和相距最近的同頻小區(qū)中心間距離(D) 只考慮第一層干擾，同頻信號干擾比：只考慮第一層干擾，同頻信號干擾比： 為傳播損耗傾斜率為傳播損耗傾斜率 若若 =4則：則： q的值越小，則容量越大的值越小，則容量越大 但是，但是，q值增大值增大, 同頻干擾減小，傳輸性能提高同頻干擾減小，傳輸性能提高 3NRDq6

5、)(61qqIS1)(6ISq 423SNI2022-4-1212FDMA/TDMA小區(qū)容量小區(qū)容量 每個(gè)小區(qū)的信道數(shù)每個(gè)小區(qū)的信道數(shù)K為：為： Bt為系統(tǒng)帶寬為系統(tǒng)帶寬 Bc為等效每個(gè)信道帶寬為等效每個(gè)信道帶寬 N為頻率再用因子，即小區(qū)群的小區(qū)數(shù)為頻率再用因子，即小區(qū)群的小區(qū)數(shù) M為整個(gè)系統(tǒng)帶寬提供的信道數(shù)為整個(gè)系統(tǒng)帶寬提供的信道數(shù) C/I為接收機(jī)的信噪比為接收機(jī)的信噪比)/(32/ICMNBBKct2022-4-1213CDMA小區(qū)容量小區(qū)容量 DSCDMA系統(tǒng)的容量依賴于處理增益（W/Rb），每個(gè)比特能量對于干擾的比（Eb/N0），話音負(fù)荷周期d，全向頻率再用效率F 和扇區(qū)數(shù)G 頻率再用

6、效率F表示相鄰?fù)l小區(qū)的影響FGdNERWmbb102022-4-1214小區(qū)分裂小區(qū)分裂ABCDEFGGBFGEFDECDBCEFBGCD2022-4-1215無線資源管理無線資源管理 無線資源無線資源基站、扇區(qū)、頻率、時(shí)間、碼道和功率等基站、扇區(qū)、頻率、時(shí)間、碼道和功率等不同的移動通信系統(tǒng)具有不同的無線資源組合不同的移動通信系統(tǒng)具有不同的無線資源組合 無線資源管理的目標(biāo)無線資源管理的目標(biāo)在有限無線資源條件下，進(jìn)行資源調(diào)整，為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)無線在有限無線資源條件下，進(jìn)行資源調(diào)整，為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)無線用戶終端提供業(yè)務(wù)質(zhì)量保證用戶終端提供業(yè)務(wù)質(zhì)量保證提高系統(tǒng)容量和利用效率提高系統(tǒng)容量和利用效率基本出發(fā)點(diǎn)是在各種

7、條件變化等情況下，靈活分配和動基本出發(fā)點(diǎn)是在各種條件變化等情況下，靈活分配和動態(tài)調(diào)整無線傳輸部分和網(wǎng)絡(luò)的可用資源，最大程度地提態(tài)調(diào)整無線傳輸部分和網(wǎng)絡(luò)的可用資源，最大程度地提高無線頻譜利用率高無線頻譜利用率2022-4-1216無線資源管理無線資源管理 無線資源管理根據(jù)具體目標(biāo)的不同，分為無線資源管理根據(jù)具體目標(biāo)的不同，分為 面向網(wǎng)絡(luò)的無線資源管理面向網(wǎng)絡(luò)的無線資源管理 接入控制接入控制 負(fù)載控制負(fù)載控制 面向連接的無線資源管理面向連接的無線資源管理 切換控制切換控制 功率控制功率控制 速率控制速率控制 鏈路自適應(yīng)技術(shù)鏈路自適應(yīng)技術(shù) 無線資源的分配和調(diào)度無線資源的分配和調(diào)度 小區(qū)間動態(tài)信道分配

8、小區(qū)間動態(tài)信道分配 小區(qū)內(nèi)動態(tài)信道分配小區(qū)內(nèi)動態(tài)信道分配 一個(gè)物理信道內(nèi)的調(diào)度一個(gè)物理信道內(nèi)的調(diào)度2022-4-1217切換切換n切換是使移動臺的一個(gè)呼叫進(jìn)程在小區(qū)之間移動時(shí)能夠繼續(xù)切換是使移動臺的一個(gè)呼叫進(jìn)程在小區(qū)之間移動時(shí)能夠繼續(xù)的過程。切換可以基于接收的信號強(qiáng)度或的過程。切換可以基于接收的信號強(qiáng)度或S/I值（在終端、值（在終端、RS、或兩者的測量），或基于網(wǎng)絡(luò)資源管理的需要。切換過程、或兩者的測量），或基于網(wǎng)絡(luò)資源管理的需要。切換過程可能涉及終端的注冊和鑒權(quán)。切換被分為硬切換和軟切換。可能涉及終端的注冊和鑒權(quán)。切換被分為硬切換和軟切換。n軟切換是當(dāng)移動終端的通信被連到另一個(gè)目標(biāo)的無線端口

9、時(shí)軟切換是當(dāng)移動終端的通信被連到另一個(gè)目標(biāo)的無線端口時(shí)，不需要中斷與當(dāng)前服務(wù)的無線端口的通信。在軟切換中，不需要中斷與當(dāng)前服務(wù)的無線端口的通信。在軟切換中，移動終端可以同時(shí)與兩個(gè)無線端口通信。移動終端可以同時(shí)與兩個(gè)無線端口通信。n硬切換是移動終端被連接到非相鄰的無線系統(tǒng)、不同的頻率硬切換是移動終端被連接到非相鄰的無線系統(tǒng)、不同的頻率分配、或不同的空中接口特性或技術(shù)。硬切換在空中接口是分配、或不同的空中接口特性或技術(shù)。硬切換在空中接口是先斷后通的過程。先斷后通的過程。2022-4-1218切換切換n切換的基本步驟切換的基本步驟n搜索相鄰小區(qū)、扇區(qū)搜索相鄰小區(qū)、扇區(qū)n監(jiān)視觸發(fā)切換的條件監(jiān)視觸發(fā)切換

10、的條件n建立新的業(yè)務(wù)和控制信道建立新的業(yè)務(wù)和控制信道n釋放舊的業(yè)務(wù)和控制信道釋放舊的業(yè)務(wù)和控制信道n要求要求n盡可能少的出現(xiàn)，以減少資源的占用盡可能少的出現(xiàn)，以減少資源的占用n盡可能少的影響用戶正在使用的業(yè)務(wù)盡可能少的影響用戶正在使用的業(yè)務(wù)n接納切換的策略接納切換的策略n視為初始呼叫視為初始呼叫n比初始呼叫更優(yōu)先比初始呼叫更優(yōu)先2022-4-1219移動性管理移動性管理n注冊（登記）注冊（登記）n移動臺（移動臺（MS）注冊是將）注冊是將MS的特征如位置或狀態(tài)報(bào)告給網(wǎng)絡(luò)。的特征如位置或狀態(tài)報(bào)告給網(wǎng)絡(luò)。MS和和網(wǎng)絡(luò)均可以發(fā)起注冊網(wǎng)絡(luò)均可以發(fā)起注冊n注冊是注冊是MS通知服務(wù)提供者它的存在和希望得到服

11、務(wù)。無線系統(tǒng)（通知服務(wù)提供者它的存在和希望得到服務(wù)。無線系統(tǒng)（RS）通知移動交換中心（）通知移動交換中心（MSC）和所需要的其它網(wǎng)絡(luò)單元。）和所需要的其它網(wǎng)絡(luò)單元。MSC和其它網(wǎng)絡(luò)單元完成需要的注冊功能和其它網(wǎng)絡(luò)單元完成需要的注冊功能n當(dāng)當(dāng)MS穿越一個(gè)或多個(gè)服務(wù)商的區(qū)域時(shí)也發(fā)生注冊。作為穿越一個(gè)或多個(gè)服務(wù)商的區(qū)域時(shí)也發(fā)生注冊。作為MS的地理的地理位置被注冊后，網(wǎng)絡(luò)可以給它傳遞呼叫位置被注冊后，網(wǎng)絡(luò)可以給它傳遞呼叫n漫游漫游n當(dāng)移動用戶離開登記注冊的當(dāng)移動用戶離開登記注冊的HLR進(jìn)入其他進(jìn)入其他HLR時(shí)稱為漫游時(shí)稱為漫游2022-4-1220安全性管理安全性管理 無線信號通過空中傳播開放式環(huán)境，

12、信號可以被截獲，竊聽，信息泄無線信號通過空中傳播開放式環(huán)境，信號可以被截獲，竊聽，信息泄漏漏 ( (移動商務(wù)移動商務(wù)) ) 安全管理對網(wǎng)絡(luò)、承載和信令信道的保密性、用戶數(shù)據(jù)的安全性、用安全管理對網(wǎng)絡(luò)、承載和信令信道的保密性、用戶數(shù)據(jù)的安全性、用戶授權(quán)和戶授權(quán)和PCSPCS業(yè)務(wù)提供者之間的內(nèi)部可操作性進(jìn)行處理業(yè)務(wù)提供者之間的內(nèi)部可操作性進(jìn)行處理 網(wǎng)絡(luò)和終端共同操作支持用戶鑒權(quán)和信息加密網(wǎng)絡(luò)和終端共同操作支持用戶鑒權(quán)和信息加密 鑒權(quán)：確認(rèn)用戶具有的各種權(quán)利鑒權(quán)：確認(rèn)用戶具有的各種權(quán)利 用戶對基站鑒權(quán)用戶對基站鑒權(quán) 基站對終端鑒權(quán)基站對終端鑒權(quán) 基站對用戶鑒權(quán)基站對用戶鑒權(quán) 基站用戶相互鑒權(quán)基站用戶

13、相互鑒權(quán) 加密：對信息進(jìn)行加擾，防止第三者竊聽加密：對信息進(jìn)行加擾，防止第三者竊聽 原始信息加密原始信息加密 空中傳輸信息加密空中傳輸信息加密 使用使用TMSI2022-4-1221網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)MSBTS BSCMSCEIRHLRAUCVLRMSCPSTNPDNISDNOMC MSMobile Station BSS BTSBase Transceiver Station BSC Base-station controller NSS MSCMobile Switch Center HLRHome Location Register VLRVisitor Location Register

14、 EIREquipment Identity Register OMCOperating Maintenance Center AUCAuthentication Center2022-4-1222網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能 BTS: 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)BTS與移動臺（與移動臺（MS）之間通過空中接口的無線傳輸及相關(guān)的控制）之間通過空中接口的無線傳輸及相關(guān)的控制功能功能 BSC: 信號轉(zhuǎn)換，各種接口的管理，承擔(dān)無線資源和無線參數(shù)的管理信號轉(zhuǎn)換，各種接口的管理，承擔(dān)無線資源和無線參數(shù)的管理 MSC: 路由選擇管理路由選擇管理,計(jì)費(fèi)和費(fèi)率管理計(jì)費(fèi)和費(fèi)率管理,業(yè)務(wù)量管理業(yè)務(wù)量管理 HLR: 對移動臺的數(shù)據(jù)庫

15、進(jìn)行管理，主要功能為：對對移動臺的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，主要功能為：對HLR中登記的移動臺的中登記的移動臺的所有用戶參數(shù)的管理和修改、計(jì)費(fèi)管理、所有用戶參數(shù)的管理和修改、計(jì)費(fèi)管理、VLR的更新的更新 VLR: 漫游用戶的定位和管理的動態(tài)數(shù)據(jù)庫。所謂漫游就是移動用戶在非歸漫游用戶的定位和管理的動態(tài)數(shù)據(jù)庫。所謂漫游就是移動用戶在非歸屬區(qū)得到服務(wù)的能力。屬區(qū)得到服務(wù)的能力。VLR主要功能為：移動臺漫游號的管理、臨時(shí)移動臺主要功能為：移動臺漫游號的管理、臨時(shí)移動臺識別管理、訪問移動臺用戶管理、識別管理、訪問移動臺用戶管理、HLR的更新、通信覆蓋區(qū)域的管理（如基的更新、通信覆蓋區(qū)域的管理（如基站覆蓋區(qū)、站覆蓋

16、區(qū)、MSC無線交換區(qū)等）、無線信道的管理（比如信道分配表、動無線交換區(qū)等）、無線信道的管理（比如信道分配表、動態(tài)信道分配管理等）態(tài)信道分配管理等） EIR: 存儲移動通信設(shè)備的設(shè)備碼，用于確保系統(tǒng)內(nèi)所使用的移動用戶設(shè)備存儲移動通信設(shè)備的設(shè)備碼，用于確保系統(tǒng)內(nèi)所使用的移動用戶設(shè)備的唯一性和安全性的唯一性和安全性 AUC: 存儲用戶的鑒權(quán)信息和加密密鑰，用于防止無權(quán)用戶進(jìn)入系統(tǒng)。存儲用戶的鑒權(quán)信息和加密密鑰，用于防止無權(quán)用戶進(jìn)入系統(tǒng)。AUC屬于屬于HLR的一個(gè)功能單元的一個(gè)功能單元 OMC: 完成完成BSS和和NSS的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和維護(hù)管理的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和維護(hù)管理2022-4-1223網(wǎng)絡(luò)各單元接口網(wǎng)絡(luò)各

17、單元接口BSCBSC與與MSCMSC之間為之間為A A接口；接口；BTSBTS和和BSCBSC之間為之間為AbisAbis接口；接口；BTSBTS和和MSMS之間為之間為UmUm接口接口MSCMSC與與PSTNPSTN之間為之間為AiAi接口；接口；MSCMSC和和VLRVLR之間為之間為B B接口；接口；MSCMSC和和HLRHLR之間為之間為C C接口；接口；HLRHLR和和VLRVLR之間為之間為D D接口；接口；MSCMSC和和MSCMSC之間為之間為E E接口；接口；2022-4-1224Cellular Network Architecture.101001000011001100

18、1110100001000101001000011001100111010000100010 1 00 10 00 01 10 01 10 0 11 10 10 00 01 00 010111001100110011111001010010010T T 1 1 / / E E 1 1T T 1 1 / / E E 1 1T T 1 1 / / E E 1 1T T 1 1 / / E E 1 1P P S S T T N NB B S S C C (w ith B T S )B B T T S SB B T T S SB B T T S S100111002022-4-1225接入信令接入信令 移動通信中：移動臺到基站之間的信令移動通信中：移動臺到基站之間的信令 主要包括呼叫管理、移動管理和無線資源管理主要包括呼叫管理、移動管理和無線資源管理 不同系統(tǒng)有不同的信令不同系統(tǒng)有不同的信令 移動通信的空中接口信令分三個(gè)層次：物