移動通信課件：07次課 第03章 組網(wǎng)技術(shù)基礎-3_

1、7-1數(shù)字移動通信Digital Mobile CommunicationBTS總體方案設計報告Digital Mobile Communication數(shù)字移動通信3-2數(shù)字移動通信第3章組網(wǎng)技術(shù)基礎3-3要求與重點掌握多用戶信道共用的基本思路，理解多用戶信道共用時系統(tǒng)容量的計算方法；掌握越區(qū)切換和位置管理的原理，了解越區(qū)切換的基本工作情況。理解信令的作用和分類；難點：多用戶信道共用、越區(qū)切換準則重點：多信道共用容量計算、位置更新3-4本節(jié)課的問題問題：多用戶信道共用？系統(tǒng)的移動性管理？3-5思考奧運鳥巢最多可以容納10萬人，這時網(wǎng)絡所能提供的可用信道數(shù)遠遠小于用戶數(shù)，這些用戶要如何共用有限的

2、信道資源呢？3-63.5 多信道共用技術(shù) 多信道共用（中繼）：由網(wǎng)內(nèi)的大量用戶共享相對較小數(shù)量的無線信道 19世紀末由丹麥數(shù)學家愛爾蘭提出 現(xiàn)在用他的名字作為話務量強度的單位 共用的基本概念 按需分配（1）當用戶提出服務要求時，系統(tǒng)為其分配信道（2）當用戶不需要服務時，信道被釋放3-73.5 多信道共用技術(shù) 問題的提出：M個用戶，n個信道 若無空閑信道，則新用戶被阻塞或需要排隊等待服務 Mn不存在阻塞 Mn存在阻塞 思考：M與n是怎樣的關系才合理呢？3-83.5 多信道共用技術(shù)基本思路：根據(jù)用戶的統(tǒng)計特性來設計系統(tǒng)容量使用固定數(shù)量的信道為大量的、隨機數(shù)量的用戶提供服務。在信道數(shù)量和呼叫阻塞概率

3、之間進行折衷。3-93.5.1 話務量與呼損一、話務量的定義 度量話音通信中業(yè)務量的大小 單位時間內(nèi)的電話交換量 單位小時的呼叫小時或單位分鐘的呼叫分鐘請求速率（C）：單位時間內(nèi)的平均呼叫次數(shù)保持時間（t0） ：每次呼叫平均占用信道的時間3-10一、話務量的定義舉例：設在100個信道上，平均每小時有2100次呼叫，平均每次呼叫時間為2分鐘，則這些信道上的呼叫話務量為思考：一個信道所能完成的最大話務量是多少？3-11 呼損率（B）：由于無信道可用而造成呼叫失敗的概率 為呼叫成功的話務量， 為一個小時內(nèi)呼叫成功的通話次數(shù)二、呼損率呼損率反映了什么？3-12 服務等級（GoS） 呼損率越小，成功呼叫

4、概率越大，用戶越滿意。 呼損率也稱為服務等級。 可用來衡量最忙情況下用戶進入系統(tǒng)的能力。二、呼損率主要考慮兩個問題：確定用戶在忙時接入系統(tǒng)被阻塞的概率。確定符合GoS所需要的最大話務量。3-13 愛爾蘭公式假設呼叫具有以下性質(zhì)：（1）每次呼叫相互獨立，互不相關，且達到時間服從泊松分布；（2）呼叫請求的達到無記憶性；用戶占用信道的時間服從指數(shù)分布；可用信道數(shù)為n。二、呼損率利用查表法或查圖法得到總呼叫話務量A！3-14 忙時話務量：一天中最忙的那個小時中每個用戶的平均話務量 一天中不同時段的話務量是有區(qū)別的 考慮通信系統(tǒng)的用戶數(shù)和信道數(shù)時，采用忙時平均話務量 集中系數(shù)（K） 忙時話務量與全日話務

5、量之比 一般取7%15%三、每個用戶忙時話務量（Aa）3-15 忙時話務量 C：每一用戶每天平均呼叫次數(shù) T：每次呼叫平均占用信道時間（單位為s） K：忙時集中系數(shù)三、每個用戶忙時話務量（Aa）問題系統(tǒng)到底能容納多少用戶數(shù)還記得系統(tǒng)容量的定義嗎？一定頻段內(nèi)所能提供的信道數(shù)或用戶的最大數(shù)目或系統(tǒng)輸入話務總量。上次課用一定頻段內(nèi)所能提供的信道數(shù)來表示系統(tǒng)容量，用符號C來表示。這次課用系統(tǒng)所能夠用戶的最大數(shù)目或系統(tǒng)輸入話務總量3-16問題系統(tǒng)到底能容納多少用戶數(shù)通過前面分析的幾個參數(shù)呼損率信道數(shù)每個用戶忙時的話務量系統(tǒng)到底能容納多少用戶數(shù)呢？求解的思路是什么呢？3-173-183.5.2 多信道共用

6、的容量和信道利用率由呼損率B和信道數(shù)n，確定系統(tǒng)可支持的總呼叫話務量A系統(tǒng)所能容納的用戶數(shù)M每個信道所能容納的用戶數(shù) m3-193.5.2 多信道共用的容量和信道利用率 信道利用率：每個信道平均完成的話務量思考： 不同的信道分配方式，對信道利用率有何影響？3-203.5.2 多信道共用的容量和信道利用率 舉例：當呼損率為1%時，10個信道所支持的話務量與2組5個信道以及10組單個信道支持的話務量一樣嗎？ 10個信道所支持的話務量為4.46 Erlangs 2組5個信道可支持的話務量為21.36 = 2.72 Erlangs10組單個信道可支持的100.01 0.1 Erlangs 信道分組方式

7、影響系統(tǒng)能支持的用戶數(shù)量動態(tài)信道分配和信道借用策略能提高系統(tǒng)容量的原因3.5.2 多信道共用的容量和信道利用率舉例：某移動通信系統(tǒng)一個無線小區(qū)有10個信道，每天每個用戶平均呼叫次數(shù)為15次，每次占用信道平均時間為80s，呼損率要求10，忙時集中系數(shù)為0.1。問該無線小區(qū)能容納多少用戶？（1）查表，A7.551 Erlangs（2）每個用戶的忙時話務量0.033Erl/用戶（3）系統(tǒng)能容納的用戶數(shù)3-213-22蜂窩移動通信成功通信包括三個階段：呼叫建立消息傳輸釋放3.8 系統(tǒng)的移動性管理3-23通信網(wǎng)絡最基本的任務：建立始呼與被呼之間的連接 識別被呼用戶 定位用戶所在位置 建立網(wǎng)絡到用戶的路由

8、連接 通話過程中維持連接 通話結(jié)束，拆除連接3.8 系統(tǒng)的移動性管理在此過程中的有哪些問題需要解決？3-24 在移動通信網(wǎng)中，建立一個呼叫連接需要解決三個問題 用戶所在的位置 用戶識別 用戶所需提供的服務3.8 系統(tǒng)的移動性管理3-253.8 系統(tǒng)的移動性管理 基站如何找手機？ “動中通”？3-26一、位置更新位置更新與“打電話報平安” 你在外面晃悠，家里希望有事的時候能夠找到你，所以你最好到了一個新的地方就給家里打電話，同樣，手機到了一個新地方也要報告給基站，這就是“正常位置更新”。問題：怎么劃分“新地方”？ 怎么知道到了“新地方”？3-27數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)基本網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)3-28數(shù)

9、字蜂窩移動通信網(wǎng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)2G 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)3-29數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)3G 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)3-30 移動交換中心（MSC） 完成話音接續(xù)功能，包括被叫用戶所在地查詢與尋呼、信道的分配、話務量控制以及計費等功能 作為網(wǎng)絡核心，配合HLR/AUC完成移動用戶位置登記、自動漫游、合法性檢查 配合BSC完成跨BSC的切換，以及通過信令來指示無線信道的建立和釋放 提供面向固定網(wǎng)的接口功能數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)3-31一、位置更新怎樣劃分“新地方”？ 位置區(qū)的概念 位置區(qū)是隨著蜂窩通信的發(fā)展而產(chǎn)生的，在模擬通信時代是沒什么位置區(qū)的概念的，一個MSC包打天下。如果要尋找一臺“大哥大”，那么就在該MSC

10、下所有的基站下發(fā)尋呼消息來找該手機。問題：系統(tǒng)負荷大解決：劃分位置區(qū)，分片尋呼3-32移動通信網(wǎng) 若干服務區(qū) 若干MSC區(qū) 若干位置區(qū) 若干基站小區(qū)一、位置更新3-33一、位置更新位置更新與“打電話報平安” 手機通過偵聽廣播消息得知自己所在的位置區(qū)，如果位置區(qū)發(fā)生了變化，則主動聯(lián)系無線網(wǎng)絡，上報自己所在的位置。終端主動報告位置變更 問題：位置更新信息存哪兒？3-34數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)3-35一、位置更新位置更新與“打電話報平安” 無線網(wǎng)絡收到手機發(fā)來的位置變更消息后，就把它記載在數(shù)據(jù)庫中，這個數(shù)據(jù)庫稱為位置寄存器。 無線網(wǎng)絡收到對該手機的被叫請求后，就首先查找位置寄存器，確定手機當前

11、所處的位置區(qū)，再將被叫的請求發(fā)送到該位置區(qū)的基站，由這些基站對手機進行尋呼。位置區(qū)下面管理多少個小區(qū)（基站）？3-36一、位置更新兩個位置寄存器 -原籍位置寄存器（HLR） 訪問位置寄存器（VLR）原籍位置寄存器（HLR）：負責移動臺數(shù)據(jù)庫管理用戶參數(shù)信息：向用戶提供的服務，用戶的各種號碼，識別碼，用戶的保密參數(shù)；用戶位置信息：移動漫游號碼，VLR地址，呼叫路由。3-37 訪問位置寄存器（VLR）：存儲用戶位置信息的動態(tài)數(shù)據(jù)庫，往往和MSC合并在一個設備實體中 漫游用戶必須向與漫游地點MSC相關的VLR登記。向漫游用戶分配移動用戶漫游號碼，并通知該用戶的HLR。 已經(jīng)有了HLR還要VLR干什么

12、呢？一、位置更新3-38一、位置更新兩個位置寄存器 -原籍位置寄存器（HLR） 訪問位置寄存器（VLR） 用戶資料信息很多，在其它位置區(qū)時，如果每次呼叫都要去注冊地所在的HLR中把用戶資料弄過來，太麻煩，因此有了VLR，用戶由一個位置區(qū)進入另外一個時，從HLR中下載新的數(shù)據(jù)到VLR中，并刪除前一個VLR的信息?？梢詫LR理解為HLR的本地緩存3-39不同MSC/VLR不同位置區(qū)的位置更新 小區(qū)1小區(qū)3小區(qū)2小區(qū)4位置區(qū)1位置區(qū)2BSCBSCMSCVLRMSCVLRHLR(1) MS向MSC發(fā)送“位置更新請求”(1)(2)(2) MSC向客戶的HLR發(fā)送“位置更新請求”(3) HLR回送“位置

13、更新接受”(3)(4)(4) MSC 對VLR中該客戶的IMSI作標記，并向MS回送“位置更新證實”(5)(5) HLR通知原來的MSC刪除VLR中有關該MS的客戶數(shù)據(jù) 3-40一、位置更新位置更新與“打電話報平安” 你在外面晃悠，就算地方?jīng)]有變，但是隔段時間也要給家里打電話，免得家里擔憂，同樣，手機也要周期性向系統(tǒng)匯報所在位置，這叫“周期性位置”。3-41一、位置更新位置更新與“打電話報平安” 位置變更消息還有個時效性問題。有時候你手機所處的位置區(qū)并沒有變更，但網(wǎng)絡也無法找到你，比如手機沒電、SIM卡被拔出。或者是手機位置發(fā)生了變化，但是網(wǎng)絡無法得知，比如進入了無信號區(qū)。 因此要求手機每隔一

14、段時間，都要向網(wǎng)絡匯報位置。3-42一、位置更新位置更新與“打電話報平安” 手機周期性向系統(tǒng)匯報所在位置。逾時未報的，就把它當成了“網(wǎng)絡不可及”，直到收到它的下一次位置更新再改變狀態(tài)。周期性更新（圖示為30分鐘后） 特殊事件：手機沒電，沒信號，下電池，關機3-43一、位置更新新問題：手機關機問題？ “周期性匯報”無法有效解決手機關機問題！ 解決思路：開關機的時候都通知網(wǎng)絡一聲。關機時，用戶向網(wǎng)絡發(fā)送“分離處理請求”，這一信息存在VLR上（不發(fā)送給HLR）。開機時，如果通過接收系統(tǒng)消息發(fā)現(xiàn)開機時的位置區(qū)標識已經(jīng)發(fā)生了改變，那么就執(zhí)行正常的位置更新，如果位置區(qū)沒有發(fā)生改變，就向網(wǎng)絡發(fā)送一個“附著”

15、消息，告訴網(wǎng)絡我又回來了，可以呼我了。思考：手機已關機和用戶不在服務區(qū)3-44若A客戶為北京固定網(wǎng)某客戶，B客戶為上海數(shù)字移動某客戶，B客戶已漫游到廣州，A客戶呼叫B客戶流程如下：（5）VLR 把分配給被叫客戶的MSRN號碼回送給HLR，由HLR發(fā)送給GMSCMSCHLRVLR廣州PSTN 公共電話交換網(wǎng)MSC 移動交換中心HLR 原籍位置寄存器VLR 訪問位置寄存器GMSC北京PSTN一、位置更新（1）A客戶撥打B客戶，撥MSISDN(0139H0HlH2H3ABCD)號碼（1）（2）本地交換機根據(jù)A客戶所撥號碼(139)可以與GSM網(wǎng)的GMSC間建立鏈路，并將B客戶號碼傳送給GMSC（2）

16、（3）GMSC根據(jù)H0HlH2H3ABCD，向B客戶的HLR發(fā)MSISDN號碼，詢問B客戶漫游號碼(MSRN)（3）（4）HLR將B客戶MSISDN號碼轉(zhuǎn)換為客戶識別碼(IMSI)，查詢B客戶目前所在的業(yè)務區(qū)MSC，向該區(qū)VLR發(fā)被叫的IMSI，請求VLR分配給被叫客戶一個漫游號碼MSRN（4）（5）（6）GMSC有了MSRN，就可以把入局呼叫接到B客戶所在的MSC (北京-廣州)（6）（7）VLR查出被叫客戶的位置區(qū)識別碼(LAI)之后，MSC將尋呼消息發(fā)送給位置區(qū)內(nèi)所有的BTS，由這些BTS在整個位置區(qū)覆蓋范圍內(nèi)進行廣播尋呼（8）守候的空閑MS接收到此尋呼消息，識別出其IMSI碼后，發(fā)送應

17、答響應，并建立通信連接，通信過程中采用TMSI號碼上海3-45二、越區(qū)切換越區(qū)切換 切換，是指將一個正處于呼叫建立狀態(tài)或者通話狀態(tài)的MS轉(zhuǎn)換到新的業(yè)務信道上的過程。3-46二、越區(qū)切換越區(qū)切換與“空中接力” 足球比賽中的“空中接力”要考慮的因素是很多的，來球的方向、高度和力度等等，隊員在一瞬間要根據(jù)球場上瞬息萬變的形式作出準確的判決。 同樣越區(qū)切換也是件麻煩事情，空中接力要求球不能落地，切換要求不能掉話，考慮的因素一樣復雜。 什么時候由誰確定進行切換？如何切換？3-47二、越區(qū)切換 由誰決定是否切換？MS？ 切換的決定者不是MS本身，而是網(wǎng)絡。MS只有對本身信號質(zhì)量以及接收電平進行測量并上報給

18、網(wǎng)絡的權(quán)力，至于要不要進行切換，那是網(wǎng)絡考慮的事情。MS需要做點什么呢？3-48二、越區(qū)切換越區(qū)切換控制策略：1. 移動臺：選擇具有可用業(yè)務信道的最佳候選基站，并發(fā)送越區(qū)切換請求。2網(wǎng)絡控制：網(wǎng)絡要求所有基站都監(jiān)測移動臺信號，并將結(jié)果報告網(wǎng)絡，網(wǎng)絡確定后通知基站與移動臺3移動臺輔助控制：網(wǎng)絡要求移動臺監(jiān)測所有基站的信號，并將結(jié)果報告舊基站，網(wǎng)絡根據(jù)測試結(jié)果決定何時切換及切換至哪一個基站。3-49二、越區(qū)切換網(wǎng)絡控制切換（NCHO）網(wǎng)絡決定何時進行切換基站監(jiān)聽來自移動臺的信號的強度和質(zhì)量網(wǎng)絡利用多個基站對所有連接的信號強度進行監(jiān)測MSC決定何時進行切換網(wǎng)絡信令負荷較重，基站的資源有限，造成切換時

19、間較長。切換時間第1代模擬系統(tǒng)：10s3-50二、越區(qū)切換移動臺輔助切換（MAHO）移動臺檢測周圍來自基站信號的能量將測量的數(shù)據(jù)通知當前提供服務的BS。當從其它基站接收到的信號比當前服務基站的信號高出一定程度或持續(xù)一段時間時，開始進行切換。使用MAHO降低了需要的切換時間切換的檢測由每個移動臺完成。適用于切換頻繁的場合。 切換時間第2代數(shù)字系統(tǒng)：1-2s3-51二、越區(qū)切換切換過程 發(fā)起：移動臺和基站都可以根據(jù)信號的強弱來決定是否需要進行切換，并準備進入切換處理。 資源預留：預留分配切換所需要的資源（切換優(yōu)先于呼叫請求）。 執(zhí)行：進行切換，移動臺使用新分配的資源。 完成：舊資源被釋放。 3-5

20、2二、越區(qū)切換什么時候需要切換？ 根據(jù)移動臺接收的平均信號強度，或信噪比（信干比）、誤比特率等參數(shù)來確定。 重要的切換參數(shù)切換的門限電平。3-53二、越區(qū)切換越區(qū)切換的準則（1）相對信號強度準則（準則1） 在任何時候都選擇具有最強接收信號的基站。 缺點：在原基站的信號強度仍滿足要求的情況下，會引發(fā)不必要的越區(qū)切換。3-54二、越區(qū)切換越區(qū)切換的準則（2）具有門限規(guī)定的相對信號強度準則（準則2） 僅允許移動用戶在當前基站的信號低于門限，且新的基站強于本基站的信號情況下，才進行越區(qū)切換。 門限選擇很重要？太高會怎么樣？太低呢？如果太高，則與準則1相同，若太低，則可能會因鏈路質(zhì)量較差而導致通信中斷。

21、3-55二、越區(qū)切換越區(qū)切換的準則（3）具有滯后余量的相對信號強度準則（準則3） 僅允許移動用戶在新的基站的信號強度比原基站信號強度強很多（即大于滯后余量）的情況下才進行越區(qū)切換。 防止“乒乓效應”。3-56二、越區(qū)切換越區(qū)切換的準則（4）具有門限規(guī)定和滯后余量的相對信號強度準則（準則4） 僅允許移動用戶在當前基站的信號強度低于規(guī)定門限并且新基站的信號強度高于當前基站一個給定滯后余量時進行越區(qū)切換。3-57二、越區(qū)切換越區(qū)切換與“空中接力” 如何切換？硬切換：先切斷與原有基站的聯(lián)系，再接入新的基站軟切換：當徹底進入某個基站的覆蓋區(qū)域后，才斷開與另一基站的聯(lián)系軟切換維持舊的連接，同時建立新的連接

22、。移動在進入新小區(qū)后仍然使用原來的信道。與硬切換不同，軟切換不是物理上的變化，新的基站在同一信道上對移動臺進行控制。移動臺在切換過程中可以同時和多個基站進行通信，并利用新舊連接的分集合并來改善通信質(zhì)量。當與新基站建立可靠連接之后再中斷舊連接。二、越區(qū)切換3-59 信令是與通信有關的一系列控制信號 作用：保證用戶信息有效且可靠地傳輸 意義：決定了一個通信網(wǎng)絡為用戶提供服務的能力和質(zhì)量 信令分兩種 接入信令：用戶到網(wǎng)絡結(jié)點間的信令 網(wǎng)絡信令：網(wǎng)絡結(jié)點之間的信令 3.7 信令3-60一、信令定義信令與“指揮控制系統(tǒng)” 貝爾發(fā)明了電話，史端喬發(fā)明了交換機，電話加交換機就可以組成一個通信網(wǎng)了，這樣的網(wǎng)絡

23、能運作起來么？ 光有物理設備還不夠，得發(fā)明一整套指揮系統(tǒng)來控制這些設備本身以及上面跑來跑去的比特流，才能完成正常的通信。通信系統(tǒng)的控制指令就稱為信令，通信網(wǎng)的指揮與控制系統(tǒng)就是信令網(wǎng)。3-61二、信令分類按傳送的通道分：隨路信令和共路信令 所有車混著跑有專門的信令信道信令和話音在一個信道上傳送公車專用通道3-62二、信令分類按功能分：線路信令、路由信令和管理信令 監(jiān)察員線路信令完成功能監(jiān)視車輛狀況，違章？超速？具有監(jiān)視功能，用來監(jiān)視主被叫的摘掛機狀態(tài)及設備的閑忙等調(diào)度員路由信令完成功能給司機合適的道路指向，怎么走最近?具有選擇功能，通常通過分析被叫號碼來選擇合適的路由交警管理信令完成功能進行管理工作的，哪車禍了，路堵了，疏導車輛具有操作