《通信網(wǎng)理論與技術(shù)》課件第4章

第4章移動(dòng)通信網(wǎng)4.1概述4.2GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)4.3CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)4.4集群移動(dòng)通信網(wǎng)4.5無線尋呼網(wǎng)4.6公用無繩電話網(wǎng)4.7IMT-2000第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)4.1概

述

4.1.1移動(dòng)通信網(wǎng)的發(fā)展過程

(1)第一階段從20世紀(jì)20年代至40年代,為早期發(fā)展階段。在這期間,首先在短波幾個(gè)頻段上開發(fā)出專用移動(dòng)通信系統(tǒng),其代表是美國底特律市警察使用的車載無線電系統(tǒng)。該系統(tǒng)工作頻率為2MHz,到40年代提高到30～40MHz,可以認(rèn)為這個(gè)階段是現(xiàn)代移動(dòng)通信的起步階段。其特點(diǎn)是為專用系統(tǒng)開發(fā),工作頻率較低。

(2)第二階段從20世紀(jì)40年代中期至60年代初期。在此期間內(nèi),公用移動(dòng)通信業(yè)務(wù)開始問世。1946年,根據(jù)美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)的計(jì)劃,貝爾系統(tǒng)在圣路易斯城建立了世界上第一個(gè)公用汽車電話網(wǎng),稱為“城市系統(tǒng)”。當(dāng)時(shí)使用三個(gè)頻道,間隔為120kHz,通信方式為單工,隨后,西德(1950年)、法國(1956年)、英國(1959年)等國相繼研制了公用移動(dòng)電話系統(tǒng)。美國貝爾實(shí)驗(yàn)室完成了人工交換系統(tǒng)的接續(xù)問題。這一階段的特點(diǎn)是從專用移動(dòng)網(wǎng)向公用移動(dòng)網(wǎng)過渡,接續(xù)方式為人工,網(wǎng)的容量較小。

(3)第三階段從20世紀(jì)60年代中期至70年代中期。在此期間,美國推出了改進(jìn)型移動(dòng)電話系統(tǒng)(IMTS),使用150MHz和450MHz頻段,采用大區(qū)制、中小容量,實(shí)現(xiàn)了無線頻道自動(dòng)選擇并能夠自動(dòng)接續(xù)到公用電話網(wǎng)。德國也推出了具有相同技術(shù)水平的B網(wǎng)?？梢哉f,這一階段是移動(dòng)通信系統(tǒng)改進(jìn)與完善的階段,其特點(diǎn)是采用大區(qū)制、中小容量,使用450MHz頻段,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)選頻與自動(dòng)接續(xù)。

(4)第四階段從20世紀(jì)70年代中期至80年代中期。這是移動(dòng)通信蓬勃發(fā)展的時(shí)期。1978年底,美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功先進(jìn)移動(dòng)電話系統(tǒng)(AMPS),建成了蜂窩狀移動(dòng)通信網(wǎng),大大提高了系統(tǒng)容量。1983年,首次在芝加哥投入商用。同年12月,在華盛頓也開始啟用。之后,服務(wù)區(qū)域在美國逐漸擴(kuò)大。到1985年3月已擴(kuò)展到47個(gè)地區(qū),約10萬移動(dòng)用戶。其他工業(yè)化國家也相繼開發(fā)出蜂窩式公用移動(dòng)通信網(wǎng)。日本于1979年推出了800MHz汽車電話系統(tǒng)(HAMTS),在東京、大阪、神戶等地投入商用。西德于1984年完成C網(wǎng),頻段為450MHz。英國在1985年開發(fā)出全地址通信系統(tǒng)(TACS),首先在倫敦投入使用,以后覆蓋了全國,頻段為900MHz。法國開發(fā)出450系統(tǒng)。加拿大推出450MHz移動(dòng)電話系統(tǒng)MTS。瑞典等北歐四國于1980年開發(fā)出NMT-450移動(dòng)通信網(wǎng),并投入使用,頻段為450MHz。

(5)第五階段從20世紀(jì)80年代中期開始。這是數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展和成熟的時(shí)期。以AMPS和TACS為代表的第一代蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)是模擬系統(tǒng)。模擬蜂窩網(wǎng)雖然取得了很大成功,但也暴露了一些問題。例如,頻譜利用率低,移動(dòng)設(shè)備復(fù)雜,費(fèi)用較貴,業(yè)務(wù)種類受限制以及通話易被竊聽等,最主要的問題是其容量已不能滿足日益增長的移動(dòng)用戶需求。解決這些問題的方法是開發(fā)新一代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。數(shù)字無線傳輸?shù)念l譜利用率高,可大大提高系統(tǒng)容量。另外,數(shù)字網(wǎng)能提供話音、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)服務(wù),并與ISDN等兼容。4.1.2移動(dòng)通信網(wǎng)的組成蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶與市話用戶、移動(dòng)用戶與移動(dòng)用戶,以及移動(dòng)用戶與長途用戶之間的通信,必須包括無線傳輸、有線傳輸以及信息的收集、處理和存儲(chǔ)等,使用的主要設(shè)備有無線收發(fā)信機(jī)、交換控制設(shè)備和移動(dòng)終端設(shè)備等。圖4.1是典型的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)示意圖。移動(dòng)通信網(wǎng)包括交換網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)、基站分系統(tǒng)和大量移動(dòng)用戶終端,是一個(gè)完整的信息傳輸實(shí)體。移動(dòng)通信服務(wù)是由許多正六邊形小區(qū)組成的,呈蜂窩狀。

移動(dòng)通信網(wǎng)通過接口與公眾通信網(wǎng)互連。

圖

4.1蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)

(1)交換網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)(NSS)。它包括移動(dòng)交換中心(MSC)、拜訪位置寄存器(VLR)、歸屬位置寄存器(HLR)、鑒權(quán)中心(AC)、操作管理中心(OMC)和短消息中心(SME)等部分。它是移動(dòng)通信系統(tǒng)的集中控制與交換中心,也是與公眾網(wǎng)的接口。MSC負(fù)責(zé)交換移動(dòng)臺(tái)(MS)各種類型的呼叫，提供連接維護(hù)管理中心接口，通過標(biāo)準(zhǔn)接口與基站(BS)和其他MSC連接。移動(dòng)交換中心控制的區(qū)域稱為MSC控制區(qū)。MSC還具有支持移動(dòng)臺(tái)越區(qū)切換、

MSC控制區(qū)之間的漫游以及計(jì)費(fèi)功能。

(2)基站分系統(tǒng)(BSS)。它包括一個(gè)基站控制器(BSC)和其控制的若干個(gè)基站收發(fā)信系統(tǒng)(BTS)。它負(fù)責(zé)管理無線資源,實(shí)現(xiàn)固定網(wǎng)與移動(dòng)網(wǎng)之間的通信連接,傳輸系統(tǒng)信號(hào)和用戶信息。BSC單元用來與MSC進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,與MS在無線信道上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。BTS屬于BSS的無線部分,由基站控制器(BSC)控制,服務(wù)于某個(gè)小區(qū)的無線收發(fā)信設(shè)備,完成BSC與無線信道之間的轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)BTS與移動(dòng)臺(tái)(MS)之間通過空中接口的無線傳輸及相關(guān)的控制功能。BTS主要由基帶部分、載頻單元、控制單元三大部分組成,一個(gè)BTS含有若干個(gè)收發(fā)信單元(TRX),其數(shù)目與分配給該小區(qū)的載頻數(shù)相同,它與需要同時(shí)通話的用戶數(shù)有關(guān)。BSS與MSC之間采用PCM鏈路傳輸數(shù)據(jù)信號(hào),有時(shí)也可利用光纜或數(shù)字微波中繼方式傳輸。

(3)移動(dòng)臺(tái)(MS)。它是移動(dòng)通信系統(tǒng)不可缺少的一部分,有車載式、手持式、便攜式三種形式。移動(dòng)臺(tái)應(yīng)包括移動(dòng)臺(tái)物理設(shè)備和智慧部件兩部分。移動(dòng)臺(tái)由收發(fā)信機(jī)、頻率合成器、數(shù)字邏輯單元、撥號(hào)按鈕和送/受話器等組成。它可以自動(dòng)掃描基站載頻、響應(yīng)尋呼、自動(dòng)更換頻率和自動(dòng)調(diào)整發(fā)射功率等。當(dāng)移動(dòng)用戶與市話用戶建立呼叫時(shí),移動(dòng)臺(tái)與最近的基站之間確立一個(gè)無線信道,并通過MSC與市話通話。同樣地,任何兩個(gè)移動(dòng)用戶間的通話也是通過MSC建立的。為使讀者清楚地了解移動(dòng)通信網(wǎng)與固定電話網(wǎng)的互連,以及移動(dòng)通信在城市公眾通信網(wǎng)中的地位,圖4.2給出了公眾通信網(wǎng)示意圖。

圖

4.2公眾通信網(wǎng)

4.1.3蜂窩網(wǎng)的構(gòu)成若將一個(gè)移動(dòng)通信服務(wù)區(qū)劃分成許多小區(qū)(Cell),每個(gè)小區(qū)設(shè)立基站,與用戶移動(dòng)臺(tái)之間建立通信,小區(qū)的覆蓋半徑較小,可從幾百米至幾十千米。如果基站采用全向天線,覆蓋區(qū)實(shí)際上是一個(gè)圓,但從理論上說,圖形小區(qū)鄰接處會(huì)出現(xiàn)多重覆蓋或無覆蓋,有效覆蓋整個(gè)平面區(qū)域的實(shí)際上是圓的內(nèi)接規(guī)則多邊形,這樣的規(guī)則多邊形有正三角形、正方形、正六邊形三種,如圖4.3所示。顯然,正六邊形最接近圓形,對于同樣大小的服務(wù)區(qū)域,采用正六邊形小區(qū)數(shù)最少,所需頻率組數(shù)也最少。因而正六邊形組網(wǎng)是最經(jīng)濟(jì)的方式。正六邊形的網(wǎng)絡(luò)形同蜂窩,蜂窩網(wǎng)亦由此得名。應(yīng)該說明,正六邊形小區(qū)圖形僅僅具有理論分析和設(shè)計(jì)意義,實(shí)際中的基站天線覆蓋區(qū)不可能是規(guī)則正六邊形。圖4.4給出了一個(gè)蜂窩網(wǎng)的展開圖形。

圖4.3小區(qū)的形狀(a)正三角形；

(b)正方形；

(c)正六邊形

圖

4.4蜂窩小區(qū)覆蓋

當(dāng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)覆蓋區(qū)內(nèi)的部分地區(qū)業(yè)務(wù)量增長時(shí),可將該部分的蜂窩小區(qū)分裂成多個(gè)較小的區(qū)域,這種做法叫小區(qū)的分裂。圖4.5為用戶分布密度不等時(shí)基站覆蓋區(qū)劃分的情形,中心區(qū)用戶密度高,基站覆蓋區(qū)小,所提供服務(wù)的信道數(shù)相對較多;邊緣區(qū)用戶密度低,基站覆蓋區(qū)大,所提供服務(wù)的信道數(shù)相對較少。采用蜂窩分裂的方法,有限的頻率資源通過縮短同頻復(fù)用距離使單位面積的頻道數(shù)增多,系統(tǒng)容量增大。具體實(shí)施方法有兩種:一是在原基站基礎(chǔ)上采用方向性天線將小區(qū)扇形化,如圖4.6(a)、

(b)和(c)所示。

圖4.5用戶分布密度不等時(shí)基站覆蓋區(qū)的劃分圖4.6小區(qū)分裂方案120°扇形小區(qū);(b)60°扇形小區(qū);(c)三葉草形無線區(qū)；(d)增加新基站后的小區(qū)

4.2GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)

4.2.1系統(tǒng)組成蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是由交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)、無線基站子系統(tǒng)(BSS)和移動(dòng)臺(tái)(MS)三大部分組成,如圖4.7所示。其中NSS與BSS之間的接口為A接口,BSS與MS之間的接口為Um接口。在模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)中,TACS規(guī)范只對Um接口進(jìn)行了規(guī)定,而未對A接口做任何的限制。因此,各設(shè)備生產(chǎn)廠家對A接口都采用各自的接口協(xié)議,對Um接口遵循TACS規(guī)范。也就是說,NSS系統(tǒng)和BSS系統(tǒng)只能采用一個(gè)廠家的設(shè)備,而MS可用不同廠家的設(shè)備。

圖

4.7蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成

GSM系統(tǒng)框圖如圖4.8所示。其中，A接口往右是NSS系統(tǒng),它包括有移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(MSC)、拜訪位置寄存器(VLR)、歸屬位置寄存器(HLR)、鑒權(quán)中心(AUC)和移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器(EIR)。A接口往左至Um接口是BSS系統(tǒng),它包括有基站控制器(BSC)和基站收發(fā)信臺(tái)(BTS)。Um接口往左是移動(dòng)臺(tái)部分(MS),其中包括移動(dòng)終端(MS)和客戶識(shí)別卡(SIM)。

圖

4.8GSM系統(tǒng)框圖

1.交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)

(1)移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(MSC):它是GSM系統(tǒng)的核心,是對位于它所覆蓋區(qū)域中的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行控制和完成話路交換的功能實(shí)體,也是移動(dòng)通信系統(tǒng)與其他公用通信網(wǎng)之間的接口。它可完成網(wǎng)絡(luò)接口、公共信道信令系統(tǒng)和計(jì)費(fèi)等功能,還可完成BSS、MSC之間的切換和輔助性的無線資源管理、移動(dòng)性管理等。另外,為了建立至移動(dòng)臺(tái)的呼叫路由,每個(gè)MS還應(yīng)能完成入口MSC(GMSC)的功能,即查詢位置信息的功能。

(2)拜訪位置寄存器(VLR):它是一個(gè)數(shù)據(jù)庫,用于存儲(chǔ)MSC為了處理所管轄區(qū)域中MS(統(tǒng)稱拜訪客戶)的來話、去話呼叫所需檢索的信息。例如客戶的號(hào)碼,所處位置區(qū)域的識(shí)別,向客戶提供的服務(wù)等參數(shù)。

(3)歸屬位置寄存器(HLR):它也是一個(gè)數(shù)據(jù)庫,用于存儲(chǔ)管理部門用于移動(dòng)客戶管理的數(shù)據(jù)。每個(gè)移動(dòng)客戶都應(yīng)在其歸屬位置寄存器(HLR)注冊登記。它主要存儲(chǔ)兩類信息，一是有關(guān)客戶的參數(shù);二是有關(guān)客戶目前所處位置的信息,以便建立至移動(dòng)臺(tái)的呼叫路由,例如MSC、VLR地址等。

(4)鑒權(quán)中心(AUC):用于產(chǎn)生為確定移動(dòng)客戶的身份和對呼叫保密所需鑒權(quán)、加密的三參數(shù)(隨機(jī)號(hào)碼RAND,符合響應(yīng)SRES,密鑰Kc)的功能實(shí)體。

(5)移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器(EIR):它也是一個(gè)數(shù)據(jù)庫,用于存儲(chǔ)有關(guān)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備的參數(shù)。它主要完成對移動(dòng)設(shè)備的識(shí)別、

監(jiān)視、閉鎖等功能,以防止非法移動(dòng)臺(tái)的使用。

2.無線基站子系統(tǒng)(BSS)

BSS系統(tǒng)是在一定的無線覆蓋區(qū)中由MSC控制,與MS進(jìn)行通信的系統(tǒng)設(shè)備,它主要負(fù)責(zé)完成無線發(fā)送接收和無線資源管理等功能。功能實(shí)體可分為基站控制器(BSC)和基站收發(fā)信臺(tái)(BTS)。

(1)基站控制器(BSC):它具有對一個(gè)或多個(gè)BTS進(jìn)行控制的功能,主要負(fù)責(zé)無線網(wǎng)絡(luò)資源的管理、小區(qū)配置數(shù)據(jù)的管理、功率控制、定位和切換等,是一個(gè)很強(qiáng)的業(yè)務(wù)控制點(diǎn)。

(2)基站收發(fā)信臺(tái)(BTS):無線接口設(shè)備,它完全由BSC控制,主要負(fù)責(zé)無線傳輸,完成無線與有線的轉(zhuǎn)換、無線分集、無線信道加密、跳頻等功能。

3.移動(dòng)臺(tái)(MS)移動(dòng)臺(tái)就是移動(dòng)客戶設(shè)備部分,它由兩部分組成,移動(dòng)終端(MS)和客戶識(shí)別卡(SIM)。移動(dòng)終端就是“機(jī)”,它可完成語音編碼、信道編碼、信息加密、信息的調(diào)制和解調(diào)、信息發(fā)射和接收。

SIM卡就是“身份卡”,它類似于我們現(xiàn)在所用的IC卡,因此也稱作智能卡,存有認(rèn)證客戶身份所需的所有信息,并能執(zhí)行一些與安全保密有關(guān)的重要信息,以防止非法客戶進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。SIM卡還存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)和客戶有關(guān)的管理數(shù)據(jù),只有插入SIM后移動(dòng)終端才能接入進(jìn)網(wǎng),但SIM卡本身不是儲(chǔ)值卡。

4.操作維護(hù)子系統(tǒng)(OMC)

GSM系統(tǒng)還有一個(gè)操作維護(hù)子系統(tǒng)(OMC)。它主要用于對整個(gè)GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和監(jiān)控。通過它實(shí)現(xiàn)對GSM網(wǎng)內(nèi)各種部件功能的監(jiān)視、狀態(tài)報(bào)告、故障診斷等功能。

4.2.2GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.移動(dòng)話路網(wǎng)結(jié)構(gòu)

1)全國網(wǎng)全國GSM移動(dòng)電話網(wǎng)按大區(qū)設(shè)立一級(jí)匯接中心、省內(nèi)設(shè)立二級(jí)匯接中心、移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)設(shè)立端局構(gòu)成三級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。它與PSTN網(wǎng)(公用電話網(wǎng))的連接關(guān)系參見圖4.9。從圖中可見,三級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成了一個(gè)完全獨(dú)立的數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。GSM數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)與PSTN網(wǎng)相重疊。當(dāng)然,公用電話網(wǎng)還有它的國際出口局,而GSM數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)卻無國際出口局,國際間的通信仍然還需借助于公用電話網(wǎng)的國際局。

圖

4.9GSM網(wǎng)與PSTN網(wǎng)連接示意圖

2)省內(nèi)網(wǎng)省內(nèi)GSM移動(dòng)通信網(wǎng)由省內(nèi)的各移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)構(gòu)成。省內(nèi)設(shè)若干個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)匯接中心(即二級(jí)匯接中心),匯接中心之間為網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu),匯接中心與移動(dòng)端局之間成星型網(wǎng)。根據(jù)業(yè)務(wù)量的大小,二級(jí)匯接中心可以是單獨(dú)設(shè)置的匯接中心(即不帶客戶,都有至基站的接口,只作匯接),也可兼作移動(dòng)端局(與基站相連,可帶客戶)。省內(nèi)GSM移動(dòng)通信網(wǎng)中一般設(shè)置兩、三個(gè)移動(dòng)匯接局較為適宜,最多不超過四個(gè),每個(gè)移動(dòng)端局至少應(yīng)與省內(nèi)兩個(gè)二級(jí)匯接中心相連,如圖4.10所示。

任意兩個(gè)移動(dòng)交換局之間若有較大的業(yè)務(wù)量時(shí),可建立話音專線。

圖

4.10省內(nèi)GSM移動(dòng)通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

3)移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)全國可劃分為若干個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng),劃分的原則是長途區(qū)號(hào)為2位或3位的地區(qū)為一個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)。每個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)中應(yīng)設(shè)立一個(gè)HLR(必要時(shí)可增設(shè)HLR,HLR可以是有物理實(shí)體的,也可是虛擬的,即幾個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)公用同一個(gè)物理實(shí)體HLR,HLR內(nèi)部劃分成若干個(gè)區(qū)域,每個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)用一個(gè)區(qū)域,由一個(gè)業(yè)務(wù)終端來管理)和一個(gè)或若干個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(MSC),還可以幾個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)共用一個(gè)MSC,見圖4.11。

圖

4.11GSM移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.移動(dòng)信令網(wǎng)結(jié)構(gòu)

GSM移動(dòng)信令網(wǎng)是我國No.7信令網(wǎng)的一部分。信令網(wǎng)由信令鏈路(SL)、信令點(diǎn)(SP)和信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)(STP)組成。我國移動(dòng)信令網(wǎng)也采用與話路網(wǎng)類似的三級(jí)結(jié)構(gòu)(見圖4.12):第一級(jí)為最高級(jí),稱為高級(jí)信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)(HSTP);第二級(jí)為低級(jí)信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)(LSTP);第三級(jí)為信令點(diǎn)(SP)。

圖

4.12GSM信令網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

移動(dòng)通信網(wǎng)的專用高級(jí)信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)(HSTP)設(shè)置在大區(qū)一級(jí)移動(dòng)業(yè)務(wù)匯接中心,專用的低級(jí)信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)(LSTP)設(shè)置在各省二級(jí)移動(dòng)業(yè)務(wù)匯接中心,移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)中的每個(gè)MSC／VLR、EIR、HLR／AUC、SCH和BSC設(shè)置信令點(diǎn)。各大區(qū)只設(shè)置一個(gè)專用HSTP,呈單星型結(jié)構(gòu),HSTP之間以網(wǎng)狀網(wǎng)互連。各省專用LSTP連接到本大區(qū)中心的專用HSTP上,LSTP間一般不直接相連。各移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)的SP點(diǎn)至少應(yīng)連接到本省的兩個(gè)LSTP點(diǎn)上,LSTP根據(jù)業(yè)務(wù)量可單獨(dú)設(shè)置或合設(shè)在省內(nèi)二級(jí)匯接中心內(nèi)。圖4.13表示了我國郵電部門近期數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)的信令網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖

4.13中國移動(dòng)近期GSM信令網(wǎng)結(jié)構(gòu)

4.2.3GSM頻率的配置

GSM系統(tǒng)包括900MHz和1800MHz兩個(gè)頻段。早期使用的是GSM900頻段,隨著業(yè)務(wù)量的不斷增長,DCS1800頻段投入使用。目前,在許多地方這兩個(gè)頻段的網(wǎng)絡(luò)同時(shí)存在,構(gòu)成“雙頻”網(wǎng)絡(luò)。在我國,這兩個(gè)頻段又被分給了中國移動(dòng)和中國聯(lián)通兩家移動(dòng)運(yùn)營商。

GSM使用的900MHz、1800MHz頻段介紹如表4.1所示。

表4.1GSM使用的900MHz、1800MHz頻段

GSM蜂窩系統(tǒng)采用時(shí)分多址/頻分多址/頻分雙工(TDMA/FDMA/FDD)制式。頻道間隔為200kHz,每個(gè)頻道采用時(shí)分多址接入方式,共分為8個(gè)時(shí)隙,時(shí)隙寬度為0.577ms。8個(gè)時(shí)隙構(gòu)成一個(gè)TDMA幀,幀長為4.615ms。當(dāng)采用全速率話音編碼時(shí),每個(gè)頻道提供8個(gè)時(shí)分信道;將來采用半速率話音編碼后,每個(gè)頻道可容納16個(gè)半速率信道,從而達(dá)到提高頻率利用率、增大系統(tǒng)容量的目的。收、發(fā)采用不同的頻率,一對雙工載波上下行鏈路各用一個(gè)時(shí)隙構(gòu)成一個(gè)雙向物理信道,根據(jù)需要分配給不同的用戶使用。移動(dòng)臺(tái)在特定的頻率上和特定的時(shí)隙內(nèi),以猝發(fā)方式向基站傳輸信息,基站在相應(yīng)的頻率上和相應(yīng)的時(shí)隙內(nèi)以時(shí)分復(fù)用的方式向各個(gè)移動(dòng)臺(tái)傳輸信息。

4.3CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)

4.3.1CDMA的基本概念

CDMA給每一個(gè)用戶分配一個(gè)惟一的碼序列(擴(kuò)頻碼),并用它對承載信息的信號(hào)進(jìn)行編碼。知道該碼序列的用戶接收機(jī)對收到的信號(hào)進(jìn)行解碼,并恢復(fù)出原始數(shù)據(jù),這是因?yàn)樵撚脩舸a序列與其他用戶碼序列的互相關(guān)性是很小的。由于碼序列的帶寬遠(yuǎn)大于所承載信息的信號(hào)的帶寬,編碼過程擴(kuò)展了信號(hào)的頻譜,因而也稱為擴(kuò)頻調(diào)制,其所產(chǎn)生的信號(hào)也稱為擴(kuò)頻信號(hào)。CDMA通常也用擴(kuò)頻多址(SSMA)來表征。因此,對擴(kuò)頻信號(hào)的產(chǎn)生及其性能的了解就十分重要。

擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)必須滿足兩條基本要求:

(1)所傳信號(hào)的帶寬必須遠(yuǎn)大于信息的帶寬。

(2)所產(chǎn)生的射頻信號(hào)的帶寬與所傳信息無關(guān)。所傳信號(hào)的帶寬Bt與信息帶寬Bi之比稱為擴(kuò)頻系統(tǒng)的處理增益Gp(Gp=Bt/Bi)。接收機(jī)采用相同的擴(kuò)頻碼與收到的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算,恢復(fù)出所攜帶的原始信息。由于擴(kuò)頻信號(hào)擴(kuò)展了信號(hào)的頻譜,所以它具有一系列不同于窄帶信號(hào)的性能:(1)多址能力。(2)抗多徑干擾的能力。(3)隱私性能。(4)抗人為干擾的能力。(5)低載獲概率的性能。(6)抗窄帶干擾的能力。

圖

4.14CDMA擴(kuò)頻調(diào)制方式示意圖

4.3.2擴(kuò)頻通信原理擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的基本原理如圖4.15所示。從圖(a)中可以看出,輸入數(shù)字信號(hào)ak(t)經(jīng)過調(diào)制(如PSK調(diào)制,速率Ri)后獲得窄帶已調(diào)信號(hào)bk(t),然后該信號(hào)再與高速的偽隨機(jī)序列(PN碼,速率Rc,Rc>>Ri)ck(t)進(jìn)行調(diào)制。此時(shí)輸出信號(hào)Sk(t)的帶寬將遠(yuǎn)大于傳輸信息的頻譜寬度,因而稱此過程為擴(kuò)頻。然后將Sk(t)信號(hào)送至上變頻(U/C)器中將其轉(zhuǎn)換成射頻信號(hào)進(jìn)行發(fā)射。

在接收端,則將接收下來的射頻信號(hào)送至下變頻器(U/C)變頻,輸出中頻信號(hào)S(t),此信號(hào)中夾雜著干擾和噪音信號(hào)。此時(shí)將此中頻信號(hào)用與發(fā)端PN碼序列ck(t)相同的本地PN序列cm(t)進(jìn)行擴(kuò)頻解調(diào)(解擴(kuò)),還原出窄帶信號(hào)bm(t)。bm(t)再經(jīng)過信息解調(diào),將恢復(fù)出原數(shù)字信號(hào)am(t)。而通信過程中混入的干擾信號(hào)和無用信號(hào)經(jīng)過解擴(kuò)后被展寬為寬帶信號(hào),再經(jīng)過信息解調(diào)后送至窄帶濾波器,有用信號(hào)帶外的干擾分量均被濾除,從而降低了干擾信號(hào)的強(qiáng)度,改善了輸出信噪比。擴(kuò)頻、解擴(kuò)過程中信號(hào)頻譜變換情況見圖4.15(b)。圖4.15擴(kuò)頻通信的基本原理(a)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；

(b)信號(hào)頻譜變換

4.3.3CDMA蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)的特點(diǎn)

與FDMA和TDMA相比,CDMA具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),其中一部分是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)所固有的,另一部分則是由軟切換和功率控制等技術(shù)所帶來的。CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)由擴(kuò)頻、多址接入、蜂窩組網(wǎng)和頻率再用等幾種技術(shù)結(jié)合而成,含有頻域、時(shí)域和碼域三維信號(hào)處理的協(xié)作,因此它具有抗干擾性好,抗多徑衰落,保密安全性高,同頻率可在多個(gè)小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用,所要求的載干比(C/I)小于1,容量和質(zhì)量之間可做權(quán)衡取舍等屬性。這些屬性使CDMA比其他系統(tǒng)更有優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)系統(tǒng)容量大。理論上CDMA移動(dòng)網(wǎng)的系統(tǒng)容量比模擬網(wǎng)的大20倍。實(shí)際中比模擬網(wǎng)的大10倍,比GSM網(wǎng)的大4～5倍。

(2)系統(tǒng)容量的靈活配置。這與CDMA的機(jī)理有關(guān)。CDMA是一個(gè)自擾系統(tǒng),所有移動(dòng)用戶都占用相同的帶寬和頻率。我們打個(gè)比方,將帶寬想象成一個(gè)大房子，所有的人將進(jìn)入這惟一的大房子，如果他們使用完全不同的語言,他們就可以清楚地聽到同伴的聲音,而只受到一些來自別人談話的干擾。在這里,屋里的空氣可以被想象成寬帶的載波,而不同的語言即被當(dāng)作編碼,我們可以不斷地增加用戶直到整個(gè)背景噪音限制住了我們。如果能控制住用戶的信號(hào)強(qiáng)度,在保持高質(zhì)量通話的同時(shí),我們就可以容納更多的用戶。

(3)通話質(zhì)量好。CDMA系統(tǒng)話音質(zhì)量很高,聲碼器可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率,并根據(jù)適當(dāng)?shù)拈T限值選擇不同的電平級(jí)發(fā)射。同時(shí)門限值根據(jù)背景噪聲的改變而改變,這樣即使在背景噪聲較大的情況下,也可以得到較好的通話質(zhì)量。另外，CDMA系統(tǒng)采用了軟切換技術(shù),即“先連接再斷開”,這樣就完全克服了硬切換容易掉線的缺點(diǎn)。

(4)頻率規(guī)劃簡單。用戶按不同的序列碼區(qū)分,所以不同的CDMA載波可在相鄰的小區(qū)內(nèi)使用,網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃靈活,擴(kuò)展簡單。

(5)延長手機(jī)電池壽命。采用功率控制和可變速率聲碼器,使手機(jī)電池使用壽命延長，建網(wǎng)成本下降。

4.3.4CDMA蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)的演進(jìn)與標(biāo)準(zhǔn)

1.IS-95A和IS-95B

1995年5月,美國TIA正式頒布了窄帶CDMA(N-CDMA)標(biāo)準(zhǔn),它是IS-95的修訂本(增強(qiáng)型),簡稱IS-95A。為滿足更高比特速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求,1998年推出了IS-95B標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)基于電路型交換,允許八個(gè)業(yè)務(wù)信道組合在一起,數(shù)據(jù)傳輸速率理論上最高可達(dá)115.2kb/s,實(shí)際上可達(dá)到64kb/s。IS-95標(biāo)準(zhǔn)支持高級(jí)的數(shù)據(jù)接入?yún)f(xié)議,如TCP等,為Internet的接入提供高速、靈活、方便的服務(wù)。

IS-95A和IS-95B均有一系列標(biāo)準(zhǔn),其總稱為IS-95。所有基于IS-95標(biāo)準(zhǔn)的各種CDMA產(chǎn)品又總稱為CDMAOne。

圖4.16ＣＤＭＡ蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)的演進(jìn)

2.CDMA2000和IS-2000

CDMA2000是美國向ITU提出的第三代移動(dòng)通信空中接口標(biāo)準(zhǔn)的建議,是IS-95標(biāo)準(zhǔn)向第三代演進(jìn)的技術(shù)體制方案,是一種寬帶CDMA技術(shù)。CDMA2000室內(nèi)最高數(shù)據(jù)傳輸速率為2Mb/s以上,步行環(huán)境時(shí)為384kb/s,車載環(huán)境時(shí)為144kb/s以上。CDMA2000技術(shù)的正式標(biāo)準(zhǔn)總稱叫IS-2000,它包含六部分,定義了移動(dòng)臺(tái)和基地臺(tái)系統(tǒng)之間的各種接口。按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,CDMA2000系統(tǒng)一個(gè)載波的帶寬為1.25MHz。如果系統(tǒng)分別獨(dú)立使用每個(gè)載波,則稱作1X系統(tǒng)；

如果系統(tǒng)將三個(gè)載波捆綁使用,則叫做3X系統(tǒng)。

4.3.5CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

1.網(wǎng)絡(luò)參考模型

CDMA網(wǎng)絡(luò)參考模型定義了網(wǎng)中的功能實(shí)體和相互間的接口,見圖4.17。從圖中可看出CDMA網(wǎng)絡(luò)參考模型與GSM網(wǎng)相似。

圖

4.17CDMA網(wǎng)絡(luò)參考模型

2.交換網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

1)交換網(wǎng)絡(luò)組織

CDMA網(wǎng)采用三級(jí)結(jié)構(gòu),見圖4.18。具體為:在大區(qū)中心(如北京、上海、廣州、沈陽、武漢等)設(shè)立一級(jí)移動(dòng)業(yè)務(wù)匯接中心并網(wǎng)狀相連;在各省會(huì)或大城市設(shè)立二級(jí)移動(dòng)業(yè)務(wù)匯接中心,并與相應(yīng)的一級(jí)匯接中心相連;在移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)中設(shè)一個(gè)或若干個(gè)移動(dòng)端局MSC,也可視業(yè)務(wù)量由一個(gè)MSC覆蓋多個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)。移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)原則上以固定電話網(wǎng)的長途編號(hào)區(qū)編號(hào)為2位和3位的區(qū)域來劃分。

圖

4.18CDMA網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖

2)信令網(wǎng)組織

CDMA網(wǎng)的信令網(wǎng)與其交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對應(yīng),也分為三級(jí)結(jié)構(gòu):高級(jí)信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)HSTP、低級(jí)信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)LSTP和信令點(diǎn)SP。

HSTP負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)接本大區(qū)內(nèi)及本大區(qū)與其他大區(qū)間的信令業(yè)務(wù)。HSTP可兼有LSTP的功能。LSTP負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)接本服務(wù)區(qū)內(nèi)及至其上級(jí)HSTP的信令業(yè)務(wù)。SP是信令消息的源點(diǎn)和目的點(diǎn)。信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)STP可采用獨(dú)立式設(shè)備,也可采用與移動(dòng)匯接中心合設(shè)的方式。信令網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間采用中國No.7信令。

3)信令方式

Um接口(也稱空中接口)的無線信令規(guī)程由《800MHzCDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)空中接口技術(shù)規(guī)范》規(guī)定。中國電信和中國聯(lián)通均已頒布了此規(guī)范。此規(guī)范是基于TIA/EIA/IS-95A的寬帶雙模擴(kuò)頻蜂窩系統(tǒng)移動(dòng)臺(tái)-基站兼容性標(biāo)準(zhǔn)。

A接口的信令規(guī)程由《800MHzCDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心與基站子系統(tǒng)間接口信令技術(shù)規(guī)范》規(guī)定。中國電信和中國聯(lián)通均已頒布了此規(guī)范。中國聯(lián)通頒布的A接口信令規(guī)程與EIA/TIA/IS-634的信令規(guī)程基本兼容,是其一個(gè)子集。

B、C、D、E、N和P接口的信令規(guī)程由《800MHzCDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)移動(dòng)應(yīng)用部分技術(shù)規(guī)范》規(guī)定。中國電信和中國聯(lián)通均已頒布了此規(guī)范。此規(guī)范基于TIA/EIA/IS-41C蜂窩無線通信系統(tǒng)間操作標(biāo)準(zhǔn)。中國聯(lián)通頒布的MAP為IS-41C的子集,第一階段使用IS-41C中51個(gè)操作(OPERATION)中的19個(gè),主要為鑒權(quán)、

切換、

登記、路由請求、

短消息傳輸?shù)取?/p>

Ai接口的信令規(guī)程由《800MHzCDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)與PSTN網(wǎng)接口技術(shù)規(guī)范》規(guī)定。中國電信和中國聯(lián)通均已頒布了此規(guī)范。此信令規(guī)程也稱MTUP。中國聯(lián)通頒布的MTUP為與《中國國內(nèi)電話網(wǎng)No.7信號(hào)方式技術(shù)規(guī)范》所規(guī)定的信令規(guī)程相兼容的子集,即MTUP不使用NNC、SSB、ANU、CHG、FOT和RAN消息;另外,只接收不發(fā)送四個(gè)消息:后續(xù)地址消息SAM、帶一信號(hào)后續(xù)地址消息的SAO、主叫用戶掛機(jī)信號(hào)CCL和用戶本地忙信號(hào)SLB。

3.工作頻段我國CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)采用800MHzAMPS工作頻段,頻率范圍為:

(1)825.030～834.990MHz(上行:移動(dòng)臺(tái)發(fā),基站收)。

(2)870.030～879.990MHz(下行:移動(dòng)臺(tái)收,基站發(fā))。頻段寬度為10MHz。

4.4集群移動(dòng)通信網(wǎng)4.4.1集群通信的概念集群(Trunking)的本意為中繼,為與無線中繼的中繼系統(tǒng)區(qū)別,自1987年以來,更多譯者將其翻譯成集群。追溯到它的產(chǎn)生,集群的概念確實(shí)是從有線電話通信中的“中繼”概念而來的。1908年,E.C.Mo1ina發(fā)表的“中繼”曲線的概念等級(jí),證明了一群用戶的若干中繼線路的概率可以大大提高中繼線的利用率?！凹骸边@一概念應(yīng)用于無線電通信系統(tǒng),把信道視為中繼。“集群”的概念,還可從另一角度來認(rèn)識(shí),即與機(jī)電式(縱橫制式)交換機(jī)類比,把有線的中繼視為無線信道,把交換機(jī)的標(biāo)志器視為集群系統(tǒng)的控制器,當(dāng)中繼為全利用度時(shí),就可認(rèn)為是集群的信道。集群系統(tǒng)控制器能把有限的信道動(dòng)態(tài)地、自動(dòng)地最佳分配給系統(tǒng)的所有用戶,這實(shí)際上就是信道全利用度或我們經(jīng)常使用的術(shù)語“信道共用”。

綜上所述,所謂集群通信系統(tǒng),即系統(tǒng)所具有的可用信道可為系統(tǒng)的全體用戶共用,具有自動(dòng)選擇信道功能。它是共享資源、分擔(dān)費(fèi)用、共用信道設(shè)備及服務(wù)的多用途、高效能的無線調(diào)度通信系統(tǒng)。傳統(tǒng)的專用移動(dòng)通信在移動(dòng)通信中占有相當(dāng)大的份量,最初由幾部普通步話機(jī)就可以組成一個(gè)無線電調(diào)度網(wǎng),這種網(wǎng)在廠、礦等部門仍被大量采用,但這種網(wǎng)的功能過于簡單。其中有單頻單工制和雙頻單工制兩種工作方式,前者干擾大、設(shè)備簡單,后者干擾小,但設(shè)備復(fù)雜一些。無論是單頻單工還是雙頻單工制式,都只能是按鍵通話,一方講話,另一方只能聽。為避免通話上的不便,通用的工作方式是雙頻雙工,通話雙方可以同時(shí)發(fā)信,但頻率利用率低。典型的無線調(diào)度系統(tǒng)是單局單站制、雙頻雙工工作方式,并且具有選擇性呼叫功能的無線調(diào)度網(wǎng),根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)模和組織方式,可確定其為單級(jí)調(diào)度或多級(jí)調(diào)度?？梢?傳統(tǒng)的專用業(yè)務(wù)移動(dòng)通信系統(tǒng)指的是應(yīng)用于某個(gè)行業(yè)或某個(gè)部門內(nèi)以調(diào)度指揮為主要特征的移動(dòng)通信系統(tǒng)。這種通信方式從其發(fā)展過程來看,從一對一單工對講開始,到單信道一呼百應(yīng)且進(jìn)一步到選呼系統(tǒng),后來發(fā)展成多信道自動(dòng)撥號(hào)系統(tǒng),它們的主要特點(diǎn)在于信道是“專有”的。也就是說通話過程中用戶使用的頻率是固定的,這就導(dǎo)致一旦用戶選擇了某信道,那么它的通話就只能在這一信道上,直至通話結(jié)束;如果這一信道已被其他用戶占用,則它就不能選擇其他空閑信道,從而出現(xiàn)阻塞。由此可見,傳統(tǒng)的專用業(yè)務(wù)通信系統(tǒng)頻率利用率低,而導(dǎo)致通信質(zhì)量降低。4.4.2集群通信的特點(diǎn)

(1)共用頻率：將原來配給各部門專有的頻率加以集中,供各家共用。

(2)共用設(shè)施：由于頻率共用,就有可能將各家分建的控制中心和基站等設(shè)施集中合建。

(3)共享覆蓋區(qū)：可將各家鄰近覆蓋區(qū)的網(wǎng)絡(luò)互連起來,從而獲得更大的覆蓋區(qū)。

(4)共享通信業(yè)務(wù)：可利用網(wǎng)絡(luò)有組織地發(fā)送各種專業(yè)信息為大家服務(wù)。

(5)分擔(dān)費(fèi)用：共同建網(wǎng)可以大大降低機(jī)房、電源等建網(wǎng)投資,減少運(yùn)營人員,并可分?jǐn)傎M(fèi)用。

(6)改善服務(wù)：由于多信道共用,可調(diào)劑余缺、集中建網(wǎng),可加強(qiáng)管理、維修,因此提高了服務(wù)等級(jí),增加了系統(tǒng)功能。

(7)具有調(diào)度指揮功能。

(8)兼容有線通信。

(9)智能化,微機(jī)軟件化,增加了系統(tǒng)功能。

(10)具有控制、交換、中繼功能。4.4.3集群系統(tǒng)的分類

1)按信令方式分按信令方式分為共路信令方式和隨路信令方式。共路信令是設(shè)定一個(gè)專門的控制信道傳信令,這種方式的優(yōu)點(diǎn)是信令速度快,電路容易實(shí)現(xiàn),但占用信道。隨路信令是在一個(gè)信道中同時(shí)傳話音和信令,信令不單獨(dú)占用信道,可節(jié)約信道,缺點(diǎn)是接續(xù)速度慢。

2)按信令占有信道的方式分按信令占有信道的方式分為固定式和搜索式。在固定式中,起呼占用固定信道。搜索式起呼占用隨機(jī)信道,需不斷搜索變化的信令信道,忙時(shí)信令信道可作話音信道,新空出的話音信道可接替控制信道。固定式實(shí)施簡單,而搜索式實(shí)施復(fù)雜。

3)按通話占用信道分按通話占用信道分為信息集群(亦稱消息集群)和傳輸集群。信息集群系統(tǒng)中,用戶通話占用一次信道完成整個(gè)通話過程,而傳輸集群系統(tǒng)中,一次完整的通話要分幾次在不同的信道上完成。信息集群的優(yōu)點(diǎn)是通話完整性好,缺點(diǎn)是講話停頓時(shí)仍占信道,信道利用率低。傳輸集群一般分為純傳輸集群和準(zhǔn)傳輸集群,或兩者兼用,這種方式的優(yōu)點(diǎn)是信道利用率高、通信保密性好,缺點(diǎn)是通話完整性較差。

4)按控制方式分按控制方式分為集中控制方式和分散控制方式。集中控制式是指由一個(gè)智能終端控制,統(tǒng)一管理系統(tǒng)內(nèi)話務(wù)信道的方式。分散式是指每一信道都有單獨(dú)的智能控制終端的管理方式。

5)按呼叫處理方式分按呼叫處理方式分為損失制和等待制系統(tǒng)。損失制系統(tǒng)中,當(dāng)話音信道占滿時(shí),呼叫被示忙,要通話需重新呼叫,信道利用率低。在等待制系統(tǒng)中,信道被占滿時(shí),對新申請者采取呼叫排隊(duì)方式處理,不必重新申請,信道利用率高。4.4.4集群通信系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常人們習(xí)慣按照覆蓋區(qū)半徑大小、服務(wù)區(qū)的幾何形狀來對系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分類。按照覆蓋區(qū)半徑的大小,可分成大區(qū)網(wǎng)、中區(qū)網(wǎng)、小區(qū)網(wǎng);按照服務(wù)區(qū)的幾何形狀,可分成框狀網(wǎng)、帶狀網(wǎng)、蜂房狀網(wǎng)等等。集群通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有下列四種方式:

(1)單區(qū)、單點(diǎn)、單中心網(wǎng)絡(luò)。

(2)單區(qū)、多點(diǎn)、單中心網(wǎng)絡(luò)。

(3)多區(qū)、多中心網(wǎng)絡(luò)。

(4)多區(qū)、多層次、多中心網(wǎng)絡(luò)。

1.單區(qū)、多點(diǎn)、單中心網(wǎng)絡(luò)如圖4.19所示,它由一個(gè)控制中心、多個(gè)基站、有線或無線調(diào)度臺(tái)及網(wǎng)中若干移動(dòng)臺(tái)組成。圖4.19單區(qū)多點(diǎn)單中心網(wǎng)絡(luò)

2.多區(qū)、多中心、多層次網(wǎng)絡(luò)

如圖4.20及圖4.21所示,由區(qū)域控制中心、多個(gè)控制中心、多個(gè)基站而形成整個(gè)服務(wù)區(qū)?？梢钥闯?圖4.20各控制中心通過有線或無線傳輸電路連接至區(qū)域控制中心,即形成了圖4.21所示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。各控制中心將受到上一級(jí)的區(qū)域控制中心控制及管理。圖4.20多區(qū)、多中心網(wǎng)絡(luò)圖4.21多區(qū)、多層次、多中心網(wǎng)絡(luò)4.4.5典型的集群移動(dòng)通信網(wǎng)

1.模擬集群通信網(wǎng)——智慧網(wǎng)(SMARTNET)從模擬集群系統(tǒng)的發(fā)展和市場使用來看,比較典型的模擬集群系統(tǒng)主要有以下幾種:美國Motorola公司的SMARTNET(智慧網(wǎng))集群移動(dòng)通信系統(tǒng)、美國UNIDEN公司的FAST(FastAccessSystem)集群移動(dòng)通信系統(tǒng)、美國E.F.JOHNSON公司的MULTI-NET(多功能網(wǎng))集群移動(dòng)通信系統(tǒng)、芬蘭NOKIA公司的ACTIONET集群移動(dòng)通信系統(tǒng)。其中,SMARTNET(智慧網(wǎng))具有較大的信道容量和全部集群功能,最大可以提供28個(gè)話音信道,最多可配接21條電話線,可容納48000個(gè)單機(jī)識(shí)別碼、4000個(gè)通話組碼。

SMARTNET系統(tǒng)的組成如圖4.22所示。主要組成部分有:中央控制器、電話互連終端、集群信道機(jī)、收發(fā)天線共用器、天線、系統(tǒng)管理終端、動(dòng)態(tài)重組終端、系統(tǒng)監(jiān)視終端以及調(diào)度臺(tái)、移動(dòng)臺(tái)和手持機(jī)等設(shè)備。圖4.22智慧網(wǎng)系統(tǒng)組成

2.數(shù)字集群通信網(wǎng)——iDEN、TETRA

1)iDEN數(shù)字集群網(wǎng)美國Motorola公司生產(chǎn)的800M數(shù)字集群移動(dòng)通信系統(tǒng)簡稱MIRS,于1994年在美國洛杉磯問世,在它的產(chǎn)品國際化后改稱iDEN(IntegratedDigitalEnhancedNetworks,增強(qiáng)型數(shù)字網(wǎng)絡(luò))。它將數(shù)字調(diào)度通信和數(shù)字蜂窩通信綜合在一套系統(tǒng)之中,目前在北美、南美及亞洲十多個(gè)國家和地區(qū)投入商業(yè)應(yīng)用,全球用戶已超過1600萬。圖4.23iDEN數(shù)字集群系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)邏輯功能模型

2)TETRA系統(tǒng)

TETRA(TerrestrialTrunkedRadio,陸上集群無線電)數(shù)字集群通信系統(tǒng)是一種基于數(shù)字時(shí)分多址(TDMA)技術(shù)的無線集群移動(dòng)通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)是ETSI(歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì))聯(lián)合使用部門、制造商、檢測部門乃至政府部門,為了滿足歐洲各國的專業(yè)部門對移動(dòng)通信的需要設(shè)計(jì)、制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的開放性系統(tǒng)。TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)可在同一技術(shù)平臺(tái)上提供指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)傳輸和電話服務(wù),它不僅提供多群組的調(diào)度功能,而且還可以提供短數(shù)據(jù)信息服務(wù)、分組數(shù)據(jù)服務(wù)以及數(shù)字化的全雙工移動(dòng)電話服務(wù)。

TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)還支持功能強(qiáng)大的移動(dòng)臺(tái)脫網(wǎng)直通(DMO)方式,可實(shí)現(xiàn)鑒權(quán)、空中接口加密和端對端加密。TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)同時(shí)還具有虛擬專網(wǎng)功能,可以使一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)為互不相關(guān)的多個(gè)組織機(jī)構(gòu)服務(wù)。TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)具有豐富的服務(wù)功能、更高的頻率利用率、更高的通信質(zhì)量、靈活的組網(wǎng)方式,許多新的應(yīng)用(如車輛定位、圖像傳輸、移動(dòng)互連網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫查詢等)都已在TETRA中得到實(shí)現(xiàn)。

TETRA系統(tǒng)是一種非常靈活的數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)。它的主要優(yōu)點(diǎn)是兼容性好、開放性好、頻譜利用率高、保密功能強(qiáng),是目前國際上制定得最周密、開放性好、技術(shù)最先進(jìn)、參與生產(chǎn)廠商最多的數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)。4.5無線尋呼網(wǎng)4.5.1無線尋呼系統(tǒng)概述無線尋呼的英文名稱為RadioPaging,它是以廣播方式工作的單向信息傳輸系統(tǒng)。有線用戶通過市話網(wǎng)及尋呼中心向?qū)ず魴C(jī)機(jī)主發(fā)出簡短的尋呼信息,需要時(shí)被呼用戶可借助有線電話與主呼的有線用戶直接對話。曾流行一時(shí)的無線尋呼系統(tǒng),近年來受數(shù)字蜂窩移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)普及的影響,在市場競爭中逐漸喪失了主導(dǎo)地位,但考慮到經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、特殊應(yīng)用場合等多方面的因素,在未來的一段時(shí)間內(nèi),無線尋呼系統(tǒng)仍將會(huì)有一定的市場空間。未來無線尋呼系統(tǒng)的發(fā)展將主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)尋呼的多功能化、連網(wǎng)化、自動(dòng)化和規(guī)模化。

(2)采用新的高速尋呼技術(shù)。

(3)尋呼接收機(jī)的小型化、多功能化等。未來的尋呼機(jī)可兼有手表、鋼筆、PDA、翻譯機(jī)、裝飾品等多種功能,在信息存儲(chǔ)、處理能力上大幅增強(qiáng),使用起來更為方便,成為用戶的隨身信息中心。4.5.2無線尋呼系統(tǒng)的組成與分類

1.無線尋呼系統(tǒng)的基本組成一個(gè)最為簡單的人工接續(xù)單區(qū)制無線尋呼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖4.24。從圖中可以看出,最左邊是用戶接口部分,主要是用戶通過公用電話網(wǎng)與尋呼臺(tái)交流的部分;其余的部分均屬無線尋呼系統(tǒng)的實(shí)質(zhì),即話務(wù)接續(xù)設(shè)備、尋呼控制中心(包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、排隊(duì)編碼器和調(diào)制解調(diào)器)、尋呼發(fā)射機(jī)以及尋呼接收機(jī)。圖4.24基本的尋呼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.尋呼系統(tǒng)的分類

從不同的角度出發(fā),可以將無線尋呼系統(tǒng)分為公用尋呼網(wǎng)與專用尋呼網(wǎng)、單區(qū)域?qū)ず粝到y(tǒng)與廣域?qū)ず粝到y(tǒng)、人工尋呼與自動(dòng)尋呼三類。其中單區(qū)域?qū)ず粝到y(tǒng)根據(jù)發(fā)射基站的數(shù)量可分為只有一個(gè)發(fā)射基站,為擴(kuò)大尋呼范圍,發(fā)射機(jī)的功率較大(最大為100W),天線架設(shè)也較高,但即便如此,一部發(fā)射機(jī)的覆蓋范圍通常也就15～30km左右。當(dāng)一部發(fā)射機(jī)的有效作用距離不能覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)域時(shí),可以在不同地點(diǎn)分散設(shè)置多部發(fā)射機(jī),這多部發(fā)射機(jī)有的設(shè)置在尋呼中心附近,有的設(shè)置在距尋呼中心較遠(yuǎn)的地方,發(fā)射機(jī)與尋呼中心之間可以利用有線線路連接,也可以利用UHF無線鏈路進(jìn)行連接,這就構(gòu)成了多區(qū)制尋呼系統(tǒng),如圖4.25(b)所示。系統(tǒng)中包括多個(gè)發(fā)射基站,較之單區(qū)制系統(tǒng)其覆蓋范圍擴(kuò)大,但發(fā)射系統(tǒng)的控制較前者也要復(fù)雜得多。圖4.25單區(qū)域?qū)ず粝到y(tǒng)(a)單區(qū)制尋呼系統(tǒng);(b)多區(qū)制尋呼系統(tǒng)廣域?qū)ず粝到y(tǒng)一般是通過各單區(qū)域?qū)ず粝到y(tǒng)的連網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的。圖4.26給出了一個(gè)通過中國公用分組交換網(wǎng)連網(wǎng)的三個(gè)單區(qū)域?qū)ず粝到y(tǒng)構(gòu)成的廣域?qū)ず粝到y(tǒng)。很顯然,廣域?qū)ず粝到y(tǒng)給用戶提供了更大范圍的“找人”空間,隨著技術(shù)的進(jìn)步和用戶的需求,尋呼范圍擴(kuò)展到全國已成為現(xiàn)實(shí)。圖4.26廣域?qū)ず粝到y(tǒng)4.5.3無線尋呼頻段無線尋呼業(yè)務(wù)的專用頻段有43MHz、150MHz、280MHz及400MHz頻段等,頻道間隔為25kHz。兼顧電波對建筑物的穿透能力和傳播損耗,實(shí)際以150MHz、280MHz頻段的應(yīng)用最為廣泛,如全國連網(wǎng)尋呼使用的152.65MHz。4.6公用無繩電話網(wǎng)

1.CT-1與CT-2

CT-1是模擬家用無繩電話,又稱第一代無繩電話。它由座機(jī)和手持無繩電話機(jī)構(gòu)成一對一的通信系統(tǒng),座機(jī)與室內(nèi)電話線相連,一個(gè)或多個(gè)(俗稱子母機(jī))無繩手機(jī)可以在座機(jī)近距離范圍內(nèi)移動(dòng)使用,座機(jī)與手機(jī)間可互相呼叫。

20世紀(jì)80年代初期,英國電信研究所提出了世界上第一個(gè)數(shù)字無繩電話標(biāo)準(zhǔn)CT-2,它把無繩電話的應(yīng)用從室內(nèi)推向室外,誕生了公用無繩電話系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)如圖4.27所示。CT-2又稱第二代無繩電話,具有固定投資小、通話費(fèi)用低的特點(diǎn),但由于在室外只能提供單向業(yè)務(wù)(即只能去話,不能來話),也不能實(shí)現(xiàn)越區(qū)切換,使它的應(yīng)用受到了很大的限制。圖4.27CT-2公用無繩電話系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.DECT

DECT(DigitalEuropeanCordlessTelecommunications)是歐洲數(shù)字無繩通信。它是1992年7月由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)令(ETSI)制定的第一個(gè)泛歐數(shù)字無繩電話標(biāo)準(zhǔn)。DECT系統(tǒng)為高用戶密度、小范圍通信提供了無繩通信的框架,在幾百米的范圍內(nèi),可以為便攜臺(tái)提供低功率的無線接入,支持漫游與越區(qū)切換。目前,該系統(tǒng)已在公共無繩通信、無線PBX,無線本地環(huán)路等多種系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用,且作為微小區(qū)/微微小區(qū)無線接入標(biāo)準(zhǔn),被納入到IMT-2000無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中。圖4.28DECT的結(jié)構(gòu)

3.PHS

PHS(PersonalHandyphoneSystem)是日本開發(fā)的數(shù)字無繩電話系統(tǒng),于1993年年底頒布。1994年日本建立了PHS的實(shí)驗(yàn)網(wǎng),并于1995年7月將PHS正式投入商用。PHS系統(tǒng)提供從最基本的電話業(yè)務(wù)到尖端的多媒體業(yè)務(wù)等多方面的業(yè)務(wù),適用于不同國家、不同用戶,使得用戶可以獲得一種廉價(jià)而又簡單方便的個(gè)人移動(dòng)通信服務(wù)。

PHS移動(dòng)通信系統(tǒng)可對個(gè)人或企業(yè)用戶提供多樣化的增值服務(wù),如傳統(tǒng)的語音通話服務(wù)、數(shù)據(jù)通信服務(wù)和地理定位功能(LocationDetectionService)等。PHS業(yè)務(wù)發(fā)展前景十分廣闊。泰國、中國臺(tái)灣、越南、澳大利亞、新西蘭、埃及等幾十個(gè)國家和地區(qū)的運(yùn)營商已經(jīng)開通或即將開通PHS業(yè)務(wù)。

4.小靈通

“小靈通”是UT斯達(dá)康公司生產(chǎn)的無線市話系統(tǒng)PAS(PersonalAccessSystem)的中文名稱,是UT斯達(dá)康公司的注冊商標(biāo)。它作為現(xiàn)有固定電話網(wǎng)絡(luò)的延伸和補(bǔ)充。UT斯達(dá)康公司創(chuàng)造性地在PHS技術(shù)中引入了標(biāo)準(zhǔn)的V5接口,充分利用固定電話網(wǎng)的交換和傳輸?shù)荣Y源,大大降低了系統(tǒng)成本,使之適合中國國情,從而在中國取得了巨大的成功。UT斯達(dá)康公司作為在無線市話領(lǐng)域處于主導(dǎo)地位的無線市話的發(fā)明者,其產(chǎn)品“小靈通”目前已逐漸演變成為由中國電信提供的無線市話服務(wù)的統(tǒng)稱。

PAS系統(tǒng)是在PHS-WLL基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,空中接口采用PHS的RCRSTD-28(V.2)標(biāo)準(zhǔn)。但同PHS系統(tǒng)相比,PAS屬無線接入網(wǎng),不需要建設(shè)獨(dú)立的交換和傳輸資源,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4.29所示。圖4.29PAS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作為現(xiàn)有固定電話網(wǎng)和無線接入技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,PAS具有以下特點(diǎn):

(1)固定電話的補(bǔ)充和延伸。

(2)充分利用現(xiàn)有資源,投資少,見效快。

(3)大容量,適合城鄉(xiāng)人口密集區(qū)。

(4)業(yè)務(wù)種類多,資費(fèi)低。

(5)基站和手機(jī)輻射低,健康環(huán)保,手機(jī)價(jià)格低,可長時(shí)間通話,話音質(zhì)量高。

(6)室內(nèi)信號(hào)覆蓋比較差。

(7)適宜滿速移動(dòng)。4.7IMT-2000第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)

1.基本概念

IMT-2000(InternationalMobileTelephony2000,國際移動(dòng)通信系統(tǒng))是第三代(3G)移動(dòng)通信系統(tǒng),它工作于2000MHz頻段。該系統(tǒng)包括地面蜂窩系統(tǒng)、無繩系統(tǒng)、無線接入系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng),其終端設(shè)備可以連接至地面網(wǎng)絡(luò),也可以與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互連,真正實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。

IMT-2000移動(dòng)通信系統(tǒng)的宗旨是建立全球的綜合性個(gè)人通信網(wǎng),可兼顧第一代、第二代系統(tǒng),并由現(xiàn)有的無線和固定網(wǎng)絡(luò)逐步向真正的個(gè)人通信過渡。IMT-2000最終要實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo):

(1)提供全球無縫覆蓋,支持全球漫游。

(2)提供各種綜合性服務(wù),如話音與非話音以及寬帶多媒體業(yè)務(wù)。

(3)提供高質(zhì)量服務(wù)和安全保密性能。

IMT-2000系統(tǒng)是建立在第二代系統(tǒng)基礎(chǔ)上的,而第二代的不同系統(tǒng)不可能向統(tǒng)一的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。于是ITU提出了“IMT-2000家族”的概念,允許各地區(qū)性的標(biāo)準(zhǔn)化組織有一定的靈活性,使它們根據(jù)在市場、業(yè)務(wù)需求上的不同,提出各個(gè)國家和地區(qū)向第三代系統(tǒng)演進(jìn)的策略。但是IMT-200