第六章移动通信

第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网6.1概述6.2系统控制及其信令第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网蜂窝网移动通信系统采用频率再用技术，实现了小区制大容量公用移动电话系统，该系统具有用户量多，覆盖区域广的优点，是目前发展最为迅速的一种移动通信系统。此系统为研究各种数字蜂窝网系统打下基础。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网6.1概述8.1.1发展简况模拟蜂窝网是在20世纪80年代迅速发展并得到广泛应用的一种移动通信系统。其代表性的系统如表6-1所示：AMPS、TACS、NMT-450、NMT-900、NTT。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网表6-1模拟蜂窝系统一览表第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网表6-1模拟蜂窝系统一览表第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网我国于1983年规定蜂窝式移动电话系统频段为870~889.975MHz和915~935.975MHz，频道间隔为25KHz。1990年8月确定采用TACS制式，即频段为890~915MHz与935~960MHz，双工频率间隔45MHz。各种系统的主要差异：（1）工作频段、频道间隔，收发频率间隔，基站发射功率，移动台发射功率等不同。（2）所有这些系统都有两类逻辑信道：业务信道和控制信道。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网业务信道主要传输模拟FM电话，同时还传输必要的模拟信令。控制信道可分为下行的寻呼信道和上行的接入信道，均传输数字信令。所有的系统都使用FSK或FFSK调制。由此可见，各种模拟蜂窝网系统差异较多，它们互不兼容，显然移动用户无法在各种系统之间实现漫游。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网6.1.2系统结构蜂窝网移动电话系统本身由三大部分组成，即移动电话交换局(MTSO)，基站（BS）和移动台(MS)。图6-1蜂窝网移动电话系统结构BSMSMTSOAMTSOA公共陆地移动网PSTN电话网MTSO—移动电话交换局BS—基站MS—移动台第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网MTSO（或MSC）是基站与市话网之间的接口，具有交换、控制、移动性管理功能。BS：由基站控制器和多部信道机组成。MS：车载无线电话机或手持无线电话机/车载台式手机。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网6.1.3主要功能表6-1所列的各种蜂窝网移动通信系统均具有下列的主①具有与公用电话网进行自动交换的能力。②双工通信，话音质量接近市话网标准。③双向自动拨号，包括移动用户与市话用户间的直接拨号以及移动台之间的直接拨号。移动用户可采用预拨号方式，在按“SEND”键前不占用链路，可把被叫号码存入寄存器中并在显示屏上显示。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网④用户容量大，一个系统一般能为几万个用户提供服务，还能适应业务增加需要，通过小区分裂以扩充容量。⑤采用小区制频率再用技术，当基站采用全向天线时，一个区群由12个小区组成，频率再用率为1/12，其频道分配方法是等频距法，以尺可能减少邻道干扰。⑥具有自动过境切换频道技术，切换时间小于20ms。⑦设备通用性较强，通常基站、移动台等设备在全国范围内可以通用。⑧各地之间可以联网，具有自动漫游功能。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网6.2系统控制及其信令蜂窝网移动电话系统是大容量。全自动的移动通信系统，除了要处理移动用户主呼和被呼之外，还必须在通话中不断监视信道质量并进行过区频道自动切换，并为漫游用户提供服务。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网6.2.1系统的控制结构无论是AMPS系统还是TACS系统，其系统控制涉及公用市话网、移动电话局、基站和移动台之间的话音和信令的传输与交换，蜂窝系统的控制结构如图6-2所示。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网图6-2蜂窝系统的控制结构移动电话交换局基站1基站2基站3移动台市话局话音线路数据线路有线信道无线信道第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网由图可见，系统中既有无线信道，又有有线信道，而且都有话音信道和控制信道之分。话音信道主要用于传送话音，控制信道专用于传送控制信令。MS反向建立信道前向建立信道反向话音信道前向话音信道BS有线数据线路有线话音线路MSC市话局图6-3蜂窝系统的信道类型第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网6.2.2控制信号及其功能1.监测音SAT(SupervisoryAudioTone)监测音用于信道分配和对移动用户的通话质量进行监测。当某一话音信道要分配给某一移动用户时，BS就在前向话音信道上发送SAT信号，移动台检测到SAT信号后，就在反向话音信道上环回该SAT信号，BS收到返回的SAT信号后，就确认此双向话音信道已经接通，即可通话。在通话期间，基站仍在话音信道；上连续不断地发送SAT信号，MS不断环回SAT信号。BS根据环回SAT的信噪比，不断地与预先设置的信噪比相比较，确定是否需要进行过区频道切换。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网为了提高监测音的可靠性，避免与话音信号相互间干扰，AMPS系统和TACS系统均采用话音频带外的5970、6000和6030Hz三个单音作为监测音。每个区群使用其中一个监测音，相邻区群分别使用另外两个监测音。例如，由7个小区组成的区群，其监测音的分配如图8-8所示。由图可见，使用相同监测音(SAT1)、相同载频(f1)的复用距离是共道复用距离的倍。加大监测音共道复用距离的目的是为了减小SAT信号之间的干扰，这是因为传输监测音的可靠性应该高于传输话音的要求。3第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网图监测音的配置第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网2.信令音ST(SignallingTone)信令音在移动台至基站的反向话音信道中传输，它是10kHz的音频信号。信令音的主要用途如下：第一，当MS收到BS发来的振铃信号时，MS在反向话音信道上向BS发送ST信号，表示振铃成功，一旦移动用户摘机通话，就停发ST信号；第二，移动台在过境切换频道前，在MTSO控制下，BS在原来的前向话音信道上发送一个新分配的话音信道的指令，MS收到该指令后，就发送ST信号以表示确认。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网根据上述SAT和ST信号的有无，可以用来判断MS处于摘机还是机等状态，当基站收到移动台环回的SAT信号，同时又收到ST，则表示移动台处于挂机状态；若只收到环回的SAT信号，而未收到ST，则表明此时移动台已摘机。SATSAT收到SAT未收到ST有移动台挂机移动台处于衰落环境中或移动台处于关机状态ST无移动台摘机ST第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网3.定位与过境切换（1）定位的工作过程在移动台通话过程中，为其服务的基站定位接收机不断监测来自移动台的信号电平，当发现环回的监测音SAT的电平低于某一指定值SSH(SignalStrengthforHandoffRequest),即信号电平降至请求过境切换的强度时，立即告知MTSO，MTSO当即命令邻近的BS同时监测该移动台的信号电平，并即把测量结果向MTSO报告。MTSO根据这些测量结果，就可判断移动台驶入了哪个小区，上述过程就称为定位。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网MSBS1BS2MSC开启yyy信道机xxx信道空闲原信道关机(新话音信道)返回SATy(原话音信道)切换命令切换命令开启SATy比较测量结果选择新基站其它BS测量报告命令测量信号电平切换请求驶离BS1xxx信道过境切换过程第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网（2）过境切换的工作过程假定移动台与基站BS1在xxx话音信道上正在通话，由于移动台驶离BS1，当BS1收到该移动台环回的SAT信号（或信噪比）电平低于门限值时，即向MTSO发送过境切换请求并告知该移动台的信号电平。MTSO要求邻近小区的基站测试该移动台的信号强度，这些基站应将测量结果报告给MSTO，MSTO选择其中信号最强的基站，假设基站BS2，并为BS2选择一个空闲话音信道yyy，开启BS2的yyy信道发射机，发送监测音SATy。然后，MTSO通过BS1向MS发送切换到新的话音信道yyy的指令，MS调谐到yyy信道,第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网并进行收听，在收到SATy后，立即向BS2环回SATy。BS2收到移动台环回的SATy后，告知MTSO，过境切换成功，原BS1关闭xxx信道发射机，xxx信道转入空闲状态。以上控制过程是自动进行的，时间短暂（几十毫秒），通话双方不会感觉到有通话中断现象。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网4.寻呼与接入所谓“寻呼”是当市话用户呼叫某一个移动用户时，MTSO通过某一个基站或位置区内多个基站甚至所有基站发出呼叫信号，包括被呼用户号码以及话音信道指配代号等。这些寻呼信号是在前向控制信道上发送的。所谓“接入”是指移动台主听时，要求入网。为此在反向控制信道上传送入网信息，如将自己的用户识别号告知基站，并在前向控制信道上等候指配话音信道。接入过程如下：移动台开机后，在内存程序控制下，进行自动搜索控制信道。若为空闲，就发送入网信息，基站收到移动台发送的接入信息后，告知MTSO，MTSO经核实为有效用户时，就为基站和移动台指配一对话音信道，移动台就根据指配指令自动调谐到话音信道，这样就完成了接入过程。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网5.冲突退避由于移动台的主呼是随机的，因此当一个无线区内有两个以上移动台同时发起主呼，就会因争用控制信道而发生冲突现象。为此，系统需要为减少冲突而建立一种退避规则。AMPS和TACS系统采用的办法是：在前向控制信道的信令中每隔10位发一个忙/闲标志位。当控制信道“忙”时，该比特位为“0”；当控制信道“闲”时，该比特位为“1”。移动台在反向控制信道中发出预告信息，表示要占用控制信道后，继续观察前向控制信道的忙/闲位。如果基站同意它占用，就将忙/闲位从“闲”改置为“忙”，同时也告诉了其它移动台此控制信道已被占用。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网6.移动台的功率等级信号移动台的标称功率共分四类：1类和2类用于车载台；3类和4类用于手持机。1类移动台功率最大，标称额定功率为10W(或10dBW);其次是2类，标称额定功率是4W(6dBW);3类的标称额定功率是1.6W(2dBW);4类的标称额定功率是0.6W(约-2dBW)。在蜂窝网中，移动台的功率太大，不仅仅是不必要的浪费，而且会造成对它台的干扰，因而必须根据实际需要，不断地对移动台的功率实施控制。1、2类移动台功率分为8级，每级相差4dB;3类移动台功率分为7级；4类移动台功率等级只有6级。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网移动台的功率等级第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网7.拨号数字信号拨号数字码用常规的BCD码转换，即用四位二进制比特表示一位十进制数。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网8.无论是AMPS系统还是TACS系统，移动用户识别号都采用10位数字编码制。前3位是国家或区域号码，第4位是移动电话网代号，后6位是用户代号。除了第4位数字用BCD码转换外，其它9位，每3位按特定转换规则，用10位二进制比特表示，因此总共用34位二进制比特代表移动用户识别号。设移动用户的识别号码为3211456789，则相应的34位比特二进制代码可按下述步骤求出：第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网先进行1～3位转换，用D1D2D3表示3位数，计算100×D1+10×D2+D3-111,由于D1=3,D2=2,D3=1，故100×D1+10×D2+D3-111=210。210用10位二进制表示为“0011010010”,这就是321的10第4位是1，它的BCD代码是“0001”用户识别号456789分为高3位(456)和低3位(789)，通过上述同样的转换规则，可得：456代码为“0101011001”;789代码为“101000110”。于是得到，10位数字移动用户识别码3211456789的34比二进制代码为：“0011010010000101010110011010100110”。