1、Center for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-161第四部分第四部分组网技术组网技术Center for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-162背景背景 陆地移动通信技术包括陆地移动通信技术包括无线链路级技术无线链路级技术保证信息在移动过程中可靠传输的各种技术保证信息在移动过程中可靠传输的各种技术支持多用户同时接入的多址技术支持多用户同时接入的多址技术系统网络级技术系统网络级技术无线网络覆盖技术无线网络覆盖技术各种无线资源管理技术各种无线资源管理技术移动性管理移动性管理安全管理安全管理支持网
2、络节点互联的各种协议支持网络节点互联的各种协议Center for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-163背景背景 陆地移动通信系统主要包括陆地移动通信系统主要包括陆地蜂窝移动通信系统陆地蜂窝移动通信系统 GSMGSM、CDMACDMA集群调度移动通信系统集群调度移动通信系统无绳电话系统无绳电话系统 PHSPHS无线寻呼系统等无线寻呼系统等 下面主要讲述下面主要讲述陆地蜂窝移动通信系统陆地蜂窝移动通信系统Center for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-164蜂窝的基本概念蜂窝的基本概念 蜂窝通
3、信的重要特征：蜂窝通信的重要特征：低功率的发射机和小的覆盖范围低功率的发射机和小的覆盖范围频率再用频率再用切换和中央控制切换和中央控制小区分裂可用于增加容量小区分裂可用于增加容量 蜂窝类型蜂窝类型巨区（巨区（Huge)Huge)、宏区、宏区(Macro)(Macro)、微区、微区(Micro)(Micro)、微微区、微微区(Pico)Pico)、分层、分层蜂窝结构（蜂窝结构（HCS）小区群（簇，小区群（簇，cluster）:一组相邻使用不同频率的小区一组相邻使用不同频率的小区 频率再用因子频率再用因子N：一个小区群中小区数：一个小区群中小区数 对对FDMA、TDMA存在共道（同频）干扰存在共道
4、（同频）干扰Center for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-165Cells and SectorsCellCellCellCellCenter for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-166Cells and SectorsCellCellCellCellCellCellCenter for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-167Cells and SectorsSectorSectorSectorCellCenter for Wireless
5、 Communications(CWC),BUPT2022-8-168Frequency Reusein FDMA and TDMA SystemsCenter for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-169Frequency Reuse Pattern of N=41234123412341234Center for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-1610Frequency Reuse Pattern of N=7Center for Wireless Communications(CWC),B
6、UPT2022-8-1611同频干扰同频干扰 同频再用比同频再用比 q：小区半径小区半径(R)和相距最近的同频小区中心间距离和相距最近的同频小区中心间距离(D)只考虑第一层干扰，同频信号干扰比：只考虑第一层干扰，同频信号干扰比：为传播损耗倾斜率为传播损耗倾斜率 若若=4则：则：q的值越小，则容量越大的值越小，则容量越大 但是，但是，q值增大值增大,同频干扰减小，传输性能提高同频干扰减小，传输性能提高 3NRDq6)(61qqIS1)(6ISq 423SNICenter for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-1612FDMA/TDMA小区容量小区
7、容量 每个小区的信道数每个小区的信道数K为：为：Bt为系统带宽为系统带宽 Bc为等效每个信道带宽为等效每个信道带宽 N为频率再用因子，即小区群的小区数为频率再用因子，即小区群的小区数 M为整个系统带宽提供的信道数为整个系统带宽提供的信道数 C/I为接收机的信噪比为接收机的信噪比)/(32/ICMNBBKctCenter for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-1613CDMA小区容量小区容量 DSCDMA系统的容量依赖于处理增益（W/Rb），每个比特能量对于干扰的比（Eb/N0），话音负荷周期d，全向频率再用效率F 和扇区数G 频率再用效率F表示
8、相邻同频小区的影响FGdNERWmbb10Center for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-1614小区分裂小区分裂ABCDEFGGBFGEFDECDBCEFBGCDCenter for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-1615无线资源管理无线资源管理 无线资源无线资源基站、扇区、频率、时间、码道和功率等基站、扇区、频率、时间、码道和功率等不同的移动通信系统具有不同的无线资源组合不同的移动通信系统具有不同的无线资源组合 无线资源管理的目标无线资源管理的目标在有限无线资源条件下，进行资源调整，为网
9、络内无线在有限无线资源条件下，进行资源调整，为网络内无线用户终端提供业务质量保证用户终端提供业务质量保证提高系统容量和利用效率提高系统容量和利用效率基本出发点是在各种条件变化等情况下，灵活分配和动基本出发点是在各种条件变化等情况下，灵活分配和动态调整无线传输部分和网络的可用资源，最大程度地提态调整无线传输部分和网络的可用资源，最大程度地提高无线频谱利用率高无线频谱利用率Center for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-1616无线资源管理无线资源管理 无线资源管理根据具体目标的不同，分为无线资源管理根据具体目标的不同，分为 面向网络的无线资源
10、管理面向网络的无线资源管理 接入控制接入控制 负载控制负载控制 面向连接的无线资源管理面向连接的无线资源管理 切换控制切换控制 功率控制功率控制 速率控制速率控制 链路自适应技术链路自适应技术 无线资源的分配和调度无线资源的分配和调度 小区间动态信道分配小区间动态信道分配 小区内动态信道分配小区内动态信道分配 一个物理信道内的调度一个物理信道内的调度Center for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-1617切换切换n切换是使移动台的一个呼叫进程在小区之间移动时能够继续切换是使移动台的一个呼叫进程在小区之间移动时能够继续的过程。切换可以基于接收
11、的信号强度或的过程。切换可以基于接收的信号强度或S/I值（在终端、值（在终端、RS、或两者的测量），或基于网络资源管理的需要。切换过程、或两者的测量），或基于网络资源管理的需要。切换过程可能涉及终端的注册和鉴权。切换被分为硬切换和软切换。可能涉及终端的注册和鉴权。切换被分为硬切换和软切换。n软切换是当移动终端的通信被连到另一个目标的无线端口时软切换是当移动终端的通信被连到另一个目标的无线端口时，不需要中断与当前服务的无线端口的通信。在软切换中，不需要中断与当前服务的无线端口的通信。在软切换中，移动终端可以同时与两个无线端口通信。移动终端可以同时与两个无线端口通信。n硬切换是移动终端被连接到非相
12、邻的无线系统、不同的频率硬切换是移动终端被连接到非相邻的无线系统、不同的频率分配、或不同的空中接口特性或技术。硬切换在空中接口是分配、或不同的空中接口特性或技术。硬切换在空中接口是先断后通的过程。先断后通的过程。Center for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-1618切换切换n切换的基本步骤切换的基本步骤n搜索相邻小区、扇区搜索相邻小区、扇区n监视触发切换的条件监视触发切换的条件n建立新的业务和控制信道建立新的业务和控制信道n释放旧的业务和控制信道释放旧的业务和控制信道n要求要求n尽可能少的出现，以减少资源的占用尽可能少的出现，以减少资源的
13、占用n尽可能少的影响用户正在使用的业务尽可能少的影响用户正在使用的业务n接纳切换的策略接纳切换的策略n视为初始呼叫视为初始呼叫n比初始呼叫更优先比初始呼叫更优先Center for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-1619移动性管理移动性管理n注册（登记）注册（登记）n移动台（移动台（MS）注册是将）注册是将MS的特征如位置或状态报告给网络。的特征如位置或状态报告给网络。MS和和网络均可以发起注册网络均可以发起注册n注册是注册是MS通知服务提供者它的存在和希望得到服务。无线系统（通知服务提供者它的存在和希望得到服务。无线系统（RS）通知移动交换中
14、心（）通知移动交换中心（MSC）和所需要的其它网络单元。）和所需要的其它网络单元。MSC和其它网络单元完成需要的注册功能和其它网络单元完成需要的注册功能n当当MS穿越一个或多个服务商的区域时也发生注册。作为穿越一个或多个服务商的区域时也发生注册。作为MS的地理的地理位置被注册后，网络可以给它传递呼叫位置被注册后，网络可以给它传递呼叫n漫游漫游n当移动用户离开登记注册的当移动用户离开登记注册的HLR进入其他进入其他HLR时称为漫游时称为漫游Center for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-1620安全性管理安全性管理 无线信号通过空中传播开放式
15、环境，信号可以被截获，窃听，信息泄无线信号通过空中传播开放式环境，信号可以被截获，窃听，信息泄漏漏 (移动商务移动商务)安全管理对网络、承载和信令信道的保密性、用户数据的安全性、用安全管理对网络、承载和信令信道的保密性、用户数据的安全性、用户授权和户授权和PCSPCS业务提供者之间的内部可操作性进行处理业务提供者之间的内部可操作性进行处理 网络和终端共同操作支持用户鉴权和信息加密网络和终端共同操作支持用户鉴权和信息加密 鉴权：确认用户具有的各种权利鉴权：确认用户具有的各种权利 用户对基站鉴权用户对基站鉴权 基站对终端鉴权基站对终端鉴权 基站对用户鉴权基站对用户鉴权 基站用户相互鉴权基站用户相互
16、鉴权 加密：对信息进行加扰，防止第三者窃听加密：对信息进行加扰，防止第三者窃听 原始信息加密原始信息加密 空中传输信息加密空中传输信息加密 使用使用TMSICenter for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-1621网络结构网络结构MSBTS BSCMSCEIRHLRAUCVLRMSCPSTNPDNISDNOMC MSMobile Station BSS BTSBase Transceiver Station BSC Base-station controller NSS MSCMobile Switch Center HLRHome Loca
17、tion Register VLRVisitor Location Register EIREquipment Identity Register OMCOperating Maintenance Center AUCAuthentication CenterCenter for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-1622网络设备的功能网络设备的功能 BTS:实现实现BTS与移动台（与移动台（MS）之间通过空中接口的无线传输及相关的控制）之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能功能 BSC:信号转换，各种接口的管理，承担无线资源和无线参数的管理信
18、号转换，各种接口的管理，承担无线资源和无线参数的管理 MSC:路由选择管理路由选择管理,计费和费率管理计费和费率管理,业务量管理业务量管理 HLR:对移动台的数据库进行管理，主要功能为：对对移动台的数据库进行管理，主要功能为：对HLR中登记的移动台的中登记的移动台的所有用户参数的管理和修改、计费管理、所有用户参数的管理和修改、计费管理、VLR的更新的更新 VLR:漫游用户的定位和管理的动态数据库。所谓漫游就是移动用户在非归漫游用户的定位和管理的动态数据库。所谓漫游就是移动用户在非归属区得到服务的能力。属区得到服务的能力。VLR主要功能为：移动台漫游号的管理、临时移动台主要功能为：移动台漫游号的
19、管理、临时移动台识别管理、访问移动台用户管理、识别管理、访问移动台用户管理、HLR的更新、通信覆盖区域的管理（如基的更新、通信覆盖区域的管理（如基站覆盖区、站覆盖区、MSC无线交换区等）、无线信道的管理（比如信道分配表、动无线交换区等）、无线信道的管理（比如信道分配表、动态信道分配管理等）态信道分配管理等）EIR:存储移动通信设备的设备码，用于确保系统内所使用的移动用户设备存储移动通信设备的设备码，用于确保系统内所使用的移动用户设备的唯一性和安全性的唯一性和安全性 AUC:存储用户的鉴权信息和加密密钥，用于防止无权用户进入系统。存储用户的鉴权信息和加密密钥，用于防止无权用户进入系统。AUC属于
20、属于HLR的一个功能单元的一个功能单元 OMC:完成完成BSS和和NSS的网络运行和维护管理的网络运行和维护管理Center for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-1623网络各单元接口网络各单元接口BSCBSC与与MSCMSC之间为之间为A A接口；接口；BTSBTS和和BSCBSC之间为之间为AbisAbis接口；接口；BTSBTS和和MSMS之间为之间为UmUm接口接口MSCMSC与与PSTNPSTN之间为之间为AiAi接口；接口；MSCMSC和和VLRVLR之间为之间为B B接口；接口；MSCMSC和和HLRHLR之间为之间为C C接口
21、；接口；HLRHLR和和VLRVLR之间为之间为D D接口；接口；MSCMSC和和MSCMSC之间为之间为E E接口；接口；Center for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-1624Cellular Network Architecture.1010010000110011001110100001000101001000011001100111010000100010 1 00 10 00 01 10 01 10 0 11 10 10 00 01 00 010111001100110011111001010010010T T 1 1/E E
22、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 S10011100Center for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-1625信信 令令 基本概念基本概念指在通信网中传输，与通信有关的一系列控制信号指在通信网中传输，与通信有关的一系列控制信号 信令：不同于用户信息信令：不同于用户信息信令通常需要在通信网络的不同环节中传输，各环节进信令通常需要在通信网络的不同
23、环节中传输，各环节进行分析处理并通过交互作用而形成一系列的操作和控制行分析处理并通过交互作用而形成一系列的操作和控制目的：是保证用户信息有效且可靠的传输目的：是保证用户信息有效且可靠的传输 信令的内容信令的内容包括呼叫建立、监控、拆除、网络管理控制等信息包括呼叫建立、监控、拆除、网络管理控制等信息 信令分类信令分类接入信令：用户到网络节点间的信令接入信令：用户到网络节点间的信令网络信令：网络节点间的信令网络信令：网络节点间的信令Center for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-1626接入信令接入信令 移动通信中：移动台到基站之间的信令移动通
24、信中：移动台到基站之间的信令 主要包括呼叫管理、移动管理和无线资源管理主要包括呼叫管理、移动管理和无线资源管理 不同系统有不同的信令不同系统有不同的信令 移动通信的空中接口信令分三个层次：物理、链路移动通信的空中接口信令分三个层次：物理、链路和网络层和网络层 信息传输包括：无证实和有证实信息传输包括：无证实和有证实(应答应答)两种两种 采用端到端的信息传输处理方式采用端到端的信息传输处理方式 信息通过原语传送到下层，形成物理帧，通过无线信息通过原语传送到下层，形成物理帧，通过无线接口到接收端，再通过原语传送到对应端接口到接收端，再通过原语传送到对应端Center for Wireless Communications(CWC),BUPT2022-8-1627网络信令网络信令 常用的网络信令为常用的网络信令为 7号信令（号信令（SS-7，Signaling System 7）:包括包括MTP、SCCP、TCAP、OMAP和和ISDN-UP等等
