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系统控制及其信令思考题与习题第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网6.1概述6.1.1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。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6.1.2系统结构通常，在一个大型蜂窝网移动电话系统中有若干个移动电话交换局(MTSO)，也称作移动交换中心(MSC)。图6-1示出由两个移动电话交换局构成的蜂窝网移动电话系统结构。这种类型的网络系统常称作公共陆地移动网(PLMN)。每一个MTSO均与公用电话交换网(PSTN)和所属基站(BS)连接，其连接方式通常有电缆、光纤或数字微波线路等，它们之间都有相应的接口标准。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网每个移动用户在其常驻地的MTSO经过登记注册即可入网，此移动电话交换局称作归属(或原籍)移动电话交换局(如MTSOA)，经它所登记的移动用户称为本地用户。当移动台进入另一个移动电话交换局所管辖区时，该移动电话交换局(如MTSOB)称为被访问移动电话交换局，来访的移动用户称为漫游用户。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网图6-1蜂窝网移动电话系统结构第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网由图6-1可见，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)。其中，MTSO(或MSC)是基站与市话网之间的接口，是蜂窝网控制中心，它不仅具有一般程控交换机所具有的交换、控制功能，还具有适应移动通信特点的移动性管理功能，以完成移动用户主呼或被呼所必需的控制。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网每个基站主要由基站控制器和多部信道机等组成，信道机的数量取决于基站同时与移动台通话的数目，它们以频分多址方式工作，对每个用户使用一对不同的双工频率进行发射和接收信号。基站信道机主要由发射机、接收机组成，控制器用于与移动电话局、移动台进行信令交换和控制。每个基站还配有定位接收机，监测移动台位置，以便为越区切换服务。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主要功能：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。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，以尽可能减少邻道干扰。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网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、移动台等设备在网络覆盖范围内可以通用。⑧各地之间可以连网，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，其系统控制都涉及公用市话网、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第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网由图6-2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，而控制信道专用于传送控制信令。因为控制信道是为建立话音信道服务的，所以也把控制信道称作建立信道。通常，从基站(BS)至移动台(MS)的传输信道称为前向(或下行)信道，包括前向话音信道和前向控制信道；反之，从MS至BS传输的信道称为反向(或上行)信道，它也包括反向话音信道和反向控制信道。基站与移动电话交换局之间可分为有线数据线路和有线话音线路。上述信道的分类示于图6-3。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网图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。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6-4所示。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网图6-4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，可以判断MS处于摘机还是挂机状态，如表6-2所示。例如，当基站收到移动台环回的SAT信号时，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。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网表6-2移动台摘机/挂机信号表第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网3.定位与过境切换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，并立即把测量结果向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。通过定位，就能确定是否需要以及如何进行过境切换。过境切换的过程如图6-5所示。第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网图6-5过境切换过程第6章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网4.寻呼与接入所谓“寻呼”，是指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的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。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，因此若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。