第8章無線窄帶接入技術(shù),8.1無線通信基礎(chǔ)8.2移動通信關(guān)鍵技術(shù)8.3無線市話接入系統(tǒng),8.1無線通信基礎(chǔ),8.1.1蜂窩通信理論1蜂窩通信的由來移動通信采用蜂窩結(jié)構(gòu)以前，主要采用大區(qū)制的組網(wǎng)方式。所謂大區(qū)制，指的是一個基站來覆蓋整個地區(qū)，系統(tǒng)運行在允許的最大功率和最高天線上，頻率不能再用。,大區(qū)制的特點是只有一個基站，覆蓋面積大，因此所需的發(fā)射功率也比較大，另外大區(qū)制的信道數(shù)量有限，因此信道容量較小，隨著移動通信的發(fā)展，漸漸地不能滿足系統(tǒng)容量增長的要求。相對于大區(qū)制，蜂窩移動通信系統(tǒng)也被稱為小區(qū)制,2蜂窩的基本概念采用正六邊形主要有兩個原因：第一，正六邊形的覆蓋適用于數(shù)量較少的小區(qū)，少量的發(fā)射站；第二，正六邊形小區(qū)覆蓋相對于四邊形和三角形小區(qū)覆蓋費用低。蜂窩小區(qū)大小各不相同，取決于人口密度及分布、人流活動路線和場所。,表8-1蜂窩小區(qū)的分類,陸地移動通信系統(tǒng)通常采用宏蜂窩、微蜂窩和微微蜂窩。每個蜂窩小區(qū)設(shè)一個基站，該基站與周圍的一些基站通過電話線和數(shù)據(jù)控制線與移動交換中心連接，再經(jīng)匯接局接入市話網(wǎng)。當(dāng)移動用戶從一個小區(qū)向另一個相鄰小區(qū)移動時，基站控制中心發(fā)出越區(qū)切換指令，使移動用戶進(jìn)入新的小區(qū)以后仍能保持通信的連續(xù)性。,3蜂窩小區(qū)的頻率復(fù)用在頻分多址和時分多址系統(tǒng)中，為了降低蜂窩小區(qū)的干擾，相鄰小區(qū)均使用不同的頻率。但為了提高頻譜利用率，采用空間劃分的方法，在不同的空間可以進(jìn)行頻率再用。由若干個小區(qū)組成一個區(qū)群（Cluster，也叫做“簇”），區(qū)群內(nèi)的每個小區(qū)占用不同的頻率，另一個區(qū)群可重復(fù)使用相同的頻帶。不同區(qū)群中的相同頻率的小區(qū)產(chǎn)生同頻干擾，也被稱做共道干擾。,4蜂窩小區(qū)的干擾移動通信系統(tǒng)蜂窩小區(qū)的干擾分為三種：互調(diào)干擾、臨頻干擾和同頻干擾。當(dāng)有兩個以上的頻率作用于一非線性電路時，由這兩個（或多個）頻率會互相調(diào)制產(chǎn)生新的頻率輸出，如果這個新頻率恰好落在某一個信道而被工作于該頻率的接收機接收，即構(gòu)成對該接收機的干擾。,避免或抑制互調(diào)干擾主要通過4種措施：增大發(fā)射機之間的耦合損耗；提高接收機的抗互調(diào)指標(biāo)；對發(fā)射機進(jìn)行有效的功率控制；不使用三階互調(diào)頻率的信道。,臨頻干擾是指鄰近頻道或相鄰頻道之間的干擾，也被稱為鄰道干擾。,減少臨頻干擾的措施有：提高接收機的中頻選擇性以及優(yōu)選接收機指標(biāo)，同時限制發(fā)射機的臨頻輻射，規(guī)定發(fā)射機臨頻輻射應(yīng)該70dB(和載頻功率相比)；在移動臺功率方面，應(yīng)在滿足通信距離的要求下，盡量采用小功率輸出，以減小服務(wù)區(qū)，可以通過功率控制使得移動臺接近基站時降低發(fā)射功率；使用天線定向波束指向不同的水平方向以及指向不同的仰角方向。,在蜂窩系統(tǒng)中，由于采用了頻率復(fù)用，所以存在同頻小區(qū)。與有用信號具有相同頻率的非有用信號對有用信號所造成的干擾稱為同頻干擾，也被稱為共道干擾或同道干擾。,8.1.2無線傳播與天線1無線電波傳播瑞利衰落是一種符合多徑效應(yīng)而發(fā)生的信號衰落，設(shè)計過程中通常都是采用瑞利衰落曲線來分析。,圖8-1瑞利衰落圖,2移動通信的電波傳播特點（1）傳播環(huán)境復(fù)雜地形、地物、地質(zhì)以及地球的曲率半徑等都會對電波的傳播造成影響。（2）傳播環(huán)境不斷變化移動通信的信道是變參信道。（3）環(huán)境被電磁噪聲污染傳播環(huán)境本身是一個被電磁噪聲污染的環(huán)境，而且這種污染日益嚴(yán)重。,3分集技術(shù)為了提高系統(tǒng)的抗多徑的性能，一個有效的方法是對信號分集接收。（1）分集技術(shù)的概念分集技術(shù)的基本思想是：將接收到的多徑信號分離成不相關(guān)的（獨立的）多路信號，然后將這些多路分離信號的能量按一定的規(guī)則合并，使接收的有用信號能量最大，而提高接收端的信噪功率比，對數(shù)字信號而言，使誤碼率最小。,（2）時間分集時間分集指將信源比特分散到不同的時間段中發(fā)射出去。交織就是一種時間分集方式，它可以在不附加任何開銷的情況下，使數(shù)字通信系統(tǒng)獲得分集。交織器的作用就是將信源比特分散到不同的時間段中，以減輕衰落帶來的對重要碼位的同時干擾。交織器有兩種結(jié)構(gòu)類型：分組結(jié)構(gòu)和卷積結(jié)構(gòu)。,圖8-2分組結(jié)構(gòu)的交織示意圖,（3）頻率分集擴頻技術(shù)就是一種頻率分集，采用擴頻技術(shù)的CDMA數(shù)字移動通信系統(tǒng)的接收機利用多徑信號中含有可利用信息的特點，通過合并多徑信號來改善接收信號的信噪比，通常采用RAKE接收機來實現(xiàn)。RAKE接收機是通過多個相關(guān)檢測器接收多徑信號中的各路信號，并把它們合并在一起。,圖8-3RAKE接收機原理示意圖,RAKE接收機利用相關(guān)器檢測出多徑信號中最強的m個支路信號，然后對每個RAKE支路的輸出進(jìn)行加權(quán)、合并，以提供優(yōu)于單路信號的接收信噪比，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行判決。,圖8-4RAKE接收機中信號的合并和檢測位置,具體的合并方法通常有3類：選擇式合并、最大比合并和等增益合并。,（4）天線及分集技術(shù)利用兩副天線可以實現(xiàn)分集技術(shù)，空間分集空間分集是利用場強隨空間的隨機變化實現(xiàn)的。移動通信中空間分集的基本做法是在基站的接收端使用兩幅相隔一定距離的天線對上行信號進(jìn)行接收，這兩幅天線分別稱為接收天線和分集接收天線，其中接收天線可以與發(fā)射天線分別設(shè)置，也可以與發(fā)射天線合二為一，即收、發(fā)共用一幅天線。,為了保證分集效果，接收天線和分集接收天線之間必須保持一定的空間間隔，稱為分集天線之間的距離D。,極化分集在移動環(huán)境中，兩個在同一地點極化方向相互正交的天線發(fā)出的信號呈現(xiàn)互不相關(guān)的衰落特性，利用這一特性，在發(fā)端同一地位置分別裝上垂直極化和水平極化天線，在收端同一地位置也分別裝上垂直極化和水平極化天線，就可得到兩路衰落特性不相關(guān)的信號。極化分集是用同一頻率攜帶兩種不同極化方式的信號，來獲取分集增益。,4天線技術(shù)（1）天線的類型根據(jù)作用可分為發(fā)射天線和接收天線。按照天線的結(jié)構(gòu)形式，天線可以分為線狀天線和面狀天線；按照工程對象可分為通信天線、廣播電視天線和雷達(dá)天線等；按照天線所使用的頻率，可分為長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線和微波天線。在移動通信中，通常又分為基站天線和移動臺天線。,（2）天線的理論基礎(chǔ)天線問題實質(zhì)上是電磁場問題，它的理論基礎(chǔ)是電磁場理論。（3）天線的主要技術(shù)指標(biāo)天線的方向性天線的方向性表示天線輻射電磁波在空間的相對分布情況，它可以從天線的方向圖和方向性系數(shù)等多方面來確定。半功率角度半功率角度是指輻射功率不小于最大輻射方向上輻射功率一半的輻射扇面角度。,輸入阻抗天線的輸入阻抗是天線的一個重要指標(biāo)，因為它直接影響天線輸入的效率。天線的輸入阻抗就是指加在天線輸入端的高頻電壓與電流之比。天線的輸入阻抗與天線的長短、粗細(xì)、饋電點的選擇以及周圍環(huán)境等因素有關(guān)。天線的效率天線的效率表示天線輻射功率的能力。,天線增益極化接收天線與發(fā)射天線的極化必須互相適應(yīng)，即達(dá)到極化匹配。（4）移動通信天線基站天線基站天線按照輻射方向分類，可分為全向天線（亦稱無方向性天線）和定向天線。移動臺天線,移動臺天線應(yīng)具有如下特點：移動臺收發(fā)共用一根天線，由此，移動臺天線都具有足夠的帶寬；在水平方向內(nèi)天線是無方向性的；在垂直面內(nèi)盡可能抑制角方向的輻射；天線的電器性能不應(yīng)受到因移動而產(chǎn)生的振動、碰撞和沖擊等的影響；體積小，重量輕，由于用戶量大，造價要低廉。,8.2移動通信關(guān)鍵技術(shù),移動蜂窩系統(tǒng)是連接移動用戶與PSTN或因特網(wǎng)的一種無線接入網(wǎng)形式。移動蜂窩系統(tǒng)的主要特征是能為用戶提供移動性接入業(yè)務(wù)。,8.2.1信道分配技術(shù)1空閑信道的選取方法在移動通信系統(tǒng)中，采用多信道共用技術(shù)是提高頻率利用率的有效方法。目前在移動通信公網(wǎng)中常用的空閑信道的選取方式為專用呼叫信道方式，專用呼叫信道方式是在系統(tǒng)所使用的信道中設(shè)置1個或兩個專門用于呼叫的信道，這些信道不用于通話，而是作為控制信道，專門用于處理用戶的呼叫、向用戶發(fā)出選呼和指定通信用的語音信道等。,專用呼叫信道的具體工作方式為：只要移動臺未通話，均停在呼叫信道上守候。專用呼叫信道方式的主要優(yōu)點是處理呼叫速度快，用戶等待時間短，當(dāng)用戶數(shù)很多，呼叫又比較繁忙時，專用呼叫信道的效率較高，因此這種方式適用于呼叫頻繁的大容量系統(tǒng)，目前800MHz、900MHz與1800MHz頻段上的公用移動電話網(wǎng)均采用專用呼叫信道方式。主要缺點是會發(fā)生同搶,2信道分配信道分配技術(shù)使用的好壞，既與系統(tǒng)的可靠性有關(guān)，又與頻率資源的利用率有關(guān)。目前常用的主要有固定信道分配和動態(tài)信道分配兩種信道分配方式。（1）固定信道分配方式固定信道分配方式是把某個（些）信道固定分配給某個小區(qū)。優(yōu)點是信道分配方法相對固定，分配技術(shù)成熟，已在許多移動通信系統(tǒng)中使用。缺點是信道的利用率不如其他方式，當(dāng)話務(wù)量增加時，容易造成阻塞。,（2）動態(tài)信道分配動態(tài)信道分配方式是根據(jù)用戶話務(wù)量隨時間和位置的變化情況，對信道進(jìn)行動態(tài)分配優(yōu)點是可以使有限的信道資源得以充分利用，但采用動態(tài)分配方法時，需要混合使用任意信道的天線共用設(shè)備，而且在每次呼叫時，需要高速處理橫跨多個基站的龐大算法。在實際應(yīng)用中還經(jīng)常采用固定分配與動態(tài)分配混合使用的方案，即混合信道分配方法。對于某些預(yù)先可預(yù)測的話務(wù)量變動的情況，可以采用柔性信道分配的方法。,8.2.2編碼技術(shù)移動通信的編碼技術(shù)包括信源編碼和信道編碼兩大部分，信源編碼是為了提高信息傳輸?shù)挠行裕诺谰幋a（差錯控制編碼）是為了提高信息傳輸?shù)目煽啃浴?下面分別對信源編碼和信道編碼加以介紹。1信源編碼信源編碼的目的是有效地將信源轉(zhuǎn)化成適于在信道中傳輸?shù)臄?shù)字信號。按照信源信號是離散的信號還是連續(xù)的信號，可以將信源編碼分為離散信源編碼和模擬信源編碼。在移動通信系統(tǒng)中，模擬信源編碼主要指語音編碼。,（1）離散信源編碼離散無記憶信源離散平穩(wěn)信源（2）語音編碼,語音編碼分類根據(jù)信號壓縮方式的不同，通常將語音編碼分為波形編碼和參量編碼兩種基本類型。波形編碼是將隨時間變化的信號直接變換為數(shù)字代碼，力圖使重建的語音波形保持原語音信號的波形形狀。參量編碼稱為聲源編碼。利用人的發(fā)聲機制，對語音信號的特征參數(shù)進(jìn)行提取，再進(jìn)行編碼。,混合編碼將波形編碼和參量編碼組合起來，即以參量編碼為基礎(chǔ)，并附加上一定波形編碼的特征，克服了原有波形編碼和參量編碼的弱點，結(jié)合各自的長處，保持了波形編碼的高質(zhì)量和參量編碼的低速率，在4kbit/s16kbit/s速率上能夠得到高質(zhì)量的合成語音。混合編碼的主要參量是比特率、語音質(zhì)量、復(fù)雜度與處理時延。,移動通信中的語音編碼移動通信對語音編碼的要求是：編碼速率要適合在移動信道內(nèi)傳輸，純編碼速率應(yīng)低于16kbit/s；在一定編碼速率下語音質(zhì)量應(yīng)盡可能高，即解碼后的復(fù)原語音的保真度要高；編、解碼時延要短，總時延不得超過65ms；要能適應(yīng)衰落信道的傳輸，即抗誤碼性能要好，以保持較好的語音質(zhì)量；算法的復(fù)雜程度要適中，應(yīng)易于大規(guī)模電路的集成。,數(shù)字移動通信系統(tǒng)中均采用混合編碼。GSM系統(tǒng)采用的就是規(guī)則脈沖激勵長期預(yù)測編碼（RPE-LTP）的混合編碼方式，PHS系統(tǒng)采用ADPCM語音編碼。,2信道編碼信道編碼的目的是以加入多余的碼元（監(jiān)督碼元）為代價，換取信息碼元在傳輸中可靠性的提高，即信道編碼的主要作用是進(jìn)行差錯控制。,（1）信道編碼的基本類型按照監(jiān)督位完成功能的不同，信道編碼可以分為檢錯碼和糾錯碼兩種類型。按照信息碼元和監(jiān)督碼元之間的檢驗規(guī)律，信道編碼又可以劃分為線性碼和非線性碼。按照信息碼元和監(jiān)督碼元之間的約束方式的不同，信道編碼還可以劃分為分組碼和卷積碼。,（2）線性分組碼分組碼是往要發(fā)送的信息比特中添加一些監(jiān)督比特，以形成一定長度的碼組，記為(n,k)。監(jiān)督碼與信息碼之間具有某種特定的關(guān)系，利用這種關(guān)系可以在接收端對接收到的碼元進(jìn)行檢錯或糾錯。分組碼的特點是碼組的長度固定，誤碼不擴散。所謂線性分組碼中的分組是指編、譯碼過程是按分組進(jìn)行的，即按每k個信息為一組，進(jìn)行編譯碼；而線性則是指分組碼中的編碼特別是監(jiān)督碼按線性方程生成。,循環(huán)碼是一種非常實用的線性分組碼，絕大多數(shù)實用化的線性分組碼都是循環(huán)碼。,（3）卷積碼卷積碼是在一定長度的編碼中，把前后碼元按一定的規(guī)則相關(guān)連起來以形成整個的碼輸出。它是一種非分組的有記憶編碼。在編碼器復(fù)雜程度相同的情況下，卷積碼的性能優(yōu)于分組碼。,（4）移動通信中的信道編碼在現(xiàn)代數(shù)字移動通信系統(tǒng)的信道編碼中，常常是既使用分組碼也使用卷積碼。在GSM中無線信道按其功能可分為業(yè)務(wù)信道（TCH）和控制信道（CCH）,圖8-5GSM信道的基本編譯碼方式,在GSM系統(tǒng)中，信道編碼從總體上講可分為以下3個步驟。用分組碼（系統(tǒng)循環(huán)碼）進(jìn)行外編碼，建立由“信息比特+奇偶校驗比特”構(gòu)成的碼字，然后在其后面加若干個比特的“0”作為尾比特。用卷積碼進(jìn)行內(nèi)編碼，即將步驟中得到的“信息比特+奇偶校驗比特+尾比特”用卷積碼進(jìn)行編碼，建立“編碼比特”。采用重排（隨機接入信道RACH和同步信道SCH除外）和交織技術(shù)分離由衰落引起的長突發(fā)錯誤，改造突發(fā)信道為獨立錯誤信道。,8.2.3多址接入技術(shù)為了保證多用戶正常地進(jìn)行通信，需要采用有效的多址接入技術(shù)，簡稱多址技術(shù)。移動通信系統(tǒng)的多址方式有頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）4種方式。多址方式直接影響到通信系統(tǒng)的容量,在頻域和時域都可以實現(xiàn)雙工通信，分別稱為頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD）。頻分雙工指為一個用戶提供兩個確定的頻段上行（從移動臺到基地臺）頻段和下行（從基地臺到移動臺）頻段，其上行頻段和下行頻段的頻率分配在整個系統(tǒng)中是固定的。頻分雙工適用于為每個用戶提供單個無線頻率的移動通信系統(tǒng)。時分雙工是用時間而不是頻率來提供上行鏈路和下行鏈路。時分雙工允許在一個信道上通信。通常把多址系統(tǒng)的多址接入方式和雙工技術(shù)一起來描述。,1頻分多址（FDMA）技術(shù)頻分多址技術(shù)是將可以使用的帶寬分成多個頻率互不重疊的信道，每個信道具有一對頻率（接收頻率和發(fā)射頻率），每個用戶需要通信時都被分配給一個信道，該信道的寬度應(yīng)能傳輸一路信息數(shù)據(jù)且相鄰信道之間無明顯串?dāng)_。頻分多址移動通信系統(tǒng)中，任意兩個移動用戶通信都必須經(jīng)過基站來中轉(zhuǎn)，因此一對移動用戶要實現(xiàn)雙工通信需要占用兩個信道（4個頻率）。頻分多址技術(shù)的優(yōu)點是技術(shù)成熟、設(shè)備簡單，缺點是容量小、抗干擾能力差。模擬移動通信系統(tǒng)采用頻分多址技術(shù)。,2時分多址（TDMA）技術(shù)時分多址技術(shù)將時間軸劃分成許多時隙，不同用戶使用不同的時隙，N個時隙組成一幀，以幀的形式傳送，達(dá)到共用信道目的。在時分多址移動通信系統(tǒng)中所有用戶都使用同一射頻帶寬，按一定的秩序分不同時間發(fā)射。在TDMA/TDD系統(tǒng)中，每幀中的時隙一半用于上行鏈路，一半用于下行鏈路。而在TDMA/FDD系統(tǒng)中，上行鏈路和下行鏈路具有完全相同或相似的幀結(jié)構(gòu)，但它們使用的頻段不同。與采用頻分多址的模擬移動通信系統(tǒng)相比，采用時分多址的數(shù)字移動通信系統(tǒng)的移動用戶容量提高了56倍。在頻率利用率、保密性、數(shù)據(jù)傳輸和語音質(zhì)量等方面也都有了很大的改善。,3碼分多址（CDMA）技術(shù)碼分多址技術(shù)是建立在擴頻技術(shù)基礎(chǔ)之上的一種多址技術(shù)，故碼分多址又稱為擴頻多址（SSMA）。擴頻技術(shù)的主要特征是使用碼速率比信息數(shù)據(jù)速率高得多的偽隨機碼擴展基帶信號的頻譜，使其成為具有極低功率譜密度的寬帶信號。,碼分多址技術(shù)具有以下主要優(yōu)越性。具有很強的抗干擾能力，特別是在抗多徑效應(yīng)方面效果顯著。在碼分多址移動通信系統(tǒng)中，無論采用的是TDD方式還是FDD方式，許多用戶都共享一個頻率。能工作在低功率譜密度下，低的發(fā)射功率對移動用戶的輻射小，對健康有利。,由于不同用戶使用不同的擴頻編碼，使得沒有正確的擴頻碼就無法實現(xiàn)解調(diào)，所以碼分多址移動通信系統(tǒng)具有一定的保密性。由于采用相關(guān)接收方式，碼分多址移動通信的接收機可以在信噪比很低的情況下工作，使信號具有很強的隱蔽性。與頻分多址和時分多址不同，碼分多址系統(tǒng)是干擾受限系統(tǒng)，減小干擾可以直接增加系統(tǒng)容量。,在CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)中，由于相鄰小區(qū)使用相同頻率，可以實現(xiàn)軟切換技術(shù)。所謂軟切換技術(shù)簡單地說就是“先接后斷”，即當(dāng)移動臺越區(qū)時，移動交換中心先給移動臺接續(xù)上，當(dāng)確認(rèn)后才斷掉原有話路。與采用時分多址的GSM系統(tǒng)所用的“先斷后接”的硬切換相比，CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)基本上消除了掉話現(xiàn)象。CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)的固有干擾是多址干擾對蜂窩移動通信系統(tǒng)容量起主要制約作用的正是系統(tǒng)本身存在的固有干擾,4空分多址（SDMA）技術(shù)空分多址是利用用戶空間特征的不同來實現(xiàn)多址通信的。,8.2.4移動通信交換技術(shù)1移動臺位置的確定（1）位置登記的基本概念在移動通信中，移動臺的位置是通過位置登記的方法來確定的。所謂位置登記就是移動臺通過接入信道向網(wǎng)絡(luò)報告它的當(dāng)前位置。移動交換中心（MSC）是與歸屬位置寄存器（HLR）和拜訪位置寄存器（VLR）相連的，這兩個寄存器就是用來存儲移動臺位置信息的。,（2）位置登記方式定期登記位置區(qū)登記在大容量的蜂窩移動通信系統(tǒng)中大多采用位置區(qū)登記方式2切換的分類切換由無線測量、網(wǎng)絡(luò)判斷和系統(tǒng)執(zhí)行3個步驟完成。,（1）越區(qū)切換在GSM網(wǎng)中，每個相鄰小區(qū)都有不同的頻率組，當(dāng)一個正在通信的移動臺從一個小區(qū)進(jìn)入鄰接的另一個小區(qū)時，移動交換中心（MSC）或基站控制中心（BSC）就要使在原小區(qū)的一個信道上的通話切換到另一小區(qū)的無線信道上，并且切換時不能影響正常的通信。將實現(xiàn)這一技術(shù)的切換稱為越區(qū)切換。,（2）漫游切換漫游是指移動臺從一個通信管理服務(wù)區(qū)移動到另一個通信管理服務(wù)區(qū)，仍能繼續(xù)享受服務(wù)的功能。漫游是移動通信的一種業(yè)務(wù)，完成這種業(yè)務(wù)必須要經(jīng)過位置登記、轉(zhuǎn)移呼叫和越局信道切換，把這種切換稱為漫游切換。,（3）硬切換“先斷后接”的切換方式稱為硬切換。（4）軟切換軟切換是指在越區(qū)切換時，移動臺并不斷掉與原基站的聯(lián)系而同時與新基站聯(lián)系，當(dāng)移動臺確認(rèn)已經(jīng)和新基站聯(lián)系上后，才將與原基站的聯(lián)系斷掉，也就是“先接后斷”。CDMA數(shù)字移動通信系統(tǒng)采用的就是軟切換技術(shù)。,3漫游技術(shù)（1）漫游的分類根據(jù)系統(tǒng)對漫游的管理和實現(xiàn)的不同，可將漫游分為3類。人工漫游。半自動漫游。自動漫游。,（2）自動漫游技術(shù)的實現(xiàn)位置登記歸屬位置寄存器（HLR）和拜訪位置寄存器（VLR）主要是為實現(xiàn)漫游功能而設(shè)置的部件，也是數(shù)字移動網(wǎng)中所特有的，它們在位置登記中起數(shù)據(jù)庫的作用。位置登記指移動通信網(wǎng)不斷跟蹤移動臺在系統(tǒng)中的位置，位置信息存儲在HLR和VLR中。,路由重選根據(jù)發(fā)起向HLR查詢的位置不同，有兩種重選方法：原籍局重選和網(wǎng)關(guān)局重選。（3）移動用戶漫游號碼（MSRN）分配MSRN用作路由重選，它對MS和PSTN用戶均不可見。,分配方法有以下兩種。按位置分配按呼叫分配MSRN是分配給漫游移動臺的號碼，用以實現(xiàn)漫游呼叫，其組成取決于它登記的位置、組網(wǎng)方式以及分配和處理的方法。,根據(jù)各國對PSTN/ISDN的要求，移動臺漫游號（MSRN）具有可變的長度。MSRN為臨時性用戶數(shù)據(jù)，存儲在HLR和VLR中。,國際移動臺漫游號碼國內(nèi)移動臺漫游號碼位置區(qū)識別碼（LAI）,VLR地址,8.3無線市話接入系統(tǒng),8.3.1ZXPCS系統(tǒng)特點ZXPCS(中興個人無線通信系統(tǒng))主要有以下特點。（1）通過開放標(biāo)準(zhǔn)的接口，提供全網(wǎng)的互連互通功能，同時方便了各種新業(yè)務(wù)的引入（2）容量大、性能高、擴容便捷,（3）采用大小基站混合組網(wǎng)的方式，達(dá)到良好的覆蓋性能（4）信道利用率高，組網(wǎng)靈活方便（5）通信質(zhì)量高、保密性強、通信安全可靠（6）綜合性網(wǎng)管、架構(gòu)清晰、功能強大、安全可靠、使用方便,8.3.2ZXPCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)ZXPCS個人無線通信系統(tǒng)包括3個功能層次：業(yè)務(wù)提供層、業(yè)務(wù)控制層和無線接入層。業(yè)務(wù)提供層主要包括短消息（SMC）、智能網(wǎng)（IN）和語音信箱（VM）；業(yè)務(wù)控制層主要包括歸屬位置寄存器（HLR）、互聯(lián)網(wǎng)關(guān)（IGW）和操作維護(hù)模塊（OMM）；無線接入層主要包括接入網(wǎng)絡(luò)單元（ANU）、基站控制器（CSC）、基站（CS）、移動終端（PS）和無線接入側(cè)網(wǎng)管。,1互聯(lián)網(wǎng)關(guān)（IGW）IGW提供話路分配及跨地市互連互通接口，實現(xiàn)不同地市無線市話網(wǎng)的互連互通。IGW在ZXPCS系統(tǒng)中處于業(yè)務(wù)控制層，主要完成功能為：提供話路管理、話路接續(xù)及移動性管理、本地數(shù)據(jù)庫，同時提供操作維護(hù)等管理平臺所需的集中監(jiān)控通道。,IGW系統(tǒng)采用多模塊全分散控制的結(jié)構(gòu)形式，主要包括中心交換模塊（CSM）、移動外圍模塊（MPM）、訪問外圍模塊（VPM）和操作維護(hù)模塊（OMM），其中中心交換模塊包括交換網(wǎng)絡(luò)模塊和消息交換模塊。,圖8-7ZXPCS-IGW系統(tǒng)結(jié)構(gòu),2業(yè)務(wù)處理模塊（MPM）MPM是ZXPCS-IGW中基本的獨立模塊，可完成本模塊內(nèi)部用戶之間的話路接續(xù)和信令的處理，可將本交換模塊內(nèi)部的用戶和其他交換處理模塊的用戶之間的信令和話路接到SNM中心交換網(wǎng)絡(luò)模塊上。,圖8-8MPM硬件原理圖,MPM包括數(shù)字中繼單元（DTU）、模擬信令單元（ASIG）、互連單元（IWU）、主控單元（CLTU）、數(shù)字交換網(wǎng)單元（NETU）和光接口單元。光接口單元包括FBIU和SDTU兩種，F(xiàn)BIU的主要功能是將MPM與中心模塊網(wǎng)之間用多對主備光纖連接起來，SDTU主要用于與PSTN網(wǎng)大容量匯接時，提供傳輸與中繼處理功能。,（1）數(shù)字中繼單元（DTU）主要功能是：線路信號碼型接收發(fā)送及變換（HDB3/AMI碼與內(nèi)部NRZ碼的轉(zhuǎn)換）、幀同步時鐘的提取、幀同步及復(fù)幀同步和檢測告警。（2）模擬信令單元（ASIG）,ASIG主要提供以下功能。接收DTMF和MFC，由T網(wǎng)來的下行信號最先經(jīng)串并變換存入存儲器，然后由信號處理機按DFT方法測出功率電平，判斷信號類別再通知CPU處理。發(fā)送DTMF和MFC，將要發(fā)送的雙音頻及其電平固化在EPROM中，發(fā)送時按125ms周期對其循環(huán)讀取，然后將它們送到某個HW線上。作為音（TONE）板時，有語音錄入和語音讀取兩種功能。,（3）互連單元（IWU）互連單元（IWU），用來實現(xiàn)移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。主要提供對PSTN和ISDN網(wǎng)絡(luò)的互連功能（IWF）；透明/非透明，異步/同步300bit/s、1.2kbit/s、2.4kbit/s、4.8kbit/s、9.6kbit/s及12kbit/s非限制數(shù)字等雙工電路型承載能力；傳真等電信業(yè)務(wù)。,（4）主控單元主控單元包括模塊處理器（MP）、通信板（COMM）、監(jiān)控板（MON）、環(huán)境監(jiān)測板（PEPD）和共享內(nèi)存板（SMEM）。MP是中央處理機，其主要任務(wù)是擴展頁面存儲器管理、總線驅(qū)動、總線管理、中斷管理、MP主備管理和以太網(wǎng)接口控制器等，可以提供兩個10/100Mbit/s以太網(wǎng)接口，一個用于與后臺交換信息，另一個用于控制層擴展。通信板（COMM）是MP與外圍處理單元之間通信的樞紐，也是No.7信令單元的第2層處理層。,監(jiān)控板（MON）是對ZXPCS-IGW系統(tǒng)中不具備與MP通信功能的子單元實現(xiàn)監(jiān)控。環(huán)境監(jiān)測板（PEPD）能處理外接傳感器提供的二次信號，對交換機工作環(huán)境參數(shù)如溫度、濕度、煙霧和紅外等實時監(jiān)測，并上報MP，一旦發(fā)生異常情況立即啟動告警箱報警。共享內(nèi)存板（SMEM）為主備MP提供可同時訪問的8k字節(jié)的雙端口RAM和共享的2M字節(jié)RAM，同時提供相應(yīng)容量的一位數(shù)據(jù)奇偶校驗位。,（5）數(shù)字交換單元數(shù)字交換單元。主要完成以下功能：完成模塊內(nèi)部用戶的話路接續(xù)交換（MPM中）；與中心局交換網(wǎng)模塊互連實現(xiàn)模塊間的話路接續(xù)；提供MP與外部單元信息通信的半固定接續(xù)；支持n64kbit/s動態(tài)時隙交換。,（6）光接口單元（7）同步時鐘系統(tǒng)ZXPCS-IGW的時鐘同步系統(tǒng)由基準(zhǔn)時鐘板（CKI）、同步振蕩時鐘板（SYCK）及時鐘驅(qū)動板（CKCD）構(gòu)成，為整個系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時鐘，又同時能對高一級的外時鐘同步跟蹤。,3中心數(shù)據(jù)庫模塊（VPM）VPM模塊完成VLR中心數(shù)據(jù)庫功能，單個VPM模塊支持60萬用戶集中數(shù)據(jù)庫。VPM模塊硬件結(jié)構(gòu)和MPM基本相同，只比MPM模塊少了DTU、ASIG、IWU。,4消息交換模塊（MSM）MSM模塊主要完成各模塊之間的消息交換。5中心交換模塊（SNM）中心交換模塊是多模塊局系統(tǒng)的核心模塊，主要完成多模塊系統(tǒng)的各模塊之間的話路交換，并將來自多模塊的通信時隙經(jīng)半固定連接后送至MSM。,圖8-9SNM原理圖,6HLR/AUC系統(tǒng)HLR與IGW同處于ZXPCS系統(tǒng)的業(yè)務(wù)控制層，HLR主要作用是存儲網(wǎng)絡(luò)中所有的移動用戶的信息，包括用戶的標(biāo)識、用戶的位置區(qū)信息及用戶的服務(wù)類別等。ZXPCS-HLR/AUC系統(tǒng)主要由四部分構(gòu)成，分別為共路信令處理部件（CPM）、業(yè)務(wù)處理部件（HSM）、數(shù)據(jù)部件（HDM）和操作維護(hù)部件（OMM），每級內(nèi)部采用模塊化設(shè)計經(jīng)。,共路信令部件（CPM）采用全分散控制結(jié)構(gòu)。是ZXPCS-HLR/AUC的No.7信令處理模塊，提供與IGW的No.7信令鏈路連接，完成No.7信令的MTP、SCCP、TAP功能并提供與業(yè)務(wù)處理機的接口。業(yè)務(wù)處理機是實現(xiàn)整個HLR/AUC系統(tǒng)功能的核心，采用TCP/IP與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、No.7前置級、操作維護(hù)等模塊通信。,圖8-10ZXPCS-HLR/AUC硬件結(jié)構(gòu)圖,操作維護(hù)部件（OMM）用于對HLR/AUC進(jìn)行管理，主要包括權(quán)限管理、數(shù)據(jù)配置、安全管理、性能統(tǒng)計、故障管理、診斷測試、用戶設(shè)備跟蹤、信令跟蹤、版本管理、文件管理、業(yè)務(wù)觀察、時鐘管理和數(shù)據(jù)庫管理等功能。,7接入網(wǎng)絡(luò)單元（ANU）ANU提供內(nèi)部接口與IGW相連，使用戶通過本地網(wǎng)進(jìn)行話音的呼入呼出控制，提供集線控制功能。,ANU的主要功能包括：（1）提供與互連網(wǎng)關(guān)的接口；（2）提供與基站控制器的接口；（3）對用戶呼叫、漫游、切換、補充及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無線接入部分支持；（4）提供無線接入部分網(wǎng)絡(luò)管理接口；（5）實現(xiàn)對無線接入部分設(shè)備（ANU，CSC，CS）的操作維護(hù)功能。,圖8-11ANU功能結(jié)構(gòu)圖,8基站控制器（CSC）CSC提供對基站（CS）的控制，執(zhí)行信令轉(zhuǎn)換、分配話音和信令時隙。,圖8-12CSC功能結(jié)構(gòu)圖,基站控制器的主要功能包括：提供多個基站的接口，對基站進(jìn)行控制；分配話音和信令時隙，接續(xù)LC網(wǎng)，同時對多個基站進(jìn)行信道分配；CSI和CSMC板及U口狀態(tài)監(jiān)控，并向ANU報告；將從CS側(cè)過來的ISDN信令轉(zhuǎn)換成內(nèi)部信令送給AUN；將ANU發(fā)來的內(nèi)部信令轉(zhuǎn)換成ISDN的信令發(fā)給CS側(cè)；在協(xié)議轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，配合完成呼入、呼出及切換流程；請求鑒權(quán)密匙三元組，對用戶進(jìn)行鑒權(quán)控制。,9基站（CS）CS是無線收發(fā)單元，是用戶與基站控制器之間的通信傳輸中繼站，CS的主要功能如下：提供與基站控制器的I接口；提供狀態(tài)指示、維護(hù)測試功能；提供無線收發(fā)功率和信道的管理；提供幀同步控制功能；提供空中協(xié)議RCRSTD-28Ver.2與I協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換。,基站支持組控方式工作，多個基站可以進(jìn)行捆綁，共用一個控制信道。基站有智能基站、增強型基站、無線市話大基站和無線市話小基站等幾種不同的類型。,10移動終端（PS）ZXPCS終端為可移動手機。手機的工作方式如下。（1）開機搜索過程（2）本地登記（3）手機作主叫（4）手機作被叫（5）手機切換,PS從和某基站的連接轉(zhuǎn)換到和另一個基站的連接時，通話依然保持著，稱為切換。當(dāng)PS的接收信號強度低于某個閥值時（26dBuV），PS將接收另一個基站的信號，如果CS無空閑信道，還需尋找下一個CS進(jìn)行切換。在切換時如果信道忙，最多搜索12個CS，搜索最長時間為8s，此時還不能完成切換，將返回原基站進(jìn)行通話，如果信號仍然很弱，手機會很快發(fā)起第二次切換。如果返回時原基站信號太弱，就會斷話，聽忙音。在信號很弱的交叉覆蓋區(qū)，手機可能會在幾個CS間反復(fù)切換，從而導(dǎo)致話音時斷時續(xù)。,當(dāng)手機移動到新的呼叫區(qū)時，會向網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)出登記請求，通話過程中跨PA切換時，先切換，等通話結(jié)束后再向網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起登記。,8.3.3ZXPCS系統(tǒng)軟件1ZXPCS-IGW軟件概述ZXPCS-IGW軟件系統(tǒng)主要由運行子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)、信令子系統(tǒng)、移動用戶子系統(tǒng)和操作維護(hù)子系統(tǒng)構(gòu)成。（1）運行支撐子系統(tǒng)運行支撐子系統(tǒng)又分為操作系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)、裝載子系統(tǒng)和文件管理子系統(tǒng)等部分，向上層應(yīng)用程序提供一個虛擬機環(huán)境。,（2）信令處理子系統(tǒng)信令子系統(tǒng)分為以下功能模塊：隨路信令處理（S/R2）模塊；No.7信令的鏈路級模塊（第2級）；No.7信令的消息傳輸模塊（第3級MTP）及信令連接控制模塊（SCCP）；No.7信令的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的用戶部分模塊（ISUP）；No.7信令的電話用戶部分模塊（TUP）；No.7信令的事務(wù)處理能力部分模塊（TCAP）；No