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第8章無線通信組網(wǎng)技術(shù) 8 1無線組網(wǎng)基礎(chǔ)8 2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 8 3全球數(shù)字移動(dòng)電話系統(tǒng) GSM 8 4CDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng) IS 95 8 5個(gè)人通信和個(gè)人通信網(wǎng) PCS PCN 8 6信息時(shí)代的無線局域網(wǎng) 8 1無線組網(wǎng)基礎(chǔ) 8 1 1無線組網(wǎng)的發(fā)展 1 第一代無線網(wǎng)絡(luò) 第一代無線網(wǎng)絡(luò)是基于模擬通信技術(shù)的 所有的蜂窩系統(tǒng)都采用頻率調(diào)制 圖8 1為第一代蜂窩無線網(wǎng)組成框圖 其中包括移動(dòng)終端 基站和MSC 移動(dòng)交換中心 通常 由MSC負(fù)責(zé)各個(gè)覆蓋區(qū)的系統(tǒng)管理和完成所有的網(wǎng)絡(luò)管理功能 如呼叫接續(xù) 維護(hù) 計(jì)費(fèi)以及監(jiān)控覆蓋區(qū)內(nèi)的非法行為 MSC通過陸地干線和匯接交換機(jī)接到PSTN 公共交換電話網(wǎng) 上 同時(shí)還通過專用信令信道與其他MSC連接 相互交換用戶的位置 權(quán)限以及呼叫信令 并且能提供基站和移動(dòng)用戶間的模擬話音和有效的低速率數(shù)據(jù)通信 不過 語音信號(hào)常通過標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)分復(fù)用數(shù)字化后 再在基站與MSC以及MSC與PSTN間傳遞 蜂窩網(wǎng)需要與所有在網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)內(nèi)登記的用戶保持聯(lián)系 才有可能向處于任何位置的漫游用戶轉(zhuǎn)發(fā)呼入的呼叫 當(dāng)移動(dòng)電話處于開機(jī)狀態(tài)但未通話時(shí) 它一直監(jiān)測(cè)著附近信號(hào)最強(qiáng)的控制信道 當(dāng)用戶漫游到其他業(yè)務(wù)提供者負(fù)責(zé)的覆蓋區(qū)時(shí) 無線網(wǎng)必須為其重新登記 同時(shí)取消其在原先所屬的業(yè)務(wù)提供者那里的注冊(cè) 從而當(dāng)用戶來往于不同的MSC覆蓋區(qū)時(shí) 網(wǎng)絡(luò)能把呼叫連接到用戶那里 圖8 1第一代蜂窩無線網(wǎng)組成框圖 2 第二代無線網(wǎng)絡(luò) 第二代無線網(wǎng)絡(luò)采用了數(shù)字調(diào)制技術(shù)和先進(jìn)的呼叫處理技術(shù) 包括 全球移動(dòng)通信系統(tǒng) GSM 美國(guó)的TDMA和數(shù)字標(biāo)準(zhǔn) CDMA 無繩電話 CT2 英國(guó)無繩電話標(biāo)準(zhǔn) 個(gè)人接入通信系統(tǒng) PCAS 以及歐洲的無繩及市內(nèi)電話標(biāo)準(zhǔn)歐洲數(shù)字無繩電話 DECT 第二代無線網(wǎng)采用了新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 使MSC的計(jì)算量降低 引入了一個(gè)新的概念 基站控制器 BSC BSC接在MSC與幾個(gè)基站之間 在PACS WACS中 稱BSC為無線端口控制單元 這種結(jié)構(gòu)上的變革使MSC和BSC之間的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)化 因此運(yùn)營(yíng)商可以使用不同制造商的MSC和BSC設(shè)備 標(biāo)準(zhǔn)化和互操作性是第二代無線網(wǎng)的新特征 它最終使得MSC和BSC成為可采購(gòu)的現(xiàn)成產(chǎn)品 所有的第二代無線網(wǎng)都采用了數(shù)字語音編碼和調(diào)制 在空中接口中采用了專用控制信道 公共信令信道 通話中語音和控制信息通信能在用戶 基站和MSC間同時(shí)進(jìn)行 第二代無線網(wǎng)還在MSC及每個(gè)MSC與PSTN之間提供了專用語音線路和信令線路 與第一代網(wǎng)絡(luò)相比 第二代網(wǎng)絡(luò)增加了用來傳輸尋呼與其他數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的功能 如傳真 高速數(shù)據(jù)接入等 網(wǎng)絡(luò)控制功能則分散于網(wǎng)絡(luò)中 移動(dòng)站承擔(dān)了更多的控制功能 網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)單元有許多第一代網(wǎng)中用戶單元沒有的功能 如接收功率報(bào)告 臨近基站搜索 數(shù)據(jù)編碼以及加密等 3 第三代無線網(wǎng)絡(luò) 第三代無線網(wǎng)絡(luò)將在業(yè)已成熟的第二代無線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立起來 其目的是用單獨(dú)的一套標(biāo)準(zhǔn)來滿足廣泛的無線通信的需求 并在全世界提供通用的通信接口 在第三代無線網(wǎng)絡(luò)中 無線電話與蜂窩電話將沒有多大區(qū)別 各種語音 數(shù)據(jù)和圖像通信業(yè)務(wù)也將通過通用個(gè)人通信設(shè)備實(shí)現(xiàn) 寬帶ISDN將在第三代無線網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用 以提供諸如Internet及其他公用和專用數(shù)據(jù)庫(kù)這樣的信息網(wǎng)絡(luò)的接口 可以傳輸不同的信息 語音 數(shù)據(jù)和圖像 在各種環(huán)境都能提供服務(wù) 不論是固定用戶還是高速移動(dòng)的移動(dòng)用戶 都能進(jìn)行通信 在保證可靠信息傳輸?shù)耐瑫r(shí) 將采用無線分組通信來分散網(wǎng)絡(luò)的控制 第三代無線網(wǎng)絡(luò)具有以下基本特征 1 全球普及和全球無縫漫游的系統(tǒng) 第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)一般為區(qū)域或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 而第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)將是一個(gè)在全球范圍內(nèi)覆蓋和使用的系統(tǒng) 它將使用共同的頻段 全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 2 具有支持多媒體 特別是Interner 業(yè)務(wù)的能力 現(xiàn)有的移動(dòng)通信系統(tǒng)主要以提供話音業(yè)務(wù)為主 隨著發(fā)展 一般也僅能提供100 200kb s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) GSM演進(jìn)到最高階段的速率能力為384kb s 而第三代移動(dòng)通信的業(yè)務(wù)能力將比第二代有明顯改進(jìn) 它能支持從話音到分組數(shù)據(jù)到多媒體業(yè)務(wù) 能根據(jù)具體的業(yè)務(wù)需要 提供必要的帶寬 ITU規(guī)定的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)RTT技術(shù)必須滿足以下三種環(huán)境的最低要求 即快速移動(dòng)環(huán)境 最高速率達(dá)144kb s 步行環(huán)境 最高速率達(dá)384kb s 室內(nèi)環(huán)境 最高速率達(dá)2Mb s 3 便于過渡 演進(jìn) 在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)引入時(shí) 第二代網(wǎng)絡(luò)已具有相當(dāng)規(guī)模 所以第三代的網(wǎng)絡(luò)一定要能在第二代網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上逐漸靈活演進(jìn)而成 并應(yīng)與固定網(wǎng) 兼容 4 高頻譜效率 5 高服務(wù)質(zhì)量 6 低成本 7 高保密性 8 1 2無線組網(wǎng)中的業(yè)務(wù)選擇 無線組網(wǎng)中所需的傳輸容量主要依賴于所傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)類型 例如 用戶的呼叫需要專門的網(wǎng)絡(luò)接口以保證實(shí)時(shí)通信 而控制和信令信號(hào)則常是突發(fā)的 它們與其他突發(fā)用戶共享網(wǎng)絡(luò)資源 另外 有些業(yè)務(wù)需要保證實(shí)時(shí)傳輸 而有些則不需要 所以 所傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)類型決定了無線網(wǎng)的路由選擇策略 采用的協(xié)議以及呼叫的處理技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)常用的路由選擇有兩種 面向連接的選擇機(jī)制 虛電路路由選擇 和虛連接選擇機(jī)制 數(shù)據(jù)包選擇機(jī)制 在面向連接的選擇機(jī)制中 通信路由在整個(gè)傳輸過程中是不變的 當(dāng)呼叫建立后 網(wǎng)絡(luò)資源將被信源和信宿獨(dú)占 由于傳輸線路的固定 到達(dá)信宿的消息的順序與傳輸前的順序是一樣的 為了保證有噪聲干擾時(shí) 傳輸數(shù)據(jù)的正確性 在面向連接的業(yè)務(wù)中 主要依靠糾錯(cuò)編碼 加入糾錯(cuò)編碼但不能保證傳輸?shù)恼_性 通信將被中止 所有的消息必須重新傳送 與此相反 虛連接的路由選擇不用建立一個(gè)固定的連接 并且主要采用分組交換 由幾個(gè)數(shù)據(jù)包組成一個(gè)消息 每個(gè)數(shù)據(jù)包獨(dú)立選擇路由 一個(gè)消息中的數(shù)據(jù)包可能是經(jīng)不同的路由傳輸?shù)?所用的時(shí)間不同 此時(shí)數(shù)據(jù)包不需要按發(fā)端順序到達(dá)收端 但在收端要重新排序 由于傳輸路由不同 有些數(shù)據(jù)包可能由于網(wǎng)絡(luò)或線路故障丟失 但其他的數(shù)據(jù)包能安全到達(dá) 此時(shí)它們被附加上很多信息 使得在收端能進(jìn)行消息重現(xiàn) 因此 虛連接路由選擇常能夠避免重新傳送整個(gè)消息 不過每個(gè)數(shù)據(jù)包需要更多的附加信頭 典型的信頭包括 信源地址 信宿地址 路由信息以及用于收端排序的信息 在這里 無需在呼叫開始時(shí)進(jìn)行呼叫建立 每個(gè)消息突發(fā)是在網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立處理的 1 電路交換 第一代蜂窩系統(tǒng)中提供的是面向連接的業(yè)務(wù) 實(shí)際上 語音信道被用戶獨(dú)占 呼叫建立后網(wǎng)絡(luò)資源也被獨(dú)占 也就是說在蜂窩電話通話過程中 基站和PSTN之間的語音信道由MSC分配給特定用戶 進(jìn)一步講 需要通過呼叫建立來連接信源和信宿 由于無線信道已被移動(dòng)用戶與MSC間的雙向通信所獨(dú)占 同時(shí)也獨(dú)占了MSC與終端用戶間的語音線路 因而在無線通信中是通過電路交換實(shí)現(xiàn)面向連接的業(yè)務(wù)的 在呼叫初始化和呼叫完成時(shí) 各種無線電路以及PSTN語音線路通過切入 切出來處理業(yè)務(wù)流 電路交換在整個(gè)呼叫過程中建立了一條固定線路 包括基站與移動(dòng)用戶間的無線信道以及MSC與PSTN之間的獨(dú)占電話線路 即使用戶可能越區(qū)切換至其他基站 也始終有一條向用戶提供服務(wù)的專用無線信道 同時(shí)MSC獨(dú)占著一條到PSTN固定的全雙工的電話連接 無線數(shù)據(jù)網(wǎng)不適于用電路交換實(shí)現(xiàn) 主要是由于其數(shù)據(jù)傳輸是突發(fā)而短暫的 會(huì)有很長(zhǎng)的空閑時(shí)間 通常建立線路連接的時(shí)間比數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間還長(zhǎng) 事實(shí)上 電路交換只適合于語音傳輸或持續(xù)不斷的長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸 2 分組交換 虛連接業(yè)務(wù)說明了這樣一個(gè)事實(shí) 消息傳輸不需要獨(dú)占資源 分組交換是無線連接業(yè)務(wù)中最常見的技術(shù) 它允許多用戶與同一物理信道保持虛電路連接 由于用戶隨時(shí)都可能接入網(wǎng)中 當(dāng)用戶要傳遞數(shù)據(jù)時(shí)無需通過呼叫建立獨(dú)占線路 分組交換將每個(gè)消息分成小的單元進(jìn)行傳遞與恢復(fù) 此時(shí)一定數(shù)量的控制信息會(huì)加到每個(gè)數(shù)據(jù)包中以明確信源 信宿以及滿足糾錯(cuò)的需要 圖8 2為一數(shù)據(jù)分組的格式 其中信頭表示一個(gè)新的分組的開始與信源 信宿地址 分組順序號(hào)以及其他路由和計(jì)費(fèi)信息 用戶數(shù)據(jù)包含經(jīng)糾錯(cuò)編碼的信息 信尾則包含了一個(gè)循環(huán)校驗(yàn)碼 用于收端糾錯(cuò) 圖8 2分組數(shù)據(jù)格式 圖8 3為一個(gè)傳輸中的分組格式 其中幀標(biāo)志是一個(gè)特殊的順序號(hào) 代表一幀的開始和結(jié)束 地址段包括用于傳輸消息和接收應(yīng)答的信源和信宿地址 控制段由傳輸確認(rèn)信息 ARQ和分組排序組成 信息段包含用戶信息 其長(zhǎng)度是不變的 最后一個(gè)是幀段校驗(yàn)字段或CRC 用于校驗(yàn)錯(cuò)誤 圖8 3典型分組數(shù)據(jù)的各個(gè)信息域 與電路交換相比 分組交換在突發(fā)的消息傳輸中有更高的信道利用率 此時(shí)只在發(fā)射和接收時(shí)信道才被占用 這在可用帶寬受限的移動(dòng)通信中是非常有用的 分組交換傳輸能支持進(jìn)行流量控制和重傳的協(xié)議 從而在信道條件惡劣時(shí)也能保證高可靠傳輸 如X 25協(xié)議就是一個(gè)廣泛應(yīng)用的無線分組傳輸協(xié)議 它規(guī)定了分組交換的數(shù)據(jù)接口 8 1 3無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 1 蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù) CDPD 蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù) CDPD 網(wǎng)中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)按分組方式在模擬蜂窩網(wǎng)上的空閑電路傳送 由于是重疊業(yè)務(wù) 因此CDPD比采用其他技術(shù)方式更便宜 且網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者不必另外申請(qǐng)頻率 可利用已有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)增設(shè)移動(dòng)數(shù)據(jù)基站 MDBS 和移動(dòng)數(shù)據(jù)中解裝置 MDIS 等設(shè)備 而不必另建一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò) CDPD有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) 如對(duì)于數(shù)據(jù)排隊(duì)響應(yīng)時(shí)間非?？?小于5s 由于CDPD是分組交換技術(shù) 連接建立約需30s 其傳輸速率可達(dá)到19 2kb s 所需開銷將使其速率降低到9 13kb s 即使這樣 仍然比專用分組業(yè)務(wù)的速率快 CDPD采用TCP IP協(xié)議 使其與陸地電信網(wǎng)絡(luò)通信很方便 采用IP地址進(jìn)入網(wǎng)絡(luò) 其運(yùn)營(yíng)者的費(fèi)率是按10字節(jié)計(jì)費(fèi)的 CDPD提供內(nèi)置的安全保密措施 包括確認(rèn)及信號(hào)加密 在網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行加密 使數(shù)據(jù)分組在上網(wǎng)前就已由用戶裝置進(jìn)行了加密處理 不論用戶在什么位置或采用什么技術(shù) CDPD均可進(jìn)行移動(dòng)管理 提供用戶計(jì)費(fèi) CDPD特別適用于短的 突發(fā)性的信息 如銷售點(diǎn) POS 信用卡證實(shí) 車輛調(diào)度 跟蹤包裹投遞 遙測(cè)信息傳送以及短的電子信箱 E mail 交換等 CDPD的基本原理是在蜂窩網(wǎng)中的空閑語音信道上發(fā)送分組數(shù)據(jù) 從數(shù)據(jù)終端 如筆記本電腦 發(fā)出的數(shù)據(jù)被分段 加密后 由CDPD終端裝置形成138個(gè)字節(jié)的幀 這些幀被送往蜂窩內(nèi)帶寬為30kHz的信道 使用的多址訪問協(xié)議是帶沖突檢測(cè)的數(shù)字偵聽多址訪問協(xié)議 該協(xié)議是由發(fā)送裝置首先進(jìn)行偵聽是否有空閑信道 如果有 則立即發(fā)送數(shù)據(jù) 否則一直等待 發(fā)出的數(shù)據(jù)幀首先送往MDBS 然后傳到MDIS 由它發(fā)往有線網(wǎng)或另一個(gè)移動(dòng)用戶 為確保數(shù)據(jù)的正確傳送 CDPD使用了IP高層網(wǎng)間協(xié)議 并采用高可靠性的前向糾錯(cuò)技術(shù)來提高傳輸速率 CDPD的框圖如圖8 4所示 圖8 4CDPD框圖 2 專用分組無線系統(tǒng) 顧名思義 該系統(tǒng)是用無線頻率經(jīng)專用網(wǎng)絡(luò)傳送分組數(shù)據(jù)的 用戶可通過計(jì)算機(jī)經(jīng)過MODEM接入網(wǎng)絡(luò) 專用分組無線系統(tǒng)的應(yīng)用同CDPD相同 如保險(xiǎn)公司 監(jiān)視車隊(duì)的運(yùn)行 房地產(chǎn)分理處業(yè)務(wù)等 由Ram移動(dòng)數(shù)據(jù)公司提供的Ram系統(tǒng)已用在266個(gè)大城市 由Ardis公司提供的Ardis系統(tǒng)已用在400個(gè)大城市 Ardis系統(tǒng)框圖如圖8 5所示 圖8 5Ardis系統(tǒng)框圖 Ardis系統(tǒng)可以組成全國(guó)范圍的無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng) 該網(wǎng)可由多個(gè)區(qū)域無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成 系統(tǒng)之間通過地面公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)連接 由一個(gè)網(wǎng)管中心管理 該系統(tǒng)最大可有9個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)中心 54個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)控制器 1800個(gè)基站 共可容納9萬個(gè)用戶 基站位于每個(gè)蜂窩小區(qū)的中心 覆蓋半徑為3 5km 每個(gè)基站含有射頻收 發(fā)信機(jī)和基站控制器兩部分 射頻收 發(fā)信機(jī)負(fù)責(zé)移動(dòng)終端與基站間無線分組數(shù)據(jù)的傳送 可在806 825MHz 下行 及851 870MHz 上行 頻段 帶寬為25kHz的信道上提供 19 2kb s的傳 輸速率 基站與移動(dòng)終端間采用MNP MDC MDLAP等無線通信協(xié)議 基站控制器主要用于對(duì)接收的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行檢錯(cuò) 糾錯(cuò) 實(shí)現(xiàn)無線到地面有線通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換 檢測(cè)接收信號(hào)強(qiáng)度 并將其送到無線網(wǎng)絡(luò)控制器 RNG 以控制移動(dòng)終端的越區(qū)切換和基站的頻率復(fù)用 另外還能檢測(cè)基站的故障并及時(shí)告警 無線網(wǎng)絡(luò)中心 RNC 將實(shí)現(xiàn)比無線網(wǎng)絡(luò)控制器更大范圍的通信 不同無線網(wǎng)絡(luò)控制器所轄區(qū)域內(nèi)移動(dòng)終端間的通信必須通過無線網(wǎng)絡(luò)中心進(jìn)行交換 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)上的固定終端間的通信也必須通過無線網(wǎng)絡(luò)中心 另外 用戶還可以申請(qǐng)全國(guó)漫游服務(wù) 以實(shí)現(xiàn)不同的無線網(wǎng)絡(luò)中心之間的漫游 通信網(wǎng)關(guān) HUB 可根據(jù)需要配置不同類型的標(biāo)準(zhǔn)插卡 以實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與地面公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò) 局域網(wǎng) 主機(jī)等的連接 它具備路由器及網(wǎng)管的部分功能 支持X 25 TCP IP等協(xié)議 網(wǎng)管中心 NMC 主要用來確定系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)移動(dòng)終端的位置 并監(jiān)視 記錄系統(tǒng)的告警及運(yùn)行狀況 移動(dòng)用戶數(shù)據(jù)終端包括一個(gè)無線分組調(diào)制解調(diào)器 RPM 和可移動(dòng)的計(jì)算機(jī)終端 如筆記本電腦 個(gè)人數(shù)據(jù)助理 PDA 等 RPM是無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的專門部件 它能完成無線數(shù)據(jù)通信協(xié)議的功能 接收和發(fā)送分組數(shù)據(jù) 掃描測(cè)量無線信道質(zhì)量 以便在越區(qū)切換時(shí)選擇合適的信道 RPM有RS 232接口和PCMCIA PersonalComputerMemoryCardInternationalAssociation 卡插口 RPM也可以集成到無線用戶終端里 使用戶使用起來更方便 專用無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的最大缺點(diǎn)是吞吐量小 Ram網(wǎng)絡(luò)有效的吞吐量為2 4 4 8kb s Ardis網(wǎng)絡(luò)吞吐量為2 8kb s Ardis網(wǎng)絡(luò)采用由 MOTOROLA和 IBM公司專門開發(fā)的協(xié)議 Ram網(wǎng)絡(luò)采用 ERICSSON公 司的Mobiter標(biāo)準(zhǔn) 這就意味著它們?yōu)榻M網(wǎng)設(shè)計(jì)的硬件不能與其他網(wǎng)絡(luò) 兼容 Ardis網(wǎng)絡(luò)按照字符計(jì)費(fèi) Ram網(wǎng)絡(luò)按照字符或千字節(jié)計(jì)費(fèi) CDPD ARDIS與Ram的信道特性如表8 1所示 表8 1CDPD ARDIS與RAM信道特性比較 8 2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 8 2 1無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?WirelessNetworkTopology 是一種配置結(jié)構(gòu) 移動(dòng)終端 MS 在這種結(jié)構(gòu)下彼此通信 無線網(wǎng)絡(luò)中使用了兩種基本拓?fù)漕愋?基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜头植际骄W(wǎng)絡(luò)拓?fù)?adhoc 圖8 6單個(gè)BS AP下的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 1 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?固定 有線 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)用來支持MS之間和MS與固定終端之間的通信 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通常設(shè)計(jì)用于大的覆蓋區(qū)域和使用多個(gè)基站 BS 的情況下 圖8 6為單個(gè) BS AP下 的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的基本工作情況 BS AP為網(wǎng)絡(luò)中心 MS位于覆蓋區(qū)中 BS之間的通信 均要通過BS AP 中心站控制MS并監(jiān)控每個(gè)MS傳輸?shù)膬?nèi)容 因此中心站通常被用于管理用戶接入網(wǎng)絡(luò) 2 分布式 adhoc 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?分布式 adhoc 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇捎糜谥亟M網(wǎng)絡(luò) 它不需要固定的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)就能工作 這種網(wǎng)絡(luò)主要用于軍事領(lǐng)域 也可用在一些商業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行語音和數(shù)據(jù)傳輸 這種拓?fù)溥m用于在移動(dòng)或固定情況下快速部署無線網(wǎng)絡(luò) 圖8 7為兩種不同的adhoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?圖8 7兩種不同的adhoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?3 兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞谋容^ 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c分布式 adhoc 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞牟町愺w現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 1 靈活性 運(yùn)行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)需要部署網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施 通常既費(fèi)時(shí)又費(fèi)錢 而adhoc網(wǎng)絡(luò)則天生就具有靈活性 可快速組網(wǎng) 因此 adhoc網(wǎng)絡(luò)通常用于最看重靈活性的應(yīng)用中 2 可控性 為了協(xié)調(diào)無線網(wǎng)絡(luò)的正常工作 需要集中控制它的有些特性 諸如時(shí)間同步 在確定區(qū)域工作的移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率等等 在一個(gè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中 所有對(duì)這些特性的控制自然是在BS或AP中實(shí)現(xiàn) 而在adhoc網(wǎng)絡(luò)中 實(shí)現(xiàn)對(duì)這些特性的控制則需要更復(fù)雜的結(jié)構(gòu) 要求改變所有的終端 3 覆蓋范圍 在廣域網(wǎng) WLAN 中 網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍是一個(gè)受到關(guān)注的問題 因?yàn)樗绊懙骄W(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问降倪x擇 在單跳對(duì)等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?兩個(gè)終端之間的最大距離就是終端無線接口的覆蓋范圍 在一個(gè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中 兩個(gè)無線終端之間的通信是依靠一個(gè)BS或AP來實(shí)現(xiàn)的 這兩個(gè)終端之間的最大距離是單個(gè)無線MODEM覆蓋范圍的2倍 因?yàn)樗鼈兛梢晕挥贐S或AP覆蓋區(qū)域的邊緣 實(shí)際中的BS或AP通常使用高架固定 以增加無線MODEM的覆蓋范圍 這使得在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中兩終端之間的最大距離為adhoc網(wǎng)絡(luò)中使用相同無線MODEM的覆蓋范圍的2倍 4 可靠性 固定結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是 單點(diǎn)破壞 網(wǎng)絡(luò) 如果BS或AP遭到攻擊 整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)都會(huì)癱瘓 而這種情形在adhoc網(wǎng)絡(luò)中就不會(huì)出現(xiàn) 8 2 2蜂窩網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?1 蜂窩概念 蜂窩無線通信是指在傳輸中使用大量低功率的BS 每個(gè)BS只覆蓋有限的區(qū)域 用這種方式 每次建立一個(gè)新的BS時(shí) 容量就會(huì)增加 因?yàn)橥瑯拥念l譜在指定的區(qū)域內(nèi)可以被復(fù)用幾次 蜂窩的基本原理是把覆蓋區(qū)域分為大量相連的小區(qū)域 每個(gè)小區(qū)域都使用自己的無線基站 對(duì)這些小區(qū)域以智能的方式分配信道 這樣可以減小干擾 提供充分的性能以及滿足這些區(qū)域的通信量 這種小區(qū)域被稱為小區(qū) 一組小區(qū)組成區(qū)群 在每個(gè)區(qū)群中使用相同的頻譜 因此可以把整個(gè)頻帶分成頻帶組 并分配給區(qū)群中的小區(qū)使用 在區(qū)域中無線頻率組的空間分布必須采用某種方式 以便獲得理想的性能 這是蜂窩無線通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的重要內(nèi)容 一個(gè)區(qū)群中小區(qū)的數(shù)量稱為區(qū)群大小或頻率復(fù)用因子 蜂窩結(jié)構(gòu)拓?fù)淠苡行У卦黾涌捎妙l率所能支持的用戶數(shù)量 例如在一個(gè)城市中 可供使用的總帶寬為25MHz 每個(gè)用戶需要30kHz帶寬 如果使用單個(gè)天線覆蓋整個(gè)城市 就只能同時(shí)支持25MHz 30kHz 833個(gè)用戶 現(xiàn)在使用蜂窩結(jié)構(gòu) 合理分布20個(gè)低功率天線 以減少各種干擾 將可用頻帶分成五部分 每個(gè)小區(qū)分配一部分 每個(gè)小區(qū)分配到的頻譜為25MHz 5 5MHz 使用包含5個(gè)小區(qū)的區(qū)群 每個(gè)小區(qū)同時(shí)支持的用戶數(shù)量為5MHz 30KHz 166 每個(gè)區(qū)群的用戶數(shù)量為5 166 830 如果城市中有4個(gè)包含5個(gè)小區(qū)的區(qū)群 則同時(shí)可支持的總的用戶數(shù)量為830 4 3320 約為單個(gè)天線所支持容量的4倍 如果可用總頻譜為W 每個(gè)用戶需要的帶寬為B 頻率復(fù)用因子為N 覆蓋區(qū)域所需的小區(qū)數(shù)目為m 則同時(shí)支持的用戶數(shù)量為 8 1 通常增加容量的方式有 1 增加m 通過減小每個(gè)小區(qū)的大小來實(shí)現(xiàn) 2 減小頻率復(fù)用因子N 2 蜂窩小區(qū)的分類 在現(xiàn)代蜂窩網(wǎng)絡(luò)中 出現(xiàn)了一系列支持各種不同應(yīng)用的小區(qū) 這些小區(qū)如下定義 1 大小區(qū) 用于覆蓋全國(guó)性的區(qū)域 覆蓋范圍為幾百公里 主要應(yīng)用在衛(wèi)星通信 方面 2 宏小區(qū) 用于覆蓋大城市地區(qū) 覆蓋范圍為幾公里 天線安裝在覆蓋區(qū)主要建筑物的房頂上 3 微小區(qū) 用于覆蓋街道之內(nèi) 覆蓋范圍為幾百米 天線高度低于沿街兩側(cè)建筑物房頂?shù)母叨?4 微微小區(qū) 主要是在建筑內(nèi)使用的小型小區(qū) 支持本地室內(nèi)網(wǎng)絡(luò) 覆蓋范圍為幾十米內(nèi) 例如無線 LAN 5 毫微微小區(qū) 這是蜂窩中最小的單元 用于連接個(gè)人設(shè)備 覆蓋范圍為幾米以內(nèi) 例如筆記本電腦和蜂窩電話 8 2 3信號(hào)信噪比的計(jì)算 使用蜂窩結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是為了復(fù)用可供使用的頻譜 同時(shí)減少由于頻譜復(fù)用產(chǎn)生的 干擾 通常 信號(hào)信噪比可用下式表示 其中 P有效為來自BS的有效信號(hào)強(qiáng)度 P干擾 i為第i個(gè)造成干擾的BS的信號(hào)強(qiáng)度 信號(hào)強(qiáng)度隨距離d的d a衰落 a為距離功率斜率或路徑損耗斜率 例如 某處有兩個(gè)基站BS1和BS2 其發(fā)射功率均為Pi MS與BS1和BS2的距離分別為d1和d2 如果MS與BS1通信 則來自BS2的信號(hào)就形成干擾 該MS的信號(hào)信噪比為 8 3 8 2 d1 d2的比值越大 Sr就越大 性能也就越好 蜂窩系統(tǒng)的目標(biāo)是在區(qū)群中分配頻率或信道給小區(qū) 使相互干擾小區(qū)之間的距離盡可能的大 對(duì)于給定的一個(gè)BS 周圍有N個(gè)產(chǎn)生干擾的BS 則信噪比一般表達(dá)式為8 2 4容量擴(kuò)展技術(shù) 在20世紀(jì)90年代 蜂窩移動(dòng)電話發(fā)展非常迅速 為適應(yīng)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和獲取更大的運(yùn)營(yíng)利潤(rùn) 產(chǎn)生了不少用于擴(kuò)展蜂窩移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)的方法 目前 用于容量擴(kuò)展的方法有三種 第一種方法是改變蜂窩結(jié)構(gòu) 包括小區(qū)分裂 小區(qū)劃分扇區(qū)使用定向天線 Lee微小區(qū)區(qū)域技術(shù)和使用多個(gè)復(fù)用因子 它們通過增加小區(qū)站點(diǎn)或修改天線特性改變了小區(qū)覆蓋的大小和形狀 從而增加了能量 這些技術(shù)不需要額外的頻譜 也不需要對(duì)無線MODEM或系統(tǒng)接入技術(shù)作任何重大改變 因而不需用戶購(gòu)買新的終端 這些特點(diǎn)證明了它們是一種實(shí)用的 廉價(jià)的擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)容量的方法 第二種方法是改變頻率的分配方案 根據(jù)不同小區(qū)流量需求動(dòng)態(tài)地分配頻率 每個(gè)小區(qū)的通信量都隨著服務(wù)區(qū)的地形和與通信量有關(guān)的時(shí)間動(dòng)態(tài)地變化 例如 在大部分城市地區(qū) 高峰時(shí)間的通信量最大 而晚上或節(jié)假日的通信量相對(duì)較小 而在住宅地區(qū)恰與此相反 這樣將信道動(dòng)態(tài)地分配給不同的小區(qū) 就可增加網(wǎng)絡(luò)的容量 這些技術(shù)不需要改變終端或系統(tǒng)的物理體系結(jié)構(gòu) 只需要改變相應(yīng)的軟件程序就可以 第三種方法也是最有效的擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)容量的方法 即改變MODEM和接入技術(shù) 蜂窩移動(dòng)產(chǎn)業(yè)的空中接口最初使用FM模擬調(diào)制技術(shù) 現(xiàn)在發(fā)展成為使用TDMA技術(shù) 接下來是使用數(shù)字MODEM的CDMA技術(shù) 數(shù)字技術(shù)增加了網(wǎng)絡(luò)容量 同時(shí)也為語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的結(jié)合提供了一個(gè)良好的環(huán)境 但是 這種技術(shù)上的改變既需要用戶購(gòu)買新的終端 又需要服務(wù)提供商安裝新的基礎(chǔ)設(shè)備 8 3全球數(shù)字移動(dòng)電話系統(tǒng) GSM 8 3 1GSM業(yè)務(wù)和功能 先前的模擬蜂窩系統(tǒng)是只為通話而設(shè)計(jì)的 GSM則綜合了語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 不僅提供移動(dòng)電話服務(wù) 還提供其他一系列的相關(guān)業(yè)務(wù) 見表8 2 這些業(yè)務(wù)可分為三類 用戶終端業(yè)務(wù) 承載業(yè)務(wù)以及補(bǔ)充業(yè)務(wù) 表8 2GSM業(yè)務(wù) 用戶終端業(yè)務(wù)供兩個(gè)終端用戶之間依據(jù)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信 包括電話 緊急呼叫 自動(dòng)傳真 短消息 單播和多播 和可視圖文 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的最上層協(xié)議要規(guī)定好 以便應(yīng)用程序依據(jù)上層協(xié)議進(jìn)行通信 承載業(yè)務(wù)提供在用戶網(wǎng)絡(luò)接口或應(yīng)用程序之間傳遞信息的能力 傳統(tǒng)的承載業(yè)務(wù)包括不同的同步或異步數(shù)據(jù)對(duì)PSTN ISDN和分組交換的公共數(shù)據(jù)網(wǎng)的訪問 為了實(shí)現(xiàn)承載業(yè)務(wù) 標(biāo)準(zhǔn)的底層協(xié)議和幀格式中要規(guī)定如何通過空中接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸 補(bǔ)充業(yè)務(wù)是對(duì)用戶終端業(yè)務(wù)和承載業(yè)務(wù)的補(bǔ)充 包括呼叫轉(zhuǎn)發(fā) 呼叫阻塞等 這些業(yè)務(wù)都是由蜂窩網(wǎng)絡(luò)的有線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的 8 3 2GSM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 描述無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)復(fù)雜的過程 需要具體描述終端的標(biāo)準(zhǔn) 固定硬件骨干和支持系統(tǒng)運(yùn)行的軟件數(shù)據(jù)庫(kù) 為了描述這種復(fù)雜的系統(tǒng) 需要有一個(gè)參考模型或全面的體系結(jié)構(gòu) 通過它全面地理解網(wǎng)絡(luò)的部件和運(yùn)行 并把系統(tǒng)劃分為子系統(tǒng) 與此相似 將GSM系統(tǒng)劃分為三個(gè)主要的部分 如圖8 8所示 移動(dòng)臺(tái) MS 基站子系統(tǒng) BSS 網(wǎng)絡(luò)和交換子系統(tǒng) NSS 圖8 8GSM的體系結(jié)構(gòu) 1 移動(dòng)臺(tái) MS 當(dāng)MS與用戶通信時(shí) 為適應(yīng)空中接口的傳輸協(xié)議 需改變信號(hào)的格式 用戶和MS通信 語音通信可借助于麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器來實(shí)現(xiàn) 短消息可通過鍵盤來實(shí)現(xiàn) 對(duì)于其他的數(shù)據(jù)終端的通信可通過有線連接來實(shí)現(xiàn) MS由兩部分組成 一部分為移動(dòng)設(shè)備 ME 包括揚(yáng)聲器 麥克風(fēng) 鍵盤和無線MODEM 另一部分為用戶識(shí)別模塊 SIM 用戶在申請(qǐng)服務(wù)時(shí)獲得 并能惟一識(shí)別用戶 包括用戶地址和用戶申請(qǐng)的服務(wù)類型 SIM卡攜帶了用戶的私有信息 在GSM中采用了安全機(jī)制 用戶使用卡時(shí)需要輸入4位PIN碼 2 基站子系統(tǒng) BSS BSS通過無線空中接口與用戶進(jìn)行通信 借助于有線協(xié)議和有線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行通信 也就是說 BSS通過空中接口和固定的有線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)協(xié)議來傳輸信息 對(duì)于無線和有線介質(zhì)要求不同 因?yàn)闊o線介質(zhì)是不可靠的 帶寬有限并需支持移動(dòng)性 因此在無線介質(zhì)和有線介質(zhì)中 采用的協(xié)議不同 BSS可為這些協(xié)議間提供轉(zhuǎn)換 BSS包括BTS和BSC兩部分 BTS是系統(tǒng)與MS通過空中接口通信的物理部分 BTS包括發(fā)送器 接收器以及通過空中接口運(yùn)行的信令設(shè)備 信令設(shè)備位于各種安裝有天線的小區(qū)中心 一個(gè)BSS中可能有一個(gè)或幾百個(gè)BTS BSC相當(dāng)于BSS內(nèi)的一個(gè)小型的交換機(jī) 主要的功能是管理頻率 完成BSS內(nèi)BSC間的越區(qū)切換 在單個(gè)BTS站點(diǎn)中 BSC的硬件部分位于天線上 在多BTS系統(tǒng)中 NSS的其他一些硬件位于交換中心 3 網(wǎng)絡(luò)和交換子系統(tǒng) NSS NSS負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行 它提供與有線和無線網(wǎng)的通信 支持MS的登記和維持與MS建立的連接 NSS為無線交換方式 需與PSTN的其他交換方式進(jìn)行通信 同時(shí)也支持在蜂窩移動(dòng)環(huán)境下進(jìn)行通信 GSM中的NSS通過ISDN協(xié)議與PSTN相連 實(shí)際上 在GSM發(fā)展的過程中 盡量使用與ISDN兼容的協(xié)議 在GSM網(wǎng)絡(luò)中 NSS是最重要的部分 NSS的硬件為MSC 軟件包括 訪問位置寄存器 VLR 原籍位置寄存器 HLR 設(shè)備標(biāo)示寄存器 EIR 和鑒權(quán)中心 AUC MSC通過7號(hào)信令協(xié)議與PSTN通信 同時(shí)與服務(wù)提供商所覆蓋范圍內(nèi)的其他MSC進(jìn)行通信 有時(shí)稱與PSTN進(jìn)行通信的MSC為網(wǎng)關(guān)MSC 同時(shí)MSC給網(wǎng)絡(luò)提供移動(dòng)終端狀態(tài)的特定信息 HLR是管理移動(dòng)用戶的數(shù)據(jù)庫(kù) 存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)有用戶地址 服務(wù)類型 當(dāng)前的位置信息 轉(zhuǎn)發(fā)地址 鑒權(quán) 密鑰和計(jì)費(fèi)信息 SIM卡除了需要終端的ISDN電話號(hào)碼外 還需要國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別 IMSI 號(hào)碼 AUC包含對(duì)用戶進(jìn)行鑒權(quán)和信息加密的各種不同的算法 不同類型的SIM卡 其鑒權(quán)和信息加密的算法也不同 因此AUC應(yīng)包括所有的算法 從而NSS可對(duì)不同地理位置的不同終端進(jìn)行操作 EIR為存儲(chǔ)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備識(shí)別碼的數(shù)據(jù)庫(kù) 功能是拒絕非法的移動(dòng)臺(tái)入網(wǎng) 數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的信息有國(guó)際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼 IMEI IMEI包括制造商 生產(chǎn)的國(guó)家和終端類型 這些信息可反映有故障的移動(dòng)臺(tái)或用來對(duì)正在使用的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行校驗(yàn)看是否與類型一致 EIR的使用與否是由服務(wù)提供商決定的 與HLR相似 VLR為臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件 用于識(shí)別在MSC覆蓋區(qū)內(nèi)訪問的用戶 VLR分配臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼 TMSI 從而可避免在空中接口使用IMSI 用戶在不同的MSC間漫游時(shí) 如采用本地和訪問位置的數(shù)據(jù)庫(kù) 可支持呼叫中路由和撥號(hào) 8 3 3支持移動(dòng)環(huán)境的機(jī)制 1 位置登記 在有線網(wǎng)絡(luò)中 用戶安裝電話后 便可以在其數(shù)據(jù)庫(kù)中登記此電話號(hào)碼 同時(shí)登記的信息是固定的 因此 有線接入網(wǎng)絡(luò)的連接和登記過程只需占用1時(shí)隙 就一直處于激活狀態(tài) 而在蜂窩網(wǎng)絡(luò)的無線接入中 每次開啟MS后 都需重新建立連接 并且還可能需在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)重新進(jìn)行位置登記過程 與網(wǎng)絡(luò)建立連接可以通過不同位置的BS來完成 因此 無線網(wǎng)絡(luò)的位置登記的過程復(fù)雜度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在有線網(wǎng)的環(huán)境下的復(fù)雜度 在GSM中 MS開機(jī)后位置登記過程如表8 3所示 表8 3位置登記過程 2 呼叫建立 在有線網(wǎng)絡(luò)中 呼叫建立是以撥號(hào)過程開始的 采用路由選擇算法中介交換局到目的地最佳的路由 并將號(hào)碼傳送給最近的PSTN交換局 當(dāng)建立鏈路后 目的端的最后一個(gè)交換局給源端發(fā)送一個(gè)信號(hào)來通知主叫方被叫方是處于空閑狀態(tài)還是處于忙狀態(tài) 當(dāng)被叫方處于摘機(jī)狀態(tài)時(shí) 將發(fā)送一個(gè)信號(hào)給源端局讓其停止發(fā)送等待音 從而建立業(yè)務(wù)鏈路 在移動(dòng)環(huán)境中 存在兩種獨(dú)立的呼叫建立過程 一種為MS到固定用戶的呼叫 另一種為固定用戶到MS的呼叫 MS之間的呼叫建立則為這兩者的總和 移動(dòng)用戶為主叫方的呼叫建立過程可分為15步 如表8 4所示 表8 4移動(dòng)用戶為主叫方的呼叫建立過程 呼叫建立過程中最復(fù)雜的情況為固定用戶呼叫漫游的移動(dòng)用戶 如圖8 9所示 圖8 9漫游用戶為被叫方的情況 固定用戶撥號(hào)后 根據(jù)目的端地址 PSTN將呼叫轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的MSC MSC從HLR中獲取路由信息 原因在于在新的情況下 移動(dòng)用戶在不同的MSC內(nèi)漫游 新的MSC需將地址傳送給原來的MSC 以供兩者聯(lián)系 在目的MSC內(nèi) 在MSC控制下根據(jù)位置登記的信息 VLR向所有的BSS發(fā)出尋呼請(qǐng)求 收到從MS來的應(yīng)答以后 VLR發(fā)出必要的參數(shù)給MSC建立到MS的連接 3 越區(qū)切換 越區(qū)切換包括兩種類型 內(nèi)部越區(qū)切換和外部越區(qū)切換 內(nèi)部越區(qū)切換發(fā)生在同一BSS內(nèi)的不同BTS之間 外部越區(qū)切換發(fā)生在同一MSC的不同BSS之間 越區(qū)切換非常有必要 其原因是 第一 由于蜂窩小區(qū)邊緣信號(hào)強(qiáng)度的減弱 第二 通過越區(qū)切換可將阻塞小區(qū)的呼叫轉(zhuǎn)移到負(fù)荷較輕的蜂窩小區(qū)中 從而減少網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的阻塞 平衡通信 在同一MSC控制下的兩個(gè)不同小區(qū)的BSS之間的切換過程如圖8 10所示 通過BCCH信道 BTS向MS提供相鄰蜂窩小區(qū)可用的信道 MS監(jiān)控相鄰小區(qū)BCCH信道的RSS信號(hào)值 再通過SACCH信道將結(jié)果報(bào)告給MSC BTS同時(shí)也監(jiān)控MS的RSS值 從而做出是否需進(jìn)行越區(qū)切換的判斷 并且需借助于合適的算法 如需進(jìn)行越區(qū)切換 MSC需與具有新BSS的新信道協(xié)商 并需采用越區(qū)切換命令通知MS發(fā)生蜂窩小區(qū)越區(qū)切換 完成蜂窩小區(qū)越區(qū)切換后 MS發(fā)送蜂窩小區(qū)越區(qū)切換完成消息給MSC 圖8 10單MSC和兩個(gè)BSS的越區(qū)切換 8 3 4網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的通信 前面討論了GSM的服務(wù) 體系結(jié)構(gòu)以及為支持移動(dòng)性而采用的一些機(jī)制 接下來將討論網(wǎng)絡(luò)各部件通信是如何通過協(xié)議來完成的 GSM標(biāo)準(zhǔn)指定前面所討論的體系結(jié)構(gòu)的所有部件之間通信的接口 主要的硬件和相關(guān)軟件接口之間通信協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)如 圖8 11所示 MS和BTS通信的空中接口Um 是指與無線相關(guān)的接口 其定義最為復(fù)雜 BTS和BSC間的接口為A bit BSC和MSC之間的接口為A 這兩者采用的協(xié)議與現(xiàn)有的ISDN協(xié)議類似 協(xié)議可分為三層 第一層 物理層 第二層 數(shù)據(jù)鏈路層 DLL 第三層 網(wǎng)絡(luò)層 圖8 11GSM協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) 1 物理層 物理層的A和A bit接口標(biāo)準(zhǔn)遵循ISDN中的每個(gè)語音用戶的64kb s數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn) GSM標(biāo)準(zhǔn)所定義的新的物理層為Um空中接口 該層指定不同的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信息如何格式成分組并如何通過無線信道進(jìn)行傳輸 該層體指定無線調(diào)制解調(diào)的方式 在空中的業(yè)務(wù)分組和控制分組的結(jié)構(gòu) 以及如何將不同的業(yè)務(wù)打包成為一個(gè)分組的比特 該層定義了建立和維護(hù)信道所需要的調(diào)制方法和編碼技術(shù) 功率控制方法和時(shí)間同步方法 2 數(shù)據(jù)鏈路層 任何面向連接的網(wǎng)絡(luò)可分為兩部分 一部分用于傳輸業(yè)務(wù)信息 另一部分用于傳輸信令和控制信息 信令和控制信息傳輸?shù)奈锢硇诺揽上嗤?也可不同 該層總的功能包括校驗(yàn)第三層的分組流 并提供在同一物理層上的多個(gè)服務(wù)接入點(diǎn) SAP 在GSM中 DLL校驗(yàn)第三層分組的地址和序列號(hào)并管理傳輸分組的確認(rèn) 另外 DLL可為信令和短消息 SMS 提供兩個(gè)SAP 在GSM中 SMS業(yè)務(wù)信息不是通過業(yè)務(wù)信道來傳輸?shù)?而GSM的其他數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通過業(yè)務(wù)信道進(jìn)行傳輸 在GSM中 SMS采用的是偽信令分組 其中攜帶的用戶信息是通過信令信道來傳輸?shù)?GSM中DLL的提供的這種機(jī)制可對(duì)SMS數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)用而形成信令流 3 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)層提供其他一些附加的控制功能和支持業(yè)務(wù) 業(yè)務(wù)信道根據(jù)不同的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)映射為不同格式 并通過普通突發(fā)進(jìn)行傳輸 信令信息使用其他的突發(fā)模式 并且DLL分組的形成過程更為復(fù)雜 信令過程 機(jī)制或協(xié)議由系統(tǒng)硬件部分之間一系列的通信事件或消息構(gòu)成 例如表8 3所示的位置登記過程 這些事件或消息在邏輯信道中采用DLL幀封裝 8 4CDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng) IS 95 8 4 1頻率和信道規(guī)范 CDMA系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)和TDMA系統(tǒng)相比其系統(tǒng)的容量大大提高 CDMA采用性能更好的聲碼器來提高語音的質(zhì)量 可抑制多徑效應(yīng)和衰落 使用軟切換 功率消耗更小 平均為6 7MW 由于采用功率控制而使其為模擬系統(tǒng)和TDMA系統(tǒng)消耗功率的10 而且不需要對(duì)頻率進(jìn)行分配 因?yàn)樗械姆涓C小區(qū)在同一時(shí)間采用同一頻率 盡管CDMA系統(tǒng)具有很大的優(yōu)勢(shì) 但其缺點(diǎn)在于功率控制和實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性上 CDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng) IS 95 是一個(gè)能同目前的模擬AMPS系統(tǒng)兼容的雙模式系統(tǒng) 其頻率設(shè)置成同AMPS系統(tǒng)相互錯(cuò)開的方式 以減少干擾 小區(qū)內(nèi)基站與移動(dòng)臺(tái)之間采用頻分雙工 FDM 方式 基站還可通過使用定向天線將小區(qū)劃分成幾個(gè)扇區(qū) 基站一般有兩根接收天線 以增加信號(hào)的分集效果 基站通過微波局域網(wǎng)同移動(dòng)電話交換中心 MTSO 用時(shí)分雙工 TDM 方式連接起來 最后 MTSO通過7號(hào)信令與當(dāng)?shù)氐墓婋娫捑W(wǎng)聯(lián)絡(luò) 概括起來 IS 95CDMA系統(tǒng)有如下主要性能 1 頻段 下行869 894MHz 發(fā) 824 849MHz 收 上行824 849MHz 發(fā) 869 894MHz 收 2 信道數(shù) 64個(gè) 碼分信道 每1 25MHz RF 每一小區(qū) cell 可分為3個(gè)扇區(qū) 可共用一個(gè)RF 每一網(wǎng)絡(luò)分9個(gè)RF 其中收發(fā)各占12 5MHz 共占25MHz 3 RF帶寬 第一信道為2 1 77MHz 其他信道為2 1 23MHz 4 擴(kuò)頻調(diào)制 QPSK 基站 OQPSK 移動(dòng)臺(tái) 5 擴(kuò)頻方式 DS PN 6 數(shù)字濾波器帶寬1 25MHz 7 語音編碼 可變速率CELP 最大速率為8kb s 最大數(shù)據(jù)速率9 6kb s 每幀20ms 8 信道編碼采用卷積碼和維特比譯碼 9 PN碼 頻率為1 2288MHz 基站識(shí)別碼為 215 1 b 用戶識(shí)別碼為 242 1 b 64個(gè)正交Walsh函數(shù)組成64個(gè)信道 10 交織編碼 采用交織編碼作為時(shí)間分集20ms間距 11 接收方式 采用RAKE接收 移動(dòng)臺(tái)為3RAKE 基站為4RAKE 8 4 2前向CDMA信道 前向CDMA信道共有64個(gè) 包括導(dǎo)頻信道1個(gè) 同步信道 必要時(shí)可改作業(yè)務(wù)信道 因?yàn)橐苿?dòng)臺(tái)在獲得同步后不再監(jiān)聽同步信道 1個(gè) 傳輸數(shù)據(jù)率為1 2kb s 尋呼信道 必要時(shí)可改作業(yè)務(wù)信道 直至全部用完 7個(gè) 傳輸數(shù)據(jù)率為9 6 4 8kb s 前向業(yè)務(wù)信道 最多63個(gè) 55個(gè) 傳輸數(shù)據(jù)率為9 6 4 8 2 4 1 2kb s可變 前向CDMA信道的結(jié)構(gòu)如圖8 12所示 圖中從左至右依次為導(dǎo)頻信道 W0 同步信道 W32 尋呼信道 W1 W7 和前向業(yè)務(wù)信道 W8 W31及W33 W63 的結(jié)構(gòu) 這64個(gè)前向信道的信源信息符號(hào)被其相應(yīng)的Walsh函數(shù)擴(kuò)展 64Walsh函數(shù)序列周期為 64 1 2288Mc s 52 083 s 注 c s即碼片 秒 其碼片速率為1 2288Mc s 后 經(jīng)I Q支路分別被碼片速率為1 2288Mc s的短碼PN序列 215 擴(kuò)展及QPSK調(diào)制 圖8 12IS 95前向信道 由圖8 12可知 前向信道的64個(gè)CDMA信道是由正交的Walsh函數(shù)來實(shí)現(xiàn)碼分的 而這個(gè)基站的前向信道信號(hào)是由短碼PN序列 215 來識(shí)別的 短碼PN序列規(guī)定有64個(gè)偏移 每一個(gè)偏移為512碼片 從擴(kuò)頻CDMA來看 業(yè)務(wù)信道的擴(kuò)頻處理增益為18dB 同步信道的擴(kuò)頻處理增益為24dB 1 前向?qū)ьl信道 前向?qū)ьl信道發(fā)送的是不包含信息數(shù)據(jù)的擴(kuò)頻信號(hào) 它始終在發(fā)送 與其他信道的信號(hào)相比 導(dǎo)頻信號(hào)的發(fā)射功率較大 以便于移動(dòng)臺(tái)對(duì)基站發(fā)送的兩個(gè)相位與該基站對(duì)應(yīng)的擴(kuò)頻偽隨機(jī)序列的捕獲和跟蹤 當(dāng)移動(dòng)臺(tái)和基站同步后 導(dǎo)頻信號(hào)對(duì)其他信道的相干解調(diào)起到相位基準(zhǔn)的作用 此外 導(dǎo)頻信號(hào)也是移動(dòng)臺(tái)判斷是否要越區(qū)切換的一個(gè)基準(zhǔn) 前向?qū)ьl信道非常簡(jiǎn)單 不傳輸任何數(shù)據(jù)信息 或者說 輸入的數(shù)據(jù)信息為全 0 或全 1 因而沒有卷積編碼 碼元重復(fù)和分組交織等過程 另外它使用的Walsh碼W0是全0 或全1 序列 64個(gè) 0 或者64個(gè) 1 2 前向同步信道 基站在此信道發(fā)送同步信息 供移動(dòng)臺(tái)建立與系統(tǒng)的定時(shí)和同步 移動(dòng)臺(tái)通過導(dǎo)頻信道與基站發(fā)送的兩個(gè)相位與該基站相對(duì)應(yīng)的擴(kuò)頻偽隨機(jī)序列同步后 開始解調(diào)同步信道的信息數(shù)據(jù) 同步信道的信息數(shù)據(jù)主要包括系統(tǒng)時(shí)間和導(dǎo)頻偏置 使移動(dòng)臺(tái)確知正在接入的是哪一個(gè)基站 此外 公布尋呼信道的速率是9600b s和 4800b s 長(zhǎng)偽隨機(jī)碼的狀態(tài)等 1 數(shù)據(jù)速率 前向同步信道傳輸速率為1200b s 2 卷積編碼 數(shù)據(jù)傳輸之前都要進(jìn)行卷積編碼 卷積碼的碼率為1 2 約束長(zhǎng)度為9 3 碼元重復(fù) 對(duì)于同步信道 經(jīng)過卷積編碼后的各碼元 在分組交織之前 都要重復(fù)一次 每碼元連續(xù)出現(xiàn)2次 這樣做的目的是使各種信息速率均變成相同的調(diào)制碼元速率 即每秒19200個(gè)調(diào)制碼元 4 分組交織 所有碼元重復(fù)之后都要進(jìn)行分組交織 分組交織的跨度為26 666ms 交織器組成的陣列是24行 16列 即384單元 5 數(shù)據(jù)掩蔽 數(shù)據(jù)掩蔽用于前向同步信道 其作用是為通信提供保密 擾碼器把交織器輸出的碼元流和用戶編址的偽隨機(jī)序列進(jìn)行模2相加 這種PN序列是時(shí)鐘為1 2288MHz 周期P 242 1的長(zhǎng)碼 每一調(diào)制碼元長(zhǎng)度等于1 2288 106 19200 64個(gè)PN子碼寬度 長(zhǎng)碼經(jīng)分頻后 其速率變?yōu)?9200b s 因而送入模2加法器進(jìn)行數(shù)據(jù)掩蔽時(shí) 是每64個(gè)子碼中的第一個(gè)子碼在起作用 6 功率控制子信道 前向同步信道中包含了一個(gè)功率控制子信道 在該子信道中 基站連續(xù)發(fā)送功率控制信息數(shù)據(jù) 以不斷地控制移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的功率 使基站所收到的移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的信號(hào)功率既滿足解調(diào)器輸出信噪比的要求 又對(duì)其他正在通信的移動(dòng)臺(tái)不產(chǎn)生過大的干擾 7 正交調(diào)制 為使前向傳輸?shù)母餍诺乐g具有正交性 在前向CDMA信道中所傳輸?shù)乃行盘?hào)都要用六十四進(jìn)制的Walsh碼進(jìn)行正交調(diào)制 其中 號(hào)碼為0的Walsh碼 W0分配給導(dǎo)頻信道 W32分配給同步信道 W1 W7分配給尋呼信道 其余 Walsh碼分配給前向業(yè)務(wù)信道 Walsh碼的子碼速率為1 2288Mc s 并以52 083 s 64 1 2288Mc s 為周期重復(fù) 此周期就是前向業(yè)務(wù)信道調(diào)制碼元的寬度 8 四相調(diào)制 在正交擴(kuò)展之后 各種信號(hào)都要進(jìn)行四相調(diào)制 用的兩個(gè)偽隨機(jī)序列稱為引導(dǎo)PN序列 引導(dǎo)PN序列的作用是給不同基站發(fā)出的信號(hào)賦予不同的特征 便于移動(dòng)臺(tái)識(shí)別不同的基站 不同的基站使用相同的PN序列 但各自采用不同的時(shí)間偏置 不同的相位 不同的時(shí)間偏置用不同的偏置系數(shù) 共512個(gè) 3 前向?qū)ず粜诺?基站在此信道尋呼移動(dòng)臺(tái) 發(fā)送尋呼指令及業(yè)務(wù)信道支配信息 每個(gè)基站有一個(gè)或幾個(gè)尋呼信道 當(dāng)呼叫時(shí) 在移動(dòng)臺(tái)沒有轉(zhuǎn)入業(yè)務(wù)信道以前 基站通過尋呼信道向移動(dòng)臺(tái)傳送控制信息 信令 當(dāng)需要時(shí) 尋呼信道可以變成業(yè)務(wù)信道 用于傳輸用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù) 所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)過與用戶號(hào)碼所對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)偽隨機(jī)碼的變換序列調(diào)制后再傳輸 以使通信保密 尋呼信道的數(shù)據(jù)速率是9600b s或4800b s 移動(dòng)用戶根據(jù)同步信道的信息可以知道其速率 4 前向業(yè)務(wù)信道 基站在前向業(yè)務(wù)信道中的業(yè)務(wù)幀給移動(dòng)臺(tái)發(fā)送報(bào)文信息 在業(yè)務(wù)信道中傳輸?shù)氖怯脩粽Z音編碼數(shù)據(jù)或其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù) 為了通信保密 所傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)經(jīng)過與用戶號(hào)碼所對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)偽隨機(jī)碼的變換序列調(diào)制后再傳輸 此外 業(yè)務(wù)信道中包含了一個(gè)功率控制子信道 用于傳輸功率控制信息來控制移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率 另外 業(yè)務(wù)信道還傳輸如越區(qū)切換等控制信息 圖8 13為前向業(yè)務(wù)信道的調(diào)制過程 前向業(yè)務(wù)信道上的數(shù)據(jù)被分成20ms的幀 用戶數(shù)據(jù)首先進(jìn)行卷積編碼 接著根據(jù)實(shí)際的用戶數(shù)據(jù)速率格式化和交織 最后用一個(gè)Walsh碼和一個(gè)速率為1 2288Mc s的長(zhǎng)PN序列來擴(kuò)展信號(hào) 表8 5為前向業(yè)務(wù)信道調(diào)制參數(shù) 圖8 13CDMA前向業(yè)務(wù)信道的調(diào)制過程 表8 5IS 95前向業(yè)務(wù)信道調(diào)制參數(shù) 8 4 3后向CDMA信道 后向CDMA信道 移動(dòng)臺(tái) 基站 由若干業(yè)務(wù)信道和接入信道組成 每個(gè)CDMA信道能有高達(dá)62個(gè)的業(yè)務(wù)信道 每個(gè)尋呼信道能支持高達(dá)32個(gè)接入信道 其中 每個(gè)業(yè)務(wù)信道用不同的用戶長(zhǎng)偽隨機(jī)碼序列加以識(shí)別 每個(gè)接入信道用不同的接入信道長(zhǎng)偽隨機(jī)碼序列加以識(shí)別 后向CDMA信道的結(jié)構(gòu)如圖8 14所示 圖8 14IS 95后向信道 與前向信道相似 后向信道中也采用PN碼擴(kuò)頻調(diào)制 此PN碼的長(zhǎng)度也與前向信道中的相同 為215 不同的是 在這里使用了一個(gè)固定的相位偏差 移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的數(shù)字信號(hào)也進(jìn)行了卷積編碼 碼組交織 64元Walsh函數(shù)正交調(diào)制 長(zhǎng)PN碼擴(kuò)頻和四相擴(kuò)頻調(diào)制 但是 與前向信道相比 后向信道有下面一些主要的不同之處 發(fā)送的數(shù)字信號(hào)使用碼率為1 3 不是1 2 約束長(zhǎng)度為9的卷積編碼方案 因此 編碼后的符號(hào)速率是28 8kb s 卷積編碼后的信息以20ms間隔進(jìn)行交織 信號(hào)完成交織編碼后 將6個(gè)二進(jìn)制符號(hào)形成一組 用它來選擇64個(gè)不同正交函數(shù)之一作為發(fā)射 這里的Walsh函數(shù)應(yīng)用不同于前向信道 在前向信道上Walsh函數(shù)是由分配給移動(dòng)臺(tái)的信道來確定 而在后向信道上Walsh函數(shù)則是由發(fā)送的信息來確定的 也就是說 后向信道上Walsh函數(shù)是用來作64元正交調(diào)制的 調(diào)制后的符號(hào)速率變?yōu)?8 8 6 4 8kb s 切片速率則為307 2kc s 在后向信道上 長(zhǎng)PN碼 242 1 不是用來擾碼 而是直接用來擴(kuò)頻 用它來區(qū)別不同的移動(dòng)臺(tái) 由于這個(gè)長(zhǎng)PN碼每一個(gè)可能的相位偏差都對(duì)應(yīng)于一個(gè)有效地址 因而可以提供一個(gè)非常大的地址空間 并具有較高的保密性 當(dāng)用短PN碼 215 進(jìn)行四相調(diào)制時(shí) 對(duì)任一移動(dòng)臺(tái)而言都統(tǒng)一使用零偏置碼 這是因?yàn)樵诤笙蛐诺郎喜恍铇?biāo)識(shí)基站身份 后向信道最后送出的信號(hào)也是一個(gè)由所分配的頻率為中心頻率 經(jīng)過一對(duì)PN碼的四相調(diào)制產(chǎn)生的信號(hào) 1 后向接入信道 后向接入信道是一個(gè)隨機(jī)接入信道 供網(wǎng)內(nèi)移動(dòng)臺(tái)隨機(jī)占用 移動(dòng)臺(tái)在此信道發(fā)起呼叫及傳送應(yīng)答信息 每個(gè)接入信道對(duì)應(yīng)前向信道中的一個(gè)尋呼信道 但每個(gè)尋呼信道可對(duì)應(yīng)多個(gè)接入信道 移動(dòng)臺(tái)通過接入信道向基站進(jìn)行登記 發(fā)起呼叫 響應(yīng)基站發(fā)來的呼叫等 當(dāng)呼叫時(shí) 在移動(dòng)臺(tái)沒有轉(zhuǎn)入業(yè)務(wù)信道以前 移動(dòng)臺(tái)通過接入信道向基站傳送控制信息 信令 當(dāng)需要時(shí) 接入信道可以變成業(yè)務(wù)信道 用于傳輸用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù) 所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)過與用戶號(hào)碼所對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)偽隨機(jī)碼的變換序列調(diào)制后再傳輸 以使通信保密 接入信道的數(shù)據(jù)速率是4800b s 在一個(gè)CDMA頻道中 最多可有32個(gè)接入信道 最少是0 每個(gè)接入信道用不同的接入信道長(zhǎng)偽隨機(jī)碼序列加以識(shí)別 后向接入信道以固定的4800kb s速率傳輸 碼符號(hào)只重傳一次 在其傳輸過程中沒有隨機(jī)化選通門的參與 因而兩個(gè)重復(fù)的碼符號(hào)均被發(fā)送 后向接入信道的參數(shù)及性質(zhì)如下所示 1 數(shù)據(jù)速率 后向接入信道以固定的4800kb s速率傳輸 2 卷積編碼 后向接入信道要進(jìn)行卷積編碼 碼率為1 3 約束長(zhǎng)度為9 卷積編譯碼的作用是為了糾錯(cuò) 尤其是可以糾突發(fā)錯(cuò)誤 3 碼元重復(fù) 在接入信道時(shí) 因?yàn)閿?shù)據(jù)速率固定為4800b s 因而每一碼元只重復(fù)一次 而兩個(gè)重復(fù)的碼元都要發(fā)送 4 分組交織 所有碼元重復(fù)之后都要進(jìn)行分組交織 分組交織的跨度為20ms 交織器組成的陣列是32行 18列 即576單元 的 輸入碼元 包括重復(fù)單元 按順序逐列從左到右寫入交織器的32 18矩陣 直到填滿 5 可變數(shù)據(jù)速率傳輸 為了減少移動(dòng)臺(tái)的功耗和減少它對(duì)其他移動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生的干擾 對(duì)交織器輸出的碼元 用一時(shí)間濾波器進(jìn)行選通 只允許所需碼元輸出而刪除其他重復(fù)碼元 6 正交調(diào)制 在后向CDMA信道中 把交織器輸出的碼元每6個(gè)作為一組 用六十四 2 6 64 進(jìn)制的Walsh碼 稱為調(diào)制碼元 進(jìn)行傳輸 調(diào)制碼元的傳輸速率為28800 6 4800b s 調(diào)制碼元時(shí)間寬度為1 4800 208 333 s 每一調(diào)制碼元含64個(gè)子碼 因此Walsh碼的子碼速率為64 4800 307 2kc s 相應(yīng)的子碼寬度為3 25 s 7 四相調(diào)制 用I Q偽隨機(jī)序列進(jìn)行調(diào)制 2 后向業(yè)務(wù)信道 后向業(yè)務(wù)信道是移動(dòng)臺(tái)是移動(dòng)臺(tái)通過業(yè)務(wù)幀給基站發(fā)送報(bào)文信息的信道 圖8 15為后向業(yè)務(wù)信道的調(diào)制過程 后向信道上的用戶數(shù)據(jù)被分成20ms的幀 后向信道上的所有傳輸數(shù)據(jù)在傳輸之前都要經(jīng)過卷積編碼 塊交織 64階正交調(diào)制和擴(kuò)頻 表8 6為后向業(yè)務(wù)信道的調(diào)制參數(shù) 圖8 15CDMA后向業(yè)務(wù)信道的調(diào)制過程 表8 6IS 95后向業(yè)務(wù)信道調(diào)制參數(shù) 8 4 4CDMA的移動(dòng)性和無線資源管理 1 軟切換 軟切換是建立在CDMA系統(tǒng)宏分集接收基礎(chǔ)上的一項(xiàng)技術(shù) 已成功應(yīng)用于 IS 95CDMA系 統(tǒng) 軟切換是IS 95系統(tǒng)引入的一個(gè)嶄新的概念 除了技術(shù)實(shí)現(xiàn)上的改善外 還給通信話音質(zhì)量 系統(tǒng)容量等方面帶來了突破 當(dāng)移動(dòng)臺(tái)慢慢走出原先的服務(wù)小區(qū) 將要進(jìn)入另一個(gè)服務(wù)小區(qū)時(shí) 原基站與移動(dòng)臺(tái)之間的鏈路將由新基站與移動(dòng)臺(tái)之間的鏈路來取代 這就是切換的含義 IS 95中支持三種類型的切換 軟切換 CDMA與CDMA的硬切換 CDMA至模擬的切換 當(dāng)移動(dòng)臺(tái)開始與一個(gè)新的基站聯(lián)系時(shí) 并不立即中斷與原來基站之間的通信 這種切換方式即為軟切換 軟切換僅僅能運(yùn)用于具有相同頻率的CDMA信道之間 FDMA TDMA系統(tǒng)中廣泛采用硬切換技術(shù) 當(dāng)硬切換發(fā)生時(shí) 因?yàn)樵九c新基站的載波頻率不同 移動(dòng)臺(tái)必須在接收新基站的信號(hào)之前 中斷與原基站的通信 往往由于在與原基站鏈路切斷后 移動(dòng)臺(tái)不能立即得到與新基站之間的鏈路而中斷通信 另外 當(dāng)硬切換區(qū)域面積狹窄時(shí) 會(huì)出現(xiàn)新基站與原基站之間來回切換的 乒乓效應(yīng) 影響業(yè)務(wù)信道的傳輸 在CDMA系統(tǒng)中提出的軟切換技術(shù) 很好地利用了直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的特點(diǎn) 與硬切換技術(shù)相比 具有以下更好的性能 1 軟切換發(fā)生時(shí) 移動(dòng)臺(tái)只有在取得了與新基站的鏈接之后 才會(huì)中斷與原基站的聯(lián)系 通信中斷的概率大大降低 2 軟切換進(jìn)行過程中 移動(dòng)臺(tái)和基站均采用了分集接收的思想 有抵抗衰落的能力 不用過多增加移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率 同時(shí) 基站宏分集接收保證在參與軟切換的基站中 只要有一個(gè)基站能正確接收移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)就可以進(jìn)行正常的通信 由于通過反向功率控制 可以使移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率降至最低 這進(jìn)一步降低了移動(dòng)臺(tái)對(duì)系統(tǒng)的干擾 3 進(jìn)入軟切換區(qū)域的移動(dòng)臺(tái)即使不能立即得到與新基站的鏈路 也可以進(jìn)入切換等待的排隊(duì)隊(duì)列 從而減少了系統(tǒng)的阻塞率 IS 95系統(tǒng)對(duì)軟切換作了以下的規(guī)定 軟切換的過程從移動(dòng)臺(tái)開始 它必須不斷測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)頻信道的信號(hào)強(qiáng)度 為了有效地對(duì)導(dǎo)頻信道進(jìn)行搜索 IS 95中的導(dǎo)頻信道被分為活動(dòng)集 候選集 鄰近集和剩余集四個(gè)集合 活動(dòng)集由具有足夠強(qiáng)度 并正在參與移動(dòng)臺(tái)接收的導(dǎo)頻組成 候選集是由曾經(jīng)在活動(dòng)集中 或是強(qiáng)度超過T ADD的有關(guān)導(dǎo)頻構(gòu)成 鄰近集是由不在活動(dòng)集與候選集中的 但有可能參與軟切換的導(dǎo)頻構(gòu)成 剩余集是由目前頻率上的除了活動(dòng)集 候選集 鄰近集以外的其他導(dǎo)頻構(gòu)成 當(dāng)移動(dòng)臺(tái)測(cè)得鄰近集或剩余集中的一個(gè)導(dǎo)頻的強(qiáng)度超過T ADD 或者候選集中的一個(gè)導(dǎo)頻的強(qiáng)度超過有效集中任意導(dǎo)頻強(qiáng)度的一半 或者有效集的導(dǎo)頻低于T ADD并且持續(xù)時(shí)間達(dá)到T TDROP時(shí) 移動(dòng)臺(tái)會(huì)向基站發(fā)送 導(dǎo)頻強(qiáng)度測(cè)量消息 報(bào)告導(dǎo)頻搜索的結(jié)果以及切換跌落定時(shí)器的狀態(tài) 同時(shí) 導(dǎo)頻強(qiáng)度測(cè)量消息 中還應(yīng)報(bào)告有關(guān)導(dǎo)頻信道相對(duì)于移動(dòng)臺(tái)時(shí)間基準(zhǔn)的相對(duì)時(shí)間間隔 基站子系統(tǒng) 通過發(fā)送 切換指示消息 即分配給移動(dòng)臺(tái)的新的前向業(yè)務(wù)信道 來響應(yīng) 導(dǎo)頻強(qiáng)度測(cè)量消息 另外 切換指示消息 也用來標(biāo)識(shí)從活動(dòng)集中去掉的導(dǎo)頻 移動(dòng)臺(tái)將停止使用已從有效導(dǎo)頻集中去掉的導(dǎo)頻 并發(fā)出 切換完成消息 軟切換時(shí) 與所有活動(dòng)集中的導(dǎo)頻相聯(lián)系的前向業(yè)務(wù)信道將發(fā)送除功率控制子信道以外的完全相同的調(diào)制符號(hào) 移動(dòng)臺(tái)應(yīng)該對(duì)相應(yīng)的前向業(yè)務(wù)信道進(jìn)行分集接收 移動(dòng)臺(tái)必須支持最大達(dá)150 的相對(duì)信號(hào)傳播延時(shí) 軟切換時(shí) 相同的前向功率控制子信道被劃分為不同的功率控制集 移動(dòng)臺(tái)必須支持對(duì)屬于相同功率控制集中的功率控制子信道進(jìn)行分集合并 當(dāng)不同功率控制集的功率控制比特均指示發(fā)射功率上升時(shí) 移動(dòng)臺(tái)提高發(fā)射功率 當(dāng)任何一個(gè)功率控制集的功率控制比特指示發(fā)射功率下降時(shí) 移動(dòng)臺(tái)降低發(fā)射功率 2 功率控制 跟所有的蜂窩電話系統(tǒng)相同 CDMA系統(tǒng)也受干擾的限制 然而 同頻道干擾和鄰道干擾并不是主要的問題 事實(shí)上 CDMA的干擾來自同一時(shí)間采用同一頻率傳輸?shù)钠渌杏脩舻男畔?為了避免 遠(yuǎn) 近 效應(yīng) 采用很好的功率控制相當(dāng)重要 同時(shí)為了獲得良好的鏈路質(zhì)量 并考慮到衰落和陰影效應(yīng) 需增加發(fā)射的功率 在CDMA中 即使信號(hào)的強(qiáng)度很強(qiáng) 由于存在干擾 所接收到的幀也可能出錯(cuò) 因此在CDMA中的功率控制策略借助于幀差錯(cuò)比率 FER 在其他的系統(tǒng)中借助于信號(hào)強(qiáng)度 通常假定 FER為1 同時(shí)最大差錯(cuò)率突發(fā)為兩幀時(shí)的性能是最佳的 通常FER的允許范圍為0 2 0 3 最大差錯(cuò)突發(fā)允許達(dá)到4幀 功率控制保證每一用戶到達(dá)基臺(tái)的信號(hào)具有相同的功率 以便獲得最佳的信號(hào)干擾比 提供系統(tǒng)的信道容量 由于系統(tǒng)的不完善 必然存在功率控制誤差 而功率控制誤差的存在影響了系統(tǒng)的性能 一般分析中功率控制誤差被認(rèn)為服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布 在以往的分析中為了簡(jiǎn)化計(jì)算 功率控制源的選擇采用基于距離的方法 即用戶所在基區(qū)的基臺(tái)便是用戶的功率控制源 用戶的移動(dòng)臺(tái)將受該基臺(tái)的功率控制 然而在實(shí)際