tetra技术详解

tetra技术详解 第一讲 集群通信系统概述 1.1 集群通信系统的概念 集群通信系统，是一种高级移动调度系统，代表着通信体制之一的专用移动通信网发展方向。 CCIR称之为Trunking System(中继系统)，为与无线中继的中继系统区别，自1987年以来，更多译者将其翻译成集群系统。 追溯到它的产生，集群的概念确实是从有线电话通信中的“中继”概念而来。1908年，E(C(Mo1ina发表的“中继”曲线的概念等级，证明了一群用户的若干中继线路的概率可以大大提高中继线的利用率。“集群”这一概念应用于无线电通信系统，把信道视为中继。“集群”的概念，还可从另一角度来认识，即与机电式(纵横制式)交换机类比，把有线的中继视为无线信道，把交换机的标志器视为集群系统的控制器，当中继为全利用度时，就可认为是集群的信道。集群系统控制器能把有限的信道动态地、自动地最佳分配给系统的所有用户，这实际上就是信道全利用度或我们经常使用的术语“信道共用”。 综上所述，所谓集群通信系统，即系统所具有的可用信道可为系统的全体用户共用，具有自动选择信道功能，它是共享资源、分担费用、共用信道设备及服务的多用途、高效能的无线调度通信系统。 传统的专用移动通信在移动通信中占有相当大的份量，最初由几部普通步话机就可以组成一个无线电调度网，这种网在厂、矿等部门仍被 大量采用，但网的功能过于简单。其中有单频单工制和双频单工制两种工作方式，前者干扰大、设备简单;后者干扰小，但设备复杂一些。无论是单频单工还是双频单工制式，都只能是按键通话，一方讲话，另一方只能听。为避免通话上的不便，员通用的工作方式是双频双工，通话双方可以同时发信，但频率利用率低。典型的无线调度系统是单局单站制、双频双工工作方式，并且具有选择性呼叫功能的无线调度网，根据业务规模和组织方式，可确定其为单级调度或多级调度。 可见，传统的专用业务移动通信系统指的是应用于某个行业或某个部门内以调度指挥为主要特征的移动通信系统。这种通信方式顺其发展过程来看，从一对一单对对讲开始，到单信道一呼百应且进一步到选呼系统，后来发展成多信道自动拨号系统，它们的主要特点在于信道是“专有”的。也就是说通话过程中用户使用的频率是固定的，这就导致一旦用户选择了某信道，那么它的通话就只能在这一信道上，直至通话结束;如果这一信道已被其它用户占用，则它就不能选择其它空闲信道，从而出现阻塞。由此可见，传统的专用业务通信系统频率利用率低，而导致通信质量降低。 针对上述专用业务移动通信系统中存在的缺点，就产生了高层次的专用业务移动通信形式——集群通信系统。 1.2 集群通信系统特点 共用频率 将原来配给各部门专有的频率加以集中，供各家共用。 共用设施 由于频率共用，就有可能将各家分建的控制中心和基站等设施集中合建。 共享覆盖区 可将各家邻近覆盖区的网络互连起来，从而获得更大覆盖区。 共享通信业务 可利用网络有组织地发送各种专业信息为大家服务。 分担费用 共同建网可以大大降低机房、电源等建网投资，减少运营人员，并可分摊费用。 改善服务 由于多信道共用，可调剂余缺、集中建网，可加强管理、维修，因此提高了服务等级，增加了系统功能。 具有调度指挥功能。 兼容有线通信。 智能化，微机软件化，增加了系统功能。 具有控制、交换、中继功能。 总之，集群通信系统是共享资源，分担费用，向用户提供优良服务的多用途、高效能而又廉价的先进无线调度通信系统。 1.3 集群通信系统基本网络结构 通常人们习惯地按照覆盖区半径大小、服务区的几何形状来对系统的网络结构分类。按照覆盖区半径的大小，分成大区网、中区网、小区网;按照服务区的几何形状，分成框状网、带状网、蜂房状网等等。根据国内外各种资料来看，集群通信系统的网络结构有下列四种方式: 单区、单点、单中心网络(图1(1); 单区、多点、单中心网络(图1(2); 多区、多中心网络(图1(3); 多区、多层次、多中心网络(图1(4)。 这里所谓“中心”是指具有控制、交换功能的通信中心，它同时具有与市内电话网联接的功能;所谓“点”是指具有无线电信号收发功能的基地站。 下面详细介绍一下实际应用最多的类型。 1(单区、多点、单中心网络 如图1(2所示，它由一个控制中心、多个基站、有线或无线调度台及网中若干移动台组成。 这种网络适用于一个地区内、多个部门共同使用的集群移动通信系统，可实现各部门用户通信，自成系统而网内的频率资源共享。 在这整个服务区域内设立了一个控制中心和多个基站(一个基站可以设多部基台、也可设一部基台)。多个基站区组合形成整个服务区。 各基站可通过无线或有线传输电路连接到控制中心。 控制中心通过中继线或用户线与市话端局或用户小交换机连接。 有线调度台通过有线传输电路与控制中心直接相连。在这种网络的设计和设备配置的考虑中应采取多点设址。 因各专业部门的业务需要不同，应按需设置基站，从而满足各专业部门的业务。对于早先已建成并各自独立使用频率、独立工作的专用网络，可方便地改造成频率资源共享的集群移动通信网。这一点充分证实了集群的优点，即充分利用原有设施，减少投资同时满足各自需要，实现了高效益。 当上述网络中基站只有一个时，网络就简化成图1(1所示的单区、 单中心网络。它同样是由控制中心、基站、有线或无线调度台以及若干移动台组成。基站和控制中心可设在同一地点，也可分别设在不同地点，两者之间同样可通过无线或有线传输电路连接。通过用户线或中继线，同样也可以实现控制中心与用户小交换机或市话端局的连接。 2(多区、多中心、多层次网络 如图1(3及图1(4所示，由区域控制中心、多个控制中心、多基站组成而形成整个服务区。可以看出，图1(3各控制中心通过有线或无线传输电路连接至区域控制中心，即形成了图1(4所示的网络结构。各控制中心将受到上一级的区域控制中心控制及管理。 控制中心主要处理所管辖基站区内和越区至本基站区内移动用户的业务。至于越区用户识别码的登记、控制频道分配、有线或无线用户寻找越区用户的业务，换言之，即位置登记、转移呼叫、越区频道转移的漫游业务，将区域控制中心处理。这样就形成了二级管理的区域网。 根据业务需要，还可以设立更高级的管理中心，将其与区域中心相连接，也可以通过有线或无线传输通道，处理各下区域间用户登记、呼叫建立、控制管理，从而对区域控制中心进行控制、管理以及监控。 1.4 集群通信系统的基本设备及组成 集群通信系统除完成移动用户之间的通信外，还应能进行市内用户与移动用户间的通话。为达到这种通信目的，将中心基地站和用户终端结合在一起，再加上连接它们的有线通道和无线通道，就组成了一个移动通信网。 (1)基站 它由若干基本无线收发信机、天线共用器、天馈线系统和电源等设备组成。天线共用器包括发信合路器和接收多路分路器。天馈线系统包括接收天线、发射天线和馈线。 (2)移动台 用于运行中或停留在某未定地点进行通信的用户台，它包括车载台、便携台的手持台，由收发信机、控制单元、天馈线(或双工台)和电源组成。 (3)调度台 它是能对移动台进行指挥、调度和管理的设备，分有线和无线调度 台两种，无线调度台由收发机、控制单元、天馈线(或双工台)、电源和操作台组成。有线调度台只有操作台。 (4)控制中心 控制中心包括系统控制器、系统管理终端和电源等设备，它主要控制和管理整个集群通信系统的运行、交换和接续。它由接口电源、交换矩阵、集群控制逻辑电路、有线接口电路、监控系统、电源和微机组成。 集群通信系统的控制中心原理示意图见图1(5。 其中有一个中央处理器，一个交换矩阵;一个调度指令台，对应一个收发基地台。 所有调度指令台和基地台都与交换中心相接。 每一个调度台每次可与它本网的一个移动台通信。 集群系统中的移动台之间不允许直接通信。 不是同一网的调度台不允许通信。 所有呼叫按到达顺序排队处理。 控制中心具体功能为: 把用户线从市内交换机扩展到移动用户。 转接与处理音频信号。 把市话用户线集中井分配到有限个无线信道上。 控制、管理和检测基站无线设备与移动台状态。 集群通信系统设备组成见图1(6。 1.5 集群通信系统分类 集群通信系统通常有以下几种分类方式: (1)按信令方式分 有共路信令方式和随路信令方式。共路信令是设定一个专门的控制信道传信令，这种方式的优点是信令速度快，电路容易实现，但占用信道。随路信令是在一个信道中同时传话音和信令，信令不单独占用信道，可节约信道，缺点是接续速度慢。 (2)按信令占有信道方式分 有固定式和搜索式。在固定式中，起呼占用固定信道。搜索式起呼占用随机信道，需不断搜索变化的信令信道，忙时信令信道可作话问信道，新空出的话音信道可接替控制信道。固定式实施简单，后者实施复杂。 (3)按通话占用信道分 有信息集群(亦称消息集群)和传输集群。信息集群系统中，用户通话占用一次信道完成整个通话过程，而传输集群系统中，一次完整的通话要分几次在不同的信道上完成。信息集群的优点是通话完整性好，缺点是讲话停顿时仍占信道，信道利用率低。传输集群一般分为纯传输集群和准传输集群，或两者兼用，这种方式的优点是信道利用率高、通信保密性好，缺点是通话完整性较差。 (4)按控制方式分 有集中控制方式和分散控制方式。集中控制式是指由一个智能终端控制，统一管理系统内话务信道的方式。分散式是指每一信道都有单独的智能控制终端的管理方式。 (5)按呼叫处理方式分 有损失制和等待制系统。损失制系统中，当话音信道占满时，呼叫被示忙，要通话需重新呼叫，信道利用率低。在等待制系统中，信道被占满时，对新申请者采取呼叫排队方式处理，不必重新申请，信道利用率高。 第一讲 集群通信系统概述 1.6 集群通信系统功能 根据集群用户业务需要，集群移动通信系统从组网规模上看，可分为单区系统和多区系统。 单区系统适用于容量小、覆盖面积小的业务组网，该系统设备组成简单，即由一个基本型的系统设备组成。 多区系统适用于容量大、覆盖面大的业务组网，其系统设备组成复杂，它由多个单区系统加上连接设备(有线或无线及专用接口设备)组合而成。无论是单区制还是多区制的集群通信系统，它们所要完成的基本功能是相同的。 (1)系统一般功能(以典型系统为例): 集群系统信道:20个 单呼地址码数目:48000个 群呼组数:4000 每群最大用户数:48000 数据速率:1(2—19(2kbps 按续时间:小于0(5秒 (2)系统可靠性能 多信道:按申请分配，一个信道故障，仍正常工作; 接收机干扰关闭 发射机故障关闭 系统自我诊断 故障弱化 (3)系统入网功能 自动重发，按下PTT开关时，自动重发电话号码，直到接通为止 忙时排队,回叫(特有) 最近用户优先 错误移动台保护 连续性更新指定 禁止通话音 呼叫序列 个别私密通话 系统寻找和锁定 连网操作 (4)优先级别 系统有5—8个优先级别: 紧急呼叫 战术性优先 指令优先 操作性优先 正常 (5)特殊呼叫 系统呼叫 大组呼叫 小组呼叫 (6)自动电话互联 能提供自动全双工移动电话功能 无线---有线转换，无线电话会议 DTMF信令，50个号码存取，自动拨号 私密通话 数字话音加密 国内长途，国际直拨(事先申请) 一般用户限时 (7)特殊功能 移动数据终端 中断和常用扫描 内部诊断结果和占用时间管理 自动多站选择 无线电禁止 动态重组 (8)通信功能 无线用户可与有线用户进行通信 有线用户可与无线用户选址通信(个人直呼和组呼) 无线用户之间进行可选呼通信(个人选呼和组呼) (9)具有电脑管理自动计时计费系统功能，并设有话音存贮、输出打印功能。 (10)根据不同用户的需要，管理人员可通过显示器和键盘或固化的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 软件将通信网正常工作时的系统文件、用户文件输入计算机内，使管理人员能及时了解网内的工作情况 (11)具有全禁听、禁发功能 若某一用户在占用信道，其他无线用户则处于禁听、禁发状态，即听不到别的用户讲话声音，通过电台的收信指示灯，可以知道处于忙时。此时如有别的用户发信，电台则会通过本身的扬声器发出忙时提示音，完成禁发，从而不会干扰正在通话的用户。 (12)其他功能 故障报警，有声、灯、显示部位三种方式同时进行。 中继线使用情况记录 基地台故障报警 移动台的数传及终端处理 传送图表、图片及静止图象 存贮电话号码 (13)优先级 移动无线用户分特权用户和普通用户5—8级，特权用户具有强插、通话不限时、全呼、选呼功能;普通用户不具备强插、通话、全呼、保留选呼功能。 1.7 集群通信的工作过程 网内的所有用户均未通信。 所有移动台(车台、手持台等)、固定台及中心台都守候在自身的信道上。 移动台与有线电话互连时，它通过自身的信道，发出一串数字信令，给中心台的网络终端。 网络终端收到数字信令后，首先确认该移动台是否是合法用户，如果该移动台没有进行入网登 记处理，将不提供服务。 如果该移动台是合法用户，网络终端通过计算机分配一个空闲信道给该用户接上有线电话，建立通信。此信道被占用后，其它任何无线用户不得在其拆线之前使用信道。 如果没有空闲信道，系统繁忙时，要求通信的用户被编入等候行列进行排队。此时，网络终端会自动发出无空闲的繁忙信号，请稍候。 一旦有空闲信道时，网络终端会自动回叫排在第一位的用户，建立通信，而无需再操作任何系统。 无线集群通信接续有移动台至移动台、移动台至有线电话、有线电话至移动台的几种过程。现将移动台至移动台的接续工作过程用流程图方式解释如图1(8，可参考系统框图1(7。 图1.7 集群无线电通信系统框图 图1.8 集群无线电通信系统工作流程图 1.8 国外几种集群移动通信系统简介 1.8.1 SMARTNET集群移动通信系统 1.系统概况 SMARTNET是美国MOTOROLA公司生产的模拟集群移动通信系统。 SMARTNET(智慧网)包括SMARTNET智慧网II型和STARSITE(智慧站)两种集群移动通信系统。SMARTNET与STARSITE主要区别是系统容量和系统功能不同，但两种集群移动通信系统所采用的先进的微处理枝术和电信枝术是相同的。 SMARTNET II具有较大的信道容量和全部集群功能，最大可以提供28个话音信道，最多可配接21条电话线，可容纳48000个单机识别码，4000个通话组码。 STARSITE信道容量有限，最大可提供5个话音信道，最多可分配接3条电话线，可容纳16000个单机识别码和2000个通话组识别码，STARSITE具有SMARTNET II所具有的功能。 SMARTNET系统所适用的频段非常广泛，分别为VHF频段(136—l58MHz，146—176MHz)和UHF频段(403—430MHz，450—470MHz，806—866MHz，896—941MHz)。集群方式采用准传输集群，专用控制信道集中控制技术，信令方式为不公开的专用数字信令，以3600bit,s速率传输，调制方式为FSK调制。为了解决争用控制而组成时隙结构，使用78bit字组格式。在话音信道上还传输150bit,s、21bit字组格式的信令，作为移动台提供联络和拆线用的亚音频信令。为了保护信息的正确 性，信令传输采用BCH码纠错技术。 SMARTNET系统可提供单呼、群呼、自动重发、繁忙排队、回叫、多层优先等级、动态重组、自我诊断、故障弱化等功能，还可在指定信道上实现数据传输。该系统采用全双工或半双工方式，基地站以全双工方式操作，移动台可双工也可半双工。为了扩展覆盖范围，可增设常规中继站，用有线或无线链路将几个基本系统联网而构成大网，增设一个系统主控制管理大网、一个大网通常可达15个基本系统。 2(系统组成 SMARTNET系统组成如图1(9所示。主要组成部分有:中央控制器、电话互联终端、集群信道机、收发天线共用器、天线、系统管理终端、动态重组终端、系统监视终端以及调度台、移动台和手持机等设备。 图1.9 智慧网系统组成 系统设备典型配置如图1(10所示。 具有数传功能的SMARTNET集群移动通信系统的系统管理终端提供系统管理、时间参数、用户优先等级、修改、故障示警以及信息打印等输出。若配置中央电子单元(CEB)，可设十个有线调度台。增设电话互联终端(CIT)，可提供3—9条自动互联通道，以DTMF信令与PSTN及PABX互联。 图1.10 SMARTNET典型系统配置 二、FAST集群移动通信系统 1.系统概况 FAST是美国UNIDEN公司生产的集群移动通信系统，它的全称是Fast Access System Trunking。采用传输集群方式，非专用信道的分布式控制技术，信令方式为公开的LTR信令，300bit,3的速率传输，利用亚音频(低于150Hz)调制的数字式FSK方式，适用的频段为800MHz、l900MHz。 该系统因不用专用控制信道和系统控制器，而具有入网时间短和信 道利用充分等特点，移动台每次与系统进行联系直到充分得到所分配的通信信道为止，整个过程小于300ms。系统中每个信道在发射和接收话音的同时，也在同时发射和接收亚音频信令，用来控制中继器和每个移动台。该系统每一信道可有250个唯一身份号。 FAST系统具有选呼、组呼、群呼功能，还提供记帐功能和电话连接功能，同时还可进行数传。 该系统采用全双工或半双工方式，基站是以全双工方式操作，移动台可选用全双工或半双设备。多个FAST系统可连接成一个多基站的FASTNET系统，只需要在多个FAST系统增设M7032设备，通过有线或无线链路将几个FAST连接即成。所有FASTNET系统中的移动用户的均可在各区网中漫游。 2.系统组成 图1.11所示为FAST系统基本组成图。 图1.11 FAST集群移动通信系统 图中主要组成有:集群控制器ZETRON—49、中继器MRS804、系统功放ARX、电源 ARX310、发射机合路器、接收机多路锅台器、天线、系统管理终端、移动台、手持机。 三、MULTI—NET集群移动通信系统 1(系统概述 美国E(F(JOHNSON公司生产的MULTI—NET(多功能网)集群移动通信系统，是在原(逻辑集群通信网)基础上改进而成的，采用传输集群式专用信道的分布式控制技术，信令方式为半公开的LTR信令，采用300bit,s亚音频(低于150MHz)调制的数字式随路信令,与话音同时传送，不占用信道，不用专用系统控制器，具有充分利用信道和入网时间短等特点，系统接续时间不超过300ms。该系统适用的频段为800MHz和900MHz。每个信道可分配多达250个识别码，系统可由1个信道扩展至20信道。 MULTI—NET集群移动通信系统提供选呼、群呼、全呼、紧急呼叫功能，系统还提供管理和电话连接功能。 该系统采用全双工或半双工方式，基地台以全双工方式操作，移动台可选全双工设备或双工设备。早期生产的LTR—8610,15型、LTR—8870型均为半双工方式的移动台。 MULTI—NET集群移动通信系统可经无线网络终端(RNT)组合成MULTI—NER信道、LTR信道、常规通信信道的混合网，也可将几个频段几种信令在一个系统中混合使用，并与有电话网互联，形成一个完整的综合 通信网。为了扩大通信覆盖范围，E(F?JOHNSON又开发了AMERICON广域网。 2.系统组成 如图1(12所示为MULTI—NET集群移动通信系统组成结构图。 图1.12 MULTI,NET集群移动通信系统 该系统的主要组成有:MULTI—NET转发器、无线网络终端(RNT)、调度操作台、系统管理端、话音链路、移动台、手持机。 转发器LTR—8000是由激励器、接收机、逻辑单元、射频功率放大器和电源构成。转发器的频率范围为TX:85l一865MHz;RX:806—821MHz;接收机灵敏度为0(35μv(12db信纳)或0(50μv(20db信噪);发射机输出功率60w。所有转发器都由高速数据总线连接(即500欧姆同轴电缆)。 移动台LTR—8610,15型及LTR—8870型收发信机是由30,35w单 工收发机配置频率合成器及控制逻辑构成。接收机灵敏度为0(3—0(35μv(12db信纳)，0(5μv(20dB信噪)。 四、ACTIONET集群移动通信系统 1(系统概况 芬兰NOKIA公司的ACTIONET集群移动通信系统，适用于UHF频段，是西欧集群移通信系统的典型代表，采用信息集群方式、专用控制信道技术、采用公开的MPT—1327信，实现了该规约中关于呼叫类型及处理的基本思想。采用加强动态帧长ALOHA结构，信令1200bit,s速率，采用FFSK调制方式。 ACTIONET系统以调度通话为主，兼有数传功能。该系统以移动交换(MX)为中心，与基地台(BS)相连构成系统的无线网络。移动交换机(MX)与专用小交换机(PABX)或市话交换网(PSTN)相连，实现无线与有线的互联。 该系统中，每个基站都有5---15个无线信道，最多可达到30个基站。其中一个信道作为控制信道，系统规定本控制信道失效时，其余的话音信道将充当控制信道。控制信道分为128个时隙，每一个时隙都包含着来自MX(经过BC)的下行控制信息，任何一个无线用户都可以随选取一个时隙发出自己的呼叫请求。 ACTIONET系统组网灵活，可以将几个基本系统联网，扩展为大覆盖区的区域网，这只需设一个系统交换机(SX)即可实现，区域网的用户可以实现漫游。 2.系统组成 如图l.13及图1.14所示，分别为ACTIONET集群移动通信系统结构及ACTIONET区域性系统框图。 图1.13 ACCTIONET集群移动通信系 图1.14 ACTIONET区域性系统框图 该系统的主要组成有:移动交换机(MX)、基站(BS)、调度电话(CP)、管理终端(O&M)、移动台(MS)手机等设备。 多个ACTIONET系统构成的区域网由系统交换机SX及各个ACTIONET集群移动通信系统组成。 移动交换机(MX)是由呼叫控制计算机、操作控制计算机及有线电话接口组成，它完成集群移动通信系统中接、交换、控制操作和维护功能。Mx可分为三种不同的容量:32线、64线、96线，相应地确定了可连接的信道数和有线中继线数目。 MX的主要性能指数:频响-3 --- +1dB，在0(3 --- 3(4kHz范围内; 串话小于-60dBmop(加入800MHz,0dbμ信号)、背景噪声小于-55dBmop、供电电源48v、最大功率700W、工作环境温度5 --- 40。C、相对湿度5 --- 85,。 基站BS的组成是:收发信机、线路接口控制单元(LIC)、收发信共用器和测量单元。 BS通过LIC利用四线与MX相连，由MX控制BS无线频率和发射开启。 BS主要性能指标:频率为80MHz、160MHz、450MHz;频道间隔为12(5MHz或25MHz;每信道收发信机最大功耗为200W;工作环境湿度为-10 --- 550。C;相对湿度为5---95,。 R58为NOKIA推出的移动台，它是数字信令、频率合成、微处理器控 制的移动台，可全双工通信，并具有数传功能。250个信道，采用RS-232接口用于数传，单、双工工作模式转换，可执行多种呼叫功能。 第二讲 集群通信工作方式与信令 2.1 集群方式 在一个多信道调度无线系统中，“集群”是指向正在申请服务的用 户自动分配信道，调度无线信道的集群基本技术方法有以下几种: 2.1.1 信息集群 使用信息集群(亦称消息集群)，在整个调度通话期间，给它分配一条无线信道。从移动台按键开始，中继站(基站)要经过6到lO秒“脱离”时间才能完成信息集群。如果在这脱离时间内别的移动台或调度员起动另外的信息传输，则仍保持原先的信道分配。 这种技术效率低，因为在传输时间内若没有信息传输时仍然分配信道，并且在每个信息结束后的6秒“超时”内信道仍然被分配。图2.1所示为其工作过程。 图2.1 信息集群工作过程 2.1.2 传输集群 传输集群又称发射集群。在“纯正”传输集群中，仅对单一半双工无线传输期间分配信道。因为半双工操作一般需要在移动台的用户压下和释放“按讲开关”按钮;当用户按键时，可把检测到的一个确定而可靠的“传输结束”信令发送到基站控制器，这个信令可用来指示该信道可以再分配使用。基站接到该信令之后收回信道并将该信道分配给其它用户使用。所以在传输群方式中不会由于通话暂停而仍然占用信道，浪贺信道的使用，从而信道利用率就高了。图2.2为其工作过程。该通信方式，通话双方每次按下PTT键，所分配到的通话是随机的。所以，每一个完整的通话过程可能要分几次在几个不同的信道上完成。这就有利于通话保密。但这种方式一旦通话完成，PTT键释放，分配的通话信道就丢失而给其它用户使用，如果用户消息内有延迟就可能导致通话不连续，完整性差的缺点。 图2.2 传输集群工作过程 2.1.3 准传输集群 在相当于系统“忙时”的非常高的信道负载上，纯粹的传输集群系统中存在着用户消息内9延迟的可能性。因为每单个信息传输必须获得一个新的话音信道分配，这些延迟是极不受欢迎的，并导致消息连续性被中断。因此就出现了上述“纯”传输集群的修改型，称之为“准传输集群”，图2.3为其工作过程。 准传输集群兼顾消息集群和传输集的优点，它缩短了集群站“脱网”时间，该时间连同移动台发送传输结束信令在内为0(5---1秒。在难传输系统中，一旦开始接入信道，两个电台可迅速建立通话而不会“脱离”话音信道，因而，具有小的信息延迟。 图2.3 准传输集群工作过程 2.2 控制方式 集群移动通信系统的信道控制方式有两种:专用信道控制方式和非专用信道的分布控制方式，前者亦称为集中控制方式，后者亦称为分散控制、方式。 无论哪一种控制方式，都能使集群通信系统的用户在使用时就好像是信道专用一样，尽管用户进行一完整的通话需要多次更换通话信道，而对用户自己来说并无明显的感觉。所有上述 功能的实现都是靠系统内执行控制任务的硬件和软件，配合完成的，这种以微处理机为硬件基础并与各种协议保持一致的软件结合就构成了集群通信系统的信令系统。因此，上述两种不同:控制方式的信令也是不同的。集中控制方式系统称为专用控制信令系统，分布控制方式系统称为随路控制信令，亦称为亚音频控制信令系统。 专用控制信令系统适用于较大的集群通信系统，这是因为较大的系统信令联络时间非常重要，把一个信道专用作控制信令信道。随路控制 信令系统适用于比较小的集群通信系统，把所有的信道同时用作话音信道又作信令信道，若把二个信道作控制信道用会使整个系统的信道利用率降低。 2.2.1 专用控制信道方式 专用控制信道方式采用一条信道作信令信道，并且，必须由系统控制中心集中控制和管理，处理呼叫请求和分配空闲信道。 该方式具有许多优点，因为无需信道扫描，可以采用快速信令(如目前有的系统信令速度为3(6kbit,S，有的可达9(6kbit,S)，所以，建立呼叫速度快，入网接续时间短，也就是说，专用控制信道方式主要是接续快。除上述主要优点外，还具有下列功能: 专用控制信道功能设置除具有一些专用的功能外，还可以完成紧急呼叫、短数据传输、动态重组、防盗选择、无线电台禁用等功能。 连续分配信息更新，提高通信可靠性。 遇忙排队，自动回呼等。 采用专用控制信道方式，用户的入网和接续都必须通过专用控制信道来完成，这就遇到了两个或两个以上移动台在同一瞬间内发送信令而引起碰接(争用)的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。完善的系统就要求解决这种“碰撞”(争用)问题。 解决方法有两种: 一种采用“定时询问”办法。 即在此系统中，给每个移动台分配一个专用时隙，若移动台有信息发送就在该相应时隙内发送信令，这种时隙可由同一起始定时信号导出，或由基地台轮流安排各个用户发送，这种方式的缺点是当用户时，效率不高。所以它适用于用户数较少的系统。 另一种是采用ALOHA方式或时隙ALOHA入网控制技术。 在此系统中，每一消息中都会有若干检错位，使基地台可确定收到的消息是否同移动 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 时发送引起碰撞而出错。若所收信令无差错则发送应答信令，否则有关移动台将按随机选择时延重发消息，直到消息发送完了为止。 2.2.2 非专用信道的分布控制方式 在这种方式的集群通信系统中，每个基台(又称转发器、中继器)都有一个逻辑板负责信道的控制和信号转发。基地台间的信息交换是通过一条高速数据总线(同轴电缆)进行。移动台可在任何空闲信道上实现接入操作。由于每个信道既要作话音传输，又要传输信令。所以它用低于话音频带(300Hz以下)的亚音频(如150Hz)调制数字随路信令，它可与话音同时传输，不占信道。 在此系统中，由于移动台可预先获得可用信道而无需扫描，因而接入时间短。另外，由于每个信道独立完成信令交换，可在任何空闲信道上实现接入系统的操作。减少系统的交换负荷，提高可靠性。这种方式阻塞率低，等待时间短。 2.3集群通信系统信令的分类 集群通信就是多个用户共用少数几个无线信道。为了确保通信中的保密和有秩序，保证系 统有机协调地工作，系统必须要有完善的控制功能并遵循某些规定。这样就需要一些用来表示控制和状态的信号及指令。 为了将集群通信系统中用于通话的有用信号区别开来，我们把话音信号以外用于控制系统正常工作的非话音信号及指令系统称为“信令”。各种各样的信令组合成集群通信系统的信令系统，它可以称为集群通信系统的神经。由信令系统可决定集群通信系统功能的好坏，信令系统复杂是移动通信系统与普通通信系统的重要区别，同时，集群通信系统为了实现其强大的调度功能，信令系统会更加复杂。 集群通信系统的信令主要有下列两种分类方式: 一是按信令功能可分为控制信令、选呼信 令、拨号信令三种; 另一种是按信令形式分类，可分为模拟信令和数字信令两大类。 集群通信系统中控制技术包括空闲信道的检测以及通话信道的指配和控制，利用微处理机的通信控制等。控制和信令是不可分的。一种性能优良的信令系统将会大大提高整个集群通信系统的效率。对信令的要求主要是便于无线传输，实现起来简单，组合数量多，且与市话兼容性好等。 2.3.1 三种不同功能的信令 (1)控制信令 控制信令用来控制基地台与移动台之间信道的连接、断开以及移动台无线信道的转换。此 外，还用来作为监控和状态显示。它包括各种状态监视信号、空闲信号、分配信道、拆线、强插、强拆、限时、位置登记、遥毙、报警信令等。 信令可以利用专用信令信道传输，也可以通过话音信道传输。 (2)选呼信令 选呼信令用来控制移动台按自己的身份码接入系统，它包括单呼、组呼、群呼信令等。一个集群通信系统拥有许多移动用户，为了在众多用户中呼出其中某一用户而不至造成一呼百应 的状态，给每个移动台规定一个确定的地址码，其他控制台按照地址码选呼，这样就可建立与 该移动用户的通信。对选呼信令的要求是，既组成简单又能获得尽量多的号码数，同时又要求 可靠性高，抗干扰性能好。 (3)拨号信令 拨号信令是移动用户通过基地台呼叫另一移动用户或市话网用户而使用的信令。因此要求拨号信令与市话网具有兼容性，并适于在无线信道中传输。 2.3.2 两种形式的信令 1 模拟信令 利用模拟信令实现集群控制，一般情况采用DTMF信令、CTCSS信令、五音调信令等，它们可以单独使用，亦可以几种搭配混和使用。 (1)DTMF信令 DTMF信令是一种双音多频信号，它在市话程控交换机上被广泛使用。它是一种带内信令即在300—3400Hz音频范围内，选择8个单音频率，分为高频率群(4个或3个频率)和低频率群(4个频率)，每次从高频率群和低频率群各取出一个频率，由高低两个频率信号叠加在一起构成一个DTMF信号。 在集群通信系统中，DTMF信号用作系统的识别、拨号、控制以及状态等各种信令。 在集群通信系统中，目前还没有统一规定DTMF双音多频信令的具体定义，大部分生产厂商都有自己的设定，实际中可根据具体设计，对已使用的信号种类适当增减。特殊功能信号，如缩位拨号、呼叫转移信号等，可自行规定，但不能与之相矛盾。通常可参考我国移动通信90系列标准《中小容量自动拨号无线电话系统》中关于DTMF双音多频信令的统一规定。 (2)CTCSS信令 这种信令是指亚音频控制静噪选呼信令，又称为音锁或单音静噪。它是多个通信系统公用一个信道，为防止互相干扰而使用的一种亚音频信令。它还可以有效地防止非法用户进入系统。 CTCSS信令是在发射载波上叠加低电平亚音频单音，每个系统有自己特定单音，用户每次呼叫开启发射机时使发出该频率的单音，并在整个通话期间持续发送。 在简单的集群通信系统中，常用该信令实现组呼或作为系统识别音。 (3)五音调信令 五音调信令属于单音顺序编码信令。 CCIR规定五音调非序码单音频率稳定度应优于土5×10-3，标准码长时间为100?10ms，码字之间不间断排列，间断误差时间约为20ms。 2 数字信令 数字信令是随着计算机技术的发展而飞速发展起来的，数字信令由于传输速度快、组码数 量大，便于集成化，可以使设备小型化，近几年在集群通信系统中被广泛应用。 数字信令大体可分为低速和高速两类。低速数字信令要进行两次调制，第一次调制在一个 或几个音频频率上，在无线信道中仍以模拟方式进行第二次调制。高速信令一般是直接调制在 无线信道上，由于速度较高，通常采取多次重发和较复杂的纠错编码方法，以解决传输中出现 的差错问题。 (1)数字信令格式 在传输数字信令时，为了便于收端解码，通常要求数字信令按一定格式编码。常用的数字 传令格式有两种，如图2.4(a)、(b)所示。 图2.4 数字信令格式 第一种格式，每发送一组地址或数据信息时都要发送同步码和纠错码。 第二种格式每发送 一次同步码和纠错码时，可以发送几组信息码。 位同步码(P):又叫码头、前置码或同步码。它是将收发两端的时钟对齐，以便给出每个码元的判决时刻。 字同步码(SW):又叫帧同步码。它表示信息的开始，相当于时分多路通信中的帧同步。常选用相关性好的不归零巴克码来做字同步码。 信息码(A和D):传输数字信令的具体内容包括地址码和控制、寻呼、分配信道、拔号等数据信息，它是数字信令的核心。 纠错码:又称监督码，是为了防止信令在传输中出错而加的冗余码。一般情况采用BCH码，它不仅可以发现错误，还可以实现前向纠错。 (2)数字信令的传输方法 基带数字信令是二进制的数据流，只有通过调制才能发射出去。考虑到与现有模拟系统的 兼容性，数字信令要适应25kHz的信道间隔要求，能够在16kHz带宽的信道内可靠传输，用于数字信令的调制方式有 ASK、FSK、PSK三大类。ASK体制抗干扰和抗衰落性能差，在移动通信中基本不予以采用。FSK和PSK方式具有较好的适应性。 在选择调度方式时，主要从信令速率、调制带宽和抗干扰能力(即误码率)上来考虑。通常使用的调制方法有两种:一种是基带调制，它适用于高速率;另一种是副载波二次调制，造用于较低速率。 2.4 数字信令规约 2.4.1 MPT—1327数字信令 MPT—1327:集群系统信令标准规约。这个标准是经英国贸易工业部、英国邮电部、11家制造工厂、2个用户协会，经1982年、1983年和1984年三年的三次讨论，于1985年公布。它在世界上已标准化和公开化，MPT—1327是一种承前启后的标准，世界上许多国家和公司都采用这种信令开发了各种集群移动通信系统。通常MPT—1327数字信令是利用专用信令信道传输。 MPT—1327信令规约是建立在不对称控制信道基础上的。如图2.5所示，在下行链路中， 信道连续传输两组64bit码字，一组由控制信道系统码(CCSC)组成，用于系统同步和系统识别。另一组码(1NFO)由地址码和其它规约信息构成，这两组码字构成一个时隙。下行信道第一个码字的第一位为“0”。另有15位系统识别码，而后是16位信息码。第三个16位码为前置码，然后在校核的16位上给出一同步序列。与此相反，在上行链路里，移动台采用动态帧长ALOHA技术，分时操作，与下行链路同步接入信道，以提高信道的利用率。上行链路信令格式为 32bit同步码(SYNC)加上64bit信息码(1NOF)。纠错编码采用特殊的BCH(63，64)循环码加1位奇偶校验位。其生成多项式为: X15+X14+X13+X11+X4+X2+X1 图2.5 信令基本格式 上式能检测出所有的奇数位错误和5位随机错误或16位长的突发错误，可以纠正两位随机错 和检测3个错误或一组4位长的突发错误等，不需要重发。 利用上述的纠错方法，可马上判决出该时隙是否存在碰撞，若发现长的突发错，立即发出一碰撞信号，表示移动台发出的呼叫已受到碰撞，并保持在下一接入时隙重发。这时，基地台则指定下一接入帧增加时隙，而在应答帧中减少时隙，这样的结果使信令信道不致阻塞，延迟 不致加长。利用BCH(63，48)加1位编码还有便于计算机处理的优点。 MPT—1327是一种为集群专用陆地移动通信系统应用的信令标准。它规定了集群系统控制器和用户无线单元之间的通信协议准则。该信令中还包括长、短数据信息，可用来直接传输 协议准则。MPT—1327标准可 用于实现多种系统，这些系统小到只有几个无线信道(单信道也 可)，大到可以由多个集群系统控制器组成的网络。 MPT—1327信令系统最大容量范围为: 每个系统1036800个地址。 1024个信道号码。 32768个系统识别码。 该协议使用了1200bit,s的信令，这种信令用快速移频键控(FFSK也即MSK)副载波调制方式。它是为异频半双工无线单元和全双工集群系统控制器TSC(Trunking system controller)设计的。协议提供了广泛的用户设备和系统选择。但可以实现一部分适当的协议，也可以再将新的规定加入到协议中，因而信令系统具有很强的可扩充性。 2.4.2 LTR数字信令 LTR是Logic Trunked Radio的缩写，该信令是非专用信令信道的分布控制系统。 它采用300bit,s亚音频(低于150Hz)调制的数字式随路信号，与话音信号同时传送，不占用专门信道。采用传输集群技术，即讲话时占用信道，讲话空余时，利用按讲方式释放信道，此时信道可被别的用户通话使用。每次移动台发射可在任一信道上进行，不固定分配信道。这样能充分利用传输空余时间，提高信道的负载能力。 LTR信令系统中每个信道需要一个转发器，转发器之间通过高速同轴电缆数据链路传输数据信息流，传输速率为9600bit,s，信息以时分多址共用数据总线方式交换。每个转发器都有控制头，可分布控制，即每个信道独立完成信令交换，减小系统信令的负荷，从而提高系统的可靠性。移动台与转发台之间采用应答式交换信令。 转发台有五种工作方式:空闲、转发、只发、双工、松键(hang，即只发数据不发话音)。 信令格式有三种:转发器之间高速传输信令、转发器到移动台的信令以及移动台到转发器的信令。 信令通常包含宿主(home)信道(主信道)号、状态信道号、被呼用户的识别ID码(单人及群ID)、空闲信道号以及其它参数等。移动台到转发器用速率为300bit,s亚音频数字信令(约63比特BCH 码)。它与话音同传，且持续不断地实时更新参数。移动台可预先获得可用信道，无需扫描，因此接续时间短，仅约300ms。 通常每个移动台都被编程设置两个信道号。一个宿主信道号，另一个是状态信道号，当检测到有合法的数据信令时，该信道即为监控信道。这是防止宿主信道出现故障时，失去信息，以便通过监控信道获得收发呼叫的最新信息。 LTR信令的五种主要信令格式如图2.6所示。 一个完整的信令发送时间为130ms。 图2.6 LTR信令的五种主要信令格式 第三讲 数字集群通信系统综述 3.1 数字集群移动通信系统的特点 模拟集群移动通信网的主要问题是频率低;所能提供的业务种类受限，也就是说不能提供高速率数据服务;保密性差，容易被窃听;移动设备成本高，体积大，网的管理控制存在一定的问题等等。采用数字通信就表现出了数字集群通信的优缺点。 1. 频谱利用率高 模拟的集群移动通信网可实现频率复用，从而提高了系统容量，但是随着移动用户数量急剧增长，模拟集群网所能提供的容量已不再能满足用 户需求，问题的关键是模拟集群系统频谱利用率低，模拟调频技术很难进一步压缩已调信号频谱，从而就限制了频谱利用率的提高。与此相比，数字系统可采用多种技术来提高频谱利用率，如果用低速语音编码技术，这样在信道间隔不变的情况下就可增加话路，还可采用高效数字调制解调技术，压缩已调信号带宽，从而提高频谱利用率。另外，模拟网的多址方式只采用频分多址(FDMA)，即一个载波话路传一路话音。而数字网的多址方式可采用时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)，即一个载波传多路话音。尽管每个载波所占频谱较宽，但由于采用了有效的语音编码技术和高效的调制解调技术，总的看来，数字网的频谱利用率比模拟网的利用率提高很多。数字系统在提高频谱利用率方面有着不可低估的前景，因为低速语音编码技术和高效数字调制解调技术仍不断发展着。 频谱利用率高，可进一步提高集群系统的用户容量。对于集群移动通信来说，系统容量一直是网的首要问题，所以不断提高系统容量以满足日益增长的移动用户需求是集群移动系统从模拟网向数字网发展的主要原因之一。 2.信号抗信道衰落的能力提高 数字无线传输能提高信号抗信道衰落的能力。对于集群移动系统来说，信道衰落特性是影响无线传输质量的主要原因，须采用各种技术措施加以克服。在模拟无线传输中主要的抗衰落技术是分集接收，在数字系统 中，无线传输的抗衰落技术除采用分集接收外，还可采用扩频、跳频、交织编码及各种数字信号处理技术。由此可见，数字无线传输的抗衰落技术比模拟系统要强得多。所以数字网无线传输质量较高，也就是说数字集群移动通信网比模拟集群移动通信网的话音质量要好。 3.保密性好 数字集群移动通信网用户信息传输时的保密性好。由于无线电传播是开放的，容易被窃听，无线网的保密性比有线网差，因此保密性问题长期以来一直是无线通信系统设计者重点关心的问题。 在模拟集群系统中，保密问题难以解决。当然模拟系统也可以用一些技术实现保密传输，如倒频技术或是模,数,模方式，但实现起来成本高、语音质量受影响。由此，模拟系统保密非常困难。利用目前已经发展成熟的数字加密理论和实用技术，对数字系统来说，极易实现保密。 采用数字传输技术，才能真正达到用户信息传输保密的目的。 4.多种业务服务 数字集群移动通信系统可提供多业务服务。也就是说除数字语音信号外，还可以传输用户数字、图像信息等。由于网内传输的是统一的数字 信号，容易实现与综合数字业务网ISDN的接口，这就极大的提高了集群网的服务功能。 在模拟集群网中，虽也可传输数字，但是占用一个模拟话路进行传输的。首先在基带对数据信息进行数字调制形成基带信号，然后再调制到载波上形成调频信号进行无线传输，用这种二次调制方式，数据传输速率一般在1200bit,s或是2400bit,s。这么低的速率远远满足不了用户的要求。在目前，计算机网及各种数字网已经十分发达，用户的数据服务要求日益增加。 5.网络管理和控制更加有效和灵活 数字集群移动通信网能实现更加有效、灵活的网络管理与控制。对任何一种通信系统网络管理与控制都是至关重要的，它影响到是否能有效地实现系统所提供的各种服务。在模拟集群系统中，管理与控制依靠网内所传输的各种信令来实现，而模拟集群网的管理与控制信令是以数字信号方式传输的，而网的用户信息是模拟信号，这种信令方式与信号方式的不一致，增加了网管理与控制的难度。在数字集群网中，用户话音比特源中插入控制比特是非常容易实现的，即信令和用户信息统一成数字信号，这种一致性克服模拟网的不足，给数字集群系统带来极大的好处。总而言之，全数字系统能够实现高质量的网络管理与控制。 3.2 数字集群通信的关键技术 集群通信系统数字化的关键技术主要有:数字话音编码，数字调制技术，多址技术，抗衰落技术等。 1(数字话音编码 在数字通信中，信息的传输是以数字信号形式进行的，因而在通信的发送端和接收端，必须相应地将模拟信息转换为数字信号或将数字信号转换成模拟信号。 在通信系统中使用的模拟信号主要是话音信号和图像信号，信号的转换过程就是话音编码,话音解码和图像编码,图像解码。 在集群移动通信中，使用最多的信息是话音信号，所以话音编码的技术在数字集群移动通信中有着极其重要的关键作用。话音编码为信源编码，是将模拟话音信号变成数字信号以便在信道中传输。这是从模拟网到数字网至关重要的一步。高质量、低速率的话音编码技术与高效率数字调制技术同时为数字集群移动通信网提供了优于模拟集群移动通信网的系统容量。话音编码方式可直接影响到数字集群移动通信系统的通信质量、频谱利用率和系统容量。话音编码技术通常分为波形编码、声源编码和混合编码三类。混合编码能得到较低的比特速率。在众多的低速率压缩编码中，比如:子带编码SBC、残余激励线性预测编码RELP、自适应比特分配的自适应预测编码SBC—AB、规则激励长时线性预测编RPE—LTP、多脉冲激励线性预测编码以及码本线性预测编码CELP等。欧洲GSM选择了RPE—LTP编码方案，码率为8kb,s;美国和日本的数字蜂窝业选用了矢量和线性预测(VSELP)作为标准的数字编码方式， VSELP使用4(8kb,s数字信息可提高语音质量。话音编码技术发展多年，日趋成熟，形成的各种实用技术在各类通信网中得到了广泛应用。 (1) 波形编码 是将时间域信号直接变换成数字代码，其目的是尽可能精确地再现原来的话音波形。其基本原理是在时间轴上对模拟话音信号按照一定的速率来抽样，然后将幅度样本分层量化，并使用代码来表示。解码即将收到的数字序列经过解码和滤波恢复到原模拟信号。脉冲编起调制(PCM)以及增量调制(AM)和它们的各种改进型均属于波形编码技术。对于比特速率较高的编码信号(16kb,S一64kb,S)，波形编码技术能够提供相当好的话音质量，对于低速话音编码信号(16kb,s)，波形编码的话音质量显著下降。因而，波形编码在对信号带宽要求不太严的通信中得到应用，对于频率资源相当紧张的移动通信来说，这种编码方式显然不适合。 (2) 声源编码 又称为参量编码，它是对信源信号在频率域或其它正交变换域提取特征参量，并把其变换成数字代码进行传输。其反过程为解码，即将收到的数字序列变换后恢复成特征参量，再依据此特征参量重新建立语音信号。这种编码技术可实现低速率语音编码，比特速率可压缩2kb,S—4(8kb,S。线性预测编码LPC及其各种改进型都属参量编码技术。 (3) 混合编码 是一种近几年提出的新的话音编码技术，它是将波形编码和参量编码相结合而得到的。以达到波形编码的高质量和参量编码的低速率的优点。规则码激励长期预测编码RPE—LPT即为混合编码技术。混合编码数字语音信号中包括若干语音特征参量又包括部分波形编码信息，它可将比特率压缩到4kb,S—16kb,S，其中在8kb,S—16kb,S内能够达到的话音质量良好，这种编码技术最适于数字移动通信的话音编码技术。 在众多的低速率压缩编码中，除上述规则码激励长期预测编码RPE—LTP外，还有如子带编码SBC、残余激励线性预测编码RELP、自适应比特分配的自适应预测编码SBC—AB、多脉冲激励线性预测编码以及码本激励线性预测编码CELP等。欧洲GSM选择了RPE—LTP编码方案，码率为13kb,S;北美DAMPS和日本拟采用CEIP方案，码率为8kb,S;美国和日本的数字蜂窝业(USDC和JDC)选用了矢量和激励线性预测(VSElP)为标难的数字编码方式，它使用4.8kb,S数字信息可提供高话音质量。 在数字通信发展的大力推动之下，话音编码技术的研究开发迅速，提出了许多编码方案。无论哪一种方案其研究的目标主要有两点:第一是降低话音编码速率，其二为提高话音质量。前一目的是针对话音质量好但速率高的波形编码，后一目的是针对速率低但话音质量却较差的声源编码。由此可见，目前研制的符合发展目标的编码技术为混合编码方案。 由于无线移动通信的移动信道频率资源十分有限，又考虑到移动信道的 衰落会引起较高信道误比特率，因而编码应要求速率较低并应有较好的抗误码能力。对于用户来说，应要求较好的话音质量和较短的迟延。归纳起来，移动通信对数字语言编码的要求有如下几条: ? 速率较低，纯编码速率应低于16kb,S。 ? 在一定编码速率下话音质量应尽可能高。 ? 编解码时延应短，应控制在几十毫秒之内。 ? 在强噪声环境中，应具有较好的抗误码性能，从而保证较好的话音质量。 ? 算法复杂程度适中，应易于大规模电路集成。 2(数字调制技术 数字调制解调技术是集群移动通信系统中接口的重要组成部分，在不同的小区半径和应用环境下，移动信道将呈现不同的衰落特性。数字调制技术应用于集群移动通信需要考虑的因素有: ? 在瑞利衰落条件下误码率应尽量低; ? 占用频带尽量地窄; ? 尽量用高效率的解调技术，以降低移动台的功耗和体积; ? 使用的C类放大器失真要小; ? 提供高传输速率。 在给定信道条件下，寻找性能优越的高效调制方式一直是重要的研究课 题。数字移动通信系统有两类调制技术，一是线性调制技术，另一类是恒定包络数字调制技术，前者如PSK、16QAM，后者如MSK、GMSK等(也称连续相位调制技术)。 目前国际上选用的数字蜂房系统中的调制解调技术有正交振幅调制(QAM)、正交相移键控(QPSK)、高斯最小频移键控(QMSK)、四电平频率调制(4L—FM)、锁相环相移键控(PLL—QPSK)、相关相移键控(COR—PSK)、通用软化频率调制(GTFM)等。西欧GSM采用GMSK调制技术，北美和日本采用较先进的π,4—QPSK。APCD(联合公安通信官方机构)和NASTD(国家电信局国防联合会)选择正交相移键控兼容(QPSK—C)作为项目25数字通信标准的调制技术。QPSK—C频谱效率高并且具有灵活性，它使用调制技术在12(5kHz带宽的无线信道上发送9(6bps信息，同时提供与未来线性技术的正向兼容性，这将使系统达到更高的频谱效率。 美国MOTOROLA新研制生产的800M数字集群移动通信系统，在16QAM调制技术基础上，自己研发的M16QAM技术。 3(多址方式 在蜂窝式移动通信系统中，有许多移动用户要同时通过一个基站和其它移动用户进行通信，因而必须对不同移动用户和基站发出的信号赋予不同的特征，使基站能从众多移动用户的信号中区分出是哪一个移动用户发来的信号，同时各个移动用户又能识别出基站发出的信号中哪个是发 给自己的信号，解决上述问题的办法就称为多址技术。 数字通信系统中采用的多址方式有: . 频分多址(FDMA) . 时分多址(TDMA有窄带TDMA和宽带TDMA) . 码分多址(CDMA)以及 . 它们组合而成的混合多址(时分多址,频分多址TDMA,FDMA、码分多址,频分多址CDMA,FDMA)等。 在以往的模拟通信系统一律采用FDMA。TDMA避免了使用价格昂贵的多信道腔体合并器，便于利用现代大规模集成技术实现低成本的硬件设计，便于实现信道容量动态分配，提高信道利用率。TDMA的缺点是可实现的载波信道数有限。西欧GSM和美国较成熟的用户都采用FDMA,TDMA相结合的窄带体制。CDMA因具有更多的优点而被各国注意。CDMA用于移动信道，可获取分离多经隐分集增益，具有抗信道色散和抗干扰性能，美国已建立了几个CDMA的试验系统。FCC已验收批准Qualcomm公司生产的CDMA数字式电话系统的第一批电话机CD—3000。Pactel和Bell公司将提供这项CDMA数字通信服务。 频分多址是把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道(也称信道)分配给不同的用户使用。这些频道互不交叠，其宽度应能传输一路数字话音信息，而在相邻频道之间无明显的串扰。图3.1为FDMA通信系统工作示意图。 图3.1 FDMA系统的工作示意图 时分多址是把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙(无论帧或时隙都是互不重叠的)，再根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动台的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动台的信号都按顺序安排。在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分出来。图3.2为TDMA通信系统工作示意图。 图3.2 TDMA通信系统的工作示意图 TDMA与FDMA比较: ? TDMA系统的基站只用一部发射机，可以避免象FDMA系统那样因多部不同频率的发射和同时工作而产生的互调干扰。 ? TDMA系统不存在频率分配问题，对时隙的管理和分配通常要比对频率的管理与分配简单而经济。所以，TDMA系统更容易进行时隙的动态分配。如果采用话音检测技术，实现有话音时分配时隙，无话音时不分配时隙，这样还有利于提高系统容量。因移动台只在指定的时隙中才接收基站发给的信息，因而在一帧的其它时隙中，可以测量其它基站发送的信号强度，或检测网络系统发送的广播信息和控制信息，这对于加强通信网络的控制功能和保证移动台的越区切换都有利。 ? TDMA系统必须有精确的定时和同步，保证各移动台发送信号不会在基站发生重叠或混淆，并且能准确地在指定的时隙中接收基站发给它的 信号。同步技术是TDMA系 统正常工作的重要保证，它也是非常复杂的技术问题。 码分多址系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分，而是用各自不同的编码序列来区分，也可以说是靠信号的不同波形来区分。CDMA通信系统既不分频道又不分时隙，无论传送何种信息的信道都靠采用不同的码型来区分。这种信道属于逻辑信 道，逻辑信道无论从频域或者时域来看都是相互重叠的，也可以说它们均占用相同的频段和时间。 3.3 数字集群移动通信的几种典型系统 3.3.1 IDEN系统 1(系统概述 美国MOTOROLA公司生产的800M数字集群移动通信系统简称MIRS，在它的产品国际化后改称IDEN(IntegratedDigitalEnhanced Networks)这个系统是利用先进的M—16QAM、TDMA、VSELP及越区跟踪等技术，能在25kHz的信道内容纳6个话音信道，在现有的800MHz模拟集群信道上增容6倍，再加之频率复用技术和蜂窝组网技术，从而使得有限频点的集群通信网具有大容量、大覆盖区、高保密和高通话清晰度的特点。该系统具有蜂窝无线电话、调度通信、无线寻呼台及无线数传功能。 2 系统介绍 iDEN系统是摩托罗拉公司最新推出的集数字话音传输为一体的综合数字集群通信系统，采用TDMA技术，使得在25kHz信道上可以同时传送6路数字话，并可动态分配带宽。 1) 系统结构和设备 图3.3 iDEN的结构图 iDEN系统的结构如图3.3所示。其主要设备有运行维护中心(OMC)、移动交换中心(MSC)、来访位置登记器(VLR)、归属位置登记器(HLR)、短消息业务服务中心(SMS—SC)、网间互连功能(IWF)、调度应用处理器(DAP)、快速分组交换(MPS)、话音变码器(XCDR)、基站控制器(BSC)、增强型基站收发信系统(EBTS)、移动台(MS)和数字交叉联接系统(DACS)等。 运行维护中心是中央网络设备，执行系统的日常管理，并且为长期的网络工程系统监控和规划工具提供数据库资料。 移动交换中心是公用电话网(PSTN)与iDEN系统之间的一个接口，是处理iDEN系统内所有主叫和被叫的移动电话业务的电话交换局。每个MSC为位于某一地理覆盖区中的移动用户提供服务，整个网络可能有多个MSC 。 归属位置登记器是一种面向数据库的网络设备，包含系统用户的主数据库。 来访位置登记器也是一种面向数据库处理的网络设备，临时保存那些漫游于给定位置区中的移动用户信息，一般都与MSC集成在一起。 短消息业务服务中心为系统提供短消息服务，藉此可以从几种信息源向移动台传送长达140个字符的信息。这些信息包括话务员输入的字母数字留言、来自PSTN的消息以及从相连的语音信箱系统来的语音邮件指示。 网间互连功能负责匹配iDEN系统与PSTN间的数据速率，用于支持移动台数据和传真业务。调度应用处理器控制调度呼叫分配和路由接续。 快速分组交换处理所有的调度服务功能。在调度服务中，MPS为受DAP控制的基站提供话音和控制信息的高速分组交换，并为群呼提供语音分组的复制和分发。 话音变码器将来自PSTN的64kbit,s的PCM语音信号变换为射频接口使用的压缩声码器格式信号及其相反过程。 基站控制器是介于EBTS乃和MSC之间的控制设备。 BSC通过“A”接口给一个或多个基站以及由它们控制的移动用户提供控制和交换功能，包括过网数据的采集和准备。 增强型基站收发信系统由基站中的无线收发信机组、控制设备和天线组组成，它提供一个覆盖特定地理区域的无线区。由它负责无线链路的格式化、编码、定时、差错控制、成帧和基站无线电收发。每个基站的EBTS可以为3个扇区服务。EBTS能支持多路无线频率。 数字交叉联接系统提供填充和修整功能以便进行干线传输的可用组合带宽的管理，取代了独立的多路复用器和人工交叉联接。 移动台是移动用户用来获取系统服务的无线设备和人一机接口。 2) 网络中各设备的接口界面 所有到计费中心和短消息业务中心的接口:RS—232接口; 基站到操作维护中心的X(25接口:平衡链路接入规程(LAPB); 基站到MSC的“A”接口:7号信令的消息传递部分(MTP)和信令接续控制部分(SCCP); MSC与PSTN的互连规程:采用MF带内信令和7号信令; 快速分组交换规程:V(35，链路速率为512kbit,s或2048kbit,s; 经过交叉连接设备到达EBTS位置的多重高速链路: --- 支持T1,E1接口 --- 线路编码 --- T1接口:B8ZS或AMI --- E1接口:HDB3 --- iDEN系统专用E1链路的时隙结构:见图3.4。 图3.4 iDEN系统的时隙结构 3) 系统的性能特点 多址方式: TDMA 信道宽度: 25kHz 每信道时隙数: 6 适用频段: 800MHz和1(5GHz 带宽: 15MHz 收发双工间隔: 45MHz 调制方式: M—16QAM 话音编码 4.2kbit/s的VSELP声码器 信道检错编码: 循环冗余校验码CRC 信道纠错编码: 多码率格形前向纠错码 调制信道比特率: 64kbit,s 支持多业务机制:包括调度、电话互连、电路数据,传真、短消息、分 组数据等业务。 4) 系统的业务功能 各类业务功能汇总于表1。 5) 系统的网络管理 iDEN系统的网络管理由操作维护中心(OMC)来执行。它支持以下的网络管理应用功能: 配置管理 --- 提供系统关于软件版本和配置数据库的改变控制; --- 其它网络设备可以从OMC上下载软件; --- 跟踪由OMC管理的实体上正在运行的软件版本; 差错管理 --- 允许网络设备人工或自动地退出或恢复服务。从OMC上可以检查网络设备的状态，能对各种设备进行检测和诊断; --- 提供报告和记录告警的装置以提醒OMC处维护人员的注意; --- 当某些测量值超出设定值的界限时，OMC将自动发出告警。 性能管理 --- 从不同的网络实体收集话务统计; --- 将统计数据存在磁盘上供显示和分析用; --- OMC操作人员可以选择收集某些统计数据; --- 用基站监视器管理和测量位于每一小区基站的射频。 保密管理 --- 为网络操作者提供保密环境; --- 含有口令和授权数据库来规定每个操作人员的操作权限。 事件,告警管理 --- 提供基站和系统的告警和记录功能; --- 积累信息给系统操作和维护的设备统计分析。 3 关键技术 (1) 时分多址TDMA技术 时分多址是把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙，然后根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收各移动台的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动台的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收，就能在合路的时隙中把发给它的信号区分出来。 iDEN系统把每个25kHz信道分割为6个时隙，每个时隙占时15ms。在每时隙之始设置同步码作时隙同步用，采用频分双工方式。 (2) VSELP话音编码技术 iDEN数字集群系统使用的语音编码技术是先进的矢量和激励线性预测编码技术(VSELP)。它将30ms的语音作为一个编码子帧，得到126比特的语音编码输出，即信源编码速率为4(2kbit,s，再加上3(2kbit,s采用多码率格形前向纠错码，形成7.4kbit,s的数据流，使信号电平在较高或较低的输出情况下，都可改善音频质量，得到高质量的话音输出信号。在系统覆盖范围的边缘地区，VSELP改善话音信号的效果更好。 (3) M—16QAM调制技术 调制技术是数字移动通信系统射频接口的重要组成部分。 iDEN系统采用M—16QAM调制技术。它是专门为数字集群系统开发的一种调制技术。这种调制方式具有线性频谱，使25kHz信道能传输64kbit,s的信息。该种调制方式还可以克服时间扩散所产生的不利影响。 M—16QAM的基本特征是将传送的信息比特首先分为M(,4)个并联的频分复用子信道，然后再经编码变换成为16QAM的信号，同时插入导引和同步信号符号。每个合成的信息流经过脉冲滤波，与分路载波一起调制，并在频分复用器中与其它的副载波信号混合，合成的总信号形成M—16QAM信号。 M—16QAM的接收方则执行相反的操作，分别解调和检测每个信道的标志号，从总的信号中经过检测挑选和时域分割获得所需的话音或数据信号。 M—16QAM调制方式有以下特点: ?采用线性功率放大器 ?不需要信道均衡器 ?有60dB的邻道保护 (4) 差错控制技术 数据在射频信道中传输的误码率要比用电话线传输时高，为了保证数据的准确传输，必需进行差错控制。方法之一是采用前向纠错(FEC)技术，在译码时自动地纠正传输中出现的错误;方法之二是选择自动请求重发(ARQ)技术，在某一帧的数据严重丢失时，用FEC不能重新产生数据，而ARQ能确认没有收到的数据，并要求重新发送丢失的数据。 iDEN系统同时采用了这两种方法。对控制或信令信息帧，在有效控制消息之后，首先根据其特点加上16—29比特的CRC校验码，再采用格形前向纠错码。对语音或数据信息，则直接采用多码率格形前向纠错码。 4 iDEN系统准备改善的业务 (1) 优先权队列 iDEN系统把业务分为8个优先等级0— 7，紧急呼叫优先权最高(,0)，政府部门的通话群次之(,1)，然后是私人呼叫,公用事业通话群(,2)，其它的通话群业务优先权为4。在现存业务中，电话互连业务的优先权最低(,5)，见图3.5。 图 3.5 优先权队列允许要求高的调度用户在系统忙时可根据需要分段接入。在基站忙时，通信信道将根据提供给每一通话群或业务的优先权来排队。 但是，多级优先权仅对调度群呼有效，对私人呼叫、电话互连和电路数据等业务而言，所有用户具有同样的优先权。 (2)分组数据业务 分组数据业务在每一信道的总速率为6bkit,s—128kbit,s。并将按要求,适应性来安排带宽，与目前大多数网络的分组数据兼容，而且采用开放的接口。 为适应128kbit,s的带宽，物理层将采用自适应速率的调制方案，并可动态分配带宽。而链路层将把数据打包成每15ms包含36—108个字节的帧，并且，每一用户可根据其带宽占用一个RF信道的1—6个时隙。 (3) 紧急呼叫 紧急呼叫提供直接的通话群接入，在繁忙的基站上优先权最高。 可以由现存的通话群升级为紧急呼叫。紧急呼叫时，发起者和接收者的终端上都有相应的指示。 紧急呼叫可由发起者或者特别指定的群体成员来取消，也可以由系统管理者清除。在取消之前都处于紧急模式。 (4) 状态消息 iDEN系统将为大的繁忙的通信应用提供一个状态消息来提高其调度能力。任意通话群中的用户都可以发一个状态码(1—255)给现行通话群的调度员，调度员可观察到发送者的移动台ID和数字状态码或其别名。状态码和发送者ID在调度射频的贴—232接口传送。 数字集群无线系统(TETRA)采用欧洲电信标淮协会(ETSI)制定的多功能数字集群无线电标准，提供集群、非集群具有话音、电路数据、短数据信息、分组数据业务的直接模式(移动台对移动台)通信。它支持多种附加业务，其中大部分为TETRA所独有。系统具有兼容性好、开放性好、频谱利用率高和保密功能强等优点，是目前国际上较为先进、参与生产厂商较多的数字集群标准。 3.3.2 TETRA系统 TETRA标准由ETSI下的RES06分会负责制定，旨在满足集群用户在不断发展环境中的多种需求。TETRA是ETSI标准化工作中的最新范例，于1995年公布第一个核心标淮，1998年开始接受商用系统订货，目前已先后制定了3批l00多个标准。TETRA整套设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 可提供集群、非集群以及具有话音、电路数据、短数据信息、分组数据业务的直接模式(移动台对移动台)的通信。TETRA可支持多种附加业务，其中大部分是TETRA独有的。TETRA系统是一种非常灵活的数字集群标准，它的主要优点是兼容性好、开放性好、频谱利用率高、保密功能强，是目前国际上制定得最周密、开放性好、技术最先进、参与生产厂商最多的数字集群标准。 1 TETRA标准族 TETRA可看成是TETRA话音十数据(V十D)、TETRA分组数据优化(PDO)和TETRA直接模式通信(DMO)3个普通标准的集合。所研制的设备可以包含上述一个或多个标准功能，也可以根据用户的需求对标准进行变通处 理，从而使TETRA更加灵活、功能也更强。此外，还有话音编码器、符合性试验、法律交叉问题、TBR和SIM卡等辅助性标准。 (1) TETRA V十D 使用25kHz信道的TDMA系统，每射频信道分4个时隙，能同时支持话音、数据和图像的通信。与单个移动台相结合，可减少阻塞及互调干扰问题，数据传输速率最高可达28(8kb,s (2) TETRA PDO 使用25kHz信道的TDMA系统，每射频信道分4个时隙，主要面向宽带、高速数据传输。 TETRA PDO只能支持数据业务，TETRA V十D则数话兼容。它们的技术规范都基于相同的物理无线平台(调制相同，工作频率也可以相同)，但物理层实现方式不太一样，所以不能实现互操作，预计在ISO第3层可实现互操作。 (3) TETRA DMO 当移动台处于网络覆盖范围外，或即使在覆盖范围之内，但需要安全通信时，可采用TETRA DMO方式，实现移动台对移动台的通信。如果终端处于网络覆盖范围之内，通过入网终端，就可以在ISO第3层上提供集群方式与直通方式的相互转换。 2 TETRA的技术体制 (1) 主要技术特性 TETRA系统主要技术特性如下: 信道间隔 25kHz 调制方式 π/4DQPSK 调制信道比特率 36kb,s 语音编码速率 4(8kb/s(ACELP) 接入方式 TDMA(4个时隙) 用户数据速率 7(2kb,s(每时隙) 数据速率可变范围 2(4kb,s~28(8kb/s 接入协议 时隙ALOHA (2) 集群方式 TETRA标准支持消息集群、传输集群和准传输集群3种集群方式。 消息集群是在调度通话期间，控制系统始终给用户分配一条固定的无线信道。从用户最后一次讲完话并松开PTT开关开始，系统将等待6~10s的“信道保留时间”后“脱网”，完成消息集群，再将该信道分配给别 的通话对使用。若在保留时间内，用户再次按PTT开关继续通话，则双方仍在该信道上通话(即保持原来的信道分配)。消息集群采用按需分配方式，频谱利用率不高。 传输集群是指用户双方以单工或半双工方式工作时，用户按下PTT开关，就占用一个空闲信道工作。当用户发完第一个消息松开PTT开关时，就有一个“传输完毕”的信令送到基地台控制器，以指示该信道可再分配给其他用户使用。传输集群的信道采用动态分配方式，频谱利用率高，但可能导致通话不连续和不完整。 准传输集群兼顾消息集群和传输集群的优点，缩短了“信道保留时间”(约0(5---6s)，增加了用户每次发话完毕并松开PTT开关后的时间，使消息不会中断。准传输集群的信道利用率比传输集群低。 (3) 频谱资源 TETRA标准的显著特点是其频率资源的灵活性。频谱范围从VHF的150MHz到UHF的900MHz，收发频率间隔为10MHz(900MHz时为45MHz)。 (4) 系统设计规范 TETRA系统采用大区制设计，参数如下: 呼叫建立时问 ,300ms 邻道功率 —60dBc 基站RF功率 0(6W~40W 移动台RF功率 1，3，10，30W TETRA系统接收灵敏度(2,BER): 移动台 衰落—107dBm，静噪—l12dBm 固定台 衰落—109dBm，静噪—115dBm (5) 网络结构 TETRA标准对无线电网络的结构没有明确限制，其基础结构只定义了6个规定的接口标准，用于确保网内操作互联和网络管理。这6个接口分别是无线空中接口、有线站接口、系统间接口、移动台(包括有线终端)与终端设备间的终端接口、网络管理接口和直接模式无线电空中接口。 3 TETRA系统的业务功能及特点 TETRA系统的业务包括基本电信业务和附加业务。其中，根据接入点的不同，基本电信业务又分为承载业务和电信业务。承载业务提供终端网络接口之间的通信能力(不包括终端功能)，具有较低层属性的特征(OSI的第l一3层)。电信业务提供两用户之间相互通信的全部能力(包括终端功能)，除具有较低层的属性外，也具有较高层的属性(OSI的第4—7层)。附加业务是对承载业务或电信业务的改进或补充。 4 应用范围 从应用角度看，移动通信可分为公用移动通信网(PLMN)、专用移动通信网(PMRS)和无线寻呼系统(RPS)3大类。专用移动通信网是指某部门(如公安、铁路、内河航运、电力系统等)内部使用的移动通信网，可与公用交换电话网(PSTN)或专用有线交换机(PABX)互联。 由于TETRA系统可完成话音、电路数据、短数据信息、分组数据业务的通信及以上业务直接模式(移动台对移动台)的通信，并可支持多种附加业务，所以它在专用移动通信网中占有重要地位，甚至可为部分公用事业提供服务。 采用TETRA标准的用户按性质可分为公共安全部门、民用事业部门和军事部门等，具体包括公众无线网络运营商、紧急服务部门、公众服务部门及运输、公用事业、制造和石油等行业。 第四讲 数字集群通信系统基本技术 数字集群移动通信系统体现了当前移动通信技术的最新水平，与模拟系统相比 ，具有如下优点: 容量大，频谱利用率高; 通信质量好; 业务种类多; 易于保密; 用户设备小巧轻便; 便于与ISDN、PSTN、PDN等网络互联。 根据CCIR的建议，需要研究的数字技术主要有如下六方面: 数字无线调制与解调; 数字话音编码; 多址技术; 信道编码和数字信号处理; 数字控制信道和数据信道; 保密和鉴权。 从理论上说，数字集群基本技术与数字蜂窝移动通信系统没有本质的区别，但是数字集群通信系统有其自己的特点。典型的数字集群MOTOROLA的iDEN系统采用TDMA技术，在 每载波25kHz的宽度下，可传六路话音。众所周知，现在的GSM系统每载波200kHz，可传八路话音。iDEN系统有如此之高的频谱利用率是基于数字调制技术M,16QAM(Multiple,16Point Quadrative Amplitude Modulation)16点阵正交调幅和话音编码技术VSELP(VectorSum Excited LinearPrediction)向量和激励线性预测编码技术。 在不使用均衡器的情况下，M,16QAM可在25kHz信道中以64kbps的速率传递信号。而VSELP，把话音编码的速率降至4.8kbps，加上2.6kbps的前向纠错，使每路信道的比特率降至了7.4kbps，以实现每25kHz信道传送六路话音。另外，在网同步方面，iDEN系统还引入了 GPS(GlobalPosition system)作为全网统一的时间标准，从而省去了昂贵的艳原子钟，这也是iDEN系统的一大特点。 本讲重点地介绍三种技术，并结合集群用户的需要与集群系统的发展趋势，引入加密技术。 4.1 调制技术 在移动通信中，频率利用率一直是一个关键问题。如果不考虑小区分裂，也就是说在不增加基站设备的前提下，为了使每信道能负载更多的用户，就必须从两方面着手: 其一，采用更先进的调制技术，提高频谱利用率; 其二，采用码率更低的语音编码技术，使一定的调制码速率能传输更多路话音。 本节将介绍频率利用率很高的正交振幅调制QAM(QuandratiVe Amplitude Modulation)，用M,16QAM(Multiple—16Point Quan山ative Amplitude Modulation)16点阵正交调幅，可实现在25kHz信道中传64kbit,s，其频谱利用率高达2.56bit,Hz?S。 4.1.1 正交振幅原理 正交振幅调制的一般表达式为: Y(t),Amcoswt十Bmsinwt，0,t,T ............. (1) 上式由两个相互正交的载波构成，每个载波被一组离散的振幅{Am }、{Bm}所调制，故称这种调制方式为正交振幅调制。 式中，T为码元宽度，m,1，2„M; M为Am和Bm的电平数。 QAM中的振幅Am和Bm可以表示成 „„„„(2) 式中A是固定的振幅，(dm，em)由输人数据确定，(dm，em)决定了已调 QAM信号在信号空间中的坐标点。 QAM的调制和相干解调如图4.1所示。 图4.1 QAM信号调制解调 在调制端，输入数据经串并转换分为两路，分别经过从2电平到L电平的转换，形成Am和Bm, 为了抑制已调信号的带外辐射，Am 和Bm还要经过预调制低通滤波器，才与载波相乘，最后将两路信号相加可得到已调输出信号Y(t)。 在接收端，输入信号与本地恢复的两个正交载波相乘后，经过低通滤波、多电平判决、L电平到2电平转换，再经过并串变换就得到输出数据。QAM的另一种解调电路如图4.2所示。 图4.2 另一种QAM解调 在该解调电路中，接收信号与本地恢复的载波相乘后，再经过积分抽样后就可以得到解调信号{Am,Bm}的估值(d,e),然后经过计算(d,e)与所有可能发送的信号点(Am,Bm)之间的距离，与(d, e)距离最小的信号即为判决后得到的最佳输出信号点。由于解调QAM信号时，可以采用计算接收信号与发送点的距离来判决，所以信号点之间的最小距离应该尽可能地大些，以便于判决，但是，信号最小距离的平方与发射信号功率成正比，由于发射功率的限制，也就限制了信号点间距离的增长。 那么选择什么样的信号点分布对移动通信更有利呢, 现在以M,16为例，当信号点之间距离为2A的情况下，平均发射功率 为: 两种具有代表意义的信号空间分布如图4.3所示。在图4.3(a)中，信号 点的分布成方型，称之为方型或标准AQM;在图4.3(b)中，信号点的分 布成星型，称之为星型QAM。 图4.3 16QAM信号空间分布 求得这两种形式的信号功率为: 方型 QAM Par = A2/16(4x2 + 8x10 +4x8) = 10A2 星型 QAM Par =A2/16(8x2.612 +8x4.612) = 14.03A2 由此可见，在信号最小空间距离为2A的情况下，两者功率相差1.4dB，似乎方型QAM要优于星型QAM。在实际系统中应用的却是星型QAM。 这是为什么呢,如果不单单从发射功率的角度去看差别，而去观察二者的星座图，就发现二者的星座图结构有明显的差别，这也正是星型QAM优于方型QAM的两个方面，一是星型QAM只有两个振幅值，而方型有三种振幅值;二是星型QAM只有8种相位，而方型QAM有12种相位。 4.1.2 16进制星型QAM(16-level Star QAM) 在移动通信中实际应用的是16进制星型QAM，如图4.4所示。 图4.4 实际应用的星形16QAM信号空间分布 16进制星型QAM的每个码元由四个比特组成，每个码元的第一个比特，通过差分的方式来改变QAM相量的振幅。当输入的该比特为“l”时，则将当前码元的相量振幅，改变到与前一个码元的相量振幅不同的振幅 环上;当输入的该比特为0时，则当前码元的相量振幅与前一码元相同，每个码元的其余三比特，通过Gray差分相位编码的方法来改变信号的相位，也就是说，通过Gray编码来改变当前码元信号相量与前一个码元信号相量的相位差。 例如，若输入为“000”，则当前码元的信号相位与前一个码元信号相位相同。当输入为001时，则当前码元的相位，在前一个码元信号相位的基础上增加p/4，输入数据与相位差的关系如表4.1所示。 表4.1 输入数据 当前码元的相位增量 0 0 1 p/4 11 p/2 111 3p/4 101 p 100 5p/4 110 3p/2 10 7p/4 设图4.4中，内环上8个相量的振幅为Al，外环上8个相量的振幅为A2。设在第K,1个码元取样时刻接收信号的振幅样值为ZK-1，相位样值为qK-1，则解调器需根据ZK-1和ZK来判定信号振幅是否发生了很大变化，以便确定当前码元的第一个比特是否为“1”。 4.2 语音编码技术 4.2.1 概述 语音编码为信源编码，其目的是为了把模拟语音转变为数字信号以便在信道中传输，语音编码技术在移动通信系统中与调制技术直接决定了系统的频谱利用率。在移动通信中，节省频谱是至关重要的，移动通信中对语音编码技术的研究目的是在保证一定的话音质量的前提下，尽可能地降低语音码的比特率。 语音编码技术通常分为三类:波形编码、参量编码和混合编码。 脉冲编码调制PCM和增量调制AM是波形编码的代表，波形编码直接对模拟语音取样、量化，并用代码表示。波形编码的比特率一般在16kbit,s至64kbit,s之间，它有较好的话音质量与成熟的技术实现方法。 参量编码又称声源编码，它是以发音机制的模型作为基础，用一套模拟声带频谱特性的滤波器系数和若干声源参数来描述这个模型，在发送端从模拟语音信号中提取各个特征参量并进行量化编码。这种编码的特点是语音编码速率较低，基本上在2kbit,s---4.8kbit,s之间，语音的可懂度较好，但有明显的失真。 混合编码是近年来提出的一类新的语音编码技术，它将波形编码和参量编码结合起来，力 图保持波形编码话音的高质量与参量编码话码的低速率。混合编码数字语音信号中既包括若 干语音特征参量又包括部分波形编码信息。其比特率一般在4kbit/s---16kbit/s。 那么，什么样的语音编码技术适用于无线移动通信呢? 这主要取决于无线移动信道的条件。由于频率资源十分有限，所以要求编码信号的速率较低，由于移动信道的传播条件恶劣，因而编码算法应有较好的抗误码能力。另外，从用户的角度出发，还应有较好的语音质量和较短的时延。归纳起来，移动通信对数字语音编码的要求如下: 速率较低，纯编码速率应低于16kbit,S; 在一定编码速率下音质应尽可能高; 编码时延应较短，控制在几十毫秒以内; 在强噪声环境中，算法应具有较好的抗误码性能，以保持较好的话音质量; 算法复杂程度适中，易于大规模集成。 GSM所用的语音编码是(RPE—LTP)，规则码激励长期预测编码就是一种混合编码技术，其纯码速率为13kbit,S，语音质量MOS得分可达4.0。 本节将介绍一种更新的语音编码技术一向量和激励线性预测编码VSELP(Vector Sum Excited Linear Prediction)，它是美国数字蜂窝所使用的语音编码技术，其纯码速率为4.8kbit,S，语音质量MOS得分可达3.5。 4.2.2 矢量和激励线性预测编码 矢量和激励线性预测编码(VSELP)属于通称为码激励线性预测(CELP)的编码类型(也 称为矢量激励或随机激励)。VSELP语音编码器可以利用合理的计算复杂性达到最高的可能的语音质量，同时提供给信道误差韧性，这些目标对于远程通信应用中的公认的低数据率(4.8 --- 8kpbs)语音编码至关重要。 VSELP语音编码器通过有效利用构造的激励码本达到上述目标，这种结构的激励码本降低了计算的复杂性并提高了对信道误差的韧性，两个VSELP激励码本便可以达到上述性能，同时也使用了可以达到高编码效率的新型增益量化器，并且具有对信道误差的韧性。新型的适应前,后置滤波器的设计提高了重建的语音质量。 本节针对8kbps和4.8kbps两个VSELP编码器的实例展开。 图4.5是VSELP语音的解码器的方框图。VSELP codec总共利用三个激励源，其一来自长项(节距)预测状态或适应性码本;其余的源来自VSELP激励码本之一或之二。 对于8kbps编码器采用两个VSELP码本，每个码本包含的信息量相当于128个矢量;而4.8kbps的编码器仅利用一个VSELP码本，包含相当于2048个矢量的信息量。这两个或三个激励源与它们相应的增益相乘，并求和以出组合的激励序列ex(n)，处理完每一子帧后，ex(n)用于更新长项滤波器状态，合成滤波器是直接十阶全极点滤波器，LPC系数每20ms 帧编码一次，通过内插(对8kbps系统)每5ms子帧更新一次，激励参数每子帧内也更新。 4.8kbps系统利用帧长为30ms，子帧长为7.5ms，子帧内一采样数分别为:8kpbs为40，4.8kpbs为60，采样率为8kHz。节距(pitch)前置滤波器和频谱后置滤波器用于提高重建的语音质量。 图4.5 VSELP语音解码器 表4.2和表4.3表示8kbps和4.8kbps的VSEIP编码器的字段分配。十个LPC系数利用反射系数的标量量化编码;表示每帧平均语音能量的Sq也每帧编码一次;激励增益作矢量量化，对于8kbps系统为每子帧8bit(GS-P0-Pl代码)，而对于4.8kbps系数为7位(Gs-P。代码)。 表4.3 8kbps编码器的字段分配 参数 bit/5ms子帧 bit/20ms帧 LPC参数 38 能量,Sq 5 激励代码,I、H 7，7 56 滞后,L 7 28 Gs-P0-P1代码 8 32 保留 1 总和 29 160 表4.4 4.8kbps编码器的字段分配 参数 bit/7.5ms子帧 bit/30ms帧 LPC参数 38 能量,Sq 5 激励代码,I 11 44 滞后,L 7 28 Gs-P0代码 7 28 保留 1 总和 25 144 4.3 同步技术 同步和定时是TDMA移动通信系统正常工作的前提。因为通信双方只允 许在规定的时隙 中发送信号和接收信号，因而必须在严格的帧同步、时隙同步和比特位 同步的条件下进行工作。 位同步是接收机正确解调的基础。在移动通信系统中，用于传输位同步信息的方法有两种: 一种是用专门的信道传输; 另一种是插入话务信道中传输。 比如在每一个时隙的前面发送一段0、1交替的信号作为位同步信息。此外，在有些通信系统中，位同步信息是从其数字信号中提取的，用这种方法可以不再发送专门的位同步信息，但考虑到TDMA通信系统是按时隙以猝发方式传输信号的，为了迅速、准确而可靠地获得位同步信息，不宜采用这种方法。 由于信号在移动环境中传输时，经常受到干犹，噪声和多径衰落的影响，因而接收机在提取同步信息时，必须采取措施以减少由于干扰、噪声、衰落或误码引起的相位抖动，同时还要通过保护电路进行保护，防止因为偶然的原因使接收机失步，引起通信中断。 帧同步和时隙同步所采用的方法一样，如果需要，可以在每帧和每时隙的前面分别设置一个同步码作为同步信息。 同步码的选择是在帧长度确定之后，根据信道条件和对同步的要求而确定的。对帧同步和时隙同步的要求是建立时间短、误捕获概率小、同步保持时间长和失步概率小。从提高传输效率出发，希望同步码短一些，从同步的可靠性和抗干扰能力考虑，希望同步码长一些。对同步码的码型选择，应使之具有良好的相关特性，不易被信息流中的随机比特所混 淆而出现假同步。 网同步(或称系统定时)是TDMA移动通信系统中的关键问题。只有全网有统一的时间基准，才能保证整个系统有条不紊地进行信息的传输、处理和交换，协调一致地对全网设备进行管理、控制和操作。 就同步而言，可以保证各基站和移动台迅速地进入同步状态，也不会因为定时误差随对积累引起失步。系统定时可以采用不向的方法。在移动通信系统中常用的是主从同步法，即系统所有设备的时钟均直接或间接地从属于某一个主时钟的信息。主时钟通常有很高的精度，其信息以方播的方式送给全网的许多设备，或者以分层的方式逐层地送给全网的许多设备，各设备从接收到的时钟信号中提取定时信息，或者说锁定到主时钟上在移动通信系统中也用到独立时钟同步法，其办法是在网中各设备内均设置高精度的时钟，只要根据某一标准时钟进行一次时差校正后，在很长的时间内，时钟不发生明显的漂移，从而得到准确定时，这种办法通常要求各设备采用稳定度很高的石英振荡器来产生定时信号。这对于移动台尤其是小型手持机而言，无论从价格方面或者从体积、重量方面考虑都不合适。而通信网中的基站和其它大型设施采用这种方法还是可以的。 4.3.1 帧同步 帧同步的概念比较简单，但又十分重要，在一般的移动通信系统中采用集中插入同步法，集中插入方式的帧同步码，要求在接收端进行同步识别时出现伪同步的可能性尽量小，并要求此码组具有尖锐的自相关函 数，以便识别。另外，识别器也要尽量简单，目前用得最广泛的是性能良好的“巴克码”(Barker)。 巴克码是一种具有特殊规律的二进制码组。它是一个非周期序列，一个n位的巴克码{X1，X2，X3，???Xn。)，每个码元只可能取值十1或一1，它的局部自相关函数为: 目前已找到的只有7个: n 巴克码组 2 ，， 3 ，，, 4 ，，，,，，，,， n 巴克码组 5 ，，，,， 7 ，，，,,，, 11 ，，，,,,，,,，, 13 ，，，，，,,，，,，,， 表中“，”表示Xi取值为十l，“,”表示Xi取值为,l，以七位巴克码组{+++--+-} 为例，求出它的自相关函数如下: 同样可以求出j,2，3，4，5，6，7时R(j)的值分别为,l，0，,l，0，,l，O。另外，再求出j为负值的自相关函数，两者一起画出的七位巴克码的R(j)与j的关系曲线如图4.6所示。由图可见，自相关函数在j,0时具有尖锐的峰值。 图4.6 巴克码的自相关函数 产生巴克码的方法常用移位寄存器，七位巴克码产生器如图4.7。 图4.7 巴克码产生器 图4.7(a)是串行式产生器，移位寄存器的长度等于巴克码组的长度。七位巴克码由七级移位寄存器单元组成，各寄存器单元的初始状态由预置线预置成巴克码组相应的数字。七位巴克码的二进制数为lll00lO，移位寄存器的输出端反馈至输入端的第一级，因此，七位巴克码输出后，寄存器各单元均保持原预置状态。移位寄存器的级数等于巴克码的位数。 另一种是采用反馈式产生器，同样也可以产生七位巴克码，如图4.7(b)所示，这种方法也叫逻辑综合法，此结构节省部件。 巴克码的识别仍以七位巴克码为例，用七级移位寄存器、相加器和判决器就可以组成一个巴克码识别器，如图4.8所示，各移位寄存器输出端的接法和巴克码的规律一致，即与巴克码产生器的预置状态相同。 图4.8 巴克码判决 当输入数据中的1进入移位寄存器时，输出电平为，l，而0进入移位寄存器时，输出电平为,l，识别器实际是对输入的巴克码进行相关运算。 当七位巴克码在图4.9(a)中的tl时刻已全部进入了七级移位寄存器时，七个移位寄存 器输出端都输出+l，相加后得最大输出+7、若判决器的判决电平定为+6，那么，就在七位巴克码的最后一位“0”进入识别器后，识别器输出一个帧同步脉冲表示一帧数字信号的开头，如图4.9所示。 图4.9 巴克码用于帧同步 4.3.2 网同步 当通信是在点对点之间进行时，完成了载波同步、位同步和帧同步之后，就可以进行可靠的通信了。 但是移动通信系统要在许多用户之间实现相互连接，而构成一个庞大的网络。显然， 为了保证网络中各点之间能可靠地通信，必须在网内建立一个统一的时间标准，称为网同步。 在使用主从同步法的移动通信系统中，主站备有一个高稳定度的时钟源，一般是一台铂原子钟，主站将主时钟源产生的时钟逐站传送至网内的各站去，如图4.10所示。 图4.10 主从同步法 各个基站的定时脉冲频率都直接或间接来自主时钟源，所以网内各站的时钟频率相同，各基站的时钟频率通过各自的锁相环来保持和主站的时钟频率一致。由于主时钟到各站的传输线路长度不等，会使各站引入不 同的时延，因此各站都设置时延调整电路，以补偿不同的时延，使各站的时钟不仅频率相同，且相位也一致。 主从同步法的主要缺点是当主时钟发生故障时会使全网无法工作。当某一中间站发生故障时，不仅该站不能工作，其后的各站都因失步而无法工作;而且铯原子钟的造价十分昂贵。有没有办法克服这些缺点呢? 移动网络的提供者引入了全球定位系统GPS(GlobalPosition System)，GPS精确的定时信号用在通讯网络中，可使网络完全同步。 利用GPS同步的移动通信系统如图4.11所示。 图4.11 利用GPS同步 对比图4.10与图4.11可以明显地看出，利用GPS系统同步有明显的优点: 第一、除非GPS系统产生故障，否则主时钟源不会出现问题; 第二、无论是主站还是基站，对于同步信号的接收具有同等的地位，一个单点故障不会影响其它基站; 第三、GPS的算法本身消除了由于各个基站的位置不同引起的相位偏差，不再需要另加延时。 而且，运用GPS信号作为同步，其成本也要比主从同步法低，这也是制造商在同步技术中引入GPS的主要原因。 第五讲 数字集群通信系统功能及其构成 5.1 系统功能 数字集群通信系统是利用了当今先进的数字技术的集群调度通信系统。它 采用了数字信令方式、语音数字编码技术，使得网络内传输的全部是数字信号，从而使得接续速度快、可靠性高;并采用技术上更先进的调制解调技术。除具有自动拨号无线电话系统的全部呼叫功能外:调度功能强是其突出特点，它还具有更适合指挥调度网使用的紧急呼叫、动态呼叫限时、动态重组等功能。 5.1.1 系统主要功能 (1) 调度通信(无线直通无线) 独呼 组呼 自动排队 最近的用户优先 (2) 常规通信(无线通有线) 全双工 可置不答或遇忙转移 可置(长时)转移 可组织三方会议通话 (3) 有完善的计时、计次、计费系统 (4) 众多的服务功能，除电话外的其它服务功能 5.1.2 其它服务功能 (1) 呼叫等待 当自己正在通话时，能有指示表明有另外用户在呼叫自己。 (2) 无条件转移 可定义无论何时，呼自己的电话都转移到指定的电话号码上去。 (3) 不应答转移 可定义只在自己的电话不回答时，才转移到指定的电话号码上去。 (4) 遇忙转移 可定义只在自己的电话忙时，才转移到指定的电话号码上去。 (5) 呼叫挂起 可将此时的通信对象挂起，自己先去处理其它事务，然后取消挂起，继续通话。 (6) 只许呼入 可限制该用户只能应答，不能呼出。 (7) 国际长途呼出限制 可限制该用户不能挂拨国际长途电话。 (8) 主呼位置指示 可以了解主呼的位置。 (9) 最经济通话时刻 用户可根据话费变换时刻的表格选择通话时刻。 (10) 连续路由选择 系统在选择路由时，对一个无空闲的中继群，系统会连续设法给出空闲的路由。 (11) 支持MS市话接口 不管MS是主呼还是被呼，都可支持市话口。 (12) PSTN的SS7信令 当PSTN使用SS7信令时，系统可支持连接SS7信令。 (13) 语音信箱 系统可经ANSI ISUP接口接通语音邮政业务(VSM)。主呼用户可通过被叫VSM存人要说的内容，被叫可在此后到VSM中取回主呼的话音内容。 (14) 内部越区切换 系统对每个MS所在的位置区域都给予一个TMSI，TMSI和LAI都登记在VLR中，这样用户可在单个MSC内越区切换。 (15) 外部漫游 定有MSC之间漫游协议的所有MS和,或VLR和HLR的概念，亦可组 织MS漫游。 (16) 二次DTMF拨号 DTMF是带内拨号方式之一，它是由二个音频组成的，MS可利用它对目的系统进行二次 拨号。 (17) 运作业务数据测量 (18) 短信息业务 MS激活以后，可以人工或自动地从PSTN的DTMF,IVR或语音信箱中获得这种长达140个字符或数字的短信息。 (19) 计费系统 MSC收集了所有的通话情况的数据，再送至计费中心，MSC可选用在线的FTAM方法把计费信息送至计费系统。 (20) 数据业务 系统支持三类传真机和异步数据通信业务，但都是不透明的。 (21) 分等级服务 MS用户在一定时期内是分成若干群的，用户群ID给用户规定了其相互关系，唯一识别 标志和群的特殊业务，每个群可最多分成256种DMS的NCOS限制(主呼和被叫)，故采用ID和NCOS不同等级的服务。 (22) 唯本地呼叫 才开通时，MS只能本地呼叫。 (23) MSC之间越区切换 对移动用户，移动到其它MSC的控制范围时，系统能用陆地信道将其转到它所在MSC 的新的BSC区域中继续通信。 (24) 第三方呼叫 系统可再呼叫出第三方来进行会议通信，它是先将第二方挂起，呼出第三方后取回第二方。 (25) 不同速率转接 (26) 实时帐单 (27) 可通市话值班员 MSC允许MS通过中继找到市话值班人员。 5.2 系统构成 数字集群通信系统由一系列功能单元组成，图5.1表示了系统的结构及其组成部分。 一般系统可分为三个主要部分: 无线子系统(RFSS) 调度子系统(DSS) 互联子系统(1SS)。 图5.1 数字集群通信系统结构图 5.2.1 无线子系统 无线子系统由下列部分组成: (1) 移动台(MS),移动用户 移动台可以是固定台，如调度台、车载台、便携台和手持机。 每一移动台有几种身份码(比如IMEI、IMSI、TMSI等)。 IMEI是一出厂时就定下的国际移动台设备识别号，它主要由型号、许可代码和与厂家有关的产品号构成; IMSI是国际移动用户识别码，它是在该移动用户在网内的唯一的机器身分号; TMSI是移动台当前所在的区(窝)内的代码，区(窝)切换以后就改变。每次通信前，网络HLR的AUC对移动台的身份和权限进行认证，以保证合法用户使用移动网。 (2) 增强型基地收发系统(EBTS) 增强型基地收发系统(EBTS)在数字集群系统中为固定部门和无线部分之间提供中继，通过空口接口移动用户能够与基地台连接。 基地台将800M的25kHz的信道划分为6个时隙(TDMA)，即6条话音或控制信道，多个信道中除用一个信道作为控制信道外其余信道都可是VSELP编码的话音信道。 EBTS由下列部分构成: ACG 出入控制器通路: 它是EBTS的核心部分，由它控制和跟踪基台的频率和时隙，它还负责对移动台资源分配，还通过El链路负责和网络进行通信联络。 TFR 时间频率基准: 它提供一高确定度5MHz频率和一高准确度的时钟参考。 CSV信道服务单元: 它给EBTS提供直接与El线路连接的接口。CSV是符合全部工业标准参数的El接口，它提供辽BTS和交换机之间的接口。 5.2.2 调度子系统 调度子系统由四个部分组成: 数字交换系统DACS 网内分组交换(MPS) 调度应用处理机DAP 操作维护中心OMC。 (1) 数字交换系统(DACS) DACS是MSC交换机与EBTS或者PSTN之间的数字信号转接设备，为了适应传输的要求需要将信号填充整理成宽带结构的形式。 它的输入是: a(调度处理机经过分组交换机MPS来的调度信息; b(经MSC和OMC网络操作维护中心来的话音信息。它的输出是到EBTS或远方的基站控制器BSC的数字干线。 (2) 网内分组交换(MPS) 网内分组交换MPS是数字集群系统内高速数字El型节点处理机。它为网内EBTS终端节点的调度业务和有关控制信息联接电路，它由分组 倍份PD、分组交换PS及分组交换工作伦站组成。 (3) 调度应用处理机DAP 调度应用处理机是为调度通信业务的控制实现的网络控制机。它存储了移动用户的原始材料、MS的数据库、业务范围、通路以及呼叫处理等。调度通信功能有: 单独调度呼叫:一个MS呼一个MS 组呼通话:一个MS呼一个预编组MS 组呼选择通话:调度员组呼通话或选择某服务区、某小区或全网的MS通话 空中诊断:MS在任何地方出现故障DAP可通过空中发现MS的硬件或软件故障 (4) 操作维护中心OMC 操作维护中心是全网操作维护的中心。它为工程管理和 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 提供各种数据，它的管理对象有: 经过分组网对DAP、调度处理机、EBTS、基地台、BSC基站控制器、XCDR话音编码转换器进行管理; 通过异步 通信端口对DMC,MSC、HLR和MPS进行状态管理和控制。 其内容是:突发事件告警，以提示值班人员;在自动检测出错时，以手动或自动方式进行诊断和排除错误;显示欲了解的数据，以便进行分析管理;参数的设置;进行密码和权限等安全管理。 OMC是一可靠性极强的容错TANDEM计算机平台，其操作系统是UNIX， 主机采用MOTOROLA小型机用以太网与多个X终端联接，故其操作灵活、人机接口友好，值班人员通过x终端查阅检测并控制网内各种设备的运行情况，网内设备有故障时，OMC可采用搬运或自动措施以恢复工作。 OMC可对网内设备进行软件安装、更新运行、以及网内设备结构，参数的控制和状态检测，以扩充网内设备的功能。 5.2.3 互联子系统 (1) 基站控制器BSC 基站控制器是移动交换中心MSC与基地台EBTS之间的控制交换设备，以使数字集群系 统能扩大覆盖范围和节约线路造价，它可以近置和远置，MSC通过XCDR去控制BSC。 BSC主要功能是管理无线信道以及MS和MSC之间的传令传输。 BSC内部有一数字矩阵，EBTS负责无线信道的选择，而MSC负责有线信道的选择，两者 通过BSC内部矩阵、联接，在越区切换时亦由BSC负责。 (2) 话音编码转换器XCDR 话音编码转换器XCDR是完成PCM,VSELP的转换设备。由于MSC接口的话音编码是采用PCM u律编码方式，而用户端话音编码器采用的是VSElP编码方式，因此，需将EBTS, BSC送来的VSELP话音编码变换成PCM编码后送至MSC交换机。 XCDR还担任来自MS的DTMF二次拨号数字再生成新的双音多频信号 的任务。 (3) 移动交换中心MSC 移动交换中心MSC是网络的核心，它提供PSTN和移动网络之间的接口，MSC是用于移 动台MS发起或终止的话务互连的电话交换局。每个MSC提供对某一地理覆盖区域内的移动台的服务，同时一个网络可包括不止一个MSC，MSC提供到PSTN的接口和到BSC的接口以及与其它MSC的互连接口。 MSC的主要任务是: 处理呼叫、呼叫控制和信令?移动用户呼叫通路的建立 鉴权和加密 拨号码转换 收费数据的捕获和处理 回音消除控制 越区切换 短信息业务支持 MSC控制呼叫的建立和路由建立过程，类似于移动网终端局的功能。在陆地网络一边，MSC完成呼叫信令功能，其它的呼叫控制功能包括有:号码变换和路由、矩阵路径控制及出中继的分配、MS收集计费数据。 格式化呼叫记录并将它们传到计费中心，MSC同时收集这类通过的数据，以便于管理整个网络。 MSC完成对移动环境的其它功能，同时还支持用来控制无线信道占用情况安全管理功能，它包括修改移动台的鉴别号码等。 MSC还控制位置寄存器和越区切换过程。位置寄存器允许移动台报告位置改变，使移动台停止呼叫能自动完成。越区切换过程保证了当移动台在一个呼叫建立阶段从一个无线覆盖范围到另一个覆盖范围的呼叫连接。由一个BSC控制的小区之间的越区切换仍由该BSC控制，如果越区切换发生在由不同的BSC控制的小区之间，那么主要的控制功能由MSC完成。 交换机与PSTN、其它MSC及BSC相连时都要由DACS转接，这是为了省略独立的多路器和人工交换信号。 (4) 访问位置寄存器VLR 访问位置寄存器VLR存储其覆盖区内的移动用户的全部有关信息，以便MSC能够建立 呼人和呼出的呼叫。VSL从该移动用户的归属位置寄存器中获取并存储有关该用户的数据， 一旦移动用户离开该VLR控制区域，则重新在另一VLR登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户数据，因此可以把VLR看成是一个动态用户数据库。 (5) 归属位置寄存器HLR 归属位置寄存器HLR是数字集群系统的中央数据库。它存储着该HLR控制的所有的移 动用户的相关数据，这些相关数据包括:MS的操作数据，如IMEI、IMSI和MS-ISDN识别数据、验证密钥等，MS用户类别和补充业务等;MS的服务状况，如电话转移号码、特别路由信息等;MS的活动情况等， 如所处区域。 HLR的数据分为二种: 永久性的数据，通常是由数据管理中心设定的; 临时性的数据，它是网络实时设定的并且不断更新。 所有这些数据都被网内MSC和VLR所利用，以便随时对MS的管理和跟踪服务，网内可 以设多个HLR，每一HLR只存一部分MS的数据。 HLR的另一项重要的任务是验证要求上网用户的身份，MS每次通信以前，需要被验证 其身分以及其权限，只有授权用户才能使用本网通信。 此外HLR还为MSC提供关于移动台所在区域的信息，使任何入局呼叫立即按选择的路经送到被叫用户。 (6) SMS,SC短信息业务中心 这是数字集群系统的一个特色，它可以通过多种渠道传递最多达到140个字符到一个移动台中，这称为短信息字条，包括字母和数字信息、通过DTMF,IVR数字集合从PSTN中得来的数字信息、和从连接的声音传送系统来的声音传送表示。 SMS显著的特点是贮存信息，并把信息传送到MS移动用户中去。如果信息不能传递到 MS，SMS,SC就暂时贮存该信息，以便当MS工作时，SMS,SC再次发送信息。 第六讲 数字集群移动通信系统的工程组网设计 6.1 数字集群移动通信系统工程设计的关键 6.1.1 数字集群移动通信系统设计要点 数字集群通信系统的设计除遵从移动通信系统设计的原则外，还应重点考虑到数字信道传输的特殊问题。 在移动环境中的数据传输除了受设备本身的静态性能影响外，还要受周围环境条件和电波传播特性不稳定而产生的误码影响。移动信道误码性能是设计的一个基本问题，可以说，移动信道的误码性能直接决定了一个数字移动通信系统的质量好坏。 在进行一个数字集群移动通信系统的设计时，首先必须充分了解移动信道的误码性能，然后根据实际需要和实现可能性确定系统的三个基本设计参数: 通信概率 服务等级(比特误码率) 相应的输入信号电平或载频功率与接收机噪声功率比(C,N)。 根据这三个参数和系统所处环境进行电波传播特性的理论分析与场强计算，以便预测出数字移动通信系统的具体覆盖范围。 数字集群移动通信系统的通信概率具体算法及覆盖范围具体确定方法 与模拟制集群移动通信系统相同，可按模拟集群移动通信系统的公式进行推算。 数字集群移动通信系统覆盖范围的计算过程主要为下述内容: 根据要求的比特误码率确定所需最低平均输入信号电平Pmin或平均载噪比(C,N); 根据所要求的位置通信概率确定接收机所需要的输入信号电平的增加量; 采用计算模拟信号传输方法，根据发信端的有效辐射功率及路径损耗来确定通信距离。 6.1.2 数字信道的误码特性 对一个数字集群移动通信系统，达到准确、完善的设计是十分困难的，因为对数字集群移动通信传输系统的影响因素很多。我们在设计中，所考虑的移动信道误码性能，它是多径衰落、阴影效应、汽车火花干扰等影响因素的一个非常复杂的函数。同时，它也与设备的静态性能，即编码格式、调制方式、收发信设备特性、载频偏移及数字传输方式等因素密切相关。 (1)(产生的原因 影响数字移动信道误码性能的主要原因: 多径衰落和阴影效应引起被接收信号电乎下降到接收机前端噪声电平; 人为噪声(汽车火花)干扰; 多径传播的各个分量波的延迟时间与传输信号的脉冲宽度可以相比拟 时而引起的被传输数字信号的失真，以致产生误码。 了解上述产生的误码特性，对系统设计将有很大帮助。 (2)(误码特性 在无线信道中，因为存在有多径传播效应而产生瑞利衰落，由此产生的误码是客观存在的。在数字信号传输中，除了瑞利衰落引起误码性能恶化外，火花干扰和阴影效应也是产生误码的重要因素。尤其是当信道同时存在瑞利衰落和阴影效应时，其误码性能恶化程度更大。因此，在验证和完善我们的数字集群移动通信系统设计时，先搜集下列资料进行理论分析和计算: 城市汽车火花噪声与误码性能的原始资料。 有关瑞利衰落和阴影效应对误码性能影响的原始资料。 当无线信道因有多径传播效应而产生瑞利衰落时，接收机接收数字信号的误码特性可由下式表示: Pe(S),O.5exp(-qSR) 上式中:Pe(S)是信号包络为S时的误码率; S是以mV为单位的信号包络幅度; q 是待定常数; R是待定常数。 如果以工作频率为165MHz的接收机为例，当接收灵敏度为0.5mV(12dB信纳比)，传输 速率为4800bit,s，直接调制频偏为2.4kHz时，利用拟合法不难求出9和R值分别为48.6和1.9。 前面已提到在数字信号传输中，除了上述的瑞利衰落引起严重误码外，火花干扰和阴影效应也是导致误码的重要因素。图6.1表示了信道同时存在瑞利衰落和阴影效应时，误码性能恶化的预测情况:图中sL为慢衰落标准偏差，sL不同，误码性能的恶化程度亦不同。 当慢衰落标准偏差sL6L很小时，误码率与仅有瑞利衰落存在时情况相同; 当sL为6dB，Pe,l0-2时，其误码性能与仅存在瑞利衰落时恶化了4dB左右; 当sL为12dB，Pe,10-2时，误码性能与只有瑞利衰落时恶化约13dB。 从总趋势来看，误码率以10倍,10dB的斜率下降，这与仅存在瑞利衰落时的情况基本相同。 图6.1 瑞利衰落与阴影效应同时存在时的误码预测性能 图6.2(a)、(b)表示了由汽车点火系统所产生的火花干扰噪声对误码性能的影响。由图可见，误码率随传输速率变化比较剧烈，在相同的信号电乎下，当传输速率提高一 8倍，误码率上升1-2个数量级。如果在4800bit,s速率下，VHF频段的火花干扰引起的误码率与瑞利衰落引起的误码串特性基本相一致。如果把传输速率继续提高，那么误码率迅速增大。但是在UHF频段，从图6.2的(a)、(b)中当传输速率为1200bit,s时，在相同信号电乎下，UHF 频段的火花干扰噪声产生的误码率要比VHF频段产生的误码率小，这是由于UHF频段火花噪声电乎比VHF频段火花噪声电乎低24dB的结果。但是，随着传输速率的提高，误码率上升速度非常快，当传输速率为4800bit,s时，UHF频段和VHF频段内的火花干扰噪声引起的误码率非常接近。 图6.2 火花干扰引起的误码性能与传输速率关系图 在瑞利衰落、阴影效应和火花干扰同时存在时，数字传输信道的误码特性，可采用类似上述统计分析方法预测。如图6.3所示。在工程设计中，为了保证在任何条件下均能满足给定的通信质量要求，必须预测出上述几种主要影响误码性能的因素。 图6.3 火花干扰引起的误码性能与传输速率关系图 (3)(降低误码率的方法 由前所述，由于受瑞利衰落、阴影效应和火花干扰因素的影响，移动数字传输的误码性能受到严重恶化，故在进行工程设计中，必须采用相应的有效措施加以解决和改善。 a. 采用分集接收技术 众所周知，一个受到衰落的信道所接收到的信号通常都是由几个具有不同时延、不同相位的多径平面波叠加而成的合成波。采用分集接收方法的原理是基于产生瑞利衰落的多径传输效应本身的各个路径信号同时出现衰落的概率极小的特点。若在接收端设法同时获得2组或2组以上的这种合成波，并且彼此互不相关，则根据上述原理可知，由于几组合成波的和产生相互补偿作用，使得这个和的衰落概率远小于一组合成波 单独衰落的概率。采用适当的合成方法将几种合成波叠加起来，即可达到提高通信质量的目的。 分集接收方法主要有:空间分集、频率分集、极化分集、角度分集、时间分集等。 双重空间分集 接收端两接收天线之间保持有足够间距，就可减少两接收信号问的相关性，利用这一原理，架设两副彼此保持一定距离的天线，并接上各自的接收机，再将各接收机的信号合成起来。由于这种方法的简便、经济等特点，而得到了广泛的应用。 双重频率分集 在发信端，利用不处于同一相关带宽内的两个载频频率，发信机同时发射同一信息;在接收端，利用两个对应不同频率接收机接收这两个载有同一信息的信号，解调后合成。由于采用两个载频使频谱利用率降低。 双重极化分集 基站分设两个不同极化天线同时发射同一信息，由移动台对应的两个不同极化天线同时接收包含同一信息的两种极化分量Ex和Ey，利用Ex和Ey之间的互不相关性，将其合成起来。由于发信机功率分给了两个天线，因而这种方法发信功率被减半。 双重角度分集 在接收端采用两个定向天线以指向不同方位，使其在不同角度接收彼此独立但包含同一信息的信号。将接收信号合成。这种方法用于移动台比用于基站台更加有效，但这种方法只适用于10GHz或更高频率上。 双重时间分集 在不同时问间隔内多次发射同一信息，而使其在接收端得到两个非相关的衰落信号。时间分集方法有利于减少瑞利衰落地区的交调干扰，其缺点对处于信号平均值很低或深衰落很大地区的移动台，时间分集的作用不明显。 在上述改善移动数据传输质量的诸多方法中，由于双重空间分集接收可以使接收信号提高后，即可有效地改善快衰落和平滑信道衰落，从而大大降低数字信号的误码率;另外;该技术年可显著改善由于时延散布特性产生的不可减少误码串特性。因而双重空间分集接收系统被广泛应用。 b. 采用误码控制技术 在改善移动数字传输误码特性的手段中，还有一种行之有效的技术，即误码控制技术，它是通过采用误差检测、纠错编码及自动要求重发等技术措施来降低误码的方法。 c. 其它方法 利用多台发信机进行同时发射的技术，即同一信息通过几个发信支路，经适当处理后同时发射出去，在接收端经简单信号合成。这种方法由于各支路信号彼此互不相关，大大减小合成信号的衰落程度，从而大大提高了通信质量。 数字集群移动通信系统的设计，除前述几个关键特性应予以特别注意外，其它设计程序、方法、标准等均与模拟集群移动系统设计相类似。 6.2 移动通信系统设计技术标准与质量指标 6.2.1 通信概率 通信概率是指移动台在无线覆盖区边缘(或区内)进行满意通话(话音质量达到规定的要求)的成功概率，它包括位置概率和时间概率。在一定距离上，接收信号中值电乎并非一个常数，它随位置和时间的变化服从正态分布。在几十公里范围内，接收信号中值电平随位置的变化远大于随时间的变化。因此，在陆地移动通信中，为简化分析计算，如果由于时间变化而给通信概率带来的影响很少，则可忽略不计。 根据国家对移动通信技术体制的有关规定: 对于公众移动电话业务，在城市无线覆盖区的边缘通信概率为90,;在市郊或农村地区，无线覆盖区的边缘通信概率为50,---90,。 对于专业移动通信电话业务，可根据无线覆盖区的话务量分布情况来确定，若无线覆盖区边缘的话务量很少，则可适当降低标准，可按区内通信概率90,或85,或边缘通信概率为70,来设计。 6.2.2 话音质量 在无线移动通信中，为了保证通信双方进行准确无误的交谈，提高通信的可靠性，所以对通信过程中的话音清晰度、可懂度等话音质量制定了 理论合格标准。对于不同用途的通信网，由于使用对象不同，故理论标准也不一样。如表6.1所示。 表6.1 话音质量的合格标准 网的性质 标准 公众或专用电话网(一般人使用) “不连续字的可懂性”要达到80,以上，包括足够的话音自然度，以便 识别具体发话人的音色、音调和瞬时情感、语调的变化。 专用调度网(专业人员用) 只要求“不连续句子的可懂度”达80,以上，不要求识别发话人的音色 和语调。重复后能听懂也算合格。 实际情况中，对一个具体的移动通信网络话音质量的评价，一般采用CCITT推荐的主观评定方法。如表6.2所示。表中将话音质量划分为五级进行评分。 表6.2 话音质量级别的主观评定标准 话音质量级别 干扰的影响 5 几乎为零 4 显著 话音可懂，但干扰的影响级别的下降而增加。 3 讨厌 2 非常讨厌 1 仅能从噪声中勉强识别话音 6.2.3 信噪比标准 表6.1与表6.2相比，后者的标准更具体化，较接近实际情况，但将具体评定的语音级别与相应的技术保障程度定量地联系起来，对于实际设计的移动通信网，是相当困难的，更将造成系统设计和维护、使用上的困难。如果采用较高的技术保障程度，虽然可使话音质量提高，但会造成经济上的浪费。如果采用的技术保障程度过低，将会造成话音质量不合格。针对这样的情况，对上述制定出来的话音质量的主观评定标准分别找出与其相对应的话路信噪比标准。这个衡量标准反映了收信机输出 端的信号与噪声之比值。用下式表示为: S,N,(信号十噪声十干扰十失真),(噪声十干扰十失真) S,N可用仪器进行测量，也可根据调频接收理论进行推算，所以，在实际设计和维护使用中大多直接以信噪比指标来间接反映话音质量级别。 ? 根据对我国公众网和专用网的实测表明，当它们的输出信噪比分别大于29dB和20dB 时，在大多数情况下的通话质量均可分别达到4级和3级以上的满意水平。 信噪比的量度是在收信机低频输出端进行的。在调频制移动通信系统中，通古采用载噪比这一指标，它是对高频信道质量的量度，载噪比表示为(C,N)，一般它比信噪比低10---15dB。当我国的的移动通信公众网采用29dB的信噪比作为保证话音质量的指标时，其相应的载噪比为17dB;而专用网采用20dB的信噪比作为保证话音质量的指标，其相应的载噪比约为8B量。 6.2.4 移动通信网进入固定公众电话网的接口技术要求 专用的集群移动通信网除具有调度指挥功能外，还应有比例不轻的网中用户要求完成与市用户的通信联络，为便于这种互相通信，集群调度网与陆地公众移动通信网一样，需与公众交换电话网之间相互配合、协调工作。在进行集群移动通信网的设计时，应严格遵守有关陆地公众移动通信网与公众交换电话网之间的接口技术要求。 接口技术要求随着陆地移动通信网的容量大小不同、进网方式的不同而不同。 (1)(单基站小容量移动通信网的接口技术要求 参见国标GB3378,82及GB3380,82。 (2)(大、中容量蜂窝式移动通信网的接口技术要求 a. 移动电话局与程控数字市话汇接局、长途局之间的接口技术要求 详见国家标准《脉冲编码调制通信系统网络数字接口》。 局间信号方式:使用CCITT NO(7信令。 b. 移动电话与机电式市话汇接局、长途局之间的接口技术要求 在公众市话网的机电式交换局一侧加D,A变换设备，其接口基本要求、电气特性和功能与a.相同。 对局间信号方式，若局间采用实线连接，线路信号应符合国家标准GB3379-82《电话自动交换网局间直流信号方式》的规定;记发器信号应符合国家标准G3377-82《电话自动交换网多频记发器信号方式》的规定;若局间采用PCM线路，信号方式为CCITT NO.7信令。 c. 移动电话局与人工长途局之间的接口技术要求 接口基本要求、电气特性和功能特性与a.相同。 局间信号方式与b.相同。 d. 移动电话局之间的接口技术要求 不同厂家生产的无线交换机，其接口技术规范不尽相同，因此，我国目前尚无相应的技术标准，以致给陆地移动通信网的联网带来困难。然而，由于国际上CCITT No.7信令系统的移动通信已开始使用，因此，大、 中容量的陆地移动通信网的移动电话局之间可采用CCITT No.7信令系统及其相应的接口技术规范。 6.3 移动通信系统的容量预测 系统容量是指移动通信系统所能容纳的用户数，它是决定一个移动通信系统规模大小的决定性参数。从技术角度更确切地说，系统容量是指系统中各基站所包含的无线信道数和移动电话交换局的交换、控制即处理能力。 系统的信道数主要取决于系统的无线用户数、每个用户的话务量(包括来去话务量)及无线系统的呼损率等。系统的无线用户数一般应由设计单位和网的建设单位合作，根据网络所在地区的近期、远期经济发展规划，综合各方面的需要进行合理的预测后提供;系统的呼损率和每个用户的话务量应根据体制规定和移动通信技术发展状况，结合实践经验予以确定。 在确定系统容量时，不仅仅要考虑目前的用户数，还应根据未来发展需要，考虑到系统的扩容能力，在初次投资和再次投资的经济可行性与合理性方面进行权衡，据此来确定无线交换机的容量和所需中继线的数目及收、发信设备的数量。 下面介绍几种目前应用的系统用户量预测方法，在系统设计中可同时采用，互为补充和验证。 6.3.1 系统用户量预测 (1)(按移动电话分布密度预测 所谓汽车电话分布密度是指每公里道路上的移动电话数。如果知道所需无线覆盖范围内的道路总长度，并假定每隔一定距离有一辆装有移动台的车辆(即一个移动用户)，则可推算出该区域内的总用户数。这个总用户数就是预测的系统容量。 可以按下述通用公式计算: 上式中:N,R0/u u为道路间隔， L为覆盖区范围内以Ro为半径的圆周内道路总长度。 当道路间隔从75---300m，Ro,O.8km时，上式的结果近似为: L,2pR。2,u 如果假定所有道路均为双行线，并且移动通信车是随机隔开的，平均隔开距离为S，则圆周内的移动通信车总数Cm为: Cm =2L/S = 4pR02/Su 由上式可见，利用这种方法预测其最大的困难在于如何确定S。 (2)(按移动电话安装率预测 移动电话安装率指的是每1000辆汽车中安装移动电话数的比率。这种预测方法的关键在于如何确定安装率。 6.3.2 系统话务量估算 话务量一般是指一组线路或中继线上电话呼叫的总和，也可以说电话用户在某段时间内所进行的电话交换量，又称为话务负荷。 在移动通信工程设计中，系统的忙时话务量是最重要的设计依据之一。忙时话务量指的是系统或线路最忙时的最大话务负荷。 话务量实际上是电话负荷大小的一种度量。它的单位是爱尔兰(Erlang)。所谓一个“爱尔兰”是指一条通话电路被百分之百的连续占用l小时的话务负荷，或者两条通话电路各被连续占用半小时时的话务负荷。另外，话务量的单位通常还有小时呼、秒呼、百秒呼等，它们分别表示一个或多个呼叫占用1小时时长、1秒时长、1百秒时长的话务负荷。 为了估算一个移动通信系统的总话务量，必须先在已预测出的系统总用户量基础上，估算出该系统内固定台、车载台、手持机等各种用户所占的比例数，因为不同类型用户的忙时话务量是不同的。另外，还需根据我国实际情况(参考国外的统计资料)确定各类用户的忙时话务量。 在工程设计中所需的每一用户忙时话务量可利用以下式子进行计算: A’,a × b ×t 上式中:A为每用户的忙时话务量; a为每用户在一天内的呼叫次数; b为忙时集中率(系数),忙时话务量,全天的话务量 t为每用户每次通话占用信道的平均时长。 上式中的呼叫次数应包括原呼叫(移动台主叫)和寻呼(移动台被叫)次数之和。 按照上式，可统计出手持机、固定台等用户的忙时话务量。各类型用户忙时话务量之和即为系统忙时总话务量。 6.3.3 无线信道呼损率与信道数的估算 呼损是指一个移动通信系统的全部信道被占用后若再发生呼叫，则该呼叫将无法接通而被损失掉，或者称为被阻塞的呼叫。 所谓呼损率就是这些呼叫被阻塞的概率，用来衡量一个通信系统的接续质量。它是设计通信系统工程的重要参数。实际上呼损率就是呼叫接不通的比率。 呼损率可根据一般的占用时间概念进行计算。如:已知单位时间内某系统发生的呼叫次数为C0，而单位时间内全部信道被占用的时间(百分数)为E，则在此时间内若再发生呼叫，必然造成呼叫失败，这就是呼损。呼叫失败的次数C0E与呼叫成功的次数Cs之间存在如下关系: Cs,C0 - C0E,C0(1一E) E = (C0 - CS)/C0 若利用概率理论，也可计算出流入系统的总话务量为A时，使N个无线话音信道同时被 占用的概率为: 上式表明了话务量A、系统话音信道数N和呼损率E之间的关系。只要已知其中两个量， 便可求出每三量。在工程设计中，利用上式进行计算通常是比较麻烦的，一般直接根据巴尔姆表进行查找。 6.4 工程设计中其它问题简介 在进行一个移动通信系统的设计时，除了遵从前述的技术标准、质量指标、参照预测方法外，还会涉及到下列几项问题，只有对这些问题全面、综合考虑，才能达到一个既能满足用户对通信质量、服务面积、用户容量等技术上的要求，同时又能使系统经济成本费用降至最低这样一个满意的移动通信系统。 6.4.1 基本工作方式的确定 6.4.2 网络结构的确定 (1)(大、中、小区制网络结构 按照无线覆盖区的大小划分网络，可以分成大区制、中区制和小区制。 (2)(带状网和面状网的网络结构 带状网和面状网是相对按整个无线服务区的形状划分的。 (3)(常用专用网的网络结构 6.4.3 无线移动通信网进入公众市话网的接入方式的选择 无线集群移动通信网，既可以根据业务需要组成封闭独立的专用通信网，也可以与一般的有线公众市话网接续，而且随着市场需求、科技经济的迅速发展，希望与公众市话网联接，构成一个全面综合性的开放式通信网的要求日趋增多。 所以在工程总体设计时，须对此问题认真考虑。 6.4.4 移动无线通信系统电路设计 在设计移动通信系统的基站覆盖区时，都必须遵循一个基本原则，同时要考虑三个相互制约的系统基本技术要求，即通常所说的设计三要素。 这里所提到的基本原则指的是要设法采取一些可行措施，使移动台---基站(称为上行)和基站---移动台(称为下行)通信的系统余量相等，从而保证上下行的作用距离、话音质量和通信概率大体相同。 所谓设计三要素是指: a. 业务区半径多大 它是由建设单位确定，其根据主要由下列因素决定，即网的用户分布情况、投资情况，技术可行性及城市发展规划等综合因素。 b. 要求的话音质量标准多高 它是由通信网的性质来决定的，即不同的用户、不同的用途其标准将不同。根据国家体制规定:公用移动电话系统要求的话音质量为4级，一般专用移动电话系统的话音质量为3级。 c. 通信概率多少 它是指移动台在业务区范围内的任何位置上或在边缘地区希望满意通话的成功概率 是多少。它是衡量整个移动通信系统的可靠性的指标。 在具体工程设计时，除考虑上述三要素外，还应考虑传播环境、地形地貌特征、使用的频段、大地电性参数以及可利用的系统参数等因素，以这些参数因素为基础，利用下述设计方程来进行权衡，即在保证满足上下行系统余量相等的条件下，确定与系统性能有关的无线电路的各个参数。 系统设计方程如下: 系统余量方程式:SM,SG - SL 系统增益方程式:SG,Pt十Gt十Gr—Pmin 系统损耗方程式:SL,LM十K十Lt十Lr 三式中: SM为系统余量(dB) SG为系统增益(dBW) SL为系统损耗(dB) Pt为发信机输出功率(dBW) Gt为发信天线增益(dBd，即相对于半波振子的天线增益) Gr为接收天线增益(dBd，相对于半波振子的天线增益) Pmin为接收机所要求输入的最低保护功率电平(dBW) Lm为中值路径损耗(dB) K为地形、植被或建筑物等各种校正因子的总称(dB) Lt为发信端附加损耗(dB)(包括馈线、天线共用器及其匹配损耗) Lr为收信端附加损耗(dB)(包括馈线、天线公用器及匹配损耗) 由前三式可见，系统设计方程表达了系统余量、系统增益、系统损耗三者之间的定量关系，它是进行移动通信系统无线电路设计的主要手段。 6.4.5 移动通信系统设计需要考虑的电磁干扰 在进行移动通信系统设计时，须使系统本身尽量避免遭受外界的电磁干扰，同时也不能使自己成为其它现有系统的干扰源，作为最重要的问题之一加以考虑。 随着移动通信的迅猛发展，可供使用的有限频率资源日趋紧缺，针对频率紧张这一问题，在移动通信系统中广泛地采用了频率复用技术。但是，由于电波传播复杂特性，由此而引起的干扰越来越严重，同时，外界如工业电气干扰等，使得组建设计移动通信网具有相当大的困难。前面所提及的系统工作在指定环境中，不致由于无意的的磁辐射影响而遭受或引起不能容忍的性能下降或发生故障。同时这一系统的工作也不妨碍其 它系统的正常运行，我们将这种能力称为电磁兼容性。 通信系统的干扰源主要有三个方面: 系统本身所使用的信道设备的不完善性; 系统内部的区域划分、频道配置的不合理性; 同一地区的不同单位里几个移动通信系统问由于频率配置的不合理等因素导致。 6.4.6 移动通信系统的场强测试 建设一个移动通信网，需结合工程进行场强测试。其测试内容主要是以下两项: 测试系统范围内接收信号电平的分布情况，以便正确地确定基站的无线覆盖范围和基站位置; 测试环境噪声的大小和同频干扰的范围，以便为确定覆盖区边缘的最小保护场强和最小的频率复用距离提供依据。 在移动通信系统中，移动台的天线高度是(人携带手持机的位置及车载天线位置)l.5---2m，基站和移动台之间的传播路径很容易被山峰和移动台附近的建筑物、树木等阻挡，使得到接收天线的电波一般为绕射和来自不同路径的反射。同时，移动台本身是在不断的移动之中，电波的绕射和反射情况亦将随之变化，从而造成接收信号强度的完全随机变 化，即形成所谓随空域变化的慢衰落和随时域变化的快衰落。这些都给移动台接收场强带来很大的困难。 所以应根据具体网的工程情况对场强分布进行实测。国外有许多预测场强的方法，但它是特定条件下通过场强测试归纳总结而获得的预测方法(预测模型)，属于经验公式，这种经验方法可作为参考，不可能适用于任何情况。