蜂窩系統(tǒng)工作原理

1、學習目標學習目標理解并掌握蜂窩、小區(qū)、區(qū)群、中心理解并掌握蜂窩、小區(qū)、區(qū)群、中心激勵、頂點激勵、移動通信系統(tǒng)的組激勵、頂點激勵、移動通信系統(tǒng)的組成、多址技術等概念。成、多址技術等概念。了解蜂窩系統(tǒng)的工作原理。了解蜂窩系統(tǒng)的工作原理。了解各種多址技術的特征和優(yōu)缺點。了解各種多址技術的特征和優(yōu)缺點。2.4.1 2.4.1 什么是蜂窩什么是蜂窩 為了提高移動通信系統(tǒng)的容量，就要根據(jù)無線電為了提高移動通信系統(tǒng)的容量，就要根據(jù)無線電波的波的時間時間、空間空間、頻率頻率的三維占用性，從這的三維占用性，從這3 3個角度個角度上想辦法，常用的提高系統(tǒng)容量的方法包括上想辦法，常用的提高系統(tǒng)容量的方法包括多址技術

2、、多址技術、蜂窩技術蜂窩技術、有效編碼技術有效編碼技術等。等。 什么是蜂窩呢？什么是蜂窩呢？ 移動通信系統(tǒng)是采用一個叫基站的設備來提移動通信系統(tǒng)是采用一個叫基站的設備來提供無線覆蓋服務的，基站的覆蓋范圍有大有小，供無線覆蓋服務的，基站的覆蓋范圍有大有小，我們把基站的覆蓋范圍稱之為蜂窩。我們把基站的覆蓋范圍稱之為蜂窩。 早期的移動通信系統(tǒng)是在其覆蓋區(qū)域中心設早期的移動通信系統(tǒng)是在其覆蓋區(qū)域中心設置大功率的發(fā)射機，采用高架線把信號發(fā)射到整置大功率的發(fā)射機，采用高架線把信號發(fā)射到整個覆蓋地區(qū)（半徑可達幾十公里）。其缺點為：個覆蓋地區(qū)（半徑可達幾十公里）。其缺點為：同時能提供給用戶使用的信道數(shù)極為有限

3、，滿足同時能提供給用戶使用的信道數(shù)極為有限，滿足不了移動通信業(yè)務迅速增長的需要。不了移動通信業(yè)務迅速增長的需要。移動臺與基站間的通信距離是有限的。移動臺與基站間的通信距離是有限的。基站功率與手機信號功率不匹配?；竟β逝c手機信號功率不匹配。 為了在服務區(qū)實現(xiàn)無縫覆蓋并提高系統(tǒng)的容量，為了在服務區(qū)實現(xiàn)無縫覆蓋并提高系統(tǒng)的容量，可采用多個基站來覆蓋給定的服務區(qū)，每個基站的可采用多個基站來覆蓋給定的服務區(qū)，每個基站的覆蓋區(qū)稱為一個覆蓋區(qū)稱為一個小區(qū)小區(qū)，這就是蜂窩制移動通信系統(tǒng)，這就是蜂窩制移動通信系統(tǒng)，也叫小區(qū)制移動通信通信系統(tǒng)。也叫小區(qū)制移動通信通信系統(tǒng)。 其基本的實現(xiàn)原理是將需要服務的大服務區(qū)

4、分其基本的實現(xiàn)原理是將需要服務的大服務區(qū)分成若干蜂窩狀小區(qū)（基站區(qū)），在每個基站區(qū)中心，成若干蜂窩狀小區(qū)（基站區(qū)），在每個基站區(qū)中心，（或相互隔開的頂角）設一無線基站，基站區(qū)半徑（或相互隔開的頂角）設一無線基站，基站區(qū)半徑為為1.515km1.515km。 為了減小對頻率資源的需求和提高頻譜利用率，為了減小對頻率資源的需求和提高頻譜利用率，需將相同的頻率在相隔一定距離的小區(qū)中重復使用，需將相同的頻率在相隔一定距離的小區(qū)中重復使用，只需使用相同頻率的小區(qū)（同頻小區(qū)）之間干擾足只需使用相同頻率的小區(qū)（同頻小區(qū)）之間干擾足夠小即可。夠小即可。蜂窩制移動通信系統(tǒng)容量大并解決了大區(qū)制通信系蜂窩制移動通信

5、系統(tǒng)容量大并解決了大區(qū)制通信系統(tǒng)所固有的缺點，并大大提高率頻率利用率，具有統(tǒng)所固有的缺點，并大大提高率頻率利用率，具有組網(wǎng)的靈活性等眾多優(yōu)勢。組網(wǎng)的靈活性等眾多優(yōu)勢。蜂窩制通信系統(tǒng)中設備的增多也使系統(tǒng)的構成具有蜂窩制通信系統(tǒng)中設備的增多也使系統(tǒng)的構成具有復雜性，如各小區(qū)的基站間要進行信息交換，需要復雜性，如各小區(qū)的基站間要進行信息交換，需要有交換設備，且各基站至交換局都需要有一定的中有交換設備，且各基站至交換局都需要有一定的中繼線，這將使建網(wǎng)成本和復雜性增加等。繼線，這將使建網(wǎng)成本和復雜性增加等。 根據(jù)服務區(qū)域類型的不同，可劃分為根據(jù)服務區(qū)域類型的不同，可劃分為帶狀服務帶狀服務區(qū)區(qū)和和面狀服務

6、區(qū)面狀服務區(qū)。1 1帶狀服務區(qū)帶狀服務區(qū) 對于公路、鐵路、海岸等的覆蓋可采用帶狀服務對于公路、鐵路、海岸等的覆蓋可采用帶狀服務區(qū)又稱帶狀網(wǎng)，如圖區(qū)又稱帶狀網(wǎng)，如圖2-232-23所示?；咎炀€若用全向所示?；咎炀€若用全向輻射，覆蓋區(qū)形狀是圓形的。帶狀網(wǎng)宜采用有向天輻射，覆蓋區(qū)形狀是圓形的。帶狀網(wǎng)宜采用有向天線，使每個小區(qū)是扁圓形。帶狀網(wǎng)進行頻率復用可線，使每個小區(qū)是扁圓形。帶狀網(wǎng)進行頻率復用可采用雙頻制，也可用多頻制。采用雙頻制，也可用多頻制。圖圖2-23 帶狀服務區(qū)的覆蓋帶狀服務區(qū)的覆蓋若以不同頻點的兩個小區(qū)組成一個區(qū)群，不同區(qū)若以不同頻點的兩個小區(qū)組成一個區(qū)群，不同區(qū)群可使用相同的頻率，

7、就是群可使用相同的頻率，就是雙頻制雙頻制；若以采用不；若以采用不同頻點的同頻點的3 3個小區(qū)組成一個區(qū)群，稱為個小區(qū)組成一個區(qū)群，稱為三頻制三頻制。從造價和頻率資源的利用率而言，當然雙頻制最從造價和頻率資源的利用率而言，當然雙頻制最好，但從抗同道干擾的角度而言，雙頻制最差，好，但從抗同道干擾的角度而言，雙頻制最差，還應考慮多頻制。還應考慮多頻制。2面狀服務區(qū)面狀服務區(qū)（1）小區(qū)的形狀）小區(qū)的形狀 可以實現(xiàn)一個平面的覆蓋。按交疊區(qū)的中心線可以實現(xiàn)一個平面的覆蓋。按交疊區(qū)的中心線所圍成的面積形狀看，區(qū)域的形狀可分為正三角形、所圍成的面積形狀看，區(qū)域的形狀可分為正三角形、正方形和正六角形三種，分別稱

8、它們?yōu)檎叫魏驼切稳N，分別稱它們?yōu)檎切螀^(qū)正三角形區(qū)域域、正四邊形區(qū)域正四邊形區(qū)域和和正六邊形區(qū)域正六邊形區(qū)域?？梢宰C明，要?？梢宰C明，要用正多邊形無空隙、無重疊地覆蓋一個平面區(qū)域，用正多邊形無空隙、無重疊地覆蓋一個平面區(qū)域，可取的形狀只有這三種?？扇〉男螤钪挥羞@三種。圖圖2-24 2-24 小區(qū)的形狀小區(qū)的形狀 由正三角形，正四邊形、正六邊形覆蓋一個由正三角形，正四邊形、正六邊形覆蓋一個平面時，各區(qū)域之同的中心距離、半個區(qū)域面積、平面時，各區(qū)域之同的中心距離、半個區(qū)域面積、交疊部分面積以及交疊區(qū)寬度如下表交疊部分面積以及交疊區(qū)寬度如下表2-42-4所示。所示。 表表2-4 2-4 三

9、種形狀小區(qū)的比較三種形狀小區(qū)的比較由表由表2-42-4可見，在服務區(qū)面積一定的情況下，正可見，在服務區(qū)面積一定的情況下，正六邊形相鄰區(qū)域的中心間隔最大，且覆蓋面積一六邊形相鄰區(qū)域的中心間隔最大，且覆蓋面積一定時，需要最少小區(qū)個數(shù)，也就是需要較少的發(fā)定時，需要最少小區(qū)個數(shù)，也就是需要較少的發(fā)射站。因此，正六邊形小區(qū)覆蓋相對于四邊形和射站。因此，正六邊形小區(qū)覆蓋相對于四邊形和三角形費用少。三角形費用少。正六邊形構成的網(wǎng)絡形同蜂窩，所以把小區(qū)制移正六邊形構成的網(wǎng)絡形同蜂窩，所以把小區(qū)制移動通信網(wǎng)稱為蜂窩網(wǎng)。動通信網(wǎng)稱為蜂窩網(wǎng)。（2 2）區(qū)群的組成）區(qū)群的組成 單位無線區(qū)群的構成應滿足以下兩個條件：一

10、單位無線區(qū)群的構成應滿足以下兩個條件：一是單位無線區(qū)群之間彼此鄰接；二是相鄰單位無線是單位無線區(qū)群之間彼此鄰接；二是相鄰單位無線區(qū)群的同頻小區(qū)中心間隔距離是一樣的。滿足以上區(qū)群的同頻小區(qū)中心間隔距離是一樣的。滿足以上兩個條件的關系式如下：兩個條件的關系式如下：22babaN（式（式2-43） 式中式中N N為構成單位無線區(qū)群的正六邊形的數(shù)目，為構成單位無線區(qū)群的正六邊形的數(shù)目，簡稱簡稱區(qū)群數(shù)區(qū)群數(shù)。a a和和b b不能同時為零。不能同時為零。 按照以按照以上條件，可確定上條件，可確定N N有如下數(shù)值，相應的區(qū)有如下數(shù)值，相應的區(qū)群形狀如圖群形狀如圖2-332-33所示所示: :（3）中心激勵和

11、頂點激勵中心激勵和頂點激勵 根據(jù)基站的位置不同，可有兩種激勵方式：如圖根據(jù)基站的位置不同，可有兩種激勵方式：如圖2-262-26所示，一種是基站位于正六邊形的中心，稱為所示，一種是基站位于正六邊形的中心，稱為中中心激勵方式心激勵方式；另一種是基站位于每個正六邊形的三個；另一種是基站位于每個正六邊形的三個相隔的頂點上，稱為相隔的頂點上，稱為“頂點激勵頂點激勵”方式方式。 圖圖2-26 2-26 兩種激勵方式示意圖兩種激勵方式示意圖 對于前者，基站使用全向天線形成圓形覆蓋區(qū)；對于前者，基站使用全向天線形成圓形覆蓋區(qū)；對于后者，每個基站使用三個對于后者，每個基站使用三個120120扇形覆蓋的定扇形覆

12、蓋的定向天線實現(xiàn)共同覆蓋。向天線實現(xiàn)共同覆蓋。 從經(jīng)濟效益上看，前者投資較少，可是同信道重從經(jīng)濟效益上看，前者投資較少，可是同信道重用比不能選得很小，否則同道干擾較多，但由于用比不能選得很小，否則同道干擾較多，但由于采用了定向天線，對位于天線主瓣之外的區(qū)域同采用了定向天線，對位于天線主瓣之外的區(qū)域同道干擾很小，接收時對主瓣之外的干擾衰耗很，道干擾很小，接收時對主瓣之外的干擾衰耗很，即所接收的同頻干擾功率下降，因此允許以較小即所接收的同頻干擾功率下降，因此允許以較小的信道重用比工作。的信道重用比工作。（4 4）盲點與熱點盲點與熱點 在實際的宏蜂窩內(nèi)，通常存在著兩種特殊的微在實際的宏蜂窩內(nèi)，通常存

13、在著兩種特殊的微小區(qū)域小區(qū)域“盲點盲點”與與“熱點熱點”。 盲點盲點：指由于網(wǎng)絡漏覆蓋或電波在傳播過程中：指由于網(wǎng)絡漏覆蓋或電波在傳播過程中遇到障礙物而造成陰影區(qū)域等原因，使得該區(qū)域的遇到障礙物而造成陰影區(qū)域等原因，使得該區(qū)域的信號強度極弱，通信質量嚴重低略；信號強度極弱，通信質量嚴重低略； 熱點熱點：指由于客觀存在商業(yè)中心或交通要道等業(yè)：指由于客觀存在商業(yè)中心或交通要道等業(yè)務繁忙區(qū)域，造成空間業(yè)務負荷的不均勻分布。對務繁忙區(qū)域，造成空間業(yè)務負荷的不均勻分布。對于以上兩于以上兩“點點”問題，往往通過設置直放站、分裂問題，往往通過設置直放站、分裂小區(qū)等方法加以解決。小區(qū)等方法加以解決。 直放站（

14、直放站（RepeaterRepeater）的設置）的設置 直放站：也叫中繼站，屬于同頻放大設備，直放站：也叫中繼站，屬于同頻放大設備，它在無線電傳輸過程中起到信號增強的作用，如它在無線電傳輸過程中起到信號增強的作用，如圖圖2-272-27所示。所示。圖圖2-27 2-27 直放站原理圖直放站原理圖 直放站在下行鏈路中，由施主天線從宿主直放站在下行鏈路中，由施主天線從宿主基站提取信號，通過帶通濾波器對帶通外的信基站提取信號，通過帶通濾波器對帶通外的信號進行極好的隔離，將濾波信號經(jīng)功放放大以號進行極好的隔離，將濾波信號經(jīng)功放放大以后，再次發(fā)射到待覆蓋區(qū)域。后，再次發(fā)射到待覆蓋區(qū)域。 在上行鏈接路徑

15、中，覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動臺在上行鏈接路徑中，覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動臺的信號以同樣的工作方式由上行放大鏈處理后的信號以同樣的工作方式由上行放大鏈處理后發(fā)射到相應基站，從而達到基站與移動臺的信發(fā)射到相應基站，從而達到基站與移動臺的信號傳遞。號傳遞。 分裂小區(qū)分裂小區(qū) 事實上服務區(qū)內(nèi)的用戶密度是不均勻的，例如城事實上服務區(qū)內(nèi)的用戶密度是不均勻的，例如城市中心商業(yè)區(qū)的用戶密度高，居民區(qū)和市郊區(qū)的用戶市中心商業(yè)區(qū)的用戶密度高，居民區(qū)和市郊區(qū)的用戶密度低。因此，在用戶密度高的市中心區(qū)可使小區(qū)的密度低。因此，在用戶密度高的市中心區(qū)可使小區(qū)的面積小一些，在用戶密度低的市郊區(qū)可使小區(qū)的面積面積小一些，在用戶密度低的市郊區(qū)

16、可使小區(qū)的面積大一些，如下圖大一些，如下圖2-282-28所示。所示。圖圖2-28 2-28 小區(qū)的分裂小區(qū)的分裂 另外，當一個特定小區(qū)的話務量增加時，小區(qū)可以被另外，當一個特定小區(qū)的話務量增加時，小區(qū)可以被分裂為更小的小區(qū)，通過小區(qū)數(shù)的增加來增加信道的分裂為更小的小區(qū)，通過小區(qū)數(shù)的增加來增加信道的再用數(shù)，從而增加用戶容量。上述蜂窩狀的小區(qū)制是再用數(shù)，從而增加用戶容量。上述蜂窩狀的小區(qū)制是目前大容量公共移動通信網(wǎng)的主要覆蓋方式。目前大容量公共移動通信網(wǎng)的主要覆蓋方式。從原理上講，設置直放站與分裂小區(qū)這兩種辦法也不從原理上講，設置直放站與分裂小區(qū)這兩種辦法也不能無限制地使用，直放站實質是一個寬帶

17、放大器，設能無限制地使用，直放站實質是一個寬帶放大器，設置不合理或設置得過多，都極易造成對周圍信號的干置不合理或設置得過多，都極易造成對周圍信號的干擾；小區(qū)分裂實質就是使宏基站變密的方法來增加系擾；小區(qū)分裂實質就是使宏基站變密的方法來增加系統(tǒng)的容量，但當小區(qū)面積小到一定程度時，由于干擾統(tǒng)的容量，但當小區(qū)面積小到一定程度時，由于干擾和基站接入等問題，也使得這種辦法難以再進行。和基站接入等問題，也使得這種辦法難以再進行。（5 5）蜂窩的種類）蜂窩的種類宏蜂窩小區(qū)宏蜂窩小區(qū)傳統(tǒng)的蜂窩式網(wǎng)絡由宏蜂窩小區(qū)構成，每個小區(qū)的傳統(tǒng)的蜂窩式網(wǎng)絡由宏蜂窩小區(qū)構成，每個小區(qū)的覆蓋半徑大多為覆蓋半徑大多為125km1

18、25km。由于覆蓋半徑大，所以基。由于覆蓋半徑大，所以基站的發(fā)射功率較強，一般在站的發(fā)射功率較強，一般在10W10W以上，天線也做得以上，天線也做得很高。很高。微蜂窩小區(qū)微蜂窩小區(qū)微蜂窩小區(qū)是在宏蜂窩小區(qū)的基礎上發(fā)展起來的，微蜂窩小區(qū)是在宏蜂窩小區(qū)的基礎上發(fā)展起來的，其覆蓋半徑為其覆蓋半徑為30300m30300m，發(fā)射功率小，一般在，發(fā)射功率小，一般在1W1W以以下，基站天線置于相對低的地方，如屋頂下方。下，基站天線置于相對低的地方，如屋頂下方。蜂窩類型蜂窩類型蜂窩半徑（蜂窩半徑（km）終端速度終端速度（km/h）運行環(huán)境運行環(huán)境業(yè)務帶業(yè)務帶寬寬適用系統(tǒng)適用系統(tǒng)衛(wèi)星小區(qū)衛(wèi)星小區(qū)5001500

19、所有所有低低衛(wèi)星衛(wèi)星兆小區(qū)兆小區(qū)20m到到100km500偏遠區(qū)偏遠區(qū)低低衛(wèi)星衛(wèi)星大小區(qū)大小區(qū)5km到到35km300鄉(xiāng)村郊區(qū)鄉(xiāng)村郊區(qū)低到中低到中蜂窩蜂窩宏小區(qū)宏小區(qū)5km200鄉(xiāng)村郊區(qū)鄉(xiāng)村郊區(qū)低到中低到中蜂窩蜂窩小小區(qū)小小區(qū)500m到到3km80市區(qū)市區(qū)中到高中到高蜂窩蜂窩微小區(qū)微小區(qū)10m到到400m40市區(qū)市區(qū)高高蜂窩蜂窩/無無繩繩節(jié)小區(qū)節(jié)小區(qū)10m到到200m20市區(qū)市區(qū)高高蜂窩蜂窩/無無繩繩毫小區(qū)毫小區(qū)10m5小區(qū)內(nèi)小區(qū)內(nèi)高高無繩等無繩等微微小區(qū)微微小區(qū)幾幾m1室內(nèi)室內(nèi)高高無繩等無繩等2.4.2 頻率復用頻率復用1 1 什么是頻率復用？什么是頻率復用？ 蜂窩系統(tǒng)的基本出發(fā)點是頻率復用

20、，也稱為蜂窩系統(tǒng)的基本出發(fā)點是頻率復用，也稱為頻分頻分復用復用（FDMFDM），就是將用于傳輸信道的總帶寬劃分成若），就是將用于傳輸信道的總帶寬劃分成若干個子頻帶（或稱子信道）以進行信號的傳輸。干個子頻帶（或稱子信道）以進行信號的傳輸。 頻分復用要求總頻率寬度大于各個子信道頻率之頻分復用要求總頻率寬度大于各個子信道頻率之和，同時為了保證各子信道中所傳輸?shù)男盘柣ゲ桓蓴_，和，同時為了保證各子信道中所傳輸?shù)男盘柣ゲ桓蓴_，應在各子信道之間設立保護隔離帶。頻分復用技術的應在各子信道之間設立保護隔離帶。頻分復用技術的特點是所有子信道傳輸?shù)男盘栆圆⑿械姆绞焦ぷ鳌Ｌ攸c是所有子信道傳輸?shù)男盘栆圆⑿械姆绞焦ぷ鳌?

21、 2 頻率復用距離的計算頻率復用距離的計算 頻率復用距離的計算取決于許多因素，如頻率分頻率復用距離的計算取決于許多因素，如頻率分組數(shù)、衰落和屏蔽對頻率復用的影響、同道干擾的概組數(shù)、衰落和屏蔽對頻率復用的影響、同道干擾的概率等等。率等等。（1 1）D D與與R R的關系的關系 使用同一組頻率的小區(qū)稱為同頻小區(qū)，它們之間使用同一組頻率的小區(qū)稱為同頻小區(qū)，它們之間產(chǎn)生的干擾叫同頻干擾產(chǎn)生的干擾叫同頻干擾。一個區(qū)群中的小區(qū)數(shù)愈少，。一個區(qū)群中的小區(qū)數(shù)愈少，則相鄰區(qū)群的地理位置愈靠近，同頻干擾愈強。則相鄰區(qū)群的地理位置愈靠近，同頻干擾愈強。設兩設兩個地區(qū)彼此相距個地區(qū)彼此相距D D時，不會產(chǎn)生明顯的同道

22、干擾，則時，不會產(chǎn)生明顯的同道干擾，則稱稱D D稱為復用空間保護距離。稱為復用空間保護距離。設小區(qū)的半徑為設小區(qū)的半徑為R R，則稱，則稱D/RD/R為共道干擾抑制因子。為共道干擾抑制因子。根據(jù)蜂窩系統(tǒng)的幾何關系，設區(qū)群數(shù)為根據(jù)蜂窩系統(tǒng)的幾何關系，設區(qū)群數(shù)為k k，則有：，則有：kRD3（式（式2-442-44） 對于對于7/217/21復用方式（即復用方式（即7 7個基站，個基站，2121個小區(qū)使用個小區(qū)使用2121組頻率），則復用保護距離組頻率），則復用保護距離D D為：為： RRkD9 . 73（式（式2-472-47） 同理，對同理，對4/124/12復用方式，復用方式，D=6RD=6

23、R；對；對3/93/9復用方式，復用方式，D5.2RD5.2R。 可見，區(qū)群內(nèi)小區(qū)數(shù)可見，區(qū)群內(nèi)小區(qū)數(shù)k k越大，同信道小區(qū)的距離越大，同信道小區(qū)的距離就越遠，抗同頻干擾性能就越好，但區(qū)群內(nèi)小區(qū)數(shù)就越遠，抗同頻干擾性能就越好，但區(qū)群內(nèi)小區(qū)數(shù)k k也不是越大越好，也不是越大越好，k k大了以后，反而每個小區(qū)內(nèi)分得大了以后，反而每個小區(qū)內(nèi)分得的頻點數(shù)少了，致使小區(qū)的容量下降。的頻點數(shù)少了，致使小區(qū)的容量下降。kRD3（式（式2-442-44） 式中式中k k是由是由(C/I)(C/I)s s所確定，可推出：所確定，可推出：sICDR)()(614 （式（式2-452-45）所以所以 sICk)(3

24、2（式（式2-462-46）（2 2）載波干擾比）載波干擾比C/IC/I 在上式在上式2-442-44中談到中談到k k是由（是由（C/IC/I）s s所確定，而所確定，而系統(tǒng)的載波干擾比系統(tǒng)的載波干擾比C/IC/I又是由系統(tǒng)所選用的調制方又是由系統(tǒng)所選用的調制方式和帶寬來確定的。式和帶寬來確定的。 例如，當蜂窩網(wǎng)絡每個例如，當蜂窩網(wǎng)絡每個區(qū)群共有區(qū)群共有7 7個小區(qū)，基站收個小區(qū)，基站收發(fā)信機采用全向天線，只考發(fā)信機采用全向天線，只考慮到第一頻道組的共道小區(qū)慮到第一頻道組的共道小區(qū)的干擾，如圖的干擾，如圖2-292-29所示：所示：圖圖2-29 2-29 蜂窩網(wǎng)絡共道小區(qū)分布蜂窩網(wǎng)絡共道小區(qū)

25、分布此時的載波干擾比此時的載波干擾比C/IC/I計算如下：計算如下： 61/iinICIC（式（式2-482-48） 式中，式中，I Ii i為第為第i i頻道組的共道干擾電平，共有頻道組的共道干擾電平，共有6 6個，個，n n為環(huán)境躁聲功率，可忽略。考慮到電波傳播為環(huán)境躁聲功率，可忽略。考慮到電波傳播損耗為損耗為4 4次冪規(guī)律，則接收到的信號功率和干擾功次冪規(guī)律，則接收到的信號功率和干擾功率分別為：率分別為：4 ARC（式（式2-492-49）4 ADIi（式（式2-502-50） 式中，式中，A A為常數(shù)?？紤]到上述情況，而且為常數(shù)?？紤]到上述情況，而且D Di i都都相同，則有：相同，則

26、有：446411/()6iiRRC IDD（式（式2-512-51）規(guī)定系統(tǒng)的載干比門限為規(guī)定系統(tǒng)的載干比門限為(C/I)(C/I)s s，只要滿足：，只要滿足：sICIC)(（式（式2-522-52）就可以保證通信質量。就可以保證通信質量。GSMGSM系統(tǒng)中，對載干比的要求是：系統(tǒng)中，對載干比的要求是：同頻載干比：同頻載干比：C/I9dBdB；工程中加；工程中加3dB余量，即余量，即 C/I12dB鄰頻載干比：鄰頻載干比： C/I9dB；工程中加；工程中加3dB余量，余量， 即即C/I6dB（3 3）考慮衰落和屏蔽情況下的頻率復用距離計算）考慮衰落和屏蔽情況下的頻率復用距離計算 衰落和屏蔽情

27、況下的頻率復用距離可分為三種情衰落和屏蔽情況下的頻率復用距離可分為三種情況加以考慮，一是只考慮衰落，二是只考慮屏蔽，三況加以考慮，一是只考慮衰落，二是只考慮屏蔽，三是同時考慮衰落和屏蔽。這時我們需要先考察同頻干是同時考慮衰落和屏蔽。這時我們需要先考察同頻干擾概率：擾概率：同頻干擾保護比同頻干擾保護比B 定義在接收機輸出端有用信號達到規(guī)定質量的情定義在接收機輸出端有用信號達到規(guī)定質量的情況下，在接收機輸入端測得的有用射頻信號和無用射況下，在接收機輸入端測得的有用射頻信號和無用射頻信號之比的最小值，通常用頻信號之比的最小值，通常用dB表示。表示。同頻干擾概率同頻干擾概率 實際上，由于非理想的基站位

28、置和地形的起伏特實際上，由于非理想的基站位置和地形的起伏特點，移動臺在移動時，接收到的信號要受瑞利快衰落點，移動臺在移動時，接收到的信號要受瑞利快衰落和高斯慢衰落的影響。不論是信號還是干擾，到達移和高斯慢衰落的影響。不論是信號還是干擾，到達移動臺時，其場強瞬時值和中值都是隨機變量。即使移動臺時，其場強瞬時值和中值都是隨機變量。即使移動臺處于靜止態(tài)，由于存在各種擾動，包括周圍移動動臺處于靜止態(tài)，由于存在各種擾動，包括周圍移動體的運動，其場強瞬時值和中值依然是隨機變量。體的運動，其場強瞬時值和中值依然是隨機變量。 由此可見，接收機輸入端由此可見，接收機輸入端 值不是靜止的，值不是靜止的，而是一個隨

29、機變量。只有在時而是一個隨機變量。只有在時 ，才沒有，才沒有干擾產(chǎn)生。干擾產(chǎn)生。同頻干擾是以一定的概率出現(xiàn)的。同頻干擾是以一定的概率出現(xiàn)的。BIC/IC/根據(jù)根據(jù)CCIR740-2報告，報告，1979年法國提出在多徑衰落服從年法國提出在多徑衰落服從瑞利分布，陰影衰落服從高斯分布時，同頻干擾概率為：瑞利分布，陰影衰落服從高斯分布時，同頻干擾概率為：式中，式中， 為積分變量，為積分變量， 為信號和干擾的標準偏差，為信號和干擾的標準偏差， 。duuBICPuBIC10/ )2(2101exp1)/(ICu圖圖5-3 同頻干擾概率同頻干擾概率 結論：在郊區(qū)和較低層建筑的市區(qū)，衰落相對于結論：在郊區(qū)和較

30、低層建筑的市區(qū)，衰落相對于干擾概率影響很大，而在高建筑較多的城市，則主干擾概率影響很大，而在高建筑較多的城市，則主要由屏蔽引起的。要由屏蔽引起的。（4）考慮通信概率的頻率復用距離計算）考慮通信概率的頻率復用距離計算 通信概率是指移動用戶在給定服務區(qū)域進行成功通話（達通信概率是指移動用戶在給定服務區(qū)域進行成功通話（達到規(guī)定通話質量）的概率，它包括位置概率和時間概率。到規(guī)定通話質量）的概率，它包括位置概率和時間概率。 移動通信由于受地形的影響和無線信號傳播裒落影響，不移動通信由于受地形的影響和無線信號傳播裒落影響，不可能達到覆蓋范圍的可能達到覆蓋范圍的100。我國公網(wǎng)規(guī)定：城市通信概率我國公網(wǎng)規(guī)定

31、：城市通信概率90%，農(nóng)村通信概率，農(nóng)村通信概率50%區(qū)域覆蓋概率區(qū)域覆蓋概率指在覆蓋區(qū)域內(nèi)，接收信號強度大于接收門限指在覆蓋區(qū)域內(nèi)，接收信號強度大于接收門限的位置占總區(qū)域面積的百分比。的位置占總區(qū)域面積的百分比。邊遠覆蓋概率邊遠覆蓋概率指在覆蓋區(qū)邊緣上，接收信號強度大于接收門指在覆蓋區(qū)邊緣上，接收信號強度大于接收門限的時間百分比。限的時間百分比。 假定假定90%的覆蓋區(qū)有的覆蓋區(qū)有75%的邊緣覆蓋率，并假的邊緣覆蓋率，并假定載頻信號和一個干擾信號都服從對數(shù)正態(tài)衰落，并定載頻信號和一個干擾信號都服從對數(shù)正態(tài)衰落，并且不相關。它們的標準偏差都為且不相關。它們的標準偏差都為6dB，則合成偏差，則合

32、成偏差為為 ，為了保證載干比大于，為了保證載干比大于18dB，且，且在邊緣地區(qū)通信概率大于在邊緣地區(qū)通信概率大于75%，相應的衰落儲備應大，相應的衰落儲備應大于于0.68.4dB=5dB?？紤]到干擾源可能會多于一個，?？紤]到干擾源可能會多于一個，需在增加需在增加4dB的儲備。在最壞的條件下，所需的的儲備。在最壞的條件下，所需的在最在最壞的條件下，所需的壞的條件下，所需的DR比應能保證比應能保證CI的比值大于的比值大于18+5+4=27dB。)(4 . 862dB 在進行鏈路預算時，需要根據(jù)陰影衰落標準差和在進行鏈路預算時，需要根據(jù)陰影衰落標準差和邊緣覆蓋概率要求，計算所需的陰影衰落余量。通常邊

33、緣覆蓋概率要求，計算所需的陰影衰落余量。通常假設陰影衰落服從零均值的正態(tài)分布，衰落大小由標假設陰影衰落服從零均值的正態(tài)分布，衰落大小由標準偏差準偏差 度量，則陰影衰落余量度量，則陰影衰落余量 的計算公式為：的計算公式為： (dB)=NORMSINV(邊緣覆蓋概率邊緣覆蓋概率)式中，式中，NORMSINV（x）函數(shù)為標準正態(tài)分布累積函）函數(shù)為標準正態(tài)分布累積函數(shù)的逆函數(shù)。數(shù)的逆函數(shù)。80.68=5.4dB 在最壞的條件在最壞的條件下，所需的下，所需的D DR R比應能保證比應能保證C CI I的的比值大于比值大于27dB27dB。由于傳播特性與距離的。由于傳播特性與距離的4 4次方成正比，次方成

34、正比，假定是光滑地球平面，則路徑傳播衰減為：假定是光滑地球平面，則路徑傳播衰減為：73. 41010402740ICIRD73. 573. 411RDRDt（式（式2-552-55）（式（式2-562-56）RND 3則則 9443.10)(312RDN（式（式2-572-57） 由此可見滿足同頻干擾比由此可見滿足同頻干擾比27dB條件下，選條件下，選N=12即可滿足要求。即可滿足要求。 實際工程中，同頻復用距離的大小還取決于許多實際工程中，同頻復用距離的大小還取決于許多的因素，包括業(yè)務量、基站的位置、周圍的電磁環(huán)境的因素，包括業(yè)務量、基站的位置、周圍的電磁環(huán)境等等，等等，CDMA系統(tǒng)中還要考

35、慮軟切換增益等等，它的系統(tǒng)中還要考慮軟切換增益等等，它的大小需要進行綜合性、系統(tǒng)性的計算。大小需要進行綜合性、系統(tǒng)性的計算。什么是多址接入技術？什么是多址接入技術？ 多址技術的基本原理與有線通心中的信號復用技多址技術的基本原理與有線通心中的信號復用技術相同，實質上都屬于信號正交劃分，與設計技術。術相同，實質上都屬于信號正交劃分，與設計技術。不同點是不同點是信號復用技術目的在于區(qū)分多路，常在中頻信號復用技術目的在于區(qū)分多路，常在中頻或基帶中實現(xiàn)；而多址技術目的是區(qū)分多個動態(tài)地址，或基帶中實現(xiàn)；而多址技術目的是區(qū)分多個動態(tài)地址，必須在射頻段實現(xiàn)。必須在射頻段實現(xiàn)。 實現(xiàn)多址連接的理論基礎是實現(xiàn)多址

36、連接的理論基礎是信號分割技術信號分割技術，在，在發(fā)送端通過恰當?shù)男盘栐O計使信號按某種相互正交發(fā)送端通過恰當?shù)男盘栐O計使信號按某種相互正交或準正交，以實現(xiàn)各站信號的差異性，接收端有信或準正交，以實現(xiàn)各站信號的差異性，接收端有信號識別能力，能從混合信號中分離選擇出相應的信號識別能力，能從混合信號中分離選擇出相應的信號。號。無線電信號可以表達為時間、頻率和碼型的函數(shù)，無線電信號可以表達為時間、頻率和碼型的函數(shù)，即可寫為：即可寫為：),()(),(tfstctfcs式中，式中，c(t)c(t)是碼型函數(shù)，是碼型函數(shù)，s(f,t)s(f,t)為時間為時間t t和頻率和頻率f f的的函數(shù)。按照這些參量的分

37、割，即可以實現(xiàn)的多址連函數(shù)。按照這些參量的分割，即可以實現(xiàn)的多址連接有接有頻分多址技術（頻分多址技術（FDMAFDMA）、時分多址技術）、時分多址技術（TDMATDMA）、碼分多址技術）、碼分多址技術(CDMA)(CDMA)、空分多址、空分多址(SDMA)(SDMA)。（1 1）頻分多址技術（）頻分多址技術（FDMAFDMA）頻分多址（頻分多址（FDMAFDMA）又稱頻分復用，是發(fā)送端）又稱頻分復用，是發(fā)送端對所發(fā)信號的頻率參量進行正交分割，形成許多對所發(fā)信號的頻率參量進行正交分割，形成許多互不重疊的頻帶，即將載波帶寬劃分為多個不同互不重疊的頻帶，即將載波帶寬劃分為多個不同頻帶的子信道，在接收

38、端利用頻率的正交性，通頻帶的子信道，在接收端利用頻率的正交性，通過頻率選擇過頻率選擇( (濾波濾波) )，從混合信號中選出相應的信，從混合信號中選出相應的信號，這樣每個子信道可以單獨并行地傳送一路信號，這樣每個子信道可以單獨并行地傳送一路信號。號。 在單純的系統(tǒng)中，通常采用的在單純的系統(tǒng)中，通常采用的方式來實現(xiàn)雙工通信，即接收頻率和發(fā)送頻率方式來實現(xiàn)雙工通信，即接收頻率和發(fā)送頻率是不同的。所以，為了使得同一部電臺的收發(fā)之間是不同的。所以，為了使得同一部電臺的收發(fā)之間不產(chǎn)生干擾，收發(fā)頻率間隔必須大于一不產(chǎn)生干擾，收發(fā)頻率間隔必須大于一定的數(shù)值，因此在中，收發(fā)頻段是分開的。定的數(shù)值，因此在中，收發(fā)

39、頻段是分開的。另外，在移動通信系統(tǒng)中，移動臺與移動臺之另外，在移動通信系統(tǒng)中，移動臺與移動臺之間是不能直接通信的，而必須經(jīng)過基站中轉，如間是不能直接通信的，而必須經(jīng)過基站中轉，如圖所示。圖所示。圖圖2-30 FDMA2-30 FDMA系統(tǒng)的工作示意圖系統(tǒng)的工作示意圖 從圖從圖2-302-30中還可以看出，兩個移動臺間通信通過基中還可以看出，兩個移動臺間通信通過基站的中轉，站的中轉，需占兩個上行子頻段和兩個下行子頻段需占兩個上行子頻段和兩個下行子頻段，加上收發(fā)間的保護頻帶，因此加上收發(fā)間的保護頻帶，因此FDMAFDMA系統(tǒng)的頻率資源系統(tǒng)的頻率資源利用率低；利用率低；FDMAFDMA的基站必須要設

40、置的基站必須要設置N N套調制解調器，設備比較復套調制解調器，設備比較復雜；雜；FDMAFDMA信道大于通常需要的特定數(shù)字壓縮信道，對于信道大于通常需要的特定數(shù)字壓縮信道，對于通信過程通信過程FDMAFDMA信道也是浪費的。信道也是浪費的。（2 2）時分多址技術（）時分多址技術（TDMATDMA）時分多址是發(fā)送端對所發(fā)送信號的時間參量進時分多址是發(fā)送端對所發(fā)送信號的時間參量進 行正交分割，形成許多互不重疊的時隙，即在一行正交分割，形成許多互不重疊的時隙，即在一個寬帶的載波上，把時間分成周期性的幀，每一個寬帶的載波上，把時間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時隙（無論幀或時隙都是互不重幀再分割成

41、若干時隙（無論幀或時隙都是互不重疊的）。疊的）。每個時隙就是一個通信信道，分配給一個用戶，每個時隙就是一個通信信道，分配給一個用戶，在每一幀內(nèi)依次排列，互不干擾。在每一幀內(nèi)依次排列，互不干擾。在接收端再利用時間的正交性，通過時間選擇在接收端再利用時間的正交性，通過時間選擇( (選選通門通門) )從混合信號中選出相應的信號。從混合信號中選出相應的信號。 TDMA TDMA的基本工作原理如下：的基本工作原理如下：l 系統(tǒng)根據(jù)一定的時隙分配原則，使各個移動臺在每系統(tǒng)根據(jù)一定的時隙分配原則，使各個移動臺在每幀內(nèi)只能按指定的時隙向基站發(fā)射信號；幀內(nèi)只能按指定的時隙向基站發(fā)射信號；l 為了保證不同傳播時延

42、情況下，各移動臺到達基站為了保證不同傳播時延情況下，各移動臺到達基站的信號不會重疊，通常在幀結構中有保護間隔比特，的信號不會重疊，通常在幀結構中有保護間隔比特，在此保護間隔內(nèi)不傳送信號；在此保護間隔內(nèi)不傳送信號；l 這樣在滿足定時和同步的條件下，基站可以在各時這樣在滿足定時和同步的條件下，基站可以在各時隙中接收到各移動臺的信號而互不干擾。隙中接收到各移動臺的信號而互不干擾。l 同時，基站發(fā)向各個移動臺的信號都按順序安排在同時，基站發(fā)向各個移動臺的信號都按順序安排在預定的時隙中傳輸，各移動臺只要在指定的時隙內(nèi)預定的時隙中傳輸，各移動臺只要在指定的時隙內(nèi)接收，就能在合路的信號（接收，就能在合路的信

43、號（TDMTDM信號）中把發(fā)給它的信號）中把發(fā)給它的信號區(qū)分出來。信號區(qū)分出來。 在在FDDFDD方式中，上行鏈路和下行鏈路的幀分別在方式中，上行鏈路和下行鏈路的幀分別在不同的頻率上，但在不同的頻率上，但在TDDTDD方式中，上、下行幀都在相方式中，上、下行幀都在相同的頻率下，如圖同的頻率下，如圖2-312-31所示，在每一個子頻帶上又分所示，在每一個子頻帶上又分為若干個子時隙，每個用戶只占用子時隙進行通話。為若干個子時隙，每個用戶只占用子時隙進行通話。圖圖2-31 TDMA2-31 TDMA系統(tǒng)的工作示意圖系統(tǒng)的工作示意圖l在TDMA系統(tǒng)中，每幀中的時隙結構（或稱為突發(fā)脈 沖）的設計通常要考

44、慮3個主要的因素：一是控制和信令信息的傳輸；二是信道多徑的影響；三是系統(tǒng)的同步。l解決以上3個問題的主要方法是：一在每個時隙中專門劃出部分比特用于控制盒信令信息的傳輸；二是在時隙中插入自適應均衡器和訓練序列，并在上行鏈路的每個時隙中留出一定的保護間隔；三是在時隙中有專門的同步序列。 l采用采用TDMATDMA帶來的優(yōu)點是抗干擾能力增強，頻率利帶來的優(yōu)點是抗干擾能力增強，頻率利用率有所提高，系統(tǒng)容量增大，基站復雜性減小。用率有所提高，系統(tǒng)容量增大，基站復雜性減小。lTDMATDMA用不同的時隙來發(fā)射和接收，因此不需要雙用不同的時隙來發(fā)射和接收，因此不需要雙工器。工器。l由于由于TDMATDMA的

45、諸多優(yōu)點，所以在第二代移動通信系的諸多優(yōu)點，所以在第二代移動通信系統(tǒng)（如）中廣泛采用了統(tǒng)（如）中廣泛采用了TDMATDMA技術。技術。（3） 碼分多址技術碼分多址技術(CDMA)碼分多址系統(tǒng)采用一組彼此正交碼分多址系統(tǒng)采用一組彼此正交( (或準正交或準正交) )的的 偽隨機噪聲偽隨機噪聲(PN)(PN)序列用作為擴頻序列碼對傳輸信序列用作為擴頻序列碼對傳輸信 號進行擴頻調制號進行擴頻調制在接收端用相應的在接收端用相應的PNPN碼通過相關處理解擴來實現(xiàn)碼通過相關處理解擴來實現(xiàn)多用戶共享頻率資源的功能。多用戶共享頻率資源的功能。該技術將每一來話編碼，并在接收端進行解碼，該技術將每一來話編碼，并在接

46、收端進行解碼，使大量用戶能夠共享同一無線電頻率。使大量用戶能夠共享同一無線電頻率。l碼分多址碼分多址(CDMA)(CDMA)有兩種主要形式：有兩種主要形式：直擴碼分直擴碼分(DS-(DS-CDMA)CDMA)與與跳頻碼分跳頻碼分（FH-CDMAFH-CDMA），前者多用于民用，后），前者多用于民用，后者多用于軍事。者多用于軍事。l碼分多址通信系統(tǒng)中各用戶發(fā)射的信號共同使用整碼分多址通信系統(tǒng)中各用戶發(fā)射的信號共同使用整個頻帶，發(fā)射時間優(yōu)勢任意的，所以各用戶的發(fā)射信個頻帶，發(fā)射時間優(yōu)勢任意的，所以各用戶的發(fā)射信號在時間上、頻率上都可能相互重疊。因此，采用號在時間上、頻率上都可能相互重疊。因此，采用

47、傳傳統(tǒng)的濾波器或選通門統(tǒng)的濾波器或選通門是不能分離信號的，對某用戶發(fā)是不能分離信號的，對某用戶發(fā)送的信號，只有與其匹配的接收機通過送的信號，只有與其匹配的接收機通過相關檢測相關檢測才可才可能接收。能接收。圖圖2-322-32是碼分多址收發(fā)系統(tǒng)示意圖，基本工作原理如下：是碼分多址收發(fā)系統(tǒng)示意圖，基本工作原理如下：在碼分多址通信系統(tǒng)中，利用自相關性很強而互相關在碼分多址通信系統(tǒng)中，利用自相關性很強而互相關值為值為0 0或很小的周期性碼序列作為地址碼，與用戶信息或很小的周期性碼序列作為地址碼，與用戶信息數(shù)據(jù)相乘（或模數(shù)據(jù)相乘（或模2 2加），加），經(jīng)過相應的信道傳輸后，在接收端以本地產(chǎn)生的已知經(jīng)過相

48、應的信道傳輸后，在接收端以本地產(chǎn)生的已知地址碼為參考，根據(jù)相關性的差異對接收到的所有信地址碼為參考，根據(jù)相關性的差異對接收到的所有信號進行鑒別，從中將地址碼與本地地址碼一致的信號號進行鑒別，從中將地址碼與本地地址碼一致的信號選出，把不一致的信號除掉（稱之為相關檢測）。選出，把不一致的信號除掉（稱之為相關檢測）。圖圖2-32 2-32 碼分多址收發(fā)系統(tǒng)示意圖碼分多址收發(fā)系統(tǒng)示意圖 v圖圖2-322-32中，中，d d1 1ddN N分別是分別是N N個用戶的信息數(shù)據(jù)，其對個用戶的信息數(shù)據(jù)，其對應的地址碼分別為應的地址碼分別為W W1 1WWN N信息數(shù)據(jù)與各自對應的地址碼信息數(shù)據(jù)與各自對應的地址碼相乘后的波形相乘后的波形S S1 1SS4 4，v在接收端，當系統(tǒng)處于同步狀態(tài)和忽略噪聲時，在在接收端，當系統(tǒng)處于同步狀態(tài)和忽略噪聲時，在接收機中解調輸出接收機中解調輸出R R端的波形是端的波形