第3章蜂窩移動(dòng)通信的組網(wǎng)

1、1第第3章章 蜂窩移動(dòng)通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動(dòng)通信的組網(wǎng)技術(shù) 2本章提示本章提示 l第2章分析了在移動(dòng)通信環(huán)境中無(wú)線電波的傳播問(wèn)題。要實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶在更大范圍內(nèi)有序的通信，必須解決組網(wǎng)的問(wèn)題。在1.1.2節(jié)中已經(jīng)介紹了蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)和區(qū)群的組成。l以區(qū)群為基本單元的同頻復(fù)用就可以構(gòu)成覆蓋很大的區(qū)域，構(gòu)成類似蜂窩結(jié)構(gòu)的移動(dòng)通信網(wǎng)。3本章提示本章提示l組網(wǎng)過(guò)程中必須解決如下一系列技術(shù)問(wèn)題，才能使網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行：（1）頻率資源的管理與頻率的有效利用問(wèn)題；（2）蜂窩網(wǎng)同頻復(fù)用與同道干擾問(wèn)題；（3）多信道、多用戶共用與多址接入問(wèn)題；（4）用戶移動(dòng)性與網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性的管理問(wèn)題；（5）有限的頻率資源與越來(lái)越

2、多的通信容量要求問(wèn)題；（6）PLMTS網(wǎng)與公用電話網(wǎng)、ISDN、PDN以及與其他移動(dòng)網(wǎng)的互聯(lián)、互通問(wèn)題；（7）信令網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)智能化問(wèn)題等。4第第3章章 蜂窩移動(dòng)通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動(dòng)通信的組網(wǎng)技術(shù)l3.1 頻率資源的有效利用和蜂窩小區(qū)的組網(wǎng)通信l3.2 蜂窩小區(qū)的概念和區(qū)域覆蓋l3.3 干擾和信道容量l3.4 移動(dòng)通信中的多址技術(shù)l3.5 蜂窩移動(dòng)通信的交換技術(shù)l3.6 蜂窩移動(dòng)通信的信令技術(shù)l3.7 蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)綜述53.1 頻率資源的有效利用和蜂窩小區(qū)的組網(wǎng)通信頻率資源的有效利用和蜂窩小區(qū)的組網(wǎng)通信 l3.1.1 頻率資源的管理l3.1.2 頻率的有效利用技術(shù)l3.1.3 多信道共用技術(shù)6

3、3.1 頻率資源的有效利用和蜂窩小區(qū)的組網(wǎng)通信頻率資源的有效利用和蜂窩小區(qū)的組網(wǎng)通信 l無(wú)線通信是利用無(wú)線電波在空間傳遞信息的。l當(dāng)前移動(dòng)通信發(fā)展所遇到的最突出問(wèn)題，就是如何將有限的可用頻率有秩序地提供給越來(lái)越多的用戶使用而不相互干擾，這就涉及到頻率的管理與有效利用。 73.1.1 頻率資源的管理頻率資源的管理 l頻率是一種特殊資源。它并不是取之不盡的。l頻率的分配和使用需在全球范圍內(nèi)制定統(tǒng)一的規(guī)則。l國(guó)際上，由國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）召開(kāi)世界無(wú)線電管理大會(huì)，制定無(wú)線電規(guī)則，包括各種無(wú)線電系統(tǒng)的定義、國(guó)際頻率分配表和使用頻率的原則、頻率的分配和登記、抗干擾的措施、移動(dòng)業(yè)務(wù)的工作條件以及無(wú)線電業(yè)務(wù)

4、的分類等。l國(guó)家統(tǒng)一管理頻率的機(jī)構(gòu)是國(guó)家無(wú)線電管理委員會(huì)，移動(dòng)通信組網(wǎng)必須遵守國(guó)家有關(guān)規(guī)定，并接受當(dāng)?shù)責(zé)o線電管理委員會(huì)的具體管理。83.1.1 頻率資源的管理頻率資源的管理 l移動(dòng)電話使用頻段主要在150MHz、450MHz和900MHz、1800MHz、1900MHz頻段。l雙工移動(dòng)通信網(wǎng)規(guī)定工作在各頻段的收、發(fā)頻差分別為：VHF頻段為5.7MHz，UHF 450MHz頻段為10MHz；UHF 900MHz頻段為45MHz。同時(shí)規(guī)定基站對(duì)移動(dòng)臺(tái)（下行鏈路）為發(fā)射頻率高，接收頻率低；反之，移動(dòng)臺(tái)對(duì)基站（上行鏈路）為發(fā)射頻率低，接收頻率高。 93.1.2 頻率的有效利用技術(shù)頻率的有效利用技術(shù) l

5、頻率的有效利用就是從時(shí)間域、空間域和頻率域這三個(gè)方面采用多種技術(shù)，以設(shè)法提高頻率的利用率。（1）時(shí)間域的頻率有效利用（多信道共用）（2）空間域的頻率有效利用（頻率復(fù)用）（3）頻率域的頻率有效利用（多址接入）103.1.2 頻率的有效利用技術(shù)頻率的有效利用技術(shù) l頻率域的頻率有效利用有兩種方法：信道的窄帶化和寬帶多址技術(shù)。l信道窄帶化的方法從基帶方面考慮可采用頻帶壓縮技術(shù)；從射頻調(diào)制頻帶方面考慮可采用各種窄帶調(diào)制技術(shù)。l寬帶多址技術(shù)有頻分多址（FDMA，即在頻率域上劃分信道，每一用戶占用一定的頻帶）、時(shí)分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）以及它們的組合等。113.1.3 多信道共用技術(shù)多信道

6、共用技術(shù) l1呼叫話務(wù)量與忙時(shí)話務(wù)量 l話務(wù)量是通信系統(tǒng)通話業(yè)務(wù)量或繁忙程度的指標(biāo)。l其性質(zhì)如同客流量，具有隨機(jī)性，只能用統(tǒng)計(jì)方法獲取。l呼叫話務(wù)量，是指單位時(shí)間（一小時(shí)）內(nèi)的平均電話交換量，可用下面關(guān)系式表示： A=Ct0l如果t0以小時(shí)為單位，則話務(wù)量A的單位是Erl。如果在一個(gè)小時(shí)之內(nèi)連續(xù)地占用一個(gè)信道，則其呼叫話務(wù)量為1Erl。這是一個(gè)信道所能完成的最大話務(wù)量。 121呼叫話務(wù)量與忙時(shí)話務(wù)量呼叫話務(wù)量與忙時(shí)話務(wù)量 l用戶忙時(shí)話務(wù)量是指一天中最忙的那個(gè)小時(shí)（即“忙時(shí)”），每個(gè)用戶的平均話務(wù)量，用AB來(lái)表示。AB是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均值。l同時(shí)，將忙時(shí)話務(wù)量與全日話務(wù)量之比稱為集中系數(shù)，用K表示。

7、因?yàn)镵反映了這個(gè)通信系統(tǒng)“忙時(shí)”的集中程度，即忙時(shí)話務(wù)量在全天話務(wù)量中所占的比例。 132容量容量 l在多信道共用時(shí)，容量有兩種表示法。l系統(tǒng)所能容納的用戶數(shù)（M）為l每個(gè)信道所能容納的用戶數(shù)（m）為 式中，n為共用信道數(shù)；A為總話務(wù)量；AB為每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量。BAMABMAmnnA143呼損率呼損率 l在一個(gè)通信系統(tǒng)中，呼叫失敗的概率稱為呼叫損失概率，簡(jiǎn)稱呼損率，記為B。l設(shè)A為呼叫成功而接通電話的話務(wù)量，簡(jiǎn)稱完成話務(wù)量。C0為1小時(shí)內(nèi)呼叫成功而通話的次數(shù)，t0為每次呼叫平均占用信道的時(shí)間，則完成話務(wù)量為 A=C0t0l呼損率為B=0iCCCAAACC153呼損率呼損率l呼損率的物理意義是

8、損失話務(wù)量與呼叫話務(wù)量之比的百分?jǐn)?shù)。l呼損率在數(shù)值上等于呼叫失敗次數(shù)與總呼叫次數(shù)之比的百分?jǐn)?shù)。l呼損率B稱為系統(tǒng)的服務(wù)等級(jí)（或業(yè)務(wù)等級(jí)），記為GOS。lGOS是系統(tǒng)的一個(gè)重要質(zhì)量指標(biāo)。l呼損率與話務(wù)量是一對(duì)矛盾，即服務(wù)等級(jí)與信道利用率是矛盾的。 163呼損率呼損率l如果呼叫具有下列性質(zhì)： 每次呼叫相互獨(dú)立，互不相關(guān)，即呼叫具有隨機(jī)性； 每次呼叫在時(shí)間上都有相同的概率； 每個(gè)用戶選用無(wú)線信道是任意的，且是等概率的，則呼損率可按下式計(jì)算：這就是電話工程中的第一愛(ài)爾蘭公式，也稱愛(ài)爾蘭B公式。它反映了系統(tǒng)呼損率B，信道數(shù)n和總話務(wù)量A三者之間的關(guān)系。通過(guò)計(jì)算可得出目前話務(wù)工程計(jì)算中廣泛使用的愛(ài)爾蘭呼損

9、表。20!11!2!nnniniAAnnBAAAAni174信道利用率信道利用率 l多信道共用時(shí)，信道利用率是指每個(gè)信道平均完成的話務(wù)量。因此l如果已知B、n，根據(jù)表3-1(教材P45)可查出A值，然后由上式求出。 (1)AAnnB185例題例題 l設(shè)每個(gè)用戶的忙時(shí)話務(wù)量AB=0.01Erl，呼損率B=10%，現(xiàn)有8個(gè)無(wú)線信道，采用兩種不同技術(shù)，即多信道共用和單信道共用組成的兩個(gè)系統(tǒng)，試分別計(jì)算它們的容量和利用率。解：對(duì)于多信道共用系統(tǒng)：已知n=8，B=10%，（1）求m，M：由表3-1得A=5.597(Erl)。因?yàn)閙=A/（ABn）=5.597/（0.01*8）=70（用戶/信道），所以M

10、=m*n=70*8=560（用戶）由上式得 對(duì)于單信道共用系統(tǒng)：（1）求m，M。因?yàn)槭菃涡诺拦灿?，所以，n=1， 已知B=10%和n=1，由表3-1得A=0.111（Erl）， m=0.111/0.01*1=11(用戶/信道), M=11*8=88（用戶）%638) 1 . 01 (597. 5%1088*) 1 . 01 (*111. 0193.2 蜂窩小區(qū)的概念和區(qū)域覆蓋蜂窩小區(qū)的概念和區(qū)域覆蓋 l3.2.1 蜂窩小區(qū)的概念l3.2.2 大區(qū)制小容量l3.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)203.2.1 蜂窩小區(qū)的概念蜂窩小區(qū)的概念 l蜂窩的概念是一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的概念，其思想是用許多小功率的

11、發(fā)射機(jī)來(lái)代替單個(gè)的大功率發(fā)射機(jī)，每一個(gè)小的覆蓋區(qū)只提供服務(wù)范圍內(nèi)的一小部分覆蓋。l移動(dòng)通信網(wǎng)的區(qū)域覆蓋方式分為兩類：一類是小容量的大區(qū)制；另一類是大容量的小區(qū)制。 213.2.2 大區(qū)制小容量大區(qū)制小容量 l大區(qū)制是指一個(gè)基站覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)。l為了增大通信用戶量，大區(qū)制通信網(wǎng)只有增多基站的信道數(shù)（裝備量也隨之加大），但這總是有限的。l因此，大區(qū)制只能適用于小容量的通信網(wǎng)，例如用戶數(shù)在1000以下。 l這種制式的控制方式簡(jiǎn)單，設(shè)備成本低，適用于中小城市、工礦區(qū)以及專業(yè)部門，是發(fā)展專用移動(dòng)通信網(wǎng)可選用的制式。223.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)l為整個(gè)系統(tǒng)中的所

12、有基站選擇和分配信道組的設(shè)計(jì)過(guò)程叫做頻率復(fù)用或頻率規(guī)劃。l小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率復(fù)用和覆蓋有兩種，一種是帶狀服務(wù)覆蓋區(qū)；另一種是面狀服務(wù)覆蓋區(qū)。 233.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)l帶狀服務(wù)覆蓋區(qū)l鐵路的列車無(wú)線電話、長(zhǎng)途汽車的無(wú)線電話以及沿海內(nèi)河航行的船舶無(wú)線電話系統(tǒng)等都屬于帶狀服務(wù)區(qū)。為了克服同頻干擾，常采用雙頻組頻率配置和三頻組頻率配置，如圖3-1所示。243.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)圖3-1 雙頻組和三頻組頻率配置 253.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)l 面狀服務(wù)覆蓋區(qū)l

13、無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)廣泛使用六邊形研究系統(tǒng)覆蓋和業(yè)務(wù)需求。l實(shí)際上，由于無(wú)線系統(tǒng)覆蓋區(qū)的地形地貌不同，無(wú)線電波傳播環(huán)境不同，產(chǎn)生的電波的長(zhǎng)期衰落和短期衰落不同，因而一個(gè)小區(qū)的實(shí)際無(wú)線覆蓋是一個(gè)不規(guī)則的形狀。l當(dāng)用六邊形來(lái)模擬覆蓋范圍時(shí)，基站發(fā)射機(jī)或者安置在小區(qū)的中心（中心激勵(lì)小區(qū)），或者安置在六邊形的頂點(diǎn)之中的三個(gè)上（頂點(diǎn)激勵(lì)小區(qū)）。 263.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)圖3-2 蜂窩系統(tǒng)的頻率復(fù)用273.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)l考慮一個(gè)共有S個(gè)可用的雙向信道的蜂窩系統(tǒng)，如果每個(gè)小區(qū)都分配K（K S）個(gè)信道，并且S個(gè)信道

14、在N個(gè)小區(qū)中分為各不相同的、各自獨(dú)立的信道組，而且每個(gè)信道組有相同的信道數(shù)目，那么可用無(wú)線信道的總數(shù)為 S=KN （3-1） l共同使用全部可用頻率的N個(gè)小區(qū)叫做一簇（cluster，也叫區(qū)群）。如果區(qū)群在系統(tǒng)中共同復(fù)制了M次，則信道的總數(shù)C可以作為容量的一個(gè)度量C=MKN=MS （3-2）283.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)l用六邊形表示的一個(gè)個(gè)小區(qū)，可使相鄰小區(qū)無(wú)空隙，每一個(gè)區(qū)群的小區(qū)數(shù)量N滿足下式：N=i2+ij+j2 （3-3）l為了找到某一特定小區(qū)相距的同頻相鄰小區(qū)，必須按以下步驟進(jìn)行：（1）沿著任何一條六邊形的邊垂直移動(dòng)j個(gè)小區(qū)；（2）逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)

15、60度再移動(dòng)i個(gè)小區(qū)。圖3-3所示為i=2，j=3（N=19）。 293.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)圖3-3 在蜂窩小區(qū)中定位同頻小區(qū)的方法303.3 干擾和信道容量干擾和信道容量 l干擾是蜂窩無(wú)線系統(tǒng)性能的主要限制因素。l在蜂窩系統(tǒng)中，存在兩種主要的干擾，即同頻干擾和鄰頻干擾。 313.3 干擾和信道容量干擾和信道容量 l3.3.1 同頻干擾和系統(tǒng)容量l3.3.2 相鄰信道的干擾l3.3.3 蜂窩小區(qū)容量的改善323.3.1 同頻干擾和系統(tǒng)容量同頻干擾和系統(tǒng)容量 l頻率復(fù)用意味著在一個(gè)給定的覆蓋區(qū)域內(nèi)，存在著許多使用同一組頻率的小區(qū)，這些小區(qū)叫做同頻小區(qū)

16、。l這些同頻小區(qū)之間的信號(hào)干擾叫做同頻干擾（也叫同道干擾）。l為了減小同頻干擾，同頻小區(qū)必須在物理上隔開(kāi)一個(gè)最小的距離，為傳播提供充分的隔離。333.3.1 同頻干擾和系統(tǒng)容量同頻干擾和系統(tǒng)容量 l如果每個(gè)小區(qū)的大小都差不多，基站也都發(fā)射相同的功率，則同頻干擾比例與發(fā)射功率無(wú)關(guān)，而變?yōu)樾^(qū)半徑（R）和相距最近的同頻小區(qū)中心間距離（D）的函數(shù)。增加D/R的值，相對(duì)于小區(qū)的覆蓋距離同頻小區(qū)間的空間距離就會(huì)增加，從而來(lái)自同頻小區(qū)的射頻能量減小而使干擾減小。 l參數(shù)Q叫做同頻復(fù)用比例（也叫同頻干擾抑制因子），與區(qū)群的大小有關(guān)。對(duì)于六邊形系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，Q可表示為lQ的值越小則容量越大；而Q值大可以提高傳播質(zhì)

17、量，因?yàn)橥l干擾小。在實(shí)際的蜂窩系統(tǒng)中，需要對(duì)這兩個(gè)目標(biāo)進(jìn)行協(xié)調(diào)和折衷。343.3.2 相鄰信道的干擾相鄰信道的干擾 l來(lái)自所使用信號(hào)頻率的相鄰頻率的信號(hào)干擾叫做鄰頻干擾（也叫鄰道干擾）。l鄰頻干擾是因接收濾波器不理想，使得相鄰頻率的信號(hào)泄漏到傳輸帶寬內(nèi)而引起的。353.3.3 蜂窩小區(qū)容量的改善蜂窩小區(qū)容量的改善 l隨著用戶數(shù)量的增加，原有的小區(qū)的信道數(shù)量不足以支持，此時(shí)需要采取合適的措施來(lái)給單位覆蓋區(qū)域提供更多的信道。l工程實(shí)際中可采取小區(qū)分裂、裂向等技術(shù)來(lái)增大蜂窩系統(tǒng)的頻率復(fù)用，提升單位覆蓋區(qū)域容量。363.3.3 蜂窩小區(qū)容量的改善蜂窩小區(qū)容量的改善 l1小區(qū)分裂小區(qū)分裂就是一種將擁塞

18、的小區(qū)分成更小的小區(qū)的方法，分裂后的每個(gè)小區(qū)都有自己的基站并相應(yīng)地降低天線高度和減小發(fā)射機(jī)功率。由于小區(qū)分裂能夠提高信道的復(fù)用次數(shù)，因而能提高系統(tǒng)容量。即通過(guò)設(shè)定比原小區(qū)半徑更小的新小區(qū)和在原有小區(qū)間安置這些小區(qū)（叫做微小區(qū)），使得單位面積內(nèi)的信道數(shù)目增加，從而增加系統(tǒng)容量。 小區(qū)分裂通過(guò)減小小區(qū)半徑和不改變同頻復(fù)用因子D/R來(lái)增加單位面積的信道數(shù)。371小區(qū)分裂小區(qū)分裂圖3-4 小區(qū)分裂的圖例382小區(qū)裂向（扇區(qū)的概念）小區(qū)裂向（扇區(qū)的概念）l相對(duì)于小區(qū)分裂，小區(qū)裂向提升系統(tǒng)容量的方法是保持小區(qū)半徑不變，而尋找方法來(lái)減小D/R的比值。這種方法中，容量的提高是通過(guò)減小區(qū)群中的小區(qū)數(shù)量，相應(yīng)提高

19、頻率復(fù)用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。l可以通過(guò)使用定向天線代替基站中單獨(dú)的一根全向天線來(lái)減小蜂窩系統(tǒng)中的同頻干擾，其中每個(gè)定向天線輻射某一特定的扇區(qū)。l由于使用了定向天線，小區(qū)將只接收同頻小區(qū)中一部分小區(qū)的干擾。l這種使用定向天線來(lái)減小同頻干擾，從而提高系統(tǒng)容量的技術(shù)叫做裂向（即扇區(qū)化）。l同頻干擾減小的因素決定于使用扇區(qū)的數(shù)目。 l通常一個(gè)小區(qū)劃分為3個(gè)120度或6個(gè)60度的山區(qū)。如圖3-5（a）和（b）所示。392扇區(qū)的概念扇區(qū)的概念圖3-5 扇區(qū)劃分402小區(qū)分裂（扇區(qū)的概念）小區(qū)分裂（扇區(qū)的概念）l裂向方法會(huì)造成中繼效率降低，話務(wù)量有所損失。l裂向時(shí)每個(gè)基站使用超過(guò)一根天線，增加了成本和安裝難度，故一般

20、較少為運(yùn)營(yíng)商采用。413.4 移動(dòng)通信中的多址技術(shù)移動(dòng)通信中的多址技術(shù) l3.4.1 多址通信的概念l3.4.2 FDMA方式l3.4.3 TDMA方式l3.4.4 CDMA方式l*3.4.5 SDMA方式l*3.4.6 系統(tǒng)容量423.4.1 多址通信的概念多址通信的概念 l1多址接入蜂窩系統(tǒng)中以信道來(lái)區(qū)分通信對(duì)象。同時(shí)通話的用戶需占用不同的信道，稱為多址。如何建立用戶之間的無(wú)線信道的連接，即為多址接入。l2多址接入方式許多用戶同時(shí)通話，以不同的信道分隔，防止相互干擾，各用戶信號(hào)通過(guò)在射頻波道上的復(fù)用，從而建立各自的信道，以實(shí)現(xiàn)雙邊通信的連接，稱為多址連接。移動(dòng)通信系統(tǒng)中基站的多路工作和移動(dòng)

21、臺(tái)的單路工作形成了移動(dòng)通信的一大特點(diǎn)。 基站和移動(dòng)臺(tái)如何區(qū)別對(duì)端發(fā)給自己的信號(hào)，這就是多址接入方式問(wèn)題。432多址接入方式多址接入方式l當(dāng)以傳輸信號(hào)的載波頻率不同來(lái)區(qū)分信道建立多址接入時(shí)，稱為頻分多址（FDMA）方式；當(dāng)以傳輸信號(hào)存在的時(shí)間不同來(lái)區(qū)分信道建立多址接入時(shí)，稱為時(shí)分多址（TDMA）方式；當(dāng)以傳輸信號(hào)的碼型不同來(lái)區(qū)分信道建立多址接入時(shí)，稱為碼分多址（CDMA）方式。l圖3-6分別給出了N個(gè)信道的FDMA、TDMA和CDMA的示意圖。 442多址接入方式多址接入方式圖3-6 FDMA、TDMA和CDMA的示意圖 45含義：每個(gè)用戶占用一個(gè)頻率含義：每個(gè)用戶占用一個(gè)頻率用戶識(shí)別：頻道號(hào)用

22、戶識(shí)別：頻道號(hào)PowerFrequencyTimeFDMA3.4.2 FDMA方式方式 463.4.2 FDMA方式方式 l1FDMA系統(tǒng)原理FDMA為每一個(gè)用戶指定了特定信道（特定頻段），這些信道按要求分配給請(qǐng)求服務(wù)的用戶。在呼叫的整個(gè)過(guò)程中，其他用戶不能共享這一頻段。 在頻分雙工（FDD）系統(tǒng)中，分配給用戶的一個(gè)信道即為一對(duì)頻譜。如圖3-7所示。471FDMA系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理圖3-7 FDMA系統(tǒng)的工作示意圖483.4.2 FDMA方式方式 lFDMA系統(tǒng)的基站必須同時(shí)發(fā)射和接收多個(gè)不同頻率的信號(hào)。任意兩個(gè)移動(dòng)用戶之間進(jìn)行通信都必須經(jīng)過(guò)基站的中轉(zhuǎn)，因而必須同時(shí)占用兩個(gè)信道（兩對(duì)頻譜）才能實(shí)

23、現(xiàn)雙工通信。其頻譜分割如圖3-8所示。491FDMA系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理圖3-8 FDMA系統(tǒng)頻譜分割示意圖501FDMA系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理l前向與反向信道的頻帶分割，是實(shí)現(xiàn)頻分雙工通信的要求。l設(shè)置頻道間隔，以免因系統(tǒng)的頻率漂移造成頻道間重疊：前向信道與反向信道之間設(shè)有保護(hù)頻帶用戶頻道之間，設(shè)有保護(hù)頻隙l應(yīng)用：第一代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)，都采用頻分多址FDMA方式。代表性的系統(tǒng)為800MHz的美國(guó)的AMPS(頻道間隔30kHz)體制，900MHz的歐洲與我國(guó)的TACS (頻道間隔25kHz)體制，兩者的雙工保護(hù)頻帶均為45MHz。51521FDMA系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理lFDMA系統(tǒng)基于頻率劃分信道。每個(gè)用

24、戶在一對(duì)頻道中通信，若其它信號(hào)成分落入用戶接收機(jī)的頻道內(nèi)，將造成干擾。主要有：l（1）互調(diào)干擾互調(diào)干擾是指系統(tǒng)內(nèi)由于非線性器件產(chǎn)生的各種組合頻率成分落入本頻道接收機(jī)通帶內(nèi)造成的對(duì)有用信號(hào)的干擾。減少互調(diào)干擾的方法是：盡可能提高系統(tǒng)器件的線性程度；選用無(wú)互調(diào)的頻率集。l（2）鄰道干擾鄰道干擾是指相鄰頻道信號(hào)中存在的寄生輻射落入本頻道接收機(jī)帶內(nèi)造成的對(duì)有用信號(hào)的干擾。 減少鄰道干擾的方法是：選用技術(shù)指標(biāo)好的收發(fā)信機(jī)；加大頻道間的隔離度。532FDMA系統(tǒng)中的干擾問(wèn)題系統(tǒng)中的干擾問(wèn)題 l（3）同頻道干擾在蜂窩系統(tǒng)中，同頻道干擾是指相鄰區(qū)群中同信道信號(hào)之間造成的干擾。它與蜂窩結(jié)構(gòu)和頻率規(guī)劃密切相關(guān)。為

25、了減少同頻道干擾，需要合理地選定蜂窩結(jié)構(gòu)與頻率規(guī)劃，表現(xiàn)為系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)同頻干擾抑制因子Q的選擇。Q =D/R （3-6）式中，D為同信道小區(qū)的距離（即同頻小區(qū)的距離）；R為小區(qū)半徑。 543FDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn) l FDMA信道每次只能傳送一路電話。l 每信道占用一個(gè)載頻，為了在有限的頻譜中增加信道數(shù)量，F(xiàn)DMA信道的相對(duì)帶寬較窄（25kHz或30kHz），常用于窄帶通信系統(tǒng)中。l 符號(hào)時(shí)間與平均延遲擴(kuò)展相比較大，故由碼間干擾引起的誤碼極小，無(wú)需自適應(yīng)均衡。l 移動(dòng)臺(tái)較簡(jiǎn)單，和模擬的較接近。553FDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn) l 基站復(fù)雜龐大，重復(fù)設(shè)置收發(fā)信設(shè)備。l FDMA系統(tǒng)每載波

26、單個(gè)信道的設(shè)計(jì)，使得在接收設(shè)備中必須使用帶通濾波器允許指定信道里的信號(hào)通過(guò)，濾除其他頻率的信號(hào)，從而限制鄰近信道間的相互干擾。l 越區(qū)切換較為復(fù)雜和困難。56含義：每個(gè)用戶占用一個(gè)時(shí)隙含義：每個(gè)用戶占用一個(gè)時(shí)隙用戶識(shí)別：時(shí)隙用戶識(shí)別：時(shí)隙FrequencyPowerTimeFDMA/TDMA3.4.3 TDMA方式方式 573.4.3 TDMA方式方式 l1TDMA系統(tǒng)原理 TDMA是在一個(gè)寬帶的無(wú)線載波上，把時(shí)間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時(shí)隙（無(wú)論幀或時(shí)隙都是互不重疊的）；每個(gè)時(shí)隙就是一個(gè)通信信道，分配給一個(gè)用戶。 如圖3-9所示；基站按時(shí)隙排列順序發(fā)收信號(hào)，各移動(dòng)臺(tái)在指定的時(shí)隙內(nèi)收

27、發(fā)信號(hào)58圖3-9 TDMA系統(tǒng)的工作示意圖1TDMA系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理592TDMA的幀結(jié)構(gòu)的幀結(jié)構(gòu) lTDMA幀是TDMA系統(tǒng)的基本單元，它由時(shí)隙組成，在時(shí)隙內(nèi)傳送的信號(hào)叫做突發(fā) （Burst），各個(gè)用戶的發(fā)射相互連成1個(gè)TDMA幀，幀結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-10所示。 l1個(gè)TDMA幀是由若干時(shí)隙組成的，不同通信系統(tǒng)的幀長(zhǎng)度和幀結(jié)構(gòu)是不一樣的。典型的幀長(zhǎng)在幾毫秒到幾十毫秒之間，如GSM的幀長(zhǎng)為4.6ms，每幀8時(shí)隙 。圖3-10 TDMA幀結(jié)構(gòu) 603TDMA系統(tǒng)的同步與定時(shí)系統(tǒng)的同步與定時(shí)l在TDMA系統(tǒng)中，每幀中的時(shí)隙結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)通常要考慮三個(gè)主要問(wèn)題：一是控制和信令的傳輸；二是信道多徑的影響

28、；三是系統(tǒng)的同步。l同步和定時(shí)是TDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)正常工作的前提。lTDMA系統(tǒng)中通信雙方必須在規(guī)定的時(shí)隙中發(fā)送和接收信號(hào)，因此必須有嚴(yán)格的幀同步、時(shí)隙同步和位同步。614TDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn) l以頻率復(fù)用為基礎(chǔ)，小區(qū)內(nèi)以時(shí)隙區(qū)分用戶l系統(tǒng)要求嚴(yán)格的系統(tǒng)定時(shí)同步l抗干擾能力強(qiáng)，基站復(fù)雜性小，互調(diào)干擾小l頻率利用率高，系統(tǒng)容量大62應(yīng)用：應(yīng)用：GSM系統(tǒng)：（上行 890915MHZ，下行935960MHZ） 頻點(diǎn)間隔 200KHZ 每個(gè)頻道8個(gè)時(shí)隙5TDMA系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用 63例:假定某個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)前向信道帶寬為50MHz的TDMA/FDD系統(tǒng)，并且將50MHz分為若干個(gè)200k

29、Hz的無(wú)線信道。當(dāng)一個(gè)無(wú)線信道支持16個(gè)語(yǔ)音信道，并且假設(shè)沒(méi)有保護(hù)頻隙時(shí)，試求出該系統(tǒng)所能同時(shí)支持的用戶數(shù)。解 包含的同時(shí)用戶數(shù)為： N（50MHz / 200kHz）*16=4000 因此，該系統(tǒng)能同時(shí)支持4000個(gè)用戶。5TDMA系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用 64FrequencyCDMAPowerTime含義：每個(gè)用戶使用一個(gè)碼型，頻率含義：每個(gè)用戶使用一個(gè)碼型，頻率/時(shí)間共享時(shí)間共享用戶識(shí)別：碼型用戶識(shí)別：碼型3.4.4 CDMA方式方式 65l它是第二代移動(dòng)通信中的兩種主要多址方式中除TDMA以外的另一種形式，最典型的是IS-95。在第三代移動(dòng)通信中，最主要的三種體制都采用CDMA，它們是F

30、DD的CDMA2000、FDD的WCDMA，與TDD的TD-SCDMA。3.4.4 CDMA方式方式 663.4.4 CDMA方式方式 l1CDMA系統(tǒng)原理CDMA系統(tǒng)為每個(gè)用戶分配了各自特定的地址碼，利用公共信道來(lái)傳輸信息。CDMA系統(tǒng)的地址碼相互具有準(zhǔn)正交性，以區(qū)別地址，而在頻率、時(shí)間和空間上都可能重疊。 671CDMA系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理 圖3-11 CDMA系統(tǒng)的工作示意圖68l系統(tǒng)的接收端必須有完全一致的本地地址碼，用來(lái)對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)。其它使用不同碼型的信號(hào)因?yàn)楹徒邮諜C(jī)本地產(chǎn)生的碼型不同而不能被解調(diào)。地址碼的準(zhǔn)正交性在信道中引入了噪聲或干擾，通常稱之為多址干擾（MAI）。l地址

31、碼的選擇設(shè)計(jì)直接影響CDMA系統(tǒng)的性能，為提高抗干擾能力，地址碼要用偽隨機(jī)碼（又稱為偽隨機(jī)（Pseudo-Noise）序列）。 1CDMA系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理 692正交正交Walsh函數(shù)函數(shù) lWalsh函數(shù)有良好的互相關(guān)和較好的自相關(guān)特性。l（1）Walsh函數(shù)波形l連續(xù)Walsh函數(shù)的波形如圖3-12所示。利用Walsh函數(shù)的正交性，可作為CDMA的地址碼（即信道碼）。如果對(duì)圖中的Walsh函數(shù)波形在8個(gè)等間隔上取樣，即得到離散Walsh函數(shù)，可用88的Walsh函數(shù)矩陣表示。 702正交正交Walsh函數(shù)函數(shù)圖3-12 連續(xù)Walsh函數(shù)的波形圖712正交正交Walsh函數(shù)函數(shù)l圖3-12

32、所示的Walsh函數(shù)對(duì)應(yīng)的矩陣可寫(xiě)作 722正交正交Walsh函數(shù)函數(shù)l（2）Walsh函數(shù)矩陣的遞推關(guān)系式732正交正交Walsh函數(shù)函數(shù)742正交正交Walsh函數(shù)函數(shù)l利用Walsh函數(shù)矩陣的遞推關(guān)系，可得到6464陣列的Walsh序列。l這些序列在 Qualcomm-CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中被做為前向碼分信道。l因?yàn)槭钦淮a，可供碼分的信道數(shù)等于正交碼長(zhǎng)，即64個(gè)；并采用64位的正交Walsh函數(shù)來(lái)用做反向信道的編碼調(diào)制，這是利用了Walsh序列的良好的互相關(guān)特性。75l以IS-95為例，一個(gè)基站共有64個(gè)信道，采用正交的Walsh函數(shù)來(lái)劃分信道，在完全同步的情況下，64個(gè)Wal

33、sh函數(shù)是完全正交的。下行(前向)信道配置如下圖所示。 IS-95下行(前向)信道配置l其中 代表第 路Walsh函數(shù)。64個(gè)信道中一個(gè)導(dǎo)頻信道 ，一個(gè)同步信道 ，七個(gè)尋呼信道 ，其余五十五個(gè)為業(yè)務(wù)信道。導(dǎo)頻信道W0同步信道W32尋呼信道W1尋呼信道W7業(yè)務(wù)信道W8業(yè)務(wù)信道W62業(yè)務(wù)信道W63下行CDMA信道1.25MHz,基站發(fā)送*iWi0W32W1W7W2正交正交Walsh函數(shù)函數(shù)763m序列偽隨機(jī)碼序列偽隨機(jī)碼l（1）m序列的生成lm序列是最長(zhǎng)移位寄存器序列的簡(jiǎn)稱，它是由帶線性反饋的移位寄存器產(chǎn)生的周期最長(zhǎng)的一種序列。lm序列的周期是P=2n1（n是移位寄存器的級(jí)數(shù)）。M序列是一偽隨機(jī)序

34、列，具有與隨機(jī)噪聲類似的尖銳自相關(guān)特性。lm序列的發(fā)生器是由移位寄存器、反饋抽頭及模2加法器組成的。 773m序列偽隨機(jī)碼序列偽隨機(jī)碼圖3-13 m序列產(chǎn)生電路783m序列偽隨機(jī)碼序列偽隨機(jī)碼l（2）m系列的特性 m系列有許多優(yōu)良的特性，主要是它的隨機(jī)性和自相關(guān)性。 l m序列的性質(zhì)m序列一個(gè)周期內(nèi)“1”和“0”的碼元數(shù)大致相等（“1”比“0”只多一個(gè)）。這個(gè)特性保證了在擴(kuò)頻系統(tǒng)中，用m序列做平衡調(diào)制實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展頻譜時(shí)有較高的載波抑制度。m序列和其移位后的序列逐位模2加，所得的序列還是m序列，只是相位不同。m序列發(fā)生器中的移位寄存器的各種狀態(tài)，除全0外，其他狀態(tài)在一個(gè)周期內(nèi)只出現(xiàn)一次。793m序列

35、偽隨機(jī)碼序列偽隨機(jī)碼l m序列的相關(guān)性對(duì)于一個(gè)周期為P=2n1的m序列an（an取值1或0），m序列的自相關(guān)函數(shù)如下所述。 803m序列偽隨機(jī)碼序列偽隨機(jī)碼設(shè)m序列an與其后移 位的序列an+ 逐位模2加所得的序列an+an+ 中，“0”的位數(shù)為A（序列an和an+ 相同的位數(shù)），“1”的位數(shù)為D（序列an和an+ 不相同的位數(shù)），則自相關(guān)函數(shù)由下式計(jì)算： 813m序列偽隨機(jī)碼序列偽隨機(jī)碼l式中A為“0”位數(shù)或相同的位數(shù)；D為“1”位數(shù)或不相同的位數(shù)。顯然P=A+D。 10( )10RP （3-10） 823m序列偽隨機(jī)碼序列偽隨機(jī)碼l有時(shí)偽隨機(jī)碼的碼元用1和1表示，與0和1表示法的對(duì)應(yīng)關(guān)系是

36、“0”變成“1”、“1”變成“1”，即m序列an的取值是1或1，此時(shí)m序列的自相關(guān)函數(shù)可由下式計(jì)算： 833m序列偽隨機(jī)碼序列偽隨機(jī)碼圖3-14 m序列自相關(guān)函數(shù)圖843m序列偽隨機(jī)碼序列偽隨機(jī)碼l故當(dāng)周期P很大時(shí)，m序列的自相關(guān)函數(shù)與白噪聲類似。這一特性可用于相關(guān)檢測(cè)。853m序列偽隨機(jī)碼序列偽隨機(jī)碼l 序列的互相關(guān)性lm序列的互相關(guān)性是指相同周期P=2n1兩個(gè)不同的m序列an、bn一致的程度。其互相關(guān)值越接近于0，說(shuō)明這兩個(gè)m序列差別越大，即互相關(guān)性越弱；反之，說(shuō)明這兩個(gè)m序列差別較小，即互相關(guān)性較強(qiáng)。當(dāng)m序列用作CDMA系統(tǒng)的地址碼時(shí)，必須選擇互相關(guān)值很小的m序列組，以避免用戶之間的相互

37、干擾，減小多址干擾（MAI）。 863m序列偽隨機(jī)碼序列偽隨機(jī)碼l在CDMA系統(tǒng)中，采用兩種m序列，稱為PN長(zhǎng)碼和PN短碼。PN短碼的周期為215=32768chip，每64chip為一初始相位，共有512種初始相位，分配給512個(gè)基站。長(zhǎng)碼的周期為242-1，用來(lái)在反向區(qū)分移動(dòng)用戶。874CDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn) lCDMA系統(tǒng)有以下特點(diǎn)： CDMA系統(tǒng)的許多用戶共享同一頻率，不管使用的是TDD還是FDD技術(shù)。 通信容量大。 容量的軟特性。 由于信號(hào)被擴(kuò)展在一較寬頻譜上從而可以減小多徑衰落。 在CDMA系統(tǒng)中，信道數(shù)據(jù)速率很高，碼片時(shí)長(zhǎng)短，通常小于信道的時(shí)延擴(kuò)展，可避免多徑造成的碼間串?dāng)_

38、。 平滑的軟切換和有效的宏分集（小區(qū)邊緣接收合并來(lái)自不同基站的相同信號(hào)）。 低信號(hào)功率譜密度，有兩大好處。884CDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn)lCDMA系統(tǒng)存在著兩個(gè)重要的問(wèn)題：一是多址干擾（MAI）；另一個(gè)問(wèn)題是“遠(yuǎn)近”效應(yīng)。 893.4.5 SDMA方式方式 lSDMA（空分多址）方式就是通過(guò)空間的分割來(lái)區(qū)分不同的用戶。在移動(dòng)通信中，可采用自適應(yīng)陣列天線，在不同用戶方向上形成不同的波束。l扇形天線可被看作是SDMA的一個(gè)基本方式。在極限情況下，自適應(yīng)天線具有極小的波束和無(wú)限快的跟蹤速度，可以實(shí)現(xiàn)最佳的SDMA。903.4.5 SDMA方式方式 圖3-15 SDMA系統(tǒng)的工作示意圖 913.4

39、.6 系統(tǒng)容量系統(tǒng)容量 l一個(gè)無(wú)線電系統(tǒng)的容量被定義為一定頻段內(nèi)所能提供的信道數(shù)或用戶的最大數(shù)目或系統(tǒng)輸入話務(wù)總量（Erlang）。l它與信道的載頻間隔、每載頻的時(shí)隙數(shù)、頻率資源和頻率復(fù)用方式、基站設(shè)置方式等有關(guān)。l目前通常用無(wú)線容量m來(lái)表示系統(tǒng)容量。l對(duì)于移動(dòng)通信業(yè)務(wù)區(qū)，無(wú)線容量m是衡量無(wú)線系統(tǒng)頻譜效率的參數(shù)。這一參數(shù)取決于所需的載波干擾比（C/I，簡(jiǎn)稱載干比）和信道帶寬Bc。923.4.6 系統(tǒng)容量系統(tǒng)容量 l蜂窩系統(tǒng)的無(wú)線容量可定義為m= 信道/小區(qū)（3-15）l式中，m是無(wú)線容量大?。籅t是分配給系統(tǒng)的總的頻譜；Bc是信道帶寬；N是頻率重用的小區(qū)數(shù)。tcBB N931FDMA和和TDM

40、A蜂窩系統(tǒng)的容量蜂窩系統(tǒng)的容量 l對(duì)于模擬FDMA系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如果采用頻率重用的小區(qū)數(shù)為N，根據(jù)對(duì)同頻干擾和系統(tǒng)容量的討論可知，對(duì)于小區(qū)制蜂窩網(wǎng)N =23CI （3-16） 941FDMA和和TDMA蜂窩系統(tǒng)的容量蜂窩系統(tǒng)的容量l即頻率重用的小區(qū)數(shù)N由所需的載干比來(lái)決定。可求得FDMA的無(wú)線容量如下：m =tc23BBCI 信道/小區(qū) （3-17） 951FDMA和和TDMA蜂窩系統(tǒng)的容量蜂窩系統(tǒng)的容量l對(duì)于數(shù)字TDMA系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于數(shù)字信道所要求的載干比可以比模擬制的小45dB （因數(shù)字系統(tǒng)有糾錯(cuò)措施），因而頻率重用距離可以再近一些。所以可以采用比N=7小的圖案，例如N=3的圖案?？汕蟮肨DM

41、A的無(wú)線容量如下：l其中，設(shè)載波間隔為Bc，每載波共有M個(gè)時(shí)隙，則等效帶寬為 ccBBM 962CDMA蜂窩系統(tǒng)的容量蜂窩系統(tǒng)的容量 lCDMA系統(tǒng)的容量是干擾受限的，而FDMA和TDMA系統(tǒng)的容量是帶寬受限的。l決定CDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng)容量的主要參數(shù)是：處理增益、 、語(yǔ)音負(fù)載周期（即語(yǔ)音激活率）、頻率再用效率以及基站天線扇區(qū)數(shù)。 b0EN972CDMA蜂窩系統(tǒng)的容量蜂窩系統(tǒng)的容量 l通信系統(tǒng)，接收信號(hào)的載干比可以寫(xiě)成 l式中：Eb是信息的比特能量；Rb是信息的比特速率；N0是干擾的功率譜密度；W是總頻段寬度（即CDMA所占的頻譜寬度）；Eb/N0類似于歸一化信噪比，其取值決定于系統(tǒng)對(duì)誤比特率

42、或語(yǔ)音質(zhì)量的要求，并與系統(tǒng)的調(diào)制方式和編碼方案有關(guān)；W/Rb是系統(tǒng)的處理增益。982CDMA蜂窩系統(tǒng)的容量蜂窩系統(tǒng)的容量 l如果m個(gè)用戶共用一個(gè)無(wú)線信道，顯然每一用戶的信號(hào)都受到其他m1個(gè)用戶信號(hào)的干擾。假設(shè)到達(dá)一個(gè)接收機(jī)的信號(hào)強(qiáng)度和各干擾強(qiáng)度都相等，則載干比為 11CIm （3-20） 992CDMA蜂窩系統(tǒng)的容量蜂窩系統(tǒng)的容量 1002CDMA蜂窩系統(tǒng)的容量蜂窩系統(tǒng)的容量 l式（3-21）沒(méi)有考慮在擴(kuò)頻帶寬中的背景熱噪聲，如果把考慮進(jìn)去，則能夠接入此系統(tǒng)的用戶數(shù)可表示為l結(jié)果表明，在誤比特率一定的條件下，降低熱噪聲功率，減小歸一化信噪比，增大系統(tǒng)的處理增益都有利于提高系統(tǒng)的容量。1012C

43、DMA蜂窩系統(tǒng)的容量蜂窩系統(tǒng)的容量l上述計(jì)算的CDMA系統(tǒng)的容量是理想功控條件下才能滿足，同時(shí)還需要根據(jù)CDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)對(duì)公式從以下方面進(jìn)行修正：l（1）采用語(yǔ)音激活技術(shù)提高系統(tǒng)容量 占空比為35%，干擾減少65%，容量提高到原來(lái)的1/d=2.86倍。l（2）利用扇區(qū)劃分提高系統(tǒng)容量扇區(qū)化后系統(tǒng)容量可增加約三倍，考慮各扇區(qū)之間的覆蓋重疊，一般容量可增加到G=2.55倍左右。l（3）頻率再用前向采用功率控制后，系統(tǒng)容量將下降到?jīng)]有考慮鄰區(qū)干擾時(shí)的60%。1023三種系統(tǒng)容量的比較三種系統(tǒng)容量的比較l（1）模擬TACS系統(tǒng)，采用FDMA方式l（2）數(shù)字時(shí)分GSM系統(tǒng)，采用TDMA方式l（3）數(shù)字

44、CDMA系統(tǒng)l三種體制系統(tǒng)容量的比較結(jié)果為 lmCDMA 16mTACS 9mGSM1033.5 蜂窩移動(dòng)通信的交換技術(shù)蜂窩移動(dòng)通信的交換技術(shù) l3.5.1 蜂窩移動(dòng)通信的交換技術(shù)與公共電話交換技術(shù)的差別l3.5.2 蜂窩移動(dòng)通信呼叫建立過(guò)程l3.5.3 越區(qū)切換l3.5.4 實(shí)際系統(tǒng)切換的一些考慮1043.5.1 蜂窩移動(dòng)通信的交換技術(shù)與公共電話交換技術(shù)的蜂窩移動(dòng)通信的交換技術(shù)與公共電話交換技術(shù)的差別差別 l蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)也是一種交換式通信網(wǎng)。l蜂窩移動(dòng)通信的交換技術(shù)要比公用電話系統(tǒng)交換技術(shù)復(fù)雜。l移動(dòng)通信的MSC除具備公網(wǎng)交換設(shè)備外還要增加用戶移動(dòng)性管理設(shè)備，如用戶位置登記（不是一次性位置

45、登記，而是每次開(kāi)機(jī)后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理的要求進(jìn)行許多次登記），越區(qū)切換和網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性管理，如網(wǎng)內(nèi)位置區(qū)劃分、用戶位置更新、用戶定位、越區(qū)切換和漫游切換等。105l通信網(wǎng)絡(luò)最基本的任務(wù)：建立始呼與被呼之間的連接l識(shí)別被呼用戶l定位用戶所在位置l建立網(wǎng)絡(luò)到用戶的路由連接l通話過(guò)程中維持連接l通話結(jié)束，拆除連接移動(dòng)通信呼叫建立過(guò)程移動(dòng)通信呼叫建立過(guò)程1063.5.2 位置管理位置管理l位置管理包括兩個(gè)主要任務(wù)：位置登記和呼叫傳遞。位置登記的步驟是在移動(dòng)臺(tái)的實(shí)時(shí)位置信息已知的情況下，更新位置數(shù)據(jù)庫(kù)和認(rèn)證移動(dòng)臺(tái)。l與上述兩個(gè)問(wèn)題緊密相關(guān)的兩個(gè)問(wèn)題是：位置更新（Location Update）和尋呼（Paging

46、）。位置更新解決的問(wèn)題是移動(dòng)臺(tái)如何發(fā)現(xiàn)位置變化及何時(shí)報(bào)告它的當(dāng)前位置。尋呼解決的問(wèn)題是如何有效地確定移動(dòng)臺(tái)當(dāng)前處于哪一個(gè)小區(qū)。107l系統(tǒng)位置更新過(guò)程l移動(dòng)臺(tái)的位置登記l位置區(qū)改變后的位置更新l在一特定時(shí)間內(nèi)，移動(dòng)臺(tái)與網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有發(fā)生聯(lián)系時(shí)，移動(dòng)臺(tái)自動(dòng)地、周期地與網(wǎng)絡(luò)取得聯(lián)系，核對(duì)數(shù)據(jù)系統(tǒng)位置更新過(guò)程系統(tǒng)位置更新過(guò)程 108系統(tǒng)位置更新過(guò)程系統(tǒng)位置更新過(guò)程 l在實(shí)際系統(tǒng)中，位置登記區(qū)越大，位置更新的頻率越低，但每次呼叫尋呼的基站數(shù)目就越多，用于尋呼的開(kāi)銷非常大；l另一方面是：如果移動(dòng)臺(tái)每進(jìn)入一個(gè)小區(qū)就發(fā)送一次位置更新信息，則這時(shí)用戶位置更新的開(kāi)銷非常大，但尋呼的開(kāi)銷很小。 1093.5.3 越區(qū)切

47、換越區(qū)切換 l越區(qū)切換（也稱過(guò)區(qū)切換，Hand-over或Hand-off）是指將當(dāng)前正在進(jìn)行的移動(dòng)臺(tái)與基站之間的通信鏈路從當(dāng)前基站轉(zhuǎn)移到另一個(gè)基站的過(guò)程。l越區(qū)切換通常發(fā)生在移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)基站覆蓋的小區(qū)進(jìn)入到另一個(gè)基站覆蓋的小區(qū)的情況下，為了保持通信的連續(xù)性，將移動(dòng)臺(tái)與當(dāng)前基站之間的鏈路轉(zhuǎn)移到移動(dòng)臺(tái)與新基站之間的鏈路。1103.5.3 越區(qū)切換越區(qū)切換 l越區(qū)切換包括以下三個(gè)方面的問(wèn)題： 越區(qū)切換的準(zhǔn)則，也就是何時(shí)需要進(jìn)行越區(qū)切換； 越區(qū)切換如何控制； 越區(qū)切換時(shí)信道如何分配。1113.5.3 越區(qū)切換越區(qū)切換 l越區(qū)切換分為兩大類：一類是硬切換，另一類是軟切換。硬切換是指在新的連接建立以前，

48、先中斷舊的連接。而軟切換是指既維持舊的連接，又同時(shí)建立新的連接，并利用新、舊鏈路的分集合并來(lái)改善通信質(zhì)量，當(dāng)與新基站建立可靠連接之后再中斷舊鏈路。l在越區(qū)切換時(shí)，可以僅以某個(gè)方向（上行或下行）的鏈路質(zhì)量為準(zhǔn)，也可以同時(shí)考慮雙向鏈路的通信質(zhì)量。1121越區(qū)切換的準(zhǔn)則越區(qū)切換的準(zhǔn)則 l在決定何時(shí)需要進(jìn)行越區(qū)切換時(shí)，通常是根據(jù)移動(dòng)臺(tái)處接收的平均信號(hào)強(qiáng)度來(lái)確定，也可以根據(jù)移動(dòng)臺(tái)處的信噪比（或信號(hào)干擾比）、誤比特率等參數(shù)來(lái)確定。 l假定移動(dòng)臺(tái)從基站1向基站2運(yùn)動(dòng)，其信號(hào)強(qiáng)度的變化如圖3-17所示。判定何時(shí)需要越區(qū)切換的準(zhǔn)則如下：1131越區(qū)切換的準(zhǔn)則越區(qū)切換的準(zhǔn)則 l 相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則（準(zhǔn)則1）任何時(shí)間

49、都選擇具有最強(qiáng)接收信號(hào)的基站，如圖中A點(diǎn)。l 具有門限規(guī)定的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則（準(zhǔn)則2）僅允許移動(dòng)用戶在當(dāng)前基站的信號(hào)足夠弱（低于某一門限），且新基站的信號(hào)強(qiáng)于本基站的情況下才進(jìn)行。如圖中B點(diǎn)。l 具有滯后余量的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則（準(zhǔn)則3）僅允許移動(dòng)用戶在新基站的信號(hào)強(qiáng)度比原基站信號(hào)強(qiáng)度強(qiáng)很多（即大于滯后余量）的情況下進(jìn)行，如圖中C點(diǎn)。l 具有滯后余量和門限規(guī)定的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則（準(zhǔn)則4） 僅允許移動(dòng)用戶在當(dāng)前基站的信號(hào)電平低于規(guī)定門限，且新基站的信號(hào)強(qiáng)度高于當(dāng)前基站一個(gè)給定滯后余量時(shí)進(jìn)行。圖3-17 越區(qū)切換示意圖1142越區(qū)切換的控制策略越區(qū)切換的控制策略 l越區(qū)切換控制包括兩個(gè)方面：一方面是

50、越區(qū)切換的參數(shù)控制，另一方面是越區(qū)切換的過(guò)程控制。l在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，過(guò)程控制的方式主要有以下三種。 移動(dòng)臺(tái)控制的越區(qū)切換。 網(wǎng)絡(luò)控制的越區(qū)切換。 移動(dòng)臺(tái)輔助的越區(qū)切換。1153越區(qū)切換時(shí)的信道分配越區(qū)切換時(shí)的信道分配 l越區(qū)切換時(shí)的信道分配是解決當(dāng)呼叫要轉(zhuǎn)換到新小區(qū)時(shí)，新小區(qū)如何分配信道，使得越區(qū)失敗的概率盡量小。l常用的做法是在每個(gè)小區(qū)預(yù)留部分信道專門用于越區(qū)切換。l這種做法的特點(diǎn)是，因新呼叫使可用信道數(shù)減少，雖增加了呼損率，但減少了通話被中斷的概率，從而符合人們的使用習(xí)慣。 1163.7 蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)綜述蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)綜述 l3.7.1 概述l*3.7.2 移動(dòng)通信網(wǎng)和固定通信網(wǎng)l*3

51、.7.3 移動(dòng)通信網(wǎng)的發(fā)展1173.7.1 概述概述 l1移動(dòng)通信網(wǎng)的概念l移動(dòng)通信網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)包括：移動(dòng)臺(tái)（Mobile Station，MS）、基站系統(tǒng)（Base Station Subsystem，BSS）和構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)交換中心（Mobile Service Switching Center，MSC）等。 1182移動(dòng)通信網(wǎng)的組成移動(dòng)通信網(wǎng)的組成 圖3-23 移動(dòng)通信網(wǎng)的組成示意圖119l移動(dòng)臺(tái)：移動(dòng)臺(tái)是一個(gè)子系統(tǒng)。它實(shí)際上是由移動(dòng)終端設(shè)備和用戶數(shù)據(jù)兩部分組成的，移動(dòng)終端設(shè)備稱為移動(dòng)設(shè)備；用戶數(shù)據(jù)存放在一個(gè)與移動(dòng)設(shè)備可分離的數(shù)據(jù)模塊中，此數(shù)據(jù)模塊稱為用戶識(shí)別卡（SIM）。移動(dòng)臺(tái)分為

52、車載臺(tái)、便攜臺(tái)和手持臺(tái)等。l基站系統(tǒng)：基站系統(tǒng)由可在小區(qū)內(nèi)建立無(wú)線電覆蓋并與移動(dòng)臺(tái)通信的設(shè)備組成。l移動(dòng)交換中心：移動(dòng)交換中心對(duì)位于服務(wù)區(qū)內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行交換和控制，同時(shí)提供與固定電信網(wǎng)的接口。具有呼叫接續(xù)和控制、無(wú)線管理和移動(dòng)性管理的功能。2移動(dòng)通信網(wǎng)的組成移動(dòng)通信網(wǎng)的組成 120*3.7.3 移動(dòng)通信網(wǎng)的發(fā)展移動(dòng)通信網(wǎng)的發(fā)展 l1第一代移動(dòng)通信網(wǎng)l通常所說(shuō)的第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)是指模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。l它是頻分多址接入（FDMA）的移動(dòng)通信系統(tǒng)。1211第一代移動(dòng)通信網(wǎng)第一代移動(dòng)通信網(wǎng)l概括起來(lái)第一代蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)有以下缺點(diǎn)： 頻譜利用率低，容量有限； 制式太多，互不兼容，妨礙漫游，限制了用戶覆蓋面； 提供業(yè)務(wù)的種類受限制，不能傳送數(shù)據(jù)信息； 容易被竊聽(tīng)； 不能與ISDN兼容。1222第二代移動(dòng)通信網(wǎng)第二代移動(dòng)通信網(wǎng)l第二代移動(dòng)通信（2G）系統(tǒng)為數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。l第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)最有