第3章蜂窩移動(dòng)通信組網(wǎng)技術(shù)

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)本章提示本章提示v 組網(wǎng)過(guò)程中必須解決如下一系列技術(shù)問(wèn)題，才能組網(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：使網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行：v（1）頻率資源的管理與頻率的有效利用問(wèn)題；）頻率資源的管理與頻率的有效利用問(wèn)題；v（2）蜂窩網(wǎng)同頻復(fù)用與同道干擾問(wèn)題；）蜂窩網(wǎng)同頻復(fù)用與同道干擾問(wèn)題；v（3）多信道、多用戶共用與多址接入問(wèn)題；）多信道、多用戶共用與多址接入問(wèn)題；v（4）用戶移動(dòng)性與網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性的管理問(wèn)題；）用戶移動(dòng)性與網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性的管理問(wèn)題；v（5）有限的頻率資源與越來(lái)越多的通信容量要求）有限的頻率資源與越來(lái)越多的通信容量要求問(wèn)題；問(wèn)題；v

2、（6）PLMTS網(wǎng)與公用電話網(wǎng)、網(wǎng)與公用電話網(wǎng)、ISDN、PDN以及與以及與其他移動(dòng)網(wǎng)的互聯(lián)、互通問(wèn)題；其他移動(dòng)網(wǎng)的互聯(lián)、互通問(wèn)題；v（7）信令網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)智能化問(wèn)題等。）信令網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)智能化問(wèn)題等。第第3章章 蜂窩移動(dòng)通信的組網(wǎng)蜂窩移動(dòng)通信的組網(wǎng)技術(shù)技術(shù)v3.1 頻率資源的有效利用和蜂窩小區(qū)的組網(wǎng)頻率資源的有效利用和蜂窩小區(qū)的組網(wǎng)通信通信v3.2 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v3.3 干擾和信道容量干擾和信道容量v3.4 移動(dòng)通信中的多址技術(shù)移動(dòng)通信中的多址技術(shù)v3.5 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)v3.6 蜂窩移動(dòng)通信的信令技術(shù)蜂窩移動(dòng)通信的信令技術(shù)v3.7

3、蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)綜述蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)綜述3.1 頻率資源的有效利用和蜂窩頻率資源的有效利用和蜂窩小區(qū)的組網(wǎng)通信小區(qū)的組網(wǎng)通信 v3.1.1 頻率資源的管理頻率資源的管理v3.1.2 頻率的有效利用技術(shù)頻率的有效利用技術(shù)v3.1.3 多信道共用技術(shù)多信道共用技術(shù)3.1 頻率資源的有效利用和蜂窩頻率資源的有效利用和蜂窩小區(qū)的組網(wǎng)通信小區(qū)的組網(wǎng)通信 v當(dāng)前移動(dòng)通信發(fā)展所遇到的最突出問(wèn)題，就當(dāng)前移動(dòng)通信發(fā)展所遇到的最突出問(wèn)題，就是是如何將有限的可用頻率有秩序地提供給越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來(lái)越多的用戶使用而不相互干擾，這就涉及，這就涉及到頻率的管理與有效利用。到頻

4、率的管理與有效利用。 3.1.1 頻率資源的管理頻率資源的管理 v頻率是一種特殊資源。它并不是取之不盡的。頻率是一種特殊資源。它并不是取之不盡的。頻率有一些特殊的頻率有一些特殊的性質(zhì)：性質(zhì)：無(wú)線電頻率資源不是消耗性的無(wú)線電頻率資源不是消耗性的電波傳播不分地區(qū)與國(guó)界電波傳播不分地區(qū)與國(guó)界具有時(shí)間、空間和頻率的三維性具有時(shí)間、空間和頻率的三維性在空間傳播時(shí)容易受到來(lái)自大自然和人為的在空間傳播時(shí)容易受到來(lái)自大自然和人為的各種噪聲和干擾的污染。各種噪聲和干擾的污染。3.1.1 頻率資源的管理頻率資源的管理 v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。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。v

5、移動(dòng)電話使用移動(dòng)電話使用頻段頻段主要在主要在150MHz、450MHz和和900MHz、1800MHz、1900MHz頻段。頻段。v雙工移動(dòng)通信網(wǎng)規(guī)定工作在各頻段的收、發(fā)雙工移動(dòng)通信網(wǎng)規(guī)定工作在各頻段的收、發(fā)頻差頻差 分別為：分別為：VHF頻段為頻段為5.7MHz，UHF450MHz頻段為頻段為10MHz；UHF 900MHz頻段為頻段為45MHz。v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，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。發(fā)射頻率低，接收頻率高。3.1.2 頻率的

6、有效利用技術(shù)頻率的有效利用技術(shù) v頻率的有效利用就是從時(shí)間域、空間域和頻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。頻率的利用率。v（1）時(shí)間域的頻率有效利用）時(shí)間域的頻率有效利用v（2）空間域的頻率有效利用）空間域的頻率有效利用v（3）頻率域的頻率有效利用）頻率域的頻率有效利用3.1.2 頻率的有效利用技術(shù)頻率的有效利用技術(shù) v頻率域頻率域的頻率有效利用兩種方法：的頻率有效利用兩種方法：v-信道的窄帶化信道的窄帶化v-寬帶多址技術(shù)寬帶多址技術(shù)v寬帶多址技術(shù)：寬帶多址技術(shù)： 頻分多址（頻分多址（FDMA） 時(shí)分

7、多址（時(shí)分多址（TDMA） 碼分多址（碼分多址（CDMA） 以及它們的組合等。以及它們的組合等。3.1.3 多信道共用技術(shù)多信道共用技術(shù) v1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 v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)。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)。v話務(wù)量話務(wù)量是指單位時(shí)間內(nèi)（是指單位時(shí)間內(nèi)（1小時(shí)）進(jìn)行的平均電話小時(shí)）進(jìn)行的平均電話交換量。交換量。v話務(wù)量分為話務(wù)量分為流入話務(wù)量流入話務(wù)量和和完成話務(wù)量完成話務(wù)量。 1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 v若話務(wù)量若話務(wù)量A表示，則表示，則 A=Ct0 C：每小時(shí)的平均呼叫次數(shù)（包括呼叫成功和失敗的次數(shù)

8、）。：每小時(shí)的平均呼叫次數(shù)（包括呼叫成功和失敗的次數(shù)）。 t0：每次呼叫平均占用信道的時(shí)間（包括接續(xù)時(shí)間和通話時(shí)間）。每次呼叫平均占用信道的時(shí)間（包括接續(xù)時(shí)間和通話時(shí)間）。p如果以如果以t0小時(shí)為單位，則話務(wù)量小時(shí)為單位，則話務(wù)量A的單位是的單位是Erl。p 如果一個(gè)小時(shí)內(nèi)不斷地占用一個(gè)信道，則其呼叫話如果一個(gè)小時(shí)內(nèi)不斷地占用一個(gè)信道，則其呼叫話務(wù)量為務(wù)量為1Erl(愛(ài)爾蘭愛(ài)爾蘭) ，是一個(gè)信道具有的最大話務(wù)，是一個(gè)信道具有的最大話務(wù)量。量。1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 v用戶忙時(shí)話務(wù)量用戶忙時(shí)話務(wù)量是指一天中最忙的那個(gè)小時(shí)（即是指一天中最忙的那個(gè)小時(shí)（即“忙時(shí)忙時(shí)”），每個(gè)

9、用戶的平均話務(wù)量，用），每個(gè)用戶的平均話務(wù)量，用AB來(lái)來(lái)表示。表示。AB是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均值。是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均值。v將忙時(shí)話務(wù)量與全日話務(wù)量之比稱為集中系數(shù)，將忙時(shí)話務(wù)量與全日話務(wù)量之比稱為集中系數(shù)，用用K表示。因?yàn)楸硎尽Ｒ驗(yàn)镵反映了這個(gè)通信系統(tǒng)反映了這個(gè)通信系統(tǒng)“忙時(shí)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。的比例。v 每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量：每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量： （Erl）vC為每個(gè)用戶每天平均呼叫次數(shù)；為每個(gè)用戶每天平均呼叫次數(shù)；T為每次呼叫為每次呼叫平均占用信道的時(shí)間（平均占用信道的時(shí)間（s）。）。3600BC KTA2容量容量 v在多信道

10、共用時(shí)，容量有兩種表示法。在多信道共用時(shí)，容量有兩種表示法。v系統(tǒng)所能容納的用戶數(shù)（系統(tǒng)所能容納的用戶數(shù)（M）為）為v每個(gè)信道所能容納的用戶數(shù)（每個(gè)信道所能容納的用戶數(shù)（m）為）為BAMABMAmnnA3呼損率呼損率 v在一個(gè)通信系統(tǒng)中，呼叫失敗的概率稱為在一個(gè)通信系統(tǒng)中，呼叫失敗的概率稱為呼叫損失概率，簡(jiǎn)稱呼叫損失概率，簡(jiǎn)稱呼損率呼損率，記為，記為B。v呼損率的計(jì)算方法呼損率的計(jì)算方法利用完成話務(wù)量利用完成話務(wù)量Erlang BErlang B公式公式3呼損率呼損率v利用完成話務(wù)量計(jì)算呼損率：利用完成話務(wù)量計(jì)算呼損率：v設(shè)設(shè)A為呼叫成功而接通電話的話務(wù)量，簡(jiǎn)稱為呼叫成功而接通電話的話務(wù)量，簡(jiǎn)

11、稱 完成話務(wù)量完成話務(wù)量。C0為為1小時(shí)內(nèi)呼叫成功而通話的次小時(shí)內(nèi)呼叫成功而通話的次數(shù)，數(shù)，t0為每次呼叫平均占用信道的時(shí)間，則完成為每次呼叫平均占用信道的時(shí)間，則完成話務(wù)量為話務(wù)量為 A=C0t0v呼損率為呼損率為 B =0iCCCAAACC3呼損率呼損率 如果呼叫具有下列性質(zhì)：如果呼叫具有下列性質(zhì)：v每次呼叫相互獨(dú)立，互不相關(guān)，即呼叫具有隨機(jī)性；每次呼叫相互獨(dú)立，互不相關(guān)，即呼叫具有隨機(jī)性；v每次呼叫在時(shí)間上都有相同的概率；每次呼叫在時(shí)間上都有相同的概率；v每個(gè)用戶選用無(wú)線信道是任意的，且是等概的，則呼損率可按下式每個(gè)用戶選用無(wú)線信道是任意的，且是等概的，則呼損率可按下式計(jì)算：計(jì)算：v其中

12、，其中，n為共用信道數(shù)，即系統(tǒng)容量（電路數(shù)量）。為共用信道數(shù)，即系統(tǒng)容量（電路數(shù)量）。20!1.1!2!nnniniAAnnBAAAAni3呼損率呼損率v根據(jù)根據(jù)Erlang B公式，知道三個(gè)參數(shù)公式，知道三個(gè)參數(shù)A、B和和n中的任何兩中的任何兩個(gè)，就可以從愛(ài)爾蘭呼損表查出需要的第三個(gè)參數(shù)。個(gè)，就可以從愛(ài)爾蘭呼損表查出需要的第三個(gè)參數(shù)。B1%2 %5 %10 %20 %nAAAAA10.01010.0200.0530.1110.2551.3601.6572.2192.8814.010104.4605.0926.2167.5119.6852012.03113.18115.24917.16321.

13、635表表3-1 愛(ài)爾蘭呼損表愛(ài)爾蘭呼損表3呼損率呼損率 v呼損率也稱通信網(wǎng)的服務(wù)等級(jí)。呼損率越呼損率也稱通信網(wǎng)的服務(wù)等級(jí)。呼損率越小，成功呼叫的概率越大，服務(wù)等級(jí)越高。小，成功呼叫的概率越大，服務(wù)等級(jí)越高。呼損率和話務(wù)量是相互矛盾的，也即服務(wù)呼損率和話務(wù)量是相互矛盾的，也即服務(wù)等級(jí)和信道利用率是矛盾的。等級(jí)和信道利用率是矛盾的。4信道利用率信道利用率 v多信道共用時(shí)，信道利用率是指每個(gè)信道平多信道共用時(shí)，信道利用率是指每個(gè)信道平均完成的話務(wù)量。因此均完成的話務(wù)量。因此v如果已知如果已知B、n，根據(jù)表，根據(jù)表3-1可算出可算出A值，然后值，然后由上式求出由上式求出 。 (1)AAnnB3.2

14、蜂窩小區(qū)的概念和區(qū)域蜂窩小區(qū)的概念和區(qū)域覆蓋覆蓋 v3.2.1 蜂窩小區(qū)的概念蜂窩小區(qū)的概念v3.2.2 大區(qū)制小容量大區(qū)制小容量v3.2.3 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)3.2.1 蜂窩小區(qū)的概念蜂窩小區(qū)的概念 v蜂窩的概念蜂窩的概念是一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的概念，其思想是是一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的概念，其思想是用許多小功率的發(fā)射機(jī)來(lái)代替單個(gè)的大功率用許多小功率的發(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。內(nèi)的一小部分覆蓋。v移動(dòng)通信網(wǎng)的區(qū)域覆蓋方式分為兩類：移動(dòng)通信網(wǎng)的區(qū)域覆蓋方式分為兩類：v小容量的大區(qū)制小容量

15、的大區(qū)制v大容量的小區(qū)制大容量的小區(qū)制 3.2.2 大區(qū)制小容量大區(qū)制小容量 大區(qū)制是指一個(gè)基站覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)。大區(qū)制是指一個(gè)基站覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)。 如下圖所示。如下圖所示。 大區(qū)制移動(dòng)通信示意圖大區(qū)制移動(dòng)通信示意圖3.2.2 大區(qū)制小容量大區(qū)制小容量v為了增大通信用戶量，大區(qū)制通信網(wǎng)只有增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），但多基站的信道數(shù)（裝備量也隨之加大），但這總是有限的。這總是有限的。v大區(qū)制小容量制式的控制方式簡(jiǎn)單，設(shè)備成大區(qū)制小容量制式的控制方式簡(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

16、移動(dòng)通信網(wǎng)可選用的制式。門，是發(fā)展專用移動(dòng)通信網(wǎng)可選用的制式。3.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)v小區(qū)制小區(qū)制就是把整個(gè)服務(wù)區(qū)域劃分為若干個(gè)小就是把整個(gè)服務(wù)區(qū)域劃分為若干個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)設(shè)置一個(gè)基站，負(fù)責(zé)本小區(qū)內(nèi)區(qū)，每個(gè)小區(qū)設(shè)置一個(gè)基站，負(fù)責(zé)本小區(qū)內(nèi)移動(dòng)通信的聯(lián)絡(luò)和控制，同時(shí)還要在幾個(gè)小移動(dòng)通信的聯(lián)絡(luò)和控制，同時(shí)還要在幾個(gè)小區(qū)間設(shè)置移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心。區(qū)間設(shè)置移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心。3.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng) 小區(qū)制移動(dòng)通信示意圖小區(qū)制移動(dòng)通信示意圖3.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)小區(qū)制移動(dòng)

17、通信系統(tǒng)的頻率復(fù)用和覆蓋有兩種：小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率復(fù)用和覆蓋有兩種：v 帶狀服務(wù)覆蓋區(qū)帶狀服務(wù)覆蓋區(qū) 面狀服務(wù)覆蓋區(qū)面狀服務(wù)覆蓋區(qū)3.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)v 帶狀服務(wù)覆蓋區(qū)帶狀服務(wù)覆蓋區(qū)v帶狀服務(wù)區(qū)主要用于覆蓋公路、鐵路、海岸等。帶狀服務(wù)區(qū)主要用于覆蓋公路、鐵路、海岸等。v為克服同頻干擾，常采用雙頻組頻率配置和三頻組頻率配為克服同頻干擾，常采用雙頻組頻率配置和三頻組頻率配置，如圖置，如圖3-1所示：所示：圖圖3-1 雙頻組和三頻組頻率配置雙頻組和三頻組頻率配置 f1 f2 f1 f2 f1 f2 f1 f1 f2 f3 f1 f2 f3 f1

18、3.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)v 面狀服務(wù)覆蓋區(qū)面狀服務(wù)覆蓋區(qū)v無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)廣泛使用無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)廣泛使用六邊形六邊形研究系統(tǒng)研究系統(tǒng)覆蓋和業(yè)務(wù)需求。覆蓋和業(yè)務(wù)需求。v實(shí)際上，由于無(wú)線系統(tǒng)覆蓋區(qū)的地形地貌不實(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。實(shí)際無(wú)線覆蓋是一個(gè)不規(guī)則的形狀。3.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)v小區(qū)構(gòu)成小區(qū)構(gòu)成（1 1）

19、小區(qū)圖案）小區(qū)圖案 由正多邊形彼此鄰接構(gòu)成平面時(shí)只能是正三由正多邊形彼此鄰接構(gòu)成平面時(shí)只能是正三角形、正方形和正六邊形角形、正方形和正六邊形 小區(qū)構(gòu)成的幾何圖形小區(qū)構(gòu)成的幾何圖形3.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)v1）小區(qū)間隔）小區(qū)間隔小區(qū)構(gòu)成幾何圖形小區(qū)構(gòu)成幾何圖形正三角形為正三角形為R R正方邊形正方邊形 正六邊形正六邊形 3R2R3.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)v2）小區(qū)面積與重疊面積）小區(qū)面積與重疊面積3.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)v重疊小區(qū)寬度：重疊小區(qū)寬度：v正三角形為正三角

20、形為Rv正四邊形為正四邊形為v正六邊形為正六邊形為(22)R重疊小區(qū)寬度的定義重疊小區(qū)寬度的定義(23)R3.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)3 3）需要的最少無(wú)線頻率數(shù)）需要的最少無(wú)線頻率數(shù) 鄰接小區(qū)會(huì)產(chǎn)生干擾，因此相鄰小區(qū)不能使用同一頻率。當(dāng)鄰接小區(qū)會(huì)產(chǎn)生干擾，因此相鄰小區(qū)不能使用同一頻率。當(dāng)鄰接小區(qū)使用不同頻率時(shí)，需要的最少頻率數(shù)目隨構(gòu)成小區(qū)鄰接小區(qū)使用不同頻率時(shí)，需要的最少頻率數(shù)目隨構(gòu)成小區(qū)方法不同而異，正三角形需要方法不同而異，正三角形需要6 6種頻率，正方形需要種頻率，正方形需要4 4種，而種，而正六邊形需要正六邊形需要3 3種。種。3.2.3 頻率

21、復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)v各種圖形綜合比較各種圖形綜合比較3.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)v當(dāng)用六邊形來(lái)模擬覆蓋范圍時(shí)，基站發(fā)射機(jī)位置：當(dāng)用六邊形來(lái)模擬覆蓋范圍時(shí)，基站發(fā)射機(jī)位置：中心激勵(lì)小區(qū)：安置在小區(qū)的中心中心激勵(lì)小區(qū)：安置在小區(qū)的中心頂點(diǎn)激勵(lì)小區(qū)：安置在六邊形頂點(diǎn)之中的三個(gè)上頂點(diǎn)激勵(lì)小區(qū)：安置在六邊形頂點(diǎn)之中的三個(gè)上3.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)v小區(qū)簇的意義小區(qū)簇的意義共同使用全部可用頻率的共同使用全部可用頻率的N個(gè)小區(qū)叫做一簇個(gè)小區(qū)叫做一簇同一個(gè)小區(qū)簇內(nèi)，要使用不同的頻率同一個(gè)小區(qū)簇

22、內(nèi)，要使用不同的頻率不同的小區(qū)簇間使用對(duì)應(yīng)的相同頻率不同的小區(qū)簇間使用對(duì)應(yīng)的相同頻率3.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)v小區(qū)簇的意義小區(qū)簇的意義 一個(gè)共有一個(gè)共有S S個(gè)雙向信道的蜂窩系統(tǒng)，如果每簇含個(gè)雙向信道的蜂窩系統(tǒng)，如果每簇含N N個(gè)小個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)分配區(qū)，每個(gè)小區(qū)分配K K個(gè)信道（個(gè)信道（kSkS） 那么那么 如果簇在系統(tǒng)中共同復(fù)制了如果簇在系統(tǒng)中共同復(fù)制了M M次，則信道的總數(shù)次，則信道的總數(shù)C C可作可作為容量的一個(gè)度量為容量的一個(gè)度量N N叫做簇的大小，典型值為叫做簇的大小，典型值為4 4、7 7或或1212。N N的值表現(xiàn)了移動(dòng)臺(tái)或基站在保證

23、通信質(zhì)量的同時(shí)，可以承的值表現(xiàn)了移動(dòng)臺(tái)或基站在保證通信質(zhì)量的同時(shí)，可以承受的干擾（主要是同頻干擾）受的干擾（主要是同頻干擾） NKSMSMKNC 3.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)v用六邊形表示的一個(gè)個(gè)小區(qū)，可使相鄰小區(qū)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)量無(wú)空隙，每一個(gè)區(qū)群的小區(qū)數(shù)量N滿足下式：滿足下式： N=i2+ij+j2 （3-3） （i和和j為正整數(shù)）為正整數(shù)）3.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)v同頻相鄰小區(qū)的找法同頻相鄰小區(qū)的找法圖圖3-3 在蜂窩小區(qū)中定位同頻小區(qū)的方法在蜂窩小區(qū)中定位

24、同頻小區(qū)的方法 i=3 j=2（N=19）3.3 干擾和信道容量干擾和信道容量 v干擾是蜂窩無(wú)線系統(tǒng)性能的主要限制因素。干擾是蜂窩無(wú)線系統(tǒng)性能的主要限制因素。v在蜂窩系統(tǒng)中，存在兩種主要的干擾，即在蜂窩系統(tǒng)中，存在兩種主要的干擾，即同同頻干擾頻干擾和和鄰頻干擾鄰頻干擾。 3.3 干擾和信道容量干擾和信道容量 v3.3.1 同頻干擾和系統(tǒng)容量同頻干擾和系統(tǒng)容量v3.3.2 相鄰信道的干擾相鄰信道的干擾v3.3.3 蜂窩小區(qū)容量的改善蜂窩小區(qū)容量的改善3.3.1 同頻干擾和系統(tǒng)容量同頻干擾和系統(tǒng)容量 v頻率復(fù)用意味著在一個(gè)給定的覆蓋區(qū)域內(nèi)，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

25、頻率的小區(qū)，這些小存在著許多使用同一組頻率的小區(qū)，這些小區(qū)叫做區(qū)叫做同頻小區(qū)同頻小區(qū)。v同頻干擾同頻干擾（同道干擾）（同道干擾）-同頻小區(qū)之間的同頻小區(qū)之間的信號(hào)干擾。信號(hào)干擾。v為了減小同頻干擾，同頻小區(qū)必須在物理上為了減小同頻干擾，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隔開(kāi)一個(gè)最小的距離，為傳播提供充分的隔離。離。3.3.1 同頻干擾和系統(tǒng)容量同頻干擾和系統(tǒng)容量 v如果每個(gè)小區(qū)的大小都差不多，基站也都發(fā)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)闊o(wú)關(guān)，而變?yōu)樾^(qū)半徑（小區(qū)半徑（R）和相距最

26、近的和相距最近的同頻小區(qū)中心間距離（同頻小區(qū)中心間距離（D）的函數(shù)。增加的函數(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。頻能量減小而使干擾減小。 3.3.1 同頻干擾和系統(tǒng)容量同頻干擾和系統(tǒng)容量 v同頻干擾抑制因子同頻干擾抑制因子v參數(shù)參數(shù)Q叫做同頻復(fù)用比例（也叫同頻干擾抑叫做同頻復(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)，系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，Q可表示為可表示為3.3.1 同頻干擾和系統(tǒng)容量同頻

27、干擾和系統(tǒng)容量vQ的值越小則容量越大；而的值越小則容量越大；而Q值大可以提高值大可以提高 傳播質(zhì)量，因?yàn)橥l干擾小。在實(shí)際的蜂窩傳播質(zhì)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。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。3.3.1 同頻干擾和系統(tǒng)容量同頻干擾和系統(tǒng)容量 證明：證明：v小區(qū)中心到鄰接小區(qū)的距離為r；v同頻小區(qū)O0O1間距離為D;小區(qū)半徑為R。v由余弦定理得：由余弦定理得：v根據(jù)根據(jù)又因?yàn)椋河忠驗(yàn)椋?2Nijij某小區(qū)與重復(fù)小區(qū)之間的關(guān)系某小區(qū)與重復(fù)小區(qū)之間的關(guān)系)(42222jijirDNrD224Rr233.3.2 相鄰信道的干擾相鄰信道的干擾 v來(lái)自

28、所使用信號(hào)頻率的相鄰頻率的信號(hào)干擾來(lái)自所使用信號(hào)頻率的相鄰頻率的信號(hào)干擾叫做叫做鄰頻干擾鄰頻干擾（也叫鄰道干擾）。（也叫鄰道干擾）。v鄰頻干擾是因接收濾波器不理想，使得相鄰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。頻率的信號(hào)泄漏到傳輸帶寬內(nèi)而引起的。v遠(yuǎn)近效應(yīng)遠(yuǎn)近效應(yīng)3.3.2 相鄰信道的干擾相鄰信道的干擾 v減少鄰頻干擾方法：減少鄰頻干擾方法：v-精確的濾波器精確的濾波器v-信道的分配信道的分配3.3.3 蜂窩小區(qū)容量的改善蜂窩小區(qū)容量的改善v1小區(qū)分裂小區(qū)分裂 把擁塞的小區(qū)分為幾個(gè)更小的小區(qū)，提高系把擁塞的小區(qū)分為幾個(gè)更小的小區(qū)，提高系統(tǒng)容量。統(tǒng)容量。v 2

29、.劃分扇區(qū)劃分扇區(qū) 通過(guò)使用定向天線，減少同頻干擾。通過(guò)使用定向天線，減少同頻干擾。3.3.3 蜂窩小區(qū)容量的改善蜂窩小區(qū)容量的改善小小區(qū)分裂區(qū)分裂v小區(qū)分裂是頻率復(fù)用外，提高蜂窩網(wǎng)容量及小區(qū)分裂是頻率復(fù)用外，提高蜂窩網(wǎng)容量及頻譜效率的又一重要概念。頻譜效率的又一重要概念。v小區(qū)分裂是解決網(wǎng)中用戶的增加，解決網(wǎng)中小區(qū)分裂是解決網(wǎng)中用戶的增加，解決網(wǎng)中用戶密度的不同的有效方法。用戶密度的不同的有效方法。3.3.3 蜂窩小區(qū)容量的改善蜂窩小區(qū)容量的改善小小區(qū)分裂區(qū)分裂v選擇小區(qū)分裂擴(kuò)容發(fā)應(yīng)遵循以下原則：選擇小區(qū)分裂擴(kuò)容發(fā)應(yīng)遵循以下原則：（1）確保已建基站可繼續(xù)使用；）確保已建基站可繼續(xù)使用；（2）

30、應(yīng)保持頻譜復(fù)用方式的規(guī)則性與重復(fù)性；）應(yīng)保持頻譜復(fù)用方式的規(guī)則性與重復(fù)性；（3）盡量減少或避免過(guò)渡區(qū)；）盡量減少或避免過(guò)渡區(qū)；（4）確保今后可繼續(xù)進(jìn)行小區(qū)分裂；）確保今后可繼續(xù)進(jìn)行小區(qū)分裂；3.3.3 蜂窩小區(qū)容量的改善蜂窩小區(qū)容量的改善小小區(qū)分裂區(qū)分裂v全向小區(qū)分裂為全向小區(qū)的方法主要有：全向小區(qū)分裂為全向小區(qū)的方法主要有：v1：3分裂法；分裂法；1：4分裂法；全向小區(qū)分裂為分裂法；全向小區(qū)分裂為全向及定向小區(qū)的方法有：全向及定向小區(qū)的方法有：1：7分裂法；全分裂法；全向小區(qū)分裂為定向小區(qū)的方法有：向小區(qū)分裂為定向小區(qū)的方法有：134分裂法及分裂法及163分裂法；分裂法；v定向小區(qū)分裂為定向

31、小區(qū)的方法有：六角形定向小區(qū)分裂為定向小區(qū)的方法有：六角形邊中心分裂法及六角形頂點(diǎn)分裂法。邊中心分裂法及六角形頂點(diǎn)分裂法。3.3.3 蜂窩小區(qū)容量的改善蜂窩小區(qū)容量的改善小小區(qū)分裂區(qū)分裂v1：4分裂法：在原頂點(diǎn)激勵(lì)的基礎(chǔ)上展開(kāi)，分裂法：在原頂點(diǎn)激勵(lì)的基礎(chǔ)上展開(kāi)，在兩個(gè)原基站連線的中心點(diǎn)上加設(shè)新的基站。在兩個(gè)原基站連線的中心點(diǎn)上加設(shè)新的基站。3.3.3 蜂窩小區(qū)容量的改善蜂窩小區(qū)容量的改善小小區(qū)分裂區(qū)分裂v六角形頂點(diǎn)分裂法六角形頂點(diǎn)分裂法3.3.3 蜂窩小區(qū)容量的改善蜂窩小區(qū)容量的改善小小區(qū)分裂區(qū)分裂v六角形中心分裂法六角形中心分裂法3.3.3 蜂窩小區(qū)容量的改善蜂窩小區(qū)容量的改善-小區(qū)分裂小區(qū)

32、分裂用戶密度不等時(shí)的小區(qū)結(jié)構(gòu)用戶密度不等時(shí)的小區(qū)結(jié)構(gòu)2扇區(qū)的概念扇區(qū)的概念v可以通過(guò)使用定向天線代替基站中單獨(dú)的一根全向可以通過(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)。天線輻射某一特定的扇區(qū)。v由于使用了定向天線，小區(qū)將只接收同頻小區(qū)中一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。部分小區(qū)的干擾。v這種使用定向天線來(lái)減小同頻干擾，從而提高系統(tǒng)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）。容量的技術(shù)叫做裂向（即扇區(qū)化）。v同頻干擾減小的因素決定

33、于使用扇區(qū)的數(shù)目。同頻干擾減小的因素決定于使用扇區(qū)的數(shù)目。 2扇區(qū)的概念扇區(qū)的概念v利用定向天線來(lái)改變同頻干擾，一般用利用定向天線來(lái)改變同頻干擾，一般用120度扇區(qū)或度扇區(qū)或60度扇區(qū)。度扇區(qū)。 圖圖3-5 扇區(qū)劃分扇區(qū)劃分3.4 移動(dòng)通信中的多址技術(shù)移動(dòng)通信中的多址技術(shù) v3.4.1 多址通信的概念多址通信的概念v3.4.2 FDMA方式方式v3.4.3 TDMA方式方式v3.4.4 CDMA方式方式v3.4.5 SDMA方式方式3.4.1 多址通信的概念多址通信的概念 v問(wèn)題描述：?jiǎn)栴}描述： 移動(dòng)通信系統(tǒng)中基站的多路工作和移動(dòng)臺(tái)的單移動(dòng)通信系統(tǒng)中基站的多路工作和移動(dòng)臺(tái)的單路工作形成了移動(dòng)通

34、信的一大特點(diǎn)。路工作形成了移動(dòng)通信的一大特點(diǎn)。 基站以怎么的信號(hào)傳輸方式發(fā)送信號(hào)，使各移基站以怎么的信號(hào)傳輸方式發(fā)送信號(hào)，使各移動(dòng)臺(tái)能從中識(shí)別發(fā)送給本移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)？動(dòng)臺(tái)能從中識(shí)別發(fā)送給本移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)？ 基站如何識(shí)別來(lái)自各個(gè)不同移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)？基站如何識(shí)別來(lái)自各個(gè)不同移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)？ 多址方式是移動(dòng)通信網(wǎng)體質(zhì)范疇，關(guān)系到系統(tǒng)多址方式是移動(dòng)通信網(wǎng)體質(zhì)范疇，關(guān)系到系統(tǒng)容量，小區(qū)構(gòu)成，頻譜和信道利用效率以及系統(tǒng)復(fù)容量，小區(qū)構(gòu)成，頻譜和信道利用效率以及系統(tǒng)復(fù)雜性。雜性。3.4.1 多址通信的概念多址通信的概念 v1多址接入多址接入v2多址接入方式多址接入方式v許多用戶同時(shí)通話，以不同的信道分隔，防許多用戶同

35、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，稱為通信的連接，稱為多址連接多址連接。3.4.1 多址通信的概念多址通信的概念v分類分類多址接入方式多址接入方式建立多址接入時(shí)區(qū)分信道的依據(jù)建立多址接入時(shí)區(qū)分信道的依據(jù)頻分多址方式（頻分多址方式（FDMAFDMA）傳輸信號(hào)的載波頻率不同傳輸信號(hào)的載波頻率不同時(shí)分多址方式（時(shí)分多址方式（TDMATDMA）傳輸信號(hào)存在的時(shí)間不同傳輸信號(hào)存在的時(shí)間不同碼分多址方式（碼分多址方式（CDMACDMA）傳輸信號(hào)的碼型

36、不同傳輸信號(hào)的碼型不同3.4.1 多址通信的概念多址通信的概念圖圖3-6 FDMA、TDMA和和CDMA的示意圖的示意圖3.4.2 FDMA方式方式每個(gè)用戶分配一個(gè)信道，即一對(duì)頻譜每個(gè)用戶分配一個(gè)信道，即一對(duì)頻譜較高的頻譜用作前向信道即基站向移動(dòng)臺(tái)方向的信道較高的頻譜用作前向信道即基站向移動(dòng)臺(tái)方向的信道較低的頻譜用作反向信道即移動(dòng)臺(tái)向基站方向的信道較低的頻譜用作反向信道即移動(dòng)臺(tái)向基站方向的信道必須同時(shí)占用必須同時(shí)占用2 2個(gè)信道（個(gè)信道（2 2對(duì)頻譜）才能實(shí)現(xiàn)雙工通信對(duì)頻譜）才能實(shí)現(xiàn)雙工通信基站必須同時(shí)發(fā)射和接收多個(gè)不同頻率的信號(hào)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

37、通信都必須經(jīng)過(guò)基站的中轉(zhuǎn)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)圖圖3-7 FDMA系統(tǒng)的工作示意圖系統(tǒng)的工作示意圖1FDMA系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理v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)頻隙用戶頻道之間，設(shè)有保護(hù)頻隙圖圖3-8 FDMA系統(tǒng)頻譜分割示意圖系統(tǒng)頻譜分割示意圖2FDMA系統(tǒng)中的干擾問(wèn)題系統(tǒng)中的干擾問(wèn)題 干擾方式干擾方式起起 因因解決方法解決方法互調(diào)干擾互調(diào)干擾系統(tǒng)內(nèi)非線性器件產(chǎn)生的各種組系統(tǒng)內(nèi)非線性器件產(chǎn)生的各種組合頻率成份落入本頻

38、道接收機(jī)通合頻率成份落入本頻道接收機(jī)通帶內(nèi)帶內(nèi)選用無(wú)互調(diào)的選用無(wú)互調(diào)的頻率集頻率集鄰道干擾鄰道干擾相鄰信道信號(hào)中存在的寄生輻射相鄰信道信號(hào)中存在的寄生輻射落入本頻道接收機(jī)帶內(nèi)落入本頻道接收機(jī)帶內(nèi)加大頻道間的加大頻道間的隔離度隔離度同頻干擾同頻干擾相鄰小區(qū)群中同信道信號(hào)的信號(hào)相鄰小區(qū)群中同信道信號(hào)的信號(hào)造成的干擾造成的干擾適當(dāng)選擇同頻適當(dāng)選擇同頻道干擾抑制因道干擾抑制因子子Q Q3FDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn) v FDMA信道每次只能傳送一路電話。信道每次只能傳送一路電話。v 每信道占用一個(gè)載頻，相鄰載頻之間的間每信道占用一個(gè)載頻，相鄰載頻之間的間隔應(yīng)滿足傳輸信號(hào)帶寬的要求。隔應(yīng)滿足傳輸信號(hào)帶寬

39、的要求。v 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，無(wú)需自適應(yīng)均衡。實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，無(wú)需自適應(yīng)均衡。v 移動(dòng)臺(tái)較簡(jiǎn)單，和模擬的較接近。移動(dòng)臺(tái)較簡(jiǎn)單，和模擬的較接近。3FDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn) v 基站復(fù)雜龐大，重復(fù)設(shè)置收發(fā)信設(shè)備。基站復(fù)雜龐大，重復(fù)設(shè)置收發(fā)信設(shè)備。v FDMA系統(tǒng)每載波單個(gè)信道的設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)每載波單個(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)，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。從而限制鄰近信道間的相互干擾。v 越區(qū)切換較為復(fù)雜和困難。越區(qū)切換較為復(fù)雜和困難。3.4.3 TDMA方式方式v時(shí)

40、分多址：時(shí)隙劃分，時(shí)隙獨(dú)享，頻率共享。時(shí)分多址：時(shí)隙劃分，時(shí)隙獨(dú)享，頻率共享。1TDMA系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理v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v每個(gè)時(shí)隙就是一個(gè)通信信道，分配給一個(gè)用戶每個(gè)時(shí)隙就是一個(gè)通信信道，分配給一個(gè)用戶v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)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)收發(fā)信號(hào)收發(fā)信號(hào)MS3MS2 時(shí)隙時(shí)隙幀幀時(shí)隙時(shí)隙N時(shí)隙時(shí)隙3時(shí)隙時(shí)隙2時(shí)隙時(shí)隙1保護(hù)比特保護(hù)比特信息數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)同步

41、比特同步比特尾比特尾比特一個(gè)一個(gè)TDMATDMA幀幀圖圖3-9 TDMA系統(tǒng)工作示意圖系統(tǒng)工作示意圖圖圖310 TDMA幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)2.TDMA系統(tǒng)的同步與定時(shí)系統(tǒng)的同步與定時(shí)v同步和定時(shí)是同步和定時(shí)是TDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)正常工作的前提。移動(dòng)通信系統(tǒng)正常工作的前提。vTDMA的幀同步和位同步是由幀結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)來(lái)保證的。的幀同步和位同步是由幀結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)來(lái)保證的。v位同步位同步針對(duì)每個(gè)時(shí)隙，是接收機(jī)正確解調(diào)的基礎(chǔ)針對(duì)每個(gè)時(shí)隙，是接收機(jī)正確解調(diào)的基礎(chǔ)v幀同步幀同步針對(duì)每個(gè)幀，進(jìn)行復(fù)用針對(duì)每個(gè)幀，進(jìn)行復(fù)用/解復(fù)用所需解復(fù)用所需v系統(tǒng)定時(shí)系統(tǒng)定時(shí)全網(wǎng)同步，時(shí)間基準(zhǔn)全網(wǎng)同步，時(shí)間基準(zhǔn)v主從同步主從同步v獨(dú)立

42、時(shí)鐘同步獨(dú)立時(shí)鐘同步3TDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn) v（1）突發(fā)傳輸?shù)乃俾矢撸h(yuǎn)大于語(yǔ)音編碼速率，每路編碼）突發(fā)傳輸?shù)乃俾矢撸h(yuǎn)大于語(yǔ)音編碼速率，每路編碼速率設(shè)為速率設(shè)為Rbit/s，共，共N個(gè)時(shí)隙，則在這個(gè)載波上傳輸?shù)乃俾蕚€(gè)時(shí)隙，則在這個(gè)載波上傳輸?shù)乃俾蕦⒋笥趯⒋笥贜Rbit/s。v（2）發(fā)射信號(hào)速率隨）發(fā)射信號(hào)速率隨N的增大而提高。的增大而提高。v（3）TDMA用不同的時(shí)隙來(lái)發(fā)射和接收，因此不需雙工器。用不同的時(shí)隙來(lái)發(fā)射和接收，因此不需雙工器。v（4）基站復(fù)雜性減小。）基站復(fù)雜性減小。v（5）抗干擾能力強(qiáng)，頻率利用率高，系統(tǒng)容量大。）抗干擾能力強(qiáng)，頻率利用率高，系統(tǒng)容量大。v（6）越區(qū)切換

43、簡(jiǎn)單。）越區(qū)切換簡(jiǎn)單。v 3.4.4 CDMA方式方式vCDMA：碼形劃分，時(shí)隙、頻率共享。：碼形劃分，時(shí)隙、頻率共享。 MSC MS1 MS2 MS3 C1 C1 C2 C2 C3 C3 BS 1CDMA系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理 vCDMA系統(tǒng)為每個(gè)用戶分配了各自特定的地系統(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。址碼，利用公共信道來(lái)傳輸信息。vCDMA系統(tǒng)的地址碼相互具有準(zhǔn)正交性，以系統(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)間和空間上都可能區(qū)別地址，而在頻率、時(shí)間和空間上都可能重疊。重疊。v優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)容量大，抗干擾、抗多徑能力強(qiáng)。優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)容量大，抗干擾、抗多徑能力強(qiáng)

44、。2正交正交Walsh函數(shù)函數(shù) vWalsh函數(shù)有良好的互相關(guān)和較好的自相關(guān)特性。函數(shù)有良好的互相關(guān)和較好的自相關(guān)特性。v（1）Walsh函數(shù)波形函數(shù)波形連續(xù)連續(xù)Walsh函數(shù)波形圖函數(shù)波形圖2正交正交Walsh函數(shù)函數(shù)v（2）Walsh函數(shù)矩陣的遞推關(guān)系式函數(shù)矩陣的遞推關(guān)系式2正交正交Walsh函數(shù)函數(shù)2正交正交Walsh函數(shù)函數(shù)v利用利用Walsh函數(shù)矩陣的遞推關(guān)系，可得到函數(shù)矩陣的遞推關(guān)系，可得到6464陣列的陣列的Walsh序列。序列。v這些序列在這些序列在 Qualcomm-CDMA數(shù)字蜂窩移數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中被做為前向碼分信道。動(dòng)通信系統(tǒng)中被做為前向碼分信道。v因?yàn)槭钦淮a，可

45、供碼分的信道數(shù)等于正交因?yàn)槭钦淮a，可供碼分的信道數(shù)等于正交碼長(zhǎng)，即碼長(zhǎng)，即64個(gè)；并采用個(gè)；并采用64位的正交位的正交Walsh函函數(shù)來(lái)用做反向信道的編碼調(diào)制，這是利用了數(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。序列的良好的互相關(guān)特性。3m序列偽隨機(jī)碼序列偽隨機(jī)碼v（1）m序列的生成序列的生成vm序列是最長(zhǎng)移位寄存器序列的簡(jiǎn)稱，它是序列是最長(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)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。的一種序列。vm序列的發(fā)生器是由移位寄存器、反饋抽頭序列的發(fā)生器是由移位寄存器、反饋抽頭及模及模2加法器組成的

46、。加法器組成的。 3m序列偽隨機(jī)碼序列偽隨機(jī)碼圖圖3-13 m序列產(chǎn)生電路序列產(chǎn)生電路3m序列偽隨機(jī)碼序列偽隨機(jī)碼v（2）m系列的特性系列的特性 vm系列有許多優(yōu)良的特性，主要是它的隨機(jī)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。性和自相關(guān)性。 v m序列的性質(zhì)序列的性質(zhì)vm序列一個(gè)周期內(nèi)序列一個(gè)周期內(nèi)“1”和和“0”的碼元數(shù)大致的碼元數(shù)大致相等（相等（“1”比比“0”只多一個(gè)）。只多一個(gè)）。v這個(gè)特性保證了在擴(kuò)頻系統(tǒng)中，用這個(gè)特性保證了在擴(kuò)頻系統(tǒng)中，用m序列做序列做平衡調(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。度。3m序列偽隨機(jī)碼序列偽隨機(jī)碼vm序列中

47、連續(xù)為序列中連續(xù)為“1”或或“0”的那些元素稱為的那些元素稱為游程。在一個(gè)游程中元素的個(gè)數(shù)稱為游程長(zhǎng)游程。在一個(gè)游程中元素的個(gè)數(shù)稱為游程長(zhǎng)度。度。vm序列和其移位后的序列逐位模序列和其移位后的序列逐位模2加，所得的加，所得的序列還是序列還是m序列，只是相位不同。序列，只是相位不同。vm序列發(fā)生器中的移位寄存器的各種狀態(tài)，序列發(fā)生器中的移位寄存器的各種狀態(tài)，除全除全0外，其他狀態(tài)在一個(gè)周期內(nèi)只出現(xiàn)一次。外，其他狀態(tài)在一個(gè)周期內(nèi)只出現(xiàn)一次。3m序列偽隨機(jī)碼序列偽隨機(jī)碼v m序列的相關(guān)性序列的相關(guān)性v對(duì)于一個(gè)周期為對(duì)于一個(gè)周期為P=2n1的的m序列序列an（an取值取值1或或0），），m序列的自相關(guān)

48、函數(shù)如下所述。序列的自相關(guān)函數(shù)如下所述。 3m序列偽隨機(jī)碼序列偽隨機(jī)碼v設(shè)設(shè)m序列序列an與其后移與其后移t位的序列位的序列an+t逐位逐位模模2加所得的序列加所得的序列an+an+t中，中，“0”的位的位數(shù)為數(shù)為A（序列（序列an和和an+t相同的位數(shù)），相同的位數(shù)），“1”的位數(shù)為的位數(shù)為D（序列（序列an和和an+t不相同的不相同的位數(shù)），則自相關(guān)函數(shù)由下式計(jì)算：位數(shù)），則自相關(guān)函數(shù)由下式計(jì)算： 3m序列偽隨機(jī)碼序列偽隨機(jī)碼v式中式中A為為“0”位數(shù)或相同的位數(shù)；位數(shù)或相同的位數(shù)；D為為“1”位位數(shù)或不相同的位數(shù)。顯然數(shù)或不相同的位數(shù)。顯然P=A+D。 10( )10RP （3-10）

49、3m序列偽隨機(jī)碼序列偽隨機(jī)碼v有時(shí)偽隨機(jī)碼的碼元用有時(shí)偽隨機(jī)碼的碼元用1和和1表示，與表示，與0和和1表示法的對(duì)應(yīng)關(guān)系是表示法的對(duì)應(yīng)關(guān)系是“0”變成變成“1”、“1”變變成成“1”，即，即m序列序列an的取值是的取值是1或或1，此，此時(shí)時(shí)m序列的自相關(guān)函數(shù)可由下式計(jì)算：序列的自相關(guān)函數(shù)可由下式計(jì)算： 3m序列偽隨機(jī)碼序列偽隨機(jī)碼圖圖3-14 m序列自相關(guān)函數(shù)圖序列自相關(guān)函數(shù)圖3m序列偽隨機(jī)碼序列偽隨機(jī)碼v圖圖3-13所示電路產(chǎn)生的所示電路產(chǎn)生的m序列的自相關(guān)特性序列的自相關(guān)特性如表如表3-2所示。所示。 3m序列偽隨機(jī)碼序列偽隨機(jī)碼v 序列的互相關(guān)性序列的互相關(guān)性vm序列的互相關(guān)性是指相同周期

50、序列的互相關(guān)性是指相同周期P=2n1兩個(gè)不同兩個(gè)不同的的m序列序列an、bn一致的程度。其互相關(guān)值越接近一致的程度。其互相關(guān)值越接近于于0，說(shuō)明這兩個(gè)，說(shuō)明這兩個(gè)m序列差別越大，即互相關(guān)性越序列差別越大，即互相關(guān)性越弱；反之，說(shuō)明這兩個(gè)弱；反之，說(shuō)明這兩個(gè)m序列差別較小，即互相關(guān)序列差別較小，即互相關(guān)性較強(qiáng)。當(dāng)性較強(qiáng)。當(dāng)m序列用作序列用作CDMA系統(tǒng)的地址碼時(shí)，必系統(tǒng)的地址碼時(shí)，必須選擇互相關(guān)值很小的須選擇互相關(guān)值很小的m序列組，以避免用戶之間序列組，以避免用戶之間的相互干擾，減小多址干擾（的相互干擾，減小多址干擾（MAI）。）。 4CDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn) v CDMA系統(tǒng)的許多用戶共享

51、同一頻率。系統(tǒng)的許多用戶共享同一頻率。v 通信容量大。通信容量大。v 容量的軟特性。容量的軟特性。v 由于信號(hào)被擴(kuò)展在一較寬頻譜上從而可以由于信號(hào)被擴(kuò)展在一較寬頻譜上從而可以減小多徑衰落。減小多徑衰落。v 在在CDMA系統(tǒng)中，信道數(shù)據(jù)速率很高。系統(tǒng)中，信道數(shù)據(jù)速率很高。v 平滑的軟切換和有效的宏分集。平滑的軟切換和有效的宏分集。v 低信號(hào)功率譜密度。低信號(hào)功率譜密度。4CDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn)vCDMA系統(tǒng)存在著兩個(gè)重要的問(wèn)題，一個(gè)問(wèn)系統(tǒng)存在著兩個(gè)重要的問(wèn)題，一個(gè)問(wèn)題是來(lái)自非同步題是來(lái)自非同步CDMA網(wǎng)中不同用戶的擴(kuò)頻網(wǎng)中不同用戶的擴(kuò)頻序列不完全是正交的，這種擴(kuò)頻碼集的非零序列不完全是正交

52、的，這種擴(kuò)頻碼集的非零互相關(guān)系數(shù)會(huì)引起各用戶間的相互干擾，即互相關(guān)系數(shù)會(huì)引起各用戶間的相互干擾，即多址干擾（多址干擾（MAI），在異步傳輸信道以及多），在異步傳輸信道以及多徑傳播環(huán)境中多址干擾將更為嚴(yán)重。徑傳播環(huán)境中多址干擾將更為嚴(yán)重。v另一個(gè)問(wèn)題是另一個(gè)問(wèn)題是“遠(yuǎn)遠(yuǎn)近近”效應(yīng)效應(yīng)。 3.4.5 SDMA方式方式v通過(guò)空間的分割來(lái)區(qū)別不同的用戶通過(guò)空間的分割來(lái)區(qū)別不同的用戶 常與常與FDMAFDMA、TDMATDMA、CDMACDMA結(jié)合使用結(jié)合使用工作原理工作原理應(yīng)用：蜂窩系統(tǒng)中反向鏈路的困難應(yīng)用：蜂窩系統(tǒng)中反向鏈路的困難自適應(yīng)式陣列天線自適應(yīng)式陣列天線3.4.5 SDMA方式方式 v使用定

53、向波束天線在不同用戶方向上形成不同的波束；使用定向波束天線在不同用戶方向上形成不同的波束；v相同的頻率（在相同的頻率（在TDMATDMA或或CDMACDMA系統(tǒng)中）或不同的頻率（在系統(tǒng)中）或不同的頻率（在FDMAFDMA系統(tǒng)中）用來(lái)服務(wù)于被天線波束覆蓋的這些不同區(qū)域。系統(tǒng)中）用來(lái)服務(wù)于被天線波束覆蓋的這些不同區(qū)域。圖圖3-15 SDMA系統(tǒng)的工作示意圖系統(tǒng)的工作示意圖 3.4.5 SDMA方式方式-蜂窩系統(tǒng)中蜂窩系統(tǒng)中反向鏈路的困難反向鏈路的困難反向鏈路的困難反向鏈路的困難原因原因解決方法解決方法用戶端的發(fā)射功率用戶端的發(fā)射功率必須必須動(dòng)態(tài)控制動(dòng)態(tài)控制各用戶和基站間無(wú)各用戶和基站間無(wú)線線傳播路

54、徑傳播路徑的不同的不同采用采用空分多空分多址方式址方式反向反向控制用戶的控制用戶的空間輻射能空間輻射能量量對(duì)用戶端發(fā)射功率對(duì)用戶端發(fā)射功率的的控制程度受限控制程度受限發(fā)射受到用戶單元發(fā)射受到用戶單元電池能量電池能量的限制的限制 3.4.5 SDMA方式方式-自適應(yīng)式陣列自適應(yīng)式陣列天線天線v自適應(yīng)式天線提供了最理想的自適應(yīng)式天線提供了最理想的SDMA SDMA 無(wú)窮小波束寬度無(wú)窮小波束寬度無(wú)窮大快速搜索能力無(wú)窮大快速搜索能力提供在本小區(qū)內(nèi)不受其他用戶干擾提供在本小區(qū)內(nèi)不受其他用戶干擾 的唯一信道的唯一信道克服多徑干擾和同信道干擾克服多徑干擾和同信道干擾3.4.6 系統(tǒng)容量系統(tǒng)容量v系統(tǒng)容量系統(tǒng)

55、容量定義定義在一定的頻段內(nèi)所能提供的最大信道數(shù)，或最大用戶數(shù)，在一定的頻段內(nèi)所能提供的最大信道數(shù)，或最大用戶數(shù)，或系統(tǒng)流入話務(wù)量總和。或系統(tǒng)流入話務(wù)量總和。與信道的載頻間隔、每載頻的時(shí)隙數(shù)、頻率資源和頻率與信道的載頻間隔、每載頻的時(shí)隙數(shù)、頻率資源和頻率復(fù)用方式、及基站設(shè)置方式有關(guān)。復(fù)用方式、及基站設(shè)置方式有關(guān)。v無(wú)線容量無(wú)線容量m m是衡量無(wú)線系統(tǒng)頻譜效率的參數(shù)，取決是衡量無(wú)線系統(tǒng)頻譜效率的參數(shù)，取決于載波干擾功率比于載波干擾功率比C/IC/I和帶寬和帶寬B Bc c。蜂窩系統(tǒng)的無(wú)線容量蜂窩系統(tǒng)的無(wú)線容量： 信道信道/ /小區(qū)小區(qū)B Bt t系統(tǒng)總頻譜，系統(tǒng)總頻譜， B Bc c信道帶寬，信道

56、帶寬，N N頻譜重用小區(qū)數(shù)。頻譜重用小區(qū)數(shù)。tCBmB N1FDMA和和TDMA蜂窩系統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)的容量的容量 v對(duì)模擬對(duì)模擬FDMA系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，頻率重用的小區(qū)數(shù)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，頻率重用的小區(qū)數(shù)為為N由所需的載干比來(lái)決定。即：由所需的載干比來(lái)決定。即：vFDMA的無(wú)線容量：的無(wú)線容量：N =23CI （3-16） m =tc23BBCI 信道/小區(qū) （3-17） 1FDMA和和TDMA蜂窩系統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)的容量的容量v對(duì)數(shù)字對(duì)數(shù)字TDMA系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于數(shù)字信道所要求的載系統(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干比可以比模擬制的小45dB （因數(shù)字系統(tǒng)有糾（因數(shù)字系統(tǒng)有糾錯(cuò)措施），因而頻率復(fù)用距離

57、可以再近一些。錯(cuò)措施），因而頻率復(fù)用距離可以再近一些。TDMA的無(wú)線容量如下：的無(wú)線容量如下：v設(shè)載波間隔為設(shè)載波間隔為Bc，每載波共有，每載波共有M個(gè)時(shí)隙，則等效帶個(gè)時(shí)隙，則等效帶寬為寬為 ICBBmct32ccBBM 2CDMA蜂窩系統(tǒng)的容量蜂窩系統(tǒng)的容量vCDMA系統(tǒng)的容量是系統(tǒng)的容量是干擾受限干擾受限的，而的，而FDMA和和TDMA系統(tǒng)的容量是系統(tǒng)的容量是帶寬受限帶寬受限的。的。v決定決定CDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng)容量的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)容量的主要參數(shù)：主要參數(shù)：v處理增益、處理增益、 、語(yǔ)音負(fù)載周期（即語(yǔ)、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音激活率）、頻率再用效率以及基站

58、天線扇區(qū)數(shù)。區(qū)數(shù)。 b0EN2CDMA蜂窩系統(tǒng)的容量蜂窩系統(tǒng)的容量v對(duì)于一般的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，接收信號(hào)的載干比可以寫成對(duì)于一般的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，接收信號(hào)的載干比可以寫成 v式中式中Eb ： 信息的比特能量；信息的比特能量；Rb ：信息的比特速率；：信息的比特速率；N0：干擾功率譜密度；干擾功率譜密度； W是總頻段寬度；是總頻段寬度； Eb / N0類似于歸一類似于歸一化信噪比，決定于系統(tǒng)對(duì)誤比特率或語(yǔ)音質(zhì)量的要求；化信噪比，決定于系統(tǒng)對(duì)誤比特率或語(yǔ)音質(zhì)量的要求； W / Rb：系統(tǒng)的處理增益。：系統(tǒng)的處理增益。2CDMA蜂窩系統(tǒng)的容量蜂窩系統(tǒng)的容量v若若m m個(gè)用戶共用一個(gè)無(wú)線頻道，假設(shè)到達(dá)一個(gè)接

59、收機(jī)的信個(gè)用戶共用一個(gè)無(wú)線頻道，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：號(hào)強(qiáng)度和各干擾強(qiáng)度都相等，則載干比為：v如果考慮背景熱噪聲，則能夠接入此系統(tǒng)的用戶數(shù)可表如果考慮背景熱噪聲，則能夠接入此系統(tǒng)的用戶數(shù)可表示為：示為：v （信道（信道/ /小區(qū)）小區(qū)） v結(jié)果表明結(jié)果表明 在誤比特率一定的條件下，在誤比特率一定的條件下，降低熱噪聲功率降低熱噪聲功率，減小減小歸一化信噪比歸一化信噪比，增大系統(tǒng)的處理增益增大系統(tǒng)的處理增益都將有利于提高系都將有利于提高系統(tǒng)的容量。統(tǒng)的容量。11 mICCNERWmbb 012CDMA蜂窩系統(tǒng)的容量蜂窩系統(tǒng)的容量v（1）采用語(yǔ)音激活技術(shù)提高系統(tǒng)

60、容量）采用語(yǔ)音激活技術(shù)提高系統(tǒng)容量 v（2）利用扇區(qū)劃分提高系統(tǒng)容量）利用扇區(qū)劃分提高系統(tǒng)容量v（3）頻率再用）頻率再用2CDMA蜂窩系統(tǒng)的容量蜂窩系統(tǒng)的容量 （1）采用語(yǔ)音激活技術(shù)提高系統(tǒng)容量）采用語(yǔ)音激活技術(shù)提高系統(tǒng)容量v在典型的全雙工通話中，話音的激活期（占空比）在典型的全雙工通話中，話音的激活期（占空比）d d 通常通常小于小于35%35%，如果，如果CDMACDMA系統(tǒng)在話音停頓時(shí)停止信號(hào)發(fā)射，其系統(tǒng)在話音停頓時(shí)停止信號(hào)發(fā)射，其他用戶受到的干擾會(huì)相應(yīng)地平均減少他用戶受到的干擾會(huì)相應(yīng)地平均減少65%65%，從而使系統(tǒng)容，從而使系統(tǒng)容量提高到原來(lái)的量提高到原來(lái)的1/d=2.861/d=2