第4章蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)

1、第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 第第4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 4.1 頻率資源的管理與有效利用技術(shù)頻率資源的管理與有效利用技術(shù) 4.2 區(qū)域覆蓋與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)區(qū)域覆蓋與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 4.3 蜂窩移動通信的多址接入技術(shù)蜂窩移動通信的多址接入技術(shù) 4.4 多址方式與系統(tǒng)容量多址方式與系統(tǒng)容量 4.5 蜂窩移動通信的交換技術(shù)蜂窩移動通信的交換技術(shù) 4.6 蜂窩移動通信的信令技術(shù)蜂窩移動通信的信令技術(shù) 4.7 蜂窩移動通信網(wǎng)的連接蜂窩移動通信網(wǎng)的連接 習(xí)題習(xí)題 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 4.1 頻率資源的管理與有效利

2、用技術(shù)頻率資源的管理與有效利用技術(shù) 4.1.1 頻率資源的管理 頻率是一種特殊資源， 它并不是取之不盡的。 與別的資源相比， 它有一些特殊的性質(zhì)， 例如： 無線電頻率資源不是消耗性的， 用戶只是在某一空間和時間內(nèi)占用， 用完之后依然存在， 不使用或使用不當(dāng)都是浪費； 電波傳播不分地區(qū)與國界； 它具有時間、 空間和頻率的三維性， 可以從這三方面實施其有效利用， 提高其利用率； 它在空間傳播時容易受到來自大自然和人為的各種噪聲和干擾的污染。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 4.1.2 頻率的有效利用技術(shù) 頻率的有效利用就是從時間域、 空間域和頻率域這三個方面采用多種技

3、術(shù)， 以設(shè)法提高頻率的利用率。 1. 時間域的頻率有效利用 在某一地區(qū)， 如果某一用戶固定占用了某一信道， 但事實上它不可能占用全部時間。 在該用戶空閑的時間內(nèi)， 任何其它用戶都無法再使用這個信道， 只能讓它閑置著， 這是很大的浪費。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 2. 空間域的頻率有效利用 在某一地區(qū)(空間)使用了某一頻率之后， 只要能控制電波輻射的方向和功率， 在相隔一定距離的另一地區(qū)可以重復(fù)使用這一頻率， 這就是頻率復(fù)用。 蜂窩移動通信網(wǎng)就是根據(jù)這一概念組成的。 在頻率復(fù)用的情況下， 會有若干電臺使用同一頻率。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移

4、動通信的組網(wǎng)技術(shù) 3. 頻率域的頻率有效利用 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)。 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)， 如低速率語音編碼等； 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)， 如窄帶和超窄帶調(diào)頻、插入導(dǎo)頻振幅壓擴單邊帶調(diào)制以及各種窄帶數(shù)字調(diào)制技術(shù)。應(yīng)用窄帶化技術(shù)減小信道間隔后， 可在有限的頻段內(nèi)設(shè)置更多的信道， 從而提高頻率的利用率。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 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、 時分多址(TDMA)、 碼分多址(CDMA)以及它們的組

5、合等。 綜上所述， 頻率的有效利用技術(shù)如表4 - 1所列。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 表 4 - 1 頻率的有效利用技術(shù) 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 頻率有效利用的評價準(zhǔn)則是頻率利用率。 它定義為(頻率利用率)= 通信業(yè)務(wù)量 使用頻譜空間的大小 通信業(yè)務(wù)量以話務(wù)量A表示， 則 WStA第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 4.1.3 多信道共用技術(shù) 1. 多信道共用的概念 多信道共用， 就是多個無線信道為許多移動臺所共用， 或者說， 網(wǎng)內(nèi)大量用戶共享若干無線信道。 這與有線用戶共享中繼線的概念相似，

6、目的也是為了提高信道利用率。 我們先看下面三種不同方案組成的三個系統(tǒng)。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 方案一： 一個移動臺配置一個無線信道。 方案二： 88 個移動臺， 配 8 個信道。 方案三： 88 個移動臺， 8 個信道， 但移動臺不分組， 即這8個信道同屬于這88個移動臺。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 2. 多信道共用的特點 1) 呼叫話務(wù)量與忙時話務(wù)量 話務(wù)量是度量通信系統(tǒng)通話業(yè)務(wù)量或繁忙程度的指標(biāo)。 其性質(zhì)如同客流量， 具有隨機性， 只能用統(tǒng)計方法獲取。 所謂呼叫話務(wù)量， 是指單位時間(一小時)內(nèi)的平均電話交換量，

7、可用下面關(guān)系式表示 ACt0 (4 - 1) 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 1 我國話務(wù)量日分布圖 02468 10 12 14 16 18 20 22 24鐘點102030同時占線平均數(shù)第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 2 廣東某市的蜂窩網(wǎng)日話務(wù)量分布圖 02468 10 12 14 16 18 20 22 24t / h歸 屬 區(qū) 用 戶漫 游 用 戶話 務(wù) 量 / Er1第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 用戶忙時話務(wù)量是指一天中最忙的那個小時(即“忙時”之意)， 每個用戶的平均

8、話務(wù)量， 用AB來表示。 AB是一個統(tǒng)計平均值。 同時， 將忙時話務(wù)量與全日話務(wù)量之比稱為集中系數(shù)， 用K表示。 因為 K反映了這個通信系統(tǒng)“忙時”的集中程度， 即忙時話務(wù)量在全天話務(wù)量中所占的比例。 通常， K為7%15。 這樣， 我們便可以得到每個用戶忙時話務(wù)量的表達(dá)式)Erl(3600CKTAB (4 - 2) 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 2) 容量在多信道共用時， 容量有兩種表示法。系統(tǒng)所能容納的用戶數(shù)(M)BAAM (4 - 3) 每個信道所能容納的用戶數(shù)(m) BnAAnMm (4 - 4) 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)

9、技術(shù) 3) 呼損率 M個用戶共用n個信道時， 由于用戶數(shù)遠(yuǎn)大于信道數(shù)， 即Mn， 因此， 會出現(xiàn)超過n個用戶同時要求通話而信道數(shù)不足的情況。 這時， 只能保證n個用戶通話。 而另一部分用戶雖然發(fā)出呼叫， 但因無信道而不能通話， 稱為呼叫失敗。 在一個通信系統(tǒng)中， 呼叫失敗的概率稱為呼叫損失概率， 簡稱呼損率， 記為B。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 設(shè)A為呼叫成功而接通電話的話務(wù)量， 簡稱完成話務(wù)量。 C0為 1 小時內(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間， 則完成話務(wù)量為CCCCCAAABtCAi000 (4 - 5) (4- 6)于是呼損

10、率為 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 如果呼叫具有下列性質(zhì)： 每次呼叫相互獨立， 互不相關(guān)， 即呼叫具有隨機性； 每次呼叫在時間上都有相同的概率； 每個用戶選用無線信道是任意的， 且是等概的。 則呼損率可按下式計算：niinnniAnAnAAAnAB02! 2! 11!(4 - 7) 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 這就是電話工程中的第一愛爾蘭公式， 也稱愛爾蘭B公式。 它以解析式的形式反映了系統(tǒng)呼損率(B)、 信道數(shù)(n)和總話務(wù)量(A)三者的關(guān)系。 通過計算可得出目前話務(wù)工程計算中廣泛使用的愛爾蘭呼損表， 如表 4 2(略)所示。

11、 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) (1) 嚴(yán)格地說， 移動通信系統(tǒng)并不完全滿足推導(dǎo)此公式的三個前提條件， 尤其是在小話務(wù)量時偏差較大。 但是， 作為一般的估算， 這個公式及其損失概率表還是可用的。 因此，它在移動通信工程中一直被廣泛地使用。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) (2) 表中的A是損失制的總話務(wù)量， 它由完成話務(wù)量和損失話務(wù)量兩部分組成。 從該表所給出的數(shù)據(jù)可以清楚地看出： 當(dāng)呼損率一定的條件下， 總話務(wù)量A隨信道數(shù)n的增加而增加； 而在信道數(shù)n一定的條件下， 總話務(wù)量隨呼損率B的增加而增加。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的

12、組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 3. 信道利用率 多信道共用時， 信道利用率是指每個信道平均完成的話務(wù)量。 因此 nBAnA)1 ( (4 - 8) 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 從圖4 - 3可以看出， 采用多信道共用， 信道的利用率有明顯的提高， 但是， 當(dāng)共用信道數(shù)超過 10 個后， 信道利用率曲線將趨向平緩。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 3 共用信道數(shù)與其信道的利用率的關(guān)系 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75n0.10.20.30.40.50.60.70.

13、80.91.0n3n2n1nc123cB10.005B20.002B30.05第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 4. 舉例 設(shè)每個用戶的忙時話務(wù)量AB=0.01Erl， 呼損率B=10， 現(xiàn)有8個無線信道，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系統(tǒng)， 試分別計算它們的容量和利用率。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 4 無線電信道轉(zhuǎn)換效應(yīng) 20n1234 5 6 7 8 910100m90807060504030201098765432120%10%B5%每用戶忙時話務(wù)量為0.01Erl第第4 4章章 蜂窩移動

14、通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖4 - 4的先決條件是每個移動臺忙時話務(wù)量為0.01 Erl。 當(dāng)忙時話務(wù)量不是0.01 Erl時， 雖不可直接利用此曲線， 但可間接使用這個曲線。 因為知道B和n后， 可以利用圖4 - 4查出m。 根據(jù)式(4 - 4)BnAAm 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 將m、 n和AB(=0.01 Erl)代入上式就可求出總話務(wù)量A。 根據(jù)愛爾蘭B公式， 總話務(wù)量A僅取決于B和n， 與忙時話務(wù)量無關(guān)。 因此， 僅當(dāng)忙時話務(wù)量由AB-0.01Erl變成AB時， 每個信道所能容納的移動臺數(shù)(記為m)，可由下式求得BAmm01. 0(4

15、 - 9)第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 5. 空閑信道的選取 1) 專用呼叫信道方式 這種方式是在網(wǎng)中設(shè)置專門的呼叫信道， 專用于處理用戶的呼叫， 向用戶發(fā)出選呼， 指定通信用的語音信道等。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 2) 標(biāo)明空閑信道方式 標(biāo)明空閑信道方式可分為“循環(huán)定位”、 “循環(huán)不定位”、 “標(biāo)明多個空閑信道的循環(huán)分散定位”和“標(biāo)明多個空閑信道的循環(huán)不定位”等多種方法。 (1) 循環(huán)定位。 這種方式不設(shè)置專門的呼叫信道， 所有的信道都可供通話， 選擇呼叫與通話可在同一信道上進(jìn)行。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂

16、窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) (2) 循環(huán)不定位方式。 為了減小同搶概率， 移動臺循環(huán)掃描而不定位是有利的。 該方式是基站在所有的空閑信道上都發(fā)出空閑標(biāo)志信號， 不通話的移動臺始終處于循環(huán)掃描狀態(tài)。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) (3) 標(biāo)明多個空閑信道的循環(huán)分散定位方式。 上面說的定位方式是基站標(biāo)明了一個空閑信道， 所有沒通話的移動臺都定位在這同一個信道， 當(dāng)移動臺主呼時的同搶概率大。 (4) 標(biāo)明多個空閑信道的循環(huán)不定位方式。 上面說的不定位方式是基站在所有的空閑信道上都發(fā)出空閑標(biāo)志， 也就是說所有空閑信道的發(fā)射機都要開機。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂

17、窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 4.2 區(qū)域覆蓋與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)區(qū)域覆蓋與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 4.2.1 區(qū)域覆蓋 任何移動通信網(wǎng)都有一定的服務(wù)區(qū)域， 無線電波輻射必須覆蓋整個區(qū)域。 由VHF和UHF的傳播特性可知， 一個基站只能在其天線高度的視距范圍為移動用戶提供服務(wù)。 這樣的覆蓋區(qū)稱為一個無線電區(qū)， 或簡稱小區(qū)。 網(wǎng)的服務(wù)范圍若很大， 或者地形復(fù)雜， 則需幾個小區(qū)才能覆蓋整個服務(wù)區(qū)。 例如， 公路、 鐵路、 海岸等就需用若干個小區(qū)的帶狀網(wǎng)絡(luò)才能進(jìn)行覆蓋， 如圖4 - 5所示。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖4 - 5 帶狀網(wǎng)絡(luò) 小 區(qū)小 區(qū)河 道鐵 路ABABABC(a)(b)第第

18、4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 1. 帶狀網(wǎng) 基站天線若用全向輻射， 覆蓋區(qū)形狀是圓形的。 帶狀網(wǎng)宜采用定向天線， 使每個小區(qū)呈扁圓形。 帶狀網(wǎng)可進(jìn)行頻率再用。 若以采用不同信道的兩個小區(qū)組成一個區(qū)群， 如圖4 - 5(a)所示， 稱為雙頻制。若以采用不同信道組的三個小區(qū)組成一個區(qū)群小區(qū)， 如圖4 - 5(b)所示， 稱為三頻制。 從造價和頻率資源的利用而言， 雙頻制最好； 但從抗同道干抗而言， 則雙頻制最差， 還應(yīng)考慮多頻制。 設(shè)n頻制的帶狀網(wǎng)絡(luò)如圖4 - 6所示。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 6 帶狀網(wǎng)的同道干擾 a1

19、23rnn1d1(2 n1) r na3r2 ads第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 表 4 - 3 帶狀網(wǎng)的同頻干擾 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 2. 蜂窩網(wǎng) 1) 小區(qū)的形狀 全向天線輻射的覆蓋區(qū)是個圓形。 為了不留空隙地覆蓋整個平面的服務(wù)區(qū)， 一個個圓形輻射區(qū)之間一定含有很多的交疊。 在考慮交疊之后， 實際上每個輻射區(qū)的有效覆蓋區(qū)是一個多邊形。 根據(jù)交疊情況不同， 若在周圍相間120設(shè)置三個鄰區(qū)， 則有效覆蓋區(qū)為正三角形； 若相間90設(shè)置四個鄰區(qū)， 則有效覆蓋區(qū)為正方形， 若相間60設(shè)置6個鄰區(qū)， 則有效覆蓋區(qū)為正六邊形， 小

20、區(qū)形狀如圖4 - 7所示。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 7 小區(qū)的形狀 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 表 4 - 4 三種形狀小區(qū)的比較 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 2) 正六邊形無線區(qū)群的構(gòu)成 (1) 構(gòu)成的條件。 蜂窩式移動電話網(wǎng)通常是先由若干鄰接的無線小區(qū)組成一個無線區(qū)群， 再由若干無線區(qū)群構(gòu)成整個服務(wù)區(qū)。 為了防止同頻干擾， 要求每個區(qū)群(即單位無線區(qū)群)中的小區(qū)， 不得使用相同頻率， 只有在不同的無線區(qū)群中， 才可使用相同的頻率。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩

21、移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 單位無線區(qū)群的構(gòu)成應(yīng)滿足以下兩個基本條件： 若干單位無線區(qū)群彼此鄰接組成蜂窩式服務(wù)區(qū)域； 鄰接單位無線區(qū)群中的同頻無線小區(qū)的中心間距相等。 在滿足條件的情況下， 構(gòu)成單位無線區(qū)群的小區(qū)個數(shù)N為 N=a2+ab+b2 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 8 各種單位無線區(qū)群的結(jié)構(gòu)圖形 13 23211321243413672541367254dgdgdgdgdgdg(a)(b)(c)第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) (2) 激勵方式。 在劃分區(qū)域時， 若基地站位于無線小區(qū)的中心， 則采用全向天線實現(xiàn)無線區(qū)的覆蓋

22、，通常稱這種方式為“中心激勵”， 前述內(nèi)容均屬這種方式。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 9 頂點激勵方式 (a)(b)第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 10 常用無線小區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖 (a)(b)D2D3D1E2E3E1G2G3G1B2B3B1F2F3F1A2A3A1C2C3C1G2G3G1F2F3F1E2E3E1D2D3D1E2E3E1DBCGAFE第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) (3) 無線小區(qū)模型。 瑞典愛立信公司(ERICSSON)建議采用三葉草形 21 個無線小區(qū)模型， 如

23、圖4 - 11所示。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖4 - 11 三葉草形21個無線 B1B3B2G1C1A1C3G2C2G3A3A2F1D1E1D3F2D2F3E2E3第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 市區(qū)密度高一些， 郊區(qū)就低一些。 針對這種情況， 用戶密度高的地區(qū)(如市區(qū))， 應(yīng)將無線小區(qū)劃得小一些， 或分配的信道數(shù)多一些。 對于密度低的地區(qū)， 小區(qū)就可劃得大一些或配給的信道數(shù)少一些。 一個實際的服務(wù)區(qū)域小區(qū)劃分的結(jié)構(gòu)， 如圖4 - 12所示， 圖中的數(shù)字表示信道數(shù)。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技

24、術(shù) 圖4 - 12 用戶密度不等時， 服務(wù)區(qū)劃分的舉例 10101010101010101010101010101010101010101010101055551010105510151510551515151051051015151055101010555555555555555555555555第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 考慮到用戶數(shù)隨時間的增長而不斷增加， 當(dāng)原有無線小區(qū)的用戶密度高到出現(xiàn)話務(wù)阻塞時， 可以將原有無線小區(qū)進(jìn)一步細(xì)分(一分為二或一分為四)， 以增大系統(tǒng)的容量和密度， 如圖4 - 13所示。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信

25、的組網(wǎng)技術(shù) 圖4 - 13 無線區(qū)分解的示意圖 原基地站新基地站第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) (4) 直放站。 在組網(wǎng)布局時， 出于經(jīng)費及地形、 地物等方面的考慮， 會出現(xiàn)覆蓋不到的地域， 通常稱為盲區(qū)或死角， 如圖4 - 14所示。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 14 蜂窩移動網(wǎng)的盲區(qū)(死角) 盲區(qū)(死角)BS2BS1BSB1BS3BS4BSB2BSC1BSC2第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 即使不考慮經(jīng)費問題， 在設(shè)計布局時， 也不可避免地會出現(xiàn)盲區(qū)， 如城市高大建筑群、 會議大廳、

26、地鐵車站、 高速公路等。 為了使死角變活， 消除盲區(qū)， 通常在適當(dāng)?shù)胤浇⒅狈耪荆?以溝通盲區(qū)移動臺與基地站的通信。 直放站實際上就是一個同頻放大的中繼站， 通過它把基地站部分信道引過來， 以實現(xiàn)接收和轉(zhuǎn)發(fā)來自基地站和移動臺的信號， 如圖4 - 15所示。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 15 蜂窩網(wǎng)中的直放站 基 地 站反 向 天 線前 向 天 線移 動 臺直 放 機第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 4.2.2 移動通信網(wǎng)的組成 1. 小區(qū)制移動通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu) 為了實現(xiàn)移動用戶和移動用戶之間或移動用戶和市話用戶之間的通信，

27、 移動通信網(wǎng)必須具有交換控制功能。 通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同， 所需的交換控制功能及交換控制區(qū)域組成亦不同。 在大區(qū)制中， 移動用戶只要在服務(wù)區(qū)內(nèi)， 無論移動到何處， 信息交換和控制都是通過一個基地站進(jìn)行的， 所以比較簡單。 但在小區(qū)制移動通信網(wǎng)中， 基地站很多， 而移動臺又沒有固定的位置。 為了便于控制和交換， 通常采用如圖4 - 16所示的移動通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 16 移動通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu) 小區(qū)1 小區(qū)2 小區(qū)3 小區(qū)4位置區(qū)2位置區(qū)1MSC區(qū)業(yè)務(wù)區(qū) 小區(qū)1 小區(qū)3基地站區(qū)小區(qū)2MSC區(qū)小區(qū)4基地站區(qū)位置區(qū)1MSC交換中心MSC交換中

28、心轉(zhuǎn)接局轉(zhuǎn)接局移動通信網(wǎng)(PLMN)市話網(wǎng)(PSTN)第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 2. 蜂窩網(wǎng)的同頻復(fù)用與同道干擾問題 采用蜂窩結(jié)構(gòu)時， 由于頻率復(fù)用會產(chǎn)生所謂同信道干擾。 這是一種可以聽懂的干擾， 或稱為串話， 影響到通信的保密。 所以， 頻率復(fù)用必須進(jìn)行周密設(shè)計， 使同信道干擾在所允許的水平之下。 最常用的頻率復(fù)用設(shè)計是每 7 個蜂窩為一組， 其中各個蜂窩具有互相不同的一組頻點， 共有7組頻點。 其它 7 個蜂窩里重復(fù)使用這7組頻率， 如圖4 - 17(a)所示。 其它的設(shè)計規(guī)則還有如圖4 - 17(b)、 (c)、 (d)所示的幾種。 第第4 4章章 蜂

29、窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 17 頻率復(fù)用設(shè)計 27615436576 1 J 4ID1(a)8379871214564987982312(b)22132313123 13 2 13232(c)243411243 4321234(d)IJD第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 3. 頻率復(fù)用距離 頻率復(fù)用距離D是指最近的兩個同頻點小區(qū)中心之間的距離。 如圖4 - 17所示， 在一個小區(qū)中心或相鄰小區(qū)中心作兩條與區(qū)的邊界垂直的直線， 其夾角為120。 此兩直線分別連接到最近的兩個同頻點小區(qū)中心， 其長度分別為I和J。 于是， 頻率復(fù)用距離為 D

30、2=I2+J2-2IJ cos120=I2+IJ+J2 (4 - 10) I=2iH， J=2jH 式中， H是區(qū)中心到邊的垂直距離RH23 (4 - 11) 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 式中， R是小區(qū)半徑。 因而 jRJiRI3,3將I， J式代入式(4 - 10)， 并令 N = i2 +j2 + ij (4 - 12)可得NRD3(4 - 13) 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 4. 同道干擾 由于采用同一頻點的兩個信道會相互產(chǎn)生可懂的干擾， 稱為同道干擾。 可懂干擾的影響是更大的， 因為可懂干擾更容易干擾注意力而且引起失

31、密。 因此， 解決同信道干擾是組網(wǎng)的一個重要問題。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 假定小區(qū)的大小相同， 這決定于規(guī)定信號強度的覆蓋范圍。 這也就是說手機的接收門限按小區(qū)的大小調(diào)節(jié)。 于是， 在某一小區(qū)中接收機接收到它的基站的最小載波強度C與小區(qū)半徑的冪R成反比， 即 CR- (4 - 14)第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 式中， 是傳播路徑損耗的斜率， 一般取4。 同時， 該接收機接收到的同信道干擾I是它所在小區(qū)周圍的各個同頻點小區(qū)的干擾之和。 由于來自各小區(qū)的干擾與頻率復(fù)用距離Dl成反比， 有LllDI1 (4 - 15) 第第4

32、 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 18 第一層同信道干擾 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 如果只考慮第一層的干擾， 如圖4 - 18所示， L= 6(L為第一層同頻小區(qū)數(shù))， Dl=D(l=1, 2, , 6)， 則式(4 - 15)變?yōu)?I6D- (4 - 16) 若不考慮本小區(qū)中的局部干擾， 則載波干擾比為NICqqDRIC36616/1(4 - 18) (4 - 17) 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 4.3 蜂窩移動通信的多址接入技術(shù)蜂窩移動通信的多址接入技術(shù) 4.3.1 概述 1. 多址接入

33、的概念 在無線通信環(huán)境中的電波覆蓋區(qū)內(nèi)， 如何建立用戶之間的無線信道的聯(lián)接， 這便是多址聯(lián)接問題。 在移動通信中， 也稱多址接入問題。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 2. 多址接入方式 在移動通信系統(tǒng)中， 基站覆蓋區(qū)內(nèi)存在許多移動臺， 移動臺必須能識別基站發(fā)射的信號中哪一個是發(fā)往本地址的信號， 基站也必須能從眾多移動臺發(fā)射的信號中識別并區(qū)分出每一個移動臺所發(fā)射的信號， 這樣才能建立通信。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 多址(接入)技術(shù)的基礎(chǔ)是信號正交原理。 無線電信號可表達(dá)為時間、 頻率和碼型的函數(shù)， 即可寫作 s(c， f， t

34、)=c(t)s(f， t) (4 - 21) 式中， c(t)為碼型函數(shù)， s(f， t)為一般的時間(t)、 頻率(f)的函數(shù)。 當(dāng)c(t)=1時 s(c， f， t)=s(f， t) (4 - 22) 這就是常見的信號表達(dá)式。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖4 - 19 三種多址方式示意圖 (a) FDMA; (b) TDMA； (c) CDMA tFif(a)tTif(b)tCif(c)第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) (1) 頻分多址(FDMA)。 圖4 - 19(a)所示為時間-頻率域上的頻分多址(FDMA)示意圖。 信號

35、的頻分多址正交條件為jijidftfstfsjFii, 0, 1),(),(i, j=1, 2, ， k) (4 - 23)第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) (2) 時分多址(TDMA)。 圖4 - 19(b)所示為時間-頻率域上的時分多址(TDMA)示意圖。 信號的時分多址正交條件為jijidftfstfsjTii, 0, 1),(),(i, j=1, 2, ， k) (4 - 24)第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) (3) 碼分多址(CDMA)。 圖4 - 19(c)所示為時間、 頻率和碼型的三維空間中的碼分多址(CDMA)示意圖。

36、信號的碼分多址正交條件為jijidftfctfcjTi, 0, 1),(),(i, j=1, 2, ， k) (4 - 25)第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 3. 多址接入與信道 (1) 物理信道。 信道是傳輸信息的通道， 依傳輸媒介的不同， 信道可分為有線信道和無線信道兩大類。 (2) 數(shù)字蜂窩移動通信的信道。 由于頻分多址技術(shù)發(fā)展較早也最為成熟， 因此早期的蜂窩移動通信系統(tǒng)是建立在頻分多址的基礎(chǔ)之上。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 4.3.2 FDMA系統(tǒng)原理 1. 原理 在FDMA系統(tǒng)中， 每一個移動用戶分配有一個地址， 即在

37、一個射頻頻帶內(nèi)， 每個移動用戶分配有一個頻道， 且這些頻道在頻域上互不重疊。 圖4 - 20所示為一個基站BS與k個移動臺MS構(gòu)成的FDMA系統(tǒng)。 移動臺的發(fā)射頻道即移動臺向基站方向的信道叫作反向信道。 它們的頻譜分割如圖4 - 21所示。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 20 FDMA示意圖 MS1MS2反向信道f1f2MSkfkf1前向信道f2fkBS第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 21 FDMA的頻道劃分 f1f2fkf1f2fkFg反向信道Fg保護(hù)頻帶前向信道第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移

38、動通信的組網(wǎng)技術(shù) 2. FDMA系統(tǒng)的特點 FDMA蜂窩通信系統(tǒng)具有以下特點： 以頻率復(fù)用為基礎(chǔ)的蜂窩結(jié)構(gòu)； 以每一頻道為一個話路的模擬或數(shù)字信號傳輸； 以頻帶或頻道的劃分來構(gòu)成宏小區(qū)、 微小區(qū)、 微微小區(qū)； 由于FDMA蜂窩系統(tǒng)是以頻道來分離用戶地址的， 所以它是頻道受限和干擾受限的系統(tǒng)； 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) FDMA系統(tǒng)需要周密的頻率計劃； 對發(fā)射信號功率控制的要求不嚴(yán)格； 基站的硬件設(shè)備取決于頻率計劃和頻道的配置； 基站是多部不同載波頻率發(fā)射機同時工作的。第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 3. FDMA系統(tǒng)中的干擾問題

39、 FDMA系統(tǒng)是基于頻率分劃信道， 每個用戶在一對頻道(f - f)中通信。 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通帶內(nèi)造成對有用信號的干擾。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 2) 鄰道干擾 鄰道干擾是指相鄰波道信號中存在的寄生輻射落入本頻道接收機通帶內(nèi)造成對有用信號的干擾。 當(dāng)鄰道干擾功率足夠大時， 將對有用信號造成損害。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) MS1f1MS2f2BSd2d1圖 4 - 22 鄰道干擾的模型 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 移

40、動環(huán)境下電波傳播的路徑損耗與距離的次方成反比， 因此， 距d1、 d2對基站接收機引入的相對附加損耗為 21lg40ddLa(4 - 26) 若基站接收機中頻濾波器的阻帶特性為 2121212112lg3 . 0lbddfkfffkffA(4 - 27) (4 - 28) 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 3) 同頻道干擾 同頻道干擾是指相鄰區(qū)群中同波道小區(qū)的信號造成的干擾。 它與蜂窩結(jié)構(gòu)和頻率計劃密切相關(guān)。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 4.3.3 TDMA系統(tǒng)原理 1. 原理 TDMA系統(tǒng)是基于時間分割信道。 每個移動用戶分配有一

41、個地址， 即在一個時間段(時幀)內(nèi)每個移動用戶分配有一個時隙， 如圖4 - 23所示， MS1占用時隙1， MS2占用時隙2， MSk占用時隙k， 且這些時隙在時域上互不重疊。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 23 TDMA示意圖 MS1MS2MSk1212k1212k2112kttt時隙幀BS第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 前向傳輸和反向傳輸可以采用頻分的方法， 也可以采用時分的方法。 前者， 前向信道與反向信道的載波頻率不同， 叫頻分雙工通信。 頻分雙工TDMA系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)如圖4 - 24所示。 后者， 前向信道與反向

42、信道的載波頻率相同， 叫時分雙工通信。 時分雙工TDMA系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)如圖4 - 25所示。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 24 頻分前向/反向信道的幀結(jié)構(gòu) TN1 TN2 TN3 TN4 TN5 TN1 TN2 TN3 TN4 TN5 TN1 TN2 TN3 TN4 TN5時隙號幀號前向信道f1123451234512345f幀1幀2幀3tTN1 TN2 TN3 TN4 TN5 TN1 TN2 TN3 TN4 TN5 TN1 TN2 TN3 TN4 TN5時隙號幀號反向信道f1123451234512345f幀1幀2幀3t第第4 4章章 蜂窩移動通信

43、的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 25 時分前向/反向信道的幀結(jié)構(gòu) 125TN1 TN2TN5前向信道125TN6 TN7TN10反向信道125TN1 TN2TN5前向信道125TN6 TN7TN10反向信道幀1幀2tf第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 2. TDMA時幀結(jié)構(gòu) TDMA幀是TDMA系統(tǒng)的基本時幀單元， 它是由時隙組成的， 如圖4 - 26所示。 在時隙內(nèi)傳送的信號叫突發(fā)或叫子幀。 為保證相鄰時隙中的突發(fā)不發(fā)生重疊， 設(shè)有保護(hù)時間Tg。 突發(fā)的內(nèi)容包括報頭和報文(消息)。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4

44、 - 26 TDMA的幀結(jié)構(gòu) A報頭報文(消息)BCDABTDMA幀tTg時隙突發(fā)f第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 3. TDMA系統(tǒng)的同步與定時 (1) TDMA系統(tǒng)突發(fā)定時關(guān)系。 由于移動臺的運動， 使得通信雙方的距離每時每刻都是變化的， 各移動臺與基站距離的隨機變化會給突發(fā)定時帶來偏差。 各移動臺按原來分配的時隙發(fā)送的突發(fā)信號會因距離的變化而引起傳播時延的變化， 時延的不同將會造成基站所接收的來自不同移動臺的突發(fā)之間發(fā)生重疊， 造成嚴(yán)重干擾。 圖4 - 27示出兩個移動臺MS1和MS2因傳播時延不同對TDMA系統(tǒng)反向信道突發(fā)定時的影響。 第第4 4章章 蜂窩

45、移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 27 TDMA系統(tǒng)反向信道突發(fā)定時關(guān)系 MS1突發(fā)時隙1移動臺MS1發(fā)送MS2突發(fā)時隙22時隙2 MS1MS21時隙1ttt移動臺MS2發(fā)送基站接收接收突發(fā)重疊反向信道突發(fā)到達(dá)的時間關(guān)系第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) (2) TDMA的系統(tǒng)定時。 系統(tǒng)定時也稱網(wǎng)同步， 它是TDMA系統(tǒng)建立通信的關(guān)鍵。 通常， TDMA系統(tǒng)定時可采用獨立時鐘法， 也可采用主-從時鐘法。 獨立時鐘法要求系統(tǒng)內(nèi)的每一個終端都設(shè)有高精度時鐘， 經(jīng)過全網(wǎng)定時校正后， 利用時鐘的高穩(wěn)定性保持系統(tǒng)的高精度定時同步。 也可利用全球定位系統(tǒng)(G

46、PS)， 由各個終端配備的GPS接收機獲得的GPS時基使全網(wǎng)定時同步。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) (3) 定時保護(hù)時間。 定時保護(hù)時間是根據(jù)基站覆蓋小區(qū)半徑和電波傳播時延來確定的。 若小區(qū)半徑為R， 光速為c， 則電波傳播時延為cR第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) (4) TDMA系統(tǒng)的特點。 TDMA蜂窩通信系統(tǒng)有如下特點： 窄帶TDMA系統(tǒng)是以頻率重用為基礎(chǔ)的蜂窩結(jié)構(gòu)； 小區(qū)內(nèi)以TDMA方式建立信道； 以每一時隙為一個話路的數(shù)字信號傳輸； 由于TDMA蜂窩系統(tǒng)是以時隙來分離用戶地址的， 所以它是時隙受限和干擾受限的系統(tǒng)； 第第

47、4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) TDMA系統(tǒng)需要嚴(yán)格的系統(tǒng)定時同步； 對發(fā)射信號功率控制的要求不嚴(yán)格； 基站發(fā)送設(shè)備在單一載波上工作， 時隙(信道)的動態(tài)配置只取決于系統(tǒng)軟件； 由于移動臺只在指配的時隙接收來自基站的信號， 可在其它時隙中接收網(wǎng)絡(luò)信息或接收來自相鄰基站的信號， 有利于網(wǎng)絡(luò)管理和越區(qū)切換。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 4.3.4 CDMA系統(tǒng)原理 1. 原理 FDMA是以頻道的不同來區(qū)分地址的， 其特點是頻帶獨占， 而時間資源共享。 TDMA是以時隙的不同來區(qū)分地址的， 其特點是時隙獨占， 而頻率資源共享。 CDMA系統(tǒng)

48、是基于碼型分割信道。 每個移動用戶分配有一個地址碼， 而這些碼型互不重疊。其特點是頻率和時間資源均為共享。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 28 CDMA示意圖 MS1MS2反向信道C1C2MSkCkC1前向信道C2CkBS第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) C1f1前向信道C2C3CiCkC1f1反向信道C2C3CiCk圖 4 28 CDMA碼分道信 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 在有中心站的CDMA系統(tǒng)中， 例如， 在由基站-移動臺構(gòu)成的蜂窩通信系統(tǒng)中， 采用頻率劃分前向/反向信道的方式。

49、在無中心站的CDMA系統(tǒng)中， 前向反向信道均采用碼型劃分的方式， 如圖4 - 30所示。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 30 無中心站CDMA系統(tǒng)碼分信道 C1C2C3CiCk第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 2. CDMA蜂窩系統(tǒng)的碼分選址與碼序列 CDMA的基本原理是基于擴展頻譜技術(shù)， 這里結(jié)合數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)討論其具體的應(yīng)用。 在碼分多址數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)中， 利用PN序列作為碼分序列可實現(xiàn)如下功能： 碼分基站站址識別； 碼分信道識別； 用戶身份識別。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技

50、術(shù) 3. 正交Walsh函數(shù) (1) Walsh函數(shù)波形。 連續(xù) Walsh函數(shù)的波形如圖4 - 31所示。 利用Walsh函數(shù)的正交性， 可作為碼分多址的地址碼。 若對圖中的Walsh函數(shù)波形在 8 個等間隔點上取樣， 可得到離散Walsh函數(shù)， 用88的Walsh函數(shù)矩陣表示。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 1 1 1 10 0 1 1 1 1 0 00 0 1 1 0 0 1 10 1 1 0 0 1 1 00 1 1 0 1 0 0 10 1 0 1 1 0 1 00 1 0 1 0 1 0 1 圖4 - 3

51、1所示W(wǎng)alsh函數(shù)對應(yīng)的矩陣可寫作第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 31 Walsh函數(shù)波形 011ttttttttWal(0, t)Wal(1, t)Wal(2, t)Wal(3, t)Wal(4, t)Wal(5, t)Wal(6, t)Wal(7, t)第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) (2) Walsh函數(shù)矩陣的遞推關(guān)系。 0110110010100000100022222242HHHHHHH第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 10010110001111000101101011110000

52、011001101100110010101010000000004444428HHHHHHNNNNNHHHHH2(4 - 29) 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 4. CDMA系統(tǒng)的特點 CDMA蜂窩通信系統(tǒng)有如下特點： 窄帶CDMA系統(tǒng)是以頻率重用為基礎(chǔ)的蜂窩結(jié)構(gòu)。 每個基站只需一個無線電臺。 小區(qū)內(nèi)以 CDMA方式建立信道。 以每一碼型為一個話路的數(shù)字信號傳輸， 不需設(shè)置保護(hù)時隙或保護(hù)頻帶。 由于CDMA蜂窩系統(tǒng)是以碼型來區(qū)分用戶地址的， 所以它僅是干擾受限的系統(tǒng)。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) CDMA系統(tǒng)需要系統(tǒng)的定時同步，

53、 但與TDMA系統(tǒng)相比， 系統(tǒng)的同步要求不嚴(yán)格。 CDMA系統(tǒng)對移動臺的發(fā)射信號功率控制要求非常嚴(yán)格。 移動用戶可隨時接入信道， 并建立通信。 系統(tǒng)具有一定的過載能力， 即軟系統(tǒng)容量。 移動臺并行處理 CDMA信號， 除接收來自本小區(qū)基站的信號外， 可同時接收來自相鄰基站的信號， 有利于選擇最佳信號進(jìn)行可靠的越區(qū)切換， 并且， 這種越區(qū)切換只改變地址碼， 而不改變載波頻率， 即所謂軟切換。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 10便于采用語音激活技術(shù)來減少同道干擾， 增加系統(tǒng)容量。 11 CDMA系統(tǒng)的相關(guān)接收具有抗多徑能力。 不像FDMA、 TDMA系統(tǒng)那樣， 當(dāng)傳

54、輸速率大于10 kb/s 時， 需要信道均衡。 12扇區(qū)化的目的是為了增加系統(tǒng)容量， 而FDMA、 TDMA系統(tǒng)中扇區(qū)化是為了減少干擾。 13CDMA擴展頻譜的寬帶信號在移動環(huán)境中， 特別是在城市移動通信環(huán)境中， 衰落對信號的影響較小。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 14 模擬系統(tǒng)/CDMA數(shù)字系統(tǒng)雙模式工作時， 易于系統(tǒng)間轉(zhuǎn)換。 15 不需頻率或時隙的動態(tài)分配和管理。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 4.4 多址方式與系統(tǒng)容量多址方式與系統(tǒng)容量 4.4.1 載干比 CI與系統(tǒng)容量 通信質(zhì)量的指標(biāo)可用載干比 CI作度量。 模擬系統(tǒng)接

55、收端射頻的 CI是與基帶 SN密切相關(guān)， 而 SN決定著語音質(zhì)量。 在數(shù)字系統(tǒng)中， CI是與基帶 EbI0 密切相關(guān)。 且有bcbcbbRBIEBRIEIC/00 (4 - 30) 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 4.4.2 FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的容量 同信道干擾是對蜂窩系統(tǒng)容量的制約因素。 因為FDMA的頻道和TDMA中的時隙只能指配給一個呼叫， 在此期間是不允許其它呼叫共享該頻道或該時隙的。 同信道干擾來自于距離Ds =qR的同頻小區(qū)。 假設(shè)在6個同信道干擾源的最惡劣的環(huán)境， 路徑損耗按4次方規(guī)律考慮， 可得到以每小區(qū)信道數(shù)為單位的無線電容量m， 對于F

56、DMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)容量可表示為 2/1/)(3/2(/sctICMKBBm (4 - 31) 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 4.4.3 CDMA蜂窩系統(tǒng)的容量 蜂窩系統(tǒng)采用CDMA的主要目的是為了獲得大的容量。 在CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)中， 由于在 相鄰小區(qū)可以使用相同的無線頻道， 在小區(qū)內(nèi)也可共用一個無線頻道， 所以它存在兩種同信道干擾， 即相鄰小區(qū)同信道干擾和本小區(qū)同信道干擾。 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 圖 4 - 32 CDMA系統(tǒng)中兩種同道干擾減少因子 小區(qū)站址SlRq 1DR小區(qū)站址R小區(qū)站址lSq 2D

57、RD2R第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 1. 載干比與系統(tǒng)用戶數(shù) 對于CDMA蜂窩系統(tǒng)而言， 式(4 - 30)的Bc即是CDMA信號帶寬， 而(BcRb)是CDMA系統(tǒng)的擴頻因子， 它表征系統(tǒng)的擴頻處理增益。 對于有M個用戶的擴頻系統(tǒng)， 假設(shè)每一用戶的信號都受到其它M-1個用戶信號的干擾， 并假定到達(dá)接收機的有用信號功率和各個無用信號功率都相等， 則接收信號的載干比可定義為一個有用信號和M-1個無用信號的功率比， 即11MIC(4 - 32) 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 若M1時， 上式可寫作CI=1M， 考慮到式(4 - 30

58、)， 可得系統(tǒng)用戶數(shù)M的表達(dá)式為0/IERBCIMbbc(4 - 33) 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 1) 考慮語音激活因子的系統(tǒng)用戶數(shù) 因為CDMA系統(tǒng)是多用戶共享頻譜資源和時間資源的系統(tǒng)， 特別適合人類語音間歇激活的自然性質(zhì)。 語音激活期只占35， 將減少共信道干擾， 即可增加系統(tǒng)容量10.35倍。 若引入語音激活因子d， 式(4 - 33)則變?yōu)閐IERBCIMbbc)/(/0 (4 - 34) 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 2) 考慮扇區(qū)化因子和語音激活因子的系統(tǒng)用戶數(shù) 用方向性天線將小區(qū)分成扇形覆蓋區(qū)， 稱為扇區(qū)化。

59、在CDMA系統(tǒng)中， 扇區(qū)化的目的是為了增加系統(tǒng)容量。 系統(tǒng)容量的增加由扇區(qū)化因子G來表征。 例如， 一個小區(qū)分成 3 個扇區(qū)將使系統(tǒng)容量增加 3 倍， 即G=3。 引入扇區(qū)化因子后， 式(4 - 34)則變?yōu)閐IEGRBCIMbbc)/()/(0(4 - 35) 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 3) 考慮頻率復(fù)用效率、 扇區(qū)化因子和語音激活因子的系統(tǒng)用戶數(shù) CDMA系統(tǒng)是多用戶共享頻譜資源的系統(tǒng)。 從理論上講， 頻率復(fù)用效率F可為1。 但是， 在給定CI條件下， 共信道干擾的影響將使頻率復(fù)用效率小于1并接近1， 它比FDMA和TDMA的頻率復(fù)用效率都大。 考慮到頻

60、率復(fù)用效率F因素后， 式(4 - 35)則變?yōu)閐IEGFRBCIMbbc)/()/(0(4 - 36) 第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 2. CDMA蜂窩所需的(CI)s 若已知Rb=8 kb/s， Bc=1.25MHz， 由式(4 - 30)知， CI=(EbI0)(RbBc)， 故有RbBc=-21.9dB， 當(dāng)EbI0=7dB時， 則有 (CI)s=7-21.9=-14.9dB 當(dāng)EbI0=4.5dB時， 則有 (CI)s=4.5-21.9=-17.4dB第第4 4章章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 3. 依前向鏈路可計算出系統(tǒng)的無線容量(m