第一章移動通信概述課件

1、先導案例 隨著社會的快速發(fā)展，人們要求在移動中與別人進行語音、視頻、圖像、數(shù)據(jù)等信息的有效、可靠和安全地通信，實現(xiàn)這種方式的通信系統(tǒng)稱為移動通信系統(tǒng)，系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖1-1所示，系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸和處理流程如圖1 -2所示與有線通信系統(tǒng)相比，移動通信系統(tǒng)有什么特點?采用什么方式?信號處理采用哪些技術(shù)?如何組網(wǎng)?掌握這些概念對于了解移動通信有十分重要的意義。下一頁返回1.1 移動通信的特點 移動通信屬于無線通信，通信終端設備是可移動的，傳輸信號以電磁波的形式在空間進行傳輸，傳輸線路不再固定。因為傳輸線路的開放性，移動通信的通話質(zhì)量不如有線通信好，但移動通信帶給人們生產(chǎn)和生活上的方便足以彌補其缺陷

2、，加之隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，其通信質(zhì)量也不斷提高，手機已成為人們生活的一部分。我國目前擁有全世界最多的移動用戶，擁有覆蓋范圍廣、最大的移動通信網(wǎng)，手機產(chǎn)量約占全球的1/3，是名副其實的手機生產(chǎn)大國。與其他通信方式相比，移動通信具有自身的特點。下一頁返回1.1 移動通信的特點1.電波傳輸條件惡劣，存在嚴重的多徑衰落現(xiàn)象由于移動用戶的通信地點可能處在高樓林立的城市中心繁華區(qū)、以一般性建筑物為主的近郊小城鎮(zhèn)區(qū)和以山丘、湖泊、平原為主的農(nóng)村及遠郊區(qū)三類典型區(qū)域，這會導致電磁波的傳播由于受到地形、各種地物的影響而產(chǎn)生繞射、發(fā)射和散射，使得到達接收端的信號是多路的合成，合成信號的幅度、相位和到達時間隨機

3、變化，從而嚴重影響通信的質(zhì)量。這就是所謂的多徑衰落現(xiàn)象，如圖1 -3所示在移動通信系統(tǒng)中，采用分集接收技術(shù)抗多徑衰落。 上一頁下一頁返回1.1 移動通信的特點2.具有多普勒效應 由于移動用戶可能在高速車載的運動中進行，當運動速度達到70 km/h，接收信號的頻率隨著速度和入射角而變化，使接收信號的電平起伏變化，即出現(xiàn)多普勒效應。在移動通信系統(tǒng)中，使用鎖相環(huán)技術(shù)可以降低多普勒效應帶來的信號不穩(wěn)定的影響。上一頁下一頁返回1.1 移動通信的特點3.存在遠近效應 由于移動用戶和接收設備的距離是隨機變化的，當距離近時接收信號強，當距離遠時接收信號弱，距離的變化會使接收信號的電平起伏變化;另外，由于通信系

4、統(tǒng)是在強干擾下工作的，如果距離近處的信號是干擾信號，則在接收端會發(fā)生強干擾信號壓制遠處弱有用信號的現(xiàn)象。上述的兩種情況統(tǒng)稱為遠近效應。解決遠近效應的技術(shù)是功率控制技術(shù)。 4.用戶經(jīng)常移動 由于移動用戶在通信區(qū)域內(nèi)是隨機運動的，為了實現(xiàn)實時可靠的通信，要求移動通信系統(tǒng)必須具有位置登記、越區(qū)切換及漫游訪問等跟蹤交換技術(shù)。上一頁返回1.1 移動通信的特點5.組網(wǎng)方式靈活 由于通信環(huán)境的復雜，信號接收地點可能是繁華的市區(qū)，也可能是空曠的郊外或海域，所以移動通信的組網(wǎng)方式根據(jù)地形地貌靈活多樣，如在用戶密度不大的地區(qū)采用大區(qū)制，在繁華的市區(qū)采用小區(qū)制，而小區(qū)制移動通信網(wǎng)又分為帶狀服務區(qū)和面狀服務區(qū)。上一頁

5、返回1.2 移動通信的工作方式 按照通話的狀態(tài)和頻率使用的方法，移動通信可分為三種工作方式:單工、雙工和半雙工三種通信方式。1.單工通信方式所謂單工通信，是指通信雙方交替進行收信和發(fā)信的通信方式，發(fā)送時不接收，接收時不發(fā)送。單工通信常用于點到點的通信，如圖1-4所示。根據(jù)收發(fā)頻率的異同，單工通信可分為同頻單工和異頻單工。下一頁返回1.2 移動通信的工作方式 (1)同頻單工 同頻單工是指通信的雙方在相同頻率f:上由收/發(fā)信機輪流工作。通話的操作采用“按一講”方式。平時，雙方的接收機均處于守聽狀態(tài)，如果A方需要發(fā)話，可按壓“按-講”開關(guān)，關(guān)掉自己的接收機，使其發(fā)射機工作，這時由于B方接收機處于守聽

6、狀態(tài)，即可實現(xiàn)由A至B的通話;同理，也可實現(xiàn)由B至A的通話。在該方式中，同一部電臺(如A方)的收發(fā)信機是交替工作的，故收發(fā)信機可使用同一副天線，而不需要使用天線共用器。 這種工作方式，設備簡單，功耗小，但操作不便。如果配合不好，雙方的通話就會出現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)的現(xiàn)象。此外，若在同一地區(qū)多部電臺使用相鄰的頻率，相距較近的電臺間將產(chǎn)生嚴重的干擾。上一頁下一頁返回1.2 移動通信的工作方式 (2)異頻單工 異頻單工是指通信雙方的收/發(fā)信機輪流工作，且工作在兩個不同的頻率f1和f2上，而操作仍采用“按一講”方式，如圖1 -5所示。在移動通信中，基地站和移動臺收、發(fā)使用兩個頻率實現(xiàn)雙向通信，這兩個頻率通常稱為

7、一個信道若基地站設置多部發(fā)射機和多部接收機且同時工作，則可將接收機設在某一頻率上，而將發(fā)射機設置在另一頻率上，只要這兩個頻率有足夠頻差（或者稱頻距），借助于濾波器等選頻器件就能排除發(fā)射機對接收機的干擾。上一頁下一頁返回1.2 移動通信的工作方式 2.半雙工通信方式 半雙工通信方式是指通信的雙方有一方(如A方)使用雙工方式，即收/發(fā)信機同時工作，且使用兩個不同的頻率f1和f2;而另一方(如B方)則采用雙頻單工方式，即收/發(fā)信機交替工作，如圖1-6所示。平時，B方是處于守聽狀態(tài)，僅在發(fā)話時才按壓“按一講”開關(guān)，切斷收信機使發(fā)信機工作。其優(yōu)點是:設備簡單、功耗小、克服了通話斷斷續(xù)續(xù)的現(xiàn)象，但操作仍不

8、太方便。所以半雙工通信方式主要用于專業(yè)移動通信系統(tǒng)中，如汽車調(diào)度等。上一頁下一頁返回1.2 移動通信的工作方式3.雙工通信方式 雙工通信方式指通信的雙方、收/發(fā)信機均同時工作，即任一方在發(fā)話的同時，也能收聽到對方的話音，無需“按一講”開關(guān)，與普通市內(nèi)電話的使用情況類似，操作方便，如圖1 -7所示。但是采用這種方式，在使用過程中，不管是否發(fā)話，發(fā)射機總是工作的，故電能消耗大。這一點對以電池為能源的移動臺是很不利的。為此，在某些系統(tǒng)中，移動臺的發(fā)射機僅在發(fā)話時才工作，而移動臺接收機總是工作的，通常稱這種系統(tǒng)為準雙工系統(tǒng)，它可以和雙工系統(tǒng)相兼容，目前，這種工作方式在移動通信系統(tǒng)中獲得了廣泛的應用。上

9、一頁返回1.3 移動通信系統(tǒng)的基本組成 1.移動通信系統(tǒng)的基本組成 移動通信網(wǎng)絡一般由移動臺(MS)、基站(BS)、移動業(yè)務交換中心(MSC)及與市話網(wǎng)(PSTN)相連的中繼線等組成，如圖1-1所示。(1)移動臺 移動臺(MS)是公用移動通信網(wǎng)中移動用戶使用的設備，也是用戶能夠接觸的整個系統(tǒng)中的唯一設備，它可以為車載型、便攜型和手持型。移動臺提供兩個接口，一個是接入系統(tǒng)的無線接口，另一個是使用者之間的接口，對于手機用戶來講用戶接口指的是按鍵和顯示屏。下一頁返回1.3 移動通信系統(tǒng)的基本組成 (2)基站 基站(BS)通過無線接口直接與移動臺相連，在移動臺和網(wǎng)絡之間提供一個雙向的無線鏈路(信道)，

10、負責無線信號的收發(fā)與無線資源管理，實現(xiàn)移動用戶間或移動用戶與固定網(wǎng)用戶間的通信連接。基站本身只起轉(zhuǎn)發(fā)作用，如何移動用戶(移動臺)要通信，需將信息發(fā)給基站，再由基站轉(zhuǎn)發(fā)給另一移動臺。每個基站都有一個服務區(qū)，即無線電波的覆蓋范圍，服務區(qū)的大小是由基站的天線高度和發(fā)射功率決定。下面我們來對移動通信中常用的無線信道進行定義。 信道是通信網(wǎng)絡傳遞信息的通道。移動通信網(wǎng)的無線信道是移動臺與基站間的一條雙向傳輸通道。如果信號是移動臺發(fā)，基站收，移動臺到基站的無線鏈路稱為上行鏈路(上行通道);如果信號是基站發(fā)，移動臺收，基站到移動臺的無線鏈路稱為下行鏈路(下行信道)。上一頁下一頁返回1.3 移動通信系統(tǒng)的基本

11、組成 (3)移動業(yè)務交換中心 移動業(yè)務交換中心(MSC)是整個系統(tǒng)的核心，提供交換功能及面向系統(tǒng)其他功能實體和固定網(wǎng)的接口功能，它對移動用戶與移動用戶之間通信、移動用戶與固定網(wǎng)絡用戶之間通信起著交換、連接與集中控制管理的作用。上一頁返回1.4 移動通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程 現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展始于20世紀20年代，是20世紀的重大成就之一。在不到100年的時間中，隨著計算機和通信技術(shù)的發(fā)展，移動通信也得到了巨大的發(fā)展，其發(fā)展速度令人驚嘆。移動通信已成為人們生活的一部分，移動用戶的數(shù)量與日俱增。移動通信系統(tǒng)的發(fā)展主要是圍繞如何解決有限的頻率資源與不斷增長的通信容量和業(yè)務范圍之間的矛盾而發(fā)展的，其發(fā)展歷程

12、如圖1-8所示。上一頁下一頁返回1.4 移動通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程 1.第一代模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)(1G) 1978年貝爾實驗室研制成功采用頻分多址技術(shù)的模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)，從此以后至20世紀80年代中期，逐漸形成了以北歐的NMT、北美的AMPS、英國的TAGS等幾種典型的模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)，統(tǒng)稱為第一代(1G)移動通信系統(tǒng)。1G系統(tǒng)的主要缺點是;頻譜利用率低，容量有限，系統(tǒng)擴容困難;制式太多，互不兼容，不利于用戶實現(xiàn)國際漫游，限制了用戶覆蓋面;不能與 ISDN兼容，提供的業(yè)務種類受限制，不能傳輸數(shù)據(jù)信息;保密性差，以及移動終端要進一步實現(xiàn)小型化、低功耗、低價格的難度都較大。上一頁下一頁返回1

13、.4 移動通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程 我國在1986年投資建設模擬蜂窩式公用移動通信網(wǎng)，引進了美國MOTOROLA公司的900 MHz TAGS標準的模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)(A網(wǎng))和瑞典ERICSSON的公司900 MHz TAGS標準的模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)(B網(wǎng))。1987年11月，廣東正式開通了移動電話業(yè)務，移動電話用戶實現(xiàn)了“零”的突破。1996年實現(xiàn)了A網(wǎng)、B網(wǎng)的互聯(lián)自動漫游。2001年，我國模擬網(wǎng)關(guān)閉。上一頁下一頁返回1.4 移動通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程 2.第二代(2G)移動通信系統(tǒng) 20世紀80年代中期至20世紀末，是第二代(2G)移動通信系統(tǒng)數(shù)字式蜂窩移動通信系統(tǒng)發(fā)展和成熟階段，推出了以歐洲的

14、時分多址GSM系統(tǒng)和北美的碼分多址IS-95CDMA系統(tǒng)為代表的數(shù)字式蜂窩移動通信系統(tǒng)，GSM系統(tǒng)的主要使用頻段為900 MHz和1 800 MHz，分別稱作GSM900和DCS1800，一般在900 MHz頻段無法滿足用戶容量需求時，會啟用1 800 MHz頻段。IS-95系統(tǒng)的使用頻段主要為800 MHz數(shù)字式蜂窩移動通信不但能克服模擬通信的一些弱點，還能提供數(shù)字語音業(yè)務和最高速率為9. 6 kbit/s的電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務，并與綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(ISDN)相兼容。 GPRS可以提供最高速率為171.2kbit/s的分組交換數(shù)據(jù)業(yè)務。上一頁下一頁返回1.4 移動通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程 20世紀末歐

15、洲電信標準協(xié)會(ETSI)推出了GPRS通用分組無線業(yè)務。GPRS是在現(xiàn)有第二代移動通信GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的分組交換系統(tǒng)，是GSM系統(tǒng)的升級版，GPRS系統(tǒng)與GSM系統(tǒng)工作頻率是一樣的，允分利用了GSM系統(tǒng)中的設備，只是在GSM系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上增加了一些硬件設備和軟件升級，為GSM系統(tǒng)向第三代(3G)移動通信系統(tǒng)提供了過渡性的網(wǎng)絡平臺，所以GPRS系統(tǒng)被稱作2.5G移動通信系統(tǒng)。GPRS可以提供最高速率為171.2kbit/s的分組交換數(shù)據(jù)業(yè)務。上一頁下一頁返回1.4 移動通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程 我國的數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)的大力發(fā)展是從20世紀末開始的。1994年，中國聯(lián)通率先開始建設數(shù)字蜂窩移動通

16、信網(wǎng)。1994年底，廣東首先開通GSM數(shù)字移動電話網(wǎng)(俗稱G網(wǎng))。G網(wǎng)工作頻率是900 MHz，為了滿足不斷增長的通信容量，后來又建設了DCS1800移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)(即D網(wǎng))。D網(wǎng)采用的是GSM900標準，不同的是工作頻率為1 800 MHz,使用雙頻手機就可以在G網(wǎng)和D網(wǎng)中漫游通話。在2000年中國聯(lián)通啟動了CDMA移動電話網(wǎng)(即C網(wǎng))建設。2004年出現(xiàn)了GSM/CDMA雙模手機，雙模手機用戶可以自由選擇使用G網(wǎng)和C網(wǎng)進行通信。上一頁下一頁返回1.4 移動通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程 目前我國應用的移動通信網(wǎng)主要是G網(wǎng)(主要運營商是中國移動與中國聯(lián)通)和C網(wǎng)(主要由中國聯(lián)通運營)。2001年，中國

17、移動開通GPRS業(yè)務，標志著中國無線通信進入2. 5 G時代。經(jīng)過短短20年的發(fā)展，我國已成為全球移動通信用戶最多的國家，中國移動不僅是中國規(guī)模最大的移動通信運營商，也是擁有全球最大網(wǎng)絡規(guī)模和用戶規(guī)模的移動通信運營商。上一頁下一頁返回1.4 移動通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程 3.第三代(3G)移動通信系統(tǒng) 由于第二代(2G)移動通信系統(tǒng)難以提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務，無法實現(xiàn)全球覆蓋和國際漫游，所以第三代(3G)移動通信系統(tǒng)從20世紀80年代開始研發(fā)時就成為通信技術(shù)的一大亮點。第三代(3G)移動通信系統(tǒng)可同時提供高質(zhì)量的語音業(yè)務，最高傳輸速率為2Mbit/s數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務，同時支持多媒體業(yè)務;能夠全球無線漫游。

18、21世紀，第三代(3G)移動通信系統(tǒng)進入快速發(fā)展時期，其中最具有代表性的是基于GSM技術(shù)的歐洲與日本提出的WCDNIA、北美提出的基于IS-95 CDMA技術(shù)的CDMA2000和我國提出的TD-SCDMA。 2001年我國啟動了3G技術(shù)的試驗，在2006年我國將CDMA2000 , WCDMA及TD-SCDMA頒布為中國通信行業(yè)標準，并進行了大規(guī)模的3G網(wǎng)絡試驗。上一頁返回1.4 移動通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程 在3G技術(shù)之后，人們又開始研發(fā)4G, 5G技術(shù)。固定網(wǎng)、移動網(wǎng)、計算機網(wǎng)絡、廣播電視網(wǎng)的融合成為發(fā)展的大趨勢，以IP為基礎(chǔ)的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務將是未來的主流業(yè)務。上一頁返回1.5 移動通信的基本技

19、術(shù) 在移動通信中，由于傳輸信道和通信用戶是動態(tài)的，不固定的，所以，各種移動通信技術(shù)是圍繞著如何適應信道和用戶的動態(tài)特性而發(fā)展的，主要的移動通信技術(shù)包括信號處理技術(shù)和組網(wǎng)技術(shù)。1. 5. 1 移動通信的信號處理技術(shù) 移動通信系統(tǒng)信號傳輸和處理的流程圖如圖1 -2所示，由信源(話音)編解碼、信道編碼與解碼、數(shù)字調(diào)制與解調(diào)和無線信道5個單元組成。下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù)1.話音編碼技術(shù) 信源編碼的主要作用是將信源送出的模擬信號取樣、量化、編碼，并對編碼后的信號去掉信源多余的冗余信息，以達到壓縮信源信息率，降低信號的傳輸速率、縮小信號帶寬，從而提高通信的有效性。常用信源編碼的方法有波形編碼

20、、參量編碼和混合編碼三種技術(shù)。下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù)(1)波形編碼 波形編碼是利用A/D變換技術(shù)，通過對模擬的輸入信號波形進行采樣、量化，然后用二進制碼表示出來的編碼方式。因為波形編碼能夠在接收端精確再現(xiàn)信源模擬信號的波形，得到質(zhì)量較好的信號，因而被經(jīng)常采用。這種技術(shù)包括脈沖編碼調(diào)制(PC M )、脈碼增量調(diào)制(DPCM)和自適應增量調(diào)制(ADPCM ) PC M是基本的波形編碼方法，具體步驟是對輸入的信號抽樣、量化和編碼，輸出的PC M信號的數(shù)碼率為64 kbit/s。圖1-9是PC M抽樣、量化和編碼的示意圖。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) DPCM是對相鄰抽樣值

21、的差值序列進行量化編碼的方法，DPCM是在PCM的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但和PC M相比，因為是對相對較小的差值序列進行量化編碼，所以每秒傳輸?shù)拇a元數(shù)(或數(shù)碼率)可以降低，從而提高了傳輸效率 ADPCM是在DPCM的基礎(chǔ)上，再采用自適應量化功能，把自適應技術(shù)和差分脈沖編碼調(diào)制結(jié)合起來的波形編碼技術(shù)，可在保證通信質(zhì)量的基礎(chǔ)上，進一步壓縮數(shù)碼率。ADPCM技術(shù)使信號的數(shù)碼率降為32 kbit/s，傳輸效率提高了一倍。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù)(2)參量編碼 參量編碼不是直接對語音波形進行編碼，而是在發(fā)送端直接提取模擬信號的一些特征參量，并對這些參量進行編碼的一種方式。參量編碼的數(shù)碼率比

22、波形編碼低，數(shù)碼率常在4.8 kbit/s以下，但接收端重建的信號質(zhì)量不好，有明顯的失真，因為在接收端收到的信號是根據(jù)發(fā)送的特征參量人工合成得到的，實現(xiàn)參量編量的系統(tǒng)稱為聲碼器。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù)(3)混合編碼 混合編碼是波形編碼技術(shù)和參量編碼技術(shù)的混合，在參量編碼技術(shù)的基礎(chǔ)上附有一些波形編碼的特征，吸取波形編碼的高質(zhì)量與參量編碼的低速率的優(yōu)點。混合編碼是通信系統(tǒng)使用最多的編碼技術(shù)。 目前混合編碼的改進方法有很多種，GSM系統(tǒng)、IS-95CDMA, WCDMA和CDMr12000系統(tǒng)就采用改進的混合編碼技術(shù)，如GSM系統(tǒng)采用的是規(guī)則脈沖長期預測混合編碼(RPE-LTP)

23、,IS-95CDMA, WCDMA和CDMr12000系統(tǒng)則采用了受激線性預測混合編碼(QCELP)。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 2.信道編碼技術(shù) 信道編碼主要包括糾錯編碼和交織編碼技術(shù)，主要目的是提高通信的可靠性。 糾錯編碼的作用是檢測和糾正信息在傳輸過程中的隨機差錯。基本方法是根據(jù)一定的校驗關(guān)系在發(fā)送端的信息碼元中加入一些監(jiān)督碼元，在接收端根據(jù)信息碼元和監(jiān)督碼元之間建立的這種校驗關(guān)系來檢錯和糾錯，從而提高數(shù)字信號傳輸?shù)目煽啃?，降低誤碼率。由于監(jiān)督碼元的加入，增加了信號的冗余度，即可靠性的提高是以帶寬為代價的，所以糾錯編碼技術(shù)的目的是如何以最少的監(jiān)督碼元，獲得最大的糾錯和檢錯

24、能力。常用糾錯編碼技術(shù)有奇偶效驗碼、卷積碼和Turbo碼。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 上面所述的所有糾錯編碼都是用來糾正隨機錯誤的，但在實際通信系統(tǒng)中常常存在突發(fā)性錯誤。突發(fā)錯誤一般是一個錯誤序列。糾正突發(fā)錯誤通常采用交織編碼。交織編碼的基本思路是，將i個能糾t個錯的分組碼(n , k)的中的碼元比特排列成i行n列的方陣。每個碼元比特記作B(i,n)。如圖1-10所示，交織前如果遇到連續(xù)了個比特的突發(fā)錯誤(用陰影方塊表示)，且jt，對其中的連續(xù)兩個碼組而言，錯誤數(shù)已遠遠大于糾錯能力t，因而無法正確對出錯碼組進行糾錯。交織后，總的比特數(shù)不變，傳輸次序由原來的B (1, 1), B

25、(1，2)，B(1，3)B(1，n)，B(2，1)，B(2，2)，B(2，3)B(2，n)，B(i, 1) , B (i, 3) , B(i, 3) . B(i, n)轉(zhuǎn)變?yōu)锽(1 , 1), B (2 , 1) , B(3 , 1) . B(i，1)，B(1，2)，B(2，2)，B(3，2)B(i，2)B1，n)，B(2，n)，B(3，n)，.B(i , n)的次序。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 此時因干擾或衰落引起的突發(fā)錯誤圖樣正好落在分組碼的糾錯能力范圍內(nèi)。通常把碼組數(shù)i稱為交織度，用這種方法構(gòu)造的碼稱為交織碼。使用交織編碼的好處是提高了抗突發(fā)錯誤的能力但不增加新的監(jiān)督碼元

26、，從而不會降低編碼效率。理論上交織度i越大，抗突發(fā)錯誤的能力就越強，但是要求譯碼器的暫存區(qū)就越大，而且譯碼延時也相應加大因此，實際系統(tǒng)中會根據(jù)設計成本和系統(tǒng)的延時要求選取合適的i。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 3.數(shù)字調(diào)制技術(shù) 數(shù)字調(diào)制，即用數(shù)字信號來調(diào)制某一較高頻率的正弦波，使已調(diào)信號能通過帶限信道傳輸。其主要作用是:第一，頻譜搬移，即將傳送信息的基帶信號搬移到相應頻段的信道上傳輸，以解決信源信號通過天線轉(zhuǎn)化為電磁波發(fā)送到自由空間;第二，為了提高頻帶的利用率，即單位頻帶內(nèi)傳送盡可能高的信息率。移動通信系統(tǒng)采用數(shù)字調(diào)制技術(shù)都是在基本數(shù)字調(diào)制技術(shù)的基礎(chǔ)上進行改進的。(1)基本的數(shù)字

27、調(diào)制技術(shù) 根據(jù)所控制的高頻正弦波載波信號的參數(shù)不同，基本的數(shù)字調(diào)制技術(shù)可分為頻移鍵控( FSK)調(diào)制、相移鍵控( PSK)調(diào)制和振幅鍵控( ASK )調(diào)制三類上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 頻移鍵控(FSK)調(diào)制。頻移鍵控(FSK)調(diào)制是指數(shù)字基帶信號控制的是載波的頻率。若基帶信號是二進制信號，“1”和“0”分別用兩個不同載波頻率的正弦載波來傳送，而載波振幅不變，則頻移鍵控記為2FSK，如圖1-11所示。若基帶信號是多進制信號，則頻移鍵控記為MFSK。 相移鍵控(PSK)調(diào)制。相移鍵控(PSK)調(diào)制是指數(shù)字基帶信號控制的是載波的相位，若基帶信號是二進制信號，則相移鍵控記為2PSK，

28、若基帶信號是多進制信號，則相移鍵控記為MPSk。 2PSK又分為絕對相移鍵控( 2BPSK)和相對相移鍵控(2 DPSK)。絕對相移鍵控( 2BPSK)調(diào)制方法是:調(diào)制后的正弦載波相位按照基帶信號1”和“0”變換而對應變化，當基帶信號為“1”時，調(diào)制后的正弦波相位為。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 當基帶信號為“0”時，調(diào)制后的正弦波相位為，其振幅和頻率保持不變;相對相移鍵控(2 DPSK)調(diào)制方法是:2DPSK調(diào)制后的正弦載波相位，即當基帶信號為“1”時，調(diào)制后的載波相位和前一個載波信號的相位反相(為)，當基帶信號為“0”時，調(diào)制后的載波相位和前一個載波信號的相位相反同相(為0)

29、，其振幅和頻率也保持不變。兩種調(diào)制方法的波形如圖1-12所示。2BPSK在解調(diào)時存在相位模糊問題，2DPSK不存在2BPSK的相位模糊問題。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 振幅鍵控( ASK)調(diào)制振幅鍵控( ASK)調(diào)制是指基帶數(shù)字信號控制的是載波的振幅，正弦載波的幅度隨著調(diào)制信號的變化而變化，而其相位和頻率保持不變。若基帶信號是二進制信號，則振幅鍵控記為2ASK振幅鍵控( ASK )調(diào)制原理方框圖及其波形如圖1-13所示;若基帶信號是多進制信號，則振幅鍵控記為MASK。 上述三種調(diào)制方式中，絕對相移鍵控( BPSK)的頻譜利用率最高，抗干擾性能最好，所以移動通信中的調(diào)制方式多數(shù)是

30、在BPSK的基礎(chǔ)上改進的。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) (2)改進的數(shù)字調(diào)制技術(shù) 最小頻移鍵控調(diào)制(MSK )。在實際應用中需要調(diào)制信號包絡波動小，高頻分量小，鄰道輻射低。如果調(diào)制信號在碼元轉(zhuǎn)換時刻信號相位是不連續(xù)的、突變的，就會使得系統(tǒng)產(chǎn)生較大的帶外輻射，如果采用濾波器去抑制，又會使得信號包絡波動變大，對信道的線性度要求會變高，工程上不易實現(xiàn)。 最小頻移鍵控(MSK)調(diào)制可以有效地解決上述矛盾。最小頻移鍵控(MSK)的調(diào)制信號相位不存在突變點，在碼元轉(zhuǎn)換時刻是保持連續(xù)的，且信號包絡波動小。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 圖1-14所示為實現(xiàn)MSK調(diào)制的方框圖。其工作

31、過程是:將輸入的基帶信號進行差分編碼后，經(jīng)串/并轉(zhuǎn)換電路，將其分成I,Q兩路信號，并相互交錯一個碼元寬度Tb，再用加權(quán)函數(shù)cos(t/2 Tb)和sin cos(t/2 Tb)分別對I, Q兩路信號加權(quán)，最后將兩路信號分別對正交載波cosWct和sinWct進行調(diào)制，將所得到的兩路已調(diào)信號相加，通過帶通濾波器，就得到MSK信號MSK解調(diào)可采用相干、非相干兩種方式。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 雖然MSK信號相位不存在突變點，但相位卻呈折線變化，使MSK信號的帶外鄰道輻射相對較大，影響了頻譜利用效率，所以在MSK基礎(chǔ)上產(chǎn)生了GMSK調(diào)制方法 高斯濾波最小移頻鍵控調(diào)制(GMSK)。高

32、斯濾波最小移頻鍵控GMSK調(diào)制的基本原理是在MSK調(diào)制器之前加入一個高斯低通濾波器，進一步抑制高頻分量，使基帶信號變成高斯脈沖信號后再進行MSK調(diào)制。所以，GMSK的抗干擾性能與最優(yōu)的BPSK差不多，對高功率放大器的線性度要求低，因而得到了廣泛的應用，GSM系統(tǒng)采用的是GMSK調(diào)制。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 正交相移鍵控調(diào)制(QPSK)。在1986年后，由于實用線性高功率放大器取得了突飛猛進的發(fā)展，使得線性調(diào)制技術(shù)在移動通信中得到實際應用。這類調(diào)制技術(shù)頻譜利用率較高，但對調(diào)制器和功率放大器的線性要求非常高。目前移動通信系統(tǒng)采用的線性調(diào)制技術(shù)都是在BPSK和QPSK的基礎(chǔ)上發(fā)展

33、起來的。正交相移鍵控( QPSK )調(diào)制，也稱作四相相移鍵控。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) QPSK調(diào)制的基本信號是四進制信號，即00, 01, 10, 11，對應于載波的4種不同相位。 QPSK信號常用的產(chǎn)生方法有相位選擇和直接調(diào)相兩種。 相位選擇法原理框圖如圖1-15所示。圖中，四相載波發(fā)生器產(chǎn)生QPSK信號所需的4種不同相位的載波，輸入的二進制數(shù)碼經(jīng)串/并變換器輸出雙比特碼元。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù)QPSK調(diào)制也可看成是兩路信號同時進行BPSK調(diào)制，只是兩路的載波cosWct和sinWct相互正交，其原理框圖如圖1-16所示，波形見圖1-17,輸入的基帶

34、信號經(jīng)串/并轉(zhuǎn)換電路，將其分成I,Q兩路信號，將兩路信號分別用正交載波cosWct和sinWct進行BPSK調(diào)制，將所得到的兩路已調(diào)信號相加，通過帶通濾波器，就得到QPSK信號。由于QPS K的I,Q兩路數(shù)據(jù)流在時間上是一致的(即碼元的沿是對齊的)，當兩路數(shù)據(jù)同時改變極性時(I,Q兩路碼元同時轉(zhuǎn)換)，QPSK信號的相位將發(fā)生180。跳變。這種相位跳變會導致信號的包絡在瞬間通過零點，引起包絡起伏。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù)交錯正交(或四相)相移鍵控( OQPSK)。為了進一步減小QPSK已調(diào)波的相位突變值，降低已調(diào)信號的包絡波動，在QPSK基礎(chǔ)上提出了改進的交錯正交(或四相)相移

35、鍵控(OQPSK )調(diào)制。OQPSK調(diào)制框圖如圖1-18所示，波形見圖1-19。 OQPSI調(diào)制是將輸入的基帶信號經(jīng)串/并轉(zhuǎn)換電路，將其分成I,Q兩路信號，并使其在時間上相互錯開一個碼元間隔，然后再對兩路信號進行正交BPSK調(diào)制，疊加成為 0QPSK信號。由于0QPSK調(diào)制將兩路信號在時間上錯開一個碼元的時間(Tb)進行調(diào)制，不會發(fā)生像QPSK兩路數(shù)據(jù)同時改變極性的現(xiàn)象，每次只有一路碼元可能發(fā)生極性翻轉(zhuǎn)，因此，OQPSK信號相位最大突變90，不會出現(xiàn)180的相位跳變。OQPSK頻譜特性比QPSK好，其信號包絡起伏比QPSK信號小，故OQPSK性能優(yōu)于QPSK。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的

36、基本技術(shù)/4差分四相移相鍵控(/4-DQPSK)調(diào)制。QPSK調(diào)制是在移動通信上獲得較多應用的一種調(diào)制，也是一種正交相移鍵控調(diào)制技術(shù)，/4-DQPSK信號最大相位突變介于OQPSK和QPSK之間為 135，所以其包絡起伏比QPSK小但比OQPSK大，但/4 -DQPSK最大的優(yōu)勢在于它能夠非相干解調(diào)，而OQPSK和QPSK最大的缺點是只能采用相干解調(diào)，這使得/4-DQPSK接收設備大大簡化。/4-DQPSK調(diào)制過程和QPSK相比多了一個差分相位編碼電路，/4-DQPSK調(diào)制方框圖如圖1-20所示。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù)1.5.2 移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 由若干個移動通信系統(tǒng)互聯(lián)

37、就構(gòu)成移動通信網(wǎng)絡，移動通信組網(wǎng)的基本技術(shù)主要包括多址技術(shù)、服務區(qū)規(guī)劃技術(shù)和多信道共用技術(shù)。1.多址技術(shù) 在一個無線小區(qū)中，如何使一個基站能容納更多的用戶同時和其他用戶進行通信?又如何使基站能從眾多用戶臺的信號中區(qū)分出是哪一個用戶臺發(fā)出來的信號，而各用戶臺又能識別出基站發(fā)出的信號中哪個是發(fā)給自己的信號?解決這個問題的辦法稱為多址技術(shù)。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 常用的多址方式有頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)和碼分多址(QDMA)。對于移動通信系統(tǒng)而言，由于用戶數(shù)和通信業(yè)務量激增，一個突出的問題是在頻率資源有限的條件下，如何提高通信系統(tǒng)的容量。由于多址方式直接影響到通

38、信系統(tǒng)的容量，所以一個移動通信系統(tǒng)選用什么類型的多址技術(shù)直接關(guān)系到移動通信系統(tǒng)容量的大小。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) (1)頻分多址(FDMA)。 在移動通信系統(tǒng)中，頻分多址是把通信系統(tǒng)的總頻段劃分成若干個等間隔的互不重疊的頻道，分配給不同的用戶使用。這些頻道互不重疊，其寬度能傳輸一路話音信息，而在相鄰頻道之間無明顯的干擾。 頻分多址系統(tǒng)的工作示意圖如圖1-21所示。由圖可見，系統(tǒng)的基站必須同時發(fā)射和接收多個不同頻率的信號。任意兩個移動用戶之間進行通信時都必須經(jīng)過基站中轉(zhuǎn):因而要占用一對頻道，一個用作上行(反向)信道，一個用作下行(前向)信道，才能實現(xiàn)雙工通信不過，移動臺在通信

39、時所占用的信道并不是固定的，通常是在通信建立階段由系統(tǒng)控制中心臨時分配的，通信結(jié)束后移動臺將退回占用的信道，這些信道又可以重新分配給其他用戶使用。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) FDMA的頻道分割如圖1 - 22所示。上行信道占有較低的頻帶，下行信道占有較高的頻帶，中間為保護頻帶。為了在有限的頻譜中增加信道數(shù)量，希望頻道間隔越窄越好，F(xiàn)DMA信道的相對帶寬較窄(25 kHz或30 kHz )，但在頻道之間必須留有足夠的保護間隙Fg，同時，在接收設備中使用帶通濾波器，限制鄰近頻道間的干擾。 FDMA技術(shù)的缺點是:基站需要多部不同載波頻率的發(fā)射機同時工作，設備復雜;系統(tǒng)中存在多個頻率的

40、信號，容易產(chǎn)生信道間的互調(diào)干擾，因此通信質(zhì)量較差，保密性較差;因為頻道數(shù)量是有限的，所以系統(tǒng)容量小，不能容納較多的用戶FDMA主要用于模擬蜂窩移動系統(tǒng)中，在數(shù)字蜂窩移動系統(tǒng)中，更多采用的是TDMA和CDMA。 上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) (2)時分多址(TDMA)。 時分多址(TDMA)技術(shù)是在一個載波頻率上把時間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個時隙(無論幀或時隙都是互不重疊的)，每個時隙就是一個通信信道，分配給一個用戶，在時隙內(nèi)傳送的信號叫做突發(fā)(bust)，不同通信系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)好幀長度是不一樣的，GSM系統(tǒng)采用的是TDMA技術(shù).其幀長為4. 6 ms如圖1-23所示。

41、上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 圖1 - 24所示為TDMA通信系統(tǒng)的工作示意圖。每次通信時，每個用戶在每幀內(nèi)在指定的時隙按順序向基站發(fā)射信號，基站在相應的時隙中接受給它的信號;同樣，基站在指定的時隙按順序向不同用戶發(fā)射信號，用戶只要按照順序在相應的時隙中接收發(fā)給它的信號，就能從眾多的信號中把發(fā)給它的信號區(qū)分出來，為了正確識別并接收信號，同時保證各用戶發(fā)射的信號不會在基站發(fā)生重疊或混淆，TDMA通信系統(tǒng)設備必須有精確的定時和同步。TD-MA和FDMA通信系統(tǒng)相比，TDMA通信系統(tǒng)在同樣的頻道數(shù)下，能容納更多的用戶，頻率利用率高;每個用戶占用不同的時隙進行通信，用戶間不會串擾，基站只

42、需一部收發(fā)信機，互調(diào)干擾小，并且對時隙的管理和分配通常要比對頻率的管理與分配更容易經(jīng)濟，便于動態(tài)分配信道。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) (3)碼分多址(CDMA)。 碼分多址(CDMA)是指不同的移動臺的識別不是靠頻率不同或時隙不同，而是用各自不同的獨特的隨機的地址碼序列來區(qū)分，地址碼序列彼此正交互不相關(guān)，或相關(guān)性很小。在這樣一個信道中，可容納比TDMA還要多的用戶數(shù)。 圖1-25是碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)示意圖，其基本工作原理如下:在碼分多址通信系統(tǒng)中，利用自相關(guān)性很強而互相關(guān)值為。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2加)后進行合成，經(jīng)過相應的信道傳輸

43、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(guān)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選出，把不一致的信號除掉(這個過程稱之為相關(guān)檢測)。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 例如，圖1 - 25中d1 dN、分別是N個用戶的信息數(shù)據(jù)，其對應的地址碼分別W1WN，為了簡明起見，假定系統(tǒng)有4個用戶(即N=4)，各自的地址碼為:上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù)假設在某一時刻用戶信息數(shù)據(jù)分別為:與式(1-1)和式(1-2)相應的波形如圖1-26。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 與各自對應的地址碼相乘后的波形S1 S4如圖1 - 26所示。

44、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(diào)輸出R端的波形是S1 S4的疊加，如果欲接收某一用戶(例如用戶2)的信息數(shù)據(jù)，本地產(chǎn)生的地址碼應與該用戶的地址碼相同(Wk=W2)。并且用此地址碼與解調(diào)輸出R端的波形相乘，再送入積分電路，然后經(jīng)過采樣判決電路得到相應的信息數(shù)據(jù)。如果本地產(chǎn)生的地址碼與用戶2的地址碼相同(即Wk=W2)，經(jīng)過相乘、積分電路后，產(chǎn)生的波形J1J4如圖1 - 26所示，即:上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 也就是在采樣、判決電路前的信號是:0、-1、0、0。此時，雖然解調(diào)輸出R端的波形是S1S4疊加，但是，因為要接收的用戶2的信息數(shù)據(jù)，本地產(chǎn)生地址碼與

45、用戶2的地址碼相同，經(jīng)過相關(guān)檢測后，用戶1, 3, 4所發(fā)射的信號加到采樣、判決電路前的信號是0，對信號的采樣、判決沒有影響。采樣、判決電路的輸出信號是J2=-1，也就是用戶2所發(fā)送的信息數(shù)據(jù)。 如果要接收用戶3的信息數(shù)據(jù)，本地產(chǎn)生的地址碼應與用戶3的地址碼相同(Wk=W3)，經(jīng)過相乘、積分電路后，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)J1J4為: J1=0，J2=0，J3=1，J4=0上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 也就是在采樣、判決電路前的信號是0、0, 1, 0。此時，雖然解調(diào)輸出R端的波形是S1S4疊加，但是要接收的用戶3的信息數(shù)據(jù)，本地產(chǎn)生的地址碼與用戶3的地址碼相同，經(jīng)過相關(guān)檢測后，用戶1, 2,

46、 4所發(fā)射的信號加到采樣、判決電路前的信號是。，對信號的采樣沒有影響。采樣、判決電路的輸出信號是J3=1，也就是用戶3所發(fā)送的信息數(shù)據(jù)。 如果要接收用戶1, 4的信息數(shù)據(jù)，其工作原理與上述相同。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 以上是通過一個簡單例子，簡要敘述了碼分多址通信系統(tǒng)的工作原理。實際上，碼分多址移動通信系統(tǒng)并不是這樣簡單的，而是復雜得多:一是要有足夠多的自相關(guān)性和互相關(guān)性良好的地址碼，這是“碼分”的基礎(chǔ);二是在碼分多址通信系統(tǒng)中的各接收端，必然產(chǎn)生與發(fā)送端碼型和相位均一致的本地地址碼(簡稱本地碼)，這是“碼分”最主要的環(huán)節(jié);三是由于碼分多址通信系統(tǒng)中的特點，即網(wǎng)內(nèi)所有用戶使

47、用同一載波，各個用戶可以同時發(fā)送或接收信號，這樣在接收機的輸入信號干擾比將遠小于1(負若干dB)，這是傳統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)方式無能為力的。為了把各用戶之間的相互干擾降到最低程度，并且使各個用戶的信號占用相同的帶寬，碼分系統(tǒng)必須與打一展頻譜技術(shù)相結(jié)合，使在信道上傳輸?shù)男盘査碱l帶極大展寬(一般達百倍以上)，為接收端分離信號完成實質(zhì)性的準備。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 比較上述的三種多址方式，如圖1-27所示。CDMA碼分多址技術(shù)的頻譜利用率最高，所能提供的容量最大，它代表了多址技術(shù)的發(fā)展方;TDMA時分多址技術(shù)，目前技術(shù)比較成熟，應用較為廣泛;FDMA頻分多址技術(shù)，由于頻譜利用率低，逐

48、漸被TDMA和CDMA所取代，實際中最常用到的是這三種多址方式的混合多址方式，如WCDMA系統(tǒng)采用FD-MA/CDMA的混合應用;而TD-SCDMA系統(tǒng)采用的是TDMA/CDMA的混合應用。2.移動通信系統(tǒng)的服務區(qū)規(guī)劃(1)服務區(qū)的制式 根據(jù)移動通信系統(tǒng)的服務區(qū)覆蓋方式的不同可將移動通信系統(tǒng)的服務區(qū)劃分為:大區(qū)制和小區(qū)制。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 大區(qū)制。大區(qū)制是指在一個服務區(qū)域(一個城市或一個地區(qū))內(nèi)只設置一個基站，由它負責這個地區(qū)移動通信的聯(lián)絡和控制通?；咎炀€架設較高，發(fā)射機輸出功率也比較大(25200W) ,覆蓋區(qū)域半徑一般為2550km，用戶容量一般為幾十至幾百個，

49、如圖1 - 28所示。這種方式的優(yōu)點是組網(wǎng)簡單、投資少，一般在用戶密度不大或業(yè)務量較少的區(qū)域使用，因為服務區(qū)域內(nèi)的頻率不能重復使用，無法滿足大容量通信的要求。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 小區(qū)制。小區(qū)制是指將整個服務區(qū)劃分成若干個單位區(qū)群，每個區(qū)群由若干個無線小區(qū)組成，如圖1-29所示。每個無線小區(qū)分別設置一個基站，由它負責本區(qū)移動通信的聯(lián)絡和控制。其基本思想是用許多的小功率發(fā)射機(小覆蓋區(qū)域)來代替單個大功率發(fā)射機(大覆蓋區(qū)域)。每個無線小區(qū)設置一個發(fā)射功率為510 W的小功率基站，覆蓋半徑一般為520 km。每個單位無線區(qū)群分配一組頻率，在每個單位區(qū)群中，每個無線小區(qū)使用一組

50、頻道，鄰近無線小區(qū)使用不同的頻道。而在不同的無線區(qū)群中，頻率可以重復使用，即同頻復用。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 這樣在整個服務區(qū)內(nèi)，同一組頻道可以多次重復使用，因而大大地提高了頻率利用率。另外，在區(qū)域內(nèi)可根據(jù)用戶的多少確定小區(qū)的大小隨著用戶數(shù)目的增加，小區(qū)還可以繼續(xù)劃小，即實現(xiàn)“小區(qū)分裂”，以適應用戶數(shù)的增加。因此，小區(qū)制解決了大區(qū)制中存在的頻道數(shù)有限而用戶數(shù)不斷增加的矛盾，可使用戶容量大大增加。由于基站服務區(qū)域縮小，移動臺和基站的發(fā)射功率減小，同時也減少了電臺之間的相互干擾，普遍應用于用戶量較大的公共移動通信網(wǎng)。但是，在這種結(jié)構(gòu)中，移動用戶在通信過程中，從一個小區(qū)轉(zhuǎn)入另一個

51、小區(qū)的概率增加，移動臺需要經(jīng)常更換頻道。而且，由于增加了基站的數(shù)目，所以帶來了控制交換復雜等問題，建網(wǎng)的成本也高了。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù)(2)單位無線區(qū)群的形成 無線小區(qū)形狀的選擇。根據(jù)天線理論，對采用全向天線的無線小區(qū)，其覆蓋面是以天線為中心的圓形，疊區(qū)必定會產(chǎn)生干擾為了在整個服務區(qū)實現(xiàn)無縫覆蓋，各圓形的無線小區(qū)會相互重疊，在重，所以，在理論上常用圓內(nèi)接正多邊形代替圓表示無線小區(qū)形狀那么，采用什么形狀的正多邊形是最合適的呢?下面來討論這個問題。 代替圓表示無線小區(qū)形狀的圓內(nèi)接正多邊形可取的形狀一般分為正三角形、正方形、正六邊形3種，如圖1-30所示。 那么這三種形狀哪一

52、種最好呢?假設無線小區(qū)半徑都是r，計算出三種形狀小區(qū)的單位相鄰小區(qū)的中心距離、小區(qū)面積、交疊部分面積如表1-1所示。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 將這3種圓內(nèi)接正多邊形的相鄰小區(qū)的中心距離、單位小區(qū)面積、重疊區(qū)面積三種參數(shù)如表1-2表示，比較后發(fā)現(xiàn):正六邊形小區(qū)的鄰區(qū)中心間距最大、小區(qū)面積也最大 從表1-1中可以發(fā)現(xiàn):正六邊形小區(qū)的小區(qū)面積最大、也最接近理想的圓形、重疊區(qū)面積卻最小。這意味著對于同樣面積的服務區(qū)域，采用正六邊形構(gòu)成小區(qū)所需的小區(qū)數(shù)最少，基站數(shù)最少，也最經(jīng)濟，所需信道數(shù)最少，頻率利用率較高。所以服務區(qū)的無線小區(qū)采用正六邊形結(jié)構(gòu)是最佳選擇。上一頁下一頁返回1.5 移動

53、通信的基本技術(shù) 單位無線區(qū)群的組成條件。為了防止同頻干擾，同屬于一個單位無線區(qū)群彼此相鄰的正六邊形無線小區(qū)不能使用相同的頻率，共用一個信道。若同頻無線小區(qū)之間的中心距離大于同頻復用距離，則各個單位無線區(qū)群可以使用相同的頻道組(同頻復用)。同頻復用的目的是節(jié)省頻率資源，提高頻率利用率。使用相同頻率的無線小區(qū)之間必須相隔一定的距離，以使同頻干擾足夠小。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 一個單位無線區(qū)群由多少個無線小區(qū)組成比較合適?在何種條件下無線區(qū)群才可以同頻復用? 單位無線區(qū)群組成的基本條件:一是若干單位無線區(qū)群能彼此鄰接，且無縫隙、無重疊地覆蓋整個服務區(qū);二是相鄰單位無線區(qū)群中使用相

54、同頻率的無線小區(qū)的中心間距一定相等滿足以上條件的單位無線區(qū)群內(nèi)的無線小區(qū)個數(shù)N滿足下列公式:式中,i,j均為正整數(shù)。 由此可算出N的可能取值如表1-2所示相應的區(qū)群形狀如圖1 -31所示。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 按圖1-31所示的單位無線區(qū)群彼此鄰接排布都可擴大服務區(qū)，但如何選擇單位無線區(qū)群呢?這要根據(jù)系統(tǒng)所要求的同頻道復用距離而定。在進行蜂窩狀網(wǎng)絡的頻率分配時，每個無線小區(qū)分給一個頻道組，每個單位無線區(qū)群分給一組頻道組，如圖1-32所示。圖中的編號分別表示互不相同的頻道組。當服務區(qū)擴大后，為了實現(xiàn)同頻復用，不同單位無線區(qū)群可使用相同的頻道組，其條件是，相同號編的無線小區(qū)中

55、心之間的距離dg大于或等于同頻道復用距離D。dg取決于單位無線區(qū)群中無線小區(qū)數(shù)N和無線小區(qū)半徑r，三者之間的關(guān)系為: 由此可計算出N與dg/r的關(guān)系如圖1-32所示顯然，在滿足所要求的同頻復用距離的前提下，N應取最小值，這是因為，N越小，頻率利用率越高。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 無線小區(qū)的基站設置。無線小區(qū)中的基站如果設在小區(qū)的中心位置，采用圓形輻射的全向天線覆蓋無線小區(qū)，這就是所謂的“中心激勵”方式，如圖1-33所示。 如果基站設在每個正六邊形小區(qū)的3個頂點上，并且每個基站采用3副輻射角是120的扇形定向天線，分別覆蓋3個相鄰無線小區(qū)的各三分之一區(qū)域，每個三分之一區(qū)域稱作扇

56、區(qū)，即一個無線小區(qū)分為3個扇區(qū)，這就是“頂點激勵”方式，由于采用了定向天線，天線發(fā)射功率小，對同頻干擾有一定的抑制作用，且同頻復用距離小，頻率復用率較高，但是由于每個基站覆蓋面積減小，使頻率切換次數(shù)增加。頂點激勵方式也可以用6副輻射角是60的扇形定向天線。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) (3)不同情況下無線小區(qū)的劃分 用戶密度不同時。如果整個服務區(qū)的地理環(huán)境一致，用戶密度分布均勻，則所采用的無線小區(qū)大小相同。而實際上，在整個服務區(qū)，建筑物分布復雜，用戶密度也是不均勻的，如在城市中心，用戶密度高，話務量大，而城市郊區(qū)的用戶密度相對較低，所以小區(qū)的劃分應隨外界環(huán)境而靈活變化，如在用戶密

57、度高的市中心，可使無線小區(qū)的面積小一些，在用戶密度低的城市郊區(qū)可使無線小區(qū)的面積大一些。 圖1-34所示為用戶分布密度不等時的區(qū)域劃分。 另外，一個地區(qū)的用戶數(shù)和話務量是變化的，如用戶密度低的城市郊區(qū)隨著城市建設的發(fā)展，變成了用戶密度高的區(qū)域，這時為了適應增大的話務量，需要縮小原來的無線小區(qū)的面積，將小區(qū)分成更小的小區(qū)。解決以上問題可用小區(qū)分裂的方法上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 以3輻射的頂點激勵方式為例，如圖1-35所示，在原小區(qū)內(nèi)分設三個發(fā)射功率更小一些的新基站，就可以形成幾個面積更小一些的正六邊形小區(qū)，如圖1-35中虛線所示。 帶狀服務區(qū)。前面介紹的正六邊形無線區(qū)群適合服務

58、區(qū)的地形是寬廣的平面，也稱為面狀服務區(qū)，如果服務區(qū)是狹長的區(qū)域，如公路、鐵路、海岸等，則無線小區(qū)需采用定向天線，按狹長的區(qū)域形成帶狀網(wǎng)絡，相鄰小區(qū)可進行頻率復用，如圖1-36所示。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 直放站。服務區(qū)的地形起伏變化復雜，這會使得服務區(qū)存在信號很弱或基站范圍達不到的地方，這些地方稱為盲區(qū)，為了使信號有效到達盲區(qū)，最大限度滿足用戶通話服務的要求，通常在適當?shù)牡胤浇⒅狈耪?，用來對移動通信基站起延伸距離范圍和覆蓋重要盲區(qū)的作用。直放站是具有小型功能的設備，它的成本低，架設簡單，所以廣泛用于隧道、偏遠的礦區(qū)、建筑物內(nèi)部，如圖1-37所示。上一頁下一頁返回1.5 移

59、動通信的基本技術(shù) 3.多信道共用技術(shù) 隨著移動通信的發(fā)展，頻道數(shù)目有限和移動用戶數(shù)急劇增加的矛盾越來越大。要解決移動通信的頻率擁擠問題，一是開發(fā)新頻段，二是采用各種有效利用頻率的措施移動通信發(fā)展的過程，就是有效利用頻率的過程，而且仍是今后移動通信發(fā)展中的關(guān)鍵問題之一。提高頻率利用率的有效措施主要有兩種:同頻復用和多信道共用，前面對同頻復用已經(jīng)做了闡述，這部分介紹多信道共用技術(shù)。 多信道共用是指在網(wǎng)內(nèi)的大量用戶共同享有若干無線信道，這與市話用戶共同享有中繼線相類似。這種占用信道的方式相對于獨立信道方式來說，可以顯著提高信道利用率。上一頁下一頁返回1.5 移動通信的基本技術(shù) 例如，一個無線小區(qū)有I

60、L個信道，把用戶也分成IL組，每組用戶分別被指定一個信道，不同的信道內(nèi)的用戶不能互換信道，如圖1-38 ( a)所示，這就是獨立信道方式。當某一信道被某一用戶占用時，在它通話結(jié)束前，屬于該信道的其他用戶都處于阻塞狀態(tài)，無法通話。但是，與此同時一些其他的信道可能正處于空閑狀態(tài)，而又得不到利用。顯然，信道利用率很低。 如果將一個無線區(qū)內(nèi)的n個信道，為該區(qū)內(nèi)所有m個用戶共用，則當k (kn)個信道被占用時，其他需要通話的用戶可以選擇剩余的n-k中的任意一個空閑信道通信。這種方式稱為多信道共用，如圖1 -38 (b)所示。對多信道共用方式，因為任何一個移動用戶選取空閑信道和占用空閑信道的時間都是隨機的