第1章 移動通信基礎(chǔ)知識

移動通信技術(shù)

第1章移動通信概論

1.1移動通信概述

1.2常用移動通信系統(tǒng)

1.3移動通信發(fā)展概況和發(fā)展方向

1.4

蜂窩移動通信組網(wǎng)技術(shù)

1.5移動通信中的多址技術(shù)

2023/2/511.1.1基本概念1移動通信，是指通信雙方或至少有一方處于運動中進行信息傳輸和交換的通信方式。2移動通信系統(tǒng)包括無繩電話、無線尋呼、陸地蜂窩移動通信、衛(wèi)星移動通信等。3移動體之間通信聯(lián)系的傳輸手段只能依靠無線電通信，因此，無線通信是移動通信的基礎(chǔ)，而無線通信技術(shù)的發(fā)展將推動移動通信的發(fā)展。1.1移動通信概述2023/2/521.1.2移動通信系統(tǒng)的組成1移動通信系統(tǒng)是移動體之間、移動體和固定用戶之間以及固定用戶與移動體之間，能夠建立許多信息傳輸通道的通信系統(tǒng)。2移動通信包括無線傳輸、有線傳輸，信息的收集、處理和存儲等，使用的主要設(shè)備有無線收發(fā)信機、移動交換控制設(shè)備和移動終端設(shè)備。1.1移動通信概述2023/2/53圖1.1移動通信網(wǎng)的組成示意圖1.1移動通信概述2023/2/541.1.3移動通信的特點1．移動通信必須利用無線電波進行信息傳輸2．移動通信是在復(fù)雜的干擾環(huán)境中運行3．隨著移動通信業(yè)務(wù)量的需求與日俱增，移動通信可以利用的頻譜資源非常有限4．對移動臺的要求高5．通道容量有限6．通信系統(tǒng)復(fù)雜1.1移動通信概述2023/2/551.1.4移動通信的分類1按使用對象可分為民用設(shè)備和軍用設(shè)備；2按使用環(huán)境可分為陸地通信、海上通信和空中通信；3按多址方式可分為頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）等；4按覆蓋范圍可分為廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)；5按業(yè)務(wù)類型可分為電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)；6按工作方式可分為同頻單工、異頻單工、異頻雙工和半雙工；7按服務(wù)范圍可分為專用網(wǎng)和公用網(wǎng)；按信號形式可分為模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)。

1.1移動通信概述2023/2/561.1.5移動通信的工作頻段

1.1移動通信概述圖1.2電磁波波譜圖2023/2/571.1移動通信概述c＝3×108m/s1MHz（兆赫）＝106Hzλ＝c/f1GHz（吉赫）＝109Hz1μm（微米）＝10?6m1THz（太赫）＝1012Hz1nm（納米）＝10?9m1PHz（拍赫）＝1015Hz1?（埃）＝10?10m各種單位的換算公式2023/2/58早期的移動通信主要使用VHF和UHF頻段如150MHz，450MHz。目前，第二代大容量移動通信系統(tǒng)均使用800MHz頻段（CDMA），900MHz頻段（AMPS、TACS、GSM），1800MHz頻段（GSM1800/DCS1800），該頻段用于微蜂窩（Microcell）系統(tǒng)。GSM900/1800雙頻段數(shù)字蜂窩移動臺核準頻率范圍：Tx：885～915MHz/1710～1785MHzRx：930～960MHz/1805～1880MHzGSM900/1800雙頻段數(shù)字蜂窩基站核準頻率范圍：Tx:：930～960MHz/1805～1880MHzRx:：885～915MHz/1710～1785MHz1.1移動通信概述2023/2/59800MHzCDMA數(shù)字蜂窩移動臺準頻率范圍：Tx：825～835MHzRx：870～880MHz800MHzCDMA數(shù)字蜂窩基站核準頻率范圍：Tx：870～880MHzRx：825～835MHz第三代移動通信系統(tǒng)(3G)就是IMT-2000，它是國際電信聯(lián)盟（ITU）在1985年提出未來公眾陸地移動通信系統(tǒng)（FPLMTS）的名稱的更換，意思是在2000年左右可開始商用并工作在2000MHz頻段上的國際移動通信系統(tǒng)（IMT-2000）。1.1移動通信概述2023/2/510在3G時代，中國電信cdma2000用的是800MHz的頻段，中國移動TD-SCDMA用的是1800MHz和2.1GHz的頻段，而中國聯(lián)通WCDMA也是用2.1GHz的頻段，為1940MHz-1955MHz(上行)、2130MHz-2145MHz(下行（常稱為第三代移動通信使用2.4GHz頻段）。4G的TD-LTE擴大規(guī)模試驗頻段中國移動共獲得130MHz，分別為1880-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635MHz；中國聯(lián)通獲得40MHz，分別為2300-2320MHz、2555-2575MHz；中國電信獲得40MHz，分別為2370-2390MHz、2635-2655MHz。1.1移動通信概述2023/2/511從全球來看700(800)MHz/1.8GHz/2.6GHz三大頻段為海外運營商選擇的4G頻段的主流。而我國700MHz頻段為廣電占有，根本無法收回。正在積極考慮1.4GHz、3.5GHz用于TDD后續(xù)發(fā)展，并研究探討50GHz以上頻段用于滿足未來寬帶移動通信發(fā)展需求。1.1移動通信概述2023/2/5121.1.6移動通信的工作方式1從傳輸方式的角度來看，無線通信分為單向傳輸（廣播式）和雙向傳輸（應(yīng)答式）。2單向傳輸只用于無線電尋呼系統(tǒng)。雙向傳輸有單工、雙工和半雙工三種工作方式。單工通信是指通信雙方電臺交替地進行收信和發(fā)信，根據(jù)收、發(fā)頻率的異同，又可分為同頻單工和異頻單工。4半雙工通信的組成與圖1-3相似，移動臺采用類似單工的“按講”方式，即按下按講開關(guān)，發(fā)射機才工作，而接收機總是工作的?；竟ぷ髑闆r與雙工方式完全相同。1.1移動通信概述2023/2/513圖1.3

單工通信1.1移動通信概述圖1.4雙工通信2023/2/5141.2常用移動通信系統(tǒng)

1.2.1蜂窩移動通信系統(tǒng)1.2.2無繩電話系統(tǒng)1.2.3集群移動通信系統(tǒng)1.2.4移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)1.2.5分組無線網(wǎng)1.2.6移動通信網(wǎng)和固定通信網(wǎng)2023/2/5151.2.1蜂窩移動通信系統(tǒng)

早期的移動通信系統(tǒng)是在其覆蓋區(qū)域中心設(shè)置大功率的發(fā)射機，采用高架天線把信號發(fā)送到整個覆蓋地區(qū)（半徑可達幾十公里）。這種系統(tǒng)的主要矛盾是同時能提供給用戶使用的信道數(shù)極為有限，遠遠滿足不了移動通信業(yè)務(wù)迅速增長的需要。2023/2/5161.2.1蜂窩移動通信系統(tǒng)圖1.5大區(qū)覆蓋與小區(qū)覆蓋2023/2/517蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)把整個服務(wù)區(qū)域劃分成若干個較小的區(qū)域（cell，在蜂窩系統(tǒng)中稱為小區(qū)），各小區(qū)均用小功率的發(fā)射機（即基站發(fā)射機）進行覆蓋，許多小區(qū)像蜂窩一樣能布滿（即覆蓋）任意形狀的服務(wù)地區(qū)，如圖1.5（b）所示。相鄰小區(qū)不允許使用相同的頻道，否則會發(fā)生相互干擾，稱同道干擾。蜂窩通信既能滿足大的無線覆蓋區(qū)和高速移動用戶的要求，又能滿足高密度、低速移動用戶的要求，同時還可滿足室內(nèi)用戶的要求，從而使蜂窩通信向個人通信發(fā)展。1.2.1蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/5181.2.1蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/5191.2.2無繩電話系統(tǒng)

無繩電話是一種以有線電話網(wǎng)為依托的通信方式，是有線電話網(wǎng)的無線延伸。無繩電話具有發(fā)射功率小、省電、設(shè)備簡單、價格低廉、使用方便等優(yōu)點，因而發(fā)展十分迅速，目前已經(jīng)形成了多種數(shù)字式無繩電話系統(tǒng)。歐洲數(shù)字無繩電話系統(tǒng)（DECT）個人手持電話系統(tǒng)（PHS）個人接入通信系統(tǒng)（PACS）在我國應(yīng)用比較廣泛的“小靈通”采用了PHS協(xié)議，是屬于無繩電話衍生的通信手段。2023/2/5201.2.2無繩電話系統(tǒng)

圖l.6無繩電話系統(tǒng)示意圖2023/2/521集群移動通信系統(tǒng)屬于調(diào)度系統(tǒng)的專用通信網(wǎng)。集群移動通信系統(tǒng)采用的基本技術(shù)是頻率公用技術(shù)。集群移動通信系統(tǒng)采用半雙工工作方式。集群移動通信系統(tǒng)主要以無線用戶為主，即以調(diào)度臺與移動臺之間的通話為主。集群移動通信系統(tǒng)屬于專用移動通信網(wǎng)，適用于在各個行業(yè)（或幾個行業(yè)合用）中間進行調(diào)度和指揮，對網(wǎng)中的不同用戶常常賦予不同的優(yōu)先等級。1.2.3集群移動通信系統(tǒng)2023/2/5221.2.4移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信具有全球范圍的覆蓋區(qū)，信道穩(wěn)定、可靠及系統(tǒng)容量大等優(yōu)點，從誕生至今，得到了迅猛發(fā)展。通過衛(wèi)星為移動臺及手機提供移動通信服務(wù)而構(gòu)成移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)（MSS）。MSS是以VAST和地面蜂窩移動通信為基礎(chǔ)，結(jié)合空間衛(wèi)星多波束技術(shù)及星上處理、計算機等高新技術(shù)而構(gòu)成的超越時空的全球個人通信網(wǎng)。2023/2/5231.2.5分組無線網(wǎng)

分組無線網(wǎng)是一種利用無線信道進行分組交換的通信網(wǎng)絡(luò)，即網(wǎng)絡(luò)中傳送的信息要以“分組”或稱“信包”（有時簡稱“包”）為基本單元。分組是由若干比特組成的信息段，通常包含“包頭”和“正文”兩部分。包頭中含有該分組的源地址（起始地址）、宿地址（目的地址）和有關(guān)的路由信息，正文是真正需要傳送的信息。分組傳輸方式是存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式的—種，用戶終端必須先把要傳送的信息存儲、分段、加上包頭以構(gòu)成分組，才能送上無線信道進行傳輸。2023/2/5241.2.5分組無線網(wǎng)

這一過程必然要產(chǎn)生額外的時間延遲，因此，分組無線網(wǎng)特別適用于實時性要求不嚴和短消息比較多的數(shù)據(jù)通信。分組傳輸能適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。常見的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有星狀結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)。（1）ARDIS系統(tǒng)（先進的無線電數(shù)據(jù)信息設(shè)備）。（2）Mobitex系統(tǒng)（全國性互聯(lián)的集群無線電網(wǎng)絡(luò)）。（3）CDPD系統(tǒng)（蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)）。（4）TETRA系統(tǒng)（全歐集群無線電）。（5）第二代北美數(shù)字蜂窩IS-54和IS-95系統(tǒng)2023/2/5251.2.5分組無線網(wǎng)2023/2/5261.2.6移動通信網(wǎng)和固定通信網(wǎng)

移動通信網(wǎng)與固定通信網(wǎng)的不同在于無線用戶的移動性和固定用戶的固定性。1公用交換電話網(wǎng)公用交換電話網(wǎng)是高度集成的、擁有用戶最多的公共電話網(wǎng)，是世界上最大的電話網(wǎng)。一般來說，電話網(wǎng)分為長途電話網(wǎng)和本地電話網(wǎng)兩大部分。2023/2/527圖1.7我國電話網(wǎng)結(jié)構(gòu)1.2.6移動通信網(wǎng)和固定通信網(wǎng)

2023/2/5282．公共數(shù)據(jù)網(wǎng)公共數(shù)據(jù)網(wǎng)（PDN）分為兩種：一種是分組交換公共數(shù)據(jù)網(wǎng)（PSPDN）；另一種是電路交換公共數(shù)據(jù)網(wǎng)（CSPDN）。一般來說，PDN主要用來傳送計算機數(shù)據(jù)。3綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)ISDN是這樣一種網(wǎng)絡(luò)，它由電話綜合網(wǎng)（IDN）演變而成，提供端到端的數(shù)字連接，以支持一系列廣泛的業(yè)務(wù)（包括語音和非語音業(yè)務(wù)），它為用戶提供一組有限的標(biāo)準多用途用戶—網(wǎng)絡(luò)接口。1.2.6移動通信網(wǎng)和固定通信網(wǎng)

2023/2/529ISDN所提供的業(yè)務(wù)除了語音業(yè)務(wù)外，所包括的非話業(yè)務(wù)有數(shù)字、文字和圖像，即分組交換數(shù)據(jù)、電路交換數(shù)據(jù)、電子郵件（E-mail）、電子信箱（Mailbox）、智能用戶電報（Teletex）、可視圖文（Videotex）、傳真（Facsimile）、可視電話（Videophone）、電話會議（VideoConference）等。ISDN的信令方式采用公共信令方式。圖1.8所示給出了ISDN的基本結(jié)構(gòu)。1.2.6移動通信網(wǎng)和固定通信網(wǎng)

2023/2/530圖1.8ISDN的基本結(jié)構(gòu)1.2.6移動通信網(wǎng)和固定通信網(wǎng)

2023/2/531ISDN終端設(shè)備通過標(biāo)準的用戶—網(wǎng)絡(luò)接口接入ISDN。ISDN網(wǎng)絡(luò)能力包括電路交換、分組交換、無交換連接和公共信道信令等。ISDN具有三種不同的信令：用戶—網(wǎng)絡(luò)信令、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部信令和用戶—用戶信令。1.2.6移動通信網(wǎng)和固定通信網(wǎng)

2023/2/5321.3.1

1G（模擬系統(tǒng)）代表：美國的AMPS、英國的TACS等通常所說的第一代移動通信系統(tǒng)是指模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)。它是頻分多址接入（FDMA）的移動通信系統(tǒng)。概括起來第一代蜂窩移動通信網(wǎng)有以下缺點：(1)制式太多，互不兼容，妨礙漫游，限制了用戶覆蓋面；(2)提供業(yè)務(wù)的種類受限制，不能傳送數(shù)據(jù)信息；(3)容易被竊聽；(4)不能與ISDN兼容。1.3移動通信發(fā)展概況和發(fā)展方向2023/2/53322G（數(shù)字系統(tǒng)）代表：泛歐的GSM、美國的DAMPS、IS-95CDMA等第二代移動通信（2G）系統(tǒng)為數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)。第二代移動通信系統(tǒng)最有代表性的是GSM（GlobalSystemforMobile）和CDMA系統(tǒng)。數(shù)字移動通信系統(tǒng)采用了兩種無線接入方式：GSM采用的是TDMA，即時分多址的接入方式；CDMA采用的是碼分多址的接入方式。1.3移動通信發(fā)展概況和發(fā)展方向2023/2/53433G（1）標(biāo)準：基于GSM的WCDMA、基于IS-95CDMA的cdma2000、TD-SCDMA等。為使2G系統(tǒng)能平滑過渡到3G，采用2.5G技術(shù)代表：GPRS（GSM向WCDMA過渡）。為了使現(xiàn)有的龐大的第二代數(shù)字移動通信網(wǎng)絡(luò)能平滑地過渡到第三代移動通信網(wǎng)絡(luò)，美國的IS-95和歐洲的GSM系統(tǒng)都采用了漸進過渡的方法。以IS-95為基礎(chǔ)發(fā)展，逐漸從IS-95-A至IS-95-B過渡到第三代移動通信系統(tǒng)的單載波，最終至多載波，支持達2Mbit/s的數(shù)據(jù)速率。1.3移動通信發(fā)展概況和發(fā)展方向2023/2/535GSM系統(tǒng)則通過應(yīng)用新技術(shù)，提供更高帶寬的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。其分為高速電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（HSCSD）、通用無線分組業(yè)務(wù)（GPRS）、增強數(shù)據(jù)速率（EDGE）三個階段，最終至WCDMA，提供高達2Mbit以上的峰值速率。（2）第三代移動通信網(wǎng)的基本概念第三代移動通信3G系統(tǒng)，是指能支持語音數(shù)據(jù)綜合和移動多媒體的寬帶數(shù)字移動網(wǎng)絡(luò)。第三代移動通信系統(tǒng)是一種能提供多種類型、高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)，能實現(xiàn)全球無縫覆蓋，具有全球漫游功能，與固定網(wǎng)絡(luò)相兼容，并以小型便攜式終端在任何時候、任何地點進行任何種類的通信系統(tǒng)。1.3移動通信發(fā)展概況和發(fā)展方向2023/2/536（3）3G的三大標(biāo)準：IMT-2000CDMA-DS，即WCDMA。IMT-2000CDMA-MC，即CDMA2000。IMT-2000CDMATDD，目前包括中國提出的TD-SCDMA和UTRATDD（TD-CDMA）。1.3移動通信發(fā)展概況和發(fā)展方向2023/2/537表1.3三種主要技術(shù)體制的對比情況1.3移動通信發(fā)展概況和發(fā)展方向2023/2/5384、4G、5G……1999年成立的ITU-R的WP8F工作組的主要任務(wù)是負責(zé)3G未來發(fā)展和超3G的研究。WP8F工作組提出的超3G系統(tǒng)的要求主要包括：高速數(shù)據(jù)傳輸；以IP為基礎(chǔ)的無線接續(xù)，支持QoS；各系統(tǒng)（IMT-2000、WLAN、BWA、衛(wèi)星和廣播）之間無縫的業(yè)務(wù)支持，并支持全球漫游；支持多重模式、支持對稱/非對稱業(yè)務(wù)。

4G通信技術(shù)并沒有脫離以前的通信技術(shù)，而是以傳統(tǒng)通信技術(shù)為基礎(chǔ)，不斷提高無線通信的網(wǎng)絡(luò)效率和功能。4G網(wǎng)絡(luò)廣帶化趨勢、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)綜合和重疊的趨勢、軟件無線電的趨勢以及靈活和自適應(yīng)的發(fā)展趨勢1.3移動通信發(fā)展概況和發(fā)展方向2023/2/539在近日召開的IMT-2020峰會上，各方專家對5G的需求和愿景進行了探討，但是沒有最終成形的看法，包括對于5G的定義還在研究當(dāng)中，對于5G的關(guān)鍵技術(shù)也沒有明確的說法，各方技術(shù)專家只是提出了自己的認識。對于5G的關(guān)鍵技術(shù)是什么，目前行業(yè)內(nèi)也未形成統(tǒng)一認識。華為認為，與4G相比，可以引入新的調(diào)制、編碼、協(xié)議棧、架構(gòu)等設(shè)計，滿足用戶對無線業(yè)務(wù)的需求。西安交通大學(xué)的一位技術(shù)專家則認為，網(wǎng)絡(luò)編碼、認知無線電、大規(guī)模MIMO、動態(tài)覆蓋等都可以引入5G，以在提升速度的同時，進一步改善用戶體驗。

1.3移動通信發(fā)展概況和發(fā)展方向2023/2/540值得一提的是，隨著移動通信的發(fā)展，無線電頻譜資源日漸稀缺，尤其是優(yōu)質(zhì)的低頻譜資源逐漸分配完畢，剩下的都是高頻段資源，比如目前的4G就運行在1.9GHz、2.3GHz和2.6GHz頻段上，已經(jīng)屬于高頻段。而未來隨著資源的進一步消耗，AfifOsseiran預(yù)測分配給5G的有可能會是2GHz～6GHz中的2000MHz資源，這種高頻段資源更適合在室內(nèi)場景使用，室外覆蓋的效果則欠佳。高頻段資源對基站覆蓋提出了挑戰(zhàn)，如何滿足室外覆蓋需求、如何在不影響網(wǎng)絡(luò)性能的條件下盡量降低基站密度是必須解決的難題。

1.3移動通信發(fā)展概況和發(fā)展方向2023/2/541此前三星的5G測試中，網(wǎng)絡(luò)就運行在2.8GHz頻段上，三星采取了64個天線單元的自適應(yīng)陣列傳輸技術(shù)破解了難題。

要解決這一問題，一個捷徑是游說政府將低頻段資源釋放給5G，據(jù)稱，英國電信監(jiān)管機構(gòu)Ofcom已經(jīng)在制定一項計劃，向移動運營商釋放700MHz頻段資源，以便他們開發(fā)更快速的5G移動服務(wù)。Ofcom所釋放的低頻段資源以前歸數(shù)字地面電視（DTT）所使用。

不過，在我國頻譜資源劃分是牽扯多個部委的復(fù)雜難題，要釋放頻譜資源需要與其他部委協(xié)調(diào)，并不是工信部自己能夠解決，這就注定了5G爭取低頻段資源的道路不會平坦。

1.3移動通信發(fā)展概況和發(fā)展方向2023/2/542雖然對于5G概念和技術(shù)仍在探討，但是對于標(biāo)準融合的大方向，現(xiàn)在業(yè)內(nèi)基本形成了共識。愛立信分析稱，在2G時代和3G時代，不同的通信標(biāo)準之間存在較大的差異。不過到了4G時代，TD-LTE和LTE-FDD在核心網(wǎng)方面擁有95%的相似性，在無線側(cè)也有90%的相似性。在5G時代，這種融合的趨勢會愈發(fā)明顯。

華為也認為，4G時代，TD-LTE系統(tǒng)與LTEFDD系統(tǒng)已經(jīng)得到很好的融合，全球廠商都積極推動和投入TD-LTE產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)，包括基站系統(tǒng)設(shè)備、終端芯片等環(huán)節(jié)，對促進TD-LTE的產(chǎn)業(yè)化起到了積極作用。5G時代，在頻譜的使用上將更加高效和靈活，核心技術(shù)和系統(tǒng)架構(gòu)將進一步融合，充分保證無線通信系統(tǒng)的長期演進和競爭力。5G無線通信系統(tǒng)將進一步走向融合和全球統(tǒng)一，在全球建立統(tǒng)一的系統(tǒng)制式，加速產(chǎn)業(yè)的成熟。

1.3移動通信發(fā)展概況和發(fā)展方向2023/2/543正是由于通信技術(shù)標(biāo)準趨于融合，因此任何一方都很難單獨開發(fā)一套全新的通信標(biāo)準，全球共用一套通信標(biāo)準將成大勢所趨。然而5G研發(fā)的現(xiàn)實狀況是，5G標(biāo)準、關(guān)鍵技術(shù)、頻譜問題都未形成共識。各方還處于探討之中，這使得5G未來發(fā)展充滿了懸念。1.3移動通信發(fā)展概況和發(fā)展方向2023/2/544

1.4.1蜂窩移動通信系統(tǒng)的組成

1.4.2大區(qū)制小容量

1.4.3蜂窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋1.4.4移動通信中的多址通信的概念1.4

蜂窩移動通信組網(wǎng)技術(shù)2023/2/545

移動通信網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)包括：移動臺（MobileStation，MS）、基站（BaseStation，BS）和構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的移動交換中心（MobileServiceSwitchingCenter，MSC）及與市話網(wǎng)PSTN相連接的中繼線等。1.4.1蜂窩移動通信系統(tǒng)的組成圖1.1蜂窩移動通信系統(tǒng)的組成

2023/2/5461、大區(qū)制的定義大區(qū)制是指一個基站覆蓋整個服務(wù)區(qū)。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)，但這總是有限的。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。這種制式的控制方式簡單，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)展專用移動通信網(wǎng)可選用的制式。1.4.2大區(qū)制小容量2023/2/547圖1.2

大區(qū)制示意圖1.4.2

大區(qū)制小容量IMTS系統(tǒng)：單個大功率覆蓋整個市區(qū)2023/2/5481小區(qū)制----大容量概念：將整個服務(wù)區(qū)劃分為若干個小無線區(qū)，每個小無線區(qū)分別設(shè)置一個基站負責(zé)本區(qū)的移動通信的聯(lián)絡(luò)和控制，同時又可在MSC的統(tǒng)一控制下，實現(xiàn)小區(qū)間移動通信的轉(zhuǎn)接及與公眾電話網(wǎng)的聯(lián)系。1.4.3蜂窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/5491.4.3蜂窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2、區(qū)域的覆蓋有帶狀服務(wù)覆蓋區(qū)域和面狀服務(wù)覆蓋區(qū)域。（1）帶狀服務(wù)覆蓋區(qū)用于覆蓋公路、鐵路、海岸等?；咎炀€若用全向輻射，覆蓋區(qū)形狀是圓形的。帶狀網(wǎng)宜采用有向天線，使每個小區(qū)呈扁圓形。圖1.3帶狀小區(qū)示意圖2023/2/550（2）面狀區(qū)域服務(wù)覆蓋實際上，由于無線系統(tǒng)覆蓋區(qū)的地形地貌不同，無線電波傳播環(huán)境不同，產(chǎn)生的電波的長期衰落和短期衰落不同，因而一個小區(qū)的實際無線覆蓋是一個不規(guī)則的形狀。但也需要有一個規(guī)則的小區(qū)形狀來用于系統(tǒng)的規(guī)劃，以適應(yīng)不斷增長的業(yè)務(wù)需要。1.4.3

蜂窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋(b)理想形狀(c)實際形狀圖1.4面狀區(qū)域覆蓋示意圖2023/2/5513、蜂窩小區(qū)的概念當(dāng)考慮要覆蓋整個服務(wù)區(qū)域而沒有重疊和間隙的幾何形狀時，只有三種可能的選擇：正方形、等邊三角形和正六邊形。圖1.5三種面狀區(qū)域覆蓋組成1.4.3蜂窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/552蜂窩式組網(wǎng)放棄了點對點傳輸和廣播覆蓋模式，將一個移動通信服務(wù)區(qū)劃分成許多以正六邊形為基本幾何圖形的覆蓋區(qū)域，稱為蜂窩小區(qū)。

表2.1三種形狀小區(qū)的比較1.4.3蜂窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/553（1）小區(qū)的分類根據(jù)不同制式系統(tǒng)和不同用戶密度挑選不同類型的小區(qū)。超小區(qū)：小區(qū)半徑r>20km，適于人口稀少的農(nóng)村地區(qū)。宏小區(qū)：小區(qū)半徑r=1km～20km，適于高速公路和人口稠密的地區(qū)。微小區(qū)：小區(qū)半徑r=0.1km～1km，適于城市繁華區(qū)段。微微小區(qū)：小區(qū)半徑r<0.1km，適于辦公室、家庭等移動應(yīng)用環(huán)境。1.4.3蜂窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/554（2）無線區(qū)域的劃分和組成的考慮因素應(yīng)根據(jù)地形地物情況、容量密度、通信容量、頻譜利用率等因素綜合考慮。

圖1.6容量密度區(qū)域劃分1.4.3蜂窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/555圖1.7無線區(qū)劃和組成的實際例圖

1.4.3蜂窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/5564、信道(頻率)配置（1）信道的定義通信網(wǎng)絡(luò)中一條雙向（單向）的信息傳輸通道稱為信道。（2）信道的分類有線信道、無線信道。話音信道、控制信道。

（3）什么是移動通信的無線信道、上行信道和下行信道？

1.4.3蜂窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/557無線信道指移動臺與基站間的一條雙向傳輸通道。上行信道指由移動臺發(fā)射，基站接收;下行信道指由基站發(fā)射，移動臺接收。1.4.3蜂窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/558（4）我國陸地蜂窩移動電話業(yè)務(wù)的頻率分配使用頻段上行頻段（MHz）（MS→BS）下行頻段（MHz）（BS→MS）中國移動GSM900885～915930～960GSM18001710～17851805～1880中國聯(lián)通CDMA800824～849869～8941.4.3蜂窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/559例如：GSM900系統(tǒng)某頻道的工作頻率計算頻道號（n=1-124）與頻道標(biāo)稱中心頻率的關(guān)系（等頻距分配法的公式）上行頻率：=890.2+(n-1)*0.2MHz下行頻率：=935.2+(n-1)*0.2MHz=+45MHz正常情況下，不使用第1和第124頻道，可用最大頻道數(shù)為123。GSM900上下行信道間隔為雙工間隔45MHz。

GSM900載頻間隔或頻帶寬度200KHz。GSM900工作帶寬為30MHz

可得下表21.4.3蜂窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/560組號123456789101112頻率序號123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100101102103104105106107108109110111112113114115116117118119120121122123124表21.4.3蜂窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/561再如中國移動GSM1800MHz的頻點上行頻點中心頻率：=1710.2+(n-1)*0.2

下行頻點中心頻率：=+95

GSM1800載頻間隔或頻帶寬度200KHz。

GSM1800工作帶寬為75MHz,共374個頻點

。GSM系統(tǒng)中因采用TDMA技術(shù)，每載頻可分為8個時隙，即8個信道。給出信道號m計算對應(yīng)工作頻率時，應(yīng)先計算出對應(yīng)的頻道號n=m/8，n取值時，計算得到的小數(shù)部分全部進位。CDMA800M頻點說明上行頻率=825+n*0.03MHZ下行頻率=870+n*0.03MH1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/562n為頻率編號,1≤n≤799CDMA800MHZ系統(tǒng)頻率分配上下行均20MHZ頻段使用了7個載波，即283、242、201、160、119、78、37。載波間隔41個信道即每個載波寬度為1.23MHZ。一般城市只開通2-4個載波。頻點283用于語音業(yè)務(wù)，頻點201用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。我國3G的頻率劃分FDD:1755~1785MHZ;1850~1880MHZ(1800MHz頻段）1920~1980MHZ;

2110~2170MHZ（2.1GHz頻段）TDD：1880~1920MHZ，2010~2025MHZ（2.1GHz頻段）2300~2400MHZ1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/563(5)什么是信道(頻率)配置？信道(頻率)配置是指導(dǎo)將給定的信道(頻率)分配給一個區(qū)群內(nèi)的各個小區(qū)。蜂窩網(wǎng)中，無線區(qū)群是以N個正六邊形小區(qū)組成，各區(qū)群可按一定的規(guī)律使用相同的頻率組若每個群有N個小區(qū)，則需用N組頻率。(6)信道(頻率)配置的方式動態(tài)配置法柔性配置法1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/564例如等頻距配置法配置時根據(jù)區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)N來確定同一信道組內(nèi)各信道之間的頻率間隔，如第一組用（1，1+N，1+2N，1+3N，…），第二組用（2，2+N，2+2N，2+2N，…）等。第一組1、8、15、22、29、…第二組2、9、16、23、30、…第三組3、10、17、24、31、…第四組4、11、18、25、32、…第五組5、12、19、26、33、…第六組6、13、20、27、34、…第七組7、14、21、28、35、…

1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/565再例如分區(qū)分組配置:若每個區(qū)群有7個小區(qū)，每個小區(qū)需要6個信道，則有：第一組1、5、14、20、34、36第二組2、9、13、18、21、31第三組3、8、19、25、33、40第四組4、12、16、22、37、39第五組6、10、27、30、32、41第六組7、11、24、26、29、35第七組15、17、23、28、38、42

1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/566

圖1.10頻道配置示意圖

1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/5675、什么是頻率復(fù)用蜂窩系統(tǒng)的基站工作頻率，由于傳播損耗提供足夠的隔離度，在相隔一定距離的另一個基站可以重復(fù)使用同一組工作頻率，稱為頻率復(fù)用。頻率復(fù)用優(yōu)點：采用頻率復(fù)用大大地緩解了頻率資源緊缺的矛盾，提高頻率利用率，增加了用戶數(shù)目或系統(tǒng)容量。頻率復(fù)用缺點：同頻干擾

1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/568（1）區(qū)群的概念與構(gòu)成

共同使用全部可用頻率的N個小區(qū)叫做一區(qū)群（cluster）。即每個小區(qū)里有一組頻率。

1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋圖1.83頻制（N=3）無線區(qū)群2023/2/569圖1.9不同的N值區(qū)群組成的示意圖

1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/570（2）頻率復(fù)用圖1.11蜂窩系統(tǒng)的頻率復(fù)用

頻率復(fù)用指同一載波的無線信道用于覆蓋相隔一定距離的不同區(qū)域,即區(qū)群被復(fù)制。1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/571

（3）頻率復(fù)用后蜂窩系統(tǒng)的容量考慮一個共有S個可用的雙向信道的蜂窩系統(tǒng)，如果每個小區(qū)都分配K（K<S）個信道，并且S個信道分配在N個小區(qū)中分為各不相同的、各自獨立的信道組，而且每個信道組有相同的信道數(shù)目，那么可用無線信道的總數(shù)為S?=?KN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度量

C?=?MKN?=?MS

1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/572如果區(qū)群數(shù)N減小而小區(qū)數(shù)目保持不變，則需要更多的區(qū)群來覆蓋給點的范圍，從而獲得更大的容量。例如N=7,k=3,M=3則C=7*3*3=63；若N=4,k=3,,M>6,則C>63N值表現(xiàn)了移動臺或基站可以承受的干擾，同事保持令人滿意的通信質(zhì)量。（4）同頻相鄰小區(qū)存在著許多使用同一組頻率的小區(qū)，這些小區(qū)叫同頻小區(qū)。1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/573圖1.12

蜂窩系統(tǒng)中同頻相鄰小區(qū)的定位同頻小區(qū)選擇原則

自某一小區(qū)Ａ出發(fā)，沿小區(qū)垂直移動i個小區(qū)；再向左（或右）轉(zhuǎn)60度移動j

個小區(qū)，就到達同信道小區(qū)A。圖1.12所示i=3，j?=2（N=19）。1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/574·每一區(qū)群的小區(qū)數(shù)量N滿足下式，即可表示為：

N?=?i2

+

ij

+

j2則不同的N值得到各不相同的無線區(qū)群形狀，如前圖1.12所示。

1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/575（5）同頻干擾

·同頻干擾（也叫同道干擾）是指同頻小區(qū)之間的信號干擾。為了減小同頻干擾，同頻小區(qū)必須在物理上隔開一個最小的距離，為傳播提供充分的隔離。

·如果每個小區(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，相對于小區(qū)的覆蓋距離同頻小區(qū)間的空間距離就會增加，從而來自同頻小區(qū)的射頻能量減小而使干擾減小。1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/576參數(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)。對于六邊形系統(tǒng)來說，Q可表示為：

·

而Q值大可以提高傳播質(zhì)量，因為同頻干擾小。在實際的蜂窩系統(tǒng)中，需要對這兩個目標(biāo)進行協(xié)調(diào)和折衷。1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/577為了減小同頻干擾，同頻小區(qū)必須在物理上隔開一個最小的距離，為傳播提供充分的隔離。同頻小區(qū)中心之間的距離其中N為無線區(qū)群中的小區(qū)數(shù)，R為小區(qū)半徑。在滿足所需同頻復(fù)用距離前提下，N取最小值，使頻率利用率最高。1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/578（8）相鄰信道的干擾

鄰頻干擾（也叫鄰道干擾）是指來自所使用信號頻率的相鄰頻率的信號干擾。鄰頻干擾是因接收濾波器不理想，使得相鄰頻率的信號泄漏到傳輸帶寬內(nèi)而引起的。離基站近的移動臺的強信號干擾離基站遠的鄰道上的移動臺的弱信號，要求移動臺采用自動功率控制電路。（9）互調(diào)干擾互調(diào)干擾是指系統(tǒng)內(nèi)由于非線性器件引起，它產(chǎn)生的各種組合頻率成分落入本頻道接收機通帶內(nèi)造成的對有用信號的干擾。尤其在FDMA中明顯，因此要求設(shè)備必須具有良好的選擇性。1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/579

（10）蜂窩小區(qū)容量的改善小區(qū)分裂：小區(qū)分裂就是一種將擁塞的小區(qū)分成更小的小區(qū)的方法，分裂后的每個小區(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。

1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/580不是所有的小區(qū)都同時分裂的。小區(qū)分裂通過用更小的小區(qū)代替較大小區(qū)來允許系統(tǒng)容量的增加。同時又不影響為了維持同頻小區(qū)間的最小同頻復(fù)用因子所需的信道分配策略。圖1.13小區(qū)分裂的圖例1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/581圖1.13所示的小區(qū)分裂例子中，更小小區(qū)是在不改變系統(tǒng)的頻率復(fù)用計劃前提下增加的。扇區(qū)的概念(裂向技術(shù)）：前述的小區(qū)分裂技術(shù)即通過減小小區(qū)半徑和不改變同頻復(fù)用比例D/R來增加單位面積的信道數(shù)。另外方法是保持小區(qū)半徑不變，減小D/R比值來提高容量。即減小區(qū)群中的小區(qū)數(shù)量N，相應(yīng)提高頻率復(fù)用來實現(xiàn)容量的提高。為了做到這點，需要不降低發(fā)射功率前提下減小干擾。1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/582可以通過使用定向天線代替基站中單獨的一根全向天線來減小蜂窩系統(tǒng)中的同頻干擾，其中每個定向天線輻射某一特定的扇區(qū)。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。這種使用定向天線來減小同頻干擾，從而提高系統(tǒng)容量的技術(shù)叫做裂向技術(shù)（即扇區(qū)化）。同頻干擾減小的因素決定于使用扇區(qū)的數(shù)目。

1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/583圖2.14扇區(qū)劃分示意圖扇區(qū)化即是將一個基站分成多個小區(qū)，每個小區(qū)都有自己的發(fā)射和接收天線，相當(dāng)于一個獨立的小區(qū)。扇區(qū)化的小區(qū)使用特制的定向天線，使該小區(qū)定向天線輻射某一特定的扇區(qū)。1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/5846、區(qū)群基站激勵方式

（1）中心激勵

基站設(shè)在小區(qū)的中央，用全向天線形成圓形覆蓋區(qū)。

圖2.15中心激勵示意圖1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/585（2）頂點激勵基站設(shè)在每個小區(qū)六邊形的三個頂點上，每個基站采用三副1200扇形輻射的定向天線，分別覆蓋三個相鄰小區(qū)的各三分之一區(qū)域。圖2.16頂點激勵示意圖1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/586實際應(yīng)用中，常采用定向天線進行頂點激勵的小區(qū)制，每個基站應(yīng)配置三組信道，向三個方向輻射，例如N=7，即每7個小區(qū)（7個基站）形成一個區(qū)群，每個區(qū)群就需有7×3=21個信道組。圖2.17基站信道組的分布1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/5877多信道共用技術(shù)?移動通信網(wǎng)中，在基站控制的小區(qū)內(nèi)有n個無線信道提供給該小區(qū)的所有移動用戶共同使用。當(dāng)k（k﹤n）個信道被占用時，其他需要通話的用戶可以選擇其余（n-k）中的任一空閑信道進行通話。某一用戶需要通信而發(fā)出呼叫時，基站需要按一定的選取方式進行空閑信道的分配。空閑信道的選取方式主要可以分為兩類：一類是專用呼叫信道方式(或稱“共用信令信道”方式)；另一類是標(biāo)明空閑信道方式。

專用呼叫信道方式:網(wǎng)中設(shè)置專門的呼叫信道，專用于處理用戶的呼叫。移動用戶只要不在通話時就停在這呼叫信道上守候。1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/588標(biāo)明空閑信道方式:在網(wǎng)中不設(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行?；驹谀骋豢臻e信道發(fā)出空閑信號，所有未通話的移動臺都自動地對所有信道進行搜索。用戶一般占用信道方式有獨立信道方式和多信道共用方式。見圖2.18所示。

1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋圖2.18信道應(yīng)用方式2023/2/589多信道共用技術(shù)也是共用呼叫頻道方式.共用呼叫頻道方式是在系統(tǒng)中專門設(shè)立一個共用呼叫頻道，它不作通話使用，僅處理呼叫和傳送轉(zhuǎn)頻指令。系統(tǒng)內(nèi)所有不通話的用戶都停留在該頻道上，處于守候狀態(tài)。當(dāng)用戶需要通話而摘機時，通過該頻道向基站發(fā)出呼叫請求，如系統(tǒng)有空閑頻道，基站就通過該共用頻道發(fā)出轉(zhuǎn)頻指令，使用戶轉(zhuǎn)入指定的空閑頻道。當(dāng)頻道全部被占用時，則向用戶示忙。當(dāng)移動用戶被叫時，基站也從共用呼叫頻道發(fā)出選呼號碼,被叫用戶應(yīng)答后，基站發(fā)出轉(zhuǎn)頻指令，使用戶按指令轉(zhuǎn)入指定的通話頻道。

1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/5908移動通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的常見指標(biāo)(1)工作頻段與頻道間隔(2)通信概率：它是指保證服務(wù)質(zhì)量的通話時間和地點的概率值。(3)話音質(zhì)量：它是評估移動通信系統(tǒng)話音品質(zhì)（可懂度和自然度）優(yōu)劣的情況。

1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋級別評定類別人的印象標(biāo)準5優(yōu)無噪聲、清晰4中輕微噪聲3中令人煩惱的噪聲2差噪聲嚴重1劣語音不可懂表1.1評分標(biāo)準

2023/2/591(4)呼叫話務(wù)量與忙時話務(wù)量

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)。其性質(zhì)如同客流量，具有隨機性，只能用統(tǒng)計方法獲取。呼叫話務(wù)量是電話負荷大小的一種度量，又稱話務(wù)負荷。是指單位時間（一小時）內(nèi)的平均電話交換量。

Y=MC’T（Erl）Y也為呼叫總話務(wù)量，M為用戶數(shù)，C’為每小時每用戶占用信道平均呼叫次數(shù)，其中MC’=C看作每小時所有用戶平均呼叫次數(shù)(包括成功和失敗的次數(shù)），T為每次呼叫占用信道平均時間。T以小時為單位，話務(wù)量單位為Erl。即

Y=CT（Erl）1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/592實際上，24小時中，每小時的話務(wù)量是不可能相同。用戶忙時話務(wù)量是指一天中最忙的那個小時（即“忙時”），每個用戶的平均話務(wù)量，用YB來表示。YB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。K為集中率其定義如下:

1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/593每用戶忙時話務(wù)量是指最繁忙的一小時每個用戶的平均話務(wù)量。

（Erl）式中，每個用戶忙時的平均話務(wù)量，C”為每個用戶每天平均呼叫次數(shù)，為每次呼叫占用信道的平均時間（s)。1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/594(5)容量

在多信道共用時，容量有兩種表示法。①每個信道所能容納的用戶數(shù)（m）為

Y為總話務(wù)量，YB每個用戶忙時話務(wù)量，n為共用信道數(shù)。②系統(tǒng)所能容納的用戶數(shù)（M）為：

n為共用信道數(shù),m為每個信道所能容納的用戶數(shù)，它們相乘即得到系統(tǒng)容量。1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/595(6)呼損率

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Z。它是指系統(tǒng)全部信道被占用的再發(fā)生呼叫就出現(xiàn)呼損，因此呼損率即電話接不通的比率。

Y0為呼叫不成功的話務(wù)量，Y總話務(wù)量；C0為呼叫失敗次數(shù)，C為呼叫總次數(shù)。

1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/596(7)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Y1為呼叫成功而接通電話的話務(wù)量，n為共用信道數(shù)。例:某移動通信系統(tǒng)，每天每個用戶平均呼叫10次，每次占用信道時間平均為80s,忙時集中率K=0.125，問系統(tǒng)呼損率要求在10%的條件下，給定8個信道的系統(tǒng)能容納多少用戶。1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/597解：①求出每用戶忙時話務(wù)量②根據(jù)信道數(shù)n,呼損率Z，查呼損表得Y=5.597③求每個信道所能容納的用戶數(shù)m④最后求出系統(tǒng)容量1.4.3

窩小區(qū)制的概念和區(qū)域的頻率覆蓋2023/2/5981.5.1多址通信概述1.5.2多址通信方式

1.5移動通信中的多址技術(shù)

2023/2/5991多址接入蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)中是以信道來區(qū)分通信對象的。一個信道一次只能容納一個用戶通話。許多同時通話的用戶，互相以信道來區(qū)分，這就是多址。移動通信系統(tǒng)是一個多信道同時工作的系統(tǒng)，在無線的電波覆蓋范圍內(nèi)，如何建立用戶之間的無線信道的連接是多址接入方式問題。解決多址接入問題的方法叫做多址接入技術(shù)。2多址接入方式基站與許多移動臺同時通信，因而基站通常是多路的，有多個信道，而移動臺只供一個用戶使用，是單路的。1.5.1多址通信概述2023/2/5100許多用戶同時通話，以不同的信道分隔，防止相互干擾，各用戶信號通過在射頻波道上的復(fù)用，從而建立各自的信道，以實現(xiàn)雙邊通信的連接，稱為多址連接(多址接入)。移動臺之間或移動臺與市話用戶之間是通過基站（包括交換局和局間聯(lián)網(wǎng)）同時建立各自信道，從而實現(xiàn)多址連接。那么基站是以怎樣的信號傳輸方式接收、處理和轉(zhuǎn)發(fā)移動臺來的信號呢？基站又以怎樣的信號結(jié)構(gòu)發(fā)出給移動臺的尋呼信號，而且移動臺從這些信號中識別出發(fā)給本臺的信號呢？這就是多址連接問題，即多址接入方式問題。1.5.1多址通信概述2023/2/51013有關(guān)涉及技術(shù)：在發(fā)送端用復(fù)用器將多路信號合在一起，在接收端用分路器將各路信號分開的多用戶共用信道方式。它們有頻分多路復(fù)用（FDM）、時分多路復(fù)用（TDM）、碼分多路復(fù)用（CDM）和波分多路復(fù)用（WDM）等。頻分雙工（FDD）為每一個用戶提供兩個確定的頻率波段。一個波段（前向波段）提供從基站到移動臺的傳輸，而另一個波段（后向波段）提供從移動臺到基站的傳輸。

時分雙工（TDD）是用時間而不是用頻率來提供前向鏈路和反向鏈路。如果前向鏈路和反向鏈路之間的時間間隔很小，那么對于話音、數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，用戶看起來是同時的，這就需要在發(fā)送和接收之間存在一段時間間隔。1.5.1多址通信概述2023/2/5102圖2.19FDMA、TDMA和CDMA的示意圖1.5.2多址通信方式2023/2/51031

FDMA方式:當(dāng)以傳輸信號的載波頻率不同來區(qū)分信道建立多址接入時，稱為頻分多址（FDMA）方式；(1)頻分多路復(fù)用（FDM）技術(shù)將各路信號的頻譜搬至互不重疊的頻帶上，同時在一個信道中傳輸。接收端通過不同中心頻率的帶通濾波器把各路信息信號分離出來。圖2.20FDM系統(tǒng)的工作示意圖1.5.2多址通信方式2023/2/5104(2)FDMA系統(tǒng)原理在頻分多址系統(tǒng)中，把可以使用的總頻段劃分為若干占用較小帶寬的頻道，這些頻道在頻域上互不重疊，每個頻道就是一個通信信道，分配給一個用戶。一個典型的FDMA頻道劃分如圖2.21所示。信道每次只能傳遞一個電話如果一個FDMA信道沒有使用，并且處于空閑狀態(tài)，它不能被其他用戶使用以增加共享容量。FDMA為每一個用戶指定了特定信道，這些信道按要求分配給請求服務(wù)的用戶。呼叫的整個過程中，其他用戶不能共享這一頻段。1.5.2多址通信方式2023/2/5105圖2.21FDMA系統(tǒng)頻道劃分(頻譜分割)示意圖1.5.2多址通信方式2023/2/5106前向(上行）與反向（下行）信道的頻帶分割，是實現(xiàn)頻分雙工通信的要求。頻道間隔（如為200kHz）是保證頻道之間不重疊的條件。1.5.2多址通信方式2023/2/5107圖2.22FDMA系統(tǒng)的工作示意圖1.5.2多址通信方式2023/2/5108(3)FDMA系統(tǒng)的特點A、FDMA信道每次只能傳送一路電話，每信道占用一個載頻;相鄰載頻之間的間隔應(yīng)滿足傳輸信號帶寬的要求；符號時間與平均延遲擴展相比較是很大的。B、移動臺較簡單，和模擬的較接近。C、基站復(fù)雜龐大，重復(fù)設(shè)置收發(fā)信設(shè)備。D、需要精確的RF濾波器，需要雙工器（單天線）。E、FDMA比TDMA簡單，同步和組幀比特少，系統(tǒng)開銷小。FDMA通常是窄帶系統(tǒng)。1.5.2多址通信方式2023/2/5109F、FDMA頻分多址采用調(diào)頻的多址技術(shù)，業(yè)務(wù)信道在不同的頻段分配給不同的用戶。G、FDMA適合大量連續(xù)非突發(fā)性數(shù)據(jù)的接入，單純采用FDMA作為多址接入方式已經(jīng)很少見。H、目前中國聯(lián)通、中國移動所使用的GSM移動電話網(wǎng)就是采用FDMA和TDMA兩種方式的結(jié)合。

1.5.2多址通信方式2023/2/51102TDMA方式(1)時分多路復(fù)用（TDM）技術(shù)以時間作為分割信號的參量，使各路信號在時間上互不重疊。利用不同時隙來傳送各路不同信號。圖2.23TDM系統(tǒng)的工作示意圖

1.5.2多址通信方式2023/2/5111(2)TDMA系統(tǒng)原理當(dāng)以傳輸信號存在的時間不同來區(qū)分信道建立多址接入時，稱為時分多址（TDMA）方式。TDMA是在一個寬帶的無線載波上，把時間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時隙（無論幀或時隙都是互不重疊的），每個時隙就是一個通信信道，分配給一個用戶。

圖2.24TDMA系統(tǒng)的工作示意圖1.5.2多址通信方式2023/2/5112使各個移動臺在每幀只能按指定的時隙向基站發(fā)射信號，在滿足定時和同步條件下，基站可以在各時隙中接收到個移動臺的信號而互不干擾，同時基站發(fā)向各個移動臺的信號都按順序安排在預(yù)定的時隙中傳輸，各移動臺只要在指定的的時隙內(nèi)接收，就能把合路信號（TDM信號)中把發(fā)給他的信號區(qū)分開來。所以TDMA系統(tǒng)發(fā)射數(shù)據(jù)是用緩存—突發(fā)法，因此對任何一個用戶而言發(fā)射都是不連續(xù)的。1.5.2多址通信方式2023/2/5113(3)TDMA的幀結(jié)構(gòu)

TDMA幀是TDMA系統(tǒng)的基本單元，它由時隙組成，在時隙內(nèi)傳送的信號叫做突發(fā)（Burst）,各個用戶的發(fā)射相互連成1個TDMA幀。TDMA主要傳輸TDM的數(shù)字信號，每個MS占有時隙稱為分幀或子幀。幀周期一般取話音PCM信號采樣周期125或整數(shù)倍。圖2.26TDMA幀結(jié)構(gòu)1.5.2多址通信方式2023/2/5114(4)TDMA系統(tǒng)的特點

突發(fā)傳輸?shù)乃俾矢?，遠大于語音編碼速率，每路編碼速率設(shè)為Kbit/s，共N個時隙，則在這個載波上傳輸?shù)乃俾蕦⒋笥贜Kbit/s；發(fā)射信號速率隨N的增大而提高；TDMA用不同的時隙來發(fā)射和接收，因此不需雙工器；基站復(fù)雜性減小；抗干擾能力強，頻率利用率高，系統(tǒng)容量大；越區(qū)切換簡單。1.5.2多址通信方式2023/2/5115GSM系統(tǒng)中，有若干個小區(qū)（3個、7個等）構(gòu)成一個區(qū)群，區(qū)群內(nèi)不能使用相同頻道，每個小區(qū)使用多個載頻，每一頻點（或叫頻道、載波）上可分成8個時隙，每一時隙為一個信道，一個頻道最多可有8個移動用戶同時使用。GSM系統(tǒng)采用時分多址、頻分多址和頻分雙工（TDMA/FDMA/FDD）的接入方式。例如在900MHz的頻段中共分124個頻道，頻道間隔200kMz；每一載波上可分成8個時隙，每一時隙為一個信道；每信道占用帶寬200kHz／8=25kHz，8個時隙構(gòu)成一個TDMA幀，幀長度約為4.615ms。每個時隙含156.25個碼元，時隙寬為0.577ms；1.5.2多址通信方式2023/2/5116時分多址（TDMA）的物理信道中，幀的結(jié)構(gòu)或組成是基礎(chǔ)。1.5.2多址通信方式圖2.25GSM的FDMA/TDMA結(jié)構(gòu)2023/2/5117在GSM中時分多址技術(shù)即每個載頻分成8個時隙，每個時隙為一個信道。多個用戶共享一個載波頻率，分享不同時隙。按照不同的用戶提供不同的帶寬。需要自適應(yīng)均衡保護時隙。TDMA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞是不連續(xù)的，是分組發(fā)射，可以關(guān)閉。

1.5.2多址通信方式2023/2/51183

CDMA方式:當(dāng)以傳輸信號的碼型不同來區(qū)分信道建立多址接入時，稱為碼分多址（CDMA）方式。

(1)碼分復(fù)用(CDM，CodeDivisionMultiplexing)是靠不同的編碼來區(qū)分各路原始信號的一種復(fù)用方式。(2)擴頻技術(shù)的概念通常將已調(diào)信號帶寬與調(diào)制信號的帶寬之比100的信息傳輸方式稱為擴頻通信，否則只能是寬帶或窄帶通信。擴頻技術(shù)概念是一種信息傳輸方式，其系統(tǒng)占用的頻帶寬度遠大于要傳輸?shù)脑夹盘柕膸挘ɑ蛐畔⒈忍芈剩?，且與原始信號帶寬無關(guān)。在發(fā)送端，頻帶的展寬是通過編碼及調(diào)制（即擴頻）來實現(xiàn)的。在接收端用與發(fā)送端完全相同的擴頻碼進行相關(guān)解調(diào)（即解擴）來恢復(fù)信息。

1.5.2多址通信方式2023/2/5119(3)擴頻技術(shù)的分類

擴頻技術(shù)有直接序列（DS）擴頻；跳頻（FH）擴頻；線性調(diào)頻（chirp）;跳時擴頻等技術(shù)。擴頻技術(shù)廣泛使用在衛(wèi)星通信、微波通信、移動通信等通信系統(tǒng)中，其中多使用DS、FH技術(shù)。1.5.2多址通信方式2023/2/5120(4)CDMA系統(tǒng)原理CDMA的技術(shù)原理是基于擴頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號帶寬的信息數(shù)據(jù)用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼(PN)進行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去；接收端使用完全相同的偽隨機碼，與接收的帶寬信號作相關(guān)處理，把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號即解擴，以實現(xiàn)信息通信。如圖2.27所示直接序列（DS）擴頻原理框圖。1.5.2多址通信方式

2023/2/5121圖2.27CDMA/DS單工鏈路組成框圖

1.5.2多址通信方式

2023/2/5122A擴頻技術(shù)作用擴頻技術(shù)作用是提高通信的抗干擾能力，即使系統(tǒng)在強干擾條件下也能安全可靠地通信。圖2.28

擴頻技術(shù)作用示意圖

1.5.2多址通信方式

2023/2/5123B偽隨機序列或偽噪聲序列（PN碼）m序列的生成m序列是最長移位寄存器序列的簡稱，它是由帶線性反饋的移位寄存器產(chǎn)生的周期最長的一種序列。m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。下圖是三級移位寄存器構(gòu)成m序列發(fā)生器。圖2.29m序列產(chǎn)生電路1.5.2多址通信方式

2023/2/5124

(1)(2)(3)初始態(tài)：111011001100010101110111輸出周期是7的m序列1110010，也稱為7個碼片?？勺鳛橐粋€地址碼。此外還有Walsh碼和Gold序列都可用作地址碼。1.5.2多址通信方式

2023/2/5125C、IS-95CDMA中地址碼的應(yīng)用用戶地址碼：用長m序列的截段碼，碼長42位，數(shù)量為242-1，根據(jù)碼的不同相位區(qū)分不同的用戶?；镜刂反a：用中長m序列的截段碼或Gold碼，碼長15位，數(shù)量為215-1，根據(jù)碼的相位不同來區(qū)分。IS-95CDMA中不同碼型由一個PN碼序列產(chǎn)生的，PN碼序列周期為個碼片（chip)，并將此周期序列每隔64碼片移位序列作為一個碼址，共可得到個碼址，分配給512個基站。CDMA蜂窩網(wǎng)中，可為每個基站分配一個PN序列，以不同的PN序列來區(qū)分基站地址。1.5.2多址通信方式

2023/2/5126m序列是一個偽隨機序列，按一定規(guī)律周期性變化，具有隨機噪聲類似的特性。m系列的特性：m系列有許多優(yōu)良的特性，主要是它的隨機性和自相關(guān)性。隨機性表征為：一個周期內(nèi)的“1”和“0”大致相等，用m序列做平衡調(diào)制實現(xiàn)擴展頻譜時有較高的載波抑制度；連續(xù)的”1“或”0“稱為游程，長度為1（單”1“或”0“）占總游程1/2，長度為,2（單”11“或”00“）占總游程1/4，長度為3（單”111“或”000“）占總游程1/8，等等。相關(guān)性：可用相關(guān)性函數(shù)表示。1.5.2多址通信方式

2023/2/5127由圖可知，當(dāng)τ=0時，自相關(guān)函數(shù)R(τ)出現(xiàn)峰值1；當(dāng)τ偏離0時，相關(guān)函數(shù)曲線很快下降；當(dāng)1≤τ≤P-1時，相關(guān)函數(shù)值為-1/P；當(dāng)τ=P時，又出現(xiàn)峰值1…?？梢杂糜袩o自相關(guān)函數(shù)值來識別信號，并檢測自相關(guān)函數(shù)值為1的碼序列。正交碼必須是自相關(guān)性良好，互相關(guān)性處處為0。在碼分系統(tǒng)中，若用m序列作地址碼，必須選擇自相關(guān)性好、互相關(guān)性弱的m序列組