第二章移動(dòng)通信的基本概念修改

第二章移動(dòng)通信的基本概念修改第一頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一學(xué)習(xí)目標(biāo)理解并掌握直射波、反射波、地面波、自由空間傳播、多徑效應(yīng)、多普勒頻移、快衰落、慢衰落等概念。初步了解地形、地物的分類，以及任意地形地區(qū)的傳播損耗中值的估算。掌握蜂窩、小區(qū)、區(qū)群、中心激勵(lì)、頂點(diǎn)激勵(lì)、移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成、多址技術(shù)等概念。第二頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一理解常見的各類噪聲與干擾，如同頻干擾、鄰頻干擾、互調(diào)干擾、時(shí)隙干擾和碼間干擾等，了解某些抑制噪聲和干擾的技術(shù)。了解全國蜂窩系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，了解移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域、號(hào)碼、地址與識(shí)別。第三頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一2.1無線電波的傳播特性電波的傳播方式直射波大氣中的電波傳播障礙物的影響與繞射損耗反射波第四頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一2.1.1電波的傳播方式從發(fā)信機(jī)發(fā)出的電波在到達(dá)收信機(jī)時(shí)，可能會(huì)沿不同的路徑進(jìn)行傳播，如圖2-1所示。沿著地表面?zhèn)鞑サ碾姴ǎㄈ缏窂?）稱為地面波；從發(fā)射天線直接到達(dá)接收天線的電波（如路徑2）稱為直射波；經(jīng)過大地反射到達(dá)收信機(jī)的電波（如路徑3）稱為反射波。第五頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一一般而言，收信機(jī)A接收到的電波是由直射波和大地反射波合成的，所有這些波統(tǒng)稱空間波。經(jīng)過電離層反射而傳播的電波（如路徑4）稱為電離層波，它主要用于短波通信。第六頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一圖2-1典型的電波傳播通路地面波，中長(zhǎng)波，幾百千米直射波，微波，幾十千米反射波，微波電離層波，短波，幾千千米第七頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一自由空間的傳播衰耗lts定義為：2.1.2直射波(式2-1)式中，λ是電磁波的波長(zhǎng)，d是收發(fā)天線間距離。

第八頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一圖2-3自由空間L0為傳播損耗，d為傳播距離。頻率越高，距離越遠(yuǎn)，則損耗越大。2.1.3大氣中的電波傳播第九頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一2.2移動(dòng)信道的特征

傳播路徑與信號(hào)衰落多普勒效應(yīng)多徑效應(yīng)與瑞利衰落慢衰落特性和衰落儲(chǔ)備第十頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一2.2.1傳播路徑與信號(hào)衰落移動(dòng)無線電波傳播路徑損耗，主要是由于地形、傳播路徑上的無線電散射體等原因產(chǎn)生的，是直射加上鏡面反射、漫反射和繞射等的綜合結(jié)果，如圖2-7所示。（1）鏡面反射（2）漫反射：如投射到樹葉上的無線電波。（3）繞射第十一頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一直射波反射波圖2-7幾種傳播路徑第十二頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一路徑損耗快衰落慢衰落第十三頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一路徑損耗第十四頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一第十五頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一陰影效應(yīng)手機(jī)第十六頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一多徑效應(yīng)的解釋：因?yàn)橄辔?頻率*時(shí)間，頻率為幾百兆，時(shí)間為微秒級(jí)，則相位也很可觀。兩個(gè)從不同路徑來的信號(hào)，同相則疊加，那么增強(qiáng)；相位為π，則相反，則會(huì)出現(xiàn)深衰落。第十七頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一2.2.2多普勒效應(yīng)

假設(shè)移動(dòng)臺(tái)以恒定的速率移動(dòng)時(shí)，會(huì)接收到來自遠(yuǎn)方信號(hào)源發(fā)出的信號(hào)電波，并設(shè)信號(hào)電波與移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向的夾角為θ，如圖2-9所示，則頻移值可表示為：（式2-24）若移動(dòng)臺(tái)朝向入射波的方向運(yùn)動(dòng)，則頻移為正，即接收頻率升高；反之，若移動(dòng)臺(tái)逆向入射波的方向運(yùn)動(dòng)，則頻移為負(fù)，即接收頻率降低。第十八頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一圖2-9多普勒效應(yīng)示意圖第十九頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一也就是：若移動(dòng)臺(tái)朝基站的方向運(yùn)動(dòng)，則頻率增加；反之，若移動(dòng)臺(tái)遠(yuǎn)離基站運(yùn)動(dòng)，則頻率減少。第二十頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一第二十一頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一共有N條路徑Ai為幅度第二十二頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一第二十三頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一即正態(tài)分布第二十四頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一設(shè)信號(hào)包絡(luò)μ的概率密度為f（μ），則：（式2-27）μ相當(dāng)于均值，σ相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)偏差，它們是兩個(gè)參數(shù)第二十五頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一f（μ）與μ/σ的關(guān)系如圖2-11所示。圖2-11瑞利分布的概率密度第二十六頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一2.4蜂窩系統(tǒng)工作原理什么是蜂窩頻率復(fù)用多址方式第二十七頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一2.4.1什么是蜂窩什么是蜂窩呢？移動(dòng)通信系統(tǒng)是采用一個(gè)叫基站的設(shè)備來提供無線覆蓋服務(wù)的，基站的覆蓋范圍有大有小，我們把基站的覆蓋范圍稱之為蜂窩。

早期的移動(dòng)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(jī)，采用高架天線把信號(hào)發(fā)射到整個(gè)覆蓋地區(qū)（半徑可達(dá)幾十公里）。第二十八頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一為了在服務(wù)區(qū)實(shí)現(xiàn)無縫覆蓋并提高系統(tǒng)的容量，可采用多個(gè)基站來覆蓋給定的服務(wù)區(qū)，每個(gè)基站的覆蓋區(qū)稱為一個(gè)小區(qū)。根據(jù)服務(wù)區(qū)域類型的不同，可劃分為帶狀服務(wù)區(qū)和面狀服務(wù)區(qū)。第二十九頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一1．帶狀服務(wù)區(qū)對(duì)于公路、鐵路、海岸等的覆蓋可采用帶狀服務(wù)區(qū)，如圖2-23所示。基站天線若用全向輻射，覆蓋區(qū)形狀是圓形的。帶狀網(wǎng)宜采用有向天線，則每個(gè)小區(qū)是扁圓形的。帶狀網(wǎng)進(jìn)行頻率復(fù)用可采用雙頻制，也可用多頻制。第三十頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一

圖2-23帶狀服務(wù)區(qū)的覆蓋第三十一頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一2．面狀服務(wù)區(qū)（1）小區(qū)的形狀可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)平面的覆蓋。按交疊區(qū)的中心線所圍成的面積形狀看，區(qū)域的形狀可分為正三角形、正方形和正六角形三種?？梢宰C明，要用正多邊形無空隙、無重疊地覆蓋一個(gè)平面區(qū)域，可取的形狀只有這三種，如圖2-24所示。第三十二頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一圖2-24小區(qū)的形狀第三十三頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一由正三角形，正四邊形、正六邊形覆蓋一個(gè)平面時(shí)，各區(qū)域之同的中心距離、半個(gè)區(qū)域面積、交疊部分面積以及交疊區(qū)寬度如下表2-4所示。表2-4三種形狀小區(qū)的比較R是外接圓的半徑2.6R21.3R21.2πR20.35πR20.73πR2第三十四頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一這里r應(yīng)為R，即外接圓的半徑第三十五頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一由上圖可見，正六邊形的鄰區(qū)距離及小區(qū)面積最大，這樣用的基站就少一些。交疊區(qū)寬度及交疊區(qū)面積最小。為了避免干擾，要求重疊要盡量小。因此將正六邊形選為蜂窩小區(qū)形狀第三十六頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一（2）區(qū)群的組成單位無線區(qū)群的構(gòu)成應(yīng)滿足以下兩個(gè)條件：一是單位無線區(qū)群之間彼此鄰接；二是相鄰單位無線區(qū)群的同頻小區(qū)中心間隔距離是一樣的。滿足以上兩個(gè)條件的關(guān)系式如下：（式2-43）式中N為構(gòu)成單位無線區(qū)群的正六邊形的數(shù)目，簡(jiǎn)稱區(qū)群數(shù)。a和b不能同時(shí)為零，且是正整數(shù)。按照以上條件，可確定N有如下數(shù)值，相應(yīng)的區(qū)群形狀如圖2-25所示。第三十七頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一圖2-25區(qū)群的組成第三十八頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一第三十九頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一（3）中心激勵(lì)和頂點(diǎn)激勵(lì)根據(jù)基站的位置不同，可有兩種激勵(lì)方式：如圖2-26所示。一種是基站位于正六邊形的中心，稱為中心激勵(lì)方式；另一種是基站位于每個(gè)正六邊形的三個(gè)相隔的頂點(diǎn)上，稱為“頂點(diǎn)激勵(lì)”方式。第四十頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一圖2-26兩種激勵(lì)方式示意圖第四十一頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一中心激勵(lì)方式下，基站使用全向天線形成圓形覆蓋區(qū)；頂點(diǎn)激勵(lì)方式下，每個(gè)基站使用三個(gè)120o扇形覆蓋的定向天線實(shí)現(xiàn)共同覆蓋。使用定向天線，抗同頻干擾能力強(qiáng)，所以一般使用頂點(diǎn)激勵(lì)方式。第四十二頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一同頻干擾定向天線向左發(fā)射，從而不干擾右邊的f1小區(qū)第四十三頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一返回第四十四頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一（4）盲點(diǎn)與熱點(diǎn)盲點(diǎn)是指由于網(wǎng)絡(luò)漏覆蓋，使得該區(qū)域的信號(hào)強(qiáng)度極弱，通信質(zhì)量嚴(yán)重低劣；熱點(diǎn)是指由于存在商業(yè)中心等業(yè)務(wù)繁忙區(qū)域，造成空間業(yè)務(wù)負(fù)荷的不均勻分布。對(duì)于以上兩“點(diǎn)”問題，往往通過設(shè)置直放站、分裂小區(qū)等方法加以解決。第四十五頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一簡(jiǎn)單的移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成先講MSC，BSC第四十六頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一MSC：移動(dòng)交換中心（MobileSwitchingCenter）BSC：基站控制器（BaseStationController）。它是基站收發(fā)臺(tái)和移動(dòng)交換中心之間的連接點(diǎn)。第四十七頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一較復(fù)雜的移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成第四十八頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一為了解決盲點(diǎn)而設(shè)置。直放站也叫中繼站，屬于同頻放大設(shè)備，它在無線電傳輸過程中起到信號(hào)增強(qiáng)的作用，如圖2-27所示。直放站（Repeater）的設(shè)置第四十九頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一濾波器下行選頻模塊圖2-27第五十頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一直放站在下行鏈路中，由施主天線從宿主基站提取信號(hào)，通過帶通濾波器對(duì)帶通外的信號(hào)進(jìn)行極好的隔離，將濾波信號(hào)經(jīng)功放放大以后，再次發(fā)射到待覆蓋區(qū)域。在上行鏈接路徑中，覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)以同樣的工作方式由上行放大鏈處理后發(fā)射到相應(yīng)基站，從而達(dá)到基站與移動(dòng)臺(tái)間的信號(hào)傳遞。引入直放站有許多好處，如填補(bǔ)移動(dòng)通信盲區(qū)以實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋等等，但直放站的使用也會(huì)帶來新問題，如時(shí)延等等。第五十一頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一分裂小區(qū)在整個(gè)服務(wù)區(qū)中每個(gè)區(qū)的大小可以是相同的，但這只能適應(yīng)用戶密度均勻的情況。事實(shí)上服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶密度是不均勻的，例如居民區(qū)的用戶密度較高，而市郊區(qū)的用戶密度較低。因此，在用戶密度高的居民區(qū)可使小區(qū)的面積小一些，在用戶密度低的市郊區(qū)可使小區(qū)的面積大一些，如圖2-28所示。第五十二頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一圖2-28小區(qū)的分裂第五十三頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一（5）蜂窩的種類宏蜂窩小區(qū)微蜂窩小區(qū)其它蜂窩小區(qū)第五十四頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一小區(qū)按照半徑大小一般分為衛(wèi)星小區(qū)、宏小區(qū)、微小區(qū)、微微小區(qū)等幾類，具體見下表2-5。第五十五頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一表2-5小區(qū)的分類第五十六頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一2.4.2頻率復(fù)用

1．什么頻率復(fù)用蜂窩系統(tǒng)的基本出發(fā)點(diǎn)是頻率復(fù)用，也稱為頻分復(fù)用（FDM，F(xiàn)requencyDivisionMultiplexing），就是將用于傳輸信道的總帶寬劃分成若干個(gè)子頻帶（或稱子信道）以進(jìn)行信號(hào)的傳輸。頻分復(fù)用要求總頻率寬度大于各個(gè)子信道頻率之和，同時(shí)為了保證各子信道中所傳輸?shù)男盘?hào)互不干擾，應(yīng)在各子信道之間設(shè)立保護(hù)隔離帶。頻分復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn)是所有子信道傳輸?shù)男盘?hào)以并行的方式工作。第五十七頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一10KHz50KHz60KHz110KHz120KHz170KHz保護(hù)帶第五十八頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一通常，不同區(qū)群的兩個(gè)小區(qū)只要相互之間的空間距離大于某一數(shù)值，就可使用相同的頻道，而不會(huì)產(chǎn)生顯著的同道干擾，這樣就實(shí)現(xiàn)了頻率再用。頻率復(fù)用的優(yōu)勢(shì)是可以提高頻譜效率，但劣勢(shì)是如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)得不好，將產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，這種干擾稱為同信道干擾。第五十九頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一2．頻率復(fù)用距離的計(jì)算（1）D與R的關(guān)系使用同一組頻率的小區(qū)稱為共道小區(qū)，它們間產(chǎn)生的干擾叫共道干擾。一個(gè)區(qū)群中的小區(qū)數(shù)愈少，則相鄰區(qū)群的地理位置愈靠近，共道干擾就會(huì)愈強(qiáng)。第六十頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一第六十一頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一根據(jù)蜂窩系統(tǒng)的幾何關(guān)系，設(shè)區(qū)群數(shù)為N，則有：（式2-44）第六十二頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一N是小區(qū)數(shù)，D是同頻小區(qū)的距離。D越大，則干擾越小以前大區(qū)中頻率只能用1次，而現(xiàn)在分成小區(qū)，頻率用了很多次R是小區(qū)外接圓的半徑第六十三頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一第六十四頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一第六十五頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一載波干擾比：英文名稱：carrier-to-interferenceratio，C/I，即載波功率（有用信號(hào)功率）與干擾信號(hào)功率的比值。dB（分貝）是表示兩個(gè)量的比值大小，本身沒有單位。

對(duì)電壓或是電流的比值進(jìn)行換算時(shí)，(A/B)dB=20lg(A/B)

對(duì)功率的比值進(jìn)行換算時(shí)，(A/B)dB=10lg(A/B)

假設(shè)載波功率是200W，干擾信號(hào)功率是2W，那么載干比C/I=200W/2W=100，通常換算成dB值表示，也就是載干比為10lg100=20dB第六十六頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一第六十七頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一a為衰落指數(shù)第六十八頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一射頻防衛(wèi)度第六十九頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一第七十頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一4個(gè)小區(qū)，12個(gè)扇區(qū)第七十一頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一第七十二頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一N是由（C/I）s所確定，可推出：

（式2-45）D與R的關(guān)系：所以（式2-46）第七十三頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一第七十四頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一對(duì)于7/21復(fù)用方式（即7個(gè)基站，21個(gè)小區(qū)使用21組頻率），則同頻復(fù)用距離D為（式2-47）同理，對(duì)4/12復(fù)用方式，D=6R；對(duì)3/9復(fù)用方式，D≈5.2R。第七十五頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一

可見，區(qū)群內(nèi)小區(qū)數(shù)k越大，同信道小區(qū)的距離就越遠(yuǎn)，抗同頻干擾的性能也就越好。第七十六頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一但區(qū)群內(nèi)小區(qū)數(shù)k也不是越大越好，k大了以后，用得設(shè)備多了，增加成本。所以，k到底取多少，還是要綜合考慮各方面的因素。第七十七頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一2.4.3多址方式頻分多址技術(shù)（FDMA）時(shí)分多址技術(shù)（TDMA）碼分多址技術(shù)(CDMA)

第七十八頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一1頻分多址技術(shù)（FDMA,FrequencyDivisionMultipleAddress)移動(dòng)通信的頻率資源十分緊缺，不可能為每個(gè)移動(dòng)臺(tái)預(yù)留一個(gè)信道，因此只能事先為每個(gè)基站配置好一組信道，供該基站所覆蓋的小區(qū)內(nèi)的所有移動(dòng)臺(tái)共用。這就是信道共用問題。頻分復(fù)用技術(shù)下，多個(gè)用戶可以共享一個(gè)物理通信信道。第七十九頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一頻分復(fù)用（FDM）又稱頻分多址，是發(fā)送端對(duì)所發(fā)信號(hào)的頻率參量進(jìn)行正交分割，形成許多互不重疊的頻帶，即將載波帶寬劃分為多個(gè)不同頻帶的子信道。在接收端利用頻率的正交性，通過頻率選擇(濾波)，從混合信號(hào)中選出相應(yīng)的信號(hào)，這樣每個(gè)子信道可以單獨(dú)并行地傳送一路信號(hào)。如下頁圖。第八十頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一0KHz50KHz60KHz110KHz120KHz170KHz保護(hù)帶第八十一頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一在單純的FDMA系統(tǒng)中，通常采用頻分雙工（FDD）的方式來實(shí)現(xiàn)雙工通信，即接收頻率F和發(fā)送頻率f是不同的。所以，為了使得同一部電臺(tái)的收發(fā)之間不產(chǎn)生干擾，收發(fā)頻率間隔│f-F│必須大于一定的數(shù)值，因此在FDMA系統(tǒng)中，收發(fā)頻段是分開的。FDD:FrequencyDivisionDuplex

第八十二頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一另外，在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，移動(dòng)臺(tái)與移動(dòng)臺(tái)之間是不能直接通信的，而必須經(jīng)過基站中轉(zhuǎn)，如下圖2-30所示。第八十三頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一圖2-30FDMA系統(tǒng)的工作示意圖

接收頻率發(fā)送頻率第八十四頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一從圖2-30中還可以看出，兩個(gè)移動(dòng)臺(tái)間通信通過基站的中轉(zhuǎn)，需占兩個(gè)上行子頻段和兩個(gè)下行子頻段，加上收發(fā)間的保護(hù)頻帶，因此FDMA系統(tǒng)的頻率資源利用率低。盡管存在著一些缺陷，但在整個(gè)通信領(lǐng)域，F(xiàn)DMA還是最經(jīng)典的多址技術(shù)，已應(yīng)用于許多通信系統(tǒng)中。第八十五頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一2時(shí)分多址技術(shù)（TDMA）時(shí)分多址是發(fā)送端對(duì)所發(fā)送信號(hào)的時(shí)間參量進(jìn)行正交分割，形成許多互不重疊的時(shí)隙。即在一個(gè)寬帶的載波上，把時(shí)間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙就是一個(gè)通信信道，分配給一個(gè)用戶。在接收端再利用時(shí)間的正交性，通過時(shí)間選擇，從混合信號(hào)中選出相應(yīng)的信號(hào)。第八十六頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一0s500μs1000μs1500μs2000μs第八十七頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一近年來，TDMA有較多的應(yīng)用，如GSM中主要使用了TDMA技術(shù)。第八十八頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一TDMA的基本工作原理如下系統(tǒng)根據(jù)一定的時(shí)隙分配原則，使各個(gè)移動(dòng)臺(tái)在每幀內(nèi)只能按指定的時(shí)隙向基站發(fā)射信號(hào)；為了保證不同傳播時(shí)延情況下，各移動(dòng)臺(tái)到達(dá)基站的信號(hào)不會(huì)重疊，通常在幀結(jié)構(gòu)中有保護(hù)間隔比特，在此保護(hù)間隔內(nèi)不傳送信號(hào)；這樣在滿足定時(shí)和同步的條件下，基站可以在各時(shí)隙中接收到各移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)而互不干擾。

第八十九頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一在FDD方式中，上行鏈路和下行鏈路的幀分別在不同的頻率上，但在TDD方式中，上下行幀都在相同的頻率上，如圖2-31所示。在每一個(gè)子頻帶上又分了若干個(gè)子時(shí)隙，每個(gè)用戶只占用子時(shí)隙進(jìn)行通話。優(yōu)點(diǎn)：TDMA使得頻率資源的利用率得到了很大的提高，即相同頻率資源下可容納比FDMA多幾倍的用戶數(shù)。缺點(diǎn)：TDMA系統(tǒng)要注意通信中的同步和定時(shí)問題，否則會(huì)因?yàn)闀r(shí)隙的錯(cuò)位而導(dǎo)致接收端移動(dòng)臺(tái)無法正常接收信息。TDD:TimeDivisionDuplex

第九十頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一圖2-31

TDMA系統(tǒng)的工作示意圖

上下行幀頻率不同第九十一頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一圖2-31

TDMA系統(tǒng)的工作示意圖

上下行幀頻率相同第九十二頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一在TDMA系統(tǒng)中，每幀中的時(shí)隙結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)通常要考慮三個(gè)主要的因素：一是控制和信令信息的傳輸；二是信道多徑的影響；三是系統(tǒng)的同步。第九十三頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一解決以上三個(gè)問題的主要方法是：一在每個(gè)時(shí)隙中專門劃出部分比特用于控制和信令信息的傳輸；二是在時(shí)隙中插入自適應(yīng)均衡器所需的訓(xùn)練序列，并在上行鏈路的每個(gè)時(shí)隙中留出一定的保護(hù)間隔；三是在時(shí)隙中有專用的同步序列。第九十四頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一3碼分多址技術(shù)(CDMA,CodeDivisionMultipleAddress)碼分多址系統(tǒng)采用一組彼此正交的偽隨機(jī)噪聲(PN)序列，作為擴(kuò)頻序列碼對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制；在接收端用相應(yīng)的PN碼通過相關(guān)處理解擴(kuò)來實(shí)現(xiàn)多用戶共享頻率資源的功能。該技術(shù)將每一來話編碼，并在接收端進(jìn)行解碼，使大量用戶能夠共享同一無線電頻率。碼分多址(CDMA)有兩種主要形式：直擴(kuò)碼分(DS-CDMA)與跳頻碼分（FH-CDMA），前者多用于民用，后者多用于軍事。

第九十五頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一DS-CDMA:DirectSequence-CodeDivisionMultipleAccess,即直接序列碼分多址FH-CDMA:Frequency-hoppingcodedivisionmultipleaccess

第九十六頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一使用CDMA的用戶的發(fā)射信號(hào)在時(shí)間上、頻率上都可能相互重疊。因此，采用傳統(tǒng)的濾波器是不能分離信號(hào)的，對(duì)某用戶發(fā)送的信號(hào)，只有與其相匹配的接收機(jī)通過相關(guān)檢測(cè)才可能正確接收。第九十七頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一第九十八頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一為了實(shí)現(xiàn)雙工通信，正向傳輸和反向傳輸各使用一個(gè)載波頻率，即頻分雙工。無論正向傳輸或反向傳輸，除傳輸業(yè)務(wù)信息外，還必須傳送相應(yīng)的控制信息。為了傳送不同的信息，需要設(shè)置不同的信道。第九十九頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一自相關(guān)函數(shù)是描述隨機(jī)信號(hào)X(t)在任意兩個(gè)不同時(shí)刻t1,t2取值之間的相關(guān)程度。第一百頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一自相關(guān)函數(shù)R(k)具有下列性質(zhì)：(1)對(duì)稱性：R(k)=R(-k)(2)在k=0處，R(k)為最大值，即對(duì)于所有k來說，|R(k)|≤R(0)即R(t1-t2),k=t1-t2第一百零一頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一互相關(guān)函數(shù)可以描述兩個(gè)隨機(jī)信號(hào)X(t)和Y(t)之間的相關(guān)程度。第一百零二頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一在碼分多址通信系統(tǒng)中，利用自相關(guān)性很強(qiáng)而互相關(guān)值為0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）；經(jīng)過相應(yīng)的信道傳輸后，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(duì)接收到的所有信號(hào)進(jìn)行鑒別，從中將地址碼與本地地址碼一致的信號(hào)選出，把不一致的信號(hào)除掉。

基本工作原理如下：第一百零三頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一例如，圖2-32中d1-dN分別是N個(gè)用戶的信息數(shù)據(jù)，其對(duì)應(yīng)的地址碼分別為W1-WN，為了簡(jiǎn)明起見，假定系統(tǒng)有4個(gè)用戶（即N=4），各自的地址碼為：（式2-59）第一百零四頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一與（式2-59）和（式2-60）相應(yīng)的波形如圖2-33。假設(shè)在某一時(shí)刻用戶信息數(shù)據(jù)分別為：，，，（式2-60）第一百零五頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一

圖2-32碼分多址收發(fā)系統(tǒng)示意圖

本地產(chǎn)生的地址碼R端的波形是S1-S4的疊加用戶數(shù)據(jù)地址碼積分電路，相當(dāng)于低通濾波器第一百零六頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一圖2-33碼分多址原理波形示意圖

W1與d1相乘得到S1J1是最后輸出的波形第一百零七頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一

與各自對(duì)應(yīng)的地址碼相乘后的波形S1-S4如圖2-33所示。在接收端，當(dāng)系統(tǒng)處于同步狀態(tài)時(shí)，在接收機(jī)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(yīng)與該用戶的地址碼相同（Wk=W2）。

第一百零八頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一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(yīng)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J1-J4如圖2-33所示，即：（式2-61），，，第一百零九頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一也就是在采樣、判決電路前的信號(hào)是：0+、（-1）、+0、+0。此時(shí)，雖然解調(diào)輸出R端的波形是S1-S4的疊加，但是，因?yàn)橐邮盏氖怯脩?的信息數(shù)據(jù)，本地產(chǎn)生地址碼與用戶2的地址碼相同，經(jīng)過相關(guān)檢測(cè)后，用戶1、3、4所發(fā)射的信號(hào)加到采樣、判決電路前的信號(hào)是0，對(duì)信號(hào)的采樣、判決沒有影響。采樣、判決電路的輸出信號(hào)是r2={-1}，是用戶2所發(fā)送的信息數(shù)據(jù)。

第一百一十頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一

以上所述的三種多址方式，可比較如下圖2-34所示。由圖2-34可見：FDMA多址方式是一種基本的多址方式，它靠不同的子頻帶來區(qū)分用戶，其技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛。但是，單純的FDMA方式存在頻率利用率低、基站收發(fā)信機(jī)數(shù)量大等問題。第一百一十一頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一圖2-34

三種多址技術(shù)的對(duì)比

FDMA1個(gè)頻率只有1個(gè)用戶，TDMA1個(gè)頻率有3個(gè)用戶，CDMA1個(gè)頻率有3的倍數(shù)的用戶。第一百一十二頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一TDMA多址方式靠不同的子時(shí)隙來區(qū)分用戶，它將時(shí)間劃分成周期性的幀，每一幀分成若干時(shí)隙。這樣一個(gè)載頻就含有多個(gè)信道，從而一個(gè)載頻可供多個(gè)用戶工作，基站的收發(fā)設(shè)備數(shù)量減少。第一百一十三頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一CDMA多址方式靠不同的正交碼型來區(qū)分用戶；它是在同頻、同時(shí)條件下，各個(gè)接收機(jī)根據(jù)信號(hào)碼型之間的差異分離出需要的信號(hào)。第一百一十四頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一與FDMA和TDMA相比，CDMA具有很多優(yōu)點(diǎn)，含有頻域、時(shí)域和碼域三維信號(hào)。它具有抗干擾性好，同頻率可在多個(gè)小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用，所要求的載干比(C／I)小于1。所以CDMA比其它系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是：系統(tǒng)容量大、通話質(zhì)量好等。

因?yàn)镃DMA的多種優(yōu)勢(shì)，所以它成了實(shí)現(xiàn)第三代移動(dòng)通信的關(guān)鍵。目前該技術(shù)發(fā)展成為多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，我國也有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，而且競(jìng)爭(zhēng)激烈。即用戶多第一百一十五頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一2.5移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成全國蜂窩系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)移動(dòng)通信網(wǎng)的區(qū)域、號(hào)碼、地址與識(shí)別第一百一十六頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一我們以現(xiàn)有2G移動(dòng)通信系統(tǒng)為例，了解其基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具體如圖2-35所示。主要是由：1、移動(dòng)臺(tái)子系統(tǒng)（MS）2、基站子系統(tǒng)（BSS）3、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）4、操作支持子系統(tǒng)（OSS）等四大部分組成。2．5．1移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成第一百一十七頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一圖2-35現(xiàn)有移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框圖

移動(dòng)臺(tái)子系統(tǒng)基站子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)操作支持子系統(tǒng)第一百一十八頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一1.移動(dòng)臺(tái)子系統(tǒng)（MS）(MobileSubsystem)：見書P622.基站子系統(tǒng)（BSS）BaseStationSubsystem（1）基站收發(fā)信臺(tái)（BTS）basetransceiverstation

（2）基站控制器（BSC）basestationcontroller

（3）碼型變換器（TC）code-converter

第一百一十九頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一簡(jiǎn)單的移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成第一百二十頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一3.網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）networksubsystem

（1）移動(dòng)交換中心（MSC）MobileSwitchingCenter

，可以接入呼叫或接出呼叫。MSC是整個(gè)GSM網(wǎng)絡(luò)的核心，它控制所有BSC的業(yè)務(wù)，它可以把移動(dòng)用戶與移動(dòng)用戶、移動(dòng)用戶和固定網(wǎng)用戶互相連接起來。第一百二十一頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一MSC從GSM系統(tǒng)內(nèi)的三個(gè)數(shù)據(jù)庫，即歸屬位置寄存器（HLR）、拜訪位置寄存器（VLR）和鑒權(quán)中心（AUC）中獲取用戶位置登記和呼叫請(qǐng)求所需的全部數(shù)據(jù)。第一百二十二頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一較復(fù)雜的移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成第一百二十三頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一（2）拜訪地位置寄存器（VLR）Visitorlocationregister：VLR存儲(chǔ)進(jìn)入其覆蓋區(qū)的移動(dòng)用戶的信息。這使得MSC能夠建立呼入/呼出呼叫。另外見P64（3）歸屬地位置寄存器（HLR）Homelocationregister

：存放的是在本地開戶的信息。另外見P64第一百二十四頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一HLR是歸屬位置寄存器，VLR是拜訪位置寄存器。HLR中存放的是在本地開戶的信息，VLR中存放的是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中正在使用的用戶信息。比如你開戶了，HLR中就有你的開戶信息，但如果你這幾天出差漫游到了外地，在本地的VLR中就沒有你的信息，而漫游地的MSC就會(huì)到原來的HLR中調(diào)用你的信息存放到他的VLR中。第一百二十五頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)MSC必然與一個(gè)VLR相隨，當(dāng)用戶漫游到新的MSC服務(wù)區(qū)時(shí)，與此MSC相聯(lián)的VLR就會(huì)向用戶歸屬位置寄存器HLR請(qǐng)求發(fā)送用戶數(shù)據(jù)，以便在新的MSC中提供相應(yīng)的服務(wù)。HLR將用戶信息拷貝到新的VLR中，以完成用戶位置更新。第一百二十六頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一MSCVLR太原本地MSCVLR北京外地HLR第一百二十七頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一（4）鑒權(quán)中心（AUC或AC）authenticationcenter：見P65（5）設(shè)備識(shí)別寄存器（EIR）equipmentidentityregister

：P65（6）短消息中心（SC）shortmessagecenter：P654.操作支持子系統(tǒng)OSS:operationsupportsubsystem：P65第一百二十八頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一

5.移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口

(1)移動(dòng)通信系統(tǒng)的外部接口a.首先是用戶側(cè)的接口，即移動(dòng)臺(tái)和用戶的界面，可認(rèn)為是一個(gè)人機(jī)界面。b.其次是移動(dòng)通信系統(tǒng)與其他電信網(wǎng)間的接口，如與PSTN的接口。MSC通過移動(dòng)網(wǎng)關(guān)GMSC提供和公共電話交換網(wǎng)（PSTN）、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）、公共數(shù)據(jù)網(wǎng)（PDN）等固定網(wǎng)的接口c.再次是移動(dòng)通信系統(tǒng)與運(yùn)營者的接口，如Um接口第一百二十九頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一(2)移動(dòng)交換子系統(tǒng)MSS內(nèi)部接口

a.B接口

b.C接口

c.D接口

d.E接口

e.F接口

f.G接口

g.MSC與PSTN間的接口

MobileSwitchingSubsystem第一百三十頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一(3)移動(dòng)接入子系統(tǒng)內(nèi)部接口

a.A接口

b.Abis接口

c.Um接口：見P66

第一百三十一頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一2.5.2全國蜂窩系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)移動(dòng)通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)視不同國家地區(qū)而定，地域大的國家一般分為三級(jí)：第一級(jí)為大區(qū)（或省級(jí)匯接局）第二級(jí)為省級(jí)地區(qū)匯接局第三級(jí)為各基本業(yè)務(wù)區(qū)的MSC。我國采用三級(jí)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如圖2-37所示(P67)第一百三十二頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一圖2-37全國數(shù)字蜂窩PLMN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其與PSTN連接的示意圖

移動(dòng)網(wǎng)關(guān)，把移動(dòng)用戶和固話用戶連接起來為移動(dòng)電話長(zhǎng)途局，負(fù)責(zé)撥打移動(dòng)用戶的長(zhǎng)途話務(wù)，分兩級(jí)，一級(jí)負(fù)責(zé)省際話務(wù)，二級(jí)負(fù)責(zé)省內(nèi)話務(wù)應(yīng)改為TMSC第一百三十三頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一PLMN:陸上公用移動(dòng)通信網(wǎng)（PublicLandMobileNetwork）

第一百三十四頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一TmMSC本地MSC本地MSC為移動(dòng)網(wǎng)中的本地匯接局，負(fù)責(zé)把本地的移動(dòng)用戶連接起來第一百三十五頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一（1）在各省或大區(qū)設(shè)有兩個(gè)一級(jí)移動(dòng)匯接中心，通常為單獨(dú)設(shè)置的移動(dòng)業(yè)務(wù)匯接中心。第一百三十六頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一（2）每個(gè)省內(nèi)至少應(yīng)設(shè)有兩個(gè)以上的二級(jí)移動(dòng)匯接中心，并把它們置于省內(nèi)主要城市。每個(gè)二級(jí)移動(dòng)匯接中心與相應(yīng)的兩個(gè)一級(jí)移動(dòng)匯接中心有電路連接。第一百三十七頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一（3）省內(nèi)移動(dòng)通信網(wǎng)中的每一個(gè)移動(dòng)端局，至少應(yīng)與省內(nèi)兩個(gè)二級(jí)匯接中心相連。第一百三十八頁，共一百五十一頁，編輯于2023年，星期一2．5．3移動(dòng)通信網(wǎng)的區(qū)域、號(hào)碼、地址與識(shí)別

1.區(qū)域定義移動(dòng)通信中移動(dòng)臺(tái)沒有固定的位置，移動(dòng)通信網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)位置更新等功能。因此，區(qū)域的定義如圖2-38所示。

2-38區(qū)域的定義第一百三十九頁，共一百五十一頁，編輯于20