移動通信主要技術

(第2章)電子工程系田海麗*移動網絡的抗衰落、抗干擾技術*路由及接續(xù)*移動通信中的控制與交換*頻率利用*無線區(qū)域覆蓋結構2第2章主要內容難點重點3第2章重點和難點*多信道共用概念*移動通信系統(tǒng)中的路由選擇及接續(xù)*跳頻、分集、功率控制、擴頻*正六邊形區(qū)群結構*話務理論4第2章目的和要求*了解移動通信系統(tǒng)的組網制式、無線區(qū)群結構、信道選擇方式*掌握多信道共用、頻率復用概念*理解移動通信中的位置登記、越區(qū)切換、漫游等基本控制技術*理解移動通信系統(tǒng)中常用的抗衰落抗干擾技術52.1無線區(qū)域覆蓋結構區(qū)域覆蓋結構組網制式正六邊形無線區(qū)群結構移動通信網絡結構和信道6區(qū)域覆蓋結構根據其接續(xù)、覆蓋方式分成多重結構

無線小區(qū)基站區(qū)位置區(qū)MSC區(qū)PLMN區(qū)GSM服務區(qū)MSC區(qū)：一個MSC所管轄的所有小區(qū)共同覆蓋的區(qū)域。一個MSC可由一個或若干個位置區(qū)組成。PLMN服務區(qū)：若干個MSC區(qū)組成系統(tǒng)服務區(qū)：MS可獲得服務的區(qū)域，無須知道MS實際位置而可馬上通信的區(qū)域?？捎扇舾蓚€同標準公用移動電話網組成位置區(qū)：MS可任意移動不需要進行位置更新的區(qū)域。位置區(qū)可由一個或若干個小區(qū)組成基站區(qū)域：一個基站的所有小區(qū)所覆蓋的區(qū)域。小區(qū)：一個基站或基站的一部分（扇形天線）所覆蓋的區(qū)域72.1.1組網制式大區(qū)制小區(qū)制小區(qū)形狀的選擇81.大區(qū)制概念整個服務區(qū)內只設一個基站，負責區(qū)內聯(lián)絡與控制R為分集接收臺要求:為增大服務區(qū)：天線架設要高；發(fā)射功率要大解決上行信號弱的問題：采用分集接收臺優(yōu)點：設備簡單，技術上易實現(xiàn)

缺點：頻譜利用率低，用戶容量小

（所有MS采用不同頻率）適用：小城市或業(yè)務量不大的城市一般用戶幾十到幾百個，如：無線出租車92.小區(qū)制概念整個服務區(qū)劃分為若干個小區(qū)，每個小區(qū)設一個基站，負責本小區(qū)的聯(lián)絡與控制，并在MSC的統(tǒng)一控制下，實現(xiàn)小區(qū)間轉接與其他網絡的聯(lián)系適用：大容量移動通信系統(tǒng)優(yōu)點服務區(qū)域縮小，同頻復用距離減小，提高了頻率利用率區(qū)域內用戶數(shù)可靈活確定，小區(qū)的大小也可根據用戶數(shù)靈活確定小區(qū)中用戶數(shù)增大到一定程度，可實現(xiàn)“小區(qū)分裂”MS和BS發(fā)射功率減小，減小了相互間的干擾缺點:切換概率增加控制交換復雜建網成本提高,小區(qū)數(shù)增加，BS數(shù)增加10思考：為什么小區(qū)制能解決頻道數(shù)有限而用戶數(shù)不斷增加的矛盾？113.小區(qū)形狀的選擇服務區(qū)形狀：線狀、面狀（無縫覆蓋）相同地形地物、全向天線

圓形小區(qū)規(guī)劃設計中為鄰接覆蓋服務區(qū)，用圓內接正多邊形代替圓

(正三角形、正方形、正六邊形)12三種圓內接正多邊形的比較小區(qū)形狀正三角形正方形正六邊形比較相鄰小區(qū)的中心距離r大：BS間干擾小單位小區(qū)

面積大：所需小區(qū)數(shù)少交疊區(qū)域

距離r?。罕阌诟櫧粨Q交疊區(qū)域

面積?。和l干擾小最少頻率

個數(shù)643少：頻率利用率高中心間隔最大，各基站間的干擾最小交疊區(qū)面積最小，同頻干擾最小交疊距離最小，便于實現(xiàn)跟蹤交換所需的頻率個數(shù)最少，頻率利用率最高覆蓋面積最大，對于同樣大小的服務區(qū)域所需基站最少正六邊形小區(qū)形狀最佳，相互鄰接構成蜂窩狀網絡結構131.無線區(qū)群的構成從覆蓋角度：無線小區(qū)無線區(qū)群服務區(qū)由若干個正六邊形無線小區(qū)構成，再有無線區(qū)群彼此鄰接形成大服務區(qū)域。若同頻無線小區(qū)之間的中心間隔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，以提高頻率的利用率無線區(qū)群的構成14單位無線區(qū)群的構成條件能彼此鄰接相鄰單位無線區(qū)群中的同頻小區(qū)中心間隔距離相等1.2兩個條件用關系式表示為：

N=a2+ab+b2

其中a、b：相鄰同頻道小區(qū)間的間隔小區(qū)數(shù)，均為正整數(shù)或0，但不能同時為0，或一個為0一個為1

N:構成單位無線區(qū)群的正六邊形數(shù)目例：a=1,b=1N=3a=2,b=0N=4a=2,b=1N=7a=3,b=1N=9……1.無線區(qū)群的構成15圖2-5各種單位無線區(qū)群的圖形各種單位無線區(qū)群的圖形右圖所示的單位無線區(qū)群彼此鄰接排布都可以擴大服務區(qū)，但是如何選擇單位無線區(qū)群呢？a=1,b=1a=2,b=0a=1,b=2單位無線區(qū)群的選擇選擇單位無線區(qū)群的選擇主要是根據系統(tǒng)所要求的同頻道復用距離而定。在進行蜂窩狀網絡的頻率分配時，每個無線小區(qū)分給一個頻道組，每個無線單位區(qū)群分給一組頻道組，下圖的號碼分別表示互不相同的頻道組。

173.服務區(qū)擴大后，為了實現(xiàn)同頻復用，不同的單位無線區(qū)群可以使用相同的頻道組，其條件是：相同號碼的無線小區(qū)中心之間的距離大于或等于同頻信道復用距離D。單位無線區(qū)群的選擇18確定同頻小區(qū)二維距離的方法自某一小區(qū)A出發(fā)，沿邊的垂線方向跨a個小區(qū)，再按逆時針方向轉60度，再跨b個小區(qū)，就可以找到同頻小區(qū)a=1,b=2N=7時的區(qū)域覆蓋同頻小區(qū)根據a,b值確定19GSM系統(tǒng)中，若采用全向天線，則N=7;若采用定向天線，則N=4N=3N=4N=7202.激勵方式類型中心激勵----全向天線頂點激勵----定向天線2.激勵方式中心激勵中心激勵：基站位于無線區(qū)的中心，則采用全向天線實現(xiàn)無線區(qū)的覆蓋。頂點激勵：若在每個蜂窩相同的3個頂點設置基站，并采用3個互成120度扇形覆蓋的定向天線，每個基站3個無線小區(qū)，實現(xiàn)小區(qū)覆蓋222.頂點激勵----定向天線頂點激勵----定向天線三葉草形120°扇形60°扇形

23無線區(qū)大小的確定（根據用戶數(shù)靈活確定）前提條件：假設服務區(qū)容量密度均勻

無線區(qū)大小相同，每個無線區(qū)分配的信道數(shù)相同實際：容量密度不同

市區(qū)用戶密度高無線區(qū)小些，分配的信道數(shù)多些；

郊區(qū)用戶密度低無線區(qū)大些，分配的信道數(shù)少些。無線區(qū)大小的確定24容量密度不等時區(qū)域劃分25小區(qū)分裂：一分三、一分四小區(qū)分裂當原有小區(qū)的容量高到一定程度時，可以將原有小區(qū)再細分為更細小的無線小區(qū)，即小區(qū)分裂，以增大系統(tǒng)的容量和容量密度。小區(qū)分裂方式—1:4

不再使用原基站繼續(xù)使用原基站按照1:4方法分裂，每分裂一次，基站的覆蓋半徑小一半，基站的發(fā)射功率應降低12dB，基站的數(shù)量增加到原來的四倍，建設投資增加，而且越區(qū)頻道切換頻繁。最多容許分裂的次數(shù)n將取決于站址及系統(tǒng)越區(qū)切換的能力小區(qū)分裂的方法-在原基站上分裂在原小區(qū)的基礎上，將中心設置基站的全向覆蓋區(qū)分為幾個定向天線的小區(qū)。為了支持從無方向性天線到扇形分區(qū)和小區(qū)分裂的過渡，在建立無方向性天線輻射之前必須有一個頻率分配計劃，使可能在不改變現(xiàn)有系統(tǒng)頻道分配、無須關閉、增設系統(tǒng)和重新調諧組合器和收發(fā)信機的情況下，通過增設頻道使服務區(qū)容量增加。優(yōu)點：增加了小區(qū)數(shù)目，卻不增加基站數(shù)量；重疊區(qū)小，有利于越區(qū)切換；利用天線的定向輻射性能，可以有效地降低同頻干擾；減少維護工作量和基站建設投資小區(qū)分裂的方法-增加新基站的分裂（d）增加新基站的分裂將小區(qū)半徑縮小，增加新的蜂窩小區(qū)，并在適當?shù)牡胤皆黾有碌幕?，此時，原基站的天線高度是地方降低，發(fā)射功率減少。在總功率不增加的情況下，小區(qū)分裂使原小區(qū)范圍內的使用頻道數(shù)增加，以增大系統(tǒng)容量和容量密度。小區(qū)分裂的方法-增加新基站的分裂1:4分裂實際使用時，可以先進行1:3分裂，然后將三葉草形小區(qū)再進行1:4分裂，這就是1x3x4式二次分裂。30無線區(qū)域的劃分依據（綜合考慮）地形地物情況容量密度通信容量有效利用頻譜……步驟：根據現(xiàn)場調查和勘測，從技術、經濟、使用、維護等幾方面，確定一個最佳的區(qū)域劃分和組成方案根據無線區(qū)的范圍和通信質量要求進行電波傳播電路的計算無線區(qū)域的劃分和組成312.1.3移動通信網絡結構和信道無線區(qū)域覆蓋結構網絡結構信道主要內容32移動通信網基本結構交換控制功能很多基站（BS）移動臺(MS)無固定位置33無線區(qū)域覆蓋結構業(yè)務區(qū)：有一個或若干個移動通信網PLMN組成的，上圖中所示的業(yè)務區(qū)是由一個PLMN組成。一個業(yè)務區(qū)可以是一個國家，或一個國家的一部分，也可以是若干個國家。移動通信網PLMN：一個移動通信網可由一個或若干個MSC組成。MSC提供區(qū)內無線系統(tǒng)與市話網PSTN的接口，完成所有必須的信號功能，以建立與移動臺的往來呼叫。MSC區(qū)：一個MSC區(qū)可有一個或若干個位置區(qū)組成。位置區(qū)即移動臺位置登記區(qū)，是為了確定MS呼叫時所處的位置而設置的。位置區(qū)：一個位置區(qū)由一個或者若干個基站區(qū)組成?；緟^(qū)：一個基站區(qū)可由一個或若干個無線小區(qū)組成，大小取決于基站覆蓋范圍。通過無線信道，在基站區(qū)內建立與移動臺間的無線通信。從控制角度：

無線小區(qū)基站小區(qū)位置區(qū)MSC區(qū)PLMN服務區(qū)GSM業(yè)務區(qū)目前主要網絡結構：三級集中交換式網絡結構（MSC、BS、MS）34無線區(qū)域覆蓋結構移動通信網需要多層次控制，有兩級、三級網絡和四級網絡3種控制結構目前主要網絡結構：三級集中交換式網絡結構（MSC、BS、MS）基站先集中于一個移動業(yè)務交換中心進行交換接續(xù)；集中交換便于集中維護，提高交換接續(xù)質量，在大容量的小區(qū)制結構中，常采用該結構。全國大區(qū)劃分—中國電信在大區(qū)中心設立一級移動業(yè)務匯接中心并網狀相連；在各省會或大城市設立移動業(yè)務匯接中心，并與相應的一級匯接中心相連；2024/3/2036移動端局二級移動業(yè)務中心（TMSC2）一級移動業(yè)務中心(TMSC1)PSTNPSTNPSTN移動臺基站GSM與PSTN網路全國GSM網路結構大區(qū):設立一級匯接中心省內設立二級匯接中心移動本地網設立端局省內GSM網路結構:一個或多個二級匯接中心（2—3）;每個端局應至少與省內兩個二級匯接中心相連372.網絡結構—主要內容移動本地網的網絡結構移動通信網絡和其他網絡互聯(lián)的原則移動通信話路網與NO.7信令網的關系主要內容38移動本地網的網絡結構-概述本地網含義：具有相同長途區(qū)號全國劃分若干個移動本地網，原則上長途編號為二位、三位的地區(qū)可建立移動業(yè)務本地網每個移動本地網設立一個HLR，必要時可增設HLR，用于存儲歸屬該移動本地網的所有用戶有關的數(shù)據；每個移動業(yè)務本地網可設一個或若干個MSC省內GSM結構TMSCTMSC/VLRTMSC/VLRMSC/VLRMSC/VLRMSC/VLRMSC/VLRHLRHLRHLRGSM本地網路結構:可共用HLR;可共用MSC在移動業(yè)務本地網設置一個或若干個移動端局MSC，也可視業(yè)務量由一個由一個MSC覆蓋多個移動業(yè)務本地網。40與其他網絡的互連PSTN、PSPDN、CHINANET…原則：與其他網絡之間應設接口局，接口局的數(shù)量應盡量少，可獨立設置，也可兼設(GWp、GWm)

為澄清網絡結構，與其他網絡間應逐步采用來去話匯接方式，接口局作為網間結算的計費點對來去話進行計費移動通信網絡和其他網絡互聯(lián)的原則41小規(guī)模未建接口局網絡結構中設備間連接關系移動側：TMSC1、TMSC2----一、二級匯接中心

TMm、Tm----本地匯接局

GWm----移動網關

PSTN側：GWp----固網網關TS：長途局GMSC、TMSC可兼作MSC，與路由方式相關42小規(guī)模已建接口局小規(guī)模MSC之間網狀連接，并與所屬的TMSC相連；每個MSC應具有GMSC路由功能查詢，并作為網關GWm與PSTN的接口局GWp相連43中規(guī)模移動本地網組網方式對于中等規(guī)模的移動本地網的地區(qū)，應考慮設置一對獨立的接口局GWm并兼做GMSC。MSC之間網狀相連，每個MSC與其所屬的TMSC相連局間話務量很小的端局可暫不設直達路由44大規(guī)模的移動本地網組網方式對于大規(guī)模的移動本地網，應考慮一對或多對獨立的接口局GWm，可采用移動來話、去話分別通過不同的接口局匯接，其中來話匯接口局具有GMSC功能。部分GWm兼做移動本地匯接局TMm，以全覆蓋的方式匯接本地MSC。原則上MSC間應開設直達電路，局間業(yè)務量很小的移動端局間可不設直達電路。2、移動通信網絡和其它網絡互聯(lián)的原則移動網和其它網絡之間應設置接口局，接口局的數(shù)量應盡量少，接口局可獨立設置，也可兼設。移動局與其它網絡之間應逐步采用來去話匯接方式?；ヂ?lián)雙方的接口局作為網間結算的計費點對來去話進行計費。46與NO.7信令網的關系每個節(jié)點均設信令點一般：TMSC1設HSTP（高級信令轉接點）

TMSC2設LSTP（低級信令轉接點）

MSC設SP（信令點）GSM與NO.7的互聯(lián)3、移動通信話路網與NO.7信令網的關系GSM系統(tǒng)與NO.7信令網的關系473.信道信道：傳輸信息的通道（雙向）

根據媒介不同分：有線信道、無線信道無線信道：MS與BS間的一條雙向傳輸通道FDD方式時雙向使用分開的兩個無線頻率

上行：MSBS

下行：BSMS雙工間隔：上下行頻率的差值或收發(fā)兩個頻率之間的間隔信道的含義模擬系統(tǒng)：

一個無線信道對應于一個頻道（上、下行一對載頻）----FDMA數(shù)字GSM系統(tǒng)：

一個無線信道對應于一個頻道上的一個時隙----TDMACDMA系統(tǒng)：一個無線信道對應于一個正交的地址碼----CDMA482.2頻率利用頻率資源頻譜管理同頻復用多信道共用多址技術信道自動選擇方式載波干擾保護比頻率利用率提高的方法同頻復用多信道共用多址技術…50頻率資源特殊資源不會用盡、不能儲存不用與使用不當都是浪費具有時間、空間、頻率三維特性同一時間、同一地點頻率不能重復使用不同時間或不同地點頻率可重復使用同頻復用TDMA（不同時間的頻率重復使用）無線電頻譜資源是國家和國際的一種公共資源，還須考慮國際、國內及各地區(qū)之間的頻率協(xié)調問題

（有效利用）512.2.1頻譜管理—主要內容頻譜分配的基本原則影響頻率選擇的因素52管理機構及職責國際：ITU

通過召開無線電行政大會，制定無線電原則。無線電原則包括各種無線電通信系統(tǒng)的定義，國際頻率分配表和使用頻率原則，頻率的指配和登記，抗干擾措施，移動業(yè)務的工作條件及無線電業(yè)務的種類等，并由ITU下屬的頻率登記委員會登記、公布、協(xié)調各會員國使用的頻率；提出合理使用頻率的意見，執(zhí)行行政大會規(guī)定的頻率分配和頻率使用的原則等。國內：無線電管理委員會

按照當時當?shù)氐臉I(yè)務需要進行頻率分配，并制定相應的技術標準和操作準則，技術標準應包括設備和系統(tǒng)的性能標準，抑制有害干擾的標準。用戶必須在滿足合理的技術標準、操作標準和適當?shù)念l道負荷標準的條件下，才能申請使用頻率。頻譜管理機構及職責53日常管理工作：審核頻率使用的合法性；檢查有害干擾；檢查設備與系統(tǒng)的技術條件；考核操作人員的技術條件，登記業(yè)務種類，電臺使用日期等。頻譜管理的任務：頻率使用的授權；建立頻率用登記表；無線電監(jiān)測業(yè)使務；控制人為噪聲等

頻譜管理機構及職責541.頻率分配的基本原則頻道間隔模擬：25KHzGSM系統(tǒng)：200KHzIS-95CDMA：1.25MHz系統(tǒng)容量：IS-95CDMA最大，GSM其次，模擬系統(tǒng)最小公共邊界的頻率協(xié)調天然邊界共同遵守的基本原則，如：天線有效高度及最大發(fā)射功率的限制、雙方使用頻道的協(xié)調等，避免相互干擾，并達到最有效的頻譜利用。多頻道共用由于通話的間斷性，任何一對用戶都不可能長時間的連續(xù)占用一個頻道；任何一個頻道如果在時間上合理分割，就可以供給若干個用戶共同使用；當某一用戶占用頻道時，其它用戶同時處于被阻塞狀態(tài)；當系統(tǒng)有多個頻道時，讓多個用戶共享多個頻道，將大大提高頻率的利用率，共用的頻道數(shù)越多，頻道利用率越高。55④頻率復用

指使用相同載頻無線頻道覆蓋不同的區(qū)域，這些區(qū)域彼此相隔一定的距離，使同頻干擾抑制到允許的范圍以內。小區(qū)制移動通信系統(tǒng)都采用這一技術⑤必須共同遵守的主要規(guī)則

規(guī)定900MHz頻段雙工間隔為45MHz

（下行基站發(fā)高接收低；上行移動臺發(fā)低收高）頻率分小塊，分別給各種移動通信制式（單工、雙工、接力等）使用，并為未來業(yè)務預留頻段合適的發(fā)射功率合適的天線有效高度1.頻率分配的基本原則56⑥頻譜利用率的評價影響因素網路結構頻道帶寬用戶密度每用戶話務量呼損率共用頻道數(shù)…定量評價：在相同傳輸質量和相同呼損（阻塞）率前提下的頻率利用率：Erl/(單位帶寬3KHz.km2)或Erl/(Hz.m2)三階互調：互調干擾中最嚴重的，排除較困難，形式原因是非線性因素存在使一個信號的二次諧波與另一個信號的基波產生混頻后所產生的寄生信號，如：2f1-f2。則f1\f2\2f1-f2產生三階互調干擾；放大器、混頻器、濾波器都會產生三次互調產物，產生哨叫聲，降低系統(tǒng)性能572、影響頻率選擇的因素①傳播環(huán)境的影響不同頻段，應用于不同系統(tǒng)不同環(huán)境，有不同的適用頻段②有關組網因素的影響容量頻率利用率③多頻道共用的影響提高頻道利用率的主要手段定向耦合器、空腔諧振器④互調的影響多頻道共用、多系統(tǒng)同時工作，產生互調干擾無三階互調頻率組空腔諧振器：頻率選擇性較好定向耦合器：用于信號的分離、隔離和混合，本質是將微波信號按一定的比例進行功率分配58頻道的分配方法無三階互調信道組分配法無三階互調頻率利用率低分區(qū)分組信道分配法無三階互調頻率利用率高運算量大，適用于需要信道數(shù)較少的系統(tǒng)等頻距頻道分配法有三階互調，可抑制適用大型公網第9章中詳細介紹592.2.2同頻復用同頻復用概念同頻復用方式601.同頻復用概念解決頻率擁擠的方法開發(fā)新頻段，（頻段有限）有效利用頻率，提高頻率利用率同頻復用多信道共用61同頻復用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（相當于頻率資源再生）

即：小區(qū)制中間隔一定距離重復使用相同頻率蜂窩移動通信網絡由單位區(qū)群拼接構成，無線區(qū)群包含N個正六邊形小區(qū)，各區(qū)群可以按照一定規(guī)律使用相同的頻率組。假設每個群N個小區(qū)，則需N組頻率同頻復用須考慮同頻干擾問題使用622.同頻復用方式4×3、3×3、2×6、1×3方式…4×3方式指4個基站組成一個無線區(qū)群，每個基站3個扇區(qū)

即至少需12個載頻構成一個區(qū)群覆蓋的頻道組復用越緊密，頻率利用率越高

但需考慮同頻干擾問題選擇復用方式需考慮網絡具體情況

同頻復用方式比較4x3頻率復用方式，GSM系統(tǒng)中最基本的頻率復用方式，這種方式同頻復用距離大，能夠比較可靠地滿足GSM體制對同頻干擾保護比和鄰頻干擾保護比的指標要求基本頻率復用方式緊密復用方式同頻復用方式比較3x3頻率復用方式一般不需要改變現(xiàn)有網絡結構，但容量增加有限，同時需要采用跳頻技術降低干擾。2x6頻率復用方式:雖可較大提升系統(tǒng)容量，約為4x3的1.6倍。但需要對天線系統(tǒng)及頻率規(guī)劃做較大調整，要求系統(tǒng)具備自動功率控制、不連續(xù)發(fā)射、跳頻等功能，另外對天線系統(tǒng)要求較高，需配置高性能的窄帶天線。1x3頻率復用方式，復用度高，系統(tǒng)容量大大提高，但是同頻復用距離減小，網上干擾會增加，需要采取以下措施：1.必須采用射頻跳頻、自動功率控制、不連續(xù)發(fā)射、天線分集等技術有效降低干擾；2.要保證一定的跳頻點點數(shù)，至少大于載頻數(shù)目的兩倍；3.頻率加載率必須控制在50%以下，同時需加強網絡優(yōu)化，才能獲得較好的效果。65頻率緊密復用需注意的問題跳頻方式、功控、DTX等抗干擾措施跳頻點數(shù)頻率加載率網絡優(yōu)化……662.2.3多信道共用占用信道方式獨立信道方式多信道方式多信道共用：多個用戶共同享用多個信道思考：多少用戶共用多少信道最佳？獨立信道方式多信道共用方式在一個無線小區(qū)內的n個信道，為該區(qū)的m個用戶所共有，則當k（k<n）個信道被占用時，其它需要通話的用戶可以選擇剩下的任一空閑信道通話。多信道共用多信道共用方式多信道共用多信道共用方式★獨立信道方式：信道非配原則上簡單，但是信道不能充分利用，即信道利用率低兩種方式比較★多共用信道方式在相同多的用戶的信道的情況下，會使用戶通話的阻塞概率明顯下降，提高信道的利用率，可使用戶數(shù)目明顯增加，但也不是無止境的，否則將使阻塞率增加而影響質量多共用信道獨立信道方式話務量和呼損問題引入采用多信道共用方式，在保證一定通話質量的情況下，一個信道究竟平均分配多少用戶才合理？話務量和呼損問題721.話務理論呼叫話務量A度量通話業(yè)務量或繁忙程度的指標單位時間內呼叫次數(shù)與每次呼叫平均占時的乘積A=C×t(Erl)1Erl：一個信道被連續(xù)占用1小時的話務量

一個信道的最大話務量

多個信道或中繼線上的話務量可能大于1Erl舉例1：某個信道每小時發(fā)生20次呼叫，平均每次呼叫占時3分鐘，則該信道的呼叫話務量為？舉例2：全網有100個信道，每小時共有2100次呼叫，平均每次呼叫占時2分鐘，則全網的呼叫話務量為？73話務量類型完成話務量A0

呼叫成功接通的話務量，是單位時間內呼叫成功的次數(shù)與平均占用信道時間的乘積損失話務量AL(

AL=A-A0

)

損失話務量：呼叫失敗損失的話務量呼損：即呼叫失敗次數(shù)。多信道共用時，由于用戶數(shù)大于信道數(shù)，

當多個用戶同時需要通話時而信道數(shù)不夠而使一部分用戶不能通話，導致呼叫失敗74呼損率B（系統(tǒng)的服務等級）在一個通信系統(tǒng)中，多信道共用時造成呼叫失敗的概率B=(AL/A)×100%

=(CL/C)×100%CL:呼叫失敗次數(shù)C：總呼叫次數(shù)B越小，成功呼叫的概率越大，用戶就越滿意A、B在需求上是一對矛盾

服務質量、用戶需要B減小

需減小流入話務量

需減小用戶數(shù)運營商不愿意A、B要選擇適當?shù)闹?，在運營商和用戶之間取得一個平衡75呼損率的計算愛爾蘭公式條件：每次呼叫發(fā)起具有隨機性

每次呼叫在時間上都有相同的概率

n：小區(qū)中共用信道數(shù)愛爾蘭呼損表：A、B、n的關系

一般工程上計算話務量時用查表法進行例：某小區(qū)共有10個信道，若要求呼損率為10%，則呼叫話務量A為？76ABn1%2%3%5%7%10%20%40.8691.0921.2591.5251.7482.0452.94551.3611.6571.8752.2182.5042.8814.01061.9092.2762.5432.9603.3053.7585.10972.5012.9353.2503.7384.1394.6666.23083.1283.6273.9874.5434.9995.5977.36993.7834.3454.7485.3705.8796.5468.522104.4615.0845.5296.2166.7767.5119.68577繁忙小時集中率K忙時：一天中最繁忙的一小時

非忙時：K=忙時話務量/全日話務量

我國忙時兩個時段：8：00-9:0020:00-21：0078每用戶忙時話務量A用戶A用戶=CTK/3600(Erl/用戶)

C：每天平均呼叫的次數(shù)

T(秒)：每次呼叫平均占用信道時間

C×K：可視為忙時呼叫次數(shù)專用移動通信系統(tǒng)：0.06Erl/用戶

公用移動通信系統(tǒng)：0.01Erl/用戶79每信道容納的用戶數(shù)

A/n表示一定呼損條件下每信道平均話務量，A可查愛爾蘭表

n個信道容納的總用戶數(shù)

m×n=A/A用戶80例：每天每戶平均呼叫10次，每次呼叫占時100s，呼損率為10%，繁忙小時集中率為10%，求：（1）給定20個信道，能容納多少個用戶？（2）若區(qū)域內有500個用戶，需要分配多少個信道？解：A用戶=CTK/3600=0.028(Erl/用戶)（1）根據B=10%，n=20查愛爾蘭呼損表得：

A=17.613Erl

m×n=A/A用戶=17.613/0.028≈629個

所以，給定20個信道可容納約629個用戶（2）A=m×n×A用戶=14(Erl)

根據A及B=10%查愛爾蘭呼損表得n≈17個

所以，500個用戶需共用約17個信道81當無線區(qū)共用信道數(shù)n一定時，B越大，A越大；信道利用率η越高，B也越大，服務質量越低，因此B應選一個適當值，一般為10～20%

用戶數(shù)與A、T有關。隨著n增加，η提高，但n增加，接續(xù)速率下降，設備復雜，互調產物增多，因此n不能太大

在系統(tǒng)設計時，既要保持一定的服務質量，又要盡量提高信道的利用率，而且要求在經濟技術上合理。為此，就必須選擇合理的呼損率，正確地確定每個用戶忙時的話務量和采用多信道共用方式工作，然后，根據用戶數(shù)計算信道數(shù)，或者給定信道數(shù)計算能容納多少用戶數(shù)。

822.2.4多址技術多址的概念

蜂窩移動通信中是以信道來區(qū)分通信對象的，一個信道只能容納一個用戶進行通話，許多同時通話的用戶，互相以信道來區(qū)分，這就是多址。多址接入技術在無線通信環(huán)境的電波覆蓋區(qū)內，如何建立用戶之間的無線信道的連接，解決多址接入問題的方法叫做多址接入技術。

有些系統(tǒng)只采用一種多址接入技術，有些同時采用兩種以上的多址技術來提高頻率利用率。83多址技術

指射頻信道的復用技術，多址技術直接關系到蜂窩移動通信的容量。發(fā)端：對于不同的移動臺和基站發(fā)出的信號賦予不同的特征，

然后向空中發(fā)射，自然合路

收端：根據不同的特征，移動臺和基站從空中提取自己的信號信號特征的差異可表現(xiàn)在某些特征上，如：工作頻率、出現(xiàn)時間、編碼序列等適用于無線傳輸，提高頻率利用率類型（不同特征）FDMA（頻率）TDMA（時間）CDMA（編碼）SDMA（空間方向）多路復用發(fā)端：用專門的合路設備將多用戶信號

合在一條路徑上傳輸

收端：用分路設備將各用戶的信號分開適用于有線傳輸

提高中繼線路的利用率84FDMA、TDMA、CDMA示意圖FrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFDMATDMACDMA861.FDMA概念：以頻率區(qū)分不同的用戶信號每個用戶占用一個頻道傳輸信息區(qū)別于FDD（頻分雙工）

FDM（頻分復用）原理：發(fā)端：每個用戶的信息調制到不同載頻上傳輸

收端：接收解調獲取自己的信息頻分雙工FDD系統(tǒng)中，分配給用戶一個信道，即一對頻率，頻率f1或f11作為反向信道，即MS向BS方向，頻率F1或f1作為前向信道，即BS向MS方向。任意兩個移動用戶之間進行通信都必須經過基站的轉接87FDMA特點：頻率利用率低，系統(tǒng)容量有限

每個頻道一對頻率，只可送一路話音信息連續(xù)傳輸，直到通話結束，信道才能收回。FDMA不需要復雜的成幀、同步和突發(fā)脈沖序列的傳輸，MS設備相對簡單。技術成熟，易實現(xiàn)，但系統(tǒng)中多個頻率信號易相互干擾，且保密性差BS的共用設備成本高且數(shù)量大

每個信道需要一套收發(fā)信機越區(qū)切換時，只能在話音信道中傳輸數(shù)字指令，要抹掉一部分話音而傳輸突發(fā)脈沖序列

模擬蜂窩系統(tǒng)只能采用FDMA，在數(shù)字移動通信系統(tǒng)中，則基本不用單一的FDMA方式。882.TDMA—系統(tǒng)原理時分多址概念：在一個無線信道上，按時間分割成若干個時隙，每個移動用戶占用一個時隙，在規(guī)定的時隙內收發(fā)信號。區(qū)別于TDD（時分雙工）

TDM（時分復用）TDMA系統(tǒng)原理：發(fā)端：每個用戶的信息調制到一個載頻上在規(guī)定的時間段傳輸收端：在規(guī)定的時間段接收解調獲取自己的信息系統(tǒng)發(fā)射數(shù)據使用緩存-突發(fā)法，對任何一個用戶而言發(fā)射都是不連續(xù)的2.TDMA—幀結構1個TDMA幀時隙1時隙2同步比特信息數(shù)據…時隙n時隙3尾比特保護比特1個TDMA幀是有若干時隙組成的，不同通信系統(tǒng)的幀長度和幀結構是一樣的。GSM系統(tǒng)的幀長為4.62ms，每幀8時隙在TDMA系統(tǒng)中，每幀中的時隙結構的設計通常需要考慮：控制和信令，信道多徑的影響，系統(tǒng)的同步三個問題。903.TDMA系統(tǒng)的同步與定時TDMA系統(tǒng)要求同步和定時是正常工作的前提，必須有嚴格的幀同步、時隙同步和比特同步，若通信設備采用相干檢測，接收機也必須獲得載波同步。TDMA的幀同步和位同步是由幀結構的細節(jié)來保證的。同步位同步(比特同步)幀同步系統(tǒng)定時(全網同步)----主從同步方式同步碼

或從信號中提取時鐘3.TDMA系統(tǒng)的同步與定時—位同步位同步是接收機正確解調的基礎在移動通信系統(tǒng)中，傳輸位同步信息的兩種方法：用專門的信道傳輸插入業(yè)務信道中傳輸接收機在提取同步信息時，必須采取措施以減少干擾、噪聲、衰落或誤碼引起的相位抖動，同時還要有保護電路進行保護，防止因為偶然的原因使接收機失步，引起通信中斷。3.TDMA系統(tǒng)的同步與定時—幀同步與時隙同步幀同步和時隙同步采用的方法一樣，如果需要，可以在每幀和每時隙的前面分別設置一個同步碼作為同步信息。對幀同步和時隙同步的要求是：建立時間短，錯誤捕獲概率小、同步保持時間長和失步概率小。同步碼短，傳輸效率高，同步碼長，同步的可靠性和抗干擾能力強一些同步碼的碼型選擇應具有良好的相關性，不易被信息流中的隨機比特所混淆而出現(xiàn)假同步3.TDMA系統(tǒng)的同步與定時—系統(tǒng)定時系統(tǒng)定時也稱網同步系統(tǒng)定時可以采用不同的方法，在移動通信系統(tǒng)中常用的是主從同步法，所有設備的時鐘均直接或間接地從屬于某一個主時鐘的信息，主時鐘精度很高，各設備從接收到的時鐘信號中提取定時信息，或者說鎖定到主時鐘頻率上。系統(tǒng)定時也可用獨立時鐘同步法，網內各設備均設置高精度的時鐘，從通信開始或進行過程中，只要根據某一標準時鐘進行一次時差校正后，在很長的時間內，時鐘不會發(fā)生明顯的漂移，從而得到準確的定時。這種方法通常要求各設備采用穩(wěn)定度很高的石英振蕩器來產生定時信號，這對于移動臺來說不太適合。因距離的變化而引起傳播時延的變化，造成基站接收多個移動臺的突發(fā)時發(fā)生重疊。需要考慮整個系統(tǒng)的定時、保護時間和定時提前量重要問題系統(tǒng)定時—保護時間和定時提前量為什么引入時延調整？由于GSM采用TDMA，每載頻8個時隙，應嚴格保持時隙間的同步；GSM的小區(qū)半徑可以達到35km，從手機出來的信號需要經過一定時間才能到達基站，單程傳輸極限時間是100uS，雙程傳輸極限時間為200uS；因此我們必須采取一定的措施，來保證信號在恰當?shù)臅r候到達基站.——時延調整如何進行時延調整？采用時間提前量參數(shù)調整發(fā)信時間正常通話中，當MS接近基站時，基站就會通知MS減小時間提前量；而當MS遠離小區(qū)中心時，基站就會要求MS加大時間提前量.96定時提前量TA：為避免與下一時隙的信息重疊，根據估算的傳播時延確定發(fā)射的提前時間。

與突發(fā)中的保護間隔有相同功能定時提前量是根據移動臺與基站間不斷變化的距離而確定的，該信息在移動臺與基站間不斷傳送。傳播時延t傳播時延tTA這樣下去不行，得讓手機提前一個TA值時間發(fā)給我！！定時提前（TA）3.TDMA系統(tǒng)的同步與定時—定時保護時間

98例：若小區(qū)半徑為R，電波傳播速率為c，則傳播時延為τ=R/c

若R=10km，則τ=33.3μs，當系統(tǒng)提供定時提前量時，可令保護時間Tg=τ，甚至略小一些，如：GSM中，NB的保護間隔為30.46μs。

(=8.25/270.833k)

若R=35km，則τ=116.66μs

令保護時間Tg>116.66μs

如：GSM中，接入突發(fā)AB的保護間隔為252μs，這是因為系統(tǒng)對接入突發(fā)不能提供定時提前量信息(=68.25/270.833k)30.46<33.3

不滿足，需要時間提前量信息252>166.66

滿足，不需定時時間提前信息

99基站可以只用一臺或少量發(fā)射機可避免多發(fā)射機同時工作而產生互調干擾，抗干擾能力強，保密性好各移動臺發(fā)送的是周期性突發(fā)信號，基站發(fā)送的是時分復用信號，各信源只能在分配的時隙發(fā)出自己的信號。每載頻多路，TDMA系統(tǒng)能夠在每一載頻上產生多個時隙，而每個時隙都是一個信道，因為能夠進一步提高頻譜利用率，增加系統(tǒng)容量。不存在頻率分配問題，對時隙的管理和分配簡單而經濟?？臻e時隙可用來檢測信號強度或控制信息，有利于加強網絡的控制功能和保證MS的越區(qū)切換共享設備成本低。由于每一載頻為許多客戶提供業(yè)務，因此TDMA系統(tǒng)共享設備的每客戶平均成本與FDMA系統(tǒng)相比是大大降低了。對新技術開放。例如當因語音編碼算法的改進而降低比特速率時，TDMA系統(tǒng)的信道很容易重新配置以接納新技術。TDMA的特點—優(yōu)點TDMA的特點—缺點TDMA系統(tǒng)的定時（網同步）是一個關鍵問題。需要嚴格定時與同步，以免信號重疊或混淆，因為信道時延不固定移動臺較復雜傳輸開銷大FDMA\TDMA\CDMA無論是FDMA還是TDMA都是在有限的時隙或頻點上通信，容量受限。頻譜利用率低，相同頻率在相鄰小區(qū)不能使用GSM中采用FDMA/TDMA方式先把890～915MHz的總頻段劃分成124個頻道，每個頻道再劃分8個時隙，共可提供992個信道，用戶使用的信道是在一個頻道上的一個時隙。1033.CDMA-系統(tǒng)原理CDMA系統(tǒng)原理CDMA系統(tǒng)為每個用戶分配了各自特定的地址碼，利用公共信道來傳輸信息。CDMA系統(tǒng)的地址碼相互（準）正交，以區(qū)別地址，而在頻率、時間和空間上都可能重疊。CDMA系統(tǒng)的接收端必須有與發(fā)送端完全一致的本地地址碼，用來對接收的信號進行相關檢測。其它使用不同碼型的信號因為地址碼不同而不能被解調，它們的存在類似于在信道中引入了噪聲和干擾，通常稱為多址干擾，因此CDMA系統(tǒng)稱為自干擾系統(tǒng)。104(1)CDMA原理為實現(xiàn)雙工通信，正向傳輸和反向傳輸各使用一個頻率，即頻分雙工。這些邏輯信道無論從頻域或者時域來看都是相互重疊的，或者說他們均占有相同的頻段和時間，即同一時間、同一頻率，不同的碼字來區(qū)分信道。要有數(shù)量足夠多、相關性足夠好的地址碼，使系統(tǒng)能通過不同的地址碼建立足夠多的信道。必須用地址碼對發(fā)信號進行擴頻調制，并使發(fā)送的已調波頻譜極大的展寬，功率譜密度很低。（即擴頻通信）在接收端，必須具有與發(fā)送端完全一致的本地地址碼，用來對接收的全部信號進行相關檢測，將地址碼之間不同的相關性轉化為檢測器輸出信號頻譜寬窄的差異，然后用窄帶濾波器從中選出所需的信號。CDMA用的頻帶為上行825~835MHz，下行870~880MHz，共10MHz的雙工頻帶。10MHz可以支持7個1.25MHz帶寬的載頻，2008年以前CDMA系統(tǒng)只用了兩個載頻，頻點號為283和201，對應的上行頻帶為833.49MHz，下行為878.49MHz105頻率利用率高CDMA系統(tǒng)中許多用戶使用同一頻率，占用相同帶寬，各用戶可同時收發(fā)信號，在時間上、頻率上都可能互相重疊，信號的區(qū)分只是所用地址碼不同CDMA容量大CDMA系統(tǒng)容量取決于使用的編碼的數(shù)量和系統(tǒng)中干擾的大小，采用語音激活的技術也可增大系統(tǒng)容量。容量大小：CDMA>TDMA>FDMACDMA約是TDMA的4～6倍（11倍）

約是FDMA的20倍CDMA特點1063.CDMA具有軟容量特性CDMA是干擾受限系統(tǒng)，任何干擾的減少都直接轉化為系統(tǒng)容量的提高。CDMA系統(tǒng)多增加一個用戶只會使通信質量略有下降，不會出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象，系統(tǒng)容量與用戶數(shù)間存在一種“軟”關系；高負荷時，適當降低通信質量提高系統(tǒng)容量；高負荷小區(qū)可適當降低導頻信號強度，使小區(qū)邊緣的用戶切換到相鄰低負荷小區(qū)（小區(qū)呼吸）導頻信號強度1074.CDMA軟切換特性MS在切換時先不中斷與原基站的連接，在與目標基站建立可靠通信后，再中斷與原基站的通信一個MS可有多個BTS同時提供通信連接CDMA系統(tǒng)切換時只需要改變碼型，不用改變頻率和時間1085.CDMA上下行功率控制GSM中利用APC對MS進行功率控制（上行）CDMA可對MS進行上行信號功率控制，也可對BTS進行下行信號功率控制1096.抗干擾、抗衰落、保密性好信號被擴展在一較寬的頻譜上，頻譜寬度比信號的相關帶寬大，則固有的頻率分集具有減小多徑衰落的作用地址碼調制（地址碼的正交性）和在發(fā)送端將頻譜進行了擴展，在接收端進行逆處理時可很好地抑制干擾信號擴頻技術的應用

非法用戶在未知某用戶地址碼的情況下不能解調接收該用戶的信息，信息的保密性較好7.采用了一系列新技術，如：軟切換、可變速率語音編碼器、先進的功率控制、RAKE接收機等。110GSM中系統(tǒng)容量N的計算：

W為頻帶寬度；

B為信道間隔；

m為小區(qū)頻率復用系數(shù)；

M為信道總數(shù)例：4*3復用方式：W=1.25MHz；m=4；B=25KHz則：N=12.5個信道(3)CDMA蜂窩系統(tǒng)容量CDMA中系統(tǒng)容量的計算：

W為頻帶寬度；

Rb為信息速率；

Eb/No為信噪比；

G為扇形分區(qū)系數(shù)；

F為信道復用系數(shù)；

d為語音占空比例：W=1.2288MHz；Rb=9.6kbit/s；Eb/No=9dB；G=2.55；F=0.6；d=0.35則：N=74.8個信道限制CDMA系統(tǒng)容量的根本原因是系統(tǒng)中存在多址干擾，N的極限是保證信號功率與干擾功率的比值大于或等于某一門限值，使信道能夠提供用戶能接受的語音質量CDMA容量特點CDMA具有軟容量特性CDMA系統(tǒng)中眾多用戶共享一個頻道，用戶的區(qū)分只靠所用碼型的不同，當系統(tǒng)的容量滿載的情況下，另外增加的少數(shù)用戶加入到系統(tǒng)，只會引起語音質量的輕微下降。增加的用戶，意味著增加背景干擾，信干比稍微下降，引起語音質量稍微下降，而不會出現(xiàn)信道阻塞現(xiàn)象，TDMA\FDMA，當全部頻道或者時隙被占滿時，增加一個用戶也不可能。112(4)碼同步CDMA中特有的收端地址解調時須用與發(fā)端完全相同的地址碼CDMA系統(tǒng)的同步系統(tǒng)作用：實現(xiàn)本地地址碼與接收信號地址碼的同步即頻率上相同，相位上一致同步原理兩個階段：第一階段：捕獲階段：搜索發(fā)端信號，把發(fā)來的PN與本地PN在相位上納入可保持同步的范圍，即在一個PN碼元內。第二階段：跟蹤階段：無論何種因素引起的收發(fā)兩端PN的頻率或相位有較小偏移時，系統(tǒng)都能自動調整，保持精確同步113接收寬帶濾波相關解調捕獲PN碼發(fā)生器時鐘源跟蹤同步建立的順序：

載頻捕獲→偽碼捕獲→偽碼跟蹤→載頻跟蹤地址碼的捕獲以載頻捕獲為前提條件，若載頻偏差較大，則會導致解擴后輸出輻度過小，無法判斷本地與信號中PN間的偏差；載頻跟蹤建立在偽碼跟蹤基礎上，若PN碼不同步，解擴后輸出載噪比太低，導致鎖相環(huán)無法鎖定PN同步系統(tǒng)原理同步系統(tǒng)接收到的信號經帶寬濾波電路后，在相關電路中與本地PN進行相關運算；捕獲電路通過控制時鐘源的輸出時鐘脈沖，調整本地PN的頻率和相位，以搜索所需信號。當本地PN與對方發(fā)來的PN相位差小于一個PN碼元時，啟動跟蹤電路，由其調整時鐘源的頻率和相位，使本地PN與發(fā)端保持精確同步。捕獲相當于粗調，跟蹤則是微調1144.多址接入技術--SDMA目的：利用空間資源，提升系統(tǒng)容量定向天線多波束天線概念：以不同空間方向性區(qū)分不同的用戶信號每個用戶占用不同的空間波束原理：（波束賦形）根據來波方向角估算確定定向發(fā)射方向自適應陣列天線移動通信中，采用自適應陣列天線，是實現(xiàn)空間分割的基本技術，在不同用戶方向