7多址技術(shù)現(xiàn)代通信新技術(shù)，陳顯治第8章

7.1引言

傳輸技術(shù)中很重要的一點(diǎn)是有效性問(wèn)題，也就是如何充分利用信道的問(wèn)題。信道可以是

有形的線路，也可以是無(wú)形的空間。充分利用信道就是要同時(shí)傳送多個(gè)信號(hào)。在兩點(diǎn)之間的

信道同時(shí)傳送互不干擾的多個(gè)信號(hào)是信道的“復(fù)用”問(wèn)題，在多點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)相互間不干擾的

多邊通信稱(chēng)為多元連接或“多址通信”。它們有共同的理論基礎(chǔ)，就是信號(hào)分割理論，給予各

個(gè)信號(hào)不同的特征，也就是打上不同的“地址”，然后依據(jù)各個(gè)信號(hào)特征之間的差異來(lái)區(qū)分，

按“地址”分發(fā)，實(shí)現(xiàn)互不二擾的通信。在多點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)雙邊通信和“點(diǎn)到點(diǎn)”的通信在技

術(shù)上有所不同。著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，通信已由點(diǎn)到點(diǎn)通信發(fā)展到多邊通信和網(wǎng)絡(luò)通

信，多元連接或多址通信技術(shù)也由此快速發(fā)展。

信號(hào)分割有兩方面的要求：一是在采納各種手段（如調(diào)制、編碼、變換等）給予各個(gè)信

號(hào)不回的特征時(shí)，要能忠實(shí)地還原各個(gè)原始信號(hào)，即這些手段應(yīng)當(dāng)是可逆的；二是要能分得

清，要能有效地分割各個(gè)信號(hào)。所謂“有效”，就是在分割時(shí)，各個(gè)信號(hào)之間互不干擾，這就

要求給予特征回合的各個(gè)信號(hào)相互正交。

若兩個(gè)信號(hào)fl（X）和f2（X）滿意下面的關(guān)系式,稱(chēng)fi（X）和f2（X）在（XpX2）區(qū)間正交:

j%Cr)?/2(x)dj-=0

(7-1)

若一組信號(hào)的自相關(guān)為1,相互關(guān)為0,則稱(chēng)這一組信號(hào)為正交信號(hào)組，或稱(chēng)為正交信號(hào)

集合?；卣恍盘?hào)組表示如下：

,AXGdi=1,〃=加

xi

"/"Gt),￡,(1)cLr=0,“半m

x\(7-2)

復(fù)用或多址技術(shù)的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)具有正交性的信號(hào)集合，使各信號(hào)相互無(wú)關(guān)，能分得“清，

在實(shí)際工作中，要做到完全正交和不相關(guān)是比較困難的，一般采納準(zhǔn)正交，即相互關(guān)很小，

允許各信號(hào)之間存在肯定干擾，設(shè)法將干擾限制在允許范圍內(nèi)。

如所周知，常用的復(fù)用方式有頻分復(fù)用（FDM）、歸分復(fù)用（TDM）和碼分復(fù)用（CDM）

等。多址接人的方式有頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）等，

還有利用不同地域區(qū)分用戶的空分方式（SDM及SDMA）,利用正交極化區(qū)分的極化方式等。

后兩者往往不單獨(dú)運(yùn)用，和前三者結(jié)合運(yùn)用。在數(shù)據(jù)通信中還有多種多址接人方式，它們按

通信協(xié)議操作，概念與上述兒類(lèi)不同。頻分或空分多址中有采納模擬體制的，也有采納數(shù)字

體制的，時(shí)分和碼協(xié)多址都是數(shù)字體制的。今后的發(fā)展方向是數(shù)字體制，即基帶信號(hào)是數(shù)字

信號(hào)或數(shù)字化的模擬信號(hào)，射頻系統(tǒng)采納數(shù)字調(diào)制。

各種多址方式各有特點(diǎn)，各有其適用場(chǎng)合，它們的優(yōu)缺點(diǎn)與系統(tǒng)有關(guān)，也與它們運(yùn)用時(shí)

的條件有關(guān)。本章將首先介紹各種多址方式的基本概念及一般特點(diǎn)，然后通過(guò)一些典型通信

系統(tǒng)分析多址技術(shù)的運(yùn)用，進(jìn)一步理解各種多址方式的優(yōu)缺點(diǎn)、適用場(chǎng)合和運(yùn)用條件，將介

紹通信系統(tǒng)與多址方式有關(guān)的一些問(wèn)題。由丁蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)是新型的通信系統(tǒng)，有肯定

的特殊性，本章將在探討蜂窩系統(tǒng)的多址方式以前探討蜂窩通信的技術(shù)特點(diǎn)。

7.2幾種多址方式的特點(diǎn)

在網(wǎng)絡(luò)或多點(diǎn)通信中，多址方式是系統(tǒng)的一個(gè)重要方面，本節(jié)將介紹其定義和基本概念。

各種多址方式的優(yōu)缺點(diǎn)離不開(kāi)系統(tǒng)和它們的運(yùn)用條件，以下各節(jié)將分別探討。

7.2.1頻分多址一FDMA方式

FDMA是運(yùn)用較早也是現(xiàn)在運(yùn)用較多的一種多址接人方式，它廣泛應(yīng)用在衛(wèi)星通信、移

動(dòng)通信、一點(diǎn)多址微波通信系統(tǒng)中。它把傳輸頻帶劃分為若干個(gè)較窄的且互不重疊的子頻帶,

每個(gè)用戶安排到一個(gè)固定子頻帶，按頻帶區(qū)分用戶。信號(hào)調(diào)制到該子頻帶內(nèi)，各用戶信號(hào)同

時(shí)傳送，接收時(shí)分別按頻帶提取，從而實(shí)現(xiàn)多址通信，如圖7—1的三維圖所示。在采納志向

濾波分割各用戶信號(hào)時(shí)，滿意式7-3所示的正交分割條件。實(shí)際的濾波器總達(dá)不到志向條件,

各信號(hào)間總存在肯定的相關(guān)性，總有肯定的干擾，各頻帶之間必需留有肯定的愛(ài)護(hù)間隔以削

減各頻帶之間的串?dāng)_。FDMA有采納模擬調(diào)制的，也有采納數(shù)字調(diào)制的，也可以由一組模擬

信號(hào)用頻分復(fù)用方式(FDM/FDMA)或一組數(shù)字信號(hào)用時(shí)分復(fù)用方式占用一個(gè)較寬的頻帶

(TDM/TDMA),調(diào)制到相應(yīng)的子頻帶后傳送到同一地址。模擬信號(hào)數(shù)字化后占用帶寬較

大，若要縮小間隔，必需采納壓縮編碼技術(shù)和先進(jìn)的數(shù)字調(diào)制技術(shù)。總的說(shuō)來(lái)，F(xiàn)DMA技術(shù)

比較成熟，應(yīng)用也比較廣泛。

圖7—1FDMA示意圖

f力“(f),=1,n=m

J4

<,I=o,m

J。(7-3)

7.2.2時(shí)分多址一TDMA方式

TDMA是在給定頻帶的最高數(shù)據(jù)傳送速率的條件下，把傳遞時(shí)間劃分為若干時(shí)間間隙，

即時(shí)隙，用戶的收發(fā)各運(yùn)用一個(gè)指定的時(shí)隙，以突發(fā)脈沖序列方式接收和發(fā)送信號(hào)。多個(gè)用

戶依序分別占用時(shí)隙，在一，寬帶的無(wú)線載波上以較高速率傳遞信息數(shù)據(jù)，接收并解調(diào)后，

各用戶分別提取相應(yīng)時(shí)隙的信息，按時(shí)間區(qū)分用戶，從而實(shí)現(xiàn)多址通信?？偟拇a元速率是各

路之和，還有一些位同步、幀同步等額外開(kāi)銷(xiāo)。圖7—2所示為一幀8個(gè)時(shí)隙的圖例。

圖7—3所示為T(mén)DMA的三維圖，式(7-4)給出了時(shí)域正交的表示式。各用戶在同一

頻帶中傳送，時(shí)間上互不重疊，符合時(shí)域的正交條件。在實(shí)際傳輸時(shí)，由于多徑等各種影響,

可能破壞正交條件，形成碼間串?dāng)_。

2x?(Z)?=1,n=m

xM?=0,n#m

(7-4)

現(xiàn)在的TDMA系統(tǒng)總是采納數(shù)字體制，每時(shí)隙可以是單個(gè)用戶占用，也可以是一組時(shí)分

復(fù)用的用戶占用，即TDM一數(shù)字調(diào)制一TDMA方式。TDMA方式主要的問(wèn)題是整個(gè)系統(tǒng)要

有精確的同步，要由基準(zhǔn)站統(tǒng)一系統(tǒng)內(nèi)各站的時(shí)制I才能保證各站精確地按時(shí)隙提取本站須

要的信號(hào)。此外，還須要肯定的比特開(kāi)銷(xiāo)，供載波復(fù)原、定時(shí)復(fù)原、子幀同步、地址識(shí)別運(yùn)

用。各時(shí)隙間還應(yīng)留有愛(ài)護(hù)間隙，以削減碼間串?dāng)_的影響。如信道條件差或碼率過(guò)高時(shí)，還

須要采納自適應(yīng)；均衡措施。TDMA系統(tǒng)的收發(fā)雙工問(wèn)題可采納頻分(FDD)方式，也可以

采納時(shí)分(TDD)方式，采納TDD方式時(shí)無(wú)需運(yùn)用雙工器，因收發(fā)處于不同時(shí)隙，由高速開(kāi)

關(guān)在不同時(shí)間把接收機(jī)或放射機(jī)接到天線上即可。

圖7-2TDMA時(shí)隙安排示意圖

圖7-3TDMA示意圖

7.2.3碼分多址一CDMA方式

CDMA方式是用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)編碼信號(hào)或其他擴(kuò)頻碼調(diào)制所

需傳送的信號(hào)，使原信號(hào)的帶寬被拓寬，再經(jīng)載波調(diào)制后發(fā)送出去。接收端運(yùn)用完全相同的

擴(kuò)頻碼序列，同步后與接收的寬帶信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)解擴(kuò)為原始數(shù)據(jù)信息。不同

用戶運(yùn)用不同的碼序列，它們占用相同頻帶，接收機(jī)雖然能收到，但不能解出，這樣可實(shí)現(xiàn)

互不干擾的多址通信。它以不同的相互正交的碼序列區(qū)分用戶，故稱(chēng)為“碼分多址”。由于它

是以擴(kuò)頻為基礎(chǔ)的多址方式，所以也稱(chēng)為“擴(kuò)頻多址(SSMA)”。

擴(kuò)頻信號(hào)是用擴(kuò)頻碼序列填充到所需傳送的數(shù)據(jù)中形成的信號(hào)。頻帶展寬的倍數(shù)稱(chēng)為擴(kuò)

頻系數(shù)，用分貝表示稱(chēng)為擴(kuò)頻增益。

擴(kuò)頻的基本原理在本課口不做介紹，擴(kuò)頻通信課作了具體闡述。本章介紹運(yùn)用相互正交

的碼序列互不干擾的機(jī)理來(lái)實(shí)現(xiàn)多址通信，基本原理是相同的。在碼分多址通信中，所用擴(kuò)

頻碼也就是地址碼，應(yīng)符合式(7-5)確定的正交條件：

■

①<t)?0?.Q)d￡=1,n—m

Jr

①n(t)?—0?n=m

(7-5)

有多少個(gè)互為正交的碼序列，就可以有多少個(gè)用戶同時(shí)在一個(gè)載波上通信。互正交的碼

序列數(shù)取決于碼的位數(shù)和擴(kuò)頻碼的類(lèi)型。一般而言，位數(shù)越多，正交碼序列數(shù)越多，但帶寬

也展得越寬。例如用511位擴(kuò)頻碼，帶寬就要擴(kuò)展511倍。至于序列數(shù)有多少，取決于擴(kuò)頻

碼的性質(zhì)。

在CDMA系統(tǒng)中，由于帶寬展寬帶來(lái)了很多優(yōu)點(diǎn)，因此有很好的發(fā)展前景，最重要的是

它的抗干擾實(shí)力強(qiáng)。首先，非擴(kuò)頻的干擾信號(hào)進(jìn)人接收機(jī)后，與本地?cái)U(kuò)頻碼相乘，干擾功率

被分散到很寬的頻譜上，落在有效頻帶內(nèi)的干擾功率只有很小一部分，影響大為減小。其次,

其他擴(kuò)頻碼干擾進(jìn)入時(shí)，只要不是同一個(gè)擴(kuò)頻系列，在經(jīng)過(guò)相關(guān)接收以后，沒(méi)有輸出或輸出

微小，影響也小。其三，由于采納相關(guān)接收技術(shù)，只有主信號(hào)和本地?cái)U(kuò)頻碼同步解擴(kuò)后有輸

出，延時(shí)后的信號(hào)雖然屬同樣的擴(kuò)頻序列，相關(guān)后輸出微小或沒(méi)有輸出，從而可以去除多徑

效應(yīng)引起的碼間串?dāng)_，所以無(wú)需均衡器。其四，擴(kuò)頻機(jī)制使信號(hào)帶寬遠(yuǎn)大于相關(guān)帶寬時(shí).，由

于多徑而產(chǎn)生的選擇性快衰落的影響大大減弱，參見(jiàn)圖7—4。

目前應(yīng)用最多的擴(kuò)頻方式有兩類(lèi)：

(1)干脆擴(kuò)頻方式碼分多址(DS/CDMA),干脆用擴(kuò)頻碼作為地址碼調(diào)制信號(hào)，調(diào)制方

式通常用PSKO

(2)跳頻擴(kuò)頻方式碼分多址(FH/CDMA),屬于間接型，用MFSK調(diào)制。通常用地址

碼限制特制的頻率合成器，產(chǎn)生頻率在較大范圍內(nèi)按肯定規(guī)律周期性跳動(dòng)的本振信號(hào)，與高

速的信息碼混頻后輸出。

功率密度

募率

(c)擴(kuò)頻解調(diào)器輸入

功率密度

(b)發(fā)射機(jī)洽出

圖7-4擴(kuò)頻示意圖

7.2.4空分多址一SDMA方式

空分多址利用不同的用戶空間特征區(qū)分用戶，從而實(shí)現(xiàn)多址通信的方式。目前利用最多

也是最明顯的特征就是用戶的位置。協(xié)作電磁波傳播的特征可以使不同地域的用戶在同一時(shí)

間運(yùn)用相同頻率實(shí)現(xiàn)互不干擾的通信，例如可以利用定向天線或窄波束天線，使電磁波按肯

定指向幅射，局限在波束范圍內(nèi)，不同波束范圍可以運(yùn)用相同頻率，也可以限制放射的功率,

使電磁波只能作用在有限的距離內(nèi)。在電磁波作用范圍以外的地域仍可運(yùn)用相同的頻率，以

空間區(qū)分不同用戶。事實(shí)上在頻率資源管理上早已采納了這一思想，可以說(shuō)是較古老的一種

多址方式。但近年來(lái)，在蜂窩移動(dòng)通信中由于充分運(yùn)用了這種多址方式，才能用有限的頻譜

構(gòu)成大容量的通信系統(tǒng)，稱(chēng)為頻率再用技術(shù)，成為蜂窩通信中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。衛(wèi)星通信中

采納窄波束天線實(shí)現(xiàn)空分多讓?zhuān)蔡岣吡祟l譜的利用率。由于空間的分割不行能太細(xì)，雖然

衛(wèi)星天線采納陣列處理技術(shù)后，辨別率有較大的提高，但一般狀況下不行能某一空間范圍只

有一個(gè)用戶，所以空分多址通常與其他多址方式綜合運(yùn)用。

近年來(lái)，人們發(fā)覺(jué)空間特征不僅是位置，在技術(shù)K速發(fā)展的今日，一些當(dāng)時(shí)認(rèn)為無(wú)法利

用的空間特征現(xiàn)在正逐步解決，形成以智能天線為基礎(chǔ)的新一代空分多址方式。將以位置為

特征的空分多址稱(chēng)為廣義的SDMAo

?#E(s)ds=1,n=m

AS

x?(s)?x(5)ds=0,nWm

ASm(7-6)

圖7-5SDMA示意圖

除了以上4種多址方式以外，其他復(fù)用方式也可以用在多址通信中，如極化復(fù)用和波分

復(fù)用等。當(dāng)然，這些方式在多數(shù)狀況下也是和其他方式綜合運(yùn)用的。

7.3蜂窩制中多址技術(shù)的應(yīng)用

蜂窩網(wǎng)中的多址連接與系統(tǒng)的特點(diǎn)有關(guān)，依據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)合理地選用多址方式是蜂窩系

統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。蜂窩網(wǎng)由大量基地臺(tái)組成，每個(gè)基地臺(tái)有數(shù)量有限、傳播距離也有限的

無(wú)線信道依據(jù)用戶的申請(qǐng)指配運(yùn)用。信道的指配、交換等限制功能由移動(dòng)交換局通過(guò)移動(dòng)局

與基地臺(tái)的地面網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。移動(dòng)用戶也可以通過(guò)移動(dòng)局與市話局、長(zhǎng)話局之間的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與

本地或外地固定用戶和移動(dòng)用戶的通信。蜂窩系統(tǒng)事實(shí)上是運(yùn)用無(wú)線通信和有線通信等多種

手段的綜合通信網(wǎng)絡(luò)。不僅如此，蜂窩系統(tǒng)還依靠綜合運(yùn)用多種多址技術(shù)運(yùn)用較有限的信道

（頻譜）構(gòu)成甚大容量并能覆蓋較大范圍的通信系統(tǒng)。選用多址方式還應(yīng)考慮到蜂窩系統(tǒng)工

作在較惡劣的城市環(huán)境之中，建筑物林立，電磁波汲取、散射及多徑效應(yīng)影響嚴(yán)峻，工業(yè)及

各種電磁干擾眾多，而且用戶位置是快速變更的，接收條件也隨之快速變更。多址方式必需

適應(yīng)這種工作環(huán)境。

7.3.1空分多址一頻率再用技術(shù)

7.3.1.1空分單元一小區(qū)群

蜂窩網(wǎng)依靠嚴(yán)格地限制功率，精確地支配頻譜，有效地實(shí)現(xiàn)空分多址，極大地發(fā)揮有限

頻譜的效能。蜂窩網(wǎng)將所覆蓋的區(qū)域劃分為大量小區(qū)。每個(gè)小區(qū)運(yùn)用若干不同頻率，稱(chēng)為一

個(gè)頻率組，組內(nèi)的頻率數(shù)就是該小區(qū)能同時(shí)服務(wù)的信道數(shù)c相鄰小區(qū)運(yùn)用不重復(fù)的頻率，構(gòu)

成一個(gè)小區(qū)群。小區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)也就是頻率組的數(shù)目，它與組內(nèi)平均頻率數(shù)的乘積是該蜂

窩系統(tǒng)所需占用的總頻率數(shù)，該乘積確定了系統(tǒng)所占用的頻譜。

一個(gè)小區(qū)群就是一個(gè)空分單元。由多個(gè)具有同樣頻率構(gòu)造的空分單元構(gòu)成了整個(gè)空分多

址系統(tǒng)，但在蜂窩系統(tǒng)中這些小區(qū)群的構(gòu)造和支配有肯定原則：首先要做到各小區(qū)群的連接

密合，無(wú)空隙、無(wú)重疊。蜂窩狀是一種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)；其次要做到運(yùn)用的頻率完全對(duì)稱(chēng)，即兩

群間運(yùn)用同一頻率組的小區(qū)之間距離相等。小區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)（即頻率組的數(shù)目）可以有3、

4、7、9、13、16、……等多種，圖7—6表示了符合上述條件的幾種狀況：三頻率組、四頻

率組、七頻率組和十三頻率組的小區(qū)群等。

（d）十三頻率的

圖7-6小區(qū)群的組成

7.3.1.2空分單元?jiǎng)澐值脑瓌t

小區(qū)群是“空分多址”口的一個(gè)單元，那么，單元的大小是如何確定的？或者說(shuō)，空分

單元的劃分應(yīng)當(dāng)遵循什么原則？

首先，空分單元的劃分受總的頻譜限制。若一個(gè)小區(qū)內(nèi)能供應(yīng)的無(wú)線信道數(shù)為N（在頻

分多址系統(tǒng)中，即一個(gè)頻率組內(nèi)的頻率數(shù)），系統(tǒng)的頻率組數(shù)為M（即一個(gè)小區(qū)群包含的小區(qū)

數(shù)）測(cè)該蜂窩系統(tǒng)所需占用的信道總數(shù)為NMo從這個(gè)角度看，頻率組數(shù)不宜太多，或小區(qū)

群不宜太大，否則占用頻譜寬。若總頻譜肯定，小區(qū)群過(guò)大，每小區(qū)能運(yùn)用的信道數(shù)少，所

能擔(dān)當(dāng)?shù)臉I(yè)務(wù)量就少。

其次，從圖中也可以看巴，頻率組少，與“再用”頻率的小區(qū)間隔近，同頻率信道干擾

也大。小區(qū)群的大?。搭l率組的數(shù)目）是受干擾約束的。

第三，系統(tǒng)能承受的干擾與通信體制有關(guān)。為滿意正常通話，信號(hào)電平至少應(yīng)比同信道

干擾電平值高肯定數(shù)值。這一數(shù)值取決于系統(tǒng)所用調(diào)制方式和多址方式。如FDMA系統(tǒng)采納

30KHz帶寬模擬調(diào)頻制時(shí)，信號(hào)電平至少要比同信道干擾電平值高18dB,即信干比（S/1）

218dB。采納5KHz帶寬的單邊帶調(diào)幅制時(shí)，其S/I值應(yīng)大于38dB；數(shù)字TDMA系統(tǒng)的（S

/I）值大于13dB即可。CDMA也有相應(yīng)的要求。當(dāng)然，上述數(shù)值還與具體的接收方式等

諸多條件有關(guān)。

因此，探討空分單元的劃分首先應(yīng)依據(jù)系統(tǒng)的體制確定應(yīng)具有的最低信干比，實(shí)際的信

干比取決于同頻干擾源的數(shù)目和它們之間的距離。對(duì)于志向正六邊形的蜂窩結(jié)構(gòu)，第一層次

的同頻干擾源為6個(gè)，其次層次距離較遠(yuǎn)，可以忽視。與同頻干擾源之間的距離D取決于小

區(qū)群內(nèi)小區(qū)的數(shù)目M,探討空分單元的劃分（即小區(qū)群的大?。┮忍接慏與M之間的關(guān)

系。

7.3.1.3群內(nèi)小區(qū)數(shù)M與干擾源距離D的關(guān)系

如圖7—7（a）所示的正六邊形蜂窩單元中R為蜂窩半徑（中心至頂點(diǎn)的距離，即邊長(zhǎng)）

h為中心至每邊的垂直距離，則

h=-^R

(7-7)

2兩個(gè)小區(qū)中心間的距離應(yīng)為

2h=(7-8)

圖7-7蜂窩網(wǎng)距離計(jì)算

分析正六邊形的蜂窩系統(tǒng)時(shí)，采納非直角座標(biāo)系更便利。如圖7-7（b）所示，某同頻

小區(qū)距原點(diǎn)小區(qū)的距離（按中心點(diǎn)計(jì)）為：

D=7TR々+jz+口(7-9)

式中I、J為該同頻小區(qū)沿I、j軸方向與原點(diǎn)間以小區(qū)數(shù)計(jì)的距離，實(shí)際距離分別為百RI、

VJRJO

器=C々工J2+4

式(7-9)可改寫(xiě)為(7-10)

單位小區(qū)的面積為4=(7-11)

6個(gè)同頻小區(qū)中心相連可得一個(gè)大的正六邊形，如圖7—8所示。圖中的陰影小區(qū)為所探

討的小區(qū)，粗線為不同頻的小區(qū)群，圖中給出了三小區(qū)和七小區(qū)兩種小區(qū)群。大正六邊形的

頂點(diǎn)為陰影小區(qū)的6個(gè)同頻小區(qū)，大六邊形的面積為大小六邊形面積之比。

AD==互算3咫(尸+尸+U)

(7-12)

孕=3(乃+/+fj)

(7-13)

6

6

7

527

53

16

76

2

37

6

(a)三頻率組小區(qū)群(b)七強(qiáng)率組小區(qū)群

圖7-8同頻干擾小區(qū)分布

從圖7—8可看出，大六邊形包含的面積AD為小區(qū)群面積AG的3倍，從而可得

學(xué)=冬=八+j2+〃

(7-14)

明顯，小區(qū)群面積與單元小區(qū)面積之比是小區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)M,故可寫(xiě)成:

/2+J2+/J="(7-15)

由此可得，再用頻率小區(qū)間隔距離D與小區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)有下述關(guān)系:

§=/3A7

(7-16)

表7—1列出了不同M值時(shí)的D/R值。

表7—1不同小區(qū)群要求的D/R值

M347912131619

D/R33.464.65.266.246.97.55

式7-16與表7-1給出了小區(qū)群的大小與D/R比值的關(guān)系，若系統(tǒng)要求的D/R比值

確定，小區(qū)群內(nèi)最少的小區(qū)數(shù)也就確定。

7.3.1.4空分單元的劃分與信干比的關(guān)系

下面進(jìn)一步探討在允許的信干比條件下，空分單元的劃分方法，即如何確定小區(qū)群內(nèi)的

小區(qū)數(shù)。

由于信號(hào)強(qiáng)度隨傳播距離的增加而以n次累減弱，當(dāng)傳播距離在1公里以上時(shí),n值在3?

4之間，可得信干比為：

SR-nID\H

==

7D^[R>(7-17)

若干擾源有L個(gè)，則干擾要增加L倍，上式削減L倍。采納蜂窩結(jié)構(gòu)并只考慮第一層同

頻干擾時(shí)上取6。上式可寫(xiě)成：

SRr1[D\H

==

7D^LR](7-18a)

若以分貝表示，又可寫(xiě)成：

(S〃)dB—10n?log(D/R)—logL(7-18b)

若傳播衰減系數(shù)n=4,于擾源數(shù)L=6。對(duì)30kHz模擬窄帶調(diào)頻制而言，(S1)應(yīng)大于

18Db,則(D/I)比值應(yīng)不小于4.42o

在選擇系統(tǒng)方案時(shí)，要兼顧頻譜利用率和同頻道干擾兩方面的因素。應(yīng)在滿意干擾要求

時(shí)盡量選取較小的空分單元，即較小的M值。這樣，在總頻譜肯定時(shí)，每個(gè)小區(qū)可以擔(dān)當(dāng)較

大業(yè)務(wù)量。如上例，按表7—1則M值應(yīng)取7。選擇M值時(shí)還應(yīng)當(dāng)考慮傳播條件，如傳播條

件好，干擾的傳播距離遠(yuǎn)，M值還應(yīng)取得更大。

采納定向的扇面波束天線可以削減有效干擾的個(gè)數(shù)。若每個(gè)小區(qū)基地臺(tái)用3個(gè)120度扇

面波束天線，它只向1/3的地域輻射電波，也只接收1/3地域來(lái)的電波，有效干擾源的個(gè)

數(shù)也就削減到1/3,即由6個(gè)減為2個(gè)。從而要求的D僅值由4.42降為3.35,系統(tǒng)

頻率組M由7相應(yīng)削減為4(見(jiàn)表7—2)。

表7—2不同干擾源數(shù)要求的D/R值

1236

42.823.353.564.42

33.995.015.757.23

在蜂窩系統(tǒng)中，同頻信道干擾是主要約束，恰當(dāng)?shù)剡x擇空分單元的大小是組網(wǎng)的關(guān)鍵，

是確定頻譜利用率的主要因素。

7.3.1.5新一代空分多址

以自適應(yīng)陣列處理為基礎(chǔ)的智能天線技術(shù)應(yīng)用于蜂窩系統(tǒng)為空分多址開(kāi)拓了新的渠道C

傳統(tǒng)的空分多址只是利用用戶的位置特征，在蜂窩系統(tǒng)中利用信號(hào)傳播距離的有限性，有時(shí)

也利用扇形天線的方向性，間隔肯定距離的小區(qū)用戶可以在同一時(shí)間運(yùn)用同樣的頻率。小區(qū)

范圍內(nèi)的用戶被認(rèn)為是運(yùn)用同一條空間信道，而事實(shí)上，即使在同一小區(qū)內(nèi)，處于不同位置

時(shí)，接收信號(hào)的條件也有所不同。如何更充分地利用用戶的空間特征，進(jìn)一步提高空分多址

的效能，是一個(gè)新的探討熱點(diǎn)。

信號(hào)到達(dá)方向（DOA,Direction—Of—Arrival,多徑結(jié)構(gòu)、多普勒頻移等也都反映了

用戶信號(hào)的空間特征，不同用戶均有差別。以陣列處理為基礎(chǔ)的智能天線技術(shù)的發(fā)展為解決

這些問(wèn)題創(chuàng)建了條件。采納高辨別陣列處理估計(jì)輻射源信號(hào)參數(shù)和信號(hào)到達(dá)方向。用自適應(yīng)

陣列實(shí)現(xiàn)對(duì)陣列天線的波束幅度、波束指向和波束零點(diǎn)位置的自適應(yīng)限制。通常采納數(shù)字波

束形成技術(shù)自適應(yīng)地限制波京，在期望方向保證高增益指向，在干擾方向形成零點(diǎn)。試驗(yàn)表

明，在CDMA、FDMA和TDMA系統(tǒng)中，陣列處理技術(shù)對(duì)系統(tǒng)有以下改善：

（1）新的SDMA中智能天線指向性放射，削減了同頻道小區(qū)的干擾，對(duì)CDMA系統(tǒng)而

言，也包括本小區(qū)的干擾。還可以干脆利用波束零點(diǎn)抑制干擾，進(jìn)一步提高通信質(zhì)量。它還

可以削減多徑數(shù)目，提高抗多徑干擾性能；

（2）信干比的提高縮小了空分單元，可以增加系統(tǒng)容量；

（3）由于采納自適應(yīng)天線技術(shù)，提高了功率傳遞效率。對(duì)于相同的通信質(zhì)量要求，可以

削減放射機(jī)的功率，預(yù)料在第三代蜂窩系統(tǒng)中將得到實(shí)際應(yīng)用。當(dāng)然，要做到對(duì)每個(gè)用戶供

應(yīng)獨(dú)立的空間信道還有很大差距。

7.3.2頻分多址

頻分多址是應(yīng)用最早的一種多址方式，也是技術(shù)上最成熟的方式，在蜂窩系統(tǒng)中也是應(yīng)

用最早的，目前仍在大量運(yùn)用。雖然頻分多址方式在很多地方已逐步為時(shí)分多址方式和碼分

多址方式所取代，但這些多址方式在運(yùn)用時(shí)仍舊須要與頻分方式相結(jié)合。

在蜂窩系統(tǒng)的頻分多址方式中，每信道用一個(gè)載頻，即單路單載波方式。為了解決抗干

擾性能和信道帶寬的沖突，通常采納窄帶調(diào)頻（調(diào)相）的折衷方案。國(guó)際電聯(lián)建議載頻間隔

為25KHz,也有規(guī)定為30KHz（北美）和20KHz（德國(guó)）的。帶寬更窄的調(diào)制方式，假如

其抗干擾性能差，在蜂窩網(wǎng)不肯定有利。有人舉薦用5KHz帶寬的單邊帶調(diào)幅制。雖然每話

路帶寬僅為調(diào)頻制的1/6,但對(duì)信干比的要求高達(dá)38dB,要求同頻干擾小區(qū)的距離大，小

區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)M高達(dá)66個(gè)，頻分的效率高，空分的效率卻極低。調(diào)頻制的信干比要求為

18dB,M值為7。綜合頻譜效率高于單邊帶制。綜合考慮頻譜效率也是蜂窩系統(tǒng)組網(wǎng)的一個(gè)

特點(diǎn)，與不利用空分功能的大區(qū)制或其他系統(tǒng)不同。

模擬制移動(dòng)臺(tái)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)潔。但在蜂窩網(wǎng)中，基地臺(tái)設(shè)備浩大，它供應(yīng)的每一條信道

都要有一部收發(fā)信機(jī)，多部收發(fā)信機(jī)須要用天線共用器。

此外，越區(qū)切換較困難并且較困難，因?yàn)樵贔DMA系統(tǒng)中，每條信道都是連續(xù)傳送的，

切換信道時(shí)必需瞬時(shí)中斷傳輸數(shù)十至數(shù)百毫秒，將影響數(shù)據(jù)傳送。在數(shù)字制中傳輸語(yǔ)音時(shí)，

由于語(yǔ)音數(shù)字化后占用帶寬較寬，必需改進(jìn)射頻調(diào)制和采納壓縮編碼技術(shù)，結(jié)構(gòu)較模擬制困

難。在單路單載波的蜂窩系統(tǒng)中，較少采納數(shù)字體制，而多半是若干路時(shí)分或碼分信號(hào)為一

組，采納頻分方式進(jìn)行其次層多址連接，即以時(shí)分或碼分多址為基礎(chǔ)與頻分多址相結(jié)合的方

式。每載頻載有多條時(shí)分信道或碼分信道，占有較寬的頻帶，即多路單載波方式。如歐洲的

GSM系統(tǒng)，每載頻載ft8條時(shí)分信道，帶寬200KHzc每個(gè)基地臺(tái)依據(jù)業(yè)務(wù)量的大小配置數(shù)

個(gè)載頻按頻分方式工作，即TDMA/FDMA方式。在這些時(shí)分系統(tǒng)中，相鄰小區(qū)必需運(yùn)用不

同載頻，按頻分原則實(shí)現(xiàn)多址通信。

7.3.3時(shí)分多址

在TDMA系統(tǒng)中，在一個(gè)較寬頻帶的載波信道上按時(shí)間劃分為若干幀，每幀又分為若干

條時(shí)分信道，稱(chēng)為時(shí)隙。在蜂窩系統(tǒng)中，每個(gè)用戶占用一個(gè)時(shí)隙，在該時(shí)隙中以突發(fā)方式發(fā)

送或接收信號(hào)?？偟拇a元速去比較高，大于各路碼元速率之和，因?yàn)檫€要傳輸幀同步、位同

步等開(kāi)銷(xiāo)比特，還要保留部分時(shí)隙傳輸限制信息和信令。在歐洲GSM系統(tǒng)中，開(kāi)銷(xiāo)比特約

占總比特的30%“北美的IS-54略低于此值.可以看出，TDMA在頻譜利用率方面高于FDMA

方式，但時(shí)域方面的開(kāi)銷(xiāo)較大，總體效率略低于FDMA方式。

7.3.3.1蜂窩系統(tǒng)TDMA的特點(diǎn)

通常將一個(gè)載波占用信道全部帶寬的稱(chēng)為寬帶TDMA,而將占用部分帶寬的稱(chēng)為窄帶

TDMAo由于移動(dòng)環(huán)境的傳輸條件相當(dāng)惡劣，多徑效應(yīng)較突出，高速傳輸時(shí)難以保證肯定的

誤碼要求，超過(guò)100--150Kb/s時(shí)必需采納自適應(yīng)均衡等信號(hào)處理措施。即使如此，在一條載

波信道上要容納更多的時(shí)分信道也有困難，在實(shí)際陸地蜂窩系統(tǒng)中，均采納窄帶TDMAo

將工作頻域劃分為多個(gè)頻段，采納多個(gè)載波，以降低傳輸速率。各小區(qū)依據(jù)業(yè)務(wù)狀況安排若

T載波，實(shí)質(zhì)上是時(shí)分多址和頻分多址的綜合運(yùn)用。例如，在歐洲的GSM系統(tǒng)中，載波間

隔200KHz,語(yǔ)音編碼速率13Kb/s,再加糾錯(cuò)和交織等，每條話路占22.8Kb/s,一個(gè)載

波分為8個(gè)時(shí)隙，加上其他開(kāi)銷(xiāo)，總碼元速率已達(dá)270.83Kb/so為了保證高比特率的正常

傳輸，采納自適應(yīng)均衡技術(shù)。再如北美的IS-54系統(tǒng)，它考慮與原來(lái)模擬系統(tǒng)兼容，采納30

KHz載波間隔。每載波6個(gè)時(shí)隙，每用戶占兩個(gè)時(shí)隙，即每載波供3個(gè)用戶運(yùn)用。IS—54采

納VSELP編碼算法，語(yǔ)音速率8Kb/s,加信道糾錯(cuò)編碼5Kb/s,限制等開(kāi)銷(xiāo)比特平均每話路

3.2Kb/s,每載波（三話路）48.6Kb/s?？梢圆挥米赃m應(yīng)均衡器，使電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，但每

小區(qū)要更多的載波才能滿意須要。

在上述TDMA系統(tǒng)中，相鄰小區(qū)按FDMA方式采納不同載頻。有肯定間隔的小區(qū)仍按

頻率再用的原則實(shí)行空分多址。由于TDMA中采納有糾錯(cuò)的數(shù)字制，付出了肯定代價(jià)（GSM

增加了75%的比特，IS—54增加了60%）,但它們的抗干擾實(shí)力優(yōu)于模擬制，空分單元可以

劃得更小。在數(shù)字系統(tǒng)中，信干比可以由18dB降至13dB,空分單元可以由七小區(qū)減為四小

區(qū)，從而增加每小區(qū)可用的信道數(shù)，提高了頻譜利用率。為提高抗干擾實(shí)力而損失的帶寬可

以由提高空分效率而獲得補(bǔ)償。若基地臺(tái)采納120“扇面天線，干擾源的數(shù)目削減到1/3,

空分單元可以壓縮到三小區(qū)。綜上所述，在蜂窩制TDMA系統(tǒng)中，實(shí)際是以TDMA方式為

基礎(chǔ)的TDMA/FDMA/SDMA等3種多址方式的綜合運(yùn)用，保證了較高的頻譜利用率。

7.3.3.2TDMA系統(tǒng)中的語(yǔ)音編碼

要降低總的碼元速率，必需壓縮每條話路所用的比特率，必需對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行壓縮編碼。考

慮到蜂窩網(wǎng)不是獨(dú)立的電話網(wǎng)，總是要和市話網(wǎng)、長(zhǎng)話網(wǎng)統(tǒng)一運(yùn)行，對(duì)語(yǔ)音質(zhì)量有較高的要

求。但I(xiàn)TU—TG.711建議（64Kb/sPCM）和G.721建議（32Kb/sADPCM）的數(shù)碼

率太高，而且由于蜂窩系統(tǒng)信道條件惡劣，還需增加額外的糾錯(cuò)等愛(ài)護(hù)比特，必需采納效率

更高的壓縮編碼算法。

GSM系統(tǒng)中采納的是RPE-LTP算法（帶長(zhǎng)時(shí)預(yù)料的規(guī)則脈沖激勵(lì)），語(yǔ)音編碼的比特

率為13Kb/s,為保證語(yǔ)音質(zhì)量增加糾錯(cuò)比特后，每話路的比特率為22.8Kb/soIS-54

系統(tǒng)中采納的是VSELP算法（矢量和碼激勵(lì)），語(yǔ)音編碼為8Kb/s,加糾錯(cuò)后的每話

路總比特率為13Kb/S。RPE-LTP算法是多脈沖激勵(lì)類(lèi)型的改進(jìn)，VSELP算法是碼激勵(lì)類(lèi)

型的改進(jìn)，這兩種算法都屬于合成一分析（AbyS）法的范疇，前者從一組規(guī)則脈沖中產(chǎn)生激

勵(lì)，后者從特殊碼本產(chǎn)生激勵(lì)。由于移動(dòng)通信發(fā)展快速，需求量急劇增長(zhǎng)，進(jìn)一步降低語(yǔ)音

編碼速率勢(shì)在必行，兩個(gè)系統(tǒng)均已確定采納各自的半速率算法，可以在原來(lái)傳送一路話音的

時(shí)隙中傳送兩路話音，容量增加一倍。

7.3.3.3TDMA的設(shè)備特點(diǎn)

在TDMA系統(tǒng)中，精確的同步是時(shí)分多址系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提，全系統(tǒng)要有嚴(yán)格的同步

機(jī)制作為保證。特殊是由于移動(dòng)通信的信號(hào)傳輸條件比較惡劣，在高速運(yùn)行時(shí)，更是一個(gè)難

點(diǎn)。TDMA系統(tǒng)的移動(dòng)臺(tái)比FDMA的困難，因?yàn)轫氁瓿烧Z(yǔ)音壓縮解壓、自適應(yīng)均衡等信號(hào)

處理功能。由于近年來(lái)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和大規(guī)模集成技術(shù)發(fā)展很快，處理困難性的因素所

占份量已越來(lái)越小。

TDMA的基地臺(tái)困難度較低，小容量系統(tǒng)的每個(gè)基地臺(tái)只需一個(gè)載波，只要一部時(shí)分收

發(fā)信機(jī)即可。大容量系統(tǒng)載波數(shù)也遠(yuǎn)少于FDMA系統(tǒng)，共用設(shè)備簡(jiǎn)潔，成本較低。

7.3.4碼分多址

7.3.4.1系統(tǒng)的基本特點(diǎn)

蜂窩系統(tǒng)中的碼分多址與其他系統(tǒng)的一樣，收發(fā)都只有一個(gè)公共載頻，用不同的互為正

交的擴(kuò)頻碼序列區(qū)分用戶，實(shí)現(xiàn)多址通信。在實(shí)際工作中，考慮到擴(kuò)頻序列獲得的難易，往

往采納準(zhǔn)正交的擴(kuò)頻序列，即其之間的相關(guān)系數(shù)微小，但不等于Oo碼分系統(tǒng)采納功率限制

時(shí)，基地臺(tái)收到各用戶的功點(diǎn)可以認(rèn)為是相等或接近相等的，但只有規(guī)定接收的用戶才能用

與擴(kuò)頻碼相同的碼序列解擴(kuò)，才能還原為有用的信號(hào)。其余的用戶信號(hào)由于擴(kuò)頻碼不是同一

序列，而且是相互正交或準(zhǔn)正交的，相關(guān)接收后不會(huì)還原成原始信號(hào)，只是減弱且變成噪聲

類(lèi)型的干擾，參見(jiàn)圖7—4。小區(qū)用戶的數(shù)量不取決于頻道和時(shí)隙，在能運(yùn)用的正交序列數(shù)不

受限制的狀況下，取決于其他用戶造成的干擾，包括小區(qū)內(nèi)其他用戶以及其他小區(qū)用戶。碼

分蜂窩系統(tǒng)不同于頻分和時(shí)分系統(tǒng)，是一種干擾受限系統(tǒng)，而且受系統(tǒng)自身干擾的限制。

FDMA與TDMA系統(tǒng)所能占用的總帶寬是嚴(yán)格受限的，稱(chēng)為帶寬受限系統(tǒng)。但它們的

總?cè)萘恳彩艿搅硪环N含義的二擾限制，就是來(lái)自同頻小區(qū)的干擾。同頻小區(qū)干擾限定了空分

單元的大小。每個(gè)空分單元能占用的頻譜也就是系統(tǒng)的總頻譜，空分單元越大，頻率再用率

越低，每小區(qū)所能用的信道越少，系統(tǒng)的總?cè)萘恳苍叫　．?dāng)然，這是另一種性質(zhì)的干擾限制。

蜂窩系統(tǒng)的碼分多址主要采納干脆擴(kuò)頻方式，即DS/CDMAo

7.3.4.2CDMA系統(tǒng)的容量

設(shè)信號(hào)速率為R(b/s),基地臺(tái)接收的信號(hào)功率為P,則每比特的信號(hào)能量E為

乜=又(7-19)

若小區(qū)內(nèi)用戶數(shù)為M個(gè)，除所需用戶外，其余M-1個(gè)用戶均為干擾。假設(shè)經(jīng)功率限制

后，基地臺(tái)接收各用戶的功率均相同，則干擾功率應(yīng)為(M—I)Po解擴(kuò)后的噪聲譜密度N

為

(M-DPM??

N=

W、~W~(7-20)

式中，W為擴(kuò)頻后的信道帶寬。

信號(hào)和干擾的比值為

EW1

—?—■■

RM(7-21)

雖然干擾功率比信號(hào)幾乎大M倍，但經(jīng)擴(kuò)頻解擴(kuò)處理后減弱了W/R倍。W.R表示頻帶

展寬的倍數(shù)，稱(chēng)為擴(kuò)頻系數(shù)，若以分貝表示測(cè)為擴(kuò)頻增益。上式表示，若信號(hào)速率和信道帶

寬肯定，要保證要求的E/N,小區(qū)能同時(shí)通話的用戶數(shù)也就確定：

“?卬1

"貢?瓦而(7-22)

由于CDMA系統(tǒng)采納相關(guān)接收技術(shù)，較低的信干比就能保證肯定的通信質(zhì)量。在高

速馬路上高速行駛時(shí)，信干比約需8dB左右，平常還可以再低些。我國(guó)平均取6?6.5dBo

這也是CDMA制的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

在CDMA系統(tǒng)中，當(dāng)擴(kuò)頻增益確定以后，容量只受干擾的限制。干擾的增加或削減

干脆影響容量的削減或增加。在確定小區(qū)實(shí)際容量時(shí)還需考慮以下因素：

(1)相鄰小區(qū)的影響

式(7-22)只考慮了本小區(qū)，還應(yīng)考慮相鄰小區(qū)產(chǎn)生的干擾。在蜂窩CDMA系統(tǒng)中，

相鄰小區(qū)的各用戶運(yùn)用同一載頻，只是用不同的擴(kuò)頻碼，它們對(duì)本小區(qū)都產(chǎn)生干擾，這是不

同于FDMA和TDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)。容量隨距離的增加而減弱。若考慮鄰區(qū)影響干擾增加A

倍，容量應(yīng)相應(yīng)削減A倍。

(2)有效講話因素

用戶占用信道后，并非全部時(shí)間都講話，有時(shí)在聽(tīng)對(duì)方講話，而且講話時(shí)也有間歇。實(shí)

際有話音的時(shí)間只占40%左右。當(dāng)系統(tǒng)裝有“話音激活”裝置時(shí)，無(wú)話音時(shí)不放射信號(hào)，也

就不產(chǎn)生干擾。只有正在講話的用戶才是有效的干擾用戶。所以干擾總量應(yīng)當(dāng)乘以用戶有效

講話的因素，設(shè)為B(B<1),

(3)運(yùn)用扇面天線

為減小干擾，基地臺(tái)可以運(yùn)用扇形波束天線，若運(yùn)用120°波束天線，干擾源削減到1

/3。在FDMA和TDMA系統(tǒng)中，干擾源的削減可以削減空分單元的小區(qū)數(shù)，從而間接地增

加了容量。在CDMA系統(tǒng)中，干擾源的削減干脆意味著容量的增加。設(shè)干擾源變更的系數(shù)為

C(C<l)o

綜合上述因素，容量計(jì)算的表示式應(yīng)寫(xiě)為：

〃心史?二一?一

mRE/NABC(7—23)

應(yīng)當(dāng)指出，所能獲得的相百正交的擴(kuò)頻序列數(shù)也是限制CDMA系統(tǒng)容量的一個(gè)因素。

但在蜂窩系統(tǒng)中，覆蓋范圍和系統(tǒng)容量是依靠大量基地臺(tái)和頻率的再用獲得的，在CDMA系

統(tǒng)中是擴(kuò)頻序列的再用?；嘏_(tái)的功率有嚴(yán)格限制，每個(gè)基地臺(tái)覆蓋的范圍很有限，傳播損

耗與距離的3?4次寤成比例，隔若干個(gè)小區(qū)后，又可以運(yùn)用相同的擴(kuò)頻序列，即按空分多址

原則組織網(wǎng)絡(luò)。CDMA還可以和FDMA、TDMA綜合運(yùn)用。所以擴(kuò)頻序列數(shù)是限制CDMA

系統(tǒng)容量的一個(gè)因素，但一般狀況下不是主要因素。

按空分多址原則組織網(wǎng)絡(luò)就是相同碼分結(jié)構(gòu)的單元占用不同空間，多個(gè)空分單元構(gòu)成蜂

窩系統(tǒng)。當(dāng)擴(kuò)頻系列“再用”時(shí)，增加一部分相同擴(kuò)頻系列的干擾，這部分干擾屬于可懂干

擾，要求更嚴(yán)格，可按FDMA系統(tǒng)中同頻干擾的方法來(lái)處理。

7.3.4.3CDMA容量計(jì)算舉例

以某CDMA系統(tǒng)為例，其典型數(shù)據(jù)如下：

?解調(diào)要求的最小信噪比E/N=6dB

?擴(kuò)頻帶寬W=l.25MHz

?數(shù)據(jù)速率R=9.6Kb/s

相鄰小區(qū)的影響涉及因素較多，難以精確計(jì)算。有一些不同的分析和計(jì)算方法，本節(jié)只

介紹一種簡(jiǎn)潔的估算方法：以式(7-22)計(jì)算的本小區(qū)干擾為基準(zhǔn)(1()0%)。干擾隨距離

的3?4次基減弱，如圖8—9第一層有6個(gè)小區(qū)，統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明每小區(qū)干擾的平均值可按6%

計(jì)算；其次層有12個(gè)小區(qū)，每小區(qū)的干擾平均值可按0.2%計(jì)算；第三層以后，因距離太

遠(yuǎn)，干擾很弱，可以忽視。如此可得總的干擾增加倍數(shù)A為：

A=100%+6X6%+12X0.2%

=138.4%

若話音活動(dòng)因素B按0.5計(jì)算，天線扇面因素C也按0.5計(jì)算，多小區(qū)因素A取0.14,

可以算得小區(qū)可容納的用戶數(shù)為

M=94

可以看出，在蜂窩系統(tǒng)中，與用頻分制或時(shí)分制相比，采納碼分制可以獲得更大的容量。

以上分析中沒(méi)有計(jì)及熱噪聲的影響，由于它所占比重較小，不影響所得結(jié)論。

7.3.4.4軟容量

碼分蜂窩系統(tǒng)是干擾限制系統(tǒng)，干擾的任何削減意味著容量的增加。頻分和時(shí)分系統(tǒng)的

機(jī)制不同，它們是帶寬限制系統(tǒng)，容量取決丁帶寬。當(dāng)系統(tǒng)依據(jù)帶寬確定了頻道數(shù)和時(shí)隙數(shù)

后，容量也就確定不變。不同的干擾水平采納不同的小區(qū)劃分方案，也在肯定程度上影響容

量，但不是隨意變更的。利用話間插空技術(shù)采納分組預(yù)約多址(PRMA)協(xié)議，也可以增加

容量，但這是另一范疇的問(wèn)題。

本小區(qū)100%

第一層相鄰小區(qū)6%

第二層相鄰小區(qū)2%

其他小區(qū)0%

圖7-9CDMA系統(tǒng)的干擾分布

在CDMA系統(tǒng)中，只要沒(méi)有超過(guò)擴(kuò)頻序列數(shù)，增加一個(gè)正交碼分用戶，只是增加了一些

干擾噪聲。例如，小區(qū)用戶從2()戶增加到21戶時(shí)，信干比僅降低().21dB,所以稱(chēng)之為“軟

容量”。稱(chēng)為“軟容量”的另一個(gè)理由是在實(shí)際的CDMA系統(tǒng)(如IS-95)中采納了可變速

率的語(yǔ)音編碼器。擴(kuò)頻系統(tǒng)的擴(kuò)頻增益二W/R。當(dāng)信源速率降低時(shí)，提高了擴(kuò)頻增益，由式(7

-22)可知，系統(tǒng)的容量也增加”當(dāng)然，前提是有相應(yīng)的硬件設(shè)備保證。

7.3.4.5“軟切換”

由于碼分蜂窩系統(tǒng)中的相鄰小區(qū)可以運(yùn)用同一載頻，接收時(shí)以不同的擴(kuò)頻碼區(qū)分和選擇

用戶。在FDMA和TDMA系統(tǒng)中，相鄰小區(qū)運(yùn)用不同載頻，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)離原小區(qū)基地臺(tái)越來(lái)

越遠(yuǎn)，信號(hào)越來(lái)越弱，須要切換到另一小區(qū)時(shí)，須要更換載頻，先切斷原載頻，再調(diào)整到新

載頻，即“先離后接”方式。須要中斷100?200ms,傳送語(yǔ)音時(shí)影響不大，但傳送數(shù)據(jù)或

傳真時(shí)會(huì)丟失數(shù)據(jù)。在CDMA系統(tǒng)中，越區(qū)切換時(shí)載頻不變，只是更換擴(kuò)頻碼而己，可以

“先接后離”，稱(chēng)為“軟切換”，其過(guò)程比FDMA和TDMA簡(jiǎn)潔得多，也不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。

7.3.4.6CDMA系統(tǒng)的其他特點(diǎn)

由于碼分蜂窩系統(tǒng)中，收發(fā)都只有一個(gè)公共載頻，沒(méi)有指配頻率等問(wèn)題?；嘏_(tái)設(shè)備遠(yuǎn)

較FDMA簡(jiǎn)潔，也較TDMA簡(jiǎn)潔。移動(dòng)臺(tái)得以簡(jiǎn)化，頻率管理問(wèn)題比較簡(jiǎn)潔。但在CDMA

中，由于都用同一個(gè)載頻，近處的移動(dòng)臺(tái)信號(hào)過(guò)強(qiáng)，將抑制遠(yuǎn)處較弱的移動(dòng)臺(tái)，這就是“遠(yuǎn)

近效應(yīng)”，必需有功率限制。功率限制不當(dāng)將會(huì)嚴(yán)峻影響系統(tǒng)的容量和通信質(zhì)量。在碼分系統(tǒng)

中，由于用戶是隨機(jī)接人的，容量有彈性，但造成干擾的方差很大，性能不夠穩(wěn)定，如何限

制多用戶干擾仍是個(gè)待解決的問(wèn)題。

第一個(gè)實(shí)際運(yùn)用的CDMA系統(tǒng)是Qualcomm公司的6—95。它用PN碼獷頻來(lái)區(qū)分

小區(qū)，再用Walsh碼擴(kuò)頻來(lái)作小區(qū)內(nèi)的碼分多址。特次是各小區(qū)用同樣的載頻和同樣的PN

碼，但各基地臺(tái)的PN碼有時(shí)間差，相關(guān)檢測(cè)能依據(jù)時(shí)間差識(shí)別自己的小區(qū)，解除其他小區(qū)。

這就須要有統(tǒng)一的且精確的計(jì)時(shí)，在IS-95中由GPS完成這一任務(wù)。

7.3.5幾種多址技術(shù)的特點(diǎn)

幾種多址方式各有特點(diǎn)，參見(jiàn)表7—3。各種通信系統(tǒng)也有其自身的特點(diǎn)，必需依據(jù)系統(tǒng)

的特點(diǎn)綜合運(yùn)用各種多址方式才能獲得最好的效果。上面提到在實(shí)際的蜂窩系統(tǒng)中，TDMA

系統(tǒng)總是和FDMA一起運(yùn)用。由于系統(tǒng)的特點(diǎn)，在本小區(qū)內(nèi)要將總頻帶劃分為若干個(gè)頻段，

在時(shí)分多址的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)頻分多址，而且相鄰小區(qū)間必需采納不同載頻。為了能用有限的頻

譜或肯定數(shù)量的正交擴(kuò)頻碼覆蓋較大的城區(qū)范圍并擔(dān)當(dāng)較大的業(yè)務(wù)量，無(wú)論FDMA、TDMA

還是CDMA均需妥當(dāng)?shù)剡\(yùn)用SDMA技術(shù)。在不同的地域采納同樣的頻率或擴(kuò)頻序列，以空

間位置的不同實(shí)現(xiàn)多址?？梢哉f(shuō)，正確地和奇妙地運(yùn)用多種多址技術(shù)是構(gòu)建高性能蜂窩系統(tǒng)

的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

表7—3在移動(dòng)通信中各種多址技術(shù)的特點(diǎn)

類(lèi)型特點(diǎn)選界信號(hào)方法優(yōu)缺點(diǎn)

1.技術(shù)應(yīng)熟

1.得信道用一個(gè)載頻

2.移動(dòng)臺(tái)衙小

2.每信道傳一路信號(hào)

榻分多址頻率選擇電路3-基地臺(tái)龐大，每信道要配一套收發(fā)信機(jī)，

3.小區(qū)及相鄰小區(qū)的各路信號(hào)頻譜不重疊

需用天妓共用器

4.可以是模擬制或數(shù)字制

4.電區(qū)切換復(fù)雜，易丟失數(shù)據(jù)

1-速率高時(shí)需用自適應(yīng)均衡以減少碼間申

擾

1.采用數(shù)字制

2-移動(dòng)臺(tái)需用語(yǔ)音編解碼器

時(shí)分多址2,信道劃分為若干不里疊的時(shí)隙時(shí)間選通門(mén)

3.基地臺(tái)僑單

3.每時(shí)隙傳一路信號(hào)

4.越區(qū)切換筒羊

5-需要精確同步

1.抗干擾能力強(qiáng)，有一定保密性

1.采用數(shù)字制

相關(guān)檢酒器和2.越區(qū)切換筒單，可??軟切換”

2,各路信號(hào)按所用擴(kuò)頻碼址區(qū)分

碼分多址相對(duì)應(yīng)的擴(kuò)領(lǐng)3.容信有一定彈性，“軟容最”

3.各路信號(hào)在同一時(shí)間內(nèi)和相同頻帶中傳

碼4.需要嚴(yán)格的功率控制

送

5-有的方案需用GPS定時(shí)

1-用有限的同率或擴(kuò)頻碼構(gòu)成大范圍大容

1.若干不同頻率的小區(qū)構(gòu)成空分單元利用電波傳播量的系統(tǒng)

空分多址

2.相同頻率結(jié)構(gòu)的空分單元占有不同空間他圉的局限性2.需精確劃分空分單元

3.需與其他多批方式結(jié)合，不單獨(dú)運(yùn)用

7.3.6第三代蜂窩系統(tǒng)中的多址技術(shù)

第一代蜂窩系統(tǒng)以模擬的FDMA為代表(結(jié)合SDMA),其次代以數(shù)字的TDMA和

CDMA為代表，結(jié)合了FDMA和SDMA。現(xiàn)在正在醞釀著第三代蜂窩系統(tǒng)，就是國(guó)際電信

聯(lián)盟的ITU-R提出的IMT—2()0(),其主要特征是能承載寬帶高速業(yè)務(wù)和更大的用戶容量。

競(jìng)爭(zhēng)方案很多，主要是西歐和北美的，日本由于其次代產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)不很得力，因此也主動(dòng)參

加第三蜂窩系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)。由于難以形成統(tǒng)一的方案，又提出所謂IMT—2000“家族”的概念,

允許“家族”內(nèi)部有幾個(gè)方案并存，而爭(zhēng)取滿意一些共同的要求，如系統(tǒng)間能建立漫游關(guān)系

等。ITU的TG8/1探討組于1999年11月的赫爾辛基會(huì)議上通過(guò)了關(guān)于ITM—2000的無(wú)線

接口擬規(guī)范(IMT.RSPC建議)。在一些影響較大的候選方案中作了協(xié)調(diào)和妥協(xié)，如TDMA

和CDMA的妥協(xié)、CDMA各方案間的妥協(xié)、雙工中TDD與FDD間的妥協(xié)等。在

IMT.RSPC中明確有5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，分別為CDMA-TDD.CDMA—MC、CDMA-DS、TDMA

-SC以及FDMA/TDMAo我國(guó)在會(huì)議上提出的基于智能天線技術(shù)和軟件無(wú)線電技術(shù)的同

步時(shí)分雙工TD-SCDMA方案受到國(guó)際重視，成為該建議的一個(gè)組成部分，作為CDMA-

TDD的一種類(lèi)型，這是我國(guó)第一次向ITU提交自己的候選技術(shù)。本節(jié)不擬全面介紹第三代系

統(tǒng)，只介紹幾種候選方案的多址方式，分析它們是如何解決寬帶問(wèn)題的。分析時(shí)應(yīng)留意到各

公司為了維護(hù)本身的利益，不僅考慮技術(shù)的先進(jìn)性，還強(qiáng)調(diào)與本公司其次代產(chǎn)品的繼承性與

兼容性。

CDMA-TDD的另一個(gè)方案是酉門(mén)子等公司提出的UTRATDD方案，原稱(chēng)為T(mén)D-

CDMAo該方案實(shí)際是帶有擴(kuò)頻的寬帶TDMA。在TDMA系統(tǒng)中引人擴(kuò)頻機(jī)制，用以減小多

徑引起的碼間干擾。在各時(shí)隙中填入擴(kuò)頻碼片，碼片速率為3.84Mc/So只要擴(kuò)頻系列的自

相關(guān)特性足夠尖銳，解擴(kuò)時(shí)，非主要途徑的信號(hào)在相關(guān)檢測(cè)后只有微小的輸出，影響削減，

可以適應(yīng)較高的傳輸速率。就某一小區(qū)而言，擴(kuò)頻降低了頻譜利用率。但假如所用擴(kuò)頻序列

有足夠多的正交擴(kuò)頻碼，相鄰小區(qū)可以用另一組相互正交的擴(kuò)頻碼，小區(qū)之間用擴(kuò)頻碼字區(qū)

分，可以用同一載頻.如此又可以提高頻譜利用率°新方案考慮了與GSM的反向兼容問(wèn)題，

部分參數(shù)與GSM相同。我國(guó)在會(huì)上提出的是TD—SCDMA方案，其碼片速率為1.28Mc/s。

兩個(gè)方案的物理層不同，第2、3層大致相同，正在進(jìn)行融合工作。

應(yīng)當(dāng)指出，美軍的戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)（JTIDS）采納時(shí)分多址加擴(kuò)頻技術(shù)的方案。為了抗

干擾和保密，采納了較大的擴(kuò)頻系數(shù)，還增加了跳頻功能以適應(yīng)軍事通信的須要。

Lucent和Qualcomm等公司的多載波碼分多址Cdmaone方案（或稱(chēng)為Cdnia2000）已

列入標(biāo)準(zhǔn)，方案的特點(diǎn)是將多載波并行傳輸技術(shù)與CDMA結(jié)合運(yùn)用，以解決在寬帶移動(dòng)通信

中的符號(hào)間串?dāng)_（ISI）問(wèn)題c多載波傳輸技術(shù)將要傳送的信息分散到很多子載波上，降低了

各子載波的信號(hào)速率，從而能有效地克服高速通信時(shí)的ISI影響口該方案沿用了IS-95的一

些技術(shù)和思路，采納了PN偽隨機(jī)碼和Walsh碼擴(kuò)頻，也須要GPS定時(shí)。它考慮與IS-95

實(shí)現(xiàn)反向兼容，并盡量應(yīng)用較成熟的