1、第4章 蜂窩移動(dòng)通信的組網(wǎng)技術(shù),4.1 頻率資源的管理與有效利用技術(shù) 4.2 區(qū)域覆蓋與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 4.3 蜂窩移動(dòng)通信的多址接入技術(shù) 4.4 多址方式與系統(tǒng)容量 4.5 蜂窩移動(dòng)通信的交換技術(shù) 4.6 蜂窩移動(dòng)通信的信令技術(shù) 4.7 蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)的連接 習(xí)題,4.1 頻率資源的管理與有效利用技術(shù),4.1.1 頻率資源的管理 頻率是一種特殊資源， 它并不是取之不盡的。 與別的資源相比， 它有一些特殊的性質(zhì)， 例如： 無(wú)線電頻率資源不是消耗性的， 用戶只是在某一空間和時(shí)間內(nèi)占用， 用完之后依然存在， 不使用或使用不當(dāng)都是浪費(fèi)； 電波傳播不分地區(qū)與國(guó)界； 它具有時(shí)間、 空間和頻率的三維性， 可以從

2、這三方面實(shí)施其有效利用， 提高其利用率； 它在空間傳播時(shí)容易受到來(lái)自大自然和人為的各種噪聲和干擾的污染。,4.1.2 頻率的有效利用技術(shù) 頻率的有效利用就是從時(shí)間域、 空間域和頻率域這三個(gè)方面采用多種技術(shù)， 以設(shè)法提高頻率的利用率。 1. 時(shí)間域的頻率有效利用 在某一地區(qū)， 如果某一用戶固定占用了某一信道， 但事實(shí)上它不可能占用全部時(shí)間。 在該用戶空閑的時(shí)間內(nèi)， 任何其它用戶都無(wú)法再使用這個(gè)信道， 只能讓它閑置著， 這是很大的浪費(fèi)。,2. 空間域的頻率有效利用 在某一地區(qū)(空間)使用了某一頻率之后， 只要能控制電波輻射的方向和功率， 在相隔一定距離的另一地區(qū)可以重復(fù)使用這一頻率， 這就是頻率復(fù)

3、用。 蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)就是根據(jù)這一概念組成的。 在頻率復(fù)用的情況下， 會(huì)有若干電臺(tái)使用同一頻率。,3. 頻率域的頻率有效利用 頻率域的頻率有效利用有兩種方法： 信道的窄帶化和寬帶多址技術(shù)。 信道窄帶化的方法從基帶方面考慮可采用頻帶壓縮技術(shù)， 如低速率語(yǔ)音編碼等； 從射頻調(diào)制頻帶方面考慮可采用各種窄帶調(diào)制技術(shù)， 如窄帶和超窄帶調(diào)頻、插入導(dǎo)頻振幅壓擴(kuò)單邊帶調(diào)制以及各種窄帶數(shù)字調(diào)制技術(shù)。應(yīng)用窄帶化技術(shù)減小信道間隔后， 可在有限的頻段內(nèi)設(shè)置更多的信道， 從而提高頻率的利用率。,寬帶多址技術(shù)有頻分多址(FDMA， 即在頻率域上劃分信道)， 每一用戶占用一定的頻帶、 時(shí)分多址(TDMA)、 碼分多址(CDM

4、A)以及它們的組合等。 綜上所述， 頻率的有效利用技術(shù)如表4 - 1所列。,表 4 - 1 頻率的有效利用技術(shù),頻率有效利用的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則是頻率利用率。 它定義為,(頻率利用率)=,通信業(yè)務(wù)量,使用頻譜空間的大小,通信業(yè)務(wù)量以話務(wù)量A表示， 則,4.1.3 多信道共用技術(shù) 1. 多信道共用的概念 多信道共用， 就是多個(gè)無(wú)線信道為許多移動(dòng)臺(tái)所共用， 或者說(shuō)， 網(wǎng)內(nèi)大量用戶共享若干無(wú)線信道。 這與有線用戶共享中繼線的概念相似， 目的也是為了提高信道利用率。 我們先看下面三種不同方案組成的三個(gè)系統(tǒng)。,方案一： 一個(gè)移動(dòng)臺(tái)配置一個(gè)無(wú)線信道。 方案二： 88 個(gè)移動(dòng)臺(tái)， 配 8 個(gè)信道。 方案三： 88 個(gè)

5、移動(dòng)臺(tái)， 8 個(gè)信道， 但移動(dòng)臺(tái)不分組， 即這8個(gè)信道同屬于這88個(gè)移動(dòng)臺(tái)。,2. 多信道共用的特點(diǎn) 1) 呼叫話務(wù)量與忙時(shí)話務(wù)量 話務(wù)量是度量通信系統(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(jī)性， 只能用統(tǒng)計(jì)方法獲取。 所謂呼叫話務(wù)量， 是指單位時(shí)間(一小時(shí))內(nèi)的平均電話交換量， 可用下面關(guān)系式表示 ACt0 (4 - 1),圖 4 - 1 我國(guó)話務(wù)量日分布圖,圖 4 - 2 廣東某市的蜂窩網(wǎng)日話務(wù)量分布圖,用戶忙時(shí)話務(wù)量是指一天中最忙的那個(gè)小時(shí)(即“忙時(shí)”之意)， 每個(gè)用戶的平均話務(wù)量， 用AB來(lái)表示。 AB是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均值。 同時(shí)， 將忙時(shí)話務(wù)量與全日話務(wù)量之比稱為集中系

6、數(shù)， 用K表示。 因?yàn)?K反映了這個(gè)通信系統(tǒng)“忙時(shí)”的集中程度， 即忙時(shí)話務(wù)量在全天話務(wù)量中所占的比例。 通常， K為7%15。 這樣， 我們便可以得到每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量的表達(dá)式,(4 - 2),2) 容量 在多信道共用時(shí)， 容量有兩種表示法。 系統(tǒng)所能容納的用戶數(shù)(M),(4 - 3),每個(gè)信道所能容納的用戶數(shù)(m),(4 - 4),3) 呼損率 M個(gè)用戶共用n個(gè)信道時(shí)， 由于用戶數(shù)遠(yuǎn)大于信道數(shù)， 即Mn， 因此， 會(huì)出現(xiàn)超過(guò)n個(gè)用戶同時(shí)要求通話而信道數(shù)不足的情況。 這時(shí)， 只能保證n個(gè)用戶通話。 而另一部分用戶雖然發(fā)出呼叫， 但因無(wú)信道而不能通話， 稱為呼叫失敗。 在一個(gè)通信系統(tǒng)中， 呼叫

7、失敗的概率稱為呼叫損失概率， 簡(jiǎn)稱呼損率， 記為B。,設(shè)A為呼叫成功而接通電話的話務(wù)量， 簡(jiǎn)稱完成話務(wù)量。 C0為 1 小時(shí)內(nèi)呼叫成功而通話的次數(shù)， t0為每次呼叫平均占用信道的時(shí)間， 則完成話務(wù)量為,(4 - 5),(4- 6),于是呼損率為,如果呼叫具有下列性質(zhì)： 每次呼叫相互獨(dú)立， 互不相關(guān)， 即呼叫具有隨機(jī)性； 每次呼叫在時(shí)間上都有相同的概率； 每個(gè)用戶選用無(wú)線信道是任意的， 且是等概的。 則呼損率可按下式計(jì)算：,(4 - 7),這就是電話工程中的第一愛爾蘭公式， 也稱愛爾蘭B公式。 它以解析式的形式反映了系統(tǒng)呼損率(B)、 信道數(shù)(n)和總話務(wù)量(A)三者的關(guān)系。 通過(guò)計(jì)算可得出目前

8、話務(wù)工程計(jì)算中廣泛使用的愛爾蘭呼損表， 如表 4 2(略)所示。,(1) 嚴(yán)格地說(shuō)， 移動(dòng)通信系統(tǒng)并不完全滿足推導(dǎo)此公式的三個(gè)前提條件， 尤其是在小話務(wù)量時(shí)偏差較大。 但是， 作為一般的估算， 這個(gè)公式及其損失概率表還是可用的。 因此，它在移動(dòng)通信工程中一直被廣泛地使用。,(2) 表中的A是損失制的總話務(wù)量， 它由完成話務(wù)量和損失話務(wù)量?jī)刹糠纸M成。 從該表所給出的數(shù)據(jù)可以清楚地看出： 當(dāng)呼損率一定的條件下， 總話務(wù)量A隨信道數(shù)n的增加而增加； 而在信道數(shù)n一定的條件下， 總話務(wù)量隨呼損率B的增加而增加。,3. 信道利用率 多信道共用時(shí)， 信道利用率是指每個(gè)信道平均完成的話務(wù)量。 因此,(4 -

9、 8),從圖4 - 3可以看出， 采用多信道共用， 信道的利用率有明顯的提高， 但是， 當(dāng)共用信道數(shù)超過(guò) 10 個(gè)后， 信道利用率曲線將趨向平緩。,圖 4 - 3 共用信道數(shù)與其信道的利用率的關(guān)系,4. 舉例 設(shè)每個(gè)用戶的忙時(shí)話務(wù)量AB=0.01Erl， 呼損率B=10， 現(xiàn)有8個(gè)無(wú)線信道，采用兩種不同技術(shù)， 即多信道共用和單信道共用組成的兩個(gè)系統(tǒng)， 試分別計(jì)算它們的容量和利用率。,圖 4 - 4 無(wú)線電信道轉(zhuǎn)換效應(yīng),圖4 - 4的先決條件是每個(gè)移動(dòng)臺(tái)忙時(shí)話務(wù)量為0.01 Erl。 當(dāng)忙時(shí)話務(wù)量不是0.01 Erl時(shí)， 雖不可直接利用此曲線， 但可間接使用這個(gè)曲線。 因?yàn)橹繠和n后， 可以利

10、用圖4 - 4查出m。 根據(jù)式(4 - 4),將m、 n和AB(=0.01 Erl)代入上式就可求出總話務(wù)量A。 根據(jù)愛爾蘭B公式， 總話務(wù)量A僅取決于B和n， 與忙時(shí)話務(wù)量無(wú)關(guān)。 因此， 僅當(dāng)忙時(shí)話務(wù)量由AB-0.01Erl變成AB時(shí)， 每個(gè)信道所能容納的移動(dòng)臺(tái)數(shù)(記為m)，可由下式求得,(4 - 9),5. 空閑信道的選取 1) 專用呼叫信道方式 這種方式是在網(wǎng)中設(shè)置專門的呼叫信道， 專用于處理用戶的呼叫， 向用戶發(fā)出選呼， 指定通信用的語(yǔ)音信道等。,2) 標(biāo)明空閑信道方式 標(biāo)明空閑信道方式可分為“循環(huán)定位”、 “循環(huán)不定位”、 “標(biāo)明多個(gè)空閑信道的循環(huán)分散定位”和“標(biāo)明多個(gè)空閑信道的循環(huán)

11、不定位”等多種方法。 (1) 循環(huán)定位。 這種方式不設(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(jìn)行。,(2) 循環(huán)不定位方式。 為了減小同搶概率， 移動(dòng)臺(tái)循環(huán)掃描而不定位是有利的。 該方式是基站在所有的空閑信道上都發(fā)出空閑標(biāo)志信號(hào)， 不通話的移動(dòng)臺(tái)始終處于循環(huán)掃描狀態(tài)。,(3) 標(biāo)明多個(gè)空閑信道的循環(huán)分散定位方式。 上面說(shuō)的定位方式是基站標(biāo)明了一個(gè)空閑信道， 所有沒通話的移動(dòng)臺(tái)都定位在這同一個(gè)信道， 當(dāng)移動(dòng)臺(tái)主呼時(shí)的同搶概率大。 (4) 標(biāo)明多個(gè)空閑信道的循環(huán)不定位方式。 上面說(shuō)的不定位方式是基站在所有的空閑信道上都發(fā)出空閑標(biāo)志， 也就是說(shuō)所有空閑信道的發(fā)射機(jī)都

12、要開機(jī)。,4.2 區(qū)域覆蓋與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),4.2.1 區(qū)域覆蓋 任何移動(dòng)通信網(wǎng)都有一定的服務(wù)區(qū)域， 無(wú)線電波輻射必須覆蓋整個(gè)區(qū)域。 由VHF和UHF的傳播特性可知， 一個(gè)基站只能在其天線高度的視距范圍為移動(dòng)用戶提供服務(wù)。 這樣的覆蓋區(qū)稱為一個(gè)無(wú)線電區(qū)， 或簡(jiǎn)稱小區(qū)。 網(wǎng)的服務(wù)范圍若很大， 或者地形復(fù)雜， 則需幾個(gè)小區(qū)才能覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)。 例如， 公路、 鐵路、 海岸等就需用若干個(gè)小區(qū)的帶狀網(wǎng)絡(luò)才能進(jìn)行覆蓋， 如圖4 - 5所示。,圖4 - 5 帶狀網(wǎng)絡(luò),1. 帶狀網(wǎng) 基站天線若用全向輻射， 覆蓋區(qū)形狀是圓形的。 帶狀網(wǎng)宜采用定向天線， 使每個(gè)小區(qū)呈扁圓形。 帶狀網(wǎng)可進(jìn)行頻率再用。 若以采用不同信道

13、的兩個(gè)小區(qū)組成一個(gè)區(qū)群， 如圖4 - 5(a)所示， 稱為雙頻制。若以采用不同信道組的三個(gè)小區(qū)組成一個(gè)區(qū)群小區(qū)， 如圖4 - 5(b)所示， 稱為三頻制。 從造價(jià)和頻率資源的利用而言， 雙頻制最好； 但從抗同道干抗而言， 則雙頻制最差， 還應(yīng)考慮多頻制。 設(shè)n頻制的帶狀網(wǎng)絡(luò)如圖4 - 6所示。,圖 4 - 6 帶狀網(wǎng)的同道干擾,表 4 - 3 帶狀網(wǎng)的同頻干擾,2. 蜂窩網(wǎng) 1) 小區(qū)的形狀 全向天線輻射的覆蓋區(qū)是個(gè)圓形。 為了不留空隙地覆蓋整個(gè)平面的服務(wù)區(qū)， 一個(gè)個(gè)圓形輻射區(qū)之間一定含有很多的交疊。 在考慮交疊之后， 實(shí)際上每個(gè)輻射區(qū)的有效覆蓋區(qū)是一個(gè)多邊形。 根據(jù)交疊情況不同， 若在周圍相

14、間120設(shè)置三個(gè)鄰區(qū)， 則有效覆蓋區(qū)為正三角形； 若相間90設(shè)置四個(gè)鄰區(qū)， 則有效覆蓋區(qū)為正方形， 若相間60設(shè)置6個(gè)鄰區(qū)， 則有效覆蓋區(qū)為正六邊形， 小區(qū)形狀如圖4 - 7所示。,圖 4 - 7 小區(qū)的形狀,表 4 - 4 三種形狀小區(qū)的比較,2) 正六邊形無(wú)線區(qū)群的構(gòu)成 (1) 構(gòu)成的條件。 蜂窩式移動(dòng)電話網(wǎng)通常是先由若干鄰接的無(wú)線小區(qū)組成一個(gè)無(wú)線區(qū)群， 再由若干無(wú)線區(qū)群構(gòu)成整個(gè)服務(wù)區(qū)。 為了防止同頻干擾， 要求每個(gè)區(qū)群(即單位無(wú)線區(qū)群)中的小區(qū)， 不得使用相同頻率， 只有在不同的無(wú)線區(qū)群中， 才可使用相同的頻率。,單位無(wú)線區(qū)群的構(gòu)成應(yīng)滿足以下兩個(gè)基本條件： 若干單位無(wú)線區(qū)群彼此鄰接組成蜂

15、窩式服務(wù)區(qū)域； 鄰接單位無(wú)線區(qū)群中的同頻無(wú)線小區(qū)的中心間距相等。 在滿足條件的情況下， 構(gòu)成單位無(wú)線區(qū)群的小區(qū)個(gè)數(shù)N為 N=a2+ab+b2,圖 4 - 8 各種單位無(wú)線區(qū)群的結(jié)構(gòu)圖形,(2) 激勵(lì)方式。 在劃分區(qū)域時(shí)， 若基地站位于無(wú)線小區(qū)的中心， 則采用全向天線實(shí)現(xiàn)無(wú)線區(qū)的覆蓋，通常稱這種方式為“中心激勵(lì)”， 前述內(nèi)容均屬這種方式。,圖 4 - 9 頂點(diǎn)激勵(lì)方式,圖 4 - 10 常用無(wú)線小區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖,(3) 無(wú)線小區(qū)模型。 瑞典愛立信公司(ERICSSON)建議采用三葉草形 21 個(gè)無(wú)線小區(qū)模型， 如圖4 - 11所示。,圖4 - 11 三葉草形21個(gè)無(wú)線,市區(qū)密度高一些， 郊區(qū)就低一

16、些。 針對(duì)這種情況， 用戶密度高的地區(qū)(如市區(qū))， 應(yīng)將無(wú)線小區(qū)劃得小一些， 或分配的信道數(shù)多一些。 對(duì)于密度低的地區(qū)， 小區(qū)就可劃得大一些或配給的信道數(shù)少一些。 一個(gè)實(shí)際的服務(wù)區(qū)域小區(qū)劃分的結(jié)構(gòu)， 如圖4 - 12所示， 圖中的數(shù)字表示信道數(shù)。,圖4 - 12 用戶密度不等時(shí)， 服務(wù)區(qū)劃分的舉例,考慮到用戶數(shù)隨時(shí)間的增長(zhǎng)而不斷增加， 當(dāng)原有無(wú)線小區(qū)的用戶密度高到出現(xiàn)話務(wù)阻塞時(shí)， 可以將原有無(wú)線小區(qū)進(jìn)一步細(xì)分(一分為二或一分為四)， 以增大系統(tǒng)的容量和密度， 如圖4 - 13所示。,圖4 - 13 無(wú)線區(qū)分解的示意圖,(4) 直放站。 在組網(wǎng)布局時(shí)， 出于經(jīng)費(fèi)及地形、 地物等方面的考慮， 會(huì)出

17、現(xiàn)覆蓋不到的地域， 通常稱為盲區(qū)或死角， 如圖4 - 14所示。,圖 4 - 14 蜂窩移動(dòng)網(wǎng)的盲區(qū)(死角),即使不考慮經(jīng)費(fèi)問題， 在設(shè)計(jì)布局時(shí)， 也不可避免地會(huì)出現(xiàn)盲區(qū)， 如城市高大建筑群、 會(huì)議大廳、 地鐵車站、 高速公路等。 為了使死角變活， 消除盲區(qū)， 通常在適當(dāng)?shù)胤浇⒅狈耪荆?以溝通盲區(qū)移動(dòng)臺(tái)與基地站的通信。 直放站實(shí)際上就是一個(gè)同頻放大的中繼站， 通過(guò)它把基地站部分信道引過(guò)來(lái)， 以實(shí)現(xiàn)接收和轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自基地站和移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)， 如圖4 - 15所示。,圖 4 - 15 蜂窩網(wǎng)中的直放站,4.2.2 移動(dòng)通信網(wǎng)的組成 1. 小區(qū)制移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu) 為了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶和移動(dòng)用戶之間或移動(dòng)用

18、戶和市話用戶之間的通信， 移動(dòng)通信網(wǎng)必須具有交換控制功能。 通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同， 所需的交換控制功能及交換控制區(qū)域組成亦不同。 在大區(qū)制中， 移動(dòng)用戶只要在服務(wù)區(qū)內(nèi)， 無(wú)論移動(dòng)到何處， 信息交換和控制都是通過(guò)一個(gè)基地站進(jìn)行的， 所以比較簡(jiǎn)單。 但在小區(qū)制移動(dòng)通信網(wǎng)中， 基地站很多， 而移動(dòng)臺(tái)又沒有固定的位置。 為了便于控制和交換， 通常采用如圖4 - 16所示的移動(dòng)通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)。,圖 4 - 16 移動(dòng)通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu),2. 蜂窩網(wǎng)的同頻復(fù)用與同道干擾問題 采用蜂窩結(jié)構(gòu)時(shí)， 由于頻率復(fù)用會(huì)產(chǎn)生所謂同信道干擾。 這是一種可以聽懂的干擾， 或稱為串話， 影響到通信的保密。 所以， 頻率復(fù)用必須進(jìn)行周密設(shè)計(jì)

19、， 使同信道干擾在所允許的水平之下。 最常用的頻率復(fù)用設(shè)計(jì)是每 7 個(gè)蜂窩為一組， 其中各個(gè)蜂窩具有互相不同的一組頻點(diǎn)， 共有7組頻點(diǎn)。 其它 7 個(gè)蜂窩里重復(fù)使用這7組頻率， 如圖4 - 17(a)所示。 其它的設(shè)計(jì)規(guī)則還有如圖4 - 17(b)、 (c)、 (d)所示的幾種。,圖 4 - 17 頻率復(fù)用設(shè)計(jì),3. 頻率復(fù)用距離 頻率復(fù)用距離D是指最近的兩個(gè)同頻點(diǎn)小區(qū)中心之間的距離。 如圖4 - 17所示， 在一個(gè)小區(qū)中心或相鄰小區(qū)中心作兩條與區(qū)的邊界垂直的直線， 其夾角為120。 此兩直線分別連接到最近的兩個(gè)同頻點(diǎn)小區(qū)中心， 其長(zhǎng)度分別為I和J。 于是， 頻率復(fù)用距離為 D2=I2+J2-

20、2IJ cos120=I2+IJ+J2 (4 - 10) I=2iH， J=2jH 式中， H是區(qū)中心到邊的垂直距離,(4 - 11),式中， R是小區(qū)半徑。 因而,將I， J式代入式(4 - 10)， 并令 N = i2 +j2 + ij (4 - 12) 可得,(4 - 13),4. 同道干擾 由于采用同一頻點(diǎn)的兩個(gè)信道會(huì)相互產(chǎn)生可懂的干擾， 稱為同道干擾。 可懂干擾的影響是更大的， 因?yàn)榭啥蓴_更容易干擾注意力而且引起失密。 因此， 解決同信道干擾是組網(wǎng)的一個(gè)重要問題。,假定小區(qū)的大小相同， 這決定于規(guī)定信號(hào)強(qiáng)度的覆蓋范圍。 這也就是說(shuō)手機(jī)的接收門限按小區(qū)的大小調(diào)節(jié)。 于是， 在某一小區(qū)

21、中接收機(jī)接收到它的基站的最小載波強(qiáng)度C與小區(qū)半徑的冪R成反比， 即 CR- (4 - 14),式中， 是傳播路徑損耗的斜率， 一般取4。 同時(shí)， 該接收機(jī)接收到的同信道干擾I是它所在小區(qū)周圍的各個(gè)同頻點(diǎn)小區(qū)的干擾之和。 由于來(lái)自各小區(qū)的干擾與頻率復(fù)用距離Dl成反比， 有,(4 - 15),圖 4 - 18 第一層同信道干擾,如果只考慮第一層的干擾， 如圖4 - 18所示， L= 6(L為第一層同頻小區(qū)數(shù))， Dl=D(l=1, 2, , 6)， 則式(4 - 15)變?yōu)?I6D- (4 - 16) 若不考慮本小區(qū)中的局部干擾， 則載波干擾比為,(4 - 18),(4 - 17),4.3 蜂窩移

22、動(dòng)通信的多址接入技術(shù),4.3.1 概述 1. 多址接入的概念 在無(wú)線通信環(huán)境中的電波覆蓋區(qū)內(nèi)， 如何建立用戶之間的無(wú)線信道的聯(lián)接， 這便是多址聯(lián)接問題。 在移動(dòng)通信中， 也稱多址接入問題。,2. 多址接入方式 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中， 基站覆蓋區(qū)內(nèi)存在許多移動(dòng)臺(tái)， 移動(dòng)臺(tái)必須能識(shí)別基站發(fā)射的信號(hào)中哪一個(gè)是發(fā)往本地址的信號(hào)， 基站也必須能從眾多移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的信號(hào)中識(shí)別并區(qū)分出每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)所發(fā)射的信號(hào)， 這樣才能建立通信。,多址(接入)技術(shù)的基礎(chǔ)是信號(hào)正交原理。 無(wú)線電信號(hào)可表達(dá)為時(shí)間、 頻率和碼型的函數(shù)， 即可寫作 s(c， f， t)=c(t)s(f， t) (4 - 21) 式中， c(t)為碼型函

23、數(shù)， s(f， t)為一般的時(shí)間(t)、 頻率(f)的函數(shù)。 當(dāng)c(t)=1時(shí) s(c， f， t)=s(f， t) (4 - 22) 這就是常見的信號(hào)表達(dá)式。,圖4 - 19 三種多址方式示意圖 (a) FDMA; (b) TDMA； (c) CDMA,(1) 頻分多址(FDMA)。 圖4 - 19(a)所示為時(shí)間-頻率域上的頻分多址(FDMA)示意圖。 信號(hào)的頻分多址正交條件為,(i, j=1, 2, ， k) (4 - 23),(2) 時(shí)分多址(TDMA)。 圖4 - 19(b)所示為時(shí)間-頻率域上的時(shí)分多址(TDMA)示意圖。 信號(hào)的時(shí)分多址正交條件為,(i, j=1, 2, ， k)

24、 (4 - 24),(3) 碼分多址(CDMA)。 圖4 - 19(c)所示為時(shí)間、 頻率和碼型的三維空間中的碼分多址(CDMA)示意圖。 信號(hào)的碼分多址正交條件為,(i, j=1, 2, ， k) (4 - 25),3. 多址接入與信道 (1) 物理信道。 信道是傳輸信息的通道， 依傳輸媒介的不同， 信道可分為有線信道和無(wú)線信道兩大類。 (2) 數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信的信道。 由于頻分多址技術(shù)發(fā)展較早也最為成熟， 因此早期的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)是建立在頻分多址的基礎(chǔ)之上。,4.3.2 FDMA系統(tǒng)原理 1. 原理 在FDMA系統(tǒng)中， 每一個(gè)移動(dòng)用戶分配有一個(gè)地址， 即在一個(gè)射頻頻帶內(nèi)， 每個(gè)移動(dòng)用戶分

25、配有一個(gè)頻道， 且這些頻道在頻域上互不重疊。 圖4 - 20所示為一個(gè)基站BS與k個(gè)移動(dòng)臺(tái)MS構(gòu)成的FDMA系統(tǒng)。 移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射頻道即移動(dòng)臺(tái)向基站方向的信道叫作反向信道。 它們的頻譜分割如圖4 - 21所示。,圖 4 - 20 FDMA示意圖,圖 4 - 21 FDMA的頻道劃分,2. FDMA系統(tǒng)的特點(diǎn) FDMA蜂窩通信系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)： 以頻率復(fù)用為基礎(chǔ)的蜂窩結(jié)構(gòu)； 以每一頻道為一個(gè)話路的模擬或數(shù)字信號(hào)傳輸； 以頻帶或頻道的劃分來(lái)構(gòu)成宏小區(qū)、 微小區(qū)、 微微小區(qū)； 由于FDMA蜂窩系統(tǒng)是以頻道來(lái)分離用戶地址的， 所以它是頻道受限和干擾受限的系統(tǒng)；, FDMA系統(tǒng)需要周密的頻率計(jì)劃； 對(duì)發(fā)射

26、信號(hào)功率控制的要求不嚴(yán)格； 基站的硬件設(shè)備取決于頻率計(jì)劃和頻道的配置； 基站是多部不同載波頻率發(fā)射機(jī)同時(shí)工作的。,3. FDMA系統(tǒng)中的干擾問題 FDMA系統(tǒng)是基于頻率分劃信道， 每個(gè)用戶在一對(duì)頻道(f - f)中通信。 1) 互調(diào)干擾 互調(diào)干擾是指系統(tǒng)內(nèi)由于非線性器件產(chǎn)生的各種組合頻率成分落入本頻道接收機(jī)通帶內(nèi)造成對(duì)有用信號(hào)的干擾。,2) 鄰道干擾 鄰道干擾是指相鄰波道信號(hào)中存在的寄生輻射落入本頻道接收機(jī)通帶內(nèi)造成對(duì)有用信號(hào)的干擾。 當(dāng)鄰道干擾功率足夠大時(shí)， 將對(duì)有用信號(hào)造成損害。,圖 4 - 22 鄰道干擾的模型,移動(dòng)環(huán)境下電波傳播的路徑損耗與距離的次方成反比， 因此， 距d1、 d2對(duì)基

27、站接收機(jī)引入的相對(duì)附加損耗為,(4 - 26),若基站接收機(jī)中頻濾波器的阻帶特性為,(4 - 27),(4 - 28),3) 同頻道干擾 同頻道干擾是指相鄰區(qū)群中同波道小區(qū)的信號(hào)造成的干擾。 它與蜂窩結(jié)構(gòu)和頻率計(jì)劃密切相關(guān)。,4.3.3 TDMA系統(tǒng)原理 1. 原理 TDMA系統(tǒng)是基于時(shí)間分割信道。 每個(gè)移動(dòng)用戶分配有一個(gè)地址， 即在一個(gè)時(shí)間段(時(shí)幀)內(nèi)每個(gè)移動(dòng)用戶分配有一個(gè)時(shí)隙， 如圖4 - 23所示， MS1占用時(shí)隙1， MS2占用時(shí)隙2， MSk占用時(shí)隙k， 且這些時(shí)隙在時(shí)域上互不重疊。,圖 4 - 23 TDMA示意圖,前向傳輸和反向傳輸可以采用頻分的方法， 也可以采用時(shí)分的方法。 前

28、者， 前向信道與反向信道的載波頻率不同， 叫頻分雙工通信。 頻分雙工TDMA系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)如圖4 - 24所示。 后者， 前向信道與反向信道的載波頻率相同， 叫時(shí)分雙工通信。 時(shí)分雙工TDMA系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)如圖4 - 25所示。,圖 4 - 24 頻分前向/反向信道的幀結(jié)構(gòu),圖 4 - 25 時(shí)分前向/反向信道的幀結(jié)構(gòu),2. TDMA時(shí)幀結(jié)構(gòu) TDMA幀是TDMA系統(tǒng)的基本時(shí)幀單元， 它是由時(shí)隙組成的， 如圖4 - 26所示。 在時(shí)隙內(nèi)傳送的信號(hào)叫突發(fā)或叫子幀。 為保證相鄰時(shí)隙中的突發(fā)不發(fā)生重疊， 設(shè)有保護(hù)時(shí)間Tg。 突發(fā)的內(nèi)容包括報(bào)頭和報(bào)文(消息)。,圖 4 - 26 TDMA的幀結(jié)構(gòu),3. T

29、DMA系統(tǒng)的同步與定時(shí) (1) TDMA系統(tǒng)突發(fā)定時(shí)關(guān)系。 由于移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)， 使得通信雙方的距離每時(shí)每刻都是變化的， 各移動(dòng)臺(tái)與基站距離的隨機(jī)變化會(huì)給突發(fā)定時(shí)帶來(lái)偏差。 各移動(dòng)臺(tái)按原來(lái)分配的時(shí)隙發(fā)送的突發(fā)信號(hào)會(huì)因距離的變化而引起傳播時(shí)延的變化， 時(shí)延的不同將會(huì)造成基站所接收的來(lái)自不同移動(dòng)臺(tái)的突發(fā)之間發(fā)生重疊， 造成嚴(yán)重干擾。 圖4 - 27示出兩個(gè)移動(dòng)臺(tái)MS1和MS2因傳播時(shí)延不同對(duì)TDMA系統(tǒng)反向信道突發(fā)定時(shí)的影響。,圖 4 - 27 TDMA系統(tǒng)反向信道突發(fā)定時(shí)關(guān)系,(2) TDMA的系統(tǒng)定時(shí)。 系統(tǒng)定時(shí)也稱網(wǎng)同步， 它是TDMA系統(tǒng)建立通信的關(guān)鍵。 通常， TDMA系統(tǒng)定時(shí)可采用獨(dú)立時(shí)

30、鐘法， 也可采用主-從時(shí)鐘法。 獨(dú)立時(shí)鐘法要求系統(tǒng)內(nèi)的每一個(gè)終端都設(shè)有高精度時(shí)鐘， 經(jīng)過(guò)全網(wǎng)定時(shí)校正后， 利用時(shí)鐘的高穩(wěn)定性保持系統(tǒng)的高精度定時(shí)同步。 也可利用全球定位系統(tǒng)(GPS)， 由各個(gè)終端配備的GPS接收機(jī)獲得的GPS時(shí)基使全網(wǎng)定時(shí)同步。,(3) 定時(shí)保護(hù)時(shí)間。 定時(shí)保護(hù)時(shí)間是根據(jù)基站覆蓋小區(qū)半徑和電波傳播時(shí)延來(lái)確定的。 若小區(qū)半徑為R， 光速為c， 則電波傳播時(shí)延為,(4) TDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)。 TDMA蜂窩通信系統(tǒng)有如下特點(diǎn)： 窄帶TDMA系統(tǒng)是以頻率重用為基礎(chǔ)的蜂窩結(jié)構(gòu)； 小區(qū)內(nèi)以TDMA方式建立信道； 以每一時(shí)隙為一個(gè)話路的數(shù)字信號(hào)傳輸； 由于TDMA蜂窩系統(tǒng)是以時(shí)隙來(lái)分離用戶

31、地址的， 所以它是時(shí)隙受限和干擾受限的系統(tǒng)；, TDMA系統(tǒng)需要嚴(yán)格的系統(tǒng)定時(shí)同步； 對(duì)發(fā)射信號(hào)功率控制的要求不嚴(yán)格； 基站發(fā)送設(shè)備在單一載波上工作， 時(shí)隙(信道)的動(dòng)態(tài)配置只取決于系統(tǒng)軟件； 由于移動(dòng)臺(tái)只在指配的時(shí)隙接收來(lái)自基站的信號(hào)， 可在其它時(shí)隙中接收網(wǎng)絡(luò)信息或接收來(lái)自相鄰基站的信號(hào)， 有利于網(wǎng)絡(luò)管理和越區(qū)切換。,4.3.4 CDMA系統(tǒng)原理 1. 原理 FDMA是以頻道的不同來(lái)區(qū)分地址的， 其特點(diǎn)是頻帶獨(dú)占， 而時(shí)間資源共享。 TDMA是以時(shí)隙的不同來(lái)區(qū)分地址的， 其特點(diǎn)是時(shí)隙獨(dú)占， 而頻率資源共享。 CDMA系統(tǒng)是基于碼型分割信道。 每個(gè)移動(dòng)用戶分配有一個(gè)地址碼， 而這些碼型互不重疊

32、。其特點(diǎn)是頻率和時(shí)間資源均為共享。,圖 4 - 28 CDMA示意圖,圖 4 28 CDMA碼分道信,在有中心站的CDMA系統(tǒng)中， 例如， 在由基站-移動(dòng)臺(tái)構(gòu)成的蜂窩通信系統(tǒng)中， 采用頻率劃分前向/反向信道的方式。 在無(wú)中心站的CDMA系統(tǒng)中， 前向反向信道均采用碼型劃分的方式， 如圖4 - 30所示。,圖 4 - 30 無(wú)中心站CDMA系統(tǒng)碼分信道,2. CDMA蜂窩系統(tǒng)的碼分選址與碼序列 CDMA的基本原理是基于擴(kuò)展頻譜技術(shù)， 這里結(jié)合數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)討論其具體的應(yīng)用。 在碼分多址數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中， 利用PN序列作為碼分序列可實(shí)現(xiàn)如下功能： 碼分基站站址識(shí)別； 碼分信道識(shí)別； 用

33、戶身份識(shí)別。,3. 正交Walsh函數(shù) (1) Walsh函數(shù)波形。 連續(xù) Walsh函數(shù)的波形如圖4 - 31所示。 利用Walsh函數(shù)的正交性， 可作為碼分多址的地址碼。 若對(duì)圖中的Walsh函數(shù)波形在 8 個(gè)等間隔點(diǎn)上取樣， 可得到離散Walsh函數(shù)， 用88的Walsh函數(shù)矩陣表示。,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1,圖4 - 31所示W(wǎng)alsh函數(shù)對(duì)應(yīng)的矩陣可寫作,

34、圖 4 - 31 Walsh函數(shù)波形,(2) Walsh函數(shù)矩陣的遞推關(guān)系。,(4 - 29),4. CDMA系統(tǒng)的特點(diǎn) CDMA蜂窩通信系統(tǒng)有如下特點(diǎn)： 窄帶CDMA系統(tǒng)是以頻率重用為基礎(chǔ)的蜂窩結(jié)構(gòu)。 每個(gè)基站只需一個(gè)無(wú)線電臺(tái)。 小區(qū)內(nèi)以 CDMA方式建立信道。 以每一碼型為一個(gè)話路的數(shù)字信號(hào)傳輸， 不需設(shè)置保護(hù)時(shí)隙或保護(hù)頻帶。 由于CDMA蜂窩系統(tǒng)是以碼型來(lái)區(qū)分用戶地址的， 所以它僅是干擾受限的系統(tǒng)。, CDMA系統(tǒng)需要系統(tǒng)的定時(shí)同步， 但與TDMA系統(tǒng)相比， 系統(tǒng)的同步要求不嚴(yán)格。 CDMA系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射信號(hào)功率控制要求非常嚴(yán)格。 移動(dòng)用戶可隨時(shí)接入信道， 并建立通信。 系統(tǒng)具有一定

35、的過(guò)載能力， 即軟系統(tǒng)容量。 移動(dòng)臺(tái)并行處理 CDMA信號(hào)， 除接收來(lái)自本小區(qū)基站的信號(hào)外， 可同時(shí)接收來(lái)自相鄰基站的信號(hào)， 有利于選擇最佳信號(hào)進(jìn)行可靠的越區(qū)切換， 并且， 這種越區(qū)切換只改變地址碼， 而不改變載波頻率， 即所謂軟切換。,10便于采用語(yǔ)音激活技術(shù)來(lái)減少同道干擾， 增加系統(tǒng)容量。 11 CDMA系統(tǒng)的相關(guān)接收具有抗多徑能力。 不像FDMA、 TDMA系統(tǒng)那樣， 當(dāng)傳輸速率大于10 kb/s 時(shí)， 需要信道均衡。 12扇區(qū)化的目的是為了增加系統(tǒng)容量， 而FDMA、 TDMA系統(tǒng)中扇區(qū)化是為了減少干擾。 13CDMA擴(kuò)展頻譜的寬帶信號(hào)在移動(dòng)環(huán)境中， 特別是在城市移動(dòng)通信環(huán)境中， 衰落

36、對(duì)信號(hào)的影響較小。 ,14 模擬系統(tǒng)/CDMA數(shù)字系統(tǒng)雙模式工作時(shí)， 易于系統(tǒng)間轉(zhuǎn)換。 15 不需頻率或時(shí)隙的動(dòng)態(tài)分配和管理。,4.4 多址方式與系統(tǒng)容量,4.4.1 載干比 CI與系統(tǒng)容量 通信質(zhì)量的指標(biāo)可用載干比 CI作度量。 模擬系統(tǒng)接收端射頻的 CI是與基帶 SN密切相關(guān)， 而 SN決定著語(yǔ)音質(zhì)量。 在數(shù)字系統(tǒng)中， CI是與基帶 EbI0 密切相關(guān)。 且有,(4 - 30),4.4.2 FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的容量 同信道干擾是對(duì)蜂窩系統(tǒng)容量的制約因素。 因?yàn)镕DMA的頻道和TDMA中的時(shí)隙只能指配給一個(gè)呼叫， 在此期間是不允許其它呼叫共享該頻道或該時(shí)隙的。 同信道干擾來(lái)自于距離D

37、s =qR的同頻小區(qū)。 假設(shè)在6個(gè)同信道干擾源的最惡劣的環(huán)境， 路徑損耗按4次方規(guī)律考慮， 可得到以每小區(qū)信道數(shù)為單位的無(wú)線電容量m， 對(duì)于FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)容量可表示為,(4 - 31),4.4.3 CDMA蜂窩系統(tǒng)的容量 蜂窩系統(tǒng)采用CDMA的主要目的是為了獲得大的容量。 在CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中， 由于在 相鄰小區(qū)可以使用相同的無(wú)線頻道， 在小區(qū)內(nèi)也可共用一個(gè)無(wú)線頻道， 所以它存在兩種同信道干擾， 即相鄰小區(qū)同信道干擾和本小區(qū)同信道干擾。,圖 4 - 32 CDMA系統(tǒng)中兩種同道干擾減少因子,1. 載干比與系統(tǒng)用戶數(shù) 對(duì)于CDMA蜂窩系統(tǒng)而言， 式(4 - 30)的Bc即

38、是CDMA信號(hào)帶寬， 而(BcRb)是CDMA系統(tǒng)的擴(kuò)頻因子， 它表征系統(tǒng)的擴(kuò)頻處理增益。 對(duì)于有M個(gè)用戶的擴(kuò)頻系統(tǒng)， 假設(shè)每一用戶的信號(hào)都受到其它M-1個(gè)用戶信號(hào)的干擾， 并假定到達(dá)接收機(jī)的有用信號(hào)功率和各個(gè)無(wú)用信號(hào)功率都相等， 則接收信號(hào)的載干比可定義為一個(gè)有用信號(hào)和M-1個(gè)無(wú)用信號(hào)的功率比， 即,(4 - 32),若M1時(shí)， 上式可寫作CI=1M， 考慮到式(4 - 30)， 可得系統(tǒng)用戶數(shù)M的表達(dá)式為,(4 - 33),1) 考慮語(yǔ)音激活因子的系統(tǒng)用戶數(shù) 因?yàn)镃DMA系統(tǒng)是多用戶共享頻譜資源和時(shí)間資源的系統(tǒng)， 特別適合人類語(yǔ)音間歇激活的自然性質(zhì)。 語(yǔ)音激活期只占35， 將減少共信道干擾

39、， 即可增加系統(tǒng)容量10.35倍。 若引入語(yǔ)音激活因子d， 式(4 - 33)則變?yōu)?(4 - 34),2) 考慮扇區(qū)化因子和語(yǔ)音激活因子的系統(tǒng)用戶數(shù) 用方向性天線將小區(qū)分成扇形覆蓋區(qū)， 稱為扇區(qū)化。 在CDMA系統(tǒng)中， 扇區(qū)化的目的是為了增加系統(tǒng)容量。 系統(tǒng)容量的增加由扇區(qū)化因子G來(lái)表征。 例如， 一個(gè)小區(qū)分成 3 個(gè)扇區(qū)將使系統(tǒng)容量增加 3 倍， 即G=3。 引入扇區(qū)化因子后， 式(4 - 34)則變?yōu)?(4 - 35),3) 考慮頻率復(fù)用效率、 扇區(qū)化因子和語(yǔ)音激活因子的系統(tǒng)用戶數(shù) CDMA系統(tǒng)是多用戶共享頻譜資源的系統(tǒng)。 從理論上講， 頻率復(fù)用效率F可為1。 但是， 在給定CI條件下，

40、 共信道干擾的影響將使頻率復(fù)用效率小于1并接近1， 它比FDMA和TDMA的頻率復(fù)用效率都大。 考慮到頻率復(fù)用效率F因素后， 式(4 - 35)則變?yōu)?(4 - 36),2. CDMA蜂窩所需的(CI)s 若已知Rb=8 kb/s， Bc=1.25MHz， 由式(4 - 30)知， CI=(EbI0)(RbBc)， 故有RbBc=-21.9dB， 當(dāng)EbI0=7dB時(shí)， 則有 (CI)s=7-21.9=-14.9dB 當(dāng)EbI0=4.5dB時(shí)， 則有 (CI)s=4.5-21.9=-17.4dB,3. 依前向鏈路可計(jì)算出系統(tǒng)的無(wú)線容量(m) 1) 系統(tǒng)無(wú)功率控制的情況 蜂窩結(jié)構(gòu)與多址干擾的影響

41、如圖4 - 33所示。 圖中， 移動(dòng)臺(tái)受多址干擾的小區(qū)數(shù)目分別為： 本小區(qū)1個(gè)； 近鄰小區(qū)2個(gè)； 中環(huán)小區(qū)3個(gè)； 遠(yuǎn)環(huán)小區(qū)6個(gè)。 假定各小區(qū)同時(shí)工作的用戶數(shù)目都為M， 各基站的發(fā)射功率均相同， 且均遵循4次方的傳播損耗規(guī)律， 則移動(dòng)用戶接收端的信號(hào)干擾比 CI可表示為,(4 - 37),圖 4 - 33 CDMA系統(tǒng)中的多址干擾,2) 系統(tǒng)具有功率控制的情況 采用適當(dāng)?shù)墓β士刂品桨福?可以增加無(wú)線電容量。 采用前向信道功率控制， 可以減少對(duì)相鄰小區(qū)的干擾。 如果可以忽略所有相鄰小區(qū)的干擾的話， 則可得到,(4 - 39),由上式， 若(CI)s=0.32， 可求得 M=32.25 若(CI)s

42、=0.1792， 則有 M=56.8,(1) 情況一： 移動(dòng)臺(tái)靠近基站時(shí)所需的前向功率。 假設(shè)基站對(duì)第j個(gè)移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的功率是Pj， 它正比于rnj， 可寫作,(4 - 40),(4 - 41),圖 4 - 34 小區(qū)內(nèi)均勻分布的移動(dòng)用戶數(shù)目,假設(shè)M移動(dòng)臺(tái)的呼叫被M個(gè)信道服務(wù)， 且移動(dòng)臺(tái)在小區(qū)內(nèi)為均勻分布。 若在小區(qū)的中心以不同半徑畫圓， 分成如圖4 - 34 所示的由1到L個(gè)相等的環(huán)形區(qū)域，且有0riR， 1iL， 則均勻分布可表示為 p(Mi)=kri， 0riR (4 - 42),(4 - 43),式(4 - 43)表明， 靠近基站內(nèi)圈的移動(dòng)臺(tái)數(shù)目較少， 靠近外圈的移動(dòng)臺(tái)數(shù)目較多。 由式(

43、4 - 42)有,(4 - 44),當(dāng)小區(qū)劃分的環(huán)形區(qū)域數(shù)目L趨向無(wú)窮大時(shí)， 令ri+1-ri =r， 則有r =r dr。 已知rL =R， 則式(4 - 44)可寫成積分形式,(4 - 45),同理， 由式(4 - 43)給出的總的移動(dòng)臺(tái)數(shù)M， 可寫成 積分表達(dá)式,(4 - 46),利用式(4 - 42)， 則有,(4 - 47),(4 - 48),(4 - 49),(2) 情況二： 移動(dòng)臺(tái)靠近小區(qū)邊界處， 可減少總功率。 移動(dòng)臺(tái)處于邊界時(shí)， 距基站為R， 類似于式(4 - 37)， 可得載干比為,(4 - 50),3) CDMA系統(tǒng)遠(yuǎn)近干擾比的減少 在CDMA系統(tǒng)中， 小區(qū)內(nèi)的所有移動(dòng)臺(tái)

44、共用一個(gè)無(wú)線信道， 為了避免遠(yuǎn)-近效應(yīng)， 要求所有移動(dòng)臺(tái)不管處在小區(qū)的什么地方， 它們所發(fā)送的信號(hào)到達(dá)基站接收端的電平都應(yīng)相等。 當(dāng)移動(dòng)臺(tái)處于小區(qū)邊緣處時(shí)， 即有rj =R， 則,可寫成,(1) 只考慮小區(qū)內(nèi)的干擾。 當(dāng)忽略來(lái)自鄰小區(qū)的干擾時(shí)， 基站接收來(lái)自第j個(gè)移動(dòng)臺(tái)的CI比為,(4 - 51),(4 - 52),(2)考慮來(lái)自相鄰小區(qū)的干擾。 當(dāng)考慮到來(lái)自相鄰小區(qū)的干擾時(shí)， 則有如圖4 - 35所示的情況。 CDMA系統(tǒng)中基站(反向鏈路)所受干擾的來(lái)源是：,圖 4 - 35 小區(qū)基站受干擾的示意圖, 基站受本小區(qū)移動(dòng)用戶的干擾， 為(M-1)； 基站受第一層6個(gè)小區(qū)的移動(dòng)用戶的干擾， 為

45、6 M1； 基站受第二層 12個(gè)小區(qū)的移動(dòng)用戶的干擾， 為12 M2， 且21； 基站受第三層的18個(gè)小區(qū)用戶的干擾為18 M3， 且3 2 1 ， i為干擾系數(shù)， i=1， 2， 3， 。,若僅考慮來(lái)自三層小區(qū)的干擾， 則有,(4 - 53),4.4.4 三種系統(tǒng)容量的比較 1. FDMA系統(tǒng)容量 已知總帶寬 Bt1.25MHz， 若FDMA調(diào)頻信號(hào)的信道帶寬(即頻道帶寬)Bc=30kHz， 則可求出總信道(頻道)數(shù)為,(信道/小區(qū)),2. TDMA系統(tǒng)容量 若已知總帶寬, 若每個(gè)TDMA載波信號(hào)占用的頻帶寬度為Bc=30 kHz， 又知一個(gè) TDMA載波容納 3個(gè)TDMA時(shí)隙(Time S

46、lots)，即相當(dāng)于每信道占用帶寬為10 kHz， 則可求出總信道數(shù)為,(信道/小區(qū)),3. CDMA系統(tǒng)容量 若已知總帶寬Bt1.25MHz， 則CDMA載波信號(hào)占用的頻帶寬度Bc=1.25MHz。 根據(jù)擴(kuò)展頻譜CDMA信號(hào)的寬帶信號(hào)特性， 信道帶寬等于CDMA載波信號(hào)帶寬， 而信道數(shù)等于同時(shí)工作(激活)的總用戶數(shù)， 從而總用戶數(shù)與系統(tǒng)的門限信干比有關(guān)。 當(dāng)給定信干比為EbI0=7dB時(shí)， 有總用戶數(shù)M=9.736。 若考慮到同頻小區(qū)的頻率重用的影響， 可取K=1.33， 即可求出CDMA系統(tǒng)的每小區(qū)的信道數(shù)， 即無(wú)線電容量為,(信道/小區(qū)),當(dāng)信干比為EbI0=4.5dB時(shí)， 總用戶數(shù)M=

47、17.15， 則有,(信道/小區(qū)),當(dāng)EbI0=7dB時(shí)， 考慮系統(tǒng)采用到功率控制后， 總用戶數(shù),(信道/小區(qū)),若再計(jì)入語(yǔ)音激活因子等于3， 扇區(qū)化因子等于3時(shí)， 則總的每小區(qū)的信道數(shù)為 mCDMA= 1333120 (信道/小區(qū)) 比較三種系統(tǒng)容量的m值， 可得 mCDMA 4mTDMA = 20mFDMA,4.5 蜂窩移動(dòng)通信的交換技術(shù),4.5.1 蜂窩移動(dòng)通信的交換技術(shù)與公共電話交換技術(shù)的差別 公共電話交換技術(shù)已有專門課程詳細(xì)講述， 在此不必重復(fù)。 眾所周知， 蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)總是通過(guò)移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(MSC)與公用電話網(wǎng)互連互通的， 因此， 蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)也是一種交換式通信網(wǎng)。,通信網(wǎng)

48、上兩個(gè)終端每次成功的通信都包括三個(gè)階段， 即呼叫建立、 消息傳輸和釋放， 蜂窩移動(dòng)通信的交換技術(shù)也包括這三個(gè)過(guò)程。 但是蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)的用戶是移動(dòng)的， 特別是在快速行駛的交通工具上的移動(dòng)通信， 移動(dòng)用戶沒有固定的位置。,4.5.2 蜂窩移動(dòng)通信呼叫建立過(guò)程 蜂窩移動(dòng)通信呼叫建立過(guò)程如下： (1) 移動(dòng)臺(tái)主呼。 移動(dòng)臺(tái)首先搜索專用控制信道， 當(dāng)獲悉控制信道空閑時(shí)， 即可通過(guò)此信道發(fā)出呼叫信號(hào)(包括其自身的識(shí)別號(hào)碼、 被呼用戶號(hào)碼等)。,(2) 移動(dòng)臺(tái)被呼。 移動(dòng)控制交換中心收到受呼信號(hào)之后， 經(jīng)識(shí)別并確認(rèn)被呼用戶此時(shí)不在通話， 則在該中心控制區(qū)的所有基站， 通過(guò)專用控制信道一齊發(fā)出呼叫信號(hào)(包括

49、被呼移動(dòng)臺(tái)的識(shí)別號(hào)碼和信道指配代號(hào)等)。 (3) 位置登記。 呼叫移動(dòng)用戶時(shí)， 應(yīng)當(dāng)根據(jù)被呼用戶的位置進(jìn)行， 以免無(wú)效的呼叫。 (4) 通話過(guò)程中的越區(qū)信道切換。 通話中， 基站不斷對(duì)移動(dòng)臺(tái)的通話信道進(jìn)行監(jiān)測(cè)。,4.5.3 越區(qū)切換 越區(qū)(過(guò)區(qū))切換(Hand-over或Hand-off)是指將當(dāng)前正在進(jìn)行的移動(dòng)臺(tái)與基站之間的通信鏈路從當(dāng)前基站轉(zhuǎn)移到另一個(gè)基站的過(guò)程。 該過(guò)程也稱為自動(dòng)鏈路轉(zhuǎn)移ALT(Automatic Link Transfer)。,越區(qū)切換通常發(fā)生在移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)基站覆蓋的小區(qū)進(jìn)入到另一個(gè)基站覆蓋的小區(qū)的情況下， 為了保持通信的連續(xù)性， 將移動(dòng)臺(tái)與當(dāng)前基站之間的鏈路轉(zhuǎn)移 到移

50、動(dòng)臺(tái)與新基站之間的鏈路。 越區(qū)切換包括三個(gè)方面的問題： 越區(qū)切換的準(zhǔn)則， 也就是何時(shí)需要進(jìn)行越區(qū)切換； 越區(qū)切換如何控制； 越區(qū)切換時(shí)信道分配。,越區(qū)切換分為兩大類： 一類是硬切換， 另一類是軟切換。 硬切換是指在新的連接建立以前， 先中斷舊的連接。 而軟切換是指既維持舊的連接， 又同時(shí)建立新的連接， 并利用新、 舊鏈路的分集合并來(lái)改善通信質(zhì)量， 當(dāng)與新基站建立可靠連接之后再中斷舊鏈路。,圖 4 - 36 越區(qū)切換示意圖,1. 越區(qū)切換的準(zhǔn)則 在決定何時(shí)需要進(jìn)行越區(qū)切換時(shí)， 通常是根據(jù)移動(dòng)臺(tái)處接收的平均信號(hào)強(qiáng)度來(lái)確定， 也可以根據(jù)移動(dòng)臺(tái)處的信噪比(或信號(hào)干擾比)、 誤比特率等參數(shù)來(lái)確定。 假定

51、移動(dòng)臺(tái)從基站1向基站2運(yùn)動(dòng)， 其信號(hào)強(qiáng)度的變化如圖4 - 36所示。 判定何時(shí)需要越區(qū)切換的準(zhǔn)則如下。,(1) 相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則(準(zhǔn)則1)： 在任何時(shí)間都選擇具有最強(qiáng)接收信號(hào)的基站， 如圖4 - 36中的A處將要發(fā)生越區(qū)切換。 (2) 具有門限規(guī)定的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則(準(zhǔn)則2)： 僅允許移動(dòng)用戶在當(dāng)前基站的信號(hào)足夠弱(低于某一門限)， 且新基站的信號(hào)強(qiáng)于本基站的信號(hào)情況下， 才可以進(jìn)行越區(qū)切換。,(3) 具有滯后余量的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則(準(zhǔn)則3)： 僅允許移動(dòng)用戶在新基站的信號(hào)強(qiáng)度比原基站信號(hào)強(qiáng)度強(qiáng)很多(即大于滯后余量Hysteresis Margin)的情況下進(jìn)行越區(qū)切換。 (4) 具有滯后余量

52、和門限規(guī)定的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則(準(zhǔn)則4)： 僅允許移動(dòng)用戶在當(dāng)前基站的信號(hào)電平低于規(guī)定門限， 并且新基站的信號(hào)強(qiáng)度高于當(dāng)前基站一個(gè)給定滯后余量時(shí)進(jìn)行越區(qū)切換。,2. 越區(qū)切換的控制策略 越區(qū)切換控制包括兩個(gè)方面： 一方面是越區(qū)切換的參數(shù)控制， 另一方面是越區(qū)切換的過(guò)程控制。 參數(shù)控制在上面已經(jīng)提到， 這里主要討論過(guò)程控制。 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中， 過(guò)程控制的方式主要有以下三種。 (1) 移動(dòng)臺(tái)控制的越區(qū)切換。 (2) 網(wǎng)絡(luò)控制的越區(qū)切換。 (3) 移動(dòng)臺(tái)輔助的越區(qū)切換。,3. 越區(qū)切換時(shí)的信道分配 越區(qū)切換時(shí)的信道分配是解決當(dāng)呼叫要轉(zhuǎn)換到新小區(qū)時(shí)， 新小區(qū)如何分配信道， 使得越區(qū)失敗的概率盡量小。,

53、4.6 蜂窩移動(dòng)通信的信令技術(shù),4.6.1 概述 在移動(dòng)通信網(wǎng)中， 除了傳輸用戶信息(如語(yǔ)音信息)之外， 為使全網(wǎng)有秩序地工作，還必須在正常通話的前后和過(guò)程中傳輸很多其它的控制信號(hào)， 諸如一般電話網(wǎng)中必不可少的摘機(jī)、 掛機(jī)、 空閑音、 忙音、 撥號(hào)、 振鈴、 回鈴， 以及無(wú)線通信網(wǎng)中所需的頻道分配、 用戶登記與管理、 呼叫與應(yīng)答、 過(guò)區(qū)切換和發(fā)射機(jī)功率控制等信號(hào)。,4.6.2 接入信令(移動(dòng)臺(tái)至基站之間的信令) 在空中接口Um協(xié)議中， 第三層包括三個(gè)模塊： 呼叫管理、 移動(dòng)管理和無(wú)線資源管理。 它們產(chǎn)生的信令， 經(jīng)過(guò)鏈路層和物理層進(jìn)行傳輸。 根據(jù)空中接口標(biāo)準(zhǔn)的不同， 物理信道中傳輸信令的方式有

54、多種形式， 有的設(shè)有專用控制信道， 有的不設(shè)專用控制信道。 前者適用于大容量的公用通信網(wǎng)， 后者適用于小容量的專用網(wǎng)絡(luò)。,1. 數(shù)字信令 隨著移動(dòng)通信網(wǎng)容量的擴(kuò)大以及微電子技術(shù)的發(fā)展， 從需求和可能兩方面都促進(jìn)了數(shù)字信令的發(fā)展， 有逐步取代模擬音頻信令的趨勢(shì)。 特別在大容量的移動(dòng)通信網(wǎng)中， 目前已廣泛使用了數(shù)字信令。 數(shù)字信令傳輸速度快， 組碼數(shù)量大， 電路便于集成化可以促進(jìn)設(shè)備小型化且降低成本。,圖 4 - 37 典型的數(shù)字信令格式,前置碼(P)： 前置碼提供位同步信息， 以確定每一碼位的起始和終止時(shí)刻， 以便接收端進(jìn)行積分和判決。 字同步碼(SW)： 字同步碼用于確定信息(報(bào)文)的開始位，

55、 相當(dāng)于時(shí)分制多路通信中的幀同步， 因此也稱為幀同步。 地址或數(shù)據(jù)碼(A或D)： 地址或數(shù)據(jù)碼通常包括控制、 選呼、 撥號(hào)等信令， 各種系統(tǒng)都有其獨(dú)特的規(guī)定。 糾錯(cuò)碼(SP)： 糾錯(cuò)碼有時(shí)也稱作監(jiān)督碼。,圖 4 - 38 數(shù)字信令舉例,2. 信令傳輸協(xié)議 在數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中， 空中接口的信令分為三個(gè)層次。 為了傳輸信令， 物理層在物理信道上形成了許多邏輯信道， 如廣播信道(BCH)、 隨機(jī)接入信道(RACH)、 接入允許信道(AGCH)和尋呼信道(PCH)等。 這些邏輯信道按照一定的規(guī)則復(fù)接在物理層的具體幀的具體突發(fā)中。,在這些邏輯信道上傳輸鏈路層的信息。 鏈路層信息幀的基本格式如圖4

56、- 39所示。 它包括地址段、 控制字段、 長(zhǎng)度指示段、 信息段、 填充段。 不同的信令可對(duì)這些字段進(jìn)行取舍。 控制字段定義了幀的類型、 命令或響應(yīng)。,圖 4 - 39 幀格式,表 4 - 5 控制字段的構(gòu)成,3. 網(wǎng)絡(luò)信令 常用的網(wǎng)絡(luò)信令就是7號(hào)信令， 它主要用于交換機(jī)之間、 交換機(jī)與數(shù)據(jù)庫(kù)(如 HLR， VLR， AUC)之間交換信息。 7號(hào)信令系統(tǒng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖4 - 40所示。 它包括MTP， SCCP， TCAP， MAP， OMAP和 ISDN-UP等部分。,圖 4 - 40 7號(hào)信令系統(tǒng)的協(xié)議結(jié)構(gòu),MTP分為三層： 第一層為信令數(shù)據(jù)層， 它定義了信號(hào)鏈路的物理和電氣特性； 第二層

57、是信令鏈路層， 它提供數(shù)據(jù)鏈路的控制， 負(fù)責(zé)提供信令數(shù)據(jù)鏈路上的可靠數(shù)據(jù)傳送； 第三層是信令網(wǎng)絡(luò)層， 它提供公共的消息傳送功能。,圖 4 - 41 7號(hào)信令的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),4.7 蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)的連接,4.7.1 公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng)間的互通 1. 公共陸地移動(dòng)通信網(wǎng)的配置 (1) 網(wǎng)絡(luò)的基本配置。 網(wǎng)絡(luò)的基本配置是指最小的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置， 即只含一個(gè)MSC的移動(dòng)網(wǎng)子系統(tǒng)(NSS)和基站子系統(tǒng) BSS構(gòu)成的系統(tǒng)， 參見圖4 - 42。 該系統(tǒng)經(jīng) MSC與 PSTN、 ISDN及其它的 PLMN網(wǎng)相連接。 所以該MSC稱為信關(guān)MSC或門路MSC， 記作GMSC。,圖 4 - 42 網(wǎng)絡(luò)的基本配置,圖 4 - 43 含有3個(gè)MSC的網(wǎng)絡(luò)配置,(2) 單級(jí)多MSC配置。 單級(jí)多MSC配置是指含多個(gè)MSC移動(dòng)網(wǎng)子系統(tǒng)(NSS)和基站子系統(tǒng)BSS構(gòu)成的系統(tǒng)。 圖4 - 43所示為含有3個(gè)MSC的系統(tǒng)， 其中的兩個(gè)MSC為GMSC， 它們與PSTN、 ISDN及其它的PLMN網(wǎng)相連接。,(3) 多級(jí)重疊MSC配置。 多級(jí)重