第五章蜂窝组网技术

1、移动通信技术移动通信技术 第五章第五章 蜂窝组网技术蜂窝组网技术 2Mobile Communication Theory目录目录移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念 5.1频率复用和蜂窝技术频率复用和蜂窝技术 5.2多址接入技术多址接入技术5.3码分多址关键技术码分多址关键技术5.4蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析5.5切换、位置更新切换、位置更新5.6无线资源管理技术无线资源管理技术5.7移动通信网络结构移动通信网络结构5.83Mobile Communication Theory5.1 移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念 实现系统在其覆盖区内良好的语音和数据

2、通信，这样的通信网就是移动通信网学习的内容包括：移动通信移动通信网络结构网络结构蜂窝式蜂窝式组网理论组网理论 移动通信网的移动通信网的基本组成基本组成蜂窝移动通信系统图示蜂窝移动通信系统图示各子系统功能各子系统功能4Mobile Communication Theory5.1.1 移动通信网络结构移动通信网络结构 fAfAffAAt AlosDdDdDDddh d Llog4log20(4log20, 自自由由空空间间传传播播损损耗耗）空中网络空中网络 fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20, 自自由由空空间间传传播播损损耗耗）地面网络地面网络5Mob

3、ile Communication Theory5.1.2 蜂窝式组网理论蜂窝式组网理论v无线蜂窝式小区覆盖 将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图形的覆盖区域形的覆盖区域v小功率发射 一个较低功率的发射机服务一个蜂窝小区，在较小的区域内一个较低功率的发射机服务一个蜂窝小区，在较小的区域内设置相当数量的用户设置相当数量的用户v频率复用 蜂窝系统的基站工作频率，由于传播损耗提供足够的隔离度，蜂窝系统的基站工作频率，由于传播损耗提供足够的隔离度，在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一组工作频率在相隔一定距离的另一个基站可以重复使

4、用同一组工作频率 优点优点：缓解了频率资源紧缺，增加了系统容量：缓解了频率资源紧缺，增加了系统容量 缺点缺点：同频干扰：同频干扰6Mobile Communication Theory5.1.2 蜂窝式组网理论蜂窝式组网理论v多信道共用 由若干无线信道组成的移动通信系统，为大量的由若干无线信道组成的移动通信系统，为大量的用户共同使用并且仍能满足服务质量的信道利用用户共同使用并且仍能满足服务质量的信道利用技术技术v越区切换 当正在通话的移动台进入相邻无线小区时，业务当正在通话的移动台进入相邻无线小区时，业务信道自动切换到相邻小区基站，从而不中断通信信道自动切换到相邻小区基站，从而不中断通信过程过

5、程7Mobile Communication Theory5.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区用来解决频率资源有限和用户容量问题用来解决频率资源有限和用户容量问题v 区域覆盖方式区域覆盖方式 小容量的大区制小容量的大区制 一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大 利用分集接收等技术来保证上行链路的通信质量利用分集接收等技术来保证上行链路的通信质量 只能适用于小容量的通信网只能适用于小容量的通信网 大容量的小区制大容量的小区制 频率复用频率复用 将覆盖区域划分为若干小区将覆盖区域划分为若干小区 ，每个小区设立一个基站服务于本，每个小区设立一个基站服务于本小

6、区，但各小区可重复使用频率小区，但各小区可重复使用频率 带来同频干扰的问题带来同频干扰的问题 切换和位置管理切换和位置管理8Mobile Communication Theory5.2.1 大容量的小区制大容量的小区制v频率复用和覆盖方式 带状服务覆盖区带状服务覆盖区 面状服务覆盖区面状服务覆盖区 簇簇 小区的覆盖形状小区的覆盖形状 同频干扰同频干扰v同频相邻小区的找法9Mobile Communication Theory带状服务覆盖区带状服务覆盖区v双频组频率配置v三频组频率配置 f1 f2 f1 f2 f1 f2 f1 f1 f2 f3 f1 f2 f3 f1 10Mobile Comm

7、unication Theory面状服务覆盖区簇面状服务覆盖区簇图图52 蜂窝系统的频率复用和小区面状覆盖图示蜂窝系统的频率复用和小区面状覆盖图示q=D/R=4.6N=711Mobile Communication Theory小区的覆盖形状小区的覆盖形状v采用六边形的原因 用最小的小区数就能覆盖整个地理区域用最小的小区数就能覆盖整个地理区域 最接近于全向的基站天线和自由空间传播的全向辐射模最接近于全向的基站天线和自由空间传播的全向辐射模式式v基站发射机位置 中心激励小区：安置在小区的中心中心激励小区：安置在小区的中心 顶点激励小区：安置在六边形顶点之中的三个上顶点激励小区：安置在六边形顶点之

8、中的三个上v实际形状 由于地形地貌、传播环境、衰落形式的多样性，小区的实际无线覆盖是一个不规则的形状不规则的形状12Mobile Communication Theory同频干扰同频干扰v小区簇的意义v频率复用距离与小区簇的关系v载波干扰比与小区簇的关系13Mobile Communication Theory小区簇的意义小区簇的意义 一个共有S个双向信道的蜂窝系统，如果每簇含N个小区，每个小区分配K个信道（k平均延迟扩展（Ts ） ，所以码间干扰较少，无需自适应均衡v基站复杂庞大，易产生信道间的互调干扰v必须使用带通滤波器来限制邻道干扰v越区切换复杂，必须瞬时中断传输，对于数据传输将带来数据

9、的丢失sT26Mobile Communication Theory5.3.2 时分多址（时分多址（TDMA）方式）方式27Mobile Communication TheoryTDMA工作原理工作原理v 在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙，无论帧或时隙都是互不重叠的v 每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户v 基站按时隙排列顺序发收信号，各移动台在指定的时隙内收发信号MS3MS2时隙时隙帧帧时隙N时隙3时隙2时隙1保护比特信息数据同步比特尾比特一个一个TDMATDMA帧帧图图58 TDMA帧结构帧结构图图57 TDMA系统工作示意图系统工作示意图28Mob

10、ile Communication TheoryTDMA系统的特点系统的特点v突发传输的速率高，远大于语音编码速率，因为TDMA系统中需要较高的同步开销v发射信号速率随N的增大而提高，引起码间串扰加大，所以必须采用自适应均衡v不需双工器v基站复杂性小，互调干扰小v抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大v越区切换简单，可在无信息传输时进行，不会丢失数据29Mobile Communication Theory5.3.3 码分多址（码分多址（CDMA）方式）方式工作原理工作原理系统特点系统特点存在问题存在问题30Mobile Communication TheoryCDMA的工作原理的工作原理v码

11、分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息vCDMA系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间和空间上都可能重叠v系统的接收端必须有完全一致的本地地址码，才能对接收的信号进行相关检测 1c2c1C2CNcNCMSCBS图图59 CDMA系统工作示意图系统工作示意图31Mobile Communication TheoryCDMA系统的特点系统的特点 v 多用户共享同一频率多用户共享同一频率v 通信容量大通信容量大v 容量的软特性容量的软特性 多增加一个用户只会使通信质量略有下降，不会出现硬阻塞现象多增加一个用户只会使通信质量略有下降，不会出现硬阻塞现象v

12、由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以减小多径衰落减小多径衰落v 信道数据速率很高，信道数据速率很高，无需自适应均衡无需自适应均衡v 平滑的平滑的软切换软切换和有效的和有效的宏分集，宏分集，不会引起通信中断不会引起通信中断v 低信号功率谱密度低信号功率谱密度的好处的好处 抗窄带干扰能力强抗窄带干扰能力强 对窄带系统的干扰很小，可以与其它系统共用频段对窄带系统的干扰很小，可以与其它系统共用频段32Mobile Communication TheoryCDMA系统的软切换过程系统的软切换过程v 每当移动台处于小区边缘时，同时有两个或两个以上的基站向该移动台发送相同的信

13、号，移动台的分集接收机能同时接收合并这些信号，此时处于宏分集状态 v 当某一基站的信号强于当前基站信号且稳定后，移动台才切换到该基站的控制上去，这种切换可以在通信的过程中平滑完成，称为软切换 33Mobile Communication TheoryCDMA系统存在问题系统存在问题v多址干扰 原因原因 不同用户的扩频序列不完全正交，扩频码集的非零互不同用户的扩频序列不完全正交，扩频码集的非零互相关系数会引起用户间的相互干扰相关系数会引起用户间的相互干扰v“远-近”效应 原因原因 移动用户所在的位置的变化以及深衰落的存在，会使移动用户所在的位置的变化以及深衰落的存在，会使基站接收到的各用户信号功

14、率相差很大，强信号对基站接收到的各用户信号功率相差很大，强信号对弱信号有着明显的抑制作用弱信号有着明显的抑制作用 解决方法解决方法 使用功率控制使用功率控制34Mobile Communication Theory5.3.4 空分多址（空分多址（SDMA）方式）方式 通过空间的分割来区别不同的用户 常与FDMA、TDMA、CDMA结合使用v工作原理v蜂窝系统中反向链路的困难自适应式阵列天线35Mobile Communication TheorySDMA的工作原理的工作原理v使用定向波束天线在不同用户方向上形成不同的波束v相同的频率（在TDMA或CDMA系统中）或不同的频率（在FDMA系统中）

15、用来服务于被天线波束覆盖的这些不同区域图图510 SCDM系统工作示意图系统工作示意图36Mobile Communication Theory蜂窝系统中反向链路的困难蜂窝系统中反向链路的困难反向链路的困难原因解决方法用户端的发射功率必须动态控制各用户和基站间无线传播路径的不同采用空分多址方式反向控制用户的空间辐射能量对用户端发射功率的控制程度受限发射受到用户单元电池能量的限制 37Mobile Communication Theory自适应式阵列天线自适应式阵列天线自适应式天线提供了最理想的SDMA v无穷小波束宽度v无穷大快速搜索能力v提供在本小区内不受其他用户干扰的唯一信道克服多径干扰和

16、同信道干扰38Mobile Communication Theory随机接入随机接入 对于大多数分组数据业务，分组数据对于大多数分组数据业务，分组数据随时间随机出现，比较理想的就是采用随随时间随机出现，比较理想的就是采用随机接入策略将信道分配给需要传送数据的机接入策略将信道分配给需要传送数据的用户。用户。 采用随机接入就会出现所谓采用随机接入就会出现所谓“碰撞碰撞”现现 象，即当多个用户都企图接入到同一个信象，即当多个用户都企图接入到同一个信 道时碰撞就会发生。道时碰撞就会发生。 通常的技术包括纯通常的技术包括纯ALOHA、时隙、时隙ALOHA载波监听多址（载波监听多址（CSMA）和调度）和调

17、度等。等。39Mobile Communication Theory随机接入随机接入 分组错误率（分组错误率（PER, packet error rate）通常假设分组的产生是符合泊松分布的，通常假设分组的产生是符合泊松分布的， 因因此在此在 内到达的分组数内到达的分组数 （ 为整数）的为整数）的概率为：概率为： 0,t X tkk !kktP X tkek40Mobile Communication Theory随机接入随机接入 其中其中 是单位时间内产生的分组数，即任意是单位时间内产生的分组数，即任意 时间段时间段 内的平均分组数除以内的平均分组数除以 。 定义定义 为信道业务的负载。为信

18、道业务的负载。其中其中 为一个分组的传输时间，为一个分组的传输时间， 用户用户数据分组（数据分组（bit），）， 信道的传速速率。信道的传速速率。0,ttLN RNRbit s41Mobile Communication Theory随机接入随机接入 当当 时，表明在给定的时间内平均到达时，表明在给定的时间内平均到达 的分组数多于在同样的时间内能够发出去的分组数多于在同样的时间内能够发出去 的分组数，这样就会引起碰撞可能导致传的分组数，这样就会引起碰撞可能导致传 输出错，所以此时系统是不稳定的。输出错，所以此时系统是不稳定的。 如果出错时接收端可以通知发送端对错误如果出错时接收端可以通知发送端

19、对错误 的分组重传，则分组到达率的分组重传，则分组到达率 以及相应的以及相应的 负载计算应该包括新到达的分组和需要重负载计算应该包括新到达的分组和需要重 传的分组，这时的传的分组，这时的 称为总提交负载。称为总提交负载。1LL42Mobile Communication Theory随机接入随机接入 吞吐量吞吐量 定义为在给定时间内平均成功发定义为在给定时间内平均成功发 送的分组速率除以信道的分组传输速率送的分组速率除以信道的分组传输速率 ， 也等于总提交负载乘以成功接收分组的概也等于总提交负载乘以成功接收分组的概 率。率。 稳定系统要满足：稳定系统要满足：TR1TL43Mobile Comm

20、unication Theory纯纯ALOHA 假设没有发生碰撞的分组一定能够正确接假设没有发生碰撞的分组一定能够正确接 收，则吞吐量为：收，则吞吐量为： 不发生碰撞的概率就是在不发生碰撞的概率就是在 内没有分组内没有分组 到达的概率：到达的概率： 相应的吞吐量为相应的吞吐量为 =TLPP无碰撞无碰撞- , 220LP X tee2LTLe44Mobile Communication Theory时隙时隙ALOHA 时隙时隙ALOHA把时间划分成连续时间为把时间划分成连续时间为 的的 时隙，用户准备发送的分组必须等到下一时隙，用户准备发送的分组必须等到下一 个时隙的起点才能开始发送分组，而纯个

21、时隙的起点才能开始发送分组，而纯 ALOHA允许用户在任意时刻发送分组，允许用户在任意时刻发送分组， 因此增大了发生局部重叠的概率。因此增大了发生局部重叠的概率。 不发生碰撞的概率：不发生碰撞的概率： 吞吐量为：吞吐量为： （吞吐量比纯吞吐量比纯ALOHA提高了两倍提高了两倍） LTLe 0LP X tee45Mobile Communication Theory载波监听多址（载波监听多址（CSMA） 载波监听技术需要用户在发送数据之前监载波监听技术需要用户在发送数据之前监 听信道，查看是否有其他用户在此信道上听信道，查看是否有其他用户在此信道上 发送数据，如果有则暂不发送数据，推迟发送数据，

22、如果有则暂不发送数据，推迟 发送。发送。 46Mobile Communication Theory调度调度 调度技术是对系统中各用户的信道使用作调度技术是对系统中各用户的信道使用作 出安排，即把可用的资源按照时间、频率出安排，即把可用的资源按照时间、频率 或码子分成信道，每个节点按照时间表进或码子分成信道，每个节点按照时间表进 行发送，其原则是避免相邻接点发生冲突，行发送，其原则是避免相邻接点发生冲突， 同时充分地利用信道资源。同时充分地利用信道资源。 47Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4 码分多址关键技术码分

23、多址关键技术1.扩频通信基础扩频通信基础2.地址码技术地址码技术3.扩频码的同步扩频码的同步48Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.1 扩频通信基础扩频通信基础 v 扩频通信扩频通信： 频带扩展频带扩展 扩频调制扩频调制 扩频系统扩频系统v 理论基础理论基础：仙农定理。：仙农定理。49Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.1 扩频方法扩频方法直接序列扩频 跳变频率扩频 跳变时间扩频宽带线形调频 扩频方法扩频方法50Mobile Commu

24、nication TheoryMobile Communication Theory5.4.1 扩频方法扩频方法功率小，隐蔽性功率小，隐蔽性保密性保密性抗干扰性强抗干扰性强抗衰落能力强抗衰落能力强码分多址复用码分多址复用(CDMA)51Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 直扩系统直扩系统直接序列调制系统原理框图：直接序列调制系统原理框图：窄带信号窄带信号扩频信号If扩频伪码振荡调制伪码本振解扩混频52Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.

25、4.2 直扩系统直扩系统发送端发送端接收端接收端53Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 直扩系统直扩系统v 假定同步单径假定同步单径BPSK信道中有信道中有K个用户，并假定所有的载个用户，并假定所有的载波相位为波相位为0，则接收的信号等效基带表示为：，则接收的信号等效基带表示为： 1( )( )( )( )Kkkkks tP at ctn t其中： 1,1ka kP为发送功率， )(tck为第k个用户归一化扩频信号， 为第k个用户归一化扩频信号， bT为信息比特的时间宽度， ( )n t表示加性高斯白噪声，其双

26、边功率 谱密度为 02N，单位为W/Hz。 ，单位为 W/Hz。 54Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 直扩系统直扩系统v对于某一特定比特，相关器（解扩）的输出为：对于某一特定比特，相关器（解扩）的输出为：0,011( )( )1( )( )bbTkkbKTkki kiikibikkkkkys t ct dtTP bP bn t ct dtTP bM A Iz相关系数的定义为：,01( )( )bTi kikbc t c t dtT上式表明：与第k个用户本身的自相关给出了希望接收的数据项， 与其它用户的互相关

27、产生出多址干扰项MAI ，与热噪声的相关产 生了噪声 kz项。 55Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 直扩系统直扩系统v由频谱扩展对抗干扰性带来的好处，称为扩频增由频谱扩展对抗干扰性带来的好处，称为扩频增益益 PG，可表示为：，可表示为： WPSBGB式中， WB为发射扩频信号的带宽； sBsB为信码的速率。其中 WB 与所采用的伪码（伪随机序列或伪噪声序列的简称）速率有关。为获得高的扩频增益，通常希望增加射频带宽 WB，即提高伪码的速率。56Mobile Communication TheoryMobile

28、 Communication Theory5.4.2 直扩系统直扩系统cff(a) 在接收机输入端的扩展频谱频谱密度wBsBf(b) 接收机解扩输出端的频谱频谱密度wB 有用信号谱 干扰信号谱wB 射频带宽sB 信息带宽57Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 直扩系统直扩系统v 在发端，有用信号经扩频处理后，频谱被展宽如图在发端，有用信号经扩频处理后，频谱被展宽如图 （a）所示；在收端，利用伪码的相关性作解扩处理后，有用信所示；在收端，利用伪码的相关性作解扩处理后，有用信号频谱被恢复成窄带谱，如图号频谱被恢复成

29、窄带谱，如图 （b）所示。）所示。 v 直扩系统的优点在于它可以在很低的甚至负信噪比环境中直扩系统的优点在于它可以在很低的甚至负信噪比环境中使系统正常工作。使系统正常工作。 v 移动通信采用直扩系统时，需要解决移动通信采用直扩系统时，需要解决远远-近近效应带来效应带来的影响，办法之一是采用功率控制。的影响，办法之一是采用功率控制。 58Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory基于基于IS-95标准的码分多址通信系统的结构示意图标准的码分多址通信系统的结构示意图 数 据 编 码 和 交 织PN 源 载 波PN 源 数 字 滤 波

30、 器 反 交 织 和 译 码数 据 载 波 外 部 干 扰f0f0 背 景 噪 声 其 他 小 区 干 扰f0 其 他 用 户干 扰f00 数 据f0 宽 带 频 谱f00-100dB/Hz 伪 信 号1.25MHz BW1.25MHz BW10kHz BW10kHz BW1.25MHz BW1.25MHz BW9.6Kbps19.2Kbps1228Kbps1228Kbps19.2Kbps9.6Kbps1228Kbps1228Kbps 图1.1 CDMA 原 理 图59Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 跳频系

31、统跳频系统v 跳频系统的原理方框图跳频系统的原理方框图 信码If调制器伪码频率合成器混频器本地伪码频率合成器解调器混频器信码60Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 跳频系统跳频系统v 伪码随机置定频率合成器时，发射机的振荡频率在很宽的伪码随机置定频率合成器时，发射机的振荡频率在很宽的频率范围内不断地改变，从而使射频载波亦在一个很宽的频率范围内不断地改变，从而使射频载波亦在一个很宽的范围内变化，于是形成了一个宽带离散谱，如图所示范围内变化，于是形成了一个宽带离散谱，如图所示 NbbffN 信 道 数b 信 道 间

32、 隔时 使 用 的 信 道 频 率时 刻f61Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 跳频系统跳频系统v 接收端必须以同样的伪码置定本地频率合成器，使其与发接收端必须以同样的伪码置定本地频率合成器，使其与发端的频率作相同的改变，即收发跳频必须同步，这样，才端的频率作相同的改变，即收发跳频必须同步，这样，才能保证通信的建立。解决同步及定时是实际跳频系统的一能保证通信的建立。解决同步及定时是实际跳频系统的一个关键问题。个关键问题。跳频系统处理增益的定义与直扩系统的扩频增益是相同的，即WPSBGB更直观的表达式为： PG

33、N62Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 地址码技术地址码技术v 对于对于CDMA2000系统下行链路，短的伪随机码用以区分系统下行链路，短的伪随机码用以区分基站，基站，Walsh码用以区分用户，他们统一构成码用以区分用户，他们统一构成地址码地址码。v 地址码的选择直接影响地址码的选择直接影响CDMA系统的容量、抗干扰能力、系统的容量、抗干扰能力、 接入和切换速度等接入和切换速度等v 在直接扩频任意选址的通信系统中，对地址码有如下三个在直接扩频任意选址的通信系统中，对地址码有如下三个要求：要求： 伪码的比特率应

34、能满足扩展带宽的需要；伪码应具有尖锐的自相关特性，正交编码应具有尖锐的互相关特性；伪码应具有近似噪声的频谱性质，即近似连续谱，且均匀分布。63Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2地址码技术地址码技术Gold码Walsh码m序列序列64Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 Gold码码v m序列构成优选对的数目很少，不便于在码分多址系统中序列构成优选对的数目很少，不便于在码分多址系统中应用。应用。v R.Gold于于1967年提出了一

35、种基于年提出了一种基于m序列优选对的码序序列优选对的码序列，称为列，称为Gold序列。序列。v 由优选对的两个由优选对的两个m序列逐位模序列逐位模2加得到，当改变其中一个加得到，当改变其中一个m序列的相位（向后移位）时，可得到一新的序列的相位（向后移位）时，可得到一新的Gold序列。序列。 v Gold系列具有与系列具有与m序列优选对类似的自相关和互相关特序列优选对类似的自相关和互相关特性。性。 65Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 Gold码码v Gold序列序列的生成的生成图中m序列发生器1和2产生的m序

36、列是一m序列优选对，m序列发生器1的初始状态固定不变，调整m序列发生器2的初始状态，在同一时钟脉冲控制下，产生两个m序列经过模2加后可得到Gold序列，通过设置m序列发生器2的不同初始状态，可以得到不同的Gold序列。m序 列 发 生 器1m序 列 发 生 器2初 始 状 态 设 置G old序 列时 钟 脉 冲66Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 Gold码码vGold序列的特性序列的特性相关特性v 具有与m序列优选对相类同的自相关和互相关特性。v 当=0时自相关函数与m序列相同；当1P-1 时自相关 函数

37、取三个理想的值，即最大旁瓣是。 Gold序列的数量v 周期P=2n-1的m序列优选对生成的Gold序列，总共有2n+1个。v 随着n的增加，Gold序列数以2的n次幂增长 。67Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 Gold码码v Gold序列的特性序列的特性 平衡的Gold序列v平衡的Gold序列是指在一个周期内1码元数比0码元数仅多一个。 v对于周期P=2n-1的m序列优选对生成的Gold序列，当n是奇数时， 有2n-1+1个Gold序列是平衡的，约占50%；当n是偶数（不是4的倍 数）时，有2n-1+ 2n

38、-2+ 1个Gold序列是平衡的，约占75%。v只有平衡Gold序列才可以用到码分多址通信系统中去。在WCDMA系统中，下行链路采用Gold码区分小区和用户，上行链路采用Gold码区分用户。 68Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 Walsh码码v Walsh码（又称为码（又称为Walsh函数）有着良好的互相关和较函数）有着良好的互相关和较好的自相关特性好的自相关特性。v Walsh函数波形函数波形若对图中Walsh函数波形在8个等间隔上取样，可得到离Walsh函数，可用88的Walsh函数矩阵表示。69Mob

39、ile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 Walsh码码v Walsh函数对应的矩阵可函数对应的矩阵可写作写作 0 00 00 00 00 00 01 11 10 01 11 10 00 01 10 01 10 11 00 11 00 11 01 00 10 10 11 01 00 10 10 10 1Walsh函数矩阵的递推关系 00H 20001H 2242 2220000010100110110HHHHHH2NNNNNHHHHH其中N取2的幂， 是的 补。NHNH70Mobile Communication Theo

40、ryMobile Communication Theory5.4.3 扩频码的同步扩频码的同步v 在码分系统中相关接收要求本地地址码（伪码）与收到的在码分系统中相关接收要求本地地址码（伪码）与收到的（发送来的）地址码同步。（发送来的）地址码同步。所谓两个扩频码同步，就是保持其时差（相位差）所谓两个扩频码同步，就是保持其时差（相位差） 为为0 0状态。状态。地址码的同步是码分多址系统的重要组成部分，地址码的同步是码分多址系统的重要组成部分， 其性能好坏直接影响系统的性能。其性能好坏直接影响系统的性能。 ( )() ()iinc ta tnTt 71Mobile Communication The

41、oryMobile Communication Theory5.4.3 扩频码的同步扩频码的同步v 令令 为接收到的伪码，为为接收到的伪码，为 本地伪码，分别如本地伪码，分别如下图所示。其周期为下图所示。其周期为T=NTc，N为码位数（码长），为码位数（码长），Tc为为码片宽度。码片宽度。同步的过程就是使同步的过程就是使 。()ic t()ic t 接收伪码序列延时 本地伪码序列延时 72Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 扩频码的同步扩频码的同步v 扩频码的同步分为：扩频码的同步分为： 粗同步粗同步Produ

42、ct 细同步细同步73Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 粗同步粗同步粗同步的方法粗同步的方法匹配滤波捕获法串行相关检测并行相关检测74Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 粗同步粗同步v 并行相关检测捕获系统的示意图并行相关检测捕获系统的示意图 75Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 粗同步粗同步v 串行相关检测捕获系统的示意图串行相关检测捕获系

43、统的示意图 将输出信号 与门限值 比较。如果超出门限值，则 此时对应的 即为时延估计值，捕获完成，有 。如果 输出信号低于门限值，则将本地信号的相位增加一个增量， 通常为Tc或者Tc/2 （即每隔T，增加 的值），再进行相关、 比较，直至捕获完成，转入跟踪过程。 0ucT()iR76Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 粗同步粗同步v 令输入为令输入为 则匹配滤波器的输出为则匹配滤波器的输出为( )()iinc ta tnT00( )( )( )() ( )() ()()()iTiTiiiiy tc th tc

44、thdc ta TdR tTR tT( )y t( )ia t77Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 粗同步粗同步v 如果为双极性的如果为双极性的m序列，则输出为如下图序列，则输出为如下图 ，可以看出可以看出()(0)( ),0, 1, 2.iimaxy kTRR tk 78Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 细同步细同步v 细同步又称为跟踪，它需要连续地检测同步误差，根据检细同步又称为跟踪，它需要连续地检测同步误差，根据检测结

45、果不断调整本地伪码的时延（相位），使测结果不断调整本地伪码的时延（相位），使 并保持此状态并保持此状态。0 79Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 细同步细同步同步误差检测同步误差检测80Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 细同步细同步 伪码延时锁定电路伪码延时锁定电路 可用于伪码细同步跟踪可用于伪码细同步跟踪v图中，21()ffy81Mobile Communication TheoryMobile Communication

46、 Theory5.4.3 细同步细同步v从图中可以看出，在区间从图中可以看出，在区间 内，有：内，有： (,)ccT T()yK(0,)cT 21ff(,0)cT 21ff0 (,)ccT T82Mobile Communication Theory5.5 蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析 蜂窝系统的无线容量可定义为： 信道/小区 其中 m无线容量大小 Bt 分配给系统的总的频谱 Bc 信道带宽 N 频率重用的小区数NBBmct 83Mobile Communication Theory三种多址接入方式的理论容量三种多址接入方式的理论容量00(/)(/)rFDM ATDM

47、ACDM AbbreqPNMMMREN84Mobile Communication Theory三种系统容量的比较三种系统容量的比较v理论可得：在总频带宽度为1.25MHz时，三种体制的系统容量的比较结果为：v 实际的CDMA系统的容量比理论值有所下降，其下降多少将随着其功率控制精度和某些参数的选取而变化v当前比较普遍的看法是CDMA数字蜂窝移动通信系统的容量是模拟FDMA系统的810倍GSMTACSCDMAmmm916 85Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory对用户来对用户来说是透明说是透明的的处理频率处理频率适中适中过

48、程过程定义定义分分类类要要求求切换（切换（Handoff，HO）是指移动）是指移动台在通信台在通信期间，由于位置期间，由于位置发生改变，而改发生改变，而改变与网络变与网络的连接关系的过的连接关系的过程，也称越区切程，也称越区切换。换。硬切换硬切换软切换软切换1链路监视和测量链路监视和测量2目标小区的确定和目标小区的确定和切换触发（切换决策切换触发（切换决策）3切换执行切换执行86Mobile Communication TheoryMobile Communication Theoryv 特点先断后通：在新链路建立前，先中断旧链路。先断后通：在新链路建立前，先中断旧链路。在整个切换过程中移动台

49、只能使用一个无线信道。在整个切换过程中移动台只能使用一个无线信道。存在短期通话中断。存在短期通话中断。有掉话的可能。有掉话的可能。v 系统 模拟系统和模拟系统和TDMATDMA系统（如系统（如GSMGSM系统）系统） 原因：采用不同频率的小区之间只能采用硬切换原因：采用不同频率的小区之间只能采用硬切换v 缺点失败率较高失败率较高“乒乓效应乒乓效应”v 统计结果 无线信道上无线信道上90%90%的掉话是在切换过程中发生的。的掉话是在切换过程中发生的。 87Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory优点优点优缺点优缺点系统系统地位地

50、位软切换是指需要切换时，移动台先与目标软切换是指需要切换时，移动台先与目标基站建立通信链路，再切断与原基站之间基站建立通信链路，再切断与原基站之间的通信链路的切换方式，即先通后断的通信链路的切换方式，即先通后断CDMA蜂窝移动通信系统所独有蜂窝移动通信系统所独有提高切换成功率提高切换成功率增加系统容量增加系统容量提高通信质量提高通信质量硬件设备的增加硬件设备的增加占用更多的资源占用更多的资源CDMA系统特有的关键技术之一系统特有的关键技术之一88Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory移动台与原小区基站台移动台与原小区基站台保

51、持通信链路；保持通信链路；移动台与原小区基站台移动台与原小区基站台保持通信链路的同时，保持通信链路的同时，与新的目标小区（一个与新的目标小区（一个或多个小区）的基站台或多个小区）的基站台建立通信链路建立通信链路；89Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory软切换时软切换时Rake 接收说明接收说明90Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory 位置管理包括两个主要任务：位置登记和呼叫传递。位置登记的步骤是在移动台的实时位置信息已知的情况下，更新位置数据库和认证移

52、动台。呼叫传递的步骤是在有呼叫给移动台的情况下，根据HLR（Home Location Register 归属寄存器）和VLR（Visitor Location Register 访问寄存器）中可用的位置信息来定位移动台。 与上述两个问题紧密相关的两个问题是：位置更新（Location Update）和寻呼（Paging）。位置更新解决问题是移动台如何发现位置变化以及何时报告它的当前位置。寻呼解决的问题是如何有效地确定移动台当前处于哪一个小区。91Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory移动通信中无线资源管理原理性框图移动通信

53、中无线资源管理原理性框图92Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory 一般的来说无线资源管理包括以下内容：接纳控制一般的来说无线资源管理包括以下内容：接纳控制（Admission Control）、负载控制（）、负载控制（Load Control）、）、 功率控制（功率控制（Power Control）、切换控制（）、切换控制（Handoff Control）、速率控制（）、速率控制（Rate Control）以及信道分配）以及信道分配 （Channel Allocation）、分组调度（）、分组调度（Packet Sched

54、uling）等）等93Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory发生下面三种情况时就需要进行接纳控制：发生下面三种情况时就需要进行接纳控制：v UE的初始建立、无线承载建立；的初始建立、无线承载建立；v UE发生越区切换；发生越区切换；v 处于连接模式的处于连接模式的UE需要增加业务。需要增加业务。 接纳控制通过建立一个无线接入承载来接受或拒绝一个呼接纳控制通过建立一个无线接入承载来接受或拒绝一个呼 叫请求，当无线承载建立或发生变化时接纳控制模块就需叫请求，当无线承载建立或发生变化时接纳控制模块就需 要执行接纳控制算法。要执行接

55、纳控制算法。94Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory接纳控制与其他无线资源管理功能模块的关系：接纳控制与其他无线资源管理功能模块的关系： 95Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory接纳控制算法：接纳控制算法：v 基于预留信道的基于预留信道的CAC算法：信道预留的算法：信道预留的CAC机制的关键在机制的关键在 于确定最优的预留信道供切换使用。于确定最优的预留信道供切换使用。v 基于信干比的基于信干比的CAC算法：根据小区内用户当前的信干比和信算法：根据小区

56、内用户当前的信干比和信 干比门限值来估计系统的剩余容量。对于新呼叫或切换呼叫，干比门限值来估计系统的剩余容量。对于新呼叫或切换呼叫， 只有在系统剩余容量大于零的前提下才允许接入。只有在系统剩余容量大于零的前提下才允许接入。v 基于码道的基于码道的CAC算法：当一个新呼叫到达时，该呼叫的归属算法：当一个新呼叫到达时，该呼叫的归属 基站判断本小区的空闲基站判断本小区的空闲RU（资源单元）是否能够满足呼叫（资源单元）是否能够满足呼叫 用户的需求，能够满足则接入新呼叫，否则阻塞该新呼叫。用户的需求，能够满足则接入新呼叫，否则阻塞该新呼叫。96Mobile Communication TheoryMob

57、ile Communication Theory接纳控制算法：接纳控制算法：v 基于码道和功率的基于码道和功率的CAC算法：在进行接纳判别时，除了要进算法：在进行接纳判别时，除了要进 行码道资源的判断外，还要进行功率资源的判断。行码道资源的判断外，还要进行功率资源的判断。97Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory动态信道分配动态信道分配 按照信道分割的不同方式，信道分配技术可分为固定信道按照信道分割的不同方式，信道分配技术可分为固定信道 分配（分配（FCA）、动态信道分配（）、动态信道分配（DCA）和混合信道分配）和混合信道

58、分配 （HCA）。）。v FCA 指根据预先估计的覆盖区域内的业务负荷，将信道资指根据预先估计的覆盖区域内的业务负荷，将信道资 源分给若干个小区，相同的信道集合在间隔一定距离的小区源分给若干个小区，相同的信道集合在间隔一定距离的小区 内可以再次得到利用。内可以再次得到利用。v DCA将根据小区的业务负荷，候选信道的通信质量、使用将根据小区的业务负荷，候选信道的通信质量、使用 率及信道的再用距离等诸多因素选择最佳的信道，动态的分率及信道的再用距离等诸多因素选择最佳的信道，动态的分 配给接入的业务。配给接入的业务。98Mobile Communication TheoryMobile Commun

59、ication Theory动态信道分配动态信道分配v HCA 是固定信道分配和动态信道分配的结合，在是固定信道分配和动态信道分配的结合，在HCA 中中 全部信道被分为固定和动态两个集合。全部信道被分为固定和动态两个集合。99Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory负载控制负载控制 无线资源管理功能的一个重要任务是确保系统不发生过载。无线资源管理功能的一个重要任务是确保系统不发生过载。 一旦系统过载必然会使干扰增加、一旦系统过载必然会使干扰增加、QoS下降，系统的不稳下降，系统的不稳 定会使某些特殊用户的服务得不到保证，如果遇

60、到过载，则定会使某些特殊用户的服务得不到保证，如果遇到过载，则 无线网络规划定义的负载控制功能体将系统迅速并且可控地无线网络规划定义的负载控制功能体将系统迅速并且可控地 回到无线网络规划所定义的目标负载值。回到无线网络规划所定义的目标负载值。 负载控制就是通过一定的方法或准则，对系统承载能力进行负载控制就是通过一定的方法或准则，对系统承载能力进行 监控和处理，确保系统在具有高性能高容量的目标下能稳定监控和处理，确保系统在具有高性能高容量的目标下能稳定 可靠的工作的一种无线资源管理方法。可靠的工作的一种无线资源管理方法。100Mobile Communication TheoryMobile C