第3章 蜂窝移动通信的组网技术

1、第3章 蜂窝移动通信的组网技术 本章提示本章提示 ll l 第第2章分析了在移动通信环境中无线电波章分析了在移动通信环境中无线电波的传播问题。要实现移动用户在更大范围的传播问题。要实现移动用户在更大范围内有序的通信，必须解决组网的问题。在内有序的通信，必须解决组网的问题。在1.1.2节中已经介绍了蜂窝移动通信网的基节中已经介绍了蜂窝移动通信网的基本结构和区群的组成。本结构和区群的组成。ll l 以区群为基本单元的同频复用就可以构以区群为基本单元的同频复用就可以构成覆盖很大的区域，构成类似蜂窝结构的成覆盖很大的区域，构成类似蜂窝结构的移动通信网。移动通信网。本章提示本章提示l l l 组网过程中

2、必须解决如下一系列技术问题，才组网过程中必须解决如下一系列技术问题，才能使网络正常运行：能使网络正常运行：l （1）频率资源的管理与频率的有效利用问题；）频率资源的管理与频率的有效利用问题；l （2）蜂窝网同频复用与同道干扰问题；）蜂窝网同频复用与同道干扰问题；l （3）多信道、多用户共用与多址接入问题；）多信道、多用户共用与多址接入问题；l （4）用户移动性与网络移动性的管理问题；）用户移动性与网络移动性的管理问题；l （5）有限的频率资源与越来越多的通信容量要）有限的频率资源与越来越多的通信容量要求问题；求问题；l （6）PLMTS网与公用电话网、网与公用电话网、ISDN、PDN以及以及与

3、其他移动网的互联、互通问题；与其他移动网的互联、互通问题；l （7）信令网与网络智能化问题等。）信令网与网络智能化问题等。第第3章章 蜂窝移动通信的组网技术蜂窝移动通信的组网技术l3.1 频率资源的有效利用和蜂窝小区的组频率资源的有效利用和蜂窝小区的组网通信网通信l3.2 蜂窝小区的概念和区域覆盖蜂窝小区的概念和区域覆盖l3.3 干扰和信道容量干扰和信道容量l3.4 移动通信中的多址技术移动通信中的多址技术l3.5 蜂窝移动通信的交换技术蜂窝移动通信的交换技术l3.6 蜂窝移动通信的信令技术蜂窝移动通信的信令技术l3.7 蜂窝移动通信网综述蜂窝移动通信网综述3.1 频率资源的有效利用和蜂窝小区

4、的组频率资源的有效利用和蜂窝小区的组网通信网通信 l3.1.1 频率资源的管理频率资源的管理l3.1.2 频率的有效利用技术频率的有效利用技术l3.1.3 多信道共用技术多信道共用技术3.1 频率资源的有效利用和蜂窝小区的组频率资源的有效利用和蜂窝小区的组网通信网通信 l无线通信是利用无线电波在空间传递信息无线通信是利用无线电波在空间传递信息的。的。l当前移动通信发展所遇到的最突出问题，当前移动通信发展所遇到的最突出问题，就是如何将有限的可用频率有秩序地提供就是如何将有限的可用频率有秩序地提供给越来越多的用户使用而不相互干扰，这给越来越多的用户使用而不相互干扰，这就涉及到频率的管理与有效利用。

5、就涉及到频率的管理与有效利用。 3.1.1 频率资源的管理频率资源的管理 l频率是一种特殊资源。它并不是取之不尽频率是一种特殊资源。它并不是取之不尽的。的。l与别的资源相比，频率有一些特殊的性质。与别的资源相比，频率有一些特殊的性质。l频率的分配和使用需在全球范围内制定统频率的分配和使用需在全球范围内制定统一的规则。一的规则。3.1.1 频率资源的管理频率资源的管理 l国际上，由国际电信联盟（国际上，由国际电信联盟（ITU）召开世界）召开世界无线电管理大会，制定无线电规则，包括无线电管理大会，制定无线电规则，包括各种无线电系统的定义、国际频率分配表各种无线电系统的定义、国际频率分配表和使用频率

6、的原则、频率的分配和登记、和使用频率的原则、频率的分配和登记、抗干扰的措施、移动业务的工作条件以及抗干扰的措施、移动业务的工作条件以及无线电业务的分类等。无线电业务的分类等。3.1.1 频率资源的管理频率资源的管理 l 移动电话使用频段主要在移动电话使用频段主要在150MHz、450MHz和和900MHz、1800MHz、1900MHz频段。频段。l 双工移动通信网规定工作在各频段的收、发频差双工移动通信网规定工作在各频段的收、发频差分别为：分别为：VHF频段为频段为5.7MHz，UHF 450MHz频段频段为为10MHz；UHF 900MHz频段为频段为45MHz。同时规。同时规定基站对移动

7、台（下行链路）为发射频率高，接定基站对移动台（下行链路）为发射频率高，接收频率低；反之，移动台对基站（上行链路）为收频率低；反之，移动台对基站（上行链路）为发射频率低，接收频率高。发射频率低，接收频率高。 3.1.1 频率资源的管理频率资源的管理 l国家统一管理频率的机构是国家无线电管国家统一管理频率的机构是国家无线电管理委员会，移动通信组网必须遵守国家有理委员会，移动通信组网必须遵守国家有关规定，并接受当地无线电管理委员会的关规定，并接受当地无线电管理委员会的具体管理。具体管理。 3.1.2 频率的有效利用技术频率的有效利用技术 l频率的有效利用就是从时间域、空间域和频率的有效利用就是从时间

8、域、空间域和频率域这三个方面采用多种技术，以设法频率域这三个方面采用多种技术，以设法提高频率的利用率。提高频率的利用率。l（1）时间域的频率有效利用）时间域的频率有效利用l（2）空间域的频率有效利用）空间域的频率有效利用l（3）频率域的频率有效利用）频率域的频率有效利用3.1.2 频率的有效利用技术频率的有效利用技术 l频率域的频率有效利用有两种方法：信道频率域的频率有效利用有两种方法：信道的窄带化和宽带多址技术。的窄带化和宽带多址技术。l宽带多址技术有频分多址（宽带多址技术有频分多址（FDMA，即在，即在频率域上划分信道，每一用户占用一定的频率域上划分信道，每一用户占用一定的频频 带）、时分

9、多址（带）、时分多址（TDMA）、码分多址）、码分多址（CDMA）以及它们的组合等。）以及它们的组合等。3.1.3 多信道共用技术多信道共用技术 l1呼叫话务量与忙时话务量呼叫话务量与忙时话务量 l话务量是通信系统通话业务量或繁忙程度话务量是通信系统通话业务量或繁忙程度的指标。的指标。l其性质如同客流量，具有随机性，只能用其性质如同客流量，具有随机性，只能用统计方法获取。统计方法获取。1呼叫话务量与忙时话务量呼叫话务量与忙时话务量 l呼叫话务量，是指单位时间（一小时）内呼叫话务量，是指单位时间（一小时）内的平均电话交换量，可用下面关系式表示：的平均电话交换量，可用下面关系式表示： A=Ct01

10、呼叫话务量与忙时话务量呼叫话务量与忙时话务量 l如果以如果以t0小时为单位，则话务量小时为单位，则话务量A的单位是的单位是Erl。如果在一个小时之内连续地占用一个。如果在一个小时之内连续地占用一个信道，则其呼叫话务量为信道，则其呼叫话务量为1Erl。这是一个。这是一个信道所能完成的最大话务量。信道所能完成的最大话务量。 1呼叫话务量与忙时话务量呼叫话务量与忙时话务量 l用户忙时话务量是指一天中最忙的那个小用户忙时话务量是指一天中最忙的那个小时（即时（即“忙时忙时”），每个用户的平均话务），每个用户的平均话务量，用量，用AB来表示。来表示。AB是一个统计平均值。是一个统计平均值。l同时，将忙时话

11、务量与全日话务量之比称同时，将忙时话务量与全日话务量之比称为集中系数，用为集中系数，用K表示。因为表示。因为K反映了这个反映了这个通信系统通信系统“忙时忙时”的集中程度，即忙时话的集中程度，即忙时话务量在全天话务量中所占的比例。务量在全天话务量中所占的比例。 2容量容量 l在多信道共用时，容量有两种表示法。在多信道共用时，容量有两种表示法。l系统所能容纳的用户数（系统所能容纳的用户数（M）为）为BAMA2容量容量l每个信道所能容纳的用户数（每个信道所能容纳的用户数（m）为）为BMAmnnA3呼损率呼损率 l在一个通信系统中，呼叫失败的概率称为在一个通信系统中，呼叫失败的概率称为呼叫损失概率，简

12、称呼损率，记为呼叫损失概率，简称呼损率，记为B。l设设A为呼叫成功而接通电话的话务量，简为呼叫成功而接通电话的话务量，简称完成话务量。称完成话务量。C0为为1小时内呼叫成功而通小时内呼叫成功而通话的次数，话的次数，t0为每次呼叫平均占用信道的时为每次呼叫平均占用信道的时间，则完成话务量为间，则完成话务量为 A=C0t03呼损率呼损率l呼损率为呼损率为B=0iCCCAAACC3呼损率呼损率l呼损率的物理意义是损失话务量与呼叫话呼损率的物理意义是损失话务量与呼叫话务量之比的百分数。务量之比的百分数。l呼损率在数值上等于呼叫失败次数与总呼呼损率在数值上等于呼叫失败次数与总呼叫次数之比的百分数。叫次数

13、之比的百分数。l呼损率呼损率B称为系统的服务等级（或业务等称为系统的服务等级（或业务等级），记为级），记为GOS。lGOS是系统的一个重要质量指标。是系统的一个重要质量指标。l呼损率与话务量是一对矛盾，即服务等级呼损率与话务量是一对矛盾，即服务等级与信道利用率是矛盾的。与信道利用率是矛盾的。 3呼损率呼损率l如果呼叫具有下列性质：如果呼叫具有下列性质：l 每次呼叫相互独立，互不相关，即呼叫每次呼叫相互独立，互不相关，即呼叫具有随机性；具有随机性；l 每次呼叫在时间上都有相同的概率；每次呼叫在时间上都有相同的概率；l 每个用户选用无线信道是任意的，且是每个用户选用无线信道是任意的，且是等概的，则

14、呼损率可按下式计算：等概的，则呼损率可按下式计算：l3呼损率呼损率l这就是电话工程中的第一爱尔兰公式，也这就是电话工程中的第一爱尔兰公式，也称爱尔兰称爱尔兰B公式。公式。20!11!2!nnniniAAnnBAAAAni4信道利用率信道利用率 l多信道共用时，信道利用率是指每个信道多信道共用时，信道利用率是指每个信道平均完成的话务量。因此平均完成的话务量。因此l如果已知如果已知B、n，根据表，根据表3-1可算出可算出A值，然值，然后由上式求出后由上式求出 。 (1)AAnnB3.2 蜂窝小区的概念和区域覆盖蜂窝小区的概念和区域覆盖 l3.2.1 蜂窝小区的概念蜂窝小区的概念l3.2.2 大区制

15、小容量大区制小容量l3.2.3 频率复用和小区制移动通信系统频率复用和小区制移动通信系统3.2.1 蜂窝小区的概念蜂窝小区的概念 l蜂窝的概念是一个系统级的概念，其思想蜂窝的概念是一个系统级的概念，其思想是用许多小功率的发射机来代替单个的大是用许多小功率的发射机来代替单个的大功率发射机，每一个小的覆盖区只提供服功率发射机，每一个小的覆盖区只提供服务范围内的一小部分覆盖。务范围内的一小部分覆盖。l移动通信网的区域覆盖方式分为两类：一移动通信网的区域覆盖方式分为两类：一类是小容量的大区制；另一类是大容量的类是小容量的大区制；另一类是大容量的小区制。小区制。 3.2.2 大区制小容量大区制小容量 l

16、大区制是指一个基站覆盖整个服务区。大区制是指一个基站覆盖整个服务区。l为了增大通信用户量，大区制通信网只有为了增大通信用户量，大区制通信网只有增多基站的信道数（装备量也随之加大），增多基站的信道数（装备量也随之加大），但这总是有限的。但这总是有限的。l因此，大区制只能适用于小容量的通信网，因此，大区制只能适用于小容量的通信网，例如用户数在例如用户数在1 000以下。以下。 3.2.2 大区制小容量大区制小容量l这种制式的控制方式简单，设备成本低，这种制式的控制方式简单，设备成本低，适用于中小城市、工矿区以及专业部门，适用于中小城市、工矿区以及专业部门，是发展专用移动通信网可选用的制式。是发展专

17、用移动通信网可选用的制式。3.2.3 频率复用和小区制移动通信系统频率复用和小区制移动通信系统l为整个系统中的所有基站选择和分配信道为整个系统中的所有基站选择和分配信道组的设计过程叫做频率复用或频率规划。组的设计过程叫做频率复用或频率规划。l小区制移动通信系统的频率复用和覆盖有小区制移动通信系统的频率复用和覆盖有两种，一种是带状服务覆盖区；另一种是两种，一种是带状服务覆盖区；另一种是面状服务覆盖区。面状服务覆盖区。 3.2.3 频率复用和小区制移动通信系统频率复用和小区制移动通信系统图图3-1 双频组和三频组频率配置双频组和三频组频率配置 3.2.3 频率复用和小区制移动通信系统频率复用和小区

18、制移动通信系统l 面状服务覆盖区面状服务覆盖区l无线移动通信系统广泛使用六边形研究系无线移动通信系统广泛使用六边形研究系统覆盖和业务需求。统覆盖和业务需求。l实际上，由于无线系统覆盖区的地形地貌实际上，由于无线系统覆盖区的地形地貌不同，无线电波传播环境不同，产生的电不同，无线电波传播环境不同，产生的电波的长期衰落和短期衰落不同，因而一个波的长期衰落和短期衰落不同，因而一个小区的实际无线覆盖是一个不规则的形状。小区的实际无线覆盖是一个不规则的形状。3.2.3 频率复用和小区制移动通信系统频率复用和小区制移动通信系统l当用六边形来模拟覆盖范围时，基站发射当用六边形来模拟覆盖范围时，基站发射机或者安

19、置在小区的中心（中心激励小机或者安置在小区的中心（中心激励小区），或者安置在六边形的顶点之中的三区），或者安置在六边形的顶点之中的三个上（顶点激励小区）。个上（顶点激励小区）。 3.2.3 频率复用和小区制移动通信系统频率复用和小区制移动通信系统图图3-2 蜂窝系统的频率复用蜂窝系统的频率复用3.2.3 频率复用和小区制移动通信系统频率复用和小区制移动通信系统l考虑一个共有考虑一个共有S个可用的双向信道的蜂窝系个可用的双向信道的蜂窝系统，如果每个小区都分配统，如果每个小区都分配K（K S）个信）个信道，并且道，并且S个信道在个信道在N个小区中分为各不相个小区中分为各不相同的、各自独立的信道组，

20、而且每个信道同的、各自独立的信道组，而且每个信道组有相同的信道数目，那么可用无线信道组有相同的信道数目，那么可用无线信道的总数为的总数为 S=KN （3-1） 3.2.3 频率复用和小区制移动通信系统频率复用和小区制移动通信系统l共同使用全部可用频率的共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇个小区叫做一簇（cluster，也叫区群）。如果区群在系统，也叫区群）。如果区群在系统中共同复制了中共同复制了M次，则信道的总数次，则信道的总数C可以作可以作为容量的一个度量为容量的一个度量lC=MKN=MS （3-2）3.2.3 频率复用和小区制移动通信系统频率复用和小区制移动通信系统l用六边形表示的一个个

21、小区，可使相邻小用六边形表示的一个个小区，可使相邻小区无空隙，每一个区群的小区数量区无空隙，每一个区群的小区数量N满足下满足下式：式： N=i2+ij+j2 （3-3） 3.2.3 频率复用和小区制移动通信系统频率复用和小区制移动通信系统图图3-3 在蜂窝小区中定位同频小区的方法在蜂窝小区中定位同频小区的方法3.3 干扰和信道容量干扰和信道容量 l干扰是蜂窝无线系统性能的主要限制因素。干扰是蜂窝无线系统性能的主要限制因素。l在蜂窝系统中，存在两种主要的干扰，即在蜂窝系统中，存在两种主要的干扰，即同频干扰和邻频干扰。同频干扰和邻频干扰。 3.3 干扰和信道容量干扰和信道容量 l3.3.1 同频干

22、扰和系统容量同频干扰和系统容量l3.3.2 相邻信道的干扰相邻信道的干扰l3.3.3 蜂窝小区容量的改善蜂窝小区容量的改善3.3.1 同频干扰和系统容量同频干扰和系统容量 l频率复用意味着在一个给定的覆盖区域内，频率复用意味着在一个给定的覆盖区域内，存在着许多使用同一组频率的小区，这些存在着许多使用同一组频率的小区，这些小区叫做同频小区。小区叫做同频小区。l这些同频小区之间的信号干扰叫做同频干这些同频小区之间的信号干扰叫做同频干扰（也叫同道干扰）。扰（也叫同道干扰）。l为了减小同频干扰，同频小区必须在物理为了减小同频干扰，同频小区必须在物理上隔开一个最小的距离，为传播提供充分上隔开一个最小的距

23、离，为传播提供充分的隔离。的隔离。3.3.1 同频干扰和系统容量同频干扰和系统容量 l如果每个小区的大小都差不多，基站也都如果每个小区的大小都差不多，基站也都发射相同的功率，则同频干扰比例与发射发射相同的功率，则同频干扰比例与发射功率无关，而变为小区半径（功率无关，而变为小区半径（R）和相距最）和相距最近的同频小区中心间距离（近的同频小区中心间距离（D）的函数。增）的函数。增加加D/R的值，相对于小区的覆盖距离同频小的值，相对于小区的覆盖距离同频小区间的空间距离就会增加，从而来自同频区间的空间距离就会增加，从而来自同频小区的射频能量减小而使干扰减小。小区的射频能量减小而使干扰减小。 3.3.1

24、 同频干扰和系统容量同频干扰和系统容量 l参数参数Q叫做同频复用比例（也叫同频干扰抑叫做同频复用比例（也叫同频干扰抑制因子），与区群的大小有关。对于六边制因子），与区群的大小有关。对于六边形系统来说，形系统来说，Q可表示为可表示为3.3.1 同频干扰和系统容量同频干扰和系统容量lQ的值越小则容量越大；而的值越小则容量越大；而Q值大可以提高值大可以提高传播质量，因为同频干扰小。在实际的蜂传播质量，因为同频干扰小。在实际的蜂窝系统中，需要对这两个目标进行协调和窝系统中，需要对这两个目标进行协调和折衷。折衷。3.3.2 相邻信道的干扰相邻信道的干扰 l来自所使用信号频率的相邻频率的信号干来自所使用信

25、号频率的相邻频率的信号干扰叫做邻频干扰（也叫邻道干扰）。扰叫做邻频干扰（也叫邻道干扰）。l邻频干扰是因接收滤波器不理想，使得相邻频干扰是因接收滤波器不理想，使得相邻频率的信号泄漏到传输带宽内而引起的。邻频率的信号泄漏到传输带宽内而引起的。3.3.3 蜂窝小区容量的改善蜂窝小区容量的改善 l 1小区分裂小区分裂l 小区分裂就是一种将拥塞的小区分成更小的小区小区分裂就是一种将拥塞的小区分成更小的小区的方法，分裂后的每个小区都有自己的基站并相的方法，分裂后的每个小区都有自己的基站并相应地降低天线高度和减小发射机功率。应地降低天线高度和减小发射机功率。l 由于小区分裂能够提高信道的复用次数，因而能由于

26、小区分裂能够提高信道的复用次数，因而能提高系统容量。即通过设定比原小区半径更小的提高系统容量。即通过设定比原小区半径更小的新小区和在原有小区间安置这些小区（叫做微小新小区和在原有小区间安置这些小区（叫做微小区），使得单位面积内的信道数目增加，从而增区），使得单位面积内的信道数目增加，从而增加系统容量。加系统容量。 1小区分裂小区分裂图图3-4 小区分裂的图例小区分裂的图例2扇区的概念扇区的概念l 可以通过使用定向天线代替基站中单独的一根全可以通过使用定向天线代替基站中单独的一根全向天线来减小蜂窝系统中的同频干扰，其中每个向天线来减小蜂窝系统中的同频干扰，其中每个定向天线辐射某一特定的扇区。定向

27、天线辐射某一特定的扇区。l 由于使用了定向天线，小区将只接收同频小区中由于使用了定向天线，小区将只接收同频小区中一部分小区的干扰。一部分小区的干扰。l 这种使用定向天线来减小同频干扰，从而提高系这种使用定向天线来减小同频干扰，从而提高系统容量的技术叫做裂向（即扇区化）。统容量的技术叫做裂向（即扇区化）。l 同频干扰减小的因素决定于使用扇区的数目。同频干扰减小的因素决定于使用扇区的数目。 2扇区的概念扇区的概念图图3-5 扇区划分扇区划分3.4 移动通信中的多址技术移动通信中的多址技术 l3.4.1 多址通信的概念多址通信的概念l3.4.2 FDMA方式方式l3.4.3 TDMA方式方式l3.4

28、.4 CDMA方式方式l*3.4.5 SDMA方式方式l*3.4.6 系统容量系统容量3.4.1 多址通信的概念多址通信的概念 l1多址接入多址接入l2多址接入方式多址接入方式l许多用户同时通话，以不同的信道分隔，许多用户同时通话，以不同的信道分隔，防止相互干扰，各用户信号通过在射频波防止相互干扰，各用户信号通过在射频波道上的复用，从而建立各自的信道，以实道上的复用，从而建立各自的信道，以实现双边通信的连接，称为多址连接。现双边通信的连接，称为多址连接。l移动通信系统中基站的多路工作和移动台移动通信系统中基站的多路工作和移动台的单路工作形成了移动通信的一大特点。的单路工作形成了移动通信的一大特

29、点。 2多址接入方式多址接入方式l多址接入方式的数学基础是信号的正交分多址接入方式的数学基础是信号的正交分割原理。无线电信号可以表达为时间、频割原理。无线电信号可以表达为时间、频率和码型的函数，即可写作率和码型的函数，即可写作 ls(c，f，t)=c(t)s( f，t)l式中，式中，c(t)是码型函数；是码型函数；s( f，t)是时间是时间t和和频率频率f的函数。的函数。2多址接入方式多址接入方式l当以传输信号的载波频率不同来区分信道当以传输信号的载波频率不同来区分信道建立多址接入时，称为频分多址（建立多址接入时，称为频分多址（FDMA）方式；当以传输信号存在的时间不同来区方式；当以传输信号存

30、在的时间不同来区分信道建立多址接入时，称为时分多址分信道建立多址接入时，称为时分多址（TDMA）方式；当以传输信号的码型不）方式；当以传输信号的码型不同来区分信道建立多址接入时，称为码分同来区分信道建立多址接入时，称为码分多址（多址（CDMA）方式。）方式。l图图3-6分别给出了分别给出了N个信道的个信道的FDMA、TDMA和和CDMA的示意图。的示意图。 2多址接入方式多址接入方式图图3-6 FDMA、TDMA和和CDMA的示意图的示意图 3.4.2 FDMA方式方式 l1FDMA系统原理系统原理lFDMA为每一个用户指定了特定信道，这为每一个用户指定了特定信道，这些信道按要求分配给请求服务

31、的用户。些信道按要求分配给请求服务的用户。l在呼叫的整个过程中，其他用户不能共享在呼叫的整个过程中，其他用户不能共享这一频段。这一频段。 1FDMA系统原理系统原理图图3-7 FDMA系统的工作示意图系统的工作示意图1FDMA系统原理系统原理图图3-8 FDMA系统频谱分割示意图系统频谱分割示意图1FDMA系统原理系统原理l前向与反向信道的频带分割，是实现频分前向与反向信道的频带分割，是实现频分双工通信的要求。双工通信的要求。l频道间隔（如为频道间隔（如为25kHz）是保证频道之间）是保证频道之间不重叠的条件。不重叠的条件。2FDMA系统中的干扰问题系统中的干扰问题 l（1）互调干扰）互调干扰

32、l互调干扰是指系统内由于非线性器件产生互调干扰是指系统内由于非线性器件产生的各种组合频率成分落入本频道接收机通的各种组合频率成分落入本频道接收机通带内造成的对有用信号的干扰。带内造成的对有用信号的干扰。l（2）邻道干扰）邻道干扰l邻道干扰是指相邻频道信号中存在的寄生邻道干扰是指相邻频道信号中存在的寄生辐射落入本频道接收机带内造成的对有用辐射落入本频道接收机带内造成的对有用信号的干扰。信号的干扰。 2FDMA系统中的干扰问题系统中的干扰问题 l（3）同频道干扰）同频道干扰l同频道干扰一般是指相同频率电台之间的同频道干扰一般是指相同频率电台之间的干扰。干扰。l在蜂窝系统中，同频道干扰是指相邻区群在

33、蜂窝系统中，同频道干扰是指相邻区群中同信道信号之间造成的干扰。中同信道信号之间造成的干扰。l它与蜂窝结构和频率规划密切相关。它与蜂窝结构和频率规划密切相关。2FDMA系统中的干扰问题系统中的干扰问题 l为了减少同频道干扰，需要合理地选定蜂为了减少同频道干扰，需要合理地选定蜂窝结构与频率规划，表现为系统设计中对窝结构与频率规划，表现为系统设计中对同频道干扰抑制因子同频道干扰抑制因子Q的选择。的选择。Q =D/R （3-6）l式中，式中，D为同信道小区的距离（即同频小区为同信道小区的距离（即同频小区的距离）；的距离）；R为小区半径。为小区半径。 3FDMA系统的特点系统的特点 l FDMA信道每次

34、只能传送一路电话。信道每次只能传送一路电话。l 每信道占用一个载频，相邻载频之间的每信道占用一个载频，相邻载频之间的间隔应满足传输信号带宽的要求。间隔应满足传输信号带宽的要求。l 符号时间与平均延迟扩展相比较是很大符号时间与平均延迟扩展相比较是很大的。的。l 移动台较简单，和模拟的较接近。移动台较简单，和模拟的较接近。3FDMA系统的特点系统的特点 l 基站复杂庞大，重复设置收发信设备。基站复杂庞大，重复设置收发信设备。l FDMA系统每载波单个信道的设计，使系统每载波单个信道的设计，使得在接收设备中必须使用带通滤波器允许得在接收设备中必须使用带通滤波器允许指定信道里的信号通过，滤除其他频率的

35、指定信道里的信号通过，滤除其他频率的信号，从而限制邻近信道间的相互干扰。信号，从而限制邻近信道间的相互干扰。l 越区切换较为复杂和困难。越区切换较为复杂和困难。3.4.3 TDMA方式方式 l1TDMA系统原理系统原理 lTDMA是在一个宽带的无线载波上，把时是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），时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的），每个时隙就是一个通信信道，分配给一个每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户。用户。 图图3-9 TDMA系统的工作示意图系统的工作示意图图图3-9 TDMA系统的工

36、作示意图系统的工作示意图2TDMA的帧结构的帧结构 lTDMA帧是帧是TDMA系统的基本单元，它由时系统的基本单元，它由时隙组成，在时隙内传送的信号叫做突发隙组成，在时隙内传送的信号叫做突发 （Burst），各个用户的发射相互连成），各个用户的发射相互连成1个个TDMA帧，帧结构示意图如图帧，帧结构示意图如图3-10所示。所示。 2TDMA的帧结构的帧结构图图3-10 TDMA帧结构帧结构 3TDMA系统的同步与定时系统的同步与定时l同步和定时是同步和定时是TDMA移动通信系统正常工移动通信系统正常工作的前提。作的前提。lTDMA的帧同步和位同步是由帧结构的细的帧同步和位同步是由帧结构的细节来

37、保证的。节来保证的。l（1）位同步）位同步l（2）帧同步）帧同步l（3）系统定时）系统定时4TDMA系统的特点系统的特点 l（1）突发传输的速率高，远大于语音编码）突发传输的速率高，远大于语音编码速率，每路编码速率设为速率，每路编码速率设为Rbit/s，共，共N个时个时隙，则在这个载波上传输的速率将大于隙，则在这个载波上传输的速率将大于NRbit/s。l（2）发射信号速率随）发射信号速率随N的增大而提高。的增大而提高。l（3）TDMA用不同的时隙来发射和接收，用不同的时隙来发射和接收，因此不需双工器。因此不需双工器。 4TDMA系统的特点系统的特点 l（4）基站复杂性减小。）基站复杂性减小。l

38、（5）抗干扰能力强，频率利用率高，系统）抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大。容量大。l（6）越区切换简单。）越区切换简单。3.4.4 CDMA方式方式 l1CDMA系统原理系统原理lCDMA系统为每个用户分配了各自特定的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。地址码，利用公共信道来传输信息。lCDMA系统的地址码相互具有准正交性，系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间和空间上都以区别地址，而在频率、时间和空间上都可能重叠。可能重叠。 1CDMA系统原理系统原理 图图3-11 CDMA系统的工作示意图系统的工作示意图2正交正交Walsh函数函数 lWa

39、lsh函数有良好的互相关和较好的自相函数有良好的互相关和较好的自相关特性。关特性。l（1）Walsh函数波形函数波形l连续连续Walsh函数的波形如图函数的波形如图3-12所示。利所示。利用用Walsh函数的正交性，可作为函数的正交性，可作为CDMA的的地址码（即信道码）。如果对图中的地址码（即信道码）。如果对图中的Walsh函数波形在函数波形在8个等间隔上取样，即得个等间隔上取样，即得到离散到离散Walsh函数，可用函数，可用88的的Walsh函函数矩阵表示。数矩阵表示。 2正交正交Walsh函数函数图图3-12 连续连续Walsh函数的波形图函数的波形图2正交正交Walsh函数函数l图图3

40、-12所示的所示的Walsh函数对应的矩阵可写函数对应的矩阵可写作作 2正交正交Walsh函数函数l（2）Walsh函数矩阵的递推关系式函数矩阵的递推关系式2正交正交Walsh函数函数2正交正交Walsh函数函数l利用利用Walsh函数矩阵的递推关系，可得到函数矩阵的递推关系，可得到6464阵列的阵列的Walsh序列。序列。l这些序列在这些序列在 Qualcomm-CDMA数字蜂窝移数字蜂窝移动通信系统中被做为前向码分信道。动通信系统中被做为前向码分信道。l因为是正交码，可供码分的信道数等于正因为是正交码，可供码分的信道数等于正交码长，即交码长，即64个；并采用个；并采用64位的正交位的正交W

41、alsh函数来用做反向信道的编码调制，函数来用做反向信道的编码调制，这是利用了这是利用了Walsh序列的良好的互相关特序列的良好的互相关特性。性。3m序列伪随机码序列伪随机码l（1）m序列的生成序列的生成lm序列是最长移位寄存器序列的简称，它序列是最长移位寄存器序列的简称，它是由带线性反馈的移位寄存器产生的周期是由带线性反馈的移位寄存器产生的周期最长的一种序列。最长的一种序列。lm序列的发生器是由移位寄存器、反馈抽序列的发生器是由移位寄存器、反馈抽头及模头及模2加法器组成的。加法器组成的。 3m序列伪随机码序列伪随机码图图3-13 m序列产生电路序列产生电路3m序列伪随机码序列伪随机码l（2）

42、m系列的特性系列的特性 lm系列有许多优良的特性，主要是它的随系列有许多优良的特性，主要是它的随机性和自相关性。机性和自相关性。 l m序列的性质序列的性质lm序列一个周期内序列一个周期内“1”和和“0”的码元数大的码元数大致相等（致相等（“1”比比“0”只多一个）。只多一个）。l这个特性保证了在扩频系统中，用这个特性保证了在扩频系统中，用m序列序列做平衡调制实现扩展频谱时有较高的载波做平衡调制实现扩展频谱时有较高的载波抑制度。抑制度。3m序列伪随机码序列伪随机码lm序列中连续为序列中连续为“1”或或“0”的那些元素称的那些元素称为游程。在一个游程中元素的个数称为游为游程。在一个游程中元素的个

43、数称为游程长度。程长度。lm序列和其移位后的序列逐位模序列和其移位后的序列逐位模2加，所得加，所得的序列还是的序列还是m序列，只是相位不同。序列，只是相位不同。lm序列发生器中的移位寄存器的各种状态，序列发生器中的移位寄存器的各种状态，除全除全0外，其他状态在一个周期内只出现一外，其他状态在一个周期内只出现一次。次。3m序列伪随机码序列伪随机码l m序列的相关性序列的相关性l对于一个周期为对于一个周期为P=2n1的的m序列序列an（an取值取值1或或0），），m序列的自相关函数如序列的自相关函数如下所述。下所述。 3m序列伪随机码序列伪随机码l设设m序列序列an与其后移与其后移t位的序列位的序

44、列an+t逐逐位模位模2加所得的序列加所得的序列an+an+t中，中，“0”的的位数为位数为A（序列（序列an和和an+t相同的位数），相同的位数），“1”的位数为的位数为D（序列（序列an和和an+t不相同不相同的位数），则自相关函数由下式计算：的位数），则自相关函数由下式计算： 3m序列伪随机码序列伪随机码l式中式中A为为“0”位数或相同的位数；位数或相同的位数；D为为“1”位数或不相同的位数。显然位数或不相同的位数。显然P=A+D。 10( )10RP （3-10） 3m序列伪随机码序列伪随机码l有时伪随机码的码元用有时伪随机码的码元用1和和1表示，与表示，与0和和1表示法的对应关系是表

45、示法的对应关系是“0”变成变成“1”、“1”变成变成“1”，即，即m序列序列an的取值是的取值是1或或1，此时此时m序列的自相关函数可由下式计算：序列的自相关函数可由下式计算： 3m序列伪随机码序列伪随机码图图3-14 m序列自相关函数图序列自相关函数图3m序列伪随机码序列伪随机码l图图3-13所示电路产生的所示电路产生的m序列的自相关特序列的自相关特性如表性如表3-2所示。所示。 3m序列伪随机码序列伪随机码l 序列的互相关性序列的互相关性l m序列的互相关性是指相同周期序列的互相关性是指相同周期P=2n1两个不两个不同的同的m序列序列an、bn一致的程度。其互相关值越一致的程度。其互相关值

46、越接近于接近于0，说明这两个，说明这两个m序列差别越大，即互相关序列差别越大，即互相关性越弱；反之，说明这两个性越弱；反之，说明这两个m序列差别较小，即序列差别较小，即互相关性较强。当互相关性较强。当m序列用作序列用作CDMA系统的地址系统的地址码时，必须选择互相关值很小的码时，必须选择互相关值很小的m序列组，以避序列组，以避免用户之间的相互干扰，减小多址干扰（免用户之间的相互干扰，减小多址干扰（MAI）。）。 4CDMA系统的特点系统的特点 lCDMA系统有以下特点。系统有以下特点。l CDMA系统的许多用户共享同一频率，系统的许多用户共享同一频率，不管使用的是不管使用的是TDD还是还是FD

47、D技术。技术。l 通信容量大。通信容量大。l 容量的软特性。容量的软特性。4CDMA系统的特点系统的特点l 由于信号被扩展在一较宽频谱上从而可由于信号被扩展在一较宽频谱上从而可以减小多径衰落。以减小多径衰落。l 在在CDMA系统中，信道数据速率很高。系统中，信道数据速率很高。l 平滑的软切换和有效的宏分集。平滑的软切换和有效的宏分集。l 低信号功率谱密度。低信号功率谱密度。4CDMA系统的特点系统的特点lCDMA系统存在着两个重要的问题，一个系统存在着两个重要的问题，一个问题是来自非同步问题是来自非同步CDMA网中不同用户的网中不同用户的扩频序列不完全是正交的，这种扩频码集扩频序列不完全是正交

48、的，这种扩频码集的非零互相关系数会引起各用户间的相互的非零互相关系数会引起各用户间的相互干扰，即多址干扰（干扰，即多址干扰（MAI），在异步传输信），在异步传输信道以及多径传播环境中多址干扰将更为严道以及多径传播环境中多址干扰将更为严重。重。l另一个问题是另一个问题是“远远近近”效应。效应。 3.4.5 SDMA方式方式 图图3-15 SDMA系统的工作示意图系统的工作示意图 3.4.6 系统容量系统容量 l一个无线电系统的容量被定义为一定频段一个无线电系统的容量被定义为一定频段内所能提供的信道数或用户的最大数目或内所能提供的信道数或用户的最大数目或系统输入话务总量（系统输入话务总量（Erla

49、ng）。）。l它与信道的载频间隔、每载频的时隙数、它与信道的载频间隔、每载频的时隙数、频率资源和频率复用方式、基站设置方式频率资源和频率复用方式、基站设置方式等有关。等有关。3.4.6 系统容量系统容量 l目前通常用无线容量目前通常用无线容量m来表示系统容量，来表示系统容量，并比较不同系统容量的大小，因为系统用并比较不同系统容量的大小，因为系统用户的最大数目和输入话务总量是与户的最大数目和输入话务总量是与m成正成正比例增大的。比例增大的。l对于移动通信业务区，无线容量对于移动通信业务区，无线容量m是衡量是衡量无线系统频谱效率的参数。这一参数取决无线系统频谱效率的参数。这一参数取决于所需的载波于

50、所需的载波干扰比（干扰比（C/I，简称载干比），简称载干比）和信道带宽和信道带宽Bc。3.4.6 系统容量系统容量 l蜂窝系统的无线容量可定义为蜂窝系统的无线容量可定义为m= 信道信道/小区小区（3-15）l式中，式中，m是无线容量大小；是无线容量大小；Bt是分配给系统是分配给系统的总的频谱；的总的频谱；Bc是信道带宽；是信道带宽；N是频率重用是频率重用的小区数。的小区数。tcBB N1FDMA和和TDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量 l于模拟于模拟FDMA系统来说，如果采用频率重系统来说，如果采用频率重用的小区数为用的小区数为N，根据对同频干扰和系统容，根据对同频干扰和系统容量的讨论可知，对

51、于小区制蜂窝网量的讨论可知，对于小区制蜂窝网N =23CI （3-16） 1FDMA和和TDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量l即频率重用的小区数即频率重用的小区数N由所需的载干比来决由所需的载干比来决定。可求得定。可求得FDMA的无线容量如下：的无线容量如下：m =tc23BBCI 信道/小区 （3-17） 1FDMA和和TDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量l对于数字对于数字TDMA系统来说，由于数字信道系统来说，由于数字信道所要求的载干比可以比模拟制的小所要求的载干比可以比模拟制的小45dB （因数字系统有纠错措施），因而频率复（因数字系统有纠错措施），因而频率复用距离可以再近一些。所以可以

52、采用比用距离可以再近一些。所以可以采用比N=7小的图案，例如小的图案，例如N=3的图案。可求得的图案。可求得TDMA的无线容量如下：的无线容量如下：1FDMA和和TDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量l其中，设载波间隔为其中，设载波间隔为Bc，每载波共有，每载波共有M个个时隙，则等效带宽为时隙，则等效带宽为 ccBBM 2CDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量 lCDMA系统的容量是干扰受限的，而系统的容量是干扰受限的，而FDMA和和TDMA系统的容量是带宽受限的。系统的容量是带宽受限的。l决定决定CDMA数字蜂窝系统容量的主要参数数字蜂窝系统容量的主要参数 是：处理增益、是：处理增益、 、语音负

53、载周期（即语、语音负载周期（即语 音激活率）、频率再用效率以及基站天线音激活率）、频率再用效率以及基站天线扇区数。扇区数。 b0EN2CDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量 l通信系统，接收信号的载干比可以写成通信系统，接收信号的载干比可以写成 2CDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量 l如果如果m个用户共用一个无线信道，显然每个用户共用一个无线信道，显然每一用户的信号都受到其他一用户的信号都受到其他m1个用户信号个用户信号的干扰。假设到达一个接收机的信号强度的干扰。假设到达一个接收机的信号强度和各干扰强度都相等，则载干比为和各干扰强度都相等，则载干比为 11CIm （3-20） 2CDMA蜂窝系

54、统的容量蜂窝系统的容量 2CDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量 l式（式（3-21）没有考虑在扩频带宽中的背景）没有考虑在扩频带宽中的背景热噪声热噪声，如果把，如果把考虑进去，则能够接入考虑进去，则能够接入此系统的用户数可表示为此系统的用户数可表示为2CDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量l（1）采用语音激活技术提高系统容量）采用语音激活技术提高系统容量 l（2）利用扇区划分提高系统容量）利用扇区划分提高系统容量l（3）频率再用）频率再用2CDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量图图3-16 CDMA系统移动台受干扰示意图系统移动台受干扰示意图3三种系统容量的比较三种系统容量的比较l（1）模拟）模拟

55、TACS系统，采用系统，采用FDMA方式方式l（2）数字时分）数字时分GSM系统，采用系统，采用TDMA方式方式l（3）数字）数字CDMA系统系统l三种体制系统容量的比较结果为三种体制系统容量的比较结果为 lmCDMA 16mTACS 9mGSM3.5 蜂窝移动通信的交换技术蜂窝移动通信的交换技术 l3.5.1 蜂窝移动通信的交换技术与公共电话蜂窝移动通信的交换技术与公共电话交换技术的差别交换技术的差别l3.5.2 蜂窝移动通信呼叫建立过程蜂窝移动通信呼叫建立过程l3.5.3 越区切换越区切换l3.5.4 实际系统切换的一些考虑实际系统切换的一些考虑3.5.1 蜂窝移动通信的交换技术与公共电蜂

56、窝移动通信的交换技术与公共电话交换技术的差别话交换技术的差别 l蜂窝移动通信网也是一种交换式通信网。蜂窝移动通信网也是一种交换式通信网。l蜂窝移动通信的交换技术要比公用电话系蜂窝移动通信的交换技术要比公用电话系统交换技术复杂。统交换技术复杂。3.5.1 蜂窝移动通信的交换技术与公共电蜂窝移动通信的交换技术与公共电话交换技术的差别话交换技术的差别l移动通信的移动通信的MSC除具备公网交换设备外还除具备公网交换设备外还要增加用户移动性管理设备，如用户位置要增加用户移动性管理设备，如用户位置登记（不是一次性位置登记，而是每次开登记（不是一次性位置登记，而是每次开机后根据网络管理的要求进行许多次登机后

57、根据网络管理的要求进行许多次登记），越区切换和网络移动性管理，如网记），越区切换和网络移动性管理，如网内位置区划分、用户位置更新、用户定位、内位置区划分、用户位置更新、用户定位、越区切换和漫游切换等。越区切换和漫游切换等。3.5.2 蜂窝移动通信呼叫建立过程蜂窝移动通信呼叫建立过程 l1移动台主呼移动台主呼l2移动台被呼移动台被呼l3位置登记位置登记l4通话过程中的越区信道切换通话过程中的越区信道切换3.5.3 越区切换越区切换 l越区切换（也称过区切换，越区切换（也称过区切换，Hand-over或或Hand-off）是指将当前正在进行的移动台）是指将当前正在进行的移动台与基站之间的通信链路从

58、当前基站转移到与基站之间的通信链路从当前基站转移到另一个基站的过程。另一个基站的过程。l该过程也称为自动链路转移（该过程也称为自动链路转移（Auto- matic Link Transfer，ALT）。）。3.5.3 越区切换越区切换 l越区切换通常发生在移动台从一个基站覆越区切换通常发生在移动台从一个基站覆盖的小区进入到另一个基站覆盖的小区的盖的小区进入到另一个基站覆盖的小区的情况下，为了保持通信的连续性，将移动情况下，为了保持通信的连续性，将移动台与当前基站之间的链路转移到移动台与台与当前基站之间的链路转移到移动台与新基站之间的链路。新基站之间的链路。3.5.3 越区切换越区切换 l越区切

59、换包括以下三个方面的问题：越区切换包括以下三个方面的问题：l 越区切换的准则，也就是何时需要进行越区切换的准则，也就是何时需要进行越区切换；越区切换；l 越区切换如何控制；越区切换如何控制；l 越区切换时信道如何分配。越区切换时信道如何分配。3.5.3 越区切换越区切换 l研究越区切换算法所关心的主要性能指标研究越区切换算法所关心的主要性能指标包括：越区切换的失败概率、因越区失败包括：越区切换的失败概率、因越区失败而使通信中断的概率、越区切换的速率、而使通信中断的概率、越区切换的速率、越区切换引起的通信中断的时间间隔以及越区切换引起的通信中断的时间间隔以及越区切换发生的时延等。越区切换发生的时

60、延等。l越区切换分为两大类：一类是硬切换，另越区切换分为两大类：一类是硬切换，另一类是软切换。一类是软切换。3.5.3 越区切换越区切换 l硬切换是指在新的连接建立以前，先中断硬切换是指在新的连接建立以前，先中断旧的连接。旧的连接。l而软切换是指既维持旧的连接，又同时建而软切换是指既维持旧的连接，又同时建立新的连接，并利用新、旧链路的分集合立新的连接，并利用新、旧链路的分集合并来改善通信质量，当与新基站建立可靠并来改善通信质量，当与新基站建立可靠连接之后再中断旧链路。连接之后再中断旧链路。l在越区切换时，可以仅以某个方向（上行在越区切换时，可以仅以某个方向（上行或下行）的链路质量为准，也可以同