无线信道无线信道移动台与基站间的一条双向传输通道

第三章移动通信技术移动通信的发展和基本特点（已讲）移动通信的网络结构（已讲）移动通信的区域结构（同频复用，已讲）移动通信的话务理论（已讲）移动通信的多址技术3.2.1单位无线区群的选择正六边形无线区群的构成正六边形小区→

单位无线区群→平面服务区

单位无线区群的选择构成条件：1、若干个无线区群能彼此邻接；

2、相邻单位无线区群中的同频小区中心间隔距离相等构成条件可表示为：N=a2+ab+b2

N为无线区群中的小区数

a、b为0或正整数，但不能同时为0单位无线区群3.2.2单位无线区群的选择考虑通信质量，不能产生严重的同频干扰；考虑频率利用率，即同频复用距离。频率分配时，每个无线小区一个信道组；每个无线区群一组信道组，不同无线区群可采用相同信道组。3.2.2单位无线区群的选择例：三频制、四频制、七频制无线区群同频复用技术不同颜色代表不同频率载频小区同频复用距离同信道小区确定AN=19AAAAAA移动通信系统中的干扰互调干扰：系统设备中的非线性引起的，非有用信号混入邻道干扰：同频干扰：频道重复利用所造成

同频小区的寻找N=a2+ab+b2在A小区跨越a个小区，逆时针60度跨越b个小区N=7,a=1,b=2的七频组2.1.3激励方式中心激励：全向天线实现顶点激励：定向天线实现2.1.5小区分裂增大系统容量、降低用户密度，适应用户增长一分三方式、一分四方式2.1.4小区增加无线区域的划分和组成，应根据地形地物情况、容量密度、通信容量、频谱利用率等因素综合考虑；例：容量密度不等时的区域划分移动通信网络结构大容量小区制的区域结构组成：无线小区→基站区→位置区→MSC区→业务区→PLMN移动通信网络结构：二级网络、三级网络、四级网络集中交换方式、分散交换方式常用三级集中交换式网络结构2.2移动通信系统的信道结构信道概念：通信网络中一条双向的信息传输通道；类型：话音信道、控制信道；有线信道、无线信道无线信道移动台与基站间的一条双向传输通道，使用两个分开的无线频率，上下行信道间的载频间隔为双工间隔。上行信道：由移动台发射，基站接收下行信道：由基站发射，移动台接收2.2移动通信系统的信道结构不同系统中信道的含义：模拟系统中：信道=频道f1f1’GSM系统中：信道=某载频上的一个时隙CDMA系统中：信道=一个正交的地址码信道独立信道：用户在一个指定的信道中工作，频率利用率不高；信道共用：小区内任何用户都可以选择空闲信道；多信道共用：提高了频率利用率2.2.1多信道共用信道共享，就是将同一个信道供多个用户同时使用并保证互不干扰。信道共享可以提高信道资源的利用率。实现信道共享的技术：多址技术

FDMA、TDMA、CDMA

2.2.1多信道共用2.2.2多信道共用多信道共用，存在两种中继方式1、不对呼叫请求进行排队呼叫阻塞，拒绝进入2、对呼叫请求进行排队2.3话务理论2.3.1呼叫话务量A单位时间（1小时）内呼叫次数与每次呼叫的平均占用信道时间之积，即A=C×t单位：爱尔兰

（Erl）

1Erl表示一个小时内不断占用一个信道的话务量完成话务量A0：呼叫成功接通的话务量损失话务量AL

2.3.2呼损率B呼损率B：通信系统中，造成呼叫失败的概率呼损率的物理意义：损失话务量与呼叫话务量之比的百分数（也可用呼叫次数表示）B

=（AL/A）×100%2.3.3繁忙小时集中率K忙时、非忙时考虑用户数与信道数时应用采用忙时话务量忙时话务量：最繁忙的一小时的话务量繁忙小时集中率：忙时话务量与全日（24小时）话务量的比值

K=忙时话务量/全日话务量2.3.4每用户忙时话务量A用户A用户=CTK/3600（Erl/用户）

C为每天平均呼叫次数；T为每次呼叫平均占用时间(s)；K为繁忙小时集中率

A用户是一个统计平均值对于公用移动通信系统，用户忙时的话务量按0.01Erl/用户来计算

2.3.5每信道容纳的用户数mm=(A/n)/A用户

A/n为每信道平均话务量，A可由爱尔兰呼损表查得。

每个信道所容纳的用户数与在一定呼损条件下系统所能负载的话务量成正比，与每用户忙时话务量成反比。1.已知总话务量A、最忙时用户平均话务量A用户

u=A/A用户---------------系统最多容纳的用户数2.话务量的时间要统一3.已知u,n为系统的信道数

m=u/n---------每个信道允许的最多用户例如：C=3次/天，T=120s/次，K=10%，n为信道数A用户=CTK/3600（Erl/用户）假如已知A（总话务量）u=A/A用户总用户数m=u/n

每个信道用户数例：B=0.05,A用户=0.01Erl/用户，1、如果信道数n=5，每个信道最大用户数m=？ B、n——A查表得A=2.218,u=2.218/0.01=2212、如果：u=700个用户，n=?若需设计一移动通信系统，用户容量要求为600户，每天每个用户平均呼叫5次，占用信道时间为60秒，呼损率要求为10%，忙时集中率为0.125，问需要多少信道才能满足600个用户的需要？已知用户话务量A用户=0.02Erl/用户，1、如果要求呼损率为10%，现有70个用户，需共用的频道数为多少？2、如果920个用户共用18个频道，那么呼损率是多少？2.3移动通信中的多址技术FDMA方式TDMA方式CDMA方式SDMA方式2.3.1FDMA1．FDMA系统原理FDMA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的用户。在呼叫的整个过程中，其他用户不能共享这一频段。并排传输1.FDMA系统的工作示意图FDMA系统频谱分割示意图2.FDMA系统中的干扰问题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同频道干扰抑制因子Q的选择。

Q=D/R

（3-6）式中，D为同信道小区的距离（即同频小区的距离）；R为小区半径。3.FDMA系统的特点①FDMA信道每次只能传送一路电话。②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。③基站复杂庞大，重复设置收发信设备。④越区切换较为复杂和困难。⑤技术容易实现，相互干扰，保密性差。2.3.2TDMA方式TDMA系统原理TDMA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，分配给一个用户。1.TDMA系统的工作示意图2.TDMA帧结构3.TDMA系统的同步与定时同步和定时是TDMA移动通信系统正常工作的前提。TDMA的帧同步和位同步是由帧结构的细节来保证的。（1）位同步（2）帧同步（3）系统定时4．TDMA系统的特点（1）TDMA用不同的时隙来发射和接收，因此不需双工器。（2）基站复杂性减小。（3）抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大。（4）越区切换简单。2.3.3CDMA方式1．CDMA系统原理CDMA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。CDMA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。1.CDMA系统原理2．CDMA系统的特点①CDMA系统的许多用户共享同一频率，不管使用的是TDD还是FDD技术。②通信容量大。③容量的软特性。2．CDMA系统的特点④由于信号被扩展在一较宽频谱上从而可以减小多径衰落。⑤在CDMA系统中，信道数据速率很高。⑥平滑的软切换和有效的宏分集。⑦低信号功率谱密度。2.3.4SDMA(空分多址)核心技术：智能天线的应用利用空间分割构成不同的信道，天线给每个用户分配一个点波束；处于不同位置的用户可以在同一时间使用同一频率和同一码型而不会相互干扰。2.3.5系统容量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系统输入话务总量（Erlang）。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、基站设置方式等有关。三种系统容量的比较CDMA系统的容量是干扰受限的，而FDMA和TDMA系统的容量是带宽受限的。（1）模拟TACS系统，采用FDMA方式（2）数字时分GSM系统，采用TDMA方式（3）数字CDMA系统三种体制系统容量的比较结果为

mCDMA

16mTACS

9mGSM频率复用效率(系数)FDMA

:7区群结构,满足载干比(C/I)>

18dB的要求，频率复用效率为1/7。TDMA:4区群结构，满足载干比>9dB的要求，频率复用效率为1/4。CDMA，效率取决于相邻近小区用户的干扰，频率复用效率约为2/3，相当于l.5区群结构。小结小区制：半径<300m无线区群：频率互不相等的最小结构体1、同频复用：提高频率、信道利用率2、网络组成：NSS:MSC\VLR\HLR

BSS:BSC\BTSMSOMC3、多址技术：区分用户信道、提高信道利用率4、话务分析：解决用户数和信道数的关系5、位置更新与软切换课前小知识：（1）、功率绝对值（2）、服务区（3）、BCCH信道常识一通常GSM基站的发射功率为43dbm，20wCDMA目前一般是38dbm左右，不到10W3GRRU功率12W，最大支持6载波，每载波33dBm,2w常识一手机最大发射功率为2W，约为33dbm。CDMA手机的最大发射功率只有15dBm

常识二GSM协议规定，手机发射功率是可以被基站控制的（通过下行SACCH）信道。GSM900手机发射的最低功率为5dBm，约为3.2mW；最大功率为33dBm，约为2W。知识链接一：dbm与wdBm（分贝毫瓦）是一个以1mW为基准，表征功率绝对值，计算公式为：10lgP（功率值/1mw），是表示无线信号的辐射强度功率无线电信号的辐射功率单位为W（瓦）

[例1]

如果发射功率P为1mw，折算为dBm后为0dBm。

[例2]

假设一个基站为40W的功率，按dBm单位进行折算后的值应为：

10lg（40W/1mw)=10lg（40000）=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。=10lg(4*10^4)=20*lg2+40=46dbm常见功率发射功率40W对应的信号强度功率是46dBm发射功率20W对应的信号强度功率是43dBm发射功率5W对应的信号强度功率是37dBm发射功率2W对应的信号强度功率是33dBm发射功率1W对应的信号强度功率是30dBm

发射功率1mW对应的信号强度功率是0dBm20/40/60wbBm与w的关系信号每增加3dBm，信号发射功率变为2倍，信号每增加10dBm，信号发射功率就变为10倍

假设某无线信号强度功率是37dBm，求对应的发射功率为多少？45dbm呢？=30+5*3=1W*2^5=32W43dbm呢？知识链接二：服务区的划分扇区——》小区——》基站区BSC——》位置区——》MSC区——》PLMN区扇区、小区与基站区扇区：一个小区分为几个扇区，每个扇区分配几个载频，相邻扇区不同小区：通常基站区即为小区，有一个基站基站区：同一个基站控制器所控制的一个或多个小区位置区与MSC区位置区：不需要位置更新，同一个LAI号码，若干基站区构成，或一个或多个BSCMSC区：一个移动业务交换中心控制PLMN区：知识链接三：常见信道BCCH：广播信道(BroadcastControlChannel)

下行，公用信道，TS0广播本小区的通用信息主要有小区的所有频点、邻小区的

BCCH频点、LAI(LAC+MNC+MCC)TCH：业务信道2个随路信道SACCH：慢速随路控制信道SlowAssociated

传送MS接收到的关于服务及邻小区的信号强度的测量报告；在下行方向，它用于MS的功率管理和时间调整——功率控制FACCH：快速随路控制信道FastAssociated借用20ms的话音时间来传送切换信令2.4移动通信中的控制与交换移动台位置登记通话中的越区切换漫游2.4.1位置登记（位置更新）LA是由一个或几个BTS来处理的区域1、移动台的状态1、MS关机——》分离状态2、MS开机但空闲——》附着开机后：测试——占用BCCH信道3、MS通信：BCCH信道传送信号越区时，MS通知MSC新位置2、位置更新网络对移动用户当前位置必须跟踪MS必须在进入新LA时通知系统在同一个LA内，MS可以自由的移动而不需要通知系统位置更新：LA更改，修改VLR和HLR数据库2、位置更新MS由小区1

小区2位置区不变不需位置更新位置更新MS由小区3

小区2

由LA2LA1，需位置更新，由同一个MSC控制

MS由小区3

小区5

由LA2LA3，需位置更新，由不同的MSC控制3、位置更新的形式1、普通位置更新－－指不同LA间的位置更新

MS将从BCCH接受到的和SIM卡中的LAI相比较2、IMSI附着－－指用户开机的位置更新3、位置更新的形式3、IMSI分离－－指用户关机，或者取出

SIM卡时的位置更新4、周期性位置登记－－指移动台定期向网络进行位置登记，周期位置更新时间参数由网络维护人员来定义。

2.4.2越区切换当移动台从一个小区（指BS或者BS的覆盖范围）移动到另一个小区时，为了保持移动用户的不中断通信需要进行的信道切换称为越区切换。

1、判定越区切换的准则触发切换的原因有以下几种：–基于功率预算的切换–基于接收电平的切换（救援性电平切换）–基于接收质量的切换（救援性质量切换）–基于距离的切换–基于话务量的切换

2、硬切换和软切换

硬切换：新的连接建立前，先中断旧的连接。例如GSM系统。软切换：指既维持旧的连接，又同时建立新的连接。例如CDMA系统。更软切换：同一个小区不同扇区的切换

3、越区切换的分类同一MSC基站之间的越区切换1、同一LA之间,同一BSC之间2、不同LA之间3、同基站内不同扇区不同MSC之间不同运营商之间的切换

越区切换示意图4、越区切换的准则1）相对信号强度准则1A处将有发生越区切换2）具有门限规定的相对信号强度准则2

在门限为Th2时，在B点发生越区切3）具有滞后余量的相对信号强度准则3防止乒乓效应乒乓效应信号波动引起移动台在两个基站之间来回重复切5、越区切换控制①移动台控制的越区切换移动台连续监测基站信号强度和质量，选择最佳候选基站，发送越区切换请求小系统常采用，在大系统中容易引起切换冲突。

②网络控制的越区切换基站监测移动台的信号强度和质量，指定向另一个基站的越区切换缺点：若MS失去联系，将造成信号中断切换时间长，可达10S。

第一代模拟系统采用此方法

③移动台辅助的越区切换移动台测量信号，根据结果，网络决定何时切换到哪一个基站。第二代系统GSM，CDMA都采用此方法特点：时间快，切换过程1s~2s

信号中断<1s

6、

GSM采用的越区切换采用移动台辅助切换法：由移动台来测量本基站和周围基站的信号强度，把测得结果送给BSC或MSC进行分析和处理，网络从而做出有关过区切换的决策。

越区切换的三种情况（1）同一个BSC控制区内不同小区之间的切换，也包括不同扇区之间的切换。

MS——

BSC：原基站和周围基站的信号BSC发出切换命令

MS切换到新TCH信道后告知BSCBSC通知MSC/VLR（1）同一个BSC的切换（2）同一个MSC/VLR业务区内，不同BSC控制区的小区之间的切换。由MSC负责切