《移动通信》第5章蜂窝组网技术概况

1、第5章蜂窝组网技术5. 1移动通信网的基本概念5. 2频率复用和蜂窝小区5. 3系址接技术5.4码分多址关键技术5. 5蜂窝移动通信系统的容量分析5. 6 CDMA系统中的功率控制5.7切换、位置更新5. 8移动通信网结构地面网络服务区内各塞站的相互连接基站与固定网络地面网络服务区内各塞站的相互连接基站与固定网络y 5.1移动通信网的基本概念移动通信网络结构多址接入空中网络（ 频率复用和蜂窝小区切换和位置更新移动通信网的基本概念蜂窝式组网理论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形的覆盖区域小功率发射：一个较低功率的发射机服务一个蜂窝小区, 在较小的区域内设

2、置相当数量的用户频率复用：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，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优点：缓解了频率资源紧缺，增加了系统容量缺点：同频干扰5.1.25.1移动通信网的基本概念5.1.25.1移动通信网的基本概念蜂窝式组网理论多信道共用：由若干无线信道组成的移动通信系 统，为大量的用户共同使用并且仍能满足服务质 量的信道利用技术越区切换：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 不中断通信过程5.1.35.1移动通信网的基本概念5.1.35.1移动通信网的基本概念移动通信网的基本组成SSOMS服蜂过 线形通

3、SSOMS服蜂过 线形通 无边， 信六成信 通正而通 动多盖众联 移许覆公互(PSTN、PSDN)移动通信系统包括移动交换子系统(SS) 操作维护管理子系统(OMS) 基站子系统(BSS)移动台(MS)是一个完整的信息传输实体5.1移动通信网的基本概念5.1移动通信网的基本概念移动通信网的基本组成基站子系统(BSS)和移动交换子系统(SS)共同建立呼叫BSS提供并管理移动台和SS之间的无线传输通道 SS负责呼叫控制功能，所有呼叫都经由SS建立连接操作维护管理子系统(QMS)负责管理控制整个移动网移动台(MS)由移动终端设备和用户数据两部分组成用户识别卡(SIM)与移动终端设备分离，用于存放 用

4、户数据5.2频率复用和蜂窝小区5.2频率复用和蜂窝小区作用：解决频率资源有限和用户容量问题区域覆盖方式分类：小容量的大区制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 只能适用于小容量的通信网大容量的小区制频率复用：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小区，但各小区可重 复使用频率带来同频干扰的问题切换和位置管理：信道切换原理位置管理5.2频率复用和蜂窝小区区域覆盖方式频率复用和覆盖方式：带状服务覆盖区面状服务覆盖区簇小区的覆盖形状同频干扰同频相邻小区的找法5.2频率复用和蜂窝小区区域覆盖方式频率复用和覆盖方式：带状服务覆盖区面状服务覆盖区

5、簇小区的覆盖形状同频干扰同频相邻小区的找法双频组频率配置三频组频率配置5.2频率复用和蜂窝小区共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇同一个小区簇内，要使用不同的频率q=D/R=4.6不同的小区簇间使用对应的相同频率q=D/R=4.65.2频率复用和蜂窝小区由于地形地貌、传播环境、衰落形式的多样性，小区5.2频率复用和蜂窝小区由于地形地貌、传播环境、衰落形式的多样性，小区5.2频率复用和蜂窝小区小区的覆盖形状采用六边形的原因:用最少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式基站发射机位置: 中心激励小区 顶点激励小区实际形状：的实际无线覆盖是一个不规则的形状

6、同频干扰小区簇的意义频率复用距离与小区簇的关系载波干扰比与小区簇的关系一个共有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/37V5.2频率复用和蜂窝小区5.2频率复用和蜂窝小区载波干扰比与小区赧的关系一般模拟移动通信系统要求 C/l 1，假设n取值为4,根据C = (R)”C = (R)”(屈) 7= L = -L-可得出，簇N最小为6.49,故一般取簇N的最小值为70数字移动通信系统中，C/I =1 -OclB ,所以可以采用较小的N值。5.2频率复用和蜂窝小区同频相邻小区的找法5.2频率复用和蜂窝小区沿着任何一条六边形链移动i个小区逆时针旋转60度再移动j个小区

7、5.2频率复用和蜂窝小区i=3 j=2 N=195.2频率复用和蜂窝小区5.2.2切换和位置管理切换：将处于通话状态的MS核移到新的业务信道上（新的小区）的 过程目的：实现蜂窝移动通信的“无缝隙”攫盖,即当移动台从一个小 区进入另一个小区时，保证通信的连续性切换的操作：识别新的小区金能给移动台在新小区的话音信道和控制信道引起切换的原因：信号的强度或质量下降到由系统规定的一定参数以下，此时移 动台被切换到信号强度较强的相邻小区。由移动台发起。由于某小区业务信道容量全被占用或几乎全被占用,这时移动台被切换到业务信道容量较空闲的相邻小区。由上级实体发起。5.2频率复用和蜂窝小区5.2频率复用和蜂窝小

8、区要求：切换必须顺利完成，并且尽可能少地出现，同时要使用户觉 察不到（1）切换门限要恰当（2）切换前对信号的监视：保 证信号电平的下降确实由于移动台正离开当前基站第一代模拟蜂窝系统由基站完成，由MSC管理信号能量检测:数字TDMA第二代系统 移动台辅助切换（MAHO）处理切换请求的方法:-信道监视方法目的：使切换请求优先于初始呼叫请求原理：保留小区中所有可用信道的一小部分，专门为那些可能要 切换到该小区的通话所发出的切换请求服务-对切换请求进行排队I4的：减小由于缺少可用信道而强迫中断的发生概率原理：信号强度下降到切换门限以下和因信号太弱而通话中断之 间的时间间隔是有限的5.2频率复用和蜂窝小

9、区5.2频率复用和蜂窝小区位置更新目的：把一个呼叫传送到随机移动的用户主要任务：位置登记：已知移动台的实时位置信息时，更新位置数据库和认证 移动台呼叫传递: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（Yisitor Location Register访问 寄存器）中可用的位置信息来定位移动台涉及问题：位置更新（Location Update）解决移动台如何发现位置变化以及何时报告当前位置的问题位置寻呼（Location Paging）解决如何有效地确定移动台当前处于哪一个小区的问题5.3多址接入技术5.3多址接入技术频分多址方式(

10、FDMA)多址接入方式时分多址方式(多址接入方式时分多址方式(TDMA)码分多址方式(CDMA)I空分多址方式(SDMA)多址接入方式建立多址接入时区分信道的依据频分多址方式(FDMA)传输信号的载波须率不同-时分多址方式(TDMA)传输信号存在的时间不同码分多址方式(CDMA)传输信号的码型不同空分多址方式(SDMA)空间分割不同5.3多址接入技术5.3多址接入技术目前应用的多址方式：频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)及其 混合方式等5.3多址接入技术1、FDMA方式频谱分割原理主要干扰特点每个用户分配一个信道，即一对频谱较高的频谱用作前向信道即基站向移动台方向

11、的信道 较低的频谱用作反向信道即移动台向基站方向的信道必须同时占用2个信道（2对频谱）才能实现双工通信 基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号 任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的 中转5.3多址接入技术设置频道间隔，以免因系统的频率漂移造成频道间重叠 前向信道与反向信道之间设有保护频带用户频道之间，设有保护频隙FDMA系统频谱分割示意图5.3多址接入技术 FDMA的主要干扰5.3多址接入技术 FDMA系统的特点每信道占用一个载频，信道的相对带宽较窄，即通常 在窄带系统中实现符号时间 平均延迟扩展（丁$0丁），所以码间 干扰较少，无需自适应均衡基站复杂庞大，易产生信道间的互调干扰必须

12、使用带通滤波器来限制邻道干扰越区切换复杂，必须瞬时中断传输，对于数据传输将 带来数据的丢失5.3多址接入技术2、TDMA方式工作原理系统特点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5.3多址接入技术TDMA系统TDMA系统I：作示意图TDMA帧结构5.3多址接入技术5.3多址接入技术 TDMA系统的特点突发传输的速率高，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

13、用自适应均衡不需双工器基站复杂性小，互调干扰小抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大5.3多址接入技术越区切换简单，可在无信息传输时进行，不会丢失数据5.3多址接入技术3、CDMA方式工作原理系统特点存在问题码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5.3多址接入技术 CDMA系统的特点多用户共享同一频率通信容量大容量的软特性：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由于信号被扩展在一较宽频谱上而

14、可以减小多径衰落信道数据速率很高，无需自适应均衡低信号功率谱密度的好处/抗窄带干扰能力强/对窄带系统的干扰很小，有可能与其它系统共用频段平滑的软切换和有效的宏分集，不会引起通信中断5.3多址接入技术5.3多址接入技术母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5.3多址接入技术5.3多址接入技术 CDMA系统存在的问题多址干扰原因：不同用户的才,频序列不完全正交，力频码集的非

15、零互相关系数会引起用户间的相互干扰“远-近”效应原因：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率相差很大，强信 号对弱信号有着明显的抑制作用解决方法：使用功率控制5.3多址接入技术5.3多址接入技术4、4、SDMA方式通过空间的分割来区别不同的用户常与FDMA、TDMA、CDMA结合使用工作原理_乙蜂窝系统中反向链路的困难自适应式阵列天线自适应式阵列天线SCDM系统工作示意图M更用定向波束天线在不同用户方向上形成不同的波束相同的频率（在TDMA或CDMA系 统中）或不同的频 率（在FDMA系统中）用来服务于被天线波束覆盖的 这些不同区域5.3多址接入技术5.3多

16、址接入技术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 必须动态控制对用户端发射功率用户端的发射功率 必须动态控制对用户端发射功率 的控制程度受限各用户和基站间无线传播路径的不同发射受到用户单元 电池能量的限制采用空分多址方 式反向控制用户 的空间辐射能量5.3多址接入技术5.3多址接入技术口适应式阵列天线自适应式天线提供了最理想的SDMA无穷小波束宽度无穷大快速搜索能力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同信道干扰5.4码分多址关键技术5.4码分多址关键技术扩频通信基础地址码技术扩频码的同步5.4.15.4码分多址关键技术5.

17、4.15.4码分多址关键技术扩频通信基础1、扩频通信：是一种信息传输方式，用来传输信息的 信号带宽远远大于信息本身的带宽频带扩展扩频调制扩频系统（ s 2、理论基础：香农定理 c = wr iog2 i + I N）5.4码分多址关键技术3、扩频方法扩频方法变间频跳时扩带性频宽线调5.4码分多址关键技术码分多址复用(CDMA)功率小，隐蔽性扩频系统的特点保密性抗干扰性强抗衰落能力强5.4码分多址关键技术4、直扩系统有接序列调制系统原理框图5.4码分多址关键技术基 PIS-95 的 CDMA 通信系统125M示意图5.4码分多址关键技术5、跳频系统跳频系统的原理方框图5.4码分多址关键技术跳频系

18、统的原理方框图5.4码分多址关键技术5.4.2地址码技术对于CDMA2000系统下行链路，短的伪随机码用以区分 基站，Walsh码用以区分用户，他们统一构成地址码。地址码的选择直接影响CDMA系统的容量、抗干扰能力、 接入和切换速度等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：伪码的比特率应能满足扩展带宽的需要；伪码应具有尖锐的向相关特性，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，即近似连续漕， 且均匀分布。5.4码分多址关键技术5.4.2地址码技术5.4码分多址关键技术5.4码分多址关键技术1、m序列m序列是一种周期性伪随机序列，由带线性反馈的移 存器产生的周期最长的一种序列。周期是尸 =25, n 是移位寄存器的级数。m序列是一伪随机序列，具有与随机噪声类似的尖锐 自相关特性。但它不是真正随机的，而是按一定的规 律形式周期性地变化。在定时严格的系统中，我们可以采用