移動通信第五章蜂窩組網(wǎng)技術(shù)

主要內(nèi)容5.1移動通信網(wǎng)的基本概念5.2頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)5.3多址接入技術(shù)5.4

碼分多址關(guān)鍵技術(shù)5.5蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量分析5.6CDMA系統(tǒng)中的功率控制5.7切換、位置更新目前一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)主要內(nèi)容5.1移動通信網(wǎng)的基本概念5.2頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)5.3多址接入技術(shù)5.4

碼分多址關(guān)鍵技術(shù)5.5蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量分析5.6CDMA系統(tǒng)中的功率控制5.7切換、位置更新目前二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.1移動通信網(wǎng)的基本概念移動通信網(wǎng)絡(luò)組成空中網(wǎng)絡(luò)多址接入頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)多信道共用

切換和位置更新地面網(wǎng)絡(luò)各基站相互連接基站與固定網(wǎng)絡(luò)的連接目前三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)主要內(nèi)容5.1移動通信網(wǎng)的基本概念5.2頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)5.3多址接入技術(shù)5.4

碼分多址關(guān)鍵技術(shù)5.5蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量分析5.6CDMA系統(tǒng)中的功率控制5.7切換、位置更新目前四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.2頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)移動通信網(wǎng)的區(qū)域覆蓋方式分為兩類小容量的大區(qū)制大容量的小區(qū)制小容量大區(qū)制一個(gè)基站覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)天線架設(shè)高發(fā)射功率大頻譜效率低，小容量的通信網(wǎng)控制方式簡單、設(shè)備成本低

大區(qū)制移動通信網(wǎng)BSMS1MS3MS2目前五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)小容量的大區(qū)制提高覆蓋半徑是大區(qū)制需解決的問題決定覆蓋半徑的因素：地球的曲率限制了傳輸?shù)臉O限范圍地形環(huán)境影響，信號傳播可能產(chǎn)生盲區(qū)多徑反射限制了傳輸距離移動臺發(fā)射功率小，上行信號傳輸距離有限（上下行傳輸增益差可達(dá)6～12dB）目前六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)BS

大區(qū)制設(shè)置分集接收臺示意圖小容量的大區(qū)制MS1解決上行信號問題的辦法：設(shè)置分集接收臺基站發(fā)射用全向天線，接收用定向天線提高基站接收靈敏度MS2RdRdRd目前七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.2頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)大容量小區(qū)制將服務(wù)區(qū)劃分成許多小面積覆蓋區(qū)域，用一個(gè)小功率的發(fā)射機(jī)來服務(wù)一個(gè)小面積覆蓋區(qū)。基本小區(qū)有：（R：小區(qū)半徑）超小區(qū)：R

＞20km（農(nóng)村）宏小區(qū)：R

＝1～20km（人口稠密地區(qū)）微小區(qū)：R

＝0.1～1km（城市繁華區(qū)）微微小區(qū)：R

＜0.1km（辦公室、家庭）目前八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)大容量的小區(qū)制優(yōu)點(diǎn)：提高頻率利用率，組網(wǎng)靈活缺點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成復(fù)雜小區(qū)制移動通信系統(tǒng)分兩種帶狀服務(wù)覆蓋區(qū)面狀服務(wù)覆蓋區(qū)目前九頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)帶狀服務(wù)覆蓋區(qū)可采用多個(gè)頻率組復(fù)用ABABABABCABC雙頻組三頻組頻率復(fù)用(區(qū)群)同頻小區(qū)目前十頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)大容量的小區(qū)制組網(wǎng)時(shí)需確定重疊區(qū)及載波/同頻干擾比重疊區(qū)重疊區(qū)太大，越區(qū)干擾大重疊區(qū)小，弱電場區(qū)可能多。f1ABf2af1ABf2a目前十一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)簇（區(qū)群）：共同使用全部可用頻率的N個(gè)小區(qū)叫做一簇(區(qū)群）頻率復(fù)用：將可用頻道分N組，區(qū)群內(nèi)的每個(gè)小區(qū)使用不同的頻率組，而相鄰區(qū)群重復(fù)使用相同的頻率組分配模式同頻小區(qū)：同頻小區(qū):使用同一組頻率的小區(qū)同頻干擾：同頻小區(qū)之間的信號干擾叫做同頻干擾（也叫同道干擾）目前十二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)采用六邊形的原因全向天線的覆蓋區(qū)是圓形一般來說，小區(qū)形狀應(yīng)該是規(guī)則結(jié)構(gòu)：圓形（全向天線），三角形，正方形，六邊形蜂窩的由來：對于同樣大小的服務(wù)區(qū)域，采用正六邊形構(gòu)成小區(qū)所需的小區(qū)數(shù)最少，無重疊區(qū)，故所需的頻率組數(shù)也最少，最經(jīng)濟(jì)。僅有理論分析和設(shè)計(jì)意義。r實(shí)際小區(qū)：不規(guī)則形目前十三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)

補(bǔ)充：系統(tǒng)頻譜的分配(以FDD系統(tǒng)為例)頻率上行鏈路工作頻段下行鏈路工作頻段fifpfjfq按頻道間隔進(jìn)行信道劃分1234

S下行鏈路工作頻段信道分組14

頻率組A25

頻率組B37

頻率組CN個(gè)頻率組分給一個(gè)區(qū)群，相鄰區(qū)群重復(fù)使用ACBACBN=3目前十四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.2頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)

構(gòu)成簇的基本條件：基本圖案（簇）能彼此鄰接且無空隙地覆蓋整個(gè)面積。相鄰單元（簇）中，同頻道的小區(qū)間距離相等，且為最大。區(qū)群的大?。篘目前十五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)

滿足上述兩個(gè)條件的簇的形狀和簇內(nèi)小區(qū)數(shù)N是有限的，并且N應(yīng)該滿足下式：

i

和j分別為相鄰?fù)l小區(qū)之間的二維距離（相鄰小區(qū)數(shù)），都為正整數(shù)，不能同時(shí)為零28272521191613129743N435434323221j230120120101i目前十六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.2頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)

簇間同頻小區(qū)位置的確定沿著任意一條六邊形邊的垂線方向移動i個(gè)小區(qū)，并逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)60°，再移動j個(gè)小區(qū)。圖2.3確定同頻小區(qū)的方法AiAAAAAADjj目前十七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.2頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)

利用尋找同頻小區(qū)的方法確定簇例如：N=3,i=1,j=1AAAAAAABCCCCCCBBBBBBCA目前十八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.2頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)常見正六邊形區(qū)群的圖案ACBN=3,i=1,j=1DACBN=4,i=0,j=2N=7,i=1,j=2DCBAEFG目前十九頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.2頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)思考：畫一個(gè)N=4的蜂窩系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，要求至少包括3個(gè)區(qū)群，將簇中小區(qū)所用頻率組用A,B,C,D標(biāo)識。1.N=4對應(yīng)的2維坐標(biāo)：

i=0,j=2DACBDACBDACB3.確定相鄰區(qū)群的位置2.N=4的基本區(qū)群形狀：DACBN=4,i=0,j=2目前二十頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.2頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)同頻小區(qū)之間的距離D目前二十一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)H為小區(qū)中心到邊的距離

相鄰j個(gè)小區(qū)的中心距離同頻小區(qū)之間的距離DAA120目前二十二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.2頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)由于R是小區(qū)的半徑，有帶入有目前二十三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.2頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)

一定要用尋找相鄰?fù)l小區(qū)的方法確定相鄰區(qū)群的位置才能保證同頻小區(qū)間距離最大：

以N=4,i=0,j=2為例，思考DACBDACBDACBDACBD=3R錯(cuò)誤正確目前二十四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.2頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)全向小區(qū)系統(tǒng)C/I的計(jì)算如圖，同頻小區(qū)圍繞著某一小區(qū)可分為多層。來自第一層的同頻干擾最強(qiáng)。分析時(shí)，可只考慮第一層同頻干擾。同頻小區(qū)分布1第一層111111第二層1111第三層11目前二十五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)全向小區(qū)系統(tǒng)C/I的計(jì)算兩種同頻干擾的影響(a)BS接收(b)MS接收MSMSMSMSMSMSBSMSBSBSBSBSBSBSMSRDBS目前二十六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)

設(shè)所有BS發(fā)射功率相同，同頻復(fù)用距離為D，小區(qū)半徑為R，干擾臺離MS的距離分別為Dk(k=1,2…m)MSBSBSBSBSBSBSRDBSD1D2D3D4D5D62)有效信號：3)無效信號：4)全向小區(qū)系統(tǒng)C/I：目前二十七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.2頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)若干擾基站與移動臺的距離相等，D=Dk，則移動臺的載干比可近似表示為則目前二十八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.2頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)同頻復(fù)用比Q:與區(qū)群的大小有關(guān)N越小,Q的值越小,C/I越小；N越大,Q的值越大,C/I越大可以提高傳播質(zhì)量，因?yàn)橥l干擾小目前二十九頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)將最短干擾距離

帶入計(jì)算：以此C/I值為依據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，即使是在業(yè)務(wù)繁忙時(shí)也能有好的系統(tǒng)性能最壞情況下的同頻干擾RDDD-RD-RD+RD+RMSBSBSBSBSBSBSBS最壞情況下全向天線系統(tǒng)C/I的計(jì)算目前三十頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)某中心激勵(lì)的蜂窩通信系統(tǒng)，假設(shè)各基站發(fā)射功率相同，發(fā)射小區(qū)半徑R=1km，同時(shí)受到相鄰2個(gè)同頻小區(qū)的干擾，其干擾距離分別為D1=3km，D2=2km

(路徑損耗因子為4)，試求其同頻干擾比？目前三十一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)32例：蜂窩小區(qū)N=7的模式，設(shè)n=4，問其載干比?解如果，N=4時(shí)，一般模擬通信系統(tǒng)要求C/I>18dB數(shù)字通信系統(tǒng)要求C/I在7~10dB目前三十二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)

例,蜂窩移動通信系統(tǒng)，若使載干比C/I（假設(shè)路徑傳輸損耗因子n為4，并且只考慮第一層同頻干擾）大于13dB，請問區(qū)群大小N應(yīng)該為多少？解：同時(shí)N應(yīng)滿足區(qū)群構(gòu)成條件，即N可為4,7,9……，所以區(qū)群大小N至少為4時(shí)，才能滿足系統(tǒng)的載干比要求目前三十三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)設(shè)蜂窩移動系統(tǒng)共有S個(gè)不同的雙向信道其簇的大小為N簇內(nèi)每個(gè)小區(qū)分配有K個(gè)信道小區(qū)間信道分配各不相同簇在系統(tǒng)中復(fù)制M次則可用無線信道的總數(shù)S=KN信道的總數(shù)C(容量)C=MKN=MSBCAN=3,K=S/NM=3,C=MSAAABCCCBB目前三十四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)例，系統(tǒng)總的可用信道數(shù)S=280，相同區(qū)域內(nèi)，用N=7的區(qū)群需要復(fù)制4次，而用N=4的區(qū)群需要復(fù)制7次，求二者能提供的信道總數(shù)，C/I,Q分別是多少

N=7時(shí)每個(gè)小區(qū)的可用信道數(shù)

則總的可用信道數(shù)

同頻復(fù)用比QN=4時(shí)每個(gè)小區(qū)的可用信道數(shù)

則總的可用信道數(shù)

同頻復(fù)用比Q目前三十五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.2頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)結(jié)論：N越大，則意味著同頻小區(qū)間距離越遠(yuǎn)，同頻干擾越小，容量越小。N越小，則意味著一個(gè)系統(tǒng)中可有更多的區(qū)群，頻譜利用率高，有更多的容量。從提高頻譜利用率的角度，在保持滿意的通信質(zhì)量的前提下，N應(yīng)取最小值為好。目前三十六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.2頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)N↑

D↑

頻率利用率低同頻干擾小N↓

D↓

頻率利用率高同頻干擾大N,D,C/I及頻譜利用率間關(guān)系圖目前三十七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)中心激勵(lì)基站發(fā)射機(jī)位置中心激勵(lì)：基站位于小區(qū)中心，有時(shí)會有輻射陰影。頂點(diǎn)激勵(lì)：在頂點(diǎn)上設(shè)置基站，并采用三個(gè)互成120°的定向天線，以避免輻射陰影

頂點(diǎn)激勵(lì)目前三十八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)蜂窩小區(qū)的系統(tǒng)容量及改善系統(tǒng)容量主要受限于同頻干擾提高系統(tǒng)容量的目的：提高單位面積內(nèi)可用的信道數(shù)。從蜂窩小區(qū)設(shè)計(jì)角度，常見的提高系統(tǒng)容量的方法小區(qū)分裂：降低R，重組小區(qū)，把擁塞的小區(qū)分為幾個(gè)更小的小區(qū)。劃分扇區(qū)：通過使用定向天線，減少同頻干擾。微小區(qū)：既保持R，又降低同頻干擾目前三十九頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)小區(qū)分裂例：1:4分裂法。在原頂點(diǎn)激勵(lì)的基礎(chǔ)上展開，在兩個(gè)原基站連線的中心點(diǎn)上加設(shè)新的基站。ADFGCFDCEDFEGBGCBEBADEFGBCGFBGCBDCEDFE增加新基站的分裂方案(N=7)DCBGFE目前四十頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)定向天線利用定向天線可以降低同頻干擾

m=2或3120°定向覆蓋的同頻干擾

DCBAEFGDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD目前四十一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)實(shí)例

4/12是GSM系統(tǒng)中最常用和最典型的復(fù)用方式

采用4個(gè)基站區(qū)12個(gè)扇形小區(qū)為一簇的頻道組配置,每個(gè)基站分為3個(gè)扇區(qū).適用于話務(wù)量較高和用戶密度較大的地區(qū)目前四十二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.2頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)蜂窩無線系統(tǒng)的典型干擾噪聲——內(nèi)部噪聲，人為噪聲，自然噪聲同頻道干擾定義：相鄰區(qū)群中同頻小區(qū)中同頻信道之間的干擾典型解決方案：組網(wǎng)時(shí)的頻率規(guī)劃目前四十三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)f理想濾波器鄰道干擾定義：來自相鄰的或相近的頻道的干擾主要的產(chǎn)生原因：非理想濾波器典型解決方案：

接收機(jī)濾波器設(shè)計(jì)，最大程度地衰減鄰道干擾組網(wǎng)的頻率規(guī)劃：同一小區(qū)內(nèi)的頻率組有足夠的隔離度實(shí)際濾波器帶外輻射目前四十四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)4互調(diào)干擾定義：非線性器件產(chǎn)生的組合頻率成分落入本頻道造成的干擾主要的產(chǎn)生原因：非線性器件典型解決方案：器件的非線性優(yōu)化處理組網(wǎng)的頻率規(guī)劃：同一小區(qū)內(nèi)的頻率組盡可能避免所產(chǎn)生的組合頻率相互產(chǎn)生互調(diào)干擾目前四十五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)小結(jié)蜂窩結(jié)構(gòu)小區(qū)組網(wǎng)的基本條件：基本圖案能彼此鄰接且無空隙地覆蓋整個(gè)面積。相鄰單元中，同頻道的小區(qū)間距離相等且為最大蜂窩結(jié)構(gòu)小區(qū)組網(wǎng)步驟1.通信質(zhì)量C/I載波/同頻干擾比N2.確定區(qū)群的大小3.考慮鄰道干擾和互調(diào)干擾的抑制分配可用信道目前四十六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)思考題

某蜂窩系統(tǒng)采用BPSK調(diào)制，假設(shè)接收信號為瑞利衰落，用戶要求的誤碼率為10-3，若系統(tǒng)的主要干擾和噪聲只考慮同頻干擾，求能滿足此要求的最小復(fù)用因子N？假設(shè)干擾能近似為高斯分布假設(shè)路徑損耗因子為4已知誤碼率Pb與SIR的關(guān)系為Pb＝0.03/SIR(信號干擾比)目前四十七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)

某蜂窩系統(tǒng)采用BPSK調(diào)制，假設(shè)接收信號為瑞利衰落，用戶要求的誤碼率為10-3，若系統(tǒng)的主要干擾和噪聲只考慮同頻干擾，求能滿足此要求的最小復(fù)用因子N？假設(shè)干擾能近似為高斯分布假設(shè)路徑損耗因子為4已知誤碼率Pb與SIR的關(guān)系為Pb＝0.03/SIR解:由Pb與SIR的關(guān)系,可知SIR=0.03/Pb=30=15(dB)因?yàn)榧僭O(shè)系統(tǒng)的主要噪聲和干擾為同頻干擾,且服從高斯分布可知,SIR≈CIR中心極限定理目前四十八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)主要內(nèi)容5.1移動通信網(wǎng)的基本概念5.2頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)5.3多址接入技術(shù)5.4

碼分多址關(guān)鍵技術(shù)5.5蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量分析5.6CDMA系統(tǒng)中的功率控制5.7切換、位置更新目前四十九頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.3多址接入技術(shù)移動通信網(wǎng)下行鏈路(基站移動臺)各移動臺能識別發(fā)送給本移動臺的信號？2.上行鏈路(移動臺基站)基站如何識別來自各個(gè)不同移動臺的信號？

解決方案：多址接入技術(shù)(MultipleAccess）基站下行鏈路基站上行鏈路移動臺移動臺移動臺移動臺移動臺移動臺目前五十頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.3多址接入技術(shù)多址接入技術(shù)將正交的信號維度（時(shí)域、頻域等）劃分為不同的信道后分配給用戶，以支持多用戶通信。盡量保證不同用戶發(fā)射的信號相互正交目前五十一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)無沖突的多址接入技術(shù)利用信號的正交性劃分信道，使不同用戶發(fā)射的信號相互正交，沒有沖突頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）、空分多址（SDMA）適用于連續(xù)傳輸及時(shí)延受限的業(yè)務(wù)，如話音或視頻。多址技術(shù)的分類目前五十二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)隨機(jī)接入（有沖突的多址接入技術(shù)）不同用戶的信號傳輸是非協(xié)調(diào)的，或者是部分協(xié)調(diào)的，用戶通過競爭使用無線資源。ALOHA、時(shí)隙ALOHA等適用于突發(fā)傳輸?shù)挠脩?。在移動通信系統(tǒng)中，隨機(jī)接入常用于用戶初次接入系統(tǒng)時(shí)。例如，GSM系統(tǒng)的RACH信道。多址技術(shù)的分類目前五十三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)ALOHA的工作過程本課程中主要討論無沖突的多址技術(shù)。目前五十四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)無沖突多址接入的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：信號的正交分割原理c1(t),c2(t),...,cN(t),→CDMAs(f1,t,θ),s(f2,t,θ),...,s(fN,t,θ),→FDMAs(f,t1,θ),s(f,t2,θ),...,s(f,tN,θ),→TDMAs(f,t,θ1),s(f,t,θ2),...,s(f,t,θN),→SDMA碼型函數(shù)目前五十五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)頻分多址(FDMA)：頻道劃分，頻帶獨(dú)享，時(shí)間共享時(shí)分多址(TDMA)：時(shí)隙劃分，時(shí)隙獨(dú)享，頻率共享碼分多址(CDMA)：碼型劃分，時(shí)隙、頻率共享空分多址(SDMA)：空間角度劃分，頻率/時(shí)隙/碼共享移動通信系統(tǒng)一般聯(lián)合使用多種多址方式目前五十六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)典型的多址技術(shù)頻分多址(FDMA)：沿頻率軸將信號維度劃分為不同的頻道，頻帶獨(dú)享，時(shí)間共享。每個(gè)用戶占用一個(gè)頻道，在呼叫的整個(gè)過程中，其他用戶不能共享這一頻段。用戶1用戶2用戶3用戶K目前五十七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)58FDMA系統(tǒng)的頻譜管理(以FDD為例)分配給每個(gè)用戶一對頻譜，分別用于下行和上行

用戶與用戶之間，上下行之間必須有足夠的保護(hù)間隔......反向信道保護(hù)頻帶前向信道保護(hù)頻隙f1’f2’fN’f1f2fN

保護(hù)頻段（隙）的作用：補(bǔ)償濾波特性不理想、鄰道干擾和多普勒擴(kuò)展。目前五十八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)FDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)每信道占用一個(gè)載頻：可以是窄帶，但要滿足業(yè)務(wù)傳輸?shù)囊笠苿优_實(shí)現(xiàn)簡單如果頻帶較窄，無需自適應(yīng)均衡。基站復(fù)雜龐大多部收發(fā)信機(jī)以支持多用戶

需要周密的頻率規(guī)劃限制鄰道干擾和同頻道干擾越區(qū)切換復(fù)雜硬切換，瞬時(shí)信息可能丟失5.3多址接入技術(shù)目前五十九頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)時(shí)分多址(TDMA)：單位：互不重疊并周期重復(fù)的時(shí)隙（TimeSlot，TS）。時(shí)隙獨(dú)享，頻率共享。發(fā)射數(shù)據(jù)采用的是“緩存–突發(fā)”法用戶1用戶2用戶3用戶1TS1目前六十頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)工作過程目前六十一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.3多址接入技術(shù)同步和定時(shí)是TDMA系統(tǒng)正常工作的前提同步位同步：針對每個(gè)比特，是接收機(jī)正確接收符號的基礎(chǔ)。時(shí)隙同步：針對每個(gè)時(shí)隙，是接收機(jī)正確區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)的基礎(chǔ)。幀同步：針對每個(gè)幀，進(jìn)行復(fù)用/解復(fù)用所需目前六十二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)同步UpPTS(160chips)Subframe5ms(6400chip)1.28Mcps.DwPTS(96chips)GP

(96chips)SwitchingPointSwitchingPoint位同步幀同步時(shí)隙同步目前六十三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.3多址接入技術(shù)定時(shí)關(guān)系不同MS到BS的距離差異，導(dǎo)致不同的信號延遲。會使得BS接收到的信號相互交疊解決辦法：設(shè)定保護(hù)時(shí)間（GuardTime）用戶提前發(fā)送保護(hù)時(shí)間>時(shí)延差目前六十四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)

TDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)同步開銷較大突發(fā)傳輸?shù)乃俾矢?，遠(yuǎn)大于語音編碼速率通常為寬帶高速均衡要求較高

要增加系統(tǒng)支持的時(shí)隙數(shù)，需要增加發(fā)射信號速率基站相對FDMA簡單不需要雙工器，也不需要多部收發(fā)信機(jī)越區(qū)切換簡單，可避免數(shù)據(jù)丟失切換可在無信息傳輸時(shí)進(jìn)行目前六十五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)碼分多址(CDMA)：碼型劃分，時(shí)隙、頻率共享CDMA系統(tǒng)為每個(gè)用戶分配各自特定的地址碼（擴(kuò)頻碼）。用戶k用戶3用戶1用戶25.3多址接入技術(shù)目前六十六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)CDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)各用戶地址碼的準(zhǔn)正交性會帶來多址干擾多用戶可共享頻率；容量的軟特性，用戶的增加相當(dāng)于噪聲增加采用擴(kuò)頻和Rake接收，提高抗干擾能力可以單頻組網(wǎng)平滑的軟切換；低信號功率譜密度，加密效果目前六十七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)CDMA系統(tǒng)的軟切換過程每當(dāng)移動臺處于小區(qū)邊緣時(shí)，同時(shí)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的基站向該移動臺發(fā)送相同的信號，移動臺的分集接收機(jī)能同時(shí)接收合并這些信號，此時(shí)處于宏分集狀態(tài)當(dāng)某一基站的信號強(qiáng)于當(dāng)前基站信號且穩(wěn)定后，移動臺才切換到該基站的控制上去，這種切換可以在通信的過程中平滑完成，稱為軟切換

Play目前六十八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)CDMA系統(tǒng)存在問題多址干擾原因：不同用戶的擴(kuò)頻序列不完全正交，擴(kuò)頻碼集的非零互相關(guān)系數(shù)會引起用戶間的相互干擾解決方法：多用戶檢測技術(shù)“遠(yuǎn)-近”效應(yīng)原因：強(qiáng)用戶信號對弱用戶信號的明顯抑制作用解決方法：功率控制目前六十九頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)空分多址（SDMA）方式

通過空間的分割來區(qū)別不同的用戶常與FDMA、TDMA、CDMA結(jié)合使用工作原理蜂窩系統(tǒng)中反向鏈路的困難自適應(yīng)式陣列天線目前七十頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)SDMA的工作原理使用定向波束天線在不同用戶方向上形成不同的波束相同的頻率（在TDMA或CDMA系統(tǒng)中）或不同的頻率（在FDMA系統(tǒng)中）用來服務(wù)于被天線波束覆蓋的這些不同區(qū)域圖SDMA系統(tǒng)工作示意圖目前七十一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)蜂窩系統(tǒng)中反向鏈路的困難反向鏈路的困難原因解決方法用戶端的發(fā)射功率必須動態(tài)控制各用戶和基站間無線傳播路徑的不同采用空分多址方式反向控制用戶的空間輻射能量對用戶端發(fā)射功率的控制程度受限發(fā)射受到用戶單元電池能量的限制目前七十二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)自適應(yīng)式陣列天線自適應(yīng)式天線提供了最理想的SDMA無窮小波束寬度無窮大快速搜索能力提供在本小區(qū)內(nèi)不受其他用戶干擾的唯一信道克服多徑干擾和同信道干擾目前七十三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)典型無線通信系統(tǒng)的多址接入方式GSM:TDMA/FDDIS-95:CDMA/FDDWCDMA:CDMA/FDDCDMA/TDDCDMA2000:CDMA/FDDCDMA/TDD目前七十四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.4CDMA關(guān)鍵技術(shù)擴(kuò)頻的定義用來傳輸信息的信號帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息本身帶寬的一種傳輸方式擴(kuò)頻調(diào)制的思想利用信道帶寬來換取信噪比改善理論基礎(chǔ)香農(nóng)公式：I=WTLog2(1+S/N)目前七十五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)香農(nóng)公式解釋

C=WTLog2(1+S/N)指出了信號間各物理量參量之間的辨證關(guān)系，它為一些不同的通信體制提供了基本原理。用頻帶換取信噪比，它是現(xiàn)代擴(kuò)頻通信的基本原理用信噪比換頻帶，它是多進(jìn)制多電平多維星座調(diào)制通信方式的基本原理用時(shí)間換取信噪比，它是弱信號累積接收的基本原理用時(shí)間換取頻帶目前七十六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)擴(kuò)頻系統(tǒng)帶寬換信噪比單位時(shí)間內(nèi)信道容量

C=1.44×Wln(1+S/N)典型干擾環(huán)境下：S/N<<1C=1.44×W×S/NS固定，N=N0WC=1.44×W×S/(N0W)=1.44×S/N0

上式為頻帶換取信噪比的極限容量目前七十七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.3多址接入技術(shù)無線通信系統(tǒng)的容量：一定頻段內(nèi)所能提供的最大信道數(shù)。衡量無線系統(tǒng)頻譜效率的參數(shù)取決于載波干擾功率比C/I和帶寬Bc。

Bt：系統(tǒng)總頻譜；

Bc：信道帶寬；

N：頻率復(fù)用小區(qū)數(shù)。目前七十八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.3多址接入技術(shù)

FDMA多址方式的系統(tǒng)容量考慮載干比目前七十九頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.3多址接入技術(shù)考慮載干比，TDMA多址方式的系統(tǒng)容量Mslot

：每個(gè)載波有Mslot個(gè)時(shí)隙目前八十頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.3多址接入技術(shù)

CDMA多址方式的系統(tǒng)容量：CDMA系統(tǒng)是干擾受限系統(tǒng)CDMA系統(tǒng)的頻率復(fù)用因子可以為1CDMA的載波干擾比（C/I）：Eb為每比特信號能量。

I0為干擾（包括噪聲）的功率譜密度目前八十一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.3多址接入技術(shù)單小區(qū)上行鏈路的容量理想功率控制，基站接收機(jī)的載波干擾比Pr為基站接收到的每個(gè)移動臺的信號功率m為同時(shí)工作的移動臺數(shù)。帶入可得最大的一個(gè)小區(qū)內(nèi)用戶數(shù)為：目前八十二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)83多址方式FDMA計(jì)算方法(m)典型系統(tǒng)模擬TACS系統(tǒng)系統(tǒng)總頻段帶寬(Bw)1.25MHz頻道間隔(Bc)25kHz信道總數(shù)1.25MHz/25kHz=50簇內(nèi)小區(qū)數(shù)N=7每載波時(shí)隙數(shù)不劃分接收靈敏度間接影響系統(tǒng)容量(信道/小區(qū))m=50/7=7.1TDMA數(shù)字GSM系統(tǒng)1.25MHz200kHz1.25MHz/200kHz×8=50N=4Mslot=8間接影響m=50/4=12.5CDMA數(shù)字IS-95系統(tǒng)1.25MHz(信源8kbps)1.25MHz(Gp=

22dB)軟容量N=1不劃分(BPSK)Eb/I0:7dBm=1+(1.25e3/8)/(10^0.7)=32.25目前八十三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)補(bǔ)充：小區(qū)制頻率分配方法小區(qū)制頻率分配方法：固定信道分配等頻距分配法分區(qū)分組分配法動態(tài)信道分配混合信道分配目前八十四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)小區(qū)內(nèi)各用戶的信道分配頻率上行鏈路工作頻段下行鏈路工作頻段fifpfjfq按頻道間隔進(jìn)行信道劃分1234

M下行鏈路工作頻段信道分組14

頻率組A25

頻率組B37

頻率組CN個(gè)頻率組分給一個(gè)區(qū)群，相鄰區(qū)群重復(fù)使用ACBACBN=3小區(qū)制頻率分配方法目前八十五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)固定信道分配法等頻距分配法思路：按頻率間隔來分配信道；同頻干擾的防護(hù)比作為計(jì)算依據(jù)和質(zhì)量保證；寬間隔信道分配抑制鄰道干擾；目前八十六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)舉例例：若某蜂窩系統(tǒng)為FDD方式，下行鏈路工作總頻段為25MHz，信道間隔為30kHz，N=7，即每7個(gè)小區(qū)構(gòu)成一個(gè)區(qū)群。如何分配信道？解：1，共有信道總數(shù)：25000/30＝833。每個(gè)小區(qū)信道數(shù)：833/7＝119。目前八十七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)44555將833個(gè)信道等頻距分為七個(gè)信道組:1組：1,8,15,……,8272組：2,9,16,……,8283組：3,10,17,……,8294組：4,11,18,……,8305組：5,12,19,……,8316組：6,13,20,……,8327組：7,14,21,……,833目前八十八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)等頻距分配法的特點(diǎn)

可以100%利用頻率資源可防護(hù)同頻干擾能有效避免信道組內(nèi)的鄰道干擾，并能降低小區(qū)間鄰道干擾提供足夠大的信道間隔，可以設(shè)計(jì)接收機(jī)濾波器抑制互調(diào)干擾目前八十九頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)分區(qū)分組分配法

目標(biāo)：避免三階互調(diào)干擾，在每個(gè)小區(qū)內(nèi)分配無三階互調(diào)干擾的頻道組,并同時(shí)保證需要的總頻帶最窄目前九十頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)目前九十一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)固定信道分配法特點(diǎn)控制簡單信道利用不夠充分移動用戶相對集中時(shí)，呼損率將會增大。目前的蜂窩系統(tǒng)普遍采用固定信道頻率分配法。目前九十二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)動態(tài)信道分配法按需分配信道，不固定。很多小區(qū)可以使用同一信道。每個(gè)小區(qū)使用的信道數(shù)不固定，根據(jù)業(yè)務(wù)量的大小。系統(tǒng)控制極其復(fù)雜，成本高。信道利用率高，比固定分配法高20%~50%目前九十三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)混合信道分配法是固定信道分配和動態(tài)信道分配相結(jié)合的一種方式。即借用信道分配。將一部分信道固定地分配給各個(gè)小區(qū)，另一部分作為各小區(qū)均可使用的動態(tài)信道。各小區(qū)優(yōu)先使用固定信道，當(dāng)固定信道不夠用時(shí)，再按動態(tài)信道分配方式使用空閑的動態(tài)信道。目前九十四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)信道共用技術(shù)移動通信頻率的有效利用頻譜的有效利用：語音壓縮、數(shù)字調(diào)制等技術(shù)無線信道的有效利用信道的地區(qū)復(fù)用（小區(qū)間利用空間隔離來實(shí)現(xiàn)有效利用，即頻率復(fù)用）信道共用（小區(qū)內(nèi)利用時(shí)間隔離實(shí)現(xiàn)有效利用)按頻道間隔進(jìn)行信道劃分1234

M工作頻段目前九十五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)信道共用技術(shù)小區(qū)信道分配方式獨(dú)立信道方式信道共用方式目前九十六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)獨(dú)立信道方式若一個(gè)小區(qū)有n個(gè)信道，把多個(gè)用戶也分成n組，每組用戶分別被指定一個(gè)信道，不同信道內(nèi)的用戶不能互換信道。信道利用率不高。

(a)獨(dú)立信道方式某小區(qū)…m1個(gè)用戶m2個(gè)用戶…n12…mn個(gè)用戶……目前九十七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)信道共用方式小區(qū)內(nèi)的所有信道對所有用戶共享。移動用戶可選取小區(qū)內(nèi)的任一空閑信道通信。信道共用提高了小區(qū)內(nèi)信道利用率。n個(gè)信道12……m個(gè)用戶n圖(b)信道共用方式……目前九十八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)擴(kuò)頻技術(shù)分類直接序列擴(kuò)頻跳變頻率擴(kuò)頻跳變時(shí)間擴(kuò)頻目前九十九頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)直擴(kuò)系統(tǒng)對地址碼選擇的要求能滿足擴(kuò)展帶寬要求具有尖銳自/互相關(guān)特性近似噪聲頻譜特性偽隨機(jī)序列PN碼分類m序列Gold碼Walsh碼目前一百頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)擴(kuò)頻、解擴(kuò)處理過程目前一百零一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)擴(kuò)頻、解擴(kuò)處理過程目前一百零二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)非正交擴(kuò)頻碼：m序列m序列：生成最重要、最基本最長線性移位寄存器序列的簡稱；由多級移位寄存器或其他延遲元件通過線性反饋產(chǎn)生的最長的碼序列；在二進(jìn)制移位寄存器中，若n為級數(shù)，則所能產(chǎn)生的最大長度的m序列為2n-1位。目前一百零三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)m序列為優(yōu)選對定義：如有兩個(gè)m序列，它們的互相關(guān)函數(shù)的絕對值有界，且滿足以下條件，稱這一對m序列為優(yōu)選對。目前一百零四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)Gold序列:發(fā)生電路目前一百零五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)Gold序列的特性相關(guān)特性：優(yōu)＝0時(shí)，自相關(guān)峰尖銳0時(shí)，互相關(guān)函數(shù)值-t(n)/P數(shù)量：多周期P=2n-1構(gòu)造簡單，產(chǎn)生的序列數(shù)多，2n+1平衡性：好

n為奇數(shù)，有2n-1+1個(gè)平衡

n為偶數(shù)（非4倍數(shù)），有2n-1+2n-2+1平衡獲得了廣泛的應(yīng)用目前一百零六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)Walsh碼Walsh函數(shù)及其波形目前一百零七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)Walsh函數(shù)矩陣遞推關(guān)系目前一百零八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)Walsh碼的特點(diǎn)同步時(shí)，Walsh碼是完全正交碼（自相關(guān)函數(shù)為1，互相關(guān)函數(shù)為0）；非同步情形下，Walsh碼的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性很差；Walsh碼序列的功率譜分布彼此不均勻。Walsh碼不能單獨(dú)承擔(dān)擴(kuò)頻任務(wù)，通常采用Walsh碼與Gold序列的結(jié)合。只能用于下行目前一百零九頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)5.4.3擴(kuò)頻碼的同步擴(kuò)頻碼同步目的：基站時(shí)基對準(zhǔn)CDMA系統(tǒng)時(shí)鐘導(dǎo)頻信道的PN序列、幀、Walsh函數(shù)定時(shí)要求：導(dǎo)引序列的發(fā)送：系統(tǒng)時(shí)鐘的10us內(nèi)基站CDMA信道相互定時(shí)誤差：1us定時(shí)校正的改變率：101.725ns或1/8cp/200ms導(dǎo)頻PN與Walsh序列時(shí)間誤差：<50ns導(dǎo)頻信道與前向信道的射頻相位誤差：<0.05rad目前一百一十頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)粗同步：捕獲過程確定PN碼的相位接收機(jī)確定對方是否發(fā)送信號，即在一定的頻率和時(shí)間范圍內(nèi)搜索和捕獲有用信號。使本地PN碼與接收PN碼相位差小于一個(gè)碼元寬度。發(fā)送信號本地PN序列相關(guān)器輸出t目前一百一十一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)細(xì)同步：跟蹤維持PN碼的相位粗同步后，進(jìn)入跟蹤細(xì)調(diào)過程，即繼續(xù)保持同步，對于一定的外界影響，同步系統(tǒng)能加以調(diào)整，使收發(fā)信號的頻率和相位仍然保持精確同步。目前一百一十二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)主要內(nèi)容5.1移動通信網(wǎng)的基本概念5.2頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)5.3多址接入技術(shù)5.4

碼分多址關(guān)鍵技術(shù)5.5蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量分析5.6CDMA系統(tǒng)中的功率控制5.7切換、位置更新目前一百一十三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)CDMA系統(tǒng)中的功率控制功率控制的原因：CDMA系統(tǒng)的容量主要受限于系統(tǒng)內(nèi)移動臺的相互干擾。如果每個(gè)移動臺的信號到達(dá)基站時(shí)都達(dá)到最小的信噪比，系統(tǒng)容量將會達(dá)到最大值。目前一百一十四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)CDMA系統(tǒng)中的功率控制功率控制要求：當(dāng)信道的傳播條件突然改善時(shí)，功率控制應(yīng)作出快速反應(yīng)，以防止信號突然增強(qiáng)而對其它用戶產(chǎn)生附加干擾當(dāng)傳播條件突然變壞時(shí)，功率調(diào)整的速度可以相對慢一些目前一百一十五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)CDMA系統(tǒng)中的功率控制通信鏈路：前向功率控制反向功率控制控制方式：開環(huán)功率控制閉環(huán)功率控制目前一百一十六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)CDMA系統(tǒng)中的功率控制(1)前向功率控制調(diào)整基站向移動臺發(fā)射的功率，使任一移動臺無論處于小區(qū)中的任何位置上，收到基站的信號電平都剛剛達(dá)到信干比所要求的門限值(2)反向功率控制。調(diào)整移動臺發(fā)射功率，使任一移動臺無論處于什么位置上，其信號在到達(dá)基站的接收機(jī)時(shí)，都具有相同的電平，而且剛剛達(dá)到信干比要求的門限目前一百一十七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)CDMA系統(tǒng)中的功率控制功率控制方式：開環(huán)功率控制閉環(huán)功率控制目前一百一十八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于二十三點(diǎn)CDMA系統(tǒng)中的功率控制開環(huán)功率控制：分