無線信道無線信道移動臺與基站間的一條雙向傳輸通道

第三章移動通信技術移動通信的發(fā)展和基本特點（已講）移動通信的網(wǎng)絡結構（已講）移動通信的區(qū)域結構（同頻復用，已講）移動通信的話務理論（已講）移動通信的多址技術3.2.1單位無線區(qū)群的選擇正六邊形無線區(qū)群的構成正六邊形小區(qū)→

單位無線區(qū)群→平面服務區(qū)

單位無線區(qū)群的選擇構成條件：1、若干個無線區(qū)群能彼此鄰接；

2、相鄰單位無線區(qū)群中的同頻小區(qū)中心間隔距離相等構成條件可表示為：N=a2+ab+b2

N為無線區(qū)群中的小區(qū)數(shù)

a、b為0或正整數(shù)，但不能同時為0單位無線區(qū)群3.2.2單位無線區(qū)群的選擇考慮通信質量，不能產(chǎn)生嚴重的同頻干擾；考慮頻率利用率，即同頻復用距離。頻率分配時，每個無線小區(qū)一個信道組；每個無線區(qū)群一組信道組，不同無線區(qū)群可采用相同信道組。3.2.2單位無線區(qū)群的選擇例：三頻制、四頻制、七頻制無線區(qū)群同頻復用技術不同顏色代表不同頻率載頻小區(qū)同頻復用距離同信道小區(qū)確定AN=19AAAAAA移動通信系統(tǒng)中的干擾互調干擾：系統(tǒng)設備中的非線性引起的，非有用信號混入鄰道干擾：同頻干擾：頻道重復利用所造成

同頻小區(qū)的尋找N=a2+ab+b2在A小區(qū)跨越a個小區(qū)，逆時針60度跨越b個小區(qū)N=7,a=1,b=2的七頻組2.1.3激勵方式中心激勵：全向天線實現(xiàn)頂點激勵：定向天線實現(xiàn)2.1.5小區(qū)分裂增大系統(tǒng)容量、降低用戶密度，適應用戶增長一分三方式、一分四方式2.1.4小區(qū)增加無線區(qū)域的劃分和組成，應根據(jù)地形地物情況、容量密度、通信容量、頻譜利用率等因素綜合考慮；例：容量密度不等時的區(qū)域劃分移動通信網(wǎng)絡結構大容量小區(qū)制的區(qū)域結構組成：無線小區(qū)→基站區(qū)→位置區(qū)→MSC區(qū)→業(yè)務區(qū)→PLMN移動通信網(wǎng)絡結構：二級網(wǎng)絡、三級網(wǎng)絡、四級網(wǎng)絡集中交換方式、分散交換方式常用三級集中交換式網(wǎng)絡結構2.2移動通信系統(tǒng)的信道結構信道概念：通信網(wǎng)絡中一條雙向的信息傳輸通道；類型：話音信道、控制信道；有線信道、無線信道無線信道移動臺與基站間的一條雙向傳輸通道，使用兩個分開的無線頻率，上下行信道間的載頻間隔為雙工間隔。上行信道：由移動臺發(fā)射，基站接收下行信道：由基站發(fā)射，移動臺接收2.2移動通信系統(tǒng)的信道結構不同系統(tǒng)中信道的含義：模擬系統(tǒng)中：信道=頻道f1f1’GSM系統(tǒng)中：信道=某載頻上的一個時隙CDMA系統(tǒng)中：信道=一個正交的地址碼信道獨立信道：用戶在一個指定的信道中工作，頻率利用率不高；信道共用：小區(qū)內任何用戶都可以選擇空閑信道；多信道共用：提高了頻率利用率2.2.1多信道共用信道共享，就是將同一個信道供多個用戶同時使用并保證互不干擾。信道共享可以提高信道資源的利用率。實現(xiàn)信道共享的技術：多址技術

FDMA、TDMA、CDMA

2.2.1多信道共用2.2.2多信道共用多信道共用，存在兩種中繼方式1、不對呼叫請求進行排隊呼叫阻塞，拒絕進入2、對呼叫請求進行排隊2.3話務理論2.3.1呼叫話務量A單位時間（1小時）內呼叫次數(shù)與每次呼叫的平均占用信道時間之積，即A=C×t單位：愛爾蘭

（Erl）

1Erl表示一個小時內不斷占用一個信道的話務量完成話務量A0：呼叫成功接通的話務量損失話務量AL

2.3.2呼損率B呼損率B：通信系統(tǒng)中，造成呼叫失敗的概率呼損率的物理意義：損失話務量與呼叫話務量之比的百分數(shù)（也可用呼叫次數(shù)表示）B

=（AL/A）×100%2.3.3繁忙小時集中率K忙時、非忙時考慮用戶數(shù)與信道數(shù)時應用采用忙時話務量忙時話務量：最繁忙的一小時的話務量繁忙小時集中率：忙時話務量與全日（24小時）話務量的比值

K=忙時話務量/全日話務量2.3.4每用戶忙時話務量A用戶A用戶=CTK/3600（Erl/用戶）

C為每天平均呼叫次數(shù)；T為每次呼叫平均占用時間(s)；K為繁忙小時集中率

A用戶是一個統(tǒng)計平均值對于公用移動通信系統(tǒng)，用戶忙時的話務量按0.01Erl/用戶來計算

2.3.5每信道容納的用戶數(shù)mm=(A/n)/A用戶

A/n為每信道平均話務量，A可由愛爾蘭呼損表查得。

每個信道所容納的用戶數(shù)與在一定呼損條件下系統(tǒng)所能負載的話務量成正比，與每用戶忙時話務量成反比。1.已知總話務量A、最忙時用戶平均話務量A用戶

u=A/A用戶---------------系統(tǒng)最多容納的用戶數(shù)2.話務量的時間要統(tǒng)一3.已知u,n為系統(tǒng)的信道數(shù)

m=u/n---------每個信道允許的最多用戶例如：C=3次/天，T=120s/次，K=10%，n為信道數(shù)A用戶=CTK/3600（Erl/用戶）假如已知A（總話務量）u=A/A用戶總用戶數(shù)m=u/n

每個信道用戶數(shù)例：B=0.05,A用戶=0.01Erl/用戶，1、如果信道數(shù)n=5，每個信道最大用戶數(shù)m=？ B、n——A查表得A=2.218,u=2.218/0.01=2212、如果：u=700個用戶，n=?若需設計一移動通信系統(tǒng)，用戶容量要求為600戶，每天每個用戶平均呼叫5次，占用信道時間為60秒，呼損率要求為10%，忙時集中率為0.125，問需要多少信道才能滿足600個用戶的需要？已知用戶話務量A用戶=0.02Erl/用戶，1、如果要求呼損率為10%，現(xiàn)有70個用戶，需共用的頻道數(shù)為多少？2、如果920個用戶共用18個頻道，那么呼損率是多少？2.3移動通信中的多址技術FDMA方式TDMA方式CDMA方式SDMA方式2.3.1FDMA1．FDMA系統(tǒng)原理FDMA為每一個用戶指定了特定信道，這些信道按要求分配給請求服務的用戶。在呼叫的整個過程中，其他用戶不能共享這一頻段。并排傳輸1.FDMA系統(tǒng)的工作示意圖FDMA系統(tǒng)頻譜分割示意圖2.FDMA系統(tǒng)中的干擾問題為了減少同頻道干擾，需要合理地選定蜂窩結構與頻率規(guī)劃，表現(xiàn)為系統(tǒng)設計中對同頻道干擾抑制因子Q的選擇。

Q=D/R

（3-6）式中，D為同信道小區(qū)的距離（即同頻小區(qū)的距離）；R為小區(qū)半徑。3.FDMA系統(tǒng)的特點①FDMA信道每次只能傳送一路電話。②每信道占用一個載頻，相鄰載頻之間的間隔應滿足傳輸信號帶寬的要求。③基站復雜龐大，重復設置收發(fā)信設備。④越區(qū)切換較為復雜和困難。⑤技術容易實現(xiàn)，相互干擾，保密性差。2.3.2TDMA方式TDMA系統(tǒng)原理TDMA是在一個寬帶的無線載波上，把時間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時隙（無論幀或時隙都是互不重疊的），每個時隙就是一個通信信道，分配給一個用戶。1.TDMA系統(tǒng)的工作示意圖2.TDMA幀結構3.TDMA系統(tǒng)的同步與定時同步和定時是TDMA移動通信系統(tǒng)正常工作的前提。TDMA的幀同步和位同步是由幀結構的細節(jié)來保證的。（1）位同步（2）幀同步（3）系統(tǒng)定時4．TDMA系統(tǒng)的特點（1）TDMA用不同的時隙來發(fā)射和接收，因此不需雙工器。（2）基站復雜性減小。（3）抗干擾能力強，頻率利用率高，系統(tǒng)容量大。（4）越區(qū)切換簡單。2.3.3CDMA方式1．CDMA系統(tǒng)原理CDMA系統(tǒng)為每個用戶分配了各自特定的地址碼，利用公共信道來傳輸信息。CDMA系統(tǒng)的地址碼相互具有準正交性，以區(qū)別地址，而在頻率、時間和空間上都可能重疊。1.CDMA系統(tǒng)原理2．CDMA系統(tǒng)的特點①CDMA系統(tǒng)的許多用戶共享同一頻率，不管使用的是TDD還是FDD技術。②通信容量大。③容量的軟特性。2．CDMA系統(tǒng)的特點④由于信號被擴展在一較寬頻譜上從而可以減小多徑衰落。⑤在CDMA系統(tǒng)中，信道數(shù)據(jù)速率很高。⑥平滑的軟切換和有效的宏分集。⑦低信號功率譜密度。2.3.4SDMA(空分多址)核心技術：智能天線的應用利用空間分割構成不同的信道，天線給每個用戶分配一個點波束；處于不同位置的用戶可以在同一時間使用同一頻率和同一碼型而不會相互干擾。2.3.5系統(tǒng)容量一個無線電系統(tǒng)的容量被定義為一定頻段內所能提供的信道數(shù)或用戶的最大數(shù)目或系統(tǒng)輸入話務總量（Erlang）。它與信道的載頻間隔、每載頻的時隙數(shù)、頻率資源和頻率復用方式、基站設置方式等有關。三種系統(tǒng)容量的比較CDMA系統(tǒng)的容量是干擾受限的，而FDMA和TDMA系統(tǒng)的容量是帶寬受限的。（1）模擬TACS系統(tǒng)，采用FDMA方式（2）數(shù)字時分GSM系統(tǒng)，采用TDMA方式（3）數(shù)字CDMA系統(tǒng)三種體制系統(tǒng)容量的比較結果為

mCDMA

16mTACS

9mGSM頻率復用效率(系數(shù))FDMA

:7區(qū)群結構,滿足載干比(C/I)>

18dB的要求，頻率復用效率為1/7。TDMA:4區(qū)群結構，滿足載干比>9dB的要求，頻率復用效率為1/4。CDMA，效率取決于相鄰近小區(qū)用戶的干擾，頻率復用效率約為2/3，相當于l.5區(qū)群結構。小結小區(qū)制：半徑<300m無線區(qū)群：頻率互不相等的最小結構體1、同頻復用：提高頻率、信道利用率2、網(wǎng)絡組成：NSS:MSC\VLR\HLR

BSS:BSC\BTSMSOMC3、多址技術：區(qū)分用戶信道、提高信道利用率4、話務分析：解決用戶數(shù)和信道數(shù)的關系5、位置更新與軟切換課前小知識：（1）、功率絕對值（2）、服務區(qū)（3）、BCCH信道常識一通常GSM基站的發(fā)射功率為43dbm，20wCDMA目前一般是38dbm左右，不到10W3GRRU功率12W，最大支持6載波，每載波33dBm,2w常識一手機最大發(fā)射功率為2W，約為33dbm。CDMA手機的最大發(fā)射功率只有15dBm

常識二GSM協(xié)議規(guī)定，手機發(fā)射功率是可以被基站控制的（通過下行SACCH）信道。GSM900手機發(fā)射的最低功率為5dBm，約為3.2mW；最大功率為33dBm，約為2W。知識鏈接一：dbm與wdBm（分貝毫瓦）是一個以1mW為基準，表征功率絕對值，計算公式為：10lgP（功率值/1mw），是表示無線信號的輻射強度功率無線電信號的輻射功率單位為W（瓦）

[例1]

如果發(fā)射功率P為1mw，折算為dBm后為0dBm。

[例2]

假設一個基站為40W的功率，按dBm單位進行折算后的值應為：

10lg（40W/1mw)=10lg（40000）=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。=10lg(4*10^4)=20*lg2+40=46dbm常見功率發(fā)射功率40W對應的信號強度功率是46dBm發(fā)射功率20W對應的信號強度功率是43dBm發(fā)射功率5W對應的信號強度功率是37dBm發(fā)射功率2W對應的信號強度功率是33dBm發(fā)射功率1W對應的信號強度功率是30dBm

發(fā)射功率1mW對應的信號強度功率是0dBm20/40/60wbBm與w的關系信號每增加3dBm，信號發(fā)射功率變?yōu)?倍，信號每增加10dBm，信號發(fā)射功率就變?yōu)?0倍

假設某無線信號強度功率是37dBm，求對應的發(fā)射功率為多少？45dbm呢？=30+5*3=1W*2^5=32W43dbm呢？知識鏈接二：服務區(qū)的劃分扇區(qū)——》小區(qū)——》基站區(qū)BSC——》位置區(qū)——》MSC區(qū)——》PLMN區(qū)扇區(qū)、小區(qū)與基站區(qū)扇區(qū)：一個小區(qū)分為幾個扇區(qū)，每個扇區(qū)分配幾個載頻，相鄰扇區(qū)不同小區(qū)：通?；緟^(qū)即為小區(qū)，有一個基站基站區(qū)：同一個基站控制器所控制的一個或多個小區(qū)位置區(qū)與MSC區(qū)位置區(qū)：不需要位置更新，同一個LAI號碼，若干基站區(qū)構成，或一個或多個BSCMSC區(qū)：一個移動業(yè)務交換中心控制PLMN區(qū)：知識鏈接三：常見信道BCCH：廣播信道(BroadcastControlChannel)

下行，公用信道，TS0廣播本小區(qū)的通用信息主要有小區(qū)的所有頻點、鄰小區(qū)的

BCCH頻點、LAI(LAC+MNC+MCC)TCH：業(yè)務信道2個隨路信道SACCH：慢速隨路控制信道SlowAssociated

傳送MS接收到的關于服務及鄰小區(qū)的信號強度的測量報告；在下行方向，它用于MS的功率管理和時間調整——功率控制FACCH：快速隨路控制信道FastAssociated借用20ms的話音時間來傳送切換信令2.4移動通信中的控制與交換移動臺位置登記通話中的越區(qū)切換漫游2.4.1位置登記（位置更新）LA是由一個或幾個BTS來處理的區(qū)域1、移動臺的狀態(tài)1、MS關機——》分離狀態(tài)2、MS開機但空閑——》附著開機后：測試——占用BCCH信道3、MS通信：BCCH信道傳送信號越區(qū)時，MS通知MSC新位置2、位置更新網(wǎng)絡對移動用戶當前位置必須跟蹤MS必須在進入新LA時通知系統(tǒng)在同一個LA內，MS可以自由的移動而不需要通知系統(tǒng)位置更新：LA更改，修改VLR和HLR數(shù)據(jù)庫2、位置更新MS由小區(qū)1

小區(qū)2位置區(qū)不變不需位置更新位置更新MS由小區(qū)3

小區(qū)2

由LA2LA1，需位置更新，由同一個MSC控制

MS由小區(qū)3

小區(qū)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間的位置更新

MS將從BCCH接受到的和SIM卡中的LAI相比較2、IMSI附著－－指用戶開機的位置更新3、位置更新的形式3、IMSI分離－－指用戶關機，或者取出

SIM卡時的位置更新4、周期性位置登記－－指移動臺定期向網(wǎng)絡進行位置登記，周期位置更新時間參數(shù)由網(wǎng)絡維護人員來定義。

2.4.2越區(qū)切換當移動臺從一個小區(qū)（指BS或者BS的覆蓋范圍）移動到另一個小區(qū)時，為了保持移動用戶的不中斷通信需要進行的信道切換稱為越區(qū)切換。

1、判定越區(qū)切換的準則觸發(fā)切換的原因有以下幾種：–基于功率預算的切換–基于接收電平的切換（救援性電平切換）–基于接收質量的切換（救援性質量切換）–基于距離的切換–基于話務量的切換

2、硬切換和軟切換

硬切換：新的連接建立前，先中斷舊的連接。例如GSM系統(tǒng)。軟切換：指既維持舊的連接，又同時建立新的連接。例如CDMA系統(tǒng)。更軟切換：同一個小區(qū)不同扇區(qū)的切換

3、越區(qū)切換的分類同一MSC基站之間的越區(qū)切換1、同一LA之間,同一BSC之間2、不同LA之間3、同基站內不同扇區(qū)不同MSC之間不同運營商之間的切換

越區(qū)切換示意圖4、越區(qū)切換的準則1）相對信號強度準則1A處將有發(fā)生越區(qū)切換2）具有門限規(guī)定的相對信號強度準則2

在門限為Th2時，在B點發(fā)生越區(qū)切3）具有滯后余量的相對信號強度準則3防止乒乓效應乒乓效應信號波動引起移動臺在兩個基站之間來回重復切5、越區(qū)切換控制①移動臺控制的越區(qū)切換移動臺連續(xù)監(jiān)測基站信號強度和質量，選擇最佳候選基站，發(fā)送越區(qū)切換請求小系統(tǒng)常采用，在大系統(tǒng)中容易引起切換沖突。

②網(wǎng)絡控制的越區(qū)切換基站監(jiān)測移動臺的信號強度和質量，指定向另一個基站的越區(qū)切換缺點：若MS失去聯(lián)系，將造成信號中斷切換時間長，可達10S。

第一代模擬系統(tǒng)采用此方法

③移動臺輔助的越區(qū)切換移動臺測量信號，根據(jù)結果，網(wǎng)絡決定何時切換到哪一個基站。第二代系統(tǒng)GSM，CDMA都采用此方法特點：時間快，切換過程1s~2s

信號中斷<1s

6、

GSM采用的越區(qū)切換采用移動臺輔助切換法：由移動臺來測量本基站和周圍基站的信號強度，把測得結果送給BSC或MSC進行分析和處理，網(wǎng)絡從而做出有關過區(qū)切換的決策。

越區(qū)切換的三種情況（1）同一個BSC控制區(qū)內不同小區(qū)之間的切換，也包括不同扇區(qū)之間的切換。

MS——

BSC：原基站和周圍基站的信號BSC發(fā)出切換命令

MS切換到新TCH信道后告知BSCBSC通知MSC/VLR（1）同一個BSC的切換（2）同一個MSC/VLR業(yè)務區(qū)內，不同BSC控制區(qū)的小區(qū)之間的切換。由MSC負責切