移動通信_第五章_蜂窩組網(wǎng)技術

1、第五章胡胡 蘇蘇通信抗干擾技術國家級重點實驗室通信抗干擾技術國家級重點實驗室移移 動動 通通 信信蜂窩組網(wǎng)技術蜂窩組網(wǎng)技術2*主要內容主要內容5.1移動通信網(wǎng)的基本概念移動通信網(wǎng)的基本概念5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)5.3 多址接入技術多址接入技術5.4 碼分多址關鍵技術碼分多址關鍵技術5.5 蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量分析蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量分析5.6 CDMA系統(tǒng)中的功率控制系統(tǒng)中的功率控制5.7 切換、位置更新切換、位置更新3*主要內容主要內容5.1移動通信網(wǎng)的基本概念移動通信網(wǎng)的基本概念5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)5.3 多址接入技術多址接入技術5.4 碼

2、分多址關鍵技術碼分多址關鍵技術5.5 蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量分析蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量分析5.6 CDMA系統(tǒng)中的功率控制系統(tǒng)中的功率控制5.7 切換、位置更新切換、位置更新4*5.1移動通信網(wǎng)的基本概念移動通信網(wǎng)的基本概念v移動通信網(wǎng)絡組成移動通信網(wǎng)絡組成:空中網(wǎng)絡空中網(wǎng)絡u頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)u多址接入多址接入地面網(wǎng)絡地面網(wǎng)絡u各基站相互連接各基站相互連接u基站與固定網(wǎng)絡（基站與固定網(wǎng)絡（PSTN、ISDN、PDN）的連接的連接5*主要內容主要內容5.1移動通信網(wǎng)的基本概念移動通信網(wǎng)的基本概念5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)5.3 多址接入技術多址接入技術5.4

3、 碼分多址關鍵技術碼分多址關鍵技術5.5 蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量分析蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量分析5.6 CDMA系統(tǒng)中的功率控制系統(tǒng)中的功率控制5.7 切換、位置更新切換、位置更新6*5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)v蜂窩蜂窩:將服務區(qū)劃分成許多小面積覆蓋區(qū)域，將服務區(qū)劃分成許多小面積覆蓋區(qū)域，用一個小功率的發(fā)射機來服務一個小面用一個小功率的發(fā)射機來服務一個小面積覆蓋區(qū)。積覆蓋區(qū)。v移動通信網(wǎng)的區(qū)域覆蓋方式分為兩類移動通信網(wǎng)的區(qū)域覆蓋方式分為兩類小容量的大區(qū)制小容量的大區(qū)制大容量的小區(qū)制大容量的小區(qū)制 7*5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)v小容量大區(qū)制小容量大區(qū)制一個基站

4、覆蓋整個服務區(qū)一個基站覆蓋整個服務區(qū)天線架設高天線架設高發(fā)射功率大發(fā)射功率大頻譜效率低，小容量的通信網(wǎng)頻譜效率低，小容量的通信網(wǎng)控制方式簡單、設備成本低控制方式簡單、設備成本低 大區(qū)制移動通信網(wǎng)大區(qū)制移動通信網(wǎng)BSMS1MS3MS28*5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)v大容量小區(qū)制大容量小區(qū)制小區(qū)制移動通信系統(tǒng)的頻率復用和覆蓋小區(qū)制移動通信系統(tǒng)的頻率復用和覆蓋有兩種有兩種u一種是帶狀服務覆蓋區(qū)一種是帶狀服務覆蓋區(qū)u另一種是面狀服務覆蓋區(qū)另一種是面狀服務覆蓋區(qū)*v帶狀服務覆蓋區(qū)帶狀服務覆蓋區(qū)v可采用多個頻率組復用可采用多個頻率組復用A1f B2f AB1f 2f AB1f 2f AB

5、C3f 1f 2f ABC1f 2f 3f 雙頻組雙頻組三頻組三頻組10*5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用：頻率復用：u將將N個相鄰的小區(qū)組成一個區(qū)群個相鄰的小區(qū)組成一個區(qū)群(簇簇)，將，將可供使用的頻道劃分成可供使用的頻道劃分成N組，區(qū)群內的每組，區(qū)群內的每個小區(qū)使用不同的頻率組，而相鄰區(qū)群重個小區(qū)使用不同的頻率組，而相鄰區(qū)群重復使用相同的頻率組分配模式復使用相同的頻率組分配模式*5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)v同頻小區(qū)：頻率復用意味著在一個給定的同頻小區(qū)：頻率復用意味著在一個給定的覆蓋區(qū)域內，存在著許多使用同一組頻率的覆蓋區(qū)域內，存在著許多使用同一組頻率的

6、小區(qū)，這些小區(qū)叫做同頻小區(qū)。小區(qū)，這些小區(qū)叫做同頻小區(qū)。同頻干擾：這些同頻小區(qū)之間的信號干擾叫同頻干擾：這些同頻小區(qū)之間的信號干擾叫做同頻干擾（也叫同道干擾）。做同頻干擾（也叫同道干擾）。為了減小同頻干擾，同頻小區(qū)必須在物理上為了減小同頻干擾，同頻小區(qū)必須在物理上隔開一個最小的距離，為傳播提供充分的隔隔開一個最小的距離，為傳播提供充分的隔離離*v面狀服務覆蓋區(qū)面狀服務覆蓋區(qū):蜂窩網(wǎng)蜂窩網(wǎng)在平面區(qū)域內劃分小區(qū)在平面區(qū)域內劃分小區(qū)全向天線的覆蓋區(qū)是圓形。全向天線的覆蓋區(qū)是圓形。三種形狀三種形狀小區(qū)小區(qū)移動通信系移動通信系統(tǒng)廣泛使用統(tǒng)廣泛使用六邊形進行六邊形進行理論分析和理論分析和設計設計正六邊形構

7、成小正六邊形構成小區(qū)所需的小區(qū)數(shù)區(qū)所需的小區(qū)數(shù)最少，無重疊區(qū)最少，無重疊區(qū)實際形狀實際形狀13*蜂窩移動網(wǎng)絡蜂窩移動網(wǎng)絡*5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)v按基站對小區(qū)的覆蓋方按基站對小區(qū)的覆蓋方式：式：中心激勵小區(qū)：中心激勵小區(qū)：u基站位于小區(qū)中心，基站位于小區(qū)中心，有時會有輻射。有時會有輻射。n頂點激勵：頂點激勵：u在頂點上設置基站，在頂點上設置基站，并采用三個互成并采用三個互成120的定向天線，的定向天線，以避免輻射陰影以避免輻射陰影中心激勵中心激勵 頂點激勵頂點激勵 15*5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)v簇（區(qū)群）：簇（區(qū)群）：共同使用全部可用頻率的共同使用全

8、部可用頻率的N個小區(qū)叫做一簇個小區(qū)叫做一簇(區(qū)區(qū)群）群）若若N越小，則系統(tǒng)中區(qū)群復制得越多，系統(tǒng)容越小，則系統(tǒng)中區(qū)群復制得越多，系統(tǒng)容量越大，頻率的利用率越高。量越大，頻率的利用率越高。N叫做區(qū)群的大小，典型值叫做區(qū)群的大小，典型值3、4、7、9、12 、構成蜂窩網(wǎng)的二次幾何圖形構成蜂窩網(wǎng)的二次幾何圖形16*5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)v 構成簇的基本條件：構成簇的基本條件：基本圖案（簇）能彼此鄰接且無空隙基本圖案（簇）能彼此鄰接且無空隙地覆蓋整個面積。地覆蓋整個面積。 相鄰單元（簇）中，同頻道的小區(qū)間相鄰單元（簇）中，同頻道的小區(qū)間距離相等，且為最大。距離相等，且為最大。17

9、*v 滿足上述兩個條件的簇的形狀和簇內小區(qū)滿足上述兩個條件的簇的形狀和簇內小區(qū)數(shù)數(shù)N是有限的，并且是有限的，并且N應該滿足下式：應該滿足下式： i 和和j分別為相鄰同頻小區(qū)之間的二維距離（相鄰分別為相鄰同頻小區(qū)之間的二維距離（相鄰小區(qū)數(shù)），都為正整數(shù)，不能同時為零小區(qū)數(shù)），都為正整數(shù)，不能同時為零28272521191613129743N435434323221j230120120101i22Niijj 18*5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)v 簇間同頻小區(qū)位置簇間同頻小區(qū)位置的確定的確定 沿著任意一條沿著任意一條六邊形邊的垂線六邊形邊的垂線方向移動方向移動i個小個小區(qū)，并逆時針方

10、區(qū)，并逆時針方向旋轉向旋轉6060，再，再移動移動j個小區(qū)。個小區(qū)。確定同頻小區(qū)的方法確定同頻小區(qū)的方法AiAAAAAADj19*5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)v 利用尋找同頻小區(qū)的方法確定簇利用尋找同頻小區(qū)的方法確定簇 例如：例如： N=3, i=1, j=1AAAAAAABCCCCCCBBBBBBCA20*5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)常見正六邊形小區(qū)群的圖案常見正六邊形小區(qū)群的圖案ACBN=3,i=1,j=1DACBN=4,i=0,j=2N=7,i=1,j=2DCBAEFG21*5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)v思考：畫一個思考：畫一個N = 4的

11、蜂窩系統(tǒng)結構，要求至少包括的蜂窩系統(tǒng)結構，要求至少包括3個區(qū)群，將簇中小區(qū)所用頻率組用個區(qū)群，將簇中小區(qū)所用頻率組用A,B,C,D標識標識。1. N=4對應的對應的2維坐標：維坐標： i=0, j=2DACBDACBDACB3. 確定相鄰區(qū)群的位置確定相鄰區(qū)群的位置2. N=4的基本區(qū)群形狀：的基本區(qū)群形狀：DACBN=4, i=0, j=222*5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)v同頻小區(qū)之間的距離同頻小區(qū)之間的距離D23*vH為小區(qū)中心到邊的距離為小區(qū)中心到邊的距離v 相鄰相鄰j個小區(qū)的中心距離個小區(qū)的中心距離v同頻小區(qū)之間的距離同頻小區(qū)之間的距離D2220222cos120 D

12、IJIJIIJJ22IiHJjH2JjH0cos(30 )HRH030R3 / 2RAAJ120*5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)v由于由于R是小區(qū)的半徑，有是小區(qū)的半徑，有v帶入有帶入有3IiR3JjR3DNR*5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)v 一定要用尋找相鄰同頻小區(qū)的方法確定相鄰一定要用尋找相鄰同頻小區(qū)的方法確定相鄰區(qū)群的位置區(qū)群的位置才能保證同頻小區(qū)間距離最大才能保證同頻小區(qū)間距離最大： 以以N=4, i=0, j=2為例，思考為例，思考DACBDACBDACBDACBD=3R2 33.5DRR 錯誤錯誤正確正確3DN R 26*5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率

13、復用和蜂窩小區(qū)v全向小區(qū)系統(tǒng)全向小區(qū)系統(tǒng)C/I的計算的計算如圖，同頻小區(qū)圍如圖，同頻小區(qū)圍繞著某一小區(qū)可分繞著某一小區(qū)可分為多層。為多層。來自第一層的同頻來自第一層的同頻干擾最強。干擾最強。分析時，可只考慮分析時，可只考慮第一層同頻干擾。第一層同頻干擾。同頻小區(qū)分布同頻小區(qū)分布1第一層第一層111111第二層第二層1111第三層第三層1127* 設所有設所有BS發(fā)射功率相同，同頻復用距離發(fā)射功率相同，同頻復用距離為為D，小區(qū)半徑為，小區(qū)半徑為R，干擾臺離，干擾臺離MS的距離的距離分別為分別為Dk(k=1,2m)MSBSBSBSBSBSBSRDBSD1D2D3D4D5D60nTCPRd 2) 有

14、效信號：有效信號：10nmTkkIPdD 3)無效信號：無效信號： 111nmKkmnnKkDRDR 100nnmkTTkDCRPPddI 4)全向小區(qū)系統(tǒng)全向小區(qū)系統(tǒng)C/I ：285.2 5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)v若干擾基站與移動臺的距離相等，若干擾基站與移動臺的距離相等，D=DD=Dk k，則移動臺的載干比可近似表示為則移動臺的載干比可近似表示為v則則 1nnmnnkkCRRImDD 3(/),6nnNCD RmImm 典型為29*v 例例,蜂窩移動通信系統(tǒng)，若使載干比蜂窩移動通信系統(tǒng)，若使載干比C/I（假（假設路徑傳輸損耗因子設路徑傳輸損耗因子n為為4，并且只考慮第一

15、，并且只考慮第一層同頻干擾，不考慮最壞情況）大于層同頻干擾，不考慮最壞情況）大于13dB，請問區(qū)群大小，請問區(qū)群大小N應該為多少？應該為多少？v解：解：v同時同時N應滿足區(qū)群構成條件，即應滿足區(qū)群構成條件，即N可為可為4, 7, 9，所以區(qū)群大小，所以區(qū)群大小N至少為至少為4時，才能滿時，才能滿足系統(tǒng)的載干比要求足系統(tǒng)的載干比要求1310131019.95CdBI 43( 3)19.956nNCNIm 3.65N30*v例：例：蜂窩小區(qū)蜂窩小區(qū)N=7的模式，設的模式，設n=4，問其載干比，問其載干比?v解解v如果，如果，N=4時，時， 41/373.56CIN 4( 3)2413.8()6CN

16、dBI 18.7dB 31*v設蜂窩移動系統(tǒng)共有設蜂窩移動系統(tǒng)共有S個不同的雙向信道個不同的雙向信道v其簇的大小為其簇的大小為Nv簇內每個小區(qū)分配有簇內每個小區(qū)分配有K個信道個信道v小區(qū)間信道分配各不相同小區(qū)間信道分配各不相同v簇在系統(tǒng)中復制簇在系統(tǒng)中復制M次次v則則可用無線信道的總數(shù)可用無線信道的總數(shù) S=KN信道的總數(shù)信道的總數(shù)C(容量容量) C=MKN=MSBCAN=3, K=S/NM=3, C=MSAAABCCCBB5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)v同頻復用比同頻復用比 Q :與區(qū)群的大小有關。對于六邊形系統(tǒng)來說，與區(qū)群的大小有關。對于六邊形系統(tǒng)來說，Q Q可表示為可表示為

17、uQ的值越小則容量越大；的值越小則容量越大；uQ值大可以提高傳播質量，因為同頻干擾小值大可以提高傳播質量，因為同頻干擾小3DQNR33*v例，系統(tǒng)總的可用信道數(shù)例，系統(tǒng)總的可用信道數(shù)S=280，相同區(qū)域內，用，相同區(qū)域內，用N=7的區(qū)群需要復制的區(qū)群需要復制4次，而用次，而用N=4的區(qū)群需要復制的區(qū)群需要復制7次，求次，求 二者能提供的信道總數(shù)二者能提供的信道總數(shù) N=7時時u每個小區(qū)的可用信道數(shù)每個小區(qū)的可用信道數(shù)u 則總的可用信道數(shù)則總的可用信道數(shù) u同頻復用比同頻復用比 QN=4時時u每個小區(qū)的可用信道數(shù)每個小區(qū)的可用信道數(shù)u 則總的可用信道數(shù)則總的可用信道數(shù) u同頻復用比同頻復用比 Q

18、4 7 4028 401120CMNK /280/740KS N/280/470KS N7 4 7028 701960CMNK 34.58QN33.46QN 41/318.7()6CINdB 4( 3)13.8()6CNdBI 34*5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)v結論：結論：N越大，則意味著同頻小區(qū)間距離越遠，越大，則意味著同頻小區(qū)間距離越遠，同頻干擾越小。同頻干擾越小。N越小，則意味著一個系統(tǒng)中可有更多的越小，則意味著一個系統(tǒng)中可有更多的區(qū)群，頻譜利用率高，有更多的容量。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，在保持滿意的從提高頻譜利用率的角度，在保持滿意的

19、通信質量的前提下，通信質量的前提下，N應取最小值為好。應取最小值為好。 35*5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)v利用定向天線利用定向天線可以降低同頻可以降低同頻干擾干擾 m=2或或3120120定向覆蓋的同頻干擾定向覆蓋的同頻干擾 DCBAEFGDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD36*5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)v蜂窩無線系統(tǒng)的典型干擾蜂窩無線系統(tǒng)的典型干擾 噪聲噪聲內部噪聲，人為噪聲，自然噪內部噪聲，人為噪聲，自然噪聲聲 同頻道干擾同頻道干擾u定義：相鄰區(qū)群中同頻小區(qū)中同頻信定義：相鄰區(qū)群中同頻小區(qū)中同頻信道之間的干擾道之間的干擾u典型解決方案：典型解

20、決方案：1.組網(wǎng)時的頻率規(guī)劃組網(wǎng)時的頻率規(guī)劃37*f理想濾波器理想濾波器 鄰道干擾鄰道干擾u定義：來自相鄰的或相近的頻道的干擾定義：來自相鄰的或相近的頻道的干擾u主要的產生原因：非理想濾波器主要的產生原因：非理想濾波器u典型解決方案：典型解決方案： 接收機濾波器阻帶衰減設計，最大程度地接收機濾波器阻帶衰減設計，最大程度地衰減鄰道干擾衰減鄰道干擾組網(wǎng)的頻率規(guī)劃：同一小區(qū)內的頻率組有組網(wǎng)的頻率規(guī)劃：同一小區(qū)內的頻率組有足夠的隔離度足夠的隔離度實際濾波器實際濾波器帶外輻射帶外輻射38*互調干擾互調干擾u定義：非線性器件產生的組合頻率成定義：非線性器件產生的組合頻率成分落入本頻道造成的干擾分落入本頻道

21、造成的干擾u主要的產生原因：非線性器件主要的產生原因：非線性器件39*v典型解決方案：典型解決方案：器件的非線性優(yōu)化處理器件的非線性優(yōu)化處理組網(wǎng)的頻率規(guī)劃：組網(wǎng)的頻率規(guī)劃：l同一小區(qū)內的頻率組盡可能避免同一小區(qū)內的頻率組盡可能避免所產生的組合頻率相互產生互調干所產生的組合頻率相互產生互調干擾擾*小結小結v 蜂窩結構小區(qū)組網(wǎng)的基本條件：蜂窩結構小區(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面積?；緢D案能彼此鄰接且無空隙地覆蓋整個面積。相鄰單元中，同頻道的小區(qū)間距離相等且為最大相鄰單元中，同頻道的小區(qū)間距離相等且為最大v 蜂窩結構小區(qū)組網(wǎng)步驟蜂窩結構小區(qū)組網(wǎng)步驟1. 通信質量通信質量C

22、/I載波載波/同頻干擾比同頻干擾比N2. 確定區(qū)群的大小確定區(qū)群的大小3.考慮鄰道干擾和互調干擾的抑制分配可用信道考慮鄰道干擾和互調干擾的抑制分配可用信道4136CNI 22Niijj41*思考題思考題v 某蜂窩系統(tǒng)采用某蜂窩系統(tǒng)采用BPSK調制，假設接收信號調制，假設接收信號為瑞利衰落，用戶要求的誤碼率為為瑞利衰落，用戶要求的誤碼率為10-3，若，若系統(tǒng)的主要干擾和噪聲只考慮同頻干擾，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用因子求能滿足此要求的最小復用因子N？假設干擾能近似為高斯分布假設干擾能近似為高斯分布假設路徑損耗因子為假設路徑損耗因子為4已知誤碼率已知誤碼率Pb與與

23、SIR的關系為的關系為Pb1.5/SIR(dB)42*v 某蜂窩系統(tǒng)采用某蜂窩系統(tǒng)采用BPSK調制，假設接收信號為瑞利衰落，用戶調制，假設接收信號為瑞利衰落，用戶要求的誤碼率為要求的誤碼率為10-3，若系統(tǒng)的主要干擾和噪聲只考慮同頻干，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用因子擾，求能滿足此要求的最小復用因子N？假設干擾能近似為高斯分布假設干擾能近似為高斯分布假設路徑損耗因子為假設路徑損耗因子為4已知誤碼率已知誤碼率Pb與與SIR的關系為的關系為Pb0.015/SIR(dB)v 解解:由由 Pb與與SIR的關系的關系,可知可知 SIR = 0.015/ Pb = 15(

24、dB)因為假設系統(tǒng)的主要噪聲和干擾為同頻干擾因為假設系統(tǒng)的主要噪聲和干擾為同頻干擾, 且服從高斯分布且服從高斯分布可知可知, SIR CIR中心極限定理中心極限定理/15()CIdB 41/315()6CINdB 7N43*信道共用技術：信道共用技術：小區(qū)內的所有信道對所用用戶共享。移動小區(qū)內的所有信道對所用用戶共享。移動用戶可選取小區(qū)內的任一空閑信道通信。用戶可選取小區(qū)內的任一空閑信道通信。信道共用提高了小區(qū)內信道利用率。信道共用提高了小區(qū)內信道利用率。n個信道個信道12m個用戶個用戶n信道共用方式信道共用方式44*v系統(tǒng)頻譜的分配系統(tǒng)頻譜的分配(以以FDD系統(tǒng)為例系統(tǒng)為例)頻率頻率上行鏈路

25、工作頻段上行鏈路工作頻段下行鏈路工作頻段下行鏈路工作頻段fifpfjfq按頻道間隔進行信道劃分按頻道間隔進行信道劃分1 2 3 4 M下行鏈路工作頻段下行鏈路工作頻段N個頻率組分給一個區(qū)個頻率組分給一個區(qū) 群，相鄰區(qū)群重復使用群，相鄰區(qū)群重復使用ACBACBN=3按業(yè)務質量干擾等要求按業(yè)務質量干擾等要求進行信道分組進行信道分組1 4 頻率組頻率組A2 5 頻率組頻率組B3 7 頻率組頻率組C*主要內容主要內容5.1移動通信網(wǎng)的基本概念移動通信網(wǎng)的基本概念5.2 頻率復用和蜂窩小區(qū)頻率復用和蜂窩小區(qū)5.3 多址接入技術多址接入技術5.4 碼分多址關鍵技術碼分多址關鍵技術5.5 蜂窩移動通信系統(tǒng)的

26、容量分析蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量分析5.6 CDMA系統(tǒng)中的功率控制系統(tǒng)中的功率控制5.7 切換、位置更新切換、位置更新46*5.3 多址接入技術多址接入技術v移動通信網(wǎng)移動通信網(wǎng)u下行鏈路下行鏈路( (基站基站移動臺移動臺) ) 各移動臺能識別發(fā)送給本各移動臺能識別發(fā)送給本移動臺的信號？移動臺的信號？2. 上行鏈路上行鏈路( (移動臺移動臺基站基站) ) 基站如何識別來自各個不同基站如何識別來自各個不同移動臺的信號？移動臺的信號？v 解決方案：解決方案： 多址接入技術多址接入技術(Multiple Access）基站基站下行鏈路下行鏈路基站基站上行鏈路上行鏈路移動臺移動臺移動臺移動臺移動臺移動

27、臺移動臺移動臺移動臺移動臺移動臺移動臺47*5.3 多址接入技術多址接入技術v多址接入技術多址接入技術將正交的信號維度（時域、頻域等）將正交的信號維度（時域、頻域等）劃分為不同的信道后分配給用戶，以劃分為不同的信道后分配給用戶，以支持多用戶通信。支持多用戶通信。盡量保證不同用戶發(fā)射的信號相互正盡量保證不同用戶發(fā)射的信號相互正交交48*v典型的多址技術典型的多址技術 頻分多址頻分多址(FDMA)：u沿頻率軸將信號維沿頻率軸將信號維度劃分為不同的頻度劃分為不同的頻道，頻帶獨享，時道，頻帶獨享，時間共享間共享 。u每個用戶占用一個每個用戶占用一個頻道，在呼叫的整頻道，在呼叫的整個過程中，其他用個過程

28、中，其他用戶不能共享這一頻戶不能共享這一頻段。段。用戶用戶1用戶用戶2用戶用戶3用戶用戶K49*vFDMA系統(tǒng)的頻譜管理系統(tǒng)的頻譜管理分配給每個用戶一對頻譜，分別用于下分配給每個用戶一對頻譜，分別用于下行和上行行和上行 用戶與用戶之間，上下行之間必須有足用戶與用戶之間，上下行之間必須有足夠的保護間隔夠的保護間隔.反向信道反向信道 保護頻帶保護頻帶 前向信道前向信道保護頻隙保護頻隙f1 f2 fN f1 f2 fN 保護頻段的作用：補償濾波特性不理想、保護頻段的作用：補償濾波特性不理想、鄰道干擾和多普勒擴展。鄰道干擾和多普勒擴展。50*vFDMA系統(tǒng)的頻譜管理系統(tǒng)的頻譜管理n兩個移動用戶之間的通

29、信必須通過基站兩個移動用戶之間的通信必須通過基站轉發(fā)，同時占用轉發(fā)，同時占用2對頻譜對頻譜5.3 多址接入技術多址接入技術51*vFDMA系統(tǒng)內的主要干擾系統(tǒng)內的主要干擾 互調干擾互調干擾u器件的非線性效應器件的非線性效應線性度線性度u 通過頻率規(guī)劃抑制通過頻率規(guī)劃抑制 鄰道干擾鄰道干擾u鄰道信號的寄生輻射鄰道信號的寄生輻射頻道間隔頻道間隔 同頻道干擾同頻道干擾1.同頻小區(qū)同頻小區(qū)蜂窩組網(wǎng)規(guī)劃蜂窩組網(wǎng)規(guī)劃52*v FDMA系統(tǒng)的特點系統(tǒng)的特點每信道占用一個載頻：每信道占用一個載頻：每個頻道只傳送一路業(yè)務信息。每個頻道只傳送一路業(yè)務信息。載波間隔必須滿足業(yè)務信息傳輸帶寬載波間隔必須滿足業(yè)務信息傳

30、輸帶寬的要求。的要求。往往是窄帶往往是窄帶移動臺實現(xiàn)簡單移動臺實現(xiàn)簡單如果頻帶較窄，無需自適應均衡。如果頻帶較窄，無需自適應均衡?；緩碗s龐大基站復雜龐大多部收發(fā)信機以支持多用戶多部收發(fā)信機以支持多用戶 1.帶通濾波器組帶通濾波器組 53*5.3 多址接入技術多址接入技術需要周密的頻率規(guī)劃需要周密的頻率規(guī)劃限制鄰道干擾和同頻道干擾限制鄰道干擾和同頻道干擾越區(qū)切換復雜越區(qū)切換復雜切換的瞬時信息可能丟失切換的瞬時信息可能丟失 54* 時分多址時分多址(TDMA)： 時隙劃分，時隙獨享，時隙劃分，時隙獨享， 頻率共享。頻率共享。 沿時間軸劃分信號維度沿時間軸劃分信號維度 分配給用戶的是互不重疊并周期

31、重復的時隙（分配給用戶的是互不重疊并周期重復的時隙（Time Slot，TS）。）。 每個用戶只能按指定每個用戶只能按指定TS向基站發(fā)射和接收來向基站發(fā)射和接收來自基站的信號。發(fā)射數(shù)據(jù)采用的是自基站的信號。發(fā)射數(shù)據(jù)采用的是“緩存緩存突突發(fā)發(fā)”法，對每個用戶而言，發(fā)射不連續(xù)法，對每個用戶而言，發(fā)射不連續(xù)用用戶戶1用用戶戶2用用戶戶3用用戶戶1TS1555.3 多址接入技術v工作過程工作過程56*5.3 多址接入技術多址接入技術v同步和定時是同步和定時是TDMA系統(tǒng)正常工作的系統(tǒng)正常工作的前提。前提。v同步同步位同步：位同步：u針對每個符號，是正確接收符號的基礎。針對每個符號，是正確接收符號的基礎

32、。時隙同步：時隙同步：u針對每個時隙，是接收機正確區(qū)分數(shù)據(jù)的基針對每個時隙，是接收機正確區(qū)分數(shù)據(jù)的基礎。礎。幀同步：幀同步：u針對每個幀，進行復用針對每個幀，進行復用/解復用所需。解復用所需。57*5.3 多址接入技術多址接入技術v定時關系定時關系不同不同MS到到BS的距離差異，導致不同的信的距離差異，導致不同的信號延遲。會使得號延遲。會使得BS接收到的信號相互交接收到的信號相互交疊疊n解決辦法：解決辦法：設定保護時間設定保護時間（Guard Time）用戶提前發(fā)送用戶提前發(fā)送TGTT58*v TDMA系統(tǒng)的特點系統(tǒng)的特點同步開銷較大，突發(fā)傳輸速率高同步開銷較大，突發(fā)傳輸速率高語音編碼語音編碼

33、速率速率通常為寬帶高速通常為寬帶高速均衡要求較高均衡要求較高 要增加系統(tǒng)支持的時隙數(shù)，需要增加發(fā)射信要增加系統(tǒng)支持的時隙數(shù)，需要增加發(fā)射信號速率號速率基站復雜性減小，不需雙工器；基站復雜性減小，不需雙工器；干擾較小，頻譜利用率較高干擾較小，頻譜利用率較高1.越區(qū)切換簡單，不會造成數(shù)據(jù)丟失。越區(qū)切換簡單，不會造成數(shù)據(jù)丟失。59* 碼分多址碼分多址(CDMA)：碼型劃分，時隙、：碼型劃分，時隙、頻率共享。頻率共享。用戶用戶k用戶用戶3用戶用戶1用戶用戶25.3 多址接入技術多址接入技術605.3 多址接入技術多址接入技術vCDMACDMA系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理CDMACDMA系統(tǒng)為每個用戶分配各

34、自特定的系統(tǒng)為每個用戶分配各自特定的地址碼（擴頻碼）地址碼（擴頻碼） MSC MS1 MS2 MS3 C1 C1 C2 C2 C3 C3 BS 1C2C3C61mm序列序列Mobile Communication Theoryvm m序列的自相關性序列的自相關性P11)(R01-11)(RPP +1P -1t /由圖可見，當=0時，m序列的自相關函數(shù)Ra（）出現(xiàn)峰值1；當偏離0時，相關函數(shù)曲線很快下降；當1P-1，相關函數(shù)值為-1/P；當時=P，又出現(xiàn)峰值；如此周而復始。1. 當周期P很大時，m序列的自相關函數(shù)與白噪聲類似。 mm序列序列vm m序列的互相關性序列的互相關性v 對于兩個周期對于

35、兩個周期P P=2=2n n-1-1的的m m序列序列aan n 和和bbn+n+ （ a an n，b bn n 取值是取值是1 1和和-1-1），兩個），兩個m m序列的互相關函數(shù)可由序列的互相關函數(shù)可由下式計算：下式計算：11( )PcnnnRa bP對于周期為的m序列組，其最好的m序列對的互相關函數(shù)值只取三個，這三個值是：這三個值被稱為理想三值，能夠滿足這一特性的m序列對稱為m序列優(yōu)選對，它們可以用于實際工程。( )21( )( )ct nPRPt nP其中：(2) 2( )1 2nt n *v CDMA系統(tǒng)的特點系統(tǒng)的特點各用戶各用戶 地址碼的準正交性會帶來多址干擾地址碼的準正交性會

36、帶來多址干擾類白噪聲類白噪聲 多用戶可共享頻率；多用戶可共享頻率；容量相對較大；容量相對較大；容量的軟特性容量的軟特性 ，用戶的增加相當于噪聲增，用戶的增加相當于噪聲增加加采用擴頻和采用擴頻和Rake接收，減小多徑衰落的影接收，減小多徑衰落的影響響單頻組網(wǎng)，相鄰小區(qū)頻率相同，平滑的軟單頻組網(wǎng)，相鄰小區(qū)頻率相同，平滑的軟切換；切換；1.低信號功率譜密度，抗干擾能力強低信號功率譜密度，抗干擾能力強64*v主要問題主要問題多址干擾：多址干擾：u地址碼的非完美相關性。地址碼的非完美相關性。遠近效應：遠近效應：u強用戶信號對弱用戶信號的明顯抑制作用。強用戶信號對弱用戶信號的明顯抑制作用。v解決方法有解決方法有多用戶接收機多用戶接收機 / 功率控制功率控制 /