蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)課件

1、第3章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù)3.1 頻率資源的有效利用3.2 蜂窩小區(qū)的概念和區(qū)域覆蓋3.3 干擾和信道容量3.4 移動通信中的多址技術(shù)3.5 蜂窩移動通信的交換技術(shù)3.6 蜂窩移動通信的信令技術(shù)3.7 蜂窩移動通信網(wǎng)綜述3.1.1 頻率資源的管理3.1.2 頻率的有效利用技術(shù)3.1.3 多信道共用技術(shù)3.1 頻率資源的有效利用 3.1.1 頻率資源的管理 無線通信利用一定頻率的無線電波在空間傳遞信息，移動電話使用頻段主要在150、450和900、1800、1900MHz頻段。雙工移動通信網(wǎng)規(guī)定工作在各頻段的收發(fā)還要有頻差，例如900MHz頻段的收發(fā)頻差為45MHz。當(dāng)前移動通信發(fā)展所遇到的

2、最突出問題，就是如何將有限的可用頻率有秩序地提供給越來越多的用戶使用而不相互干擾，即頻率的管理與有效利用頻率也是一種資源，并不能取之不盡，但頻率是一種特殊的資源，與別的資源相比，有一些特殊的性質(zhì)，例如：無線電頻率資源不是消耗性的，用戶只是在某一空間和時間內(nèi)占用，用完之后依然存在，不使用或使用不當(dāng)都是浪費；電波傳播不分地區(qū)與國界；它具有時間、空間和頻率的三維性，可以從這三方面提高利用率；它在空間傳播時容易受到來自大自然和人為的各種噪聲和干擾的污染基于上述特點，國際電信聯(lián)盟ITU召開世界無線電管理大會，制定全球統(tǒng)一的頻率分配和使用規(guī)則由于模擬系統(tǒng)已退網(wǎng)，原模擬頻段改分配給中國移動GSM900和GS

3、M室內(nèi)分布系統(tǒng)，不同系統(tǒng)信道間隔不同，但下行頻率都高于上行頻率，而且保證一定的收發(fā)頻差，防止收發(fā)之間產(chǎn)生干擾，以聯(lián)通GSM為例，收發(fā)頻差45MHz，帶寬6MHz，信道間隔200k Hz，即200kHz為一個頻點，除去首尾保護(hù)頻點，共28個頻點系統(tǒng)或使用部門 上行頻率/MHz 下行頻率/MHz 中國聯(lián)通CDMA 825835 870880 中國移動GSM室內(nèi)分布系統(tǒng)885890 930935 中國移動GSM900 890909 935954 中國聯(lián)通GSM900909915 954960 中國移動DCS1800 17101720 18051815 中國聯(lián)通DCS1800 17451755 184

4、01850 3.1.2 頻率的有效利用技術(shù) 頻率的有效利用需從時間、空間和頻率三方面采用多種技術(shù)，提高頻率利用率 （1）時間域的頻率有效利用在某一地區(qū)，如果某一用戶固定占用了某一信道，但事實上它不可能占用全部時間。在該用戶空閑的時間內(nèi)，其它用戶無法使用這個信道，只能讓它閑置著，這是很大的浪費。計算表明，若多個信道供大量用戶所共用，則頻率資源的利用率可明顯提高蜂窩系統(tǒng)的頻率復(fù)用 （3）頻率域的頻率有效利用頻率域的頻率有效利用有兩種方法：信道的窄帶化和寬帶多址技術(shù)信道窄帶化的方法從基帶方面考慮可采用頻帶壓縮技術(shù)，如低速率語音編碼等；從射頻調(diào)制頻帶方面考慮可采用各種窄帶調(diào)制技術(shù)，如窄帶和超窄帶調(diào)頻、

5、以及各種窄帶數(shù)字調(diào)制技術(shù)。應(yīng)用窄帶化技術(shù)減小信道間隔后，可在有限的頻段內(nèi)設(shè)置更多的信道， 從而提高頻率的利用率寬帶多址技術(shù)有頻分多址FDMA，時分多址TDMA， 碼分多址CDMA，以及它們的組合 頻率有效利用的評價準(zhǔn)則是頻率利用率，定義為：(頻率利用率)= 通信業(yè)務(wù)量 使用頻譜空間的大小 頻譜空間指頻寬，時間，物理空間構(gòu)成的三維空間頻譜空間=使用的頻帶寬度W * 占用物理空間S * 使用時間 t，如果通信業(yè)務(wù)量以話務(wù)量A表示， 則 根據(jù)上述定義，為提高頻率利用率，應(yīng)壓縮信道間隔，減小電波輻射空間的大小，并使信道經(jīng)常處于使用狀態(tài)3.1.3 多信道共用技術(shù) （一）多信道共用的概念（二）多信道共用的

6、定量分析（三）信道自動選擇方式（一）多信道共用的概念獨立信道方式：每個信道分配一組用戶，當(dāng)一個用戶占用信道時，同組的其它用戶都被阻塞，而其它信道卻可能處于空閑狀態(tài)，信道得不到充分利用多信道共用方式：一個小區(qū)的多個信道為全體用戶所共用，任一空閑信道都可被該小區(qū)的任一用戶所使用多信道共用的優(yōu)點：只有當(dāng)所有信道都被同時占用時，才可能發(fā)生阻塞，因此阻塞率明顯下降。在相同的信道數(shù)和阻塞率情況下，多信道共用則可容納更多的用戶重點1 （二）多信道共用的定量分析多信道共用的用戶數(shù)不是無止境的，超過一定的限度將導(dǎo)致阻塞率增加，多信道共用技術(shù)基于四方面定量分析1，呼叫話務(wù)量與忙時話務(wù)量話務(wù)量是度量通信系統(tǒng)通話業(yè)務(wù)

7、量或繁忙程度的指標(biāo)。單位時間(一小時)內(nèi)的平均電話交換量，稱為呼叫話務(wù)量，設(shè)通信網(wǎng)中每小時平均呼叫(包括成功與失敗呼叫)次數(shù)為C，每次呼叫的平均占用信道時間為t0 (包括接續(xù)時間和通話時間)，呼叫話務(wù)量可表為： ACt0 一天24小時的話務(wù)量并不均衡分布，下圖是廣東某市的蜂窩網(wǎng)日話務(wù)量分布情況，上午10點，下午4點和晚上11點為三個忙時段下圖是我國全國的話務(wù)量日分布統(tǒng)計圖，上午8-9點最忙，而發(fā)達(dá)國家晚上7點左右最忙，由于一天的話務(wù)量分布在任何地區(qū)都不是均衡的，為設(shè)計或管理通信系統(tǒng)，需要引入忙時話務(wù)量的概念舉例：200個用戶的小區(qū)，平均每用戶每天呼叫3次，每次2分鐘，集中系數(shù)為10%，求每個用

8、戶忙時話務(wù)量和小區(qū)總的忙時話務(wù)量解：每個用戶忙時話務(wù)量 AB =CKT/3600 =30.1120/3600=0.01Erl200用戶小區(qū)總的忙時話務(wù)量 A=0.01200=2 Erl2）每個信道所能容納的用戶數(shù)(m) 2，容量用n表示共用信道數(shù)，A表示系統(tǒng)可完成的呼叫話務(wù)量，AB表示每個用戶忙時話務(wù)量，在多信道共用時，容量可有兩種表示法：1）系統(tǒng)所能容納的用戶數(shù)(M)3，呼損率設(shè)M個用戶共用n個信道，當(dāng)用戶數(shù)遠(yuǎn)大于信道數(shù)，Mn 時，會出現(xiàn)超過n個用戶同時要求通話而信道數(shù)不足的情況。這時只能保證n個用戶同時通話。而另一部分用戶雖然發(fā)出呼叫，但因無信道而不能通話，稱為呼叫失敗。在一個通信系統(tǒng)中，

9、呼叫失敗的概率稱為呼叫損失概率，簡稱呼損率，記為B呼損率B越小，呼叫失敗的概率就越小，用戶就越滿意，因此呼損率又稱為系統(tǒng)的服務(wù)等級，業(yè)務(wù)等級，記為GOS，呼損率與話務(wù)量，服務(wù)等級與信道利用率是一對矛盾，要想降低呼損率，要么增加信道數(shù)，要么容納的用戶少些，降低流入話務(wù)量設(shè)A為呼叫成功而接通電話的話務(wù)量， 簡稱完成話務(wù)量。C0為1小時內(nèi)呼叫成功通話的次數(shù)，Ci為呼叫失敗的次數(shù)，t0為每次呼叫平均占用信道的時間，則完成話務(wù)量A和呼損率B分別為：(2-8) 如果呼叫具有下列性質(zhì)： 每次呼叫相互獨立，互不相關(guān)，呼叫具有隨機(jī)性 每次呼叫在時間上都有相同的概率 每個用戶選用信道是任意，等概率的 則呼損率可按

10、下式計算：上式表示系統(tǒng)呼損率B、信道數(shù)n和總話務(wù)量A三者的關(guān)系，是電話工程中的第一愛爾蘭公式，也稱愛爾蘭B公式。通過計算可得出愛爾蘭呼損表表3-1 Erl呼損表呼損率B、信道數(shù)n和總話務(wù)量A三者關(guān)系表4，信道利用率多信道共用時，信道利用率是指每個信道平均完成的話務(wù)量信道利用率是共用信道數(shù)n的增函數(shù)：采用多信道共用，信道利用率明顯提高，但當(dāng)共用信道數(shù)超過10個后，信道利用率曲線將趨向平緩 共用信道數(shù)與信道利用率關(guān)系曲線（三）信道自動選擇方式在多信道共用系統(tǒng)中，基站控制的小區(qū)的所有用戶共用n個信道，當(dāng)用戶需要通話時，需從這n個信道中選取空閑信道，選取的方式有四種：1，專用呼叫信道方式2，循環(huán)定位方

11、式3，循環(huán)不定位方式4，循環(huán)分散定位方式1，專用呼叫信道方式：又稱為共用信令信道方式，在網(wǎng)中設(shè)置專用的呼叫信道，用戶只要不在通話中就在專用呼叫信道上守候，通過專用呼叫信道向基站發(fā)出通話呼叫，基站通過專用呼叫信道指示主叫和被叫雙方移動臺轉(zhuǎn)入當(dāng)前某一空閑話音信道進(jìn)行通話，通話結(jié)束雙方都返回專用呼叫信道繼續(xù)守候優(yōu)點：處理呼叫速度快，適用于大容量移動通信網(wǎng)，是公用移動電話網(wǎng)的主要方式，我國900MHz 蜂窩移動電話網(wǎng)就采用這種方式缺點：專用呼叫信道不能用于通話，當(dāng)共用信道數(shù)不多，呼叫處理業(yè)務(wù)量不足時信道利用率不高，因而不適合信道數(shù)小于12的小容量移動通信系統(tǒng)2，循環(huán)定位方式：不設(shè)置專門的呼叫信道，呼叫

12、與通話在同一信道上進(jìn)行，基站在某一空閑信道上發(fā)出空閑信號，所有不在通話中的移動臺對所有信道循環(huán)掃描，最終都定位在發(fā)出空閑信號的信道上。當(dāng)一個移動臺占用此信道發(fā)出呼叫并開始通話時，基站轉(zhuǎn)往另一空閑信道發(fā)出信號，帶動所有不在通話中的移動臺定位到新的空閑信道由于所有信道都可用于通話，這種方式的信道利用率高。此外由于所有空閑的移動臺都定位在同一空閑信道上，被叫可立即響應(yīng)主叫，呼叫處理快。但是正因為所有空閑的移動臺都定位在同一信道上，多用戶同時發(fā)起呼叫的概率（同搶概率）也較大，容易發(fā)生沖突，因此這種方式只適用于小容量的通信網(wǎng)3，循環(huán)不定位方式：基站在所有的空閑信道上都發(fā)出空閑信號，不在通話中的移動臺始終

13、處于循環(huán)掃描中，并占用首先遇到的空閑信道發(fā)起呼叫為使被呼移動臺能接收基站的選呼信號，基站收到主呼信號時，先在某一空閑信道上發(fā)出保持信號，指令所有循環(huán)掃描中的移動臺都鎖定這個標(biāo)有保持信號的空閑信道，基站然后改發(fā)選呼信號，被呼臺響應(yīng)選呼信號并占用此信道通話，其它移動臺則釋放此信道，重新進(jìn)入循環(huán)掃描優(yōu)點：由于可預(yù)先設(shè)置各移動臺對信道的掃描順序不同，兩移動臺占用同一空閑信道并同時發(fā)起呼叫的概率很小，可有效減少同搶概率缺點：主呼臺要先搜索空閑信道，才能發(fā)起呼叫，被呼臺要先鎖定保持信號，才能響應(yīng)呼叫，這些都占用了時間，因此建立呼叫較慢4，循環(huán)分散定位方式：移動臺分散?？吭诟鱾€空閑信道上，隨時可在各自的信道

14、上發(fā)出主呼，保留了循環(huán)不定位方式的優(yōu)點，基站選呼移動臺時，在所有的空閑信道上發(fā)出選呼信號，并等待應(yīng)答，從而提高了接續(xù)速度這種方式同搶概率小，接續(xù)快，效率高。但由于基站必須在所有的空閑信道上同時發(fā)出選呼信號，因而互調(diào)干擾比較嚴(yán)重，同樣只適于小容量系統(tǒng)作業(yè)W3-1，什么是多信道共用？有何優(yōu)點？W3-2，100個用戶的小區(qū)，平均每用戶呼叫次數(shù)C=5次/天，T=180s/次，集中系數(shù)K=15%，共用多少信道可保呼損率小于5%，若允許呼損率達(dá)20%，可節(jié)省幾個共用信道W3-3，10信道基站，容納300用戶，每用戶忙時話務(wù)量為0.03Erl，呼損率為多少？增加多少信道可使呼損率降為5%300用戶總的忙時話

15、務(wù)量 A=0.03300=9查表 n=10行，得呼損率 B=20%查表B=5%列，得共用信道數(shù) n=14。須增加4個信道3.2.1 移動通信的區(qū)域覆蓋方式3.2.2 大區(qū)制小容量3.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動通信系統(tǒng)3.2 蜂窩小區(qū)的概念和區(qū)域覆蓋 3.2.1 移動通信的區(qū)域覆蓋方式目前移動通信使用的工作頻率主要集中在特高頻UHF 450，900，1800MHz頻段，由于視距傳播極限距離的限制，一個基站發(fā)射的電磁波只能在有限的區(qū)域內(nèi)被移動臺所接收，這個范圍稱為無線復(fù)蓋區(qū)。無線復(fù)蓋區(qū)對移動通信網(wǎng)的整個服務(wù)區(qū)有兩種復(fù)蓋方式，小容量的大區(qū)制和大容量的小區(qū)制 (a) 大區(qū)覆蓋； (b) 小區(qū)覆蓋3.

16、2.2 大區(qū)制小容量 大區(qū)制出現(xiàn)在移動通信發(fā)展初期，一個服務(wù)區(qū)如一個城市只有一個或幾個基站，覆蓋整個服務(wù)區(qū)。為擴(kuò)大服務(wù)區(qū)范圍，基站天線架設(shè)得很高，一般在200米左右，發(fā)射機(jī)輸出功率也較大，復(fù)蓋半徑約30-50km大區(qū)制特點：組成簡單，投資少，見效快，主要用于用戶較少的地域。如農(nóng)村或小城鎮(zhèn)或在開展移動通信業(yè)務(wù)的初期，用戶較少，話務(wù)量也不大時采用重點4 重點4 由于移動臺發(fā)射功率較小，當(dāng)與基站相距較遠(yuǎn)時，移動臺可收到基站發(fā)往移動臺的信號，基站卻不一定能收到移動臺發(fā)往基站的信號，為保證雙向通信質(zhì)量，需在服務(wù)區(qū)域的若干地點設(shè)立分集接收站 在大區(qū)制中，為避免嚴(yán)重的同道干擾，服務(wù)區(qū)內(nèi)的所有信道（一個信道包

17、含收發(fā)一對頻率）頻率都不能重復(fù)，因而這種體制的主要缺點是頻率利用率和通信容量都受到嚴(yán)重限制，能同時提供給用戶使用的信道數(shù)極為有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了移動通信業(yè)務(wù)迅速增長的需要。例如20世紀(jì)70年代美國紐約開通的IMTS (Improved Mobile Telephone Service)系統(tǒng)，僅能提供12對信道。全網(wǎng)只允許12對用戶同時通話，倘若同時出現(xiàn)第13對用戶要求通話，就會發(fā)生阻塞1,小區(qū)制70-80年代，貝爾公司推出基于頻分多址FDMA的模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)，建立了蜂窩網(wǎng)小區(qū)制理論，能在有限的頻譜上提供較大的容量，成為解決頻率不足和用戶容量問題的重大突破 小區(qū)制把一個服務(wù)區(qū)域劃分成若干個較

18、小的區(qū)域，稱為小區(qū)Cell，各小區(qū)均用5-20W的小功率基站發(fā)射機(jī)進(jìn)行覆蓋，負(fù)責(zé)本區(qū)移動通信的聯(lián)絡(luò)和控制，許多小區(qū)像蜂窩一樣布滿即覆蓋任意形狀的服務(wù)區(qū)域，服務(wù)區(qū)域另設(shè)一個移動業(yè)務(wù)交換中心，統(tǒng)一控制各基站協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)小區(qū)之間移動用戶通信的轉(zhuǎn)接，以及移動用戶與市話用戶的聯(lián)系3.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動通信系統(tǒng) 圖2-2 小區(qū)制(蜂窩)移動通信網(wǎng) 2，帶狀服務(wù)復(fù)蓋區(qū)和面狀服務(wù)復(fù)蓋區(qū)根據(jù)服務(wù)對象和地形不同，小區(qū)制對服務(wù)區(qū)域有兩種復(fù)蓋方法： 帶狀服務(wù)復(fù)蓋區(qū) 帶狀服務(wù)區(qū)的無線小區(qū)按橫向排列復(fù)蓋整個服務(wù)區(qū)，主要用于火車，長途汽車，沿海，內(nèi)河船舶用無線電話系統(tǒng)。覆蓋公路、鐵路、海岸或河流。如下圖所示，帶

19、狀網(wǎng)基站宜采用有向天線，使每個小區(qū)呈扁圓形，若使用全向輻射天線，覆蓋區(qū)則呈圓形重點5 帶狀網(wǎng)可進(jìn)行頻率再用。若以采用不同信道的兩個小區(qū)組成一個區(qū)群，在一個區(qū)群內(nèi)兩小區(qū)使用不同的頻率，不同的區(qū)群可使用相同的頻率，如圖(a)所示，稱為雙頻制。若以采用不同信道的三個小區(qū)組成一個區(qū)群，如圖(b)所示，稱為三頻制。從造價和頻率資源的利用而言，當(dāng)然雙頻制最好；但就抗同道干擾而言，雙頻制較差，還應(yīng)考慮多頻制 面狀服務(wù)復(fù)蓋區(qū) 在帶狀網(wǎng)中，小區(qū)呈線狀排列，區(qū)群的組成和同頻道小區(qū)距離的計算都比較方便；而在面狀分布的區(qū)域內(nèi)劃分小區(qū)時，復(fù)蓋區(qū)的實際形狀取決于電波傳播條件和天線的方向性，通常組成蜂窩式的網(wǎng)絡(luò)。全向天線的

20、覆蓋區(qū)是圓形。為了不留空隙地覆蓋整個平面的服務(wù)區(qū)，相鄰的圓形覆蓋區(qū)需有交疊，實際的有效覆蓋區(qū)是一個多邊形可以證明，用正多邊形無空隙、無重疊覆蓋平面區(qū)域，可取形狀只有正三角形、正方形或正六邊形三種。公用移動電話小區(qū)采用正六邊形，它的中心間隔，復(fù)蓋面積最大，重疊面積最小。復(fù)蓋給定服務(wù)區(qū)域所需的小區(qū)數(shù)及頻率組數(shù)最少，基站間同道干擾也最小，由于成蜂窩狀分布亦稱蜂窩網(wǎng)，所以公用移動電話也稱蜂窩移動通信3，蜂窩網(wǎng)無線區(qū)群的組成。 為防止同道干擾，相鄰小區(qū)和附近的若干小區(qū)不能使用相同的信道。這些不同信道的小區(qū)組成一個區(qū)群，只有不同區(qū)群的小區(qū)由于有足夠距離，才可以使用相同的信道，即進(jìn)行信道復(fù)用，以提高系統(tǒng)的頻

21、率利用率。若干區(qū)群組成一個服務(wù)區(qū)區(qū)群的組成應(yīng)滿足兩個條件：一是區(qū)群之間的鄰接應(yīng)當(dāng)無空隙無重疊地復(fù)蓋整個服務(wù)區(qū)；二是鄰接之后的區(qū)群應(yīng)保證相鄰?fù)l小區(qū)之間的距離相等可以證明，符合區(qū)群組成兩條件的區(qū)群形狀和區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)N不是任意的，須滿足下式： N = i2+ij+j2 i , j=0, 1, 2,由此算出N 的可能取值和相應(yīng)區(qū)群形狀見下圖：最常見的區(qū)群為N=7，即相鄰7個使用不同頻率的小區(qū)組成一個區(qū)群，如上圖所示四個鄰接區(qū)群為尋找一個小區(qū)的同頻相鄰小區(qū)，須按下列步驟進(jìn)行：1，自該小區(qū)出發(fā)，先沿邊的垂線方向跨j個小區(qū)2，向左或右轉(zhuǎn)60，再跨i個小區(qū)即到達(dá)同頻小區(qū)在正六邊形的六個方向上，可以找到六個

22、相鄰?fù)l小區(qū)，這些同頻小區(qū)之間的距離都相等圖 2-5 蜂窩小區(qū)中同頻相鄰小區(qū)的確定小區(qū)制優(yōu)點：小區(qū)制有效地解決了信道數(shù)量有限和用戶數(shù)不斷增加的矛盾。不僅提高了頻率的利用率，而且由于基站功率減小，也使相互間的干擾減少。小區(qū)的范圍可以根據(jù)實際用戶數(shù)的多少靈活確定，具有組網(wǎng)靈活性重點6 作業(yè)W3-4，什么是大區(qū)制？有何特點？W3-5，畫圖說明什么是帶狀服務(wù)區(qū)？主要用在哪些方面？W3-6，小區(qū)制移動通信系統(tǒng)有何優(yōu)點？干擾是蜂窩無線系統(tǒng)性能特別是信道容量的主要限制因素。在蜂窩系統(tǒng)中有四種典型的干擾，即：同道干擾，鄰道干擾，互調(diào)干擾，遠(yuǎn)近效應(yīng)?；净蛞苿优_接收機(jī)必須能在其它通信系統(tǒng)產(chǎn)生的眾多較強(qiáng)干擾信號中

23、，檢出較弱的有用信號。如下圖所示，3.3 干擾和信道容量 一，同頻干擾和系統(tǒng)容量二，相鄰信道的干擾三，互調(diào)干擾四，近端對遠(yuǎn)端的干擾五，蜂窩小區(qū)容量的改善1，同頻干擾與射頻防護(hù)比2，單工方式的同頻復(fù)用距離3，雙工方式的同頻復(fù)用距離4，同頻復(fù)用距離的工程計算5，同頻復(fù)用比與系統(tǒng)容量一，同頻干擾和系統(tǒng)容量相同頻率的無用信號對接收機(jī)形成的干擾，稱為同頻干擾，也稱同道干擾在移動通信系統(tǒng)中，為了提高頻率利用率，在相隔一定距離以外，可以使用相同的頻率，稱為同信道復(fù)用。相隔距離越小，頻率利用率越高，但若相隔距離過小，電臺過于密集，或系統(tǒng)設(shè)計，頻率管理不當(dāng)，就會造成同頻干擾1，同頻干擾與射頻防護(hù)比重點7 射頻防

24、護(hù)比：在移動通信中，為保證一定的接收質(zhì)量，所需的射頻信號功率對干擾信號功率之比，稱為射頻防護(hù)比，為避免同頻干擾，必須保證接收機(jī)輸入端信號功率與同頻干擾信號功率之比大于或等于射頻防護(hù)比，并以此決定同信道復(fù)用的距離2，單工方式的同頻復(fù)用距離單工方式收發(fā)可使用相同頻率，設(shè)兩同頻基站A、B的小區(qū)覆蓋半徑為r，相互距離為D，稱為同信道復(fù)用距離，同頻干擾首先發(fā)生于基站接收時，假設(shè)移動臺M位于A的服務(wù)區(qū)邊緣發(fā)送，基站A接收，如果基站B也處于發(fā)送狀態(tài)，由于B的天線高度，發(fā)送功率都遠(yuǎn)大于M，所以A也能收到B的信號形成同頻干擾Dr 為兩個同頻基站的同信道復(fù)用距離D與小區(qū)覆蓋半徑r之比，稱為同信道或同頻復(fù)用比，也叫

25、同頻干擾抑制因子，用Q表示。用DS表示移動臺到基站A的距離，D表示A、B間可實現(xiàn)同信道復(fù)用的最小距離，即發(fā)生同道干擾的臨界距離DI ，此時基站A接收機(jī)輸入端的有用信號與同頻干擾比值等于射頻防護(hù)比?？杀硎緸?，雙工方式的同頻復(fù)用距離雙工方式收發(fā)使用不同頻率，兩同頻基站會對移動臺的接收形成同頻干擾，當(dāng)移動臺M位于下圖所示的A，B兩同頻基站連線上時，最易受到基站B的同頻干擾 若被干擾接收機(jī)至干擾發(fā)射機(jī)發(fā)生同頻干擾的臨界距離為DI ，則A、B兩基站間的同頻復(fù)用距離為 D=DS+DI=r+DI 同頻復(fù)用比為 4，同頻復(fù)用距離的工程計算：在工程設(shè)計中，為計算同頻復(fù)用距離，通常利用統(tǒng)計得到的電波傳播曲線圖，

26、圖中縱軸為信噪比即射頻防護(hù)比，橫軸為傳播 距離，上方（1）為兩基站間傳播 曲線，下方（2）為移動臺和基站 間傳播曲線假設(shè)服務(wù)區(qū)半徑10km，信噪比22dB雙工方式時，移動臺從兩個基站分別接收有用信號和干擾信號，都使用下方移動臺和基站間傳播曲D =r +DI =10km + 40km = 50 km 線（2），由信噪比22dB，查得同道干擾距離DI =40km 代入雙工方式兩基站同頻復(fù)用距離公式同頻單工方式時，基站A從移動臺接收有用信號，仍使用下方移動臺和基站間傳播曲線（2），基站A從基站B接收干擾信號，應(yīng)使用上方基站和基站間傳播曲線（1），由信噪比22dB，查得同道干擾距離 DI =140km

27、 兩基站同頻復(fù)用距離： D = DI=140km 比較上述兩個結(jié)果，兩基站的同頻復(fù)用距離在單工方式時遠(yuǎn)大于雙工方式上述結(jié)果可由單/雙兩種工作情況解釋：單工情況下，收發(fā)使用同一頻率，同頻干擾首先發(fā)生于基站接收時，基站A接收的干擾信號來自基站B的高天線，而有用信號卻來自移動臺的低天線，干擾信號的傳輸條件優(yōu)于有用信號，因此同信道復(fù)用距離較大雙工情況下，收發(fā)使用不同頻率，同頻干擾只能發(fā)生于移動臺接收時，移動臺接收的有用信號和干擾信號分別來自一近一遠(yuǎn)兩個基站，很強(qiáng)的有用信號對較弱的干擾信號有很大的抑制作用，因此同信道復(fù)用距離比單工情況小得多5，同頻復(fù)用比與系統(tǒng)容量：同頻復(fù)用比Q與區(qū)群的大小，即N值有關(guān)。

28、對于六邊形系統(tǒng)來說，用R表示小區(qū)半徑，Q可表示為如果每個小區(qū)的大小都差不多，基站也都發(fā)射相同的功率，則同頻干擾與發(fā)射功率無關(guān)，只與參數(shù)Q有關(guān)。Q值大同頻干擾小，可以提高傳播質(zhì)量，Q值小則容量大；在實際系統(tǒng)中，需要對這兩個目標(biāo)進(jìn)行協(xié)調(diào)和折衷。二，相鄰信道的干擾 相鄰的或鄰近頻道之間的信號干擾叫做鄰頻干擾，也稱鄰道干擾。鄰頻干擾是因接收濾波器不理想，使得相鄰頻率的信號泄漏到傳輸帶寬內(nèi)而引起的。鄰頻干擾主要有兩種：調(diào)制邊帶擴(kuò)展干擾和發(fā)射機(jī)邊帶噪聲干擾1. 調(diào)制邊帶擴(kuò)展干擾模擬移動通信廣泛使用VHF、UHF頻段，頻道間隔25kHz。以調(diào)頻方式傳輸語音信號時，由于調(diào)頻信號頻譜很寬，理論上有無窮多邊頻分量

29、，當(dāng)某些邊頻分量落入鄰道接收機(jī)的通帶內(nèi)時，就會造成鄰道干擾，為計算調(diào)制邊帶擴(kuò)展干擾，將單音頻調(diào)頻波表示為 s(t)=cos(0t+mfsint) 式中0為載波角頻率；mf為調(diào)制指數(shù)；為調(diào)制信號角頻率經(jīng)展開運算，上式可寫成 =J0(mf) cos0t 載頻 +J1(mf) cos(0+)t-J1(mf) cos(0-)t 第一對邊頻 +J2(mf) cos(0+2)t-J2(mf) cos(0-2)t 第二對邊頻 +J3(mf) cos(0+3)t-J3(mf) cos(0-3)t 第三對邊頻 + +Jn(mf) cos(0+n)t-(-1)nJn(mf) cos(0-n)t 第n對邊頻如果上述

30、調(diào)頻波的第 n 次邊頻Jn落入相鄰信道，則引起調(diào)制邊帶擴(kuò)展干擾。Br為信道間隔，Bi為中頻帶寬如上圖（b）所示，設(shè)調(diào)頻波的第n次邊頻落入相鄰信道，考慮到收發(fā)信機(jī)由于頻率不穩(wěn)定而造成的頻率偏差fTR，在最壞情況下，落入鄰道的最低邊頻次數(shù)為式中Fm 為調(diào)制信號的最高頻率分量2.發(fā)射機(jī)邊帶噪聲干擾發(fā)射機(jī)邊帶噪聲干擾是指存在于載頻兩側(cè)的噪聲，主要包括振蕩器、倍頻器、瞬時頻偏控制IDC、和調(diào)制電路的噪聲以及電源脈動等引起的噪聲，邊帶噪聲愈靠近載頻，幅度愈大發(fā)射機(jī)邊帶噪聲干擾移動通信系統(tǒng)的各種干擾中，最主要的是互調(diào)干擾?；フ{(diào)干擾是當(dāng)幾個不同頻率的信號同時進(jìn)入非線性器件時，產(chǎn)生的組合頻率落入接收機(jī)通帶內(nèi)，造

31、成的對有用信號的干擾1，三階互調(diào)干擾原理2，三種主要的互調(diào)干擾3，無三階互調(diào)干擾信道組4，減少互調(diào)干擾的措施 三，互調(diào)干擾重點8 1，三階互調(diào)干擾原理 當(dāng)輸入回路選擇性較差時，如果有三個干擾載頻A、B、C和有用載頻0同時進(jìn)入接收機(jī)高頻放大級或混頻級，當(dāng)把干擾載頻 u=AcosAt+BcosBt+CcosCt 代入非線性器件輸出電流ic與輸入電壓u關(guān)系式 ic=a0+a1u+a2u2+a3u3+anun對上式展開整理，由于高次諧波的能量很小，將輸出電流 ic的頻率成分取到三次項即n=3，如果產(chǎn)生的諧波及組合頻率與有用頻率0 相接近，就會形成對有用信號的干擾，稱為三階互調(diào)干擾三階互調(diào)干擾有兩種類型

32、：二信號三階互調(diào)：2A-B=0三信號三階互調(diào)：A+B-C=0重點8 2，三種主要的互調(diào)干擾移動通信系統(tǒng)的互調(diào)干擾主要有三種：外部效應(yīng)引起的互調(diào)，發(fā)射機(jī)互調(diào)，接收機(jī)互調(diào)外部效應(yīng)引起的互調(diào)干擾：主要由于發(fā)射機(jī)高頻濾波器，天線饋線等接插件接觸不良，或發(fā)信機(jī)的拉桿天線螺栓等金屬件銹蝕等產(chǎn)生的非線性效應(yīng)，如果保證接插件接觸良好，防止金屬件銹蝕，這種互調(diào)現(xiàn)象可以避免發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾：如果發(fā)射機(jī)1的頻率f1通過空間耦合進(jìn)入發(fā)射機(jī)2，由于發(fā)射機(jī)2的末級工作于非線性狀態(tài)，會產(chǎn)生三階互調(diào)產(chǎn)物 2f2 - f1同理當(dāng)f2 進(jìn)入發(fā)射機(jī)1的末級時，也將產(chǎn)生三階互調(diào)產(chǎn)物 2f1-f2。這兩個互調(diào)產(chǎn)物都將到達(dá)接收機(jī)輸入端，如

33、果它們正好落于接收機(jī)通帶之內(nèi)，必將造成干擾 減小發(fā)射機(jī)互調(diào)的措施： （1） 加大發(fā)射機(jī)天線之間的間距 （2） 采用單向隔離器件 （3） 采用高Q值諧振腔接收機(jī)互調(diào)干擾：一般接收機(jī)前端射頻通帶較寬。如有兩個或多個干擾信號同時進(jìn)入高放或混頻級，通過它們自身的非線性作用，各干擾信號就會彼此作用產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物。如果互調(diào)產(chǎn)物落入接收機(jī)頻帶內(nèi)，就會形成接收機(jī)的互調(diào)干擾由于基站通常是多部發(fā)射機(jī)同時工作，當(dāng)移動臺靠近基站時，就會有幾個較高電平的信號同時作用在移動臺接收機(jī)的前端形成互調(diào)。當(dāng)移動臺互調(diào)指標(biāo)太低，有用信號與互調(diào)產(chǎn)物的強(qiáng)度比小于射頻防衛(wèi)比S/I（dB）時，就會發(fā)生嚴(yán)重干擾3，無三階互調(diào)干擾信道組由于多信

34、道移動通信系統(tǒng)的各個頻率也可能形成互調(diào)干擾，在分配頻率時，既要避免信道組內(nèi)有三階互調(diào)干擾，又要盡量提高頻段利用率，即找出占用頻段最小的無三階互調(diào)干擾的信道組，理論分析證明，構(gòu)成無三階互調(diào)干擾信道組的基本規(guī)律是：組內(nèi)任意兩個信道的序號差均不相等。根據(jù)這一規(guī)律可編制出無三階互調(diào)干擾信道組列表供查詢從無三階互調(diào)干擾信道組列表可查出無三階互調(diào)干擾信道的序號，占用的信道總數(shù)，和信道利用率根據(jù)查出的信道序號，用各信道和1號信道的序號差，乘以信道頻率間隔，再加上1號信道的頻率，即得到各無三階互調(diào)干擾信道的頻率無三階互調(diào)信道組4，減少互調(diào)干擾的措施 （1）提高輸入回路選擇性或者高放、混頻電路采用平方律特性器件

35、，以來提高接收機(jī)的射頻互調(diào)抗拒比，一般要求高于70dB （2）移動臺發(fā)射機(jī)采用自動功率控制；減小無線小區(qū)半徑，降低最大接收電平 （3）系統(tǒng)設(shè)計時，選用無三階互調(diào)信道組在移動通信系統(tǒng)中，基站會同時接收幾個距離不同的移動臺發(fā)來的信號，若這些信號頻率相同或相近，則距離近的移動臺會對距離遠(yuǎn)的移動臺形成干擾，抑制甚至淹沒，使基站很難收到遠(yuǎn)距離移動臺的信號，稱為遠(yuǎn)近效應(yīng)克服遠(yuǎn)近效應(yīng)的措施：增大頻距，以便減小場強(qiáng)的變化范圍采用自動功率控制電路，使移動臺根據(jù)收到基站信號的強(qiáng)弱，自動調(diào)節(jié)自己的發(fā)射功率縮小無線服務(wù)區(qū)，降低移動臺的發(fā)射功率四，近端對遠(yuǎn)端的干擾五，蜂窩小區(qū)容量的改善 1小區(qū)分裂服務(wù)區(qū)中的小區(qū)可以大小

36、相同，但這只適用于用戶密度均勻的情況。而實際服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶密度常常不均勻，市中心商業(yè)區(qū)用戶密度高，居民區(qū)和市郊區(qū)用戶密度低。為適應(yīng)這種情況，可使用小區(qū)分裂技術(shù)，即將擁塞的小區(qū)繼續(xù)劃小為微小區(qū)Microcell，和微微小區(qū)Picrocell，使用戶密度高的市中心小區(qū)面積小一些，每個分裂出的小區(qū)都有自己的基站，并相應(yīng)地降低天線高度和發(fā)射機(jī)功率小區(qū)分裂示意圖用戶密度不等時的小區(qū)結(jié)構(gòu) 小區(qū)分裂提高了信道復(fù)用次數(shù)，可明顯提高系統(tǒng)容量，但各基站都需要交換設(shè)備進(jìn)行基站間的信息交換，都需要中繼線連接交換局，通話中的移動臺從一個小區(qū)轉(zhuǎn)入另一小區(qū)時，需要切換信道，因此小區(qū)劃分不宜過小，要根據(jù)用戶密度或業(yè)務(wù)量大小來

37、確定小區(qū)半徑 2扇區(qū)的概念為提高系統(tǒng)容量也可使用復(fù)蓋區(qū)逼近或小區(qū)扇形化技術(shù)，使用定向天線代替基站的全向天線，每個定向天線覆蓋某一特定的扇區(qū)，將一個小區(qū)劃分為三個120度或六個60度扇區(qū)由于使用了定向天線，小區(qū)將只接收同頻小區(qū)中一部分的干擾。這種使用定向天線來減小同頻干擾，從而提高系統(tǒng)容量的技術(shù)也叫做裂向，同頻干擾減小的程度取決于裂向扇區(qū)的數(shù)目。 圖3-5 扇區(qū)劃分中心激勵與頂點激勵當(dāng)用正六邊形來復(fù)蓋服務(wù)區(qū)時，基站發(fā)射機(jī)可安置在小區(qū)的中心，稱為中心激勵。或安置在六個小區(qū)頂點之中的三個點上，稱為頂點激勵。通常中心激勵采用全向天線，頂點激勵采用定向天線重點9 （a）中心激勵 （b）頂點激勵3,盲區(qū)由

38、于地形地物等因素的影響，會出現(xiàn)電場復(fù)蓋不到的地區(qū)，稱為盲區(qū)或死角重點10 為消除盲區(qū)，可在適當(dāng)?shù)牡胤浇⒅狈耪?，直放站是同頻中繼站，主要功能是接收和轉(zhuǎn)發(fā)來自基站和移動臺的信號，實現(xiàn)盲區(qū)移動臺和基站間的通信作業(yè) W3-7，什么是同道干擾？是怎樣產(chǎn)生的？W3-8，什么是互調(diào)干擾？三階互調(diào)干擾有幾種類型？W3-9，什么叫中心激勵及頂點激勵？畫出示意圖W3-10，什么情況下出現(xiàn)盲區(qū)？怎樣消除？畫直放站示意圖3.4.1 多址通信的概念3.4.2 FDMA方式3.4.3 TDMA方式3.4.4 CDMA方式3.4.5 SDMA方式3.4.6 系統(tǒng)容量3.4 移動通信中的多址技術(shù) 3.4.1 多址通信的概念

39、 多址接入技術(shù)簡稱多址技術(shù)。是使多個用戶接入并共享同一個無線信道，以提高頻譜利用率。即把同一個無線信道按照時間、頻率等進(jìn)行分割，使不同的用戶在不同的分割段中使用這一信道，防止相互干擾，而又不會明顯地感覺到他人的存在，就好像自己在專用這一信道一樣，同一信道的各個用戶占用不同的分割段即相當(dāng)于擁有了不同的地址主要的多址技術(shù)有四種：頻分多址FDMA 時分多址TDMA，碼分多址CDMA，空分多址SDMA不論采用哪種多址技術(shù)，基站的多路工作和移動臺的單路工作是移動通信的一大特點多址接入方式的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是信號的正交分割。無線電信號可以表示為頻率、時間和碼型的函數(shù) s(c，f，t)，當(dāng)分別從上述三個方面來區(qū)分信

40、道建立多址接入時，即分別形成FDMA、TDMA和CDMA三種多址方式3.4.2 FDMA方式 1FDMA系統(tǒng)原理將給定的頻譜資源劃分為若干個等間隔的頻道或稱信道，供不同的用戶使用，即為每一個請求服務(wù)的用戶分配一特定頻道，在呼叫的整個過程中，其他用戶不能共享這一特定頻道。是第一代模擬移動的基本技術(shù)，頻道帶寬通常等于傳輸一路模擬話音所需的帶寬，如25 kHz 或30 kHz為避免同一部電臺收發(fā)之間的干擾，F(xiàn)DMA系統(tǒng)通常采用FDD頻分雙工方式通信，接收頻率f和發(fā)送頻率F不同。收發(fā)頻率間隔|f-F|必須大于一定的數(shù)值。例如在800MHz頻段，收發(fā)頻率間隔通常為45MHz，這樣在整個FDMA系統(tǒng)中，形

41、成分立的收發(fā)頻段圖3-7,8 FDMA系統(tǒng)的工作及頻譜分割2FDMA系統(tǒng)中的干擾問題互調(diào)干擾，鄰道干擾和同頻道干擾是FDMA系統(tǒng)的主要干擾問題為了減少同頻道干擾，需要合理地選定蜂窩結(jié)構(gòu)與頻率規(guī)劃，表現(xiàn)為系統(tǒng)設(shè)計中對同頻道干擾抑制因子Q =D/R 的選擇，即同頻小區(qū)的距離和小區(qū)半徑的選擇。3FDMA系統(tǒng)的特點 FDMA信道每次只能傳送一路電話。 每信道占用一個載頻，信道相對較窄，25kHz或30kHz。 每信道只傳輸一路數(shù)字信號，信號速率低，一般在25kbps以下，遠(yuǎn)低于多徑時延擴(kuò)展所規(guī)定的100kbps，碼間干擾引起的誤碼極少。 移動臺較簡單，和模擬的較接近。 基站復(fù)雜龐大，每個信道需要一部收

42、發(fā)信機(jī)，重復(fù)設(shè)置收發(fā)信設(shè)備，由于共用天線，易產(chǎn)生信道間互調(diào)干擾。 FDMA系統(tǒng)每載波單個信道的設(shè)計，使得在接收設(shè)備中必須使用帶通濾波器允許指定信道里的信號通過，濾除其他頻率的信號，限制鄰近信道間的相互干擾。 越區(qū)切換較為復(fù)雜和困難。由于上述特點，在模擬系統(tǒng)中，F(xiàn)DMA是唯一的選擇，在數(shù)字系統(tǒng)中，則很少采用單純的FDMA方式3.4.3 TDMA方式 1TDMA系統(tǒng)原理 TDMA是在一個無線頻道上，按時間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時隙，每個時隙就是一個通信信道，分配給一個用戶。即按照時隙來劃分信道，給不同的用戶分配不同的時隙以共享同一頻道，是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信和第二代數(shù)字移動通信的基本技術(shù)圖3-

43、9 TDMA系統(tǒng)的工作示意圖一幀分成三個時隙，分配給三個用戶以數(shù)字系統(tǒng)GSM為例，每一幀分成8個時隙，每一時隙對應(yīng)一個信道，因此一個載頻最多可供8個移動用戶共享TDMA系統(tǒng)總信道數(shù)為每個基站使用的載頻數(shù)乘以每載頻的時隙數(shù)，空閑信道的選取即是指選擇某個載頻上的某個空閑時隙不同通信系統(tǒng)的幀長度和幀結(jié)構(gòu)不同，典型的幀長在幾毫秒到幾十毫秒之間，例如：GSM 系統(tǒng)幀長4.6ms，每幀8個時隙DECT系統(tǒng)幀長10 ms，每幀24個時隙PACS系統(tǒng)幀長2.5ms，每幀8個時隙TDMA幀分為上行幀，下行幀兩組周期性的幀，各移動臺在上行幀指定的時隙內(nèi)向基站發(fā)送信息，基站則在下行幀規(guī)定的時隙內(nèi)向各移動臺發(fā)送信息上

44、行幀和下行幀可以分別分配在不同的載頻上，稱為頻分雙工FDD方式，上行幀和下行幀也可以分配在同一載頻上，稱為時分雙工TDD方式。在頻分雙工FDD方式中，上行幀和下行幀的結(jié)構(gòu)既可以相同，也可以不同。在時分雙工TDD方式中，通常將同一幀中的一半時隙用于移動臺發(fā)送，另一半時隙用于移動臺接收時分雙工TDD方式：同一幀的一半時隙用于上行，另一半時隙用于下行2TDMA的幀結(jié)構(gòu)TDMA幀是TDMA系統(tǒng)的基本單元，由時隙組成，在時隙內(nèi)傳送的信號叫做突發(fā)Burst，一組用戶的時隙相互連成1個TDMA幀，幀結(jié)構(gòu)如下圖所示同步和定時是TDMA移動通信系統(tǒng)正常工作的前提。由幀結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)來實現(xiàn)（1）位同步：位同步是接收機(jī)

45、正確解調(diào)的基礎(chǔ)，位同步信息可以用專門的信道傳輸，也可以插入業(yè)務(wù)信道中傳輸，還可以從數(shù)字信號中提取（2）幀同步：幀同步和時隙同步方法相同，可以在每幀和每時隙前面分別設(shè)置同步碼作為同步信息（3）系統(tǒng)定時：又稱為網(wǎng)同步，只有全網(wǎng)有統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)，才能保證TDMA系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，系統(tǒng)定時有兩種方法；可以讓所有設(shè)備的時鐘從屬一個系統(tǒng)主時鐘，也可以在各設(shè)備內(nèi)設(shè)置高精度獨立時鐘，一次性校準(zhǔn)后工作3 TDMA系統(tǒng)的同步與定時 4TDMA系統(tǒng)的特點（1）突發(fā)傳輸?shù)乃俾矢?，遠(yuǎn)大于語音編碼速率，每路編碼速率設(shè)為Rbps，共N個時隙，則在這個載波上傳輸?shù)乃俾蕦⒋笥贜Rbps，發(fā)射信號速率隨N的增大而提高。（2）TDMA

46、用不同的時隙來發(fā)射和接收，因此不需雙工器。 （3）基站復(fù)雜性減小，抗干擾能力強(qiáng)，頻率利用率高，系統(tǒng)容量大，越區(qū)切換簡單。3.4.4 CDMA方式 1CDMA系統(tǒng)原理2，CDMA的編碼要求（補(bǔ)充）3，正交Walsh函數(shù) 4，m序列偽隨機(jī)碼5，CDMA系統(tǒng)的特點1CDMA系統(tǒng)原理CDMA系統(tǒng)為每個用戶分配一個唯一的擴(kuò)頻碼作為該用戶的地址碼，稱為碼分多址。發(fā)送端將發(fā)送數(shù)據(jù)使用擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻得到寬帶信號，例如碼元0直接映射成所分配擴(kuò)頻碼，碼元1映射成各位取反后的該序列，各用戶的地址碼相互具有正交性，由此來區(qū)分不同的用戶，使多個用戶可以在同一時間，同一頻道上，以不同的地址碼實現(xiàn)多路通信，是第二代移動通信的改

47、進(jìn)技術(shù)和第三代移動通信的基本技術(shù)CDMA系統(tǒng)的工作如下圖所示：各個用戶的地址碼不同，上行和下行的地址碼也不同，因此可在同一時間，同一頻道上，以不同的地址碼實現(xiàn)多路通信在接收端使用相同的地址碼通過相關(guān)檢測，就可以把相應(yīng)的用戶信息分離出來，相關(guān)檢測可以比喻為“用相片對照找人”。如果你想在一群人中尋找某個不相識的人，最簡單有效的方法是用相片對照，與相片最相似的，就是你要找的人同理，為檢測出所需要的用戶信號，可在接收端使用相應(yīng)的地址碼與接收到的信號對比，求其相似性，即進(jìn)行相關(guān)運算，其中相關(guān)性最大的，就是應(yīng)當(dāng)接收的有用信號2，CDMA的編碼要求（補(bǔ)充）碼分多址的關(guān)鍵是在發(fā)送端使用適當(dāng)?shù)牡刂反a擴(kuò)頻和在接收

48、端使用相同的地址碼進(jìn)行相關(guān)檢測，因此需要研究信號的互相關(guān)性和自相關(guān)性，并據(jù)此確定CDMA的編碼要求（1）信號的互相關(guān)性和自相關(guān)性（2）CDMA的編碼要求（1）信號的互相關(guān)性和自相關(guān)性兩信號的互相關(guān)性表示兩信號的相似性，用下列互相關(guān)函數(shù)表示，式中信號f(t)，g(t)為時間函數(shù)，x表延遲時間CDMA要求不同用戶信號間的互相關(guān)性盡可能小，使接收端容易區(qū)分共用同一信道(時隙)的多個用戶，如果兩信號完全不同，則對于任意的延遲時間x，互相關(guān)函數(shù)都為0，稱這兩個信號正交信號的自相關(guān)性表示信號與它自身相移后的相似性，用自相關(guān)函數(shù)表示CDMA要求信號有尖銳的自相關(guān)特性：即當(dāng)x=0時，自相關(guān)函數(shù)有極大值，而當(dāng)x

49、0時自相關(guān)函數(shù)值很小，對通信系統(tǒng)接收端的實際意義是：只有碼序列與接收機(jī)產(chǎn)生的碼序列完全相同且同步的信號才能被檢測出來，其它不同步(不同時隙，x0)的信號，即使碼序列與接收機(jī)完全相同也會作為背景噪聲被清除（2）CDMA的編碼要求根據(jù)上述分析，理想的CDMA地址碼應(yīng)具有如下特性：* 有處處為零的互相關(guān)特性，便于區(qū)分同一時隙，使用不同地址碼的不同用戶* 有尖銳的自相關(guān)特性，便于區(qū)分不同時隙使用同一地址碼的不同用戶重點11 * 有足夠多的地址碼組分配給多個用戶* 盡可能大的復(fù)雜性，以增加破譯的難度，利于通信的保密性* 不同的碼元數(shù)平衡相等，理論分析可證明有利于形成尖銳的互相關(guān)特性符合上述特點并在CDM

50、A系統(tǒng)中廣泛使用的地址碼主要有： Walsh序列，m 系列，正交Gold序列3正交Walsh函數(shù)CDMA系統(tǒng)中廣泛使用的Walsh序列由Walsh函數(shù)產(chǎn)生，Walsh函數(shù)有良好的互相關(guān)和較好的自相關(guān)特性。利用Walsh函數(shù)的正交性，可作為CDMA的信道地址碼，用于區(qū)分基站到移動臺的下行信道圖3-12 連續(xù)Walsh函數(shù)波形圖 對上面圖中Walsh函數(shù)波形在 8個等間隔上取樣，即得到離散Walsh函數(shù)，即88的Walsh函數(shù)矩陣?yán)肳alsh函數(shù)矩陣的遞推關(guān)系，可得到6464陣列的Walsh序列。即序列長為64，有64個正交序列，用W0，W1， W63表示。Walsh序列具有良好的自相關(guān)特性和處

51、處為零的互相關(guān)特性，常用于基站到移動臺的下行鏈路，可將基站到移動臺的下行鏈路分為64個邏輯信道4m序列偽隨機(jī)碼隨機(jī)噪聲能較好地滿足CDMA編碼要求，在時間軸上截取的任意兩段隨機(jī)噪聲都具有處處接近0的互相關(guān)性和尖銳的自相關(guān)性，但隨機(jī)噪聲不能重復(fù)再造，無法用作CDMA通信，因此人們開發(fā)出既具有隨機(jī)性，又具有重復(fù)周期的序列編碼，稱為偽隨機(jī)碼PN (Pseudo random Noise series)基本的PN碼有m序列，M序列，R-S序列等，既可由硬件產(chǎn)生，也可由軟件編程實現(xiàn)（1）m序列的生成m序列是最長移位寄存器序列的簡稱，是由帶線性反饋的移位寄存器產(chǎn)生的周期最長的序列。m序列的發(fā)生器由移位寄存

52、器、反饋抽頭及模2加法器組成。以3級移位寄存器為例的m序列產(chǎn)生電路如下圖所示：以上述3級移位寄存器和模2加法器構(gòu)成m序列發(fā)生器為例，m序列的產(chǎn)生原理為：將移位寄存器的第2級和末級輸出，經(jīng)模2加法后線性反饋到第1級的輸入端，則移位寄存器的1級，2級和末級輸出端可分別輸出m序列，各級的輸出為同一碼序列的循環(huán)移位重點12 輸 入輸出0 000 111 011 10模2加的運算規(guī)則1 2 3 +m序列輸出移位寄存器的初始狀態(tài)為111時，各級的7次輸入，輸出序列 為同一碼序列的循環(huán)移位第1級輸入第1級輸出第2級輸出末級輸出0111001110010100101011011110（2）m系列的特性 m系列

53、產(chǎn)生容易，規(guī)律性強(qiáng)，自相關(guān)性好，廣泛用于直接擴(kuò)頻系統(tǒng)。 m序列的周期：m序列的周期p 取決于移位寄存器的級數(shù)n，n級移位寄存器產(chǎn)生的m序列，有p個不同的狀態(tài)，每個狀態(tài)都可看成是初始狀態(tài)經(jīng)循環(huán)移位得到，或者說：對n級移位寄存器產(chǎn)生的m序列，作碼元周期整數(shù)倍的時間偏置，可生成p個不同的碼字，每個碼字的時間偏置倍數(shù)，稱為偏置系數(shù) m序列的自相關(guān)性：m序列一個周期內(nèi)1的個數(shù)比0的個數(shù)多1個，例如前例4個1，3個0。當(dāng)延遲時間x0時自相關(guān)函數(shù)值可簡單計算為：（0的個數(shù)-1的個數(shù)）/p= -1/p，而當(dāng)x=0時，自相關(guān)函數(shù)有極大值1，因此 m序列具有尖銳的自相關(guān)性 m序列的互相關(guān)性m序列的互相關(guān)性是指相同

54、周期P=2n1兩個不同的m序列an、bn一致的程度。其互相關(guān)值越接近于0，說明這兩個m序列差別越大，即互相關(guān)性越弱； m序列的互相關(guān)值不是處處為零，即互相關(guān)特性不理想，當(dāng)m序列用作CDMA系統(tǒng)的用戶地址碼時，必須選擇互相關(guān)值很小的m序列組，以避免用戶之間的相互干擾，減小多址干擾5CDMA系統(tǒng)的特點 CDMA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(shù)。 通信容量大。CDMA是干擾限制性系統(tǒng)，可以通過各種降低干擾功率的技術(shù)，提高系統(tǒng)的容量 容量的軟特性。TDMA可接入的用戶數(shù)是固定的，取決于頻道數(shù)和時隙數(shù)，超過容量的用戶無法接入，而CDMA可接入的用戶數(shù)是不定的，超過容量的用戶不

55、會被阻塞，多接入一個用戶只會使系統(tǒng)的通信質(zhì)量略有下降 由于信號被擴(kuò)展在一較寬頻譜上從而可以減小多徑衰落。 在CDMA系統(tǒng)中，信道數(shù)據(jù)速率很高。 平滑的軟切換和有效的宏分集。由于所有小區(qū)都使用同一頻率，簡化了頻率規(guī)劃，也使越區(qū)切換簡便迅速 低信號功率譜密度。提高了抗干擾能力，對其它系統(tǒng)干擾也很小CDMA系統(tǒng)存在著兩個重要的問題：CDMA網(wǎng)中不同用戶的擴(kuò)頻序列不完全是正交的，這種擴(kuò)頻碼集的非零互相關(guān)系數(shù)會引起各用戶間的相互干擾，即多址干擾，在多徑傳播環(huán)境中多址干擾將更為嚴(yán)重“遠(yuǎn)近”效應(yīng)。由于多個用戶共用同一物理信道，離基站近的用戶的較強(qiáng)信號會抑制離基站遠(yuǎn)的用戶的較弱信號，需要使用有效的功率控制措施

56、，動態(tài)調(diào)節(jié)用戶的功率3.4.5 SDMA方式 空分多址SDMA 通過空間的分割來區(qū)別不同的用戶。是衛(wèi)星通信的基本技術(shù)，通過使用陣列天線，可使不同天線的波束分別指向地球表面上的不同區(qū)域，使各地球站的通信電波在空間互不重疊，這樣即使各地球站工作在相同的時隙，相同的頻率，甚至相同的地址碼，他們的信號也不會相互干擾空分多址：不同的波束指向不同區(qū)域空分多址技術(shù)的優(yōu)點： （1）定位功能強(qiáng)，每條空間信道的方向已知，可準(zhǔn)確確定位信號源的位置，以便提供基于位置的服務(wù)（2）功率大大降低，由于只在有限的空間-波束內(nèi)傳輸，SDMA基站的發(fā)射功率可遠(yuǎn)低于普通的基站（3）大幅度降低來自其它系統(tǒng)，其它用戶的干擾，即使在極端

57、吵鬧，干擾強(qiáng)烈的環(huán)境中，系統(tǒng)也可通過有選擇地發(fā)送和接收信號，實現(xiàn)高質(zhì)量通信（4）兼容性強(qiáng)，SDMA可與任何調(diào)制方式，帶寬，或頻段兼容，也可以與其它多址方式兼容，從而實現(xiàn)組合的多址技術(shù)（5）由于上述種種優(yōu)點，系統(tǒng)容量可大幅度提高空分多址在陸地移動通信中的應(yīng)用：隨著窄波束自適應(yīng)陣列天線技術(shù)的發(fā)展，空分多址在陸地移動通信中將會有更廣闊的應(yīng)用前景窄波束自適應(yīng)陣列天線可以在不同的移動用戶方向上形成不同的窄波束，在理想情況下，窄波束具有極小的夾角和無限快的跟蹤速度，能提供一個無其它用戶干擾的惟一信道，有效克服多徑干擾和同道干擾，實現(xiàn)最隹SDMA圖3-15 SDMA系統(tǒng)的工作示意圖 本節(jié)首先建立載干比和系統(tǒng)

58、容量兩個基本概念，在此基礎(chǔ)上分析三種通信系統(tǒng)的容量并進(jìn)行定量的計算比較序：系統(tǒng)容量和載干比 CI 1,FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的容量 2,CDMA蜂窩系統(tǒng)的容量 3,三種系統(tǒng)容量的比較 3.4.6 系統(tǒng)容量 序：系統(tǒng)容量和載干比 CI 信道的語音質(zhì)量用載干比CI，即載波功率與干擾功率之比作度量，其中載波功率為每比特能量Eb 和數(shù)據(jù)速率Rb的乘積，干擾功率為每赫茲的干擾功率I0和信道帶寬BC的乘積。即：上式變形后EbI0為信號與干擾功率之比，簡稱信干比。BcRb為信道帶寬與數(shù)據(jù)速率之比，稱為擴(kuò)頻因子，表征CDMA系統(tǒng)的擴(kuò)頻處理增益3-19無線電系統(tǒng)的容量可以被定義為一定頻段內(nèi)所能提供的信道數(shù)，

59、或最大用戶數(shù)，或系統(tǒng)的輸入話務(wù)總量。移動通信服務(wù)區(qū)的系統(tǒng)容量常用無線容量m來表示，單位為信道/小區(qū)，取決于系統(tǒng)的載干比C/I和信道帶寬1，F(xiàn)DMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的容量 同信道干擾是對蜂窩系統(tǒng)容量的制約因素。因為FDMA的頻道和TDMA中的時隙只能指配給一個呼叫，在此期間不允許其它呼叫共享該頻道或該時隙。同信道干擾來自于服務(wù)區(qū)域中的同頻小區(qū)。假設(shè)在6個同信道干擾源的最惡劣的環(huán)境，路徑損耗按4次方規(guī)律考慮，可得到以每小區(qū)信道數(shù)為單位的無線電容量 m (2 - 12) 對于FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)容量可表示為 ：式中，Bt為系統(tǒng)的總帶寬，BC 為信道帶寬M=Bt /BC 為總信道數(shù)，K為群區(qū)所

60、含小區(qū)數(shù)CI)s為每信道或每時隙所需的最小載干比2，CDMA蜂窩系統(tǒng)的容量 蜂窩系統(tǒng)采用CDMA的主要目的是為了獲得大的容量。在CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)中，由于在相鄰小區(qū)可以使用相同的無線頻道，在小區(qū)內(nèi)也可共用一個無線頻道，所以它存在兩種同信道干擾，即相鄰小區(qū)同信道干擾和本小區(qū)同信道干擾CDMA 系統(tǒng)中兩種同道干擾 (3 - 20) 對于CDMA蜂窩系統(tǒng)而言，信道帶寬BC 即是CDMA信號帶寬，它與數(shù)據(jù)速率Rb的比值 BcRb 是CDMA系統(tǒng)的擴(kuò)頻因子，表征系統(tǒng)的擴(kuò)頻處理增益。對于有M個用戶的擴(kuò)頻系統(tǒng)，假設(shè)每一用戶的信號都受到其它M-1個用戶信號的干擾，并假定到達(dá)接收機(jī)的有用信號功率和各個