1、第第5章章组网技术组网技术 移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念5.15.1 移动通信环境下的干扰移动通信环境下的干扰5.25.2 区域覆盖与信道配置区域覆盖与信道配置5.35.3多址接入技术多址接入技术5.45.4蜂窝移动通信系统的容量分蜂窝移动通信系统的容量分析析 5.55.5系统移动性管理系统移动性管理5.65.6本章解决的问题：本章解决的问题：(1)(1)邻道干扰和同道干扰邻道干扰和同道干扰 什么是什么是邻道干扰和同道干扰邻道干扰和同道干扰?产生的原因产生的原因?本章解决的问题：本章解决的问题：(2)(2)区域覆盖技术区域覆盖技术 由于传播损耗的存在，基站和移动台之间的通由于传播损
2、耗的存在，基站和移动台之间的通信距离总是有限的。因此，为了使用户在某一个服信距离总是有限的。因此，为了使用户在某一个服务区内的任意位置都能接入网络，需要在该服务区务区内的任意位置都能接入网络，需要在该服务区内设置多少基站？对于给定的频率资源，如何在这内设置多少基站？对于给定的频率资源，如何在这些基站之间进行分配以满足用户容量的要求？些基站之间进行分配以满足用户容量的要求？本章解决的问题：本章解决的问题：(3)(3)多址技术多址技术 对于给定的频率资源，大家如何来共享，使得对于给定的频率资源，大家如何来共享，使得有限的资源能传输更大容量的信息有限的资源能传输更大容量的信息?本章解决的问题：本章解
3、决的问题：（4）蜂窝移动通信系统的容量分析）蜂窝移动通信系统的容量分析 通过对通过对FDMA和和TDMA蜂窝系统容量的分析，蜂窝系统容量的分析，探讨提高蜂窝系统容量有哪些方法探讨提高蜂窝系统容量有哪些方法？本章解决的问题：本章解决的问题：(5)(5)移动性管理移动性管理 移动移动通信的基本特点是用户在网络覆盖的范围内可任意通信的基本特点是用户在网络覆盖的范围内可任意移动。因此，需要解决移动性管理和越区切换两个问题。移动。因此，需要解决移动性管理和越区切换两个问题。移动性管理是指当用户在移动网络中任意移动时，网络移动性管理是指当用户在移动网络中任意移动时，网络如何管理这些用户，使网络在任何时刻都
4、知道该用户当前在如何管理这些用户，使网络在任何时刻都知道该用户当前在哪一个地区的哪一个基站覆盖的范围内哪一个地区的哪一个基站覆盖的范围内?越区切换是指当移动用户从一个基站的覆盖区移动到越区切换是指当移动用户从一个基站的覆盖区移动到另一个基站的覆盖区时，如何保证用户通信过程的连续性另一个基站的覆盖区时，如何保证用户通信过程的连续性?5.1 5.1 移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念 移动通信网移动通信网是承载移动通信业务的网是承载移动通信业务的网络，主要完成移动用户之间、移动用户与络，主要完成移动用户之间、移动用户与固定用户之间的信息交换。一般来说，移固定用户之间的信息交换。一般来说，移动
5、通信网由动通信网由空中网络空中网络和和地面网络地面网络两部分组两部分组成。空中网络又称为无线网络，主要完成成。空中网络又称为无线网络，主要完成无线通信；地面网络又称为有线网络，主无线通信；地面网络又称为有线网络，主要完成有线通信。要完成有线通信。空中网络空中网络是移动通信网的主要部分，主要包括：是移动通信网的主要部分，主要包括：（1）多址接入）多址接入 （2）频率复用和区域覆盖）频率复用和区域覆盖 1）无线蜂窝式小区覆盖和小功率发射。）无线蜂窝式小区覆盖和小功率发射。2）频率复用：指相同的频率在相隔一定距）频率复用：指相同的频率在相隔一定距离的另一个小区重复使用。离的另一个小区重复使用。3）多
6、信道共用和越区切换。）多信道共用和越区切换。（3）切换和位置更新）切换和位置更新地面网络地面网络主要包括：主要包括：（1）服务区内各个基站的相互连接。）服务区内各个基站的相互连接。（2）基站与固定网（）基站与固定网（PSTN、ISDN、数据网等）。、数据网等）。5.2 5.2 移动通信环境下的干扰移动通信环境下的干扰 干扰是限制移动通信系统性能的主要因素。干扰是限制移动通信系统性能的主要因素。干扰来源包括相邻小区中正在进行通信、使用干扰来源包括相邻小区中正在进行通信、使用相同频率的其他基站、或者无意中渗入系统频相同频率的其他基站、或者无意中渗入系统频带范围的任何干扰系统。带范围的任何干扰系统。
7、话音信道上的干扰会导致串话，使用户听话音信道上的干扰会导致串话，使用户听到背景干扰。信令信道上的干扰则会导致数字到背景干扰。信令信道上的干扰则会导致数字信号发送上的错误，而造成呼叫遗漏或阻塞。信号发送上的错误，而造成呼叫遗漏或阻塞。5.2.1 邻道干扰邻道干扰 邻道干扰邻道干扰（Adjacent Channel Interference,ACI）:是一种来自相邻或相近是一种来自相邻或相近的频道的干扰，即干扰台信号功率落入相邻的频道的干扰，即干扰台信号功率落入相邻或相近接收机接收频带内造成的干扰。或相近接收机接收频带内造成的干扰。l 邻道干扰包括两方面：邻道干扰包括两方面：一是由于工作频带紧随的
8、若干频道的寄生边一是由于工作频带紧随的若干频道的寄生边带功率、宽带噪声、杂散辐射等产生的干扰；带功率、宽带噪声、杂散辐射等产生的干扰；二是指移动通信网内，一组空间离散的邻近工二是指移动通信网内，一组空间离散的邻近工作频道引入的干扰。作频道引入的干扰。解决领道干扰的措施包括：解决领道干扰的措施包括：（1）降低发射机落入相邻频道的干扰功降低发射机落入相邻频道的干扰功率，即减少发射机带外辐射。率，即减少发射机带外辐射。（2）提高接收机的邻道选择性。）提高接收机的邻道选择性。（3）在网络设计中，避免相邻频道在同）在网络设计中，避免相邻频道在同一小区或相邻小区内使用。一小区或相邻小区内使用。5.2.2
9、同道干扰同道干扰 同道干扰同道干扰（Co-Channel Interference，CCI）：）：是指所有落在接收机通带内的与有用信号频是指所有落在接收机通带内的与有用信号频率相同的无用信号的干扰，恶劣的天气、过率相同的无用信号的干扰，恶劣的天气、过度拥挤的频谱或不合理的频率规划等都可能度拥挤的频谱或不合理的频率规划等都可能导致同道干扰。导致同道干扰。l 频率复用频率复用意味着在一个给定的覆盖区意味着在一个给定的覆盖区域内，存在许多使用同一组频率的小区，域内，存在许多使用同一组频率的小区，这些小区叫做这些小区叫做同频小区同频小区。频率复用带来。频率复用带来的问题就是同频干扰。复用距离越近，的问
10、题就是同频干扰。复用距离越近，同频干扰就越大；复用距离越远，同频同频干扰就越大；复用距离越远，同频干扰就越小，但频谱利用率就会降低。干扰就越小，但频谱利用率就会降低。为避免同频干扰和保证接收质量，必须使为避免同频干扰和保证接收质量，必须使接收输入端的信号电平同同频干扰电平之比接收输入端的信号电平同同频干扰电平之比（通常是（通常是功率功率或或场强场强之比）大于或等于之比）大于或等于射频射频保护比保护比（Radio-Frequency Rrotection Ratio）。）。l 射频保护比射频保护比是达到规定接收质量时所需是达到规定接收质量时所需的射频信号对同频无用射频信号的比值，它的射频信号对同
11、频无用射频信号的比值，它不仅取决于通信距离，还和调制方式、电波不仅取决于通信距离，还和调制方式、电波传播特性、通信可靠性、无线小区半径、选传播特性、通信可靠性、无线小区半径、选用的工作方式等因素有关。用的工作方式等因素有关。为了提高频率利用率，在满足一定通为了提高频率利用率，在满足一定通信质量的条件下，信质量的条件下，允许使用相同频道的无允许使用相同频道的无线区域之间的最小距离线区域之间的最小距离称为同频道再用的称为同频道再用的最小安全最小安全距离，简称距离，简称同频道复用距离同频道复用距离或或共共道复用距离道复用距离。图图5.1给出了同频道复用距离的示意图。给出了同频道复用距离的示意图。图图
12、5.1 同频道复用距离示意图同频道复用距离示意图l 由图可知由图可知 D=DI+Ds=DI+(5.1)0r 通常，定义同频复用系数为通常，定义同频复用系数为 (5.2)l 由式由式 (5.1)可得同频复用系数可得同频复用系数 (5.3)0rD001rDrDI 假定各基站与移动台的设备参数相同，地形条件也理想假定各基站与移动台的设备参数相同，地形条件也理想，同频道再用距离与下列因素有关。，同频道再用距离与下列因素有关。（1）调制方式。为达到规定的接收信号质量，对于不同）调制方式。为达到规定的接收信号质量，对于不同的调制方式，所需的射频保护比是不同的。的调制方式，所需的射频保护比是不同的。（2）电
13、波传播特性。假定传播路径是光滑的地平面，路）电波传播特性。假定传播路径是光滑的地平面，路径损耗径损耗L可由式可由式(5.4)近似确定近似确定 (5.4)其中，其中，d是收发天线之间的距离，是收发天线之间的距离，ht和和hr分别表示发射天线分别表示发射天线与接收天线的高度。如果与接收天线的高度。如果d的单位是的单位是km，ht和和hr的单位是的单位是m，则，则 （dB）(5.5)（3）基站覆盖范围或小区半径）基站覆盖范围或小区半径 。（4）通信方式。可以分为同频单工通信和异频双工通信。）通信方式。可以分为同频单工通信和异频双工通信。（5）要求的可靠通信概率。）要求的可靠通信概率。224rthhd
14、L)lg(20lg40120rthhdL0rl 互调干扰互调干扰是由传输设备中的非线性电是由传输设备中的非线性电路产生的。它指两个或多个信号作用在路产生的。它指两个或多个信号作用在通信设备的非线性器件上，产生同有用通信设备的非线性器件上，产生同有用信号频率相近的组合频率，从而对通信信号频率相近的组合频率，从而对通信系统构成干扰的现象。系统构成干扰的现象。5.2.3 互调干扰互调干扰 产生互调干扰的基本条件是：产生互调干扰的基本条件是：（1）几个干扰信号的频率（）几个干扰信号的频率（，）与受）与受干扰信号的频率（干扰信号的频率（）之间满足）之间满足 或或 的条件。的条件。（2）干扰信号的幅度足够
15、大。）干扰信号的幅度足够大。（3）干扰（信号）站和受干扰的接收机都同）干扰（信号）站和受干扰的接收机都同时工作。时工作。ABCS2ABSABCS1.产生互调干扰的条件产生互调干扰的条件 移动通信系统中，互调干扰分为移动通信系统中，互调干扰分为发射机发射机互调干扰互调干扰和和接收机互调干扰接收机互调干扰两类。两类。减少发射机互调干扰减少发射机互调干扰的措施有：的措施有：1）加大发射机天线之间的距离。）加大发射机天线之间的距离。2）采用单向隔离器件和采用高品）采用单向隔离器件和采用高品质因子的谐振腔。质因子的谐振腔。3）提高发射机的互调转换衰耗。）提高发射机的互调转换衰耗。2.互调干扰的分类互调干
16、扰的分类减少接收机互调干扰减少接收机互调干扰的措施有：的措施有：1）提高接收机前端电路的线性度。）提高接收机前端电路的线性度。2）在接收机前端插入滤波器，提高其选）在接收机前端插入滤波器，提高其选择性。择性。3）选用无三阶互调的频道组工作。）选用无三阶互调的频道组工作。3.在设台组网中对抗互调干扰的措施在设台组网中对抗互调干扰的措施 （1）蜂窝移动通信网）蜂窝移动通信网。由于需要的频道多和。由于需要的频道多和采用空腔谐振式合成器，所以可采用互调最小采用空腔谐振式合成器，所以可采用互调最小的等间隔频道配置方式，并依靠具有优良互调的等间隔频道配置方式，并依靠具有优良互调抑制指标的设备来抑制互调干扰
17、。抑制指标的设备来抑制互调干扰。（2）专用的小容量移动通信网）专用的小容量移动通信网。主要采用不。主要采用不等间隔排列的无三阶互调的频道配置方法来避等间隔排列的无三阶互调的频道配置方法来避免发生互调干扰。当需要的频道数较多时，频免发生互调干扰。当需要的频道数较多时，频道（信道）利用率很低，不适用于蜂窝网。道（信道）利用率很低，不适用于蜂窝网。l 当外界存在一个离接收机工作频率较远，当外界存在一个离接收机工作频率较远，但能进入接收机并作用于其前端电路的强干扰但能进入接收机并作用于其前端电路的强干扰信号时，由于接收机前端电路的非线性而造成信号时，由于接收机前端电路的非线性而造成对有用信号增益降低或
18、噪声增高，使接收机灵对有用信号增益降低或噪声增高，使接收机灵敏度下降的现象称为敏度下降的现象称为阻塞干扰阻塞干扰。l 这种干扰与干扰信号的幅度有关，幅度越大这种干扰与干扰信号的幅度有关，幅度越大，干扰越严重。当干扰电压幅度非常大时，可，干扰越严重。当干扰电压幅度非常大时，可导致接收机收不到有用信号而使通信中断。导致接收机收不到有用信号而使通信中断。5.2.4 阻塞干扰阻塞干扰 当基站同时接收从两个距离不同的移动当基站同时接收从两个距离不同的移动台发来的信号时，距基站近的移动台台发来的信号时，距基站近的移动台B（距离距离d2）到达基站的功率明显要大于距）到达基站的功率明显要大于距离基站远的移动台
19、离基站远的移动台A（距离（距离d1，d2 d1）的到达功率，若二者频率相近，则距基的到达功率，若二者频率相近，则距基站近的移动台站近的移动台B就会造成对接收距离远的就会造成对接收距离远的移动台移动台A的有用信号的干扰或抑制，甚至的有用信号的干扰或抑制，甚至将移动台将移动台A的有用信号淹没。这种现象称的有用信号淹没。这种现象称为为近端对远端干扰近端对远端干扰，又称为，又称为远近效应远近效应。5.2.5 近端对远端的干扰近端对远端的干扰l克服近端对远端干扰的克服近端对远端干扰的措施措施主要有两个：主要有两个：（1）使两个移动台所用频道拉开必要间隔；）使两个移动台所用频道拉开必要间隔；（2）移动台端
20、自动（发射）功率控制（）移动台端自动（发射）功率控制（APC），使所有工作的移动台到达基站功率基本一），使所有工作的移动台到达基站功率基本一致。由于频率资源紧张，几乎所有的移动通信致。由于频率资源紧张，几乎所有的移动通信系统的基站和移动终端都采用系统的基站和移动终端都采用APC工作。工作。5.3 5.3 区域覆盖与信道配置区域覆盖与信道配置 5.3.1 区域覆盖区域覆盖 1大区制移动通信网络的区域覆盖大区制移动通信网络的区域覆盖图图5.2 大区制移动通信示意图大区制移动通信示意图 大区制方式的优点是网络简单、成本低，一般借助市大区制方式的优点是网络简单、成本低，一般借助市话交换局设备和很高的天
21、线，将基站的收发信设备与市话交换局设备和很高的天线，将基站的收发信设备与市话交换局连接起来，为一个大的服务区提供移动通信业话交换局连接起来，为一个大的服务区提供移动通信业务，如图务，如图5.2所示所示。为了扩大覆盖范围，往往可将图为了扩大覆盖范围，往往可将图5.2的无线系统的无线系统重复配置，借助于控制中心接入市话交换局，如重复配置，借助于控制中心接入市话交换局，如图图5.3所示。所示。图图4.3 借助控制中心的大区制移动通信示意图借助控制中心的大区制移动通信示意图 覆盖区域的划分取决于系统的容量、地形以覆盖区域的划分取决于系统的容量、地形以及传播特性等。及传播特性等。覆盖区域的半径则由以下因
22、素确定。覆盖区域的半径则由以下因素确定。（1）在正常的传播损耗时，）在正常的传播损耗时，地球的曲率半径地球的曲率半径限限制了传输的极限范围。制了传输的极限范围。（2）地形环境影响地形环境影响，例如山丘、建筑物的阻挡，例如山丘、建筑物的阻挡，信号传播可能产生覆盖盲区。信号传播可能产生覆盖盲区。（3）多径、干扰多径、干扰等限制了传输距离。等限制了传输距离。（4）基站发射功率受限基站发射功率受限导致覆盖范围有限。导致覆盖范围有限。（5）移动台发射功率很小，上行（移动台发射功率很小，上行（MS至至BS）信号传输距离有限信号传输距离有限，限制了，限制了BS与与MS的互通距离。的互通距离。图图5.4通过描
23、述移动台与基站的不同相对通过描述移动台与基站的不同相对位置，说明上、下行传输增益差是决定大位置，说明上、下行传输增益差是决定大区制系统覆盖区域大小的重要因素区制系统覆盖区域大小的重要因素。图图5.4 非对称的上、下行链路非对称的上、下行链路（1）设置分集接收台。在业务区内的适当地点）设置分集接收台。在业务区内的适当地点设立分集接收台设立分集接收台Rd，如图，如图5.5所示。所示。图图5.5 设置分集接收台示意图设置分集接收台示意图（2）在大的覆盖范围内，用同频转发器（又称）在大的覆盖范围内，用同频转发器（又称为直放站）扫除盲区，如图为直放站）扫除盲区，如图5.6所示。所示。图图5.6 用同频转
24、发器的示意图用同频转发器的示意图（3）基站采用全向天线发射和定向天线接）基站采用全向天线发射和定向天线接收，可以获得收，可以获得810dB的接收增益。的接收增益。（4）基站采用分集接收的天线配置方案，）基站采用分集接收的天线配置方案，获得接收分集增益。获得接收分集增益。（5）提高基站接收机的灵敏度，以接收微）提高基站接收机的灵敏度，以接收微弱的移动台信号。弱的移动台信号。2小区制移动通信网络的区域覆盖小区制移动通信网络的区域覆盖 为了增大服务区域，从频率复用的观点为了增大服务区域，从频率复用的观点出发，可以将整个服务区划分成若干个半径出发，可以将整个服务区划分成若干个半径为为220km的小区，
25、每个小区中设置基站，的小区，每个小区中设置基站，负责小区内移动用户的无线通信，这种方式负责小区内移动用户的无线通信，这种方式称为称为小区制小区制。小区制具有以下优点。小区制具有以下优点。（1）可以提高频率利用率。）可以提高频率利用率。（2）具有组网的灵活性。）具有组网的灵活性。2小区制移动通信网络的地域覆盖小区制移动通信网络的地域覆盖 针对不同的服务区，需要不同的小区针对不同的服务区，需要不同的小区结构以及频率分配方案。结构以及频率分配方案。（1）带状网）带状网 带状网主要用于覆盖公路、铁路、海岸等。带状网主要用于覆盖公路、铁路、海岸等。带状网中，基站天线若用全向辐射，覆盖区形状带状网中，基站
26、天线若用全向辐射，覆盖区形状是圆形的（图（是圆形的（图（a）；基站天线若宜采用有向天线，）；基站天线若宜采用有向天线，使每个小区呈扁圆形（图（使每个小区呈扁圆形（图（b）。）。图图5.7 带状网带状网 带状网可进行频率再用。若将使用不同频道带状网可进行频率再用。若将使用不同频道的两个小区组成一个区群（在一个区群内的不的两个小区组成一个区群（在一个区群内的不同小区使用不同的频道，不同的区群可使用相同小区使用不同的频道，不同的区群可使用相同的频率）如图同的频率）如图5.7（a）所示，称为）所示，称为双频制双频制。若将使用不同频道的若将使用不同频道的3个小区组成一个区群，个小区组成一个区群，如图如图
27、5.7（b）所示，称为）所示，称为3频制频制。表表5.1 带状网的同频道干扰带状网的同频道干扰图图5.8 带状网的同频干扰带状网的同频干扰设设n频制的带状网如图频制的带状网如图5.8所示。所示。（2）蜂窝网）蜂窝网 小区的形状小区的形状 全向天线辐射的覆盖区是个圆形。为了不全向天线辐射的覆盖区是个圆形。为了不留空隙地覆盖整个平面的服务区，一个个圆留空隙地覆盖整个平面的服务区，一个个圆形辐射区之间一定含有很多的交叠。在考虑形辐射区之间一定含有很多的交叠。在考虑了交叠之后，每个辐射区的有效覆盖区是一了交叠之后，每个辐射区的有效覆盖区是一个多边形。根据交叠情况不同，有效覆盖区个多边形。根据交叠情况不
28、同，有效覆盖区可为正三角形、正方形或正六边形。可为正三角形、正方形或正六边形。图图5.9 小区的形状小区的形状 理论证明，要用正多边形无空隙、无重理论证明，要用正多边形无空隙、无重叠地覆盖一个平面的区域，可取的形状只叠地覆盖一个平面的区域，可取的形状只有正三角形、正方形或正六边形这三种。有正三角形、正方形或正六边形这三种。表表5.2 三种形状小区的比较三种形状小区的比较 区群的组成区群的组成相邻小区不能用相同的信道相邻小区不能用相同的信道。为了保证同。为了保证同信道小区之间有足够的距离，附近的若干小区信道小区之间有足够的距离，附近的若干小区都不能用相同的信道。这些不同信道的小区组都不能用相同的
29、信道。这些不同信道的小区组成一个区群，成一个区群，只有不同区群的小区才能进行只有不同区群的小区才能进行信信道再用道再用。可以证明，区群内的小区数应满足下式可以证明，区群内的小区数应满足下式（5.4）区群的组成满足两个条件：区群的组成满足两个条件：1)若干个单位无线区群正六边形彼此邻若干个单位无线区群正六边形彼此邻接组成蜂窝式服务区。接组成蜂窝式服务区。2)邻接单位无线区群中的同频无线小区邻接单位无线区群中的同频无线小区的中心间距相等。的中心间距相等。22Niijj 区群的组成区群的组成22Niijj图图5.10 区群的组成区群的组成 同频小区的距离同频小区的距离同频小区位置和距离的确定方法同频
30、小区位置和距离的确定方法：自某一小区：自某一小区A出发，沿边的垂线方向跨出发，沿边的垂线方向跨j个小区后，向左个小区后，向左(或向右或向右)转转60，再跨，再跨i个小区，便到达同频道小区个小区，便到达同频道小区A。图图5.11 同频道小区的确定同频道小区的确定 同频小区的距离同频小区的距离 假设小区的半径（即正六边形外接圆假设小区的半径（即正六边形外接圆的半径）为的半径）为r，则相邻同频道小区中心之间，则相邻同频道小区中心之间的距离为的距离为 （5.5）2222332233iiDrjiijjrN r 例例:试计算当天线小区半径试计算当天线小区半径r=8km，同频复，同频复用距离用距离D=40k
31、m时，采用蜂窝移动小区组时，采用蜂窝移动小区组网，此时无线区群小区个数网，此时无线区群小区个数N为多少？试为多少？试画出区群的构成图。画出区群的构成图。基站激励方式基站激励方式 基站设在小区的中央，用全向天线形成圆形覆盖区，这基站设在小区的中央，用全向天线形成圆形覆盖区，这种激励方式称为种激励方式称为中心激励中心激励（如图（如图5.12（a）所示）。）所示）。基站设在小区的三个顶点上，每个基站采用三副基站设在小区的三个顶点上，每个基站采用三副120扇扇形辐射的定向天线，分别覆盖三个相邻小区的各三分之一区形辐射的定向天线，分别覆盖三个相邻小区的各三分之一区域，每个小区由三副域，每个小区由三副12
32、0扇形天线共同覆盖，这种激励方扇形天线共同覆盖，这种激励方式称为式称为顶点激励顶点激励。（如图。（如图5.12（b）所示）所示）图图5.12 基站激励方式基站激励方式 小区分裂小区分裂在用户密度均匀的情况下，每个小区的大小是在用户密度均匀的情况下，每个小区的大小是相同的。事实上，服务区内的用户密度是不均匀的相同的。事实上，服务区内的用户密度是不均匀的，例如城市中心商业区的用户密度高、居民区和市，例如城市中心商业区的用户密度高、居民区和市郊区的用户密度低。为了适应这种情况，郊区的用户密度低。为了适应这种情况，在用户密在用户密度高的市中心区可使小区的面积小一些，在用户密度高的市中心区可使小区的面积
33、小一些，在用户密度低的市郊区可使小区的面积大一些度低的市郊区可使小区的面积大一些。图图5.13 用户密度不等时的小区结构用户密度不等时的小区结构 5.3.2 信道配置信道配置 信道配置又称信道配置又称频率配置频率配置，主要解决将给定的，主要解决将给定的信道如何分配给在一个区群的各个小区的问题。信道如何分配给在一个区群的各个小区的问题。信道配置主要针对信道配置主要针对FDMA和和TDMA系统，而系统，而CDMA系统中，所有用户由于使用相同的工作系统中，所有用户由于使用相同的工作频率而无需进行信道配置。频率而无需进行信道配置。频道配置是频率复用的前提，频道配频道配置是频率复用的前提，频道配置包含两
34、个基本含义：置包含两个基本含义：一是频道分组一是频道分组，根，根据网络的需要将全部频道分成若干组；据网络的需要将全部频道分成若干组；二二是频道指配是频道指配，以固定或动态分配的方法将，以固定或动态分配的方法将频道指配给蜂窝网的用户使用。频道指配给蜂窝网的用户使用。频道分组需遵循以下原则。频道分组需遵循以下原则。（1）根据国家或行业标准选择双工方式、）根据国家或行业标准选择双工方式、载频中心频率值、频道间隔、收发间隔等载频中心频率值、频道间隔、收发间隔等参数。参数。（2）确定无互调干扰或尽量减小互调干）确定无互调干扰或尽量减小互调干扰的分组方法。扰的分组方法。（3）考虑有效利用频率资源、降低基站
35、）考虑有效利用频率资源、降低基站天线高度和发射功率，在满足业务质量射天线高度和发射功率，在满足业务质量射频保护比的前提下，尽量减小同频复用的频保护比的前提下，尽量减小同频复用的距离，从而确定频道分组数。距离，从而确定频道分组数。频道指配时需注意以下问题。频道指配时需注意以下问题。（1）在同一频道组中不能有相邻序号的）在同一频道组中不能有相邻序号的频道，以避免邻道干扰。频道，以避免邻道干扰。（2）相邻序号的频道不能指配给相邻小）相邻序号的频道不能指配给相邻小区或相邻扇区。区或相邻扇区。（3）应根据移动通信设备抗邻道干扰能）应根据移动通信设备抗邻道干扰能力来设定相邻频道的最小频率及空间间隔。力来设
36、定相邻频道的最小频率及空间间隔。（4）按照规定的射频保护比建立频率复）按照规定的射频保护比建立频率复用的频道指配图案。用的频道指配图案。（5）频率参数、远期规划、新规划的网）频率参数、远期规划、新规划的网和重叠网频率指配的协调一致。和重叠网频率指配的协调一致。1带状网的固定频道分配带状网的固定频道分配当同频复用比当同频复用比D/r0确定后，就能确定相应的频道确定后，就能确定相应的频道组数。例如，若组数。例如，若D/r0=6（或（或8），至少应有），至少应有3（或（或4）个频道组，如图）个频道组，如图5.14所示。所示。图图5.14 带状网的固定频道分配带状网的固定频道分配2蜂窝状网的固定频道分
37、配蜂窝状网的固定频道分配 应用于蜂窝网的固定频道分配方法有两应用于蜂窝网的固定频道分配方法有两种：种：分区分组分配法分区分组分配法和和等频距分配法等频距分配法。（1）分区分组分配法）分区分组分配法 分区分组配置法遵循分区分组配置法遵循3个原则：个原则：（1）尽量减小占用的总频段，以提高频）尽量减小占用的总频段，以提高频段的利用率。段的利用率。（2）同一区群内不能使用相同的信道，）同一区群内不能使用相同的信道，以避免同频干扰。以避免同频干扰。（3）小区内采用无三阶互调的相容信道）小区内采用无三阶互调的相容信道组，以避免互调干扰。组，以避免互调干扰。假设假设给定的频段按照等间隔划分，各信道的编给定
38、的频段按照等间隔划分，各信道的编号分别为号分别为1 1、2 2、33；每个区群有；每个区群有7 7个小区，每个小区，每个小区需个小区需6 6个信道，则采用分区分组配置法分配个信道，则采用分区分组配置法分配的结果为：的结果为：第一组第一组 1，5，14，20，34，36 第二组第二组 2，9，13，18，21，31 第三组第三组 3，8，19，25，33，40 第四组第四组 4，12，16，22，37，39 第五组第五组 6，10，27，30，32，41 第六组第六组 7，11，24，26，29，35 第七组第七组 15，17，23，28，38，42（2）等频距分配法）等频距分配法 等频距分配法
39、是按照等频距分配法是按照等频率间隔等频率间隔来配来配置频道的，只要频距选得足够大，就可以置频道的，只要频距选得足够大，就可以有效避免邻道干扰。有效避免邻道干扰。等频距配置法根据区群内的小区数等频距配置法根据区群内的小区数N来确定同一来确定同一信道组内各信道之间的频率间隔。信道组内各信道之间的频率间隔。例如例如N=7，则信，则信道的配置为：道的配置为：第一组第一组 1，8，15，22，29，第二组第二组 2，9，16，23，30，第三组第三组 3，10，17，24，31，第四组第四组 4，11，18，25，32，第五组第五组 5，12，19，26，33，第六组第六组 6，13，20，27，34，
40、第七组第七组 7，14，21，28，35，对于采用定向天线进行顶点激励的小区制，每对于采用定向天线进行顶点激励的小区制，每个基站需要配置三组信道，向三个方向辐射。个基站需要配置三组信道，向三个方向辐射。例如例如 N=7，每个区群需配置每个区群需配置21个信道组。个信道组。图图5.15 三顶点激励的信道配置三顶点激励的信道配置 为了提高频率利用率，使信道的配置能为了提高频率利用率，使信道的配置能随移动通信业务量的变化而动态调整，有随移动通信业务量的变化而动态调整，有两种方法：一是两种方法：一是“动态配置法动态配置法”，即根据，即根据业务量的变化重新配置全部信道；二是业务量的变化重新配置全部信道；
41、二是“柔性配置法柔性配置法”，即准备若干个信道，根据，即准备若干个信道，根据需要动态提供给某个小区使用。需要动态提供给某个小区使用。l 由于无线通信具有大面积无线电波覆盖由于无线通信具有大面积无线电波覆盖和广播信道的特点，移动通信网内一个用户和广播信道的特点，移动通信网内一个用户发射的信号其他用户均可以接受，为了使众发射的信号其他用户均可以接受，为了使众多用户能够合理而方便地共享通信资源，有多用户能够合理而方便地共享通信资源，有效地实现通信，需要有某种机制来决定资源效地实现通信，需要有某种机制来决定资源的使用权，这就是多址接入控制技术。的使用权，这就是多址接入控制技术。5.4 5.4 多址接入
42、技术多址接入技术 多址方式的基本类型包括频分多址多址方式的基本类型包括频分多址（FDMA）、时分多址（）、时分多址（TDMA）和码分多址）和码分多址（CDMA）、空分多址（）、空分多址（SDMA）。）。5.4.1 频分多址频分多址 1FDMA原理原理 频分多址：频分多址：FDMA（Frequency Division Multiple Access）是将给定的频带划分为若干）是将给定的频带划分为若干个等间隔的频道（或信道），并将这些频个等间隔的频道（或信道），并将这些频道分配给不同的用户使用。道分配给不同的用户使用。图图5.16 频分多址频分多址采用采用FDMA存在的问题：存在的问题：l 当网
43、络中的实际用户数少于已经划分的频道数当网络中的实际用户数少于已经划分的频道数时，宝贵的频率资源就白白浪费了；时，宝贵的频率资源就白白浪费了；l 当网络中的频段已经分配完毕，即使这时已经当网络中的频段已经分配完毕，即使这时已经分配到频道的用户没有进行通信，其他用户也分配到频道的用户没有进行通信，其他用户也不能够占用其频道资源，从而导致一些用户由不能够占用其频道资源，从而导致一些用户由于无法获得信道资源而无法进行通信。于无法获得信道资源而无法进行通信。保护频带的作用保护频带的作用：防止同一用户的发射机对接收机产：防止同一用户的发射机对接收机产生干扰。生干扰。做法：做法：当基站的发射机在高频段的某一
44、频道中工作时，当基站的发射机在高频段的某一频道中工作时，其接收机必须在低频段的某一频道中工作；与之对应，其接收机必须在低频段的某一频道中工作；与之对应，移动用户的接收机要在高频段相应的频道中接收来自移动用户的接收机要在高频段相应的频道中接收来自基站的信号，而其发射机则要通过低频段相应的频道基站的信号，而其发射机则要通过低频段相应的频道向基站发送信号。向基站发送信号。图图5.17 双工通信方式下频分多址示意图双工通信方式下频分多址示意图 在在FDMA系统中，收发频段是分开的。由于所有移系统中，收发频段是分开的。由于所有移动台均使用相同的接收和发送频段，因而移动台到移动台均使用相同的接收和发送频段
45、，因而移动台到移动台之间不能直接通信，而必须经过基站的转接。动台之间不能直接通信，而必须经过基站的转接。FDMA系统原理图系统原理图1）每信道占用一个载频，相邻载频之间的间隔应）每信道占用一个载频，相邻载频之间的间隔应满足传输信号带宽的要求。满足传输信号带宽的要求。2）符号时间远大于平均延迟扩展。）符号时间远大于平均延迟扩展。3）基站复杂庞大，重复设置收发信设备。基站有）基站复杂庞大，重复设置收发信设备。基站有多少信道，就需要多少部收发信机，同时需用多少信道，就需要多少部收发信机，同时需用天线共用器，功率损耗大，易产生信道间的互天线共用器，功率损耗大，易产生信道间的互调干扰。调干扰。2.FDM
46、A的特点：的特点：4）FDMA系统的接收设备中必须使用带通滤波系统的接收设备中必须使用带通滤波器允许指定信道里的信号通过，滤除其他频率器允许指定信道里的信号通过，滤除其他频率的信号，从而限制邻近信道间的相互干扰。的信号，从而限制邻近信道间的相互干扰。5）越区切换较为复杂和困难。）越区切换较为复杂和困难。5.4.2 时分多址时分多址 1.TDMA原理原理 时分多址：时分多址：TDMA（Time Division Multiple Access）是一种典型的固定多址接入协议。它把时）是一种典型的固定多址接入协议。它把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙，间分割成周期性的帧，每一帧再分割成
47、若干个时隙，帧与帧（或时隙与时隙）之间互不重叠。然后根据帧与帧（或时隙与时隙）之间互不重叠。然后根据一定的时隙分配原则，使每个用户只能在指定的时一定的时隙分配原则，使每个用户只能在指定的时隙内向基站发送信号，在满足隙内向基站发送信号，在满足定时定时和和同步同步的条件下，的条件下，基站能够分别在各时隙中接收到各移动台的信号而基站能够分别在各时隙中接收到各移动台的信号而不混扰。不混扰。图图5.18 TDMA时隙分配时隙分配 图图5.18给出了时分复用帧时隙分配的示意给出了时分复用帧时隙分配的示意图，由图可见，多个用户共享相同的频带资图，由图可见，多个用户共享相同的频带资源，源，TDMA帧以相同的结
48、构沿着时间轴上不帧以相同的结构沿着时间轴上不断重复。断重复。图图5.19 TDMA系统工作原理系统工作原理 TDMA（时分多址时分多址）应用在）应用在数字数字蜂窝蜂窝电话系统电话系统通信中。例如，应用在通信中。例如，应用在北美北美数数字字式先进移动电话系统（式先进移动电话系统（D-AMPS），），全球移动通信系统全球移动通信系统（GSM）和个人数字）和个人数字蜂窝系统（蜂窝系统（PDC）中。它将每个蜂窝信）中。它将每个蜂窝信道划分为三个道划分为三个时隙时隙，这样就可以增加信，这样就可以增加信道上负载数据的总量。道上负载数据的总量。2.TDMA的帧结构的帧结构 不同系统的帧长度和帧结构是不一样的
49、，典型不同系统的帧长度和帧结构是不一样的，典型的帧长在的帧长在几毫秒几毫秒到到几十毫秒几十毫秒之间。例如：之间。例如：GSM系统系统的帧长为的帧长为4.6 ms(每帧每帧8 8个时隙个时隙)。帧结构与通信系统。帧结构与通信系统的双工方式有关。移动通信系统的双工方式有的双工方式有关。移动通信系统的双工方式有频分频分双工双工（Frequency Division Duplex，FDD）和）和时分时分双工双工（Time Division Duplex，TDD）之分。）之分。频分双工频分双工是指基站（或移动台）的收是指基站（或移动台）的收发设备工作在两个不同的频率上，并且这发设备工作在两个不同的频率上
50、，并且这两个频率之间要有足够的保护间隔。两个频率之间要有足够的保护间隔。图图5.20 频分双工的帧结构频分双工的帧结构 时分双工时分双工是基站（移动台）的收发设备工作在相是基站（移动台）的收发设备工作在相同的频率上。通常将帧的时隙分成两部分，前一半同的频率上。通常将帧的时隙分成两部分，前一半的时隙用于的时隙用于基站向移动台发送基站向移动台发送，另一半的时隙用于，另一半的时隙用于移动台向基站发送移动台向基站发送，如此交替转换，即可实现双工，如此交替转换，即可实现双工通信。通信。图图5.21 时分双工的帧结构时分双工的帧结构 在在TDMA系统中，每帧中的时隙结构的设系统中，每帧中的时隙结构的设计通
