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1、第五章第五章 组网技术组网技术 方朝曦方朝曦 浙江万里学院电子信息学院浙江万里学院电子信息学院 前章内容回顾前章内容回顾 信号从发射端到接收端的变化情况信号从发射端到接收端的变化情况 前两节内容回顾：电磁波的传播前两节内容回顾：电磁波的传播 移动信道中无线电信号传播方式移动信道中无线电信号传播方式 直射，反射，绕射，散射直射，反射，绕射，散射 对信号传播产生的影响？对信号传播产生的影响？ 慢衰落：传播损耗慢衰落：传播损耗(路径损耗路径损耗) 快衰落：多径效应快衰落：多径效应(瑞利衰落瑞利衰落) 信号衰减有多严重？信号衰减有多严重？ 前两节内容回顾：移动信道的传播损耗前两节内容回顾：移动信道的传
2、播损耗 1自由空间传播损耗自由空间传播损耗 2 根据地形地物查表得到相应的衰减，并给根据地形地物查表得到相应的衰减，并给 予必要的修正予必要的修正 3 综合上述两项即为传播损耗中综合上述两项即为传播损耗中值值 2011/5/172010-3-12浙江万里学院电子信息学院 方朝曦浙江 万里学院电子信息学院 4 Lfs(dB) = 32.44+20lg d(km)+20lg f(MHz) 2010-3-12浙江万里学院电子信息学院5 前两节内容回顾：测量统计损耗前两节内容回顾：测量统计损耗 1 地形分类地形分类 中等起伏地形中等起伏地形 不规则地形不规则地形 丘陵丘陵 孤立山岳孤立山岳 斜坡斜坡
3、水陆混合水陆混合 2 地物分类地物分类 市区市区 郊区郊区 开阔地开阔地 前两节内容回顾：传播损耗模型前两节内容回顾：传播损耗模型 2010-3-12浙江万里学院电子信息学院6 图表查阅比较麻烦 直接用数学公式计算 传播损耗中值模型 Hata模型，COST-231模型 室内环境路径损耗模型 多径信道冲激信道模型 GSM模型，COST-207模型 IMT-2000多径模型 Hata模型：模型： Lurban(dB)=69.55+26.16lgfc-13.82lghb-a(hm)+(44.9-6.55lghb)lgd 本章讨论内容本章讨论内容 多个手机如何实现同时通信多个手机如何实现同时通信? 5
4、.2 多址技术多址技术 由于传播损耗的存在，由于传播损耗的存在， 基站和移动台之间的通信基站和移动台之间的通信 距离总是有限的。基站位置如何规划？距离总是有限的。基站位置如何规划？ 5.3 区域覆盖区域覆盖/信道配置信道配置 如何将服务区内的各个基站互连起来，如何将服务区内的各个基站互连起来， 并且要与并且要与 固定网络固定网络(如如PSTN、 ISDN、 BISDN等等)互连互连 ， 从而实现移动用户与固定用户、从而实现移动用户与固定用户、 移动用户与移移动用户与移 动用户之间的互连互通动用户之间的互连互通? 5.4 网络结构网络结构 本章讨论内容本章讨论内容 如何在用户和移动网络之间，移动
5、网络和固定网络如何在用户和移动网络之间，移动网络和固定网络 之间交换控制信息，从而对呼叫过程、移动性管理之间交换控制信息，从而对呼叫过程、移动性管理 过程和网络互连过程进行控制，过程和网络互连过程进行控制， 以保证网络有序以保证网络有序 运行运行? 5.5 信令系统信令系统 当移动用户从一个基站的覆盖区移动到另一个基站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的覆盖区时，如何保证用户通信过程的连续性? 5.6.1 越区切换越区切换 用户在移动网络中任意移动，网络如何管理这些用用户在移动网络中任意移动，网络如何管理这些用 户，户， 使网络在任何时刻都知
6、道，该用户当前在哪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一个地区的哪一个基站覆盖的范围内? 5.6.2 位置管理位置管理 5.组网技术组网技术 5.2 多址技术多址技术 5.3 区域覆盖和信道配置区域覆盖和信道配置 5.4 网络结构网络结构 5.5 信令信令 5.6 越区切换和位置管理越区切换和位置管理 2010-3-12浙江万里学院电子信息学院10 双工技术：双工技术： 双工：双工：两个终端之间如何实现双向通信两个终端之间如何实现双向通信 频分双工频分双工(FDD) 时分双工时分双工(TDD) 2010-3-12浙江万里学院电子信息学院11 多址技术多址技术
7、 多址技术：多个用户如何共享给定的频谱资源多址技术：多个用户如何共享给定的频谱资源 多用户通信系统中需要采用一定的双工和多址多用户通信系统中需要采用一定的双工和多址 技术来实现双向实时通信技术来实现双向实时通信 下行下行 上行上行 5.2 多址技术多址技术 常用多址技术常用多址技术 频分多址频分多址(FDMA) 时分多址时分多址(TDMA) 码分多址码分多址(CDMA) 空分多址空分多址(SDMA) 随机多址随机多址(ALOHA) 5.2.1 频分多址频分多址(FDMA) FDMA (Frequency Division Multiple Access) 频分多址频分多址(FDMA)是指将给定
8、的频谱资源划分为是指将给定的频谱资源划分为 若干个等间隔的频道若干个等间隔的频道(或称信道或称信道)供不同的用户使用供不同的用户使用 第一代第一代模拟移动通信系统中采用模拟移动通信系统中采用FDMA技术技术 在在FDMA系统中，系统中， 通常采用频分双工通常采用频分双工(FDD)的方的方 式来实现双工通信，式来实现双工通信， 即接收频率即接收频率f和发送频率和发送频率F是是 不同的。为了使得同一部电台的收发之间不产生干不同的。为了使得同一部电台的收发之间不产生干 扰，扰， 收发频率间隔收发频率间隔|f-F|必须大于一定的数值必须大于一定的数值 5.2.1 频分多址频分多址(FDMA) 图 5
9、- 1 FDMA的频道划分方法 模拟蜂窝系统一览表模拟蜂窝系统一览表 5.2.2 时分多址时分多址(TDMA) 时分多址是指把时间分割成周期性的帧时分多址是指把时间分割成周期性的帧， 每一帧再分割成若干个时隙每一帧再分割成若干个时隙(无论帧或时隙无论帧或时隙 都是互不重叠的都是互不重叠的)。 在频分双工在频分双工(FDD)方式中方式中， 上行链路和下上行链路和下 行链路的帧分别在不同的频率上行链路的帧分别在不同的频率上。 在时分双工在时分双工(TDD)方式中方式中，上下行帧都在上下行帧都在 相同的频率上相同的频率上。 5.2.2 时分多址时分多址(TDMA) GSM系统的帧长为系统的帧长为 4
10、.6 ms(每帧每帧8个时个时 隙隙) DECT系统的帧长为系统的帧长为 10 ms(每帧每帧24个个 时隙时隙) PACS系统的帧长为系统的帧长为 2.5 ms(每帧每帧8个时个时 隙隙) 图 5 - 2 TDD-TDMA示意图 思考：FDD-TDMA示意图? 5.2.2 时分多址时分多址(TDMA) 在在TDMA系统中系统中， 每帧中的时隙结构每帧中的时隙结构(或称或称 为突发结构为突发结构)的设计通常要考虑三个主要问的设计通常要考虑三个主要问 题：题： 一是控制和信令信息的传输一是控制和信令信息的传输 二是信道多径的影响二是信道多径的影响 三是系统的同步三是系统的同步 5.2.2 时分多
11、址时分多址(TDMA) 图 5 - 3 典型的时隙结构 5.2.3 码分多址码分多址(CDMA) CDMA：每个用户分配一个不同的码字：每个用户分配一个不同的码字 1. 跳频跳频FH-CDMA 每个用户根据各自的伪随机每个用户根据各自的伪随机(PN)序列，序列， 动态改变其已动态改变其已 调信号的中心频率调信号的中心频率 2. 直接序列扩频直接序列扩频DS-CDMA 每个用户利用各自的伪随机每个用户利用各自的伪随机(PN)序列对信息进行直接序列对信息进行直接 扩频调制扩频调制 3. 混合码分多址混合码分多址 如如FDMA和和DS-CDMA混合，混合，TDMA与与DS-CDMA 混混 合合(TD
12、/CDMA)， TDMA与跳频混合与跳频混合(TDMA/FH), FH-CDMA与与DS-CDMA混合混合(DS/FH-CDMA)等等等等 。 5.2.3 码分多址码分多址(CDMA) 图 5 - 4 FH-CDMA和DS-CDMA示意图 (a) FH-CDMA; (b) DS-CDMA 5.2.4 空分多址空分多址(SDMA) 空分多址是通过空间的分割来区别不同的用空分多址是通过空间的分割来区别不同的用 户。户。 在移动通信中，在移动通信中， 能实现空间分割的基能实现空间分割的基 本技术就是采用自适应阵列天线，本技术就是采用自适应阵列天线， 在不同在不同 的用户方向上形成不同的波束的用户方向
13、上形成不同的波束 5.2.4 空分多址空分多址(SDMA) 图图 5 - 6 空分多址示意图空分多址示意图 5.2.5 随机多址随机多址 1 ALOHA协议协议 是世界上最早的无是世界上最早的无 线电计算机通信网线电计算机通信网 1968年美国夏威夷年美国夏威夷 大学的一项研究计大学的一项研究计 划的名字，目的是划的名字，目的是 要解决夏威夷群岛要解决夏威夷群岛 之间的通信问题。之间的通信问题。 ALOHA是夏威夷人是夏威夷人 表示致意的问候语表示致意的问候语 2011/5/172010-3-12浙江万里学院电子信息学院 方朝曦浙江 万里学院电子信息学院 24 5.2.5 随机多址随机多址 1
14、. ALOHA协议协议 ALOHA协议是一种最简单的数据分组传输协协议是一种最简单的数据分组传输协 议。议。 任何一个用户随时有数据分组要发送，就任何一个用户随时有数据分组要发送，就 立刻接入信道进行发送。立刻接入信道进行发送。 发送结束后，在相同发送结束后，在相同 的信道上或一个单独的反馈信道上等待应答。的信道上或一个单独的反馈信道上等待应答。 如果在一个给定的时间区间内，没有收到对方如果在一个给定的时间区间内，没有收到对方 的认可应答，的认可应答， 则重发刚发的数据分组。则重发刚发的数据分组。 由于在同一信道上，多个用户独立随机地发送由于在同一信道上，多个用户独立随机地发送 分组，就会出现
15、多个分组发生碰撞的情况，分组，就会出现多个分组发生碰撞的情况， 碰碰 撞的分组经过随机时延后重传。撞的分组经过随机时延后重传。 ALOHA协议协议 2011/5/172010-3-12浙江万里学院电子信息学院 方朝曦浙江 万里学院电子信息学院 26 ALOHA协议协议 要使当前分组传输成功，要使当前分组传输成功， 必须在当前分组必须在当前分组 到达时刻的前后各一个分组长度内没有其他到达时刻的前后各一个分组长度内没有其他 用户的分组到达，用户的分组到达， 即易损区间为即易损区间为2倍的分组倍的分组 长度。长度。 假定分组的长度固定，信道传输速率恒定，假定分组的长度固定，信道传输速率恒定， 到达信道的分组服从到达信道的分组服从Poisson分布的情况分布的情况 ， 则则ALOHA协议的最大通过量协议的最大通过量 Smax=1/2e=0.1839。 时隙时隙ALOHA协议协议 为了改进为了改进ALOHA的性能，的性能， 将时间轴分成时将时间轴分成时 隙，隙， 时隙大小大于等于一个分组的长度，时隙大小大于等于一个分组的长度， 所有用户都同步在时隙开始时刻进行发送。所有用户都同步在时隙开始时刻进行发送。 该协议就称为时隙该协议就称为时隙ALOHA协议协议 时隙时隙ALOHA与与ALOHA协议相比，协议相比， 将易损将易损 区间从区间从2倍的分组长度减少到一个时隙，倍的
