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1、基础知识n无线电波传播特性n移动通信网的概念和特点n蜂窝小区和原理及相关技术n多址接入和系统容量自由空间的电波传播自由空间的电波传播n自由空间的传播损耗在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，只 存在电磁波能量扩散而引起的传播损耗 n接收功率 式中，Pt为发射功率，以球面波辐射 , Ar为接收天线的有效面积， 为工作波长，Gt， Gr分别表示发射天线和接收天线增益，d为发射天 线和接收天线间的距离。自由空间的电波传播自由空间的电波传播n自由空间的传播损耗当Gt=Gr=1时， 分贝式n接收换算电波传播机制n反射（Reflection）n当电磁波遇到比波长大得多的物体时，发生 反射。反射发生在地球
2、表面、建筑物和墙壁 表面电波传播机制n绕射（Diffraction）n当发射机和接收机之间的传播路由被尖锐的 边缘阻挡时，发生绕射。电波传播机制n散射（Scattering）n当电磁波的传播路由上存在小于波长的物体、 并且单位体积内这种障碍物体的数目非常巨大 时，发生散射。散射发生在粗糙表面、小物体 或其它不规则物体，如：树叶、街道标志和灯 柱等。阴影衰落的基本特性阴影衰落的基本特性n阴影衰落（慢衰落）移动无线通信信道传播环境中的地形起伏、建筑物 及其它障碍物对电波传播路径的阻挡而形成的电磁 场阴影效应n特点衰落与传播地形和地物分布、高度有关阴影衰落的基本特性阴影衰落的基本特性n表达式 传播路
3、径损耗和阴影衰落分贝式 式中, r 移动用户和基站之间的距离 由于阴影产生的对数损耗（dB），服 从零平均和标准偏差dB的对数正态分布 ， m 路径损耗指数实验数据表明m4，标准差8dB，是合理的多径衰落的基本特性n由于移动信道中直射、反射和折射现象的同 时存在，使得发射信号通过不同的传播路径 ，形成幅度、相位及到达时间相互区别的多 个信号而到达接收台。并且不同多径成分的 相位、幅度等都是随机、独立变化的。这样 接收信号的幅度将急剧变化，产生多径衰落 。n多径效应引起的问题：额外的路径损耗、突 发性误码、严重的码间干扰时延扩展（多径时散）n(delay spread）在多径传播条件下，当发射端
4、发 送一个极窄的脉冲信号 时，经过多条 不同的传播路径后，接收端信号则为一串脉冲组 成（可能是离散的，也可能联成一片），即n这样，信号在时间轴上被“展宽”了，因此称这种 现象为时延扩展.典型的时延谱典型的时延谱说明nTm为最大时延扩展n 为平均延时n 为均方值时延扩展，表征时延扩展的程度 。n由于时延扩展, 接收信号中一个码元的波形会 扩展到其他码元周期中，引起码间串扰。n为了避免码间干扰，应使码元周期大于多径效 应引起的时延扩展。多普勒频移多普勒频移n原因:移动体在x轴上以速度v移动时会引起多 普勒（Doppler）频率漂移n表达式多普勒频移 cos 式中 v 移动速度 波长 x 入射波与移
5、动台移动方向之间的夹角 最大多普勒(Doppler)频移入射电波多普勒频移多普勒频移n多普勒频移与移动台运动的方向、速度以及无线电 波入射方向之间的夹角有关：n若移动台朝向入射波方向运动，则多普勒频移为正 （接收信号 频率上升）；反之若移动台背向入射 波方向运动，则多普勒频移为负（接收信号频率下 降）。n信号经过不同方向传播，其多径分量造成接收机信 号的多普勒扩散，因而增加了信号带宽。移动通信网的基本概念n移动通信在追求最大容量的同时，还要所追 求最大的覆盖，也就是无论移动用户移动到 什么地方移动通信系统都应覆盖到。这个通 信网就是移动通信网。n移动通信网络由两部分组成：一部分为空中 网络，另
6、一部分为地面网络部分。 移动通信网的基本概念n空中网络是移动通信网的主要部分，主要包括：n多址接入：在给定的频率资源下，如何提高系统的 容量是蜂窝移动通信系统的重要问题。由于采用何 种多址接入方式直接影响到系统的容量，所以一直 是人们研究的热点。n频率复用和蜂窝小区：蜂窝小区和频率复用是一种 新的概念和想法。它主要是解决频率资源限制的问 题，并大大增加系统的容量。蜂窝小区和频率复用 实际上是一种蜂窝组网的概念是由美国贝尔实验室 最早提出的。蜂窝式组网理论的内容如下： 移动通信网的基本概念n无线蜂窝式小区覆盖和小功率发射：蜂窝式组网 放弃了点对点传输和广播覆盖模式，将一个移动 通信服务区划分成许
7、多以正六边形为基本几何图 形的覆盖区域，称为蜂窝小区。一个较低功率的 发射机服务一个蜂窝小区，在较小的区域内设置 相当数量的用户。 n频率复用：蜂窝系统的基站工作频率，由于传播 损耗提供足够的隔离度，在相隔一定距离的另一 个基站可以重复使用同一组工作频率，称为频率 复用。移动通信网的基本概念n多信道共用和越区切换：由若干无线信道组成的移 动通信系统，为大量的用户共同使用并且仍能满足 服务质量的信道利用技术，称为多信道共用技术。n事实上，不是所有的呼叫都能在一个蜂窝小区内完 成全部接续业务的，为了保证通话的连续性，当正 在通话的移动台进入相邻无线小区时，移动通信系 统必须具备业务信道自动切换到相
8、邻小区基站的越 区切换功能，即切换到新的信道上，从而不中断通 信过程。移动通信网的基本概念n切换和位置更新：采用蜂窝式组网后，切换 技术就是一个重要的问题。对于不同的多址 方式，切换技术也有所不同。位置更新是移 动通信所特有的，由于移动用户要在移动网 络中任意移动，网络需要在任何时刻联系到 用户，以有效的管理移动用户。完成这种功 能的技术称为移动性管理。移动通信网的基本组成移动通信网的基本组成n移动通信无线服务区由许多正六边形小区覆 盖而成，呈蜂窝状，通过接口与公众通信网 （PSTN、PSDN）互联。移动通信系统包括移 动交换子系统（SS）、操作维护管理子系统 （OMS）和基站子系统（BSS）
9、（通常包括移 动台），是一个完整的信息传输实体。 频率复用和蜂窝小区n移动通信网的区域覆盖方式分为两类：一类是小容 量的大区制；另一类是大容量的小区制。n大区制是指一个基站覆盖整个服务区。为了增大单 基站的服务区域，天线架设要高，发射功率要大。 但是这只能保证移动台可以接收到基站的信号。反 过来，当移动台发射时，由于受到移动台发射功率 的限制，就无法保障通信了。n大区制只能适用于小容量的通信网，例如用户数在 1000以下。这种制式的控制方式简单，设备成本低 ，适用于中小城市、工矿区以及专业部门，是发展 专用移动通信网可选用的制式。频率复用和蜂窝小区n小区制移动通信系统的频率复用和覆盖有两 种：
10、带状服务覆盖区和面状服务覆盖区。n带状服务覆盖区（双频组频率配置 ）f1f2f1f2f1f2f1面状服务覆盖区nFrequencyReusePattern of N=4Frequency Reuse Pattern of N=7频率复用和蜂窝小区n实际上，由于无线系统覆盖区的地形地貌不 同，无线电波传播环境不同，产生的电波的 长期衰落和短期衰落不同，一个小区的实际 无线覆盖是一个不规则的形状。n当用六边形来模拟覆盖范围时，基站发射机 或者安置在小区的中心(中心激励小区)或者安 置在六边形的顶点之中的三个上(顶点激励小 区)。频率复用和蜂窝小区n考虑一个共有S个可用的双向信道的蜂窝系统,如果每个
11、小区 都分配K个信道(kS)，并且S个信道在N个小区中分为各不相 同的、各自独立的信道组，而且每个信道组有相同的信道数 目，那么可用无线信道的总数为：n共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇。如果簇在系统 中共同复制了M次，则信道的总数C，可以作为容量的一个度 量:n其中，N叫做簇的大小，典型值为4、7或12。切换和位置管理n信道切换原理：当移动用户处于通话状态时 ，如果出现用户从一个小区移动到另一个小 区的情况，为了保证通话的连续，系统要将 对该MS的连接控制也从一个小区转移到另一 个小区。这种将正在处于通话状态的MS转移 到新的业务信道上（新的小区）的过程称为“ 切换”（Handover）
12、。切换和位置管理信号的强度或质量下降到由系统规定的一定参数 以下，此时移动台被切换到信号强度较强的相邻 小区。由于某小区业务信道容量全被占用或几乎全被占 用，这时移动台被切换到业务信道容量较空闲的 相邻小区。由第一种原因引起的切换一般由移动台发起，由 第二种原因引起的切换一般由上级实体发起。切换和位置管理n位置管理：在移动通信系统中，用户可以在系统覆 盖范围内任意移动，为了能把一个呼叫传送到随机 移动的用户，就必须有一个高效的位置管理系统来 跟踪用户的位置变化。n位置管理包括两个主要任务：位置登记和呼叫传递 。位置登记的步骤是在移动台的实时位置信息已知 的情况下，更新位置数据库和认证移动台。呼
13、叫传 递的步骤是在有呼叫给移动台的情况下，根据HLR （Home Location Register 归属寄存器）和VLR（ Visitor Location Register 访问寄存器）中可用的位 置信息来定位移动台。切换和位置管理n与上述两个问题紧密相关的两个问题是：位置更新（Location Update）和寻呼（Paging） 。位置更新解决问题是移动台如何发现位置变化以 及何时报告它的当前位置。寻呼解决的问题是如何有效地确定移动台当前处 于哪一个小区。多址接入技术n基本概念实现不同地点、不同用户接入网络的技术n多址接入与信道 信道：传输信息的通道 无线信道：(f，t，C，S)n分类
14、： 频分多址 (FDMA)，频道划分，频带独享，时间共享 时分多址 (TDMA)，时隙划分，时隙独占，频率共享 码分多址 (CDMA)，码型划分，时隙，频率共享 空分多址 (SDMA)，空间角度划分，频率/时隙/码共享三种多址技术的比较各种系统组网情况nTACS系统 FDMA/FDDnGSM系统 FDMA/TDMA/FDDnIS-95系统 FDMA/CDMA/FDDnPHS系统 FDMA/TDMA/TDDnWCDMA系统 FDMA/CDMA/FDDnTD-SCDMA FDMA/TDMA/CDMA/TDD各种系统n双工方式和多址方式要统一考虑；n主要多址方式：FDMA、TDMA、CDMA；n窄带
15、系统采用方式： FDMA/FDD、TDMA/FDD、TDMA/TDD；n宽带系统采用方式： TDMA、CDMA/FDD、TDD；n空分多址（SDMA）是一种辅助方式。FDMA方式nFDMA/FDD系统工作示意图FDMA方式(续)FDMA方式(续)FDMA方式(续)n基本概念：每个用户占用一个频道n用户地址：频道号nFDMA的特点n比较简单、容易实现，适用于模拟和数字通信系统n是以频率复用为基础的蜂窝结构，以频带划分各种 小区n需要周密的频率规划，是一个频道受限和干扰受限 系统n符号时间远大于延时扩展，不需要均衡n基站是多部不同载波频率发射机同时工作n不宜在大容量的系统中使用FDMA中的干扰问题n互调干扰概念：指系统内由于非线性器件(功率放大器)产生各种组合频 率成分落入本频道接收机通带内造成对有用信号的干扰。解决办法：减小产生互调干扰的条件，尽可能提高系统的线性程 度，并选用无互调的频率集。(频率规划)邻信道干扰n概念：指相邻信道信号中存在的寄生辐射落入本频道带内造 成对有用信号的干扰n原因：带外抑制不够，非线性器件产生寄生辐射n解决方法：规定收发信机的技术指标，即规定发射机的寄生 辐射和接收机的中频选择性，还可采用加大频道间的隔离度TDMA方式n时分多址（TDMA）方式：时分多址是在一个宽带的
