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1、第3章 移动通信系统内容概要3.1 移动通信简介3.2 移动通信中的主要技术3.3 蜂窝移动系统的组网技术3.4 GSM蜂窝移动通信系统3.5 GPRS系统3.6 CDMA系统3.7 第三代移动通信系统3.8 第四代移动通信系统3.3 蜂窝移动系统的组网技术主要内容：3.3.1 蜂窝概念的引入3.3.2 区域覆盖与网络结构3.3.3 小区分裂3.3.4 信道的分配与选取控制3.3.5 切换与漫游3.3 蜂窝移动系统的组网技术移动通信在追求最大容量的同时，还要追求最大的覆盖面积，即无论移动用户移动到什么地方，移动通信系统都应该覆盖到。目前的移动通信系统还无法做到这一点，但它应该能在其覆盖的区域内
2、提供良好的话音和数据通信。而要实现移动用户在其覆盖范围内的良好通信，就必须有一个通信网支持，即移动通信网。3.3.1 蜂窝概念的引入为了保障移动通信系统的正常运行， 需要关注的两点：1、频率资源的管理与有效利用2、有关区域覆盖及网络结构频率资源的管理频率是一种特殊资源，它并不是取之不尽的。与别的资源相比，它有一些特殊的性质,例如：无线电频率资源不是消耗性的电波传播不分地区与国界它具有时间、空间和频率的三维性它在空间传播时容易受到污染频率有效利用技术频率的有效利用就是从时间域、空间域和 频率域这三个方面采用多种技术，以设法提高 频率的利用率。 1. 时间域的频率有效利用 在某一地区，如果某一用户
3、固定占用了某 一信道，但事实上它不可能占用全部时间。在 该用户空闲的时间内，任何其它用户都无法再 使用这个信道，只能让它闲置着，这是很大的 浪费多信道共用技术多信道共用，就是多个无线信道为许多移动台所共用，或者说，网内大量用户共享若干无线信道。这与有线用户共享中继线的概念相似，目的也是为了提高信道利用率。我们先看下面三种不同方案组成的三个系统。多信道共用技术方案一：一个移动台配置一个无线信道。 方案二：88个移动台，配8个信道。 方案三：88个移动台，8个信道，但移动台不分组，即这8个信道同属于这88个移动台。 多信道共用技术信道利用率多信道共用时，信道利用率是指每个信道平均完成的话务量。因此
4、 A是损失制的总话务 量B是呼损率，即在一个通信系统中，呼叫失败的概率，全称呼叫损失概率n为信道数多信道共用技术共用信道数与其信道的利用率的关系 采用多信道共用，信 道的利用率有明显的 提高，但是，当共用 信道数超过10个后， 信道利用率曲线将趋 向平缓。 频率有效利用技术2. 空间域的频率有效利用 在某一地区(空间)使用了某一频率之后， 只要能控制电波辐射的方向和功率，在相隔一 定距离的另一地区可以重复使用这一频率，这 就是频率复用。 蜂窝移动通信网就是根据这一概念组成 的。在频率复用的情况下，会有若干电台使用 同一频率。 频率有效利用技术 3. 频率域的频率有效利用 频率域的频率有效利用有
5、两种方法：信道 的窄带化和宽带多址技术。 信道窄带化的方法从基带方面考虑可采用 频带压缩技术，如低速率语音编码等；从射频 调制频带方面考虑可采用各种窄带调制技术， 如窄带和超窄带调频、插入导频振幅压扩单边 带调制以及各种窄带数字调制技术。 应用窄带化技术减小信道间隔后，可在有 限的频段内设置更多的信道，从而提高频率的 利用率。 频率有效利用技术宽带多址技术：频分多址（FDMA）时分多址（TDMA）码分多址（CDMA）及它们的组合应用（TD-SCDMA）频率有效利用技术表1 频率的有效利用技术蜂窝移动通信网小区（cell）：将一个城市（区域）划分为几个甚至几十个小的区域，称为小区。每个小区有一个
6、低功率发射机，发射机（基站）在其天线高度的视距范围为移动用户提供服务。小区的形状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，一个个圆形辐射区之间一定含有很多的交叠。在考虑交叠之后，实际上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，若在周围相间120设置三个邻区，则有效覆盖区为正三角形；若相间90设置四个邻区，则有效覆盖区为正方形，若相间60设置6个邻区，则有效覆盖区为正六边形，小区形状如图所示。 小区的形状小区的形状 小区的形状三种形状小区的比较 正六边形无线区群的构成构成的条件：蜂窝式移动电话网通常是先由若干邻接的无线小区组成一个无线区群（cluster），再
7、由若干无线区群构成整个服务区。为了防止同频干扰，要求每个区群(即单位无线区群)中的小区，不得使用相同频率，只有在不同的无线区群中，才可使用相同的频率。 正六边形无线区群的构成单位无线区群的构成应满足以下两个基本条件： 若干单位无线区群彼此邻接组成蜂窝式服务区域； 邻接单位无线区群中的同频无线小区的中心间距相等。 在满足条件的情况下， 构成单位无线区群的小区个数N为N=a2+ab+b2 正六边形无线区群的构成a和b分别为相邻同频小区之间的二维距离（相邻小区数），都为正整数，不能同时为零。a101021021032b122323434534N34791213161921252728正六边形无线区群
8、的构成簇间同频小区位置的确定沿着任意一条六边形边的垂线方向移动a个小区，并逆时针方向旋转60，再移动b个小区。确定同频小区的方法AaAAAAAADb b A正六边形无线区群的构成常见正六边形区群的图案ACBN=3,a=1,b=1DACBN=4,a=0,b=2N=7,a=1,b=2DCBAEFG正六边形无线区群的构成v思考：画一个N = 4的蜂窝系统结构，要求至少包括 3个区群，将簇中小区所用频率组用A,B,C,D标识。1. N=4对应的2维坐标： a=0, b=2DACBDACBDACB3. 确定相邻区群的位置2. N=4的基本区群形状：DACBN=4, a=0, b=2正六边形无线区群的构成
9、各种单位无线区群的结构图形 单位邻接无线区群中，同频无线小区的中心间距dg与小区数目N、小区半径r 的关系为3.3.2 区域覆盖与网络结构若通信网的服务范围很大，或者地形复杂，则需采用几个区群才能覆盖整个服务区。区域覆盖方式通常分为小容量的大区制和大容量的小区制两种区域覆盖小容量大区制一个基站覆盖整个服务区天线架设高发射功率大频谱效率低，小容量的通信网控制方式简单、设备成本低适用于中、小城市等业务量不大的地区或专用移动通信网 大区制移动通信网BSMS1MS3MS2区域覆盖提高覆盖半径是大区制需解决的问题决定覆盖半径的因素：地球的曲率限制了传输的极限范围地形环境影响，信号传播可能产生盲区多径反射
10、限制了传输距离 移动台发射功率小，上行信号传输距离移动台发射功率小，上行信号传输距离有限（上下行传输增益差可达有限（上下行传输增益差可达6 612dB12dB）区域覆盖BS大区制设置分集接收台示 意图MS1解决上行信号问题的办法：设置分集接收台基站发射用全向天线，接收用定向天线提高基站接收灵敏度MS2Rd RdRd区域覆盖大容量小区制将服务区划分成许多小面积覆盖区域，用一个小功率的发射机来服务一个小面积覆盖区。基本小区有：（R：小区半径）超小区：R 20km（农村）宏小区：R 120km（人口稠密地区）微小区：R 0.11km（城市繁华区）微微小区：R 0.1km（办公室、家庭）优点：提高频率
11、利用率，组网灵活缺点：网络构成复杂网络结构带状网：铁路线、内陆河航道等带状服务区带状网络 网络结构无线小区模型瑞典爱立信公司(ERICSSON)建议采用三叶草形 21 个无线小区模型三叶草形21个无线 蜂窝网：服务区为平面3.3.3 小区分裂随着移动通信服务要求的提高，分配给每个小区的信道数量最终变得无法支持所需用户数，因而需要采用蜂窝技术给单位覆盖区域提供更多的信道。实际中一般采用小区分裂、裂向和覆盖区域逼近（微小区）等技术来增大蜂窝系统的频率复用。宏小区 130km微小区 0.11km微微小区 0.010.1km3.3.3 小区分裂移动通信网初期，各小区大小相等，容量相同，随着城市建设和
12、用户数的增加，用户密度不再相等。为了适应这种情况，在高用 户密度地区，将小区面积划小，或将小区中的基站全向覆盖改为 定向覆盖，使每个小区分配的频道数增多，满足话务量增大的需 要，这种技术称为小区分裂。小区分裂的方法在原基站上分裂在原小区的基础上，将中心设置基站的全 向覆盖区分为几个定向天线的小区优点：增加了小区数目却不增加基站数量；重叠区小，有利于越 区切换；利用天线的定向辐射性能，可以有效降低同频干扰；减 小维护工作量和基站建设投资增加新基站的分裂将小区半径缩小，增加新的蜂窝小区 ，并在适当的地方增加新的基站优点：原基站的天线高度可以适当降低，发射功率减小，在总频 率不增加的情况下，增加原小
13、区范围内的使用频道数3.3.3 小区分裂分裂技术：固定分裂动态分裂存在问题：大中城市高话务密度地区，不可能再大规模增加 基站3.3.3 小区分裂市区密度高一些，郊区就低一些。针对这种情况，用户密度高的地区(如市区)，应将无线小区划得小一些，或分配的信道数多一些。对于密度低的地区，小区就可划得大一些或配给的信道数少一些。一个实际的服务区域小区划分的结构，如图所示，图中的数字表示信道数。 用户密度不等时， 服务区划分的举例 3.3.4 信道的分配与选取控制从多个无线信道中捕获某个信道用于通信的方法 ，称为多信道选取。信道选取控制方式：争用和询问争用：当移动台选取要求发生冲突时，通过一定 的控制方式让其中某一台选取询问：基站顺序地呼叫移动台，了解其是否要求 发呼信道配置信道分配中要解决的三个问题：信道的数目（群内小区数）每组（每个小区）的信道数目信道的频率指配信道分配的方法：分区分组配置法和等频距配置法信道的自动选择方式1 专用呼叫信道2 循环定位方式3 循环不定位方式4 循环分散定位方式3.3.5 切换与漫游切换：当移动物体在运动中从一个小区向运动时，信道要发生转换漫游：移动台在某地登记后，可在异地进行呼叫处理的通信
