第2章移动通信网

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1、第2章 移 动 通 信 网 2.1 引言 2.2 移动通信体制 2.3 移动通信的信道结构 2.4 移动通信网的频率配置 2.5 移动通信环境下的干扰 2.6 蜂窝移动通信网络的频率规划 2.7 多信道共用技术 2.8 移动通信的交换技术 2.9 信道自动选择方式 2.1 引 言 移动通信网就是承接移动通信业务的网络，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。这里的“信息交换”不仅仅指双方的通话业务，还包括数据、传真和图像等通信业务。 一些移动通信网，直接向社会公众提供移动通信业务， 与公共交换电话网（PSTN）联系密切，并经专门的线路进入公共交换电话网，我们称之为公用移动电话网

2、。 也有的移动通信网是一些专用网，并不对公众开放，不进入电话网，或与PSTN的互连较少。例如，工业企业中的无线电调度网、公安指挥、交通管理、海关缉私、医疗救护等部门使用的无线电话网，通常称为专用的移动通信网。 2.2 移动通信体制2.2.1 大区制移动通信网 大区制就是在一个服务区域(如一个城市)内只有一个或几个基站（Base Station，BS），并由它负责移动通信的联络和控制， 如图2-1所示。 通常为了扩大服务区域的范围， 基站天线架设得都很高， 发射机输出功率也较大(一般在200 W左右)， 其覆盖半径大约为3050 km。 图2-1 大区制移动通信示意图 2.2.2 小区制（蜂窝）

3、移动通信网 小区制就是把整个服务区域划分为若干个无线小区（Cell）， 每个小区分别设置一个基站， 负责本区移动通信的联络和控制。 同时， 又可在移动业务交换中心（MSC）的统一控制下， 实现小区之间移动用户通信的转接，以及移动用户与市话用户的联系。比如，可以把图2-1中的服务区域一分为七， 如图2-2所示。 每个小区（半径为220 km， 目前小的有13 km，有的城市为500 m）各设一个小功率基站(BS1BS7)，发射功率一般为520W， 以满足各无线小区移动通信的需要。 随着用户数的不断增加，无线小区还可以继续划小为微小区（Microcell）和微微小区（Picrocell）， 以不断

4、适应用户数增长的需要。 在实际中， 用小区分裂（Cell Splitting）、 小区扇形化（Sectoring）和覆盖区域逼近（Coverage Zone Approaches）等技术来增大蜂窝系统容量。 小区分裂是将拥塞的小区分成更小的小区，每个小区都有自己的基站并相应的降低天线高度和减小发射机功率。 由于小区分裂提高了信道的复用次数， 因而使系统容量有了明显提高。 假设系统中所有小区都按小区半径的一半来分裂， 如图2-3所示，理论上，系统容量增长接近4倍。 小区扇形化依靠基站的方向性天线来减少同频干扰以提高系统容量， 通常一个小区划分为3个120的扇区或是6个60的扇区。 图2-2 小区

5、制(蜂窝)移动通信网 采用小区制不仅提高了频率的利用率，而且由于基站功率减小，也使相互间的干扰减少了。此外，无线小区的范围还可根据实际用户数的多少灵活确定，具有组网的灵活性。采用小区制最大的优点是有效地解决了频道数量有限和用户数增大之间的矛盾。所以，公用移动电话网均采用这种体制。但是这种体制在移动台通话过程中，从一个小区转入另一个小区时，移动台需要经常地更换工作频道。无线小区的范围越小，通话中切换频道的次数就越多，这样对控制交换功能的要求就提高了，再加上基站数量的增加，建网的成本就提高了，所以无线小区的范围也不宜过小。通常需根据用户密度或业务量的大小来确定无线小区半径，目前，宏小区半径一般为1

6、5km左右。 图2-3 按小区半径的一半进行小区分裂示意图 2.3 移动通信的信道结构 2.3.1 话音信道(VC) 1. 检测音(SAT) 在模拟蜂窝系统(AMPS和TACS)中，检测音(SAT)是指在话音传输期间连续发送的带外单音。MSC通过对SAT的检测，可以了解话音信道的传输质量。当话音信道单元发射机启动后， 就会不断在带外(话音频带为3003400 Hz)发出检测音(5970 Hz或6000 Hz或6030 Hz)。SAT由BS的话音信道单元发出，经移动台MS环回。 2. 数据 在一定情况下，在话音信道上还可传递数据。 例如， 在越区切换时，通话将暂时中断(模拟蜂窝系统中一般要求限定

7、在800 ms之内)，可利用这段时间在话音信道中，以数据形式传递必要的指令或交换数据。 3. 信号音(ST) 信号音为线路信号。它是由移动台发出的单向信号。例如，在BS寻呼MS过程中，如果BS收到MS发来的ST，就表示振铃成功。在切换过程中，原BS收到MS发来的ST信号，则表示MS对切换认可。 ST是带内信号， 一般在0300 Hz之间。 2.3.2 控制信道(CC) 1. 寻呼 当移动用户被呼时，就在控制信道的下行信道发起呼叫移动台信号，所以将该信道称为寻呼信道(PC)。 2. 接入 当移动用户主呼时，就在控制信道的上行信道发起主呼信号， 所以将该信道称为接入信道(AC)。 在控制信道中，不

8、仅传递寻呼和接入信号，还传递大量的其他数据，如系统的常用报文、指定通话信道、重试(重新试呼)等信号。 2.4 移动通信网的频率配置 表2-1 我国无线电委员会分配给蜂窝移动通信系统的频率 系统或使用部门 上行频率/MHz 下行频率/MHz 中国联通CDMA 825835 870880 中国移动GSM室内分布系统885890 930935 中国移动GSM900 890909 935954 中国联通GSM900909915 954960 中国移动DCS1800 17101720 18051815 中国联通DCS1800 17451755 18401850 2.5 移动通信环境下的干扰 2.5.1

9、同频道干扰 1. 同频道干扰保护比指标 接收机输出端有用信号达到规定质量的情况下，在接收机输入端测得有用射频信号与同频无用射频信号之比的最小值， 称为同频道干扰保护比。 对于模拟蜂窝移动通信网， 其同频道干扰保护比指标规定如下： （1） 静态同频道干扰保护比。 对于三级话音质量其下限信噪比为14 dB。 对应的有用信号与干扰信号之比为8 dB。 所以，为了维持三级话音质量下限， 静态同频道干扰保护比要求大于等于8 dB。 对于四级话音质量其下限信噪比约为25 dB。为了维持四级话音质量下限，静态同频道干扰保护比要求大于等于12 dB。 （2） 同频道干扰概率。 同频道干扰概率规定为10%。 （

10、3）考虑衰落影响、 干扰概率和静态射频保护比后的同频道干扰保护比。 当有快衰落和慢衰落时，通常的做法是在静态同频道干扰保护比（P）上加上同频道干扰余量（ZP），即P+ZP（dB）。 表2-2列出干扰概率为10%时的P+ZP值。 表2-2 干扰概率为10%时的P+ZP话音等级 P/dB ZP/dB P+ZP/dB L=6 dBL= 12dBL=6 dBL=12 dB三级话音质量 814.522.822.530.8四级话音质量 1214.522.826.534.82.同频道复用保护距离系数D/r在蜂窝网中，使两个同频小区保持必要的距离是保证同频道干扰保护比达到指标要求的主要办法。在全向基站区中，同

11、频道复用保护距离系数由图2-4定义。为了满足表22的同频道干扰保护比指标，所需要的系数可由式（2-1）计算，其结果列于表23。 式中，D/r为同频道复用保护距离系数。 图2-4 同频道复用保护距离系数 表2-3 同频道复用保护距离系数D/r P+ZP/dB 22.530.826.534.8D/r4.77.35.68.92.5.2 邻频道干扰 工作在k频道的接收机受到工作于k1频道的信号的干扰，即邻道（k1频道）信号功率落入k频道的接收机通带内造成的干扰称为邻频道干扰。解决邻频道干扰的措施包括： （1） 降低发射机落入相邻频道的干扰功率，即减小发射机带外辐射； （2） 提高接收机的邻频道选择性；

12、 （3） 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，以增加同频道防护比。 2.5.3 互调干扰 在专用网和小容量网中，互调干扰可能成为设台组网较关心的问题。产生互调干扰的基本条件是： （1）几个干扰信号（A、B、C）与受干扰信号的频率（S）之间满足2A-B =S或A+B-C =S 的条件； （2） 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时工作。 互调干扰分为发射机互调干扰和接收机互调干扰两类。 1. 发射机互调干扰 一部发射机发射的信号进入了另一部发射机，并在其末级功放的非线性作用下与输出信号相互调制，产生不需要的组合干扰频率，对接收信号频率与这些组合频

13、率相同的接收机造成的干扰，称为发射机互调干扰。 减少发射机互调干扰的措施有： （1） 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Q谐振腔； （3） 提高发射机的互调转换衰耗。 2. 接收机互调干扰 当多个强干扰信号进入接收机前端电路时，在器件的非线性作用下，干扰信号互相混频后产生可落入接收机中频频带内的互调产物而造成的干扰称为接收机互调干扰。 减少接收机互调干扰的措施有： （1） 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， 提高其选择性； （3） 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 （1）蜂窝移动通信网。 由于需要频道多和采

14、用空腔谐振式合成器，只有采用互调最小的等间隔频道配置方式， 并依靠设备优良的互调抑制指标来抑制互调干扰。 （2） 专用的小容量移动通信网。 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免发生互调干扰。表2-4列出无三阶互调的频道序号。由表2-4可见，当需要的频道数较多时， 频道利用率很低， 故不适用于蜂窝网。 表2-4 无三阶互调干扰的信道组 2.5.4 阻塞干扰 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噪声增高，使接收机灵敏度下降的现象称为阻塞干扰。这种干扰与干扰信号的幅度有关，幅度越大，

15、干扰越严重。当干扰电压幅度非常强时，可导致接收机收不到有用信号而使通信中断。 2.5.5 近端对远端的干扰 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B（距离d2）到达基站的功率明显要大于距离基站远的移动台A（距离，1）的到达功率，若二者频率相近，则距基站近的移动台B就会造成对接收距离距基站远的移动台A的有用信号的干扰或仰制，甚至将移动台A的有用信号淹没。 这种现象称为近端对远端干扰。 克服近端对远端干扰的措施主要有两个：一是使两个移动台所用频道拉开必要间隔； 二是移动台端加自动（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致。由于频率资源紧张，几乎

16、所有的移动通信系统对基站和移动终端都采用APC工作方式。 2.6 蜂窝移动通信网络的频率规划 2.6.1 等频距分配法 在蜂窝移动通信网络中，同信道干扰问题已在分群时考虑， 保证有足够的防护比，而邻道干扰的问题则在信道分配时应加以考虑。 等频距分配法按频率等间隔分配信道，这样可以有效地避免邻道干扰。若需要M个信道，将其分为N个信道组，则每个信道组中有M/N个信道，而N个信道组的信道序列可以确定如下： K+jN K=1，2，3， ， N； J=0， 1， 2， ， (M/N)-1式中， K为信道组的序列号，最大为K=N，j为信道序号的取值。 我国GSM网和TACS网均采用了这种方法。如果基站采用了无方向性激励时，通常以12个无线小区（基地区）作为一个簇（cluster）， 其信道组配置如图2-5所示。按K+jN的规律，可以确定各信道组的信道序列如下：第一信道组， K=1， j=012， 故有（1，13，25， ） 第二信道组， K=2， j=012， 故有（2，14，26， ） 第三信道组， K=3， j=012，故有（3，15，27， ） 第四信道组， K=4， j=012， 故有（4