2.4 2.4 蜂窝系统工作原理蜂窝系统工作原理2.4.1 2.4.1 什么是蜂窝什么是蜂窝2.4.2 2.4.2 频率复用频率复用2.4.3 2.4.3 多址方式多址方式 学习目标学习目标•理解并掌握蜂窝、小区、区群、中心理解并掌握蜂窝、小区、区群、中心激励、顶点激励、移动通信系统的组激励、顶点激励、移动通信系统的组成、多址技术等概念成、多址技术等概念•了解蜂窝系统的工作原理了解蜂窝系统的工作原理•了解各种多址技术的特征和优缺点了解各种多址技术的特征和优缺点 2.4.1 2.4.1 什么是蜂窝什么是蜂窝 为了提高移动通信系统的容量，就要根据无线电波为了提高移动通信系统的容量，就要根据无线电波的的时间时间、、空间空间、、频率频率的三维占用性，从这的三维占用性，从这3 3个角度上想个角度上想办法，常用的提高系统容量的方法包括办法，常用的提高系统容量的方法包括多址技术、蜂多址技术、蜂窝技术窝技术、、有效编码技术有效编码技术等 什么是蜂窝呢？什么是蜂窝呢？ 移动通信系统是采用一个叫基站的设备来提移动通信系统是采用一个叫基站的设备来提供无线覆盖服务的，基站的覆盖范围有大有小，供无线覆盖服务的，基站的覆盖范围有大有小，我们把基站的覆盖范围称之为蜂窝。
我们把基站的覆盖范围称之为蜂窝 早期的移动通信系统是在其覆盖区域中心设置早期的移动通信系统是在其覆盖区域中心设置大功率的发射机，采用高架线把信号发射到整个大功率的发射机，采用高架线把信号发射到整个覆盖地区（半径可达几十公里）其缺点为：覆盖地区（半径可达几十公里）其缺点为：•同时能提供给用户使用的信道数极为有限，满足同时能提供给用户使用的信道数极为有限，满足不了移动通信业务迅速增长的需要不了移动通信业务迅速增长的需要•移动台与基站间的通信距离是有限的移动台与基站间的通信距离是有限的•基站功率与信号功率不匹配基站功率与信号功率不匹配 为为了了在在服服务务区区实实现现无无缝缝覆覆盖盖并并提提高高系系统统的的容容量量，，可可采采用用多多个个基基站站来来覆覆盖盖给给定定的的服服务务区区，，每每个个基基站站的的覆覆盖盖区区称称为为一一个个小小区区，，这这就就是是蜂蜂窝窝制制移移动动通通信信系系统统，，也叫小区制移动通信通信系统也叫小区制移动通信通信系统 其其基基本本的的实实现现原原理理是是将将需需要要服服务务的的大大服服务务区区分分成成若若干干蜂蜂窝窝状状小小区区（（基基站站区区）），，在在每每个个基基站站区区中中心心，，（（或或相相互互隔隔开开的的顶顶角角））设设一一无无线线基基站站，，基基站站区区半半径径为为1.5~15km1.5~15km。
为为了了减减小小对对频频率率资资源源的的需需求求和和提提高高频频谱谱利利用用率率，，需需将将相相同同的的频频率率在在相相隔隔一一定定距距离离的的小小区区中中重重复复使使用用，，只只需需使使用用相相同同频频率率的的小小区区（（同同频频小小区区））之之间间干干扰扰足足够小即可够小即可 •蜂窝制移动通信系统容量大并解决了大区制通信系蜂窝制移动通信系统容量大并解决了大区制通信系统所固有的缺点，并大大提高率频率利用率，具有统所固有的缺点，并大大提高率频率利用率，具有组网的灵活性等众多优势组网的灵活性等众多优势•蜂窝制通信系统中设备的增多也使系统的构成具有蜂窝制通信系统中设备的增多也使系统的构成具有复杂性，如各小区的基站间要进行信息交换，需要复杂性，如各小区的基站间要进行信息交换，需要有交换设备，且各基站至交换局都需要有一定的中有交换设备，且各基站至交换局都需要有一定的中继线，这将使建网成本和复杂性增加等继线，这将使建网成本和复杂性增加等 根据服务区域类型的不同，可划分为根据服务区域类型的不同，可划分为带状服务带状服务区区和和面状服务区面状服务区1 1．带状服务区．带状服务区 对于公路、铁路、海岸等的覆盖可采用带状服务对于公路、铁路、海岸等的覆盖可采用带状服务区又称带状网，如图区又称带状网，如图2-232-23所示。
基站天线若用全向所示基站天线若用全向辐射，覆盖区形状是圆形的带状网宜采用有向天辐射，覆盖区形状是圆形的带状网宜采用有向天线，使每个小区是扁圆形带状网进行频率复用可线，使每个小区是扁圆形带状网进行频率复用可采用双频制，也可用多频制采用双频制，也可用多频制 图图2-23 带状服务区的覆盖带状服务区的覆盖 •若以不同频点的两个小区组成一个区群，不同区若以不同频点的两个小区组成一个区群，不同区群可使用相同的频率，就是群可使用相同的频率，就是双频制双频制；若以采用不；若以采用不同频点的同频点的3 3个小区组成一个区群，称为个小区组成一个区群，称为三频制三频制•从造价和频率资源的利用率而言，当然双频制最从造价和频率资源的利用率而言，当然双频制最好，但从抗同道干扰的角度而言，双频制最差，好，但从抗同道干扰的角度而言，双频制最差，还应考虑多频制还应考虑多频制 2．面状服务区．面状服务区（（1）小区的形状）小区的形状 可以实现一个平面的覆盖按交叠区的中心线可以实现一个平面的覆盖按交叠区的中心线所围成的面积形状看，区域的形状可分为正三角形、所围成的面积形状看，区域的形状可分为正三角形、正方形和正六角形三种，分别称它们为正方形和正六角形三种，分别称它们为正三角形区正三角形区域域、、正四边形区域正四边形区域和和正六边形区域正六边形区域。
可以证明，要可以证明，要用正多边形无空隙、无重叠地覆盖一个平面区域，用正多边形无空隙、无重叠地覆盖一个平面区域，可取的形状只有这三种可取的形状只有这三种 图图2-24 2-24 小区的形状小区的形状 由正三角形，正四边形、正六边形覆盖一个由正三角形，正四边形、正六边形覆盖一个平面时，各区域之同的中心距离、半个区域面积、平面时，各区域之同的中心距离、半个区域面积、交叠部分面积以及交叠区宽度如下表交叠部分面积以及交叠区宽度如下表2-42-4所示 表表2-4 2-4 三种形状小区的比较三种形状小区的比较 •由表由表2-42-4可见，在服务区面积一定的情况下，正可见，在服务区面积一定的情况下，正六边形相邻区域的中心间隔最大，且覆盖面积一六边形相邻区域的中心间隔最大，且覆盖面积一定时，需要最少小区个数，也就是需要较少的发定时，需要最少小区个数，也就是需要较少的发射站因此，正六边形小区覆盖相对于四边形和射站因此，正六边形小区覆盖相对于四边形和三角形费用少三角形费用少•正六边形构成的网络形同蜂窝，所以把小区制移正六边形构成的网络形同蜂窝，所以把小区制移动通信网称为蜂窝网动通信网称为蜂窝网。
（（2 2）区群的组成）区群的组成 单位无线区群的构成应满足以下两个条件：一单位无线区群的构成应满足以下两个条件：一是单位无线区群之间彼此邻接；二是相邻单位无线是单位无线区群之间彼此邻接；二是相邻单位无线区群的同频小区中心间隔距离是一样的满足以上区群的同频小区中心间隔距离是一样的满足以上两个条件的关系式如下：两个条件的关系式如下：（式（式2-43）） 式中式中N N为构成单位无线区群的正六边形的数目，为构成单位无线区群的正六边形的数目，简称简称区群数区群数a a和和b b不能同时为零不能同时为零 按照以上条件，可确定按照以上条件，可确定N N有如下数值，相应的区有如下数值，相应的区群形状如图群形状如图2-332-33所示所示: : （（3））中心激励和顶点激励中心激励和顶点激励 根据基站的位置不同，可有两种激励方式：如图根据基站的位置不同，可有两种激励方式：如图2-262-26所示，一种是基站位于正六边形的中心，称为所示，一种是基站位于正六边形的中心，称为中中心激励方式心激励方式；另一种是基站位于每个正六边形的三个；另一种是基站位于每个正六边形的三个相隔的顶点上，称为相隔的顶点上，称为““顶点激励顶点激励””方式方式。
图图2-26 2-26 两种激励方式示意图两种激励方式示意图 •对对于于前前者者，，基基站站使使用用全全向向天天线线形形成成圆圆形形覆覆盖盖区区；；对对于于后后者者，，每每个个基基站站使使用用三三个个120º120º扇扇形形覆覆盖盖的的定定向天线实现共同覆盖向天线实现共同覆盖•从从经经济济效效益益上上看看，，前前者者投投资资较较少少，，可可是是同同信信道道重重用用比比不不能能选选得得很很小小，，否否则则同同道道干干扰扰较较多多，，但但由由于于采采用用了了定定向向天天线线，，对对位位于于天天线线主主瓣瓣之之外外的的区区域域同同道道干干扰扰很很小小，，接接收收时时对对主主瓣瓣之之外外的的干干扰扰衰衰耗耗很很，，即即所所接接收收的的同同频频干干扰扰功功率率下下降降，，因因此此允允许许以以较较小小的信道重用比工作的信道重用比工作 （（4 4））盲点与热点盲点与热点 在实际的宏蜂窝内，通常存在着两种特殊的微在实际的宏蜂窝内，通常存在着两种特殊的微小区域小区域——“盲点盲点”与与“热点热点” 盲点盲点：指由于网络漏覆盖或电波在传播过程中遇：指由于网络漏覆盖或电波在传播过程中遇到障碍物而造成阴影区域等原因，使得该区域的信到障碍物而造成阴影区域等原因，使得该区域的信号强度极弱，通信质量严重低略；号强度极弱，通信质量严重低略； 热点热点：指由于客观存在商业中心或交通要道等业：指由于客观存在商业中心或交通要道等业务繁忙区域，造成空间业务负荷的不均匀分布。
对务繁忙区域，造成空间业务负荷的不均匀分布对于以上两于以上两“点点”问题，往往通过设置直放站、分裂问题，往往通过设置直放站、分裂小区等方法加以解决小区等方法加以解决 ※ ※ 直放站（直放站（RepeaterRepeater）的设置）的设置 直放站：也叫中继站，属于同频放大设备，直放站：也叫中继站，属于同频放大设备，它在无线电传输过程中起到信号增强的作用，如它在无线电传输过程中起到信号增强的作用，如图图2-272-27所示 图图2-27 2-27 直放站原理图直放站原理图 直直放放站站在在下下行行链链路路中中，，由由施施主主天天线线从从宿宿主主基基站站提提取取信信号号，，通通过过带带通通滤滤波波器器对对带带通通外外的的信信号号进进行行极极好好的的隔隔离离，，将将滤滤波波信信号号经经功功放放放放大大以以后，再次发射到待覆盖区域后，再次发射到待覆盖区域 在在上上行行链链接接路路径径中中，，覆覆盖盖区区域域内内的的移移动动台台的的信信号号以以同同样样的的工工作作方方式式由由上上行行放放大大链链处处理理后后发发射射到到相相应应基基站站，，从从而而达达到到基基站站与与移移动动台台的的信信号传递。
号传递 ※※ 分裂小区分裂小区 事实上服务区内的用户密度是不均匀的，例如城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，居民区和市郊区的用户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因此，在用户密度高的市中心区可使小区的密度低因此，在用户密度高的市中心区可使小区的面积小一些，在用户密度低的市郊区可使小区的面积面积小一些，在用户密度低的市郊区可使小区的面积大一些，如下图大一些，如下图2-282-28所示 图图2-28 2-28 小区的分裂小区的分裂 •另外，当一个特定小区的话务量增加时，小区可以被另外，当一个特定小区的话务量增加时，小区可以被分裂为更小的小区，通过小区数的增加来增加信道的分裂为更小的小区，通过小区数的增加来增加信道的再用数，从而增加用户容量上述蜂窝状的小区制是再用数，从而增加用户容量上述蜂窝状的小区制是目前大容量公共移动通信网的主要覆盖方式目前大容量公共移动通信网的主要覆盖方式•从原理上讲，设置直放站与分裂小区这两种办法也不从原理上讲，设置直放站与分裂小区这两种办法也不能无限制地使用，直放站实质是一个宽带放大器，设能无限制地使用，直放站实质是一个宽带放大器，设置不合理或设置得过多，都极易造成对周围信号的干置不合理或设置得过多，都极易造成对周围信号的干扰；小区分裂实质就是使宏基站变密的方法来增加系扰；小区分裂实质就是使宏基站变密的方法来增加系统的容量，但当小区面积小到一定程度时，由于干扰统的容量，但当小区面积小到一定程度时，由于干扰和基站接入等问题，也使得这种办法难以再进行。
和基站接入等问题，也使得这种办法难以再进行 （（5 5）蜂窝的种类）蜂窝的种类•宏蜂窝小区宏蜂窝小区传传统统的的蜂蜂窝窝式式网网络络由由宏宏蜂蜂窝窝小小区区构构成成，，每每个个小小区区的的覆覆盖盖半半径径大大多多为为1~25km1~25km由由于于覆覆盖盖半半径径大大，，所所以以基基站站的的发发射射功功率率较较强强，，一一般般在在10W10W以以上上，，天天线线也也做做得得很高•微蜂窝小区微蜂窝小区微微蜂蜂窝窝小小区区是是在在宏宏蜂蜂窝窝小小区区的的基基础础上上发发展展起起来来的的，，其其覆覆盖盖半半径径为为30~300m30~300m，，发发射射功功率率小小，，一一般般在在1W1W以以下，基站天线置于相对低的地方，如屋顶下方下，基站天线置于相对低的地方，如屋顶下方 2.4.2 频率复用频率复用1 1 什么是频率复用？什么是频率复用？ 蜂蜂窝窝系系统统的的基基本本出出发发点点是是频频率率复复用用，，也也称称为为频频分分复复用用（（FDMFDM）），，就就是是将将用用于于传传输输信信道道的的总总带带宽宽划划分分成成若若干个子频带（或称子信道）以进行信号的传输干个子频带（或称子信道）以进行信号的传输。
频频分分复复用用要要求求总总频频率率宽宽度度大大于于各各个个子子信信道道频频率率之之和和，，同同时时为为了了保保证证各各子子信信道道中中所所传传输输的的信信号号互互不不干干扰扰，，应应在在各各子子信信道道之之间间设设立立保保护护隔隔离离带带频频分分复复用用技技术术的的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作 2 2 频率复用距离的计算频率复用距离的计算 频率复用距离的计算取决于许多因素，如频率分频率复用距离的计算取决于许多因素，如频率分组数、衰落和屏蔽对频率复用的影响、同道干扰的概组数、衰落和屏蔽对频率复用的影响、同道干扰的概率等等1 1））D D与与R R的关系的关系 使用同一组频率的小区称为同频小区，它们之间使用同一组频率的小区称为同频小区，它们之间产生的干扰叫同频干扰产生的干扰叫同频干扰一个区群中的小区数愈少，一个区群中的小区数愈少，则相邻区群的地理位置愈靠近，同频干扰愈强则相邻区群的地理位置愈靠近，同频干扰愈强设两设两个地区彼此相距个地区彼此相距D D时，不会产生明显的同道干扰，则时，不会产生明显的同道干扰，则称称D D称为复用空间保护距离。
称为复用空间保护距离 设小区的半径为设小区的半径为R R，则称，则称D/RD/R为共道干扰抑制因子为共道干扰抑制因子根据蜂窝系统的几何关系，设区群数为根据蜂窝系统的几何关系，设区群数为k k，则有：，则有：（式（式2-442-44）） 对于对于7/217/21复用方式（即复用方式（即7 7个基站，个基站，2121个小区使用个小区使用2121组频率），则复用保护距离组频率），则复用保护距离D D为：为： （式（式2-472-47）） 同理，对同理，对4/124/12复用方式，复用方式，D=6RD=6R；对；对3/93/9复用方式，复用方式，D≈5.2RD≈5.2R 可见，区群内小区数可见，区群内小区数k k越大，同信道小区的距离越大，同信道小区的距离就越远，抗同频干扰性能就越好，但区群内小区数就越远，抗同频干扰性能就越好，但区群内小区数k k也不是越大越好，也不是越大越好，k k大了以后，反而每个小区内分得大了以后，反而每个小区内分得的频点数少了，致使小区的容量下降。
的频点数少了，致使小区的容量下降 （式（式2-442-44）） 式中式中k k是由是由(C/I)(C/I)s s所确定，可推出：所确定，可推出： （式（式2-452-45））所以所以 （式（式2-462-46）） （（2 2）载波干扰比）载波干扰比C/IC/I 在上式在上式2-442-44中谈到中谈到k k是由（是由（C/IC/I））s s所确定，而所确定，而系统的载波干扰比系统的载波干扰比C/IC/I又是由系统所选用的调制方又是由系统所选用的调制方式和带宽来确定的式和带宽来确定的 例如，当蜂窝网络每个例如，当蜂窝网络每个区群共有区群共有7 7个小区，基站收个小区，基站收发信机采用全向天线，只考发信机采用全向天线，只考虑到第一频道组的共道小区虑到第一频道组的共道小区的干扰，如图的干扰，如图2-292-29所示：所示：图图2-29 2-29 蜂窝网络共道小区分布蜂窝网络共道小区分布 此时的载波干扰比此时的载波干扰比C/IC/I计算如下：计算如下： （式（式2-482-48）） 式中，式中，I Ii i为第为第i i频道组的共道干扰电平，共有频道组的共道干扰电平，共有6 6个，个，n n为环境躁声功率，可忽略。
考虑到电波传播损耗为环境躁声功率，可忽略考虑到电波传播损耗为为4 4次幂规律，则接收到的信号功率和干扰功率分次幂规律，则接收到的信号功率和干扰功率分别为：别为：（式（式2-492-49））（式（式2-502-50）） 式中，式中，A A为常数考虑到上述情况，而且为常数考虑到上述情况，而且D Di i都都相同，则有：相同，则有：（式（式2-512-51））规定系统的载干比门限为规定系统的载干比门限为(C/I)(C/I)s s，只要满足：，只要满足：（式（式2-522-52））就可以保证通信质量就可以保证通信质量 GSMGSM系统中，对载干比的要求是：系统中，对载干比的要求是：同频载干比同频载干比：：C/I≥≥9dBdB；工程中加；工程中加3dB余量，即余量，即 C/I≥≥12dB邻频载干比：邻频载干比： C/I≥≥－－9dB；工程中加；工程中加3dB余量，余量， 即即C/I≥≥－－6dB （（3 3）考虑衰落和屏蔽情况下的频率复用距离计算）考虑衰落和屏蔽情况下的频率复用距离计算 衰落和屏蔽情况下的频率复用距离可分为三种情衰落和屏蔽情况下的频率复用距离可分为三种情况加以考虑，一是只考虑衰落，二是只考虑屏蔽，三况加以考虑，一是只考虑衰落，二是只考虑屏蔽，三是同时考虑衰落和屏蔽。
这时我们需要先考察同频干是同时考虑衰落和屏蔽这时我们需要先考察同频干扰概率：扰概率： 同频干扰保护比同频干扰保护比B 定义在接收机输出端有用信号达到规定质量的情定义在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的有用射频信号和无用射况下，在接收机输入端测得的有用射频信号和无用射频信号之比的最小值，通常用频信号之比的最小值，通常用dB表示 同频干扰概率同频干扰概率 实际上，由于非理想的基站位置和地形的起伏特实际上，由于非理想的基站位置和地形的起伏特点，移动台在移动时，接收到的信号要受瑞利快衰落点，移动台在移动时，接收到的信号要受瑞利快衰落和高斯慢衰落的影响不论是信号还是干扰，到达移和高斯慢衰落的影响不论是信号还是干扰，到达移动台时，其场强瞬时值和中值都是随机变量即使移动台时，其场强瞬时值和中值都是随机变量即使移动台处于静止态，由于存在各种扰动，包括周围移动动台处于静止态，由于存在各种扰动，包括周围移动体的运动，其场强瞬时值和中值依然是随机变量体的运动，其场强瞬时值和中值依然是随机变量 由此可见，接收机输入端由此可见，接收机输入端 值不是静止的，值不是静止的，而是一个随机变量。
只有在时而是一个随机变量只有在时 ，才没有，才没有干扰产生干扰产生同频干扰是以一定的概率出现的同频干扰是以一定的概率出现的 根据根据CCIR740-2报告，报告，1979年法国提出在多径衰落服从年法国提出在多径衰落服从瑞利分布，阴影衰落服从高斯分布时，同频干扰概率为：瑞利分布，阴影衰落服从高斯分布时，同频干扰概率为：式中，式中， 为积分变量，为积分变量， 为信号和干扰的标准偏差，为信号和干扰的标准偏差， 图图5-3 同频干扰概率同频干扰概率 结结论论：：在在郊郊区区和和较较低低层层建建筑筑的的市市区区，，衰衰落落相相对对于于干干扰扰概概率率影影响响很很大大，，而而在在高高建建筑筑较较多多的的城城市市，，则则主主要由屏蔽引起的要由屏蔽引起的 （（4）考虑通信概率的频率复用距离计算）考虑通信概率的频率复用距离计算 通信概率是指移动用户在给定服务区域进行成功通话（达通信概率是指移动用户在给定服务区域进行成功通话（达到规定通话质量）的概率，它包括位置概率和时间概率到规定通话质量）的概率，它包括位置概率和时间概率。
移动通信由于受地形的影响和无线信号传播裒落影响，不移动通信由于受地形的影响和无线信号传播裒落影响，不可能达到覆盖范围的可能达到覆盖范围的100％我国公网规定：城市通信概率我国公网规定：城市通信概率≥90%，农村通信概率，农村通信概率≥50%区域覆盖概率区域覆盖概率指在覆盖区域内，接收信号强度大于接收门限指在覆盖区域内，接收信号强度大于接收门限的位置占总区域面积的百分比的位置占总区域面积的百分比边远覆盖概率边远覆盖概率指在覆盖区边缘上，接收信号强度大于接收门指在覆盖区边缘上，接收信号强度大于接收门限的时间百分比限的时间百分比 假定假定90%的覆盖区有的覆盖区有75%的边缘覆盖率，并假的边缘覆盖率，并假定载频信号和一个干扰信号都服从对数正态衰落，并定载频信号和一个干扰信号都服从对数正态衰落，并且不相关它们的标准偏差都为且不相关它们的标准偏差都为6dB，则合成偏差为，则合成偏差为 ，为了保证载干比大于，为了保证载干比大于18dB，且在边缘地区通信概率，且在边缘地区通信概率大于大于75%，相应的衰落储备应大于，相应的衰落储备应大于0.6×8.4dB=5dB。
考虑到干扰源可能会多于一个，需在增加考虑到干扰源可能会多于一个，需在增加4dB的储备在最坏的条件下，所需的在最坏的条件下，所需的在最坏的条件下，所需的在最坏的条件下，所需的D／／R比应能保证比应能保证C／／I的比值大于的比值大于18+5+4=27dB 在进行链路预算时，需要根据阴影衰落标准差和在进行链路预算时，需要根据阴影衰落标准差和边缘覆盖概率要求，计算所需的阴影衰落余量通常边缘覆盖概率要求，计算所需的阴影衰落余量通常假设阴影衰落服从零均值的正态分布，衰落大小由标假设阴影衰落服从零均值的正态分布，衰落大小由标准偏差准偏差σ 度量，则阴影衰落余量度量，则阴影衰落余量ρ 的计算公式为：的计算公式为： ρ(dB)=NORMSINV(边缘覆盖概率边缘覆盖概率)×σ式中，式中，NORMSINV（（x）函数为标准正态分布累积函）函数为标准正态分布累积函数的逆函数数的逆函数8×0.68=5.4dB 在最坏的条件下，所需的在最坏的条件下，所需的D D／／R R比应能保证比应能保证C C／／I I的的比值大于比值大于27dB27dB由于传播特性与距离的由于传播特性与距离的4 4次方成正比，次方成正比，假定是光滑地球平面，则路径传播衰减为：假定是光滑地球平面，则路径传播衰减为：（式（式2-552-55））（式（式2-562-56）） 则则 （式（式2-572-57）） 由此可见满足同频干扰比由此可见满足同频干扰比27dB条件下，选条件下，选N=12即可满足要求。
即可满足要求 实际工程中，同频复用距离的大小还取决于许多实际工程中，同频复用距离的大小还取决于许多的因素，包括业务量、基站的位置、周围的电磁环境的因素，包括业务量、基站的位置、周围的电磁环境等等，等等，CDMA系统中还要考虑软切换增益等等，它的系统中还要考虑软切换增益等等，它的大小需要进行综合性、系统性的计算大小需要进行综合性、系统性的计算 2.4.3 2.4.3 多址方式多址方式 ※ ※ ※ ※ 什么是多址接入技术？什么是多址接入技术？ 多址技术的基本原理与有线通心中的信号复用技多址技术的基本原理与有线通心中的信号复用技术相同，实质上都属于信号正交划分，与设计技术术相同，实质上都属于信号正交划分，与设计技术不同点是不同点是信号复用技术目的在于区分多路，常在中频信号复用技术目的在于区分多路，常在中频或基带中实现；而多址技术目的是区分多个动态地址，或基带中实现；而多址技术目的是区分多个动态地址，必须在射频段实现必须在射频段实现 实现多址连接的理论基础是实现多址连接的理论基础是信号分割技术信号分割技术，在，在发送端通过恰当的信号设计使信号按某种相互正交发送端通过恰当的信号设计使信号按某种相互正交或准正交，以实现各站信号的差异性，接收端有信或准正交，以实现各站信号的差异性，接收端有信号识别能力，能从混合信号中分离选择出相应的信号识别能力，能从混合信号中分离选择出相应的信号。
号 无线电信号可以表达为时间、频率和码型的函数，无线电信号可以表达为时间、频率和码型的函数，即可写为：即可写为：式中，式中，c(t)c(t)是码型函数，是码型函数，s(f,t)s(f,t)为时间为时间t t和频率和频率f f的的函数按照这些参量的分割，即可以实现的多址连函数按照这些参量的分割，即可以实现的多址连接有接有频分多址技术（频分多址技术（FDMAFDMA）、时分多址技术）、时分多址技术（（TDMATDMA）、码分多址技术）、码分多址技术(CDMA)(CDMA)、空分多址、空分多址(SDMA)(SDMA) （（1 1）频分多址技术（）频分多址技术（FDMAFDMA）） 频分多址（频分多址（FDMAFDMA）又称频分复用，是发送端）又称频分复用，是发送端对所发信号的频率参量进行正交分割，形成许多对所发信号的频率参量进行正交分割，形成许多互不重叠的频带，即将载波带宽划分为多个不同互不重叠的频带，即将载波带宽划分为多个不同频带的子信道，在接收端利用频率的正交性，通频带的子信道，在接收端利用频率的正交性，通过频率选择过频率选择( (滤波滤波) )，从混合信号中选出相应的信，从混合信号中选出相应的信号，这样每个子信道可以单独并行地传送一路信号，这样每个子信道可以单独并行地传送一路信号。
号 在单纯的ＦＤＭＡ系统中，通常采用ＦＤＤ的 在单纯的ＦＤＭＡ系统中，通常采用ＦＤＤ的方式来实现双工通信，即接收频率Ｆ和发送频率ｆ方式来实现双工通信，即接收频率Ｆ和发送频率ｆ是不同的所以，为了使得同一部电台的收发之间是不同的所以，为了使得同一部电台的收发之间不产生干扰，收发频率间隔｜ｆ－Ｆ｜必须大于一不产生干扰，收发频率间隔｜ｆ－Ｆ｜必须大于一定的数值，因此在ＦＤＭＡ中，收发频段是分开的定的数值，因此在ＦＤＭＡ中，收发频段是分开的 另外，在移动通信系统中，移动台与移动台之 另外，在移动通信系统中，移动台与移动台之间是不能直接通信的，而必须经过基站中转，，如间是不能直接通信的，而必须经过基站中转，，如图３－２０所示图３－２０所示 图图2-30 FDMA2-30 FDMA系统的工作示意图系统的工作示意图 •从从图图2-302-30中中还还可可以以看看出出，，两两个个移移动动台台间间通通信信通通过过基基站站的的中中转转，，需需占占两两个个上上行行子子频频段段和和两两个个下下行行子子频频段段，，加加上上收收发发间间的的保保护护频频带带，，因因此此FDMAFDMA系系统统的的频频率率资资源源利利用用率低；率低；•FDMAFDMA的的基基站站必必须须要要设设置置N N套套调调制制解解调调器器，，设设备备比比较较复复杂；杂；•FDMAFDMA信信道道大大于于通通常常需需要要的的特特定定数数字字压压缩缩信信道道，，对对于于通通信过程信过程FDMAFDMA信道也是浪费的。
信道也是浪费的 （（2 2）时分多址技术（）时分多址技术（TDMATDMA））•时分多址是发送端对所发送信号的时间参量进时分多址是发送端对所发送信号的时间参量进 行行正正交交分分割割，，形形成成许许多多互互不不重重叠叠的的时时隙隙，，即即在在一一个个宽宽带带的的载载波波上上，，把把时时间间分分成成周周期期性性的的帧帧，，每每一一帧帧再再分分割割成成若若干干时时隙隙（（无无论论帧帧或或时时隙隙都都是是互互不不重重叠的）叠的）•每每个个时时隙隙就就是是一一个个通通信信信信道道，，分分配配给给一一个个用用户户，，在每一帧内依次排列，互不干扰在每一帧内依次排列，互不干扰•在在接接收收端端再再利利用用时时间间的的正正交交性性，，通通过过时时间间选选择择( (选选通门通门) )从混合信号中选出相应的信号从混合信号中选出相应的信号 TDMA TDMA的基本工作原理如下：的基本工作原理如下：l系系统统根根据据一一定定的的时时隙隙分分配配原原则则，，使使各各个个移移动动台台在在每每帧帧内只能按指定的时隙向基站发射信号；内只能按指定的时隙向基站发射信号；l为为了了保保证证不不同同传传播播时时延延情情况况下下，，各各移移动动台台到到达达基基站站的的信信号号不不会会重重叠叠，，通通常常在在帧帧结结构构中中有有保保护护间间隔隔比比特特，，在在此保护间隔内不传送信号；此保护间隔内不传送信号；l这这样样在在满满足足定定时时和和同同步步的的条条件件下下，，基基站站可可以以在在各各时时隙隙中接收到各移动台的信号而互不干扰。
中接收到各移动台的信号而互不干扰l同同时时，，基基站站发发向向各各个个移移动动台台的的信信号号都都按按顺顺序序安安排排在在预预定定的的时时隙隙中中传传输输，，各各移移动动台台只只要要在在指指定定的的时时隙隙内内接接收收，，就就能能在在合合路路的的信信号号（（TDMTDM信信号号））中中把把发发给给它它的的信信号号区区分出来 在在FDDFDD方方式式中中，，上上行行链链路路和和下下行行链链路路的的帧帧分分别别在在不不同同的的频频率率上上，，但但在在TDDTDD方方式式中中，，上上、、下下行行帧帧都都在在相相同同的的频频率率下下，，如如图图2-312-31所所示示，，在在每每一一个个子子频频带带上上又又分分为为若若干个子时隙，每个用户只占用子时隙进行通话干个子时隙，每个用户只占用子时隙进行通话 图图2-31 TDMA2-31 TDMA系统的工作示意图系统的工作示意图 l在TDMA系统中，每帧中的时隙结构（或称为突发脉冲）的设计通常要考虑3个主要的因素：一是控制和信令信息的传输；二是信道多径的影响；三是系统的同步l解决以上3个问题的主要方法是：•一在每个时隙中专门划出部分比特用于控制盒信令信息的传输；•二是在时隙中插入自适应均衡器和训练序列，并在上行链路的每个时隙中留出一定的保护间隔；•三是在时隙中有专门的同步序列。
l采用采用TDMATDMA带来的优点是抗干扰能力增强，频率利带来的优点是抗干扰能力增强，频率利用率有所提高，系统容量增大，基站复杂性减小用率有所提高，系统容量增大，基站复杂性减小lTDMATDMA用不同的时隙来发射和接收，因此不需要双用不同的时隙来发射和接收，因此不需要双工器l由于由于TDMATDMA的诸多优点，所以在第二代移动通信系的诸多优点，所以在第二代移动通信系统（如ＧＳＭ）中广泛采用了统（如ＧＳＭ）中广泛采用了TDMATDMA技术 （（3）） 码分多址技术码分多址技术(CDMA)•码码分分多多址址系系统统采采用用一一组组彼彼此此正正交交( (或或准准正正交交) )的的 伪伪随随机机噪噪声声(PN)(PN)序序列列用用作作为为扩扩频频序序列列码码对对传传输输信信 号进行扩频调制号进行扩频调制•在在接接收收端端用用相相应应的的PNPN码码通通过过相相关关处处理理解解扩扩来来实实现现多用户共享频率资源的功能多用户共享频率资源的功能•该该技技术术将将每每一一来来话话编编码码，，并并在在接接收收端端进进行行解解码码，，使大量用户能够共享同一无线电频率使大量用户能够共享同一无线电频率。
l码分多址码分多址(CDMA)(CDMA)有两种主要形式：有两种主要形式：直扩码分直扩码分(DS-(DS-CDMA)CDMA)与与跳频码分跳频码分（（FH-CDMAFH-CDMA），前者多用于民用，后），前者多用于民用，后者多用于军事者多用于军事l码分多址通信系统中各用户发射的信号共同使用整码分多址通信系统中各用户发射的信号共同使用整个频带，发射时间优势任意的，所以各用户的发射信个频带，发射时间优势任意的，所以各用户的发射信号在时间上、频率上都可能相互重叠因此，采用号在时间上、频率上都可能相互重叠因此，采用传传统的滤波器或选通门统的滤波器或选通门是不能分离信号的，对某用户发是不能分离信号的，对某用户发送的信号，只有与其匹配的接收机通过送的信号，只有与其匹配的接收机通过相关检测相关检测才可才可能接收 图图2-322-32是码分多址收发系统示意图，基本工作原理如下：是码分多址收发系统示意图，基本工作原理如下：Ø在在码码分分多多址址通通信信系系统统中中，，利利用用自自相相关关性性很很强强而而互互相相关关值值为为0 0或或很很小小的的周周期期性性码码序序列列作作为为地地址址码码，，与与用用户户信信息息数据相乘（或模数据相乘（或模2 2加），加），Ø经经过过相相应应的的信信道道传传输输后后，，在在接接收收端端以以本本地地产产生生的的已已知知地地址址码码为为参参考考，，根根据据相相关关性性的的差差异异对对接接收收到到的的所所有有信信号号进进行行鉴鉴别别，，从从中中将将地地址址码码与与本本地地地地址址码码一一致致的的信信号号选出，把不一致的信号除掉（称之为相关检测）。
选出，把不一致的信号除掉（称之为相关检测） 图图2-32 2-32 码分多址收发系统示意图码分多址收发系统示意图 v图图2-322-32中中，，d d1 1~d~dN N分分别别是是N N个个用用户户的的信信息息数数据据，，其其对对应应的的地地址址码码分分别别为为W W1 1~W~WN N信信息息数数据据与与各各自自对对应应的的地地址址码码相相乘后的波形乘后的波形S S1 1~S~S4 4，，v在在接接收收端端，，当当系系统统处处于于同同步步状状态态和和忽忽略略噪噪声声时时，，在在接接收收机机中中解解调调输输出出R R端端的的波波形形是是S S1 1~S~S4 4的的叠叠加加，，如如果果欲欲接接收收某某用用户户的的信信息息数数据据，，本本地地产产生生的的地地址址码码应应与与该该用用户的地址码相同户的地址码相同v并并且且用用此此地地址址码码与与解解调调输输出出R R端端的的波波形形相相乘乘，，再再送送入入积积分分电电路路，，然然后后经经过过采采样样判判决决电电路路得得到到相相应应的的信信息息数数据 图图2-332-33码分多址原理波形示意图码分多址原理波形示意图 码分多址移动通信要求：•一是要有足够多的自相关性和互相关性良好的地址码，这是“码分”的基础；•二是在码分多址通信系统中的各接收端，必须产生与发送端码型和相位均一致的地址码（简称本地码），这是“码分”最主要的环节； 三：是由于码分多址通信系统的特点，即网内所有用三：是由于码分多址通信系统的特点，即网内所有用户使用同一频率，各个用户可以同时发送或接收信号，户使用同一频率，各个用户可以同时发送或接收信号，这样在这样在接收机的输入信号干扰将远小于接收机的输入信号干扰将远小于1，这是传统，这是传统的调制解调方式无能为力的的调制解调方式无能为力的。
为了把各用户之间的相互干扰降到最低程度，并且使为了把各用户之间的相互干扰降到最低程度，并且使各个用户的信号占用相同的带宽，各个用户的信号占用相同的带宽，码分系统必须与扩码分系统必须与扩展频谱技术相结合展频谱技术相结合，使在信道传输的信号所占频带极，使在信道传输的信号所占频带极大展宽，为接收端分离信号完成实质性的准备大展宽，为接收端分离信号完成实质性的准备 以上所述的三种多址方式比较：以上所述的三种多址方式比较：图图2-34 2-34 三种多址技术的对比三种多址技术的对比 •FDMAFDMA多址方式是一种基本的多址方式，它靠不同的多址方式是一种基本的多址方式，它靠不同的子频带来区分用户，其技术成熟、应用广泛但是，子频带来区分用户，其技术成熟、应用广泛但是，单纯的单纯的FDMAFDMA方式存在频率利用率低、基站收发信机方式存在频率利用率低、基站收发信机数量大、互调干扰严重等问题数量大、互调干扰严重等问题•TDMATDMA多址方式靠不同的子时隙来区分用户，它将时多址方式靠不同的子时隙来区分用户，它将时间划分成周期性的帧，每一帧分成若干时隙，这样间划分成周期性的帧，每一帧分成若干时隙，这样一个载频就含有多个信道，从而一个载频可供多个一个载频就含有多个信道，从而一个载频可供多个用户工作，基站的收发设备数量减少，其互调干扰用户工作，基站的收发设备数量减少，其互调干扰也就大大减小。
也就大大减小•CDMACDMA多址方式靠不同的正交码型来区分用户，它是多址方式靠不同的正交码型来区分用户，它是在同频、同时条件下，各个接收机根据信号码型之在同频、同时条件下，各个接收机根据信号码型之间的差异分离出需要的信号间的差异分离出需要的信号 v因因此此，，FDMAFDMA和和TDMATDMA相相比比，，CDMACDMA具具有有许许多多独独特特的的优优点点，，含含有有频频域域、、时时域域和和码码域域三三维维信信号号处处理理的的一一种种协协作作，，因因此此它它具具有有抗抗干干扰扰性性好好，，抗抗多多径径衰衰落落，，保保密密安安全全性性高高，，同同频频率率可可在在多多个个小小区区内内重重复复使使用用，，所所要要求求的的载载干干比比(C/I)>1(C/I)>1，容量和质量之间可做权衡取舍等属性，容量和质量之间可做权衡取舍等属性v这这些些属属性性使使CDMACDMA比比其其他他系系统统有有非非常常重重要要的的优优势势：：系系统容量大、系统容量配置灵活、通话质量好统容量大、系统容量配置灵活、通话质量好等v正正是是由由于于CDMACDMA技技术术的的多多种种优优势势，，CDMACDMA成成了了实实现现第第三三代移动通信的关键代移动通信的关键。