第2章 移動(dòng)通信概論2

1、第1章 移動(dòng)通信概述 第二章第二章 移動(dòng)通信的基本概念移動(dòng)通信的基本概念l 無線電波的傳播特性l 移動(dòng)信道的特征l *陸地移動(dòng)信道的場(chǎng)強(qiáng)估算與損耗 l 蜂窩系統(tǒng)工作原理 l 移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)l 無線環(huán)境下的噪聲與干擾 第1章 移動(dòng)通信概述蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4 什么是蜂窩 頻率復(fù)用 多址方式 第1章 移動(dòng)通信概述1、 什么是蜂窩什么是蜂窩 什么是蜂窩呢？移動(dòng)通信系統(tǒng)是采用一個(gè)叫基站的設(shè)備來提供無線覆蓋服務(wù)的，基站的覆蓋范圍有大有小，我們把基站的覆蓋范圍稱之為蜂窩。 早期的移動(dòng)通信系統(tǒng)是在其覆蓋區(qū)域中心設(shè)置大功率的發(fā)射機(jī)，采用高架天線把信號(hào)發(fā)射到整個(gè)覆蓋地區(qū)（半徑可達(dá)幾十

2、公里）。 為了在服務(wù)區(qū)實(shí)現(xiàn)無縫覆蓋并提高系統(tǒng)的容量，可采用多個(gè)基站來覆蓋給定的服務(wù)區(qū)，每個(gè)基站的覆蓋區(qū)稱為一個(gè)小區(qū)。根據(jù)服務(wù)區(qū)域類型的不同，可劃分為帶狀服務(wù)區(qū)和面狀服務(wù)區(qū)。蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述（1）帶狀服務(wù)區(qū) 對(duì)于公路、鐵路、海岸等的覆蓋可采用帶狀服務(wù)區(qū)又稱帶狀網(wǎng)，如圖2-23所示?；咎炀€若用全向輻射，覆蓋區(qū)形狀是圓形的。帶狀網(wǎng)宜采用有向天線，使每個(gè)小區(qū)是扁圓形。帶狀網(wǎng)進(jìn)行頻率復(fù)用可采用雙頻制，也可用多頻制。 蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述（2）面狀服務(wù)區(qū)小區(qū)的形狀 可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)平面的覆蓋。按交疊區(qū)的中心線所圍成的面積形狀看，區(qū)域

3、的形狀可分為正三角形、正方形和正六角形三種，分別稱它們?yōu)檎切螀^(qū)域、正四邊形區(qū)域和正六邊形區(qū)域?？梢宰C明，要用正多邊形無空隙、無重疊地覆蓋一個(gè)平面區(qū)域，可取的形狀只有這三種，如圖2-24所示 。蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4圖2-24 小區(qū)的形狀第1章 移動(dòng)通信概述 由正三角形，正四邊形、正六邊形覆蓋一個(gè)平面時(shí)，各區(qū)域之同的中心距離、半個(gè)區(qū)域面積、交疊部分面積以及交疊區(qū)寬度如下表2-4所示。 表2-4 三種形狀小區(qū)的比較蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述區(qū)群的組成 單位無線區(qū)群的構(gòu)成應(yīng)滿足以下兩個(gè)條件：一是單位無線區(qū)群之間彼此鄰接；二是相鄰單位無線區(qū)群的同頻小區(qū)中

4、心間隔距離是一樣的。滿足以上兩個(gè)條件的關(guān)系式如下：22babaN 式中N為構(gòu)成單位無線區(qū)群的正六邊形的數(shù)目，簡(jiǎn)稱區(qū)群數(shù)。a和b不能同時(shí)為零。按照以上條件，可確定N有如下數(shù)值，相應(yīng)的區(qū)群形狀如圖2-25所示。 蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述圖2-25 區(qū)群的組成蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述中心激勵(lì)和頂點(diǎn)激勵(lì) 根據(jù)基站的位置不同，可有兩種激勵(lì)方式：如圖2-26所示，一種是基站位于正六邊形的中心，稱為中心激勵(lì)方式；另一種是基站位于每個(gè)正六邊形的三個(gè)相隔的頂點(diǎn)上，稱為“頂點(diǎn)激勵(lì)”方式。對(duì)于前者，基站使用全向天線形成圓形覆蓋區(qū)；對(duì)于后者，每個(gè)基站使用

5、三個(gè)120扇形覆蓋的定向天線實(shí)現(xiàn)共同覆蓋。從經(jīng)濟(jì)效益上看，前者投資較少，可是同信道重用比不能選得很小，否則同道干擾嚴(yán)重；后者雖然好像每個(gè)小區(qū)的基站投資由上表可見，在服務(wù)區(qū)面積一定的情況下，正六邊形相鄰區(qū)域的中心間隔最大，即覆蓋面積一定時(shí)，需要最少的小區(qū)個(gè)數(shù)，也就是需要較少的發(fā)射站。因此，正六角形小區(qū)覆蓋相對(duì)于四邊形和三角形費(fèi)用少。正六邊形構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)形同蜂窩，所以把小區(qū)制移動(dòng)通信網(wǎng)稱為蜂窩網(wǎng)。需要注意的是，交疊區(qū)寬度和區(qū)域的切換方式與控制方式有關(guān)。蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述圖2-26 兩種激勵(lì)方式示意圖蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述盲點(diǎn)與熱

6、點(diǎn) 在實(shí)際的宏蜂窩內(nèi)，通常存在著兩種特殊的微小區(qū)域“盲點(diǎn)”與“熱點(diǎn)”。盲點(diǎn)是指由于網(wǎng)絡(luò)漏覆蓋或電波在傳播過程中遇到障礙物而造成陰影區(qū)域等原因，使得該區(qū)域的信號(hào)強(qiáng)度極弱，通信質(zhì)量嚴(yán)重低略；熱點(diǎn)是指由于客觀存在商業(yè)中心或交通要道等業(yè)務(wù)繁忙區(qū)域，造成空間業(yè)務(wù)負(fù)荷的不均勻分布。對(duì)于以上兩“點(diǎn)”問題，往往通過設(shè)置直放站、分裂小區(qū)等方法加以解決。蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述 直放站也叫中繼站，屬于同頻放大設(shè)備，它在無線電傳輸過程中起到信號(hào)增強(qiáng)的作用，如圖2-27所示。直放站在下行鏈路中，由施主天線從宿主基站提取信號(hào)，通過帶通濾波器對(duì)帶通外的信號(hào)進(jìn)行極好的隔離，將濾波信號(hào)經(jīng)功放放

7、大以后，再次發(fā)射到待覆蓋區(qū)域。在上行鏈接路徑中，覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)以同樣的工作方式由上行放大鏈處理后發(fā)射到相應(yīng)基站，從而達(dá)到基站與移動(dòng)臺(tái)間的信號(hào)傳遞。引入直放站有許多好處，如填補(bǔ)移動(dòng)通信盲區(qū)以實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋、室內(nèi)室外分開覆蓋以有利于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、吸收室內(nèi)話務(wù)量等等，但直放站的使用也會(huì)帶來新問題，如時(shí)延、多徑、電路噪聲、直放站的自激等等。 直放站（Repeater）的設(shè)置蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述圖2-27 直放站原理圖蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述 分裂小區(qū)分裂小區(qū) 在整個(gè)服務(wù)區(qū)中每個(gè)區(qū)的大小可以是相同的，但這只能適應(yīng)用戶密度均勻的情況。

8、事實(shí)上服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶密度是不均勻的，例如城市中心商業(yè)區(qū)的用戶密度最高，居民區(qū)的用戶密度也高，而市郊區(qū)的用戶密度較低。因此，在用戶密度高的市中心區(qū)可使小區(qū)的面積小一些，在用戶密度低的市郊區(qū)可使小區(qū)的面積大一些，如下圖2-28所示。蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4圖2-28 小區(qū)的分裂第1章 移動(dòng)通信概述蜂窩的種類蜂窩的種類 宏蜂窩小區(qū) (Macro-cell) 135km 10W以上 微蜂窩小區(qū) (Micro-cell) 1Km內(nèi) 12W 其它蜂窩小區(qū)蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述 小區(qū)按照半徑大小一般分為衛(wèi)星小區(qū)、宏小區(qū)、微小小區(qū)按照半徑大小一般分為衛(wèi)星小區(qū)、宏小

9、區(qū)、微小區(qū)、微微小區(qū)等幾類，具體見下表區(qū)、微微小區(qū)等幾類，具體見下表2-5。表2-5 小區(qū)的分類蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述頻率復(fù)用頻率復(fù)用 蜂窩系統(tǒng)的基本出發(fā)點(diǎn)是頻率復(fù)用，也稱為頻分復(fù)用（FDM，F(xiàn)requency Division Multiplexing），就是將用于傳輸信道的總帶寬劃分成若干個(gè)子頻帶（或稱子信道）以進(jìn)行信號(hào)的傳輸。頻分復(fù)用要求總頻率寬度大于各個(gè)子信道頻率之和，同時(shí)為了保證各子信道中所傳輸?shù)男盘?hào)互不干擾，應(yīng)在各子信道之間設(shè)立保護(hù)隔離帶。頻分復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn)是所有子信道傳輸?shù)男盘?hào)以并行的方式工作。 通常，不同區(qū)群的兩個(gè)小區(qū)只要相互之間的空間距離大于

10、某一數(shù)值，就可使用相同的頻道，而不會(huì)產(chǎn)生顯著的同道干擾，這是利用了電波的傳播損耗以實(shí)現(xiàn)頻率再用。頻率復(fù)用的優(yōu)勢(shì)是可以極大地提高頻譜效率，但劣勢(shì)是如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)得不好將產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，這種干擾稱為同信道干擾。蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4（1）頻率復(fù)用概述）頻率復(fù)用概述第1章 移動(dòng)通信概述（2）頻率復(fù)用距離的計(jì)算 頻率復(fù)用距離的計(jì)算取決于許多因素，如頻率分組數(shù)、衰落和屏蔽對(duì)頻率復(fù)用的影響、同道干擾的概率等等。D與與R的關(guān)系的關(guān)系 使用同一組頻率的小區(qū)稱為共道小區(qū)，它們間產(chǎn)生的干擾叫共道干擾。一個(gè)區(qū)群中的小區(qū)數(shù)愈少，則相鄰區(qū)群的地理位置愈靠近，共道干擾就會(huì)愈強(qiáng)。設(shè)兩個(gè)地區(qū)彼此相距D時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生

11、明顯的同道干擾，則稱D稱為復(fù)用空間保護(hù)距離。設(shè)小區(qū)的半徑為R，則稱D/R為共道干擾抑制因子。根據(jù)蜂窩系統(tǒng)的幾何關(guān)系，設(shè)區(qū)群數(shù)為k，則有：蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4kRD3式中k是由（C/I）s所確定，可推出：sICDR)()(614公式推導(dǎo)公式推導(dǎo) 1 頻率復(fù)用因子（frequency reuse factor）：N每小區(qū)只分配給可用信道的1/N,若N大，則分配給每小區(qū)的信道數(shù)就少。每簇小區(qū)數(shù)N滿足： 此處，i,j為非負(fù)整數(shù)。 22Niijj N=9+6+4=19 N=4+2+1=7尋找最近的同信道鄰近小區(qū)：（1） 沿六角形的中心連線移i個(gè)小區(qū)（2）逆時(shí)針轉(zhuǎn)60，再移j個(gè)小區(qū) 公式推

12、導(dǎo)公式推導(dǎo) 2第1章 移動(dòng)通信概述每簇小區(qū)數(shù)每簇小區(qū)數(shù)(N)計(jì)算計(jì)算公式推導(dǎo)公式推導(dǎo) 3第1章 移動(dòng)通信概述所以 sICk)(32對(duì)于7/21復(fù)用方式（即7個(gè)基站，21個(gè)小區(qū)使用21組頻率），則復(fù)用保護(hù)距離D為 RRkD9 . 73 同理，對(duì)4/12復(fù)用方式，D=6R；對(duì)3/9復(fù)用方式，D5.2R。 可見，區(qū)群內(nèi)小區(qū)數(shù)k越大，同信道小區(qū)的距離就越遠(yuǎn)，抗同頻干擾的性能也就越好。但區(qū)群內(nèi)小區(qū)數(shù)k也不是越大越好，k大了以后，反而每個(gè)小區(qū)內(nèi)分得的頻點(diǎn)數(shù)少了，結(jié)果致使小區(qū)的容量下降。所以，k到底取多少，還是要綜合考慮各方面的因素。蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述第1章 移動(dòng)通信概

13、述相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí) 1第1章 移動(dòng)通信概述相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí) 2第1章 移動(dòng)通信概述載波干擾比載波干擾比C/I 在上式2-63中談到k是由（C/I）s所確定，而系統(tǒng)的載波干擾比C/I又是由系統(tǒng)所選用的調(diào)制方式和帶寬來確定的。例如，當(dāng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)每個(gè)區(qū)群共有7個(gè)小區(qū)，基站收發(fā)信機(jī)采用全向天線，只考慮到第一頻道組的共道小區(qū)的干擾，如圖2-29所示 。蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4圖2-29 蜂窩網(wǎng)絡(luò)共道小區(qū)分布此時(shí)的載波干擾比C/I計(jì)算如下： 第1章 移動(dòng)通信概述式中，Ii為第i頻道組的共道干擾電平，共有6個(gè)，n為環(huán)境躁聲功率，可忽略。考慮到電波傳播損耗為4次冪規(guī)律，則接收到的信號(hào)功率和干擾功率分

14、別為4 ARC4 ADIi式中，A為常數(shù)?？紤]到上述情況，而且Di都相同，則有446411/()6iiRRC IDD規(guī)定系統(tǒng)的載干比門限為（C/I）s，只要滿足sICIC)(就可以保證通信質(zhì)量。蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí) 1第1章 移動(dòng)通信概述考慮衰落和屏蔽情況下的頻率復(fù)用距離計(jì)算考慮衰落和屏蔽情況下的頻率復(fù)用距離計(jì)算 衰落和屏蔽情況下的頻率復(fù)用距離可分為三種情況加以考慮，一是只考慮衰落，二是只考慮屏蔽，三是同時(shí)考慮衰落和屏蔽。這時(shí)我們需要先考察同頻干擾概率： 通過計(jì)算我們發(fā)現(xiàn)，若當(dāng)同頻干擾概率的標(biāo)準(zhǔn)方差6dB，干擾概率P10-2時(shí)，既有衰落又有屏

15、蔽情況下較只有屏蔽情況下的同頻干擾概率增大8dB左右；當(dāng)8dB，干擾概率P為10-3時(shí)，既有衰落又有屏蔽情況下較只有屏蔽情況下的同頻干擾概率增大10dB左右；當(dāng)12dB，兩者差別就小多了。由此，我們可以得出結(jié)論，在郊區(qū)和較低層建筑的市區(qū)，衰落對(duì)干擾概率影響很大，而在高建筑較多的城市，則主要由屏蔽引起的。所以，在進(jìn)行頻率復(fù)用距離計(jì)算時(shí)，分幾種情況進(jìn)行。蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述 若移動(dòng)臺(tái)在某個(gè)接收點(diǎn)收到來自基站的有用信號(hào)包絡(luò)S1，又收到另一基站的不需要信號(hào)（干擾信號(hào)）的包絡(luò)S2，則同頻干擾概率定義為21rSS 式中r為射頻率保護(hù)比， r = 接收的有用信號(hào)/接收的干

16、擾信號(hào)最小。蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述考慮通信概率的頻率復(fù)用距離計(jì)算考慮通信概率的頻率復(fù)用距離計(jì)算 根據(jù)同頻干擾容限的條件下，去找出最小所需的DR比的計(jì)算方法如下： 假定90的覆蓋區(qū)有75%的邊緣覆蓋率，并假定載頻信號(hào)和一個(gè)干擾信號(hào)都服從對(duì)數(shù)正態(tài)衰落，并且不相關(guān)。它們的標(biāo)淮偏差都為6dB，則合成偏差為68.4dB。為了保證載干比大于18dB（DI18dB），且在邊緣地區(qū)通信概率大于75，相應(yīng)的衰落儲(chǔ)備應(yīng)大于0.68.4dB5dB?？紤]到干擾源可能會(huì)多于一個(gè)，需再增加4dB的儲(chǔ)備。在最壞的條件下，所需的DR比應(yīng)能保證CI的比值大于27dB。由于傳播特性與距離的4次方

17、成正比，假定是光滑地球平面，則路徑傳播衰減為：蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4RDLLIcllg40式中，Ll-干擾的傳播衰減；Lc-信號(hào)的傳播衰減。73. 41010402740ICIRD第1章 移動(dòng)通信概述73. 573. 411RDRDt則 RND 39443.10)(312RDN由此可見滿足同頻干擾比27dB條件下，選N=12即可滿足要求。 實(shí)際工程中，同頻復(fù)用距離的大小還取決于許多的因素，包括業(yè)務(wù)量、基站的位置、周圍的電磁環(huán)境等等，CDMA系統(tǒng)中還要考慮軟切換增益等等，它的大小需要進(jìn)行綜合性、系統(tǒng)性的計(jì)算。蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述3 、多址方式、多

18、址方式 頻分多址技術(shù)（FDMA） 時(shí)分多址技術(shù)（TDMA） 碼分多址技術(shù) (CDMA) 蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí) 1一、一、 信道分割原理信道分割原理信道復(fù)用與多址通信的異同點(diǎn)： 先賦予各個(gè)信號(hào)不同的特征，然后根據(jù)每個(gè)信號(hào)特征之間的差別來區(qū)分信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)互不干擾的通信。1、目的相同：充分利用信道資源，提高傳輸?shù)挠行浴?、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)相同： 信號(hào)正交分割原理，即信道分割理論第1章 移動(dòng)通信概述1、信道復(fù)用是在兩點(diǎn)之間的信道中同時(shí)傳送互不干擾的多個(gè)相互獨(dú)立的用戶信號(hào)，而多址通信則是在多點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)互不干擾的多方通信。 不同點(diǎn)：2、信號(hào)復(fù)用的目的在于區(qū)分

19、多路， 而多址通信的目的在于區(qū)分多個(gè)動(dòng)態(tài)地址(例如用戶號(hào)碼等)；3、復(fù)用技術(shù)通常在中頻或基帶上實(shí)現(xiàn)，而多址技術(shù)通常在射頻上實(shí)現(xiàn)，它利用射頻輻射的電磁波來尋找識(shí)別動(dòng)態(tài)地址；4、復(fù)用技術(shù)是一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸問題，而多址技術(shù)則是一個(gè)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信問題。 相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí) 2第1章 移動(dòng)通信概述信號(hào)正交分割的原理是使分割域內(nèi)的各個(gè)信號(hào)相互正交， 即若信號(hào)集合s1(t), s2(t), , sN(t)中任意兩個(gè)信號(hào)滿足 , 0d )()(, 1d )()(2121ttststtststtjittji i=j ij 則稱 s1(t), s2(t), , sN(t)為正交信號(hào)族，其中的任意兩個(gè)信號(hào)si(t)、s

20、j(t)在區(qū)間(t1, t2)內(nèi)稱為正交信號(hào)。 相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí) 3第1章 移動(dòng)通信概述復(fù)用技術(shù)和多址通信的關(guān)鍵是如何設(shè)計(jì)具有正交特性的信號(hào)集合，使各信號(hào)之間互不干擾。正交信號(hào)的正交劃分和設(shè)計(jì)是通過信號(hào)的正交分量i(i=1, 2, ,N)的劃分來實(shí)現(xiàn)的， 即 Niiitsts1)()(式中，si(t)為第i個(gè)用戶信號(hào)；i為第i個(gè)用戶信號(hào)si(t)的正交參量。正交參量應(yīng)滿足 , 0, 1jii=j ij 相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí) 4第1章 移動(dòng)通信概述接收時(shí)，采用一個(gè)正交識(shí)別器就可以分離出信號(hào)， 即 jijitstststsiNiijijNiiij, 0),()()()()(11si(t)js(t)正交

21、信號(hào)識(shí)別器原理框圖相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí) 5第1章 移動(dòng)通信概述（1 ）頻分多址技術(shù)（）頻分多址技術(shù)（FDMA） 移動(dòng)通信的頻率資源十分緊缺，不可能為每個(gè)移動(dòng)臺(tái)預(yù)留一個(gè)信道，因此只能事先為每個(gè)基站配置好一組信道，供該基站所覆蓋的小區(qū)內(nèi)的所有移動(dòng)臺(tái)共用。這就是信道共用問題。頻分復(fù)用技術(shù)下，多個(gè)用戶可以共享一個(gè)物理通信信道。 蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4頻分復(fù)用（FDM）又稱頻分多址，是發(fā)送端對(duì)所發(fā)信號(hào)的頻率參量進(jìn)行正交分割，形成許多互不重疊的頻帶，即將載波帶寬劃分為多個(gè)不同頻帶的子信道，在接收端利用頻率的正交性，通過頻率選擇(濾波)，從混合信號(hào)中選出相應(yīng)的信號(hào)，這樣每個(gè)子信道可以單獨(dú)并行地傳送

22、一路信號(hào)。在單純的FDMA系統(tǒng)中，通常采用頻分雙工（FDD）的方式來實(shí)現(xiàn)雙工通信，即接收頻率F和發(fā)送頻率f是不同的。所以，為了使得同一部電臺(tái)的收發(fā)之間不產(chǎn)生干擾，收發(fā)頻率間隔f-F必須大于一定的數(shù)值，因此在FDMA系統(tǒng)中，收發(fā)頻段是分開的。另外，在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，移動(dòng)臺(tái)與移動(dòng)臺(tái)之間是不能直接通信的，而必須經(jīng)過基站中轉(zhuǎn)，如下圖2-30所示。再有，所有信道都可以作為單信號(hào)被擴(kuò)大、控制，并轉(zhuǎn)換為頻帶傳送至目的地，所以FDMA技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)在于經(jīng)濟(jì)實(shí)用。第1章 移動(dòng)通信概述圖2-30 FDMA系統(tǒng)的工作示意圖 蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述 從圖2-30中還可以看出，兩個(gè)移動(dòng)臺(tái)

23、間通信通過基站的中轉(zhuǎn)，需占兩個(gè)上行子頻段和兩個(gè)下行子頻段，加上收發(fā)間的保護(hù)頻帶，因此FDMA系統(tǒng)的頻率資源利用率低；還有FDMA的基站必須要設(shè)置N套調(diào)制解調(diào)器，設(shè)備比較復(fù)雜；且FDMA信道大于通常需要的特定數(shù)字壓縮信道，對(duì)于通信過程FDMA信道也是浪費(fèi)的。 盡管存在著一些缺陷，但在整個(gè)通信領(lǐng)域，F(xiàn)DMA還是最經(jīng)典的多址技術(shù)，已應(yīng)用于許多通信系統(tǒng)中。另外，目前TDMA和CDMA都可以結(jié)合FDMA共同作用，也就是說，特定頻帶可以獨(dú)立用于其它頻帶的TDMA或CDMA信號(hào)。蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述（2 ） 時(shí)分多址技術(shù)（時(shí)分多址技術(shù)（TDMA） 時(shí)分多址是發(fā)送端對(duì)所發(fā)送

24、信號(hào)的時(shí)間參量進(jìn)行正交分割，形成許多互不重疊的時(shí)隙，即在一個(gè)寬帶的載波上，把時(shí)間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時(shí)隙（無論幀或時(shí)隙都是互不重疊的），每個(gè)時(shí)隙就是一個(gè)通信信道，分配給一個(gè)用戶，在每一幀內(nèi)依次排列，互不干擾。在接收端再利用時(shí)間的正交性，通過時(shí)間選擇（選通門）從混合信號(hào)中選出相應(yīng)的信號(hào)。近年來，TDMA有較多的應(yīng)用，如GSM、MMDS、LMDS等系統(tǒng)中都主要使用了TDMA技術(shù)。在TDMA系統(tǒng)中，總的帶寬約等于各個(gè)用戶信號(hào)帶寬的總和，在這一點(diǎn)上，TDMA與FDMA是相似的。蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述 TDMA的基本工作原理如下： 系統(tǒng)根據(jù)一定的時(shí)隙分配原

25、則，使各個(gè)移動(dòng)臺(tái)在每幀內(nèi)只能按指定的時(shí)隙向基站發(fā)射信號(hào)；為了保證不同傳播時(shí)延情況下，各移動(dòng)臺(tái)到達(dá)基站的信號(hào)不會(huì)重疊，通常在幀結(jié)構(gòu)中有保護(hù)間隔比特，在此保護(hù)間隔內(nèi)不傳送信號(hào)；這樣在滿足定時(shí)和同步的條件下，基站可以在各時(shí)隙中接收到各移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)而互不干擾。 前面說到，在FDD方式中，上行鏈路和下行鏈路的幀分別在不同的頻率上，但在TDD方式中，上下行幀都在相同的頻率上，如圖2-31所示。在每一個(gè)子頻帶上又分了若干個(gè)子時(shí)隙，每個(gè)用戶只占用子時(shí)隙進(jìn)行通話。顯然，TDMA使得頻率資源的利用率得到了很大的提高，即相同頻率資源下可容納比FDMA多幾倍的用戶數(shù)。但同時(shí)TDMA系統(tǒng)要注意通信中的同步和定時(shí)問題，否

26、則會(huì)因?yàn)闀r(shí)隙的錯(cuò)位和混亂而導(dǎo)致接收端移動(dòng)臺(tái)無法正常接收信息。 蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述圖2-31 TDMA系統(tǒng)的工作示意圖 蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述 在TDMA系統(tǒng)中，每幀中的時(shí)隙結(jié)構(gòu)（或稱為突發(fā)脈沖）的設(shè)計(jì)通常要考慮三個(gè)主要的因素： 一是控制和信令信息的傳輸； 二是信道多徑的影響； 三是系統(tǒng)的同步。解決以上三個(gè)問題的主要方法是： 一在每個(gè)時(shí)隙中專門劃出部分比特用于控制和信令信息的傳輸； 二是在時(shí)隙中插入自適應(yīng)均衡器所需的訓(xùn)練序列，并在上行鏈路的每個(gè)時(shí)隙中留出一定的保護(hù)間隔； 三是在時(shí)隙中有專用的同步序列。蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)

27、工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述（3 ）碼分多址技術(shù)）碼分多址技術(shù)(CDMA) 碼分多址系統(tǒng)采用一組彼此正交(或準(zhǔn)正交)的偽隨機(jī)噪聲(PN)序列用作為擴(kuò)頻序列碼對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，在接收端用相應(yīng)的PN碼通過相關(guān)處理解擴(kuò)來實(shí)現(xiàn)多用戶共享頻率資源的功能。該技術(shù)將每一來話編碼，并在接收端進(jìn)行解碼，使大量用戶能夠共享同一無線電頻率。碼分多址(CDMA)有兩種主要形式：直擴(kuò)碼分(DS-CDMA)與跳頻碼分（FH-CDMA），前者多用于民用，后者多用于軍事。 碼分多址通信系統(tǒng)中各用戶發(fā)射的信號(hào)共同使用整個(gè)頻帶，發(fā)射時(shí)間又是任意的，所以各用戶的發(fā)射信號(hào)在時(shí)間上、頻率上都可能相互重疊。因此，采用傳統(tǒng)的濾波

28、器或選通門是不能分離信號(hào)的，對(duì)某用戶發(fā)送的信號(hào)，只有與其相匹配的接收機(jī)通過相關(guān)檢測(cè)才可能正確接收。移動(dòng)用戶之間的信息傳輸也是由基站進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和控制的。 蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述 為了實(shí)現(xiàn)雙工通信，正向傳輸(由基站到移動(dòng)臺(tái))和反向傳輸(由移動(dòng)臺(tái)至基站)各使用一個(gè)載波頻率，即頻分雙工。無論正向傳輸或反向傳輸，除傳輸業(yè)務(wù)信息外，還必須傳送相應(yīng)的控制信息。為了傳送不同的信息，需要設(shè)置不同的信道。蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述 基本工作原理如下： 在碼分多址通信系統(tǒng)中，利用自相關(guān)性很強(qiáng)而互相關(guān)值為0或很小的周期性碼序列作為地址碼，與用戶信息數(shù)據(jù)相乘

29、（或模2加），經(jīng)過相應(yīng)的信道傳輸后，在接收端以本地產(chǎn)生的已知地址碼為參考，根據(jù)相關(guān)性的差異對(duì)接收到的所有信號(hào)進(jìn)行鑒別，從中將地址碼與本地地址碼一致的信號(hào)選出，把不一致的信號(hào)除掉（稱之為相關(guān)檢測(cè)）。 例如，圖2-32中d1-dN分別是N個(gè)用戶的信息數(shù)據(jù)，其對(duì)應(yīng)的地址碼分別為W1-WN，為了簡(jiǎn)明起見，假定系統(tǒng)有4個(gè)用戶（即N=4），各自的地址碼為：1 , 1 , 1 , 11W1, 1 , 1, 12W1, 1, 1 , 13W1 , 1, 1, 14W蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述假設(shè)在某一時(shí)刻用戶信息數(shù)據(jù)分別為： 11d 12d13d 14d圖2-32 碼分多址收發(fā)系

30、統(tǒng)示意圖 蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述圖2-33碼分多址原理波形示意圖 蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4第1章 移動(dòng)通信概述 與各自對(duì)應(yīng)的地址碼相乘后的波形S1-S4如圖2-33所示。在接收端，當(dāng)系統(tǒng)處于同步狀態(tài)和忽略噪聲時(shí)，在接收機(jī)中解調(diào)輸出R端的波形是S1-S4的疊加，如果欲接收某一用戶（例如用戶2）的信息數(shù)據(jù)，本地產(chǎn)生的地址碼應(yīng)與該用戶的地址碼相同（Wk=W2）。 并且用此地址碼與解調(diào)輸出R端的波形相乘，再送入積分電路，然后經(jīng)過采樣判決電路得到相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)。如果本地產(chǎn)生的地址碼與用戶2的地址碼相同（即Wk=W2），經(jīng)過相乘、積分電路后，產(chǎn)生的波形J1-J4如圖2-33所示，即：蜂窩系統(tǒng)工作原理蜂窩系統(tǒng)工作原理 4 01J 12J 03J 04J第1章 移動(dòng)通信概述也就是在采樣、判決電路前的信號(hào)是：0+、（-1）、+0、+0。此時(shí)，雖然解調(diào)輸出R端的波形是S1-S4的疊加，但