移動通信中的多址接入技術(shù)課件

第七章移動通信中的多址接入技術(shù)內(nèi)容7.1概述7.2FDMA方式7.3TDMA方式7.4CDMA方式7.5SDMA方式7.6系統(tǒng)容量7.1.1多址接入的概念蜂窩系統(tǒng)中以信道來區(qū)分通信對象，一個信道只容納一個用戶，許多同時通話的用戶，互相以信道來區(qū)分，這就是多址。在無線通信環(huán)境的電波覆蓋區(qū)內(nèi)，如何建立用戶之間的無線信道連接是多址接入方式的問題多址接入技術(shù):解決多址接入問題的方法。7.1.2多址接入方式移動通信中基站是多路工作的，移動臺是單路工作的。在移動通信業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)，移動臺之間或MS與市話用戶之間是通過基站同時建立各自的信道，從而實現(xiàn)多址連接?；臼且栽鯓拥男盘杺鬏敺绞浇邮?、處理和轉(zhuǎn)發(fā)移動臺來的信號呢？基站又以怎樣的信號結(jié)構(gòu)發(fā)出各種移動臺的尋呼信號，并且使移動臺從這些信號中識別出發(fā)給本臺的信號呢？這就是多址連接方式的問題，即多址接入方式的問題。7.1.2多址接入方式多址接入方式的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是信號的正交分割原理。無線信號可以表達為時間、頻率和碼型的函數(shù)，即式中，c(t)是碼型的函數(shù)；s(f,t)是時間(t)和頻率(f)的函數(shù)。當(dāng)以傳輸信號的載波頻率不同來區(qū)分信道建立多址接入時，稱頻分多址（FDMA）；為當(dāng)以傳輸信號存在的時間不同來區(qū)分信道建立多址接入時，稱為時分多址（TDMA）；以傳輸信號的碼型不同來區(qū)分信道建立多址接入時，稱為碼分多址（CDMA）。目前在移動通信中應(yīng)用的多址方式有：FDMA、TDMA、CDMA以及它們的混合應(yīng)用方式等。多址接入方式信道3信道1信道N信道2ftc多址接入方式建立多址接入時區(qū)分信道的依據(jù)頻分多址方式（FDMA）傳輸信號的載波頻率不同時分多址方式（TDMA）傳輸信號存在的時間不同碼分多址方式（CDMA）傳輸信號的碼型不同信道1信道2信道3信道Nftcftc信道2信道1信道3信道NFDMA、TDMA、CDMA的示意圖FDMA

TDMA

CDMA

頻分多址（FDMA）方式頻譜分割原理主要干擾特點FDMA頻譜分割原理FDMA為每一個用戶指定了特定信道，這些信道按要求分配給請求服務(wù)的用戶。在呼叫的整個過程中，其他用戶不能共享這一頻段，即為每個用戶分配一個信道，一對頻譜。較高的頻譜用作前向信道即基站向移動臺方向的信道較低的頻譜用作反向信道即移動臺向基站方向的信道必須同時占用2個信道（2對頻譜）才能實現(xiàn)雙工通信基站必須同時發(fā)射和接收多個不同頻率的信號任意兩個移動用戶之間進行通信都必須經(jīng)過基站的中轉(zhuǎn)設(shè)置頻道間隔，以免因系統(tǒng)的頻率漂移造成頻道間重疊前向信道與反向信道之間設(shè)有保護頻帶用戶頻道之間，設(shè)有保護頻隙FDMA系統(tǒng)頻譜分割示意圖

FDMA的主要干擾干擾方式起因解決方法互調(diào)干擾系統(tǒng)內(nèi)非線性器件產(chǎn)生的各種組合頻率成份落入本頻道接收機通帶內(nèi)選用無互調(diào)的頻率集鄰道干擾相鄰波道信號中存在的寄生輻射落入本頻道接收機帶內(nèi)加大頻道間的隔離度同頻干擾相鄰區(qū)群中同信道小區(qū)的信號造成的干擾適當(dāng)選擇頻道干擾因子QFDMA系統(tǒng)的特點

（1）FDMA信道每次只能傳送一個電話。（2）每信道占用一個載頻，相鄰載頻之間的間隔應(yīng)滿足傳輸信號帶寬的要求。信道的相對帶寬較窄，即通常在窄帶系統(tǒng)中實現(xiàn)。（3）符號時間>>平均延遲擴展（Ts>>），所以碼間干擾較少，無需自適應(yīng)均衡。（4）基站復(fù)雜龐大，重復(fù)設(shè)置收發(fā)信設(shè)備。易產(chǎn)生信道間的互調(diào)干擾（5）FDMA系統(tǒng)每載波單個信道的設(shè)計，使得在接收設(shè)備中必須使用帶通濾波器允許指定信道里的信號通過，濾除其他頻率的信號，從而限制臨近信道間的相互干擾。（6）越區(qū)切換較為復(fù)雜和困難。因在FDMA系統(tǒng)中，分配好語音信道后，基站和移動臺都是連續(xù)傳輸?shù)模栽谠絽^(qū)切換時，必須瞬時中斷傳輸數(shù)十至數(shù)百毫秒，以把通信從一頻率切換到另一頻率去。對于語音，瞬時中斷問題不大。7.3時分多址（TDMA）方式工作原理系統(tǒng)特點7.3.1TDMA工作原理在一個寬帶的無線載波上，把時間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時隙，無論幀或時隙都是互不重疊的。每個時隙就是一個通信信道，分配給一個用戶?；景磿r隙排列順序發(fā)收信號，各移動臺在指定的時隙內(nèi)收發(fā)信號。MS3MS1MS2BS時隙幀TDMA系統(tǒng)工作示意圖

7.3.2TDMA的幀結(jié)構(gòu)TDMA幀是TDMA系統(tǒng)的基本單元，它由時隙組成，在時隙內(nèi)傳送的信號叫做突發(fā)（burst），各個用戶的發(fā)射相互連成1個TDMA幀，幀結(jié)構(gòu)示意圖如圖7.5所示。時隙N……時隙3時隙2時隙1保護比特信息數(shù)據(jù)同步比特尾比特一個TDMA幀圖7.5

TDMA幀結(jié)構(gòu)7.3.3TDMA系統(tǒng)的同步與定時同步和定時是TDMA移動通信系統(tǒng)正常工作的前提。位同步幀同步系統(tǒng)定時7.4.4TDMA系統(tǒng)的特點突發(fā)傳輸?shù)乃俾矢?，遠大于語音編碼速率，因為TDMA系統(tǒng)中需要較高的同步開銷發(fā)射信號速率隨N的增大而提高，引起碼間串?dāng)_加大，所以必須采用自適應(yīng)均衡不需雙工器基站復(fù)雜性小，互調(diào)干擾小抗干擾能力強，頻率利用率高，系統(tǒng)容量大越區(qū)切換簡單，可在無信息傳輸時進行，不會丟失數(shù)據(jù)7.4碼分多址（CDMA）方式工作原理系統(tǒng)特點存在問題7.4.1CDMA的工作原理碼分多址系統(tǒng)為每個用戶分配了各自特定的地址碼，利用公共信道來傳輸信息CDMA系統(tǒng)的地址碼相互具有準正交性，以區(qū)別地址，而在頻率、時間和空間上都可能重疊系統(tǒng)的接收端必須有完全一致的本地地址碼，才能對接收的信號進行相關(guān)檢測

MSNMS1MS21c2c1C2CNcNCMSCBSCDMA系統(tǒng)工作示意圖7.4.2CDMA中的地址碼類型用戶地址：用于區(qū)分不同移動用戶；多速率(多媒體)業(yè)務(wù)地址：用于多媒體業(yè)務(wù)中區(qū)分不同速率類型的業(yè)務(wù)；

信道地址：用于區(qū)分每個小區(qū)或每個扇區(qū)內(nèi)的不同信道；

基站地址：用于區(qū)分不同基站或扇區(qū)。常采用m序列、Gold序列、Walsh、0VSF序列等。碼序列應(yīng)具有如下特性有足夠多的地址碼；有尖銳的自相關(guān)特性；有處處為零的互相關(guān)特性；不同碼元數(shù)平衡相等；盡可能大的復(fù)雜度。正交Walsh函數(shù)（1）Walsh函數(shù)波形連續(xù)Walsh函數(shù)的波形如圖7.7所示，利用Walsh函數(shù)的正交性，可作為CDMA的地址碼。2.Walsh函數(shù)對應(yīng)的矩陣圖7.7連續(xù)Walsh函數(shù)的波形正交Walsh函數(shù)（2）3.Walsh函數(shù)矩陣的遞推關(guān)系沃爾什函數(shù)矩陣由Hadamard矩陣遞推過程產(chǎn)生。

其中N取2的冪，是的補。利用Walsh函數(shù)矩陣的遞推關(guān)系，可得到6464陣列的Walsh序列Qualcomm-CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)中被作為前向碼分信道，可支持64個信道。采用64位的正交Walsh函數(shù)來用作反向信道的編碼調(diào)制。

正交Walsh函數(shù)（3）碼字的互相關(guān)系數(shù)為：完全正交：互相關(guān)系數(shù)為0若信號在加性高斯白噪聲信道中傳輸，正交碼可以保證在接收機處實現(xiàn)多用戶抑制。時延色散破壞了碼字間的正交性接收機承受延遲擴展帶來的附加干擾（用正交因子來描述干擾程度）。接收機在進行相干運算之前先讓接收信號通過一個碼片間隔均衡器以消除延遲擴展的影響。7.4.3m序列偽隨機碼

1.m序列的生成偽噪聲序列（PN序列）具有類似隨機噪聲的一些統(tǒng)計特性，但和真正的隨機信號不同，它可以重復(fù)產(chǎn)生和處理，故稱作偽隨機噪聲序列。PN序列有多種，最常用的一種是最長線性反饋移位寄存器序列，也稱作m序列。由m級寄存器構(gòu)成的線性移位寄存器構(gòu)成m序列發(fā)生器結(jié)構(gòu)如下圖。m序列的發(fā)生器是由移位寄存器、反饋抽頭及模2加法器組成的。產(chǎn)生m序列的移位寄存器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不是隨意的，必須滿足一定的條件。m序列的產(chǎn)生111011101010001100110111Q1Q2Q3(B)D1Q1CP(1)D2Q2CP(2)D3Q3CP(3)時鐘脈沖Tc輸出1110100(A)m序列是最長線性移位寄存器序列的簡稱，它是由帶線性反饋的移存器產(chǎn)生的周期最長的一種序列。它的周期是（n是移位寄存器的級數(shù)）非m序列產(chǎn)生電路

D1Q1CP(1)D2Q2CP(2)D3Q3CP(3)時鐘脈沖

Tc111111111Q1Q2Q3(b)100110011001100Q1Q2Q3(c)★一個線性反饋移位寄存器能否產(chǎn)生m序列決定于它的反饋系數(shù)長碼生成示意圖

以3階為例初始態(tài)：001

掩碼（mask)：110

輸出：周期為7的序列當(dāng)掩碼不同時，輸出相位不同Out001110m序列的隨機性質(zhì)（1）2.m系列的特性m系列有許多優(yōu)良的特性，但我們主要關(guān)心的是它的隨機性和自相關(guān)性。①平衡特性m序列一個完整周期P=2m-1內(nèi)‘1’和‘0’的碼元數(shù)大致相等（‘1’比‘0’只多一個）。②游程特性

m序列中連續(xù)為“1”或“0”的那些元素稱為游程。

m序列游程總數(shù)為(P+1)/2，長度為k（1≤k≤n-1）的游程占總游程數(shù)的1/2k

。③m序列和其移位后的序列逐位模2加，所得的序列還是m序列，只是相位不同。④m序列發(fā)生器中的移位寄存器的各種狀態(tài)，除全0外，其它狀態(tài)在一個周期內(nèi)只出現(xiàn)一次。相關(guān)特性m序列的自相關(guān)函數(shù)是周期的二值函數(shù)。m序列的隨機性質(zhì)(2)

都是取離散值,下圖是的自相關(guān)函數(shù)曲線

m序列的自相關(guān)性m序列的隨機性質(zhì)(3)m序列的自相關(guān)性

由圖可見，當(dāng)τ=0時，m序列的自相關(guān)函數(shù)Ra（τ）出現(xiàn)峰值1；當(dāng)τ偏離0時，相關(guān)函數(shù)曲線很快下降；當(dāng)1≤τ≤P-1，相關(guān)函數(shù)值為-1/P；當(dāng)時τ=P，又出現(xiàn)峰值；如此周而復(fù)始。當(dāng)周期P很大時，m序列的自相關(guān)函數(shù)與白噪聲類似。

m序列的隨機性質(zhì)(4)m序列的自相關(guān)性的計算m序列的隨機性質(zhì)(5)m序列的互相關(guān)性的計算m序列的隨機性質(zhì)(6)互相關(guān)函數(shù)為理想三值函數(shù)

對于周期為的m序列組，其最好的m序列對的互相關(guān)函數(shù)值只取三個，這三個值是：這三個值被稱為理想三值，能夠滿足這一特性的m序列對稱為m序列優(yōu)選對，它們可以用于實際工程。Gold碼（1）m序列構(gòu)成優(yōu)選對的數(shù)目很少，不便于在碼分多址系統(tǒng)中應(yīng)用。R.Gold于1967年提出了一種基于m序列優(yōu)選對的碼序列，稱為Gold序列。由優(yōu)選對的兩個m序列逐位模2加得到，當(dāng)改變其中一個m序列的相位（向后移位）時，可得到一新的Gold序列。Gold系列具有與m序列優(yōu)選對類似的自相關(guān)和互相關(guān)特性。Gold碼（2）Gold序列性質(zhì)由兩個優(yōu)選的m序列異或而成自相關(guān)函數(shù)有多值，沒有m序列好比m序列多得多由于Gold序列具有良好的自相關(guān)性質(zhì)，用于碼分多址中區(qū)分基站和用戶Gold碼（3）Gold序列的生成

m序列發(fā)生器1和2產(chǎn)生的m序列是一m序列優(yōu)選對，m序列發(fā)生器1的初始狀態(tài)固定不變，調(diào)整m序列發(fā)生器2的初始狀態(tài)，在同一時鐘脈沖控制下，產(chǎn)生兩個m序列經(jīng)過模2加后可得到Gold序列，通過設(shè)置m序列發(fā)生器2的不同初始狀態(tài)，可以得到不同的Gold序列。m序列發(fā)生器1m序列發(fā)生器2初始狀態(tài)設(shè)置⊕Gold序列時鐘脈沖Gold碼（4）Gold序列的特性

相關(guān)特性具有與m序列優(yōu)選對相類同的自相關(guān)和互相關(guān)特性。當(dāng)τ=0時自相關(guān)函數(shù)與m序列相同；當(dāng)1≤τ≤P-1時自相關(guān)函數(shù)取三個理想的值，即最大旁瓣是。其中t(n)=2[(n+2)/2]+1,[]表示取實數(shù)的整數(shù)部分Gold序列的數(shù)量

周期P=2n-1的m序列優(yōu)選對生成的Gold序列，總共有2n+1個。

隨著n的增加，Gold序列數(shù)以2的n次冪增長。Gold碼（5）Gold序列的特性

平衡的Gold序列平衡的Gold序列是指在一個周期內(nèi)‘1’碼元數(shù)比‘0’碼元數(shù)僅多一個。對于周期P=2n-1的m序列優(yōu)選對生成的Gold序列，當(dāng)n是奇數(shù)時，有2n-1+1個Gold序列是平衡的，約占50%；當(dāng)n是偶數(shù)（不是4的倍數(shù)）時，有2n-1+2n-2+1個Gold序列是平衡的，約占75%。只有平衡Gold序列才可以用到碼分多址通信系統(tǒng)中去。在WCDMA系統(tǒng)中，下行鏈路采用Gold碼區(qū)分小區(qū)和用戶，上行鏈路采用Gold碼區(qū)分用戶。

OVSF碼樹（正交可變擴頻比）1擴頻過程中，不同的業(yè)務(wù)、不同的信息速率要采用不同的擴頻比，才能達到同一信道傳送的碼率。同一小區(qū)，多個用戶可以同時發(fā)送不同的多媒體業(yè)務(wù)，為防止多個用戶不同業(yè)務(wù)的干擾，設(shè)計一類滿足不同速率多媒體業(yè)務(wù)和不同擴頻比的正交碼。OVSF碼樹（正交可變擴頻碼）2信道化碼生成式：

CC1

=(1)CC2

=111-1CCn

=CCn/2

CCn/2

CCn/2

-CCn/2CC1,0

=(1)CC2,1

=(1,-1)CC2,0

=(1,1)CC4,0

=(1,1,1,1)CC4,1

=(1,1,-1,-1)CC4,2

=(1,-1,1,-1)CC4,3

=(1,-1,-1,1)CC256,0CC256,1CC256,2CC256,256CC256,255??????SF=1SF=2SF=4SF=256同一生成分支的碼組不能同時使用碼周期相同的所有碼彼此正交；周期不同的碼，僅當(dāng)它們位于樹的不同分支上時才會彼此正交，如CC2,1和CC4,1是正交的，CC2,1和CC4,3是不正交的。正交可變擴頻碼的產(chǎn)生31111011111100101010011111111111110000110011001100001110101010101001011001100110010110Digital/AnalogMappinglogic0analog+1

logic1analog-11100110011001100正交可變擴頻碼的空間－－５個用戶-4Userwith4xBitRate

=UnusableCodeSpace480kb/s480kb/s480kb/s480kb/s1.92Mb/sChipRate=3.840Mcps11110111111001010100111111111111100001100110011000011101010101010010110011001100101107.4.5CDMA系統(tǒng)的特點

多用戶共享同一頻率通信容量大容量的軟特性

多增加一個用戶只會使通信質(zhì)量略有下降，不會出現(xiàn)硬阻塞現(xiàn)象由于信號被擴展在一較寬頻譜上而可以減小多徑衰落信道數(shù)據(jù)速率很高，無需自適應(yīng)均衡平滑的軟切換和有效的宏分集，不會引起通信中斷低信號功率譜密度的好處抗窄帶干擾能力強對窄帶系統(tǒng)的干擾很小，可以與其它系統(tǒng)共用頻段CDMA系統(tǒng)的軟切換過程每當(dāng)移動臺處于小區(qū)邊緣時，同時有兩個或兩個以上的基站向該移動臺發(fā)送相同的信號，移動臺的分集接收機能同時接收合并這些信號，此時處于宏分集狀態(tài)當(dāng)某一基站的信號強于當(dāng)前基站信號且穩(wěn)定后，移動臺才切換到該基站的控制上去，這種切換可以在通信的過程中平滑完成，稱為軟切換PlayCDMA系統(tǒng)存在問題多址干擾原因不同用戶的擴頻序列不完全正交，擴頻碼集的非零互相關(guān)系數(shù)會引起用戶間的相互干擾“遠-近”效應(yīng)原因

移動用戶所在的位置的變化以及深衰落的存在，會使基站接收到的各用戶信號功率相差很大，強信號對弱信號有著明顯的抑制作用解決方法

使用功率控制7.5空分多址（SDMA）方式通過空間的分割來區(qū)別不同的用戶，在移動通信中，能實現(xiàn)空間分割的基本技術(shù)就是采用自適應(yīng)陣列天線，在不同用戶方向上形成不同的波束。常與FDMA、TDMA、CDMA結(jié)合使用SDMA的工作原理使用定向波束天線在不同用戶方向上形成不同的波束相同的頻率（在TDMA或CDMA系統(tǒng)中）或不同的頻率（在FDMA系統(tǒng)中）用來服務(wù)于被天線波束覆蓋的這些不同區(qū)域SCDMA系統(tǒng)工作示意圖蜂窩系統(tǒng)中反向鏈路的困難反向鏈路的困難原因解決方法用戶端的發(fā)射功率必須動態(tài)控制各用戶和基站間無線傳播路徑的不同采用空分多址方式反向控制用戶的空間輻射能量對用戶端發(fā)射功率的控制程度受限發(fā)射受到用戶單元電池能量的限制自適應(yīng)式陣列天線自適應(yīng)式天線提供了最理想的SDMA無窮小波束寬度無窮大快速搜索能力提供在本小區(qū)內(nèi)不受其他用戶干擾的唯一信道克服多徑干擾和同信道干擾7.6蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量分析

蜂窩系統(tǒng)的無線容量可定義為：信道/小區(qū) 其中m——無線容量大小

Bt

——分配給系統(tǒng)的總的頻譜

Bc

——信道帶寬

N——頻率重用的小區(qū)數(shù)7.6.1FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的容量對于模擬FDMA蜂窩移動通信系統(tǒng),頻率重用的小區(qū)數(shù)為N，N由所需的載干比決定，即則FDMA的無線容量信道/小區(qū)對于數(shù)字TDMA系統(tǒng)數(shù)字信道所要求的載干比可以比模擬制的小4~5dB（因數(shù)字系統(tǒng)有糾錯措施），因而頻率復(fù)用距離可以再近一些。可采用N=4、3的復(fù)用方式。則TDMA的無線容量其中，設(shè)載波間隔為Bc，每載波共有M個時隙，則等效帶寬為7.6.2CDMA蜂窩系統(tǒng)的容量CDMA系統(tǒng)的容量是干擾受限的，而FDMA和TDMA系統(tǒng)的容量是帶寬受限的。因此干擾的減少將導(dǎo)致CDMA容量的線性增加。決定系統(tǒng)容量的主要參數(shù)處理增益Eb/N0、話音負載周期、頻率再用效率、以及基站天線扇區(qū)數(shù)一般擴頻通信系統(tǒng)的容量先不考慮蜂窩系統(tǒng)的特點，接收信號的載干比可寫成:

式中Eb：信息的比特能量；

Rb

：信息的比特速率；

N0：干擾的功率譜密度

W：信號所占的頻譜寬度；

Eb/Rb：類似于歸一化信噪比，其取值決定于系統(tǒng)對誤比特率或話音質(zhì)量的要求，并與系統(tǒng)的調(diào)制方式和編碼方案有關(guān)；

W/Rb：系統(tǒng)的處理增益。一般擴頻通信系統(tǒng)的容量若m個用戶共用一個無線頻道，顯然每一用戶的信號都受到其他m–1個用戶信號的干擾。假設(shè)到達一個接收機的信號強度和各干擾強度都相等，則載干比為：即信道/小區(qū)如果考慮背景熱噪聲，則能夠接入此系統(tǒng)的用戶數(shù)可表示為：

信道/小區(qū)

結(jié)果表明在誤比特率一定的條件下，降低熱噪聲功率，減小歸一化信噪比，增大系統(tǒng)的處理增益都將有利于提高系統(tǒng)的容量。應(yīng)該注意上式的假定條件。CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的容量考慮反向功率控制和CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的特點，對一般公式進行修正采用話音激活技術(shù)提高系統(tǒng)容量利用扇區(qū)劃分提高系統(tǒng)容量鄰區(qū)干擾降低系統(tǒng)容量采用話音激活技術(shù)--提高系統(tǒng)容量在典型的全雙工通話中，話音的激活期（占空比）d通常小于35%，如果CDMA系統(tǒng)在話音停頓時停止信號發(fā)射，其他用戶受到的干擾會相應(yīng)地平均減少65%，從而使系統(tǒng)容量提高到原來的1/d=2.86倍

CDMA系統(tǒng)的容量公式被修正為信道/小區(qū)

當(dāng)用戶數(shù)目龐大并且系統(tǒng)是干擾受限而不是噪聲受限時，用戶數(shù)可表示為信道/小區(qū)

利用扇區(qū)劃分--提高系統(tǒng)容量如利用120o扇形覆蓋的定向天線把一個蜂窩小區(qū)劃分成3個扇區(qū)時，處于每個扇區(qū)中的移動用戶是該蜂窩的三分之一，相應(yīng)的各用戶之間的多址干擾分量也就減少為原來的三分之一，從而系統(tǒng)的容量將增加近3倍（實際上，由于相鄰天線覆蓋區(qū)之間有重疊，一般能提高G=2.55倍左右，G為扇區(qū)分區(qū)系數(shù)）CDMA系統(tǒng)的容量公式被修正為信道/小區(qū)

鄰區(qū)干擾--降低系統(tǒng)容量在CDMA系統(tǒng)中，所有用戶共享一個無線頻率，因此任一小區(qū)的移動臺（基站）都會受到相鄰小區(qū)基站（移動臺）的干擾假設(shè)各小區(qū)的用戶數(shù)為M，M個用戶同時發(fā)射信號，理論分析表明，正向信道和反向信道的干擾總量對容量的影響大致相等。因而在考慮鄰近蜂窩小區(qū)的干擾對系統(tǒng)容量影響時，一般按正向信道計算當(dāng)系統(tǒng)采用正向功率控制技術(shù)時，由于路徑傳播損耗的原因移動臺最不利的位置是處于3個小區(qū)交界處（圖5-11MS點）在采用功率控制時，每小區(qū)同時通信的用戶數(shù)將下降到原來的60%，即信道復(fù)用效率F=0.6，使系統(tǒng)容量下降到未考慮鄰區(qū)干擾時的60%CDMA系統(tǒng)的容量公式被修正為信道/小區(qū)干擾的性質(zhì)移動臺位置本小區(qū)基站和移動臺的干擾相鄰小區(qū)基站的干擾靠近基站的移動臺基站發(fā)射信號的干擾>距離遠的移動臺小小區(qū)邊緣的移動臺基站發(fā)射信號的干擾<距離近的移動臺大.............MS本小區(qū)圖7－12CDMA系統(tǒng)移動臺受干擾示意圖

數(shù)字GSM系統(tǒng)（TDMA方式）設(shè)：載頻間隔Bc=200kHz

每載頻時隙數(shù)為8

頻率重用的小區(qū)數(shù)N=4

得GSM系統(tǒng)容量

（信道/小區(qū)）

數(shù)字CDMA系統(tǒng)設(shè)：話音編碼速率Rb=9.6kbit/s

話音占空比d=0.35

扇形分區(qū)系數(shù)G=2.55

信道復(fù)用效率F=0.6

歸一化信噪比Eb/N0=7dB得CDMA系統(tǒng)容量

（信道/小區(qū)）

三種系統(tǒng)容量的計算給定的一個窄帶碼分系統(tǒng)的總頻寬Bt=1.25MHz模擬TACS系統(tǒng)（FDMA方式）設(shè)：信道帶寬Bc=25kHz

頻率重用的小區(qū)數(shù)N=7

得TACS系統(tǒng)容量

（信道/小區(qū)）

FDMA/TDMA/CDMA三種系統(tǒng)容量的比較理論可得：在總頻帶寬度為1.25MHz時，三種體制的系統(tǒng)容量的比較結(jié)果為：

實際的CDMA系統(tǒng)的容量比理論值有所下降，其下降多少將隨著其功率控制精度和某些參數(shù)的選取而變化當(dāng)前比較普遍的看法是CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量是模擬FDMA系統(tǒng)的8~10倍第八章移動通信網(wǎng)8.1概述8.2移動通信網(wǎng)的構(gòu)成8.3信令系統(tǒng)8.1概述1.移動通信網(wǎng)的概念移動通信網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)包括：移動臺（MS：MobileStation）、基站系統(tǒng)（BSS：BaseStationsubsystem）和構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的移動交換中心（MSC：MobileServiceSwitchingCenter）等。8.2移動通信網(wǎng)的發(fā)展1.第一代移動通信網(wǎng)通常人們所說的第一代移動通信系統(tǒng)是指模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)。它是頻分多址接入（FDMA）的移動通信系統(tǒng)2.第二代移動通信網(wǎng)第二代移動通信（２Ｇ）系統(tǒng)為數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)。3.第三代移動通信網(wǎng)(1)第三代移動通信網(wǎng)的基本概念

IMT-2000（2000年國際移動通信）(2)第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)向第三代移動通信系統(tǒng)的演進

(3)第三代移動通信的標準以歐洲ETSI提出的UTRA，是歐洲提出的一個方案。以美國Ｎ-CDMA接口標準IS-95為基礎(chǔ)的寬帶cdma2000中國提交的TD-SCDMA(時分-同步/智能/軟件)。8.2移動通信網(wǎng)的發(fā)展圖8.4不同標準間互通的業(yè)務(wù)框架結(jié)構(gòu)GSM是世界上第一個對數(shù)字調(diào)制、網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)作了規(guī)定的蜂窩系統(tǒng)，最初由歐洲電信聯(lián)盟研制。分級控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)（NSS）基站子系統(tǒng)（BSS）認為移動臺（MS）是BSS的一部分網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)（NMS）接口MS與BSS間的接口稱為空中接口在BSS和NSS間的接口稱為A接口BSS、NSS與NMS間的接口稱為操作維護接口現(xiàn)今的GSM標準只定義了兩個開放接口：空中接口和A接口GSM網(wǎng)BSSNSSNMSO&MMSAIRA圖8-2GSM的三個子系統(tǒng)及其接口GSM網(wǎng)的子系統(tǒng)功能建立呼叫是由BSS和NSS共同完成的BSS提供并管理著移動臺和NSS之間的無線傳輸通道。NSS負責(zé)呼叫控制功能，所有的呼叫都是經(jīng)由NSS建立連接的。NMS負責(zé)管理和維護整個GSM網(wǎng)絡(luò)移動臺MS由終端設(shè)備和用戶數(shù)據(jù)兩部分組成終端設(shè)備稱為移動設(shè)備，用戶數(shù)據(jù)存放在一個與移動設(shè)備可分離的數(shù)據(jù)模塊中，此數(shù)據(jù)模塊稱為用戶識別卡（SIM卡）。GSM網(wǎng)絡(luò)中，三個網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)是由空中接口、A接口和操作維護接口連接起來的。N-CDMA網(wǎng)

CDMA在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上與GSM大同小異三個網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)（NSS）基站子系統(tǒng)（BSS）網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)（NMS，即OMC-S）接口由于無線接入方式的不同，二者的空中接口在內(nèi)容上和具體實現(xiàn)時有很大差別在地面接口方面兩者不會有本質(zhì)的差別圖8-3N-CDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Abis口MSBTSBTSBTSMSCEIRVLRSMEHLRACOMC-SBSCBSCOMC-RPDNPSTNISDNMSUm口A口其他網(wǎng)絡(luò)接口BSSNSS8.3移動通信網(wǎng)的信令系統(tǒng)概述信令的任務(wù)和作用信令的發(fā)展移動通信中的信令系統(tǒng)信令的任務(wù)和作用信令是與通信有關(guān)的一系列控制信號作用信令是用戶以及通信網(wǎng)中各個節(jié)點相互交換信息的共同語言，是整個通信網(wǎng)的神經(jīng)系統(tǒng)基本功能建立呼叫監(jiān)控呼叫清除呼叫操作過程（右圖）構(gòu)成信令由一系列信令消息集組成消息類型單元一些強制或可選擇的消息單元圖8.7信令的操作過程

信令的發(fā)展隨路信令（模擬電話網(wǎng)或早期的數(shù)字電話網(wǎng)中）信令與話音在同一鏈路內(nèi)傳送信令傳送速度低，信息容量及處理能力有限只適應(yīng)于基本的呼叫處理公共信道信令（CCS）信令與語音分離鏈路的利用率高實際速度低于理論速度為了保證信令的可靠移動通信中，完成一次接續(xù)需傳的信令消息比電話網(wǎng)中多的很多公共信道信令示意圖

構(gòu)成ISDN的規(guī)定交換機之間的信令（如公共信道信令系統(tǒng)（No.7）和交換機到用戶之間的信令（如D信道協(xié)議），兩者自成系統(tǒng)互不兼容。移動通信中的接口信令（右圖）典型協(xié)議NO.7公共信道信令系統(tǒng)用戶——網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議公共陸地移動通信網(wǎng)的接口PLMN協(xié)議模型移動通信中的信令系統(tǒng)移動通信中的信令系統(tǒng)與移動通信有關(guān)的高層協(xié)議標準ISDN的信令協(xié)議移動通信中的接口信令示意圖NO.7公共信道信令系統(tǒng)NO.7信令網(wǎng)的概念信令網(wǎng)編碼NO.7信令系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)消息傳送部分（MTP）信令連接控制部分（SCCP）用戶部分（UP）NO.7信令網(wǎng)的概念NO.7信令網(wǎng)是獨立于通信網(wǎng)專門用于傳送信令的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成信令點SP（signalingpoint）

信令點是信令網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，它提供公共信道信令。產(chǎn)生消息的信令點（源點）接收消息的信令點（宿點）轉(zhuǎn)發(fā)消息的信令轉(zhuǎn)接點STP(signalingtransferpoint)STP將控制信令從一條信令鏈路轉(zhuǎn)送到另一條鏈路上供傳輸信令的數(shù)據(jù)鏈路（link）結(jié)構(gòu)

NO.7信令網(wǎng)通常采用分級結(jié)構(gòu)NO.7信令網(wǎng)的分級結(jié)構(gòu)地位結(jié)構(gòu)為保證可靠性采取的措施設(shè)置的地區(qū)高級信令轉(zhuǎn)接點HSTP高網(wǎng)狀一個地區(qū)設(shè)兩個。平時分擔(dān)業(yè)務(wù)，故障時由一個承擔(dān)C1、C2級即大區(qū)，省一級低級信令轉(zhuǎn)接點LSTP低星型或網(wǎng)狀每個LSTP都要與兩個HSTP相連C3級即地區(qū)、市級SP信令消息的發(fā)起點和目的點星型任意SP都要與兩個LSTP相連每個網(wǎng)員至少有一個信令點由SP、LSTP、HSTP構(gòu)成在邏輯上獨立的信令網(wǎng)

信令網(wǎng)及其分級結(jié)構(gòu)的示意圖信令網(wǎng)編碼

原則同一個信令網(wǎng)中，每一個信令點有唯一的編碼目的把信令消息從一個SP準確地傳到另一個SP編碼位數(shù)國際14位中國24位（NO7）目前的信令網(wǎng)

IN0：14位編碼

IN1：備用

NA0：24位編碼。PSTN、MSC、HLR（中國電信、移動、聯(lián)通）

NA1：14位編碼。BSC、MSC國際國內(nèi)NO.7信令系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)NO.7信令系統(tǒng)被劃分為一個公共的消息傳遞部分（MessageTransferPart–MTP）功能：負責(zé)消息的傳遞若干用戶部分（UserPart–UP）功能：負責(zé)信令消息的生成、分析和過程控制7號信令系統(tǒng)功能劃分原理消息傳送部分(MTP)層數(shù)名稱功能1物理鏈接層定義了鏈路的物理和電氣特性2信令數(shù)據(jù)鏈路控制層規(guī)定了在一條信號鏈路上的消息傳遞以及與消息傳遞有關(guān)的功能和程序3網(wǎng)絡(luò)層信令消息處理當(dāng)本節(jié)點為消息目的地時，將消息送往指定的用戶部分；當(dāng)本節(jié)點為消息轉(zhuǎn)接點時，將消息轉(zhuǎn)送至預(yù)定的信令鏈路保證網(wǎng)絡(luò)單元間信令消息的正確傳送信令網(wǎng)管理信令網(wǎng)發(fā)生故障時，根據(jù)預(yù)定數(shù)據(jù)和信令網(wǎng)狀態(tài)信息調(diào)整消息路由和信令網(wǎng)設(shè)備配置，以保證消息傳遞不中斷功能層消息傳送部分分層示意圖信令連接控制部分(SCCP)在MTP層上建立一個新的結(jié)構(gòu)層---信令連接控制部分（SCCP）目的實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點直接傳送控制消息，無需經(jīng)過呼叫鏈路主要功能無論與電路有關(guān)或無關(guān)的信令，都可傳送。支持無連接傳送方式和虛連接（面向連接）傳送方式。因為在MS與MSC之間就有虛連接存在為了增加跨網(wǎng)尋址能力，設(shè)置了全局名（GT），一種國際統(tǒng)一的撥號號碼。為了為更多新用戶提供服務(wù)，設(shè)置了子系統(tǒng)號（SSN）為8bit，即28=256個添加了一層事物處理部分（TC）目的采用計算機對話方式（而不是互控方式）來訪問遠端數(shù)據(jù)庫應(yīng)用現(xiàn)在應(yīng)用的是TCAP，是用戶應(yīng)用部分。用戶部分（UP）UP是MTP的用戶功能處理信令消息對于不同的通信業(yè)務(wù)類型用戶UP控制處理信令消息的功能是不同的。主要的用戶類型電話用戶部分TUP（TelephoneUserPart）綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)用戶部分ISUP

（ISNDUserPart）移動應(yīng)用部分MAP（MobileApplicationPart）數(shù)據(jù)用戶部分DUP（DataUserPart）操作維護用戶部分OMUP（OperationandMaintenanceUserPart）用戶—網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議1.ISDN用戶—網(wǎng)絡(luò)接口功能群,參考點2.ISDN的信道結(jié)構(gòu)與用戶接口協(xié)議用戶—網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議結(jié)構(gòu)(1)ISDN的信道結(jié)構(gòu)ISDN