第7章 移动通信系统

1、 2通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 内容提要内容提要 移动通信的概念 移动信道的特征 移动信道的噪声与干扰 移动通信的组网方式 第三代移动通信简介 3通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 7.1 移动通信的概念移动通信的概念 移动通信？移动通信？ 以移动体为对象的通信。移动体之间 的通信；移动体与固定体之间的通信。 移动体？移动体？ 人、汽车、火车、船、飞机、航天器等。 按照移动体所处运动区域的不同， 移动通信可分为移动通信可分为： 陆地移动通信PLMN、海上移动通信和 空中移动通信。 4通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 陆地移动通信系统陆地移动通信系统: 无线寻呼系统是

2、一种单向通信系统 (BP机)频段在450MHZ 。 无绳电话系统(子母机) 集群移动通信系统属于调度性专用网 (对讲机有一呼百应) 蜂窝移动通信系统等。 5通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 一、移动通信系统的组成一、移动通信系统的组成 图7-1移动通信系统的组成 6通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 移动通信系统一般由移动通信系统一般由移动台（MS）、基站 （BS）、移动业务交换中心（MSC）以及与市话网 （PSTN）相连的中继线等组成。如图7-1所示。 MSC主要：用来处理信息的交换和整个系统的集 中控制管理。负责交换移动台（MS）各种类型的 呼叫，如本地呼叫、长途呼叫和国际呼

3、叫，提供连 接维护管理中心的接口，还可以通过标准接口与基 站（BS）或其它MSC相连 。 基站（基站（BS）包括一个基站控制器（BSC）和由其 控制的若干个基站收发信系统（BTS），负责管理 无线资源，实现固定网与移动用户之间的通信连接， 传送系统信号和用户信息 。 移动台（移动台（MS）有手持机和车载台等类型 7通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 PSTN ISDN OMC HLR/AUC/EIR SMC MSC/VLR BSC 其 他 MSC BTS MS MS BTS BTS MAP接 口 A-bis接 口 A接 口 8通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 GSM系统接口和功能

4、 HLR EIR PSTN ISDN PDN BSC BTS BSS MSC/SSP VLR MSC/SSP VLR SCP G B E TUP/ISUP B D C F A L 9通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 移动用户识别号： Not more than 15 digits 3 digits 2 digits IMSI MCCMNC MSIN NMSI IMSI 号码结构图 IMSI MCC：移动国家码，三个数字，如中国为 460。 MNC：移动网号，两个数字，如中国移动的MNC为00。 MSIN：在某一PLMN内MS唯一的识别码，编码格式 为:H1 H2 H3 SXXXXXX

5、NMSI：在某一国家内MS唯一识别码 10通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 IMSI是GSM系统分配给移动用户(MS)的唯一的识 别号。 采取E.212编码方式。 存储在SIM卡、HLR和VLR中，在无线接口及 MAP接口上传送。 IMSI分配原则：最多包含15个数字(0-9)。 例:460002289000168 TMSI是为了加强系统的保密性而在VLR内分配的 临时用户识别，在某一VLR区域内与IMSI唯一对应。 TMSI分配原则： 包含四个字节，可以由八个十六进制数组成，其 结构可由各运营部门根据当地情况而定 11通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 移动用户电话号码移动用户

6、电话号码 MSISDN CC NDCSN National (significant) Mobile station international ISDN number Mobile number MSISDN 号码结构图 国家码用户号码国内目的码 国际移动用户 国内移动用户 CC： Country Code，国家码，如中国为86。 NDC：National Destination Code，国内接入号，如中国 移动的NDC目前有139、138、137、136、135。 SN： Subscriber Number MSISDN的一般格式为86-139-H0 H1 H2 H3 ABCD 12通信

7、与信息技术教学部通信与信息技术教学部 MSISDN是指主叫用户为呼叫GSM PLMN 中的一个移动用户所需拨的号码，作用同于 固定网PSTN号码 采取E.164编码方式 存储在HLR和VLR中，在MAP接口上传送 例13通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 二、二、 移动通信的工作方式移动通信的工作方式 移动通信的工作方式可分为：单工制、 半双工制和双工制通信方式三种。 1.单工制 (1)单频(同频)单工 指通信双方使用相同的频率工作，发送时 不接收，接收时不发送。只占用一个频点。 如图7-2-a所示。 14通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 f1 f1 图

8、7-2-a 同频单工通信方式示意图 15通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 （2）双频(异频)单工 指发信机和收信机分别使用两个不同的频 率进行发送和接收。如甲的发射频率和乙 的接收频率为f1，乙的发射频率和甲的接 收频率为f2。同一部电台的发射机和接收 机是轮换工作的。如图7-1-b所示。 16通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 图7-2-b 异频单工通信方式示意图 17通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 2.半双工制半双工制 指通信的双方中：有一方使用双 工方式，即收发信机同时工作，且使 用两个不同的频率f1和f2；而另一方则 采用异频单工方式，即收发信机交替 工作。如图

9、7-3所示。 18通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 图7-3 半双工通信方式示意图 19通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 3.双工通信方式（全双工通信方式）双工通信方式（全双工通信方式） 所谓双工通信方式是指通信的双方 在通话时收发信机均同时工作，即任一 方在发话的同时，也能收听到对方的信 息，与普通有线电话的使用情况类似。 这时通信双方一般通过双工器来完成这 种功能。如图7-4所示。 20通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 图7-4 双工通信方式 21通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 三、移动通信的工作频段三、移动通信的工作频段 频谱是宝贵的资源宝贵的资源。为了

10、有效使用有限频率，对频 率的分配和使用必须服从国际和国内的统一管理， 否则就会造成互相干扰或资源浪费。 确定移动通信工作频段主要考虑以下几个方面的因 素： （1）电波传播特性； （2）环境噪声及干扰情况； （3）服务区域范围、地形和障碍物尺寸； （4）设备小型化； （5）与已经开发的频段的协调和兼容性。 22通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 根据国际电信联盟（ITU）的规定，1979年划 分给陆地移动通信的主要频率范围如表7-1所示。 表7-1 ITU陆地移动通信的主要频率范围（MHz） 23通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 按照国际频率分配规定，1980年我国国家无 线电管理

11、委员会规定供陆地移动通信使用的 频段如表7-2所示。 表7-2 我国陆地移动通信使用的频段 频段名称频率/MHZ 35 MHz频段27548.5 80 MHz频段72.574.6 150 MHz频段138149.9、150.05167 450 MHz频段403420、450470 900 MHz频段798960 1800 MHz频段18852200 24通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 原邮电部根据国家无线电管理委员会关于陆 地移动通信使用频段的规定，在移动电话网 路技术体制中规定现阶段取150MHz频段、 450 MHz频段、900 MHz频段和1800 MHz作为 移动通信工作频段

12、，即 150 MHz频段： 138149.9 MHz ； 150.05167 MHz 450 MHz频段： 403420 MHz（发）；450470 MHz（收） 25通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 900 MHz频段： 890915 MHz (移动台发、基站收) 935960 MHz （基站发、移动台收） 900MHz频段有AMPS（美国等）制式 有TACS（英国等）制式 1800 MHz频段： 18852025 MHz (移动台发、基站收) 21102200 MHz（基站发、移动台收） 目前正在进行1-3G MHz甚至5 MHz的移动 通信新频段。 26通信与信息技术教学部通信与

13、信息技术教学部 四、移动通信传输的特点四、移动通信传输的特点 (1) 移动通信的传输信道必须使用无线电波 传播 (2) 电波传播特性复杂 (3) 信号的传播受地形、地物的影响也将随 时发生变化。例如，受建筑物阻挡造成 的阴影效应，会使信号发生慢衰落；多 径传播会使信号发生快衰落，快衰落使 信号幅度出现快速、深度衰落，致使接 收信号场强的瞬时值变化达30dB以上。 27通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 (3)干扰多而复杂，移动通信传输系统到的干扰 有： 天电干扰、工业干扰和各种噪声的干扰 系统内部的干扰，如互调干扰、邻道干扰、 同频干扰等； 不同系统间的干扰 (4) 组网方式多样灵活 移

14、动通信系统组网方式可分为小容量大区 制和大容量小区制两大类。 (5)用户量大而频率有限 28通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 五、移动通信的多址连接方式五、移动通信的多址连接方式 多址连接？ 大部分移动通信系统都有一个或几个基 站和若干移动台。基站要和许多移动台同 时通信，而每个移动台只供一个移动用户 使用，是单路工作的。以实现多个移动台 之间或移动台与市话用户之间，通过基站 同时建立各自的信道的双向通信连接，称 为多址连接。 29通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 用户之间无线信道的连接总是要通过 某种可用资源可用资源，一般可用资源有频谱、时频谱、时 间、码形和空间间、码形和空

15、间，根据对不同资源的利用 情况产生了四种基本多址技术。 频分多址（FDMA） 时分多址（TDMA） 码分多址（CDMA） 空分多址（SDMA） 30通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 7.2移动信道的特征移动信道的特征 信道按特性参数特性参数随外界各种因素的影响而 变化的快慢变化的快慢来分，可分为“恒参信道”和 “变参信道”。 恒参信道：其传输特性的变化量极微且变 化速度极慢；或者说，在足够长的时间内， 其参数基本不变。 变参信道：其传输特性随时间的变化较快。 在陆地移动通信中，移动台常常工作在城 市建筑群和其它地形地物较为复杂的环境中， 其传输信道的特征是随时随地而变化的。因 此，移动

16、信道是典型的变参信道典型的变参信道。 31通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 一、多径效应与快衰落一、多径效应与快衰落 在VHF、UHF移动信道中，电波在传输 途径上遇到各种障碍物都可能产生反射、散 射和吸收。接收点的电波是直射波、反射波 和散射波的合成，形成所谓的多径传播多径传播。如 图7-5所示。 由于每条传播路径各不相同，各路径信 号的时延也各不相同，接收点信号（场强） 的矢量合成的结果就形成接收点场强瞬时值 的迅速、大幅度的变化，这种变化称为由多多 径引起的快衰落径引起的快衰落。由于 这种衰落服从瑞利分 布，所以又称为瑞利衰落瑞利衰落。如图7-6所示。 32通信与信息技术教学部通

17、信与信息技术教学部 图图7-5 各种障碍物引起的反射和散射电磁波各种障碍物引起的反射和散射电磁波 33通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 图图7-6 典型信号衰落特性典型信号衰落特性 34通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 在典型移动信道中，衰落深度达30dB左右， 衰落速度约3040次/秒。 图7-6中，虚线表示的是信号的局部中值中值， 其含义是在局部时间中，信号电平大于或小 于它的时间各为50%。 35通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 二、阴影效应与慢衰落二、阴影效应与慢衰落 当电波在传播路径上遇到建筑物、森林 等的阻挡时，则会形成电磁场的阴影。当移 动台通过不同障碍物

18、的阴影时，就造成接收 场强中值场强中值的变化。这种由于阴影效应导致接 收场强中值随着地理位置改变而出现的缓慢 变化称为慢衰落慢衰落，又称为阴影衰落阴影衰落。如图7-6 中虚线所示。 在移动信道中，大量统计测试表明，慢 衰落近似服从对数正态分布对数正态分布。所谓对数正态 分布是以分贝数表示的信号电平为正态分布。 36通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 三、衰落储备三、衰落储备 为了防止因衰落（包括快衰落和慢衰落） 引起的通信中断，在信道设计中，必须使信 号的电平留有足够的余量，以使中断率中断率R小于 规定指标。这种电平余量称为衰落储备衰落储备。 衰落储备的大小决定于地形、地物、工作 频率及

19、要求的通信可靠性指标。 通信可靠性也称作可通率可通率，并用T表示， 它与中断率的关系是T=1-R。 37通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 可通率可通率T分别为分别为90%、95%和和99%的衰落储备量曲线的衰落储备量曲线 图图 7-7 衰落储备量衰落储备量 38通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 四、多普勒频移四、多普勒频移 当运动的物体达到一定的速度时（如超音 速飞机），固定点接收到的从运动体发来的 载波频率将随运动物体运动速度v的不同，产 生不同的频移，通常把这种现象称为多普勒多普勒 频移频移。 只要运动，多普勒频移将一定存在，导 致接收端产生附加的随机调频噪声。 当运动速度

20、较慢时，多普勒频移较小， 影响不大，可忽略不计。 39通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 7.3移动信道的噪声与干扰移动信道的噪声与干扰 信道对信号传输的限制：损耗和衰落， 噪声与干扰 。 主要有内部噪声和外部噪声；邻道干扰、 同频道干扰、互调干扰、远近效应干扰。 一、噪声一、噪声的分类及特性的分类及特性 外部噪声 才是真正对移动信道影响较大 的噪声。 40通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 外部噪声主要有自然噪声及人为噪声统 称为外部噪声。 自然噪声中的大气噪声、太阳噪声、银河噪声 等。 人为噪声中的汽车点火系统、电器装置电压发 生急剧变化（诸如电动机、电焊机、电气开关、 工业设

21、备噪声等）所产生的火花放电形成的电 磁辐射等。这些噪声来源不同，频率范围和强 度也不同。由美国ITT（国际电话电报公司） 公布的各种噪声功率与频率的关系如图7-8所示。 41通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 图7- 8 各种噪声功率与频率的关系 FaT0 42通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 图中，纵坐标用等效噪声系数Fa（dB）或噪声 温度Ta(K)表示。Fa 实际上表示的是相对噪声功率相对噪声功率 电平电平，即相对于基准噪声功率（N0=10 lg kT0BN ） 的电平，其表示式为： 00 10lg10lg() Naa a N dB kT BT F kT BT Fa ( d

22、B)=10 lg kTaBN (dBm)10 lg k T0BN (dBm) = N (dBm)N 0 (dBm) 式中，k为波兹曼常数，其值为1.3810 -23 W/ KHZ; T0=290K，BN为接收机有效噪声带宽（它近似等于接 收机的带宽）； 基准噪声功率N 0 (dBm). 43通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 由图7-8可以看出： 当移动台工作频率在100MHz左右，人为噪声比较 严重。 当移动台工作频率在150MHz左右，大气噪声、太 阳噪声、银河噪声都比接收机的内部噪声小，可以忽 约不计。 移动台工作频率在450MHz以下，自然噪声强度低 于人为噪声。 人为噪声它是由

23、汽车点火系统以及各种电气装置中 电流或电压发生急剧变化（诸如电动机、电焊机、电 气开关、工业设备噪声等）所产生的火花放电形成的 电磁辐射。 44通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 利用图利用图7-8估算平均人为噪声功率估算平均人为噪声功率 例如已知市区移动台的工作频率为450MHz， 其接收机带宽为16KHz，试求接收机输入端的 人为噪声功率为多少dBw? 解：基准噪声功率： N0=10 lg kT0BN =10lg（1.3810 -232901610 3） = -162dBw 查表得市区人为噪声功率系数Fa=25dB， 故接收机输入端的平均人为噪声功率： N=Fa+ N0= -162

24、dBw +25dB=-137 dBw 。 45通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 1.内部噪声内部噪声 内部噪声主要是系统设备本身各种电气元件 产生的噪声。如导体中电子的热运动所引起 的热噪声热噪声；半导体载流子的起伏变化所引起 的散弹噪声散弹噪声 。 这些噪声一般既无法避免，又不能准确预测 其波形，统称为随机噪声随机噪声。它们的瞬时特征 服从高斯分布，所以又称高斯噪声高斯噪声。 由理论分析和实测表明，从直流到微波的频 率范围内，内部噪声功率谱密度为一常数， 故又称为白噪声白噪声。 46通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 噪声功率谱密度噪声功率谱密度 与与 噪声功率噪声功率 噪声功

25、率谱密度噪声功率谱密度是指单位频带（1Hz）内 噪声功率 。白噪声功率谱密度用 表示，其 大小与温度成正比，即 = k T （7.2） 式中，k为波兹曼常数，T为有效噪声绝对温 度。 的单位：W / Hz 。 噪声功率噪声功率则等于噪声功率谱密度对接收机 带宽的积分。 22 11 ff ff NdkTd (f2-f1为接收机带宽) 47通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 2. 外部噪声外部噪声 自然噪声及人为噪声统称统称为外部噪声外部噪声。如 图7-8所示。 移动台工作频率在450MHz以下，自然噪声 强度低于人为噪声，基本上可以不考虑。 人为噪声，它是由汽车点火系统以及各种电 气装置中

26、电流或电压发生急剧变化所产生的 火花放电形成的电磁辐射。 这种噪声的电磁波除直接辐射外，还可以通 过电力线传播并且由电力线和接收天线间的 电容性耦合而进入接收机,对接收信号形成噪 声干扰。 48通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 在城市中，由于工业电气设备和道路上行驶 的车辆来往密集，并且前后左右的周围车辆 点火噪声相互交织，合成噪声不再是脉冲性 的，而是连续性噪声连续性噪声或叠加有冲击性噪声的 连续性噪声。 因此，这种环境噪声的大小主要取决于汽 车流量。 汽车噪声的强度可用噪声系数Fa表示，它 与频率的关系如图7-9所示。 49通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 图 7-9 汽车

27、噪声与频率的关系 50通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 图中的基准噪声功率为-134dBm，接收机 带宽BN为10KHz 下的噪声功率。 在常温条件（290K）下，如果在频率为 107Hz 的交通密度为100辆 / 时的情况下，则 Fa= 50 dB，在交通密度为1000辆 / 时 的情况 下，则Fa = 53 dB。 51通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 人为噪声源的数量和集中程度随时间和地点 而异，只能用统计测试方法来表示，噪声强 度随地点的分布近似服从对数的正态分布。 美国国家标准局（National Bureau of Standards）公布的几种典型环境噪声系数平

28、均值，如图7-10所示。 52通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 图 7-10 几种典型环境的人为噪声系数平均值 城市商业区的噪声系数比城城市商业区的噪声系数比城 市居民区的噪声系数高市居民区的噪声系数高6 dB 左右，比郊区则高左右，比郊区则高12 dB左右。左右。 53通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 二、二、邻道干扰和同频道干扰邻道干扰和同频道干扰 在移动通信系统中，基站或移动台接收 机必须能在其他通信系统产生的众多较强干 扰信号中，检出可能是较弱的有用信号。在 接收远距离移动台信号时，往往不仅受到各 种噪声的干扰，而且还受到近的系统内其它 基站及系统外电台的干扰，如图7-

29、11所示。 在蜂窝式移动通信网中，存在邻近频道 （邻道）干扰、同频道干扰、互调干扰、阻 塞干扰和远近效应等问题。 54通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 图7-11移动通信中干扰示意图 55通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 1.邻道干扰邻道干扰 所谓邻道干扰是指相邻的或邻近频道之间 信号的相互干扰。 目前移动通信系统广泛使用VHF（甚高 频）、UHF（特高频）电台，频道间隔是 25KHz。对话音信号又采用了调频方式。发信 机的调频信号频谱是很宽的。理论上讲，调 频信号含有无穷多个边频分量，当其中某些 边频分量会落入邻频道接收机的通频带内， 就会造成邻道干扰。 56通信与信息技术教

30、学部通信与信息技术教学部 图7-12 邻道干扰 57通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 (1) 调制边带扩展干扰调制边带扩展干扰 调频语音信号（调频波）具有n（n无穷大） 对边频分量，如图7-13（a）所示。 调制边带扩展干扰是语音信号经调频后， 它的某些边带频率落入相邻信道形成的干扰。 也就是说，如果它的某些边频分量落入邻道 接收机通带内，且强度可以与有用信号相比 拟的话，就会造成调制边带干扰。 58通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 图 7-13 邻道干扰示意图 Br BiBi fB fs f Fm Jn Jn+1 K-1K 第第K-1信道发射信道发射 机的调制边带机的调制边带

31、 的第的第n次边频落次边频落 入第入第K信道。信道。 fB 59通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 Br为信道间隔（如25KHz） Fm为调制信号最高频率， Bi为接收机带宽（如16KHz）， fB移动台的载频。 考虑到发信机、接收机频率不稳定而造成 的频率偏差fTR，在最坏情况下，落入邻近 频道接收机的最低边频次数n可由下式决定： 0 .5 ri T R L m f BB n F 60通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 例如已知某移动台信道间隔Br=25KHz， Bi=16KHz，fTR=2KHz，最高调制信号频率 Fm =3KHz，则： 5 5.0 F f BB n m TR

32、ir L 结论：调频信号的第五次边频落入相邻信道。 61通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 为了减少邻道干扰，除了限制发射信号带宽， 提高收、发信机的频率稳定度和准确度外， 还要求发射机的瞬时频偏不超过最大允许值。 一般在发射机调制器中的语音加工（调制） 电路中，均有瞬时频偏控制（IDC）电路，它 主要由放大、限幅和邻道干扰滤波三部分电 路组成。 62通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 （2）发信机边带干扰）发信机边带干扰 发信机边带噪声是指存在于以载频为中 心两侧分布的噪声。 即使发射机的调制器未加调制信号，以 载频为中心的噪声分布也具有相当宽的频率 范围，这种噪声称为发信机边带

33、噪声。 发信机边带噪声的频带宽度从几十KHz 到数MHz，比频道间隔大得多，其幅度比载 频低70dB-90dB，就其噪声频谱宽度，不仅在 相邻信道内造成干扰，而且会在数MHz频带 内造成干扰。 63通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 2.同频道干扰同频道干扰 是指所有落到接收机通带内的与有用信号 频率相同或相近的无用信号的干扰。 它移动通信在组网中采用频率复用技术所 出现的一种干扰。 （1）同频道干扰的概念 在移动通信系统中，为了提高频率利用率， 在相隔一定距离后，可以重复使用相同的频 率，这种方法称为同频道再用。如图7-14所示。 64通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 图 7-

34、14 不同小区相同频率的信道使用示意图 65通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 图中在覆盖半径为R的地理区域（例如一 个小区）C1内使用无线信道频率f1，又可以 在距离为D处，覆盖半径也为R的另一小区C 内再次使用频率f1。信道再用可以极大的提 高频率利用率，显然，当再用距离D越近， 同频道干扰就越严重。 66通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 （2）射频防护比 为了保证传输质量，必须使接收机输入端 的有用信号与同频道干扰信号之比达到某个 数值，该数值称为射频防护比。 I S lg10lg10lg10ISIS I S S为有用信号功率，I为干扰信号功率。 射频防护比可用分贝表示:

35、67通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 （3）同频道再用距离D 在进行无线小区的频率配置时，为提高频 率利用率，应在满足一定通信质量的条件下， 确定出相同频率重复使用的最小距离，称为 同频道再用距离。 允许同频率重复使用的最小距离取决于许 多因素。为了分析简单，假定各基站与各移 动台的设备参数相同，地理条件也是理想的。 这样，同频道再用距离与以下因素有关： 68通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 调制方式 电磁波特性 假定传播路径是光滑的地平面，路径损耗L由下式 近似确定： （7.4） d是收、发天线之间的距离，ht、hr分别是发射天 线和接收天线的高度。如果d以km计，ht、hr

36、均以m 计，则 L=120+40lg d 20lg( h thr ) （dB） （7.5） hh d L rt 22 4 69通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 基站覆盖范围或小区半径为r0 。 通信工作方式（同频单工通信和异频双工 通信）。 要求的可靠通信概率。 70通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 图 7-15 双工通信的同频道再用距离示意图 基站A和B使用相同的频道，移动台M正在接收基 站A发射的信号，由于基站天线高度大于移动台天线 高度，移动台M处于小区的边沿时，易于收到基站B 发射的同频道干扰。假若输入到移动台M接收机的有 用信号与同频道干扰之比等于射频防护比（满足要

37、求），则A、B两基站之间的距离即为同频道再用距 离，记作D。 71通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 则双工通信的同频道再用距离： D = D I+D S=D I + r0=r0（1 + DI / D S） D I为同频道干扰源至被干扰接收机M移动台的距离 D S为有用信号的传播距离即为小区的半径 r0 40 40 1010 I S I S S I D D 式中S / I 为有用信号与干扰信号之比即 射频防护比。若取射频防护比为8dB，由 上式可求得同道再用距离 72通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 同频道再用距离同频道再用距离D与小区半径与小区半径r0的关系的关系 设干扰信号I

38、和有用信号S的传播损耗值分别 为LI和LS，由式（7.5）可列出 LI=120+40 lg DI -20lg(hthr) (7.7-a) LS=120+40 lg DS -20lg(hthr) (7.7-b) 传播损耗差为： )(lg40dB D D LL S I SI （7.8） 73通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 设A基站和B基站的发射功率平均为PT dBw， 则移动台M接收机输入的信号功率和共频道干 扰功率分别为： dBwI dBwS L P LP I T ST 用dB计的有用信号和干扰信号之比为： (7.9) IS S SIdB I LL 74通信与信息技术教学部通信与信息技

39、术教学部 由（7.9）式代入（7.8）式，可得： 4040 (7.10) 1010 SSI I I S D D 式中S / I 为有用信号与干扰信号之比即射频防护比。 从理论分析和试验表明，按无线小区内可靠通信概率 为90%考虑， S / I 需要达到25 dB，由式（7.6）可 求得同频道再用距离： 25 40 000 (1)(1)5.2(7.12) 10 I S D D rr D r 75通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 例：基站天线有效高度为50m，移动台天线高度为 2m，由r0=10km和要求的有用信号和干扰信号的比 S/I =22 dB，就可求解同道再用距离D。 解： 先求D

40、I / DS 55. 3 1040 22 D D S I km D D D S I 5 .4510)1 ( 由式（7.6）可得 76通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 三、互调干扰三、互调干扰 1.互调干扰的基本概念和分类互调干扰的基本概念和分类 Def：互调干扰是由传输信道中的非线性电 路产生的。当两个或多个不同频率信号，同 时作用在通信设备的非线性器件上，将产生 许多组合频率信号，其中的一部分与有用信 号频率相近可能落到接收机通带内，成为对 有用信号的干扰，称为互调干扰。 在移动通信系统中，互调干扰主要有种情 况：发信机互调干扰、接收机互调干扰和发 信机变频滤波器及天线馈线等插接件接

41、触不 良引起的互调干扰。 77通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 2. 发信机的互调干扰发信机的互调干扰 图图 7-16 基站发射机互调干扰示意图基站发射机互调干扰示意图 发射机的互调干扰是基站使用多部不同频率的发 射机所产生的特殊干扰。 78通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 如图7-16所示，基站发射机B的工作频率为 fB，经衰耗 Lc dB，进入工作频率为fA的发 射机，三阶互调频率（2 fA fB ）是在发射机 A的末级功率放大器中产生的，互调频率（2 fB fA）是在发射机B中产生的。 在发射机A中产生的三阶互调产物为2 fA fB，该互调产物又通过天线辐射出去，造成互

42、调干扰。同样，当发射机A的信号进入发射机 B时，也会产生2 fB fA三阶互调产物。 79通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 等式左边表示三阶互调源频率，而等式右边表示 受三阶互调信号干扰的频率。 例如，已知干扰的频率fA=150.2MHz 、fB=150.1MHz、 fC =150.0MHz。问当某用户移动台的接收频率为 150.3MHz时，能否产生三阶互调干扰？ 解：由（B）式得 2fA fB = 150.3 MHz ；fA + fB fC = 150.3 MHz 答：它既受两信号三阶互调干扰，又受三信号三阶互 调干扰。 2 (7.13) ABC ABCD fff ffff 80通信

43、与信息技术教学部通信与信息技术教学部 3接收机的互调干扰接收机的互调干扰 接收机的互调干扰是指两个或多个信号同 时进入接收机高频放大器或混频器，只要它 们的频率满足一定的关系，则由于接收机中 器件的非线性特性，就有可能形成互调干扰。 就一般移动通信系统而言，三阶互调干扰 是主要的，其中又以两信号三阶互调干扰的 影响最大。 接收机的互调干扰，可折算为同频道干扰 来估算对通信的影响。 81通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 PSV为接收机的灵敏度（以dBw计） PIM为接收机的等效互调功率（dBw） 为射频防护比（dB） 8() 12() SVIM dB dB PP 3级话音质量 4级话音质

44、量 82通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 四、远近效应四、远近效应 通常将近处无用信号压制远处有用信号的 现象称为远近效应，又叫近端对远端比干扰。 当基站同时接收到两个不同距离移动台的 信号时，若两者频率相同或邻近，则基站接 收到的远端移动台的较弱的有用信号会被近 端移动台的较强信号所淹没。如图7-17所示。 同样当一部移动台接收基站的信号时，也 很容易受到靠的很近的另一部移动台发射的 强信号的干扰。 83通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 图 7-17 近端对远端的干扰情况 84通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 由于基站的位置与两个分开的移动台之间 的路径传输损耗不同而

45、引起的接收功率差， 这里称之为近端 对 远端比干扰，可表示为： )( 2 1 12 dB d d R dd 的路径损耗 的路径损耗 远端比干扰近端 假设在同样的地形、地物条件下，路径传输损耗 近似与距离的四次方成比例，则上式可表达为 近端 - 远端比干扰Rd2d1 = 40lg(d2/d1) (dB) 85通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 7.4 移动通信的组网方式 移动通信网络有两种体制 一种是小容量的大区制 一种是大容量的小区制。 一、大区制移动通信网一、大区制移动通信网 1.大区制是指一个基站覆盖着整个通信服务 区，也就是一个通信服务区（如一个城市） 内只有一个基站负责移动通信的

46、联络和控制， 如图 7-18所示。 86通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 图 7-18 大区制移动通信示意图 87通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 2.大区制特点 为了增大基站的覆盖范围，基站天线架设 的很高，用户数1000以下应用，发射功率很大 （一般为50 200 W左右），其覆盖半径为30 50 km.由于基站功率较大，而移动台的电池 容量有限，通常输出功率较小，故移动台距离 基站较远时，移动台可以收到基站发来的信号 （即下行信号），但基站却收不到移动台发出 的信号（即上行信号）。 88通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 为了解决上行信号较弱的问题（如远离基 站或电

47、波传播条件差时），在服务区内可增 设若干外围接收站或称分集接收站。某些上 行信号可通过分集接收站传到基站，以保证 在服务区内的双向通信质量。 为了避免相互间的干扰，服务区内所有频 道（一个频道包含收、发一对频率）的频率 都不能重复，否则将产生严重的相互串扰， 因而这种大区制的结构对频率利用率、服务 区的覆盖范围以及通信容量产生了限制，满 足不了用户数量增长的需要。 89通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 二、小区制移动通信网二、小区制移动通信网 称为“蜂窝式”，在空间上实现频率复用。 小区制是将整个服务区域划分为若干个半 径为2 20 km 的小区域，每个小区域中设置 一个基站，负责本小

48、区内所有移动用户的联 络和控制（无线通信）。同时，设置一个移 动交换中心（MSC）统一控制这些基站协调 地工作，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。如图7-19 所示。 90通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 图 7-19 小区制移动通信示意图 91通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 以每几个小区构成一个服务区又称为一个 区群区群。 同一区群内不能使用相同信道（频道）， 不同区群间可以采用信道再用技术。 图中小区编号代表不同的信道组信道组（即若干 个信道构成一个信道组）。经过合理的配置， 可以使相邻区群使用相同的信道，并且不会 互相干扰。 92通信与信息技

49、术教学部通信与信息技术教学部 小区制体制，存在切换问题问题，移动台 需要经常的更换工作频道。 无线小区的范围越小，通话过程中转换频 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，组网 的成本提高，所以无线小区的范围也不宜过 小。通常实际工程中，无线小区半径为 1 10 km 。 93通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 小区制分类小区制分类 带（条）状服务区带（条）状服务区 带状服务区是指用户的分布呈带状（或条 状）。例如铁路、长途、内河航运的无线电 话系统等都是带状服务区，如图7-20 所示。 若采用不同信道组的两个小区组成一个区 群，这个称为双频制或称二信道

50、组。即A小区 为fA信道组，B小区为fB信道组），如图7-20 （a）所示。 94通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 图7-20 条状服务区 若采用不同信道组的三个小区组成一个区群， 则称为三频制或三频道组。如图7-20b所示. 95通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 两个相邻区域的连接处有适当的重叠区， 可保证在小区的边缘通话也不发生中断 。但 存在产生同频干扰的危险。 同频干扰最严重的区域，出现在小区的端 点上，因为它距离产生同频干扰的基站最近。 96通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 设n 频制的带状服务区如图7-22所示， a为相邻小区重叠宽度，r为每个小区覆 盖半径

51、，第n+1区与第1区为同频道小区. 如果采用双频制，则第三小区与第一小 区为同频道小区，其端点至产生同频干 扰的最近基站即第三小区基站距离为 （3r-2a）。 97通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 图 7-22 有用信号和同频干扰信号的传播距离 n+1区 98通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 双频组双频组 2 00 00 20lg40lg () (7.14) 3232 N S dB rara Urr U 0 0 40 lg() (7.15) 53 N S dB ra Ur U 三频组三频组 n频组频组 0 0 40lg () (7.16) (21) N S dB nna Ur

52、Ur UN_-干扰信号; US -有用信号 r0 -干基站覆盖区半径; a重叠 区宽度 第三小区来的同频干扰信号电压UN与第一小区来 的有用信号US之比可视为电波传播距离平方之比. 99通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 二频制）( )(20dB U U S N 三频制）( )(28 dB U U S N )( )( 12 1 lg40频制ndB n U U S N 在无重叠时即a = 0的情况下得 10 0 通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 2面状服务区面状服务区 当服务区呈一个宽广的平面时，称为面 状服务区。 (1)覆盖区的覆盖区的形状形状 若要使多个小区彼此邻接、无空隙、无

53、 重叠的覆盖整个服务区，常用圆内接正多 形来近似。这些多边形，可能是正三角形、 正方形或正六边形等，如图7-23所示。 10 1 通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 图 7-23 面状服务区各种小区的形状 10 2 通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 在覆盖同样面积的面状服务区时，究竟选那种形状好呢？在覆盖同样面积的面状服务区时，究竟选那种形状好呢？ 可以从五个方面进行比较可以从五个方面进行比较 相邻小区的中心间隔相邻小区的中心间隔 由图7-23直接看出，正六边形相邻小区的中心间隔 距离d最大，可以想象间隔愈大，各基站之间的干扰 就会越小。所以正六边形小区较好。 10 3 通信与信

54、息技术教学部通信与信息技术教学部 小区的有效面积小区的有效面积 在同样半径r的情况下，圆内接正六边形的面积大于圆内 接的正方形及三角形，即它更接近圆的面积。在覆盖相同面 积的服务区时，正六边形仅需7个小区就可以了，而正方形 则要9个小区，正三角形需13个小区。从这个角度来看，所 需小区的个数少，建立的基站数就少，也就最经济了。 10 4 通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 重叠区宽度及面积重叠区宽度及面积 由图7-23可以直观的看出，正六边形邻接小 区之间重叠面积最小，这将使同频干扰最小。 10 5 通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 所需最少频道所需最少频道( (信道信道) )组

55、个数组个数 相邻的小区显然不能用相同的信道组，附近 的若干小区也不能相同的信道组，只有不同 区群的小区才能进行信道再用。 10 6 通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 图 7-24 需要最少频道组个数 （a）所示的最少需要6个信道组图（b）最少需 要4个信道组,而图（c）仅需要3个信道组就可做 到整个服务区中，相邻小区不使用相同信道组。 结论：正六边形构成面状服务区最好。结论：正六边形构成面状服务区最好。 10 7 通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 (2)正六边形区群的构成正六边形区群的构成 蜂窝式网：用正六边形小区相邻构成整个 面状服务区是最好的。其形状很象蜂窝，所 以又称为蜂

56、窝式网。 一个区群(族)：蜂窝式移动通信网通常是 由若干个相邻的小区组成一个区群(族)。 构成区群的基本条件： 一是若干区群彼此邻接组成蜂窝式服务区 域，且无空隙的覆盖整个面积。 二是相邻区群中，同信道的小区的中心间 距应相等并且最大。 10 8 通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 在满足这两个条件下构成区群的小区个 数N是有限的，且N应满足下式 式中：a 、b分别为相邻同信道小区之间的 二维距离。a 、b均为正整数，其中一个可以 为0，但不能两个同时为0。 由式（7.17）可算出各种区群内所包含的 小区个数，如表7-3所示。 22 (7.17)Naabb 10 9 通信与信息技术教学部

57、通信与信息技术教学部 表7-3 区群内的小区数N的取值 由表7-3可知，当a = 1，b = 1时，N = 3 ， 这表示由三个小区组成一个区群；当a = 0， b= 3时，N = 9 ，这表示由九个小区组成一 个区群。 a101021021032 b122323434534 N347912 13 161921 25 2728 110通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 (3) 同频小区再用距离同频小区再用距离 dg 由表7-3可知，不同N值的所构成的服务区 域结构图形是不一样的，如图7-25所示，图中 dg表示相邻区群的同信道组小区的中心间距， 即同频再用距离同频再用距离。 111通信与

58、信息技术教学部通信与信息技术教学部 图7-25 各种区群的结构示意图 112通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 由图看出，随着N值的增加dg也增大。假设 小区的辐射半径（即圆心到正六边形的顶点距 离）为r0，则dg =D为： 0 /3RDrN 0 3 (7.18) g DN dr 可见，在一个区群内，小区数N越大，同信 道的小区之间的距离dg就越远，抗同频干扰的 性能也就越好。但在覆盖相同服务区的情况下， 频率的利用率将会降低。 同频复用比 113通信与信息技术教学部通信与信息技术教学部 （4）中心激励和顶点激励）中心激励和顶点激励 中心激励方式是指基站位于小区的中心， 由全方向天线即形成360圆形覆盖区，如图 7-26(a)