第五章蜂窝组网技术

1、移动通信技术移动通信技术 第五章第五章 蜂窝组网技术蜂窝组网技术 2Mobile Communication Theory目录目录移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念 5.1频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区 5.2多址接入技术多址接入技术5.3码分多址关键技术码分多址关键技术5.4蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析5.5切换、位置更新切换、位置更新5.6移动通信网络结构移动通信网络结构5.8无线资源管理技术原理无线资源管理技术原理5.73Mobile Communication Theory5.1 移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念 实现系统在其覆盖区内良好的语

2、音和数据通信，这样的通信网就是移动通信网学习的内容包括：移动通信移动通信网络结构网络结构蜂窝式蜂窝式组网理论组网理论 移动通信网的移动通信网的基本组成基本组成蜂窝移动通信系统图示蜂窝移动通信系统图示各子系统功能各子系统功能4Mobile Communication Theory5.1.1 移动通信网络结构移动通信网络结构 fAfAffAAt AlosDdDdDDddh d Llog4log20(4log20, 自自由由空空间间传传播播损损耗耗）空中网络空中网络 fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20, 自自由由空空间间传传播播损损耗耗）地面网络地面网络

3、5Mobile Communication Theory5.1.2 蜂窝式组网理论蜂窝式组网理论v无线蜂窝式小区覆盖 将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图形的覆盖区域形的覆盖区域v小功率发射 一个较低功率的发射机服务一个蜂窝小区，在较小的区域内一个较低功率的发射机服务一个蜂窝小区，在较小的区域内设置相当数量的用户设置相当数量的用户v频率复用 蜂窝系统的基站工作频率，由于传播损耗提供足够的隔离度，蜂窝系统的基站工作频率，由于传播损耗提供足够的隔离度，在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一组工作频率在相隔一定距离的另一个基站可

4、以重复使用同一组工作频率 优点优点：缓解了频率资源紧缺，增加了系统容量：缓解了频率资源紧缺，增加了系统容量 缺点缺点：同频干扰：同频干扰6Mobile Communication Theory5.1.2 蜂窝式组网理论蜂窝式组网理论v多信道共用 由若干无线信道组成的移动通信系统，为大量的由若干无线信道组成的移动通信系统，为大量的用户共同使用并且仍能满足服务质量的信道利用用户共同使用并且仍能满足服务质量的信道利用技术技术v越区切换 当正在通话的移动台进入相邻无线小区时，业务当正在通话的移动台进入相邻无线小区时，业务信道自动切换到相邻小区基站，从而不中断通信信道自动切换到相邻小区基站，从而不中断通

5、信过程过程7Mobile Communication Theory5.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区用来解决频率资源有限和用户容量问题用来解决频率资源有限和用户容量问题v 区域覆盖方式区域覆盖方式 小容量的大区制小容量的大区制 一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大 利用分集接收等技术来保证上行链路的通信质量利用分集接收等技术来保证上行链路的通信质量 只能适用于小容量的通信网只能适用于小容量的通信网 大容量的小区制大容量的小区制 频率复用频率复用 将覆盖区域划分为若干小区将覆盖区域划分为若干小区 ，每个小区设立一个基站服务于本，每个小区设立一个基站服

6、务于本小区，但各小区可重复使用频率小区，但各小区可重复使用频率 带来同频干扰的问题带来同频干扰的问题 切换和位置管理切换和位置管理8Mobile Communication Theory5.2.1 大容量的小区制大容量的小区制v频率复用和覆盖方式 带状服务覆盖区带状服务覆盖区 面状服务覆盖区面状服务覆盖区 簇簇 小区的覆盖形状小区的覆盖形状 同频干扰同频干扰v同频相邻小区的找法9Mobile Communication Theory带状服务覆盖区带状服务覆盖区v双频组频率配置v三频组频率配置 f1 f2 f1 f2 f1 f2 f1 f1 f2 f3 f1 f2 f3 f1 10Mobile

7、Communication Theory面状服务覆盖区簇面状服务覆盖区簇图图52 蜂窝系统的频率复用和小区面状覆盖图示蜂窝系统的频率复用和小区面状覆盖图示q=D/R=4.6N=711Mobile Communication Theory小区的覆盖形状小区的覆盖形状v采用六边形的原因 用最小的小区数就能覆盖整个地理区域用最小的小区数就能覆盖整个地理区域 最接近于全向的基站天线和自由空间传播的全向辐射模最接近于全向的基站天线和自由空间传播的全向辐射模式式v基站发射机位置 中心激励小区：安置在小区的中心中心激励小区：安置在小区的中心 顶点激励小区：安置在六边形顶点之中的三个上顶点激励小区：安置在六边

8、形顶点之中的三个上v实际形状 由于地形地貌、传播环境、衰落形式的多样性，小区的实际无线覆盖是一个不规则的形状不规则的形状12Mobile Communication Theory同频干扰同频干扰v小区簇的意义v频率复用距离与小区簇的关系v载波干扰比与小区簇的关系13Mobile Communication Theory小区簇的意义小区簇的意义 一个共有S个双向信道的蜂窝系统，如果每簇含N个小区，每个小区分配K个信道（k平均延迟扩展（Ts ） ，所以码间干扰较少，无需自适应均衡v基站复杂庞大，易产生信道间的互调干扰v必须使用带通滤波器来限制邻道干扰v越区切换复杂，必须瞬时中断传输，对于数据传输将

9、带来数据的丢失sT26Mobile Communication Theory5.3.2 时分多址（时分多址（TDMA）方式）方式27Mobile Communication TheoryTDMA工作原理工作原理v 在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙，无论帧或时隙都是互不重叠的v 每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户v 基站按时隙排列顺序发收信号，各移动台在指定的时隙内收发信号MS3MS2时隙时隙帧帧时隙N时隙3时隙2时隙1保护比特信息数据同步比特尾比特一个一个TDMATDMA帧帧图图58 TDMA帧结构帧结构图图57 TDMA系统工作示意图系统工作示意图2

10、8Mobile Communication TheoryTDMA系统的特点系统的特点v突发传输的速率高，远大于语音编码速率，因为TDMA系统中需要较高的同步开销v发射信号速率随N的增大而提高，引起码间串扰加大，所以必须采用自适应均衡v不需双工器v基站复杂性小，互调干扰小v抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大v越区切换简单，可在无信息传输时进行，不会丢失数据29Mobile Communication Theory5.3.3 码分多址（码分多址（CDMA）方式）方式工作原理工作原理系统特点系统特点存在问题存在问题30Mobile Communication TheoryCDMA的工作原理的工作

11、原理v码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息vCDMA系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间和空间上都可能重叠v系统的接收端必须有完全一致的本地地址码，才能对接收的信号进行相关检测 1c2c1C2CNcNCMSCBS图图59 CDMA系统工作示意图系统工作示意图31Mobile Communication TheoryCDMA系统的特点系统的特点 v 多用户共享同一频率多用户共享同一频率v 通信容量大通信容量大v 容量的软特性容量的软特性 多增加一个用户只会使通信质量略有下降，不会出现硬阻塞现象多增加一个用户只会使通信质量略有下降，不会出现硬阻塞

12、现象v 由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以减小多径衰落减小多径衰落v 信道数据速率很高，信道数据速率很高，无需自适应均衡无需自适应均衡v 平滑的平滑的软切换软切换和有效的和有效的宏分集，宏分集，不会引起通信中断不会引起通信中断v 低信号功率谱密度低信号功率谱密度的好处的好处 抗窄带干扰能力强抗窄带干扰能力强 对窄带系统的干扰很小，可以与其它系统共用频段对窄带系统的干扰很小，可以与其它系统共用频段32Mobile Communication TheoryCDMA系统的软切换过程系统的软切换过程v 每当移动台处于小区边缘时，同时有两个或两个以上的基站向该移动台发送

13、相同的信号，移动台的分集接收机能同时接收合并这些信号，此时处于宏分集状态 v 当某一基站的信号强于当前基站信号且稳定后，移动台才切换到该基站的控制上去，这种切换可以在通信的过程中平滑完成，称为软切换 33Mobile Communication TheoryCDMA系统存在问题系统存在问题v多址干扰 原因原因 不同用户的扩频序列不完全正交，扩频码集的非零互不同用户的扩频序列不完全正交，扩频码集的非零互相关系数会引起用户间的相互干扰相关系数会引起用户间的相互干扰v“远-近”效应 原因原因 移动用户所在的位置的变化以及深衰落的存在，会使移动用户所在的位置的变化以及深衰落的存在，会使基站接收到的各用

14、户信号功率相差很大，强信号对基站接收到的各用户信号功率相差很大，强信号对弱信号有着明显的抑制作用弱信号有着明显的抑制作用 解决方法解决方法 使用功率控制使用功率控制34Mobile Communication Theory5.3.4 空分多址（空分多址（SDMA）方式）方式 通过空间的分割来区别不同的用户 常与FDMA、TDMA、CDMA结合使用v工作原理v蜂窝系统中反向链路的困难自适应式阵列天线35Mobile Communication TheorySDMA的工作原理的工作原理v使用定向波束天线在不同用户方向上形成不同的波束v相同的频率（在TDMA或CDMA系统中）或不同的频率（在FDMA

15、系统中）用来服务于被天线波束覆盖的这些不同区域图图510 SCDM系统工作示意图系统工作示意图36Mobile Communication Theory蜂窝系统中反向链路的困难蜂窝系统中反向链路的困难反向链路的困难原因解决方法用户端的发射功率必须动态控制各用户和基站间无线传播路径的不同采用空分多址方式反向控制用户的空间辐射能量对用户端发射功率的控制程度受限发射受到用户单元电池能量的限制 37Mobile Communication Theory自适应式阵列天线自适应式阵列天线自适应式天线提供了最理想的SDMA v无穷小波束宽度v无穷大快速搜索能力v提供在本小区内不受其他用户干扰的唯一信道克服多

16、径干扰和同信道干扰38Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4 码分多址关键技术码分多址关键技术1.扩频通信基础扩频通信基础2.地址码技术地址码技术3.扩频码的同步扩频码的同步39Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.1 扩频通信基础扩频通信基础 v 扩频通信扩频通信： 频带扩展频带扩展 扩频调制扩频调制 扩频系统扩频系统v 理论基础理论基础：仙农定理。：仙农定理。40Mobile Communication TheoryMobile Comm

17、unication Theory5.4.1 扩频方法扩频方法直接序列扩频 跳变频率扩频 跳变时间扩频宽带线形调频 扩频方法扩频方法41Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.1 扩频方法扩频方法功率小，隐蔽性功率小，隐蔽性保密性保密性抗干扰性强抗干扰性强抗衰落能力强抗衰落能力强码分多址复用码分多址复用(CDMA)42Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 直扩系统直扩系统直接序列调制系统原理框图：直接序列调制系统原理框图：窄带信号窄带信号扩

18、频信号If扩频伪码振荡调制伪码本振解扩混频43Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 直扩系统直扩系统发送端发送端接收端接收端44Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 直扩系统直扩系统v 假定同步单径假定同步单径BPSK信道中有信道中有K个用户，并假定所有的载个用户，并假定所有的载波相位为波相位为0，则接收的信号等效基带表示为：，则接收的信号等效基带表示为： 1( )( )( )( )Kkkkks tP at ctn t其中： 1,1

19、ka kP为发送功率， )(tck为第k个用户归一化扩频信号， 为第k个用户归一化扩频信号， bT为信息比特的时间宽度， ( )n t表示加性高斯白噪声，其双边功率 谱密度为 02N，单位为W/Hz。 ，单位为 W/Hz。 45Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 直扩系统直扩系统v对于某一特定比特，相关器（解扩）的输出为：对于某一特定比特，相关器（解扩）的输出为：0,011( )( )1( )( )bbTkkbKTkki kiikibikkkkkys t ct dtTP bP bn t ct dtTP bM A

20、 Iz相关系数的定义为：,01( )( )bTi kikbc t c t dtT上式表明：与第k个用户本身的自相关给出了希望接收的数据项， 与其它用户的互相关产生出多址干扰项MAI ，与热噪声的相关产 生了噪声 kz项。 46Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 直扩系统直扩系统v由频谱扩展对抗干扰性带来的好处，称为扩频增由频谱扩展对抗干扰性带来的好处，称为扩频增益益 PG，可表示为：，可表示为： WPSBGB式中， WB为发射扩频信号的带宽； sBsB为信码的速率。其中 WB 与所采用的伪码（伪随机序列或伪噪声

21、序列的简称）速率有关。为获得高的扩频增益，通常希望增加射频带宽 WB，即提高伪码的速率。47Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 直扩系统直扩系统cff(a) 在接收机输入端的扩展频谱频谱密度wBsBf(b) 接收机解扩输出端的频谱频谱密度wB 有用信号谱 干扰信号谱wB 射频带宽sB 信息带宽48Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 直扩系统直扩系统v 在发端，有用信号经扩频处理后，频谱被展宽如图在发端，有用信号经扩频处理后，频谱

22、被展宽如图 （a）所示；在收端，利用伪码的相关性作解扩处理后，有用信所示；在收端，利用伪码的相关性作解扩处理后，有用信号频谱被恢复成窄带谱，如图号频谱被恢复成窄带谱，如图 （b）所示。）所示。 v 直扩系统的优点在于它可以在很低的甚至负信噪比环境中直扩系统的优点在于它可以在很低的甚至负信噪比环境中使系统正常工作。使系统正常工作。 v 移动通信采用直扩系统时，需要解决移动通信采用直扩系统时，需要解决远远-近近效应带来效应带来的影响，办法之一是采用功率控制。的影响，办法之一是采用功率控制。 49Mobile Communication TheoryMobile Communication Theo

23、ry基于基于IS-95标准的码分多址通信系统的结构示意图标准的码分多址通信系统的结构示意图 数 据 编 码 和 交 织PN 源 载 波PN 源 数 字 滤 波 器 反 交 织 和 译 码数 据 载 波 外 部 干 扰f0f0 背 景 噪 声 其 他 小 区 干 扰f0 其 他 用 户干 扰f00 数 据f0 宽 带 频 谱f00-100dB/Hz 伪 信 号1.25MHz BW1.25MHz BW10kHz BW10kHz BW1.25MHz BW1.25MHz BW9.6Kbps19.2Kbps1228Kbps1228Kbps19.2Kbps9.6Kbps1228Kbps1228Kbps 图

24、1.1 CDMA 原 理 图50Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 跳频系统跳频系统v 跳频系统的原理方框图跳频系统的原理方框图 信码If调制器伪码频率合成器混频器本地伪码频率合成器解调器混频器信码51Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 跳频系统跳频系统v 伪码随机置定频率合成器时，发射机的振荡频率在很宽的伪码随机置定频率合成器时，发射机的振荡频率在很宽的频率范围内不断地改变，从而使射频载波亦在一个很宽的频率范围内不断地改变，从

25、而使射频载波亦在一个很宽的范围内变化，于是形成了一个宽带离散谱，如图所示范围内变化，于是形成了一个宽带离散谱，如图所示 NbbffN 信 道 数b 信 道 间 隔时 使 用 的 信 道 频 率时 刻f52Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 跳频系统跳频系统v 接收端必须以同样的伪码置定本地频率合成器，使其与发接收端必须以同样的伪码置定本地频率合成器，使其与发端的频率作相同的改变，即收发跳频必须同步，这样，才端的频率作相同的改变，即收发跳频必须同步，这样，才能保证通信的建立。解决同步及定时是实际跳频系统的一能保证

26、通信的建立。解决同步及定时是实际跳频系统的一个关键问题。个关键问题。跳频系统处理增益的定义与直扩系统的扩频增益是相同的，即WPSBGB更直观的表达式为： PGN53Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 地址码技术地址码技术v 对于对于CDMA2000系统下行链路，短的伪随机码用以区分系统下行链路，短的伪随机码用以区分基站，基站，Walsh码用以区分用户，他们统一构成码用以区分用户，他们统一构成地址码地址码。v 地址码的选择直接影响地址码的选择直接影响CDMA系统的容量、抗干扰能力、系统的容量、抗干扰能力、 接入和

27、切换速度等接入和切换速度等v 在直接扩频任意选址的通信系统中，对地址码有如下三个在直接扩频任意选址的通信系统中，对地址码有如下三个要求：要求： 伪码的比特率应能满足扩展带宽的需要；伪码应具有尖锐的自相关特性，正交编码应具有尖锐的互相关特性；伪码应具有近似噪声的频谱性质，即近似连续谱，且均匀分布。54Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2地址码技术地址码技术Gold码Walsh码m序列序列55Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 m序列

28、序列v m序列是一种周期性伪随机序列序列是一种周期性伪随机序列 ，由带线性反馈的移存，由带线性反馈的移存器产生的周期最长的一种序列器产生的周期最长的一种序列 。周期是。周期是P=2n-1，n是移是移位寄存器的级数。位寄存器的级数。 v m序列是一伪随机序列，具有与随机噪声类似的尖锐自相序列是一伪随机序列，具有与随机噪声类似的尖锐自相关特性。关特性。但它不是真正随机的，而是按一定的规律形式周但它不是真正随机的，而是按一定的规律形式周期性地变化。期性地变化。 v 在定时严格的系统中，我们可以采用在定时严格的系统中，我们可以采用m序列作为地址码，序列作为地址码，利用它的不同相位来区分不同用户，目前的

29、利用它的不同相位来区分不同用户，目前的CDMA蜂窝蜂窝系统中就是采用这种方法。系统中就是采用这种方法。56Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 m序列序列v m序列的发生器序列的发生器是由移位寄存器、是由移位寄存器、反馈抽头及模反馈抽头及模2加加法器组成的。产法器组成的。产生生m序列的移位序列的移位寄存器的网络结寄存器的网络结构不是随意的，构不是随意的，必须满足一定的必须满足一定的条件。图条件。图7-7是一是一个由三级移位寄个由三级移位寄存器构成的存器构成的m序序列发生器列发生器。1D1QCP(1)2D2QCP(

30、2)3D3QCP(3)输出1110010cT时钟脉冲57Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 m序列序列v m序列的性质序列的性质： vm序列一个周期内1和0的码元数大致相等（1比0只多一个）。 v长度为k（1kn-1）的游程占总游程数的1/2k 。vm序列和其移位后的序列逐位模2加，所得的序列还是m序列，只是相位不同。vm序列发生器中的移位寄存器的各种状态，除全0外，其它状态在一个周期内只出现一次。 58Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory

31、5.4.2 m序列序列v m序列的自相关性序列的自相关性P11)(R01-11)(RPP +1P -1t /由图可见，当=0时，m序列的自相关函数Ra（）出现峰值1；当偏离0时，相关函数曲线很快下降；当1P-1，相关函数值为-1/P；当时=P，又出现峰值；如此周而复始。当周期P很大时，m序列的自相关函数与白噪声类似。 59Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 m序列序列v m序列的互相关性序列的互相关性 对于两个周期对于两个周期P P=2=2n n-1-1的的m m序列序列aan n 和和bbn+n+ （ a a

32、n n，b bn n 取值取值是是1 1和和-1-1），两个），两个m m序列的互相关函数可由下式计算：序列的互相关函数可由下式计算：11( )PcnnnRa bP对于周期为的m序列组，其最好的m序列对的互相关函数值只取三个，这三个值是：这三个值被称为理想三值，能够满足这一特性的m序列对称为m序列优选对，它们可以用于实际工程。( )21( )( )ct nPRPt nP其中：(2) 2( )1 2nt n 60Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 Gold码码v m序列构成优选对的数目很少，不便于在码分多址系统中

33、序列构成优选对的数目很少，不便于在码分多址系统中应用。应用。v R.Gold于于1967年提出了一种基于年提出了一种基于m序列优选对的码序序列优选对的码序列，称为列，称为Gold序列。序列。v 由优选对的两个由优选对的两个m序列逐位模序列逐位模2加得到，当改变其中一个加得到，当改变其中一个m序列的相位（向后移位）时，可得到一新的序列的相位（向后移位）时，可得到一新的Gold序列。序列。 v Gold系列具有与系列具有与m序列优选对类似的自相关和互相关特序列优选对类似的自相关和互相关特性。性。 61Mobile Communication TheoryMobile Communication T

34、heory5.4.2 Gold码码v Gold序列序列的生成的生成图中m序列发生器1和2产生的m序列是一m序列优选对，m序列发生器1的初始状态固定不变，调整m序列发生器2的初始状态，在同一时钟脉冲控制下，产生两个m序列经过模2加后可得到Gold序列，通过设置m序列发生器2的不同初始状态，可以得到不同的Gold序列。m序 列 发 生 器1m序 列 发 生 器2初 始 状 态 设 置G old序 列时 钟 脉 冲62Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 Gold码码vGold序列的特性序列的特性相关特性v 具有与m序

35、列优选对相类同的自相关和互相关特性。v 当=0时自相关函数与m序列相同；当1P-1 时自相关 函数取三个理想的值，即最大旁瓣是。 Gold序列的数量v 周期P=2n-1的m序列优选对生成的Gold序列，总共有2n+1个。v 随着n的增加，Gold序列数以2的n次幂增长 。63Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 Gold码码v Gold序列的特性序列的特性 平衡的Gold序列v平衡的Gold序列是指在一个周期内1码元数比0码元数仅多一个。 v对于周期P=2n-1的m序列优选对生成的Gold序列，当n是奇数时， 有

36、2n-1+1个Gold序列是平衡的，约占50%；当n是偶数（不是4的倍 数）时，有2n-1+ 2n-2+ 1个Gold序列是平衡的，约占75%。v只有平衡Gold序列才可以用到码分多址通信系统中去。在WCDMA系统中，下行链路采用Gold码区分小区和用户，上行链路采用Gold码区分用户。 64Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 Walsh码码v Walsh码（又称为码（又称为Walsh函数）有着良好的互相关和较函数）有着良好的互相关和较好的自相关特性好的自相关特性。v Walsh函数波形函数波形若对图中Wals

37、h函数波形在8个等间隔上取样，可得到离Walsh函数，可用88的Walsh函数矩阵表示。65Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 Walsh码码v Walsh函数对应的矩阵可函数对应的矩阵可写作写作 0 00 00 00 00 00 01 11 10 01 11 10 00 01 10 01 10 11 00 11 00 11 01 00 10 10 11 01 00 10 10 10 1Walsh函数矩阵的递推关系 00H 20001H 2242 2220000010100110110HHHHHH2NNNNNH

38、HHHH其中N取2的幂， 是的 补。NHNH66Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 扩频码的同步扩频码的同步v 在码分系统中相关接收要求本地地址码（伪码）与收到的在码分系统中相关接收要求本地地址码（伪码）与收到的（发送来的）地址码同步。（发送来的）地址码同步。所谓两个扩频码同步，就是保持其时差（相位差）所谓两个扩频码同步，就是保持其时差（相位差） 为为0 0状态。状态。地址码的同步是码分多址系统的重要组成部分，地址码的同步是码分多址系统的重要组成部分， 其性能好坏直接影响系统的性能。其性能好坏直接影响系统的性能

39、。 ( )() ()iinc ta tnTt 67Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 扩频码的同步扩频码的同步v 令令 为接收到的伪码，为为接收到的伪码，为 本地伪码，分别如本地伪码，分别如下图所示。其周期为下图所示。其周期为T=NTc，N为码位数（码长），为码位数（码长），Tc为为码片宽度。码片宽度。同步的过程就是使同步的过程就是使 。()ic t()ic t 接收伪码序列延时 本地伪码序列延时 68Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5

40、.4.3 扩频码的同步扩频码的同步v 扩频码的同步分为：扩频码的同步分为： 粗同步粗同步Product 细同步细同步69Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 粗同步粗同步粗同步的方法粗同步的方法匹配滤波捕获法串行相关检测并行相关检测70Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 粗同步粗同步v 并行相关检测捕获系统的示意图并行相关检测捕获系统的示意图 71Mobile Communication TheoryMobile Communic

41、ation Theory5.4.3 粗同步粗同步v 串行相关检测捕获系统的示意图串行相关检测捕获系统的示意图 将输出信号 与门限值 比较。如果超出门限值，则 此时对应的 即为时延估计值，捕获完成，有 。如果 输出信号低于门限值，则将本地信号的相位增加一个增量， 通常为Tc或者Tc/2 （即每隔T，增加 的值），再进行相关、 比较，直至捕获完成，转入跟踪过程。 0ucT()iR72Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 粗同步粗同步v 令输入为令输入为 则匹配滤波器的输出为则匹配滤波器的输出为( )()iinc ta

42、 tnT00( )( )( )() ( )() ()()()iTiTiiiiy tc th tc thdc ta TdR tTR tT( )y t( )ia t73Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 粗同步粗同步v 如果为双极性的如果为双极性的m序列，则输出为如下图序列，则输出为如下图 ，可以看出可以看出()(0)( ),0, 1, 2.iimaxy kTRR tk 74Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 细同步细同步v 细同步

43、又称为跟踪，它需要连续地检测同步误差，根据检细同步又称为跟踪，它需要连续地检测同步误差，根据检测结果不断调整本地伪码的时延（相位），使测结果不断调整本地伪码的时延（相位），使 并保持此状态并保持此状态。0 75Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 细同步细同步同步误差检测同步误差检测76Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 细同步细同步 伪码延时锁定电路伪码延时锁定电路 可用于伪码细同步跟踪可用于伪码细同步跟踪v图中，21()ffy

44、77Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 细同步细同步v从图中可以看出，在区间从图中可以看出，在区间 内，有：内，有： (,)ccT T()yK(0,)cT 21ff(,0)cT 21ff0 (,)ccT T78Mobile Communication Theory5.5 蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析 蜂窝系统的无线容量可定义为： 信道/小区 其中 m无线容量大小 Bt 分配给系统的总的频谱 Bc 信道带宽 N 频率重用的小区数NBBmct 79Mobile Communication T

45、heory三种多址接入方式的理论容量三种多址接入方式的理论容量00(/)(/)rFDM ATDM ACDM AbbreqPNMMMREN80Mobile Communication Theory三种系统容量的比较三种系统容量的比较v理论可得：在总频带宽度为1.25MHz时，三种体制的系统容量的比较结果为：v 实际的CDMA系统的容量比理论值有所下降，其下降多少将随着其功率控制精度和某些参数的选取而变化v当前比较普遍的看法是CDMA数字蜂窝移动通信系统的容量是模拟FDMA系统的810倍GSMTACSCDMAmmm916 81 将处于通话状态的将处于通话状态的MSMS转移到新的业务信道上（新的小区

46、）的过程转移到新的业务信道上（新的小区）的过程 实现蜂窝移动通信的实现蜂窝移动通信的“无缝隙无缝隙”覆盖覆盖，即当移动台从一个小区进入另一，即当移动台从一个小区进入另一 个小区时，保证通信的连续性个小区时，保证通信的连续性识别识别新的小区新的小区分配分配给移动台在新小区的话音信道和控制信道给移动台在新小区的话音信道和控制信道信号的信号的强度或质量强度或质量下降到由系统规定的一定参数以下，此时移动台下降到由系统规定的一定参数以下，此时移动台被切换到信号强度较强的相邻小区。由移动台发起。被切换到信号强度较强的相邻小区。由移动台发起。由于某小区业务由于某小区业务信道容量信道容量全被占用或几乎全被占用

47、，这时移动台被全被占用或几乎全被占用，这时移动台被切换到业务信道容量较空闲的相邻小区。由上级实体发起。切换到业务信道容量较空闲的相邻小区。由上级实体发起。 切换必须顺利完成，并且尽可能少地出现，同时要使用户觉察不到切换必须顺利完成，并且尽可能少地出现，同时要使用户觉察不到切换门限要恰当切换门限要恰当切换前对信号的监视：切换前对信号的监视：保证信号电平的下降确实由于移动台正离开当前保证信号电平的下降确实由于移动台正离开当前基站基站5.6 切换和位置管理切换和位置管理82 v 信道监视方法信道监视方法 目的：使切换请求优先于初始呼叫请求目的：使切换请求优先于初始呼叫请求 原理：保留小区中所有可用信

48、道的一小部分，专门为那原理：保留小区中所有可用信道的一小部分，专门为那些可能要切换到该小区的通话所发出的切换请求服务些可能要切换到该小区的通话所发出的切换请求服务v 对切换请求进行排队对切换请求进行排队 目的：减小中断的发生概率目的：减小中断的发生概率 原理：信号强度下降到切换门限以下和因信号太弱而通原理：信号强度下降到切换门限以下和因信号太弱而通话中断之间的时间间隔是有限的话中断之间的时间间隔是有限的5.6 切换和位置管理切换和位置管理83 把一个呼叫传送到随机移动的用户把一个呼叫传送到随机移动的用户 位置登记位置登记 已知移动台的实时位置信息时，更新位置数据库和认证移动台已知移动台的实时位

49、置信息时，更新位置数据库和认证移动台呼叫传递呼叫传递 在有呼叫给移动台的情况下，根据在有呼叫给移动台的情况下，根据HLRHLR（Home Location Home Location Register Register 归属寄存器）和归属寄存器）和VLRVLR（Visitor Location Register Visitor Location Register 访问寄存器）中可用的位置信息来定位移动台访问寄存器）中可用的位置信息来定位移动台位置更新（位置更新（Location UpdateLocation Update） 解决移动台如何发现位置变化以及何时报告当前位置的问题解决移动台如何发现

50、位置变化以及何时报告当前位置的问题位置寻呼（位置寻呼（ Location PagingLocation Paging） 解决如何有效地确定移动台当前处于哪一个小区的问题解决如何有效地确定移动台当前处于哪一个小区的问题5.6 切换和位置管理切换和位置管理84Mobile Communication Theory5.7 无线资源管理技术原理无线资源管理技术原理v对于无线系统来说，无线资源的概念是很广泛的，对于无线系统来说，无线资源的概念是很广泛的，它既可以是频率，也可以是时间，还可以是码字。它既可以是频率，也可以是时间，还可以是码字。 v无线资源管理（无线资源管理（Radio Resource M

51、anagement，RRM），也称作无线资源控制（），也称作无线资源控制（RRC）或者无线）或者无线资源分配（资源分配（RRA），是指通过一定的策略和手段），是指通过一定的策略和手段进行管理、控制和调度，尽可能充分利用有限的无进行管理、控制和调度，尽可能充分利用有限的无线网络各种资源，保障各类业务满足服务质量（线网络各种资源，保障各类业务满足服务质量（QoS）的要求，确保达到规划的覆盖区域，尽可能）的要求，确保达到规划的覆盖区域，尽可能地提高系统容量和资源利用率。地提高系统容量和资源利用率。 85Mobile Communication Theory5.7 无线资源管理技术原理无线资源管理技术

52、原理无线资源管理具体可分为：无线资源管理具体可分为：v功率控制（功率控制（Power Control）v切换控制（切换控制（Handoff Control）v接纳控制（接纳控制（Admission Control）v分组调度（分组调度（Packet Scheduling）v负载控制（负载控制（Load Control）这些功能一般是通过相应的算法来实现，其中接这些功能一般是通过相应的算法来实现，其中接纳控制、分组调度和负载控制面向网络，功率控纳控制、分组调度和负载控制面向网络，功率控制和切换控制面向某个连接。制和切换控制面向某个连接。 86Mobile Communication Theory

53、5.7 无线资源管理技术原理无线资源管理技术原理无线资源管理算法的基本模型图无线资源管理算法的基本模型图 87Mobile Communication Theory5.7 无线资源管理技术原理无线资源管理技术原理 上图给出了一个上图给出了一个CDMA蜂窝通信系统的无线资源蜂窝通信系统的无线资源管理算法的基本模型。管理算法的基本模型。l 当有新用户或切换用户发出呼叫请求时，基站首当有新用户或切换用户发出呼叫请求时，基站首先调用接纳控制算法，决定是否阻塞该呼叫，如先调用接纳控制算法，决定是否阻塞该呼叫，如果允许接纳该呼叫，则根据系统划分的业务类型果允许接纳该呼叫，则根据系统划分的业务类型将该请求添

54、入对应类别的请求队列中，同时为其将该请求添入对应类别的请求队列中，同时为其分配相应的缓冲队列存储其数据信息。分配相应的缓冲队列存储其数据信息。 l 而后，系统调用分组调度算法决定不同呼叫的服而后，系统调用分组调度算法决定不同呼叫的服务顺序，并为之分配发射功率和传输速率。务顺序，并为之分配发射功率和传输速率。 88Mobile Communication Theory5.7 无线资源管理技术原理无线资源管理技术原理l 对于电路交换的实时业务而言，分组调度算法蜕对于电路交换的实时业务而言，分组调度算法蜕化为功率控制算法，由功率控制算法计算不同用化为功率控制算法，由功率控制算法计算不同用户所需的发射

55、功率。户所需的发射功率。l 对于分组交换的非实时业务而言，分组调度算法对于分组交换的非实时业务而言，分组调度算法将决定不同用户分组的传输顺序、传输时间、传将决定不同用户分组的传输顺序、传输时间、传输速率与发射功率。输速率与发射功率。 89Mobile Communication Theory5.7 无线资源管理技术原理无线资源管理技术原理l 接纳控制接纳控制 接纳控制又称接入控制或呼叫准入控制。接纳控制又称接入控制或呼叫准入控制。接纳控制的基本思想是，在系统负荷为中或者较接纳控制的基本思想是，在系统负荷为中或者较高时，需要进行如下评估：建立一条新的链路会高时，需要进行如下评估：建立一条新的链路

56、会不会降低小区的覆盖范围？能不能保证该连接的不会降低小区的覆盖范围？能不能保证该连接的通信质量？如果不满足条件，则拒绝新呼叫请求通信质量？如果不满足条件，则拒绝新呼叫请求，从而保护已连接用户的通信质量。，从而保护已连接用户的通信质量。接纳控制模块在执行接纳控制功能时，还要保证接纳控制模块在执行接纳控制功能时，还要保证能预留一部分资源为切换进来的用户使用，同时能预留一部分资源为切换进来的用户使用，同时保证不中断本小区已建立的连接。保证不中断本小区已建立的连接。 90Mobile Communication Theory5.7 无线资源管理技术原理无线资源管理技术原理接纳控制常用的策略有：接纳控制

57、常用的策略有：门限策略：为了增加优先或无优先级类型的接入机会，门限策略是当系统满足某些条件时，人为或系统动态拒绝到达的某类服务请求，从而改善吞吐量。多层次策略：假定用户不能获得支持高QoS要求所需的必要资源，则可以通过通信协商来接受一个较低的QoS要求（需要较少的资源）的接入，而不是完全拒绝服务。重分配策略：假定系统不能为具有较高QoS要求的用户分配必须的无线资源，则可以降低一些已接入但优先级相对较低的用户的链路质量，或者减少分配给它的无线资源。 91Mobile Communication Theory5.7 无线资源管理技术原理无线资源管理技术原理接纳控制常用的策略有：接纳控制常用的策略有

58、：非交互策略：非交互算法主要使用不同的接收干扰或者发射功率门限值来判断是否允许用户接入；当测量小区干扰或发射功率过高，则接入被拒绝，否则允许该用户接入。交互式策略：交互算法逐渐增加请求接入用户的发射功率，直至最后成功接入。交互式接入策略用户与系统不断的交互信息，并且监视并预测用户如果被完全接入会对系统产生的影响。 这几种策略是完全独立的工作方式，经常是在一这几种策略是完全独立的工作方式，经常是在一种接纳控制算法中共同使用这几种策略，使接纳种接纳控制算法中共同使用这几种策略，使接纳控制模块更好的发挥其功能。控制模块更好的发挥其功能。 92Mobile Communication Theory无线

59、资源管理无线资源管理l 功率控制功率控制 功率控制的目标是：功率控制的主要目标是使得功率控制的目标是：功率控制的主要目标是使得所有移动台以恰好能满足信号目标能干比（所有移动台以恰好能满足信号目标能干比（CIR）要求的最低功率电平发送信号，以此降）要求的最低功率电平发送信号，以此降低整个系统的同频和邻频干扰，节省移动台的能低整个系统的同频和邻频干扰，节省移动台的能量消耗，同时使得基站接收到的本小区内的各个量消耗，同时使得基站接收到的本小区内的各个移动台的上行信号功率相同，从而克服移动台的上行信号功率相同，从而克服“远近效远近效应应”。在为每个用户提供可以接受的服务质量的。在为每个用户提供可以接受

60、的服务质量的同时减少其对其他用户的干扰。同时减少其对其他用户的干扰。CDMA小区系小区系统是干扰受限的，因此小区系统的容量在有效的统是干扰受限的，因此小区系统的容量在有效的功率控制下能达到最大。功率控制下能达到最大。 93Mobile Communication Theory5.7 无线资源管理技术原理无线资源管理技术原理l 切换控制切换控制 切换是一个重要的移动性管理功能，它是蜂窝系切换是一个重要的移动性管理功能，它是蜂窝系统所独有的功能，也是移动通信系统的一个关键统所独有的功能，也是移动通信系统的一个关键特征，直接影响整个系统的性能特征，直接影响整个系统的性能8。切换不仅。切换不仅要保证用