第5章蜂组网技术

1、第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术第第5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术 5.1移动通信网络的构成移动通信网络的构成 5.2多址接入技术多址接入技术 5.3多信道共用技术多信道共用技术 5.4移动通信中的信令移动通信中的信令 5.5移动管理技术移动管理技术 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术所谓大区制所谓大区制,就是在一个服务区内只有一个或几个基站，就是在一个服务区内只有一个或几个基站，由该基站负责整个移动通信网的联络与控制，如图由该基站负责整个移动通信网的联络与控制，如图5-1所示。所示。为了增大覆盖区半径，基站天线架设得很高，可达几十米为了增大覆盖区半径，基站天线架设得很高，可达几十米

2、至几百米；发射功率很大，一般为至几百米；发射功率很大，一般为50200w，实际覆盖半，实际覆盖半径为径为3050km。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术图5-1大区制移动通信示意图 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术大区制的优点是网络结构简单、成本低，一般将基站大区制的优点是网络结构简单、成本低，一般将基站的收发信设备与市话交换局连接起来，借助于很高的天线，的收发信设备与市话交换局连接起来，借助于很高的天线，为一个较大的服务区提供移动通信业务。为一个较大的服务区提供移动通信业务。一个大区制系统的基站频道数是有限的，容量不大，一个大区制系统的基站频道数是有限的，容量不大，不能满足用户数

3、目日益增加的需要，一般用户数只能达到不能满足用户数目日益增加的需要，一般用户数只能达到几十到几百个。大区制覆盖的移动通信方式只适用于中、几十到几百个。大区制覆盖的移动通信方式只适用于中、小城市等业务量不大的地区或专用移动通信业务。小城市等业务量不大的地区或专用移动通信业务。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术移动台发射功率的大小是决定大区制系统覆盖区大小移动台发射功率的大小是决定大区制系统覆盖区大小的重要因素，但移动台功率不可能很大，上行传输距离很的重要因素，但移动台功率不可能很大，上行传输距离很有限。上、下行增益差可达有限。上、下行增益差可达612db或更大，使平坦地区上、或更大，使平坦

4、地区上、下行传输距离差大于下行传输距离差大于1倍，从而限制了基站（倍，从而限制了基站（bs）与移动台）与移动台（ms）的互通距离，即所谓的上、下行传输不平衡问题。）的互通距离，即所谓的上、下行传输不平衡问题。要解决这一问题，应采取相应的技术措施，主要的措施有要解决这一问题，应采取相应的技术措施，主要的措施有以下几种：以下几种：（1）设置分集接收台。在业务区内的适当地点设立）设置分集接收台。在业务区内的适当地点设立分集接收台（分集接收台（rd），如图），如图5-1所示。位于远端移动台的发送所示。位于远端移动台的发送信号可以由就近的信号可以由就近的rd分集接收，放大后由有线或无线链路分集接收，放大

5、后由有线或无线链路传至基站。传至基站。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术（2）基站采用全向天线发射和定向天线接收，可以获）基站采用全向天线发射和定向天线接收，可以获得得810db的接收增益。的接收增益。（3）基站采用分集接收的天线配置方案。）基站采用分集接收的天线配置方案。（4）提高基站接收机的灵敏度。）提高基站接收机的灵敏度。（5）在大的覆盖区内，用同频转发器扫描盲区，整个）在大的覆盖区内，用同频转发器扫描盲区，整个系统都能使用相同的频道，盲区中的移动台也不必转换频系统都能使用相同的频道，盲区中的移动台也不必转换频道，工作简单。道，工作简单。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术大区

6、制的优点是系统组成简单，投资少，见效快。大大区制的优点是系统组成简单，投资少，见效快。大区制的设计和组网代表移动通信的一个发展阶段，容量小、区制的设计和组网代表移动通信的一个发展阶段，容量小、用户密度低的宏小区，以及大范围覆盖的专用集群移动通用户密度低的宏小区，以及大范围覆盖的专用集群移动通信系统等，都具有大区制移动通信网的技术特点。例如信系统等，都具有大区制移动通信网的技术特点。例如20世纪世纪40年代美国出现的公用汽车电话系统年代美国出现的公用汽车电话系统imts，就是一种，就是一种大区制系统。另外，目前的区域寻呼系统以及集群移动通大区制系统。另外，目前的区域寻呼系统以及集群移动通信系统等

7、也大多采用大区制的组网方式。信系统等也大多采用大区制的组网方式。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术当用户数很多时，话务量相应增大，需要提供很多频当用户数很多时，话务量相应增大，需要提供很多频道才能满足通话需要。为了增大服务面积，将一个移动通道才能满足通话需要。为了增大服务面积，将一个移动通信服务区划分成许多小区信服务区划分成许多小区(cell)，每个小区设立基站，与用，每个小区设立基站，与用户移动台之间建立通信，小区的覆盖半径较小，可从几百户移动台之间建立通信，小区的覆盖半径较小，可从几百米至几十千米。如果基站采用全向天线，覆盖区实际上是米至几十千米。如果基站采用全向天线，覆盖区实际上是

8、一个圆，但从理论上说，圆形小区邻接会出现多重覆盖或一个圆，但从理论上说，圆形小区邻接会出现多重覆盖或无覆盖。在进行服务区设计时，能有效覆盖整个平面区域无覆盖。在进行服务区设计时，能有效覆盖整个平面区域的实际上是圆的内接规则多边形，这样的规则多边形有正的实际上是圆的内接规则多边形，这样的规则多边形有正三角形、正方形、正六边形三种，如图三角形、正方形、正六边形三种，如图5-2所示。所示。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术对这三种图形进行比较可知，正六边形小区的中心距离最对这三种图形进行比较可知，正六边形小区的中心距离最大，覆盖面积也最大，重叠区面积最小，即对于同样大小大，覆盖面积也最大，重叠

9、区面积最小，即对于同样大小的服务区域，采用正六边形构成小区所需的小区数最少，的服务区域，采用正六边形构成小区所需的小区数最少，因此所需的频率组数也最少，所以用正六边形组网是最经因此所需的频率组数也最少，所以用正六边形组网是最经济的方式。应该说明，这种规则的小区图形仅仅具有理论济的方式。应该说明，这种规则的小区图形仅仅具有理论分析和设计意义，实际中的基站天线覆盖区不可能是规则分析和设计意义，实际中的基站天线覆盖区不可能是规则正六边形。我们把许多正六边形小区作为几何图形覆盖整正六边形。我们把许多正六边形小区作为几何图形覆盖整个服务区所构成的形状类似蜂窝的移动通信网称为小区制个服务区所构成的形状类似

10、蜂窝的移动通信网称为小区制蜂窝移动通信网或蜂窝网，图蜂窝移动通信网或蜂窝网，图5-3给出了一个蜂窝网的全展给出了一个蜂窝网的全展开图形。开图形。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术图图5-2小区的形状小区的形状(a)正三角形；正三角形；(b)正方形；正方形；(c)正六边形正六边形 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术图5-3蜂窝小区覆盖 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术在频分信道的蜂窝系统中，每个小区占有一定的频道，而在频分信道的蜂窝系统中，每个小区占有一定的频道，而且各个小区占用的频道是不相同的。假设每个小区分配一组载且各个小区占用的频道是不相同的。假设每个小区分配一组载波频率，

11、为避免相邻小区间产生干扰，各小区的载波频率不应波频率，为避免相邻小区间产生干扰，各小区的载波频率不应相同。但因为频率资源有限，当小区覆盖不断扩大而且小区数相同。但因为频率资源有限，当小区覆盖不断扩大而且小区数目不断增加时，将出现频率资源不足的问题。因此，为了提高目不断增加时，将出现频率资源不足的问题。因此，为了提高频率资源的利用率，用空间划分的方法，在不同的空间进行频频率资源的利用率，用空间划分的方法，在不同的空间进行频率复用，即将若干个小区组成一个区群或簇率复用，即将若干个小区组成一个区群或簇(cluster)，区群内，区群内不同的小区使用不同的频率，另一区群对应的小区可重复使用不同的小区使

12、用不同的频率，另一区群对应的小区可重复使用相同的频率。不同区群中的相同频率的小区之间将产生同频干相同的频率。不同区群中的相同频率的小区之间将产生同频干扰，但当两同频小区间距足够大时，同频干扰将不影响正常的扰，但当两同频小区间距足够大时，同频干扰将不影响正常的通信质量。通信质量。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术构成单元无线区群的基本条件是：构成单元无线区群的基本条件是：区群之间彼此邻区群之间彼此邻接且无空隙无重叠地覆盖整个面积；接且无空隙无重叠地覆盖整个面积；相邻单元中，同频相邻单元中，同频道小区之间的距离保持相等，且为最大。满足上述条件的道小区之间的距离保持相等，且为最大。满足上述条件

13、的区群形状和区群内的小区数不是任意的。可以证明，区群区群形状和区群内的小区数不是任意的。可以证明，区群内的小区数内的小区数n应满足下式：应满足下式：=2+2 （5.1）式中：式中： 和和 分别是相邻同频小区之间的二维距离（相隔的分别是相邻同频小区之间的二维距离（相隔的小区数），如图小区数），如图5-3所示。所示。 和和 为不能同时取为不能同时取0的正整数。由的正整数。由式（式（5.1)的计算可得到的计算可得到n为不同值时的正六边形蜂窝的区群为不同值时的正六边形蜂窝的区群结构结构,如图如图5-4所示。所示。第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术图5-4正六边形区群的构成 第第5 5章蜂窝组网技术

14、章蜂窝组网技术确定相邻区群同频小区的方法是：自某一小区确定相邻区群同频小区的方法是：自某一小区a出发，出发，先沿边的垂线方向跨越先沿边的垂线方向跨越 个小区，再按逆时针方向转个小区，再按逆时针方向转60，然后再跨越然后再跨越 个小区，这样就可找出同频小区个小区，这样就可找出同频小区a。在正六边。在正六边形的六个方向上，可以找到形的六个方向上，可以找到6个相邻的同频小区，如图个相邻的同频小区，如图5-3所所示。区群间同频复用距离可由下式计算：示。区群间同频复用距离可由下式计算： 03rndg（5.2） 式中:dg为同频复用小区之间的几何中心距离;n为区群内的小区数;r0为小区的辐射半径。可见，群

15、内小区数n越大，同频道小区距离就越远，抗同频干扰的性能也就越好。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术移动环境中对同频小区中心距离移动环境中对同频小区中心距离g有何要求呢？下面我有何要求呢？下面我们从同频干扰概念出发进行分析。我们对区群内对应的无们从同频干扰概念出发进行分析。我们对区群内对应的无线小区使用相同的频率，这势必会造成干扰信号与有用信线小区使用相同的频率，这势必会造成干扰信号与有用信号以相同的频率进入到接收机的通频带，造成同频干扰，号以相同的频率进入到接收机的通频带，造成同频干扰，而且这种干扰是无法消除的。在移动通信组网过程中，防而且这种干扰是无法消除的。在移动通信组网过程中，防止

16、同频道干扰的基本措施是通过基站站址的布局，使同频止同频道干扰的基本措施是通过基站站址的布局，使同频复用的小区之间保持足够的距离以及进行合理的设计和频复用的小区之间保持足够的距离以及进行合理的设计和频道配置，以满足同频道干扰保护比指标。道配置，以满足同频道干扰保护比指标。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术1）射频防护比）射频防护比为保证接收质量，接收机输入端的有用信号电平与同为保证接收质量，接收机输入端的有用信号电平与同频道干扰电平之比（频道干扰电平之比（s/i）必须大于某一个数值，这个数值）必须大于某一个数值，这个数值就称为射频防卫比（即同频干扰保护比）。它与调制制度、就称为射频防卫比（

17、即同频干扰保护比）。它与调制制度、可通率等因素有关。可通率等因素有关。第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术对于模拟蜂窝移动通信网，射频防护比指标规定如下：静态对于模拟蜂窝移动通信网，射频防护比指标规定如下：静态条件下（不考虑快衰落和慢衰落及其他各种干扰的影响），要达条件下（不考虑快衰落和慢衰落及其他各种干扰的影响），要达到三级语音质量，并且可通率为到三级语音质量，并且可通率为90时，射频防护比应大于或等时，射频防护比应大于或等于于8db；要达到四级语音质量，射频防护比应大于或等于；要达到四级语音质量，射频防护比应大于或等于12db。在动态条件下，则应在此基础上加上衰落和干扰余量。一般来说，在

18、动态条件下，则应在此基础上加上衰落和干扰余量。一般来说，对于三级语音质量，干扰保护比应取对于三级语音质量，干扰保护比应取25db左右；而对于四级语音左右；而对于四级语音质量，应取质量，应取30db左右。左右。对于数字蜂窝移动通信网，数字网情况下，因为采用先进的对于数字蜂窝移动通信网，数字网情况下，因为采用先进的语音编码技术以及调制技术等，与模拟系统相比，在语音质量和语音编码技术以及调制技术等，与模拟系统相比，在语音质量和可通率要求相同的情况下，所需的载干比可以降低，例如，对于可通率要求相同的情况下，所需的载干比可以降低，例如，对于gsm系统，在采用跳频时，干扰保护比取系统，在采用跳频时，干扰保

19、护比取9db，无跳频情况下取，无跳频情况下取11db就可以满足语音质量要求了。就可以满足语音质量要求了。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术2）同信道再用距离的计算）同信道再用距离的计算影响同频复用距离的因素有调制制度、电波传播特性、小影响同频复用距离的因素有调制制度、电波传播特性、小区半径、工作方式、可通率等。区半径、工作方式、可通率等。图图5-5给出了计算同频道复用距离的示意图。假设基站给出了计算同频道复用距离的示意图。假设基站a和和b使用相同的频道，移动台使用相同的频道，移动台m正在接收基站正在接收基站a发射的信号，发射的信号，由于基站天线高度大于移动台天线高度，因此当移动台由于基站

20、天线高度大于移动台天线高度，因此当移动台m处于处于小区边缘时，容易受到基站小区边缘时，容易受到基站b发射的同频信号的干扰。假若输发射的同频信号的干扰。假若输入到移动台接收机的有用信号与同频道干扰信号之比等于射频入到移动台接收机的有用信号与同频道干扰信号之比等于射频防护比，则防护比，则a、b两基站之间的距离就是同频道复用距离两基站之间的距离就是同频道复用距离d。图中，图中，ds为有用信号的传播距离，即小区半径为有用信号的传播距离，即小区半径0，i为干扰源为干扰源到被干扰移动台的距离。下面具体分析同频道复用距离到被干扰移动台的距离。下面具体分析同频道复用距离d与小与小区半径区半径0的关系。的关系。

21、 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术在第在第2章我们已经得到平面大地上电波传播损耗的计算章我们已经得到平面大地上电波传播损耗的计算公式。设干扰信号与有用信号的传播损耗中值分别用公式。设干扰信号与有用信号的传播损耗中值分别用i和和s表示，则由式（表示，则由式（2.10）可列出：）可列出： 12040lg20lg12040lg20lgiitrsstrldh hldh h（5.3）所以传播损耗之差为 40lg(db)iissdlld（5.4） 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术设基站设基站a和和b的发射功率均为的发射功率均为t，则移动台，则移动台m接收机的接收机的输入信号功率和同频干扰功率分

22、别为输入信号功率和同频干扰功率分别为 itstlpilps（5.5） 所以有 sillisis/（5.6） 将式（5.6）代入式（5.4）,可以得到 40/10issidd（5.7） 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术中心激励：基站设在小区的中央，由全方向性天线形中心激励：基站设在小区的中央，由全方向性天线形成圆形覆盖区，这就是所谓的中心激励方式，如图成圆形覆盖区，这就是所谓的中心激励方式，如图5-6（a）所示。所示。 图5-6两种激励方式 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上，每个基将基站设计在每个小区六边形的

23、三个顶点上，每个基站采用三副站采用三副120扇形覆盖的定向天线，分别覆盖三个相邻扇形覆盖的定向天线，分别覆盖三个相邻小区的各三分之一区域，每个小区由三副小区的各三分之一区域，每个小区由三副120扇形天线共扇形天线共同覆盖，这就是所谓的顶点激励方式，如图同覆盖，这就是所谓的顶点激励方式，如图5-6（b）所示。）所示。采用采用120定向天线后，所接收到的同频干扰功率仅为采用定向天线后，所接收到的同频干扰功率仅为采用全向天线系统的全向天线系统的13，因而可减少系统的同频干扰。另外，因而可减少系统的同频干扰。另外，在不同地点采用多副定向天线可消除小区内障碍物的阴影在不同地点采用多副定向天线可消除小区内

24、障碍物的阴影区。区。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术为了扩大系统容量，为了扩大系统容量，fdma系统和系统和cdma系统都使用系统都使用了扇区划分技术，其区别在于了扇区划分技术，其区别在于fdma的每个扇区使用不同的每个扇区使用不同的载频，的载频，cdma可以使用相同的载频。可以使用相同的载频。蜂窝系统中的同频干扰可以通过使用定向天线代替基蜂窝系统中的同频干扰可以通过使用定向天线代替基站中单独的一根全向天线来减小，其中每个定向天线辐射站中单独的一根全向天线来减小，其中每个定向天线辐射某一特定的扇区。由于使用了定向天线，小区将只接收同某一特定的扇区。由于使用了定向天线，小区将只接收同频小

25、区中一部分小区的干扰。这种使用定向天线来减小同频小区中一部分小区的干扰。这种使用定向天线来减小同频干扰，从而提高系统容量的技术叫做裂向。同频干扰减频干扰，从而提高系统容量的技术叫做裂向。同频干扰减小的因素决定于使用扇区的数目。通常将一个小的因素决定于使用扇区的数目。通常将一个fdma小区小区划分为划分为3个个120的扇区或是的扇区或是6个个60的扇区，如图的扇区，如图5-7(a)和和(b)所示。所示。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术图图5-7fdma小区扇区划分小区扇区划分（a）120裂向；（裂向；（b）60裂向裂向 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术fdma采用裂向技术以后，在某

26、个小区中使用的信道就采用裂向技术以后，在某个小区中使用的信道就分为分散的组，每组只在某个扇区中使用，如图分为分散的组，每组只在某个扇区中使用，如图5-7(a)和和(b)所示。例如，假设有一个所示。例如，假设有一个n=7小区复用情形，对于小区复用情形，对于120扇区，扇区，第一层第一层(包围该小区的小区群包围该小区的小区群)干扰源数目由干扰源数目由6下降到下降到2,这是因这是因为为1个扇区只能接收到个扇区只能接收到2个小区相应信道组的干扰。个小区相应信道组的干扰。fdma系统采用裂向方法会造成中继效率下降，话务量系统采用裂向方法会造成中继效率下降，话务量有所损失，所以一些运营商不用裂向方法。特别

27、是在密集的有所损失，所以一些运营商不用裂向方法。特别是在密集的市区，这些地方的定向天线模式在控制无线传播时往往失效。市区，这些地方的定向天线模式在控制无线传播时往往失效。由于裂向中每个基站使用不止一根天线，小区中的可用信道由于裂向中每个基站使用不止一根天线，小区中的可用信道必须进行划分并且对特定天线实行专用，这样就把可用的中必须进行划分并且对特定天线实行专用，这样就把可用的中继信道分为多个部分，从而降低了中继效率。继信道分为多个部分，从而降低了中继效率。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术cdma系统利用定向天线将小区分成几个扇区系统利用定向天线将小区分成几个扇区(典型的典型的是是120扇

28、形天线扇形天线)，每个扇区的基站仅接收来自确定方向的，每个扇区的基站仅接收来自确定方向的用户信号用户信号(约为约为1/3)，因为干扰也是，因为干扰也是1/3，理论上将系统容量，理论上将系统容量提高了提高了3倍，由于相邻天线覆盖区有重叠，实际为倍，由于相邻天线覆盖区有重叠，实际为2.55倍。倍。扇区的划分是与系统业务量相匹配的，业务量较高的地区扇区的划分是与系统业务量相匹配的，业务量较高的地区扇区划分得密集一些，这样可进一步提高系统效率。但是，扇区划分得密集一些，这样可进一步提高系统效率。但是，扇区数增加了，容量增加了，同时也增加了软切换的次数。扇区数增加了，容量增加了，同时也增加了软切换的次数

29、。因此，扇区的划分应根据实际话务情况决定。因此，扇区的划分应根据实际话务情况决定。扇区的划分技术和智能天线技术是有区别的，扇区的扇区的划分技术和智能天线技术是有区别的，扇区的划分采用确定覆盖角度的定向天线对准该覆盖角度服务区划分采用确定覆盖角度的定向天线对准该覆盖角度服务区的所有用户，而智能天线技术是在某定向天线的覆盖范围的所有用户，而智能天线技术是在某定向天线的覆盖范围内用天线赋形的波束对准跟踪该覆盖范围的每一个用户。内用天线赋形的波束对准跟踪该覆盖范围的每一个用户。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术在整个服务区中每个区的大小可以是相同的，分配给在整个服务区中每个区的大小可以是相同的，

30、分配给各小区的频道数目也相同，但这只能适应用户密度均匀的各小区的频道数目也相同，但这只能适应用户密度均匀的情况。然而，事实上服务区内的用户密度是不均匀的，例情况。然而，事实上服务区内的用户密度是不均匀的，例如闹市区的用户密度大，话务量急增；郊区的用户密度较如闹市区的用户密度大，话务量急增；郊区的用户密度较小，话务量也较小。随着城市建设的不断发展，原来的用小，话务量也较小。随着城市建设的不断发展，原来的用户低密度区可能已变成高密度区。为了适应这种情况，在户低密度区可能已变成高密度区。为了适应这种情况，在高用户密度的地区，应将小区面积划分得小一些，或将小高用户密度的地区，应将小区面积划分得小一些，

31、或将小区中基站全向覆盖改为定向覆盖，使每个小区所分配的频区中基站全向覆盖改为定向覆盖，使每个小区所分配的频道数增多，满足话务量增大的需要，这种技术称为小区分道数增多，满足话务量增大的需要，这种技术称为小区分裂。小区一般分为巨型区、宏小区、微小区、微微小区几裂。小区一般分为巨型区、宏小区、微小区、微微小区几类，具体指标见表类，具体指标见表5-1，各分类之间的关系如图，各分类之间的关系如图5-8所示。所示。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术 蜂窝类型 巨型区 宏小区(macro cell) 微小区(micro cell) 微微小区(pico cell) 蜂窝半径(km) 100500 35

32、1 0.05 终端移动速度(km/h) 1500 500 100 10 运行环境 所有 乡村郊区 市区 室内 业务量密度 低 低到中 中到高 高 适用系统 卫星 蜂窝 蜂窝/无绳 蜂窝/无绳 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术图5-8小区分类图 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术采用蜂窝小区分裂的方法，在有限的频率资源中通过采用蜂窝小区分裂的方法，在有限的频率资源中通过缩小同频复用距离使单位面积的频道数增多，系统容量增缩小同频复用距离使单位面积的频道数增多，系统容量增大。具体实施方法有两种：一是在原基站基础上采用方向大。具体实施方法有两种：一是在原基站基础上采用方向性天线将小区扇形化，

33、如图性天线将小区扇形化，如图5-9(a)、(b)和和(c)所示。一个全向所示。一个全向天线的小区可以分裂成天线的小区可以分裂成3个个120扇形小区、扇形小区、6个个60扇形小扇形小区、一个区、一个“三叶草三叶草”形无线区。二是将小区半径缩小并增形无线区。二是将小区半径缩小并增加新基站，如图加新基站，如图5-9(d)所示，方法是将原来较大的小区分所示，方法是将原来较大的小区分裂成裂成4个较小的小区，采用这种方法应将原基站天线高度适个较小的小区，采用这种方法应将原基站天线高度适当降低，发射功率减少，努力避免小区间的同频干扰。当降低，发射功率减少，努力避免小区间的同频干扰。第第5 5章蜂窝组网技术章

34、蜂窝组网技术图图5-9蜂窝小区的分裂方案蜂窝小区的分裂方案（a）1 3;（b）1 6;（c）三叶草；）三叶草；（d）增加新基站的分裂）增加新基站的分裂 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术移动通信的基本网络结构如图移动通信的基本网络结构如图5-13所示。基站通过传输所示。基站通过传输链路与移动交换机相连，交换机再与固定电信网络或其他链路与移动交换机相连，交换机再与固定电信网络或其他通信网相连，所以移动通信有以下两种通信链路：通信网相连，所以移动通信有以下两种通信链路：(1)移动移动用户用户基站基站交换机交换机其他网络其他网络其他用户其他用户;(2)移移动用户动用户基站基站交换机交换机基站基站

35、移动用户。移动用户。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术图5-13基本网络结构 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术基站与交换机之间、交换机与网络之间可采用有线链基站与交换机之间、交换机与网络之间可采用有线链路（如光纤、同轴电缆、双绞线等），也可采用无线链路路（如光纤、同轴电缆、双绞线等），也可采用无线链路（如微波链路）。这些链路上传输的数字信号形式通常为（如微波链路）。这些链路上传输的数字信号形式通常为pcm数字多路复用信号。数字多路复用信号。通常每个基站要同时支持通常每个基站要同时支持50路语音呼叫，每个交换机路语音呼叫，每个交换机可以支持近可以支持近100个基站，交换机到固定网络之

36、间需要个基站，交换机到固定网络之间需要5000个个话路的传输容量。话路的传输容量。移动通信网中使用的交换机通常称为移动交换中心移动通信网中使用的交换机通常称为移动交换中心（msc）。它与常规交换机的不同之处在于：）。它与常规交换机的不同之处在于：msc除了除了要完成常规交换机的所有功能外，还要负责移动性管理和要完成常规交换机的所有功能外，还要负责移动性管理和无线资源管理（包括越区切换、漫游、用户位置登记管理无线资源管理（包括越区切换、漫游、用户位置登记管理等）。等）。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术在蜂窝移动通信网中，为便于网络组织，将一个移动在蜂窝移动通信网中，为便于网络组织，将一个

37、移动通信网分为若干个服务区，每个服务区又分为若干个通信网分为若干个服务区，每个服务区又分为若干个msc区，每个区，每个msc区又分为若干个位置区，每个位置区由区又分为若干个位置区，每个位置区由若干个基站小区组成。一个移动通信网由多少个服务区或若干个基站小区组成。一个移动通信网由多少个服务区或多少个多少个msc区组成，取决于移动通信网所覆盖地域的用户区组成，取决于移动通信网所覆盖地域的用户密度和地形地貌等。多个服务区的网络结构如图密度和地形地貌等。多个服务区的网络结构如图5-14所示。所示。每个每个msc（包括移动电话端局和移动汇接局）要与本地的（包括移动电话端局和移动汇接局）要与本地的市话汇接

38、局、本地长途电话交换中心相连。市话汇接局、本地长途电话交换中心相连。msc之间需之间需互连互通才能构成一个功能完善的网络。互连互通才能构成一个功能完善的网络。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术图5-14多个服务区的网络结构 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术蜂窝系统是以信道来区分对象的，一个信道只能容纳蜂窝系统是以信道来区分对象的，一个信道只能容纳一个用户进行通话，许多同时通话的用户互相以信道来区一个用户进行通话，许多同时通话的用户互相以信道来区分，这就是多址。移动通信是一个多信道同时工作的系统，分，这就是多址。移动通信是一个多信道同时工作的系统，具有广播和大面积覆盖的特点。在电波覆

39、盖区内，如何建具有广播和大面积覆盖的特点。在电波覆盖区内，如何建立用户之间的无线信道的连接是多址接入方式的问题。解立用户之间的无线信道的连接是多址接入方式的问题。解决多址接入问题的方法即为多址接入技术。决多址接入问题的方法即为多址接入技术。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术图5-15 频分多址示意图第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术在单纯的在单纯的fdma系统中，通常采用频分双工（系统中，通常采用频分双工（fdd）的方式来实现双工通信，即接收频率和发送频率是不同的，的方式来实现双工通信，即接收频率和发送频率是不同的，收发要有一定的间隔（保护频带）

40、，此间隔必须大于一定收发要有一定的间隔（保护频带），此间隔必须大于一定的数值，例如，在的数值，例如，在800mhz和和900mhz频段，收发频率间隔频段，收发频率间隔通常为通常为45mhz。此外，在用户频道之间设有保护频隙。此外，在用户频道之间设有保护频隙g，以避免系统频率漂移造成频道间重叠。以避免系统频率漂移造成频道间重叠。fdma频道划分方频道划分方法如图法如图5-16所示。所示。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术图5-16fdma的频道划分方法 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术频分多址是以频率来区分信道的，多个频道在频率轴频分多址是以频率来区分信道的，多个频道在频率轴上严格分

41、开，但在时间和空间上是重叠的，此时，上严格分开，但在时间和空间上是重叠的，此时，“信道信道”一词的含义即为一词的含义即为“频道频道”。模拟信号和数字信号都可采用。模拟信号和数字信号都可采用频分多址方式传输。该方式有如下特点：频分多址方式传输。该方式有如下特点：（1）单路单载频。每个频道只传送一路业务信息，载）单路单载频。每个频道只传送一路业务信息，载频间隔必须满足业务信息传输带宽的要求。频间隔必须满足业务信息传输带宽的要求。（2）连续传输。系统分配给移动台和基站一对）连续传输。系统分配给移动台和基站一对fdma信道，它们利用此频道通信直到结束。信道，它们利用此频道通信直到结束。（3）是频道受限

42、和干扰受限的系统。主要干扰有邻道）是频道受限和干扰受限的系统。主要干扰有邻道干扰、互调干扰和同频干扰。干扰、互调干扰和同频干扰。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术（4）需要周密的频率计划，频率分配工作复杂。）需要周密的频率计划，频率分配工作复杂。（5）基站有多部不同频率的收发信机同时工作，基站）基站有多部不同频率的收发信机同时工作，基站的硬件配置取决于频率计划和频道配置。的硬件配置取决于频率计划和频道配置。（6）频率利用率低，系统容量小。）频率利用率低，系统容量小。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术fdma系统通常采用系统通常采用fdd工作方式，由于所有移动工作方式，由于所有移动台

43、均使用相同的接收和发送频段，因而移动台到移动台之台均使用相同的接收和发送频段，因而移动台到移动台之间不能直接通信，而必须经过基站中转。移动通信的频率间不能直接通信，而必须经过基站中转。移动通信的频率资源十分紧缺，不可能为每一个移动台预留一个信道，只资源十分紧缺，不可能为每一个移动台预留一个信道，只可能为每个基站配置好一组信道，供该基站所覆盖的区域可能为每个基站配置好一组信道，供该基站所覆盖的区域（称为小区）内的所有移动台共用，即多信道共用问题。（称为小区）内的所有移动台共用，即多信道共用问题。关于多信道共用的问题我们将稍后讨论。关于多信道共用的问题我们将稍后讨论。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂

44、窝组网技术5.2.2时分多址时分多址(tdma)1.时分多址的原理时分多址的原理时分多址是以时隙时分多址是以时隙(时间间隔时间间隔)来区分信道的。在无线信道上，来区分信道的。在无线信道上，把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙（无论帧把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的），然后根据一定的时隙分配原则，使各或时隙都是互不重叠的），然后根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发送信号，在满足定个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动台的时和同步的条件下，基

45、站可以分别在各时隙中接收到各移动台的信号而不混扰。同时基站发向多个移动台的信号都按顺序安排在信号而不混扰。同时基站发向多个移动台的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收就能在合预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收就能在合路的信号中把发给它的信号区分出来。图路的信号中把发给它的信号区分出来。图5-17是是tdma通信通信系统的工作示意图，图中只画出了移动台到基站传输时信号占用系统的工作示意图，图中只画出了移动台到基站传输时信号占用时隙的情况。时隙的情况。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术图5-17tdma通信系统的工作示意图 第第5 5章蜂窝组网技术

46、章蜂窝组网技术时分多址方式中，时间轴上按时隙严格分割，时隙间时分多址方式中，时间轴上按时隙严格分割，时隙间设有保护时间，但在频率轴上是重叠的，此时，设有保护时间，但在频率轴上是重叠的，此时，“信道信道”一词的含义为一词的含义为“时隙时隙”。时分多址只能传送数字信息，语。时分多址只能传送数字信息，语音必须先进行模音必须先进行模/数变换，再送到调制器对载波进行调制，数变换，再送到调制器对载波进行调制，然后以突发信号的形式发送出去。不同的系统复用路数可然后以突发信号的形式发送出去。不同的系统复用路数可以不同。和以不同。和fdma通信系统相比，通信系统相比，tdma通信系统主要通信系统主要有以下几方面

47、的特点：有以下几方面的特点：（1）以每一时隙为一个话路的数字信号传输。）以每一时隙为一个话路的数字信号传输。n个时个时分信道共用一个载波，占据相同的带宽，只需一部收发信分信道共用一个载波，占据相同的带宽，只需一部收发信机。机。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术（2）各移动台发送的是周期性信号，而基站发送的是）各移动台发送的是周期性信号，而基站发送的是时分复用时分复用(tdm)信号，发射信号的速率随时隙数的增大而信号，发射信号的速率随时隙数的增大而提高。提高。（3）抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大。）抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大。（4）因为移动台只在指定的时隙中接收基站发给

48、它的）因为移动台只在指定的时隙中接收基站发给它的信息，因而在一帧的其他时隙中，可以测量其他基站发送信息，因而在一帧的其他时隙中，可以测量其他基站发送的信号强度，或检测网络系统发送的广播信息和控制信息，的信号强度，或检测网络系统发送的广播信息和控制信息，这对于加强通信网络的控制功能和保证移动台的越区切换这对于加强通信网络的控制功能和保证移动台的越区切换都是有利的。都是有利的。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术（5）tdma系统不存在频率分配问题，对时隙的动态系统不存在频率分配问题，对时隙的动态管理和动态分配通常要比对频率的管理和分配简单而经济。管理和动态分配通常要比对频率的管理和分配简单而

49、经济。如果采用语音检测技术，实现有语音时分配时隙，无语音如果采用语音检测技术，实现有语音时分配时隙，无语音时不分配时隙，还有利于提高系统容量。时不分配时隙，还有利于提高系统容量。（6）tdma系统必须有精确的定时和同步功能，保证系统必须有精确的定时和同步功能，保证各移动台发送的信号不会在基站发生重叠或混淆，并且能各移动台发送的信号不会在基站发生重叠或混淆，并且能准确地在指定的时隙中接收基站发给它的信号。同步技术准确地在指定的时隙中接收基站发给它的信号。同步技术是是tdma系统正常工作的重要保证，往往也是比较复杂系统正常工作的重要保证，往往也是比较复杂的技术难题。的技术难题。 第第5 5章蜂窝组

50、网技术章蜂窝组网技术不同通信系统的帧长度和帧结构通常是不一样的。不同通信系统的帧长度和帧结构通常是不一样的。tdma蜂窝式通信网络所用的时帧长度一般在几毫秒到蜂窝式通信网络所用的时帧长度一般在几毫秒到几十毫秒的范围内。时帧结构和通信系统的双工方式有关。几十毫秒的范围内。时帧结构和通信系统的双工方式有关。采用频分双工（采用频分双工（fdd）时，基站（或移动台）的收发设备）时，基站（或移动台）的收发设备要在两个不同的频率上工作，而且这两个频率之间要有足要在两个不同的频率上工作，而且这两个频率之间要有足够的保护间隔。通常基站在高频率发射，在低频率接收，够的保护间隔。通常基站在高频率发射，在低频率接收

51、，而移动台在低频率发射，在高频率接收。对于这样的双工而移动台在低频率发射，在高频率接收。对于这样的双工方式，其帧结构如图方式，其帧结构如图5-18所示。所示。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术图5-18频分双工的帧结构示意图 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术采用时分双工（采用时分双工（tdd）时，基站（或移动台）的收时，基站（或移动台）的收发设备均在同一频率上工作，因而同一部电台的发射机和发设备均在同一频率上工作，因而同一部电台的发射机和接收机只有用轮流工作的办法，才能实现双工通信。比如，接收机只有用轮流工作的办法，才能实现双工通信。比如，把帧中的时隙分成两部分，前一部分由基站向移

52、动台发送把帧中的时隙分成两部分，前一部分由基站向移动台发送（移动台接收），后一部分由移动台向基站发送（基站接（移动台接收），后一部分由移动台向基站发送（基站接收），如此交替地转换，即可实现双工通信。按这种办法收），如此交替地转换，即可实现双工通信。按这种办法构成的帧结构如图构成的帧结构如图5-19所示。所示。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术图5-19时分双工结构示意图 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术不同系统所采用的时隙结构存在很大的差异，即使同不同系统所采用的时隙结构存在很大的差异，即使同一个系统中，不同传输方向（正向与反向）上的时隙结构一个系统中，不同传输方向（正向与反向）上

53、的时隙结构也可能不尽相同。实际上，不可能规定一种通用的时隙格也可能不尽相同。实际上，不可能规定一种通用的时隙格式来适应各种系统的需要。式来适应各种系统的需要。有的系统因为设置了专用控制信道，其传输业务信息有的系统因为设置了专用控制信道，其传输业务信息的时隙与传输控制信息的时隙可以分别考虑。有的系统因的时隙与传输控制信息的时隙可以分别考虑。有的系统因为没有设置专用控制信道，其时隙除传输业务信息外，通为没有设置专用控制信道，其时隙除传输业务信息外，通常还要插入相应的控制信息。即使在设置专用控制信道的常还要插入相应的控制信息。即使在设置专用控制信道的系统中，为了对移动台进行实时可靠的控制，也会在业务

54、系统中，为了对移动台进行实时可靠的控制，也会在业务信道中插入一定的控制信息。信道中插入一定的控制信息。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术有些系统在每一时隙内均插入一定数量的同步信息，有些系统在每一时隙内均插入一定数量的同步信息，供比特同步用。也有的系统在每一时隙前面设置一个同步供比特同步用。也有的系统在每一时隙前面设置一个同步码（时隙头），供时隙同步用。码（时隙头），供时隙同步用。在各种通信系统中，时隙内均包含各自的标志符号。在各种通信系统中，时隙内均包含各自的标志符号。这些标志符号可以不止一种，可以有不同的用途，也常常这些标志符号可以不止一种，可以有不同的用途，也常常采用不同的名称。有

55、的是为了区分基站的身份；有的是为采用不同的名称。有的是为了区分基站的身份；有的是为了标明该时隙在帧中的位置，防止接收机同步时，错误地了标明该时隙在帧中的位置，防止接收机同步时，错误地锁定到别的时隙上；有的只是区分业务信息的类型等。锁定到别的时隙上；有的只是区分业务信息的类型等。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术在移动通信中，信号的传播存在着随机时延。由于移在移动通信中，信号的传播存在着随机时延。由于移动台的位置在通信网内是随机分布的，也是经常变化的，动台的位置在通信网内是随机分布的，也是经常变化的，因此移动台和基站之间的距离是一个随机变量。通信距离因此移动台和基站之间的距离是一个随机变量

56、。通信距离的不同，使得信号的传播时延也不同。因而，即使移动台的不同，使得信号的传播时延也不同。因而，即使移动台与基站的时钟都非常精确，信号到达对方接收机时，也不与基站的时钟都非常精确，信号到达对方接收机时，也不可能完全准确地落入对方的时隙。为了防止不同时隙的信可能完全准确地落入对方的时隙。为了防止不同时隙的信号因为时延差不同而在相邻时隙发生交叠，通常在时隙末号因为时延差不同而在相邻时隙发生交叠，通常在时隙末尾（或开头）设置一定的保护时间。此保护时间对移动台尾（或开头）设置一定的保护时间。此保护时间对移动台向基站传输信息的时隙来说是不可缺少的。保护时间的大向基站传输信息的时隙来说是不可缺少的。保

57、护时间的大小可以根据最大通信距离估算出来。在保护时间内不发送小可以根据最大通信距离估算出来。在保护时间内不发送信息。信息。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术在移动信道进行数据传输时，如果信息的传输速率高在移动信道进行数据传输时，如果信息的传输速率高到一定程度，则因为多径传播引起的码间干扰会使系统的到一定程度，则因为多径传播引起的码间干扰会使系统的误比特率增大。在这种情况下，接收机通常要采用自适应误比特率增大。在这种情况下，接收机通常要采用自适应均衡技术，以减少这种码间干扰的影响。所以，有些通信均衡技术，以减少这种码间干扰的影响。所以，有些通信系统常常在各个时隙中包含自适应均衡所需要的训练

58、序列。系统常常在各个时隙中包含自适应均衡所需要的训练序列。图图5-20是一种时隙结构的示意图，该图只说明了时隙结是一种时隙结构的示意图，该图只说明了时隙结构的基本形式，并没有考虑不同系统在不同使用场合下的构的基本形式，并没有考虑不同系统在不同使用场合下的特殊要求。特殊要求。 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术图5-20tdma系统的时隙结构示意图 第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术3.时分多址通信系统的同步和定时时分多址通信系统的同步和定时同步和定时是同步和定时是tdma移动通信系统正常工作的前题。因移动通信系统正常工作的前题。因为通信双方只允许在规定的时隙中发送信号和接收信号，所以必

59、为通信双方只允许在规定的时隙中发送信号和接收信号，所以必须在严格的帧同步、时隙同步和比特（位）同步的条件下进行工须在严格的帧同步、时隙同步和比特（位）同步的条件下进行工作，如果通信设备采用相干检测，则接收机还必须获得载波同步。作，如果通信设备采用相干检测，则接收机还必须获得载波同步。（1）位同步是接收机正确解调的基础。在移动通信系统中，）位同步是接收机正确解调的基础。在移动通信系统中，用于传输位同步信息的方法有两种：一种是用专门的信道传输；用于传输位同步信息的方法有两种：一种是用专门的信道传输；另一种是插入业务信道中传输，比如在每一个时隙的前面发送一另一种是插入业务信道中传输，比如在每一个时隙

60、的前面发送一段段“0”、“1”交替的信号作为位同步信息。此外，在有些通信系交替的信号作为位同步信息。此外，在有些通信系统中，位同步信息是从其数字信号中提取的，用这种办法可以不统中，位同步信息是从其数字信号中提取的，用这种办法可以不再发送专门的位同步信息，但考虑到再发送专门的位同步信息，但考虑到tdma通信系统是按时隙以通信系统是按时隙以猝发方式传输信号的，为了迅速、准确而可靠地获得位同步信息，猝发方式传输信号的，为了迅速、准确而可靠地获得位同步信息，不宜采用这种方法。不宜采用这种方法。第第5 5章蜂窝组网技术章蜂窝组网技术由于信号在移动环境中传输时，经常受到干扰、噪声由于信号在移动环境中传输时