第3章移动通信的关键技术

1、第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术2.1 组网技术组网技术2.2 编码技术编码技术 2.3 多址接入技术多址接入技术 2.4 调制技术调制技术 2.5 均衡和分集技术均衡和分集技术 2.6 天线技术天线技术第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术2.1 移动通信的组网技术移动通信的组网技术要实现移动用户在大范围内进行有序的通信，要实现移动用户在大范围内进行有序的通信，就必须解决组网过程中的一系列技术问题。下面主就必须解决组网过程中的一系列技术问题。下面主要介绍移动通信的要介绍移动通信的组网

2、方式、正六边形无线区群结组网方式、正六边形无线区群结构、多信道共用技术构、多信道共用技术等内容。等内容。第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术2.1.1 组网方式组网方式根据服务区覆盖方式的不同，可将移动通信网根据服务区覆盖方式的不同，可将移动通信网分为大区制和小区制。分为大区制和小区制。1大区制大区制移动通信网移动通信网大区制是指在一个服务区大区制是指在一个服务区(如一个城市或地区如一个城市或地区)只设置一个基站只设置一个基站(Base Station，BS)，并由它负责移，并由它负责移动通信网的联络和控制。动通信网的联络和控制。第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂

3、窝移动通信的关键技术大区制移动通信示意图大区制移动通信示意图 第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术TRXTX:1025WMS覆盖半径覆盖半径 252545km45km30200mTX:25TX:25200W200WTRXBS制制第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术 系统及控制简单系统及控制简单 容量小容量小 例：设大区制系统共有例：设大区制系统共有1212个频道（信道个频道（信道chch：channelchannel），），每信道可容纳每信道可容纳1010个移动用户，求系统用户容量。个移动用户，求系统用户容量。 解：解： 系统容量系统容量=12(

4、ch)=12(ch)10(10(用户用户/ch) =120/ch) =120个用户个用户第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术大区制的主要大区制的主要优点优点是：是： 建网简单、投资少、见效快，在用户数较少的建网简单、投资少、见效快，在用户数较少的地域非常合适。地域非常合适。 缺点：缺点：服务区内的所有频率均不能重复使用，服务区内的所有频率均不能重复使用，因而频谱利用率及用户数都受到了限制。因而频谱利用率及用户数都受到了限制。第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术 为了满足用户不断增长的需求，在频率为了满足用户不断增长的需求，在频率有限的条件下，必须

5、采用有限的条件下，必须采用小区制小区制的组网方式。的组网方式。第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术2小区制小区制移动通信网移动通信网小区制就是把整个服务区域划分为若干个无线小区制就是把整个服务区域划分为若干个无线小区，每个无线小区中分别设置一个基站，负责本小区，每个无线小区中分别设置一个基站，负责本小区移动通信的联络和控制。同时还要在几个小区小区移动通信的联络和控制。同时还要在几个小区间设置移动业务交换中心间设置移动业务交换中心(MSC)。移动业务交换中。移动业务交换中心统一控制各小区之间用户的通信接续，以及移动心统一控制各小区之间用户的通信接续，以及移动用户与市话网的

6、联系。例如，将大区制图的服务区用户与市话网的联系。例如，将大区制图的服务区域一分为五，如图所示。域一分为五，如图所示。第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术小区制移动通信示意图小区制移动通信示意图 第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术小区制的小区制的核心思想核心思想是：用许多小功率的发射机（小是：用许多小功率的发射机（小覆盖区）来代替单个的大功率发射机，每一个小覆覆盖区）来代替单个的大功率发射机，每一个小覆盖区只提供服务范围内的一小部分覆盖。盖区只提供服务范围内的一小部分覆盖。第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术 例：设信道

7、总数为例：设信道总数为1212个（同大区制），个（同大区制），4 4个小区为个小区为1 1区群，共区群，共100100个区群，每信道容纳个区群，每信道容纳1010个用户个用户, ,求系求系统用户容量。统用户容量。 解：解： 每组信道数每组信道数12ch/412ch/43ch3ch 小区容量小区容量3ch3ch1010用户用户/ch/ch3030用户用户 每区群容量每区群容量4 43030120120用户（用户（= =原大区原大区制容量制容量120120用户）用户） 总容量总容量1001001201201200012000用户用户第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术图中每

8、个小区各设一个小功率基站图中每个小区各设一个小功率基站(BS1BS5)，发射，发射机的输出功率一般为机的输出功率一般为510 W，覆盖半径一般为，覆盖半径一般为220 km。可给每个小区分配不同的频率，但这样需要大量的频率资可给每个小区分配不同的频率，但这样需要大量的频率资源，且频谱利用率降低。为了提高频谱利用率，需将相同源，且频谱利用率降低。为了提高频谱利用率，需将相同的频率在相隔一定距离的小区中重复使用，例如小区的频率在相隔一定距离的小区中重复使用，例如小区1与小与小区区4、小区、小区2与小区与小区3就可以使用相同的频率而不会产生严重就可以使用相同的频率而不会产生严重的干扰。在一个较大的服

9、务区中，同一组信道可以多次重的干扰。在一个较大的服务区中，同一组信道可以多次重复使用，这种技术称为复使用，这种技术称为同频复用同频复用。此外，随着用户数目的。此外，随着用户数目的增多，小区还可以进一步划小，即实现增多，小区还可以进一步划小，即实现“小区分裂小区分裂”，以，以适应用户数的增加。适应用户数的增加。第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术采用小区制最大的采用小区制最大的优点优点是有效地解决了频道数量有限是有效地解决了频道数量有限和用户数增大之间的矛盾。其次是由于基站功率减小，也和用户数增大之间的矛盾。其次是由于基站功率减小，也使相互之间的干扰减小了。所以，公用移动

10、电话网均采用使相互之间的干扰减小了。所以，公用移动电话网均采用这种体制。这种体制。在这种体制中，从一个小区到另一个小区通话，移动在这种体制中，从一个小区到另一个小区通话，移动台需要经常更换工作频道，这样对控制交换功能的要求提台需要经常更换工作频道，这样对控制交换功能的要求提高了，加上基站的数目增多，建网的成本增加，所以小区高了，加上基站的数目增多，建网的成本增加，所以小区范围不宜过小，要综合考虑而定。范围不宜过小，要综合考虑而定。第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术1 1、带状网、带状网 带状网主要用于覆盖公路、铁路和海岸等。带状网主要用于覆盖公路、铁路和海岸等。 基站

11、天线若用全向辐射，覆盖区形状是圆形；采用基站天线若用全向辐射，覆盖区形状是圆形；采用有向天线，则使每个小区呈扁圆形。有向天线，则使每个小区呈扁圆形。 小区制移动通信网的地域覆盖小区制移动通信网的地域覆盖 A 铁铁路路 小区小区 B A B (a) 小区小区 河河道道 A B C (b) 第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术 带状网可进行频率复用。若以采用不同信道的带状网可进行频率复用。若以采用不同信道的两个小区组成一个区群，称为双频制。若以采用不两个小区组成一个区群，称为双频制。若以采用不同信道的三个小区组成一个区群，称为三频制。从同信道的三个小区组成一个区群，称为三频

12、制。从造价和频率资源的利用而言，当然双频制最好；但造价和频率资源的利用而言，当然双频制最好；但从抗同频干扰而言，双频制最差，还应考虑多频制。从抗同频干扰而言，双频制最差，还应考虑多频制。 A 铁铁路路 小区小区 B A B (a) 小区小区 河河道道 A B C (b) 第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术 2. 面状服务区面状服务区 (1). 小区形状小区形状 确定确定小区形状的准则小区形状的准则： 无空隙覆盖全部服务区。无空隙覆盖全部服务区。 在服务区总面积相同时，小区（在服务区总面积相同时，小区（BS）数最少，）数最少，系统最经济。系统最经济。第第2 2章章 蜂窝

13、移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术 满足准则满足准则 的小区形状有如下三种：的小区形状有如下三种： 虚线虚线 ：小区形状：小区形状 ：BS圆形圆形 ：BS辐射覆盖区域；辐射覆盖区域；r 为辐射半径。为辐射半径。正三角形正三角形正方形正方形正六边形正六边形 rrr第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术 满足准则满足准则 的小区为正六边形：的小区为正六边形： 因为正六边形最接近圆形因为正六边形最接近圆形(BS辐射区辐射区)，重叠小，重叠小，在服务区总面积相同时，小区数最少。在服务区总面积相同时，小区数最少。 正六边形构成的区域复盖形同蜂窝，故称为正六边形构成的区域复盖形

14、同蜂窝，故称为蜂窝蜂窝网网。 第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术通过表通过表2.1的比较结果可以看出，正六边形小区的中心的比较结果可以看出，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，即对于同样大小的服务区域，采用正六边形构成小区所需的小区数样大小的服务区域，采用正六边形构成小区所需的小区数最少，从而所需的频率个数也最少，因此采用正六边形组最少，从而所需的频率个数也最少，因此采用正六边形组网是最经济的方式。正六边形构成的网络形同蜂窝，因此网是最

15、经济的方式。正六边形构成的网络形同蜂窝，因此把小区形状为六边形的小区制移动通信称为把小区形状为六边形的小区制移动通信称为移动蜂窝网移动蜂窝网。基于蜂窝状的小区制是目前公共移动通信网的主要覆盖方基于蜂窝状的小区制是目前公共移动通信网的主要覆盖方式。式。第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术2.1.2 小区制的组网技术小区制的组网技术 1.信道复用技术信道复用技术信道复用技术信道复用技术：相邻小区不使用相同的信道：相邻小区不使用相同的信道组，但相隔几个小区间隔的不相邻小区可以组，但相隔几个小区间隔的不相邻小区可以重复使用同一组信道。重复使用同一组信道。区群区群：不使用同一组信

16、道的若干个相邻小区：不使用同一组信道的若干个相邻小区就组成了一个区群。就组成了一个区群。第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术ABCDEGFABCDEGFABCDEGFABCDEGF第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术区群的构成应满足区群的构成应满足两个条件两个条件： 无线区群之间彼此邻接并且无空隙地无线区群之间彼此邻接并且无空隙地覆盖整个面积；覆盖整个面积； 相邻无线区群中，同频小区之间的距相邻无线区群中，同频小区之间的距离相等且为最大离相等且为最大。第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术满足上述两个条件的区群形状和区群个数

17、不是满足上述两个条件的区群形状和区群个数不是任意的。可以证明，区群内的小区数满足下式：任意的。可以证明，区群内的小区数满足下式：abbaK22式中：式中：a、b均为正整数，且不同时为均为正整数，且不同时为0。a、b取不同值代入取不同值代入可确定可确定K=3，4，7，9，12，13，16，19，21，。不同区群内不同区群内同频小区之间最小距离同频小区之间最小距离为，其中为，其中K为为区群内小区数量，区群内小区数量，R为小区辐射半径。为小区辐射半径。KRD3第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术K=3, b=1a=1K=4, b=2a=0K=7, b=2a=1第第2 2章章

18、蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术2激励方式激励方式移动通信网中各小区的基站可以设置在小区的不同的移动通信网中各小区的基站可以设置在小区的不同的两个位置上，因此就产生了两种不同的激励方式。两个位置上，因此就产生了两种不同的激励方式。(1) 中心激励：基站设置在小区的中央，采用全向天线中心激励：基站设置在小区的中央，采用全向天线实现无限区的覆盖，如图实现无限区的覆盖，如图(a)所示。所示。(2) 顶点激励：基站设置在每个小区相间的三个顶点上，顶点激励：基站设置在每个小区相间的三个顶点上，并采用三个互成并采用三个互成120扇形覆盖的定向天线，分别覆盖三个扇形覆盖的定向天线，分别覆盖三个相

19、邻小区的各相邻小区的各1/3区域，每个小区由三幅区域，每个小区由三幅120扇形天线共同扇形天线共同覆盖，如图覆盖，如图(b)所示。所示。第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术无线小区的两种激励方式(a) 中心激励；(b) 顶点激励第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术3. 无线小区模型的确定无线小区模型的确定 目前目前GSM网络广泛采用的无线小区模型有网络广泛采用的无线小区模型有43复用方式和复用方式和33复用方式等。复用方式等。 43复用方式：复用方式：每每4个基站为一区群，每个基站分个基站为一区群，每个基站分成成3个个120扇区，共需扇区，共需1

20、2组频率。组频率。第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术4. 直放站技术直放站技术 在组网时，出于经费或地形地物等方面的考虑，会出现在组网时，出于经费或地形地物等方面的考虑，会出现无线电波覆盖不到的地区，称之为盲区或死区，如图所示。无线电波覆盖不到的地区，称之为盲区或死区，如图所示。为了实现整个服务区内的通信，使死区变活，消除盲区，通为了实现整个服务区内的通信，使死区变活，消除盲区，通常在适当的地方建立直放站，以沟通盲区和死区内的移动台常在适当的地方建立直放站，以沟通盲区和死区内的移动台与基站之间的通信。与基站之间的通信。第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信

21、的关键技术第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术5. 多信道共用技术多信道共用技术所谓多信道共用，就是指移动通信网内的大量所谓多信道共用，就是指移动通信网内的大量用户共享若干无线信道用户共享若干无线信道(频率、时隙、码型频率、时隙、码型)，这与，这与市话用户共享中继线相类似。这种占用信道的方式市话用户共享中继线相类似。这种占用信道的方式相对于独立信道来说，可以显著提高信道利用率。相对于独立信道来说，可以显著提高信道利用率。第第2 2章章 蜂窝移动通信的关键技术蜂窝移动通信的关键技术例如，一个无线小区有例如，一个无线小区有10个信道，个信道，110个用户，用户也个用户，用户也分成分成10组，每组，每11个用户被指定一个信道，不同的信道内的个用户被指定一个信道，不同的信道内的用户不能互换信道，如图用户不能互换信道，如图(a)所示。这就是所示。这就是独立信道方式。独立信道方式。在这种情况下，只要有一个用户占用了本组内的信道，同在这种情况下，只要有一个用户占用了本组内的信道，同组的其余组的其余10个用户均不能再占用了，在它通话结束前，这个用户均不能再占用了，在它通话结束前，这10个用户