移动通信主要技术

1、120222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术220222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二多址技术多址技术3.2编码及交织技术编码及交织技术3.33.4分集技术分集技术3.5数字调制技术数字调制技术3.1蜂窝技术蜂窝技术320222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.1 蜂窝技术蜂窝技术3.1.1 蜂窝的概念蜂窝的概念3.1.2 切换切换3.1.3 频率复用频率复用第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术420222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.1.1 蜂窝的概念蜂窝的概念发展历程：发展历程：（

2、1）20世纪世纪6070年代蜂窝的概念是首先由年代蜂窝的概念是首先由Bell实实验室提出；验室提出；（2）1978年年Bell实验室研制成功了采用蜂窝进行网实验室研制成功了采用蜂窝进行网络覆盖的络覆盖的AMPS系统，该系统于系统，该系统于1983年首先在美国芝年首先在美国芝加哥商用，加哥商用，1G系统中的系统中的TACS也采用蜂窝系统；也采用蜂窝系统；（3）2G、3G系统均采用了蜂窝结构进行网络覆盖；系统均采用了蜂窝结构进行网络覆盖；（4）以上通信系统统称为蜂窝移动通信系统。）以上通信系统统称为蜂窝移动通信系统。 第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术520222022年年7 7月月

3、5 5日星期二日星期二3.1.1 蜂窝的概念蜂窝的概念1区域覆盖的发展区域覆盖的发展 （1）大区制）大区制 功率：功率： 50200W 天线：很高的天线（天线：很高的天线（30m） 优点：优点： 覆盖范围大；覆盖范围大； 网络结构简单网络结构简单; 无需移动交换机无需移动交换机 缺点：缺点： 服务性能较差服务性能较差; 频谱利用率低频谱利用率低; 用户容量用户容量第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术620222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.1.1 蜂窝的概念蜂窝的概念（2）小区制）小区制 基本思想：基本思想： 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是

4、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（大覆盖区），每个小功率发射机只提供服务范围内的一小射机（大覆盖区），每个小功率发射机只提供服务范围内的一小部分覆盖。部分覆盖。 覆盖方式：覆盖方式： 带状服务覆盖区：主要用于覆盖公路、铁路、海岸等带状服务覆盖区：主要用于覆盖公路、铁路、海岸等 面状服务覆盖区：主要用于覆盖较大区域的平面，在平面区域面状服务覆盖区：主要用于覆盖较大区域的平面，在平面区域内划分小区，组成的网络称为蜂窝网。内划分小区，组成的网络称为蜂窝网。 优点：优点： 解决频谱利用率低和用户容量有限问题。解决频谱利用率低和用户容量有限问题。720222022年年7 7月月5

5、 5日星期二日星期二图示图示 带状小区带状小区第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术820222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.1.1 蜂窝的概念蜂窝的概念2蜂窝小区的形状蜂窝小区的形状 蜂窝小区就是一个基站所覆盖的有效面积。蜂窝小区就是一个基站所覆盖的有效面积。 实际形状实际形状 由于无线电波传播受地形地貌的影响，它的形状是不由于无线电波传播受地形地貌的影响，它的形状是不规则的，如图规则的，如图3-1a。a. a. 蜂窝小区实际形状蜂窝小区实际形状920222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二 理想情况理想情况 如果不考虑地形地物的影响且采用全向天线，那么如果

6、不考虑地形地物的影响且采用全向天线，那么蜂窝小区的形状就是一个圆，如图蜂窝小区的形状就是一个圆，如图3-1b。 为了不留空隙地覆盖整个平面的服务区，为了不留空隙地覆盖整个平面的服务区， 一个个圆一个个圆形辐射区之间一定含有很多的交叠。形辐射区之间一定含有很多的交叠。 b. b. 理想化小区理想化小区第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术1020222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.1.1 蜂窝的概念蜂窝的概念不考虑交叠，实际上每个小区的有效覆盖区域是一个多边不考虑交叠，实际上每个小区的有效覆盖区域是一个多边形。形。根据交叠情况不同，有效覆盖区可为正三角形、正方形或根据交

7、叠情况不同，有效覆盖区可为正三角形、正方形或正六边形，正六边形， 小区形状如图小区形状如图 3-1c 所示。所示。比较三种多边形，正六边形的小区面积最大，交叠面积最比较三种多边形，正六边形的小区面积最大，交叠面积最小，这就意味着在服务区面积一定的情况下，正六边形的小，这就意味着在服务区面积一定的情况下，正六边形的覆盖需要最少的小区数目，即最少基站，费用也是最少。覆盖需要最少的小区数目，即最少基站，费用也是最少。1120222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二表表 3-1 三种形状小区的比较三种形状小区的比较第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术1220222022年年7 7月

8、月5 5日星期二日星期二3.1.1 蜂窝的概念蜂窝的概念 当用正六边形作当用正六边形作为蜂窝小区的为蜂窝小区的理论理论模型模型时，基站如果时，基站如果安装在小区的中心，安装在小区的中心，称之为称之为中心激励中心激励，如图如图3-2所示。所示。图图3-2 中心激励方式中心激励方式 1320222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二 如果基站安装在正六边如果基站安装在正六边形相同的三个顶点上，形相同的三个顶点上，称之为称之为顶点激励顶点激励，如图，如图3-3所示。所示。 每 个 基 站 采 用 三 副每 个 基 站 采 用 三 副120扇形辐射的定向天扇形辐射的定向天线，线， 分别覆盖三个相

9、邻分别覆盖三个相邻小区的各三分之一区域，小区的各三分之一区域， 每个小区由三副每个小区由三副120扇扇形天线共同覆盖。形天线共同覆盖。图图3-3 顶点激励方式顶点激励方式 1420222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二小区分裂小区分裂 在整个服务区中，每个小区的大小可以是相同的，这在整个服务区中，每个小区的大小可以是相同的，这只能适应用户密度均匀的情况。只能适应用户密度均匀的情况。 事实上服务区内的用户密度是不均匀的，例如城市中事实上服务区内的用户密度是不均匀的，例如城市中心商业区的用户密度高，居民区和市郊区的用户密度低。心商业区的用户密度高，居民区和市郊区的用户密度低。 为了适应这

10、种情况，在用户密度高的市中心区可使小为了适应这种情况，在用户密度高的市中心区可使小区的面积小一些，在用户密度低的市郊区可使小区的面区的面积小一些，在用户密度低的市郊区可使小区的面积大一些，如图积大一些，如图3-4所示。所示。1520222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二图图3-4 用户密度不等时的小区结构用户密度不等时的小区结构1620222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二图图3-5 小区分裂小区分裂第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术1720222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3蜂窝小区的分类蜂窝小区的分类 3.1.1 蜂窝的概念蜂窝的概念 一般根

11、据蜂窝小区覆盖半径的不同可将其划分为：一般根据蜂窝小区覆盖半径的不同可将其划分为： 宏蜂窝宏蜂窝 微蜂窝微蜂窝 微微蜂窝微微蜂窝 1820222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二（1）宏蜂窝）宏蜂窝(MacroCell) 传统的蜂窝网络由宏蜂窝小区构成；传统的蜂窝网络由宏蜂窝小区构成； 小区的覆盖半径大多为小区的覆盖半径大多为1km20km。 基站的发射功率较强，一般在基站的发射功率较强，一般在10W以上，天线以上，天线架设也较高。架设也较高。 每个小区分别设有一个基站，它与处于其服务每个小区分别设有一个基站，它与处于其服务区内的移动台建立无线通信链路。区内的移动台建立无线通信链路。

12、第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术1920222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.1.1 蜂窝的概念蜂窝的概念（2）微蜂窝）微蜂窝(Microcell) 覆盖半径大约为覆盖半径大约为0.1km1km； 发射功率较小，一般为发射功率较小，一般为12W； 基站天线置于相对低的地方，如屋顶下方，高于基站天线置于相对低的地方，如屋顶下方，高于地面地面510m，传播主要沿着街道的视线进行。，传播主要沿着街道的视线进行。 作用：作用： 消除宏蜂窝中的消除宏蜂窝中的“盲点盲点” 扩容宏蜂窝的扩容宏蜂窝的“热点热点”第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术2020222022

13、年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.1.1 蜂窝的概念蜂窝的概念（3）微微蜂窝）微微蜂窝(picocell) 微微蜂窝实质微蜂窝的一种，只是它的覆盖半径微微蜂窝实质微蜂窝的一种，只是它的覆盖半径更小，一般只有几十米；更小，一般只有几十米； 基站发射功率更小，大约在几十到几百毫瓦左右；基站发射功率更小，大约在几十到几百毫瓦左右； 其天线一般装于建筑物内业务集中地点。微微蜂其天线一般装于建筑物内业务集中地点。微微蜂窝也是作为网络覆盖的一种补充形式而存在的，窝也是作为网络覆盖的一种补充形式而存在的，它主要用来解决商业中心、会议中心等室内覆盖它主要用来解决商业中心、会议中心等室内覆盖的通信问题。的

14、通信问题。 2120222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.1 蜂窝技术蜂窝技术3.1.1 蜂窝的概念蜂窝的概念3.1.2 切换切换3.1.3 频率复用频率复用第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术2220222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.1.2 切换切换1. 定义定义 切换切换也称越区切换，是指将当前正在进行的移动台与基也称越区切换，是指将当前正在进行的移动台与基站之间的通信链路从当前基站转移到另一个基站的过程。站之间的通信链路从当前基站转移到另一个基站的过程。该过程也称为自动链路转移该过程也称为自动链路转移(ALT, Automatic Link T

15、ransfer)。 2. 越区切换包括以下三个方面的问题越区切换包括以下三个方面的问题 (1) 越区切换的准则越区切换的准则，也就是何时需要进行越区切换；，也就是何时需要进行越区切换；(2) 越区切换如何控制越区切换如何控制，它包括同一类型小区切换如何，它包括同一类型小区切换如何控制和不同类型小区之间切换如何控制；控制和不同类型小区之间切换如何控制；(3) 越区切换时信道分配越区切换时信道分配。第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术2320222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.1.2 切换切换3越区切换的准则越区切换的准则 移动台处接收的平均信号强度移动台处接收的平均信

16、号强度 移动台处的信噪比（或信号干扰比）移动台处的信噪比（或信号干扰比） 误比特率等参数误比特率等参数 2420222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二图图3-4 越区切换示意图越区切换示意图 假定移动台从基站假定移动台从基站1向基站向基站2运动，其信号强度的运动，其信号强度的变化如图变化如图3-4所示。判定何时需要越区切换的准则如所示。判定何时需要越区切换的准则如下。下。第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术2520222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.1.2 切换切换（1）相对信号强度准则（准则）相对信号强度准则（准则1） 在任何时间都在任何时间都选择具有最

17、强接收信号的基站选择具有最强接收信号的基站，如图，如图3-4中的中的A处将要发生越区。处将要发生越区。 缺点：在原基站的信号强度仍满足要求的情况下，会引缺点：在原基站的信号强度仍满足要求的情况下，会引发太多不必要的越区切换。发太多不必要的越区切换。 （2）具有门限规定的相对信号强度准则（准则）具有门限规定的相对信号强度准则（准则2） 仅允许移动用户在仅允许移动用户在当前基站的信号足够弱（低于某一当前基站的信号足够弱（低于某一门限），且新基站的信号强于本基站的信号门限），且新基站的信号强于本基站的信号情况下，情况下，才可以进行越区切换。如图才可以进行越区切换。如图3-4中，在门限为中，在门限为T

18、h2时，在时，在B点将会发生越区切换。点将会发生越区切换。 第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术2620222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.1.2 切换切换（3）具有滞后余量的相对信号强度准则（准则）具有滞后余量的相对信号强度准则（准则3） 仅允许移动用户在新基站的仅允许移动用户在新基站的信号强度比原基站信号强度信号强度比原基站信号强度强很多（即大于滞后余量强很多（即大于滞后余量h）的情况下）的情况下进行越区切换。例进行越区切换。例如图如图3-4中的中的C点。点。 优点：可以防止由于信号波动引起的移动台在两个基站优点：可以防止由于信号波动引起的移动台在两个基站之间的

19、来回重复切换，即之间的来回重复切换，即“乒乓效应乒乓效应”。 （4）具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则（准则）具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则（准则4） 仅允许移动用户在当前基站的信号强度低于规定门限仅允许移动用户在当前基站的信号强度低于规定门限Th3，并且新基站的信号强度高于当前基站一个给定滞后，并且新基站的信号强度高于当前基站一个给定滞后余量时进行越区切换，如余量时进行越区切换，如D点。点。 第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术2720222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.1.2 切换切换4越区切换的控制策略越区切换的控制策略 越区切换控制包括两个方

20、面：越区切换控制包括两个方面： 一方面是越区切换的参数控制；一方面是越区切换的参数控制； 另一方面是越区切换的过程控制。另一方面是越区切换的过程控制。 在移动通信系统中，在移动通信系统中，过程控制过程控制的方式主要有以下三种。的方式主要有以下三种。 （1） 移动台控制的越区切换移动台控制的越区切换 在该方式中，移动台连续监测当前基站和几个越区时的在该方式中，移动台连续监测当前基站和几个越区时的候选基站的信号强度和质量。当满足某种越区切换准则后，候选基站的信号强度和质量。当满足某种越区切换准则后，移动台选择具有可用业务信道的最佳候选基站，并发送越移动台选择具有可用业务信道的最佳候选基站，并发送越

21、区切换请求。区切换请求。 第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术2820222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.1.2 切换切换（2） 网络控制的越区切换网络控制的越区切换 在该方式中，在该方式中，基站监测来自移动台的信号强度和基站监测来自移动台的信号强度和质量质量，当信号低于某个门限后，网络开始安排向另，当信号低于某个门限后，网络开始安排向另一个基站的越区切换。一个基站的越区切换。 网络要求移动台周围的所有基站都监测该移动台网络要求移动台周围的所有基站都监测该移动台的信号，并把测量结果报告给网络。网络从这些基的信号，并把测量结果报告给网络。网络从这些基站中选择一个基站作

22、为越区切换的新基站，把结果站中选择一个基站作为越区切换的新基站，把结果通过旧基站通知移动台并通知新基站。通过旧基站通知移动台并通知新基站。 第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术2920222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.1.2 切换切换（3） 移动台辅助的越区切换移动台辅助的越区切换 移动台测量移动台测量其周围基站的信号质量并把结果报告其周围基站的信号质量并把结果报告给旧基站；给旧基站； 网络网络根据测试结果根据测试结果决定决定何时进行越区切换以及切何时进行越区切换以及切换到哪一个基站。换到哪一个基站。第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术30202220

23、22年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.1.2 切换切换5越区切换时的信道分配越区切换时的信道分配 作用：作用：越区切换时的信道分配是解决当呼叫要转越区切换时的信道分配是解决当呼叫要转换到新小区时，新小区如何分配信道，使得越区失换到新小区时，新小区如何分配信道，使得越区失败的概率尽量小。败的概率尽量小。 方法方法: 是在每个小区预留部分信道专门用于越区切是在每个小区预留部分信道专门用于越区切换。换。 特点：特点：因新呼叫使可用信道数减少的，虽增加了因新呼叫使可用信道数减少的，虽增加了呼损率，但减少了通话被中断的概率。呼损率，但减少了通话被中断的概率。 第第3 3章章 移动通信主要技术移动通

24、信主要技术3120222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.1.2 切换切换6越区切换的分类越区切换的分类 硬切换硬切换 指在新的连接建立以前，先中断旧的连接。指在新的连接建立以前，先中断旧的连接。 软切换软切换 是指既维持旧的连接，又同时建立新的连接，并是指既维持旧的连接，又同时建立新的连接，并利用新、旧链路的分集合并来改善通信质量，当利用新、旧链路的分集合并来改善通信质量，当与新基站建立可靠连接之后再中断旧链路。与新基站建立可靠连接之后再中断旧链路。 在在CDMA系统中还有一种发生在同一基站不同系统中还有一种发生在同一基站不同扇区之间的软切换，称为扇区之间的软切换，称为更软切换更

25、软切换。 3220222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.1 蜂窝技术蜂窝技术3.1.1 蜂窝的概念蜂窝的概念3.1.2 切换切换3.1.3 频率复用频率复用第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术3320222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.1.3 频率复用频率复用1频率复用的概念频率复用的概念 频率复用频率复用就是相同频率的重新使用，该技术很好的解决就是相同频率的重新使用，该技术很好的解决了频率资源和系统容量之间的矛盾。了频率资源和系统容量之间的矛盾。 相邻小区不能使用相同的频率；相邻小区不能使用相同的频率； 两个相距一定距离的小区是可以使用相同的频率的。

26、两个相距一定距离的小区是可以使用相同的频率的。2区群区群 若干个彼此邻接的小区按一定方式排列便构成了区群。若干个彼此邻接的小区按一定方式排列便构成了区群。 第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术3420222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.1.3 频率复用频率复用（1）区群的结构）区群的结构 区群区群是由若干小区构成的，而且各小区要求邻接，是由若干小区构成的，而且各小区要求邻接，因此因此同一区群同一区群内各小区均要求内各小区均要求使用不同的频率组使用不同的频率组，而任一小区所使用的频率组，在而任一小区所使用的频率组，在其它区群相应的其它区群相应的小区中还可以再次使用小区

27、中还可以再次使用，这就是频率复用；，这就是频率复用； 区群是频率复用的基本单位区群是频率复用的基本单位 图图3-5给出来给出来A、B、C、D四个小区构成的区群结构。四个小区构成的区群结构。3520222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二图图3-5 区群结构示意图区群结构示意图 第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术3620222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.1.3 频率复用频率复用（2）区群中小区的数目）区群中小区的数目 区群应彼此相邻接；区群应彼此相邻接； 相邻区群内任意两个同频复用小区中心距离应该相等。相邻区群内任意两个同频复用小区中心距离应该相等。 区群

28、的构成应满足以下两个条件：区群的构成应满足以下两个条件： 满足以上两个条件的情况下，构成区群的小区个数满足以上两个条件的情况下，构成区群的小区个数N为为22Niijj 式中式中i、j是不同时为零的正整数。根据关系式，可以求出是不同时为零的正整数。根据关系式，可以求出N可等可等于于3、4、7、9、12等。等。3720222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二表表 3-2 群区小区数群区小区数N的取值的取值 3820222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二区群的组成示意图区群的组成示意图第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术3920222022年年7 7月月5 5日星期二日

29、星期二3.1.3 频率复用频率复用ABCDEFGABCDEFG R60o i j D 寻求同频小区的方法寻求同频小区的方法同频小区之间的距离公式同频小区之间的距离公式223()3iijDjRNR可见区群内小区数可见区群内小区数N越大，同频小区的距离就越远，抗越大，同频小区的距离就越远，抗同频干扰的性能也就越好。定义同频干扰抑制因子为同频干扰的性能也就越好。定义同频干扰抑制因子为 3DQNR沿着任何一条六边形边垂直移动沿着任何一条六边形边垂直移动i个小区；个小区；逆（顺）时针旋转逆（顺）时针旋转60度再移动度再移动j个小区。个小区。 （3）同频小区之间的距离）同频小区之间的距离402022202

30、2年年7 7月月5 5日星期二日星期二多址技术多址技术3.2编码及交织技术编码及交织技术3.33.4分集技术分集技术3.5数字调制技术数字调制技术3.3蜂窝技术蜂窝技术4120222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.2 多址技术多址技术3.2.1 多址方式的概念多址方式的概念3.2.2 三种多址方式的特点三种多址方式的特点3.2.3 三种多址方式的比较三种多址方式的比较第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术4220222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.2.1 多址方式的概念多址方式的概念 网络中的终端设备通过通信子网来访问网络中的资网络中的终端设备通过通信子

31、网来访问网络中的资源。当多个终端同时访问同一资源（如共享的通信源。当多个终端同时访问同一资源（如共享的通信信道）时，就可能会产生信息碰撞，导致通信失败。信道）时，就可能会产生信息碰撞，导致通信失败。 典型的共享链路有典型的共享链路有： 卫星通信链路卫星通信链路 蜂窝移动通信系统的链路蜂窝移动通信系统的链路 局域网局域网 分组无线电网分组无线电网4320222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二共享链路网络共享链路网络4420222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二 所谓多址接入协议（所谓多址接入协议（Multiple Access Protocol）就是在一个网络中，解决多个用）

32、就是在一个网络中，解决多个用户如何高效共享一个物理链路资源的技术。户如何高效共享一个物理链路资源的技术。 多址协议主要分为多址协议主要分为固定分配多址接入协议固定分配多址接入协议、随机分配多址接入协议随机分配多址接入协议和和基于预约方式的多基于预约方式的多址接入协议址接入协议。4520222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二 固定多址接入固定多址接入所谓固定分配多址接入是指在用户接入信道时，所谓固定分配多址接入是指在用户接入信道时，专门为其分配一定的信道资源（如频率、时隙、专门为其分配一定的信道资源（如频率、时隙、码字或空间），用户独享该资源，直到通信结码字或空间），用户独享该资源，直

33、到通信结束。束。4620222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二 随机多址接入随机多址接入所谓所谓随机多址接入随机多址接入是指用户可以随时接入信道，是指用户可以随时接入信道，并且可能不会顾及其他用户是否在传输。当信并且可能不会顾及其他用户是否在传输。当信道中同时有多个用户接入时，在信道资源的使道中同时有多个用户接入时，在信道资源的使用上就发生冲突（碰撞）。用上就发生冲突（碰撞）。 因此，对于有竞争的多址接入协议如何解决冲因此，对于有竞争的多址接入协议如何解决冲突从而使所有碰撞用户都可以成功进行传输是突从而使所有碰撞用户都可以成功进行传输是一个非常重要的问题。一个非常重要的问题。4720

34、222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二 基于预约的多址接入协议基于预约的多址接入协议 所谓基于预约的多址接入协议，是指在数据分所谓基于预约的多址接入协议，是指在数据分组传输之前，先进行资源预约。一旦预约到资组传输之前，先进行资源预约。一旦预约到资源（频率、时隙），则在该资源内可进行无冲源（频率、时隙），则在该资源内可进行无冲突的传输。突的传输。4820222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二多址接入协议的分类多址接入协议的分类 第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术4920222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.2.1 多址方式的概念多址方式的概念 蜂窝

35、移动通信资源包括时间、频率、空间和编码方蜂窝移动通信资源包括时间、频率、空间和编码方式（码序列），它们分别属于时域、频域、空域和码式（码序列），它们分别属于时域、频域、空域和码域。域。 通过对通信资源的不同分割方式，也就形成了不同通过对通信资源的不同分割方式，也就形成了不同的多址方式，理想的分割应使信道上传输的用户信的多址方式，理想的分割应使信道上传输的用户信号满足正交的要求。号满足正交的要求。第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术5020222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.2.1 多址方式的概念多址方式的概念 设用户设用户i的信号波形为的信号波形为xi(t)，i=1

36、，2，; xi(t)的傅立叶变换的傅立叶变换为为Xi(f)； xi(t)的伪随机码波形为的伪随机码波形为ci(t)。那么，如果满足。那么，如果满足 正交的数学机理如下：正交的数学机理如下： 则用户之间是正交的。满足以上正交化过程的多址方式分则用户之间是正交的。满足以上正交化过程的多址方式分别是别是TDMA、FDMA和和CDMA。1( )( )0ijKijx t x t dt 其其他他2()()0ijKijXf Xf df 其其他他或或3( ) ( )0ijKijc t c t dt 其其他他或或第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术5120222022年年7 7月月5 5日星期二日星

37、期二3.2.1 多址方式的概念多址方式的概念 对于对于FDMA方式，一种简单的方式，一种简单的物理实现方法是将频率带宽划分物理实现方法是将频率带宽划分为一系列不重叠的子频带（频为一系列不重叠的子频带（频道），让不同的用户信号使用不道），让不同的用户信号使用不同的子频带，在接收端采用带通同的子频带，在接收端采用带通滤波器将不同的用户信号区分开滤波器将不同的用户信号区分开来。如图来。如图3-8a所示。所示。1. 频分多址（频分多址（FDMA）图图3-8a FDMA示意图示意图 5220222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二5320222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二 FDMA

38、的最大优点是相互之间不会产生干的最大优点是相互之间不会产生干扰。只有当用户数较少，且数量大致固定、扰。只有当用户数较少，且数量大致固定、每个用户的业务量都较大时（比如在电话每个用户的业务量都较大时（比如在电话交换网中），交换网中），FDMA是一种有效的分配方是一种有效的分配方法。法。 当网络中用户数较多且数量经常变化，或当网络中用户数较多且数量经常变化，或者通信量具有突发性的特点时，采用者通信量具有突发性的特点时，采用FDMA就会产生一些问题。就会产生一些问题。第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术5420222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.2.1 多址方式的概念多址

39、方式的概念 对于对于TDMA方式，一种简单的物理实现方法是将该方式，一种简单的物理实现方法是将该时间段划分为一系列不重叠的时间片（时隙），通时间段划分为一系列不重叠的时间片（时隙），通过定时的采样门即可将不同的用户信号区分开来，过定时的采样门即可将不同的用户信号区分开来，如图如图3-8b所示。所示。2. 时时分多址（分多址（TDMA）图图3-8 b TDMA方式示意图方式示意图 5520222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二TDMA时隙分配 5620222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二 在时分多址的系统中，用户在每一帧中占用一个在时分多址的系统中，用户在每一帧中占用一个时

40、隙。如果用户在已分配的时隙上没有数据传输，时隙。如果用户在已分配的时隙上没有数据传输，则这段时间将被浪费。则这段时间将被浪费。 TDMA通信系统和通信系统和FDMA通信系统相比具有以下通信系统相比具有以下主要特点：主要特点：TDMA系统的基站只用一部发射机，可以避免像系统的基站只用一部发射机，可以避免像FDMA系统那样因多部不同频率的发射机同时工作而系统那样因多部不同频率的发射机同时工作而产生的产生的互调干扰互调干扰 ；TDMA系统不存在频率分配问题，对时隙的管理和分系统不存在频率分配问题，对时隙的管理和分配通常要比对频率的管理和分配简单而经济；配通常要比对频率的管理和分配简单而经济；TDMA

41、系统必须有系统必须有精确的定时和同步精确的定时和同步，保证各移动台，保证各移动台发送的信号不会在基站发生重叠或混淆。发送的信号不会在基站发生重叠或混淆。第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术5720222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.2.1 多址方式的概念多址方式的概念3. 码码分多址（分多址（CDMA） 对于对于CDMA方式，系统中的所有用户信号可以占方式，系统中的所有用户信号可以占用相同的时间和频率，区分不同用户信号则是通过正用相同的时间和频率，区分不同用户信号则是通过正交或准正交的交或准正交的扩频码扩频码来实现，如图来实现，如图3-8c所示。所示。图图3-8 c

42、 CDMA方式示意图方式示意图 第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术5820222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.2.2 三种多址方式的特点三种多址方式的特点 1. FDMA的特点的特点 FDMA信道每次只能传送一个电话；信道每次只能传送一个电话； 每信道占用一个载频，相邻载频之间的间隔应满足传输信号每信道占用一个载频，相邻载频之间的间隔应满足传输信号带宽的要求；带宽的要求； 符号时间与平均延迟扩展相比较是很大的。由码间干扰引起符号时间与平均延迟扩展相比较是很大的。由码间干扰引起的误码极小，因此在窄带的误码极小，因此在窄带FDMA系统中无需自适应均衡；系统中无需自适应

43、均衡； 移动台较简单，和模拟的较接近；移动台较简单，和模拟的较接近； 基站复杂庞大；基站复杂庞大； FDMA系统每载波单个信道的设计，使得在接收设备中必须系统每载波单个信道的设计，使得在接收设备中必须使用带通滤波器允许指定信道里的信号通过，滤除其它频率使用带通滤波器允许指定信道里的信号通过，滤除其它频率的信号，从而限制临近信道间的相互干扰；的信号，从而限制临近信道间的相互干扰； 越区切换较为复杂和困难。越区切换较为复杂和困难。第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术5920222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.2.2 三种多址方式的特点三种多址方式的特点 2. TDMA的

44、特点的特点 突发传输的速率高，远大于语音编码速率；突发传输的速率高，远大于语音编码速率； 发射信号速率随发射信号速率随N的增大而提高；如果达到的增大而提高；如果达到100kbit/s以上，以上，码间干扰就将加大，必须采用自适应均衡，用以补偿传输码间干扰就将加大，必须采用自适应均衡，用以补偿传输失真；失真； TDMA用不同的时隙来发射和接收，因此不需双工器。即用不同的时隙来发射和接收，因此不需双工器。即使使用使使用FDD技术，技术，在用户单元内部的切换器在用户单元内部的切换器，就能满足，就能满足TDMA在接收机和发射机间的切换，因而不需使用双工器；在接收机和发射机间的切换，因而不需使用双工器；

45、基站复杂性减小。基站复杂性减小。N个时分信道共用一个载波，占据相同个时分信道共用一个载波，占据相同带宽，只需一部收发信机。互调干扰小；带宽，只需一部收发信机。互调干扰小； 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； 越区切换简单。越区切换简单。 第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术6020222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.2.2 三种多址方式的特点三种多址方式的特点 3. CDMA的特点的特点 CDMA系统的许多用户共享同一频率，不管使用的是系统的许多用户共享同一频率，不管使用的是TDD还是还是FDD技术；技术； 通信容量大；

46、通信容量大； 容量的软特性；容量的软特性； 由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以减小多径衰落；由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以减小多径衰落； 在在CDMA系统中，信道数据速率很高；系统中，信道数据速率很高； 软切换；软切换； 低信号功率谱密度。低信号功率谱密度。第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术6120222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.2.3 三种多址方式的比较三种多址方式的比较 1. 业务支持的灵活性业务支持的灵活性 主要用来支持语音业务，当前完全的主要用来支持语音业务，当前完全的FDMA方方式在现代通信网络中很少单独使用，新的系统式在现代通信网络中很少单独使

47、用，新的系统逐渐向逐渐向TDMA方式演进。考虑到方式演进。考虑到FDMA所需的所需的技术复杂度较低，实际上多数的系统技术复杂度较低，实际上多数的系统采用了采用了FDMA/TDMA结合结合的方式。的方式。 第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术6220222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.2.3 三种多址方式的比较三种多址方式的比较 TDMA能够单独支持语音和数据业务，也能为综能够单独支持语音和数据业务，也能为综合的语音和数据业务提供更为灵活和方便的支持。合的语音和数据业务提供更为灵活和方便的支持。 TDMA网络中采用同步时隙传输的方式可以支持网络中采用同步时隙传输的方式

48、可以支持固定速率的业务，如语音等，也可以提供对数据固定速率的业务，如语音等，也可以提供对数据业务的支持。业务的支持。 CDMA也是一种数字接入和传输方式，能够单独也是一种数字接入和传输方式，能够单独支持语音和数据业务，也能灵活方便地支持综合支持语音和数据业务，也能灵活方便地支持综合的业务。相对于的业务。相对于TDMA，CDMA的主要优点在于的主要优点在于其时间占用和传输质量具有很大的灵活性。其时间占用和传输质量具有很大的灵活性。6320222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二2. 传输性能传输性能 独立采用独立采用FDMA方式的系统一般是模拟系方式的系统一般是模拟系统，其传输性能受到传

49、输环境的影响较大，统，其传输性能受到传输环境的影响较大，而改进其传输性能的技术手段却不多。而改进其传输性能的技术手段却不多。 TDMA系统通常采用了数字收发技术，可系统通常采用了数字收发技术，可以使传输性能得到很大改进，比如，采用以使传输性能得到很大改进，比如，采用信道编解码、交织、各种均衡技术以及分信道编解码、交织、各种均衡技术以及分集手段，可以有效地提高其传输性能。集手段，可以有效地提高其传输性能。6420222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二 CDMA系统也是数字传输系统，也采用了系统也是数字传输系统，也采用了许多先进的数字信号处理技术，除了许多先进的数字信号处理技术，除了TD

50、MA所使用的技术之外，还有一些专用所使用的技术之外，还有一些专用的技术，比如的技术，比如RAKE接收技术等。接收技术等。 另外，与一般的另外，与一般的TDMA系统相比，系统相比，CDMA通常是宽带传输系统，因而通常是宽带传输系统，因而CDMA系统在系统在抗干扰、抗多径衰落方面具有优势。抗干扰、抗多径衰落方面具有优势。第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术6520222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.2.3 三种多址方式的比较三种多址方式的比较 3. 系统容量系统容量CDMA 容量容量TDMA 容量容量 FDMA 容量。容量。第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技

51、术6620222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.2.3 三种多址方式的比较三种多址方式的比较 实际系统容量计算实际系统容量计算 蜂窝系统的无线容量可定义为蜂窝系统的无线容量可定义为 tcBmB N 信道信道/小区小区 式中，式中，m是无线容量大小；是无线容量大小；Bt是分配给系统的总的频谱；是分配给系统的总的频谱；Bc是信道带是信道带宽；宽；N是频率复用的小区数。是频率复用的小区数。 FDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量 对于模拟对于模拟FDMA系统来说，如果采用频率复用的小区系统来说，如果采用频率复用的小区数为数为N，根据对同频干扰和系统容量的讨论可知，对于，根据对同频干扰和系

52、统容量的讨论可知，对于小区制蜂窝网小区制蜂窝网 23CNI 第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术6720222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.2.3 三种多址方式的比较三种多址方式的比较 即频率复用的小区数即频率复用的小区数N由所需的由所需的载干比载干比来决定。可求得来决定。可求得FDMA的无线的无线容量如下容量如下23tcBmCBI 信道/小区 TDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量 对于数字对于数字TDMA系统来说，由于数字信道所要求的载干系统来说，由于数字信道所要求的载干比可以比模拟制的小比可以比模拟制的小45dB ，因而频率复用距离可以再近，因而频率复用距离可以

53、再近一些。如一些。如N=3的图案。可求得的图案。可求得TDMA的无线容量如下的无线容量如下 23tcB KmCBI 其中，其中， Bc为载波间隔，每载波共有为载波间隔，每载波共有K个时隙。个时隙。 第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术6820222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.2.3 三种多址方式的比较三种多址方式的比较 CDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量CDMA系统的容量是系统的容量是干扰受限干扰受限的，而的，而FDMA和和TDMA系统的容量是系统的容量是带宽带宽受限受限的。的。决定决定CDMA数字蜂窝系统容量的主要参数是：处理增益、数字蜂窝系统容量的主要参数是

54、：处理增益、Eb/N0 、 语音语音负载周期、频率再用效率以及基站天线扇区数。负载周期、频率再用效率以及基站天线扇区数。 只考虑一般扩频通信系只考虑一般扩频通信系统，接收信号的载干比可以写成统，接收信号的载干比可以写成00/bbbbR EENCIN WWR 如果如果m个用户共用一个无线信道，显然每一用户的信号都受到其他个用户共用一个无线信道，显然每一用户的信号都受到其他m1个用户信号的干扰。假设到达一个接收机的信号强度和各干扰强度都相等，个用户信号的干扰。假设到达一个接收机的信号强度和各干扰强度都相等，则载干比为则载干比为11CIm 第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术692022

55、2022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.2.3 三种多址方式的比较三种多址方式的比较 01bbWRmEN于是于是信道信道/小区小区 如果考虑扩频带宽中的如果考虑扩频带宽中的背景热噪声背景热噪声则公式修正为则公式修正为 01bbWRmECN 采用采用话音激活技术话音激活技术，则须引入，则须引入d（占空比）来修正（占空比）来修正 011bbWRmECdN 第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术7020222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.2.3 三种多址方式的比较三种多址方式的比较 采用采用扇区化扇区化后，还须引入因子后，还须引入因子G（扇区分区系数）（扇区分区系数

56、） 011bbWRmGECdN 考虑到考虑到频率复用频率复用，再引入因子，再引入因子F（信道复用效率）（信道复用效率） 011bbWRmG FECdN 7120222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二多址技术多址技术3.2编码及交织技术编码及交织技术3.33.4分集技术分集技术3.5数字调制技术数字调制技术3.3蜂窝技术蜂窝技术7220222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.3 编码及交织技术编码及交织技术3.3.1 语音编码语音编码3.3.2 信道编码信道编码3.3.3 交织交织第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术7320222022年年7 7月月5 5日星期

57、二日星期二3.3.1 语音编码语音编码1. 语音编码的分类语音编码的分类 通信系统中的语音编码的目的是解除语音信源的统计相通信系统中的语音编码的目的是解除语音信源的统计相关性，语音编码大致分为三类：关性，语音编码大致分为三类：波形编码波形编码参量编码参量编码混合编码混合编码 语音编码是将模拟语音信号转换为数字语音信号，语音编码是将模拟语音信号转换为数字语音信号，以便在数字信道中传输。以便在数字信道中传输。第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术7420222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.3.1 语音编码语音编码(1) 波形编码波形编码 波形编码是将时间域信号直接变换为数

58、字代码，目标是波形编码是将时间域信号直接变换为数字代码，目标是尽可能精确地再现原来语音波形。尽可能精确地再现原来语音波形。 波形编码的基本方法是抽样、量化，编码。波形编码的基本方法是抽样、量化，编码。编码速率较高时，语音质量好。编码速率较高时，语音质量好。波形编码广泛应用于有线通信系统，在频率受限的波形编码广泛应用于有线通信系统，在频率受限的移动通信中，单纯的波形编码已经不适合。移动通信中，单纯的波形编码已经不适合。波形编码技术包括脉冲编码调制（波形编码技术包括脉冲编码调制（PCM）和增量调）和增量调制（制（ M）及它们的各种改进型，如）及它们的各种改进型，如DPCM、ADPCM 等。等。 应

59、用：适用于骨干（固定）通信网。应用：适用于骨干（固定）通信网。 第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术7520222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.3.1 语音编码语音编码(2) 参量编码参量编码 将信源信号在频率域或其他正交变换域中提取将信源信号在频率域或其他正交变换域中提取特征参量特征参量，并将其变换为数字代码进行传输。并将其变换为数字代码进行传输。 解码是从接收信号中恢复特征参量，然后根据这些特征解码是从接收信号中恢复特征参量，然后根据这些特征参量重建语音信号。参量重建语音信号。 可实现低速率语音编码，可压缩到可实现低速率语音编码，可压缩到24.8 Kb/s，甚至

60、更，甚至更低，但语音质量只能达到中等。低，但语音质量只能达到中等。 线性预测编码（线性预测编码（LPC）及其各种改进型都属于参量编码。）及其各种改进型都属于参量编码。 应用：主要用于军事保密通信。应用：主要用于军事保密通信。 第第3 3章章 移动通信主要技术移动通信主要技术7620222022年年7 7月月5 5日星期二日星期二3.3.1 语音编码语音编码(3) 混合编码混合编码 混合编码混合编码力图保持波形编码的高质量及参量编码的低速力图保持波形编码的高质量及参量编码的低速率的优点。率的优点。 混合编码语音信号中既包括若干语音特征参量又包括部混合编码语音信号中既包括若干语音特征参量又包括部分