移动通信第七章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网

第七章时分多址（TDMA）数字蜂窝网目录7.1GSM系统总体7.2GSM系统的无线接口7.3GSM系统的控制与管理7.4FDMA和TDMA蜂窝系统的通信容量7.5GPRS系统7.1GSM系统总体7.1GSM系统总体7.1GSM系统总体图9–1GSM蜂窝系统的网络结构一.网络结构7.1GSM系统总体

1.移动台(MS)2.基站子系统(BSS)3.网络子系统(NSS)4.GSM网络接口VLRVLRHLREIRMSCBTSBSCAbisMSCMSUmAEFCBDG

Um接口(空中接口)定义为移动台(MS)与基站收发信机(BTS)之间的无线通信接口，它是GSM系统中最重要、最复杂的接口用于BTS(不与BSC放在一处)与BSC之间的远端互连方式，它是通过采用标准的2.048Mb/s或64kb/sPCM数字传输链路来实现的。此接口支持所有向用户提供的服务，并支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配移动交换中心(MSC)与基站控制器(BSC)之间的互连接口，其物理连接是通过采用标准的2.048Mb/sPCM数字传输链路来实现的。此接口传送的信息包括对移动台及基站管理、移动性及呼叫接续管理等B接口定义为移动交换中心(MSC)与访问用户位置寄存器(VLR)之间的内部接口。用于MSC向VLR询问有关移动台(MS)当前位置信息或者通知VLR有关MS的位置更新信息等C接口定义为MSC与HLR之间的接口，用于传递路由选择和管理信息。两者之间是采用标准的2.048Mb/sPCM数字传输链路实现的用于交换移动台位置和用户管理的信息，保证移动台在整个服务区内能建立和接受呼叫。由于VLR综合于MSC中，因此D接口的物理链路与C接口相同c用于移动台从一个MSC控制区到另一个MSC控制区时交换有关信息，以完成越区切换。此接口的物理链接方式是采用标准的2.048Mb/sPCM数字传输链路实现的用于交换相关的管理信息。此接口的物理链接方式也是采用标准的2.048Mb/sPCM数字传输链路实现的当采用临时移动用户识别码(TMSI)时，此接口用于向分配TMSI的VLR询问此移动用户的国际移动用户识别码(IMSI)的信息。G接口的物理链接方式与E接口相同。7.1GSM系统总体二.GSM的区域、号码、地址与识别1.区域定义7.1GSM系统总体2.号码与识别(1)移动用户识别码（IMSI）：在GSM系统中，每个用户分配一个唯一的国际移动用户识别码，此码在所有位置（包括漫游区）都有效。MCC：移动用户所属国家代号，占3位数字，中国为460。MNC：移动网号码，最多两位数字组成，用于识别移动用户归属的移动通信网。MSIN：移动用户识别码，用以识别某一PLMN中的移动用户。7.1GSM系统总体(2)临时移动用户识别码。考虑到移动用户识别码的安全性，GSM系统能提供安全保密措施，即空中接口无线传输的识别码采用临时移动用户识别码(TMSI)代替IMSI。两者之间可按一定的算法互相转换。访问位置寄存器(VLR)可给来访的移动用户分配一个TMSI(只限于在该访问服务区使用)。总之，IMSI只在起始入网登记时使用，在后续的呼叫中，使用TMSI，以避免通过无线信道发送其IMSI，从而防止窃听者检测用户的通信内容，或者非法盗用合法用户的IMSI。TMSI总长不超过4个字节，其格式可由各运营部门决定。7.1GSM系统总体(3)国际移动设备识别码。国际移动设备识别码(IMEI)是区别移动台设备的标志，可用于监控被窃或无效的移动设备。TAC:型号批准码，由欧洲型号标准中心分配。FAC:装配厂家号码。SNR:产品序号，用于区别同一个TAC和FAC中的每台移动设备。SP:备用。7.1GSM系统总体(4)移动台的号码。①移动台国际ISDN号码(MSISDN)。CCNDCSN移动台国内有效ISDN号码移动台国ISDN号码CC：国家代码，即移动台注册登记的国家代号，中国为86NDC：国内地区码，每个PLMN有一个NDCSN：移动用户号码由NDC和SN两部分组成国内ISDN号码，其长度不超过13位数。国际ISDN号码长度不超过15位数字。7.1GSM系统总体②移动台漫游号码(MSRN)。当移动台漫游到一个新的服务区时，由VLR给它分配一个临时性的漫游号码，并通知该移动台的HLR，用于建立通信路由。一旦该移动台离开该服务区，此漫游号码即被收回，并可分配给其它来访的移动台使用。漫游号码的组成格式与移动国际(或国内)ISDN号码相同。7.1GSM系统总体(5)位置区和基站的识别码①位置区识别(LAI)码：在检测位置更新和信道切换时，要使用位置识别码。MCCMNCLAC位置区识别码（LAI）MCC：移动用户所属国家代号，占3位数字，中国为460。MNC：移动网号码，最多两位数字组成，用于识别移动用户归属的移动通信网。LAC：用于识别GSM网中的一个位置区，最多不超过两字节，采用16进制编码，由各运营部门制定。在LAI后面加上CI，还可组成小区识别码。7.1GSM系统总体②基站识别色码(BSIC)：用于移动台识别相同载频的不同基站，特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载频且相邻的基站。NCCBCC基站识别色码(BSIC)3bit3bitNCC：PLMN色码，用来识别相邻的PLMN网。BCC：BTS色码，用来识别相同载频的不同基站。7.1GSM系统总体三.主要业务1.通信业务分类7.1GSM系统总体2.业务定义电话业务。(2)紧急呼叫业务。(3)短消息业务。(4)可视图文接入。(5)智能用户电报传送。(6)传真。7.2GSM系统的无线接口7.2GSM系统的无线接口一.GSM系统无线的传输特征GSM等三种数字蜂窝网主要参数7.2GSM系统的无线接口1.TDMA/FDMA接入方式TDMA/FDMA接入方式7.2GSM系统的无线接口2.频率与频道序号GSM系统工作在以下射频频段：

上行(移动台发、基站收)890～915MHz下行(基站发、移动台收)935～960MHz收、发频率间隔为45MHz。

移动台采用较低频段发射，传播损耗较低，有利于补偿上、下行功率不平衡的问题。

7.2GSM系统的无线接口由于载频间隔是0.2MHz，因此GSM系统整个工作频段分为124对载频，其频道序号用n表示，则上、下两频段中序号为n的载频可用下式计算：

下频段fl(n)=(890+0.2n)MHz上频段fh(n)=(935+0.2n)MHz

式中，n=1～124。例如n=1,fl(1)=890.2MHz,fh(1)=935.2MHz，其它序号的载频依次类推。每个载频有8个时隙，因此GSM系统总共有:

124×8=992个物理信道

有的书籍中简称GSM系统有1000个物理信道。

7.2GSM系统的无线接口3.调制方式

高斯型最小移频键控(GMSK)方式。高斯滤波器的归一化带宽BT=0.3，基于200kHz的载频间隔及270.833kb/s的信道传输速率，其频谱利用率为1.35b/s/Hz。4.载频复用与区群结构

GSM系统中，基站发射功率为每载波500W，每时隙平均为500/8=62.5W。移动台发射功率分为0.8W,2W,5W,8W和20W五种，可供用户选择。小区覆盖半径最大为35km，最小为500m，前者适用于农村地区，后者适用于市区。由于系统采取了多种抗干扰措施(如自适应均衡、跳频和纠错编码等)，同频道射频防护比可降到C/I=9dB，因此在业务密集区，可采用3小区9扇区的区群结构。7.2GSM系统的无线接口二.信道类型及其组合1.帧结构7.2GSM系统的无线接口上行帧号和下行帧号所对应的时间关系7.2GSM系统的无线接口2.信道分类在同一物理信道（相当于专用呼叫信道）上复用7.2GSM系统的无线接口(1)业务信道。业务信道TCH主要传输数字话或数据，其次还有少量的随路控制信令。业务信道有全速率业务信道(TCH/F)和半速率业务信道(TCH/H)之分。半速率业务信道所用时隙是全速率业务信道所用时隙的一半。①话音业务信道。载有编码话音的业务信道分为全速率话音业务信道(TCH/FS)和半速率话音业务信道(TCH/HS)，两者的总速率分别为22.8kb/s和11.4kb/s。对于全速率话音编码，话音帧长20ms，每帧含260bit话音信息，提供的净速率为13kb/s。7.2GSM系统的无线接口②数据业务信道。在全速率或半速率信道上，通过不同的速率适配和信道编码，用户可使用下列各种不同的数据业务：9.6kb/s,全速率数据业务信道(TCH/F9.6)4.8kb/s,全速率数据业务信道(TCH/F4.8)4.8kb/s,半速率数据业务信道(TCH/H4.8)≤2.4kb/s,全速率数据业务信道(TCH/F2.4)≤2.4kb/s,半速率数据业务信道(TCH/H2.4)7.2GSM系统的无线接口(2)控制信道。控制信道(CCH)用于传送信令和同步信号。①广播信道(BCH)。广播信道是一种“一点对多点”的单方向控制信道，用于基站向移动台广播公用的信息。传输的内容主要是移动台入网和呼叫建立所需要的有关信息。其中又分为：·频率校正信道(FCCH)：传输供移动台校正其工作频率的信息；·同步信道(SCH)：传输供移动台进行同步和对基站进行识别的信息，即基站识别码是在同步信道上传输的；·广播控制信道(BCCH)：传输系统公用控制信息，例如公共控制信道(CCCH)号码以及是否与独立专用控制信道(SDCCH)相组合等信息。7.2GSM系统的无线接口②公用控制信道(CCCH)。CCCH是一种双向控制信道，用于呼叫接续阶段传输链路连接所需要的控制信令。其中又分为：·寻呼信道(PCH)：传输基站寻呼移动台的信息；·随机接入信道(RACH)：这是一个上行信道，用于移动台随机提出的入网申请，即请求分配一个独立专用控制信道(SDCCH)；·准许接入信道(AGCH)：这是一个下行信道，用于基站对移动台的入网申请作出应答，即分配一个独立专用控制信道。7.2GSM系统的无线接口③专用控制信道(DCCH)。DCCH是一种“点对点”的双向控制信道，其用途是在呼叫接续阶段以及在通信进行当中，在移动台和基站之间传输必需的控制信息。其中又分为：·独立专用控制信道(SDCCH)：用于在分配业务信道之前传送有关信令。例如，登记、鉴权等信令均在此信道上传输，经鉴权确认后，再分配业务信道(TCH)；7.2GSM系统的无线接口·慢速辅助控制信道(SACCH)：在移动台和基站之间，需要周期性地传输一些信息。例如,移动台要不断地报告正在服务的基站和邻近基站的信号强度，以实现“移动台辅助切换功能”。此外，基站对移动台的功率调整、时间调整命令也在此信道上传输，因此SACCH是双向的点对点控制信道。SACCH可与一个业务信道或一个独立专用控制信道联用。SACCH安排在业务信道时，以SACCH/T表示；安排在控制信道时，以SACCH/C表示。7.2GSM系统的无线接口·快速辅助控制信道(FACCH)：传送与SDCCH相同的信息，只有在没有分配SDCCH的情况下，才使用这种控制信道。使用时要中断业务信息，把FACCH插入业务信道，每次占用的时间很短，约18.5ms。7.2GSM系统的无线接口3.时隙的格式

在GSM系统中，每帧含8个时隙，时隙的宽度为0.577ms，其中包含157.25bit。TDMA信道上一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列。BSMS157.25bit(1)常规突发(NB,NormalBurst)脉冲序列。(2)频率校正突发(FB,FrequencyCorrectionBurst)脉冲序列。(3)同步突发(SB，SynchronisationBurst)脉冲序列。(4)接入突发(AB,AccessBurst)脉冲序列。7.2GSM系统的无线接口根据时隙所含的具体内容及其组成格式，可以分为：7.2GSM系统的无线接口尾比特信息比特571训练序列261信息比特573尾比特3保护期8.25156.25bit=0.577ms常规突发序列(1)常规突发(NB,NormalBurst)脉冲序列。BSMS0MS1MS2MS7TS0TS1TS2TS7TS0TS7TS1TS27.2GSM系统的无线接口(2)频率校正突发(FB,FrequencyCorrectionBurst)脉冲序列。频率校正突发脉冲序列用于校正移动台的载波频率，其格式比较简单，参见图9-13所示。起始和结束的尾比特各占3bit，保护时间8.25bit，它们均与普通突发脉冲序列相同，其余的142bit，均置成“0”，相应发送的射频是一个与载频有固定偏移(频编)的纯正弦波，以便于调整移动台的载频。尾比特3固定比特尾比特3保护期8.25142频率校正突发序列7.2GSM系统的无线接口(3)同步突发(SB，SynchronisationBurst)脉冲序列。同步突发脉冲序列用于移动台的时间同步。主要组成包括64bit的位同步信号，以及两段各39bit数据，用于传输TDMA帧号和基站识别码(BSIC)。基站识别码(BSIC)用于移动台进行信号强度测量时区分同一个载频而不同的基站。尾比特3加密比特39扩展的训练序列64尾比特3保护期8.25加密比特39同步突发序列7.2GSM系统的无线接口(4)接入突发(AB,AccessBurst)脉冲序列。接入突发脉冲序列用于上行传输方向，在随机接入信道(RACH)上传送，用于移动用户向基站提出入网申请。BSMS0MS1TS0TS0TS1TS1时间超前量7.2GSM系统的无线接口4.信道的组合方式(1)业务信道的组合方式7.2GSM系统的无线接口(2)控制信道的组合方式。控制信道的复帧含51帧，其组合方式类型较多，而且上行传输和下行传输的组合方式也是不相同的。1）BCCH和CCCH在TS0上的复用。BCCH和CCCH在TS0上的复用7.2GSM系统的无线接口TS0上RACH的复用7.2GSM系统的无线接口SDCCH和SACCH(下行)在TS1上的复用2）公用控制信道和专用控制信道均在TS0上的复用。7.2GSM系统的无线接口3）公用控制信道和专用控制信道均在TS0上的复用。TS0上控制信道综合复用7.2GSM系统的无线接口三.话音和信道编码数字化话音信号在无线传输时主要面临三个问题：一是选择低速率的编码方式，以适应有限带宽的要求；二是选择有效的方法减少误码率，即信道编码问题；三是选用有效的调制方法，减小杂波辐射，降低干扰。7.2GSM系统的无线接口7.2GSM系统的无线接口7.2GSM系统的无线接口GSM的交织方式：7.2GSM系统的无线接口四.跳频和间断传输技术1.跳频GSM系统的跳频示意图7.2GSM系统的无线接口跳频系统的抗干扰原理与直接序列扩频系统是不同的。直扩是靠频谱的扩展和解扩处理来提高抗干扰能力的，而跳频是靠躲避干扰来达到抗干扰能力的。抗干扰性能用处理增益GP表征，GＰ的表达式为式中：BW是跳频系统的跳变频率范围；BC是跳频系统的最小跳变的频率间隔(GSM的BC=200kHz)。若BW取15MHz，则GP=18dB。

7.2GSM系统的无线接口2.间断传输为了提高频谱利用率，GSM系统还采用了话音激活技术。这个被称为间断传输(DTx)技术的基本原则是：只在有话音时才打开发射机，这样可以减小干扰，使频率复用面积减小，提高系统容量。采用DTx技术，对移动台来说是更有意义，因为在无信息传输时立即关闭发射机，可以减少电源消耗。GSM中，话音激活技术是采用一种自适应门限话音检测算法。当发端判断出通话者暂停通话时，立即关闭发射机，暂停传输;在接收端检测出无话音时，在相应空闲帧中填上轻微的“舒适噪声”，以免收听者造成通信中断的错觉。7.3GSM系统的控制与管理一.位置登记7.3GSM系统的控制与管理所谓位置登记(或称注册)是通信网为了跟踪移动台的位置变化，而对其位置信息进行登记、删除和更新的过程。由于数字蜂窝网的用户密度大于模拟蜂窝网，因而位置登记过程必须更快、更精确。位置信息存储在原籍位置寄存器(HLR)和访问位置寄存器(VLR)中。7.3GSM系统的控制与管理7.3GSM系统的控制与管理图9-25位置登记过程举例MS“位置登记请求”“更新位置登记”询问“MS的IMSI”MSC（VLR）n（VLR）o“询问IMSI”响应查询“MS的有关参数”“查询有关参数”响应“位置信息注销”“更新位置登记”确认“位置登记请求”确认（LR）HLR7.3GSM系统的控制与管理二.鉴权与加密由于空中接口极易受到侵犯，GSM系统为了保证通信安全，采取了特别的鉴权与加密措施。鉴权是为了确认移动台的合法性，而加密是了为防止第三者窃听。鉴权中心(AUC)为鉴权与加密提供了三参数组(RAND#,SRES和Kc)，在用户入网签约时，用户鉴权键Ki连同IMSI一起分配给用户，这样每一个用户均有惟一的Ki和IMSI，它们存储于AUC数据库和SIM卡中。根据HLR的请求，AUC按下列步骤产生一个三参数组，参见图9-26。7.3GSM系统的控制与管理图9-26AUC产生三参数组IMSI1KiIMSI2Ki数据库IMSI和鉴权RAND产生随机数加密算法A8鉴权算法A3结果结果KcSRESRANDKcSRESRANDIMSI：国际移动用户识别Kc：密钥Ki：用户鉴权键SRES：符号响应RAND：随机数将三参数组传送给HLR三参数组7.3GSM系统的控制与管理AUC存储HLR中所有用户的鉴权键KiHLRMSC/VLRMS存储有关的用户信息对所有用户产生三参数组RAND/Kc/SRES临时存储所有用户的三参数组(每用户1至10个三参数组)依请求发给VLR存储所有访问用户的三参数组RAND/Kc/SRES（每用户1至7个三参数组）接入请求RAND算法A3RANDKiSRESSRESAUCSRESMS=否不能接入是接入？RAND/Kc/SRES1.鉴权7.3GSM系统的控制与管理AUC存储HLR中所有用户的鉴权键KiHLRMSC/VLRBTS存储所有与网络有关的用户信息对所有用户产生三参数组RAND/Kc/SRES临时存储所有用户的三参数组(每用户1～10个）并依请求发给VLR存储所有访问用户的三参数组(每用户1～7个)RAND/Kc/SRES临时存储Kc用于与MS通话中的加密鉴权程序启动加密加密模式命令MMSRANDRANDA8(Kc)KcA5(加密)TDMA帐号加密消息“加密模式完成”A5TDMA帧号Kc解密消息“加密模式完成”成功否是加密模式完成2.加密7.3GSM系统的控制与管理3.设备识别每一个移动台设备均有一个惟一的移动台设备识别码(IMEI)。在EIR中存储了所有移动台的设备识别码，每一个移动台只存储本身的IMEI。设备识别的目的是确保系统中使用的设备不是盗用的或非法的设备。为此，EIR中使用三种设备清单：白名单：合法的移动设备识别号；黑名单：禁止使用的移动设备识别号；灰名单：由运营者决定，例如有故障的或未经型号认证的移动设备识别号。7.3GSM系统的控制与管理7.3GSM系统的控制与管理存储所有用户的移动设备识别码存储所有被列入灰/黑名单的设备EIRMSC/VLRIMEI请求MS存储本设备识别IMEI呼叫建立发送IMEI检查IMEI接入/禁止信息继续/停止呼叫建立程序7.3GSM系统的控制与管理4.用户识别码为了防止非法监听进而盗用IMSI，在无线链路上需要传送IMSI时，均用临时移动用户识别码(TMSI)代替IMSI。仅在位置更新失败或MS得不到TMSI时，才使用IMSI。MS每次向系统请求一种程序，如位置更新、呼叫尝试等，MSC/VLR将给MS分配一个新的TMSI。7.3GSM系统的控制与管理HLR存储路径所有归属PLMN的用户数据MSC/VLR存储路径所有访问用户的数据BSC/BTS存储与无线路径有关的数据MS存储所有与网络有关的用户信息更新更新位置区请求位置更新请求鉴权产生新的TMSIVLR存储新TMSI新TMSI启动加密位置区更新位置区更新新TMSI存储新TMSI位置区更新证实VLR删除旧TMSI位置区更新完成IMSI在无线路径上使用保密码新TMSI新TMSIIMSI7.3GSM系统的控制与管理三.呼叫接续1.移动用户主呼MS“信道请求”“立即分配”指令“业务请求”BS“置密模式”指令“业务请求”“鉴权请求”“鉴权请求”“鉴权”响应“鉴权”响应MSC“置密模式”指令“置密模式完成”“置密模式完成”“TMSI”指令“TMSI”指令“TMSI”响应“TMSI”响应“建立呼叫请求”“建立呼叫请求”“呼叫开始”指令“呼叫开始”指令“信道指配”指令“信道指配”指令“信道指配完成”“信道指配完成”“回铃音”“回铃音”“连接”指令“连接”指令“连接”确认“连接”确认“开始接入请求”应答VLR“鉴权”“鉴权”确认“置密模式”“开始接入请求”应答分配新的“TMSI”对分配新的“TMSI”的应答要求“传送建立呼叫所需信息”“传送建立呼叫所需信息”与固定用户接续7.3GSM系统的控制与管理2.移动用户被呼GMSC固定用户拨号询问“路由信息”HLR“MSRN”“拨号信息”询问“路由信息”VLR询问“呼叫参数”“呼叫参数”“寻呼请求”“寻呼请求”VMSCBSMS“信道请求”“立即指配”指令“寻呼”响应“寻呼”响应“开始接入请求”“鉴权”“鉴权”确认“鉴权请求”“鉴权请求”“鉴权”响应“鉴权”响应“置密模式”“置密”指令“置密”指令“置密完成”“置密完成”“开始接入应答”请求“完成呼叫”“呼叫建立”“呼叫建立”“呼叫证实”“呼叫证实”“信道指配”信道“指配请求”“指配完成”“指配完成”回铃音回铃音“连接完成”“拨号应答”“连接”“连接”“连接”确认“连接”确认“MSRN”7.3GSM系统的控制与管理四.过区切换所谓过区切换是在通话期间，当移动台从一个小区进入另一个小区时，网络能进行实时控制，把移动台从原小区所用的信道切换到新小区的某一信道，并保证通话不间断(用户无感觉)。如果小区采用扇区定向天线，当移动台在小区内从一个扇区进入另一扇区时，也要进行类似的切换。7.3GSM系统的控制与管理(1)同一个BSC控制区内不同小区之间的切换，也包括不同扇区之间的切换。同一个BSC的过区7.3GSM系统的控制与管理（2）同一个MSC/VLR区，不同BSC间切换7.3GSM系统的控制与管理同一MSC的BSC间的切换流程7.3GSM系统的控制与管理(3)不同MSC/VLR的区间切换。7.3GSM系统的控制与管理MS“过区切换请求”“过区切换请求”转发“过区切换请求”请求“分配切换号码”“分配切换号码”应答“分配无线信道”“分配无线信道”响应“切换号码”“建立地面链路”“建立地面链路证实”“切换指令”(HB)“切换证实”(HB)“结束”“切换指令”（HA）BS1MSC1MSC2BS2VLR27.3GSM系统的控制与管理7.4FDMA和TDMA蜂窝系统的通信容量-0一.FDMA蜂窝系统的通信容量7.4FDMA和TDMA蜂窝系统的通信容量蜂窝通信系统由若干个小区构成一个区群，区群之间实现频率再用，使用相同频率的小区称为共道小区，共道小区之间存在相互干扰称为共道干扰。7.4FDMA和TDMA蜂窝系统的通信容量若蜂窝网的每个区群含7个小区和各基站采用全向天线时，令小区半径为r，两个相邻共道之间的距离为。把共道干扰控制在允许的数量而需要的值称为共道干扰抑制因子(或称共道再用因子)，即共道再用因子α为7.4FDMA和TDMA蜂窝系统的通信容量可得载干比的表示式为式中，C是信号功率；n0是背景噪声功率(这里可忽略不计)；Ii是来自第i个共道小区的干扰功率。假如传播损耗与传播距离的4次方成比例，接收机收到的信号功率与第i个共道小区的干扰功率可分别写成：7.4FDMA和TDMA蜂窝系统的通信容量式中，A为比例常数。因此式中，取信号的传播距离等于小区半径r(移动台处于小区边缘)，是考虑到载干比在最不利的情况下也要达到预定的门限值。此外，由图9-42可见，共道干扰的传播距离Di在i的取值不同时不会完全相等，但其差异并不太大，因而为了分析方便，可以令Di=D，于是有7.4FDMA和TDMA蜂窝系统的通信容量假如规定的载干比门限值为(C/I)S,则当蜂窝系统的总频道数M=W/B(W为频段宽度，B为频道间隔)和区群小区数N确定后，每一小区的可用频道数n可以求出为由式(9-4)可知7.4FDMA和TDMA蜂窝系统的通信容量可得上式说明：蜂窝系统可以分配给每个小区的信道数除了取决于总信道数之外，还取决于要求的载干比。换句话说，为了保证某一载干比，需要通过选择合适的共道再用因子或区群小区数。7.4FDMA和TDMA蜂窝系统的通信容量基站若采用定向天线把小区分成多扇区进行工作，可以减小系统中的共道干扰。因为定向天线具有方向性，共道干扰只能在一定位置上和一定范围内才能产生干扰作用，因而共道小区的有效数目要减小。由图9-43可见，采用120°定向天线的三扇区，其共道干扰源将由原来的6个减少到2个，六扇区的共道干扰源由原来的6个减少到1个。干扰源的减少意味着实际的载干比得以提高，如果保持要求的载干比(C/I)S不变，则可以减小共道再用因子α，即减少每个区群的小区数N，从而增加每小区的可用信道数目，即提高系统的通信容量。7.4FDMA和TDMA蜂窝系统的通信容量TDMA蜂窝系统的通信容量也可以用式(9-10)进行计算，但是式中的信道宽度，在FDMA中即为频道宽度。在TDMA中，一个频道包含若干信道，为此采用等效信道宽度概念。TDMA系统划分信道的办法是首先把频段W划分成若干频道，然后在每一频道上再划分成若干时隙。用户使用的信道是在某一频道上的某一时隙。若TDMA系统的频道宽度为B0，而每一频道包含m个时隙，则等效信道宽度为B0/m,相应的信道总数为M=mW/B0。二.TDMA蜂窝系统的通信容量7.4FDMA和TDMA蜂窝系统的通信容量尽管TDMA系统在每一频道上可以分成m个时隙作为m个信道使用，但是不能由此而说其等效信道总数比FDMA系统的信道总数增大m倍。因为，话音编码速率确定后，传输一路话音所需要的频带也是确定的。TDMA系统在一个频道上用m个时隙传输m路话音，它所占用的频道宽度必然比FDMA系统传输一路话音所需要的频道宽度大m倍。从原理上说，在系统总频段相同的条件下，数字TDMA系统的等效信道总数和数字FDMA系统的信道总数是一样的。如果二者所要求的载干比(C/I)S也是相同的话，则二者的通信容量也是一样的。例如，设通信系统的总频段为96kHz，各路数字话音速率为16kb/s，传输一路话音需要的带宽为16kHz。采用FDMA方式时，可划分的频道(即信道)总数为96/16=6。采用TDMA方式时，如每个频道分3个时隙，则所需频道宽度为3×16=48kHz，因而只能把总频段划分为2个频道，即等效信道总数也是2×3=6。7.4FDMA和TDMA蜂窝系统的通信容量要提高数字蜂窝系统的通信容量，必须采用先进的技术措施。其中，最基本的办法是采用先进的话音编码技术。这种编码技术不仅要降低话音编码的数据率，而且要有效地进行差错保护。比如，在一个话音帧中，根据各类比特对差错敏感程度的不同分类进行编码保护，对差错敏感的比特(这些比特发生错误后会明显降低话音质量)要采用纠错能力较强的编码，而对差错不敏感的比特可以不进行编码保护。这样，采用先进话音编码的数字通信系统与模拟通信系统相比，在话音质量要求相同的情况下，所需的载干比(C/I)S值可以降低，比如从18dB降低到10～12dB，因而其共道再用因子可以减小，从而提高了通信系统的通信容量。7.4FDMA和TDMA蜂窝系统的通信容量一般来说，在系统的总信道数目不变和每小区的可用信道数目不变的条件下，小区的半径越小，则单位面积的通信容量越大。但是小区半径的减小是以增加基站数目和以缩短移动台过区切换时间为前提的。例如，小区半径减小到原来的1/5，每小区覆盖面积要减小到原来的1/25,原来由一个小区覆盖的地区必须由25个小区进行覆盖。这样，当移动台在快速移动中通信时，其过境切换的频度必然增大，这就要求通信网络以更快的速度进行信号强度测量以及进行切换信令的传输、处理和操作。TDMA蜂窝网络由于采用了移动台辅助切换技术(MAHO)，能明显加快移动台的过区切换速度，其小区半径可以减小到0.5km，因而其单位面积的通信容量或者说通信系统的总容量可以提高7.4FDMA和TDMA蜂窝系统的通信容量要对任何蜂窝通信系统容量进行评估，重要而可靠的办法是对通信和话音质量进行标准的主观测试，从而准确地确定这种通信系统所需要的载干比(C/I)S。根据(C/I)S不难求出区群的小区数N。三种TDMA蜂窝系统的(C/I)S及N如表9-5所示。三.三种TDMA蜂窝系统的容量比较三种TDMA系统的