蜂窝移动通信网

*青海民族大学物电学院1

引言

移动通信网就是承接移动通信业务的网络，主要完成移动用户之间、移动用户与固定用户之间的信息交换。这里的“信息交换”不仅仅指双方的通话业务，还包括数据、传真和图像等通信业务。

*青海民族大学物电学院2

在前面的讨论中，我们主要了解了移动通信的大体情况。本章将试图解决以下几个方面的问题：

(1)对于给定的频率资源，采用什么样的多址技术，使得有限的资源能传输更大容量的信息？

(2)如何解决区域覆盖的问题？

(3)移动通信应采用什么样的网络结构?*青海民族大学物电学院3(4)如何保证用户通信过程的连续性，即如何实现有效的越区切换？网络如何管理用户，即如何解决移动性管理的问题？

(5)为保证网络有序运行，移动通信网中应采用什么样的信令系统?*青海民族大学物电学院4

2.1.1频分多址(FDMA)

频分多址是指将给定的频谱资源划分为若干个等间隔的频道(或称信道)供不同的用户使用。在模拟移动通信系统中，信道带宽通常等于传输一路模拟话音所需的带宽，如25kHz或30kHz。一个典型的FDMA频道划分方法如图2-1所示。2.1多址技术*青海民族大学物电学院5图2-1FDMA的频道划分方法

*青海民族大学物电学院6

在FDMA系统中，收发的频段是分开的，由于所有移动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。移动通信的频率资源十分紧缺，不可能为每一个移动台预留一个信道，只能为每个基站配置好一组信道，供该小区内的所有移动台共用，这就是多信道共用问题，下面介绍几个相关概念：*青海民族大学物电学院71.话务量的定义在话音通信中，业务量的大小用话务量来量度。话务量又分为流入话务量和完成话务量。流入话务量的大小取决于单位时间(1小时)内平均发生的呼叫次数C和每次呼叫平均占用信道时间(含通话时间)T。可定义流入话务量A为

A=C·T(2-1)*青海民族大学物电学院8

式中：C的单位是(次/小时)；T的单位是(小时/次)；两者相乘而得到A应是一个无量纲的量，专门命名它的单位为“爱尔兰”(Erlang)。根据式(2-1)的定义，可以样来理解“爱尔兰”的含意：已知1小时内平均发生呼叫的次数为C(次)，用式(2-1)可求得

A(爱尔兰)=T(小时/次)·C(次/小时)*青海民族大学物电学院9

呼损：在信道共用的情况下，通信网无法保证每个用户的所有呼叫都能成功，必然有少量的呼叫会失败。设单位时间内成功呼叫的次数为C0(C0＜C)，就可算出完成话务量

A0=C0·T(2-2)*青海民族大学物电学院102.呼损率的定义流入话务量A与完成话务量A0之差，即为损失话务量。损失话务量占流入话务量的比率即为呼叫损失的比率，称为“呼损率”，用符号B表示，即

(2-3)*青海民族大学物电学院11

2.1.2时分多址(TDMA)

时分多址是指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)。TDD的方式如图2-2所示。*青海民族大学物电学院12图2-2TDMA示意图

*青海民族大学物电学院13

不同通信系统的帧长度和帧结构是不一样的。典型的帧长在几毫秒到几十毫秒之间。例如：GSM系统的帧长为4.6ms(每帧8个时隙)。TDMA系统既可以采用频分双工(FDD)方式，也可以采用时分双工(TDD)方式。*青海民族大学物电学院14

在FDD方式中，上行链路和下行链路的帧结构既可以相同，也可以不同。在TDD方式中，在时分双工(TDD)方式中，上下行帧都在相同的频率上。将一帧中一半的时隙用于移动台发，另一半的时隙用于移动台接收。*青海民族大学物电学院15TDMA中的时隙结构(或称为突发结构)：一是在每个时隙中，专门划出部分比特用于控制和信令信息的传输；二是为了便于接收端利用均衡器来克服多径引起的码间干扰，在时隙中要插入自适应均衡器所需的训练序列；三是在上行链路的每个时隙中要留出一定的保护间隔，即每个时隙中传输信号的时间要小于时隙长度；四是为了便于接收端的同步，在每个时隙中还要传输同步序列。*青海民族大学物电学院16图2-3典型的时隙结构两种典型的时隙结构如图2-3所示*青海民族大学物电学院17

2.1.3码分多址(CDMA)

1.FH-CDMA

该系统中，每个用户根据各自的伪随机(PN)序列，动态改变其已调信号的中心频率。各用户的中心频率可在给定的系统带宽内随机改变。FH-CDMA中各用户使用的频率序列要求相互正交(或准正交)，即在一个PN序列周期对应的时间区间内，各用户使用的频率，在任一时刻都不相同(或相同的概率非常小)，如图2-4(a)所示。*青海民族大学物电学院18图2-4FH-CDMA和DS-CDMA示意图

(a)FH-CDMA(b)DS-CDMA*青海民族大学物电学院19

2.DS-CDMA

在DS-CDMA系统中，所有用户工作在相同的中心频率上，输入数据序列与PN序列相乘得到宽带信号。不同的用户(或信道)使用不同的PN序列。这些PN序列(或码字)相互正交，从而利用PN序列(或码字)来区分不同的用户，如图2-4(b)所示。*青海民族大学物电学院20

图2-5DS-CDMA系统逻辑信道示意图(a)基站到移动台的下行链路(b)移动台到基站的上行链路*青海民族大学物电学院213.混合码分多址混合码分多址的形式有种多样，如FDMA和DS-CDMA混合，TDMA与DS-CDMA混合(TD/CDMA)，TDMA与跳频混合(TDMA/FH)，FH-CDMA与DS-CDMA混合(DS/FH-CDMA)等等。*青海民族大学物电学院22

2.1.4空分多址(SDMA)

空分多址是通过空间的分割来区别不同的用户。在移动通信中，能实现空间分割的基本技术就是采用自适应阵列天线，在不同的用户方向上形成不同的波束，如图2-6所示。*青海民族大学物电学院23图2-6空分多址示意图*青海民族大学物电学院24

2.1.5随机多址

1.ALOHA协议和时隙ALOHA

一种最简单的数据分组传输协议。任何一个用户随时对数据分组进行发送。发送结束后，在相同的信道上或一个单独的反馈信道上等待应答。如果在一个给定的时间区间内，没有收到对方的认可应答，则重发刚发的数据分组。多个用户独立随机地、发送分组，会出现多个分组发生碰撞的情况。*青海民族大学物电学院25

为了改进ALOHA的性能，将时间轴分成时隙，时隙大小大于等于一个分组的长度，所有用户都同步在时隙开始时刻进行发送。该协议就称为时隙ALOHA协议。*青海民族大学物电学院262.载波侦听多址(CSMA)

为了提高信道的通过量，减少碰撞概率，在CSMA协议中，每个节点在发送前，首先要侦听信道是否有分组在传输。若信道空闲(没有检测到载波)，才可以发送；若信道忙，则按照设定的准则推迟发送。*青海民族大学物电学院273.预约随机多址当某用户有分组要发送时，可采用ALOHA的方式在空闲时隙上进行预约。如果预约成功，它将无碰撞地占用每一帧所预约的时隙，直至所有分组传输完毕。用于预约的时隙可以是一帧中固定的时隙，也可以是不固定的。*青海民族大学物电学院282.2移动通信体制2.2.1大区制移动通信网图2-7大区制移动通信示意图*青海民族大学物电学院29

1.带状网带状网主要用于覆盖公路、铁路、海岸等，如图2-8所示。基站天线若用全向辐射，覆盖区形状是圆形的(图2-8(b))。带状网宜采用有向天线，使每个小区呈扁圆形(图2-8(a))。2.2.2小区制移动通信网*青海民族大学物电学院30图2-8带状网*青海民族大学物电学院31

带状网可进行频率再用，如图2-8(a)所示，称为双频制。如图2-8(b)所示，称为三频制。从造价和频率资源的利用而言，当然双频制最好；但从抗同频道干扰而言，双频制最差，还应考虑多频制。*青海民族大学物电学院32

2.蜂窝网

(1)小区的形状全向天线辐射的覆盖区是个圆形。圆形辐射区之间含有很多交叠。根据交叠情况不同，有效覆盖区可为正三角形、正方形或正六边形，小区形状如图2-9所示。那么这三种形状中哪一种最好呢?在辐射半径r相同的条件下，计算出三种形状小区的邻区距离、小区面积、交叠区宽度和交叠区面积如表2-2所示。*青海民族大学物电学院33图2-9小区的形状*青海民族大学物电学院34表2-2三种形状小区的比较*青海民族大学物电学院35

(2)区群的组成相邻小区显然不能用相同的信道。为了保证同信道小区之间有足够的距离，附近的若干小区都不能用相同的信道。这些不同信道的小区组成一个区群，只有不同区群的小区才能进行信道再用。*青海民族大学物电学院36

区群的组成应满足两个条件：一是区群之间可以邻接，且无空隙无重叠地进行覆盖；二是邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之间的距离相等。满足上述条件的区群内的小区数应满足下式：

N=i2+ij+j2

式中，i,j为正整数。由此可算出N的可能取值见表2-3，相应的区群形状如图2-10所示*青海民族大学物电学院37表2-3群区小区数N的取值

*青海民族大学物电学院38图2–10区群的组成*青海民族大学物电学院39图2-11小区制(蜂窝)移动通信网*青海民族大学物电学院40

(3)同频(信道)小区的距离区群内小区数不同的情况下，可用下面的方法来确定同频(信道)小区的位置和距离。如图2-12所示，自某一小区A出发，先沿边的垂线方向跨j个小区，再向左(或向右)转60°，再跨i个小区，这样就到达同信道小区A。在正六边形的六个方向上，可以找到六个相邻同信道小区，所有A小区之间的距离都相等。*青海民族大学物电学院41图2–12同信道小区的确定*青海民族大学物电学院42

设小区的辐射半径(即正六边形外接圆的半径)为r，则从图2-15可以算出同信道小区中心之间的距离为*青海民族大学物电学院43

(4)中心激励与顶点激励在每个小区中，基站可设在小区的中央，用全向天线形成圆形覆盖区，如图2-13(a)所示。在每个小区六边形的三个顶点上，每个基站采用三副120°扇形辐射的定向天线，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120°扇形天线共同覆盖，如图2-13(b)所示。*青海民族大学物电学院44

图2–13两种激励的方式（a）中心激励（b）顶点激励*青海民族大学物电学院45

(5)小区的分裂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。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积大一些，如图2-14所示。

*青海民族大学物电学院46图2-14用户密度不等时的小区结构*青海民族大学物电学院47图2-15小区分裂

*青海民族大学物电学院48图2-16按小区半径的一半进行小区分裂示意图*青海民族大学物电学院492.3移动通信的信道结构2.3.1话音信道(VC)

主要传递话音信号，还传递其他信息1.检测音(SAT)模拟蜂窝系统(AMPS和TACS)*青海民族大学物电学院502.数据例如，在越区切换时，通话将暂时中断，可利用这段时间在话音信道中传递必要的指令或交换数据。

3.信号音(ST)

信号音为线路信号。它是由移动台发出的单向信号。例如，在BS寻呼MS过程中，如果BS收到MS发来的ST，就表示振铃成功。在切换过程中，原BS收到MS发来的ST信号，则表示MS对切换认可。ST是带内信号，一般在0~300Hz之间。*青海民族大学物电学院512.3.2控制信道(CC)

1.寻呼当移动用户被呼时，就在控制信道的下行信道发起呼叫移动台信号。

2.接入

当移动用户主呼时，就在控制信道的上行信道发起主呼信号。

在控制信道中，不仅传递寻呼和接入信号，还传递大量的其他数据，如系统的常用报文、指定通话信道、重试(重新试呼)等信号。*青海民族大学物电学院522.4移动通信网的频率配置表2-4我国无线电委员会分配给蜂窝移动通信系统的频率系统或使用部门上行频率/MHz下行频率/MHz中国电信CDMA825~835870~880中国电信cdma20001920~19352110~2125中国移动GSM900890~909935~954中国联通GSM900909~915954~960中国移动DCS18001710~17201805~1815中国联通DCS18001745~17551840~1850中国联通WCDMA1940~19552130~2145中国移动TD-CDMA1880~1900，2010~2025*青海民族大学物电学院53

2.5.1同频干扰同频道干扰一般是指所有落在收信机通带内的与有用信号频率相同或相近的干扰信号。若频率管理或系统设计不当，如同频道电台之间的距离不够大，从而空间隔离不满足要求，就会造成同频道干扰。2.5移动通信环境下的干扰*青海民族大学物电学院54

1.同频道干扰保护比指标

接收机输出端有用信号达到规定质量的情况下，在接收机输入端测得有用射频信号与同频无用射频信号之比的最小值，称为同频道干扰保护比。对于模拟蜂窝移动通信网，其同频道干扰保护比指标规定如下：*青海民族大学物电学院55

（1）静态同频道干扰保护比。对于三级话音质量其下限信噪比为14dB。对应的有用信号与干扰信号之比为8dB。所以，为了维持三级话音质量下限，静态同频道干扰保护比要求大于等于8dB。四级话音质量其下限信噪比约为25dB。为了维持四级话音质量下限，静态同频道干扰保护比要求大于等于12dB。（2）同频道干扰概率。同频道干扰概率规定为10%。*青海民族大学物电学院56

（3）考虑衰落影响、干扰概率和静态射频保护比后的同频道干扰保护比。当有快衰落和慢衰落时，通常的做法是在静态同频道干扰保护比（P）上加上同频道干扰余量（ZP），即P+ZP（dB）。表2-5列出干扰概率为10%时的P+ZP值。表2-5干扰概率为10%时的P+ZP话音等级P/dBZP/dBP+ZP/dBσL=6dBσL=12dBσL=6dBσL=12dB三级话音质量814.522.822.530.8四级话音质量1214.522.826.534.8*青海民族大学物电学院57

在移动通信中，为了提高频率利用率，在相隔一定距离以外，可以使用同频道电台，这称为同频道复用或频道的地区复用。显然，同信道的无线区相距越远，它们之间的空间隔离度越大，同频道干扰越小，但频率复用次数也随之降低(在某地域范围内)，即频率利用率降低，因此，两者要兼顾考虑。

2.同频道复用距离*青海民族大学物电学院58

在进行无线区的频率分配时，应在满足一定通信质量要求的前提下，确定相同频率重复使用的最小距离，该距离称为同频道复用最小安全距离，或简称同频道复用距离。由此可见，从工程实际需要出发，研究同频道干扰必须和同频道复用距离紧密联系起来，以便给小区制的频率分配提供依据。*青海民族大学物电学院59

在双工情况下，如图2－17所示，M为移动台接收机，易于受到B基站发射机的干扰。同频道复用A、B两基站之间的距离D＝DI十Ds＝r十DI，同频道复用系数为D/r＝1十DI/r。*青海民族大学物电学院60图2－17双工方式的同信道干扰示意图*青海民族大学物电学院61

同信道复用距离计算如下:

工作方式双工，干扰信号和有用信号的传播衰减中值LI，Ls分别为传播衰减比：*青海民族大学物电学院62

因为A，B基站的发射功率相同，即PL=PT。则移动台M的接收输入端信号功率电平和干扰功率电平分别为：信噪干扰比为S／I＝LI—Ls＝40lgDI／Ds*青海民族大学物电学院63代入衰减公式，并整理可得：若射频防护比取8dB，即将S／I＝8dB代入上式，可求出从DI／DS＝1.6，故同信道复用距离D＝2.6r*青海民族大学物电学院642.5.2邻道干扰邻道干扰是指相邻的或邻近的信道之间的干扰。它属于共信道干扰，即干扰分量落在被干扰接收机带内，接收机的选择性再好也不能滤除这类干扰。*青海民族大学物电学院65

原因：当移动台靠近基站时，移动台发射机的调制边带扩展和边带噪声辐射，将会对正在接收微调信号的邻道基站接收机产生干扰。结论：一般来说，移动台距基站越近，路径传播衰减越小，则邻道干扰越大。反之，基站发射机对移动台接收机的邻道干扰却不是严重问题。这是因为移动台接收的有用信号功率远远大于邻道干扰功率。*青海民族大学物电学院66

在基站的收发信机之间，因收发双工频距足够大，所以发射机的调制边带扩展和边带噪声辐射不致对接收机产生严重干扰。在移动台相互靠近时，同样由于收发双工频距很大，不会产生严重干扰。*青海民族大学物电学院67

解决邻频道干扰的措施包括：（1）降低发射机落入相邻频道的干扰功率，即减小发射机带外辐射；（2）提高接收机的邻频道选择性；（3）在网络设计中，避免相邻频道在同一小区或相邻小区内使用，以增加同频道防护比。*青海民族大学物电学院68

2.5.3互调干扰

1．互调干扰的起因互调干扰的产生是由于多个信号加至非线性器件上产生大量的互调产物。这些新的频率成分的产生是由于器件的非线性特性造成的。*青海民族大学物电学院69

由混频理论可知，当两个或多个干扰信号同时加到晶体管器件上，由于器件的非线性特性。这些信号将互相混频。如果产生的互调产物落入某接收机带内，并且具有一定的强度，就会造成对该接收机的干扰。在移动通信中，由于发射机末级和接收机前端电路的非线性，因而造成发射机互调和接收机互调。*青海民族大学物电学院70

下面我们看一下晶体管的转移特性；晶体管的非线性可用幂级数表示。式中，a0，a1，a2，a3……是由晶体管特性的常数决定的。设作用于晶体管的信号是

i＝直流项十基频项十2次项十3次项十……*青海民族大学物电学院71*青海民族大学物电学院72

由3次项不难看出，

－，－

，

－

，2wc－wa，2wb－wc，2wc－wb，wa＋wb－wc，wa＋wc－wb，wb＋wc－wa的3阶互调产物将在wa，wb，wc附近。故难以用选择性电路滤除，容易构成互调干扰。而象wa＋wc和2wa＋wb……等类型的互调分量远离使用的频率，故容易滤除，因而危害性不大。*青海民族大学物电学院73

由此可以看出，3阶互调干扰有两种类型，即二信号3阶互调和三信号3阶互凋。

2A－B3阶1型A＋B－C3阶2型*青海民族大学物电学院74

通过上式可见3阶互调产物的幅度和晶体管特性的3次项系数a3成比例。由于a3>>a5故一般只考虑3阶互调干扰的危害性，由分析表明，各个干扰信号必须满足一定的频率和一定的幅度才能造成互调干扰。*青海民族大学物电学院75

产生互调干扰的基本条件是：（1）几个干扰信号（ωA、ωB、ωC）与受干扰信号的频率（ωS）之间满足2ωA-ωB=ωS或ωA+ωB-ωC=ωS

的条件；（2）干扰信号的幅度足够大；（3）干扰（信号）站和受干扰的接收机都同时工作。互调干扰分为发射机互调干扰和接收机互调干扰两类。*青海民族大学物电学院762.无3阶互调信道组的选择确定无3阶互调信道序列的方法设频率fx＝f0十Cx△ff0为起始频率，△f为信道间隔，Cx为信道顺序号，x由1到n排列。令D为序列号差值。Dij＝Cj—Ci。*青海民族大学物电学院77

根据3阶互调产物的表示式有以下两种形式：

由上两式得出

Ca一Cb＝Cb—Cc。也可以用信道序号差值D来表示。Dab＝Dbc这是产生3阶互调产物的条件。如果不满足以上条件，也就是在选择信道序列时，只要使任何二个信道序号的差值不重复出现，那么这一组频率就是无3阶互调干扰信道组。Cx＝Ca十Cb—CcCx＝2Ca—Cb*青海民族大学物电学院78

若选用无3阶互调的信道CaCbCcCd就必须满足Dab≠Dbc

≠Dcd≠Dac≠Dad。对于n个频道的系统，信道差值阵列表内的数字没有重复出现的现象，就表示所选信道没有3阶互调频率组，举列说明如下。*青海民族大学物电学院79

（1）如果选D21，即信道序号C1，C2。（2）如果选D21＝1，D42＝2，即信道序号C1，C2，C4，就不能再出现差值3，因D41＝3，只能选值4。（3）如选D84＝4，即信道序导C1，C2，C4，C8。接着只能选值5，即信道序号C1，C2，C4，C8

，C13。以上系列不能再选差值3，6，7，9，11，12。*青海民族大学物电学院80

（4）如选D21,13＝8，即信道序号C1，C2，C4，C8，C13，C21，再选C31,21＝10，即信道序号C1，C2，C4，C8，C13，C21,C31，因C2l，C8差值D21，8＝13，因此不能再选差值13。（5）如选出D45，31＝14，即信道序号C1，C2，C4，C8，C13，C21，C31，C45。*青海民族大学物电学院81

①相邻一个差值的和：1，2，4，5，8，10，14②相邻二个差值的和：3，6，9，I3，18，24②相邻三个差值的和：7，11，17，23，32④相邻四个差值的和：12，19，27，37⑤相邻五个差值的和：20，29，41⑥相邻六个差值的和：30，43⑦相邻七个差值的和:44*青海民族大学物电学院82

当选择1、2，下面的差值可选4，因为在l，2下面已有3出现了。选择了l，2，4，下面的数值有3，6，5出现，只能选5。选择了l，2，4，5，下面数值有3，6，7，9，11，12出现，其中8没有出现。可以选8。以此类推，选10，14。如果再继续可以选15。见表2-6，第一行差值序列。*青海民族大学物电学院83只要差值不出现重复，即该信道组为无3阶互调频率组。表2-6*青海民族大学物电学院84

下面举例说明用差值阵列表来检查频率组是否满足无3阶互调的频率。现有一组频率，序号是C1、C2、C5、C10、C16、C23、C33、C35。首先列出信道序列号，按照顺序给出差值阵列。检查差值阵列中是否出现重复差值。没有重复差值则该频率序列组是无3阶互调频率组(见表2-7)。*青海民族大学物电学院85表2-7*青海民族大学物电学院86

说明：选用无3阶互调频道组时，3阶互调产物依然存在，只是不落在本系统的工作频道之内，可能落入其他系统，对其他系统造成干扰。从表2－8可以清楚地看出，无3阶互调情况下，信道数和信道利用率的关系。*青海民族大学物电学院87表2-8*青海民族大学物电学院88

综上所述：产生互调干扰的基本条件是：（1）几个干扰信号（ωA、ωB、ωC）与受干扰信号的频率（ωS）之间满足2ωA-ωB=ωS或ωA+ωB-ωC=ωS

的条件；（2）干扰信号的幅度足够大；（3）干扰（信号）站和受干扰的接收机都同时工作。

*青海民族大学物电学院89

互调干扰分为发射机互调干扰和接收机互调干扰两类。一部发射机发射的信号进入另一部发射机，并在其末级功放的非线性作用下与输出信号相互调制，产生不需要的组合干扰频率，对接收信号频率与这些组合频率相同的接收机造成的干扰，称为发射机互调干扰。减少发射机互调干扰的措施有：（1）加大发射机天线之间的距离；（2）采用单向隔离器件和采用高Q谐振腔；（3）提高发射机的互调转换衰耗。*青海民族大学物电学院90

当多个强干扰信号进入接收机前端电路时，在器件的非线性作用下，干扰信号互相混频后产生可落入接收机中频频带内的互调产物而造成的干扰称为接收机互调干扰。减少接收机互调干扰的措施有：（1）提高接收机前端电路的线性度；（2）在接收机前端插入滤波器，提高其选择性；（3）选用无三阶互调的频道组工作。*青海民族大学物电学院912.5.4阻塞干扰当外界存在一个离接收机工作频率较远,但能进入接收机并作用于其前端电路的强干扰信号时，由于接收机前端电路的非线性而造成对有用信号增益降低或噪声增高，使接收机灵敏度下降的现象称为阻塞干扰。这种干扰与干扰信号的幅度有关，幅度越大，干扰越严重。当干扰电压幅度非常强时，可导致接收机收不到有用信号而使通信中断。*青海民族大学物电学院92

当另一部靠得很近的移动台发射机的信号强度足以压倒基站的有用信号时就发生近端对远端的干扰。假设移动台接收机跟基站发射机距离为d1，而跟另一部移动台发射机的距离为d2，而且d1远大于d2，如果两部发射机以相同的频率和功率同时发射，则移动台接收机从有用信号源（基站发射机）接收到的信号将被从非所需的发射源（另一移动台发射机）接收到的信号所掩盖。2.5.5近端对远端的干扰*青海民族大学物电学院93

同样，当基站同时接收从两个距离不同（一个靠近，而另一个较远）的移动台发来的信号时也将发生相同的干扰。克服措施：一是使两个移动台所用频道拉开必要间隔；二是移动台端加自动（发射）功率控制（APC），使所有工作的移动台到达基站功率基本一致。由于频率资源紧张，几乎所有的移动通信系统对基站和移动终端都采用APC工作方式。*青海民族大学物电学院942.6.1分区分组配置法分区分组配置法所遵循的原则是：尽量减小占用的总频段，以提高频段的利用率；同一区群内不能使用相同的信道，以避免同频干扰；小区内采用无三阶互调的相容信道组，以避免互调干扰。现举例说明如下。

2.6蜂窝移动通信网络的频率规划*青海民族大学物电学院95

设每个区群有7个小区，每个小区需6个信道，按上述原则进行分配，可得到：第一组1，5，14，20，34，36

第二组2，9，13，18，21，31

第三组3，8，19，25，33，40

第四组4，12，16，22，37，39

第五组6，10，27，30，32，41

第六组7，11，24，26，29，35

第七组15，17，23，28，38，42*青海民族大学物电学院962.6.2等频距分配法

等频距分配法按频率等间隔分配信道，这样可以有效地避免邻道干扰。若有M个信道，将其分为N个信道组，则每个信道组中有M/N个信道，而N个信道组的信道序列可以确定如下：K+jN

K=1，2，3，…，N；J=0，1，2，…(M/N)-1式中，K为信道组的序列号，最大为K=N，j为信道序号的取值。*青海民族大学物电学院97

我国GSM网和TACS网均采用了这种方法。如果基站采用了无方向性激励时，通常以12个无线小区（基地区）作为一个簇（cluster），其信道组配置如图2-5所示。按K+jN的规律，可以确定各信道组的信道序列如下：第一信道组，K=1，j=0~12，故有（1，13，25，…）第二信道组，K=2，j=0~12，故有（2，14，26，…）

*青海民族大学物电学院98

第三信道组，K=3，j=0~12故有（3，15，27，…）第四信道组，K=4，j=0~12，故有（4，16，28，…）第五信道组，K=5，j=0~12，故有(5，17，29，）第六信道组，K=6，j=0~12，故有（6，18，30，…）

*青海民族大学物电学院99

第七信道组，K=7，j=0~12，故有（7，19，31，…）第八信道组，K=8，j=0~12，故有(8，20，32，…)

第九信道组，K=9，j=0~12，故有(9，21，33，…)

第十信道组，K=10，j=0~12，故有(10，22，34，…)*青海民族大学物电学院100

第十一信道组，K=11，j=0~12，故有(11，23，35，…)

第十二信道组，K=12，j=0~12，故有(12，24，36，…)

这样同一信道内的最小间隔为12，保证了对邻道干扰的抑制。*青海民族大学物电学院101图2-1812个无线小区为一个簇的信道组配置*青海民族大学物电学院102图2-194个基站24个扇形无线小区为一个簇的信道组配置*青海民族大学物电学院103图2-207个基站、21个扇形无线小区为一个簇的信道组配置*青海民族大学物电学院1042.6.3信道分配策略

信道分配策略可分为两类：固定的信道分配策略和动态的信道分配策略。动态的信道分配策略中，MSC只分配符合以下条件的某一频率：这个小区没有使用该频率，而且，任何为了避免同频干扰而限定的最小频率复用距离内的小区也都没有使用该频率。动态的信道分配策略有利于提高信道利用率，并可以减小系统呼叫阻塞率，但要求MSC连续实时地收集关于信道占用情况，话务量分布情况，所有信道的无线信号强度指示（RSSI）等数据，这增加了系统的计算量和存储量。*青海民族大学物电学院1052.7多信道共用技术2.7.1话务量与呼损1.呼叫话务量话务量是度量通信系统业务量或繁忙程度的指标。所谓呼叫话务量A，是指单位时间内（1小时）进行的平均电话交换量。它可用下面公式来表示：*青海民族大学物电学院106式中：C——每小时平均呼叫次数；t0——每次呼叫平均占用信道的时间（包括接续时间和通话时间）。如果t0以小时为单位，则话务量A的单位是厄兰(Erlang，占线小时，简称Erl)。如果在一个小时内不断地占用一个信道，则其呼叫话务量为1Erl。它是一个信道具有的最大话务量。例如：设在100个信道上，平均每小时有2100次呼叫，平均每次呼叫时间为2分钟，则这些信道上的呼叫话务量：*青海民族大学物电学院1072.呼损率

在一个通信系统中，造成呼叫失败的概率称为呼叫失败概率，简称为呼损率（B）。设A′为呼叫成功而接通电话的话务量，简称为完成话务量；

C为总呼叫的次数；C0为一小时内呼叫成功而通话的次数；t

为每次通话的平均占用信道时间，则*青海民族大学物电学院108完成话务量A′为呼损率B为式中，（A-A′）为损失话务量。所以呼损率的物理意义是损失话务量与呼叫话务量之比的百分数。*青海民族大学物电学院109

呼损率B愈小，成功呼叫的概率越大，用户就越满意。呼损率和话务量是一对矛盾，即服务等级和信道利用率是矛盾的。*青海民族大学物电学院110

如果呼叫有以下性质：

(1)每次呼叫相互独立，互不相关（呼叫具有随机性）；

(2)每次呼叫在时间上都有相同的概率；并假定移动电话通信服务系统的信道数为n；则呼损率B可计算如下：*青海民族大学物电学院111表

Erl损失概率表*青海民族大学物电学院112表

Erl损失概率表*青海民族大学物电学院113表

Erl损失概率表*青海民族大学物电学院114表

Erl损失概率表*青海民族大学物电学院1153.繁忙小时集中度(K)繁忙小时集中度K一般为8%~14%。*青海民族大学物电学院1164.每个用户忙时话务量（Aa）

假设每一用户每天平均呼叫次数为C，每次呼叫平均占用信道的时间为T（单位为秒），忙时集中度为K，则每个用户忙时话务量为一些移动电话通信网的统计数值表明，对于公用移动通信网，每个用户忙时话务量可按0.01Erl计算；对于专用移动通信网，由于业务的不同，每个用户忙时话务量也不一样。一般可按0.06Erl计算。*青海民族大学物电学院1172.7.2每个信道能容纳的用户数

每个信道所能容纳的用户数m可由下式决定：

每个信道的m与在一定呼损条件下的信道平均话务量成正比，而与每个用户忙时话务量成反比。

*青海民族大学物电学院118

例如，某移动通信系统一个无线小区有8个信道(1个控制信道，7个话音信道)，每天每个用户平均呼叫10次，每次占用信道平均时间为80秒，呼损率要求10%，忙时集中率为0.125。问该无线小区能容纳多少用户？*青海民族大学物电学院119(1)根据呼损的要求及信道数(n=7)，求总话务量A：可以利用公式，也可查表。求得A=4.666Erl。

(2)求每个用户的忙时话务量Aa：(3)求每个信道能容纳的用户数m：(4)系统所容纳的用户数：*青海民族大学物电学院120移动性管理包括两个方面：位置管理：确保移动台能被有效地寻呼到切换管理：确保移动台跨区时业务的连续性2.8移动性管理*青海民族大学物电学院1212.8.1位置管理概述移动通信网络中位置管理的实质就是通过移动通信网络的具体操作来实现对移动用户的定位。具体来说，就是确保在有外来呼叫移动用户时，该移动用户能有效且及时的被移动通信网络“找”到，也即当在移动用户变换自己的位置的情况下，移动通信网络能及时地进行跟踪，当呼叫到达时，能够被及时准确地传递到移动用户当前的位置。*青海民族大学物电学院122

在第二代蜂窝移动通信系统中，系统所覆盖的区域被划分为若干个地理区域，称为位置区(LA)，每个位置区由若干个小区组成。通常同一个位置区中的所有BTS都连接在同一个MSC上。移动通信系统采用HLR-VLR双层的网络数据库结构来管理移动用户信息。一般一个网络拥有一个HLR和若干个VLR，而一个VLR则管理着几个LA内的移动终端的信息。当某一地区用户数量超过一个HLR所承受的数量时，可以通过多个HLR来分级管理。*青海民族大学物电学院123

位置管理分为两个部分：位置更新（LocationUpdate）和寻呼(Paging)，如图2-21所示。位置管理位置更新寻呼鉴权数据库更新数据库查询终端呼叫图2-21位置管理功能框图*青海民族大学物电学院124

在位置更新过程中，移动终端首先通过上行控制信道发送更新消息，然后执行更新数据库的信令过程。在位置更新阶段，移动终端把它的新的接入点通知网络，使网络能对移动终端进行鉴权和修改数据库中移动终端位置档案和在新的数据库中进行登记。寻呼则是搜索并确定移动终端所在具体蜂窝位置的过程。寻呼包括查询移动终端的位置档案，以及找到该移动终端当前位置这两个方面。位置更新和寻呼是两个对立的过程。*青海民族大学物电学院1251.位置更新有效的位置更新方法可以平衡并优化位置管理过程移动通信系统信令消耗的代价。位置更新策略中最核心的问题是更新门限问题。总的来说，位置更新分为静态位置更新（StaticLocationUpdate）方法和动态位置更新(DynamicLocationUpdate)方法。*青海民族大学物电学院1261）静态位置更新策略静态位置更新方法基于网络发起位置更新操作。如GSM应用的便是静态位置更新策略。这里所谓的静态主要是体现在位置区域LA的范围是固定的方面而言的。*青海民族大学物电学院127

静态位置更新方案存在以下几个缺点：（1）当移动终端在边界上来回运动时，将产生大量的不必要的位置更新操作。（2）信令负载过于集中，边界小区的信令负载要远大于内部小区。（3）位置区的大小、形状、配置并不是对所有的移动终端都是最佳的。（4）寻呼业务量过大，当呼叫到达时，要在LA的所有小区中进行寻呼。*青海民族大学物电学院1282）动态位置更新策略基于静态位置更新策略所带来的一个很大的问题：即信令负载增加。研究人员提出了诸多动态的优化方案，以提高移动通信系统的工作效率和网络的移动性能。相对于静态位置更新算法而言，动态位置更新方法是基于移动用户的呼叫和运动模式来发起位置更新操作的。*青海民族大学物电学院129

（1）基于距离的位置更新方法在基于距离的位置更新方法中，当移动终端进行了一次位置更新之后，一直监测着自己与上一次位置更新点之间的距离，一旦检测到移动终端离开上次位置更新所在蜂窝小区的距离超过了一定的值D（距离门限）时，移动终端就进行一次位置更新，将其位置信息通告给网络。其中，最佳距离门限的确定取决于各个移动终端的运动方式和呼叫到达参数。基于距离的位置更新策略的实现对系统所需的复杂度较高，是最不实际的一种动态位置更新方法。*青海民族大学物电学院130

（2）基于时间的位置更新方法（Time-basedLocationUpdateScheme）基于时间的位置更新策略就是使移动用户每隔时间就周期性的进行一次位置更新。这里的是时间门限数值，其大小可以由系统根据呼叫到达间隔的概率分布动态确定。这个时间门限值的取值是影响该位置更新方法的关键。基于时间的位置更新策略比较容易实现和应用，但网络的移动性能也是相对比较差的。*青海民族大学物电学院131

（3）基于运动的位置更新方法当移动终端穿越小区边界的次数超过一个门限值d（运动门限）时，移动终端就进行一次位置更新，这就是基于运动的位置更新方法的概念。基于运动的位置更新方法能够取得比较好的移动性能，虽然该方法不是最有效的位置更新方法，但其实却是最实际的。*青海民族大学物电学院132(4)其他的有关动态位置更新方面的方案

①自适应位置更新策略自适应位置更新策略中位置区分为若干个等级，根据移动终端过去和现在的移动特性为不同的移动终端分配不同等级的位置区，每个等级的位置区大小不同。自适应位置更新策略优点：位置更新的频率大大降低（因为它被分配了一个适当的位置区且位于位置区的中心）。位置更新的信令负载均匀分布。（因为边界是不固定的）。实际中，位置区的大小经常变化，实现起来较复杂*青海民族大学物电学院133②带预测的方案该策略的思想是认为移动终端将来的速度和位置与当前的速度和位置是相关的，并且移动终端在位置更新过程中向网络报告它的位置地点及运动速度，网络根据这些信息确定移动终端位置的概率密度函数，并据此预测移动终未来时刻所处位置，网络端和移动终端都维持预测信息，移动终端周期性地检查它的位置，当移动的距离超过根据预测信息所确定的距离门限时执行位置更新。*青海民族大学物电学院134③基于状态的位置更新策略状态信息可以指上一次位置更新后所经历的时间，跨越的小区数目或者运动的距离等。不同的状态信息对应于不同的位置更新策略。一种情况是状态信息包括当前所在位置及上一次位置更新后所经过的时间，移动终端运动模型为时变高斯过程，则基于该状态信息的位置更新方案比基于时间的方案获得了10％的性能改善。*青海民族大学物电学院1352.寻呼策略（Paging）当呼叫（IncomingCall）某移动用户时，移动通信网络需要及时通过有效的寻呼策略将该呼叫传递到该移动用户。寻呼方案的有效性主要体现在：

(1)寻呼方案对移动网络所消耗的信令代价需要比较小。

(2)寻呼时延需要比较小。

(3)实用性需要较强。*青海民族大学物电学院136

目前，寻呼方案主要分为以下几类：同步全呼（SimultaneousPaging）、依序单呼（SequentialPaging）、依序组呼（SequentialGroupPaging）等。

1)同步全呼在所有的寻呼方案中，同步全呼策略是最简单易行的。如果图2-22所示的整个区域为一个位置区，那么当有呼叫到来时，移动网络在移动终端所在位置区内的所有小区同时同时发起对目标移动终端的寻呼，如下图2-22中的阴影部分所示。*青海民族大学物电学院137图2-22同步全呼策略*青海民族大学物电学院138

优点：寻呼延迟最小，即为一个单位的寻呼时延。缺点：该方法的寻呼开销主要依赖于位置区内蜂窝数目的大小。特别在微蜂窝大范围应用的下一代移动通信网络中，位置区内的小区数目较多，采用同步全呼的寻呼策略所引起的寻呼开销必然会很高，引起过量的信令负载。*青海民族大学物电学院1392）依序单呼传统的依序单呼是指以每个蜂窝小区为单元依一定的概率次序单个的寻呼过来，直到寻呼找到移动终端。当然，该寻呼策略的前提应该是当前移动网络能够承受不少于该位置区域内所有蜂窝小区数目大小的单位时延数。一般这种情况下，可以认为移动网络对时延不敏感，可以承受任意大的时延了。*青海民族大学物电学院140

实际中，往往讨论的依序单呼是如图2-23所示的以每层小区为单位的依序单层寻呼方法。如下图所示，从中心第0层小区开始每层每层的寻呼，直至寻呼到移动终端。这种依序单层寻呼方法其实也就是一种环状寻呼策略。以上次位置更新时移动终端所在小区为中心，把寻呼区域划分为环绕中心小区的若干个环，然后进行依次寻呼。*青海民族大学物电学院141

图2-23依序单层寻呼*青海民族大学物电学院142

3）依序组呼依序组呼就是以多环成一组进行依次按组寻呼。特别是在上述基于运动和基于距离的位置更新的方案中，对应的寻呼策略往往都是按依序组呼方式来实现的。如图2-24所示，位置区被分为两个寻呼区PA1和PA2（图中以不同的阴影标识出来），中心第0环和第1环形成一组（PA1），作第一次寻呼，如果这次寻呼过程未发现移动终端，则进行下一次寻呼。第二次寻呼以第2环和第3环形成一组（PA2）一起寻呼。*青海民族大学物电学院143图2-24依序组呼寻呼策略*青海民族大学物电学院1444）用户档案法该方法的前提是认为移动终端的位置在大部分时间内是有规律可循的，因为大多数移动用户具有一定的工作和生活规律，经常在住处、办公室、学校等固定地点及其周围地区活动。因此，基于档案的策略正是利用这一规律性来减少位置管理过程中的信令负荷。*青海民族大学物电学院145

用户档案法根据移动终端的运动方式，预测移动终端所要经过的路径以避免大部分无效的位置更新和寻呼。在这种策略中，系统为每个移动终端维护了一个记录档案。虽然用户档案法对于长期事件来说，具有较好的性能，但是对于短期事件来说，不是十分理想，比如下面的两种情况：*青海民族大学物电学院146（1）移动终端进入一个从未去过的LA，浪费了大量的寻呼。（2）当移动终端在某LA与网络进行一次操作（如有一个呼叫到达，或用户发起一次呼叫等）后不久，又有一个呼叫到达，此时移动终端在此LA的概率是最大的，但仍然得按照LA列表的顺序进行寻呼*青海民族大学物电学院1475）直线寻呼当有呼叫到达时，寻呼的过程就是在整条直线上依次对每个LA进行寻呼。当然，移动终端不能沿直线走无限远，因此需要设立一个门限值d，当移动终端离开更新位置的距离超过门限值时，发起位置更新*青海民族大学物电学院1486）智能寻呼智能寻呼根据某些信息选择位置区中的部分小区组成寻呼区（PA），因此寻呼分成多步进行。为减少寻呼代价和寻呼延迟，应使第一步寻呼成功概率（PSFS）尽可能高，为此需要充分利用各种与寻呼相关的信息。*青海民族大学物电学院149

这些信息包括：

A．新近与用户相互进行操作的基站，何时进行的操作。

B．用户是高移动性的用户还是低移动性的用户。

C．用户在哪些区域逗留的时间较长，逗留多久。

D．当前的情况（如上下班高峰期，工作时间等）

E．寻呼基站的分布情况。*青海民族大学物电学院1502.8.2切换管理

1.切换的基本概念在蜂窝移动通信网络中，当一个移动台（MS）正通过无线链路连接到某个BS进行通话时，如果该MS渐渐离开该BS移动到另一个BS覆盖的区域，则连接到原BS的无线链路最终被迫中断，因此，需要及时建立一条到新BS的链路，以保持继续通话，这一过程称之为切换。

*青海民族大学物电学院151

切换是蜂窝系统的基本操作，切换按情况不同可分硬切换、软切换和更软切换。“硬切换”——“通前断（breakbeforemake）”“软切换”——“断前通（makebeforebreak）”

“更软切换”——发生在同一基站具有相同频率的不同扇区之间的切换*青海民族大学物电学院152

切换的性能除切换本身的算法外，跟BS的布点有着极大的关系。（1）从抗干扰的角度讲，相邻小区的无线重叠区应尽可能小，但从切换的角度看，相邻小区的无线重叠区不宜太小。（2）相邻小区的无线重叠区（也即切换区）应避免与交通流量大的区域重叠。*青海民族大学物电学院153

三个切换性能指标：新呼叫阻塞概率（theprobabilityofnewcallblocking）PNCB

由于切换造成的强迫中断概率（theprobabilityofForcedTermination，也可称切换掉线发生的概率）PFT：切换速率（therateofhandover）RH或信道利用率（中继资源利用率）*青海民族大学物电学院1542.切换的三个阶段一个完整的切换过程包括三个阶段：切换的初始阶段、新的连接产生阶段、新的数据流建立阶段。切换管理的程序如图2-25所示*青海民族大学物电学院155切换管理初始化新连接数据流控制用户位置网络条件资源分配连接路由缓存查询组播图2-25切换管理的功能示意图*青海民族大学物电学院1563.切换检测策略移动台控制的切换（MCHO）；网络控制的切换（NCHO）；移动台辅助的切换（MAHO）。（1）移动台控制的切换（MCHO）：MS持续监督来自所接入的BS和几个切换候选BS的信号强度和质量。当满足某些切换准则时，MS选定一个“最佳”可用业务信道作为候选BS，并发出切换请求。*青海民族大学物电学院157

（2）网络控制的切换（NCHO）在这种方法中，BS监督来自BS的信号强度与质量。当这些参数低于某些阈值时，网络安排一次到另一个BS的切换。网络要求附近所有的BS监督来自某个MS的信号，并将测量结果报告给网络。然后，网络为切换选择一个新BS，并同时通知该MS（通过原BS）和新BS。随后，切换生效。*青海民族大学物电学院158

（3）移动辅助的切换（MAHO）

MAHO是网络控制切换的主体，其中网络要求MS测量来自周围BS的信号，并向原BS报告测量结果，因而网络能够确定是否需要切换，以及切换到哪一个BS。高层GSM、IS-95CDMA和IS-136TDMA标准均采用这种切换策略，但任何低层PCS标准均未采用此方法。*青海民族大学物电学院1594.切换准则

1）相对信号强度准则

2）具有门限规定的相对信号强度准则

3）具有滞后余量的相对信号强度准则

4）具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则*青海民族大学物电学院1602.9无线资源管理

无线资源管理（wirelessresourcemanagement，WRM）就是对移动通信系统的空中接口资源的规划和调度。研究无线资源管理就是希望在有限的无线资源的情况下，在保证一定的规划覆盖和服务质量要求的情况下，接人尽可能多的用户。如果没有良好的无线资源管理技术，即使再好的无线传输技术也无法发挥它的优势，极端的情况甚至会导致系统无法正常运转。无线资源管理涉及接入控制、信道分配、功率控制、负载控制以及分组信息的调度等。*青海民族大学物电学院1612.9.1功率控制

1.目的：满足信号目标载干比，降低干扰。

2.开环功率控制和闭环功率控制

2.9.2接入控制预留信道方案设置等待队列方案

2.9.3负载控制正常情况和特殊情况下的负载控制任务措施：强制掉话、负载均衡等*青海民族大学物电学院1622.9.4信道分配固定信道分配（FCA）、动态信道分配（DCA）、混合信道分配（HCA）

2.9.5分组调度*青海民族大学物电学院1632.10信令接入信令和网络信令随路信令和共路信令模拟信令和数字信令

2.10.1接入信令(移动台至基站之间的信令)

信令，经过数据链路层和物理层进行传输。根据空中接口标准的不同，物理信道中传输信令的方式有多种形式。*青海民族大学物电学院1641.数字信令

在大容量的移动通信网中，已广泛使用了数字信令。数字信令传输速度快，组码数量大，电路便于集成化,可以促进设备小型化且降低成本。*青海民族大学物电学院165

在移动信道中传输数字信令，必须采用各种差错控制技术，如检错和纠错等，才能保证可靠的传输。在传输数字信令时，为便于收端解码，要求数字信令按一定的格式编排。信令格式是多种多样的，不同通信系统的信令格式也各不相同。常用的信令格式如图2-26所示，它包括前置码(P)、字同步(SW)、地址或数据(A或D)、纠错码(SP)等四部分。*青海民族大学物电学院166图2-26典型的数字信令格式*青海民族大学物电学院167

前置码(P)：前置码提供位同步信息，以确定每一码位的起始和终止时刻，以便接收端进行积分和判决。为便于提取位同步信息，前置码一般采用1010……的交替码。接收端用锁相环路即可提取出位同步信息。字同步码(SW)：字同步码用于确定信息(报文)的开始位，相当于时分制多路通信中的帧同步，因此也称为帧同步。*青海民族大学物电学院168

地址或数据码(A或D)：通常包括控制、选呼、拨号等信令，各种系统都有其独特的规定。纠错码(SP)：有时还称作监督码。不同的纠错编码有不同的检错和纠错能力。*青海民族大学物电学院1692.音频信令音频信令是用不同的音频信号组成的。常用的有单音频信令、双音频信令和多音频信令等三种。

1)带内单音频信令用0.3~3kHz范围内不同的单音作为信令的称为带内单音频信令。

2)带外亚音频信令采用低于300Hz的单音作信令。*青海民族大