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1、移动通信原理与应用移动通信原理与应用22023-3-30目目 录录n第一章第一章 概概 述述n第二章第二章 蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统n第三章第三章 无线移动通信信道无线移动通信信道n第四章第四章 移动通信的调制技术移动通信的调制技术n第五章第五章 抗衰落技术抗衰落技术n第六章第六章 语音编码技术语音编码技术n第七章第七章 移动通信中的多址接入技术移动通信中的多址接入技术n第八章第八章 移动通信网移动通信网n第九章第九章 GSM通信系统通信系统n第十章第十章 IS-95 CDMA移动通信及其标准介绍移动通信及其标准介绍n第十一章第十一章 第三代移动通信及其标准介绍第三代移动通信及其标准介
2、绍32023-3-30第二章第二章 蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统n2.1蜂窝小区的概念和特点蜂窝小区的概念和特点n 2.1.1大区制移动通信系统大区制移动通信系统n 2.1.2频率复用和小区制移动通信系统频率复用和小区制移动通信系统n2.2信道切换策略信道切换策略n 2.2.1信道切换原理信道切换原理n 2.2.2实际系统切换的一些考虑实际系统切换的一些考虑n2.3干扰和信道容量干扰和信道容量n 2.3.1同频干扰和系统容量同频干扰和系统容量n 2.3.2相邻信道的干扰相邻信道的干扰n 2.3.3蜂窝小区容量的改善蜂窝小区容量的改善n2.4电信业务流量与服务等级电信业务流量与服务等级n 2
3、.4.1电信业务流量电信业务流量n 2.4.2通信系统服务质量和负荷能力通信系统服务质量和负荷能力42023-3-302.1 蜂窝小区的概念和特点蜂窝小区的概念和特点n解决频率资源有限和用户容量问题解决频率资源有限和用户容量问题q区域覆盖方式区域覆盖方式大区制大区制(小容量小容量)l一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大l利用分集接收等技术来保证上行链路的通信质量利用分集接收等技术来保证上行链路的通信质量l只能适用于小容量的通信网只能适用于小容量的通信网小区制小区制(大容量大容量)l频率复用频率复用l将覆盖区域划分为若干小区将覆盖区域划分为若干小区 ，每个小区
4、设立一个基站服务于本小，每个小区设立一个基站服务于本小区，但各小区可重复使用频率区，但各小区可重复使用频率 l带来同频干扰的问题带来同频干扰的问题 52023-3-302.1 蜂窝小区的概念和特点蜂窝小区的概念和特点n2.1.1 大区制移动通信系统大区制移动通信系统l一个基站覆盖整个服务区，发一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大射功率要大l利用分集接收等技术来保证上利用分集接收等技术来保证上行链路的通信质量行链路的通信质量l只能适用于小容量的通信网只能适用于小容量的通信网,例例如用户数在如用户数在1000以下的。以下的。l这种制式的控制方式简单，设这种制式的控制方式简单，设备成本低，适用于中小
5、城市、工备成本低，适用于中小城市、工矿区以及专业部门，是发展专用矿区以及专业部门，是发展专用移动通信网可选用的制式。移动通信网可选用的制式。大区制频率覆盖大区制频率覆盖62023-3-30n2.1.2小区制移动通信小区制移动通信系统和频率复用系统和频率复用q1969年，年，Bell实验室实验室 q把整个大范围的无线服务把整个大范围的无线服务区划分成彼此相邻的正六区划分成彼此相邻的正六边形小区，每个小区设置边形小区，每个小区设置基站。基站。 q每个基站使用多个无线电每个基站使用多个无线电频率作为通信信道，各相频率作为通信信道，各相邻基站使用不同的无线电邻基站使用不同的无线电频率。频率。q采用频率
6、复用技术采用频率复用技术2.1 蜂窝小区的概念和特点蜂窝小区的概念和特点72023-3-302.1 蜂窝小区的概念和特点蜂窝小区的概念和特点图图2.1 双频组和三频组频率配置双频组和三频组频率配置（1） 带状服务覆盖区带状服务覆盖区 为了克服同频干扰，常采用双频组频率配置和为了克服同频干扰，常采用双频组频率配置和三频组频率配置三频组频率配置.如图如图2.1所示。所示。82023-3-30（2） 面状服务覆盖区面状服务覆盖区要覆盖整个区域，无重叠和间隙，只有三种可能的选择：正要覆盖整个区域，无重叠和间隙，只有三种可能的选择：正三角形、正方形、正六边形三角形、正方形、正六边形采用六边形的原因采用六
7、边形的原因n用最小的小区数就能覆盖整个地理区域用最小的小区数就能覆盖整个地理区域n最接近于全向的基站天线和自由空间传播的全向辐射模式最接近于全向的基站天线和自由空间传播的全向辐射模式2.1 蜂窝小区的概念和特点蜂窝小区的概念和特点92023-3-30基站激励方式基站激励方式 中心激励中心激励(center-excited)： 基站设在小区的中央，用全基站设在小区的中央，用全向天线形成圆形覆盖区。向天线形成圆形覆盖区。 顶点激励顶点激励 (edge-excited) ： 基站设在每个小区六边形的基站设在每个小区六边形的三个顶点上，每个基站采用三三个顶点上，每个基站采用三副副120度扇形辐射的定向
8、天线，度扇形辐射的定向天线，分别覆盖三个相邻小区的各三分别覆盖三个相邻小区的各三分之一区域。分之一区域。全向辐射天线基站全向辐射天线基站120扇形辐射天线基站扇形辐射天线基站2.1 蜂窝小区的概念和特点蜂窝小区的概念和特点102023-3-30共同使用全部可用频率的共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇个小区叫做一簇同一个小区簇内，要使用不同的频率；同一个小区簇内，要使用不同的频率；不同的小区簇间使用对应的相同频率不同的小区簇间使用对应的相同频率 1 2 1 2 3 4 5 3 4 5 6 7 1 2 6 7 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 73 4 5 6 7 1 2 6 7 1
9、 2 3 4 5 3 4 5 6 7 6 7蜂窝系统的频率复用和小区面状覆盖图示蜂窝系统的频率复用和小区面状覆盖图示q=D/R=4.6N=72.1 蜂窝小区的概念和特点蜂窝小区的概念和特点112023-3-30 一个共有一个共有S个双向信道的蜂窝系统，如果每簇含个双向信道的蜂窝系统，如果每簇含N个小区，每个小区，每个小区分配个小区分配K个信道（个信道（kS） 那么那么 如果簇在系统中共同复制了如果簇在系统中共同复制了M次，则信道的总数次，则信道的总数C可作为容量可作为容量的一个度量的一个度量N叫做簇的大小，典型值为叫做簇的大小，典型值为4、7或或12。N的值表现了移动台或基站在保证通信质量的同
10、时，可以承受的值表现了移动台或基站在保证通信质量的同时，可以承受的干扰（主要是同频干扰）的干扰（主要是同频干扰） MSMKNC NKS2.1 蜂窝小区的概念和特点蜂窝小区的概念和特点122023-3-302431524315243152431524315243124312431243124312431N=5?N=4?2.1 蜂窝小区的概念和特点蜂窝小区的概念和特点132023-3-30簇之间彼此邻接，且无空隙无重叠地进行覆盖簇之间彼此邻接，且无空隙无重叠地进行覆盖 ；邻接之后的簇应保证各个相邻同信道小区之间的距离邻接之后的簇应保证各个相邻同信道小区之间的距离相等相等 ； 簇内的小区数应满足下式
11、簇内的小区数应满足下式jijiN22其中，其中，i和和j为零或正整数。为零或正整数。N的典型值为的典型值为4、7或或12。142023-3-30jijiN22ij152023-3-30i=3 j=1i=3 j=2i=3 j=0i=2 j=1i=2 j=0162023-3-30沿着任何一条六边形边的垂线方向移动沿着任何一条六边形边的垂线方向移动i个小区个小区逆时针旋转逆时针旋转60度再移动度再移动j个小区个小区i=？j=？N=？在蜂窝小区中定位同频小区的方法在蜂窝小区中定位同频小区的方法172023-3-30N=4，i =2，j=0N=7，i =2，j =1182023-3-30 同频小区中心之
12、间的距离为：式中式中，D: N: 区群中的小区数目区群中的小区数目， r: 小区半径小区半径最近的两个同频小区最近的两个同频小区中心之间的距离中心之间的距离3N/rDQ6 62 21 15 53 37 76 61 15 57 76 64 41 14 4D Di ij j Q的值越小则容量越大；而的值越小则容量越大；而Q值大可以提高传播质量，因为值大可以提高传播质量，因为同频干扰小。实际中，需要对这两个目标进行协调和折衷。同频干扰小。实际中，需要对这两个目标进行协调和折衷。022120cos23ijjirD192023-3-30 在实际的蜂窝系统中，需要对这两个目标进行协调在实际的蜂窝系统中，需
13、要对这两个目标进行协调和折衷和折衷。 fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20, 自自由由空空间间传传播播损损耗耗） D 频率利用率频率利用率低低 同频干扰小同频干扰小 fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20, 自自由由空空间间传传播播损损耗耗） D 频率利用率频率利用率高高 同频干扰大同频干扰大 202023-3-30切换切换 将处于通话状态的将处于通话状态的MS转移到新的业务信道上（新的小区）的过程。转移到新的业务信道上（新的小区）的过程。 目的目的 实现蜂窝移动通信的实现蜂窝移动通信的“无缝隙无缝隙”覆盖，
14、即当移动台从一个小区进入另一覆盖，即当移动台从一个小区进入另一个小区时，保证通信的连续性。个小区时，保证通信的连续性。操作操作识别新的小区识别新的小区分配给移动台在新小区的话音信道和控制信道。分配给移动台在新小区的话音信道和控制信道。原因原因信号的强度或质量下降到由系统规定的一定参数以下，此时移动台被信号的强度或质量下降到由系统规定的一定参数以下，此时移动台被切换到信号强度较强的相邻小区。由移动台发起。切换到信号强度较强的相邻小区。由移动台发起。由于某小区业务信道容量全被占用或几乎全被占用，这时移动台被切由于某小区业务信道容量全被占用或几乎全被占用，这时移动台被切换到业务信道容量较空闲的相邻小
15、区。由上级实体发起。换到业务信道容量较空闲的相邻小区。由上级实体发起。要求要求 切换必须顺利完成，并且尽可能少地出现，同时要使用户觉察不到；切换必须顺利完成，并且尽可能少地出现，同时要使用户觉察不到；切换门限要恰当切换门限要恰当切换前对信号的监视：保证信号电平的下降确实由于移动台正离开当切换前对信号的监视：保证信号电平的下降确实由于移动台正离开当前基站前基站2.2 信道切换策略信道切换策略212023-3-30检测检测 方法方法信道监视方法信道监视方法q目的：使切换请求优先于初始呼叫请求目的：使切换请求优先于初始呼叫请求q原理：保留小区中所有可用信道的一小部分，专门为那些可能要切原理：保留小区
16、中所有可用信道的一小部分，专门为那些可能要切换到该小区的通话所发出的切换请求服务换到该小区的通话所发出的切换请求服务对切换请求进行排队对切换请求进行排队q目的：减小中断的发生概率目的：减小中断的发生概率q原理：信号强度下降到切换门限以下和因信号太弱而通话中断之间原理：信号强度下降到切换门限以下和因信号太弱而通话中断之间的时间间隔是有限的的时间间隔是有限的第一代模拟蜂窝系统由基站完成，由MSC管理数字TDMA第二代系统移动台辅助切换(MAHO)2.2 信道切换策略信道切换策略222023-3-302.2 信道切换策略信道切换策略n2.2.2实际系统切换的一些考虑实际系统切换的一些考虑 在实际的蜂窝系统中，当移动速度变化范围较大时，系统设计将遇在实际的蜂窝系统中，当移动速度变化范围较大时，系统设计将遇到许多问题。到许多问题。 通过使用不同高度的天线和不同强度的功率，在一个站点上设置通过使用不同高度的天线和不同强度的功率，在一个站点上设置“大大的的”和和“小的小的”覆盖区是可能的，这种技术叫做伞状小区方法。伞状小区方覆盖区是可能的，这种技术叫做伞状小区方法。伞状小区方法能用来为高速用户提供大
