1、2通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部內容提要內容提要移動通信的概念移動信道的特征移動信道的噪聲與干擾移動通信的組網方式第三代移動通信簡介3通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部7.1 移動通信的概念移動通信的概念移動通信？移動通信？ 以移動體為對象的通信。移動體之間的通信；移動體與固定體之間的通信。移動體？移動體？ 人、汽車、火車、船、飛機、航天器等。按照移動體所處運動區域的不同， 移動通信可分為移動通信可分為： 陸地移動通信PLMN、海上移動通信和空中移動通信。4通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部陸地移動通信系統陸地移動通信系統:無線尋呼系統是一種單向通信系統(BP機)頻段在4

2、50MHZ 。無繩電話系統(子母機)集群移動通信系統屬于調度性專用網(對講機有一呼百應)蜂窩移動通信系統等。 5一、移動通信系統的組成一、移動通信系統的組成 圖7-1移動通信系統的組成 6通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部移動通信系統一般由移動通信系統一般由移動臺（MS）、基站（BS）、移動業務交換中心（MSC）以及與市話網（PSTN）相連的中繼線等組成。如圖7-1所示。MSC主要：用來處理信息的交換和整個系統的集中控制管理。負責交換移動臺（MS）各種類型的呼叫，如本地呼叫、長途呼叫和國際呼叫，提供連接維護管理中心的接口，還可以通過標準接口與基站（BS）或其它MSC相連 。基站（基站（B

3、S）包括一個基站控制器（BSC）和由其控制的若干個基站收發信系統（BTS），負責管理無線資源，實現固定網與移動用戶之間的通信連接，傳送系統信號和用戶信息 。移動臺（移動臺（MS）有手持機和車載臺等類型7通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部PSTNISDNOMCHLR/AUC/EIRSMCMSC/VLRBSC其 他 MSCBTSMSMSBTSBTSMAP接 口A-bis接 口A接 口8通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部GSM系統接口和功能HLREIRPSTNISDNPDNBSCBTSBSSMSC/SSPVLRMSC/SSPVLRSCPGBETUP/ISUPBDCFAL9通信與信息技術教

4、學部通信與信息技術教學部移動用戶識別號：Not more than 15 digits3 digits2 digitsIMSIMCCMNCMSINNMSIIMSI 號碼結構圖IMSIMCC：移動國家碼，三個數字，如中國為 460。MNC：移動網號，兩個數字，如中國移動的MNC為00。MSIN：在某一PLMN內MS唯一的識別碼，編碼格式為:H1 H2 H3 SXXXXXXNMSI：在某一國家內MS唯一識別碼10通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部IMSI是GSM系統分配給移動用戶(MS)的唯一的識別號。采取E.212編碼方式。存儲在SIM卡、HLR和VLR中，在無線接口及MAP接口上傳送。

5、IMSI分配原則：最多包含15個數字(0-9)。例:460002289000168TMSI是為了加強系統的保密性而在VLR內分配的臨時用戶識別，在某一VLR區域內與IMSI唯一對應。TMSI分配原則：包含四個字節，可以由八個十六進制數組成，其結構可由各運營部門根據當地情況而定11通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部移動用戶電話號碼移動用戶電話號碼MSISDNCCNDCSNNational (significant)Mobile station internationalISDN numberMobile numberMSISDN 號碼結構圖國家碼用戶號碼國內目的碼國際移動用戶國內移動用戶C

6、C： Country Code，國家碼，如中國為86。NDC：National Destination Code，國內接入號，如中國移動的NDC目前有139、138、137、136、135。SN： Subscriber NumberMSISDN的一般格式為86-139-H0 H1 H2 H3 ABCD12通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部MSISDN是指主叫用戶為呼叫GSM PLMN中的一個移動用戶所需撥的號碼，作用同于固定網PSTN號碼采取E.164編碼方式存儲在HLR和VLR中，在MAP接口上傳送例：1390018821013通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部二、二、 移動通信

7、的工作方式移動通信的工作方式 移動通信的工作方式可分為：單工制、半雙工制和雙工制通信方式三種。 1.單工制(1)單頻(同頻)單工 指通信雙方使用相同的頻率工作，發送時不接收，接收時不發送。只占用一個頻點。如圖7-2-a所示。 14通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部f1f1圖7-2-a 同頻單工通信方式示意圖15通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部 （2）雙頻(異頻)單工 指發信機和收信機分別使用兩個不同的頻率進行發送和接收。如甲的發射頻率和乙的接收頻率為f1，乙的發射頻率和甲的接收頻率為f2。同一部電臺的發射機和接收機是輪換工作的。如圖7-1-b所示。 16通信與信息技術教學部通信與

8、信息技術教學部圖7-2-b 異頻單工通信方式示意圖 17通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部2.半雙工制半雙工制 指通信的雙方中：有一方使用雙工方式，即收發信機同時工作，且使用兩個不同的頻率f1和f2；而另一方則采用異頻單工方式，即收發信機交替工作。如圖7-3所示。 18通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部圖7-3 半雙工通信方式示意圖 19通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部3.雙工通信方式（全雙工通信方式）雙工通信方式（全雙工通信方式） 所謂雙工通信方式是指通信的雙方在通話時收發信機均同時工作，即任一方在發話的同時，也能收聽到對方的信息，與普通有線電話的使用情況類似。這時通信雙

9、方一般通過雙工器來完成這種功能。如圖7-4所示。 20通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部圖7-4 雙工通信方式 21通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部三、移動通信的工作頻段三、移動通信的工作頻段 頻譜是寶貴的資源寶貴的資源。為了有效使用有限頻率，對頻率的分配和使用必須服從國際和國內的統一管理，否則就會造成互相干擾或資源浪費。確定移動通信工作頻段主要考慮以下幾個方面的因素： （1）電波傳播特性； （2）環境噪聲及干擾情況； （3）服務區域范圍、地形和障礙物尺寸； （4）設備小型化； （5）與已經開發的頻段的協調和兼容性。 22通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部根據國際電信聯盟（

10、ITU）的規定，1979年劃分給陸地移動通信的主要頻率范圍如表7-1所示。表7-1 ITU陸地移動通信的主要頻率范圍（MHz）23通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部按照國際頻率分配規定，1980年我國國家無線電管理委員會規定供陸地移動通信使用的頻段如表7-2所示。表7-2 我國陸地移動通信使用的頻段頻段名稱頻率/MHZ35 MHz頻段27548.580 MHz頻段72.574.6150 MHz頻段138149.9、150.05167450 MHz頻段403420、450470900 MHz頻段7989601800 MHz頻段1885220024通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部原郵

11、電部根據國家無線電管理委員會關于陸地移動通信使用頻段的規定，在移動電話網路技術體制中規定現階段取150MHz頻段、450 MHz頻段、900 MHz頻段和1800 MHz作為移動通信工作頻段，即150 MHz頻段： 138149.9 MHz ； 150.05167 MHz450 MHz頻段： 403420 MHz（發）；450470 MHz（收）25通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部900 MHz頻段： 890915 MHz (移動臺發、基站收) 935960 MHz （基站發、移動臺收） 900MHz頻段有AMPS（美國等）制式 有TACS（英國等）制式1800 MHz頻段： 1885

12、2025 MHz (移動臺發、基站收) 21102200 MHz（基站發、移動臺收） 目前正在進行1-3G MHz甚至5 MHz的移動通信新頻段。26通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部四、移動通信傳輸的特點四、移動通信傳輸的特點 n 移動通信的傳輸信道必須使用無線電波傳播n 電波傳播特性復雜 n 信號的傳播受地形、地物的影響也將隨時發生變化。例如，受建筑物阻擋造成的陰影效應，會使信號發生慢衰落；多徑傳播會使信號發生快衰落，快衰落使信號幅度出現快速、深度衰落，致使接收信號場強的瞬時值變化達30dB以上。 27通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部(3)干擾多而復雜，移動通信傳輸系統到的干

13、擾有： 天電干擾、工業干擾和各種噪聲的干擾 系統內部的干擾，如互調干擾、鄰道干擾、同頻干擾等； 不同系統間的干擾 (4) 組網方式多樣靈活 移動通信系統組網方式可分為小容量大區 制和大容量小區制兩大類。(5)用戶量大而頻率有限 28通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部五、移動通信的多址連接方式五、移動通信的多址連接方式 多址連接？ 大部分移動通信系統都有一個或幾個基站和若干移動臺。基站要和許多移動臺同時通信，而每個移動臺只供一個移動用戶使用，是單路工作的。以實現多個移動臺之間或移動臺與市話用戶之間，通過基站同時建立各自的信道的雙向通信連接，稱為多址連接。29通信與信息技術教學部通信與信息技

14、術教學部 用戶之間無線信道的連接總是要通過某種可用資源可用資源，一般可用資源有頻譜、時頻譜、時間、碼形和空間間、碼形和空間，根據對不同資源的利用情況產生了四種基本多址技術。頻分多址（FDMA）時分多址（TDMA）碼分多址（CDMA）空分多址（SDMA）30通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部7.2移動信道的特征移動信道的特征 信道按特性參數特性參數隨外界各種因素的影響而變化的快慢變化的快慢來分，可分為“恒參信道”和“變參信道”。 恒參信道：其傳輸特性的變化量極微且變化速度極慢；或者說，在足夠長的時間內，其參數基本不變。 變參信道：其傳輸特性隨時間的變化較快。 在陸地移動通信中，移動臺常常工

15、作在城市建筑群和其它地形地物較為復雜的環境中，其傳輸信道的特征是隨時隨地而變化的。因此，移動信道是典型的變參信道典型的變參信道。 31通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部一、多徑效應與快衰落一、多徑效應與快衰落 在VHF、UHF移動信道中，電波在傳輸途徑上遇到各種障礙物都可能產生反射、散射和吸收。接收點的電波是直射波、反射波和散射波的合成，形成所謂的多徑傳播多徑傳播。如圖7-5所示。 由于每條傳播路徑各不相同，各路徑信號的時延也各不相同，接收點信號（場強）的矢量合成的結果就形成接收點場強瞬時值的迅速、大幅度的變化，這種變化稱為由多多徑引起的快衰落徑引起的快衰落。由于 這種衰落服從瑞利分布，

16、所以又稱為瑞利衰落瑞利衰落。如圖7-6所示。32通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部圖圖7-5 各種障礙物引起的反射和散射電磁波各種障礙物引起的反射和散射電磁波 33通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部圖圖7-6 典型信號衰落特性典型信號衰落特性34通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部在典型移動信道中，衰落深度達30dB左右，衰落速度約3040次/秒。圖7-6中，虛線表示的是信號的局部中值中值，其含義是在局部時間中，信號電平大于或小于它的時間各為50%。 35通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部二、陰影效應與慢衰落二、陰影效應與慢衰落 當電波在傳播路徑上遇到建筑物、森林等的阻擋

17、時，則會形成電磁場的陰影。當移動臺通過不同障礙物的陰影時，就造成接收場強中值場強中值的變化。這種由于陰影效應導致接收場強中值隨著地理位置改變而出現的緩慢變化稱為慢衰落慢衰落，又稱為陰影衰落陰影衰落。如圖7-6中虛線所示。 在移動信道中，大量統計測試表明，慢衰落近似服從對數正態分布對數正態分布。所謂對數正態分布是以分貝數表示的信號電平為正態分布。 36通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部三、衰落儲備三、衰落儲備 為了防止因衰落（包括快衰落和慢衰落）引起的通信中斷，在信道設計中，必須使信號的電平留有足夠的余量，以使中斷率中斷率R小于規定指標。這種電平余量稱為衰落儲備衰落儲備。 衰落儲備的大小決

18、定于地形、地物、工作頻率及要求的通信可靠性指標。 通信可靠性也稱作可通率可通率，并用T表示，它與中斷率的關系是T=1-R。 37通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部可通率可通率T分別為分別為90%、95%和和99%的衰落儲備量曲線的衰落儲備量曲線 圖圖 7-7 衰落儲備量衰落儲備量38通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部四、多普勒頻移四、多普勒頻移 當運動的物體達到一定的速度時（如超音速飛機），固定點接收到的從運動體發來的載波頻率將隨運動物體運動速度v的不同，產生不同的頻移，通常把這種現象稱為多普勒多普勒頻移頻移。 只要運動，多普勒頻移將一定存在，導致接收端產生附加的隨機調頻噪聲。 當

19、運動速度較慢時，多普勒頻移較小，影響不大，可忽略不計。 39通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部7.3移動信道的噪聲與干擾移動信道的噪聲與干擾 信道對信號傳輸的限制：損耗和衰落，噪聲與干擾 。 主要有內部噪聲和外部噪聲；鄰道干擾、同頻道干擾、互調干擾、遠近效應干擾。一、噪聲一、噪聲的分類及特性的分類及特性 外部噪聲 才是真正對移動信道影響較大的噪聲。40通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部外部噪聲主要有自然噪聲及人為噪聲統稱為外部噪聲。自然噪聲中的大氣噪聲、太陽噪聲、銀河噪聲等。人為噪聲中的汽車點火系統、電器裝置電壓發生急劇變化（諸如電動機、電焊機、電氣開關、工業設備噪聲等）所產生的火

20、花放電形成的電磁輻射等。這些噪聲來源不同，頻率范圍和強度也不同。由美國ITT（國際電話電報公司）公布的各種噪聲功率與頻率的關系如圖7-8所示。41通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部圖7- 8 各種噪聲功率與頻率的關系 FaT042通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部 圖中，縱坐標用等效噪聲系數Fa（dB）或噪聲溫度Ta(K)表示。Fa 實際上表示的是相對噪聲功率相對噪聲功率電平電平，即相對于基準噪聲功率（N0=10 lg kT0BN ）的電平，其表示式為：0010lg10lg()NaaaNdBkT BTFkT BT Fa ( dB)=10 lg kTaBN (dBm)10 lg k

21、T0BN (dBm) = N (dBm)N 0 (dBm)式中，k為波茲曼常數，其值為1.3810 -23 W/ KHZ; T0=290K，BN為接收機有效噪聲帶寬（它近似等于接收機的帶寬）； 基準噪聲功率N 0 (dBm).43通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部由圖7-8可以看出：當移動臺工作頻率在100MHz左右，人為噪聲比較嚴重。當移動臺工作頻率在150MHz左右，大氣噪聲、太陽噪聲、銀河噪聲都比接收機的內部噪聲小，可以忽約不計。移動臺工作頻率在450MHz以下，自然噪聲強度低于人為噪聲。人為噪聲它是由汽車點火系統以及各種電氣裝置中電流或電壓發生急劇變化（諸如電動機、電焊機、電氣開

22、關、工業設備噪聲等）所產生的火花放電形成的電磁輻射。44通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部利用圖利用圖7-8估算平均人為噪聲功率估算平均人為噪聲功率 例如已知市區移動臺的工作頻率為450MHz，其接收機帶寬為16KHz，試求接收機輸入端的人為噪聲功率為多少dBw?解：基準噪聲功率： N0=10 lg kT0BN =10lg（1.3810 -232901610 3） = -162dBw 查表得市區人為噪聲功率系數Fa=25dB， 故接收機輸入端的平均人為噪聲功率： N=Fa+ N0= -162 dBw +25dB=-137 dBw 。 45通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部1.內部噪

23、聲內部噪聲內部噪聲主要是系統設備本身各種電氣元件產生的噪聲。如導體中電子的熱運動所引起的熱噪聲熱噪聲；半導體載流子的起伏變化所引起的散彈噪聲散彈噪聲 。這些噪聲一般既無法避免，又不能準確預測其波形，統稱為隨機噪聲隨機噪聲。它們的瞬時特征服從高斯分布，所以又稱高斯噪聲高斯噪聲。 由理論分析和實測表明，從直流到微波的頻率范圍內，內部噪聲功率譜密度為一常數，故又稱為白噪聲白噪聲。46通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部噪聲功率譜密度噪聲功率譜密度 與與 噪聲功率噪聲功率 噪聲功率譜密度噪聲功率譜密度是指單位頻帶（1Hz）內噪聲功率 。白噪聲功率譜密度用 表示，其大小與溫度成正比，即 = k T

24、（7.2） 式中，k為波茲曼常數，T為有效噪聲絕對溫度。 的單位：W / Hz 。 噪聲功率噪聲功率則等于噪聲功率譜密度對接收機帶寬的積分。 2211ffffNdkTd (f2-f1為接收機帶寬)47通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部2. 外部噪聲外部噪聲 自然噪聲及人為噪聲統稱統稱為外部噪聲外部噪聲。如圖7-8所示。移動臺工作頻率在450MHz以下，自然噪聲強度低于人為噪聲，基本上可以不考慮。人為噪聲，它是由汽車點火系統以及各種電氣裝置中電流或電壓發生急劇變化所產生的火花放電形成的電磁輻射。這種噪聲的電磁波除直接輻射外，還可以通過電力線傳播并且由電力線和接收天線間的電容性耦合而進入接收

25、機,對接收信號形成噪聲干擾。 48通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部在城市中，由于工業電氣設備和道路上行駛的車輛來往密集，并且前后左右的周圍車輛點火噪聲相互交織，合成噪聲不再是脈沖性的，而是連續性噪聲連續性噪聲或疊加有沖擊性噪聲的連續性噪聲。 因此，這種環境噪聲的大小主要取決于汽車流量。 汽車噪聲的強度可用噪聲系數Fa表示，它與頻率的關系如圖7-9所示。49通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部圖 7-9 汽車噪聲與頻率的關系50通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部圖中的基準噪聲功率為-134dBm，接收機帶寬BN為10KHz 下的噪聲功率。在常溫條件（290K）下，如果在頻率為1

26、07Hz 的交通密度為100輛 / 時的情況下，則Fa= 50 dB，在交通密度為1000輛 / 時 的情況下，則Fa = 53 dB。51通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部 人為噪聲源的數量和集中程度隨時間和地點而異，只能用統計測試方法來表示，噪聲強度隨地點的分布近似服從對數的正態分布。 美國國家標準局（National Bureau of Standards）公布的幾種典型環境噪聲系數平均值，如圖7-10所示。 52通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部圖 7-10 幾種典型環境的人為噪聲系數平均值城市商業區的噪聲系數比城城市商業區的噪聲系數比城市居民區的噪聲系數高市居民區的噪聲系

27、數高6 dB左右，比郊區則高左右，比郊區則高12 dB左右。左右。53通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部二、二、鄰道干擾和同頻道干擾鄰道干擾和同頻道干擾 在移動通信系統中，基站或移動臺接收機必須能在其他通信系統產生的眾多較強干擾信號中，檢出可能是較弱的有用信號。在接收遠距離移動臺信號時，往往不僅受到各種噪聲的干擾，而且還受到近的系統內其它基站及系統外電臺的干擾，如圖7-11所示。 在蜂窩式移動通信網中，存在鄰近頻道（鄰道）干擾、同頻道干擾、互調干擾、阻塞干擾和遠近效應等問題。 54通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部圖7-11移動通信中干擾示意圖 55通信與信息技術教學部通信與信息技

28、術教學部1.鄰道干擾鄰道干擾所謂鄰道干擾是指相鄰的或鄰近頻道之間信號的相互干擾。目前移動通信系統廣泛使用VHF（甚高頻）、UHF（特高頻）電臺，頻道間隔是25KHz。對話音信號又采用了調頻方式。發信機的調頻信號頻譜是很寬的。理論上講，調頻信號含有無窮多個邊頻分量，當其中某些邊頻分量會落入鄰頻道接收機的通頻帶內，就會造成鄰道干擾。 56通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部圖7-12 鄰道干擾 57通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部 (1) 調制邊帶擴展干擾調制邊帶擴展干擾 調頻語音信號（調頻波）具有n（n無窮大）對邊頻分量，如圖7-13（a）所示。 調制邊帶擴展干擾是語音信號經調頻后，

29、它的某些邊帶頻率落入相鄰信道形成的干擾。 也就是說，如果它的某些邊頻分量落入鄰道接收機通帶內，且強度可以與有用信號相比擬的話，就會造成調制邊帶干擾。 58通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部圖 7-13 鄰道干擾示意圖 BrBiBifBfsfFmJn Jn+1K-1K第第K-1信道發射信道發射機的調制邊帶機的調制邊帶的第的第n次邊頻落次邊頻落入第入第K信道。信道。fB59通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部Br為信道間隔（如25KHz） Fm為調制信號最高頻率，Bi為接收機帶寬（如16KHz）， fB移動臺的載頻。考慮到發信機、接收機頻率不穩定而造成的頻率偏差fTR，在最壞情況下，落入

30、鄰近頻道接收機的最低邊頻次數n可由下式決定：0 .5riT RLmfBBnF60通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部例如已知某移動臺信道間隔Br=25KHz，Bi=16KHz，fTR=2KHz，最高調制信號頻率Fm =3KHz，則：55.0FfBBnmTRirL結論：調頻信號的第五次邊頻落入相鄰信道。 61通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部為了減少鄰道干擾，除了限制發射信號帶寬，提高收、發信機的頻率穩定度和準確度外，還要求發射機的瞬時頻偏不超過最大允許值。 一般在發射機調制器中的語音加工（調制）電路中，均有瞬時頻偏控制（IDC）電路，它主要由放大、限幅和鄰道干擾濾波三部分電路組成。

31、62通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部（2）發信機邊帶干擾）發信機邊帶干擾 發信機邊帶噪聲是指存在于以載頻為中心兩側分布的噪聲。即使發射機的調制器未加調制信號，以載頻為中心的噪聲分布也具有相當寬的頻率范圍，這種噪聲稱為發信機邊帶噪聲。發信機邊帶噪聲的頻帶寬度從幾十KHz到數MHz，比頻道間隔大得多，其幅度比載頻低70dB-90dB，就其噪聲頻譜寬度，不僅在相鄰信道內造成干擾，而且會在數MHz頻帶內造成干擾。 63通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部2.同頻道干擾同頻道干擾 是指所有落到接收機通帶內的與有用信號頻率相同或相近的無用信號的干擾。 它移動通信在組網中采用頻率復用技術所出現的

32、一種干擾。（1）同頻道干擾的概念 在移動通信系統中，為了提高頻率利用率，在相隔一定距離后，可以重復使用相同的頻率，這種方法稱為同頻道再用。如圖7-14所示。 64通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部圖 7-14 不同小區相同頻率的信道使用示意圖 65通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部 圖中在覆蓋半徑為R的地理區域（例如一個小區）C1內使用無線信道頻率f1，又可以在距離為D處，覆蓋半徑也為R的另一小區C內再次使用頻率f1。信道再用可以極大的提高頻率利用率，顯然，當再用距離D越近，同頻道干擾就越嚴重。66通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部（2）射頻防護比 為了保證傳輸質量，必須使接

33、收機輸入端的有用信號與同頻道干擾信號之比達到某個數值，該數值稱為射頻防護比。IS lg10lg10lg10ISISISS為有用信號功率，I為干擾信號功率。射頻防護比可用分貝表示:67通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部（3）同頻道再用距離D 在進行無線小區的頻率配置時，為提高頻率利用率，應在滿足一定通信質量的條件下，確定出相同頻率重復使用的最小距離，稱為同頻道再用距離。 允許同頻率重復使用的最小距離取決于許多因素。為了分析簡單，假定各基站與各移動臺的設備參數相同，地理條件也是理想的。這樣，同頻道再用距離與以下因素有關：68通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部調制方式 電磁波特性 假定傳

34、播路徑是光滑的地平面，路徑損耗L由下式近似確定： （7.4） d是收、發天線之間的距離，ht、hr分別是發射天線和接收天線的高度。如果d以km計，ht、hr均以m計，則 L=120+40lg d 20lg( h thr ) （dB） （7.5）hhdLrt22469通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部基站覆蓋范圍或小區半徑為r0 。 通信工作方式（同頻單工通信和異頻雙工通信）。 要求的可靠通信概率。70通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部圖 7-15 雙工通信的同頻道再用距離示意圖 基站A和B使用相同的頻道，移動臺M正在接收基站A發射的信號，由于基站天線高度大于移動臺天線高度，移動臺M

35、處于小區的邊沿時，易于收到基站B發射的同頻道干擾。假若輸入到移動臺M接收機的有用信號與同頻道干擾之比等于射頻防護比（滿足要求），則A、B兩基站之間的距離即為同頻道再用距離，記作D。71通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部則雙工通信的同頻道再用距離： D = D I+D S=D I + r0=r0（1 + DI / D S） D I為同頻道干擾源至被干擾接收機M移動臺的距離 D S為有用信號的傳播距離即為小區的半徑 r0 40401010ISISSIDD式中S / I 為有用信號與干擾信號之比即射頻防護比。若取射頻防護比為8dB，由上式可求得同道再用距離 72通信與信息技術教學部通信與信息技

36、術教學部同頻道再用距離同頻道再用距離D與小區半徑與小區半徑r0的關系的關系 設干擾信號I和有用信號S的傳播損耗值分別 為LI和LS，由式（7.5）可列出LI=120+40 lg DI -20lg(hthr) (7.7-a)LS=120+40 lg DS -20lg(hthr) (7.7-b)傳播損耗差為：)(lg40dBDDLLSISI（7.8）73通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部 設A基站和B基站的發射功率平均為PT dBw，則移動臺M接收機輸入的信號功率和共頻道干擾功率分別為：dBwIdBwSLPLPITST用dB計的有用信號和干擾信號之比為： (7.9)ISSSIdBILL74通

37、信與信息技術教學部通信與信息技術教學部由（7.9）式代入（7.8）式，可得： 4040(7.10)1010SSIIISDD式中S / I 為有用信號與干擾信號之比即射頻防護比。從理論分析和試驗表明，按無線小區內可靠通信概率為90%考慮， S / I 需要達到25 dB，由式（7.6）可求得同頻道再用距離：2540000(1)(1)5.2(7.12)10ISDDrrDr75通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部例：基站天線有效高度為50m，移動臺天線高度為2m，由r0=10km和要求的有用信號和干擾信號的比S/I =22 dB，就可求解同道再用距離D。解： 先求DI / DS55. 31040

38、22DDSIkmDDDSI5 .4510)1 (由式（7.6）可得76通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部三、互調干擾三、互調干擾 1.互調干擾的基本概念和分類互調干擾的基本概念和分類 Def：互調干擾是由傳輸信道中的非線性電路產生的。當兩個或多個不同頻率信號，同時作用在通信設備的非線性器件上，將產生許多組合頻率信號，其中的一部分與有用信號頻率相近可能落到接收機通帶內，成為對有用信號的干擾，稱為互調干擾。 在移動通信系統中，互調干擾主要有種情況：發信機互調干擾、接收機互調干擾和發信機變頻濾波器及天線饋線等插接件接觸不良引起的互調干擾。77通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部2. 發信機

39、的互調干擾發信機的互調干擾圖圖 7-16 基站發射機互調干擾示意圖基站發射機互調干擾示意圖 發射機的互調干擾是基站使用多部不同頻率的發射機所產生的特殊干擾。 78通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部 如圖7-16所示，基站發射機B的工作頻率為fB，經衰耗 Lc dB，進入工作頻率為fA的發射機，三階互調頻率（2 fA fB ）是在發射機A的末級功率放大器中產生的，互調頻率（2 fB fA）是在發射機B中產生的。 在發射機A中產生的三階互調產物為2 fA fB，該互調產物又通過天線輻射出去，造成互調干擾。同樣，當發射機A的信號進入發射機B時，也會產生2 fB fA三階互調產物。 79通信與信

40、息技術教學部通信與信息技術教學部 等式左邊表示三階互調源頻率，而等式右邊表示受三階互調信號干擾的頻率。例如，已知干擾的頻率fA=150.2MHz 、fB=150.1MHz、fC =150.0MHz。問當某用戶移動臺的接收頻率為150.3MHz時，能否產生三階互調干擾？解：由（B）式得 2fA fB = 150.3 MHz ；fA + fB fC = 150.3 MHz答：它既受兩信號三階互調干擾，又受三信號三階互調干擾。 2 (7.13)ABCABCDfffffff80通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部3接收機的互調干擾接收機的互調干擾 接收機的互調干擾是指兩個或多個信號同時進入接收機高

41、頻放大器或混頻器，只要它們的頻率滿足一定的關系，則由于接收機中器件的非線性特性，就有可能形成互調干擾。 就一般移動通信系統而言，三階互調干擾是主要的，其中又以兩信號三階互調干擾的影響最大。 接收機的互調干擾，可折算為同頻道干擾來估算對通信的影響。 81通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部 PSV為接收機的靈敏度（以dBw計） PIM為接收機的等效互調功率（dBw）為射頻防護比（dB） 8()12()SVIMdBdBPP3級話音質量 4級話音質量 82通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部四、遠近效應四、遠近效應 通常將近處無用信號壓制遠處有用信號的現象稱為遠近效應，又叫近端對遠端比干擾。

42、 當基站同時接收到兩個不同距離移動臺的信號時，若兩者頻率相同或鄰近，則基站接收到的遠端移動臺的較弱的有用信號會被近端移動臺的較強信號所淹沒。如圖7-17所示。 同樣當一部移動臺接收基站的信號時，也很容易受到靠的很近的另一部移動臺發射的強信號的干擾。 83通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部圖 7-17 近端對遠端的干擾情況 84通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部 由于基站的位置與兩個分開的移動臺之間的路徑傳輸損耗不同而引起的接收功率差，這里稱之為近端 對 遠端比干擾，可表示為： )(2112dBddRdd的路徑損耗的路徑損耗遠端比干擾近端 假設在同樣的地形、地物條件下，路徑傳輸損耗近

43、似與距離的四次方成比例，則上式可表達為 近端 - 遠端比干擾Rd2d1 = 40lg(d2/d1) (dB)85通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部7.4 移動通信的組網方式 移動通信網絡有兩種體制 一種是小容量的大區制 一種是大容量的小區制。一、大區制移動通信網一、大區制移動通信網 1.大區制是指一個基站覆蓋著整個通信服務區，也就是一個通信服務區（如一個城市）內只有一個基站負責移動通信的聯絡和控制，如圖 7-18所示。 86通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部圖 7-18 大區制移動通信示意圖 87通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部 2.大區制特點 為了增大基站的覆蓋范圍，基站

44、天線架設的很高，用戶數1000以下應用，發射功率很大（一般為50 200 W左右），其覆蓋半徑為30 50 km.由于基站功率較大，而移動臺的電池容量有限，通常輸出功率較小，故移動臺距離基站較遠時，移動臺可以收到基站發來的信號（即下行信號），但基站卻收不到移動臺發出的信號（即上行信號）。88通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部 為了解決上行信號較弱的問題（如遠離基站或電波傳播條件差時），在服務區內可增設若干外圍接收站或稱分集接收站。某些上行信號可通過分集接收站傳到基站，以保證在服務區內的雙向通信質量。 為了避免相互間的干擾，服務區內所有頻道（一個頻道包含收、發一對頻率）的頻率都不能重復，否

45、則將產生嚴重的相互串擾，因而這種大區制的結構對頻率利用率、服務區的覆蓋范圍以及通信容量產生了限制，滿足不了用戶數量增長的需要。 89通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部二、小區制移動通信網二、小區制移動通信網 稱為“蜂窩式”，在空間上實現頻率復用。 小區制是將整個服務區域劃分為若干個半徑為2 20 km 的小區域，每個小區域中設置一個基站，負責本小區內所有移動用戶的聯絡和控制（無線通信）。同時，設置一個移動交換中心（MSC）統一控制這些基站協調地工作，實現小區之間移動用戶通信的轉接以及移動用戶與市話用戶的聯系。如圖7-19 所示。 90通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部圖 7-19

46、小區制移動通信示意圖 91通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部 以每幾個小區構成一個服務區又稱為一個區群區群。 同一區群內不能使用相同信道（頻道），不同區群間可以采用信道再用技術。 圖中小區編號代表不同的信道組信道組（即若干個信道構成一個信道組）。經過合理的配置，可以使相鄰區群使用相同的信道，并且不會互相干擾。 92通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部 小區制體制，存在切換問題問題，移動臺需要經常的更換工作頻道。 無線小區的范圍越小，通話過程中轉換頻道的次數就越多，這樣對控制交換功能的要求就提高了，再加上基站數量的增加，組網的成本提高，所以無線小區的范圍也不宜過小。通常實際工程中，無線

47、小區半徑為 1 10 km 。 93通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部小區制分類小區制分類 帶（條）狀服務區帶（條）狀服務區 帶狀服務區是指用戶的分布呈帶狀（或條狀）。例如鐵路、長途、內河航運的無線電話系統等都是帶狀服務區，如圖7-20 所示。 若采用不同信道組的兩個小區組成一個區群，這個稱為雙頻制或稱二信道組。即A小區為fA信道組，B小區為fB信道組），如圖7-20（a）所示。 94通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部圖7-20 條狀服務區 若采用不同信道組的三個小區組成一個區群，則稱為三頻制或三頻道組。如圖7-20b所示.95通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部 兩個相鄰區域

48、的連接處有適當的重疊區，可保證在小區的邊緣通話也不發生中斷 。但存在產生同頻干擾的危險。 同頻干擾最嚴重的區域，出現在小區的端點上，因為它距離產生同頻干擾的基站最近。96通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部 設n 頻制的帶狀服務區如圖7-22所示，a為相鄰小區重疊寬度，r為每個小區覆蓋半徑，第n+1區與第1區為同頻道小區.如果采用雙頻制，則第三小區與第一小區為同頻道小區，其端點至產生同頻干擾的最近基站即第三小區基站距離為（3r-2a）。 97通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部圖 7-22 有用信號和同頻干擾信號的傳播距離 n+1區98通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部雙頻組雙頻

49、組 2000020lg40lg () (7.14)3232NSdBraraUrrU0040 lg() (7.15)53NSdBraUrU三頻組三頻組 n頻組頻組 0040lg () (7.16)(21)NSdBnnaUrUrUN_-干擾信號; US -有用信號 r0 -干基站覆蓋區半徑; a重疊 區寬度第三小區來的同頻干擾信號電壓UN與第一小區來的有用信號US之比可視為電波傳播距離平方之比. 99通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部二頻制）( )(20dBUUSN三頻制）( )(28dBUUSN)( )(121lg40頻制ndBnUUSN在無重疊時即a = 0的情況下得 100通信與信息技

50、術教學部通信與信息技術教學部2面狀服務區面狀服務區 當服務區呈一個寬廣的平面時，稱為面狀服務區。(1)覆蓋區的覆蓋區的形狀形狀 若要使多個小區彼此鄰接、無空隙、無重疊的覆蓋整個服務區，常用圓內接正多形來近似。這些多邊形，可能是正三角形、正方形或正六邊形等，如圖7-23所示。 101通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部圖 7-23 面狀服務區各種小區的形狀102通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部在覆蓋同樣面積的面狀服務區時，究竟選那種形狀好呢？在覆蓋同樣面積的面狀服務區時，究竟選那種形狀好呢？可以從五個方面進行比較可以從五個方面進行比較相鄰小區的中心間隔相鄰小區的中心間隔 由圖7-23

51、直接看出，正六邊形相鄰小區的中心間隔距離d最大，可以想象間隔愈大，各基站之間的干擾就會越小。所以正六邊形小區較好。103通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部 小區的有效面積小區的有效面積 在同樣半徑r的情況下，圓內接正六邊形的面積大于圓內接的正方形及三角形，即它更接近圓的面積。在覆蓋相同面積的服務區時，正六邊形僅需7個小區就可以了，而正方形則要9個小區，正三角形需13個小區。從這個角度來看，所需小區的個數少，建立的基站數就少，也就最經濟了。104通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部重疊區寬度及面積重疊區寬度及面積 由圖7-23可以直觀的看出，正六邊形鄰接小區之間重疊面積最小，這將使同頻

52、干擾最小。105通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部所需最少頻道所需最少頻道( (信道信道) )組個數組個數 相鄰的小區顯然不能用相同的信道組，附近的若干小區也不能相同的信道組，只有不同區群的小區才能進行信道再用。106通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部圖 7-24 需要最少頻道組個數 （a）所示的最少需要6個信道組圖（b）最少需要4個信道組,而圖（c）僅需要3個信道組就可做到整個服務區中，相鄰小區不使用相同信道組。結論：正六邊形構成面狀服務區最好。結論：正六邊形構成面狀服務區最好。107通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部(2)正六邊形區群的構成正六邊形區群的構成 蜂窩式網：用

53、正六邊形小區相鄰構成整個面狀服務區是最好的。其形狀很象蜂窩，所以又稱為蜂窩式網。一個區群(族)：蜂窩式移動通信網通常是由若干個相鄰的小區組成一個區群(族)。構成區群的基本條件：一是若干區群彼此鄰接組成蜂窩式服務區域，且無空隙的覆蓋整個面積。二是相鄰區群中，同信道的小區的中心間距應相等并且最大。108通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部在滿足這兩個條件下構成區群的小區個數N是有限的，且N應滿足下式 式中：a 、b分別為相鄰同信道小區之間的二維距離。a 、b均為正整數，其中一個可以為0，但不能兩個同時為0。 由式（7.17）可算出各種區群內所包含的小區個數，如表7-3所示。22 (7.17)N

54、aabb109通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部表7-3 區群內的小區數N的取值由表7-3可知，當a = 1，b = 1時，N = 3 ，這表示由三個小區組成一個區群；當a = 0，b= 3時，N = 9 ，這表示由九個小區組成一個區群。 a101021021032b122323434534N347912 13 161921 25 2728110通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部(3) 同頻小區再用距離同頻小區再用距離 dg 由表7-3可知，不同N值的所構成的服務區域結構圖形是不一樣的，如圖7-25所示，圖中dg表示相鄰區群的同信道組小區的中心間距，即同頻再用距離同頻再用距離。11

55、1通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部 圖7-25 各種區群的結構示意圖 112通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部 由圖看出，隨著N值的增加dg也增大。假設小區的輻射半徑（即圓心到正六邊形的頂點距離）為r0，則dg =D為：0/3RDrN03 (7.18)gDNdr 可見，在一個區群內，小區數N越大，同信道的小區之間的距離dg就越遠，抗同頻干擾的性能也就越好。但在覆蓋相同服務區的情況下，頻率的利用率將會降低。同頻復用比113通信與信息技術教學部通信與信息技術教學部（4）中心激勵和頂點激勵）中心激勵和頂點激勵 中心激勵方式是指基站位于小區的中心，由全方向天線即形成360圓形覆蓋區，如圖7-26(a)所示。圖 7-26 激勵方式 114通信與