1、第1章 概論 1.1 移動通信的主要特點 1.2 移動通信系統(tǒng)的分類 1.3 常用的移動通信系統(tǒng) 1.4 移動通信的基本技術(shù),Henan Polytechnic University,1.1 移動通信的主要特點,1. 移動通信必須利用無線電波進(jìn)行信息傳輸 這種傳播媒質(zhì)允許通信中的用戶可以在一定范圍內(nèi)自由活動， 其位置不受束縛， 不過無線電波的傳播特性一般都很差。 首先， 移動通信的運(yùn)行環(huán)境十分復(fù)雜， 電波不僅會隨著傳播距離的增加而發(fā)生彌散損耗， 并且會受到地形、 地物的遮蔽而發(fā)生“陰影效應(yīng)”， 而且信號經(jīng)過多點反射，,會從多條路徑到達(dá)接收地點， 這種多徑信號的幅度、 相位和到達(dá)時間都不一樣，

2、它們相互疊加會產(chǎn)生電平衰落和時延擴(kuò)展； 其次， 移動通信常常在快速移動中進(jìn)行， 這不僅會引起多普勒（Doppler）頻移， 產(chǎn)生隨機(jī)調(diào)頻， 而且會使得電波傳播特性發(fā)生快速的隨機(jī)起伏， 嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。 因此， 移動通信系統(tǒng)必須根據(jù)移動信道的特征， 進(jìn)行合理的設(shè)計。 ,2. 移動通信是在復(fù)雜的干擾環(huán)境中運(yùn)行的 城市噪聲,車輛發(fā)動機(jī)點火噪聲,微波爐干擾噪聲等 自然界中如風(fēng)、雨、雪等自然噪聲一般可忽略 移動通信網(wǎng)絡(luò)中其他電臺的干擾主要的干擾源 互調(diào)干擾 鄰道干擾 同頻干擾,4. 移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多種多樣， 網(wǎng)絡(luò)管理和控制必須有效 移動臺在通信區(qū)域內(nèi)隨時運(yùn)動 隨機(jī)選用無線信道進(jìn)行頻率和功率控制

3、 地址登記、越區(qū)切換及漫游跟蹤等技術(shù) 入網(wǎng)和計費方式有特殊的要求,1.2 移動通信系統(tǒng)的分類,移動通信有以下多種分類方法： 按使用對象可分為民用設(shè)備和軍用設(shè)備； 按使用環(huán)境可分為陸地通信、 海上通信和空中通信； 按多址方式可分為頻分多址(FDMA)、 時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)等； 按覆蓋范圍可分為廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)； 按業(yè)務(wù)類型可分為電話網(wǎng)、 數(shù)據(jù)網(wǎng)和多媒體網(wǎng)； 按工作方式可分為同頻單工、 異頻單工、 異頻雙工和半雙工； 按服務(wù)范圍可分為專用網(wǎng)和公用網(wǎng)； 按信號形式可分為模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng),1.3 常用無線通信系統(tǒng),無線尋呼-數(shù)顯，漢顯，雙向 無繩電話-家用，公共無線接入 集群移動通

4、信系統(tǒng)-警察，出租車調(diào)度 移動衛(wèi)星系統(tǒng)-銥，全球星 蜂窩移動通信系統(tǒng)-車載，手持機(jī) 分組無線網(wǎng)-LMDS，802.11，藍(lán)牙,蜂窩移動通信系統(tǒng),蜂窩的概念：把移動電話的服務(wù)區(qū)別分為一個個正六邊形的子區(qū)，每個小區(qū)設(shè)一個基站。形成了形狀酷似“蜂窩”的結(jié)構(gòu) 蜂窩網(wǎng)絡(luò)被廣泛采用的原因是源于一個數(shù)學(xué)猜想，正六邊形被認(rèn)為是使用最少個結(jié)點可以覆蓋最大面積的圖形，出于節(jié)約設(shè)備構(gòu)建成本的考慮，正六邊形是最好的選擇。 為什么正六邊形而不是圓？ 頂點到幾何中心等距的多邊形中，能夠完整(無重疊)地覆蓋某一區(qū)域可能的幾何形狀有：正方形、等邊三角形和正六邊形三種形狀。在正方形、等邊三角形和正六邊形中，正六邊形的面積最大。

5、,小區(qū)、區(qū)群與頻率復(fù)用,小區(qū)形狀的確定,小區(qū)的實際覆蓋,想象的 覆蓋,理想的 覆蓋,實際的 覆蓋,確定小區(qū)形狀的準(zhǔn)則： 無空隙覆蓋全部服務(wù)區(qū)。 在服務(wù)區(qū)總面積相同時，小區(qū)（BS）數(shù)最少，系統(tǒng)最經(jīng)濟(jì)。 因為正六邊形最接近圓形(BS輻射區(qū))，重疊小，中心間的間距最大，在服務(wù)區(qū)總面積相同時，用正六邊形小區(qū)覆蓋所需數(shù)目最少。,大區(qū)制,早期移動通信系統(tǒng)都采用大區(qū)制場強(qiáng)覆蓋區(qū)，一個基站覆蓋很大的服務(wù)區(qū)，這使得基站、手機(jī)的發(fā)射功率都要很大。基站的發(fā)射功率高達(dá)幾十到幾百瓦，且要很高的天線塔。它的特點是，基站只有一個天線，架設(shè)高、功率大，覆蓋半徑也大；缺點是：整體覆蓋范圍小、頻道數(shù)目少(容量小)、移動臺體積大，

6、特別是用戶密度高，業(yè)務(wù)量大時，整個系統(tǒng)根本無法滿足用戶要求。,小區(qū)制,蜂窩系統(tǒng)-“小區(qū)制”系統(tǒng) - 將所要覆蓋的地區(qū)劃分為若干個小區(qū)，每個小區(qū)的半徑可視用戶的分布密度在1-10km左右,在每個小區(qū)設(shè)立一個基站為本小區(qū)范圍內(nèi)的用戶服務(wù)，負(fù)責(zé)本區(qū)移動通信的聯(lián)絡(luò)和控制。 同時，又可在移動交換局(MSC，Mobile Switching Center)的統(tǒng)一控制下，實現(xiàn)小區(qū)之間移動用戶通信的轉(zhuǎn)接，以及移動用戶與市話用戶的聯(lián)系。 基站發(fā)射功率一般為520W，每個小區(qū)半徑為220km（小的也有的為13km) - 特點：用戶容量大，服務(wù)性能較好，頻譜利用率較高，用戶終端小巧且電池使用時間長，輻射小等 - 問

7、題：系統(tǒng)復(fù)雜，越區(qū)切換，漫游，位置登記；更新和管理以及系統(tǒng)鑒權(quán)等,常見的蜂窩移動通信網(wǎng)按照功能的不同可以分為四類，它們分別是宏蜂窩、微蜂窩、微微蜂窩以及智能蜂窩。 (1)宏蜂窩： 每小區(qū)覆蓋半徑大多為1km25km， 基站的發(fā)射功率較強(qiáng)，一般在10W以上，基站天線盡可能做得很高。 在實際的宏蜂窩小區(qū)，通常存在著兩種特殊的微小區(qū)域： “盲點”：由于電波在傳播過程中遇到障礙物而造成的陰影區(qū)域，該區(qū)域通信質(zhì)量嚴(yán)重低劣； “熱點”(忙點）：由于空間業(yè)務(wù)負(fù)荷的不均勻分布而形成的業(yè)務(wù)繁忙區(qū)域，它支持宏蜂窩中的大部分業(yè)務(wù)。 解決方法：直放站、分裂小區(qū)等辦法。,(2）微蜂窩： 與宏蜂窩技術(shù)相比，微蜂窩技術(shù)具有

8、覆蓋范圍小、傳輸功率低以及安裝方便靈活等，覆蓋半徑為30m300m，發(fā)射功率較小,一般在1W以下；基站天線置于相對低的地方（一般高于地面5m-10m），傳播主要沿著街道的視線進(jìn)行，信號在樓頂?shù)男孤缎　?微蜂窩可以作為宏蜂窩的補(bǔ)充和延伸，微蜂窩的應(yīng)用主要有兩方面： 一是提高覆蓋率-盲點地區(qū)，如地鐵、地下室； 二是提高容量-高話務(wù)量地區(qū)，如繁華的商業(yè)街、購物中心、體育場等。 (3)微微蜂窩： 覆蓋半徑更小，一般只有10m30m；基站發(fā)射功率更小，大約在幾十毫瓦左右；其天線一般裝于建筑物內(nèi)業(yè)務(wù)集中地點。 網(wǎng)絡(luò)覆蓋的一種補(bǔ)充形式，用來解決室內(nèi)“熱點”的通信問題。,在目前的蜂窩式移動通信系統(tǒng)中，形成分級

9、蜂窩結(jié)構(gòu)，往往是由一個上層宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)和數(shù)個下層微蜂窩網(wǎng)絡(luò)組成的多元蜂窩系統(tǒng)。 三層分級蜂窩結(jié)構(gòu),它包括宏蜂窩、微蜂窩和微微蜂窩。每種蜂窩執(zhí)行早已定義好的不同功能，即： 宏蜂窩用于處理快速移動車輛的業(yè)務(wù)； 微蜂窩處理慢速移動，集中于步行或交通阻塞車輛的業(yè)務(wù)； 微微蜂窩用于覆蓋商場和辦公區(qū)等室內(nèi)區(qū)域。 將負(fù)載按這種方式分層的原因與切換功能有關(guān) 當(dāng)用戶接入時，系統(tǒng)根據(jù)所測得的信號強(qiáng)度和各蜂窩的容量為某一呼叫選擇最恰當(dāng)?shù)姆涓C(宏蜂窩、微蜂窩或微微蜂窩)。,（4）智能蜂窩 ：是指基站采用具有高分辨陣列信號處理能力的自適應(yīng)天線系統(tǒng)，智能地監(jiān)測移動臺所處的位置，并以一定的方式將確定的信號功率傳遞給移動臺的蜂

10、窩小區(qū)。 對于上行鏈路而言，采用自適應(yīng)天線陣接收技術(shù)，可以極大地降低多址干擾，增加系統(tǒng)容量；對于下行鏈路而言，則可以將信號的有效區(qū)域控制在移動臺附近半徑為100200 波長的范圍內(nèi)，使同道干擾大小為減小。 智能蜂窩小區(qū)既可以是宏蜂窩，也可以是微蜂窩。利用智能蜂窩小區(qū)的概念進(jìn)行組網(wǎng)設(shè)計，能夠顯著地提高系統(tǒng)容量，改善系統(tǒng)性能。,使網(wǎng)絡(luò)容量吸收最佳,蜂窩移動三大特點：頻率再用，小區(qū)分裂，越區(qū)切換 把若干相鄰的小區(qū)按一定的數(shù)目劃分成區(qū)群 (Cluster), 并把可供使用的無線頻道分成若干個(等于區(qū)群中的小區(qū)數(shù))頻率組， 區(qū)群內(nèi)各小區(qū)均使用不同的頻率組， 而任一小區(qū)所使用的頻率組， 在其它區(qū)群相應(yīng)的小

11、區(qū)中還可以再用， 這就是頻率再用 但用戶數(shù)增多并達(dá)到小區(qū)能服務(wù)的最大限度時，把這些小區(qū)分割成更小蜂窩狀的區(qū)域，并相應(yīng)減小先小區(qū)的發(fā)射功率和采用相同的頻率再用模式，提高系統(tǒng)單位面積可服務(wù)的用戶數(shù)以適應(yīng)持續(xù)增長的業(yè)務(wù)需求-小區(qū)分裂 移動臺從一個小區(qū)進(jìn)入另一相鄰的小區(qū)時， 其工作頻率及基站與移動交換中心所用的接續(xù)鏈路必須從它離開的小區(qū)轉(zhuǎn)換到正在進(jìn)入的小區(qū)， 這一過程稱為越區(qū)切換,蜂窩移動通信的特點,好處：可以極大地提高頻譜利用率 條件：如果兩個蜂窩相隔足夠遠(yuǎn)，則可以使用同一組頻道 帶來的問題：如果系統(tǒng)設(shè)計得不好，將產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾,C,1,C,1,f,1,P,0,f,1,P,0,R,R,D,(D/R)

12、2=3k D頻率復(fù)用距離 R小區(qū)半徑 K頻率復(fù)用模式,頻率復(fù)用,代表頻率復(fù)用的效率,例如，我們將一個城市分成72個小區(qū)，每12個小區(qū)組成一個小區(qū)群。讓他們共同使用300個頻道。那么，我們就可以將300個頻道分成12個頻道組，每個組25個頻道，第一個小區(qū)群使用第1組頻道，第二個小區(qū)群使用第2組頻道，以此類推。經(jīng)過適當(dāng)安排，不同小區(qū)群的相同編號小區(qū)的頻道組是可以重復(fù)使用的。盡管這些小區(qū)基站所使用的無線電頻率相同，但由于他們彼此相隔較遠(yuǎn)，而電波作用范圍有限，彼此不會造成干擾。這樣，一組頻率就可重復(fù)使用6次，原本300個頻道只能供300個用戶同時通話，現(xiàn)在卻可同時供1800個用戶同時通話了。,小區(qū)分裂

13、,但用戶數(shù)增多并達(dá)到小區(qū)能服務(wù)的最大限度時，把這些小區(qū)分割成更小蜂窩狀的區(qū)域，并相應(yīng)減小先小區(qū)的發(fā)射功率和采用相同的頻率再用模式，提高系統(tǒng)單位面積可服務(wù)的用戶數(shù)以適應(yīng)持續(xù)增長的業(yè)務(wù)需求-小區(qū)分裂 在 整個服務(wù)區(qū)中每個小區(qū)的大小可以是相同的，但這只能適應(yīng)用戶密度均勻的情況。事實上，服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶密度是不均勻的，例如城市中心商業(yè)區(qū)的用戶密度高，居 民區(qū)和市郊區(qū)的用戶密度低。為了適應(yīng)這種情況，在用戶密度高的市中心區(qū)可使小區(qū)的面積小一些，在用戶密度低的市郊區(qū)可使小區(qū)的面積大一些。另外，對于已建 好的蜂窩通信網(wǎng)，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，原來的低用戶密度區(qū)可能變成高用戶密度區(qū)，這時相應(yīng)地在該地區(qū)設(shè)置新的基站，將小區(qū)面積劃小，解決這個問題可采用小 區(qū)分裂的方法。以l20。扇形輻射的頂點激勵,其他 MSC,other BTSs,OMC,移動通信