第五章胡蘇通信抗干擾技術國家級重點實驗室移動通信蜂窩組網技術*主要內容5.1移動通信網的基本概念5.2頻率復用和蜂窩小區5.3多址接入技術5.4

碼分多址關鍵技術5.5蜂窩移動通信系統的容量分析5.6CDMA系統中的功率控制5.7切換、位置更新2*主要內容5.1移動通信網的基本概念5.2頻率復用和蜂窩小區5.3多址接入技術5.4

碼分多址關鍵技術5.5蜂窩移動通信系統的容量分析5.6CDMA系統中的功率控制5.7切換、位置更新3*5.1移動通信網的基本概念移動通信網絡組成:空中網絡頻率復用和蜂窩小區多址接入地面網絡各基站相互連接基站與固定網絡（PSTN、ISDN、PDN）的連接4*主要內容5.1移動通信網的基本概念5.2頻率復用和蜂窩小區5.3多址接入技術5.4

碼分多址關鍵技術5.5蜂窩移動通信系統的容量分析5.6CDMA系統中的功率控制5.7切換、位置更新5*5.2頻率復用和蜂窩小區蜂窩:將服務區劃分成許多小面積覆蓋區域，用一個小功率的發射機來服務一個小面積覆蓋區。移動通信網的區域覆蓋方式分為兩類小容量的大區制大容量的小區制6*5.2頻率復用和蜂窩小區小容量大區制一個基站覆蓋整個服務區天線架設高發射功率大頻譜效率低，小容量的通信網控制方式簡單、設備成本低

大區制移動通信網BSMS1MS3MS27*5.2頻率復用和蜂窩小區大容量小區制小區制移動通信系統的頻率復用和覆蓋有兩種一種是帶狀服務覆蓋區另一種是面狀服務覆蓋區8*帶狀服務覆蓋區可采用多個頻率組復用ABABABABCABC雙頻組三頻組*5.2頻率復用和蜂窩小區頻率復用：將N個相鄰的小區組成一個區群(簇)，將可供使用的頻道劃分成N組，區群內的每個小區使用不同的頻率組，而相鄰區群重復使用相同的頻率組分配模式10*5.2頻率復用和蜂窩小區同頻小區：頻率復用意味著在一個給定的覆蓋區域內，存在著許多使用同一組頻率的小區，這些小區叫做同頻小區。同頻干擾：這些同頻小區之間的信號干擾叫做同頻干擾（也叫同道干擾）。為了減小同頻干擾，同頻小區必須在物理上隔開一個最小的距離，為傳播提供充分的隔離*面狀服務覆蓋區:蜂窩網在平面區域內劃分小區全向天線的覆蓋區是圓形。三種形狀小區移動通信系統廣泛使用六邊形進行理論分析和設計正六邊形構成小區所需的小區數最少，無重疊區實際形狀*蜂窩移動網絡13*5.2頻率復用和蜂窩小區按基站對小區的覆蓋方式：中心激勵小區：基站位于小區中心，有時會有輻射。頂點激勵：在頂點上設置基站，并采用三個互成120°的定向天線，以避免輻射陰影中心激勵

頂點激勵*5.2頻率復用和蜂窩小區簇（區群）：共同使用全部可用頻率的N個小區叫做一簇(區群）若N越小，則系統中區群復制得越多，系統容量越大，頻率的利用率越高。N叫做區群的大小，典型值3、4、7、9、12、……構成蜂窩網的二次幾何圖形15*5.2頻率復用和蜂窩小區

構成簇的基本條件：基本圖案（簇）能彼此鄰接且無空隙地覆蓋整個面積。相鄰單元（簇）中，同頻道的小區間距離相等，且為最大。16*

滿足上述兩個條件的簇的形狀和簇內小區數N是有限的，并且N應該滿足下式：

i

和j分別為相鄰同頻小區之間的二維距離（相鄰小區數），都為正整數，不能同時為零28272521191613129743N435434323221j230120120101i17*5.2頻率復用和蜂窩小區

簇間同頻小區位置的確定沿著任意一條六邊形邊的垂線方向移動i個小區，并逆時針方向旋轉60°，再移動j個小區。確定同頻小區的方法AiAAAAAADj18*5.2頻率復用和蜂窩小區

利用尋找同頻小區的方法確定簇例如：N=3,i=1,j=1AAAAAAABCCCCCCBBBBBBCA19*5.2頻率復用和蜂窩小區常見正六邊形小區群的圖案ACBN=3,i=1,j=1DACBN=4,i=0,j=2N=7,i=1,j=2DCBAEFG20*5.2頻率復用和蜂窩小區思考：畫一個N=4的蜂窩系統結構，要求至少包括3個區群，將簇中小區所用頻率組用A,B,C,D標識。1.N=4對應的2維坐標：

i=0,j=2DACBDACBDACB3.確定相鄰區群的位置2.N=4的基本區群形狀：DACBN=4,i=0,j=221*5.2頻率復用和蜂窩小區同頻小區之間的距離D22*H為小區中心到邊的距離

相鄰j個小區的中心距離同頻小區之間的距離DHRAA12023*5.2頻率復用和蜂窩小區由于R是小區的半徑，有帶入有*5.2頻率復用和蜂窩小區

一定要用尋找相鄰同頻小區的方法確定相鄰區群的位置才能保證同頻小區間距離最大：

以N=4,i=0,j=2為例，思考DACBDACBDACBDACBD=3R錯誤正確*5.2頻率復用和蜂窩小區全向小區系統C/I的計算如圖，同頻小區圍繞著某一小區可分為多層。來自第一層的同頻干擾最強。分析時，可只考慮第一層同頻干擾。同頻小區分布1第一層111111第二層1111第三層1126*

設所有BS發射功率相同，同頻復用距離為D，小區半徑為R，干擾臺離MS的距離分別為Dk(k=1,2…m)MSBSBSBSBSBSBSRDBSD1D2D3D4D5D62)有效信號：3)無效信號：4)全向小區系統C/I：275.2頻率復用和蜂窩小區若干擾基站與移動臺的距離相等，D=Dk，則移動臺的載干比可近似表示為則28*

例,蜂窩移動通信系統，若使載干比C/I（假設路徑傳輸損耗因子n為4，并且只考慮第一層同頻干擾，不考慮最壞情況）大于13dB，請問區群大小N應該為多少？解：同時N應滿足區群構成條件，即N可為4,7,9……，所以區群大小N至少為4時，才能滿足系統的載干比要求29*例：蜂窩小區N=7的模式，設n=4，問其載干比?解如果，N=4時，30*設蜂窩移動系統共有S個不同的雙向信道其簇的大小為N簇內每個小區分配有K個信道小區間信道分配各不相同簇在系統中復制M次則可用無線信道的總數S=KN信道的總數C(容量)C=MKN=MSBCAN=3,K=S/NM=3,C=MSAAABCCCBB315.2頻率復用和蜂窩小區同頻復用比Q:與區群的大小有關。對于六邊形系統來說，Q可表示為Q的值越小則容量越大；Q值大可以提高傳播質量，因為同頻干擾小*例，系統總的可用信道數S=280，相同區域內，用N=7的區群需要復制4次，而用N=4的區群需要復制7次，求二者能提供的信道總數

N=7時每個小區的可用信道數

則總的可用信道數

同頻復用比QN=4時每個小區的可用信道數

則總的可用信道數

同頻復用比Q33*5.2頻率復用和蜂窩小區結論：N越大，則意味著同頻小區間距離越遠，同頻干擾越小。N越小，則意味著一個系統中可有更多的區群，頻譜利用率高，有更多的容量。從提高頻譜利用率的角度，在保持滿意的通信質量的前提下，N應取最小值為好。34*5.2頻率復用和蜂窩小區利用定向天線可以降低同頻干擾

m=2或3120°定向覆蓋的同頻干擾

DCBAEFGDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD35*5.2頻率復用和蜂窩小區蜂窩無線系統的典型干擾噪聲——內部噪聲，人為噪聲，自然噪聲同頻道干擾定義：相鄰區群中同頻小區中同頻信道之間的干擾典型解決方案：組網時的頻率規劃36*f理想濾波器鄰道干擾定義：來自相鄰的或相近的頻道的干擾主要的產生原因：非理想濾波器典型解決方案：

接收機濾波器阻帶衰減設計，最大程度地衰減鄰道干擾組網的頻率規劃：同一小區內的頻率組有足夠的隔離度實際濾波器帶外輻射37*互調干擾定義：非線性器件產生的組合頻率成分落入本頻道造成的干擾主要的產生原因：非線性器件38*典型解決方案：器件的非線性優化處理組網的頻率規劃：同一小區內的頻率組盡可能避免所產生的組合頻率相互產生互調干擾39*小結蜂窩結構小區組網的基本條件：基本圖案能彼此鄰接且無空隙地覆蓋整個面積。相鄰單元中，同頻道的小區間距離相等且為最大蜂窩結構小區組網步驟1.通信質量C/I載波/同頻干擾比N2.確定區群的大小3.考慮鄰道干擾和互調干擾的抑制分配可用信道*思考題

某蜂窩系統采用BPSK調制，假設接收信號為瑞利衰落，用戶要求的誤碼率為10-3，若系統的主要干擾和噪聲只考慮同頻干擾，求能滿足此要求的最小復用因子N？假設干擾能近似為高斯分布假設路徑損耗因子為4已知誤碼率Pb與SIR的關系為Pb＝1.5/SIR(dB)41*

某蜂窩系統采用BPSK調制，假設接收信號為瑞利衰落，用戶要求的誤碼率為10-3，若系統的主要干擾和噪聲只考慮同頻干擾，求能滿足此要求的最小復用因子N？假設干擾能近似為高斯分布假設路徑損耗因子為4已知誤碼率Pb與SIR的關系為Pb＝0.015/SIR(dB)解:由Pb與SIR的關系,可知SIR=0.015/Pb=15(dB)因為假設系統的主要噪聲和干擾為同頻干擾,且服從高斯分布可知,SIR≈CIR中心極限定理42*信道共用技術：小區內的所有信道對所用用戶共享。移動用戶可選取小區內的任一空閑信道通信。信道共用提高了小區內信道利用率。n個信道12……m個用戶n信道共用方式……43*系統頻譜的分配(以FDD系統為例)頻率上行鏈路工作頻段下行鏈路工作頻段fifpfjfq按頻道間隔進行信道劃分1234

M下行鏈路工作頻段N個頻率組分給一個區群，相鄰區群重復使用ACBACBN=3按業務質量干擾等要求進行信道分組14

頻率組A25

頻率組B37

頻率組C44*主要內容5.1移動通信網的基本概念5.2頻率復用和蜂窩小區5.3多址接入技術5.4

碼分多址關鍵技術5.5蜂窩移動通信系統的容量分析5.6CDMA系統中的功率控制5.7切換、位置更新*5.3多址接入技術移動通信網下行鏈路(基站移動臺)各移動臺能識別發送給本移動臺的信號？2.上行鏈路(移動臺基站)基站如何識別來自各個不同移動臺的信號？

解決方案：多址接入技術(MultipleAccess）基站下行鏈路基站上行鏈路移動臺移動臺移動臺移動臺移動臺移動臺46*5.3多址接入技術多址接入技術將正交的信號維度（時域、頻域等）劃分為不同的信道后分配給用戶，以支持多用戶通信。盡量保證不同用戶發射的信號相互正交47*典型的多址技術頻分多址(FDMA)：沿頻率軸將信號維度劃分為不同的頻道，頻帶獨享，時間共享。每個用戶占用一個頻道，在呼叫的整個過程中，其他用戶不能共享這一頻段。用戶1用戶2用戶3用戶K48*FDMA系統的頻譜管理分配給每個用戶一對頻譜，分別用于下行和上行

用戶與用戶之間，上下行之間必須有足夠的保護間隔......反向信道保護頻帶前向信道保護頻隙f1’f2’fN’f1f2fN

保護頻段的作用：補償濾波特性不理想、鄰道干擾和多普勒擴展。49*FDMA系統的頻譜管理兩個移動用戶之間的通信必須通過基站轉發，同時占用2對頻譜5.3多址接入技術50*FDMA系統內的主要干擾互調干擾器件的非線性效應線性度通過頻率規劃抑制鄰道干擾鄰道信號的寄生輻射頻道間隔同頻道干擾同頻小區蜂窩組網規劃51*FDMA系統的特點每信道占用一個載頻：每個頻道只傳送一路業務信息。載波間隔必須滿足業務信息傳輸帶寬的要求。往往是窄帶移動臺實現簡單如果頻帶較窄，無需自適應均衡。基站復雜龐大多部收發信機以支持多用戶

帶通濾波器組

52*5.3多址接入技術需要周密的頻率規劃限制鄰道干擾和同頻道干擾越區切換復雜切換的瞬時信息可能丟失53*時分多址(TDMA)：時隙劃分，時隙獨享，

頻率共享。沿時間軸劃分信號維度分配給用戶的是互不重疊并周期重復的時隙（TimeSlot，TS）。每個用戶只能按指定TS向基站發射和接收來自基站的信號。發射數據采用的是“緩存–突發”法，對每個用戶而言，發射不連續用戶1用戶2用戶3用戶1TS1545.3多址接入技術工作過程55*5.3多址接入技術同步和定時是TDMA系統正常工作的前提。同步位同步：針對每個符號，是正確接收符號的基礎。時隙同步：針對每個時隙，是接收機正確區分數據的基礎。幀同步：針對每個幀，進行復用/解復用所需。56*5.3多址接入技術定時關系不同MS到BS的距離差異，導致不同的信號延遲。會使得BS接收到的信號相互交疊解決辦法：設定保護時間（GuardTime）用戶提前發送TGT>⊿T57*

TDMA系統的特點同步開銷較大，突發傳輸速率高>語音編碼速率通常為寬帶高速均衡要求較高

要增加系統支持的時隙數，需要增加發射信號速率基站復雜性減小，不需雙工器；干擾較小，頻譜利用率較高越區切換簡單，不會造成數據丟失。58*碼分多址(CDMA)：碼型劃分，時隙、頻率共享。用戶k用戶3用戶1用戶25.3多址接入技術595.3多址接入技術CDMA系統工作原理CDMA系統為每個用戶分配各自特定的地址碼（擴頻碼）60m序列MobileCommunicationTheorym序列的自相關性由圖可見，當τ=0時，m序列的自相關函數Ra（τ）出現峰值1；當τ偏離0時，相關函數曲線很快下降；當1≤τ≤P-1，相關函數值為-1/P；當時τ=P，又出現峰值；如此周而復始。當周期P很大時，m序列的自相關函數與白噪聲類似。

61m序列m序列的互相關性

對于兩個周期P=2n-1的m序列{an}和{bn+τ}（an，bn取值是1和-1），兩個m序列的互相關函數可由下式計算：對于周期為的m序列組，其最好的m序列對的互相關函數值只取三個，這三個值是：這三個值被稱為理想三值，能夠滿足這一特性的m序列對稱為m序列優選對，它們可以用于實際工程。其中：*CDMA系統的特點各用戶

地址碼的準正交性會帶來多址干擾類白噪聲

多用戶可共享頻率；容量相對較大；容量的軟特性

，用戶的增加相當于噪聲增加采用擴頻和Rake接收，減小多徑衰落的影響單頻組網，相鄰小