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1、第五章第五章 蜂窝组网技术蜂窝组网技术学习目标学习目标学习完本课程，您应该能够：学习完本课程，您应该能够：p掌握蜂窝移动通信系统的概念和构成掌握蜂窝移动通信系统的概念和构成p掌握频率复用和蜂窝小区组网原理掌握频率复用和蜂窝小区组网原理p了解切换和位置更新的概念了解切换和位置更新的概念p熟悉移动通信中的多址接入方式熟悉移动通信中的多址接入方式p了解小区容量分析、话务量及呼损的概念了解小区容量分析、话务量及呼损的概念课程内容课程内容第一节第一节 移动通信系统基本概念移动通信系统基本概念第二节第二节 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区第三节第三节 切换和位置管理切换和位置管理第四节第四节 多址接入
2、技术多址接入技术第五节第五节 蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析第六节第六节 话务量和和损率简介话务量和和损率简介第一节第一节 移动通信系统基本概念移动通信系统基本概念基本概念基本概念 空中网络空中网络地面网络地面网络概述概述移动通信目的是在移动频率资源条件下追求最大容量和最大的覆盖，为实现这样的目标就需要具体的移动通信网络。一般来说，移动通信网络由两部分组成：一部分为空中网络，另一部分为地面网络。第一节第一节 移动通信系统基本概念移动通信系统基本概念基本概念基本概念 空中网络空中网络地面网络地面网络空中网络空中网络空中网络是移动通信网的主要部分，其主要包括：多址接入在给定的
3、频率资源下，如何提高系统的容量是蜂窝移动通信系统的重要问题。由于采用何种多址接入方式直接影响到系统的容量，所以一直是人们研究的热点。频率复用和蜂窝小区 早期移动通信系统的设计目标是通过使用安装在高塔上的、单个的大功率发射机而获得一个大画积的覆盖范围。虽然这种方式能获得很好的覆盖，但它同时也意味着在系统中不能重复使用相同的频率，因为复用频率将导致干扰。随着移动通信的发展，政府部门已不能使频率分配满足服务增长的需求，这样，调整移动通信系统结构，以使其既能用有限的无线频率获得大容量，同时又能覆盖大画积范围，已迫在眉睫。蜂窝小区和频率复用是一种新的概念和想法。它生要解决频率资源限制的问题，并大大增加系
4、统的容量。蜂窝小区和频率复用实际上是一种蜂窝组网的概念，是由美国贝尔实验室最早提出的。切换和位置更新采用蜂窝式组网后，切换技术就是一个重要的问题。不同的多址接入切换技术也有所不同。位置更新是移动通信所特有的，由干移动用户要在移动网络中任意移动，网络需要在任何时刻联系到用户，以有效地管理移动用户。完成这种功能的技术称为移动性管理。蜂窝式组网理论的内容蜂窝式组网理论的内容 (1/2)(1/2)无线蜂窝式小区覆盖和小功率发射 蜂窝式组网放弃了点对点传输和广播覆盖模式，将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图形的覆盖区域，称为蜂窝小区。一个较低功率的发射机服务一个蜂窝小区，在较小的区域内设
5、置相当数量的用户。频率复用 蜂窝系统的基站工作频率，由于传播损耗提供足够的隔离度，在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一组工作频率，称为频率复用。采用频率复用大大地缓解了频率资源紧缺的矛盾，增加了用户数目或系统容量。频率复用能够从有限的原始频率分配中产生几乎无限的可用频率，这是使系统容量趋于无限的极好方法。频率复用所带来的问题是同频干扰，同频干扰的影响并不是与蜂窝之间的绝对距离有关，而是与蜂窝间距离与小区半径比值有关。蜂窝式组网理论的内容蜂窝式组网理论的内容 (2/2)(2/2)多信道共用和越区切换由若干无线信道组成的移动通信系统，为大量的用户共同使用并且仍能满足服务质量的信道利用技术，称
6、为多信道共用技术。多信道共用技术利用信道占用的间断性，使许多用户能够任意地、合理地选择信道，以提高信道的使用效率，这与市话用户共同享有中继线相类似。事实上，不是所有的呼叫都能在一个蜂窝小区内完成全部接续业务的，为了保证通话的连续性，当正在通话的移动台进入相邻无线小区时，移动通信系统必须具备业务信道自动切换到相邻小区基站的越区切换功能，即切换到新的信道上，从而不中断通信过程。第一节第一节 移动通信系统基本概念移动通信系统基本概念基本概念基本概念 空中网络空中网络地面网络地面网络地面网络地面网络与空中网络相对应，地面网络部分主要包括：服务区内各个基站的相互连接 基站与固定网络（PSTN、ISDN、
7、数据网等）移动通信网的基本组成图移动通信网的基本组成图移动通信网的基本组成移动通信网的基本组成移动通信无线服务区由许多正六边形小区覆盖而成，呈蜂窝状，通过接口与公众通信网（PSTN、PSDN）互联。移动通信系统包括移动交换子系统（SS）、操作维护管理子系统（OMS）和基站子系统（BSS）（通常包括移动台），是一个完整的信息传输实体。移动通信中建立一个呼叫是由基站子系统和移动交换子系统共同完成的；BSS提供并管理移动台和SS之间的无线传输通道，SS负责呼叫控制功能，所有的呼叫都是经由SS建立连接的；操作维护管理子系统负责管理控制整个移动网。移动台（MS）也是一个子系统。通常，移动台实际上是由移动
8、终端设备和用户数据两部分组成的，移动终端设备称为移动设备，用户数据存放在一个与移动设备可分离的数据模块中，此数据模块称为用户识别卡（SIM）。课程内容课程内容第一节第一节 移动通信系统基本概念移动通信系统基本概念第二节第二节 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区第三节第三节 切换和位置管理切换和位置管理第四节第四节 多址接入技术多址接入技术第五节第五节 蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析第六节第六节 话务量和和损率简介话务量和和损率简介第二节第二节 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区介绍介绍 大区制移动通信系统大区制移动通信系统频率复用和小区制移动通信频率复用和小区制移动通
9、信系统系统概述概述频率复用和蜂窝小区的设计是与移动网的区域覆盖和容量需求紧密相连的。早期的移动通信系统采用的是大区覆盖，但随着移动通信的发展，这种网络设什已远远不能满足需求，因而以蜂窝小区、频率复用为代表的新型移动网的设计孕育而生了，它是解决频率资源有限和用户容量问题的一个重大突破。一般来说，移动通信网的区域覆盖方式可分为两类：一类是小容量的大区制；另一类是大容量的小区制。第二节第二节 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区介绍介绍 大区制移动通信系统大区制移动通信系统频率复用和小区制移动通信频率复用和小区制移动通信系统系统大区制移动通信系统大区制移动通信系统大区制是指一个基站覆盖整个服务区。为
10、了增大单基站的服务区域，天线架设要高，发射功率要大，但是这只能保证移动台可以接收到基站的信号。反过来，当移动台发射时，由于受到移动台发射功率的限制，因而无法保障通信。为解诀这个问题，可以在服务区内设若干分集接收点与基站相连，利用分集接收来保证上行链路的通信质量；也可以在基站采用全向辐射天线和定向接收天线，从而改善上行链路的通信条件。为了增大通信用户量，大区制通信网只有增多基站的信道数（装备量也随之加大），但这总是有限的。因此，大区制只能适用干小容量的通信网，例如用户数在 1000以下的。这种制式的控制方式简单，设备成本低，适用干中小城市、工矿区以及专业部门，是发展专用移动通信网可选用的制式。第
11、二节第二节 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区介绍介绍 大区制移动通信系统大区制移动通信系统频率复用和小区制移动通信频率复用和小区制移动通信系统系统频率复用频率复用由于蜂窝无线系统依赖于整个覆盖区域内信道的智能分配和复用，所以基站天线设计要做到能获得某一定小区内期望的覆盖。通过将覆盖范围限制在小区边界以内，相同的信道组就可以覆盖不同的小区，只要这些小区两两相隔的距离足够远，相互间的干扰水平就可在接受的范围之内。这一为整个系统中的所有基站选择和分配信道组的设计过程叫做频率复用或频率规划。小区制移动通信系统小区制移动通信系统小区制移动通信系统的频率复用和覆盖有两种：一种是带状服务覆盖区；另一种是
12、面状服务覆盖区。带状服务覆盖区带状服务覆盖区 铁路的列车无线电话、长途汽车的无线电话，以及沿海内河航行的船舶无线电话系统等都属干带状服务区。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：双频组频率设置 三频组频率设计 f1f2f1f2f1f2f1f1f2f3f1f2f3f1蜂窝系统的频率复用蜂窝系统的频率复用面状服务覆盖区（面状服务覆盖区（1/2)1/2)小区频率复用的设计，指明了在哪使用了不同的频率信道。当考虑要覆盖整个区域而没有重叠和间隙的几何形状时，只有三种可能的选择：正方形、等边三角形和六边形。上图所示的六边形小区是概念上的，是每个基站的简化覆盖模型。用六边形作覆盖模型，则可
13、用最小的小区数就能覆盖整个地理区域；而且，六边形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。无线移动通信系统广泛使用六边形研究系统覆盖和业务需求。实际上，由于无线系统覆盖区的地形地貌不同，无线电波传播环境不同，产生的电波的长期衰落和短期衰落不同，因而一个小区的实际无线覆盖是一个不规则的形状。当用六边形来模拟覆盖范围时，基站发射机或者安置在小区的中心（中心激励小区），或者安置在六边形的顶点之中的三个（顶点激励小区）。面状服务覆盖区面状服务覆盖区(2/2)(2/2)考虑一个共有 S个可用的双向信道的蜂窝系统，如果每个小区都分配 K（K S）个信道，并且S个信道在N个小区中分为各不相同的、各
14、自蚀立的信道组，而且每个信道组有相同的信道数目，那么可用无线信道的总数为：S=KN共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇。如果簇在系统中共同复制了M次，则信道的总数C可以作为容量的一个度量：C MKN MS其中，N叫作簇的大小，典型值为 4、7或 12。如果簇 N减小而小区的数目保持不变，则需要更多的簇来覆盖给定的范围，从而获得更大的容量。N的值表现了移动台或基站可以承受的干扰，同时保持令人满意的通信质量。移动台或基站可以承受的干扰主要体现在由于频率复用所带来的同频干扰。考虑同频干扰首先自然想到的是同频距离，因为电磁波的传输损耗是随着距离的增加而增大的，所以干扰也必然减少。频率复用距离频率复用
15、距离D(1/2)D(1/2)频率复用距离D是指最近的两个频点小区中心之间的距离,下图为N=7频率复用设计示例 频率复用距离频率复用距离D(2/2)D(2/2)在一个小区中心或相邻小区中心作两条与小区的边界垂直的直线，其夹角为。此两条直线分别连接到最近的两个同频点小区中心，其长度分别为I和J。于是同频距离为令式中H为小区中心到边的距离：其中，R是小区的半径。这样，代入上式即得D=sqrt(3N)R其中N称为频率复用因子，也等于小区簇中包含小区的个数。因此N值大时，频率复用距离D就大，但频率利用率就降低，因为它需要N个不同的频点组。反之，N小则D小，频率利用率高，但可能会造成较大的同频干扰，所以这
16、是一对矛盾。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 为了找到某一特定小区的相距的同频相邻小区,必须按以下步骤进行：沿着任何一条六边形链移动i个小区；逆时针旋转60度再移动j个小区。右图中i=3、j=2(N=19)课程内容课程内容第一节第一节 移动通信系统基本概念移动通信系统基本概念第二节第二节 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区第三节第三节 切换和位置管理切换和位置管理第四节第四节 多址接入技术多址接入技术第五节第五节 蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析第六节第六节 话务量和和损率简介话务量和和损率简介信道切换信道切换当移动用户处于通话状态时，如果出现
17、用户从一个小区移动到另一个小区的情况，为了保证通话的连续，系统要将对该MS的连接控制也从一个小区转移到另一个小区。这种将正在处于通话状态的MS转移到新的业务信道上（新的小区）的过程称为“切换”（Handover）。因此，从本质上说，切换的目的是实现蜂窝移动通信的“无缝隙”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。切换的操作不仅包括识别新的小区，而且需要分配给移动台在新小区的话音信道和控制信道。切换原因切换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，此时移动台被切换到信号强度较强的相邻小区；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
18、空闲的相邻小区。由第一种原因引起的切换一般由移动台发起，由第二种原因引起的切换一般由上级实体发起。位置管理位置管理在移动通信系统中，用户可以在系统覆盖范围内任意移动，为了能把一个呼叫传送到随机移动的用户，必须有一个高效的位置管理系统来跟踪用户的位置变化。位置管理包括两个主要任务：位置登记和呼叫传递。位置登记的步骤是在移动台的实时位置信息已知的情况下，更新位置数据库和认证移动台。呼叫传递的步骤是在有呼叫给移动台的情况下，根据 HLR（Home Location Register，归属位置寄存器）和 VLR（Visitor Location Register，访问寄存器）中可用的位置信息来定位移动
19、台。与上述两个问题紧密相关的两个问题是：位置更新（Location Update）和寻呼（Paging）。位置更新要解决的问题是移动台如何发现位置变化以及何时报告它的当前位置。寻呼要解决的问题是如何有效地确定移动台当前处干哪一个小区或位置区。课程内容课程内容第一节第一节 移动通信系统基本概念移动通信系统基本概念第二节第二节 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区第三节第三节 切换和位置管理切换和位置管理第四节第四节 多址接入技术多址接入技术第五节第五节 蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析第六节第六节 话务量和和损率简介话务量和和损率简介第四节第四节 多址接入技术多址接入技术介绍
20、介绍 频分多址频分多址 （FDMA）方式）方式时分多址（时分多址（TDMA）方式）方式码分多址（码分多址（CDMA）方式）方式空分多址（空分多址（SDMA）方式）方式多址接入技术介绍多址接入技术介绍蜂窝系统中是以信道来区分通信对象的，一个信道只容纳一个用户进行通话，许多同时通话的用户，互相以信道来区分，这就是多址。移动通信系统是一个多信道同时工作的系统，具有广播和大面积覆盖的特点。在无线通信环境的电波覆盖区内，如何建立用户之间的无线信道的连接，是多址接入方式的问题。解决多址接入问题的方法叫多址接入技术。多址接入方式的数学基础是信号的正交分割原理。无线电信号可以表达为时间、频率和码型的函数，即可
21、写作：其中 是码型函数，是时间t和频率f的函数。三种多址方式三种多址方式频分多址方式（FDMA）：以传输信号的载波频率不同来区分信道建立多址接入 时分多址方式（TDMA）：以传输信号存在的时间不同来区分信道建立多址接入 码分多址方式（CDMA）：以传输信号的码型不同来区分信道建立多址接入 第四节第四节 多址接入技术多址接入技术介绍介绍 频分多址频分多址 （FDMA）方式）方式时分多址（时分多址（TDMA）方式）方式码分多址（码分多址（CDMA）方式）方式空分多址（空分多址（SDMA）方式）方式FDMAFDMA原理原理频分多址为每一个用户指定了特定信道，这些信道按要求分配给请求服务的用户。在呼叫
22、的整个过程中，其它用户不能共享这一频段。在频率轴上，前向信道占有较高的频带，反向信道占有较低的频带，中间为保护频带。在用户频道之间，设有保护频隙，以免因系统的频率漂移造成频道间的重叠。前向与反向信道的频带分割，是实现频分双工通信的要求；频道间隔（例如为（25kHz）是保证频道之间不重叠的条件。FDMAFDMA系统中的干扰问题系统中的干扰问题 互调干扰 互调干扰是指系统内由于非线性器件产生的各种组合频率成分落入本频道接收机通带内造成对有用信号的干扰。邻道干扰邻道干扰是指相邻波道信号中存在的寄生辐射落入本频道接收机带内造成对有用信号的干扰。同频道干扰 同频道干扰是指相邻区群中同波道小区的信号造成的
23、干扰。FDMAFDMA系统的特点系统的特点 FDMA信道每次只能传送一个电话；每信道占用一个载频，相邻载频之间的间隔应满足传输信号带宽的要求，为了在有限的频谱中增加信道数量，系统均希望间隔越窄越好。FDMA信道的相对带宽较窄（30kHz），每个信道的每一载波仅支持一个电路连接，也就是说FDMA通常在窄带系统中实现；符号时间与平均延迟扩展相比较是很大的；移动台较简单，和模拟的较接近；基站复杂庞大，重复设置收发信设备。基站有多少信道，就需要多少部收发信机，同时需用天线共用器、功率损耗大、易产生信道间的互调干扰；FDMA系统每载波单个信道的设计，使得在接收设备中必须使用带通滤波器允许指定信道里的信号
24、通过，滤除其它频率的信号，从而限制临近信道间的相互干扰；越区切换较为复杂和困难。在模拟蜂窝系统中，采用频分多址方式是唯一的选择。而在数字蜂窝中，则很少采用纯频分的方式。第四节第四节 多址接入技术多址接入技术介绍介绍 频分多址频分多址 （FDMA）方式）方式时分多址（时分多址（TDMA）方式）方式码分多址（码分多址（CDMA）方式）方式空分多址（空分多址（SDMA）方式）方式时分多址（时分多址（TDMATDMA ）时分多址是在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的），每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户。特点：突发传输的速率高，远大于语
25、音编码速率，每路编码速率设为R b/s，共N个时隙，则在这个载波上传输的速率将大于N R b/s。这是因为TDMA系统中需要较高的同步开销。同步技术是TDMA系统正常工作的重要保证。发射信号速率随N的增大而提高，如果达到100kb/s以上，码间串扰就将加大，必须采用自适应均衡，用以补偿传输失真。基站复杂性减小。N个时分信道共用一个载波，占据相同带宽，只需一部收发信机。互调干扰小。抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大。越区切换简单。第四节第四节 多址接入技术多址接入技术介绍介绍 频分多址频分多址 （FDMA）方式）方式时分多址（时分多址（TDMA）方式）方式码分多址（码分多址（CDMA）方式）
26、方式空分多址（空分多址（SDMA）方式）方式码分多址（码分多址（CDMACDMA）方式）方式码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息。CDMA系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间和空间上都可能重叠。系统的接收端必须有完全一致的本地地址码，用来对接收的信号进行相关检测。其他使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。它们的存在类似于在信道中引入了噪声或干扰，通常称之为多址干扰。在CDMA蜂窝通信系统中，用户之间的信息传输也是由基站进行转发和控制的。为了实现双工通信，正向传输和反向传输各使用一个频率，即通常所谓的频分双工。正向传输或
27、反向传输，除了传输业务信息外，还必须传送相应的控制信息。为了传送不同的信息，需要设置相应的信道。但是，CDMA通信系统既不分频道又不分时隙，无论传送何种信息的信道都靠采用不同的码型来区分。CDMACDMA系统的特点系统的特点 CDMA系统的许多用户共享同一频率。不管使用的是TDD还是FDD技术。通信容量大。容量的软特性。由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以减小多径衰落。在CDMA 系统中，信道数据速率很高。平滑的软切换和有效的宏分集。低信号功率谱密度。CDMACDMA系统中的多址干扰系统中的多址干扰 来自非同步CDMA网中不同用户的扩频序列不完全是正交的，这一点与FDMA和TDMA是不同的，FD
28、MA和TDMA具有合理的频率保护带或保护时间，接收信号近似保持正交性，而CDMA对这种正交性是不能保证的。这种扩频码集的非零互相关系数会引起各用户间的相互干扰常称为多址干扰，在异步传输信道以及多径传播环境中多址干扰将更为严重。CDMACDMA系统中的远近效应系统中的远近效应许多移动用户共享同一信道就会发生远-近效应问题。由于移动用户所在的位置处于动态的变化中，基站接收到的各用户信号功率可能相差很大，即使各用户到基站距离相等，深衰落的存在也会使到达基站信号各不相同，强信号对弱信号有着明显的抑制作用，会使弱信号的接收性能很差甚至无法通信。这种现象被称为远-近效应。为了解决远-近效应问题，在大多数C
29、DMA实际系统中使用功率控制。蜂窝系统中由基站来提供功率控制，以保证在基站覆盖区内的每一个用户给基站提供相同功率的信号。这就解决了由于一个临近用户的信号过大而覆盖了远处用户信号的问题。基站的功率控制是通过快速抽样每一个移动终端的无线信号强度指示（RSSI-Radio Signal Strength Indication）来实现的。尽管在每一个小区内使用功率控制，但小区外的移动终端还会产生不在接收基站控制内的干扰。第四节第四节 多址接入技术多址接入技术介绍介绍 频分多址频分多址 （FDMA）方式）方式时分多址（时分多址（TDMA）方式）方式码分多址（码分多址（CDMA）方式）方式空分多址（空分多
30、址（SDMA）方式）方式SDMASDMA系统工作示意图系统工作示意图 空分多址方式控制了用户的空间辐射能量。SDMASDMA原理原理SDMA使用定向波束天线来服务于不同的用户。相同的频率（在TDMA或CDMA系统中）或不同的频率（在FDMA系统中）用来服务于被天线波束覆盖的这些不同区域。扇形天线可被看作是SDMA的一个基本方式。将来有可能使用自适应天线，迅速地引导能量沿用户方向发送，这种天线看来是最适合于TDMA和CDMA的。课程内容课程内容第一节第一节 移动通信系统基本概念移动通信系统基本概念第二节第二节 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区第三节第三节 切换和位置管理切换和位置管理第四节第
31、四节 多址接入技术多址接入技术第五节第五节 蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析第六节第六节 话务量和和损率简介话务量和和损率简介第五节第五节 蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析(1/2)(1/2)一个无线电系统的容量被定义为一定频段内所能提供的信道数或用户的最大数目或系统输入话务总量（Erlang）。它与信道的载频间隔、每载频的时隙数、频率资源和频率复用方式、基站设置方式等有关。目前通常用无线容量m来表示系统容量并比较不同系统容量的大小，因为系统用户的最大数目和输入话务总量是与m成正比例增大的。对于移动通信
32、业务区，无线容量m是衡量无线系统频谱效率的参数。这一参数取决于所需的载波-干扰比（C/I）和信道带宽Bc。蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析(2/2)(2/2)蜂窝系统的无线容量可定义为：信道/小区 其中：m是无线容量大小，分配给系统的总的频谱，是信道带宽，N是频率重用的小区数。第五节第五节 蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析介绍介绍 FDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量TDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量CDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量三种系统容量的比较三种系统容量的比较FDMAFDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量对于模拟FDMA系统来说，如果采用频率
33、重用的小区数为N，根据对同频干扰和系统容量的讨论可知，对于小区制蜂窝网即频率重用的小区数N由所需的载干比来决定。则可求得FDMA的无线容量如下：信道/小区 第五节第五节 蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析介绍介绍 FDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量TDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量CDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量三种系统容量的比较三种系统容量的比较TDMATDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量 对于数字TDMA系统来说，由于数字信道所要求的载干比可以比模拟制的小45dB（因数字系统有纠错措施），因而频率复用距离可以在近一些。所以可以采用比7小的图案，例如N=3的图案。则
34、可求得TDMA的无线容量如下：其中设载波间隔为 ，每载波共有M个时隙，则等效带宽为 =/M。第五节第五节 蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析介绍介绍 FDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量TDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量CDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量三种系统容量的比较三种系统容量的比较CDMACDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量决定CDMA数字蜂窝系统容量的主要参数是：处理增益、话音负载周期、频率再用效率、以及基站天线扇区数。若不考虑蜂窝系统的特点，只考虑一般扩频通信系统，接收信号的载干比可以写成：式中，是信息的比特能量；是信息的比特能量；是干扰的功率谱密度；W是总频
35、段宽度（即CDMA信号所占的频谱宽度）；类似于通常所谓的归一化信噪比，其取值决定于系统对误比特率或话音质量的要求，并与系统的调制方式和编码方案有关；是系统的处理增益。在误比特率一定的条件下，降低热噪声功率，减小归一化信噪比，增大系统的处理增益都将有利于提高系统的容量。提高系统容量的方法提高系统容量的方法采用话音激活技术提高系统容量 利用扇区划分提高系统容量 CDMA 小区扇区化有很好的容量扩充作用。利用120o扇形覆盖的定向天线把一个蜂窝小区划分成3个扇区时，处于每个扇区中的移动用户是该蜂窝的三分之一，相应的各用户之间的多址干扰分量也就减少为原来的三分之一，从而系统的容量将增加约3倍（实际上，
36、由于相邻天线覆盖区之间有重叠，一般能提高到G=2.55倍左右）。频率再用 正向信道和反向信道的干扰总量对容量的影响大致相等。因而在考虑邻近蜂窝小区的干扰对系统容量影响时，一般按正向信道计算。对于正向信道，在一个蜂窝小区内，基站不断地向移动台发送信号，移动台在接收它自己所需的信号时，也接收到基站发给其他移动台的信号，而这些信号对它所需的信号将形成干扰。当系统采用正向功率控制技术时，由于路径传播损耗的原因，位于靠近基站的移动台，受到本小区基站发射的信号干扰比距离远的移动台要大，但受到相邻小区基站的干扰较小；位于小区边缘的移动台，受到本小区基站发射的信号干扰比距离近的移动台要小，但受到相邻小区基站的
37、干扰较大。CDMACDMA系统移动台受干扰示意图系统移动台受干扰示意图 移动台最不利的位置是处于3个小区交界的地方，如图中的MS所在点。假设各小区中同时通信的用户数是M，即各小区的基站同时向M个用户发送信号，理论分析表明，在采用功率控制时，每小区同时通信的用户数将下降到原来的60%，即信道复用效率F=0.6，也就是系统容量下降到没有考虑邻区干扰时的60%。第五节第五节 蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析介绍介绍 FDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量TDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量CDMA蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量三种系统容量的比较三种系统容量的比较三种系统容量的比较三种
38、系统容量的比较 在给定的一个窄带码分系统的频谱带宽内（1.25MHz）内，将CDMA系统容量与FDMA、TDMA系统容量进行比较，三种体制的系统容量的比较结果为：由上式可以看出，在总频带宽度为1.25MHz时，CDMA数字蜂窝移动通信系统的容量是模拟FDMA系统容量的约16倍，是数字时分GSM系统容量的约9倍。需要说明的是以上的比较中CDMA系统容量是理论值，即是在假设CDMA系统的功率控制是理想的条件下得出的。这在实际当中显然是做不到的。为此实际的CDMA系统的容量比理论值有所下降，其下降多少将随着其功率控制精度的高低而变化。另外，CDMA系统容量的计算与某些参数的选取有关，对于不同的参数值
39、得出的系统容量也有所不同。当前比较普遍的看法是CDMA数字蜂窝移动通信系统的容量是模拟FDMA系统的810倍。课程内容课程内容第一节第一节 移动通信系统基本概念移动通信系统基本概念第二节第二节 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区第三节第三节 切换和位置管理切换和位置管理第四节第四节 多址接入技术多址接入技术第五节第五节 蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析第六节第六节 话务量和和损率简介话务量和和损率简介话务量话务量 话务量是度量通信系统通话业务量或繁忙程度的指标。话务量是指单位时间（1小时）内进行的平均电话交换量，定义为单位时间（1 小时）内呼叫次数与每次呼叫的平均占用信道
40、时间之积：其中，C为每小时的平均呼叫次数（包括呼叫成功和呼叫失败的次数）；为每次呼叫平均占用信道的时间（包括接续时间和通话时间）。如果在一个小时内不断地占用一个信道，则其呼叫话务量为1 Erl（爱尔兰）。呼损率呼损率 在一个通信系统中，造成呼叫失败的概率称为呼叫损失概率，简称呼损率呼损率。设 为呼叫成功而接通电话的话务量，简称完成话务量，为一小时内呼叫成功而通话的次数，为每次通话的平均占用信道的时间，则完成话务量为于是呼损率为其中，为损失话务量。呼损率也称为系统的服务等级（或业务等级）。呼损率与话务量是一对矛盾，即服务等级与信道利用率是矛盾的。Erlang B公式（也叫阻塞呼叫清除公式）求解呼叫阻塞概率。式中A是流入业务的流量强度（话务量），n是系统容量（电路数量）。爱尔兰呼损表爱尔兰呼损表 Erlang B公式已经制成爱尔兰呼损表，知道3个参数AB和n中的任何两个参数，就可以从爱尔兰呼损表查出需要的第3个参数。例如可以从下表中找到B,A,n三者。