移動(dòng)通信技術(shù)

第五章

蜂窩組網(wǎng)技術(shù)

MobileCommunicationTheory目錄移動(dòng)通信網(wǎng)的基本概念

5.1頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)

5.2多址接入技術(shù)5.3碼分多址關(guān)鍵技術(shù)5.4切換、位置更新5.5無線資源管理技術(shù)5.6移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)5.7MobileCommunicationTheory5.1移動(dòng)通信網(wǎng)的基本概念

實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在其覆蓋區(qū)內(nèi)良好的語音和數(shù)據(jù)通信，這樣的通信網(wǎng)就是移動(dòng)通信網(wǎng)學(xué)習(xí)的內(nèi)容包括：移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)蜂窩式組網(wǎng)理論

移動(dòng)通信網(wǎng)的基本組成蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)圖示各子系統(tǒng)功能MobileCommunicationTheory5.1.1移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)空中網(wǎng)絡(luò)基站與固定網(wǎng)絡(luò)

服務(wù)區(qū)內(nèi)各基站的相互連接

多址接入

切換和位置更新

頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)

地面網(wǎng)絡(luò)MobileCommunicationTheory5.1.2蜂窩式組網(wǎng)理論無線蜂窩式小區(qū)覆蓋

將一個(gè)移動(dòng)通信服務(wù)區(qū)劃分成許多以正六邊形為基本幾何圖形的覆蓋區(qū)域小功率發(fā)射

一個(gè)較低功率的發(fā)射機(jī)服務(wù)一個(gè)蜂窩小區(qū)，在較小的區(qū)域內(nèi)設(shè)置相當(dāng)數(shù)量的用戶頻率復(fù)用

蜂窩系統(tǒng)的基站工作頻率，由于傳播損耗提供足夠的隔離度，在相隔一定距離的另一個(gè)基站可以重復(fù)使用同一組工作頻率優(yōu)點(diǎn)：緩解了頻率資源緊缺，增加了系統(tǒng)容量缺點(diǎn)：同頻干擾MobileCommunicationTheory5.1.2蜂窩式組網(wǎng)理論多信道共用

由若干無線信道組成的移動(dòng)通信系統(tǒng)，為大量的用戶共同使用并且仍能滿足服務(wù)質(zhì)量的信道利用技術(shù)越區(qū)切換

當(dāng)正在通話的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)入相鄰無線小區(qū)時(shí)，業(yè)務(wù)信道自動(dòng)切換到相鄰小區(qū)基站，從而不中斷通信過程MobileCommunicationTheory5.2頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)用來解決頻率資源有限和用戶容量問題區(qū)域覆蓋方式小容量的大區(qū)制一個(gè)基站覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)，發(fā)射功率要大利用分集接收等技術(shù)來保證上行鏈路的通信質(zhì)量只能適用于小容量的通信網(wǎng)大容量的小區(qū)制頻率復(fù)用

將覆蓋區(qū)域劃分為若干小區(qū)，每個(gè)小區(qū)設(shè)立一個(gè)基站服務(wù)于本小區(qū)，但各小區(qū)可重復(fù)使用頻率

帶來同頻干擾的問題切換和位置管理MobileCommunicationTheory5.2.1大容量的小區(qū)制頻率復(fù)用和覆蓋方式帶狀服務(wù)覆蓋區(qū)面狀服務(wù)覆蓋區(qū)簇小區(qū)的覆蓋形狀同頻干擾同頻相鄰小區(qū)的找法MobileCommunicationTheory帶狀服務(wù)覆蓋區(qū)雙頻組頻率配置三頻組頻率配置

f1

f2

f1

f2

f1

f2

f1

f1

f2

f3

f1

f2

f3

f1

MobileCommunicationTheory面狀服務(wù)覆蓋區(qū)簇共同使用全部可用頻率的N個(gè)小區(qū)叫做一簇同一個(gè)小區(qū)簇內(nèi)，要使用不同的頻率不同的小區(qū)簇間使用對應(yīng)的相同頻率圖5－2蜂窩系統(tǒng)的頻率復(fù)用和小區(qū)面狀覆蓋圖示q=D/R=4.6N=7DR2132421313424134MobileCommunicationTheory小區(qū)的覆蓋形狀采用六邊形的原因用最小的小區(qū)數(shù)就能覆蓋整個(gè)地理區(qū)域最接近于全向的基站天線和自由空間傳播的全向輻射模式基站發(fā)射機(jī)位置中心激勵(lì)小區(qū)：安置在小區(qū)的中心頂點(diǎn)激勵(lì)小區(qū)：安置在六邊形頂點(diǎn)之中的三個(gè)上實(shí)際形狀由于地形地貌、傳播環(huán)境、衰落形式的多樣性，小區(qū)的實(shí)際無線覆蓋是一個(gè)不規(guī)則的形狀MobileCommunicationTheory同頻干擾小區(qū)簇的意義頻率復(fù)用距離與小區(qū)簇的關(guān)系載波干擾比與小區(qū)簇的關(guān)系MobileCommunicationTheory小區(qū)簇的意義

一個(gè)共有S個(gè)雙向信道的蜂窩系統(tǒng)，如果每簇含N個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)分配K個(gè)信道（k<S）

那么如果簇在系統(tǒng)中共同復(fù)制了M次，則信道的總數(shù)C可作為容量的一個(gè)度量N叫做簇的大小，典型值為4、7或12。N的值表現(xiàn)了移動(dòng)臺(tái)或基站在保證通信質(zhì)量的同時(shí)，可以承受的干擾（主要是同頻干擾）MobileCommunicationTheory頻率復(fù)用距離與小區(qū)簇的關(guān)系頻率復(fù)用距離（即同頻距離）D是指最近的兩個(gè)頻點(diǎn)小區(qū)中心之間的距離在小區(qū)中心作兩條與小區(qū)的邊界垂直的直線，其夾角為120o。此兩條直線分別連接到最近的兩個(gè)同頻點(diǎn)小區(qū)中心，其長度分別為I和J，于是（＊）令：I=2iH，J=2jH

式中H為小區(qū)中心到邊的距離其中，R是小區(qū)的半徑。這樣，代入（＊）式得其中N又稱為頻率復(fù)用因子N越大，則D越大，這樣同頻干擾越小，但是頻率利用率越低；N越小，則D越大，這樣頻率利用率越高，但是同頻干擾越大?？梢婎l率利用率與同頻干擾是一對矛盾×62×15376××15×××76×41××4DJI圖5－3N=7頻率復(fù)用設(shè)計(jì)示例MobileCommunicationTheory推導(dǎo)載波干擾比與小區(qū)簇的關(guān)系

假定小區(qū)的大小相同，移動(dòng)臺(tái)的接收功率門限按小區(qū)的大小調(diào)節(jié)。若設(shè)L為同頻干擾小區(qū)數(shù)，則移動(dòng)臺(tái)的接收載波干擾比可表示為

式中，C為最小載波強(qiáng)度；為第l個(gè)同頻干擾小區(qū)所在基站引起的干擾功率移動(dòng)無線信道的傳播特性表明:小區(qū)中移動(dòng)臺(tái)接收到的最小載波強(qiáng)度C與小區(qū)半徑的成正比設(shè)是第l個(gè)干擾源與移動(dòng)臺(tái)的間距，則移動(dòng)臺(tái)接收到的來自第l個(gè)干擾小區(qū)的載波功率與成正比。n為衰落指數(shù)，一般取4如果每個(gè)基站的發(fā)射功率相等，整個(gè)覆蓋區(qū)域內(nèi)的路徑衰落指數(shù)相同，則移動(dòng)臺(tái)的載干比可近似表示為MobileCommunicationTheory推導(dǎo)載波干擾比與小區(qū)簇的關(guān)系通常在被干擾小區(qū)周圍，干擾小區(qū)是多層，一般第一層起主要作用?，F(xiàn)僅考慮第一層干擾小區(qū)，且假定所有干擾基站與預(yù)設(shè)被干擾基站的間距相等，即，則載干比可簡化為:

式中同頻復(fù)用比例（也稱同頻干擾因子），一般用Q表示即MobileCommunicationTheory載波干擾比與小區(qū)簇的關(guān)系式表明了載干比和小區(qū)簇的關(guān)系一般模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)要求，假設(shè)n取值為4，根據(jù)上式可得出，簇N

最小為6.49，故一般取簇N的最小值為7數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中，所以可以采用較小的N值。MobileCommunicationTheory同頻相鄰小區(qū)的找法沿著任何一條六邊形鏈移動(dòng)i個(gè)小區(qū)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60度再移動(dòng)j個(gè)小區(qū)i=3j=2N=19圖5－4在蜂窩小區(qū)中定位同頻小區(qū)的方法

MobileCommunicationTheory5.3多址接入技術(shù)多址接入方式:頻分多址方式（FDMA）時(shí)分多址方式（TDMA）碼分多址方式（CDMA）空分多址方式（SDMA）MobileCommunicationTheory多址接入方式目前應(yīng)用的多址方式:

頻分多址(FDMA)、時(shí)分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)及其混合方式等信道3信道1信道N信道2ftc多址接入方式建立多址接入時(shí)區(qū)分信道的依據(jù)頻分多址方式（FDMA）傳輸信號的載波頻率不同時(shí)分多址方式（TDMA）傳輸信號存在的時(shí)間不同碼分多址方式（CDMA）傳輸信號的碼型不同信道1信道2信道3信道Nftcftc信道2信道1信道3信道N圖5－5FDMA、TDMA、CDMA的示意圖FDMA

TDMA

CDMA

MobileCommunicationTheory5.3.1頻分多址（FDMA）方式頻譜分割原理主要干擾特點(diǎn)MobileCommunicationTheoryFDMA頻譜分割原理每個(gè)用戶分配一個(gè)信道，即一對頻譜較高的頻譜用作前向信道即基站向移動(dòng)臺(tái)方向的信道較低的頻譜用作反向信道即移動(dòng)臺(tái)向基站方向的信道必須同時(shí)占用2個(gè)信道（2對頻譜）才能實(shí)現(xiàn)雙工通信基站必須同時(shí)發(fā)射和接收多個(gè)不同頻率的信號任意兩個(gè)移動(dòng)用戶之間進(jìn)行通信都必須經(jīng)過基站的中轉(zhuǎn)MobileCommunicationTheoryFDMA頻譜分割原理設(shè)置頻道間隔，以免因系統(tǒng)的頻率漂移造成頻道間重疊前向信道與反向信道之間設(shè)有保護(hù)頻帶用戶頻道之間，設(shè)有保護(hù)頻隙圖5－6FDMA系統(tǒng)頻譜分割示意圖

MobileCommunicationTheoryFDMA的主要干擾干擾方式起因解決方法互調(diào)干擾系統(tǒng)內(nèi)非線性器件產(chǎn)生的各種組合頻率成份落入本頻道接收機(jī)通帶內(nèi)選用無互調(diào)的頻率集鄰道干擾相鄰波道信號中存在的寄生輻射落入本頻道接收機(jī)帶內(nèi)加大頻道間的隔離度同頻干擾相鄰區(qū)群中同信道小區(qū)的信號造成的干擾適當(dāng)選擇頻道干擾因子QMobileCommunicationTheoryFDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)

每信道占用一個(gè)載頻，信道的相對帶寬較窄，即通常在窄帶系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)符號時(shí)間>>平均延遲擴(kuò)展（Ts>>），所以碼間干擾較少，無需自適應(yīng)均衡基站復(fù)雜龐大，易產(chǎn)生信道間的互調(diào)干擾必須使用帶通濾波器來限制鄰道干擾越區(qū)切換復(fù)雜，必須瞬時(shí)中斷傳輸，對于數(shù)據(jù)傳輸將帶來數(shù)據(jù)的丟失MobileCommunicationTheory5.3.2時(shí)分多址（TDMA）方式工作原理系統(tǒng)特點(diǎn)MobileCommunicationTheoryTDMA工作原理在一個(gè)寬帶的無線載波上，把時(shí)間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時(shí)隙，無論幀或時(shí)隙都是互不重疊的每個(gè)時(shí)隙就是一個(gè)通信信道，分配給一個(gè)用戶基站按時(shí)隙排列順序發(fā)收信號，各移動(dòng)臺(tái)在指定的時(shí)隙內(nèi)收發(fā)信號MS3MS1MS2BS時(shí)隙幀時(shí)隙N……時(shí)隙3時(shí)隙2時(shí)隙1保護(hù)比特信息數(shù)據(jù)同步比特尾比特一個(gè)TDMA幀圖5－8TDMA幀結(jié)構(gòu)圖5－7TDMA系統(tǒng)工作示意圖

MobileCommunicationTheoryTDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)突發(fā)傳輸?shù)乃俾矢?，遠(yuǎn)大于語音編碼速率，因?yàn)門DMA系統(tǒng)中需要較高的同步開銷發(fā)射信號速率隨N的增大而提高，引起碼間串?dāng)_加大，所以必須采用自適應(yīng)均衡不需雙工器基站復(fù)雜性小，互調(diào)干擾小抗干擾能力強(qiáng)，頻率利用率高，系統(tǒng)容量大越區(qū)切換簡單，可在無信息傳輸時(shí)進(jìn)行，不會(huì)丟失數(shù)據(jù)MobileCommunicationTheory5.3.3碼分多址（CDMA）方式工作原理系統(tǒng)特點(diǎn)存在問題MobileCommunicationTheoryCDMA的工作原理碼分多址系統(tǒng)為每個(gè)用戶分配了各自特定的地址碼，利用公共信道來傳輸信息CDMA系統(tǒng)的地址碼相互具有準(zhǔn)正交性，以區(qū)別地址，而在頻率、時(shí)間和空間上都可能重疊系統(tǒng)的接收端必須有完全一致的本地地址碼，才能對接收的信號進(jìn)行相關(guān)檢測MSNMS1MS21c2c1C2CNcNCMSCBS圖5－9CDMA系統(tǒng)工作示意圖MobileCommunicationTheoryCDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)

多用戶共享同一頻率通信容量大容量的軟特性多增加一個(gè)用戶只會(huì)使通信質(zhì)量略有下降，不會(huì)出現(xiàn)硬阻塞現(xiàn)象由于信號被擴(kuò)展在一較寬頻譜上而可以減小多徑衰落信道數(shù)據(jù)速率很高，無需自適應(yīng)均衡平滑的軟切換和有效的宏分集，不會(huì)引起通信中斷低信號功率譜密度的好處抗窄帶干擾能力強(qiáng)對窄帶系統(tǒng)的干擾很小，可以與其它系統(tǒng)共用頻段MobileCommunicationTheoryCDMA系統(tǒng)的軟切換過程每當(dāng)移動(dòng)臺(tái)處于小區(qū)邊緣時(shí)，同時(shí)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的基站向該移動(dòng)臺(tái)發(fā)送相同的信號，移動(dòng)臺(tái)的分集接收機(jī)能同時(shí)接收合并這些信號，此時(shí)處于宏分集狀態(tài)當(dāng)某一基站的信號強(qiáng)于當(dāng)前基站信號且穩(wěn)定后，移動(dòng)臺(tái)才切換到該基站的控制上去，這種切換可以在通信的過程中平滑完成，稱為軟切換

PlayMobileCommunicationTheoryCDMA系統(tǒng)存在問題多址干擾原因不同用戶的擴(kuò)頻序列不完全正交，擴(kuò)頻碼集的非零互相關(guān)系數(shù)會(huì)引起用戶間的相互干擾“遠(yuǎn)-近”效應(yīng)原因移動(dòng)用戶所在的位置的變化以及深衰落的存在，會(huì)使基站接收到的各用戶信號功率相差很大，強(qiáng)信號對弱信號有著明顯的抑制作用解決方法使用功率控制MobileCommunicationTheory5.3.4空分多址（SDMA）方式

通過空間的分割來區(qū)別不同的用戶常與FDMA、TDMA、CDMA結(jié)合使用工作原理蜂窩系統(tǒng)中反向鏈路的困難自適應(yīng)式陣列天線MobileCommunicationTheorySDMA的工作原理使用定向波束天線在不同用戶方向上形成不同的波束相同的頻率（在TDMA或CDMA系統(tǒng)中）或不同的頻率（在FDMA系統(tǒng)中）用來服務(wù)于被天線波束覆蓋的這些不同區(qū)域圖5－10SCDM系統(tǒng)工作示意圖MobileCommunicationTheory蜂窩系統(tǒng)中反向鏈路的困難反向鏈路的困難原因解決方法用戶端的發(fā)射功率必須動(dòng)態(tài)控制各用戶和基站間無線傳播路徑的不同采用空分多址方式反向控制用戶的空間輻射能量對用戶端發(fā)射功率的控制程度受限發(fā)射受到用戶單元電池能量的限制MobileCommunicationTheory自適應(yīng)式陣列天線自適應(yīng)式天線提供了最理想的SDMA無窮小波束寬度無窮大快速搜索能力提供在本小區(qū)內(nèi)不受其他用戶干擾的唯一信道克服多徑干擾和同信道干擾MobileCommunicationTheory隨機(jī)接入

對于大多數(shù)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，分組數(shù)據(jù)隨時(shí)間隨機(jī)出現(xiàn)，比較理想的就是采用隨機(jī)接入策略將信道分配給需要傳送數(shù)據(jù)的用戶。采用隨機(jī)接入就會(huì)出現(xiàn)所謂“碰撞”現(xiàn)

象，即當(dāng)多個(gè)用戶都企圖接入到同一個(gè)信

道時(shí)碰撞就會(huì)發(fā)生。通常的技術(shù)包括純ALOHA、時(shí)隙ALOHA載波監(jiān)聽多址（CSMA）和調(diào)度等。MobileCommunicationTheory隨機(jī)接入分組錯(cuò)誤率（PER,packeterrorrate）通常假設(shè)分組的產(chǎn)生是符合泊松分布的，因此在

內(nèi)到達(dá)的分組數(shù)

（

為整數(shù)）的概率為：

MobileCommunicationTheory隨機(jī)接入其中是單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的分組數(shù)，即任意

時(shí)間段

內(nèi)的平均分組數(shù)除以

。

定義

為信道業(yè)務(wù)的負(fù)載。其中為一個(gè)分組的傳輸時(shí)間，用戶數(shù)據(jù)分組（bit），信道的傳速速率。MobileCommunicationTheory隨機(jī)接入當(dāng)

時(shí)，表明在給定的時(shí)間內(nèi)平均到達(dá)

的分組數(shù)多于在同樣的時(shí)間內(nèi)能夠發(fā)出去

的分組數(shù)，這樣就會(huì)引起碰撞可能導(dǎo)致傳

輸出錯(cuò)，所以此時(shí)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。如果出錯(cuò)時(shí)接收端可以通知發(fā)送端對錯(cuò)誤

的分組重傳，則分組到達(dá)率

以及相應(yīng)的

負(fù)載計(jì)算應(yīng)該包括新到達(dá)的分組和需要重

傳的分組，這時(shí)的

稱為總提交負(fù)載。MobileCommunicationTheory隨機(jī)接入吞吐量

定義為在給定時(shí)間內(nèi)平均成功發(fā)

送的分組速率除以信道的分組傳輸速率

，

也等于總提交負(fù)載乘以成功接收分組的概

率。穩(wěn)定系統(tǒng)要滿足：MobileCommunicationTheory純ALOHA假設(shè)沒有發(fā)生碰撞的分組一定能夠正確接

收，則吞吐量為：不發(fā)生碰撞的概率就是在

內(nèi)沒有分組到達(dá)的概率：相應(yīng)的吞吐量為

MobileCommunicationTheory時(shí)隙ALOHA時(shí)隙ALOHA把時(shí)間劃分成連續(xù)時(shí)間為

的

時(shí)隙，用戶準(zhǔn)備發(fā)送的分組必須等到下一

個(gè)時(shí)隙的起點(diǎn)才能開始發(fā)送分組，而純ALOHA允許用戶在任意時(shí)刻發(fā)送分組，

因此增大了發(fā)生局部重疊的概率。不發(fā)生碰撞的概率：

吞吐量為：

（吞吐量比純ALOHA提高了兩倍）

MobileCommunicationTheory載波監(jiān)聽多址（CSMA）載波監(jiān)聽技術(shù)需要用戶在發(fā)送數(shù)據(jù)之前監(jiān)

聽信道，查看是否有其他用戶在此信道上

發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有則暫不發(fā)送數(shù)據(jù)，推遲

發(fā)送。

MobileCommunicationTheory調(diào)度調(diào)度技術(shù)是對系統(tǒng)中各用戶的信道使用作

出安排，即把可用的資源按照時(shí)間、頻率

或碼子分成信道，每個(gè)節(jié)點(diǎn)按照時(shí)間表進(jìn)

行發(fā)送，其原則是避免相鄰接點(diǎn)發(fā)生沖突，

同時(shí)充分地利用信道資源。。

MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.4碼分多址關(guān)鍵技術(shù)1.擴(kuò)頻通信基礎(chǔ)2.地址碼技術(shù)3.擴(kuò)頻碼的同步MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.4.1擴(kuò)頻通信基礎(chǔ)

擴(kuò)頻通信：頻帶擴(kuò)展擴(kuò)頻調(diào)制擴(kuò)頻系統(tǒng)理論基礎(chǔ)：仙農(nóng)定理。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory1擴(kuò)頻方法直接序列擴(kuò)頻跳變頻率擴(kuò)頻跳變時(shí)間擴(kuò)頻寬帶線形調(diào)頻擴(kuò)頻方法MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory1擴(kuò)頻方法功率小，隱蔽性保密性抗干擾性強(qiáng)抗衰落能力強(qiáng)擴(kuò)頻系統(tǒng)的特點(diǎn)碼分多址復(fù)用(CDMA)MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory2直擴(kuò)系統(tǒng)直接序列調(diào)制系統(tǒng)原理框圖：MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory2直擴(kuò)系統(tǒng)編碼擴(kuò)頻調(diào)制（射頻）混頻解擴(kuò)解調(diào)發(fā)送端接收端MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory2直擴(kuò)系統(tǒng)假定同步單徑BPSK信道中有K個(gè)用戶，并假定所有的載波相位為0，則接收的信號等效基帶表示為：其中：為發(fā)送功率，為第k個(gè)用戶歸一化擴(kuò)頻信號，為第k個(gè)用戶歸一化擴(kuò)頻信號，為信息比特的時(shí)間寬度，表示加性高斯白噪聲，其雙邊功率譜密度為，單位為W/Hz。，單位為W/Hz。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory2直擴(kuò)系統(tǒng)對于某一特定比特，相關(guān)器（解擴(kuò)）的輸出為：相關(guān)系數(shù)的定義為：上式表明：與第k個(gè)用戶本身的自相關(guān)給出了希望接收的數(shù)據(jù)項(xiàng)，與其它用戶的互相關(guān)產(chǎn)生出多址干擾項(xiàng)MAI，與熱噪聲的相關(guān)產(chǎn)生了噪聲項(xiàng)。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory2直擴(kuò)系統(tǒng)由頻譜擴(kuò)展對抗干擾性帶來的好處，稱為擴(kuò)頻增益，可表示為：

式中，為發(fā)射擴(kuò)頻信號的帶寬；為信碼的速率。其中

與所采用的偽碼（偽隨機(jī)序列或偽噪聲序列的簡稱）速率有關(guān)。為獲得高的擴(kuò)頻增益，通常希望增加射頻帶寬，即提高偽碼的速率。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory2直擴(kuò)系統(tǒng)MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory2直擴(kuò)系統(tǒng)在發(fā)端，有用信號經(jīng)擴(kuò)頻處理后，頻譜被展寬如圖（a）所示；在收端，利用偽碼的相關(guān)性作解擴(kuò)處理后，有用信號頻譜被恢復(fù)成窄帶譜，如圖（b）所示。

直擴(kuò)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于它可以在很低的甚至負(fù)信噪比環(huán)境中使系統(tǒng)正常工作。移動(dòng)通信采用直擴(kuò)系統(tǒng)時(shí)，需要解決‘遠(yuǎn)-近’效應(yīng)帶來的影響，辦法之一是采用功率控制。

MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory基于IS-95標(biāo)準(zhǔn)的碼分多址通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory3跳頻系統(tǒng)跳頻系統(tǒng)的原理方框圖

MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory3跳頻系統(tǒng)偽碼隨機(jī)置定頻率合成器時(shí)，發(fā)射機(jī)的振蕩頻率在很寬的頻率范圍內(nèi)不斷地改變，從而使射頻載波亦在一個(gè)很寬的范圍內(nèi)變化，于是形成了一個(gè)寬帶離散譜，如圖所示

MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory3跳頻系統(tǒng)接收端必須以同樣的偽碼置定本地頻率合成器，使其與發(fā)端的頻率作相同的改變，即收發(fā)跳頻必須同步，這樣，才能保證通信的建立。解決同步及定時(shí)是實(shí)際跳頻系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵問題。跳頻系統(tǒng)處理增益的定義與直擴(kuò)系統(tǒng)的擴(kuò)頻增益是相同的，即更直觀的表達(dá)式為：

MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.4.2地址碼技術(shù)對于CDMA2000系統(tǒng)下行鏈路，短的偽隨機(jī)碼用以區(qū)分基站，Walsh碼用以區(qū)分用戶，他們統(tǒng)一構(gòu)成地址碼。地址碼的選擇直接影響CDMA系統(tǒng)的容量、抗干擾能力、接入和切換速度等在直接擴(kuò)頻任意選址的通信系統(tǒng)中，對地址碼有如下三個(gè)要求：

偽碼的比特率應(yīng)能滿足擴(kuò)展帶寬的需要；偽碼應(yīng)具有尖銳的自相關(guān)特性，正交編碼應(yīng)具有尖銳的互相關(guān)特性；偽碼應(yīng)具有近似噪聲的頻譜性質(zhì)，即近似連續(xù)譜，且均勻分布。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.4.2地址碼技術(shù)Gold碼Walsh碼m序列MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.4.2Gold碼m序列構(gòu)成優(yōu)選對的數(shù)目很少，不便于在碼分多址系統(tǒng)中應(yīng)用。R.Gold于1967年提出了一種基于m序列優(yōu)選對的碼序列，稱為Gold序列。由優(yōu)選對的兩個(gè)m序列逐位模2加得到，當(dāng)改變其中一個(gè)m序列的相位（向后移位）時(shí)，可得到一新的Gold序列。Gold系列具有與m序列優(yōu)選對類似的自相關(guān)和互相關(guān)特性。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.4.2Gold碼Gold序列的生成圖中m序列發(fā)生器1和2產(chǎn)生的m序列是一m序列優(yōu)選對，m序列發(fā)生器1的初始狀態(tài)固定不變，調(diào)整m序列發(fā)生器2的初始狀態(tài)，在同一時(shí)鐘脈沖控制下，產(chǎn)生兩個(gè)m序列經(jīng)過模2加后可得到Gold序列，通過設(shè)置m序列發(fā)生器2的不同初始狀態(tài)，可以得到不同的Gold序列。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.4.2Gold碼Gold序列的特性◆相關(guān)特性

具有與m序列優(yōu)選對相類同的自相關(guān)和互相關(guān)特性。

當(dāng)τ=0時(shí)自相關(guān)函數(shù)與m序列相同；當(dāng)1≤τ≤P-1時(shí)自相關(guān)函數(shù)取三個(gè)理想的值，即最大旁瓣是?！鬐old序列的數(shù)量

周期P=2n-1的m序列優(yōu)選對生成的Gold序列，總共有2n+1個(gè)。

隨著n的增加，Gold序列數(shù)以2的n次冪增長。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.4.2Gold碼Gold序列的特性

◆平衡的Gold序列平衡的Gold序列是指在一個(gè)周期內(nèi)‘1’碼元數(shù)比‘0’碼元數(shù)僅多一個(gè)。

對于周期P=2n-1的m序列優(yōu)選對生成的Gold序列，當(dāng)n是奇數(shù)時(shí)，有2n-1+1個(gè)Gold序列是平衡的，約占50%；當(dāng)n是偶數(shù)（不是4的倍數(shù)）時(shí)，有2n-1+2n-2+1個(gè)Gold序列是平衡的，約占75%。只有平衡Gold序列才可以用到碼分多址通信系統(tǒng)中去?！粼赪CDMA系統(tǒng)中，下行鏈路采用Gold碼區(qū)分小區(qū)和用戶，上行鏈路采用Gold碼區(qū)分用戶。

MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.4.2

Walsh碼Walsh碼（又稱為Walsh函數(shù)）有著良好的互相關(guān)和較好的自相關(guān)特性。Walsh函數(shù)波形若對圖中Walsh函數(shù)波形在8個(gè)等間隔上取樣，可得到離Walsh函數(shù)，可用8

8的Walsh函數(shù)矩陣表示。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.4.2

Walsh碼Walsh函數(shù)對應(yīng)的矩陣可寫作

Walsh函數(shù)矩陣的遞推關(guān)系

其中N取2的冪，是的補(bǔ)。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.4.3擴(kuò)頻碼的同步在碼分系統(tǒng)中相關(guān)接收要求本地地址碼（偽碼）與收到的（發(fā)送來的）地址碼同步。＊所謂兩個(gè)擴(kuò)頻碼同步，就是保持其時(shí)差（相位差）為0狀態(tài)。＊地址碼的同步是碼分多址系統(tǒng)的重要組成部分，其性能好壞直接影響系統(tǒng)的性能。

＊通常在碼分多址系統(tǒng)中，所采用的地址碼都是周期性重復(fù)的序列，即為：MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.4.3擴(kuò)頻碼的同步令為接收到的偽碼，為本地偽碼，分別如下圖所示。其周期為T=NTc，N為碼位數(shù)（碼長），Tc為碼片寬度。同步的過程就是使。

接收偽碼序列延時(shí)本地偽碼序列延時(shí)

MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.4.3擴(kuò)頻碼的同步擴(kuò)頻碼的同步分為：

粗同步Product

細(xì)同步MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.4.3粗同步粗同步的方法匹配濾波捕獲法串行相關(guān)檢測并行相關(guān)檢測MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.4.3粗同步并行相關(guān)檢測捕獲系統(tǒng)的示意圖

MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.4.3粗同步串行相關(guān)檢測捕獲系統(tǒng)的示意圖將輸出信號與門限值比較。如果超出門限值，則此時(shí)對應(yīng)的即為時(shí)延估計(jì)值，捕獲完成，有。如果輸出信號低于門限值，則將本地信號的相位增加一個(gè)增量，通常為Tc或者Tc/2（即每隔T，增加的值），再進(jìn)行相關(guān)、比較，直至捕獲完成，轉(zhuǎn)入跟蹤過程。

MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.4.3粗同步令輸入為則匹配濾波器的輸出為即輸出為的周期性自相關(guān)函數(shù)MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.4.3粗同步如果為雙極性的m序列，則輸出為如下圖，可以看出匹配濾波法的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)時(shí)性。

其輸出最大的時(shí)刻也就是輸入偽碼一個(gè)周期的結(jié)束時(shí)刻，也就是下一個(gè)周期的起始時(shí)刻，因此它的最短捕獲時(shí)間也是T。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.4.3細(xì)同步細(xì)同步又稱為跟蹤，它需要連續(xù)地檢測同步誤差，根據(jù)檢測結(jié)果不斷調(diào)整本地偽碼的時(shí)延（相位），使并保持此狀態(tài)。同步跟蹤電路一般由以下幾部分組成：同步誤差檢測電路、本地偽碼發(fā)生器和本地偽碼時(shí)延調(diào)整電路。

MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.4.3細(xì)同步同步誤差檢測檢測誤差特性MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.4.3細(xì)同步偽碼延時(shí)鎖定電路可用于偽碼細(xì)同步跟蹤圖中，MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.4.3細(xì)同步從圖中可以看出，在區(qū)間內(nèi)，有：其中K為大于0的常數(shù)。因此若，，此時(shí)本地偽碼超前滑動(dòng)；若，，此時(shí)本地偽碼滯后。最終鎖定在，跟蹤范圍為。一般來講，檢測電路中兩路本地偽碼的時(shí)延差可以是碼片的若干分之一。時(shí)延差越小，跟蹤范圍越小，但跟蹤精度越高。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.5切換、位置更新對用戶來說是透明的處理頻率適中過程定義分類要求切換（Handoff，HO）是指移動(dòng)臺(tái)在通信期間，由于位置發(fā)生改變，而改變與網(wǎng)絡(luò)的連接關(guān)系的過程，也稱越區(qū)切換。硬切換軟切換1鏈路監(jiān)視和測量2目標(biāo)小區(qū)的確定和切換觸發(fā)（切換決策）3切換執(zhí)行MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.5硬切換（HardHandoff，HHO）特點(diǎn)先斷后通：在新鏈路建立前，先中斷舊鏈路。在整個(gè)切換過程中移動(dòng)臺(tái)只能使用一個(gè)無線信道。存在短期通話中斷。有掉話的可能。系統(tǒng)

模擬系統(tǒng)和TDMA系統(tǒng)（如GSM系統(tǒng)）原因：采用不同頻率的小區(qū)之間只能采用硬切換缺點(diǎn)失敗率較高“乒乓效應(yīng)”統(tǒng)計(jì)結(jié)果

無線信道上90%的掉話是在切換過程中發(fā)生的。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.5軟切換（SoftHandoff，SHO）優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)系統(tǒng)地位軟切換是指需要切換時(shí)，移動(dòng)臺(tái)先與目標(biāo)基站建立通信鏈路，再切斷與原基站之間的通信鏈路的切換方式，即先通后斷CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)所獨(dú)有提高切換成功率增加系統(tǒng)容量提高通信質(zhì)量硬件設(shè)備的增加占用更多的資源CDMA系統(tǒng)特有的關(guān)鍵技術(shù)之一MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory移動(dòng)臺(tái)與原小區(qū)基站臺(tái)保持通信鏈路；移動(dòng)臺(tái)與原小區(qū)基站臺(tái)保持通信鏈路的同時(shí)，與新的目標(biāo)小區(qū)（一個(gè)或多個(gè)小區(qū)）的基站臺(tái)建立通信鏈路；5.5軟切換的基本過程Play移動(dòng)臺(tái)只與其中的一個(gè)新小區(qū)基站臺(tái)保持通信鏈路。

MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.5軟切換時(shí)Rake接收說明MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.5位置更新

位置管理包括兩個(gè)主要任務(wù)：位置登記和呼叫傳遞。位置登記的步驟是在移動(dòng)臺(tái)的實(shí)時(shí)位置信息已知的情況下，更新位置數(shù)據(jù)庫和認(rèn)證移動(dòng)臺(tái)。呼叫傳遞的步驟是在有呼叫給移動(dòng)臺(tái)的情況下，根據(jù)HLR（HomeLocationRegister歸屬寄存器）和VLR（VisitorLocationRegister訪問寄存器）中可用的位置信息來定位移動(dòng)臺(tái)。與上述兩個(gè)問題緊密相關(guān)的兩個(gè)問題是：位置更新（LocationUpdate）和尋呼（Paging）。位置更新解決問題是移動(dòng)臺(tái)如何發(fā)現(xiàn)位置變化以及何時(shí)報(bào)告它的當(dāng)前位置。尋呼解決的問題是如何有效地確定移動(dòng)臺(tái)當(dāng)前處于哪一個(gè)小區(qū)。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.6無線資源管理技術(shù)移動(dòng)通信中無線資源管理原理性框圖MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.6無線資源管理技術(shù)一般的來說無線資源管理包括以下內(nèi)容：接納控制（AdmissionControl）、負(fù)載控制（LoadControl）、

功率控制（PowerControl）、切換控制（HandoffControl）、速率控制（RateControl）以及信道分配

（ChannelAllocation）、分組調(diào)度（PacketScheduling）等MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory接納控制發(fā)生下面三種情況時(shí)就需要進(jìn)行接納控制：UE的初始建立、無線承載建立；UE發(fā)生越區(qū)切換；處于連接模式的UE需要增加業(yè)務(wù)。接納控制通過建立一個(gè)無線接入承載來接受或拒絕一個(gè)呼

叫請求，當(dāng)無線承載建立或發(fā)生變化時(shí)接納控制模塊就需

要執(zhí)行接納控制算法。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory接納控制接納控制與其他無線資源管理功能模塊的關(guān)系：

MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory接納控制接納控制算法：基于預(yù)留信道的CAC算法：信道預(yù)留的CAC機(jī)制的關(guān)鍵在

于確定最優(yōu)的預(yù)留信道供切換使用?；谛鸥杀鹊腃AC算法：根據(jù)小區(qū)內(nèi)用戶當(dāng)前的信干比和信

干比門限值來估計(jì)系統(tǒng)的剩余容量。對于新呼叫或切換呼叫，

只有在系統(tǒng)剩余容量大于零的前提下才允許接入?；诖a道的CAC算法：當(dāng)一個(gè)新呼叫到達(dá)時(shí)，該呼叫的歸屬

基站判斷本小區(qū)的空閑RU（資源單元）是否能夠滿足呼叫

用戶的需求，能夠滿足則接入新呼叫，否則阻塞該新呼叫。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory接納控制接納控制算法：基于碼道和功率的CAC算法：在進(jìn)行接納判別時(shí)，除了要進(jìn)

行碼道資源的判斷外，還要進(jìn)行功率資源的判斷。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory動(dòng)態(tài)信道分配按照信道分割的不同方式，信道分配技術(shù)可分為固定信道

分配（FCA）、動(dòng)態(tài)信道分配（DCA）和混合信道分配

（HCA）。FCA指根據(jù)預(yù)先估計(jì)的覆蓋區(qū)域內(nèi)的業(yè)務(wù)負(fù)荷，將信道資

源分給若干個(gè)小區(qū)，相同的信道集合在間隔一定距離的小區(qū)

內(nèi)可以再次得到利用。DCA將根據(jù)小區(qū)的業(yè)務(wù)負(fù)荷，候選信道的通信質(zhì)量、使用

率及信道的再用距離等諸多因素選擇最佳的信道，動(dòng)態(tài)的分

配給接入的業(yè)務(wù)。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory動(dòng)態(tài)信道分配

HCA是固定信道分配和動(dòng)態(tài)信道分配的結(jié)合，在HCA中

全部信道被分為固定和動(dòng)態(tài)兩個(gè)集合。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory負(fù)載控制無線資源管理功能的一個(gè)重要任務(wù)是確保系統(tǒng)不發(fā)生過載。

一旦系統(tǒng)過載必然會(huì)使干擾增加、QoS下降，系統(tǒng)的不穩(wěn)

定會(huì)使某些特殊用戶的服務(wù)得不到保證，如果遇到過載，則

無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃定義的負(fù)載控制功能體將系統(tǒng)迅速并且可控地

回到無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃所定義的目標(biāo)負(fù)載值。負(fù)載控制就是通過一定的方法或準(zhǔn)則，對系統(tǒng)承載能力進(jìn)行

監(jiān)控和處理，確保系統(tǒng)在具有高性能高容量的目標(biāo)下能穩(wěn)定

可靠的工作的一種無線資源管理方法。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory負(fù)載控制負(fù)載控制的一般流程：MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory負(fù)載控制負(fù)載控制的功能：負(fù)荷監(jiān)測和評估：進(jìn)行公共測量處理。擁塞處理：決定使用何種方式來處理當(dāng)前的擁塞情況。當(dāng)系

統(tǒng)受到的干擾急劇增加導(dǎo)致系統(tǒng)過載，此時(shí)負(fù)載控制的功能

是較快地降低系統(tǒng)負(fù)載，使網(wǎng)絡(luò)返回到穩(wěn)定的工作狀態(tài)。負(fù)荷調(diào)整：根據(jù)用戶QOS調(diào)整用戶所占用的資源。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory分組調(diào)度按照QoS需求的不同，3GPP規(guī)定了3G中的4種主要業(yè)務(wù)。對話類業(yè)務(wù)（conversationalservice）

實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)流類業(yè)務(wù)（streamingservice）交互類業(yè)務(wù)（interactiveservice）

非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)背景類業(yè)務(wù)（backgroundservice）MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory分組調(diào)度非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以通過分組調(diào)度的方式來傳輸。分組調(diào)度的任務(wù)是根據(jù)系統(tǒng)資源和業(yè)務(wù)QoS要求，對數(shù)據(jù)

業(yè)務(wù)實(shí)施高效可靠的傳輸和調(diào)度控制的過程，其主要功能：在非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的用戶間分配可用空中接口資源，確保用戶申

請業(yè)務(wù)的QoS要求，如傳輸時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)、分組丟失率、

系統(tǒng)吞吐量以及用戶間公平性等。為每個(gè)用戶的分組數(shù)據(jù)傳輸分配傳輸信道。監(jiān)視分組分配以及網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，通過對數(shù)據(jù)速率的調(diào)解來對網(wǎng)

絡(luò)負(fù)載進(jìn)行匹配。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory分組調(diào)度分組調(diào)度的一般流程：

MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory分組調(diào)度傳統(tǒng)的分組調(diào)度算法有：正比公平算法（ProportionalFair）輪詢算法（RoundRobin）最大載干比算法（MAXC/I）MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheoryLTE系統(tǒng)的分組調(diào)度以TD-LTE為例來介紹LTE系統(tǒng)調(diào)度的原理和技術(shù)。分組調(diào)度器簡化模型：MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheoryLTE系統(tǒng)的分組調(diào)度處理過程：eNodeB根據(jù)CQI信息、業(yè)務(wù)的QoS需求以及緩沖區(qū)（Buffer）狀態(tài)等信息進(jìn)行資源分配與調(diào)度；在AMC模塊選擇最好的MCS（調(diào)制編碼方式）；在PDCCH信道（PDCCH，物理下行控制信道）eNodeB

向所有的UE發(fā)送資源調(diào)度器所給出的信息，包括為每個(gè)

UE分配的時(shí)頻資源（RB數(shù)，即資源塊數(shù)），以及MCS；每個(gè)UE根據(jù)接收到的信息，調(diào)整自己的接收數(shù)據(jù)的方案，

然后在PDSCH信道（PDSCH，物理下行共享信道）信道

上接收數(shù)據(jù)。要注意的是，在LTE中上述過程需要在一個(gè)TTI內(nèi)完成。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheoryLTE系統(tǒng)的分組調(diào)度調(diào)度決策是核心。然而由于調(diào)度決策要考慮許多因

素，而且由于要根據(jù)實(shí)際情況構(gòu)造靈活的算法才能

給出決策結(jié)果。通常的調(diào)度算法流程包括如下三個(gè)階