第2章 蜂窝移动通信的关键技术
面向5G移动通信的蜂窝物联网关键技术分析
面向5G移动通信的蜂窝物联网关键技术分析随着物联网技术的快速发展和5G移动通信的逐渐推进，蜂窝物联网作为物联网的重要组成部分，正日益成为人们关注的焦点。
本文将针对面向5G移动通信的蜂窝物联网，分析其关键技术，并探讨其应用前景。
一、5G移动通信与蜂窝物联网的结合5G移动通信作为下一代移动通信技术的代表，具有超高的带宽、超低的时延以及超大规模的连接能力。
而蜂窝物联网则是物联网的核心技术之一，致力于连接物理世界中海量的传感器和终端设备。
将5G移动通信与蜂窝物联网结合起来，可以实现物联网技术在更广泛领域的应用，进一步推动数字化和智能化发展。
二、关键技术分析1. 蜂窝物联网通信技术蜂窝物联网通信技术是实现物联网连接的基础，主要包括窄带物联网（NB-IoT）、低功耗广域网（LPWAN）等技术。
其中，NB-IoT是由3GPP定义的一种新型无线通信技术，具备广覆盖、低功耗、大容量、低成本等特点，适用于大规模的物联网连接。
LPWAN技术则强调长距离传输和低能耗，适用于不同尺度需求的物联网应用。
2. 网络架构优化面向5G移动通信的蜂窝物联网需要优化网络架构，以适应大规模连接和高密度通信的需求。
一方面，通过引入边缘计算、网络切片等技术，将计算和存储资源更靠近端设备，减少传输时延；另一方面，通过网络功能虚拟化、软件定义网络等技术，实现网络资源的灵活配置和管理，提高网络效率和性能。
3. 安全与隐私保护在大规模连接的蜂窝物联网环境中，安全与隐私保护是至关重要的。
面向5G移动通信的蜂窝物联网需要加强传输安全、设备认证、身份验证等方面的技术手段，保护物联网设备和用户数据的安全性和隐私性。
同时，还需要加强网络监管和管理，防范网络攻击和数据泄露的风险。
4. 路由与资源管理对于蜂窝物联网而言，路由和资源管理是关键技术，直接影响网络的稳定性和性能。
面向5G移动通信的蜂窝物联网需要引入智能路由、动态资源分配等技术，以适应网络拓扑的动态变化和传感器设备数量的快速增长。
面向5G移动通信的蜂窝物联网关键技术研究
面向5G移动通信的蜂窝物联网关键技术研究
随着5G移动通信的广泛应用，蜂窝物联网技术也将逐渐成为未来物联网应用的重要支撑。
因此，为推动蜂窝物联网技术的发展，需要对其关键技术进行深入的研究。
1. 低功耗广域网（LPWA）技术
蜂窝物联网将会涵盖大量的低功耗设备，这些设备需要长时间工作且需要使用低能量的方式进行通信。
LPWA技术是一种低功耗、广域的通信技术，其中包括NarrowBand IoT （NB-IoT）、Long Range（LoRa）以及Sigfox等。
在LPWA技术的实现中，需要进行功耗优化、场景适应、安全通信等方面的研究。
2. 物联网泛在连接技术
物联网的应用场景非常复杂，需要支持横跨城市、农村、水域、极地等不同区域的连接，因此需要在技术上实现泛在连接。
其中的关键技术包括不同相关设备的连接管理、信息传输可靠性控制、多种网络的统一管理和运行协调等。
3. 5G新型接入技术
5G移动通信将引进新的接入技术，包括毫米波通信、高密度蜂窝网络（HDCC）等。
这些技术将为蜂窝物联网提供新的领域和机会，特别是在未来场景下的超高速数据传输和连接质量方面。
因此，需要对这些技术进行深入研究和实践应用。
4. 区块链技术
蜂窝物联网将支持不同的物联网应用，包括智能家居、车联网和智能制造等。
在这些应用中，需要保护用户的隐私，防止设备间的恶意攻击和数据的篡改。
区块链技术被广泛应用于信息安全和隐私保护，可以提供高效、可靠的安全通信解决方案，因此，在蜂窝物联网的实践应用中，需要对区块链技术进行研究和应用。
总之，蜂窝物联网是未来物联网应用的重要方向之一，需要深入开展相关技术的研究和实验。
蜂窝移动通信技术
蜂窝移动通信技术第一点：蜂窝移动通信技术的概述与发展蜂窝移动通信技术，作为一种广泛应用于现代移动通信领域的技术，自从20世纪80年代以来，已经经历了多次的技术迭代和升级。
这种技术的主要特点是通过在一定的地理区域内布置多个小型基站，形成一个蜂窝状的网络覆盖结构，从而实现对移动用户的信号覆盖和通信服务。
在蜂窝移动通信技术的发展过程中，最重要的里程碑就是从第一代移动通信系统（1G）发展到目前的第五代移动通信系统（5G）。
每一代技术的升级，都带来了通信速率的提高、网络容量的增加、延迟时间的减少以及更多的新兴应用的诞生。
1G时代，模拟通信技术主导，通信速率低，只能进行语音通话，而且信号容易被干扰，覆盖范围有限。
2G时代，数字通信技术开始普及，虽然通信速率有所提高，但仍然无法满足高速数据传输的需求。
3G时代，通信速率得到了显著提升，可以支持基本的移动互联网应用，如浏览网页、发送电子邮件等。
4G时代，通信速率进一步提升，使得高清视频通话、在线游戏、短视频等应用变得普遍。
而5G时代，则是蜂窝移动通信技术的最新发展阶段，其通信速率可以达到4G的100倍以上，几乎实现了零延迟，为物联网、自动驾驶、远程医疗等新兴应用提供了技术保障。
第二点：蜂窝移动通信技术的应用与挑战蜂窝移动通信技术的高速发展，为人们的日常生活带来了极大的便利，同时也催生了众多新兴应用。
然而，技术的进步也伴随着一系列的挑战和问题。
在应用方面，蜂窝移动通信技术已经深入到社会的各个层面。
从个人通信，到商业运营，再到公共服务，无不依赖于这一技术。
例如，我们现在已经习惯了使用手机进行语音和视频通话，通过移动网络进行在线购物和支付，甚至依赖移动通信技术提供的实时导航服务来驾驶车辆。
此外，随着5G技术的普及，更多的创新应用正在涌现，如虚拟现实、增强现实、物联网等，它们都将极大地改变我们的生活方式。
然而，蜂窝移动通信技术的发展也面临着一系列的挑战。
首先是网络覆盖的问题。
详解CDMA蜂窝移动通信
２．蜂窝网的功能与特征
（１） 蜂窝网移动通信系统的服务由基本服务及操作、维护和管理服务成。 （２） ①传输和同步 ②功率控制 ③采用小区制信道再用技术，提高频率使用效率。 ④设备通用性较强，接口标准规范统一。 （３） 业务分为基本业务和补充业务。
３．蜂窝网通信的主要特征
频率再用是蜂窝系统的重要概念，也是蜂窝系统的显著特征。 为了实现频率再用，除了正确的频率配置外，在小区内应限制基 站的发射功率。
图1-8 小区分裂
f. 切换
切换是使移动台的一个呼叫进程在小区之间移动时能够继续的过 程。切换可以基于接收的信号强度或信干比（SIR），或基于网络资源 管理的需要。切换过程可能涉及终端的注册和鉴权。切换可以分为硬
软切换是当移动终端的通信被连到另一个目标的无线端口时，不 需要中断与当前服务的无线端口的通信。在软切换中，移动终端可以
图1-6 激励与频率复用
采用定向天线后，所接收的同频干扰功率下降，因而可以减少 系统的同道干扰。另外，在不同地点采用多副定向天线可以消 除小区内障碍物的阴影区。若要用定向天线，建议采用4×3
N =4，每个基站3个120°扇区或60°三叶草形 小区。见图1-6 （c）、（d）、（e）、（f）。
e.
图1-4 小区的形状
可以证明，要用正多边形无空隙、无重叠地覆盖一个平面区域，可取的 形状只有这三种。那么这三种形状小区的邻区距离、小区面积、交叠区 宽度和交叠区面积如表1-8所示。
小区形状 邻区距离 小区面积 交叠区宽度 交叠区面积
正三角形
a
1.3a2
a 1.2 a2
正方形
2a
2a2
0.59a
0.73 a2
体制名称 HCMTS NMT-450 AMPS TACS NMT-900 C-900 ETACS/AMPS GSM.8CH.TDMA CADN.3CH.TDMA
蜂窝移动通信技术
高数据速率的需求
1 2 3
5G技术
为了满足用户对高数据速率的需求，蜂窝移动通 信技术正在向5G演进，5G技术能够提供更高的 数据传输速率和更低的延迟。
毫米波通信
利用毫米波频段进行通信可以提供更高的数据传 输速率，但传输距离较短，需要配合其他技术使 用。
协同通信和多天线技术
通过协同通信和多天线技术可以提高信号覆盖范 围和数据传输速率，同时降低延迟和提高可靠性。
04
蜂窝移动通信技术的应用与发展
4G/5G网络
4G/5G网络
蜂窝移动通信技术经历了从2G到4G的发展，目前正在向5G 过渡。4G网络提供了更高的数据传输速度和更低的延迟，而 5G网络将进一步改善这些性能，并支持更多设备同时连接。
5G应用场景
5G网络将广泛应用于各个领域，如智慧城市、自动驾驶、远 程医疗、工业自动化等，为人们的生活和工作带来更多便利 和效率。
物联网与蜂窝移动通信技术
物联网设备连接
蜂窝移动通信技术为物联网设备提供 了广泛的连接解决方案，使各种设备 能够实时地相互通信和交换数据。
物联网应用
物联网与蜂窝移动通信技术的结合将 推动各种应用的快速发展，如智能家 居、智能农业、智能物流等，提高生 产效率和生活质量。
人工智能与蜂窝移动通信技术
数据处理与分析
网络安全问题
数据隐私保护
随着移动通信技术的发展，用户的个人信息和通信内容越来越容 易受到攻击和窃取。
恶意攻击和病毒传播
移动网络中存在着大量的恶意软件和病毒，会对用户设备和个人信 息安全造成威胁。
网络安全技术
为了保障网络安全，需要采用先进的加密技术、防火墙技术、入侵 检测技术等，提高网络的安全性和可靠性。
《蜂窝移动通信概论》课件
B
C
用户设备（UE）
包括手机、平板电脑等终端设备，用于实现 用户与网络的通信连接。
运营支撑系统（OSS）
包括计费、管理、维护等系统，用于保障网 络的正常运行和服务质量。
D
02 蜂窝移动通信技术基础
无线电波传播
无线电波传播特性
无线电波在传播过程中会受到多 种因素的影响，如大气、地形、 建筑物等，这些因素会影响无线 电波的传播路径和衰减程度。
无线电波频段
蜂窝移动通信系统通常工作在低 频和高频频段，不同的频段具有 不同的传播特性和穿透能力。
无线电波传播模型
为了更好地理解和预测无线电波 的传播特性，需要建立无线电波 传播模型，这些模型可以用来估 算信号的覆盖范围和强度。
无线信道与多径衰落
01
无线信道特性
无线信道不同于有线信道，其传播特性更加复杂和不可预测。无线信道
未来展望
随着5G技术的普及，语音业务将进一 步升级，实现更高质量的语音通话和 多媒体交互。
数据业务
概述
数据业务是蜂窝移动通信中最 为重要的业务之一，提供互联
网接入和数据传输服务。
技术特点
采用分组交换技术，支持高速 数据传输和移动互联网应用。
发展历程
从2G时代的文本传输到4G时代 的视频流媒体，数据业务经历 了爆炸式增长。
《蜂窝移动通信概论 》ppt课件
目录
• 蜂窝移动通信概述 • 蜂窝移动通信技术基础 • 蜂窝移动通信网络架构 • 蜂窝移动通信关键技术 • 蜂窝移动通信业务与应用 • 蜂窝移动通信发展趋势与挑战
01 蜂窝移动通信概述
蜂窝移动通信定义
01
蜂窝移动通信是一种无线通信技 术，通过无线电波在移动用户之 间或移动用户与固定网络之间建 立通信连接。
蜂窝移动通信的认识
蜂窝移动通信的认识蜂窝移动通信，是指通过地面和卫星等无线电波传播信号来进行通讯的无线通信技术，它是一种基于地面基站和用户设备的相互通信的通讯方式，通常应用于手机通讯和移动卫星通讯系统。
蜂窝移动通信的核心技术是基站无线网络技术，即使用基站覆盖的一定范围内提供无线通信服务，以实现通信联络的目的。
蜂窝移动通信发展历程自20世纪60年代末MTC（移动通信系统Mobile Telephone System）首次提出蜂窝移动通信（Cellular Mobile Communications）的概念，以至于现今的5G，蜂窝移动通信已经发生了翻天覆地的变化。
在一开始的时候，蜂窝移动通信的出现是为了满足移动通信的需求。
而在20世纪80年代中期，蜂窝移动通信因其具有的可靠性和效率，得到国际通用的认可，开始在世界各地推广使用。
到了90年代，由于互联网的出现，蜂窝移动通信也逐渐融合了新的技术，如多媒体服务、移动互联网等。
进入21世纪，随着5G技术的不断发展，蜂窝移动通信技术的范围也越来越广，从最初的语音通信，到现在支持高清视频、VR/AR等应用，有了更多便利性。
蜂窝移动通信的工作原理蜂窝移动通信的工作原理比较简单，其基本架构主要包括基站、移动电话、交换中心和调度服务器等。
基站是整个蜂窝移动通信的核心设备，其主要功能是将信号传输到调度服务器，使其能在远距离范围内进行通讯。
同时，基站还负责将信号转发给手机，完成通讯过程。
移动电话通常由发射器和接收器、处理器、电池、操作系统等部分组成，通过无线电波接收和发送信息。
用户使用手机与基站进行通讯时，信息会在基站和移动电话之间来回传输，以确保通讯的顺利进行。
交换中心主要负责将到来的电话进行路由并连接到被叫用户所在的移动电话，以完成通讯过程。
调度服务器负责处理信令和数据流，以确保通讯质量。
蜂窝移动通信的特点蜂窝移动通信具有一系列的特点，包括以下几个方面：1. 网络协议简单，建议可靠。
2. 频谱利用高效，可以支持同时多用户通信。
蜂窝通信技术中的关键问题及解决方案
蜂窝通信技术中的关键问题及解决方案近年来，蜂窝通信技术发展迅速，越来越受到大众的关注。
移动互联网的普及、人们对通信速度和稳定性的要求提高，都成为了推动蜂窝通信技术发展的推手。
然而，蜂窝通信技术的发展还面临着一些关键问题，如何解决这些问题成为了业内的热门话题。
本文将从多个角度探讨蜂窝通信技术中的关键问题及解决方案。
一、网络容量扩展问题随着互联网的普及，移动数据的使用量也急剧增加，而一些城市中心地段的通信基站已经难以满足人们的需求。
如何增加网络容量成为业内人士关注的话题。
墨西哥运营商Telcel采用了可重复利用频谱资源的解决方案，可以大大提高网络容量。
除此之外，针对密集城市地区建造更多基站、使用天线阵列、提高频率复用、借助云技术等也是解决网络容量扩展问题的有效手段。
二、网络安全问题在移动互联网时代，网络安全问题尤为突出。
网络攻击、用户隐私泄露等问题层出不穷，成为蜂窝通信技术发展的瓶颈。
如何保障用户的信息安全成为了一个紧迫的问题。
运营商可以通过提高密码复杂度、采用认证技术等方式来保护用户的隐私和资料的安全。
同时，对于网络安全问题，也需要加强网络监管和法律制度建设，提高网络安全意识，预防网络安全威胁。
三、能耗控制问题在移动通信网络中，无线电和后台设备是很大的能耗来源。
如何控制能耗，进一步提高通信网络的效率，也是业内关注的问题。
此外，能耗的控制不仅可以降低成本，还可以减少环境污染。
解决这一问题，可以采用多个手段，如睡眠技术、主动降温技术、智能控制技术等，从而实现对通信网络的能耗控制。
四、网络无缝切换问题在移动通信网络中，由于用户的位置不断变化，会导致网络的覆盖范围发生变化，这可能会造成通信异常。
如何实现网络无缝切换成为了业内的难题。
墨西哥运营商AT&T设计了一种SAP-SON技术，可以实现无缝切换和提高网络质量。
另外，还可以采用手动和自动切换相结合的方式，实现无缝切换。
五、5G网络建设问题随着5G网络的到来，业界纷纷探索5G网络的建设和优化。
蜂窝移动通信组网技术
如果分裂后小区半径为原小区半径的一半，则是 1:4的分裂。
一、组网技术
无线小区的分裂（1:3）
一、组网技术
无线小区的分裂（1:4）
扇区化
一、组网技术
我们前面所说的小区都是指全向小区，即一个基站对应一个小区，有 一根发射天线，将无线电波辐射到360度的范围。
共用信道方式示意图
信道2
. . .
信道n
两种方式的比较:
一、组网技术
• 独立信道方式在信道分配原则上简单，但是信道不能
充分利用，即信道利用率低；
• 多共用信道方式在相同多的用户的信道的情况下，会
使用户通话的阻塞概率明显下降，即可明显提高信道 的利用率。多信道共用可使用户数目明显增加。但也 不是无止境的，否则将使阻塞率增加而影响质量。
小区制
另一有线网
MSC
P S T N
MSC
另一有线网
一、组网技术
BSC BSC BSC BSC
BSC BSC BSC
BTS BTS BTS
BTS BTS BTS
BTS BTS
BTS BTS BTS
BTS BTS
小区频率重复再用
3
3
4
2
4
2
1
1
5
7
5
7
6
3
6
3
4
3
4
2
1
2
1
5
1
5
7
7
6
8
一、组网技术
次数）；
• t0——每次呼叫平均占用信道的时间（包括接续时间和通
《蜂窝移动通信技术》课件
频率管理
合理分配和调度频率资源 ，提高频谱利用率。
接入控制
决定新用户是否可以接入 网络，防止网络拥塞。
移动性管理技术
STEP 01
位置管理
STEP 02
切换控制
跟踪移动终端的位置，更 新其位置信息。
STEP 03
接入认证与鉴权
验证用户的身份和权限， 确保网络安全。
当移动终端跨越不同小区 时，确保通信不中断。
体播放等。
Part
03
蜂窝移动通信的关键技术
多址接入技术
频分多址（FDMA）
将频带分成多个子频带，每个用 户在特定子频带上进行通信。
空分多址（SDMA）
通过空间分隔来区分不同用户， 利用天线阵列实现。
时分多址（TDMA）
将时间轴划分成多个时隙，不同 的用户在不同的时隙上传输。
码分多址（CDMA）
3
核心网的主要功能包括用户鉴权、漫游控制、业 务控制和网络管理等。
终端设备
终端设备是蜂窝移动通信系统的 最终用户设备，负责提供语音、 数据和多媒体业务的使用界面。
终端设备包括手机、平板电脑、 笔记本电脑等，具有无线通信模 块和用户界面，能够接收和发送
无线信号。
终端设备的主要功能包括语音通 话、数据传输、短信收发和多媒
高服务质量需求问题
总结词
随着移动通信业务的不断丰富和用户需 求的不断提高，蜂窝移动通信网络需要 提供更高的服务质量以满足用户需求。
VS
详细描述
蜂窝移动通信网络需要提供高速、可靠和 实时的通信服务，以满足用户的需求。为 了提供更高的服务质量，需要采取一系列 的服务质量保障措施，如流量控制、拥塞 控制和动态调度等。同时，还需要不断优 化网络架构和协议，以提高网络性能和稳 定性。
2、蜂窝移动通信系统的介绍
2.3.3 蜂窝小区容量的改善 （2）扇区的概念
移 动 通 信 原 理
图3-5 扇区划分
25
2.4 电信业务流量与服务等级 （1）呼叫话务量与忙时话务量
移 动 通 信 原 理
• 话务量是通信系统通话业务量或繁忙程度的指标。 • 其性质如同客流量，具有随机性，只能用统计方 法获取。
26
2.4 电信业务流量与服务等级 （1）呼叫话务量与忙时话务量
29
2.4 电信业务流量与服务等级 （2）呼损率
移 动 通 信 原 理
• 呼损率的物理意义是损失话务量与呼叫话务量之比的 百分数。 • 呼损率在数值上等于呼叫失败次数与总呼叫次数之比 的百分数。 • 呼损率B称为系统的服务等级（或业务等级），记为 GOS。 • GOS是系统的一个重要质量指标。 • 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。
17
2.3.1 同频干扰和系统容量 • 如果每个小区的大小都差不多，基站也都发射
移 动 通 信 原 理
相同的功率，则同频干扰比例与发射功率无关， 而变为小区半径（R）和相距最近的同频小区中 心间距离（D）的函数。增加D/R的值，相对于 小区的覆盖距离同频小区间的空间距离就会增 加，从而来自同频小区的射频能量减小而使干 扰减小。
18
2.3.1 同频干扰和系统容量 • 参数Q叫做同频复用比例（也叫同频干扰抑制因
移 动 通 信 原 理
子），与区群的大小有关。对于六边形系统来说， Q可表示为
（2-4）
19
2.3.1 同频干扰和系统容量 • Q的值越小则容量越大；而Q值大可以提高传播
移 动 通 信 原 理
质量，因为同频干扰小。在实际的蜂窝系统中， 需要对这两个目标进行协调和折衷。
第二章 蜂窝移动通信系统
第二章蜂窝移动通信系统第二章蜂窝移动通信系统2.1 蜂窝移动通信系统概述蜂窝移动通信系统是一种基于无线通信技术的多用户、多频道的通信系统。
它通过将覆盖区域划分为多个小区，每个小区由一个基站负责覆盖和通信服务。
该系统采用频分多址（FDMA）或码分多址（CDMA）技术，实现对用户间的隔离和通信的同时进行。
2.2 蜂窝移动通信系统的基本组成2.2.1 基站子系统（BSS）基站子系统是蜂窝移动通信系统的核心组成部分，包括基站控制器（BSC）和基站（BS）。
BSC负责对多个基站的管理和控制，而基站则负责具体的信号传输和接收。
2.2.2 移动交换中心（MSC）移动交换中心是蜂窝移动通信系统的中央控制设备，负责调度和管理系统内的通信流量，实现用户话务的接入、切换和传输。
2.2.3 移动接入网（RAN）移动接入网是蜂窝移动通信系统与用户终端之间的接口，负责用户的接入、信号传输和数据转换。
2.3 蜂窝移动通信系统的信号传输方式2.3.1 频分多址（FDMA）频分多址是一种在时间上共享信道、在频率上分配信道的传输方式。
在蜂窝移动通信系统中，每个小区被分配一个频率带宽，该频率带宽被划分为多个信道，每个信道用于传输一个用户的通信数据。
2.3.2 码分多址（CDMA）码分多址是一种在时间和频率上共享信道的传输方式。
在蜂窝移动通信系统中，每个用户的通信数据被编码为不同的码序列，然后与其他用户的码序列混合传输。
接收端通过解码的方式将目标用户的信息提取出来。
2.3.3 时分多址（TDMA）时分多址是一种在时间上共享信道的传输方式。
在蜂窝移动通信系统中，每个信道被划分为多个时隙，每个时隙用于传输一个用户的通信数据。
2.4 蜂窝移动通信系统的网络拓扑结构2.4.1 单基站单小区单基站单小区是蜂窝移动通信系统最基本的网络拓扑结构，一个基站覆盖一个小区，该小区内的所有用户共享同一频率资源。
2.4.2 单基站多小区单基站多小区是指一个基站覆盖多个小区，每个小区有不同的频率资源分配，从而增加了系统的容量和覆盖范围。
蜂窝移动通信的关键技术 ppt课件
第2章 蜂窝移动通信的关键技术
4. 直放站技术
在组网时，出于经费或地形地物等方面的考虑，会出现 无线电波覆盖不到的地区，称之为盲区或死区，如图所示。 为了实现整个服务区内的通信，使死区变活，消除盲区，通 常在适当的地方建立直放站，以沟通盲区和死区内的移动台 与基站之间的通信。
f2
BS
MS1 R
服务区
R f3
f4
MS2 R
大区制移动通信示意图
第2章 蜂窝移动通信的关键技术
1. 大区制
TX:25～200W
30 200m
～
TX:10～25W
TRX
TRX
BS
MS
覆盖半径 25～45km
第2章 蜂窝移动通信的关键技术
►大区制特点：
⑴ 系统及控制简单 ⑵ 容量小 例：设大区制系统共有12个频道（信道ch：channel）， 每信道可容纳10个移动用户，求系统用户容量。 解：
并采用三个互成120°扇形覆盖的定向天线，分别覆盖三个 相邻小区的各1/3区域，每个小区由三幅120°扇形天线共同 覆盖，如图(b)所示。
第2章 蜂窝移动通信的关键技术
无线小区的两种激励方式 (a) 中心激励；(b) 顶点激励
第2章 蜂窝移动通信的关键技术
3. 无线小区模型的确定
目前GSM网络广泛采用的无线小区模型有 4×3复用方式和3×3复用方式等。
第2章 蜂窝移动通信的关键技术
多信道共用方式如图(b)所示。在这种方式下， 该小区内的10个信道被110个用户共用。当k(k < 10) 个信道被占用时，其他需要通话的用户可以选择剩 下的(10-k)中的任意一个空闲信道通信。因为任何 一个移动用户选择空闲信道和占用空闲信道的时间 都是随机的，所以，所有10个信道被同时占用的概 率远小于一个信道被占用的概率。因此，多信道共 用方式可大大提高信道利用率。
移动通信课程第二章(2)
D5 D4
BS
D3
BS
MS
D
r0
BS
D6
D2
D1
BS
BS
27
1). 全向小区系统C/I的计算(5/10)
2) 有效信号： 3) 无效信号：
n C P r T 0
I
k 1
m
n P D T k
4) 全向小区系统C/I ：
C PT r0 n I
r0
n
P
k 1
m
2.2.1.2 条状服务区的C/I 2.2.1.3 面状服务区的C/I
1). 全向小区系统的C/I 2). 定向小区系统的C/I
11
2.2.1.1 信号/同频干扰比
信号/同频干扰比 (只考虑两个单独的小
区)
同频 小区A r0 MS 同频 小区B
D
Q=D/r0
同频干扰示意图 D 为同频复用距离 r0 为小区半径 Q=D/r0 为同频复用比
1 C/I 6
3N
4
73.5 18.7dB 17dB
满足17dB信干比的要求。
31
1). 全向小区系统C/I的计算(9/10)
b). 最坏情况下全向天线系统C/I 的计算：
BS BS
D+r0
n
将最短干扰距离( DK D r0 ) 带入计算：
C 1 I DK k 1 r0
C / I 40lg Q 1
14
2.2.1 同频干扰
2.2.1.1 信号/同频干扰比 2.2.1.2 条状服务区的C/I 2.2.1.3 面状服务区的C/I
1). 全向小区系统的C/I 2). 定向小区系统的C/I
蜂窝移动通信工作原理
蜂窝移动通信工作原理
蜂窝移动通信是一种基于无线电技术的通信方式，其工作原理涉及到信号传输、频率分配、基站和移动终端等关键要素。
首先，蜂窝移动通信利用无线电波将信息从一个位置传输到另一个位置。
这是通过将信息转换成电信号，并用无线电波进行传输实现的。
发送方的信息会被调制成一个无线电信号，并通过空中传输到接收方。
这种传输需要一定的带宽和频率资源。
其次，蜂窝移动通信中需要对频率资源进行合理分配。
由于频率是有限的资源，如果多个通信设备同时使用同一频率进行通信，会导致干扰和冲突。
因此，通信系统将可用的频谱资源划分成不同的频段，每个频段被划分为多个小区。
每个小区可以使用不同的频段，以避免干扰和冲突。
此外，蜂窝移动通信还依赖于基站和移动终端等设备。
基站是通信系统的核心设备，负责管理和控制通信过程。
它通过无线电天线与移动终端进行通信，并将信息传输到目标设备或网络。
移动终端是用户使用的设备，如手机、平板电脑等。
移动终端与基站之间通过无线电信号进行通信。
蜂窝移动通信工作原理的关键在于基站与移动终端之间的通信。
基站会将目标终端的信号接收并解析，然后将信息传输到目标设备或网络。
基站还会监听移动终端的信号强度，并根据需求进行信号的切换和分配。
总之，蜂窝移动通信通过无线电波进行信号传输，并通过频率
分配、基站和移动终端等设备实现通信。
这种通信方式广泛应用于现代的移动通信网络中，为人们提供了便捷和高效的通信服务。
如何正确使用蜂窝移动通信技术进行位置跟踪(二)
如何正确使用蜂窝移动通信技术进行位置跟踪在现代社会，蜂窝移动通信技术被广泛应用于各行各业。
其中，位置跟踪是蜂窝移动通信技术的一个重要应用。
通过利用蜂窝移动通信网络，我们可以准确地追踪和定位对象的位置。
本文将探讨如何正确使用蜂窝移动通信技术进行位置跟踪。
第一部分：蜂窝移动通信技术的工作原理在谈论如何正确使用蜂窝移动通信技术进行位置跟踪之前，我们首先需要了解蜂窝移动通信技术的工作原理。
蜂窝移动通信网络由一系列基站组成，通过这些基站与移动设备进行通信。
每个基站负责覆盖特定的区域，当移动设备与基站之间建立连接时，便可以进行通信。
蜂窝移动通信技术中的位置跟踪是基于移动设备与基站之间的信号强度和时间延迟来实现的。
当移动设备与多个基站建立连接时，系统可以通过测量信号强度和时间延迟的差异来计算出设备的位置。
这种方式被称为三角定位方法。
第二部分：正确使用蜂窝移动通信技术进行位置跟踪的必要条件正确使用蜂窝移动通信技术进行位置跟踪需要满足一定的条件。
首先，移动设备需要在可用的网络范围内。
如果设备超出网络范围，将无法进行位置跟踪。
其次，设备需要具备测量信号强度和时间延迟的能力。
这通常需要特定的硬件和软件支持。
最后，用户需要向移动通信运营商注册设备并获得相应的位置跟踪服务。
第三部分：如何正确使用蜂窝移动通信技术进行位置跟踪正确使用蜂窝移动通信技术进行位置跟踪需要遵循一些指导原则。
首先，保持设备与基站的稳定连接是非常重要的。
如果连接不稳定，将会影响位置跟踪的准确性。
其次，选择合适的基站是关键。
基站的位置和距离将直接影响定位结果的精度。
因此，在进行位置跟踪时，应尽可能选择距离设备更近的基站。
此外，要确保移动设备的操作系统和应用程序是最新的。
随着技术的不断发展，更新的操作系统和应用程序通常会提供更精确的位置跟踪功能。
还要注意保护个人隐私。
位置跟踪技术可能涉及个人隐私问题，因此用户在使用时应注意保护自己的隐私权。
第四部分：蜂窝移动通信技术在位置跟踪中的挑战和前景蜂窝移动通信技术在位置跟踪中面临一些挑战。
第2章 移动通信的基本技术
2.6 组网技术
• 2.6.1 移动通信网的制式
• 大区制
• 在一个比较大的区域中，只用一个基站覆盖全地区的;
•
单工或双工工作，单信道或多信道.
• 大区制的特点
•
只有一个基站，服务（覆盖）面积大，因此所需
的发射功率也较大;
•
大区制多用于专用网或小城市的公共网;
•
由于只有一个基站，其信道数有限（因为可用频
第2章 移动通信的基本 技术
2021年8月5日星期四
第2章 移动通信的基本技术
2.1 语音压缩编码技术
•
2.2 信道编码技术
2.3 数字调制技术
2.4 多址技术 2.5 分集接收技术
2.6 组网技术 2.7 用户占用信道的方式
2.1 语音压缩编码技术
• 随着通信、计算机网络等技术的飞速发展，语音压缩 编码技术得到了快速发展和广泛应用，尤其是最近20 年，语音压缩编码技术在移动通信、卫星通信、多媒 体技术以及IP电话通信中得到普遍应用，起着举足轻 重的作用。
Байду номын сангаас
•
ASK指的是振幅键控方式。这种调制方式是根据
信号的不同，调节正弦波的幅度。
• 幅度键控可以通过乘法器和开关电路来实现。载波在 数字信号1或0的控制下通或断，在信号为1的状态载波 接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为0的状态 下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送。那么
在接收端我们就可以根据载波的有无还原出数字信号 的1和0。对于二进制幅度键控信号的频带宽度为二进 制基带信号宽度的两倍。
• FDMA，频分多址 （frequencydivisionmultipleaccess），是把分配 给无线蜂窝电话通讯的频段分为30个信道，每一个信 道都能够传输语音通话、数字服务和数字数据。频分 多址是模拟高级移动电话服务(AMPS)中的一种基本 的技术，是北美地区应用最广泛的蜂窝电话系统。采 用频分多址，每一个信道每一次只能分配给一个用户。 频 分 多 址 还 用 于 全 接 入 通 信 系 统 ( TA C S ) 。
无线通信网络蜂窝结构体系和关键技术
无线通信网络蜂窝结构体系和关键技术作者：高世强来源：《中国新通信》2020年第02期摘要：在5G网络技术出现后，无线通信水平得到显著提升。
在无线通信网络技术应用中，以网络蜂窝结构为基础，构建起全面的网络布局，为网络用户高效稳定地使用无线网络提供保障。
在互联网时代，加强无线网络通信技术的探讨和研究，通过不断完善和优化无线网络传输效能，为现代通信领域进步提供了有效保证。
关键词：无线通信;网络技术;蜂窝结构;信号无线通信网络中，蜂窝结构技术主要是空间调制技术、大规模天线技术、无线电网络技术。
世界的发展需要有网络技术的服务，其中无线网络通信以极大的优势，在世界范围内得以普及应用。
一、无线通信网络蜂窝结构体系在通信网络的快速发展中，由于5G技术的出现，给网络系统的优化和完善带来新的方式。
5G技术使无线通信结构发生极大改变，尤其是对于网络用户激增的情况，将无线通信网络，构建成为蜂窝结构体，可以实现一对多的高效网络传输服务[1]。
蜂窝结构，在无线通信中，可以集聚网络信号，这对于现代网络覆盖和应用来说意义重大。
在实际的无线网络应用过程中，很多的网络用户处于一个室内环境当中，这就造成无线网络信号，需要利用网络设备与室外的网络基站之间建立一个通道。
在室内使用无线网络，必然会增加信号的干扰和阻碍，如建筑物墙体对信号的阻隔等问题，这就需要无线通信网络能够更好地应对，蜂窝结构的出现，恰恰是这样一种网络通信环境的性能优化实践。
在以5G网络为代表的现代通信领域中，通过无线通信的网络蜂窝结构，构建起分布式的传输技术方式，以多项的天线方式，进行点对点的连接性通信，使网络信号不再被障碍物所消耗[2]。
无线通信网络中，可以通过不同的蜂窝结构，形成多通道和大覆盖的网络布局，在以天线为载体的无线通信中，大量的天线，组成了多个无线通信单元，这些单元在无线通信网络覆盖区域内，构成的无障碍方式为网络用户提供了优质的网络服务。
二、无线通信网络蜂窝关键技术（一）空间调制技术无线通信蜂窝技术中，可以利用空间调制的方式，是无线网络天线布局更加科学合理。
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§2.2 编码技术
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2.2.1 信源编码 参量编码的优点是：由于只需传送话音特征参数，因
而话音编码速率可以很低，一般在2~4.8kbit/s之间，而 且不影响话音的可懂性。
§2.1 组网技术
2.1.1 组网方式 2.小区制 （1）带状服务区
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§2.1 组网技术
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2.1.1 组网方式 2.小区制 （1）带状服务区
为防止同频干扰，相邻区域不能使用同一频率。为此
采用二频组、三频组甚至四频组的配置方式，将这些频率 依次分配给相邻区域，交替使用。
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§2.1 组网技术
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2.1.1 组网方式 2.小区制 （2）面状服务区
从表2-1可见，采用正六边形无线小区邻接构成整个 面状服务区为最好，因此这种六边形结构得到了广泛的应
用。由于这种面状服务区的形状很像蜂窝，所以又称为蜂 窝网。
§2.1 组网技术
K a2 b2 ab
式中，a、b为不同时为0的自然数。 K愈大，同频无线小区的间距就愈大，说明同频干扰
愈小，通信质量愈好；但在覆盖同样服务区的情况下，频 率利用率就愈低。即通信质量和频率利用率是相互矛盾的。
§2.1 组网技术
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2.1.2 小区制的组网技术 一个系统中有许多同信道的小区，整个频谱分配被划
为保证在无线小区的边缘上通话不发生中断，设计时 要考虑在无线小区邻接处有一定的场强重叠区，通过调整 重叠区的深度以减小可能出现的弱覆盖区，但重叠区过深 ，又会造成越区干扰。
§2.1 组网技术
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2.1.1 组网方式 2.小区制 （2）面状服务区
陆地移动通信大部分是在一个宽广的平面上实现的，
§2.2 编码技术
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2.2.1 信源编码 在数字通信系统中传输的都是数字信息，故信源在数
字通信中都必须先转化为适于在信道中传输的数字形式， 用0和1来表示，将完成这一功能的技术称为信源编码技 术。
信源编码除了具有将信源转化成适于在信道中传输的 数字形式的作用外，还要在不失真或允许一定失真的条件 下，用尽可能少的符号传送信源信息，以提高信息传输率 。
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2.1.2 小区制的组网技术 信道复用技术：相邻小区不使用相同的信道组，但相
隔几个小区间隔的不相邻小区可以重复使用同一组信道， 以充分利用频率资源。不使用同一组信道的若干个相邻小 区就组成了一个区群，即整个通信服务区也可看成是由若 干个区群构成的。
为了实现频率复用，而又不产生同信道干扰，要求每 个区群中的无线小区不得使用相同的频率，只有在不同区 群中的无线小区（并保证同频无线小区之间的距离足够大 ）时，才能进行频率复用。
§2.3 多址接入技术
无线区群的构成应该满足两个条件，一是若干个无线 区群彼此之间可以互相邻接，并且无空隙地带；二是邻接 之后的区群应保证同频无线小区之间的距离相同。
§2.1 组网技术
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2.1.2 小区制的组网技术
蜂窝式移动通信网通常是先由若干个邻接的正六边形
小区构成一个无线区群，再由单位区群彼此邻接形成整个 服务区域。满足以上条件的单位无线区群中小区的个数K 为：
小区制采用信道复用技术，大大缓解了频率资源紧缺 的问题，提高了频率利用率，增加了用户数目和系统容量 ；小区半径较小，所以发射机功率较低，互调干扰亦较小 ；但同时由于小区半径较小，当移动台从一个小区驶入另 一个无线覆盖区时，即越区过程中必须进行信道自动切换 ，以保证移动台越区时通话不间断。
§2.1 组网技术
§2.1 组网技术
邯的组网技术 4.直放站技术
直放站属于同频放大设备，是指在无线通信传输过程 中起到信号增强的一种无线电发射中转设备。直放站的基 本功能就是一个射频信号功率增强器。
直放站是解决通信网络延伸覆盖能力的一种优选方案 ，可广泛用于难于覆盖的盲区和弱区。
§2.1 组网技术
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2.1.2 小区制的组网技术 3.无线小区模型的确定
目前GSM网络广泛采用的无线小区模型有4×3复用 方式和3×3复用方式等。
4×3复用方式即每4个基站为一区群，每个基站分成 3个120°扇区，共需12组频率。同一基站区中的不同小
区频率是不同的，这种频率复用方式由于同频复用距离大 ，能够比较可靠地满足GSM体制对同频干扰保护比和邻 频干扰保护比的指标要求，使GSM网络运行质量和安全 性都得到保证。
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2.1.1 组网方式 2.小区制
小区制适用于用户量较大的公共移动通信系统。
小区制组网灵活，可以根据服务对象和地形的不同对 服务区域进行灵活的划分，通常有带状服务区和面状服务 区。 （1）带状服务区
带状服务区一般应用在铁路、公路、沿海、内河航道 的移动通信系统。
这种服务区域的无线小区，是按横向排列覆盖整个服 务区，因此服务区域比较狭窄时，基站可以使用定向天线 ，整个系统是由许多细长的无线小区相连而成，因此有时 也称“链状网”，可以进行同频复用。
§2.1 组网技术
2.1.2 小区制的组网技术 3.无线小区模型的确定 4×3频率复用方式
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§2.1 组网技术
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2.1.2 小区制的组网技术 3.无线小区模型的确定 3×3频率复用方式
区群有3个基站，每个基站有3个小区，总共有9个小 区为一个区群，同一基站区内的不同小区频率是不同的。
§2.1 组网技术
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2.1.2 小区制的组网技术 2.激励技术
小区制的激励方式一般分为中心激励和顶点激励。
中心激励是指基站位于无线小区的中心，并采用全向 天线实现无线小区的覆盖，但其受障碍物影响显著。
顶点激励是指在每个正六边形间隔的3个顶角上设置 基站，并采用三个120°扇形张角的定向天线，可消除障 碍物的影响，同时对来自120°主瓣之外的同频干扰信号 ，天线方向性能提供一定的隔离度，从而降低了干扰。
参量编码的缺点是：话音有明显的失真，而且对噪声 较为敏感。话音质量只能达到中等水平，不能满足商用话 音质量的要求。
典型的参量编码技术包括线性预测编码（LPC）及其 各种改进型。
§2.2 编码技术
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2.2.1 信源编码 3.混合编码 混合编码是波形编码和参量编码的有机结合。
混合编码的特点是：话音信号中既包括若干话音特征 参量，又包括部分波形编码信息，既保持了参量编码低速 率的长处，又有波形编码高质量的优点。
（5）编码器应便于大规模集成。
§2.2 编码技术
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2.2.1 信源编码 语音的编码技术通常分为3类：波形编码、参量编码
和混合编码。 1.波形编码 波形编码是将时域模拟信号直接进行取样、量化并变
换成数字代码而形成的数字话音信号。在接收端，接收解 码恢复抽样值进而恢复波形。
波形编码的优点是： （1）具有很宽范围的话音特性，对各种各样的模拟 话音波形信号进行编码均可达到很好的效果； （2）抗干扰性很强，具有较好的话音质量； （3）技术成熟、复杂度很低； （4）费用适中。
平面服务区内的无线小区的实际形状取决于电波传播条件 和天线的方向性。
如果服务区的地形、地物相同，且基站采用全向天线 ，其覆盖范围大体是一个圆。为了不留空隙地覆盖整个服 务区，无线小区之间会有大量的重叠。在考虑重叠之后， 每个小区实际上的有效覆盖区是一个圆的内接多边形。
§2.1 组网技术
2.1.1 组网方式 2.小区制 （2）面状服务区
信道编码技术，可分为如下几类： 1.按照纠正差错的类型 可分为纠正随机错误的编码和纠正突发错误的编码两 种。 2.按照信息码元和监督码元之间的约束方式不同 可分为分组码和卷积码两种。 3.按照信息码元和附加的监督码元之间的检验关系 可分为线性码和非线性码两种。
§2.2 编码技术
2.2.2 信道编码 4.按照码字的结构不同 可分为系统码和非系统码两种。 5.按照码字中每个码元的取值 可分为二进制码和多进制码。
典型的混合编码技术包括规则脉冲激励长期预测编码 （RPELTP）、多脉冲激励线性预测编码（MPLPC）、 矢量和激励线性预测编码（VSELP）、码本激励线性预 测编码（CELP）等。
§2.2 编码技术
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2.2.2 信道编码 无线通信信道容易受到外界干扰和噪声的影响，为了
达到系统可靠性的要求，通常需要在发送端所要传输的信 息序列上附加一些监督码元，将这种完成检错功能的编码 称为差错控制编码，也称为信道编码。
按照信源信号是离散的信号还是连续的信号，可以将 信源编码分为离散信源编码和模拟信源编码。在移动通信 系统中，模拟信源编码主要指语音编码。
§2.2 编码技术
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2.2.1 信源编码 移动通信对数字语音编码的要求如下：
（1）速率较低，纯编码速率应低于16kbit/s； （2）在一定编码速率下的音质应尽可能高； （3）编码时延要短，要控制在几十毫秒之内； （4）编码算法应具有较好的抗误码性能，计算量小，性 能稳定；
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第2章 蜂窝移动通信的关键技术
机电学院共产党员：常成
§2.1 组网技术
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