移动通信4-1-组网技术(1)
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高, 主呼、被呼在同一信道, 处理呼叫快。但 多个用户发起同时呼叫的同抢概率大。适合 小容量系统。
2.循环不定位: 基站: 基站必须在空闲信道上先发出保持信 号, 等待移动台搜寻并锁定。 移动台: 为减少同抢概率 , 循环扫描不定位, 由于移动台对信道扫描顺序不同, 避免 了同抢呼叫。但移动台主叫时先搜索空 闲信道, 循环扫描时不能接收信号, 处 理呼叫速度稍慢。
除了FDMA，TDMA和CDMA，还有 两种多址模式： 空分多址（SDMA） 随机多址 CSMA 空分多址： 是通过空间的分割来区分 不同用户。采用阵列天线 在不同用户方向上形成不 同的波束来实现。
本章主要介绍前面三种多址接入技术。 下表列出各种无线通信系统中正在 使用的不同的多址接入技术：
移动电话系统
移动台
下行专用呼叫信道指定空闲信道
基站
( 移动台通话结束后自动返回专用信道守候)
专用呼叫信wenku.baidu.com方式优点:
处理呼叫速度快, 但占用专门呼叫 信道, 信道利用率低, 适合大容量系统。 900MHz蜂窝移动电话采用此种方式。 2) 标明空闲信道方式 : 分为: 循环定位 循环不定位方式 等。
1. 循环定位: 不设置专门呼叫信道, 所有信道呼叫 和通话同时进行； 基站发出空闲信号, 所有移动台自动扫描信道, 移动台一旦 在某信道收到空闲信号, 就定位在该信 道通话。 优点: 所有信道都可用于通话, 信道利用率
5.2.1时分多址（TDMA):
( Time Division Multiple Access ) 把时间分割成周期性的帧，每一帧再 分割成若干个时隙。在时分双工TDD方式 中，上下行帧都在相同的频率上。 为避免时延扩展造成的各移动台到达 基站的信号不会重叠，上行时隙必须有保 护间隔。
TDMA中不同信道占用一个周期性重复的时隙
• CDMA系统具有“软切换”功能:
在过区切换的起始阶段，由原小区基 站与新小区基站同时为移动台服务，直 到该移动台与新基站之间建立起可靠的 通信链路后，原基站才中断与该移动台 的联系，这种 “软切换”功能可保证过 区切换的可靠性。 •设备简单。
• TDMA系统可动态分配时隙 ( 因为每个
人的讲话时间不足40%), 有话音时分配 时隙，无话音时不分配时隙，有利于提高 系统容量。
(3) 码分多址（CDMA） :
(Code Division Multiple Access)
在码分多址通信系统中，不同 用户传输信息是用不同的编码序列 来区分，或者说靠信号的不同波形 来区分。如果从频域或时域来观察， 多个信号是相互重叠的。
5.2
( Multiple Access Technique )
多址接入技术，是解决在无线通信网 中，使许多移动用户同时共享有限频谱 的技术。
三种主要接入方式:
频分多址
FDMA
时分多址
TDMA
码分多址
CDMA
FDMA示意图
代码
信信 道道 1 2
…
信 道 N
信 信 道 道 1 2
...
信 道 N
接收机用相关器可以在多个信号中 选出其中使用预定码型的信号，其他 不同码型 (波形)的信号不能被解调， 接收机将它们视为噪声处理。 CDMA以扩频技术为基础，扩频 信号是一种用伪随机序列调制的宽 带信号，常用的有两种： 跳频 ( Frequency Hopping )信号 直接扩频序列（Direct Sequence）
多址技术
高级移动电话系统 (AMPS) 全球移动电话系统 (GSM)
美国数字蜂窝(USDC)
FDMA/FDD TDMA/FDD
TDMA/FDD
日本数字蜂窝(JDC)
CT2（无绳电话）
TDMA/FDD
FDMA/TDD
欧洲数字无绳电话（DECT)）
美国窄带扩频（IS-95)
FDMA/TDD
CDMA/FDD
MSC PSTN ISDN
4、移动性管理问题？ ⑴ 小区1 小区2
越区切换 ⑵ MSC A 漫游 MSC B
5、采用何种网络控制信令？ 如何在用户和移动网络之间， 移动网络和固定网络之间交换 控制信息，对呼叫过程、移动 性管理过程和网络互连过程进 行控制，保证网络有序的运行。
移动通信系统的发展： 1、第一代模拟移动通信系统： AMPS、TACS、NMT 2、第二代数字移动通信系统： GSM、DAMPS、PDC、IS-95 3、第三代数字移动通信系统： CDMA2000、 TD-SCDMA、WCDMA
无线电信号可以表示为： S（c , f, t） 是码型，频率和时间的函数。 多址技术是利用信号参量的正交性 来区分无线电信号的。 即要求各信号特征彼此独立(或者 正交), 也即任意两个信号之间互相关 函数为 0 (或接近于0）。
1.FDMA：
Fi
s ( f , t ) s ( f , t ) d f i j
CDMA系统特点：
• CDMA蜂窝系统与FDMA系统或 TDMA系统相比具有更大的通信容量；
全部用户共享一个无线信道 (无需频 率管理和分配 )， 用户信号的区分只靠 所用码型不同, 当系统负荷满载时, 另外 增加少数用户, 只会引起话音质量的轻微 下降，或增加噪声背景。这种特征也称 作 “软容量”。
举例来说, 如规定可同时工作的用户数为 50个, 当52个用户同时通话时， SNR 的差 异仅为：
10 lg 52 50 0.17dB
• CDMA系统中信道数据率很高 ( 例如前向 信道PN码片速率1.2288Mbps) , 码片时长很 短，由于PN序列的低自相关性，将超过一 个码片的多径信号视为噪声，所以可以使 用RAKE接收机，以提高系统的信噪比。
信道的选取 : 移动通信网中, 每个用户发起呼叫时, 从 n 个共用信道中选取一个空闲信道， 一般有两种方式 : • 专用呼叫信道方式； • 标明空闲信道方式 。
•专用呼叫信道方式 :
系统中设置专用呼叫信道, 用于处理 呼叫请求。移动台不通话时在呼叫信道 上守候，发起呼叫时：
上行专用呼叫信道发起呼叫
4、为便于接收端的同步，在每个时隙中 要传输同步序列。
例5.4 如果GSM使用每帧包含8个时隙的
帧结构，每时隙(slot)含有156.25比特， 信道中数据率为270.833kbps. 求： （a）一比特的时长； （b）一时隙长； （c）帧长； （d）占用一个时隙的用户在两次发射之 间必须等待的时间。
1, i j 0, i j
（物理意义：频域里频道相互不重叠）
2. TDMA:
Ti
s ( f , t ) s ( f , t )dt
i j
1, i j 0, i j
（ 时域里时隙相互不重叠）
3. CDMA:
1, i j ci (t )c j (t )dt 0, i j T
解：（a）一比特时长： 1 Tb 3.692s 270.833kbps （b）一时隙长：
Tslot 156.25 Tb 0.577ms
（c）帧长：
T f 8 Tslot 4.615ms
（d）用户必须等待4.615ms在新一帧到来之 后才可进行下一次发射。
TDMA的特点: • TDMA 使几个用户共享一个载波频率, 每个用户利用不同时隙。 • 数据传送不连续，采用分组发送。因 而电池消耗低，切换容易； • TDMA系统必须有精确的定时和同步。
反向信道 频率分隔
前向信道 频率
(a) FDD在同一时间提供两个单工信道
反向信道
时间分隔
前向信道 时间
(b) TDD在同一频率提供两个单工时隙
例如， FDMA/FDD系统 TDMA/FDD系统 分配给用户一对频道:
前向信道和后向信道
而在TDMA/TDD系统中，分配给 用户一个信道，在帧信息中，时隙的 一半用于前向链路，另一半用于反向 链路，收发使用相同的频率。
(5.1)
（码型轴上码型Ci 相互不重叠）
5.2.1 频分多址（ FDMA）： FDMA系统按不同频道区分用户。 收发双方各使用一个信道，收发频率 间隔必须大于一定数值。通常采用频 分双工（FDD）实现双工通信。
图5－1 FDMA频道划分方法
F1
f1 F2
f2 F3 f3
FDMA/FDD系统工作示意图
FDMA特点：
• FDMA每个频道只传送一路电话； • 连续传输, 一旦给移动台分配了频道， 移动台和基站同时连续不断发射；
• 信道带宽较窄（25kHz或30kHz），即 FDMA通常使用窄带系统；
• 传输速率低。码元持续时间较长, 与 平 均延迟扩展相比很大 , 这意味着码间干 扰低，不需要均衡；
CDMA以扩频技术为基础: 以美国的 IS-95 系统的前向传输信道 为例, 主要包括用： Walsh函数 和 PN 序列调制扩频 两个步骤
i) 不同信道的地址用正交Walsh函数区分; ii) 不同小区靠PN序列的不同相位区分。
Walsh序列为正交序列，由64个二 进制序列组成，每个序列有64个码片， 并且相互正交, 因此可以得到64个逻 辑信道， 通常用于下行链路。
CDMA采用频分双工（FDD）模式， 即正向传输和反向传输各使用一个频率。 1. FH-CDMA : 各用户调制信号的中心频率随所 使用的伪随机（PN）序列跳变。各频 率序列要求相互正交，并且在任一时 刻都不相同。如 图 所示：
2. DS-CDMA 所有的用户使用相同的中心频率，输 入数据序列与PN序列相乘得到宽带信号。 不同的用户使用不同的PN序列，PN序列 相互正交，利用PN序列的不同来区分不同 的用户。
频率
时间
频率间隔
在频分多址(FDMA)系统中不同信道占用不同带宽
TDMA示意图
频率
在时分多址中不同信道占用一个周期性重复的时隙
CDMA示意图
在码分多址(CDMA)中, 指定给每个用户一个 唯一的PN代码，而且与其他用户代码正交
• FDMA是将给定的频谱资源划分为不 同频道分配给每一个用户使用； • TDMA将无线频谱按时隙划分，分配 给不同用户； • 以信号波形（代码序列）不同区分不 同用户称作CDMA连接。 通常是将双工技术（FDD 和 TDD） 与特定的 FDMA，TDMA 和 CDMA 多 址方式共同使用。
第四部分
组网技术
一、移动通信对组网的要求： 1、各通信系统如何共享频率资源：
例如蜂窝系统采用 小区制 和 频率复用
2、在存在传播损耗的通信环境下， 系统服务区内应设定多少基站？对 于给定的频率资源，如何在基站之 间分配以满足用户容量的要求？即 区域覆盖技术。
3、系统服务区网络如何连接？即移动 通信应采用什么样的网络结构。 基站 基站
1. 控制信道 （导频信道、 同步信道、 寻呼信道）
2. 业务信道
功率控制：
CDMA系统的 “远近效应” 是非常 突出的问题，主要发生在反向传输链路 上。因为所有移动用户都使用相同频率 和功率，但到基站的距离却不同，较强 移动台的信号会抑制较弱的信号，即产 生“远近效应”。
解决办法是根据通信距离不同，实 时调整发射功率。
•与TDMA相比, FDMA系统简单的多，
（例如不需要同步和组帧比特）；
• 基站共用设备成本高，因为每路载波 单路设计，例如100个频道，需要100套 收发设备以及带通滤波器滤除杂波干扰;
• 移动台需要双工器，增加了费用； • 需要精确的RF滤波器消除邻频干扰。
如何实现信道共用是FDMA系统设 计应考虑的。 假如一个基站有 n个信道, 信道复 用后，有可能发生所有信道均被占用， 而新的呼叫不能接通的情况， 发生这种情况的概率有多大？
移动台： 在每帧内只在指定的时隙向基站发 送信号，在定时和同步条件下，基站 接收到各移动台的信号而互不干扰。
基站： 发向各移动台的信号都按顺序在 预定的时隙中传输，各移动台只要 在指定的时隙内接收，就能区分各 路信号。
TDMA系统主要应考虑的问题：
控制信令的传输 同步 抗多径干扰
主要措施： 1、在每个时隙中，划出专门的比特用于控制 和信令的传输。 2、为便于接收端利用均衡器克服多径引起的 码间干扰，在时隙中插入自适应均衡器所需 的训练序列。 3、在上行链路的每个时隙中留出一定的保护 间隔。
2.循环不定位: 基站: 基站必须在空闲信道上先发出保持信 号, 等待移动台搜寻并锁定。 移动台: 为减少同抢概率 , 循环扫描不定位, 由于移动台对信道扫描顺序不同, 避免 了同抢呼叫。但移动台主叫时先搜索空 闲信道, 循环扫描时不能接收信号, 处 理呼叫速度稍慢。
除了FDMA，TDMA和CDMA，还有 两种多址模式： 空分多址（SDMA） 随机多址 CSMA 空分多址： 是通过空间的分割来区分 不同用户。采用阵列天线 在不同用户方向上形成不 同的波束来实现。
本章主要介绍前面三种多址接入技术。 下表列出各种无线通信系统中正在 使用的不同的多址接入技术：
移动电话系统
移动台
下行专用呼叫信道指定空闲信道
基站
( 移动台通话结束后自动返回专用信道守候)
专用呼叫信wenku.baidu.com方式优点:
处理呼叫速度快, 但占用专门呼叫 信道, 信道利用率低, 适合大容量系统。 900MHz蜂窝移动电话采用此种方式。 2) 标明空闲信道方式 : 分为: 循环定位 循环不定位方式 等。
1. 循环定位: 不设置专门呼叫信道, 所有信道呼叫 和通话同时进行； 基站发出空闲信号, 所有移动台自动扫描信道, 移动台一旦 在某信道收到空闲信号, 就定位在该信 道通话。 优点: 所有信道都可用于通话, 信道利用率
5.2.1时分多址（TDMA):
( Time Division Multiple Access ) 把时间分割成周期性的帧，每一帧再 分割成若干个时隙。在时分双工TDD方式 中，上下行帧都在相同的频率上。 为避免时延扩展造成的各移动台到达 基站的信号不会重叠，上行时隙必须有保 护间隔。
TDMA中不同信道占用一个周期性重复的时隙
• CDMA系统具有“软切换”功能:
在过区切换的起始阶段，由原小区基 站与新小区基站同时为移动台服务，直 到该移动台与新基站之间建立起可靠的 通信链路后，原基站才中断与该移动台 的联系，这种 “软切换”功能可保证过 区切换的可靠性。 •设备简单。
• TDMA系统可动态分配时隙 ( 因为每个
人的讲话时间不足40%), 有话音时分配 时隙，无话音时不分配时隙，有利于提高 系统容量。
(3) 码分多址（CDMA） :
(Code Division Multiple Access)
在码分多址通信系统中，不同 用户传输信息是用不同的编码序列 来区分，或者说靠信号的不同波形 来区分。如果从频域或时域来观察， 多个信号是相互重叠的。
5.2
( Multiple Access Technique )
多址接入技术，是解决在无线通信网 中，使许多移动用户同时共享有限频谱 的技术。
三种主要接入方式:
频分多址
FDMA
时分多址
TDMA
码分多址
CDMA
FDMA示意图
代码
信信 道道 1 2
…
信 道 N
信 信 道 道 1 2
...
信 道 N
接收机用相关器可以在多个信号中 选出其中使用预定码型的信号，其他 不同码型 (波形)的信号不能被解调， 接收机将它们视为噪声处理。 CDMA以扩频技术为基础，扩频 信号是一种用伪随机序列调制的宽 带信号，常用的有两种： 跳频 ( Frequency Hopping )信号 直接扩频序列（Direct Sequence）
多址技术
高级移动电话系统 (AMPS) 全球移动电话系统 (GSM)
美国数字蜂窝(USDC)
FDMA/FDD TDMA/FDD
TDMA/FDD
日本数字蜂窝(JDC)
CT2（无绳电话）
TDMA/FDD
FDMA/TDD
欧洲数字无绳电话（DECT)）
美国窄带扩频（IS-95)
FDMA/TDD
CDMA/FDD
MSC PSTN ISDN
4、移动性管理问题？ ⑴ 小区1 小区2
越区切换 ⑵ MSC A 漫游 MSC B
5、采用何种网络控制信令？ 如何在用户和移动网络之间， 移动网络和固定网络之间交换 控制信息，对呼叫过程、移动 性管理过程和网络互连过程进 行控制，保证网络有序的运行。
移动通信系统的发展： 1、第一代模拟移动通信系统： AMPS、TACS、NMT 2、第二代数字移动通信系统： GSM、DAMPS、PDC、IS-95 3、第三代数字移动通信系统： CDMA2000、 TD-SCDMA、WCDMA
无线电信号可以表示为： S（c , f, t） 是码型，频率和时间的函数。 多址技术是利用信号参量的正交性 来区分无线电信号的。 即要求各信号特征彼此独立(或者 正交), 也即任意两个信号之间互相关 函数为 0 (或接近于0）。
1.FDMA：
Fi
s ( f , t ) s ( f , t ) d f i j
CDMA系统特点：
• CDMA蜂窝系统与FDMA系统或 TDMA系统相比具有更大的通信容量；
全部用户共享一个无线信道 (无需频 率管理和分配 )， 用户信号的区分只靠 所用码型不同, 当系统负荷满载时, 另外 增加少数用户, 只会引起话音质量的轻微 下降，或增加噪声背景。这种特征也称 作 “软容量”。
举例来说, 如规定可同时工作的用户数为 50个, 当52个用户同时通话时， SNR 的差 异仅为：
10 lg 52 50 0.17dB
• CDMA系统中信道数据率很高 ( 例如前向 信道PN码片速率1.2288Mbps) , 码片时长很 短，由于PN序列的低自相关性，将超过一 个码片的多径信号视为噪声，所以可以使 用RAKE接收机，以提高系统的信噪比。
信道的选取 : 移动通信网中, 每个用户发起呼叫时, 从 n 个共用信道中选取一个空闲信道， 一般有两种方式 : • 专用呼叫信道方式； • 标明空闲信道方式 。
•专用呼叫信道方式 :
系统中设置专用呼叫信道, 用于处理 呼叫请求。移动台不通话时在呼叫信道 上守候，发起呼叫时：
上行专用呼叫信道发起呼叫
4、为便于接收端的同步，在每个时隙中 要传输同步序列。
例5.4 如果GSM使用每帧包含8个时隙的
帧结构，每时隙(slot)含有156.25比特， 信道中数据率为270.833kbps. 求： （a）一比特的时长； （b）一时隙长； （c）帧长； （d）占用一个时隙的用户在两次发射之 间必须等待的时间。
1, i j 0, i j
（物理意义：频域里频道相互不重叠）
2. TDMA:
Ti
s ( f , t ) s ( f , t )dt
i j
1, i j 0, i j
（ 时域里时隙相互不重叠）
3. CDMA:
1, i j ci (t )c j (t )dt 0, i j T
解：（a）一比特时长： 1 Tb 3.692s 270.833kbps （b）一时隙长：
Tslot 156.25 Tb 0.577ms
（c）帧长：
T f 8 Tslot 4.615ms
（d）用户必须等待4.615ms在新一帧到来之 后才可进行下一次发射。
TDMA的特点: • TDMA 使几个用户共享一个载波频率, 每个用户利用不同时隙。 • 数据传送不连续，采用分组发送。因 而电池消耗低，切换容易； • TDMA系统必须有精确的定时和同步。
反向信道 频率分隔
前向信道 频率
(a) FDD在同一时间提供两个单工信道
反向信道
时间分隔
前向信道 时间
(b) TDD在同一频率提供两个单工时隙
例如， FDMA/FDD系统 TDMA/FDD系统 分配给用户一对频道:
前向信道和后向信道
而在TDMA/TDD系统中，分配给 用户一个信道，在帧信息中，时隙的 一半用于前向链路，另一半用于反向 链路，收发使用相同的频率。
(5.1)
（码型轴上码型Ci 相互不重叠）
5.2.1 频分多址（ FDMA）： FDMA系统按不同频道区分用户。 收发双方各使用一个信道，收发频率 间隔必须大于一定数值。通常采用频 分双工（FDD）实现双工通信。
图5－1 FDMA频道划分方法
F1
f1 F2
f2 F3 f3
FDMA/FDD系统工作示意图
FDMA特点：
• FDMA每个频道只传送一路电话； • 连续传输, 一旦给移动台分配了频道， 移动台和基站同时连续不断发射；
• 信道带宽较窄（25kHz或30kHz），即 FDMA通常使用窄带系统；
• 传输速率低。码元持续时间较长, 与 平 均延迟扩展相比很大 , 这意味着码间干 扰低，不需要均衡；
CDMA以扩频技术为基础: 以美国的 IS-95 系统的前向传输信道 为例, 主要包括用： Walsh函数 和 PN 序列调制扩频 两个步骤
i) 不同信道的地址用正交Walsh函数区分; ii) 不同小区靠PN序列的不同相位区分。
Walsh序列为正交序列，由64个二 进制序列组成，每个序列有64个码片， 并且相互正交, 因此可以得到64个逻 辑信道， 通常用于下行链路。
CDMA采用频分双工（FDD）模式， 即正向传输和反向传输各使用一个频率。 1. FH-CDMA : 各用户调制信号的中心频率随所 使用的伪随机（PN）序列跳变。各频 率序列要求相互正交，并且在任一时 刻都不相同。如 图 所示：
2. DS-CDMA 所有的用户使用相同的中心频率，输 入数据序列与PN序列相乘得到宽带信号。 不同的用户使用不同的PN序列，PN序列 相互正交，利用PN序列的不同来区分不同 的用户。
频率
时间
频率间隔
在频分多址(FDMA)系统中不同信道占用不同带宽
TDMA示意图
频率
在时分多址中不同信道占用一个周期性重复的时隙
CDMA示意图
在码分多址(CDMA)中, 指定给每个用户一个 唯一的PN代码，而且与其他用户代码正交
• FDMA是将给定的频谱资源划分为不 同频道分配给每一个用户使用； • TDMA将无线频谱按时隙划分，分配 给不同用户； • 以信号波形（代码序列）不同区分不 同用户称作CDMA连接。 通常是将双工技术（FDD 和 TDD） 与特定的 FDMA，TDMA 和 CDMA 多 址方式共同使用。
第四部分
组网技术
一、移动通信对组网的要求： 1、各通信系统如何共享频率资源：
例如蜂窝系统采用 小区制 和 频率复用
2、在存在传播损耗的通信环境下， 系统服务区内应设定多少基站？对 于给定的频率资源，如何在基站之 间分配以满足用户容量的要求？即 区域覆盖技术。
3、系统服务区网络如何连接？即移动 通信应采用什么样的网络结构。 基站 基站
1. 控制信道 （导频信道、 同步信道、 寻呼信道）
2. 业务信道
功率控制：
CDMA系统的 “远近效应” 是非常 突出的问题，主要发生在反向传输链路 上。因为所有移动用户都使用相同频率 和功率，但到基站的距离却不同，较强 移动台的信号会抑制较弱的信号，即产 生“远近效应”。
解决办法是根据通信距离不同，实 时调整发射功率。
•与TDMA相比, FDMA系统简单的多，
（例如不需要同步和组帧比特）；
• 基站共用设备成本高，因为每路载波 单路设计，例如100个频道，需要100套 收发设备以及带通滤波器滤除杂波干扰;
• 移动台需要双工器，增加了费用； • 需要精确的RF滤波器消除邻频干扰。
如何实现信道共用是FDMA系统设 计应考虑的。 假如一个基站有 n个信道, 信道复 用后，有可能发生所有信道均被占用， 而新的呼叫不能接通的情况， 发生这种情况的概率有多大？
移动台： 在每帧内只在指定的时隙向基站发 送信号，在定时和同步条件下，基站 接收到各移动台的信号而互不干扰。
基站： 发向各移动台的信号都按顺序在 预定的时隙中传输，各移动台只要 在指定的时隙内接收，就能区分各 路信号。
TDMA系统主要应考虑的问题：
控制信令的传输 同步 抗多径干扰
主要措施： 1、在每个时隙中，划出专门的比特用于控制 和信令的传输。 2、为便于接收端利用均衡器克服多径引起的 码间干扰，在时隙中插入自适应均衡器所需 的训练序列。 3、在上行链路的每个时隙中留出一定的保护 间隔。