1、移动通信技术,第五章 蜂窝组网技术,Mobile Communication Theory,目录,Mobile Communication Theory,5.1 移动通信网的基本概念,实现系统在其覆盖区内良好的语音和数据 通信，这样的通信网就是移动通信网学习的内容包括：,移动通信网络结构 蜂窝式组网理论 移动通信网的基本组成,蜂窝移动通信系统图示 各子系统功能,Mobile Communication Theory,5.1.1 移动通信网络结构,空中网络,基站与固定网络,服务区内各基站的相互连接,多址接入,切换和位置更新,频率复用和蜂窝小区,地面网络,Mobile Communication
2、Theory,5.1.2 蜂窝式组网理论,无线蜂窝式小区覆盖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 小功率发射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 优点：缓解了频率资源紧缺，增加了系统容量 缺点：同频干扰,Mobile Communication Theory,5.1.2 蜂窝式组网理论,多信道共用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 越区切换当正在通话的移动台进入相邻
3、无线小区时，业务信道自动切换到相邻小区基站，从而不中断通信过程,Mobile Communication Theory,5.2 频率复用和蜂窝小区,用来解决频率资源有限和用户容量问题 区域覆盖方式 小容量的大区制 一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大 利用分集接收等技术来保证上行链路的通信质量 只能适用于小容量的通信网 大容量的小区制 频率复用 将覆盖区域划分为若干小区 ，每个小区设立一个基站服务于本小区，但各小区可重复使用频率 带来同频干扰的问题 切换和位置管理,Mobile Communication Theory,5.2.1 大容量的小区制,频率复用和覆盖方式 带状服务覆盖区 面状服务覆
4、盖区 簇 小区的覆盖形状 同频干扰 同频相邻小区的找法,Mobile Communication Theory,带状服务覆盖区,双频组频率配置三频组频率配置,Mobile Communication Theory,面状服务覆盖区簇,共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇 同一个小区簇内，要使用不同的频率 不同的小区簇间使用对应的相同频率,图52 蜂窝系统的频率复用和小区面状覆盖图示,q=D/R=4.6 N=7,D,R,2,1 3,2 4 2,1 3 1 3,4 2 4,1 3,4,Mobile Communication Theory,小区的覆盖形状,采用六边形的原因 用最小的小区数就能覆盖整
5、个地理区域 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 基站发射机位置 中心激励小区：安置在小区的中心 顶点激励小区：安置在六边形顶点之中的三个上 实际形状由于地形地貌、传播环境、衰落形式的多样性，小区的实际无线覆盖是一个不规则的形状,Mobile Communication Theory,同频干扰,小区簇的意义 频率复用距离与小区簇的关系 载波干扰比与小区簇的关系,Mobile Communication Theory,小区簇的意义,一个共有S个双向信道的蜂窝系统，如果每簇含N个小区，每个小区分配K个信道（kS）那么如果簇在系统中共同复制了M次，则信道的总数C可作为容量的一个度量N叫
6、做簇的大小，典型值为4、7或12。 N的值表现了移动台或基站在保证通信质量的同时，可以承受的干扰（主要是同频干扰）,Mobile Communication Theory,频率复用距离与小区簇的关系,频率复用距离（即同频距离）D是指最近的两个频点小区中心之间的距离 在小区中心作两条与小区的边界垂直的直线，其夹角为120。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 （）令： I=2iH，J=2jH 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（）式得 其中 N又称为频率复用因子 N越大，则D越大，这样同频干扰越小， 但是频率利用率越低； N越小，则
7、D越大，这样频率利用率越高， 但是同频干扰越大。可见频率利用率与同频干扰是一对矛盾,图53 N=7 频率复用设计示例,Mobile Communication Theory,推导载波干扰比与小区簇的关系,假定小区的大小相同，移动台的接收功率门限按小区的大小调 节。若设L为同频干扰小区数，则移动台的接收载波干扰比可表示 为式中，C为最小载波强度； 为第l个同频干扰小区所在基站引起的 干扰功率 移动无线信道的传播特性表明: 小区中移动台接收到的最小载波强度C与小区半径的 成正比 设 是第l个干扰源与移动台的间距，则移动台接收到的来自第l个干扰小区的载波功率与 成正比。n为衰落指数，一般取4 如果每
8、个基站的发射功率相等，整个覆盖区域内的路径衰落指数 相同，则移动台的载干比可近似表示为,Mobile Communication Theory,推导载波干扰比与小区簇的关系,通常在被干扰小区周围，干扰小区是多层，一般第一层起主要作 用。 现仅考虑第一层干扰小区，且假定所有干扰基站与预设被干扰基 站的间距相等，即 ，则载干比可简化为:式中 同频复用比例（也称同频干扰因子），一般用Q表示 即,Mobile Communication Theory,载波干扰比与小区簇的关系,式 表明了载干比和小区簇的关系 一般模拟移动通信系统要求 ，假设n取值为4，根据上式可得出，簇N最小为6.49，故一般取簇N的
9、最小值为7 数字移动通信系统中 ，所以可以采用较小的N值。,Mobile Communication Theory,同频相邻小区的找法,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,i=3 j=2 N=19,图54 在蜂窝小区中定位同频小区的方法,Mobile Communication Theory,5.3 多址接入技术,多址接入方式: 频分多址方式（FDMA） 时分多址方式（TDMA） 码分多址方式（CDMA） 空分多址方式（SDMA）,Mobile Communication Theory,多址接入方式,目前应用的多址方式:频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、
10、码分多址(CDMA)及其混合方式等,图55 FDMA、TDMA、CDMA的示意图,FDMA,TDMA,CDMA,Mobile Communication Theory,5.3.1 频分多址（FDMA）方式,Mobile Communication Theory,FDMA频谱分割原理,每个用户分配一个信道，即一对频谱 较高的频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道 较低的频谱用作反向信道即移动台向基站方向的信道 必须同时占用2个信道（2对频谱）才能实现双工通信 基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号 任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转,Mobile Communication T
11、heory,FDMA频谱分割原理,设置频道间隔，以免因系统的频率漂移造成频道间重叠 前向信道与反向信道之间设有保护频带 用户频道之间，设有保护频隙,图56 FDMA系统频谱分割示意图,Mobile Communication Theory,FDMA的主要干扰,Mobile Communication Theory,FDMA系统的特点,每信道占用一个载频，信道的相对带宽较窄，即通常在窄带系统中实现 符号时间 平均延迟扩展（Ts ） ，所以码间干扰较少，无需自适应均衡 基站复杂庞大，易产生信道间的互调干扰 必须使用带通滤波器来限制邻道干扰 越区切换复杂，必须瞬时中断传输，对于数据传输将带来数据的丢
12、失,Mobile Communication Theory,5.3.2 时分多址（TDMA）方式,Mobile Communication Theory,TDMA工作原理,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 基站按时隙排列顺序发收信号，各移动台在指定的时隙内收发信号,图58 TDMA帧结构,图57 TDMA系统工作示意图,Mobile Communication Theory,TDMA系统的特点,突发传输的速率高，远大于语音编码速率，因为TDMA系统中需要较高的同步开销 发射信号速率随N的增
13、大而提高，引起码间串扰加大，所以必须采用自适应均衡 不需双工器 基站复杂性小，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，可在无信息传输时进行，不会丢失数据,Mobile Communication Theory,5.3.3 码分多址（CDMA）方式,Mobile Communication Theory,CDMA的工作原理,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，才能对接收的信号进行相关检测,图59 CDMA系统工作示
14、意图,Mobile Communication Theory,CDMA系统的特点,多用户共享同一频率 通信容量大 容量的软特性多增加一个用户只会使通信质量略有下降，不会出现硬阻塞现象 由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以减小多径衰落 信道数据速率很高，无需自适应均衡 平滑的软切换和有效的宏分集，不会引起通信中断 低信号功率谱密度的好处 抗窄带干扰能力强 对窄带系统的干扰很小，可以与其它系统共用频段,Mobile Communication Theory,CDMA系统的软切换过程,每当移动台处于小区边缘时，同时有两个或两个以上的基站向该移动台发送相同的信号，移动台的分集接收机能同时接收合并这些信号
15、，此时处于宏分集状态 当某一基站的信号强于当前基站信号且稳定后，移动台才切换到该基站的控制上去，这种切换可以在通信的过程中平滑完成，称为软切换,Play,Mobile Communication Theory,CDMA系统存在问题,多址干扰 原因不同用户的扩频序列不完全正交，扩频码集的非零互相关系数会引起用户间的相互干扰 “远-近”效应 原因移动用户所在的位置的变化以及深衰落的存在，会使基站接收到的各用户信号功率相差很大，强信号对弱信号有着明显的抑制作用 解决方法使用功率控制,Mobile Communication Theory,5.3.4 空分多址（SDMA）方式,通过空间的分割来区别不同
16、的用户 常与FDMA、TDMA、CDMA结合使用 工作原理 蜂窝系统中反向链路的困难 自适应式阵列天线,Mobile Communication Theory,SDMA的工作原理,使用定向波束天线在不同用户方向上形成不同的波束 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,图510 SCDM系统工作示意图,Mobile Communication Theory,蜂窝系统中反向链路的困难,Mobile Communication Theory,自适应式阵列天线,自适应式天线提供了最理想的SDMA 无穷小波束宽度 无穷大快速搜索能力
17、 提供在本小区内不受其他用户干扰的唯一信道 克服多径干扰和同信道干扰,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4 码分多址关键技术,1.扩频通信基础2.地址码技术3.扩频码的同步,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.1 扩频通信基础,扩频通信： 频带扩展 扩频调制 扩频系统理论基础：仙农定理。,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.1 扩频方法,直接序列扩
18、频,跳变频率扩频,跳变时间扩频,宽带线形调频,扩频方法,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.1 扩频方法,功率小，隐蔽性,保密性,抗干扰性强,抗衰落能力强,扩频系统的特点,码分多址复用(CDMA),Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.2 直扩系统,直接序列调制系统原理框图：,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.2 直扩系统,发送端,接收端,Mob
19、ile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.2 直扩系统,假定同步单径BPSK信道中有K个用户，并假定所有的载波相位为0，则接收的信号等效基带表示为：,其中：,为发送功率，,为第k个用户归一化扩频信号，,为第k个用户归一化扩频信号，,为信息比特的时间宽度，,表示加性高斯白噪声，其双边功率,谱密度为,，单位为W/Hz。,，单位为,W/Hz。,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.2 直扩系统,对于某一特定比特，相关器（解扩）的输出为：,相关系数的
20、定义为：,上式表明：与第k个用户本身的自相关给出了希望接收的数据项，,与其它用户的互相关产生出多址干扰项MAI,，与热噪声的相关产,生了噪声,项。,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.2 直扩系统,由频谱扩展对抗干扰性带来的好处，称为扩频增益,，可表示为：,式中，,为发射扩频信号的带宽；,为信码的速率。其中,与所采用的伪码（伪随机序列或伪噪声序列的简称）速率有关。为获得,高的扩频增益，通常希望增加射频带宽,，即提高伪码的速率。,Mobile Communication Theory,Mobile Communi
21、cation Theory,5.4.2 直扩系统,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.2 直扩系统,在发端，有用信号经扩频处理后，频谱被展宽如图 （a）所示；在收端，利用伪码的相关性作解扩处理后，有用信号频谱被恢复成窄带谱，如图 （b）所示。直扩系统的优点在于它可以在很低的甚至负信噪比环境中使系统正常工作。 移动通信采用直扩系统时，需要解决远-近效应带来的影响，办法之一是采用功率控制。,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,基于IS-95
22、标准的码分多址通信系统的结构示意图,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.3 跳频系统,跳频系统的原理方框图,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.3 跳频系统,伪码随机置定频率合成器时，发射机的振荡频率在很宽的频率范围内不断地改变，从而使射频载波亦在一个很宽的范围内变化，于是形成了一个宽带离散谱，如图所示,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.3 跳
23、频系统,接收端必须以同样的伪码置定本地频率合成器，使其与发端的频率作相同的改变，即收发跳频必须同步，这样，才能保证通信的建立。解决同步及定时是实际跳频系统的一个关键问题。,跳频系统处理增益的定义与直扩系统的扩频增益是相同的， 即,更直观的表达式为：,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.2 地址码技术,对于CDMA2000系统下行链路，短的伪随机码用以区分基站，Walsh码用以区分用户，他们统一构成地址码。 地址码的选择直接影响CDMA系统的容量、抗干扰能力、接入和切换速度等 在直接扩频任意选址的通信系统中，对地
24、址码有如下三个要求：,伪码的比特率应能满足扩展带宽的需要； 伪码应具有尖锐的自相关特性，正交编码应具有尖锐的互相关特性； 伪码应具有近似噪声的频谱性质，即近似连续谱，且均匀分布。,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.2地址码技术,Walsh码,m序列,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.2 m序列,m序列是一种周期性伪随机序列 ，由带线性反馈的移存器产生的周期最长的一种序列 。周期是P=2n-1，n是移位寄存器的级数。 m序列是
25、一伪随机序列，具有与随机噪声类似的尖锐自相关特性。但它不是真正随机的，而是按一定的规律形式周期性地变化。 在定时严格的系统中，我们可以采用m序列作为地址码，利用它的不同相位来区分不同用户，目前的CDMA蜂窝系统中就是采用这种方法。,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.2 m序列,m序列的发生器是由移位寄存器、反馈抽头及模2加法器组成的。产生m序列的移位寄存器的网络结构不是随意的，必须满足一定的条件。图7-7是一个由三级移位寄存器构成的m序列发生器。,Mobile Communication Theory,Mob
26、ile Communication Theory,5.4.2 m序列,m序列的性质： m序列一个周期内1和0的码元数大致相等（1比0只多一个）。 长度为k（1kn-1）的游程占总游程数的1/2k 。 m序列和其移位后的序列逐位模2加，所得的序列还是m序列，只是相位不同。 m序列发生器中的移位寄存器的各种状态，除全0外，其它状态在一个周期内只出现一次。,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.2 m序列,m序列的自相关性,由图可见，当=0时，m序列的自相关函数Ra（）出现峰值1；当偏离0时，相关函数曲线很快下降；当1
27、P-1，相关函数值为-1/P；当时=P，又出现峰值；如此周而复始。当周期P很大时，m序列的自相关函数与白噪声类似。,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.2 m序列,m序列的互相关性对于两个周期P=2n-1的m序列an和bn+（ an，bn 取值是1和-1），两个m序列的互相关函数可由下式计算：,对于周期为的m序列组，其最好的m序列对的互相关函数值只取三个，这三个值是： 这三个值被称为理想三值，能够满足这一特性的m序列对称为m序列优选对，它们可以用于实际工程。,其中：,Mobile Communication T
28、heory,Mobile Communication Theory,5.4.2 Gold码,m序列构成优选对的数目很少，不便于在码分多址系统中应用。 R.Gold于1967年提出了一种基于m序列优选对的码序列，称为Gold序列。 由优选对的两个m序列逐位模2加得到，当改变其中一个m序列的相位（向后移位）时，可得到一新的Gold序列。 Gold系列具有与m序列优选对类似的自相关和互相关特性。,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.2 Gold码,Gold序列的生成,图中m序列发生器1和2产生的m序列是一m序列优选对
29、，m序列发生器1的初始状态固定不变，调整m序列发生器2的初始状态，在同一时钟脉冲控制下，产生两个m序列经过模2加后可得到Gold序列，通过设置m序列发生器2的不同初始状态，可以得到不同的Gold序列。,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.2 Gold码,Gold序列的特性,相关特性,具有与m序列优选对相类同的自相关和互相关特性。,当=0时自相关函数与m序列相同；当1P-1 时自相关函数取三个理想的值，即最大旁瓣是。,Gold序列的数量,周期P=2n-1的m序列优选对生成的Gold序列，总共有2n+1个。,随着n
30、的增加，Gold序列数以2的n次幂增长 。,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.2 Gold码,Gold序列的特性 平衡的Gold序列,平衡的Gold序列是指在一个周期内1码元数比0码元数仅多一个。,对于周期P=2n-1的m序列优选对生成的Gold序列，当n是奇数时，有2n-1+1个Gold序列是平衡的，约占50%；当n是偶数（不是4的倍数）时，有2n-1+ 2n-2+ 1个Gold序列是平衡的，约占75%。,只有平衡Gold序列才可以用到码分多址通信系统中去。,在WCDMA系统中，下行链路采用Gold码区分小
31、 区和用户，上行链路采用Gold码区分用户。,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.2 Walsh码,Walsh码（又称为Walsh函数）有着良好的互相关和较好的自相关特性。 Walsh函数波形,若对图中Walsh函数波形在8个等间隔上取样，可得到离Walsh函数，可用88的Walsh函数矩阵表示。,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.2 Walsh码,Walsh函数对应的矩阵可写作,Walsh函数矩阵的递推关系,其中N取2的幂，
32、 是的 补。,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.3 扩频码的同步,在码分系统中相关接收要求本地地址码（伪码）与收到的（发送来的）地址码同步。,所谓两个扩频码同步，就是保持其时差（相位差）为0状态。,地址码的同步是码分多址系统的重要组成部分，其性能好坏直接影响系统的性能。,通常在码分多址系统中，所采用的地址码都是 周期性重复的序列，即为：,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.3 扩频码的同步,令 为接收到的伪码，为 本地伪码，分
33、别如下图所示。其周期为T=NTc，N为码位数（码长），Tc为码片宽度。同步的过程就是使 。,接收伪码序列延时 本地伪码序列延时,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.3 扩频码的同步,扩频码的同步分为：,粗同步,Product,细同步,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.3 粗同步,粗同步的方法,匹配滤波捕获法,串行相关检测,并行相关检测,Mobile Communication Theory,Mobile Communicati
34、on Theory,5.4.3 粗同步,并行相关检测捕获系统的示意图,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.3 粗同步,串行相关检测捕获系统的示意图,将输出信号 与门限值 比较。如果超出门限值，则此时对应的 即为时延估计值，捕获完成，有 。如果输出信号低于门限值，则将本地信号的相位增加一个增量，通常为Tc或者Tc/2 （即每隔T，增加 的值），再进行相关、比较，直至捕获完成，转入跟踪过程。,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.3
35、粗同步,令输入为 则匹配滤波器的输出为,即输出 为 的周期性自相关函数,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.3 粗同步,如果为双极性的m序列，则输出为如下图 ，可以看出,匹配滤波法的优点在于实时性。,其输出最大的时刻也就是输入伪码一个周期的结束时刻，也就是下一个周期的起始时刻，因此它的最短捕获时间也是T。,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.3 细同步,细同步又称为跟踪，它需要连续地检测同步误差，根据检测结果不断调整本地伪码的时
36、延（相位），使 并保持此状态。,同步跟踪电路一般由以下几部分组成：同步误差检测电路、本地伪码发生器和本地伪码时延调整电路。,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.3 细同步,同步误差检测,检测误差特性,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.3 细同步,伪码延时锁定电路可用于伪码细同步跟踪,图中，,Mobile Communication Theory,Mobile Communication Theory,5.4.3 细同步,从图中
37、可以看出，在区间 内，有：,其中K为大于0的常数。,因此若 ， ，此时本地伪码超前滑动；若 ， ，此时本地伪码滞后。最终锁定在 ，跟踪范围为 。 一般来讲，检测电路中两路本地伪码的时延差可以是码片的若干分之一。时延差越小，跟踪范围越小，但跟踪精度越高。,Mobile Communication Theory,5.5 蜂窝移动通信系统的容量分析,蜂窝系统的无线容量可定义为：信道/小区 其中 m无线容量大小Bt 分配给系统的总的频谱Bc 信道带宽N 频率重用的小区数,三种多址接入方式的理论容量 三种多址接入方式的实际容量,Mobile Communication Theory,三种多址接入方式的理
38、论容量,理论上讲各种多址接入方式都有相同的容量,Mobile Communication Theory,三种系统容量的比较,理论可得：在总频带宽度为1.25MHz时，三种体制的系统容量的比较结果为：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和某些参数的选取而变化 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,切换将处于通话状态的MS转移到新的业务信道上（新的小区）的过程 目的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 操作 识别新的小区 分配给移动台在新小区的话音信道和控制信道 原
39、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。由移动台发起。 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空闲的相邻小区。由上级实体发起。 要求切换必须顺利完成，并且尽可能少地出现，同时要使用户觉察不到 切换门限要恰当 切换前对信号的监视：保证信号电平的下降确实由于移动台正离开当前基站,5.6 切换和位置管理,检测 方法 信道监视方法 目的：使切换请求优先于初始呼叫请求 原理：保留小区中所有可用信道的一小部分，专门为那些可能要切换到该小区的通话所发出的切换请求服务 对切换请求进行排队 目的：减小中断的发生概率 原
40、理：信号强度下降到切换门限以下和因信号太弱而通话中断之间的时间间隔是有限的,5.6 切换和位置管理,位置管理 目的把一个呼叫传送到随机移动的用户 主要任务 位置登记已知移动台的实时位置信息时，更新位置数据库和认证移动台 呼叫传递在有呼叫给移动台的情况下，根据HLR（Home Location Register 归属寄存器）和VLR（Visitor Location Register 访问寄存器）中可用的位置信息来定位移动台 涉及问题 位置更新（Location Update）解决移动台如何发现位置变化以及何时报告当前位置的问题 位置寻呼（ Location Paging） 解决如何有效地确定移
41、动台当前处于哪一个小区的问题,5.6 切换和位置管理,Mobile Communication Theory,5.7 无线资源管理技术原理,对于无线系统来说，无线资源的概念是很广泛的，它既可以是频率，也可以是时间，还可以是码字。 无线资源管理（Radio Resource Management，RRM），也称作无线资源控制（RRC）或者无线资源分配（RRA），是指通过一定的策略和手段进行管理、控制和调度，尽可能充分利用有限的无线网络各种资源，保障各类业务满足服务质量（QoS）的要求，确保达到规划的覆盖区域，尽可能地提高系统容量和资源利用率。,Mobile Communication Theor
42、y,5.7 无线资源管理技术原理,无线资源管理具体可分为： 功率控制（Power Control） 切换控制（Handoff Control） 接纳控制（Admission Control） 分组调度（Packet Scheduling） 负载控制（Load Control）这些功能一般是通过相应的算法来实现，其中接纳控制、分组调度和负载控制面向网络，功率控制和切换控制面向某个连接。,Mobile Communication Theory,5.7 无线资源管理技术原理,无线资源管理算法的基本模型图,Mobile Communication Theory,5.7 无线资源管理技术原理,上图给出了
43、一个CDMA蜂窝通信系统的无线资源管理算法的基本模型。 当有新用户或切换用户发出呼叫请求时，基站首先调用接纳控制算法，决定是否阻塞该呼叫，如果允许接纳该呼叫，则根据系统划分的业务类型将该请求添入对应类别的请求队列中，同时为其分配相应的缓冲队列存储其数据信息。 而后，系统调用分组调度算法决定不同呼叫的服务顺序，并为之分配发射功率和传输速率。,Mobile Communication Theory,5.7 无线资源管理技术原理,对于电路交换的实时业务而言，分组调度算法蜕化为功率控制算法，由功率控制算法计算不同用户所需的发射功率。 对于分组交换的非实时业务而言，分组调度算法将决定不同用户分组的传输顺
44、序、传输时间、传输速率与发射功率。,Mobile Communication Theory,5.7 无线资源管理技术原理,接纳控制 接纳控制又称接入控制或呼叫准入控制。接纳控制的基本思想是，在系统负荷为中或者较高时，需要进行如下评估：建立一条新的链路会不会降低小区的覆盖范围？能不能保证该连接的通信质量？如果不满足条件，则拒绝新呼叫请求，从而保护已连接用户的通信质量。接纳控制模块在执行接纳控制功能时，还要保证能预留一部分资源为切换进来的用户使用，同时保证不中断本小区已建立的连接。,Mobile Communication Theory,5.7 无线资源管理技术原理,接纳控制常用的策略有： 门限策
45、略：为了增加优先或无优先级类型的接入机会，门限策略是当系统满足某些条件时，人为或系统动态拒绝到达的某类服务请求，从而改善吞吐量。 多层次策略：假定用户不能获得支持高QoS要求所需的必要资源，则可以通过通信协商来接受一个较低的QoS要求（需要较少的资源）的接入，而不是完全拒绝服务。 重分配策略：假定系统不能为具有较高QoS要求的用户分配必须的无线资源，则可以降低一些已接入但优先级相对较低的用户的链路质量，或者减少分配给它的无线资源。,Mobile Communication Theory,5.7 无线资源管理技术原理,接纳控制常用的策略有： 非交互策略：非交互算法主要使用不同的接收干扰或者发射功
46、率门限值来判断是否允许用户接入；当测量小区干扰或发射功率过高，则接入被拒绝，否则允许该用户接入。 交互式策略：交互算法逐渐增加请求接入用户的发射功率，直至最后成功接入。交互式接入策略用户与系统不断的交互信息，并且监视并预测用户如果被完全接入会对系统产生的影响。 这几种策略是完全独立的工作方式，经常是在一种接纳控制算法中共同使用这几种策略，使接纳控制模块更好的发挥其功能。,Mobile Communication Theory,无线资源管理,功率控制 功率控制的目标是：功率控制的主要目标是使得所有移动台以恰好能满足信号目标能干比（CIR）要求的最低功率电平发送信号，以此降低整个系统的同频和邻频干
47、扰，节省移动台的能量消耗，同时使得基站接收到的本小区内的各个移动台的上行信号功率相同，从而克服“远近效应”。在为每个用户提供可以接受的服务质量的同时减少其对其他用户的干扰。CDMA小区系统是干扰受限的，因此小区系统的容量在有效的功率控制下能达到最大。,Mobile Communication Theory,5.7 无线资源管理技术原理,切换控制 切换是一个重要的移动性管理功能，它是蜂窝系统所独有的功能，也是移动通信系统的一个关键特征，直接影响整个系统的性能8。切换不仅要保证用户在穿越边界时仍能进行正常的通话，而且还要做到快速、有效，这样才有利于降低整个系统干扰，减少掉话，提高系统容量。,Mob
48、ile Communication Theory,5.7 无线资源管理技术原理,分组调度 无线分组调度算法的功能是判决在何时分配给哪些用户何种无线资源来进行通信。这种判决是以最大化系统吞吐量为目标，以保证用户间公平性为前提，以确保不同业务流的服务质量要求（QoS）为基础的。 分组调度的功能包括：(1) 在分组用户之间共享可用的空中接口资源；(2) 对等待数据传输的用户进行排队，分配调度的优先级；(3) 确定用于每个用户分组数据的传输信道和传输速率；(4) 监视分组分配和系统负载。,Mobile Communication Theory,5.7 无线资源管理技术原理,分组调度器决定比特率和相应的
49、传输时间。分组调度可采用两种方式：码分和时分。 在码分方式下，大量的用户可同时使用一个低速率信道。当用户容量需要增加时，比特速率就要降低。 在时分方式下，在某一时刻所有资源可被分配给一个或少数的几个用户。这样一个用户可在一个非常高的速率下传输。当在时分方式下用户数增加时，每个用户都要等待较长时间来传输,Mobile Communication Theory,5.7 无线资源管理技术原理,无线通信系统的分组调度算法 最经典的调度算法希望解决的是在多个用户争用资源时，如何确定一种服务次序。从理论体系上讲，调度算法应当是排队论的一个分支。广义上的调度可以超出时间概念而泛指对任务、工作、资源等进行适当分配和规划来满足预定的目标，因此可以认为调度与分配的概念在广义上是等价的。,
