1、第4章 蜂窝移动通信的组网技术,4.1 频率资源的管理与有效利用技术 4.2 区域覆盖与网络结构 4.3 蜂窝移动通信的多址接入技术 4.4 多址方式与系统容量 4.5 蜂窝移动通信的交换技术 4.6 蜂窝移动通信的信令技术 4.7 蜂窝移动通信网的连接 习题,4.1 频率资源的管理与有效利用技术,4.1.1 频率资源的管理频率是一种特殊资源， 它并不是取之不尽的。 与别的资源相比， 它有一些特殊的性质， 例如： 无线电频率资源不是消耗性的， 用户只是在某一空间和时间内占用， 用完之后依然存在， 不使用或使用不当都是浪费； 电波传播不分地区与国界； 它具有时间、 空间和频率的三维性， 可以从这
2、三方面实施其有效利用， 提高其利用率； 它在空间传播时容易受到来自大自然和人为的各种噪声和干扰的污染。,4.1.2 频率的有效利用技术频率的有效利用就是从时间域、 空间域和频率域这三个方面采用多种技术， 以设法提高频率的利用率。 1. 时间域的频率有效利用在某一地区， 如果某一用户固定占用了某一信道， 但事实上它不可能占用全部时间。 在该用户空闲的时间内， 任何其它用户都无法再使用这个信道， 只能让它闲置着， 这是很大的浪费。,2. 空间域的频率有效利用在某一地区(空间)使用了某一频率之后， 只要能控制电波辐射的方向和功率， 在相隔一定距离的另一地区可以重复使用这一频率， 这就是频率复用。 蜂
3、窝移动通信网就是根据这一概念组成的。 在频率复用的情况下， 会有若干电台使用同一频率。,3. 频率域的频率有效利用频率域的频率有效利用有两种方法： 信道的窄带化和宽带多址技术。信道窄带化的方法从基带方面考虑可采用频带压缩技术， 如低速率语音编码等； 从射频调制频带方面考虑可采用各种窄带调制技术， 如窄带和超窄带调频、插入导频振幅压扩单边带调制以及各种窄带数字调制技术。应用窄带化技术减小信道间隔后， 可在有限的频段内设置更多的信道， 从而提高频率的利用率。,宽带多址技术有频分多址(FDMA， 即在频率域上划分信道)， 每一用户占用一定的频带、 时分多址(TDMA)、 码分多址(CDMA)以及它们
4、的组合等。 综上所述， 频率的有效利用技术如表4 - 1所列。,表 4 - 1 频率的有效利用技术,频率有效利用的评价准则是频率利用率。 它定义为,(频率利用率)=,通信业务量,使用频谱空间的大小,通信业务量以话务量A表示， 则,4.1.3 多信道共用技术1. 多信道共用的概念多信道共用， 就是多个无线信道为许多移动台所共用， 或者说， 网内大量用户共享若干无线信道。 这与有线用户共享中继线的概念相似， 目的也是为了提高信道利用率。 我们先看下面三种不同方案组成的三个系统。,方案一： 一个移动台配置一个无线信道。 方案二： 88 个移动台， 配 8 个信道。 方案三： 88 个移动台， 8 个
5、信道， 但移动台不分组， 即这8个信道同属于这88个移动台。,2. 多信道共用的特点1) 呼叫话务量与忙时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。 其性质如同客流量， 具有随机性， 只能用统计方法获取。 所谓呼叫话务量， 是指单位时间(一小时)内的平均电话交换量， 可用下面关系式表示 ACt0 (4 - 1),图 4 - 1 我国话务量日分布图,图 4 - 2 广东某市的蜂窝网日话务量分布图,用户忙时话务量是指一天中最忙的那个小时(即“忙时”之意)， 每个用户的平均话务量， 用AB来表示。 AB是一个统计平均值。 同时， 将忙时话务量与全日话务量之比称为集中系数， 用K表示。 因
6、为 K反映了这个通信系统“忙时”的集中程度， 即忙时话务量在全天话务量中所占的比例。 通常， K为7%15。 这样， 我们便可以得到每个用户忙时话务量的表达式,(4 - 2),2) 容量 在多信道共用时， 容量有两种表示法。 系统所能容纳的用户数(M),(4 - 3),每个信道所能容纳的用户数(m),(4 - 4),3) 呼损率M个用户共用n个信道时， 由于用户数远大于信道数， 即Mn， 因此， 会出现超过n个用户同时要求通话而信道数不足的情况。 这时， 只能保证n个用户通话。 而另一部分用户虽然发出呼叫， 但因无信道而不能通话， 称为呼叫失败。 在一个通信系统中， 呼叫失败的概率称为呼叫损失
7、概率， 简称呼损率， 记为B。,设A为呼叫成功而接通电话的话务量， 简称完成话务量。 C0为 1 小时内呼叫成功而通话的次数， t0为每次呼叫平均占用信道的时间， 则完成话务量为,(4 - 5),(4- 6),于是呼损率为,如果呼叫具有下列性质： 每次呼叫相互独立， 互不相关， 即呼叫具有随机性； 每次呼叫在时间上都有相同的概率； 每个用户选用无线信道是任意的， 且是等概的。 则呼损率可按下式计算：,(4 - 7),这就是电话工程中的第一爱尔兰公式， 也称爱尔兰B公式。 它以解析式的形式反映了系统呼损率(B)、 信道数(n)和总话务量(A)三者的关系。 通过计算可得出目前话务工程计算中广泛使用
8、的爱尔兰呼损表， 如表 4 2(略)所示。,(1) 严格地说， 移动通信系统并不完全满足推导此公式的三个前提条件， 尤其是在小话务量时偏差较大。 但是， 作为一般的估算， 这个公式及其损失概率表还是可用的。 因此，它在移动通信工程中一直被广泛地使用。,(2) 表中的A是损失制的总话务量， 它由完成话务量和损失话务量两部分组成。 从该表所给出的数据可以清楚地看出： 当呼损率一定的条件下， 总话务量A随信道数n的增加而增加； 而在信道数n一定的条件下， 总话务量随呼损率B的增加而增加。,3. 信道利用率多信道共用时， 信道利用率是指每个信道平均完成的话务量。 因此,(4 - 8),从图4 - 3可
9、以看出， 采用多信道共用， 信道的利用率有明显的提高， 但是， 当共用信道数超过 10 个后， 信道利用率曲线将趋向平缓。,图 4 - 3 共用信道数与其信道的利用率的关系,4. 举例设每个用户的忙时话务量AB=0.01Erl， 呼损率B=10， 现有8个无线信道，采用两种不同技术， 即多信道共用和单信道共用组成的两个系统， 试分别计算它们的容量和利用率。,图 4 - 4 无线电信道转换效应,图4 - 4的先决条件是每个移动台忙时话务量为0.01 Erl。 当忙时话务量不是0.01 Erl时， 虽不可直接利用此曲线， 但可间接使用这个曲线。 因为知道B和n后， 可以利用图4 - 4查出m。 根
10、据式(4 - 4),将m、 n和AB(=0.01 Erl)代入上式就可求出总话务量A。 根据爱尔兰B公式， 总话务量A仅取决于B和n， 与忙时话务量无关。 因此， 仅当忙时话务量由AB-0.01 Erl变成AB时， 每个信道所能容纳的移动台数(记为m)，可由下式求得,(4 - 9),5. 空闲信道的选取1) 专用呼叫信道方式 这种方式是在网中设置专门的呼叫信道， 专用于处理用户的呼叫， 向用户发出选呼， 指定通信用的语音信道等。,2) 标明空闲信道方式标明空闲信道方式可分为“循环定位”、 “循环不定位”、 “标明多个空闲信道的循环分散定位”和“标明多个空闲信道的循环不定位”等多种方法。 (1) 循环定位。 这种方式不设置专门的呼叫信道， 所有的信道都可供通话， 选择呼叫与通话可在同一信道上进行。,
