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本章学习重点和要求蜂窝概念是解决频率资源不足和用户容量不断增加问题的一个重大技术。
它能在有限的频谱上为更多的用户服务,而不需要做技术上的重大修改。
蜂窝的概念是一个系统级的概念,其思想是用许多小功率的发射机来代替单个的大功率发射机,每一个小的覆盖区只提供服务范围内的一小部分覆盖.每个基站分配整个系统可用信道中的一小部分,相邻基站则分配另外一些不同的信道,这样所有的可用信道就分配给了相对较小数目的相邻的基站.给相邻的基站分配不同的信道组,基站之间及在它们控制之下的用户之间的干扰最小.通过分隔整个系统的基站及它们的信道组,可用信道可以在整个系统的地理区域内分配,而且尽可能的复用,只要基站之间的同频干扰低于可接受水平。
随着服务需求的增长,基站的数目可能会增加从而提供额外的容量,但没有增加额外的频率.此外,蜂窝概念允许在一个国家或一块大陆内,每一个用户设备都做成使用同样一组信道,这样任何的移动终端都可以在该区域内的任何地方使用。
本章着重介绍了关于蜂窝的概念，包括频率复用，切换策略，干扰与系统容量，中继和服务等级等概念。
学完本章后，要求：理解关于蜂窝的概念。
了解频率复用的概念以及频率复用的模型。
理解信道分配策略以及切换策略。
其中包括切换策略中优先切换的概念和实际切换中需要注意的事项。
理解干扰与系统容量之间的关系，了解如何在实际系统中用功率控制减少干扰以提高系统容量。
了解中继和服务等级的概念，掌握中继理论，了解中继系统的分类。
了解各种提高系统容量的方法。
第一节关于蜂窝的概念概述蜂窝概念是解决频率不足和用户容量问题的一个重大突破.它能在有限的频谱上提供非常大的容量,而不需要做技术上的重大修改.蜂窝的概念是一个系统级的概念,其思想是用许多小功率的发射机来代替单个的大功率发射机,每一个小的覆盖区只提供服务范围内的一小部分覆盖.每个基站分配整个系统可用信道中的一小部分,相邻基站则分配另外一些不同的信道,这样所有的可用信道就分配给了相对较小数目的相邻的基站.给相邻的基站分配不同的信道组,基站之间及在它们控制之下的用户之间的干扰最小.通过分隔整个系统的基站及它们的信道组,可用信道可以在整个系统的地理区域内分配,而且尽可能的复用,只要基站之间的同频干扰低于可接受水平.频率复用意味着在一个给定的覆盖区域内,存在着许多使用同一组频率的小区.这些小区叫做同频小区.这些同频小区之间的信号干扰叫做同频干扰.不像热噪声那样可以通过增大信噪比(SNR)来克服,同频干扰不能简单的通过增大发射机的发射功率来克服.这是因为增大发射功率会增大对相邻同频小区的干扰.为了减小同频干扰,同频小区必须在物理上隔开一个最小的距离,为传播提供充分的隔离.如果每个小区的大小都差不多,基站也都发射相同的功率,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的中心之间距离(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.参数Q叫做同频复用比例,与簇的大小有关(见表2.1).对于六边形系统来说,Q可表示为:Q=D/R= (2.4)Q的值越小,则容量越大;但是Q值大可以提高传播质量,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.随着服务需求的增长,基站的数目可能会增加从而提供额外的容量,但没有增加额外的频率.此外,蜂窝概念允许在一个国家或一块大陆内,每一个用户设备都做成使用同样一组信道,这样任何的移动终端都可以在该区域内的任何地方使用.频率复用1.频率复用的概念蜂窝无线系统依赖于整个覆盖区域内信道的智能分配和复用.基站天线设计师要做到能获得某一定小区内期望的覆盖.通过将覆盖范围限制在小区边界以内,相同的信道组就可以覆盖不同的小区,只要这些小区两两相隔的距离足够远,使得相互间的干扰水平在可接受的范围之内.为整个系统中的所有基站选择和分配信道组的设计过程叫频率复用或频率规划。
第二章蜂窝移动通信系统第二章蜂窝移动通信系统2·1 系统概述蜂窝移动通信系统是一种广泛应用于移动通信领域的通信系统。
它由多个小区组成，每个小区都由一个基站负责覆盖和管理通信。
蜂窝移动通信系统提供了可靠的语音和数据传输服务，使得用户可以随时随地进行通信。
2·1·1 系统结构蜂窝移动通信系统包括无线网络和核心网络两部分。
无线网络由基站和无线终端设备组成，负责无线信号的传输和接收。
核心网络则提供了与其他通信网络和服务的连接，以及用户身份认证、信息交换等功能。
2·1·2 系统频段蜂窝移动通信系统使用了多个频段进行通信，常见的频段包括800MHz、900MHz、1800MHz、2100MHz等。
不同频段具有不同的传输能力和覆盖范围，可以根据实际需求进行选择。
2·2 基站基站是蜂窝移动通信系统中的重要组成部分，负责无线信号的发射和接收。
基站通常由天线、发射机、接收机等设备组成。
2·2·1 射频覆盖基站通过发射射频信号来覆盖小区内的区域。
射频覆盖是基站的核心功能之一，它能够实现信号的广播和接收，保证用户能够在小区内稳定地进行通信。
2·2·2 基站选择在蜂窝移动通信系统中，基站的选择对网络性能和用户体验有着重要影响。
基站的选择通常基于信号强度、干扰情况以及其他网络指标等因素。
2·3 无线终端设备无线终端设备是蜂窝移动通信系统中用户使用的设备，包括方式、平板电脑、调频无线电等。
无线终端设备通过无线信号与基站进行通信，实现语音和数据的传输。
2·3·1 方式无线通信方式是最常见的无线终端设备，它通过无线信号与基站进行通信。
方式可以实现语音通话、短信发送和接收、上网浏览等功能。
2·3·2 平板电脑无线通信平板电脑也是常见的无线终端设备，它具有更大的屏幕和更强大的计算能力，可以实现更丰富的应用，如视频通话、游戏等。
MS2MS1无线通信的基本概念¡基站（Base Station,BS）l移动通信系统中用于和移动台进行无线电通信的固定通讯站¡移动台（Mobile Station,MS）又称移动设备、移动终端l用于可在未指定的位置移动，并提供蜂窝无线服务的电台用户、收发信机¡用户(Subscriber)l支付订购移动通信服务的个人或团体等. ¡收发信机(Transceiver)l发射机(Transmitter)+接收机(Receiver) l可同时发射和接收无线电信号的设备.移动交换中心& 移动电话交换局¡移动交换中心(Mobile Switching Center, MSC)¡移动电话交换局(Mobile Telephone Switching Office, MTSO)¡交换中心协调管理一片大服务区内的呼叫路由.¡MSC协调管理所有基站BS，并把整个蜂窝系统连接到公共电话交换网(PSTN).l一个典型的MSC一次可同时处理100,000个蜂窝用户和5,000组通话, 并完成系统维护功能.切换(Handoff/Handover)¡Handoff(强调结果)/Handover(强调过程) l将一个移动台从一个信道或基站转换到另外一个信道或基站的过程.¡硬切换(Hard Handoff)¡软切换(Soft Handoff)漫游¡漫游者(Roamer)l在未订购服务的服务区(市场)工作的移动台.¡漫游Roamingl漫游过程双工(Duplex)¡移动无线传输系统可以分类为l单工、半双工、全双工.¡单工系统l仅提供单向通信的通信系统.¡全双工系统l能同时提供双向通信的通信系统.¡半双工系统l能同时提供双向通信的通信系统，但某一时刻，用户只允许收或发.频分双工(Frequency DivisionDuplexing, FDD)¡允许在用户与基站间同时进行无线电的发射与接收，且只需提供2个同时运作但分离的信道.l在基站，分离的发射与接收天线可以提供这样2个分离的信道.l在移动台，采用双工设备实现同时发射与接收.l注意：必须将发射与接收频率之间，间隔5%的实际射频带宽.如RF: 800MHz*5%=40MHz.时分双工(Time Division Duplexing, TDD)¡时分双工采用了单一无线电信道可以在时间上共享的事实, 即一部分时间可用于传输基站BS到移动台MS的信号，而剩下的时间可用于传输移动台MS到基站BS的信号.¡TDD仅可用于数字传输模式和数字调制，且其对时间非常敏感.¡注意：物理覆盖距离相对于常规蜂窝电话系统的通话距离要小的多.FDMA、TDMA、CDMA、SDMA¡频分多址FDMA (Frequency Division Multiple Access) 通过单独划分不同信道（频率）区分用户.¡时分多址TDMA (Time Division Multiple Access) 通过划分不同的时间片来区分用户.¡码分多址CDMA (Code Division Multiple Access)通过划分不同的码片来区分用户¡空分多址SDMA (Space Division Multiple Access)通过划分不同的空间来区分用户¡FDMA、TDMA、CDMA 、SDMA是无线通信系统中用于共享可用带宽的四类主要接入技术.多(混合)接入技术Multiple Access Techniques¡AMPS FDMA/FDD ¡CT2 无绳电话FDMA/TDD ¡全球移动电话系统GSM TDMA/FDD ¡“小灵通”PHS TDMA/TDD ¡IS-95 CDMA CDMA/FDD ¡W-CDMA CDMA/FDD ¡CDMA2000 CDMA/FDD ¡TD-SCDMA CDMA/TDD控制信道/前向信道/反向信道¡控制信道用于传输所有的呼叫建立，呼叫请求，呼叫初始化和其它信号量和控制目的信号的无线信道.¡前向信道(下行链路：BS至MS）用于传输基站到移动台信息的无线信道.¡反向信道(上行链路：MS至BS）用于传输移动台到基站信息的无线信道.频率复用与频率规划¡频率复用:l在同一个系统中，为所有的蜂窝基站选择与分配信道群的设计过程.l在相邻小区的基站所分配的信道群包含了完全不同于其邻居小区基站的信道.l通过限制覆盖区在一个小区范围内, 相同的信道群可用于分配给不同的具有足够大间隔而保证干扰程度在可忍受限制下的不同小区.蜂窝通信概念图3.1的评价¡图3.1 描述了频率复用的概念, 标记相同字母的小区，采用了相同的信道群.¡图3.1 所示的小区六边形外形是每个基站无线覆盖的简化模型, 但其被广泛采用，因为在蜂窝系统中的六边形很容易管理与分析.¡图中7个小区组成一个小区簇，簇大小N=7，频率复用因子1/7，每个小区可用信道总数的1/7为何采用六边形?而不采用圆?¡采用圆来表示基站的覆盖显得很自然。
蜂窝移动通信系统的设计与实现在当今的信息社会中，移动通信作为一项绝对必备的技术，已经越来越成为人们日常生活中的重要组成部分。
作为全球通信系统的标志，蜂窝移动通信系统的发展和应用，不仅改变了人们通信方式的方式，同时也推动了通信技术的不断进步和创新。
本文将对蜂窝移动通信系统的基本理论、设计方法、实现过程和优化策略进行深入剖析和探讨。
一、蜂窝移动通信系统的基本理论蜂窝移动通信系统是一种基于移动通信原理的无线通信系统，其核心基础是无线频率复用技术。
它是由一个基站和众多的用户终端组成，用户可以在一定的范围内自由移动，实现语音通话、文字传输、多媒体信息传递及数据通信等功能。
网络分层结构大致分为无线侧和网侧两部分，其中无线侧实现了终端与基站之间无线信号的传输，网侧则实现了终端之间的数据交互及中转。
二、蜂窝移动通信系统的设计方法在蜂窝移动通信系统的设计中，主要需考虑的因素包括信号传输覆盖面积、基站和终端数量、频率复用和干扰等。
其设计方法基于信道分配、路由选择、网络规划及无线传输等技术原理，需要综合考虑信噪比、抗干扰、传输速率、拥塞控制及安全性等方面进行分析和确定。
1. 动态频率分配动态频率分配技术是为了提高频率的利用效率而设计，通过自动分配信道，避免了不同用户之间的频率冲突和干扰，实现更加高效和快速的数据传输。
2. 基站分簇在实际应用中，考虑到基站的数量和投入成本，可以对基站进行分簇配置，利用覆盖面积重叠和信号传输效应，实现资源优化和经济高效的通信网络构建。
3. 路由优化针对通信路径和网络流量等复杂环境下的数据交互问题，可以通过路由优化技术，实现网络通信的快速流动和高效运行，提高网络的可靠性与稳定性。
三、蜂窝移动通信系统的实现蜂窝移动通信系统的实现需要通过软件和硬件的协同作用来完善。
其中，硬件部分主要包括发射和接收设备、网络传输设备、天线等；软件部分则包括各类网络协议、路由算法、频率分配方案和信号处理等一系列问题。
