第五章 蜂窝组网技术 5.1 移动通信网的基本概念 5.2 频率复用和蜂窝小区 5.3 多址接入技术 5.4 码分多址关键技术 5.5 蜂窝移动通信系统的容量分析 5.6 CDMA系统中的功率控制 5.7 切换、位置更新 5.8 移动通信网结构

5.1 移动通信网的基本概念 学习的内容包括： 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 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

5.1.1 移动通信网络结构 多址接入 空中网络 频率复用和蜂窝小区 切换和位置更新 服务区内各基站的相互连接 地面网络 基站与固定网络

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 频率复用 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

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 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

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 切换和位置管理 一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大 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

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 面状服务覆盖区 簇 小区的覆盖形状 同频干扰 同频相邻小区的找法

带状服务覆盖区 双频组频率配置 三频组频率配置 f 1 2 f 1 2 3

图5－2 蜂窝系统的频率复用和小区面状覆盖图示 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 R D 2 1 3 2 4 2 1 3 1 3 4 2 4 1 3 4 q=D/R=4.6 N=7 图5－2 蜂窝系统的频率复用和小区面状覆盖图示

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

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

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（k<S） 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）

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120º。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 × 6 2 1 5 3 7 4 D J I 图5－3 N=7 频率复用设计示例

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

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

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 为同频复用比例（也称同频干扰因子），一般用Q表示即

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 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。

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5－4 在蜂窝小区中定位同频小区的方法

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）

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)、码分多址(CDMA)及其混合方式等 多址接入方式 建立多址接入时区分信道的依据 频分多址方式（FDMA） 传输信号的载波频率不同 时分多址方式（TDMA） 传输信号存在的时间不同 码分多址方式（CDMA） 传输信号的码型不同 CDMA 信道 1 2 3 N f t c TDMA FDMA 信道3 信道1 信道N 信道2 f t c f t c 信道 2 1 3 N 目前应用的多址方式: 频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)及其混合方式等 图5－5 FDMA、TDMA、CDMA的示意图

5.3.1 频分多址（FDMA）方式 频谱分割原理 主要干扰 特 点

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

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

FDMA的主要干扰 起 因 解决方法 干扰方式 互调干扰 邻道干扰 同频干扰 系统内非线性器件产生的各种组合 频率成份落入本频道接收机通带内 起 因 解决方法 互调干扰 系统内非线性器件产生的各种组合 频率成份落入本频道接收机通带内 选用无互调的 频率集 邻道干扰 相邻波道信号中存在的寄生辐射落 入本频道接收机带内 加大频道间的 隔离度 同频干扰 相邻区群中同信道小区的信号造成的干扰 适当选择频道 干扰因子Q

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失

5.3.2 时分多址（TDMA）方式 工作原理 系统特点

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 MS3 MS1 MS2 BS 时隙 帧 时隙N …… 时隙3 时隙2 时隙1 保护比特 信息数据 同步比特 尾比特 一个TDMA帧 图5－7 TDMA系统工作示意图 图5－8 TDMA帧结构

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

5.3.3 码分多址（CDMA）方式 工作原理 系统特点 存在问题

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 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 MSN MS1 MS2 1 c 2 C N MSC BS 图5－9 CDMA系统工作示意图

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

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，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

CDMA系统存在问题 多址干扰 “远-近”效应 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 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

5.3.4 空分多址（SDMA）方式 通过空间的分割来区别不同的用户 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

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5－10 SCDM系统工作示意图

蜂窝系统中反向链路的困难 反向链路的困难 原因 解决方法 用户端的发射功率必须动态控制 各用户和基站间无线传播路径的不同 采用空分多址方式反向控制用户的空间辐射能量 对用户端发射功率的控制程度受限 发射受到用户单元电池能量的限制

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 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

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

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。

5.4.1 扩频方法 直接序列扩频 跳变频率扩频 扩频方法 跳变时间扩频 宽带线形调频

5.4.1 扩频方法 码分多址复用(CDMA) 功率小，隐蔽性 扩频系统的特点 保密性 抗干扰性强 抗衰落能力强

5.4.2 直扩系统 直接序列调制系统原理框图：

5.4.2 直扩系统 编码 扩频 调制（射频） 发送端 混频 解扩 解调 接收端

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： ，单位为W/Hz。 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。

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。

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 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

5.4.2 直扩系统

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。

基于IS-95标准的码分多址通信系统结构示意图

5.4.3 跳频系统 跳频系统的原理方框图

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

5.4.3 跳频系统 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：

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。 在直接扩频任意选址的通信系统中，对地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。

5.4.2地址码技术 Gold码 m序列 Walsh码

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。

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。右图是一个由三级移位寄存器构成的m序列发生器。

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（1≤k≤n-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 由图可见，当τ=0时，m序列的自相关函数Ra（τ）出现峰值1；当τ偏离0时，相关函数曲线很快下降；当1≤τ≤P-1，相关函数值为-1/P；当时τ=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

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+τ}（ 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：

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。

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，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。

5.4.2 Gold码 Gold序列的特性 当τ=0时自相关函数与m序列相同；当1≤τ≤P-1 时自相关 函数取三个理想的值，即最大旁瓣是。 ◆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τ=0时自相关函数与m序列相同；当1≤τ≤P-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的增加，Gold序列数以2的n次幂增长 。

5.4.2 Gold码 Gold序列的特性 ◆平衡的Gold序列 ◆在WCDMA系统中，下行链路采用Gold码区分小 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 区和用户，上行链路采用Gold码区分用户。

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88的Walsh函数矩阵表示。 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， 是的 补。

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：

5.4.3 扩频码的同步 令 为接收到的伪码， 为本地伪码，分别如下图所示。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

5.4.3 扩频码的同步 扩频码的同步分为： 粗同步 细同步

5.4.3 粗同步 并行相关检测 粗同步的方法 串行相关检测 匹配滤波捕获法

5.4.3 粗同步 并行相关检测捕获系统的示意图

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。

5.4.3 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

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。

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延（相位），使 并保持此状态。 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。

5.4.3 细同步 同步误差检测 检测误差特性

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，

5.4.3 细同步 从图中可以看出，在区间 内，有： 其中K为大于0的常数。 从图中可以看出，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。

5.5 蜂窝移动通信系统容量分析 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 蜂窝系统的无线容量可定义为： 信道/小区 5.5 蜂窝移动通信系统容量分析 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

三种多址接入方式的理论容量 理论上讲各种多址接入方式都有相同的容量

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8~10倍

5.6 CDMA系统中的功率 功率控制概述 功率控制分类 反向链路功率控制 前向链路功率控制 反向功率控制 前向功率控制 开环功率控制 功能 动态的调整发射机的发射功率 地位 CDMA系统的关键技术之一 功率控制的作用 输出功率的限制 反向功率控制 前向功率控制 开环功率控制 闭环功率控制 通信链路的角度 功率控制概述 功率控制分类 功控环路的角度 反向链路功率控制 前向链路功率控制

5.6 干扰来源 CDMA系统的自干扰 反向链路上的“远近效应” 基站远处的用户的信号会被近处用户的信号淹没 多址干扰 扩频码之间的互相关性不为零 干扰受限 干扰对系统的容量的直接影响 反向链路上的“远近效应” 基站远处的用户的信号会被近处用户的信号淹没 前向链路上其他基站和本基站内其他用户的前向信号 移动台位于相邻小区交界处时，收到服务基站的有用信号很低，还会收到相邻小区基站的较强干扰。 无线信道的衰落 慢衰落 地形起伏、大型建筑物以及树林等的阻挡 快衰落 多径传播以及多普勒频移的存在

5.6 功率控制的目的 对接收信号的能量或信噪比进行评估的基础 上，适时补偿无线信道的衰落，来不断调整 发射信号的功率，从而保证一定的通信质量， 又降低对其他用户的干扰，保证系统容量。 当用户的发射功率刚好能够满足所需信噪比的最小值时，系统的容量达到最大值。 使接收端的误帧率（FER）接近一个更高目标值。

5.6.1 反向功率控制 功能 调整移动台的发射功率，使信号到达基站接收机时，信号电平刚刚达到保证通信质量的最小信噪比门限。 作用 克服远近效应，降低干扰，保证系统容量。 反向链路质量 反向链路必须采用大动态范围的功率控制方法，快速补偿迅速变化的信道条件 由于用户的移动性，不同的移动台到基站的距离不同，这导致不同用户之间的路径损耗差别很大。 不同用户的信号所经历的无线信道环境有很大的不同。

5.6.1 前向功率控制 功能：调整基站对每个移动台的发射功率，使信号到达移动台接收机时，信号电平刚刚达到保证通信质量的最小信噪比门限。 对信道衰落较小和解调信噪比较高的移动台分配相对较小的前向发射功率， 对信道衰落较大和解调信噪比较低的移动台分配相对较大的前向发射功率； 作用：降低基站的平均发射功率，减小相邻小区之间的干扰。 前向链路质量

5.6.1 前向链路质量 前向链路的质量远好于反向链路，对功控的要求相对较低。 前向链路所有信道同步发射，而且对于某个移动台来说，前向链路的所有信道所经历的无线环境是相同的。 在前向链路的解调中，干扰主要是相邻小区的干扰和多径引入的干扰。 在理想情况下，移动台解调时，本小区内其它用户的干扰可以通过Walsh码的正交性完全除去。 由于多径的影响，使得Walsh码的正交性受到影响。 移动台可利用基站的导频信道进行相干解调。

5.6.1 开环功率控制 功能 作用 。 开环功率控制 方法 前提 88

5.6.1 开环功率控制的优缺点 优点 缺点 处理快衰落时精度不够 简单易行，不需要在基站和移动台之间交互信息，控制速度快。 对于降低慢衰落的影响比较有效。 缺点 处理快衰落时精度不够 原因：在频分双工的CDMA系统中，前反向链路所占的频段相差45MHz以上，远远大于信号相关带宽，因此前反向链路的快衰落是完全独立和不相关的，会导致在某些时刻出现较大误差。

5.6.1 闭环功率控制 优缺点 方法 优点 基站根据反向链路上移动台的信号强弱，产生功控指令，并通过前向链路将功控指令发送给移动台。 控制精度高，用于通信过程中发射功率的精细调整。 缺点 存在一定时延，当时延 上升时，功率控制性能严重下降。 基站根据反向链路上移动台的信号强弱，产生功控指令，并通过前向链路将功控指令发送给移动台。 然后移动台根据此命令，在开环功控所选择发射功率的基础上，快速校正发射功率。形成控制环路 。

5.6.1 闭环功率控制分类 以反向链路为例 分类 内环（Inner Loop）功控 外环（Outer Loop）功控 调节对象 向移动台发送的功率控制指令 内环门限 比较双方 基站接收到的移动台信噪比与内环门限相比较 误帧率与目标误帧率相比较 方法 使接收信号强度接近闭环门限 高于闭环门限，就向移动台发送“降低发射功率”的功率控制指令； 否则发送“增加发射功率”的功率控制指令。 维持恒定的目标误帧率 当实际接收的FER高于目标值时，则提高内环门限； 否则降低内环门限。

5.6.2 反向链路功率控制 反向开环功率控制 反向闭环功率控制

5.6.2 反向开环功率控制 原因 移动台在接入状态时，还没有分配到前向业务信道（包含功率控制比特），只能通过测量接收功率来估计发送功率。 目的 补偿平均路径损耗以及慢衰落 方法 测量接收到的前向链路总功率，结合已知的一些接入参数，采用一定算法计算得出接入时的发射功率大小。 基本原则是使移动台的发射功率与接收功率成反比。 动态范围 至少应该达到±32dB的动态范围。 计算公式

5.6.2 反向开环功控的分步计算 步骤 1. 刚进入接入状态时 2. 其后的接入探测不断增加发射功率，直至收到确认或者序列结束 3. 移动台接收到确认之后，开始在反向业务信道上发送信号 4. 移动台一旦从前向链路接收到功率控制比特，将开始进行闭环功率控制。

5.6.2 步骤1的计算公式 刚进入接入状态时，移动台发射第一个接入探测: 平均输出功率（dBm）=–平均输入功率（dBm）+ K + NOM_PWR + INIT_PWR 其中： 常数K取值为–73 dBm； NOM_PWR 用于告知移动台基站标称功率的变化信息； INIT_PWR用于调整第一个接入探测的功率。

5.6.2 步骤2的计算公式 其后的接入探测不断增加发射功率，直至收到确认 或者序列结束： 平均输出功率（dBm）=–平均输入功率（dBm）+ K + NOM_PWR + INIT_PWR + 接入探测校正 其中： 接入探测校正 = PWR_LVL×PWR_STEP PWR_LVL是接入探测功率电平调整，单位为PWR_STEP PWR_STEP是连续的两个接入试探之间功率的增加量。

5.6.2 步骤3的计算公式 移动台接收到确认之后，开始在反向业务 信道上发送信号： 平均输出功率（dBm）=–平均输入功率（dBm）+ K + NOM_PWR + INIT_PWR + 接入探测校正之和

5.6.2 步骤4的计算公式 移动台一旦从前向链路接收到功率控制比特， 将开始进行闭环功率控制： 平均输出功率（dBm）=–平均输入功率（dBm）+ K + NOM_PWR + INIT_PWR +接入探测校正之和 +所有闭环功率控制校正之和

如果测量到的反向信道质量低于门限，则命令移动台增加发射功率 如果测量到的反向信道质量高于门限，则命令移动台降低发射功率。 5.6.2 反向闭环功率控制 功率控制比特 功能 作用 基站根据测量到的反向信道的质量，来调整移动台的发射功率。 如果测量到的反向信道质量低于门限，则命令移动台增加发射功率 如果测量到的反向信道质量高于门限，则命令移动台降低发射功率。 反向功率控制的核心： 通过基站，对移动台的开环功率估计进行迅速纠正，而使移动台保持最理想的发射功率。 对反向开环功率控制的不准确性进行弥补的一种有效手段，需要基站和移动台的共同参与。 在开环功控的基础上，能提供±24 dB的动态范围。 功率控制比特

使移动台业务信道的信噪比尽可能接近目标值 5.6.2 反向闭环功控的分类 分类 目的 位置 方 法 内环功率控制 使移动台业务信道的信噪比尽可能接近目标值 基站(BTS) 测量反向业务信道的Eb/Nt，将测量的结果与目标相比较。 如果实测的Eb/Nt小于目标值，命令移动台增加功率；否则命令移动台降低功率。 外环功率控制 对指定的移动台调整其的目标值 基站 控制器(BSC) 测量反向信道误帧率（FER)，将测量的结果与目标FER相比较。 如果实测的FER超过目标值，则命令提高内环功控的Eb/Nt目标值；否则命令降低内环功控的Eb/Nt目标值。

5.6.2 反向闭环功控图示 外环功控通过动态调整内环功控中信噪比的目标值，来维持恒定的目标误帧率，以适应无线环境的变化，保证一定的通信质量。 同时使用外环功控和内环功控，可以 保证有足够的信号能量，使接收机能在容许的错误概率情况下解调信号 将对其他用户的干扰降至最低。 其它信息 反向业务信道 帧质量信息 设置目标Eb/Nt 实际的Eb/Nt 确定功率 控制比特 频率为800Hz 内环（Inner Loop） 功率控制 外环（Outer Loop） 反向闭环功率控制

5.6.2 反向闭环功控流程 基站测量所有移动台反向业务信道的Eb/Nt ，测量周期为1.25ms（一个功率控制组）。 移动台接收前向业务信道后，从中抽取功率控制比特，进而对反向业务信道的发射功率进行调整。 注：其中包括“移动台禁用”的情况

5.6.2 反向闭环功控流程图 外环功控 内环功控 （每20ms） （每1.25ms） 反向闭环功控流程 > 初始化 E /N b /N t 目标值为（Eb/Nt）nom 在PCG中测量 测量值 > 目标值 命令移动台 将功率升高 1 dB 将功率降低 1dB 指令的次数 门限值 向移动台发送 锁定指令消息 接收一个帧 计算新的 否 是 内环功控 （每1.25ms） 外环功控 （每20ms） 反向闭环功控流程

5.6.3 前向链路功率控制 目的 性能 功能 在保证一定通信质量的前提下，尽量减少业务信道的发射功率，从而降低干扰。 基站根据移动台提供的测量结果（前向链路误帧率的反馈报告），调整对每个移动台的发射功率。 前向链路的质量远好于反向链路 性能 功能 前向链路对功率控制动态范围的要求比较低

5.6.3 前向链路功控的过程

5.7 切换 定义 过程 分类 要求 1链路监视和测量 2目标小区的确定和 切换触发（切换决策） 3切换执行 硬切换 软切换 切换（Handoff，HO）是指移动台在通信期间，由于位置发生改变，而改变与网络的连接关系的过程，也称越区切换。 1链路监视和测量 2目标小区的确定和 切换触发（切换决策） 3切换执行 分类 对用户来说是透明的，处理频率适中 硬切换 软切换 要求

5.7 硬切换（Hard Handoff，HHO） 特点 先断后通：在新链路建立前，先中断旧链路。 在整个切换过程中移动台只能使用一个无线信道。 存在短期通话中断。 有掉话的可能。 系统 模拟系统和TDMA系统（如GSM系统） 原因：采用不同频率的小区之间只能采用硬切换 缺点 失败率较高 “乒乓效应” 统计结果 无线信道上90%的掉话是在切换过程中发生的。

5.7 软切换（Soft Handoff，SHO） 优缺点 提高切换成功率 硬件设备的增加 增加系统容量 优点 缺点 占用更多的资源 提高通信质量 系统 地位 CDMA蜂窝移动通信系统所独有 软切换是指需要切换时，移动台先与目标 基站建立通信链路，再切断与原基站之间 的通信链路的切换方式，即先通后断 CDMA系统特有的关键技术之一

5.7 软切换的基本过程 软切换只有在使用相同频率的小区之间才能进行； 移动台与原小区基站台保持通信链路的同时，与新的目标小区（一个或多个小区）的基站台建立通信链路。 过程： 1、链路监视和测量 2、目标小区的确定和切换触发 3、切换执行 Play

5.7 更软切换 （Softer Handoff） 软切换中还包括更软切换。 与软切换的区别： 软切换通常指不同小区之间进行的软切换。 更软切换是指在同一个小区的不同扇区之间进行的软切换。 在软切换过程中，会同时占用两个基站的信道单元和WALSH码资源，通常在基站控制器（BSC）完成前向链路帧的复制和反向链路帧的选择。 更软切换则不用占用新的信道单元，只需要在新扇区分配WALSH码，从基站送到BSC的只是一路话音信号。

5.7 导频集合 区分 当基站的导频信道使用同一个频率时，则它们只能由PN序列的不同相位来区分。 类型 激活集 （有效集） 与分配给移动台的前向业务信道相对应的导频，基站与移动台之间已经建立了通信链路。 候选集 已经有足够的强度，表明与该导频相对应的前向业务信道可以被成功解调。 相邻集 有可能进入候选集的导频集合。 剩余集 除了上述三种导频集，所有可能的导频组成的集合。

5.7 导频的搜索与测量 原因 过程 影响因素 搜索窗口 测量频率 搜索顺序

剩余集中PN序列偏置为PILOT_INC整数倍的导频 5.7 搜索窗口的类型 类型 跟踪导频类型 中心的设置 尺寸 SRCH_WIN_A 激活集 候选集 收到的第一个多径分量附近 根据预测的传播环境来设置 SRCH_WIN_N 相邻集 导频PN序列的相位偏移处 >SRCH_WIN_A的尺寸 根据服务基站与相邻基站之间的距离来设置 SRCH_WIN_R 剩余集中PN序列偏置为PILOT_INC整数倍的导频 至少与SRCH_WIN_N一样大 三个参数都在寻呼信道的系统参数消息中发送。 窗口大小的设置是网络优化的重要内容 。

5.7 导频的搜索与测量过程 移动台在给定的搜索窗口内，合并计算导频所有可用多径分量的Ec /I0 ，并以此值作为该导频的信号强度。 Ec 指一个码片（chip）的能量 I0 指接收信号总的功率谱密度（包括有用信号、噪声以及干扰）。 移动台测量每一个导频信号的到达时间T并把结果报告给基站。 导频的到达时间是指该导频最早可用多径分量到达移动台天线连接器的时间，其单位为chip，并与移动台的时间参考有关。

5.7 导频搜索的顺序 搜索激活集和候选集 否 是否完成 是 搜索相邻集 否 是否完成 是 搜索剩余集 导频搜索顺序

5.7 控制参数 控制参数 名称 功能 设置时的注意事项 T_ADD 导频检测门限 向候选集和激活集中加入导频 设置太低会使软切换的比例过高，造成资源浪费； 设置太高会导致建立切换之前话音质量太差。 T_DROP 导频去掉门限 从候选集和激活集中删除导频 既要及时去掉不可用的导频，又不能很快地删除有用的导频。 如果T_ADD和T_DROP值相差太近，而且T_TDROP的值太小会造成信令的频繁发送。 T_COMP 候选集导频与激活集导频的比较门限 候选集导频与激活集导频相比，超过该门限时，会触发导频强度测量消息 设置太小，激活集和候选集导频一系列的强度变化会引发移动台不断地发送导频强度测量消息; 设置太大，会对切换引入很大时延。 T_TDROP 切换去掉计时器 激活集和候选导频的强度与T_DROP相比，决定是否启动计时器 下限值是建立软切换所需要的时间， 以防止由信号的抖动所产生的频繁 切换（乒乓效应）。

5.7 IS-95系统中的软切换流程 搜索所有导频并测量它们的强度EC /I0。基站向移动台发送切换指示消息HDM，指示移动台开始切换。 导频加入过程 搜索所有导频并测量它们的强度EC /I0。基站向移动台发送切换指示消息HDM，指示移动台开始切换。 移动台收到HDM，将该导频加入激活集，并向基站发送切换完成消息HCM 。 随着移动台的移动，导频强度低于T_DROP时，移动台启动相对应的切换去掉计时器T_TDROP。 计时器到时，移动台向两基站发送导频强度测量消息。 基站向移动台发送切换指示消息HDM。 移动台将该导频从激活集移至相邻集，并且向基站发送切换完成消息HCM。 导频去掉过程

5.7 IS-95系统中的软切换流程图 IS-95软切换过程 T_DROP T_ADD (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 相邻集 候选集 激活集 导频 强度 时间 IS-95软切换过程

5.7 比较门限参数T_COMP的使用 方法 只有当候选集中的某个导频的强度超过激活集中导频时，移动台才会向基站发送导频强度测量消息。 目的 防止激活集和候选集中导频强度的顺序发生小的变化时，移动台频繁发送导频强度测量消息。

T_COMP触发的导频强度测量消息（IS-95） T_COMP× 0.5dB 导频 强度 时间 T0 T_ADD 导频1 导频2 导频3 导频1和导频2为激活集中的导频。 导频3为候选集中的导频。 强度分别用P1、P2、P3 （单位为dB）来表示。 各时刻发送的消息如下 T1 T2 T_COMP触发的导频强度测量消息（IS-95） T0： ， 移动台发送PSMM。 T1： ，移动台发送PSMM。 T2： ，移动台发送PSMM。

5.7 位置更新 位置管理任务：位置登记和呼叫传递。位置登记的步骤是在移动台的实时位置信息已知的情况下，更新位置数据库和认证移动台。呼叫传递的步骤是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。 与上述两个问题紧密相关的两个问题是：位置更新和寻呼。 位置更新（Location Update） ： 移动台如何发现位置变化以及何时报告它的当前位置。 寻呼（Paging） ：如何有效地确定移动台当前处于哪一个小区。

5.8 移动通信网络结构 移动通信网的基本组成

5.8 移动通信网络结构 GPRS网络结构

5.8 移动通信网络结构 cdma20001x网络结构

5.8 移动通信网络结构 R99 3G网络结构图

5.8 移动通信网络结构 移动软交换网络结构图