1、第一章 蜂窝通信原理1 of 18 第一章蜂窝通信原理第一章 蜂窝通信原理2 of 18蜂窝通信原理概述蜂窝电话系统用于为移动台 MS（Mobile Station）与公共电话系统之间，或者和另一个蜂窝系统的移动台之间建立连接。移动台 MS 与蜂窝网络之间的信息通过无线电波传送，这样省去了传统电话中的电话线，因此，移动用户可以自由移动，比如在车上，或步行。蜂窝通信的优点蜂窝电话网络与“陆地”电话网络相比，有许多优点，不仅对于移动用户，对 于网络运营商来说也是一样的。第一章 蜂窝通信原理3 of 18 概述对于移动用户的优点移动性灵活性便利性对于网络运营商的优点易于扩容高收益率频谱利用率高易于重
2、新配置第一章 蜂窝通信原理4 of 18网络组成GSM（Global System for Mobile Communications, 全球移动通讯系统）网络包括移动业务交换中心 MSC（Mobile Services Switching Centres），基站系统 BSS（Base Station System），以及移动台 MS（Mobile Station）。这三种网络实体各自都还可以划分成更小的实体，比如在 BSS 中有基站控制器 BSC（Base Station Controller），基站收发信台 BTS（Base Transceiver Station）和压缩编码器 XCDR（
3、Transcoder）。对于这些更小的网络实体，在后面将会具体讨论到。在 MSC，BSS 和 MS 组成的蜂窝系统中，移动用户可以发起呼叫，接收呼叫，系统会相 应的计费，就如同一般的 PSTN（公用电话交换网）网络能完成的功能一样。唯一存在的问题是，MS 只能同其它的 MS 之间进行呼叫，为了使移动台也能与市话用户之间进行呼叫，所以有必要把 GSM 网络连到 PSTN。蜂窝网络中的移动台处在“小区”中，这些小区由 BSS 提供，每个 BSS 能提供一个或多个小区，这取决于厂商的设备。小区一般被画作六边形，但实际上小区是不规则形状，这主要是受周围地形干扰的影响或是取决于网络规划者的设计。图示的小
4、区覆盖实际的小区覆盖第一章 蜂窝通信原理5 of 18 网络组成PSTNBSSMSBSSMSBSSMSBSSMSBSSMSBSSMSMSCPSTNMSCBSS(Public Switched Telephone Network) 公众交换电话网(Mobile service Switching Centre) 移动业务交换中心(Base Station System) 基站系统(Cell Coverage Area) 小区覆盖区域(Mobile Station) 移动台MS第一章 蜂窝通信原理6 of 18频谱简介频谱非常拥挤，只有很窄的带宽分配给了蜂窝通信。对面列出了分配给 GSM，EGSM
5、（Extended GSM），GSM1800（DCS1800）及PCS1800 的频谱一个绝对无线频率信道编号 ARFCN（Absolute Radio Frequency Number）或 RF 载频实际是指一 对频率，一个用于 发射，一个用于接收，这样可以双向的传送信息。发射、接收频率之间的频率间隔称为双工间隔，GSM900 和 EGSM900 的双工间隔是45MHz，DCS1800 的双工间隔是 95MHz，PCS1900 的双工间隔是80MHz，GSM 网络中每个小区至少要分配一个 ARFCN，当然也可以分配多个 ARFCN 用来提供更大的容量。每个 GSM RF 载频支持 8 个 T
6、DMA（Time Division Multiple Access）时隙，所以理论上说每个 RF 载频可以同时支持 8 个电话呼叫， 在以后的 课程中我们将可以看到，尽管这种理论上的情况是可能实现的，但 实际上系统还需要传信令，所以一个 RF 载频可能同时只能支持六个到七个电话呼叫，减少了能支持的移动台数。GSM 网络不同于 PSTN 网络，在 PSTN 网络中，每部电话都是通过一对固定的电话线连到陆地网络，但在 GSM 网络中，MS 通过无线接口连接到网络，所以很容易理解：一个 RF 载频可以支持远多于 8 个移动 用户。经过统计 ，一个 RF 载频可以支持 15，20，甚至 25个移动用户
7、。显然由于资源限制,这些移动用户不能同时发起呼叫，但一般他们也不会同时发起呼叫，所以多个移动用户可以在不同的时间使用相同的物理资源。第一章 蜂窝通信原理7 of 18 频率范围GSM 900接收(上行）890-915MHz发射(下行)935-960MHz225MHz 带宽124 个独立无线频率信道 ARFCN(Absolute Radio Frequency Channels) ；频点号从 1 到 124EGSM 900接收(上行）880-915MHz发射(下行)925-960MHz174 个独立无线频率信道 ARFCN(Absolute Radio Frequency Channels)GS
8、M 1800(DCS1800)接收(上行）1710-1785MHz发射(下行)1805-1880MHz275MHz 带宽374 个独立无线频率信道 ARFCN(Absolute Radio Frequency Channels)；频点号从 512 到 885PCS 1900接收(上行）1850-1910MHz发射(下行)1930-1990MHz299 个独立无线频率信道 ARFCN(Absolute Radio Frequency Channels)ARFCN 无线频率信道编号带宽间隔 200KHz第一章 蜂窝通信原理8 of 18每个频点采用 TDMA 方式8 个 TDMS 时隙，即 8 个
9、信道小区的大小一个区域内的小区数取决于该区域内的移动用户数及该区域的地形（山、湖、建筑物等）。大的小区GSM 最大的小区直径达 80km，但这 和小区覆盖区域的地形及 MS 的功率级有关。在 GSM 系统中，MS 的发射功率可达 8w，显然 MS 的发射功率越高，小区可以越大。如果基站设在山上，而且周围没有什么障碍物，无线电波可以传得很远。如果基站设在城市中间，周围高的建筑物会阻挡无线电波的传播路径。大的小区一般用在：偏远地区海边用户很少的区域面积大但需要用最少的基站覆盖的地方小的小区小的小区用在 MS 数多的小区域，或者为了减小干扰而要求发射功率低的区域。小的小区一般覆盖直径为 200m 以
10、上。小的小区一般用在：城区要求低功率发射的区域MS 数多的区域不同大小的小区混合使用选择使用什么样的小区没有唯一方案。网络运营商希望使用大的小区，减少安装维护费用，但又必须为用户保证服务质量，他们必须考虑到多种因素，比如地形，要求的发射功率，MS 数等，这样会不可避免的将不同大小的小区混合使用。第一章 蜂窝通信原理9 of 18 小区的大小最大 6070 km大的小区小的小区第一章 蜂窝通信原理10 of 18频率复用标准 GSM 共有 124 个频点可用，大多数的网 络运营商并不能使用所有这频点，而只能使用这 124 个频点中的一部分。例如：某网络运营商分配了 48 个频点，需要用这些 频点
11、覆盖一个很大的区域，如英国。由前面可知，最大的小区其直径约为 70km，显然这 48 个频点无法覆盖整个英国。为解决频率受限的问题，网络运营商必须将同一个频率重复使用，这就称为“频率复用”。网络规划者在做频率复用规划时必须考虑频率的复用率及小区间的距离，否则会产生同信道干扰或邻信道干扰，或二者都有。网络运营商还要考虑需要被覆盖的区域的不同特点，在人口稠密的城区频率复用率比较高，采用小的小区能提供高的容量；在人口稀少的农村频率复用率较低，采用大的小区，提供的容量也较小。同信道干扰如果使用相同频率的两个载频离得过近，它们之间将会互相干扰，这种干扰称为同信道干扰。邻信道干扰RF 载频受到另一个使用邻近频率的 RF 载频的干扰，这种干扰称为邻信道干扰。
