【正文】 最小距離，頻率分配將變得更為復(fù)雜，而且發(fā)射機(jī)的功率也不盡相等。 小區(qū)分裂是將擁塞的小區(qū)分成更小小區(qū)的方法，每個新小區(qū)都有自己的基站并相應(yīng)地降低天線高度和減小發(fā)射機(jī)功率。通過使小區(qū)中的信道間隔盡可能的大，鄰頻干擾會減小。Q的值越小，則容量越大；但是Q的值大則同頻干擾小。 假設(shè)每個小區(qū)的大小都差不多，基站也都發(fā)射相同的功率，則同頻干擾比例與發(fā)射功率無關(guān)，而變?yōu)樾^(qū)半徑R和相距最近的同頻小區(qū)的中心之間距離D的函數(shù)。動態(tài)的信道分配策略可以減小阻塞的可能性，系統(tǒng)中的所有可用信道對于所有小區(qū)都可用。小區(qū)中的任何呼叫都只能使用該小區(qū)中的空閑信道，如果該小區(qū)的所有信道都已被占用，則出現(xiàn)呼叫阻塞。系統(tǒng)設(shè)計者必須要指定一個啟動切換的最恰當(dāng)?shù)男盘枏?qiáng)度，一旦將某個特定的信號強(qiáng)度指定為基站接收機(jī)中可接受的話音質(zhì)量的最小可用信號（一般在–90 dBm到 –100 dBm之間），稍微強(qiáng)一點的信號強(qiáng)度就可作為啟動切換的門限，兩者之間的信號強(qiáng)度之差值?的選擇必須慎重。圖中簇的大小N為7，頻率復(fù)用因子為1/7。從設(shè)計的角度來看，N盡可能的取最小值，以便獲得某一給定覆蓋范圍內(nèi)的最大容量，但是一定要顧及到使用相同頻率的小區(qū)距離過近而引起的同頻干擾必須限制在可以接受的范圍以內(nèi)。 蜂窩系統(tǒng)的容量直接與簇在某一固定范圍內(nèi)復(fù)制的次數(shù)成正比?，F(xiàn)在考慮一個共有S個可用的雙向信道的蜂窩系統(tǒng)。每一個蜂窩基站分配一組無線信道，這組無線信道作用于一個小區(qū)。其思想是用許多小功率的發(fā)射機(jī)（小覆蓋區(qū)）來代替單個的大功率發(fā)射機(jī)（大覆蓋區(qū)），每一個小覆蓋區(qū)只提供服務(wù)范圍內(nèi)的一小部分覆蓋。時分雙工（TDD）方式，在時間上分享一條信道，將其一部分時間用于從基站向用戶發(fā)送信息，而其余的時間用于從用戶向基站發(fā)送信息。在蜂窩系統(tǒng)中，移動交換中心將蜂窩基站和用戶連到公用交換電話網(wǎng)上。 無線通信系統(tǒng)要素定義術(shù)語 定義基站移動無線系統(tǒng)中的固定站臺，用來和移動臺進(jìn)行無線通信。基站建在覆蓋區(qū)域的中央或邊緣，包含無線信道和架在塔上的發(fā)射與接收天線控制信道用于呼叫建立，呼叫請求，呼叫初始化和其他標(biāo)志及控制用途前向通道用于從基站向用戶傳送信息的無線信道全雙工系統(tǒng)同時允許雙向通信的通信系統(tǒng)。移動交換中心也叫作移動電話交換局尋呼將簡短的信息廣播到整個服務(wù)區(qū)域中，一般通過許多基站同時廣播的方式進(jìn)行反向信道用來從移動用戶向基站傳輸信息的無線信道漫游移動臺可以在不是最初登記的區(qū)域內(nèi)通信單工系統(tǒng)只提供單向通信的通信系統(tǒng)用戶使用移動通信服務(wù)而付費的使用者收發(fā)信機(jī)能同時發(fā)送和接收無線信號的設(shè)備頻分雙工（FDD）中，一對有著固定頻率間隔的單向信道用作系統(tǒng)中的特定無線信道。如果信道內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)大于終端用戶的數(shù)據(jù)速率，就可以存儲用戶數(shù)據(jù)，即使在同一時刻不存在兩條同步無線傳輸信道，仍能給用戶提供全雙工操作。每個基站分配整個系統(tǒng)可用信道中的一部分，相鄰基站則分配另外一些不同的信道，這樣基站之間（以及在它們控制下的移動用戶之間）的干擾就最小。給相鄰小區(qū)的基站分配一個信道組，所包含的信道全部不能在相鄰小區(qū)內(nèi)使用。如果每個小區(qū)都分配k個信道（kS），并且S個信道在N個小區(qū)中分為各不相同的、各自獨立的信道組，而且每個信道組有相同的信道數(shù)目，那么可用無線信道的總數(shù)表示為 S = k N 。因數(shù)N叫做簇的大小，典型值為12。蜂窩系統(tǒng)的頻率復(fù)用因子為1/N，因為一個簇中的每個小區(qū)都只能使用所有可用信道的1/N。 FGDCEABDGFEACBEFDCAGBB內(nèi)含K個信道此簇為N=7M為復(fù)制次數(shù)3 圖11 蜂窩頻率復(fù)用思想圖解 越區(qū)切換 當(dāng)一個移動臺正在通話的時候，從一個基站移動到另一個基站，為了使通話不被中斷，系統(tǒng)自動地將呼叫轉(zhuǎn)移到新基站的信道上。在決定何時切換的時候，很重要的一點是要保證所檢測到的信號電平的下降不是因為瞬時的衰減，而是由于移動臺正在離開當(dāng)前服務(wù)的基站，所以基站在準(zhǔn)備切換之前先對信號監(jiān)視一段時間。有一種借用策略，就是當(dāng)某小區(qū)的所有信道都已被占用，則允許它從相鄰小區(qū)中借用信道并且不影響借出小區(qū)的任何一個正在進(jìn)行的呼叫，該過程由移動交換中心（MSC）來管理。 干擾 干擾是蜂窩無線系統(tǒng)性能的主要限制因素，是系統(tǒng)增加容量的重要瓶頸。增加D/R的值，同頻干擾減小。 鄰頻干擾 來自所使用信號頻率的相鄰頻率的信號干擾叫做鄰頻干擾。通過順序地將連續(xù)的信道分配給不同的小區(qū)，許多分配方案可以使得在一個小區(qū)內(nèi)的鄰頻信道間隔為N個信道帶寬，其中N是簇的大小。通過設(shè)定比原小區(qū)半徑更小的新小區(qū)和在原有小區(qū)間安置這些小區(qū)，使得單位范圍內(nèi)的信道數(shù)目增加，提高了信道的復(fù)用次數(shù)，因此能提高系統(tǒng)容量。 2 GSM全球移動通信系統(tǒng)概述 GSM的發(fā)展概述GSM原意為“移動通信特別小組”（Group Special Mobile），是歐洲郵電主管部門會議（CEPT）為開發(fā)第二代數(shù)字蜂窩移動系統(tǒng)而在1982年成立的機(jī)構(gòu)，開始制定適用于泛歐各國的一種數(shù)字移動通信系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范。目前，宣布采用GSM系統(tǒng)并參加MOU的國家早就不限在歐洲。（MSS） 包括以下幾個部分：移動交換中心（MSC），歸屬位置寄存器（HLR），拜訪位置寄存器（VLR），認(rèn)證（鑒權(quán)）中心（AUC），設(shè)備標(biāo)志寄存器（EIR）。移動用戶沒有固定位置，要為網(wǎng)內(nèi)用戶建立通信時，路由都先接到一個關(guān)口交換局（GMSC——Gateway MSC），即由固定網(wǎng)接到GMSC。MSC通常是一個大的程控數(shù)字交換機(jī)，能控制若干個基站控制器（BSC）。每個移動用戶必須在某個HLR中登記注冊。③ 拜訪位置寄存器（VLR——Visitor Location Register） VLR是存儲用戶位置信息的動態(tài)鏈接庫，當(dāng)漫游用戶進(jìn)入某個MSC區(qū)域時，必須在MSC相關(guān)的VLR中進(jìn)行登記，VLR分配給移動用戶一個漫游號（MSRN）。由于MSC與VLR之間交換信息很多，所以兩者的設(shè)備通常合在一起。⑤ 設(shè)備標(biāo)志寄存器（EIR——Equipment Identification Register） EIR是存儲有關(guān)移動臺設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，用來實現(xiàn)對移動設(shè)備的識別、監(jiān)視、閉鎖等功能。它由基站控制器（BSC——Base Station Controller）和 基站收發(fā)信臺（BTS——Base Transceiver Station）兩部分組成。② 基站收發(fā)信臺（BTS）BTS負(fù)責(zé)無線傳輸，每個BTS有多部收發(fā)信機(jī)（TRX），即占用多個頻率點，每部TRX占用一個頻率點，而每個頻率點又分成8個時隙，這些時隙就構(gòu)成了信道。同時，要傳送較低速率數(shù)據(jù)信號時，也需經(jīng)過TRAU變成標(biāo)準(zhǔn)信號。移動設(shè)備只有插入SIM卡后才能進(jìn)網(wǎng)使用。對于一個國家（或少數(shù)幾個國家）的移動網(wǎng)，稱為公眾陸地移動網(wǎng)（PLMN——Public Land Mobile Network）服務(wù)區(qū)，這個服務(wù)區(qū)又可分為多個MSC/VLR服務(wù)區(qū)。 MSC/VLR業(yè)務(wù)區(qū)MSC服務(wù)區(qū)表示網(wǎng)絡(luò)中由一個MSC所覆蓋的部分。在一個位置區(qū)內(nèi)發(fā)射廣播消息，以便找到移動用戶，是一個尋呼區(qū)域。利用基站識別碼（BSIC）移動臺能區(qū)分各小區(qū)。 公眾陸地移動網(wǎng)（PLMN）的接口GSM系統(tǒng)的各種接口如圖23所示。 Abis接口是基站系統(tǒng)中基站控制器BSC與基站收發(fā)信臺BTS之間的無線接口，支持所有向用戶提供的服務(wù)，著重支持對BTS無線設(shè)備的控制和分配的無線資源管理。 B接口是移動交換中心MSC與拜訪位置寄存器VLR之間的接口。當(dāng)固定網(wǎng)不能查詢HLR以獲得所需移動用戶位置信息時，有關(guān)的關(guān)口交換局GMSC就應(yīng)查詢此用戶歸屬的HLR，以獲得被呼移動臺的漫游號碼，再傳遞給固定網(wǎng)。 E接口是移動交換中心之間的接口，在兩個MSC之間交換有關(guān)越區(qū)切換信息。 OSI參考模型的基本結(jié)構(gòu)是分層，根據(jù)分層的概念，通信處理過程可以看作由最低層到最高層的若干有序的邏輯層次構(gòu)成。 無線接口Um的協(xié)議第一層為物理層，記作L1，它是最低層，包括各類信道，為高層信息的傳輸提供基本無線信道。 Abis接口的協(xié)議與Um接口協(xié)議稍有不同，它的物理層為64kbit/s地面線路，鏈路層為LAPD。 移動性管理MM和呼叫接續(xù)管理CM在BSC內(nèi)是透明傳輸?shù)摹．?dāng)A區(qū)的移動臺進(jìn)入B區(qū)后，它會自動搜索該區(qū)基站的廣播信道，從中獲得位置信息。③ 具有較好的保密功能保密措施通過“認(rèn)證中心”實現(xiàn)，認(rèn)證方式是一個“詢問——響應(yīng)”過程。移動臺在通話期間，不斷向所在工作區(qū)基站報告本區(qū)及相鄰區(qū)的無線環(huán)境的詳細(xì)數(shù)據(jù)，當(dāng)需要越區(qū)切換時，移動臺主動向本區(qū)基站發(fā)出越區(qū)切換請求。① 電話業(yè)務(wù)緊急呼叫是由電話業(yè)務(wù)引申出來的一種特殊業(yè)務(wù)。② 數(shù)字業(yè)務(wù)在GSM技術(shù)規(guī)范中列舉了35種數(shù)字業(yè)務(wù)，主要是以下幾類：與公眾電話通信網(wǎng)（PSTN）用戶相連的數(shù)字業(yè)務(wù)PSTN中最常用的數(shù)字業(yè)務(wù)有三類傳真和可視圖文（VIDEOTEX），數(shù)字網(wǎng)GSM要與PSTN相連接，必須使用MODEM，GSM能處理9600bit/s速率以下的全雙工方式下的數(shù)據(jù)。目前，GSM望所能提供的業(yè)務(wù)必須是PSTN傳輸網(wǎng)能支持的業(yè)務(wù)，GSM用戶之間的通信與GSM用戶和PSTN用戶間的連接是相同的。點對點短消息業(yè)務(wù)一種是移動臺接收點對點短消息（SMSMT/PP），另一種是移動臺發(fā)送點對點的短消息業(yè)務(wù)（SMSMO/PP）。 GSM系統(tǒng)的編號計劃編號就是用于識別身份的各種號碼，以便正確尋址。它存儲于SIM卡、歸屬位置寄存器（HLR）和拜訪位置寄存器（VLR）中，其結(jié)構(gòu)如下： IMSI = MCC + MNC + MSINMCC為移動國家號，中國是460；MNC為移動網(wǎng)號；MSIN是移動用戶識別碼。當(dāng)移動用戶每次呼叫時，VLR分配一個唯一的TMSI號碼，僅在本地使用，是4字節(jié)的BCD編碼。位置區(qū)識別碼（LAI） 組成結(jié)構(gòu)MCC+ MNC+ LAC，代表MSC業(yè)務(wù)區(qū)中的不同位置區(qū)。GSM的傳輸包括連接移動用戶的無線傳輸技術(shù)，以及連接交換網(wǎng)絡(luò)的有線傳輸技術(shù)。數(shù)字信號經(jīng)過高頻調(diào)制、功率放大等處理，以電磁波的形式發(fā)送到自由空間。如果受話方是PSTN用戶，它就可以按PCM解碼規(guī)則從64kbit/s數(shù)字信號流中恢復(fù)發(fā)話方的語音。在移動端由于限制于語聲平面時比較簡單的，而在網(wǎng)絡(luò)一側(cè)，IWF就要取決于互連網(wǎng)的語音傳輸模式。每個采樣值經(jīng)量化壓縮編碼為8bit碼，其輸出為64kbit/s。收端可以經(jīng)過一套對應(yīng)的逆變換，恢復(fù)語音信號。信息承載在900MHz或1800MHz頻段。MSC中的傳輸規(guī)范很接近ISDN的規(guī)范，不僅電路交換的基礎(chǔ)是64kbit/s，而且A接口的低層規(guī)范也與ISDN相應(yīng)規(guī)范一致。 GSM系統(tǒng)的語音編碼與其他通信一樣，MS首先要把語音信號轉(zhuǎn)換成模擬電信號，以及其反變換，這就是話筒和聽筒的功能。無線路徑上的語音傳輸設(shè)計需要特別注意的是頻譜效率，以盡可能低的數(shù)據(jù)速率得到可接受的通話質(zhì)量。這樣無線接口上20ms一幀的數(shù)據(jù)流，也就是13kbit/s流中不包括任何幫助收端定位幀標(biāo)志的信息。每一幀的濾波系數(shù)各不相同，由語音幀傳遞。信號采樣值按自適應(yīng)脈沖編碼調(diào)制方式編碼（ADPCM），它需要按最大幅度的比值分別編碼，而PCM是按固定尺度直接編碼。DTX模式下，當(dāng)用戶有效講話時編碼成13kbit/s，而在其他時候僅保持在500bit/s，用于模擬背景噪聲，使收端能產(chǎn)生連續(xù)信號以避免聽者以為連接中斷。 13kbit/s的語音碼按每20ms，260bit分塊，其中不含任何另收端可以判別塊首bit的信息，這個同步需要另外提供。帶內(nèi)信息使TRAU可以知道收到信息的種類（全速語音、半速語音、數(shù)據(jù)等），以及采用何種適用的方法用于上行或下行傳輸。不同的信道可以同時傳輸不同的流，這種比特流是按照傳輸方案復(fù)合而成的。除了用戶數(shù)據(jù)，還有另一類信息需要傳送，這就是信令流。這種方式多用作為不緊要的控制消息的傳輸，如無線測量數(shù)據(jù)的傳送。而在呼叫期間，把FACCH幀代替TCH上的用戶數(shù)據(jù)，形同用戶數(shù)據(jù)丟失而產(chǎn)生傳輸錯誤，因此我們把它稱為“偷”幀。因此TCH就有專用和空閑兩個基本模式。從空閑模式到專用模式的變化需要在MS與BTS之間交換信息，這就是接入過程?？臻e模式下的MS可以接收幾個小區(qū)的廣播信息，并從中選擇一個接收質(zhì)量最好的小區(qū)作為當(dāng)前小區(qū)。上面提及的FCCH、SCH、BCCH、PCH和AGCH都是下行的公共控制信道。每個小區(qū)為了支持這一業(yè)務(wù)，需要配置一個小區(qū)廣播信道CBCH，MS在收聽CBCH的同時還可以收聽BCCH和PCH上的信息。它規(guī)則地改變MS到BTS上的傳輸載頻，能提供抗多徑衰落的能力，改善傳輸質(zhì)量。這個由頻域和時域構(gòu)成的空間“Slot”就是FDMA和TDMA在GSM中的應(yīng)用。信道就對應(yīng)“Slot”的概念，是一個二維的矩形。它可以是一個固定頻率，此時信道占據(jù)的“Slot”具有相同頻率，也可以是不同頻率，也就是我們說的跳頻情況。信道在時域上總是周期性的，周期的長短、“Slot”的數(shù)量隨信道類型而變，周期的同步可以通過系統(tǒng)同步機(jī)制獲得每個小區(qū)都有一個參考時鐘用以定義時隙位置，除此之外還要遵循系統(tǒng)中所有信道周期所規(guī)定的時間安排。所有的時隙號可以分解成8整數(shù)＋n，n=0，1，2……7對應(yīng)于8個BP。正因此，可以大大減少收發(fā)信機(jī)的數(shù)量。從TDMA0到TDMA11和TDMA13到TDMA24，總計24個TN0時隙構(gòu)成它所承載的TCH0/F的周期，TDMA12的TN 0為該TCH 0/F對應(yīng)的SACCH，TDMA25的TN 0為空閑，TN1較