1、目 录ONTENTS目录02 移动通信的基本概念2.1 2.1 移动通信的基本概念04 移动通信是指通信双方或至少有一方在移动中进行信息交换的通信方式。例如移动体（车辆、船舶、飞机或行人）与固定点之间的通信、人与人及人与移动体之间的通信等。采用移动通信技术和设备组成的通信系统即为移动通信系统。移动通信不受时间和空间的限制，交流信息灵活、高效。它已经成为现代通信网中一种不可或缺的手段，是用户随时随地快速可靠地进行多种形式信息（语音、数据、视频等）交换的理想方式。移动通信的发展历程2.2 2.2 移动通信的发展历程06 早在1897年，马可尼在陆地和一只拖船之间，用无线电进行了消息传输，这就是移动
2、通信的开端。现代移动通信的发展始于20世纪20年代，而公用移动通信是从20世纪60年代开始的。公用移动通信系统的发展已经经历了第一代（1G）、第二代（2G）、第三代（3G）、第四代（4G），目前正朝第五代（5G）发展。第一代蜂窝移动通信系统（1G）为模拟系统，以美国的AMPS和英国的TACS为代表，采用频分双工、频分多址制式，并利用蜂窝组网技术以提高频率资源利用率，克服了大区制容量密度低、活动范围受限的问题。虽然该系统解决了容量大和频率资源有限的矛盾，但该系统设备制式不统一，设备复杂，成本高且各厂家生产的设备不能兼容；体质过于混杂，不易于国际漫游；业务种类单一，只提供语音业务；保密性差，通话易
3、被窃听。因而已逐步被各国淘汰。我国于20世纪80年代末发展了第一代TASC系统，到2000年之后，已全部退网，停止使用。第二代数字蜂窝移动通信系统（2G）采用与模拟系统不同的多址方式、调制技术、语音编码、信道编码、分集接收等数字无线传输技术。系统的频谱利用率提高，容量大，还能提供语音、数据等多种业务，并能与ISDN等其他的网络进行互连。但系统带宽有限，限制了数据业务的发展，也无法实现移动的多媒体业务。第二代数字蜂窝移动通信系统的主要制式有美国的DAMPS，欧洲的GSM全球移动通信系统，日本的PDC，窄带CDMA等。我国的移动业务主要由“中国移动通信公司GSM系统”和“中国联合网络通信有限公司（
4、GSM和窄带CDMA系统）”开展，主要提供移动电话业务、移动数据短信业务，以及各类基本组合业务的“移动套餐”业务等。2.2 移动通信的发展历程07 第三代蜂窝移动通信系统为宽带移动通信系统（3G）。1985年，国际电信联盟ITU提出未来公共陆地移动通信系统（FPLMTS），即第三代移动通信系统。FPLMTS后来被更名为IMT-2000。欧洲电信标准协会也提出了通用移动通信系统（UMTS）。最受关注的3G标准有：基于GSM的WCDMA；基于IS-95CDMA的cdma2000；中国自主知识产权的TD-SCDMA。第三代蜂窝移动通信和个人通信系统提供更大的系统容量、更高速的数据传输能力。第四代移动
5、通信技术（4G）。2001年进入了4G研发阶段。2010年海外的主流运营商开始进行规模建设。2013年12月4日下午，工业和信息化部正式发放4G牌照，宣告我国通信行业进入4G时代。4G包含TDD和FDD两种制式，其中TD-SCDMA将能够进化到TDD制式，而WCDMA网络能够进化到FDD制式。4G系统能够以100Mbps的速度下载，能流畅承载视频、电话会议等业务，上传速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。第五代移动通信技术（5G）。2013年5月13日，三星电子宣布，其已率先开发出了首个基于5G核心技术的移动传输网络。2015年5月29日，酷派首提5G新概念：终端
6、基站化。2016年1月7日，工信部召开“5G技术研发试验”启动会。2017年2月9日，国际通信标准组织3GPP宣布了“5G”的官方Logo。中国三大通信运营商于2018年迈出5G商用第一步，并力争在2020年实现5G的大规模商用。5G网络的速度达到1Gbps，它的主要目标是让终端用户始终处于联网状态。5G将来所支持的终端不仅是智能手机，它还要支持智能手表、健身腕带等。5G并不会完全替代4G、WiFi，而是将4G、WiFi等网络融入其中，为用户带来更为丰富的体验。2.2 移动通信的发展历程08 移动通信的分类2.3 2.3 移动通信的分类10 随着移动通信技术的发展，移动通信系统类型越来越多，其
7、分类方法也各不相同。按使用对象不同，可分为民用和军用移动通信系统；按使用环境不同，可分为陆地、海上和空中三种移动通信；按多址方式不同，可分为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）移动通信系统；按业务类型不同，可分为电话、数据和多媒体移动通信系统；按工作方式不同，可分为单工、双工和半双工移动通信系统；按信号形式不同，可分为模拟和数字移动通信系统；按系统组成结构主要分为如下几种：1.1.蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统 蜂窝移动通信系统是移动通信的主体，是全球用户容量最大的移动通信网。它把整个大范围的服务区划分成许多小区，每个小区设置一个基站，负责本小区各个移动台的联络与
8、控制，各小区像蜂窝一样不满任何形状的服务地区。利用超短波电波传播距离有限的特点，离开一定距离的小区可以重复使用频率，使频率资源可以充分利用。2.3 移动通信的分类112.2.集群移动通信系统集群移动通信系统 集群移动通信系统属于调度系统的专用通信网，是一种专用移动调度系统。系统的可用信道可为全体用户共用，具有自动选择信道功能，它是共享资源、分担费用、共用信道设备及服务的多用途、高效能又廉价的无线调度通信系统。3.3.卫星移动通信系统卫星移动通信系统 利用卫星转发信号也可以实现移动通信，对于车载移动通信可采用赤道固定卫星，而对手持终端，采用中低轨道的多颗卫星较为合适。通过卫星中继，在海上、空中和
9、地形复杂而人口稀疏的地区中实现移动通信，具有独特的优越性。为了使地面用户只借助手机即可实现卫星移动通信，主要使用中、低轨道卫星移动通信系统。低轨移动卫星实现手持机个人通信的优点在于：一方面，卫星的轨道高度低、传输时延短、路径损耗小，多个卫星组成的星座可实现真正的全球覆盖，频率复用更有效；另一方面，蜂窝通信、多址、电波束、频率复用技术的发展也为低轨卫星移动通信提供了技术保障。目前发展最快的有低轨道的铱星系统和全球星系统、中轨道的国际移动卫星通信系统和奥德赛系统。2.3 移动通信的分类124.4.无绳电话系统无绳电话系统 室内外慢速移动的手持终端的通信，可以采用小功率、通信距离近的、轻便的无绳电话
10、机。无绳电话发射功率要比常规的蜂窝高功率系统低1个2个数量级，户外覆盖范围小于500米，室内小于50米。无绳电话是一种以有线电话网为依托的通信方式，是有线电话网的无线延伸。具有发射功率小、省电、设备简单、价格低廉、使用方便等优点。5.5.无线寻呼系统无线寻呼系统 无线寻呼系统可以看作是有线电话网的无线延伸，它是一种单频单向通信系统，是移动通信的一个分支。主叫用户通过公用电话交换网和寻呼中心向被呼的寻呼机转发简单的信息，如主呼的电话号码等，寻呼机收到信息时会发出振铃声，并在液晶屏上显示出来。由于振铃声近似于“B-B-”的声音，故通常称为BP机。无线寻呼系统虽然双方不能直接通话，但由于BP机小巧玲
11、珑，价格低廉，携带方便，曾在国内外深受用户欢迎。移动通信的系统构成2.4 2.4 移动通信的系统构成14 图2-1 移动通信系统的构成 早期移动通信系统一般由移动台（MS）、基站（BS）、移动业务交换中心（MSC）及与市话网（PSTN）相连接的中继线等组成，如图2-1所示。移动台是移动用户的终端设备，包括车载台、便携台和手机。就目前而言，便携台已不复存在，车载台社会上的拥有量很少，主要用于通信部门和军事上。因此移动台泛指手机。基站是一个能够接收和发送信号的固定电台，负责与移动手机进行通信。基站与移动台都有收、发信机和天馈线等设备。每个基站都有一个有效通信的服务范围，称为无线小区。无线小区的大小
12、由发射功率和基站天线的高度决定，基站天线越高，发射功率越大，则无线小区越大。移动业务交换中心主要是处理信息交换和对整个系统的集中控制管理。大容量移动电话系统可以由多个具有一定服务小区的BS构成一个移动通信网，通过BS、MSC就可以实现在整个服务区内任意两个移动用户间的通信；也可以通过中继线与市话局连接，实现移动户与市话用户之间的通信，从而构成一个有限、无线综合的移动通信系统。移动通信的组网2.5 2.5 移动通信的组网16 随着移动用户数量的不断增加，业务范围的不断扩大，频率资源和可用频道数之间的矛盾日益突出。为解决这一矛盾，移动通信系统按一定的要求，采取相应的技术组成移动通信网络，以实现移动
13、通信系统在大范围内有序的通信。早期的移动通信采用大区制，大区制是指在一个服务区内只有一个基站负责移动通信的联络和控制，如图2-3所示。为了扩大服务区域的范围，通常基站天线架设得都很高，发射机的输出功率也很大，一般在200W左右，其覆盖半径达30Km50Km，这就可以保证移动台能够接收到基站的信号。但对于移动台来说，由于受电池容量的限制，移动台发射功率较小，当移动台距基站较远时，移动台可以收到基站发来的信号（下行信号），但基站却无法正常接收到移动台发出的信号（上行信号），这就是上、下行传输不平衡问题。为解决这一问题，可以在服务区内设置若干分集接收站R，远端移动台的发送信号可以由就近的R分集接收，
14、放大后传给基站，从而保证了上行链路的通信质量。2.5.1 大区制图2-3 大区制示意图 2.5 移动通信的组网17 在大区制中，为了避免相互间的干扰，在服务区内的所有频道的频率都不能重复，否则将产生严重的互相串扰，因此大区制的基站频道数是有限的，容量不大，不能满足用户数目日益增多的需要。大区制只适用于中、小城市等业务量不大的地区或专用移动通信业务。大区制的优点是结构简单，投资少，见效快。大区制的设计和组网代表移动通信的一个发展阶段。在开展移动业务的初期，由于客户较少，且主要几种在经济发达的县市，为节省成本，通常都按大区制考虑。但从长远来看，为满足客户数量不断增长的需求，提高频率利用率，就需要采
15、用小区制。2.5.2 小区制 小区制是将整个服务区域划分为若干个无线小区，每个无线小区各设一个基站，负责本小区移动通信的联络和控制，同时，又可以在移动业务交换中心的统一控制下，实现无线小区之间移动用户通信的转接，以及移动用户与固定用户的联系。在小区制结构中，每个无线小区使用一组频道，邻近小区使用不同的频道。由于小区内基站服务区域缩小，同频复用距离减小，所以在整个服务区内，同一组频道可以重复使用，因此大大提高了频率利用率，而且由于基站功率减小，使得相互间的干扰减少。2.5 移动通信的组网18 现将一个大区制的服务区域分为五个小区制，如图2-4所示，每个无线小区设置一个小功率基站（BS1BS5），
16、发射功率一般在510W，以满足各无线小区移动通信的需要。从图中我们发现1区的移动台MS1和3区的移动台MS3都可以使用频率、来进行通信，这是由于1区和3区相距较远，且中间隔着2、4、5区，功率又较小，因此使用相同频率也不会相互干扰。同样，2、4小区使用同一对频率实现通信。显然，小区制提高了频率的利用率。另外，无线小区的范围还可以根据实际用户数的多少灵活确定，随着用户数目的增加，小区还可以继续划小，即“小区分裂”，以适应用户数的增加。但是，在这种结构中，移动用户的通信过程中，从一个无线小区转入另一个无线小区的概率增加，移动台需要经常更换工作频道。无线小区的范围越小，通信过程中转换频道的次数就越多
17、，这样对控制交换功能的要求越高，再加上基站数量的增加，建网的成本也提高了。图2-4 小区制示意图 2.5 移动通信的组网19 小区制是集中控制的多基站小区域覆盖。划分无线通信区域，会涉及到无线区域的形状。对于由多个无线小区组成的通信网来说，一般有带状网和蜂窝网。1.带状网 带状网主要覆盖于公路、铁路、海岸等，其服务区内用户的分布呈带状分布，每个小无线区的频点、反复使用，如2-5图所示。由于相邻小区的频率不同，因此不会产生同频干扰。此时基站天线一般采用定向天线，使每个小区呈扁圆形。2.蜂窝网 对于大容量移动通信网来说，需要覆盖的是一个宽广的平面服务区。当基站天线采用全向天线，它覆盖的面积可视为一
18、个以基站为圆心、以通信距离为半径的圆。为了不留空隙地覆盖整个平面的服务区，一个个圆形辐射区间一定有很多重叠，考虑到这些重叠，用圆内接正多边形代替圆。从几何图形上看，由规则的多边形彼此邻接构成平面时，只能是正三角形、正方形和正六边形，如图2-6所示。对这三种图形比较可知，正六边形小区的中心距离最大，覆盖面积也最大，重叠区面积最小，即对于同样大小的服务区域，采用正六边形构成小区所需的小区数最少，所需频率组数也最少，频率利用率高，因此正六边形组网是最经济的方式。由此可得，面状区域一般采用正六边形小区结构，这种由许多正六边形小区构成的形状类似蜂窝的小区制移动通信网称为蜂窝网。图2-5 带状小区图2-6
19、 小区形状 2.5 移动通信的组网202.5.3 区群 现代移动通信系统广泛采用蜂窝状区域网，及用许多正六边形小区作为基本几何图形覆盖整个服务区，构成形状类似蜂窝的移动通信网，称为蜂窝网。在频分信道的蜂窝系统中，每个小区占用一定的频道，而且各小区占用的频道不相同，当小区覆盖面积不断扩大且小区数目不断增加时，将会出现频率资源不足的问题。为了实施频率复用，提高频率资源的利用率，用空间划分的方法，在不同的空间进行频率复用。即由若干个正六边形小区构成单位无线区群，区群内不同的小区使用不同的频率，另一单位无线区群中对应的小区可重复使用相同的频率。不同区群中相同频率的小区间将会产生同频干扰，但当这两个小区
20、间隔足够大时，同频干扰不会影响正常的通信质量。将所有这些单位无线区群彼此邻接就构成了整个服务区，既提高了频率利用率，同时又能有效控制同频小区间的干扰影响。构成单位无线区群的基本条件是：各单位无线区群间能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积；相邻单位无线区群中的同频小区之间距离相等，且为最大。满足这两个条件的单位无线区群及区群内的小区数N是有限的，单位无线区群内的小区数N应满足下式：N=a+ab+bN=a+ab+b式中，、均为正整数，包括0，但不能同时为0或一个为0，一个为1。、分别为相邻同频小区之间的二维距离（相隔小区数）。由式N=a+ab+bN=a+ab+b的计算可得到N=3，4，7，9，12，1
21、3，16，19，21。N为不同值时的单位无线区群结构如图2-7所示。2.5 移动通信的组网21按图所示的单位无线区群彼此邻接排布都可以扩大服务区，但如何选择单位无线区群呢？这就要根据系统所要求的同频道复用距离而定，区群间同频复用距离可由下式计算：式中，为同频复用小区之间的几何中心距离；N为区群内的小区数；为无线小区半径。由上式可见，区群中小区数N越大，同频道小区距离就越远，抗同频干扰的性能也就越好。当然，在满足所要求的同频复用距离的前提下，N应取最小值，因为N越小，频率利用率越高。图2-7 各种单位无线去群图 2.5 移动通信的组网222.5.4 小区的激励方式中心激励中心激励：基站位于无线小
22、区的中心，采用全向天线实现无线小区的覆盖，这就是的“中心激励”方式，如图2-8（a）所示。顶点激励顶点激励：将基站设置在每个蜂窝相间的三个顶点上，每个基站采用3个互成扇形覆盖的定向天线，分别覆盖三个相邻小区的各1/3区域，每个小区由顶点的三个扇形天线共同覆盖，这就是“顶点激励”方式，如图2-8（b）所示。顶点激励主要有“三叶草形”和“扇面”两种，如图2-9所示。顶点激励方式中，三个扇面（天线的半功率点夹角为）的正六边形无线小区可构成一个“三叶草形”的基站小区，而“扇面”则由三个菱形无线小区构成一个正六边形的基站小区。另外，采用六个扇面的三角形小区也可以构成一个正六边形的基站小区。图2-8 无线
23、小区的激励方式图2-9 顶点激励方式 2.5 移动通信的组网23 由于“顶点激励”方式采用了定向天线，对于来自主瓣之外的同频干扰信号而言，天线方向性能提供了一定的隔离度，降低了干扰。上面的分析是假定整个服务区的用户密度（容量密度）是均匀的，所以无线区的大小相同，每个无线区分配的信道数也相同。但是，在实际的通信网中，各地区的用户密度通常市不同的，一般来说市区密度高，市郊密度低。为了适应这样的情况，对于用户密度高的地区，可以将无线区适当划小一点，或者分配更多的信道数给每个无线区，如图2-10所示，图中数值表示无线区中的信道数。考虑到用户数随时间的增长而不断增多，当原有无线区的容量高到一定程度时，就
24、可以将原有无线区再细分成更小的无线区，以此来增大系统的容量和容量密度，即“小区分裂”。其划分方法是：将原来的无线区一分为四或一分为三，如图2-11所示。图2-10 容量密度不等时区域划分图2-11 无线小区分解示意图 2.5 移动通信的组网242.5.3 移动通信网络结构 移动通信的基本网络结构如图2-12所示。基站通过传输链路和移动交换机相连，交换机再与固定的电信网或其他通信网相连，这样就可以形成以下两种通信链路：基站与交换机间、交换机与网络间可采用有线链路（如光纤、同轴电缆等），也可以采用无线链路（如微波链路、毫米波链路等）。这些链路上传输的数字信号形式一般为PCM数字多路复用信号，它们有
25、两类标准：一类式北美和日本的标准系列：T1/T1C/T2/T3/T4；另一类式欧洲及其它大部分地区的标准系列：E1/E1C/E2/E3/E4。我们国家采用欧洲标准。移动用户 基站 交换机 其他网络 其他用户；移动用户 基站 交换机 基站 移动用户。通常每个基站要同时支持50路话音呼叫，每个交换机可以支持近100个基站，交换机到其他网络间需要有5000个话路的传输容量。交换机通常由交换网络、接口和控制系统组成。交换网络的作用是在控制系统的控制下，将任一输入线与输出线接通，实现信息交换；接口单元式将来自用户线或中继线的各种不同的输入信令和消息转换成统一的机内信令；控制系统主要负责话路的接续控制，同
26、时还负责通信网络的运行、管理和维护功能。图2-12 基本网络结构 2.5 移动通信的组网25 移动通信网络中的交换机一般称为移动交换中心（MSC）。它与常规交换机的不同之处是：MSC除了要完成常规交换机的所有功能外，它还负责移动性管理和无线资源管理（包括越区切换、用户位置登记管理等）。在模拟蜂窝移动通信系统中，移动性管理和用户鉴权及认证都包括在MSC中。在数字蜂窝移动通信系统中，将移动性管理、用户鉴权及认证从MSC中分离出来，设置了原籍位置寄存器HLR和访问位置寄存器VLR来进行移动性管理。网络中设置认证中心AUC进行用户鉴权和认证。每个移动用户必须在HLR中注册，访问位置寄存器VLR是存储用
27、户位置信息的动态数据库，认证中心是认证移动用户的身份以及产生相应认证参数的功能实体。蜂窝移动网中，为了便于网络组织，将一个移动通信网分为若干个服务区，每个服务区又分为若干个MSC区，每个MSC区又分为若干位置区，每个位置区由若干个基站小区组成。一个移动通信网由多少个服务区组成，它取决于移动通信网所覆盖区域的用户密度和地形地貌等。多个服务区的网络结构如图2-13所示。每个MSC要与本地的市话汇接局、本地长途电话交换中心相连。MSC之间需要互连互通才能够构成一个功能完善的网络。图2-13 多服务区的网络结构 移动通信的基本特点2.6 2.6 移动通信的基本特点27 移动通信把无线通信技术、有线传输
28、技术、计算机通信技术等结合在一起，为用户提供一个较为理想的现代通信网。移动通信可应用于各类条件下，与其他通信方式相比较，移动通信有如下特点：1.1.电波传播环境恶劣，存在严重的多径衰弱电波传播环境恶劣，存在严重的多径衰弱 移动体往来于各种各样的障碍物之中，其接收信号的强度主要由障碍物的反射、绕射和散射叠加而成，不同的地形、地物对信号会有不同影响。移动体相对于发射台移动的方向和速度，甚至收发双方附近的移动物体对接收信号也会产生很大的影响。这些原因造成了移动台在行进途中接收信号的电平起伏不定，最大的可相差30dB以上。为保证一定等级的通信质量，要求对移动通信系统进行合理的设计。2.2.在强干扰情况
29、下工作在强干扰情况下工作 移动通信系统运行在复杂的干扰环境中，主要来自于城市噪声、各种车辆发动机点火噪声、微波炉干扰噪声等。除去这些常见的外部干扰，移动通信系统本身和不同系统之间，还会产生很多干扰，主要的干扰有互调干扰、邻道干扰、同频干扰，以及近地无用强信号压制远地有用弱信号的现象（远近效应）等。如何减少这些干扰的影响，对移动通信系统来说也是至关重要的。2.6 移动通信的基本特点28 3.3.多普勒频移产生附加调制多普勒频移产生附加调制 当运动的物体达到一定速度时，固定点接收到的载波频率将随相对运动速度的不同产生不同的频率偏移，即产生多普勒效应，使接收点的信号场强振幅、相位随时间、地点而变化，
30、多普勒频移与移动物体的运动速度、接收信号载波的波长、电波到达的入射角有关：。运动方向面向地面接收站，为正值；反之为负值。运动速度越高，工作频率越高，则频移越大，必须考虑多普勒频移的影响。在高速移动电话系统中，多普勒频移影响300Hz左右的话音，出现令人不适的失真；多普勒频移对低速数字信号传输不利，对高速数字信号传输则影响不大。4.4.频谱资源有限频谱资源有限 随着社会的发展，用户数不断增加，通信系统的容量和频谱资源之间的矛盾越来越严重，因此，除了开发新频段外，还需要采取各种新措施，提高频谱的利用率，合理分配和管理频率资源。5.5.网络结构多样化，要求有效的管理和控制网络结构多样化，要求有效的管
31、理和控制 系统中用户终端可以在整个移动通信服务区域内自由运动，为确保与用户的通信，移动通信系统必须具备很强的管理和控制功能，如用户的位置登记和定位，通信链路的建立和拆除，频道的控制和分配，通信的计费、鉴权和保密措施以及过境切换和漫游控制等。移动通信的噪音与干扰2.7 2.7 移动通信的噪音与干扰30 在通信系统中普遍存在噪声和干扰，它们对信道中信号的传输有着很严重的限制。噪声又分为内部噪声和外部噪声，其中外部噪声和干扰是影响通信性能的重要因素。外部噪声包括自然噪声和人为噪声。干扰指无线电台间的相互干扰，如同频干扰、邻道干扰、互调干扰等。1.1.噪声的分类噪声的分类（1 1）内部噪声）内部噪声
32、内部噪声是系统设备本身产生的各种噪声，主要来源是电阻的热噪声和电子器件的散弹噪声。热噪声是由粒子的热运动产生，温度越高，粒子运动越剧烈，形成的噪声也越大，热噪声的瞬时值符合高斯分布，因此又称为高斯噪声，热噪声的频道很宽，几乎是所有无线电频谱的叠加，因此又称之为白噪声。散弹噪声是由于载流子随机通过PN结，即单位时间内通过PN结的载流子数目不同，表现为通过PN结的正向电流在平均值上下做不规则的起伏变化。热噪声和散弹噪声一般无法避免，而且它们的准确波形无法预测，这种无法预测的噪声也统称为随机噪声。2.7.1 移动通信中的噪音 2.7 移动通信的噪音与干扰31（2）外部噪声外部噪声 外部噪声有自然噪声
33、和人为噪声。自然噪声主要指银河噪声、太阳噪声、大气噪声等，自然噪声远低于接收机的固有噪声，可忽略。因此我们主要研究人为噪声。人为噪声是由各种电气设备中电流或电压的剧变而形成的电磁波辐射造成的。人为噪声由人为噪声源引起，如：马达、高频电气装置、电气开关等所产生的火花放电等。城市人为噪声比较大，主要是汽车点火噪声。对于BS与MS来说，由于接收天线的高度及天线离道路的距离不一样，因此受噪声的影响也不同。根据右图我们可以估算平均人为噪声功率：噪声功率 ，为基准噪声功率，为高出基准噪声功率的分贝数。基准噪声功率 ，其中玻尔兹曼常数J/K；参考绝对温度 K0；为接收机带宽；=-204dBW/HZ。如 =1
34、0lg200KHz=53dBHz，则 =-151dBW=-121dBm。如果移动台的工作频率为900MHz，则城市的人为噪声电平为-151dBW+18dB=-133dBW=-103dBm。为抑制人为噪声，应采取必要的屏蔽和滤波措施，也可在接收机上采取相应的措施。图2-14 各种噪声功率与频率的关系 2.7 移动通信的噪音与干扰32 2.2.噪声系数噪声系数 每一个信号均混杂着噪声，从噪声对信号影响的情况看，不在于噪声电平绝对值的大小，而在于信号与噪声的相对大小，因此常用信号与噪声的功率之比（信噪比）来衡量噪声对信号的影响程度，用 表示，显然，信噪比越大，信号越纯，恢复原始信号就越容易，传输的语
35、音越清晰，图像文字等分辨率越高。当信号在信道中传输时，由于信道产生噪声要叠加到信号上去，所以信噪比不断恶化，使输出信号的质量变坏。由此可见，通过输出端信噪比相对于输入端信噪比的变化，可以明确地反映线性网络的噪声性能，从而引入噪声系数这一概念。它定义为输入端的信噪比 与输出端的信噪比 的比值，用 表示，因此有 ，用分贝表示为 。噪声系数 说明信号从线性网络的输入端传到输出端时，信噪比下降的程度，所以实际线路中的 总是大于1的，只有理想网络中噪声系数才有可能为1（0dB）。3.3.降低噪声的方法降低噪声的方法 选择低噪声器件是降低噪声的基本方法，场效应管具有比晶体管小的多的最佳噪声系数。电阻是无缘
36、网络中主要的噪声源，一般薄膜电阻比实心电阻噪声小，薄膜电阻中，金属膜电阻噪声最小，如果体积允许，尽量不采用超小型电阻，因为小电阻不易散热，容易产生噪声。2.7 移动通信的噪音与干扰33 一般，高增益放大器的输入级通称为低噪声级，因为输入的信号电平很低，输入级的噪声将起作用。在多级的级联放大器中，虽然每一级放大器都会产生内部噪声，但噪声源在第一级时影响最大，所以对高增益放大器的设计，必须着重对第一级放大器的设计。对于基站，改善上行信号接收时的噪声影响可以在塔顶天线与馈线连接处加装塔顶放大器。塔顶放大器（塔放）就是在基站接收系统的前端即紧靠接收天线的位置增加一个低噪声放大器，以改善基站的接收性能。
37、塔放位置如图2-15所示。塔放对改善上行链路性能的作用可分为改善噪声系数和提高基站系统的接收灵敏度两个方面。塔放降低了基站接收系统的噪声系数、有效改善上行信号，提高基站系统的接收灵敏度。图2-15 塔放位置示意图 2.7 移动通信的噪音与干扰34 在通信系统中普遍存在噪声和干扰，它们对信道中信号的传输有着很严重的限制。噪声又分为内部噪声和外部噪声，其中外部噪声和干扰是影响通信性能的重要因素。外部噪声包括自然噪声和人为噪声。干扰指无线电台间的相互干扰，如同频干扰、邻道干扰、互调干扰等。移动通信系统中的干扰主要来源于广播、电视、雷达等部门及其他通信系统，如微波中继通信、散射通信等。在移动通信中考虑
38、的主要干扰有同频干扰、邻道干扰和互调干扰等。1.1.同频干扰同频干扰 同频干扰也称为同信道干扰（同道干扰），是指相同载频电台之间的干扰。在蜂窝移动通信系统中，为了提高频率利用率，在相隔一定距离可以使用相同的频率，这称为同信道复用。当有两条或多条同频信道在同时进行通信时，就会存在同频干扰问题，而复用距离越远，干扰就越小，但频率利用率也会随之降低。因此，在对无线区群进行频率分配时，两者要兼顾考虑。在满足一定通信质量要求的前提下，确定相同频率重复使用的最小距离，该距离称为同频复用最小安全距离。在同频复用距离不变的情况下，将全向天线改为定向天线，对同频干扰也有很大的改善。2.7.1 移动通信中的干扰
39、2.7 移动通信的噪音与干扰35 2.2.邻道干扰邻道干扰 邻道干扰是指相邻的或邻近的信道的信号相互干扰。在多信道共用的移动通信系统中，当移动台靠近基站时，移动台发射机的调制边带扩展和边带噪声辐射，将会对正在接受微弱信号的邻道基站接收机产生干扰。一般来说，移动台距离基站越近，路径传播衰减越小，则邻道干扰越大。反之，基站发射机对移动台接收机的邻道干扰则不太严重。因为远距离的接收台接收的有用信号功率远大于邻道干扰功率。邻道干扰是属于共信道干扰，即干扰分量落在被干扰接收机带内，接收机的选择性再好也无法滤除此类干扰。对于基站的收发信来说，因收发双工频距足够大，所以发射机的调制边带扩展和边带噪声辐射不会
40、造成对接收机产生严重干扰。即使移动台相互靠近时，由于收发双工频距很大，也还是不会产生严重干扰。1 1）调制边带扩展）调制边带扩展 调制边带扩展干扰是指话音信号经调频后，它的某些边带频率落入相邻信道形成的干扰。调频波有1，2，3，n，个边频分量，某些边频分量落入邻道接收机带内，就造成调制边带扩展，干扰邻道。调频波有无穷个边频分量，严格来说频带宽度无限，但一般当n4后，幅度越来越小，可以忽略。为减少发射机调制边带扩展干扰，应严格限制调制信号的带宽。在发射机的语音加工电路中，加入瞬时频偏控制（IDC）电路和邻道干扰滤波器，如图2-16所示。图2-16 IDC电路 2.7 移动通信的噪音与干扰36 2
41、 2）发射机边带噪声）发射机边带噪声 在发射机工作频率的两侧存在的频谱很宽的噪声称为发射机边带噪声，它可能在数MHz范围内对接收机产生干扰。影响发射机边带噪声大小的因素主要有振荡器、倍频器的噪声，IDC电路和调制电路的噪声及电源的脉动、脉冲信号等引起的噪声。减小发射机噪声干扰的措施主要有两个方面：一是设法减小发射机本身的边带噪声。如减小倍频次数；降低振荡器的噪声，电源去耦，尽量少采用低电平工作的电路及高灵敏度的调制电路等。二是从系统设计上采取减小发射机边带噪声干扰的措施。如在发射机输出端插入高Q带通滤波器或增大各工作信道频距，移动台发射机采用自动功率控制等。3.3.互调干扰互调干扰 互调干扰是
42、由于多个信号加至非线性器件上，产生与有用信号频率相近的组合频率（互调产物），从而造成对系统的干扰。非线性器件输入信号多于两个时，会增生原来信号中所没有的新的不需要的组合频率，即互调产物。如果产生的互调产物落入某接收机带内，且具有一定强度，就会造成对该接收机的干扰。在移动通信中，对于发射机来说，在发射机末端，由于攻防的非线性，把天线侵入的其它干扰信号与发射的有用信号产生互调就造成了发射机互调；对于接收机，处于互调关系的多个信号同时进入一个接收机，由于接收机高放或混频的非线性而产生互调干扰，这就造成了接收机互调；此外，在发射机附近金属接头件生锈或腐蚀及不同金属接触处，在强射频场中产生剑波作用而产生
43、互调信号辐射，这种互调为外部互调，也叫生锈螺栓效应。2.7 移动通信的噪音与干扰37 总的来说，互调产生的原因是由于多个信号相互调制，产生组合频率，组合频率 用幂级数表示为多次项，系数一般随阶次增高而减小，因此幅度最大、影响最严重的是有用信号附近的三阶互调。1）三阶互调一般非线性器件的非线性可用幂级数表示为：式中，为非线性器件的特性系数，通常有 。假设输入回路的选择性较差，有两个信号同时作用于非线性器件，即则输出回路电流 =直流项+基频项+2次项+3次项+。在3次项中，会出现 、等组合频率，在这些组合频率中，对于 和 两项而言，当 和 都接近于有用信号的频率 时，很容易满足下列条件：上式说明，
44、这两种组合频率不仅可以落入接收机的通频带之内，而且可以在 和 都靠近 的情况下发生，因为接收机的输入电路对频率靠近其工作频率的干扰信号不会有很大的抑制作用，因此这两种组合频率的干扰对接收机的影响比较大，通常这种干扰就称为三阶互调干扰。当然还存在五阶、七阶等互调干扰，但高阶互调的强度一般都小于低阶互调分量的强度，也就是说五阶、七阶互调干扰的影响小于三阶互调的影响，因此一般都只考虑三阶互调干扰。2.7 移动通信的噪音与干扰38图2-17 等间隔信道分配图2 2）无三阶互调的频道组）无三阶互调的频道组 移动通信系统是采用多信道工作的，这些信道间隔较窄，各信道载频相差不大，与信道载频相比很小，因此，产
45、生三阶互调的频率源主要是网内的多信道频率，为了避免三阶互调干扰，在分配频率时，应合理选用频道组中的频率，使它们可能产生的互调产物不致落入同组频道中任一工作频道。如有个等间隔信道，、分别为 、信道的载频，产生三阶互调干扰的频率是：；。若C1信道使用频率 ，C2使用 ，Cn使用 ，则任一信道的频率为 。其中，为所有信道频率中最低频率；为信道间隔的频率数；Cn为n信道序号。如图2-17所示用信道序号表示三阶互调 ：；。用互调干扰公式计算互调的各种频率的组合，计算繁琐，但设计时又必须计算，因此用图表、曲线等来方便工程设计。常用的有差值列阵法。包含在中，即有。所以，在多信道系统中，当任一两个信道序号之差
46、等于任一另两个信道序号之差，就构成三阶互调。如果 为信道序号之差，则用信道序号表示的三阶互调公式为 ，这就是差值列阵法基本公式，满足此条件就会产生三阶互调。2.7 移动通信的噪音与干扰39 应用时，用图表法，1一次排列信道序号；2按规律依次计算相邻信道序号差值 ，写在两信道序号间；3计算每隔一个信道的序号差值；4计算每隔二个信道的序号差值；5查看三角阵中是否有相同数值，若有，则存在三阶互调；没有则不存在三阶互调。这种方法比较适用于信道数不多的情况。（1 1）差值列阵法。）差值列阵法。根据前面讨论，只要使任何两个信道序号的差值不重复出现，那么这一组频率就是无三阶互调干扰信道组。举例说明：选 ，即
47、信道序号为 、。不能出现差值1，只能选差值2。选 ，即信道序号为 、。不能再出现差值1，2，3，只能选差值4。选 ，即信道序号为 、。不能再出现差值1，2，3，4，6，7，只能选差值5，下一信道序号为8+5=13。信道序号为13，则不能出现差值1，2，3，4，5，6，7，9，11，12，只能选差值8，则下一信道序号为21。如图2-18所示。按上述方法，可得无三阶互调信道频率配置表。表2-1给出了频道利用率最高的无三阶互调信道组方案。图2-18 差值列阵法示例图 2.7 移动通信的噪音与干扰40表2-1 无三阶互调信道组所需信道数最小占用信道数无三阶互调信道组的信道序列号频道利用率341，2，4
48、75%471，2，5，71，3，6，757%5121，2，5，10，121，3，8，11，1242%6181，2，9，13，15，181，2，5，11，16，181，2，5，11，13，181，2，9，12，14，1833%7261，2，8，12，21，24，261，3，4，11，17，22，261，2，5，11，19，24，26；27%8351，2，5，10，16，23，33，35；1，3，13，20，26，31，34，35；23%9451，2，6，13，26，28，36，42，45；20%10561，2，7，11，24，27，35，42，54，56；20%在选用无三阶互调信道组时，三阶互调
49、产物依然存在，只是不落入本系统的工作频道中，本系统内各工作信道不存在三阶互调干扰，但可能对其他系统产生干扰。另外，选用无三阶互调信道组时，频率利用率低，选用频道数量越大，信道利用率越低，所以它只适用于信道数不多的情况。在小区制中，每个小区使用的信道数较少时，可以采用分区分组分配法来提高频率利用率。2.7 移动通信的噪音与干扰41 （2 2）分区分组信道分配法）分区分组信道分配法。用下列案例来说明分区分组法。假设一个无线区群由6个无线小区组成，每个无线区要求4个工作信道，一共需要24个工作信道，则可用下述方法确定各无线区的工作信道序号。若以信道号为1，2，5，11，13，18的无三阶互调信道组作
50、为参考，则该信道组的差值序列为1，3，6，2，5。根据构成无三阶互调信道组的规律可知，只要选取的信道序号之间的差值满足上述差值序列，则是无三阶互调信道组。如果在该信道组中仅取4个信道，则有很多种方法，如取信道序号为1，2，5，11为一组，其差值序列为1，3，6。根据上面的方法，用试探法选取可用的信道组如图2-19所示。图2-19 分组信道分配法示例图 2.7 移动通信的噪音与干扰42 这种方法提高了频率利用率，频道利用率为24/25，它适用于小区中所需信道数较少时，在大容量系统中宜采用等频距分配法。（3 3）等频距信道分配法）等频距信道分配法：等频距分配法是按等频距配置信道的，假设某系统可用频
