浅谈蜂窝无线通信系统

姚婧 马志悦

摘 要 随着无线网络的迅速发展以及无线网络带宽的迅速提高，基于无线网络下的快速移动终端的实时监控具有广泛的应用前景。由于实时监控会涉及到大量的音视频数据的传输，且无线网络信道又具有易错、时变和带限的特点，且多径现象会导致慢衰落和快衰落，使得信道误比特率要比有线环境大得多，且随着基站和终端位置、方向的改变而变化很大。人们开发出了许多无线通信系统，为不同的运行环境中的固定用户或移动用户提供了接入到通信基础设施的手段。

关键词 蜂窝网络 无线通信 网络系统

中图分类号：TN92 文献标识码：A

1蜂窝无线通信

1.1无线网络

通信网络：由多个通信点和通信链路，按照一定的组织形式所构成的通信系统的统一体。广义地讲，它包括一切用于传递信息的网络，它是实现信息传递的物质技术基础。

通信点和通信链路是通信网络的两个基本要素。如果通信链路是有线的（例如双绞线、光纤等），则对应的通信网络为有线网络;如果通信链路是无线的（依靠电磁波进行传输），则对应的通信网络为无线网络。

1.2 蜂窝网络

无线通信链路具有恶劣的物理信道特征，比如由于传播途径中有再大的障碍物，会产生时变多径和阴影。此外，无线蜂窝系统的性能还会受限于来自其他用户的干扰，因此，对干扰进行准确的建模就很重要。很难用简单的解析模型来描述复杂的信道条件，虽然有集中模型确实易于解析求解并与信道实测数据比较相符，不过，即使建立了完美的信道解析模型，再把差错控制编码、均衡器、分集及网络模型等因素都考虑再链路中之后，要得出链路性能的解析在绝大多数情况下任然是很困难的甚至是不可能的。因此，在分析蜂窝通信链路的性能时，常常需要进行仿真。

1.3 蜂窝无线通信网络

跟无线链路一样，对蜂窝无线系统的性能分析使用仿真建模时很有效的，这是由于在时间和空间上对大量的随机事件进行建模非常困难。这些随机事件包括用户的位置、系统中同时通信的用户个数、传播条件、每个用户的干扰和功率级的设置、每个用户的话务量需求等，这些因素共同作用，对系统中的一个典型用户的总的性能产生影响。前面提到的变量仅仅是任一时刻决定系统中的某个用户瞬态性能的许多关键物理参数中的一小部分。蜂窝无线系统指的是，在地理上的服务区域内，移动用户和基站的全体，而不是将一个用户连接到一个基站的单个链路。为了设计特定大的系统级性能，比如某个用户在整个系统中得到满意服务的可能性，就得考虑在覆盖区域内同时使用系统的多个用户所带来的复杂性。因此，需要仿真来考虑多个用户对基站和移动台之间任何一条链路所产生的影响。

链路性能是一个小尺度现象，它处理的是小的局部区域内或者短的时间间隔内信道的顺时变化，这种情况下可假设平均接收功率不变。在设计差错控制码、均衡器和其他用来消除信道所产生的瞬时影响的部件时，这种假设时合理的。但是，在大量用户分布在一个广阔的地理范围内时，为了确定整个系统的性能，有必要引入大尺度效应进行分析，比如在大的距离范围内考虑单个用户受到的干扰和信号电平的统计行为时，忽略瞬时信道特征。我们可以将链路级仿真看作通信系统性能的微调，而将系统级仿真看作时整体质量水平粗略但很重要的近似，任何用户在任何时候都可预计达到这个水平。

2 无线网络分类

（1）卫星通信网络（Satellite Network）

这类网络能够提供全球覆盖，但是其资费水平很高，传输时延也很大（LEO的传输时延约为20-25ms，GEO的传输时延约为250-280ms）。

（2）无线广域网（WWAN）

这类系统的覆盖范围可达省际甚至洲际，支持静止、步行或者车载的移动用户，当用户处于静止状态时最多能够获得2Mb/s的数据传输速率。

（3）无线城域网（WMAN）

这类网络能够提供城域覆盖，峰值传输速率可达70Mb/s，能够支持的最高移动速率约为120 km/h。

（4）无线局域网（WLAN）

例如IEEE 802.11bWLAN，能够在较低的资费水平下提供最高可达11Mb/s的数据传输速率，但是只能支持低速移动的用户，而且传输距离只有几十米到几百米。

（5）无线个域网（WPAN）

例如Bluetooth。该系统的最高数据传输速率可达3Mb/s，传输距离通常不超过10米。

3 蜂窝无线通信系统中信道分配的与优化

3.1 信道分配的方法与策略

目前的信道分配策略可以分为三类：固定信道分配（FCA）、动态信道分配（DCA）和混合信道分配。

当前资源需求服务的有效传递以及实现无缝衔接的移动性管理对信道分配控制算法提出更高要求，尤其是基站之间的快速越区切换。为越区呼叫预留更多的信道是保证更高服务质量（QoS）的方法，但也会存在浪费资源的危险，不利于资源的高效利用。因此信道分配策略要保证合适的越区预留信道数，以达到当保持大规模的通信连接时能保证服务质量和高效资源利用率的平衡。

3.2 信道分配——越区切换时的信道分配

越区切换时的信道分配是解决当呼叫要转换到新小区时，新小区如何分配信道，使得越区失败的概率尽量小。

常用的做法是在每个小区预留部分信道专门用于越区切换。 这种做法的特点是：因新呼叫可使用信道数的减少，要增加呼损率，但减少了通话被中断的概率，从而符合人们的使用习惯。

4 结语

当今大多数无线通信系统都是基于蜂窝无线电概念之上的。蜂窝系统可以采用频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）或者空分多址（SDMA）中的任何一种技术。