淺談蜂窩無線通信系統

姚婧 馬志悅

摘 要 隨著無線網絡的迅速發展以及無線網絡帶寬的迅速提高，基于無線網絡下的快速移動終端的實時監控具有廣泛的應用前景。由于實時監控會涉及到大量的音視頻數據的傳輸，且無線網絡信道又具有易錯、時變和帶限的特點，且多徑現象會導致慢衰落和快衰落，使得信道誤比特率要比有線環境大得多，且隨著基站和終端位置、方向的改變而變化很大。人們開發出了許多無線通信系統，為不同的運行環境中的固定用戶或移動用戶提供了接入到通信基礎設施的手段。

關鍵詞 蜂窩網絡 無線通信 網絡系統

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A

1蜂窩無線通信

1.1無線網絡

通信網絡：由多個通信點和通信鏈路，按照一定的組織形式所構成的通信系統的統一體。廣義地講，它包括一切用于傳遞信息的網絡，它是實現信息傳遞的物質技術基礎。

通信點和通信鏈路是通信網絡的兩個基本要素。如果通信鏈路是有線的（例如雙絞線、光纖等），則對應的通信網絡為有線網絡;如果通信鏈路是無線的（依靠電磁波進行傳輸），則對應的通信網絡為無線網絡。

1.2 蜂窩網絡

無線通信鏈路具有惡劣的物理信道特征，比如由于傳播途徑中有再大的障礙物，會產生時變多徑和陰影。此外，無線蜂窩系統的性能還會受限于來自其他用戶的干擾，因此，對干擾進行準確的建模就很重要。很難用簡單的解析模型來描述復雜的信道條件，雖然有集中模型確實易于解析求解并與信道實測數據比較相符，不過，即使建立了完美的信道解析模型，再把差錯控制編碼、均衡器、分集及網絡模型等因素都考慮再鏈路中之后，要得出鏈路性能的解析在絕大多數情況下任然是很困難的甚至是不可能的。因此，在分析蜂窩通信鏈路的性能時，常常需要進行仿真。

1.3 蜂窩無線通信網絡

跟無線鏈路一樣，對蜂窩無線系統的性能分析使用仿真建模時很有效的，這是由于在時間和空間上對大量的隨機事件進行建模非常困難。這些隨機事件包括用戶的位置、系統中同時通信的用戶個數、傳播條件、每個用戶的干擾和功率級的設置、每個用戶的話務量需求等，這些因素共同作用，對系統中的一個典型用戶的總的性能產生影響。前面提到的變量僅僅是任一時刻決定系統中的某個用戶瞬態性能的許多關鍵物理參數中的一小部分。蜂窩無線系統指的是，在地理上的服務區域內，移動用戶和基站的全體，而不是將一個用戶連接到一個基站的單個鏈路。為了設計特定大的系統級性能，比如某個用戶在整個系統中得到滿意服務的可能性，就得考慮在覆蓋區域內同時使用系統的多個用戶所帶來的復雜性。因此，需要仿真來考慮多個用戶對基站和移動臺之間任何一條鏈路所產生的影響。

鏈路性能是一個小尺度現象，它處理的是小的局部區域內或者短的時間間隔內信道的順時變化，這種情況下可假設平均接收功率不變。在設計差錯控制碼、均衡器和其他用來消除信道所產生的瞬時影響的部件時，這種假設時合理的。但是，在大量用戶分布在一個廣闊的地理范圍內時，為了確定整個系統的性能，有必要引入大尺度效應進行分析，比如在大的距離范圍內考慮單個用戶受到的干擾和信號電平的統計行為時，忽略瞬時信道特征。我們可以將鏈路級仿真看作通信系統性能的微調，而將系統級仿真看作時整體質量水平粗略但很重要的近似，任何用戶在任何時候都可預計達到這個水平。

2 無線網絡分類

（1）衛星通信網絡（Satellite Network）

這類網絡能夠提供全球覆蓋，但是其資費水平很高，傳輸時延也很大（LEO的傳輸時延約為20-25ms，GEO的傳輸時延約為250-280ms）。

（2）無線廣域網（WWAN）

這類系統的覆蓋范圍可達省際甚至洲際，支持靜止、步行或者車載的移動用戶，當用戶處于靜止狀態時最多能夠獲得2Mb/s的數據傳輸速率。

（3）無線城域網（WMAN）

這類網絡能夠提供城域覆蓋，峰值傳輸速率可達70Mb/s，能夠支持的最高移動速率約為120 km/h。

（4）無線局域網（WLAN）

例如IEEE 802.11bWLAN，能夠在較低的資費水平下提供最高可達11Mb/s的數據傳輸速率，但是只能支持低速移動的用戶，而且傳輸距離只有幾十米到幾百米。

（5）無線個域網（WPAN）

例如Bluetooth。該系統的最高數據傳輸速率可達3Mb/s，傳輸距離通常不超過10米。

3 蜂窩無線通信系統中信道分配的與優化

3.1 信道分配的方法與策略

目前的信道分配策略可以分為三類：固定信道分配（FCA）、動態信道分配（DCA）和混合信道分配。

當前資源需求服務的有效傳遞以及實現無縫銜接的移動性管理對信道分配控制算法提出更高要求，尤其是基站之間的快速越區切換。為越區呼叫預留更多的信道是保證更高服務質量（QoS）的方法，但也會存在浪費資源的危險，不利于資源的高效利用。因此信道分配策略要保證合適的越區預留信道數，以達到當保持大規模的通信連接時能保證服務質量和高效資源利用率的平衡。

3.2 信道分配——越區切換時的信道分配

越區切換時的信道分配是解決當呼叫要轉換到新小區時，新小區如何分配信道，使得越區失敗的概率盡量小。

常用的做法是在每個小區預留部分信道專門用于越區切換。 這種做法的特點是：因新呼叫可使用信道數的減少，要增加呼損率，但減少了通話被中斷的概率，從而符合人們的使用習慣。

4 結語

當今大多數無線通信系統都是基于蜂窩無線電概念之上的。蜂窩系統可以采用頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）或者空分多址（SDMA）中的任何一種技術。