第四章1话务和信道的规划

第4章系统规划

第1节话务和信道的规划

无线系统容量依赖于许多因素。这些因素包括：

用作话音或数据的信道数目。

用户在此系统中得到的服务等级。

话务理论尽可能帮助我们去获得有用的预测，例如：在一个小区中需要的信道数目。这些统计依赖于所选择的系统和用户的假设或实际的行为。

话务是什么？话务指信道的使用，其经常认为是对一个或几个电路（中继电路或信道）在单位时间内的占用时间（或叫做每小时中“通话小时”的数目）。话务是用爱尔兰来测量，即如果一个用户在持续打电话，这时在一个小时内只有一个通话，此时将产生一个爱尔兰的话务。

一个小区能承载多少话务量？这依赖于可用信道的数目和能够接受的拥塞（这拥塞是用户和服务提供者能接受的），这即所谓的服务等级（GOS）。对用户行为的不同预测将带来此问题的不同答案。爱尔兰（丹麦的话务理论家）的B表就是基于最常用的假设得到的。这些假设是：

没有排队

用户的数目比可用的话务信道要大得多

没有专用（保留）的话务信道

话务分布服从泊松（POISSION）分布

阻塞的呼叫立即放弃试呼。

这种系统称为“呼损系统”。爱尔兰B 表提供话务信道数目、服务等级GoS、可提供的话务量三者之间得关系。这种关系如图4-1所示。假设一个小区有两个载频，典型的此小区应有2*8-2=14个话务信道，并且认为2%GoS可接受，那么此小区能提供的话务量为A=8.2003爱尔兰（图4-1）

当能够得到每个用户平均的话务量，那这个数值是令人感兴趣的。研究表明每个用户在忙时的典型平均话务量为15-20个毫爱尔兰（此值对应于每小时约持续54-72秒的呼叫）。用一个小区可提供的话务量

A CELL=8.20e，除去每个用户的话务量，这里选择A SUB=0.025E，那此小区可支持的用户数为8.20/0.025=328个用户。

图4-1

现在预测网络的容量一般利用人口统计学的数据来确定小区的规模。

前面的例子虽然简单，但对话务的含义和话务的规划提供了一个很好的解释。

问题在于在一特定区域，假设有一些用户，如果只用一个小区，我们需要有多少载频来容纳这些话务？

当保持小区的大小固定时，规划整个网络的话务容量意味着统计每一个小区需要的载频数目。另外，话务量是不固定的，在白天、夜晚不同，在不同的日期也不同，其受很多因素影响。移动电话意味着移动性，即用户可以在几天中从一个地区到另一个地区。

考虑到网络不同的区域存在不同的行为，信令信道（SDCCHs）数目的规划同样重要。例如，在不同位置区边界的小区有大量的位置更新，而在高速公路的小区可能有大量的切换。为了计算需要的SDCCH数目，我们必须考虑在每一个过程中SDCCH的试呼次数和每一个过程中SDCCH必须占用的时间。这些过程有：位置更新，周期性登记，IMSI 结合/分离，呼叫建立，短消息，传真和辅助业务。错误接入的数目也必须考虑。典型的这些值比较大，但同整个话务比较仍较少。

在选择话务表时，服务等级必须考虑。事实上，我们必须牢记呼叫经过两个不同的信道（SDCCH和TCH）。图4-2解释了这种情况：

图4-2 通过不同设备的一个呼叫过程

如果A是对于正常语音和传真呼叫建立时在SDCCH上产生的话务，A’是在SDCCH上进行其他过程产生的话务，对于通过SDCCH和TCH的呼叫的整个服务等级为GoS T：

GoS T=GoS1+（1- GoS1）GoS2

这里GoS1是SDCCH的服务等级，GoS2是TCH上的服务等级。因为我们可以估计运营者提供话务信道的服务等级，即GoS2，很显然在SDCCH上需要更高的服务等级。这不仅因为在其上面提供信令过程，而且因为整个网络的服务等级比运营者希望的服务等级要高。

更加精确的SDCCH规划可以通过观察在特定小区TCHs和SDCCHs的阻塞情况来得到。优化的配置可以通过在保证在GoS1不超过1/4的

GoS2（对于只有4个SDCCH的，GoS1≦GoS2/2）的情况下使TCH的数目尽可能多。

根据GSM规范要求，SDCCH只能以4或8的步长增加，即一个小区能有4、8、12等等个SDCCH），但一个小区不能超过128个SDCCH。

信道利用率

假定现在的任务是来考虑为33爱尔兰的用户提供多少话务信道。在忙时的GOS不能超过2%。考虑以上的要求并查找爱尔兰B表，我们发现需要43个信道。

图4-3 43个信道在不同GOS下能提供的话务量假设需要设计5个小区去覆盖刚才一个小区同样的区域。这5个小区必须提供上面小区同样的话务33爱尔兰。可接受的GOS依然是2%。首先，全部的话务需分布在这些小区中（图4-4）。话务分布在不同的小区的后果是需要的信道数目比话务集中在一个小区需要的信道要多。

这些表明这样一个事实：一个大的小区比其他方法可以更有效的利用信道。为计算信道的利用率，GOS为2%产生的话务量（得到服务话务量）除去这些信道的数目（得到信道利用率）。

对于43个信道（正像前面单个小区的例子），信道的利用率为

33.083/43=77%。即每个信道在大约77%的时间被占用。但是，将这个小区划成较小的小区，需要更多的话务信道，因此信道利用率降低。

图4-4

当一定的话务量分布到几个小区后将发生什么？正像我们在下面章节要看到的，容量和干扰问题阻碍了我们使用更高的信道利用率这种模式，在实际网络中，必须在利用率和容量之间进行平衡。

第四章 信道与噪声..

第四章信道与噪声 知识结构-信道的基本概念和数学模型 -恒参信道及其对所传信号的影响 -随参信道及其对所传信号的影响（选讲）-信道的加性噪声 -信道的容量 教学目的-了解信道的分类和传输模型、系统的无失真传输以及滤波器 -掌握系统无失真传输的传输函数，掌握信道容量的计算。 教学重点-信道的无失真传输条件 -模拟信道的信道容量（香农定理） 教学难点-离散信道的信道容量和信道疑义度的概念 -模拟信道容量的物理意义及应用计算 教学方法及课时-多媒体授课（2学时）（1个单元） 备注 单元六（2学时） §4.1 信道的基本概念及其模型 知识要点：信道、狭义信道、广义信道的定义 调制信道、编码信道的概念及其模型 恒参信道、随参信道的概念 错误转移概率 §4.1.1信道的定义 信道，通俗地说，是指以传输媒质为基础的信号通路。具体地说，信道是指由有线或无线电线路提供的信号通路。信道的作用是传输信号，它提供一段频带让信号通过，同时又给信号加以限制和损害。 通常，我们将仅指信号传输媒介的信道称为狭义信道。目前采用的传输媒介有架空明线、电缆、光导纤维（光缆）、中长波地表波传播、超短波及微波视距传播（含卫星中继）、短

波电离层反射、超短波流星余迹散射、对流层散射、电离层散射、超短波超视距绕射、波导传播、光波视距传播等。 可以看出，狭义信道是指接在发端设备和收端设备中间的传输媒介（以上所列）。狭义信道的定义直观，易理解。 在通信原理的分析中，从研究消息传输的观点看，我们所关心的只是通信系统中的基本问题，因而，信道的范围还可以扩大。它除包括传输媒介外，还可能包括有关的转换器，如馈线、天线、调制器、解调器等等。通常将这种扩大了范围的信道称为广义信道。 在讨论通信的一般原理时，通常采用的是广义信道。 为了进一步理解信道的概念，下面对信道进行分类。 §4.1.2信道的分类 由信道的定义可看出，信道可大体分成两类：狭义信道和广义信道。 1. 狭义信道 狭义信道通常按具体媒介的不同类型可分为有线信道和无线信道。 （1）有线信道 所谓有线信道是指传输媒介为明线、对称电缆、同轴电缆、光缆及波导等一类能够看得见的媒介。有线信道是现代通信网中最常用的信道之一。如对称电缆（又称电话电缆）广泛应用于（市内）近程传输。 （2）无线信道 无线信道的传输媒质比较多，它包括短波电离层反射、对流层散射等。可以这样认为，凡不属有线信道的媒质均为无线信道的媒质。无线信道的传输特性没有有线信道的传输特性稳定和可靠，但无线信道具有方便、灵活、通信者可移动等优点。 2. 广义信道 广义信道通常也可分成两种：调制信道和编码信道。

答案 第四章 信道

第四章 信道 1.黑白电视图像每帧含有3×105个像素，每个像素有16个等概出现的亮度等级。 要求每秒钟传输30帧图像。若信道输出S/N=30 dB ，计算传输该黑白电视图像所要求的信道的最小带宽。 解 每个像素携带的平均信息量为 H(x)=(log 216) bit/符号=4 bit/符号 一帧图像的平均信息量为 I=(4×3×105) bit=12×105 bit 每秒钟传输30帧图像时的信息速率为 R b =(12×105×30) bit/s=36 Mbit/s 令 R b =C=Blog 2（1+N S ） 得 B=MHz MHz N S R b 61.31001 log 36)1(log 22==+ 即传输该黑白电视图像所要求的最小带宽为3.61 MHz 。 2.设数字信号的每比特信号能量为E b ，信道噪声的双边功率谱密度为n 0/2，试证明：信道无差错传输的信噪比E b /n 0的最小值为-1.6 dB 。 证 :信号功率为 S=E b R b 噪声功率为 N=n 0B 令C=R b ，得 )1(log )1(log 022B C n E B N S B C b ?+=+= 由此得 B C n E B C b /120-= =min 0n E b 0lim →B C =-B C B C 120lim →B C 693.02ln 12ln 2==-B C 6.1)693.0lg 10(lg 10min 0-==dB n E b dB 3.今设在125us 内传输256个二进制码元，计算信息传输速率是多少？若该信息在4秒内有5个码元产生误码，试问其误码率等于多少？ 解：Pe=错码个数/传输的总码元数=5/(4×256/125×10-6)=0.62×10-6 2、假设信道频带宽度为1024KHZ,可传输2048kb/s 的比特率，其传输效率为多少？信道频带宽度为2048KHZ,其传输效率又为多少？ 解：η1=f b /B=2048Kbit/s÷1024K=2bit/（s·HZ）；

第四章信道

第四章 信 道 本章主要内容： （1）信道分类 （2）无线信道和有线信道 （3）信道的数学模型 （4）信道特性对传输的影响 （5）信道中的噪声 （6）信道容量 本章重点： 1．调制信道模型及编码信道模型的特性 2．恒参信道的传输特性及其对信号的影响 3．随参信道的传输媒质的三个特点及多径传播对信号的影响 本章练习题： 4-1．设一条无线链路采用视距传播方式通信，其收发天线的架设高度都等于40，若不考虑大气折射率的影响，试求其最远通信距离。 m 4-2．设一条天波无线电信道，用高度等于400的层电离层反射电磁波，地球的等效半径等于（6370×4/3），收发天线均架设在地平面，试计算其通信距离大约可以达到多少千米？ km 2F km 4-3．若有一平流层平台距离地面20,试按上题给定的条件计算其题覆盖地面的半径等于多少千米。 km 4-4．设一个接收机输入电路的等效电阻等于600?，输入电路的带

MHz o 宽等于6,环境温度为27C,试求该电路产生的热噪声电压有效值。 4-5．某个信息源由A、B、C 和D 等四个符号组成。设每个符号独立出现，其出现概率分别为1/4、1/4、3/16、5/16，经过信道传输后，每个符号正确接收的概率为1021/1024，错为其他符号的条件概 率)(i i y x P 均为1/1024，试画出此信道模型，并求出该信道的容量C 等于多少？ 4-6．若习题4-5中的四个符号分别用二进制码组00、01、10、11表示，每个二进制码元用宽度为5的脉冲传输，试求出该信道的容量C ms t 等于多少。 s b /4-7．设一幅黑白数字相片有400万个像素，每个像素有16个亮度 等级。若用3KHz 带宽的信道传输它， 且信号噪声功率比等于10，试问需要传输多少时间？ dB 4-8．一个高清晰图像画面共有40万个象素点，每个象素的量化级 为256级， 欲每秒发送25个画面（帧），并设定接收信噪比为30。 dB （1）计算此条件下的发送信息的比特率？ s b /（2）试用仙农公式计算所需信道带宽？ （3）若通过modem 在现有电话线上传输此种画面，问多少时间能传送一帧画面？ 4-9．二元不对称记忆信道模型如下图所示，以等先验概率发送0，1码序列，并分别以代表发送1，0码；分别为接收1，0码。已知信道噪声熵为0.548，接收1，0码概率分别为01,A A 01,B B