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1、移动通信组网技术,2,2021/11/23,移动通信的基本概念,移动通信的范畴,移动通信系指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息交换的通信方式。,3,2021/11/23,移动通信系统的组成,信源,发信机,信宿,收信机,天线,天线,将所要传送的信号首先对载波信号进行调制，形成已调载波，已调载波信号经过变频成为射频载波信号送至功率放大器，经功率放大器放大后送至天馈线。,4,2021/11/23,移动通信系统的组成,信源,发信机,信宿,收信机,天线,天线,把射频载波信号变成电磁波或者把电磁波变成射频载波信号,按照规范性的定义，天线就是把射频电流变成扩散模式的空间电磁波的传输模式转换器及其逆变换的
2、传输模式转换器。,5,手机的接续过程,手机开机后，首先进行频率校正，小区识别，也就是我们开机时看到的搜索网络过程。搜索后手机会占用其周边小区中信号最强的一个小区的BCCH（广播控制信道）信号。当手机发起一次呼叫的时候会向交换机发出请求，同时交换机根据请求对所呼叫的手机进行寻呼，成功后建立两个手机的话音通路，两者之间的通话在TCH（业务信道）信道上进行，直至通话结束，将话音信道释放，手机返回BCCH等待。,6,2021/11/23,基站的作用,BTS(基站发信台)主要功能： 进行无线信号发射接收，天线和所有无线接口的信号处理。BTS主要分为基带单元、载频单元和控制单元三部分。基带单元主要用于话音
3、和数据速率适配以及信道编码等；载频单元主要用于调制/解调与发射机/接收机间的耦合；控制单元则用于BTS的操作与维护。,7,2021/11/23,基站的组成,一个基站的构成不是单纯的由BTS组成，他还要包括：铁塔天馈系统，电源设备，电池组，空调设备，传输设备，环境监控等。,8,铁塔天馈系统,什么是天线？ 基站天线是基站与手机之间的接口。它可以同时发射和接收无线电波；发射时，天线将高频电流转换为电磁波；接收时，天线将电磁波转换为高频电流。,9,2021/11/23,10,移动通信的分类,按多址方式可分为频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和 码分多址(CDMA)等按业务类型可分为电话网、数据
4、网和综合业务网按工作方式可分为同频单工、双频单工、双频双工和半双工按服务范围可分为专用网和公用网按信号形式可分为模拟网和数字网,11,移动通信的工作方式,按照通话的状态和频率的使用方法，可将移动通信的工作方式分成：单工通信方式、双工通信方式和半双工通信方式三种。,12,移动通信的工作方式,单工通信,是指通信双方设备交替地进行收信和发信。根据通信方是否使用相同的频率，单工制又分为同频单工和双频单工 常用的对讲机就采用这种通信方式,单工方式,13,移动通信的工作方式,双工通信,双工制，有时也叫全双工通信，是指通信双方收发信机均同时工作，即任一方讲话时，可以听到对方的语音。双工通信一般使用一对频道，
5、以实施频分双工（FDD）工作方式。,双工方式,14,移动通信的工作方式,半双工通信,半双工制是指通信双方,有一方使用双工方式,即收发信机同时工作，且使用两个不同的频率f1和f2；而另一方则采用双频单工方式，即收发信机交替工作。,半双工方式,15,双工技术,双工技术：频分双工（ FDD ）时分双工（TDD）,16,FDD和TDD,蜂窝式组网理论,第一节 蜂窝小区的概念和特点第二节 信道切换策略第三节信道(频率)配置第四节电信业务流量与服务等级第五节干扰和系统容量,18,蜂窝小区的概念和特点,蜂窝式组网理论1. 无线蜂窝式小区覆盖和小功率发射,蜂窝式组网放弃了点对点传输和广播覆盖模式，将一个移动通
6、信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图形的覆盖区域，称为蜂窝小区。,基本的小区类型有：,超小区：小区半径r20km，适于人口稀少的农村地区。宏小区：小区半径r120km，适于高速公路和人口稠密的地区。 微小区：小区半径r0.11km，适于城市繁华区段。微微小区：小区半径r0.1km，适于办公室、家庭等移动应用环境。,19,蜂窝技术,小功率发射 一个较低功率的发射机服务一个蜂窝小区，在较小的区域内设置相当数量的用户2. 频率覆盖 蜂窝系统的基站工作频率，由于传播损耗提供足够的隔离度，在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一组工作频率，称为频率复用。优点：缓解了频率资源紧缺，增加了系统容量缺点
7、：同频干扰,20,21,移动通信的组网理论,3. 多信道共用与越区切换 4. 无线通信优势与有线网络优势的理想互联,多信道共用技术利用信道占用的间断性，使许多用户能够任意地、合理地选择信道，以提高信道的使用效率，这与市话用户共同享有中继线相类似。 越区切换：当正在通话的移动台进入相邻无线小区时，业务信道自动切换到相邻小区基站，从而不中断通信过程,移动信息通过基站和移动业务交换中心进入公众电信 网或其他移动网，实现移动用户与市话用户、移动用户与移动用户之间的通信。,移动通信网的体制-大区制,分两类：小容量的大区制和大容量的小区制大区制移动通信系统 大区制是指一个基站覆盖整个服务区。适用于小容量的
8、通信网，例如用户数在1000以下的。这种制式的控制方式简单，设备成本低，适用于学校、工矿区以及专业部门，是发展专用移动通信网可选用的制式。,移动通信网的体制-小区制,小区制的概念 将所要覆盖的地区划分为若干小区，每个小区的半径可视用户的分布密度在1-10公里左右，在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务。频率复用 用有限的频率数就可以服务多个小区，每一个小区和其它小区可再重复使用这些频率，称为频率复用。这种组网方式可以构成大区域大容量移动通信系统。,频率复用和覆盖方式带状服务覆盖区面状服务覆盖区簇小区的覆盖形状同频干扰同频相邻小区的找法,大容量的小区制,双频组频率配置三频组频率配置,一般
9、应用在铁路、公路、沿海等地。按横向排列覆盖整个服务区，BS使用定向天线，有许多细长的无线小区相连而成。,为了克服同频干扰，常采用双频组频率配置和三频组或四频组的频率配置方式。从造价和频率利用率来看，选择 二频组最好，但二频组的抗干扰能力最差,带状服务覆盖区,面状服务覆盖区,面状服务区 陆地移动通信大部分是在一个宽广的平面上实现的，平面服务区内的无线小区组成的实际形状取决于电波传播条件和天线的方向性。 如果服务区的地形、地物相同，且基地台采用全向天线，其覆盖范围大体是一个圆。为了不留空隙地覆盖整个服务区，无线小区之间会有大量的重叠。在考虑重叠之后，每个小区实际上的有效覆盖区是一个圆的内接多边形，
10、这些多边形有正三角形、正方形和正六边形。,蜂窝概念,蜂窝概念 整个无线覆盖区采用正六边形无线小区彼此邻接构成，把这种六边形形状基站的覆盖范围称之为蜂窝网。移动通信系统是采用一个叫基站的设备来提供无线服务范围的。基站的覆盖范围有大有小，我们把基站的覆盖范围称之为蜂窝。许多小功率的发射机(小覆盖区)来代替单个的大功率发射机(大覆盖区)，每一个小覆盖区只提供服务范围内的一小部分覆盖。每个基站分配整个系统可用信道中的一部分，相邻基站则分配另外一些不同的信道，这样部分可用信道就分配给了相邻的基站。给相邻的基站分配不同的信道组，则基站之间(以及在它们控制下的移动用户之间)的干扰就最小。,蜂窝概念,要覆盖整
11、个区域，无重叠和间隙，只有三种可能的选择：正三角形、正方形、正六边形,蜂窝概念,通过上表可见，采用正六边形无线小区邻接构成整个面状服务区为最好。六边形的面状服务区的形状像蜂窝-称蜂窝网蜂窝网通常是先由若干邻接的无线小区组成一个无线区群，再由若干个无线区群构成整个服务区为了实现同频复用，防止同频干扰，要求每个区群中的小区，不得使用相同频率，只有在不同的无线区群中，才可使用相同的频率进行频率复用,实际形状由于地形地貌、传播环境、衰落形式的多样性，小区的实际无线覆盖是一个不规则的形状 一个小区实际的无线覆盖是不规则的。,蜂窝概念,同频复用小区簇的意义频率复用距离与小区簇的关系载波干扰比与小区簇的关系
12、,同频复用,频率复用,两个不同的地理区域里配置相同的频率。例如在不同的城市中使用相同频率的AM或FM广播电台（短波）。在一个系统的作用区域内重复使用相同的频率这种方案用于蜂窝系统中。,区 群,若干个单位无线区群彼此邻接组成蜂窝式服务区域邻接单位无线区群中的同频无线小区的中心间距相等。满足以上条件的单位无线区群中的小区数目N为: N=i2+ij+j2其中，i和j为整数。N叫做区群的大小，典型值为4、7或12。,群区小区数N的取值,区群（簇）的组成,七小区频率复用的图解,同频小区的确定,沿着任何一条六边形边的垂线方向移动j个小区逆时针旋转60度再移动i个小区,i=？j=？N=？,在蜂窝小区中定位同
13、频小区的方法,频率复用距离D,频率复用距离D: 式中D:同频小区的距离 N: 单位无线区群中的小区数目 R:小区半径 :邻区中心之间距离,系统容量与区群关系,考虑一个共有S个可用的双向信道的蜂窝系统。如果每个小区都分配k个信道(kS)，并且S个信道在N个小区中分为各不相同的、各自独立的信道组，而且每个信道组有相同的信道数目，那么可用无线信道的总数表示为： S=kN 共同使用全部可用频率的N个小区叫做一区群。如果区群在系统中共复制了M次，则双向信道的总数C，可以作为容量的一个度量： C=MkN=MS 系统容量C与M成比例:N减少而总小区数目不变,M增加从而获得更大的容量.,系统容量与区群关系,N
14、取值是满足通信质量的前提下取值.因此在保证通信质量的前提下,N值大小表现了移动台或基站承受干扰的大小,N取可能最小值是最好的,以提高覆盖范围上的最大容量.,同频干扰小,小区簇的意义,在实际的蜂窝系统中，需要对这两个目标进行协调和折衷。,推导载干比与小区簇的关系,C-移动台接收的载波功率I-移动台接收的同频干扰功率。 若设有K个同频干扰小区，则移动台接收的载干比可表示为,问题： 满足同频载干比最低门限 时，要求的小区簇数目N至少多大？,设各基站发射功率相同，各基站到移动台距离近似相等（等于）；采用全向天线，六个干扰源。移动无线信道的传播特性表明：路径损耗正比于传播距离的次方（一般取4 ）,得到载
15、干比门限 与小区簇数目N的关系为：（）,所要求的越小，越小，每个小区可用信道数越多，系统容量越大,推导载干比与小区簇的关系,TACS模拟蜂窝系统中，通常,所以GSM系统容量更大,同理，根据上式可得出，或个小区为一簇,根据（）式可得出，簇N最小为6.49，故一般取小区簇的最小值为N =7， 即：7个小区为一簇,GSM数字蜂窝系统中,载干比与小区簇的关系,例题：蜂窝小区的六个同频干扰分布如图。MS处于小区边缘o，要求载干比在最不利的情况下应达到规定的门限值(C/I)s，分别计算 (1)(C/I)s=18dB 2) (C/I)s=12dB 时，小区簇数至少为几个？若总频段宽度W=25MHZ，等效信道
16、间隔B=25KHZ，试比较不同(C/I)s情况下的通信容量。,载干比与小区簇的关系,通信容量用每小区分配的频道数k表示，则,小区簇数：,例题的解,频率复用意味着在一个给定的覆盖区域内，存在着许多使用同一组频率的小区，这些小区叫做同频小区；这些同频小区之间的信号干扰叫做同频干扰。为了减小同频干扰，同频小区必须在物理上隔开一个最小的距离，为传播提供充分的隔离。另外，可以采用定向天线减小同频干扰。,同频干扰及减少的措施,邻频干扰:降低邻频干扰的措施:,来自所使用信号频率的相邻频率的信号干扰。邻频干扰是因接收滤波器不理想，使得相邻频率的信号泄漏到了传输带宽内而引起的。,使用精确的滤波器； 合适的信道分
17、配使其减小； 使小区中的信道间隔尽可能的大； 避免在相邻小区使用邻频信道来阻止次要的邻频干扰； 选用合适的频率复用比例。,邻频干扰及减少的措施,第二节 信道切换策略,信道切换概念引起切换通常的原因移动台辅助切换实际系统切换的一些考虑,信道切换策略,信道切换概念 当移动用户处于通话状态时，如果用户从一个小区移动到另一个小区，为保证通话的连续，系统要对该移动台的连接控制也从一个小区转移到另一小区。将处于正在通话的移动台转移到新的业务信道（新小区）的过程称为切换。,信道切换策略,信道切换目的 是实现蜂窝移动通信的“无缝隙”覆盖，即当移动台从一个小区进入另一个小区时，保证通信的连续性。切换的操作不仅包
18、括识别新的小区，而且需要分配给移动台在新小区的语音信道和控制信道。,信道切换策略,引起切换通常的原因 :信号的强度或质量下降到由系统规定的一定参数以下，此时移动台被切换到信号强度较强的相邻小区。由于某小区业务信道容量全被占用或几乎全被占用，这时移动台被切换到业务信道容量较空闲的相邻小区。 由第一种原因引起的切换一般由移动台发起，由第二种原因引起的切换一般由上级实体发起.,信道切换策略,切换必须顺利完成，并且尽可能少地出现，同时要使用户觉察不到。为适应这些要求，系统设计者必须指定一个启动切换的最恰当的信号强度。（一般在-90dBm-100dBm）基站在准备切换之前先对信号监视一段时间。呼叫在一个
19、小区内没有经过切换的通话时间，叫做驻留时间。,信道切换策略,第一代模拟蜂窝系统中，信号能量的检测是由基站来完成，由移动交换中心(MSC)来管理的。在使用数字TDMA技术的第二代系统中，是否切换的决定是由移动台辅助完成的。移动台辅助切换（MAHO）:每个移动台检测从周围基站中接收信号的能量并且将这些检测数据连续送给当前为它服务的基站。,信道切换策略,实际系统切换的一些考虑 在实际的蜂窝系统中，当移动速度变化范围较大时，系统设计将遇到许多问题。 通过使用不同高度的天线和不同强度的功率，在一个站点上设置“大的”和“小的”覆盖区是可能的，这种技术叫做伞状小区方法。伞状小区方法能用来为高速用户提供大面积
20、的覆盖，同时为低速用户提供小面积的覆盖。,信道切换策略,小区拖尾是由对基站发射强信号的步行用户所产生的。由于用户以非常慢的速度离开基站，平均信号能量衰减不快；即使当用户远离了小区的预定范围，基站接收的信号仍然可能高于切换门限，因此不做切换，这就会产生潜在的干扰和话务量管理问题，因为用户那时已深入到了相邻小区中。为解决小区拖尾问题，需仔细地调整切换门限和无线覆盖参数。,第三节 信道(频率)配置,激励方式信道(频率)配置-等频距配置法信道配置实例-频率划分,激励方式,激励方式一般分为中心激励和顶点激励。 中心激励是指基站台位于无线小区的中心，并采用全向天线实现无线小区的覆盖。 顶点激励是指每个正六
21、边形间隔的三个顶角上设置基站台，并采用三个1200扇形张角的定向天线覆盖整个无线小区。 表示方法:中心激励N=7； 顶点激励N= 43； 33,基站激励方式,中心激励(center-excited)： 基站设在小区的中央，用全向天线形成圆形覆盖区。 顶点激励 (edge-excited) ： 基站设在每个小区六边形的三个顶点上，每个基站采用三副120度扇形辐射的定向天线，分别覆盖三个相邻小区的各三分之一区域。,全向辐射天线基站,120扇形辐射天线基站,顶点激励方式的好处,顶点激励方式采用定向天线，能消除障碍物阴影对来自1200主瓣之外的同频干扰信号，天线方向性能提供一定的隔离度，从而降低了干扰
22、减小同频无线小区之间的距离，降低了无线区群中无线小区的个数，提高频率利用率、简化设备、降低成本,信道配置,将给定的信道(频道)分配给一个簇内的各个小区。 静态配置法 分区分组配置法：尽量减小占用的总频段，以提高频段利用率；同一簇内不能使用相同的信道，以避免同频道干扰；适合小容量系统。 等频距配置法：按等频率间隔来配置信道，适合大容量系统。,信道配置,动态配置法 动态配置法：随业务量的变化重新配置;柔性配置法：准备若干个信道，需要时提供给某个小区使用。,信道(频率)配置-等频距配置法,等频距配置时可根据群内的小区数N来确定同一信道组内各信道之间的频率间隔，例如，第一组用(1，1+N, 1+2N,
23、 1+3N, )，第二组用(2, 2+N, 2+2N, 2+3N, )等。例如N=7，则信道的配置为：第一组 1、 8、 15、 22、 29、 第二组 2、 9、 16、 23、 30、 第三组 3、 10、 17、 24、 31、 第四组 4、 11、 18、 25、 32、 第五组 5、 12、 19、 26、 33、 第六组 6、 13、 20、 27、 34、 第七组 7、 14、 21、 28、 35、 ,这样同一信道组内的信道最小频率间隔为7个信道间隔，若信道间隔为200kHz，则其最小频率间隔可达1400 kHz， 这样，接收机的输入滤波器便可有效地抑制邻道干扰和互调干扰。 如
24、果是定向天线进行顶点激励的小区制，每个基站应配置三组信道，向三个方向辐射，例如N=7，每个区群就需有21个信道组。整个区群内各基站信道组的分布如下图 。,三顶点激励的信道配置,信道配置实例-频率规划原则,一般情况下，同基站内不允许存在同频、邻频频点；同一小区内BCCH和TCH的频率间隔最好在400kHz以上；同一小区的TCH间的频率间隔最好在400kHz以上(采用射频跳频时可通过合理规划MAIO（移动台辅助切换）实现要求)；直接邻近的基站应尽量避免同频(即使其天线主瓣方向不同，旁瓣的影响也会带来较大的干扰)；,信道配置实例-频率规划原则,考虑到天线挂高和传播环境的复杂性，距离较近的基站应尽量避
25、免同频、邻频相对(含斜对)；重点关注同频复用，避免在邻近区域存在同BCCH的情况。,信道配置实例_ 43频率复用方式,GSM系统中最基本的频率复用方式为43频率复用方式， “4”表示4个基站， “3”表示每个基站覆盖3个小区。 这12个扇形小区为一个频率复用簇，同一簇中频率不能被复用。这种频率复用方式由于同频复用距离大，能够比较可靠地满足GSM体制对同频于扰保护比和邻频干扰保护比的指标要求，使GSM网络运行质量好、安全性高。由于BCCH载频的重要性及其不能采用下行功控、DTX等抗干扰手段，BCCH载频必须采用43或更宽松的频率复用模式。,43频率复用方式（）3个120度扇区覆盖N=4,每簇由A
26、、B、C、D个基站组成，每个基站覆盖3个小区，共43 =12个频道组。 每组内相邻频道间隔都为12。,例如：A基站A1:第组（97,109,121）A2:第组（101,113）A3:第组（105,117）,43频率复用方式的频道配置（联通6MHz）,中国联通GSM900可用带宽为6MHz，频道号为96-124。,中国联通,中国移动,思考：基站、的频道如何配置？,19MHz带宽43复用,中国移动19MHz的频率（194），采用43频率复用模式，BCCH为7994，共16个频点，其余全部分配给TCH.,43复用小结,43作为常规的频率复用模式是基本的频率规划技术，其他各种频率紧密复用技术的BCCH
27、都必须采用43复用模式。理论分析表明，当各基站分布比较规则、小区方位一致时，同样复用模式下的干扰最小。因此要想增加网络容量，就必须尽可能保持基站分布符合理想网孔规则，小区方位角保持一致，天线高度也维持在同一高度(不考虑分层网)。但有时为了覆盖的需要，又往往期望通过调整天线方位角来改善覆盖，在这里与网络容量的提高是一个矛盾，需要权衡取舍。,43复用小结,当需要继续增加网络容量时，可以采用的措施有： (1)小区分裂。但目前市区宏蜂窝基站平均覆盖半径已经小于500m，进一步大规模小区分裂在技术上和经济上的难度越来越大； (2)利用新的频率资源。如引入1800MHz频率资源，建设DCSl800网络；
28、(3)在900MHz现有的频率资源情况下，采用紧密频率复用技术，提高网络容量。 采用频率紧密复用技术提高网络容量是最经济、最快捷的手段，因此也是最受运营商欢迎的手段。,某地区联通GSM组网，43频率复用方式，每个基站区采用三个120度扇区覆盖（）画出43复用方式结构图，图上标明频道组号以及同频小区的位置；（）试采用等频距配置法对第97124号频道进行配置；。,例题,(2) A基站 A1:第组（97,109,121） A2:第组（101,113） A3:第组（105,117） B基站 B1:第2组（98,110,122） B2:第6组（102,114） B3:第10组（106,118）,C基站C
29、1:第3组（99,111,123）C2:第7组（103,115）C3:第11组（107,119）D基站D1:第4组（100,112,124）D2:第8组（104,116）D3:第12组（108,120）,(1),解答,频率紧密复用技术-33,每簇由A、B、C个基站组成，每个基站覆盖3个小区，共33 =9个频道组。 每组内相邻频道间隔都为9。,3个120度扇区覆盖N=3,例如：A基站A1:第1组 ( 100,109,118）A2:第4组（103,112,121）A3:第7组（97,106,115,124）,33频率复用方式的频道配置 （联通6MHz）,这种复用方式的主要特点是：对现有网络结构不需
30、做改动，实施容易。频率分组简单，系统容量一定程度上得到提高。相对于43复用方式，干扰有所增加，但总体干扰可控制 得较小。采用跳频时，需要有足够的频带宽度，以保证跳频效果。,33频率复用方式,频率紧密复用技术-26,A基站A1:第1组A2:第3组A3:第5组A4:第7组A5:第9组A6:第11组,B基站B1:第2组B2:第4组B3:第6组B4:第8组B5:第10组B6:第12组,每簇由A、B 2个基站组成，每个基站覆盖6个扇区，12个频道组，每组内相邻频道间隔都为12。,26复用方式的主要特点：通过增加每基站扇形小区数，可使每个基站的容量有较大的提高。需要高性能的半功率角更小的天线，对天线、站址
31、规划要求高。天线辐射信号更加集中，有利于改善室内覆盖。需要增加天线，从现有的43方式改为26方式，对天线系统及频率规划需要做较大的调整及优化。增加了切换频次。同频复用距离小，网络干扰增大，须使用DTX、射频跳频等抗干扰措施。,26频率复用技术,同心圆技术,将无线覆盖小区分为内圆和外圆两个服务层，又称顶层(Overlay)和底层(Underlay)。外圆的覆盖范围是传统的蜂窝小区，而内圆的覆盖范围主要集中在基站附近，外圆一般采用常规的43复用方式，而内圆则采用紧密的复用方式，如33，或3。因而，所有载频被分为两组，一组用于外圆，一组用于内圆。外圆和内圆是共站址的，而且共用一套天馈系统，共用同一个
32、BCCH信道，BCCH信道必须设置在外圆载频信道上。,第四节电信业务流量与服务等级,多信道共用技术话务量与呼损率的定义呼损系统呼损率B的计算爱尔兰B公式用户忙时的话务量与用户数,第四节电信业务流量与服务等级,一、多信道共用技术 当无线移动通信系统小区所有无线信道都被占用，而用户又请求服务时:(1) 发生呼叫阻塞而被系统拒绝接入。(2) 用户队列保存阻塞呼叫，呼叫请求就一直延迟到有空闲 信道为止。,二、话务量与呼损率的定义 在话音通信中，业务量的大小用话务量来量度。话务量又分为流入话务量和完成话务量。流入话务量的大小取决于单位时间(1小时)内平均发生的呼叫次数和每次呼叫平均占用信道时间(含通话时
33、间)S。显然和S的加大都会使业务量加大，因而可定义流入话务量A为,式中：的单位是(次/小时)；S的单位是(小时/次)；两者相乘而得到A应是一个无量纲的量，专门命名它的单位为“爱尔兰”(Erlang)。,电信业务流量与服务等级,已知 1 小时内平均发生呼叫的次数为(次)，可求得: A(爱尔兰) = S(小时/次)(次/小时) 可见这个A是平均1小时内所有呼叫需占用信道的总小时数。 因此，1爱尔兰就表示平均每小时内用户要求通话的时间为1小时。 例如，全通信网平均每小时发生20次呼叫，即 = 20(次/小时)平均每次呼叫的通话时间为3分钟，即,爱尔兰,在信道共用的情况下，通信网是无法保证每个用户的所
34、有呼叫都能成功，必然有少量的呼叫会失败， 即发生“呼损”。已知全网用户在单位时间内的平均呼叫次数为， 其中有的呼叫成功了，有的呼叫失败了。设单位时间内成功呼叫的次数为0(0)，就可算出完成话务量,流入话务量A与完成话务量A0之差，即为损失话务量。损失话务量占流入话务量的比率即为呼叫损失的比率，称为“呼损率”，用符号B表示,呼损率B越小，成功呼叫的概率就越大，用户就越满意。 因此，呼损率B也称为通信网的服务等级(或业务等级)。 例如，某通信网的服务等级为0.05(即B=0.05)，表示在全部呼叫中未被接通的概率为5%。 但是，对于一个通信网来说，要想使呼叫损失小，只有让流入话务量小，即容纳的用户
35、少些，这又是所不希望的。可见呼损率与流入话务量是一对矛盾，要折衷处理。,系统的服务等级指标是呼损率，通常有三种不同定义的呼损率。 按时间计算的呼损率 系统服务设备处于阻塞状态下的概率，近似等于在考察的时间内，系统被阻塞的时间与考察的时间之比。 按呼叫计算的呼损率 呼叫因为系统忙被损失的概率，近似等于在考察的时间内，损失呼叫数量与到达的总呼叫数量之比。 按负载计算的呼损率 负载损失的概率，近似等于在考察的时间内，损失负载与这段时间流入的负载之比。,四、 用户忙时的话务量与用户数,每个用户在24小时内的话务量分布是不均匀的， 网络设计应按最忙时的话务量来进行计算。最忙1小时内的话务量与全天话务量之
36、比称为集中系数，用k表示，一般k=10%15%。每个用户的忙时话务量需用统计的办法确定。 通信网中每一用户每天平均呼叫次数为C(次/天)， 每次呼叫的平均占用信道时间为T(秒/次)，集中系数为k， 则每用户的忙时话务量为,例如：一个用户25天内平均呼叫时间100min，平均每天呼叫时间4min ,每天忙时呼叫一次，假定忙时系数9%，忙时呼叫一次时间为0.36min，根据A=s， 则每个用户忙时只呼一次的业务量为0.36/60=0.06Erl。 若有100个用户10条线路,则这个系统的流入话务量A=6Erl， 国外资料表明，公用移动通信网可按a=0.01设计，专业移动通信网可按a=0.05设计。
37、由于电话使用的习惯不同，国内的用户忙时话务量一般会超过上述数据不少，建议公用移动通信网按a=0.020.03设计，专业移动通信网按a=0.08设计。,用户数的计算,以a=0.01(爱尔兰/用户)计算出每信道的用户数如下表 所示(在a值不同时，则需另行计算)。,全网的用户数为mn ，m为每个信道的用户数，n 为信道数,例题1,某蜂窝网小区共有20个信道，每个用户忙时话务量0.01Erl,在一个呼叫清除系统中,呼损率为1%,该小区能支持多少用户数? 解:n=20,B=1%,查表2.1 得A=12Erl 用户数m.n=A/ =12/0.01=1200户,例题,某地区组网面积为1280km2 ，系统总
38、频带宽度=40MHz，信道等效间隔Bc=60KHz，采用N=7小区复用，小区半径R=4km（小区面积按六边形面积2.5981R2计算）。若统计每用户平均忙时呼叫3次，每次呼叫平均时长36秒，要求系统的呼损率为2%，求：（1）该地区共建多少个小区？（2）每小区信道数？（3）该地区总话务量；（4）在给定的呼损率下，该地区可提供的总用户数？（）每信道用户数；（）系统一次服务的最大用户数？,(1)小区面积2.5981R2=41.57Km2 小区个数: 1280/41.57=31 个(2)每小区信道数:n=W/Bc/N=40000/60/7=95 条,(3)每小区话务量n=95 B=2% 查爱尔兰呼损表
39、得 A=84 Erl /小区总话务量31842604 Erl (4),总用户数: m*n*31= 31*AAa=31*84/0.03=86800 (户)(5)每信道用户数=86800/(95*7)=130户/信道,(6)系统一次服务的最大用户数，即总的可使用的信道数 95*312945个,例题2的解,等待系统服务等级的计算,等待系统服务等级指标主要有等待时长的概率分布和呼叫平均等待时间。等待时长的概率分布主要关心呼叫等待的概率和呼叫等待时间超过规定时间的概率。呼叫平均等待时间根据不同定义，可以分成： 根据全部呼叫计算的平均等待时间； 根据等待呼叫计算的平均等待时间。,第五节蜂窝小区容量改善的技
40、术,小区分裂扇区划分新微小区,小区分裂,移动通信组网初期，各小区大小相等，容量相同，随着城市建设和用户数的增加，用户密度不再相等。为了适应这种情况，在高用户密度地区，将小区面积划小，或将小区中的基站全向覆盖改为定向覆盖，使每个小区分配的频道数增多，满足话务量增大的需要，这种技术称为小区分裂。,小区分裂,小区分裂就是一种将拥塞的小区分成更小小区的方法，分裂后的每个小区都有自己的基站并相应地降低天线高度和减小发射机功率.,图 小区分裂的图例,假设每个小区都按半径的一半来分裂，如图所示。为了用这些更小的小区来覆盖整个服务区域，将需要大约为原来小区数目4倍的小区。分裂后的每个小区都有自己的基站并相应地
41、降低天线高度和减小发射机功率.整个服务区基站数目增加。,小区的分裂,用户密度不等时的小区结构,小区分裂,扇区的概念,蜂窝系统中的同频干扰可以通过使用定向天线代替基站中单独的一根全向天线来减小，其中每个定向天线辐射某一特定的扇区。由于使用了定向天线，小区将只接收同频小区中一部分小区的干扰。这种使用定向天线来减小同频干扰，从而提高系统容量的技术叫做裂向。 采用裂向技术以后，在某个小区中使用的信道就分为分散的组，每组只在某个扇区中使用，如图(a) 和 (b)所示。,图 扇区划分,扇区划分提高系统容量,扇区划分提高系统容量的方法是保持小区半径R不变，而寻找办法来减小D/R比值。在扇区划分的方法中，容量
42、的提高是通过降低同频干扰，从而减小区群中的小区数量N，相应提高频率复用来实现的。但是，为了做到这一点，需要在不降低发射功率的前提下减小相互干扰。,例题,某系统要求B=1%共有395个信道,用户忙时平均呼叫1次/小时,平均每次呼叫时长2分钟,问在全向N=7复用方式及1200裂向情况下用户及信道利用率分别是多少?解:全向 n=57 B=1%查爱尔兰呼损表 A=44.2Erl 用户数m.n= A/ =44.2/(1/30)=1326户 信道利用率 =A(1-B)/n=44.299%/57=77%1200 n=57/3=19 B=1%查爱尔兰呼损表 A=11.23Erl 用户数m.n= A/ =11.
43、23/(1/30)=336户 信道利用率 =A(1-B)/n=11.2399%/19=58.5%,新微小区的概念,基于7小区复用的微小区概念，如图所示。在这个方案中，每3个(或者更多)区域站点(在图中以Tx/Rx表示)与一个单独的基站相连，并且共享同样的无线设备。各微小区用同轴电缆、光导纤维或微波链路与基站连接。多个微小区和一个基站组成一个小区。,图 微小区的概念,微小区技术的优点在于，小区既可以保证覆盖半径，又能够减小蜂窝系统的同频干扰。同频干扰的减小提高了信号质量，也增大了系统容量，同时，又没有裂向引起的中继效率的下降。,新微小区优点,当移动台在小区内从一个微小区运动到另一个微小区时，它使
44、用同样的信道。移动台在小区内的微小区之间运动时不需要MSC进行切换。以这种方式，某一信道只是当移动台在微小区内时使用，因此，基站辐射被限制在局部，同频干扰也就减小了。小区既可以保证覆盖半径，又能够减小蜂窝系统的同频干扰，同频干扰的减小提高了信号质量，也增大了系统容量。没有裂向引起的中继效率的下降。,图中，令每个独立的六边形代表一个微小区，每三个六边形一组代表一个小区。微小区半径Rz约等于六边形的半径。D为同频小区间的距离，Dz/Rz=4.6 (N=7)D/R=3 (N=3)微小区使系统容量增加7/3倍。,N=7的微小区结构定义,新微小区增加容量,第三代移动通信概述,108,主要内容,IMT-2
45、000WCDMA技术CDMA2000技术TD-SCDMA技术三种技术的比较,109,概 述,1. 含义 第三代移动通信系统简称3G, 是由国际电信联盟(ITU)率先提出并负责组织研究的, 采用宽带码分多址(CDMA)数字技术的新一代通信系统, 是近20年来现代移动通信技术和实践的总结和发展。 3G在最早提出时被命名为未来公共陆地移动通信系统(FPLMTS， Futuristic Public Land Mobile Telecommunication System), 后更名为IMT-2000(International Mobile Telecommunications 2000)。,110
46、,2. 实现目标 第三代移动通信系统的目标包括以下几个主要方面: (1) 与第二代移动通信系统及其他各种通信系统(固定电话系统、 无绳电话系统等)相兼容。 (2) 全球无缝覆盖和漫游。 (3) 支持高速率(高速移动环境144 kb/s; 室外步行环境384 kb/s; 室内环境2 Mb/s)的多媒体(话音、 数据、 图像、 音频、 视频等)业务。,111,3. 频谱规划 1) 主要工作频段 (1) 频分双工(FDD)方式: 19201980 MHz、 21102170 MHz。 (2) 时分双工(TDD)方式: 18801920 MHz、 20102025 MHz。 ,112,2) 补充工作频
47、段 (1) 频分双工(FDD)方式: 17551785 MHz、 18501880 MHz。 (2) 时分双工(TDD)方式: 23002400 MHz, 与无线电定位业务共用, 均为主要业务, 共用标准另行制定。 3) 卫星移动通信系统工作频段19802010 MHz、 21702200 MHz。,113,4. 应用(1) Internet应用。(2) 无线视频、 图像的传输。(3) 多媒体服务。(4) 各种承载服务。,114,. 系统结构,IMT-2000系统结构图,115,三个组成部分包括: 用户终端。 (2) 无线接入网(RAN， Radio Access Network)。(3) 核
48、心网(CN， Core Network)。,116,主要技术标准WCDMA,WCDMA系统结构,117,WCDMA的核心网采取的是由GSM的核心网逐步演进的思路, 即由最初的GSM的电路交换的一些实体, 然后加入GPRS的分组交换的实体, 再到最终演变成全IP的核心网。这样可以保证业务的连续性和核心网络建设投资的节约化。由于WCDMA的无线接入方式完全不同于GSM的TDMA的无线接入方式, 因此, WCDMA的无线接入网是全新的, 需要重新进行无线网络规划和布站。为了体现业务的连续性, WCDMA的业务与GSM的业务是完全兼容的。,118,主要技术标准 CDMA 2000,一个完整的CDMA
49、2000移动通信网络由多个相对独立的部分构成, 如图所示。其中的三个基础组成部分分别是无线部分、核心网的电路交换部分和核心网的分组交换部分。无线部分由BSC(基站控制器)、分组控制功能(PCF)单元和基站收发信机(BTS)构成; 核心网电路交换部分由移动交换中心(MSC)、访问位置寄存器(VLR)、归属位置寄存器/鉴权中心(HLR/AC)构成; 核心网的分组交换部分由分组数据服务点/外部代理(PDSN/FA)、 认证服务器(AAA)和归属代理(HA)构成。,119,TD-SCDMA系统的设计集FDMA、TDMA、CDMA和SDMA技术为一体, 并考虑到当前中国和世界上大多数国家广泛采用GSM第
50、二代移动通信的客观实际, 它能够由GSM平滑过渡到3G系统。TD-SCDMA系统的功能模块主要包括: 用户终端设备(UE)、基站(BTS)、基站控制器(BSC)和核心网。在建网初期, 该系统的IP业务通过GPRS网关支持节点(GGSN)接入到X.25分组交换机, 话音和ISDN业务仍使用原来GSM的移动交换机。 待基于IP的3G核心网建成后, 将过渡到完全的TD-SCDMA第三代移动通信系统。,主要技术标准TD SCDMA,120,TD-SCDMA系统结构,121,三种制式技术成熟性比较,122,三种制式的频率利用率比较,123,三种制式的频率适用性比较,124,三种制式全球漫游能力比较,12