《第二章移动通信组网原理-ch2.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章移动通信组网原理-ch2.ppt（65页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、移动通信移动通信移动通信移动通信Mobile CommunicationMobile Communication目录目录n第一章 概述（4学时）n第二章 移动通信组网原理（8学时）n第三章 移动信道中的电波传播（8学时）n第四章 数字移动通信关键技术（8学时）n第五章 GSM/GPRS数字蜂窝移动通信系统（8学时）n第六章 窄带CDMA数字蜂窝移动通信系统（6学时）n第七章 第三代(3G)数字蜂窝移动通信系统（8学时）n第八章 移动数据传输（4学时）n第九章 未来移动通信展望（2学时）n习题讲解与课堂练习（6学时）n复习（2学时）2第二章第二章 移动通信组网原理移动通信组网原理n2.1 大区制
2、移动通信网n2.2 频率复用和小区制移动通信网q2.2.1 构成及特点q2.2.2 条（带）状服务区q2.2.3 面状服务区n2.3 移动通信网的信道分配策略q2.3.1 固定信道分配q2.3.2 动态信道分配n2.4 干扰和系统容量q2.4.1 同频干扰q2.4.2 邻频干扰 3q2.4.3 移动台的功率控制q2.4.4 蜂窝系统容量的改善q2.4.3 面状服务区n2.5 多信道共用技术q2.5.1 话务量、呼损率和系统用户数q2.5.2 信道的自动选择方式n2.6 越区切换q2.6.1 切换门限值、切换过程和信道分配q2.6.2 实际切换中需要注意的问题 4n2.1 大区制移动通信网 通常
3、移动通信网的体制可分为小容量的大区制和大容量的小区制5一、大区制的概念 指一个基站覆盖整个服务区二、特点w基站发射功率很大，一般为50-200W；w大区制系统的基站频道数是有限的，容量不大，只适用于中小城市和专用移动通信等 w大区制的网络结构简单、成本低6n2.2 频率复用和小区制移动通信网q2.2.1 构成及特点 7 一、小区制的概念 将整个服务区划分成若干个半径为2-20km的小区，每个小区中设置一基站负责与小区内移动用户的无线通信，这种方式称为小区制。目的：为了解决大区制系统容量不高、频谱利用率低等问题。8二、小区制的特点w可以提高频率利用率，增加用户容量：因为同一组波道频率可以多次重复
4、使用 w小区制中因为采用了频率重用技术，因此带来同频道干扰问题w网路构成复杂：需要越区切换、漫游、位置登记、更新等9q2.2.2 条（带）状服务区 一、定义w条状服务区是指用户的分布呈条状，例如铁路、公路、狭长城市、沿海水域、内河等10 二、频率分配w可采用二频组、三频组、四频组进行频率复用w二频组：采用不同频道组的两个小区组成一个区群w三频组：采用不同频道组的三个小区组成一个区群w四频组：采用不同频道组的四个小区组成一个区群二频组三频组 f1 f2 f1 f2 f1 f2 f1 f1 f2 f3 f1 f2 f3 f1 11 三、重叠区的确定 假设小区半径为R，相邻小区的交叠宽度为a,第n+
5、1区与第1区为同频道小区。采用无方向性天线，当移动台处于覆盖区边缘时，遭受同频干扰影响最为严重。此时，收到的有用信号功率中值则与dS 成比例，而收到K台的干扰功率与dI 成例。假设重叠区宽度a=0，则边缘处信干比为：当有m个基站也使用同一频率时，可得最低C/I值为：（dS/dI）-n 12 当移动台处于覆盖区边缘点时，受到的同频干扰最严重w二频组（A与C同频）：w三频组（A与D同频）：wn频组（A与n+1同频）：重叠区宽度a可根据C/I设计要求，由上式计算出来 在C/I符合要求，即大于同频干扰防卫度的前提下，为了使频率利用最经济，希望同频复用距离D越小越好。13q2.2.3 面状服务区q w当
6、服务区是一个宽广的平面时，称为面状服务区。n小区的类型14 一、小区形状w在面状服务区设计时，能覆盖一个平面的规则多边形有正三角形、正方形、正六边形三种。12345615 w从下表可看出：对于同样大小的服务区域，采用构成的小区所需的小区数最小，是最经济的一种方式正三角形正方形正六边形邻小区距离小区面积重叠区宽度重叠区面积重叠区与小区面积比1.410.570.21所需最小频率数643正六边形16 二、频率复用和簇（区群）的构成1、区群的概念w区群的概念：把由若干个使用全部频率的小区组成的集合称为一个簇。w同频小区：不同簇中使用相同频率的小区w同频复用距离：任意两个同频小区之间的距离17 2、构成
7、簇（区群）的条件w簇之间可以邻接且无空隙无重叠的进行覆盖w相邻簇中同频小区之间的距离相等3、簇内小区数可以证明，区群内的小区数应满足下式：式中，i、j为相邻同频小区间的相隔小区数，取正整数且不同时为零18n 非正交蜂窝坐标19示例(i=j=2)单个Cell的面积为同信道小区之间的距离为rhh超级六边形的高h=d/2区群尺寸为204837282116437271913932819127422113731143210 N ij簇内小区数N的取值21 三、同频复用距离1、确定同频小区间位置的方法w自某小区A出发，先沿边的垂线方向跨i个小区，再按逆时针方向转60度，再跨j个小区，就可以找到同频小区，共
8、6个。22 2、同频复用距离、同频复用比w同频复用距离D：相邻的两个簇中，位置对应的两个同频小区中心之间的距离 可见，簇内小区数N越小，同频小区之间的距离越近，抗同频干扰的性能越差，但频率利用率越高。23 四、中心激励与顶点激励w中心激励：基站设在小区的中央，由全方向天线形成圆形覆盖区w顶点激励：若基站设在正六边形的三个顶点上，用扇形辐射的定向天线。优点：消除障碍物阴影，对来自天线方向图主瓣之外的干扰有一定的隔离度24中心激励 顶点激励25 五、频率复用模式w对于全向覆盖并由N个小区组成的区群，频道总数被分成N组，每个小区分给一个频道组，区群获得全部频率。相邻的区群重复使用相邻的频率分配模式w
9、频率复用模式的确定主要以同频干扰防护门限为依据。若N太大，则每个小区中分得的频道数太少；若N太小，每个小区频道数增加，但由于同频小区距离近而使同频干扰增大。常用的N=12，9，7，4，3。26举例：GSM频率规划方式w若为无方向性天线，采用N=7复用方式w若为方向性天线，一般采用43复用方式、话务密集区采用33复用方式BB1B3B2CC1C3C2DD1D3D2BB1B3B2CC1C3C2DD1D3D2AA1A3A2AA1A3A2BB1B3B2CC1C3C2DD1D3D2BB1B3B2CC1C3C2DD1D3D2AA1A3A2BB1B3B2CC1C3C2AA1A3A2BB1B3B2CC1C3C2
10、DD1D3D2AA1A3A2BB1B3B2AA1A3A227A1B1C1D1A2B2C2D2A3B3C3D312345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353628n2.3 移动通信网的信道分配策略 信道分配策略主要有两类：固定的和动态的29q2.3.1 固定信道分配概念：将频道固定分配给某个小区使用，蜂窝系统采用此法 1、分区分组法遵循的准则w所需波道尽量占用最小的频段，即尽量提高频段利用率w为避免同道干扰，在单位无线区群内不能使用相同波道w为避免三阶互调干扰，在每个无线小区内应采用无三阶互调波道组。几个干扰信号（几个
11、干扰信号（A、B、C）与受干扰信号的频率（）与受干扰信号的频率（S）之间）之间满足满足2A-B=S或或A+B-C=S干扰信号的幅度足够大；干扰信号的幅度足够大；干扰（信号）站和受干扰的接收机都同时工作干扰（信号）站和受干扰的接收机都同时工作产生互调干扰的基本条件产生互调干扰的基本条件30 2、等频距分配法 按信道之间的频距相等的原则进行信道分组，是大容量蜂窝网广泛使用的方法。优点：w只要频距选得足够大，就可以有效地避免邻道干扰、控制简单；缺点：w信道的利用还不够充分31 举例：GSM系统中的频率分配 频道组号123456789101112各频道组频道号767778798081828384858
12、68788899091929394959697989910010110210310410510610710810911011111211311411511611711811912012112212312432q2.3.2 动态信道分配 概念：每个无线区使用的信道数是不固定的，当某时刻业 务量大时，使用的信道数就多，否则就少，以增大系 统容量和改善通信质量。其特点：w控制复杂w频率利用率高33信道借用策略概念：如果某小区租户的所有信道都已被占用，允许该小区从相邻小区中借用信道。34呼损率与出租信道数变化关系在不同热点小区到达率条件下最佳出租信道数和呼损率35n2.4 干扰和系统容量蜂窝系统中的干
13、扰主要有两种类型：同频干扰和邻频干扰 36q2.4.1 同频干扰w概念：同频小区之间的干扰w两种同频干扰：1）MS接收信号和同频干扰 2）BS接收信号和同频干扰功率频率f1相同信道干扰区域37 w同频复用比Q：同频复用距离和小区半径的比值对于正六边形小区 1 2 1 2 3 4 5 3 4 5 6 7 1 2 6 7 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 73 4 5 6 7 1 2 6 7 1 2 3 4 5 3 4 5 6 7 6 7Q=D/ro=4.6N=7D DR R2 21 31 32 4 22 4 21 3 1 31 3 1 34 2 44 2 41 31 34 438结论：
14、N ，D ，抗同频干扰的性能 ，但频率利用率在满足同频干扰比指标的条件下，应尽量提高频率利用率（N尽量小）。39 1、全向小区S/I的计算前提：忽略噪声的影响，MS作为接收方w则S/I为：其中，S是来自目标基站中的想获得的信号功率，Ii是第I个同频干扰小区的基站信号对移动台的干扰功率。假设：同频BS的发射功率相等，且距被干扰MS的距离为w则S/I为：最好情况下，令：w则C/I为：40 最坏情况下：MS位于小区的边缘w则S/I为：令：w则S/I为：（式2）41举例：若蜂窝系统的前向信道要求的信干比为17dB，假设第一层中有6个同频小区，且它们与移动台之间的距离都相同，路径损耗指数n=4。讨论：当
15、采用N=7的复用模式时，能否满足信干比要求？解：N=7,n=4,m=6根据式（1），所以，满足信干比要求 422、降低同频干扰的措施 w定向天线覆盖w同频复用距离和频率分配方案的最佳化w天线高度和功率控制w天线俯仰角的调整w调整天线方位角43q2.4.2 邻频干扰1.概念w来自使用信号频率的相邻频率的信号干扰 2.降低邻频干扰的措施w精确的滤波w有效的信道分配44q2.4.3 功率控制 w有利于延长用户设备的电池寿命w显著减小系统中反向信道的S/Iw功率控制对于CDMA扩频通信系统来说尤为重要 45q2.4.4 蜂窝系统容量的改善 提高蜂窝系统容量的常用方法：小区分裂（Cell Splitti
16、ng）、小区扇形化（Sectoring）和覆盖区分区域1、小区分裂w在现有小区的基础上划分更小的小区，增加新的蜂窝 的小区，并在适当的地方增设新的基站。分裂后的每个 小区都有自己的基站，基站的天线高度要相应降低，发 射机功率也要减小w目的：通过增加基站数量，使得单位覆盖面积内的信 道数增加，从而提高频率复用率，增大系统容量4647 2、扇区化w在原小区的基础上，将中心设置基站的全向覆盖区分成几个定向天线的小区w优点：1、增加了小区数目，却不增加基站数量 2、重叠区小，有利于越区切换 3、利用天线的定向辐射性能，降低了同频干扰 4、减小维护工作量和基站建设投资48360O度全向小区定向小区（扇区
17、化）120度60度49S1S2S050n2.5 多信道共用技术 多信道共用就是指，在一个无线区内的n个信道为该无线区内的所有用户共用。51q2.5.1 话务量、呼损率、信道利用率、系统用户数1、话务量w流入话务量A：单位时间内（通常是1小时）发生的平均呼叫次数与每次呼叫平均占用无线波道的时间S（通常以小时为单位）的乘积。单位为“爱尔兰”w完成话务量：在系统流入的话务量中，完成接续的那部分话务量。其中，0为单位时间内呼叫成功的次数w损失话务量：未完成接续的那部分话务量 52举例：设在100个信道上，平均每小时有2100次呼叫，平均每次呼叫时间为2分钟，则这些信道上的流入（或称为呼叫）话务量为多少
18、？解：2100次/小时，S=2分钟/次 流入话务量为 21002/60=70爱尔兰532、呼损率w损失话务量占流入话务量的比例w爱尔兰公式：表示了呼损率B、共用波道数n和流入话务量A三者的定量关系w说明：Erlang公式B是阻塞呼叫清除公式，它用于没有排队的情况，即用户发起呼叫是如果系统有空闲信道则立即进入，如果没有空闲信道呼叫会被拒绝并清除。Erlang B公式：54553、信道利用率w每个信道平均完成的话务量564、系统用户数w集中系数K：最忙一小时的话务量与全天话务量之比w每用户的忙时话务量：其中，每一用户每天平均呼叫次数为C，每次呼叫平均占用波道的时间为T（秒/次）w每个信道所能容纳的
19、用户数：w全网的用户数：57举例：某一无线小区有8个信道，统计每天每个用户呼叫3次，每次占用信道120秒，忙时集中系数为10，当阻塞率为10时，试问系统能容纳多少用户？平均每个信道用户数为多少？信道利用率为多少？解：n=8，C3次/天，T=120秒，K=10%，B=10%根据爱尔兰公式（查表），得总话务量为：A5.597爱尔兰每用户的忙时话务量：爱尔兰系统能容纳用户数：个平均每个信道用户数：信道利用率：58q2.5.2 信道的自动选择方式1、专用呼叫信道方式（或称“共用信令信道”方式）w在给定的多个共用信道中，选择一个信道专门作为呼叫信道，以完成建立通信联系的信道分配，而其余信道作为话务信道。
20、w适用于共用信道数较多的系统，即大容量用户的系统。我国900MHz蜂窝式移动电话网就是采用这种方式2、标明空闲信道方式w主要用于小容量移动电话网59n2.6 越区切换 w概念:为保证通信的连续性，当正在通话的移动台从一个小区移动到另一个小区（或在同一小区中不同扇区之间进行移动）时，MSC自动将呼叫转移到新小区的信道上，该过程称为越区切换。w越区切换分为两大类：一类是硬切换（例如GSM系统），另一类是软切换（例如CDMA系统）60f1f2MSCBSCBTSCDMA2000CDMA2000IS-95 IS-95 CDMACDMAIS-95 IS-95 CDMACDMAHand-Hand-DownDownHand-UpHand-Up硬切换61PlayPlay软切换62本章小结本章小结w掌握小区制的概念、特点w掌握区群（簇）、同频小区、同频复用距离的概念及计算；构成区群的条件及簇内小区数的计算；等频距分配的概念w掌握全向小区系统S/I的计算w掌握小区分裂和划分扇区的概念并加以区分w掌握话务量、呼损率、信道利用率、系统用户数的计算w掌握越区切换的概念和分类63 作业作业w参考本章思考练习题6465