第二章 移動通信組網(wǎng)原理-ch2

1、,移動通信Mobile Communication,,2,目錄,第一章 概述（4學時） 第二章 移動通信組網(wǎng)原理（8學時）第三章 移動信道中的電波傳播（8學時）第四章 數(shù)字移動通信關鍵技術（8學時）第五章 GSM/GPRS數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)（8學時）第六章 窄帶CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)（6學時）第七章 第三代(3G)數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)（8學時）第八章 移動數(shù)據(jù)傳輸（4學時）第九章 未來移動通信

2、展望（2學時）習題講解與課堂練習（6學時） 復習（2學時）,3,第二章 移動通信組網(wǎng)原理,2.1 大區(qū)制移動通信網(wǎng)2.2 頻率復用和小區(qū)制移動通信網(wǎng)2.2.1 構成及特點2.2.2 條（帶）狀服務區(qū)2.2.3 面狀服務區(qū)2.3 移動通信網(wǎng)的信道分配策略2.3.1 固定信道分配2.3.2 動態(tài)信道分配2.4 干擾和系統(tǒng)容量2.4.1 同頻干擾2.4.2 鄰頻干擾,4,2.4.3 移動臺的功

3、率控制2.4.4 蜂窩系統(tǒng)容量的改善2.4.3 面狀服務區(qū)2.5 多信道共用技術2.5.1 話務量、呼損率和系統(tǒng)用戶數(shù)2.5.2 信道的自動選擇方式2.6 越區(qū)切換2.6.1 切換門限值、切換過程和信道分配2.6.2 實際切換中需要注意的問題,5,2.1 大區(qū)制移動通信網(wǎng) 通常移動通信網(wǎng)的體制可分為小容量的大區(qū)制和大容量的小區(qū)制,6,一、大區(qū)制的概念 指一個基站覆蓋整個服務區(qū)

4、二、特點基站發(fā)射功率很大，一般為50-200W；大區(qū)制系統(tǒng)的基站頻道數(shù)是有限的，容量不大，只適用于中小城市和專用移動通信等 大區(qū)制的網(wǎng)絡結構簡單、成本低,7,2.2 頻率復用和小區(qū)制移動通信網(wǎng)2.2.1 構成及特點,,8,一、小區(qū)制的概念 將整個服務區(qū)劃分成若干個半徑為2-20km的小區(qū)，每個小區(qū)中設置一基站負責與小區(qū)內移動用戶的無線通信，這種方式稱為小區(qū)制。 目的：為了解決大區(qū)制系統(tǒng)容量不

5、高、頻譜利用率低等問題。,9,二、小區(qū)制的特點可以提高頻率利用率，增加用戶容量：因為同一組波道頻率可以多次重復使用 小區(qū)制中因為采用了頻率重用技術，因此帶來同頻道干擾問題網(wǎng)路構成復雜：需要越區(qū)切換、漫游、位置登記、更新等,10,2.2.2 條（帶）狀服務區(qū) 一、定義條狀服務區(qū)是指用戶的分布呈條狀，例如鐵路、公路、狹長城市、沿海水域、內河等,,11,二、頻率分配可采用二頻組、三頻組、四頻組進行頻率復用二頻

6、組：采用不同頻道組的兩個小區(qū)組成一個區(qū)群三頻組：采用不同頻道組的三個小區(qū)組成一個區(qū)群四頻組：采用不同頻道組的四個小區(qū)組成一個區(qū)群,二頻組,三頻組,12,三、重疊區(qū)的確定 假設小區(qū)半徑為R，相鄰小區(qū)的交疊寬度為a, 第n+1區(qū)與第1區(qū)為同頻道小區(qū)。采用無方向性天線，當移動臺處于覆蓋區(qū)邊緣時，遭受同頻干擾影響最為嚴重。此時，收到的有用信號功率中值則與dS 成比例，而收到K臺的干擾功率與dI 成例。假設重疊區(qū)寬度a=0

7、，則邊緣處信干比為： 當有m個基站也使用同一頻率時，可得最低C/I值為：,,,（dS /dI）-n,13,當移動臺處于覆蓋區(qū)邊緣點時，受到的同頻干擾最嚴重二頻組（A與C同頻）：三頻組（A與D同頻）：n頻組（A與n+1同頻）： 重疊區(qū)寬度a可根據(jù)C/I設計要求，由上式計算出來 在C/I符合要求，即大于同頻干擾防衛(wèi)度的前提下，為了使頻率利用最經(jīng)濟，希望同頻復用距離D越小越好。,,,14,2.2.

8、3 面狀服務區(qū) 當服務區(qū)是一個寬廣的平面時，稱為面狀服務區(qū)。,小區(qū)的類型,15,一、小區(qū)形狀在面狀服務區(qū)設計時，能覆蓋一個平面的規(guī)則多邊形有正三角形、正方形、正六邊形三種。,,16,從下表可看出：對于同樣大小的服務區(qū)域，采用構成的小區(qū)所需的小區(qū)數(shù)最小，是最經(jīng)濟的一種方式,正六邊形,17,二、頻率復用和簇（區(qū)群）的構成1、區(qū)群的概念區(qū)群的概念：把由若干個使用全部頻率的小區(qū)組成的集合稱為一個簇。 同頻小區(qū)：不同

9、簇中使用相同頻率的小區(qū)同頻復用距離：任意兩個同頻小區(qū)之間的距離,18,2、構成簇（區(qū)群）的條件簇之間可以鄰接且無空隙無重疊的進行覆蓋相鄰簇中同頻小區(qū)之間的距離相等3、簇內小區(qū)數(shù)可以證明，區(qū)群內的小區(qū)數(shù)應滿足下式： 式中，i、j為相鄰同頻小區(qū)間的相隔小區(qū)數(shù)，取正整數(shù)且不同時為零,,19,非正交蜂窩坐標,,20,示例(i=j=2),單個Cell的面積為,區(qū)群尺寸為,21,,簇內小區(qū)數(shù)N的取值,22,,三、同頻復用距離

10、1、確定同頻小區(qū)間位置的方法自某小區(qū)A出發(fā)，先沿邊的垂線方向跨i個小區(qū)，再按逆時針方向轉60度，再跨j個小區(qū)，就可以找到同頻小區(qū)，共6個。,,23,,2、同頻復用距離、同頻復用比同頻復用距離D ：相鄰的兩個簇中，位置對應的兩個同頻小區(qū)中心之間的距離 可見，簇內小區(qū)數(shù)N越小，同頻小區(qū)之間的距離越近，抗同頻干擾的性能越差，但頻率利用率越高。,,,,24,四、中心激勵與頂點激勵中心激勵：基站設在小區(qū)的

11、中央，由全方向天線形成圓形覆蓋區(qū)頂點激勵：若基站設在正六邊形的三個頂點上，用扇形輻射的定向天線。優(yōu)點：消除障礙物陰影，對來自天線方向圖主瓣之外的干擾有一定的隔離度,25,中心激勵 頂點激勵,26,五、頻率復用模式對于全向覆蓋并由N個小區(qū)組成的區(qū)群，頻道總數(shù)被分成N組，每個小區(qū)分給一個頻道組，區(qū)群獲得全部頻率。相鄰的區(qū)群重復使用相鄰的頻率分配模式頻率復用模式的確定主要以同頻干擾防護門限

12、為依據(jù)。若N太大，則每個小區(qū)中分得的頻道數(shù)太少；若N太小，每個小區(qū)頻道數(shù)增加，但由于同頻小區(qū)距離近而使同頻干擾增大。常用的N=12，9，7，4，3。,27,舉例：GSM頻率規(guī)劃方式若為無方向性天線，采用N=7復用方式若為方向性天線，一般采用4×3復用方式、話務密集區(qū)采用3×3復用方式,28,29,2.3 移動通信網(wǎng)的信道分配策略 信道分配策略主要有兩類：固定的和動態(tài)的,30

13、,2.3.1 固定信道分配概念：將頻道固定分配給某個小區(qū)使用，蜂窩系統(tǒng)采用此法 1、分區(qū)分組法遵循的準則所需波道盡量占用最小的頻段，即盡量提高頻段利用率為避免同道干擾，在單位無線區(qū)群內不能使用相同波道為避免三階互調干擾，在每個無線小區(qū)內應采用無三階互調波道組。,幾個干擾信號（ωA、ωB、ωC）與受干擾信號的頻率（ωS）之間滿足2ωA-ωB =ωS或ωA+ωB-ωC =ωS干擾信號的幅度足夠大； 干擾（信號）站和受干擾的

14、接收機都同時工作,產(chǎn)生互調干擾的基本條件,31,2、等頻距分配法 按信道之間的頻距相等的原則進行信道分組，是大容量蜂窩網(wǎng)廣泛使用的方法。 優(yōu)點：只要頻距選得足夠大，就可以有效地避免鄰道干擾、 控制簡單；缺點：信道的利用還不夠充分,32,舉例：GSM系統(tǒng)中的頻率分配,33,2.3.2 動態(tài)信道分配 概念：每個無線區(qū)使用的信道數(shù)是不固定的，當某時刻業(yè) 務量大時，使用的信

15、道數(shù)就多，否則就少，以增大系 統(tǒng)容量和改善通信質量。 其特點：控制復雜頻率利用率高,34,信道借用策略概念：如果某小區(qū)租戶的所有信道都已被占用，允許該小區(qū)從相鄰小區(qū)中借用信道。,35,呼損率與出租信道數(shù)變化關系,在不同熱點小區(qū)到達率條件下最佳出租信道數(shù)和呼損率,36,2.4 干擾和系統(tǒng)容量蜂窩系統(tǒng)中的干擾主要有兩種類型：同頻干擾和鄰頻干擾,,37,2.4.1 同頻干擾概念：同頻小區(qū)

16、之間的干擾兩種同頻干擾：1）MS接收信號和同頻干擾 2）BS接收信號和同頻干擾,38,,同頻復用比Q：同頻復用距離和小區(qū)半徑的比值對于正六邊形小區(qū),,,1 2 1 2 3 4 5 3 4 5 6 7 1 2 6 7

17、 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

18、6 7 6 7,Q=D/ro=4.6N=7,,,,,D,,,,,R,2,1 3,2 4 2,1 3 1 3,4 2 4,1 3,4,39,,,,,,,,結論：N ，D ，抗同頻干擾的性能 ，但頻率利用率在滿足同頻干擾比

19、指標的條件下，應盡量提高頻率利用率（N盡量?。?40,1、全向小區(qū)S/I的計算前提：忽略噪聲的影響，MS作為接收方則S/I為：其中，S是來自目標基站中的想獲得的信號功率，Ii是第I個同頻干擾小區(qū)的基站信號對移動臺的干擾功率。 假設：同頻BS的發(fā)射功率相等，且距被干擾MS的距離為則S/I為：最好情況下，令：則C/I為：,,,,41,最壞情況下：MS位于小區(qū)的邊緣則S/I為：令：則S/I為：

20、 （式2）,,42,舉例：若蜂窩系統(tǒng)的前向信道要求的信干比為17dB，假設第一層中有6個同頻小區(qū)，且它們與移動臺之間的距離都相同，路徑損耗指數(shù)n=4。討論：當采用N=7的復用模式時，能否滿足信干比要求？解：N=7,n=4,m=6根據(jù)式（1），所以，滿足信干比要求,43,2、降低同頻干擾的措施 定向天線覆蓋同頻復用距離和頻率

21、分配方案的最佳化天線高度和功率控制天線俯仰角的調整調整天線方位角,44,2.4.2 鄰頻干擾1. 概念來自使用信號頻率的相鄰頻率的信號干擾 2. 降低鄰頻干擾的措施精確的濾波有效的信道分配,45,2.4.3 功率控制 有利于延長用戶設備的電池壽命顯著減小系統(tǒng)中反向信道的S/I功率控制對于CDMA擴頻通信系統(tǒng)來說尤為重要,46,2.4.4 蜂窩系統(tǒng)容量的改善 提高蜂窩系統(tǒng)容量

22、的常用方法：小區(qū)分裂（Cell Splitting）、小區(qū)扇形化（Sectoring）和覆蓋區(qū)分區(qū)域1、小區(qū)分裂在現(xiàn)有小區(qū)的基礎上劃分更小的小區(qū)，增加新的蜂窩 的小區(qū)，并在適當?shù)牡胤皆鲈O新的基站。分裂后的每個 小區(qū)都有自己的基站，基站的天線高度要相應降低，發(fā) 射機功率也要減小目的：通過增加基站數(shù)量，使得單位覆蓋面積內的信 道數(shù)增加，從而提高頻率復用率，增大系統(tǒng)容量,47,48,2、扇區(qū)化在原小區(qū)的基礎上

23、，將中心設置基站的全向覆蓋區(qū)分成幾個定向天線的小區(qū)優(yōu)點：1、增加了小區(qū)數(shù)目，卻不增加基站數(shù)量 2、 重疊區(qū)小，有利于越區(qū)切換 3、利用天線的定向輻射性能，降低了同頻干擾 4、減小維護工作量和基站建設投資,49,全向小區(qū),定向小區(qū)（扇區(qū)化）,50,S1,S2,S0,51,2.5 多信道共用技術 多信道共用就

24、是指，在一個無線區(qū)內的n個信道為該無線區(qū)內的所有用戶共用。,52,2.5.1 話務量、呼損率、信道利用率、系統(tǒng)用戶數(shù)1、話務量流入話務量A：單位時間內（通常是1小時）發(fā)生的平均呼叫次數(shù)λ與每次呼叫平均占用無線波道的時間S（通常以小時為單位）的乘積。單位為“愛爾蘭”完成話務量：在系統(tǒng)流入的話務量中，完成接續(xù)的那部分話務量。 其中，λ0為單位時間內呼叫成功的次數(shù)損失話務量：未完成接續(xù)的那部分話務量,,,53,,,舉

25、例： 設在100個信道上，平均每小時有2100次呼叫，平均每次呼叫時間為2分鐘，則這些信道上的流入（或稱為呼叫）話務量為多少？解：λ＝2100次/小時，S=2分鐘/次 流入話務量為 ＝2100×2/60=70愛爾蘭,54,2、呼損率損失話務量占流入話務量的比例愛爾蘭公式：表示了呼損率B、共用波道數(shù)n和流入話務量A三者的定量關系說明：

26、Erlang公式B是阻塞呼叫清除公式，它用于沒有排隊的情況，即用戶發(fā)起呼叫是如果系統(tǒng)有空閑信道則立即進入，如果沒有空閑信道呼叫會被拒絕并清除。,,Erlang B公式：,55,,,56,3、信道利用率每個信道平均完成的話務量,,,,57,4、系統(tǒng)用戶數(shù)集中系數(shù)K：最忙一小時的話務量與全天話務量之比每用戶的忙時話務量：其中，每一用戶每天平均呼叫次數(shù)為C，每次呼叫平均占用波道的時間為T（秒/次）每個信道所能容納的用

27、戶數(shù)：全網(wǎng)的用戶數(shù)：,,,,,58,舉例： 某一無線小區(qū)有8個信道，統(tǒng)計每天每個用戶呼叫3次，每次占用信道120秒，忙時集中系數(shù)為10％，當阻塞率為10％時，試問系統(tǒng)能容納多少用戶？平均每個信道用戶數(shù)為多少？信道利用率為多少？解：n=8，C＝3次/天，T=120秒，K=10%，B=10%根據(jù)愛爾蘭公式（查表），得總話務量為 ：A＝5.597愛爾蘭每用戶的忙時話務量：

28、 愛爾蘭系統(tǒng)能容納用戶數(shù)： 個平均每個信道用戶數(shù)：信道利用率：,,,,59,,,,,2.5.2 信道的自動選擇方式1、專用呼叫信道方式（或稱“共用信令信道”方式）在給定的多個共用信道中，選擇一個信道專門作為呼叫信道，以完成建立通信聯(lián)系的信道分配，而其余信道作為話務信道。適用于共用信道數(shù)較多的系統(tǒng)，即大容量用戶的系統(tǒng)。我國900

29、MHz蜂窩式移動電話網(wǎng)就是采用這種方式2、標明空閑信道方式主要用于小容量移動電話網(wǎng),60,,,,,2.6 越區(qū)切換,概念: 為保證通信的連續(xù)性，當正在通話的移動臺從一個小區(qū)移動到另一個小區(qū)（或在同一小區(qū)中不同扇區(qū)之間進行移動）時，MSC自動將呼叫轉移到新小區(qū)的信道上，該過程稱為越區(qū)切換。 越區(qū)切換分為兩大類：一類是硬切換（例如GSM系統(tǒng)），另一類是軟切換（例如CDMA系統(tǒng)）,61,,,,,CDMA2000,IS-

30、95 CDMA,IS-95 CDMA,,,Hand-Down,Hand-Up,硬切換,62,,,,,,,,,,,,,,,,,Play,,,,,,,,,軟切換,63,本章小結掌握小區(qū)制的概念、特點掌握區(qū)群（簇）、同頻小區(qū)、同頻復用距離的概念及計算；構成區(qū)群的條件及簇內小區(qū)數(shù)的計算；等頻距分配的概念掌握全向小區(qū)系統(tǒng)S/I的計算掌握小區(qū)分裂和劃分扇區(qū)的概念并加以區(qū)分掌握話務量、呼損率、信道利用率、系統(tǒng)用戶數(shù)的計算掌握越