第二章移动通信组网原理-ch2.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,移动通信,Mobile Communication,目录,第一章 概述（,4,学时）,第二章 移动通信组网原理（,8,学时）,第三章 移动信道中的电波传播（,8,学时）,第四章 数字移动通信关键技术（,8,学时）,第五章,GSM/GPRS,数字蜂窝移动通信系统（,8,学时）,第六章 窄带,CDMA,数字蜂窝移动通信系统（,6,学时）,第七章,第三代,(,3G,),数字蜂窝移动通信系统,（,8,学时）,第八章 移动数据传输（,4,学时）,第九章,未来移动通信,展望（,2,学时）,习题讲解与课堂练习（,6,学时）,复习（,2,学时）,2,第二章 移动通信组网原理,2.1,大区制移动通信网,2.2,频率复用和小区制移动通信网,2.2.1,构成及特点,2.2.2,条（带）状服务区,2.2.3,面状服务区,2.3,移动通信网的信道分配策略,2.3.1,固定信道分配,2.3.2,动态信道分配,2.4,干扰和系统容量,2.4.1,同频干扰,2.4.2,邻频干扰,3,2.4.3,移动台的功率控制,2.4.4,蜂窝系统容量的改善,2.4.3,面状服务区,2.5,多信道共用技术,2.5.1,话务量、呼损率和系统用户数,2.5.2,信道的自动选择方式,2.6,越区切换,2.6.1,切换门限值、切换过程和信道分配,2.6.2,实际切换中需要注意的问题,4,2.1,大区制移动通信网,通常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,基站发射功率很大，一般为,50-200W,；,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,大区制的网络结构简单、成本低,6,2.2,频率复用和小区制移动通信网,2.2.1,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,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使用,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,网路构成复杂：需要越区切换、漫游、位置登记、更新等,9,2.2.2,条（带）状服务区,一、定义,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,可采用二频组、三频组、四频组进行频率复用,二频组：采用不同频道组的两个小区组成一个区群,三频组：采用不同频道组的三个小区组成一个区群,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,f,1,f,2,f,1,f,2,f,1,f,2,f,1,f,1,f,2,f,3,f,1,f,2,f,3,f,1,11,三、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+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,d,S,成比例，而收到,K,台的干扰功率与,d,I,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：,（,d,S,/,d,I,）,-,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,二频组（,A,与,C,同频）：,三频组（,A,与,D,同频）：,n,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。,13,2.2.3,面状服务区,当服务区是一个宽广的平面时，称为面状服务区。,小区的类型,14,一、小区形状,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。,1,2,3,4,5,6,15,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,1.41,0.57,0.21,所需最小频率数,6,4,3,正六边形,16,二、频率复用和簇（区群）的构成,1,、区群的概念,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。,同频小区：不同簇中使用相同频率的小区,同频复用距离：任意两个同频小区之间的距离,17,2,、构成簇（区群）的条件,簇之间可以邻接且无空隙无重叠的进行覆盖,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,不同时为零,18,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,r,h,h,超级六边形的高,h,=,d,/2,区群尺寸为,20,48,37,28,21,16,4,37,27,19,13,9,3,28,19,12,7,4,2,21,13,7,3,1,1,4,3,2,1,0,N i,j,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,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,6,个。,22,2,、同频复用距离、同频复用比,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,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,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,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,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,若为无方向性天线，采用,N=7,复用方式,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,B,B1,B3,B2,C,C1,C3,C2,D,D1,D3,D2,B,B1,B3,B2,C,C1,C3,C2,D,D1,D3,D2,A,A1,A3,A2,A,A1,A3,A2,B,B1,B3,B2,C,C1,C3,C2,D,D1,D3,D2,B,B1,B3,B2,C,C1,C3,C2,D,D1,D3,D2,A,A1,A3,A2,B,B1,B3,B2,C,C1,C3,C2,A,A1,A3,A2,B,B1,B3,B2,C,C1,C3,C2,D,D1,D3,D2,A,A1,A3,A2,B,B1,B3,B2,A,A1,A3,A2,27,A1,B1,C1,D1,A2,B2,C2,D2,A3,B3,C3,D3,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,28,2.3,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,29,2.3.1,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,所需波道尽量占用最小的频段，即尽量提高频段利用率,为避免同道干扰，在单位无线区群内不能使用相同波道,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（,A,、,B,、,C,）与受干扰信号的频率（,S,）之间满足,2,A,-,B,=,S,或,A,+,B,-,C,=,S,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,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：,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：,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,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,各,频,道,组,频,道,号,76,77,78,79,80,81,82,83,84,85,86,87,88,89,90,91,92,93,94,95,96,97,98,99,100,101,102,103,104,105,106,107,108,109,110,111,112,113,114,115,116,117,118,119,120,121,122,123,124,32,2.3.2,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：,控制复杂,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,35,2.4,干扰和系统容量,蜂窝系统中的干扰主要有两种类型：同频干扰和邻频干扰,36,2.4.1,同频干扰,概念：同频小区之间的干扰,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,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 7,3 4 5 6 7 1,2,6 7 1 2 3 4 5,3 4 5 6 7,6 7,Q=D/,r,o,=4.6,N=7,D,R,2,1 3,2 4 2,1 3 1 3,4 2 4,1 3,4,38,结论：,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,则,S/I,为：,其中，,S,是来自目标基站中的想获得的信号功率,，,I,i,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,则,S/I,为：,最好情况下,，令：,则,C/I,为：,40,最坏情况下,：,MS,位于小区的边缘,则,S/I,为：,令：,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,42,2,、降低同频干扰,的,措施,定向天线覆盖,同频复用距离和频率分配方案的最佳化,天线高度和功率控制,天线俯仰角的调整,调整天线方位角,43,2.4.2,邻频干扰,1.,概念,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,精确的滤波,有效的信道分配,44,2.4.3,功率控制,有利于延长用户设备的电池寿命,显著减小系统中反向信道的,S/I,功率控制对于,CDMA,扩频通信系统来说尤为重要,45,2.4.4,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 Splitting,）、小区扇形化（,Sectoring,）和覆盖区分区域,1,、小区分裂,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,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,46,47,2,、扇区化,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,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,48,360,O,度,全向小区,定向小区（扇区化）,120,度,60,度,49,S,1,S,2,S,0,50,2.5,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。,51,2.5.1,话务量、呼损率、信道利用率、系统用户数,1,、话务量,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”,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,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？,解：,2100,次,/,小时，,S=2,分钟,/,次,流入话务量为 ,21002/60=70,爱尔兰,53,2,、呼损率,损失话务量占流入话务量的比例,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,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：,54,55,3,、信道利用率,每个信道平均完成的话务量,56,4,、系统用户数,集中系数,K,：最忙一小时的话务量与全天话务量之比,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）,每个信道所能容纳的用户数：,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,，,C,3,次,/,天，,T=120,秒，,K=10%,，,B=10%,根据爱尔兰公式（查表），得总话务量为：,A,5.597,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：,58,2.5.2,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）,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。,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,主要用于小容量移动电话网,59,2.6,越区切换,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。,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）,60,f1,f2,MSC,BSC,BTS,CDMA2000,IS-95 CDMA,IS-95 CDMA,Hand-Down,Hand-Up,硬切换,61,Play,软切换,62,本章小结,掌握小区制的概念、特点,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,掌握全向小区系统,S/I,的计算,掌握小区分裂和划分扇区的概念并加以区分,掌握话务量、呼损率、信道利用率、系统用户数的计算,掌握越区切换的概念和分类,63,作业,参考本章,思考练习题,64,Thank You!,65,