第二章 移動(dòng)通信組網(wǎng)原理-ch2

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

2、展望（2學(xué)時(shí)）習(xí)題講解與課堂練習(xí)（6學(xué)時(shí)） 復(fù)習(xí)（2學(xué)時(shí)）,3,第二章 移動(dòng)通信組網(wǎng)原理,2.1 大區(qū)制移動(dòng)通信網(wǎng)2.2 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信網(wǎng)2.2.1 構(gòu)成及特點(diǎn)2.2.2 條（帶）狀服務(wù)區(qū)2.2.3 面狀服務(wù)區(qū)2.3 移動(dòng)通信網(wǎng)的信道分配策略2.3.1 固定信道分配2.3.2 動(dòng)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(dòng)臺(tái)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(wù)區(qū)2.5 多信道共用技術(shù)2.5.1 話務(wù)量、呼損率和系統(tǒng)用戶數(shù)2.5.2 信道的自動(dòng)選擇方式2.6 越區(qū)切換2.6.1 切換門限值、切換過(guò)程和信道分配2.6.2 實(shí)際切換中需要注意的問(wèn)題,5,2.1 大區(qū)制移動(dòng)通信網(wǎng) 通常移動(dòng)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(gè)基站覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)

4、二、特點(diǎn)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(dòng)通信等 大區(qū)制的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低,7,2.2 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動(dòng)通信網(wǎng)2.2.1 構(gòu)成及特點(diǎn),,8,一、小區(qū)制的概念 將整個(gè)服務(wù)區(qū)劃分成若干個(gè)半徑為2-20km的小區(qū)，每個(gè)小區(qū)中設(shè)置一基站負(fù)責(zé)與小區(qū)內(nèi)移動(dòng)用戶的無(wú)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(wèn)題。,9,二、小區(qū)制的特點(diǎn)可以提高頻率利用率，增加用戶容量：因?yàn)橥唤M波道頻率可以多次重復(fù)使用 小區(qū)制中因?yàn)椴捎昧祟l率重用技術(shù)，因此帶來(lái)同頻道干擾問(wèn)題網(wǎng)路構(gòu)成復(fù)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(wù)區(qū) 一、定義條狀服務(wù)區(qū)是指用戶的分布呈條狀，例如鐵路、公路、狹長(zhǎng)城市、沿海水域、內(nèi)河等,,11,二、頻率分配可采用二頻組、三頻組、四頻組進(jìn)行頻率復(fù)用二頻

6、組：采用不同頻道組的兩個(gè)小區(qū)組成一個(gè)區(qū)群三頻組：采用不同頻道組的三個(gè)小區(qū)組成一個(gè)區(qū)群四頻組：采用不同頻道組的四個(gè)小區(qū)組成一個(gè)區(qū)群,二頻組,三頻組,12,三、重疊區(qū)的確定 假設(shè)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(wú)方向性天線，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)處于覆蓋區(qū)邊緣時(shí)，遭受同頻干擾影響最為嚴(yán)重。此時(shí)，收到的有用信號(hào)功率中值則與dS 成比例，而收到K臺(tái)的干擾功率與dI 成例。假設(shè)重疊區(qū)寬度a=0

7、，則邊緣處信干比為： 當(dāng)有m個(gè)基站也使用同一頻率時(shí)，可得最低C/I值為：,,,（dS /dI）-n,13,當(dāng)移動(dòng)臺(tái)處于覆蓋區(qū)邊緣點(diǎn)時(shí)，受到的同頻干擾最嚴(yán)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(shè)計(jì)要求，由上式計(jì)算出來(lái) 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(jì)，希望同頻復(fù)用距離D越小越好。,,,14,2.2.

8、3 面狀服務(wù)區(qū) 當(dāng)服務(wù)區(qū)是一個(gè)寬廣的平面時(shí)，稱為面狀服務(wù)區(qū)。,小區(qū)的類型,15,一、小區(qū)形狀在面狀服務(wù)區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)，能覆蓋一個(gè)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(duì)于同樣大小的服務(wù)區(qū)域，采用構(gòu)成的小區(qū)所需的小區(qū)數(shù)最小，是最經(jīng)濟(jì)的一種方式,正六邊形,17,二、頻率復(fù)用和簇（區(qū)群）的構(gòu)成1、區(qū)群的概念區(qū)群的概念：把由若干個(gè)使用全部頻率的小區(qū)組成的集合稱為一個(gè)簇。 同頻小區(qū)：不同

9、簇中使用相同頻率的小區(qū)同頻復(fù)用距離：任意兩個(gè)同頻小區(qū)之間的距離,18,2、構(gòu)成簇（區(qū)群）的條件簇之間可以鄰接且無(wú)空隙無(wú)重疊的進(jìn)行覆蓋相鄰簇中同頻小區(qū)之間的距離相等3、簇內(nèi)小區(qū)數(shù)可以證明，區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)應(yīng)滿足下式： 式中，i、j為相鄰?fù)l小區(qū)間的相隔小區(qū)數(shù)，取正整數(shù)且不同時(shí)為零,,19,非正交蜂窩坐標(biāo),,20,示例(i=j=2),單個(gè)Cell的面積為,區(qū)群尺寸為,21,,簇內(nèi)小區(qū)數(shù)N的取值,22,,三、同頻復(fù)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(gè)小區(qū)，再按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)60度，再跨j個(gè)小區(qū)，就可以找到同頻小區(qū)，共6個(gè)。,,23,,2、同頻復(fù)用距離、同頻復(fù)用比同頻復(fù)用距離D ：相鄰的兩個(gè)簇中，位置對(duì)應(yīng)的兩個(gè)同頻小區(qū)中心之間的距離 可見(jiàn)，簇內(nèi)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(lì)與頂點(diǎn)激勵(lì)中心激勵(lì)：基站設(shè)在小區(qū)的

11、中央，由全方向天線形成圓形覆蓋區(qū)頂點(diǎn)激勵(lì)：若基站設(shè)在正六邊形的三個(gè)頂點(diǎn)上，用扇形輻射的定向天線。優(yōu)點(diǎn)：消除障礙物陰影，對(duì)來(lái)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(lì) 頂點(diǎn)激勵(lì),26,五、頻率復(fù)用模式對(duì)于全向覆蓋并由N個(gè)小區(qū)組成的區(qū)群，頻道總數(shù)被分成N組，每個(gè)小區(qū)分給一個(gè)頻道組，區(qū)群獲得全部頻率。相鄰的區(qū)群重復(fù)使用相鄰的頻率分配模式頻率復(fù)用模式的確定主要以同頻干擾防護(hù)門限

12、為依據(jù)。若N太大，則每個(gè)小區(qū)中分得的頻道數(shù)太少；若N太小，每個(gè)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(wú)方向性天線，采用N=7復(fù)用方式若為方向性天線，一般采用4×3復(fù)用方式、話務(wù)密集區(qū)采用3×3復(fù)用方式,28,29,2.3 移動(dòng)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(dòng)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(gè)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(zhǔn)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(wú)線區(qū)群內(nèi)不能使用相同波道為避免三階互調(diào)干擾，在每個(gè)無(wú)線小區(qū)內(nèi)應(yīng)采用無(wú)三階互調(diào)波道組。,幾個(gè)干擾信號(hào)（ωA、ωB、ωC）與受干擾信號(hào)的頻率（ωS）之間滿足2ωA-ωB =ωS或ωA+ωB-ωC =ωS干擾信號(hào)的幅度足夠大； 干擾（信號(hào)）站和受干擾的

14、接收機(jī)都同時(shí)工作,產(chǎn)生互調(diào)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(jìn)行信道分組，是大容量蜂窩網(wǎng)廣泛使用的方法。 優(yōu)點(diǎn)：只要頻距選得足夠大，就可以有效地避免鄰道干擾、 控制簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：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(dòng)態(tài)信道分配 概念：每個(gè)無(wú)線區(qū)使用的信道數(shù)是不固定的，當(dāng)某時(shí)刻業(yè) 務(wù)量大時(shí)，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(zhì)量。 其特點(diǎn)：控制復(fù)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(guān)系,在不同熱點(diǎn)小區(qū)到達(dá)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(hào)和同頻干擾 2）BS接收信號(hào)和同頻干擾,38,,同頻復(fù)用比Q：同頻復(fù)用距離和小區(qū)半徑的比值對(duì)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(jié)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(biāo)的條件下，應(yīng)盡量提高頻率利用率（N盡量?。?。,40,1、全向小區(qū)S/I的計(jì)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(lái)自目標(biāo)基站中的想獲得的信號(hào)功率，Ii是第I個(gè)同頻干擾小區(qū)的基站信號(hào)對(duì)移動(dòng)臺(tái)的干擾功率。 假設(shè)：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(shè)第一層中有6個(gè)同頻小區(qū)，且它們與移動(dòng)臺(tái)之間的距離都相同，路徑損耗指數(shù)n=4。討論：當(dāng)采用N=7的復(fù)用模式時(shí)，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(fù)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(diào)整調(diào)整天線方位角,44,2.4.2 鄰頻干擾1. 概念來(lái)自使用信號(hào)頻率的相鄰頻率的信號(hào)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(zhǎng)用戶設(shè)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(duì)于CDMA擴(kuò)頻通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)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(chǔ)上劃分更小的小區(qū)，增加新的蜂窩 的小區(qū)，并在適當(dāng)?shù)牡胤皆鲈O(shè)新的基站。分裂后的每個(gè) 小區(qū)都有自己的基站，基站的天線高度要相應(yīng)降低，發(fā) 射機(jī)功率也要減小目的：通過(guò)增加基站數(shù)量，使得單位覆蓋面積內(nèi)的信 道數(shù)增加，從而提高頻率復(fù)用率，增大系統(tǒng)容量,47,48,2、扇區(qū)化在原小區(qū)的基礎(chǔ)上

23、，將中心設(shè)置基站的全向覆蓋區(qū)分成幾個(gè)定向天線的小區(qū)優(yōu)點(diǎn)：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(hù)工作量和基站建設(shè)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(shù) 多信道共用就

24、是指，在一個(gè)無(wú)線區(qū)內(nèi)的n個(gè)信道為該無(wú)線區(qū)內(nèi)的所有用戶共用。,52,2.5.1 話務(wù)量、呼損率、信道利用率、系統(tǒng)用戶數(shù)1、話務(wù)量流入話務(wù)量A：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)（通常是1小時(shí)）發(fā)生的平均呼叫次數(shù)λ與每次呼叫平均占用無(wú)線波道的時(shí)間S（通常以小時(shí)為單位）的乘積。單位為“愛(ài)爾蘭”完成話務(wù)量：在系統(tǒng)流入的話務(wù)量中，完成接續(xù)的那部分話務(wù)量。 其中，λ0為單位時(shí)間內(nèi)呼叫成功的次數(shù)損失話務(wù)量：未完成接續(xù)的那部分話務(wù)量,,,53,,,舉

25、例： 設(shè)在100個(gè)信道上，平均每小時(shí)有2100次呼叫，平均每次呼叫時(shí)間為2分鐘，則這些信道上的流入（或稱為呼叫）話務(wù)量為多少？解：λ＝2100次/小時(shí)，S=2分鐘/次 流入話務(wù)量為 ＝2100×2/60=70愛(ài)爾蘭,54,2、呼損率損失話務(wù)量占流入話務(wù)量的比例愛(ài)爾蘭公式：表示了呼損率B、共用波道數(shù)n和流入話務(wù)量A三者的定量關(guān)系說(shuō)明：

26、Erlang公式B是阻塞呼叫清除公式，它用于沒(méi)有排隊(duì)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(jìn)入，如果沒(méi)有空閑信道呼叫會(huì)被拒絕并清除。,,Erlang B公式：,55,,,56,3、信道利用率每個(gè)信道平均完成的話務(wù)量,,,,57,4、系統(tǒng)用戶數(shù)集中系數(shù)K：最忙一小時(shí)的話務(wù)量與全天話務(wù)量之比每用戶的忙時(shí)話務(wù)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(shí)間為T（秒/次）每個(gè)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(wú)線小區(qū)有8個(gè)信道，統(tǒng)計(jì)每天每個(gè)用戶呼叫3次，每次占用信道120秒，忙時(shí)集中系數(shù)為10％，當(dāng)阻塞率為10％時(shí)，試問(wèn)系統(tǒng)能容納多少用戶？平均每個(gè)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(ài)爾蘭公式（查表），得總話務(wù)量為 ：A＝5.597愛(ài)爾蘭每用戶的忙時(shí)話務(wù)量：

28、 愛(ài)爾蘭系統(tǒng)能容納用戶數(shù)： 個(gè)平均每個(gè)信道用戶數(shù)：信道利用率：,,,,59,,,,,2.5.2 信道的自動(dòng)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(gè)共用信道中，選擇一個(gè)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(wù)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(guó)900

29、MHz蜂窩式移動(dòng)電話網(wǎng)就是采用這種方式2、標(biāo)明空閑信道方式主要用于小容量移動(dòng)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(dāng)正在通話的移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)小區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)（或在同一小區(qū)中不同扇區(qū)之間進(jìn)行移動(dòng)）時(shí)，MSC自動(dòng)將呼叫轉(zhuǎn)移到新小區(qū)的信道上，該過(guò)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(jié)掌握小區(qū)制的概念、特點(diǎn)掌握區(qū)群（簇）、同頻小區(qū)、同頻復(fù)用距離的概念及計(jì)算；構(gòu)成區(qū)群的條件及簇內(nèi)小區(qū)數(shù)的計(jì)算；等頻距分配的概念掌握全向小區(qū)系統(tǒng)S/I的計(jì)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(wù)量、呼損率、信道利用率、系統(tǒng)用戶數(shù)的計(jì)算掌握越