2016移动通信_第五章蜂窝组网技术.

第五章雷霞通信抗干扰技术国家级重点实验室移动通信蜂窝组网技术本课程主要内容编码和调制技术移动通信的发典型环境内无线的互连互通①可用频率资源（第2章）电波传输的差异性国际统一规定②点对点通信（第3，4章）无线传输的关键技术信源编码、调制、信道编码、均衡、分集……③多用户的区分（第5章）组网技术多址问题有限频率资源条件下容量和QOS的保证④多用户的管理（第6章）接入和移动性管理系统频谱的分配(以FDD系统为例)频率上行链路工作频段下行链路工作频段fifpfjfq按频道间隔进行信道划分1234M下行链路工作频段N个频率组分给一个区群，相邻区群重复使用ACBACBN=3按业务质量干扰等要求进行信道分组14频率组A25频率组B37频率组C主要内容5.1移动通信网的基本概念5.2频率复用和蜂窝小区5.3多址接入技术5.4码分多址关键技术5.5蜂窝移动通信系统的容量分析5.6CDMA系统中的功率控制(第7章)5.7切换、位置更新(第6，7章)主要内容5.1移动通信网的基本概念5.2频率复用和蜂窝小区5.3多址接入技术5.4码分多址关键技术5.5蜂窝移动通信系统的容量分析5.6CDMA系统中的功率控制5.7切换、位置更新5.1移动通信网的基本概念移动通信网络组成空中网络多址接入蜂窝小区和频率复用切换和位置更新地面网络各基站相互连接基站与固定网络的连接主要内容5.1移动通信网的基本概念5.2频率复用和蜂窝小区5.3多址接入技术5.4码分多址关键技术5.5蜂窝移动通信系统的容量分析5.6CDMA系统中的功率控制5.7切换、位置更新5.2频率复用和蜂窝小区移动通信网的区域覆盖方式分为两类1.小容量的大区制2.大容量的小区制1.小容量大区制一个基站覆盖整个服务区天线架设高发射功率大频谱效率低，小容量的通信网控制方式简单、设备成本低大区制移动通信网BSMS1MS3MS25.2频率复用和蜂窝小区2.大容量小区制将服务区划分成许多小面积覆盖区域，用一个小功率的发射机来服务一个小面积覆盖区。小区制移动通信系统分两种第1种是带状服务覆盖区第2种是面状服务覆盖区带状服务覆盖区可采用多个频率组复用A1fB2fAB1f2fAB1f2fABC3f1f2fABC1f2f3f双频组三频组•优:频率复用(区群)•缺:同频小区簇（区群）：共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇(区群）频率复用：将可用频道分N组，区群内的每个小区使用不同的频率组，而相邻区群重复使用相同的频率组分配模式同频小区：同频小区:使用同一组频率的小区同频干扰：同频小区之间的信号干扰叫做同频干扰（也叫同道干扰）面状服务覆盖区:蜂窝网在平面区域内划分小区全向天线的覆盖区是圆形（交叠）。正六边形构成小区与圆形匹配最好实际小区：不规则形三种形状小区5.2频率复用和蜂窝小区5.2频率复用和蜂窝小区构成簇的基本条件：基本图案（簇）能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积。相邻单元（簇）中，同频道的小区间距离相等，且为最大。区群的大小：N满足上述两个条件的簇的形状和簇内小区数N是有限的，并且N应该满足下式：i和j分别为相邻同频小区之间的二维距离（相邻小区数），都为正整数，不能同时为零28272521191613129743N435434323221j230120120101i22Niijj5.2频率复用和蜂窝小区簇间同频小区位置的确定沿着任意一条六边形边的垂线方向移动i个小区，并逆时针方向旋转60°，再移动j个小区。图2.3确定同频小区的方法AiAAAAAADj22Niijj5.2频率复用和蜂窝小区利用寻找同频小区的方法确定簇例如：N=3,i=1,j=1AAAAAAABCCCCCCBBBBBBCA5.2频率复用和蜂窝小区常见正六边形区群的图案ACBN=3,i=1,j=1DACBN=4,i=0,j=2N=7,i=1,j=2DCBAEFG5.2频率复用和蜂窝小区例：画一个N=4的蜂窝系统结构，要求至少包括3个区群，将簇中小区所用频率组用A,B,C,D标识。1.N=4对应的2维坐标：i=0,j=2DACBDACBDACB3.确定相邻区群的位置2.N=4的基本区群形状：DACBN=4,i=0,j=25.2频率复用和蜂窝小区同频小区之间的距离DH为小区中心到边的距离相邻j个小区的中心距离同频小区之间的距离D2220222cos120DIJIJIIJJ22jHiHJI2JjH0cos(30)HRHR3/2RAAJ120由于R是小区的半径，有带入有33IiRJjR3DNR2222,,3/22IiHDIIJJHRJjH5.2频率复用和蜂窝小区一定要用寻找相邻同频小区的方法确定相邻区群的位置才能保证同频小区间距离最大：以N=4,i=0,j=2为例，思考DACBDACBDACBDACBD=3R233.5DRR3DNR5.2频率复用和蜂窝小区全向小区系统C/I的计算如图，同频小区围绕着某一小区可分为多层。来自第一层的同频干扰最强。分析时，可只考虑第一层同频干扰。同频小区分布1第一层111111第二层1111第三层111)设所有BS发射功率相同，同频复用距离为D，小区半径为R，干扰台离MS的距离分别为Dk(k=1,2…m)MSBSBSBSBSBSBSRDBSD1D2D3D4D5D60nTCPRd2)有效信号：10nmTkkIPdD3)无效信号：111nmKkmnnKkDRDR100nnmkTTkDCRPPddI4)全向小区系统C/I：5.2频率复用和蜂窝小区若干扰基站与移动台的距离相等，D=Dk，则移动台的载干比可近似表示为则1nnmnnkkCRRImDD3(/),6nnNCDRmImm典型为5.2频率复用和蜂窝小区定义：同频复用比Q取决于区群的大小有关N越小,Q的值越小,C/I越小；N越大,Q的值越大,C/I越大可以提高传播质量，因为同频干扰小33DNRQNRR3,6典型为nNCmIm好处？例：蜂窝小区N=7的模式，设n=4，问其载干比?解:如果，N=4时，41/373.56CIN4(3)2413.8()6CNdBI18.7dB5.2频率复用和蜂窝小区例,蜂窝移动通信系统，若使载干比C/I（假设路径传输损耗因子n为4，并且只考虑第一层同频干扰）大于13dB，请问区群大小N应该为多少？思考：设蜂窝移动系统共有S个不同的双向信道其簇的大小为N簇内每个小区分配有K个信道小区间信道分配各不相同簇在系统中复制M次则可用无线信道的总数S=KN信道的总数C(容量)C=MKN=MSBCAN=3,K=S/NM=3,C=MSAAABCCCBB例，系统总的可用信道数S=280，相同区域内，用N=7的区群需要复制4次，而用N=4的区群需要复制7次，求二者能提供的信道总数N=7时每个小区的可用信道数则总的可用信道数同频复用比QN=4时每个小区的可用信道数则总的可用信道数同频复用比Q474028401120CMNK/280/740KSN/280/470KSN747028701960CMNK34.58QN33.46QN41/318.7()6CINdB4(3)13.8()6CNdBI5.2频率复用和蜂窝小区结论：N越大，则意味着同频小区间距离越远，同频干扰越小，容量越小。N越小，则意味着一个系统中可有更多的区群，频谱利用率高，有更多的容量。从提高频谱利用率的角度，在保持满意的通信质量的前提下，N应取最小值为好。顶点激励5.2频率复用和蜂窝小区按基站对小区的覆盖方式：中心激励小区：基站位于小区中心，有时会有辐射阴影顶点激励：在顶点上设置基站，并采用三个互成120°的定向天线，以避免辐射阴影中心激励5.2频率复用和蜂窝小区利用定向天线可以降低同频干扰m=2或3120°定向覆盖的同频干扰DCBAEFGDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD5.2频率复用和蜂窝小区蜂窝无线系统的典型干扰1.噪声——内部噪声，人为噪声，自然噪声2.同频道干扰定义：相邻区群中同频小区中同频信道之间的干扰典型解决方案：组网时的频率规划f理想滤波器3.邻道干扰定义：来自相邻的或相近的频道的干扰主要的产生原因：非理想滤波器典型解决方案：接收机滤波器设计，最大程度地衰减邻道干扰组网的频率规划：同一小区内的频率组有足够的隔离度实际滤波器带外辐射4互调干扰定义：非线性器件产生的组合频率成分落入本频道造成的干扰主要的产生原因：非线性器件典型解决方案：器件的非线性优化处理组网的频率规划：同一小区内的频率组尽可能避免所产生的组合频率相互产生互调干扰小结蜂窝结构小区组网的基本条件：基本图案能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积。相邻单元中，同频道的小区间距离相等且为最大蜂窝结构小区组网步骤1.通信质量C/I载波/同频干扰比N2.确定区群的大小3.考虑邻道干扰和互调干扰的抑制分配可用信道4136CNI22Niijj思考题某蜂窝系统采用BPSK调制，假设接收信号为瑞利衰落，用户要求的误码率为10-3，若系统的主要干扰和噪声只考虑同频干扰，求能满足此要求的最小复用因子N？假设干扰能近似为高斯分布假设路径损耗因子为4已知误码率Pb与SIR的关系为Pb＝0.03/SIR某蜂窝系统采用BPSK调制，假设接收信号为瑞利衰落，用户要求的误码率为10-3，若系统的主要干扰和噪声只考虑同频干扰，求能满足此要求的最小复用因子N？假设干扰能近似为高斯分布假设路径损耗因子为4已知误码率Pb与SIR的关系为Pb＝0.03/SIR中心极限定理主要内容5.1移动通信网的基本概念5.2频率复用和蜂窝小区5.3多址接入技术5.4码分多址关键技术5.5蜂窝移动通信系统的容量分析5.6CDMA系统中的功率控制5.7切换、位置更新5.3多址接入技术移动通信网1.下行链路(基站移动台)各移动台能识别发送给本移动台的信号？2.上行链路(移动台基站)基站如何识别来自各个不同移动台的信号？解决方案：多址接入技术(MultipleAccess）基站下行链路基站上行链路移动台移动台移动台移动台移动台移动台5.3多址接入技术多址接入技术将正交的信号维度（时域、频域等）划分为不同的信道后分配给用户，以支持多用户通信。尽量保证不同用户发射的信号相互正交典型的多址技术1.频分多址(FDMA)：沿频率轴将信号维度划分为不同的频道，频带独享，时间共享。每个用户占用一个频道，在呼叫的整个过程中，其他用户不能共享这一频段。用户1用户2用户3用户KFDMA系统的频谱管理(以FDD为例)分配给每个用户一对频谱，分别用于下行和上行用户与用户之间，上下行之间必须有足够的保护间隔......反向信道保护频带前向信道保护频隙f1’f2’fN’f1f2fN保护频段的作用：补偿滤波特性不理想、邻道干扰和多普勒扩展。FDMA系统的特点1.每信道占用一个载频：可以是窄带，但要满足业务传输的要求2.移动台实现简单如果频带较窄，无需自适应均衡。3.基站复杂庞大多部收发信机以支持多用户4.需要周密的频率规划限制邻道干扰和同频道干扰5.越区切换复杂硬切换，瞬时信息可能丢失5.3多址接入技术2.时分多址(TDMA)：单位：互不重叠并周期重复的时隙（TimeSlot，TS）。时隙独享，频率共享。发射数据采用的是“缓存–突发”法用户1TS15.3多址接入技术同步和定时是TDMA系统正常工作的前提定时关系不同MS到BS的距离差异，导致不同的信号延迟。会使得BS接收到的信号相互交叠解决办法：设定保护时间（Gu