第2章移动通信主要技术(修改版)

1移动通信技术(第2版)第2章移动通信主要技术2第2章移动通信主要技术无线区域覆盖结构频率利用移动通信中的控制与交换路由及接续移动网络的抗衰落、抗干扰技术3第2章移动通信主要技术重点–多信道共用概念–移动通信系统中的路由选择及接续–跳频、分集、功率控制、扩频难点–正六边形区群结构–话务理论目的和要求–了解移动通信系统的组网制式、无线区群结构、信道选择方式–掌握多信道共用、频率复用概念–理解移动通信中的位置登记、越区切换、漫游等基本控制技术–理解移动通信系统中常用的抗衰落抗干扰技术42.1无线区域覆盖结构区域覆盖结构组网制式正六边形无线区群结构移动通信网络结构和信道5区域覆盖结构根据其接续、覆盖方式分成多重结构无线小区基站区位置区MSC区PLMN区GSM服务区6小区：一个基站或基站的一部分（扇形天线）所覆盖的区域。基站区域：一个基站的所有小区所覆盖的区域。位置区：MS（Mobilestation，移动台）可任意移动不需要进行位置更新的区域。位置区可由一个或若干个小区组成。MSC区（MobileServiceSwitchingCenter，移动业务交换中心）：一个MSC所管辖的所有小区共同覆盖的区域。一个MSC可由一个或若干个位置区组成。PLMN服务区：若干个MSC区组成。（PublicLandMobileNetwork，公共陆地移动网络）系统服务区：MS可获得服务的区域，无须知道MS实际位置而可马上通信的区域。可由若干个同标准公用移动电话网组成。72.1.1组网制式按服务区覆盖方式可分为–大区制–小区制大区制小区制小区形状的选择81.大区制概念–整个服务区内只设一个基站，负责区内联络与控制R为分集接收台9要求–为增大服务区：天线架设要高；发射功率要大–解决上行信号弱的问题：采用分集接收台优点：设备简单，技术上易实现缺点：频谱利用率低，用户容量小（所有MS采用不同频率）适用：小城市或业务量不大的城市102.小区制概念–整个服务区划分为若干个小区，每个小区设一个基站，负责本小区的联络与控制，并在MSC的统一控制下，实现小区间转接与其他网络的联系–适用：大容量移动通信系统11优点–服务区域缩小，同频复用距离减小，提高了频率利用率–区域内用户数可灵活确定，小区的大小也可根据用户数灵活确定–小区中用户数增大到一定程度，可实现“小区分裂”–MS和BS发射功率减小，减小了相互间的干扰缺点–切换概率增加–控制交换复杂–建网成本提高小区数增加，BS数增加思考：为什么小区制能解决频道数有限而用户数不断增加的矛盾？123.小区形状的选择服务区形状：线状、面状（无缝覆盖）相同地形地物、全向天线圆形小区规划设计中为邻接覆盖服务区，用圆内接正多边形代替圆(正三角形、正方形、正六边形)13三种圆内接正多边形的比较小区形状正三角形正方形正六边形比较相邻小区的中心距离r大：BS间干扰小单位小区面积大：所需小区数少交叠区域距离r小：便于跟踪交换交叠区域面积小：同频干扰小最少频率个数643少：频率利用率高r2r32343r22r2332rr22r3223.1r22r26.2r正六边形小区形状最佳，相互邻接构成蜂窝状网络结构142.1.2正六边形无线区群结构无线区群的构成激励方式151.无线区群的构成无线区群（频率分配）–从覆盖角度：无线小区无线区群服务区–由若干个无线小区构成，区群内使用不同频率，不同的区群可使用相同的频率16构成条件–能彼此邻接，同频小区中心间隔距离相等–N=a2+ab+b2(a、b均为正整数或0，但不能同时为0，或一个为0一个为1)例：a=1,b=1N=3a=2,b=0N=4a=2,b=1N=7a=3,b=1N=9……17图2-5各种单位无线区群的图形18a=1,b=2N=7时的区域覆盖同频小区根据a,b值确定19a=1,b=1a=2,b=0a=1,b=220同频小区中心间隔距离–距离–同频复用保护距离D不产生同频干扰的最小距离–同频复用时不产生同频干扰的条件dg≥DNrdg321思考：如何选择无线区群的小区数N？（1）N=a2+ab+b2（2）（3）在满足上述两个条件的情况下，选N最小，频率利用率最高。D3Nrdg222.激励方式类型–中心激励----全向天线–顶点激励----定向天线三叶草形120°扇形60°扇形23–定向天线的方向性提供了一定的隔离度，允许以较小的同频复用距离工作单位无线区群的N数减小；全向天线改定向天线可减小同频干扰24无线区大小的确定（根据用户数灵活确定）–设服务区容量密度均匀无线区大小相同，每个无线区分配的信道数相同–实际容量密度不同市区用户密度高无线区小些，分配的信道数多些；郊区用户密度低无线区大些，分配的信道数少些25容量密度不等时区域划分26小区分裂：一分三、一分四27无线区域的划分依据（综合考虑）–地形地物情况–容量密度–通信容量–有效利用频谱……282.1.3移动通信网络结构和信道无线区域覆盖结构网络结构信道29移动通信网基本结构30从频率配置、覆盖角度：无线小区无线区群服务区从控制角度：无线小区基站小区位置区MSC区PLMN服务区GSM业务区目前主要网络结构：三级集中交换式网络结构（MSC、BS、MS）311.网络结构移动本地网的网络结构移动通信网络和其他网络互联的原则移动通信话路网与NO.7信令网的关系32小规模、中规模、大规模本地网本地网含义：具有相同长途区号–网络结构中设备间连接关系P移动侧：TMSC1、TMSC2----一、二级汇接中心TMm、Tm----本地汇接局GWm----移动网关PSTN侧：GWp----固网网关HLR：一般设一个，可增设MSC：可一个或多个GMSC、TMSC可兼作MSC，与路由方式相关GWm和GMSC移动本地网的网络结构33小规模未建接口局已建接口局34中规模大规模35与其他网络的互连–PSTN、PSPDN、CHINANET…原则：–与其他网络之间应设接口局，接口局的数量应尽量少，可独立设置，也可兼设(GWp、GWm)–为澄清网络结构，与其他网络间应逐步采用来去话汇接方式，接口局作为网间结算的计费点对来去话进行计费移动通信网络和其他网络互联的原则36与NO.7的关系每个节点均设信令点–一般：TMSC1设HSTPTMSC2设LSTPMSC设SP–GSM与NO.7的互联移动通信话路网与NO.7信令网的关系373.信道传输信息的通道（双向）有线信道、无线信道（根据媒介不同分）无线信道：MS与BS间的一条双向传输通道–FDD方式时双向使用分开的两个无线频率上行：MSBS下行：BSMS双工间隔：上下行频率的差值信道的含义–模拟系统：信道=频道（波道）----FDMA–数字GSM：信道=时隙----TDMA–CDMA：信道=地址码----CDMA382.2频率利用频率资源频谱管理同频复用多信道共用多址技术信道自动选择方式载波干扰保护比39频率资源特殊资源–不会用尽、不能储存–不用与使用不当都是浪费具有时间、空间、频率三维特性–同一时间、同一地点不能重复使用–不同时间或不同地点可重复使用同频复用TDMA（不同时间的频率重复使用）402.2.1频谱管理频谱分配的基本原则影响频率选择的因素41无线电频谱资源是国家和国际的一种公共资源，还须考虑国际、国内及各地区之间的频率协调问题（有效利用）管理机构–国际：ITU–国内：无线电管理委员会日常管理工作：审核频率使用的合法性；检查有害干扰；检查设备与系统的技术条件；考核操作人员的技术条件，登记业务种类，电台使用日期等。频谱管理的任务：频率使用的授权；建立频率使用登记表；无线电监测业务；控制人为噪声等421.频率分配的基本原则频道间隔–模拟：25KHz–GSM系统：200KHz–IS-95CDMA：1.25MHz公共边界的频率协调–天然边界–共同遵守的基本原则，如：天线有效高度及最大发射功率的限制、双方使用频道的协调等多频道共用频率复用43必须共同遵守的主要规则–规定900MHz频段双工间隔为45MHz（下行发高收低；上行收高发低）–频率分配–合适的发射功率–合适的天线有效高度44频谱利用率的评价–影响因素网路结构频道带宽用户密度每用户话务量呼损率共用频道数…–定量评价：在相同传输质量和相同呼损（阻塞）率前提下的频率利用率：Erl/(单位带宽3KHz.km2)或Erl/(Hz.m2)45影响频率选择的因素传播环境的影响–不同频段，应用于不同系统–不同环境，有不同的适用频段有关组网的影响–容量–频率利用率多频道共用–频道间隔–设备共用（天线等）互调的影响–多频道共用、多系统同时工作46频道的分配方法无三阶互调信道组分配法–无三阶互调–频率利用率低分区分组信道分配法–无三阶互调–频率利用率高–运算量大，适用于需要信道数较少的系统等频距频道分配法–有三阶互调，可抑制–适用大型公网第9章中详细介绍472.2.2同频复用同频复用概念同频复用方式481.同频复用概念解决频率拥挤的方法–开发新频段（频段有限）–有效利用频率，提高频率利用率同频复用多信道共用多址技术49同频复用–同一载波的无线信道用于覆盖相隔一定距离的不同区域（相当于频率资源再生）即：小区制中间隔一定距离重复使用相同频率–蜂窝移动通信网络由若干个无线小区构成，区群内使用不同频率，不同的区群可使用相同的频率假设每个群N个小区，则需N组频率–同频复用须考虑同频干扰问题502.同频复用方式4×3、3×3、2×6、1×3方式…–4×3方式指4个基站组成一个无线区群，每个基站3个扇区即至少需12个载频构成一个区群覆盖的频道组–复用越紧密，频率利用率越高但需考虑同频干扰问题–选择复用方式需考虑网络具体情况51频率紧密复用需注意的问题–跳频方式、功控、DTX等抗干扰措施–跳频点数–频率加载率–网络优化–……522.2.3多信道共用占用信道方式–独立信道方式–多信道方式多信道共用：多个用户共同享用多个信道思考：多少用户共用多少信道最佳？531.话务理论呼叫话务量A–度量通话业务量或繁忙程度–单位时间内呼叫次数与每次呼叫平均占时的乘积A=C×t(Erl)–1Erl：一个信道被连续占用1小时的话务量一个信道的最大话务量多个信道或中继线上的话务量可能大于1Erl54–类型完成话务量A0损失话务量AL(AL=A-A0)呼损：多信道共用时，由于用户数大于信道数，多个用户同时需要通话时可能由于信道数不够而使一部分用户不能通话，导致呼叫失败损失话务量：呼叫失败损失的话务量55呼损率B–多信道共用时呼叫失败的概率–B=(AL/A)×100%=(CL/C)×100%–A、B在需求上是一对矛盾服务质量、用户需要B减小需减小流入话务量需减小用户数运营商不愿意56–呼损率的计算爱尔兰公式–条件：呼叫的随机性、同时间概率爱尔兰呼损表：A、B、n的关系n：共用信道数工程上使用niiniAnAB0!!57ABn1%2%3%5%7%10%20%40.8691.0921.2591.5251.7482.0452.94551.3611.6571.8752.2182.5042.8814.01061.9092.2762.5432.9603.3053.7585.10972.5012.9353.2503.7384.1394.6666.23083.1283.6273.9874.5434.9995.5977.36993.7834.3454.7485.3705.8796.5468.522104.4615.0845.5296.2166.7767.5119.68558繁忙小时集中率K–忙时：一天中最繁忙的一小时非忙时：–K=忙时话务量/全日话务量59每用户忙时话务量A用户–A用户=CTK/3600(Erl/