3.1.1蜂窝

2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院1第三章无线广域网络技术2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院3蜂窝技术蜂窝移动通信技术的演进蜂窝技术蜂窝小区频率复用小区分裂系统结构切换2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院4一、移动通信技术的演进•1946年：贝尔实验室发明了蜂窝移动通信技术；•上世纪60年代后期：AT&T于推出了在此基础之上的蜂窝电话系统（车载电话系统）；•在1975年，美国联邦通信委员会（FCC）开放了移动电话市场；•1979年，日本开放了世界上第一个蜂窝移动电话网。2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院5•上世纪70年代末-80年代初：第一代蜂窝移动通信系统（美国的AMPS、英国的TACS系统、北欧的NMT系统及日本的NAMTS系统）；•上世纪90年代初：第二代移动通信系统（欧洲的GSM、美国的DAMPS（IS－136）、日本的PDC系统及美国的IS－95系统）;•上世纪90年代末：2.5G移动通信系统（GPRS:通用分组无线电业务系统）；•本世纪初（2002-2010）:第三代移动通信系统（IMT2000）•2010-?:后3G移动通信系统（全IP化）2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院6蜂窝移动通信体制大区制2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院7大区特点：•只有一个基站，服务覆盖面积大，所需的发射功率也较大•由于只有一个基站，因为可用频率带宽有限其信道数有限，因此容量较小，一般只能容纳数百至数千个用户。•大区制多用于专用网或小城市的公共网2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院8小区制2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院9小区•将所要覆盖的地区划分为若干小区，每个小区的半径可视用户的分布密度在1～10公里左右，在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务。特点：•本小区内能服务的用户数由这个基站的信道数来决定。•每一个小区和其它小区可再重复使用这些频率，称为频率重用（frequencyreuse）•构成大区域大容量的移动通信系统，还可以形成全省，全国或更大的系统。2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院10蜂窝小区技术•无线移动通信系统由许多六角形的区域（Cell）依次紧密排列，像蜂窝的形状，每个小区称作“蜂窝”。2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院11周长最小，面积最大2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院12•圆是不能铺满平面的2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院13•正六边形组成的图形周长最小2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院14实际的小区覆盖图示的小区覆盖规划图示小区与实际小区的示意图2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院15WhyBGA小区8FBCEDBGDAGFE再用距离七小区群相同字母小区使用相同频率组小区12020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院16频率复用•思想：为每一个蜂窝基站分配一组无线信道，这组无线信道用于一个小区范围内，给相邻小区的基站分配另一个信道组，给相距较远的小区分配同一个信道组。基站天线要设计的只能覆盖某一特定小区，这样相同的信道组就可以覆盖不同的小区，只要这些小区两两之间相隔的距离足够远，就可以使相互间的干扰水平在可接受的界限之内。•Cluster--簇：共同使用全部可用频率的K个小区叫做一簇。典型值为4，7或12。2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院17正六边形的优势具有最大的中心间隔和覆盖面积重叠区域宽度和重叠区域的面积又最小采用正六边形小区结构，形成蜂窝状分布对于同样大小的服务区域–所需的小区数最少–所需频率组数最少–各基站间的同频干扰最小2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院18复用因子复用因子：由N个蜂窝组成的蜂窝组作为一簇，使用了全部的频率资源，则频率复用因子为(reusefactor):1/N频率复用因子为1/7频率复用因子为1•模拟网中不小于7•数字网不小于3或42020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院19小区分裂•一个小区分成更小的小区2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院202、移动通信的系统组成移动通信系统的组成2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院21•移动网络包括移动业务交换中心MSC(MobileServicesSwitchingCentres)，前面提到的NSS一个重要网元，•基站系统BSS(BaseStationSystem)都还可以划分成更小的实体，基站控制器BSC(BaseStationController)和基站收发信台BTS(BaseTransceiverStation)。2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院22漫游管理指的是用户在不通话的时候，发生位置更新后引起小区和网络环境的改变，系统的操作。切换管理指的是用户在通话过程中因位置发生变化，系统为了保证通话质量引起的操作2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院23•当移动用户在蜂窝服务区中快速运动时，用户之间的通话常常不会在一个小区中结束。快速行驶的汽车在一次通话的时间内可能跨越多个小区。•为了保证通信的连续性，正在通话的移动台从一个小区进入另一相邻的小区时，其工作频率及基站与移动交换中心所用的接续链路必须从它离开的小区转换到正在进入的小区，而通话不中断，这一过程称为越区切换。切换2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院24移动单元从蜂窝A越区到蜂窝B越区切换示意图移动交换中心蜂窝A时间1时间2时间3蜂窝B当移动单元从蜂窝B越区到蜂窝A时，切换在移动交换中心的控制下进行2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院25•其控制机理如下：当通信中的移动台到达小区边界时，该小区的基站能检测出此移动台的信号正在逐渐变弱，而邻近小区的基站能检测出这个移动台的信号正在逐渐变强，系统收集来自这些有关基站的检测信息，进行判决，当需要实施越区切换时，就发出相应的指令，使正在越过边界的移动台将其工作频率和通信链路从离开的小区切换到进入的小区。•整个过程自动进行，用户并不知道，也不会中断行进中的通话。2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院26切换时刻：根据基站接收到移动台的信号强度测试报告或误码率报告确定硬切换与软切换硬切换：移动台越区过界时进行的切换，在切换时，移动台要先中断与原通信基站的联系，再建立与目标基站间的通信；软切换：移动台在切换时，先不中断与原通信基站的联系，而与目标基站先建立通信，两个基站可同时为一个用户提供服务，当与目标基站取得可靠通信后，再切断与原基站间的通信。2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院27•硬切换与软切换GSM中支持硬切换；CDMA中支持软切换，也支持硬切换2020/2/25东北石油大学计算机与信息技术学院28第一代模拟移动通信：以FDMA技术为基础TACS英国AMPS美国NMT北欧移动通信向数字蜂窝过渡的趋势——第一代模拟网存在缺陷频谱利用率低体制过多，不易于国际漫游话音不保密不安全，容易被盗号业务种类单一第一代移动通信的特点