第03讲_移动通信组网与系统设计

第二章移动通信组网与系统设计多信道共用技术蜂窝网的概念小区与区群的概念信道分配策略越区切换干扰与系统容量提高蜂窝网系统容量下一页回目录上一页多信道共用技术话务量与呼损率话务量是度量通信系统业务量或繁忙程度的指标，是指单位时间内（1小时）进行的平均电话交换量。话务量分为流入话务量和完成话务量。若话务量A表示，则A=λ·SS：每次呼叫平均占用信道的时间，单位为“小时/次”。λ：每小时的平均呼叫次数（流入话务量），单位为“次/小时”下一页回目录上一页话务量与呼损率话务量A是无两纲的量，称为：爱尔兰，Erl。如果一个小时内不断地占用一个信道，则其呼叫话务量为1爱尔兰，是一个信道具有的最大话务量。设完成话务量用A0表示，则A0=λ0·S0：单位时间内呼叫成功的次数呼损率为呼损率也称通信网的服务等级。呼损率越小，成功呼叫的概率越大，服务等级越高。但是，呼损率和流入话务量是相互矛盾的，也即服务等级和信道利用率是矛盾的，使呼损率变小，只有让流入的话务量小，要折中处理。00AAAB下一页回目录上一页爱尔兰B公式如果呼叫有以下性质：每次呼叫相互独立，互不相关（呼叫具有随机性）；每次呼叫在时间上都有相同的概率；并假定移动通信系统的信道数为n；呼损率可用爱尔兰呼损公式计算：ErlangB!!1iAnABniin下一页回目录上一页呼损率和话务量与信道数及信道利用率的关系信道的利用率：每小时每信道的完成话务量。利用率提高可以使呼损率B加大，利用率的提高要与呼损率综合考虑。B一定的条件下，随n的增大，A不断增加。随n的加大而增长；n3时，A随n接近指数规律增长；n6时，A随n接近线性规律增长；n8之后，增长很慢；因此同一基站的共用信道数不宜过多。nBAnA)1(0下一页回目录上一页用户忙时的话务量全日话务量忙时话务量k设最忙的时间为1小时，则k取10%至15%，C：通信网中每一用户每天平均呼叫次数（次/天）T：每次呼叫的平均占用信道时间(秒/次）。每用户的忙时话务量为繁忙小时集中度k（集中系数）36001KTCa下一页回目录上一页每个信道能容纳的用户数每个信道所能容纳的用户数m为增加呼损率B，能够容纳更多的用户（加大流入的话务量）,但服务等级下降。KTCnAanAm3600下一页回目录上一页移动通信环境下的干扰在移动通信的无线网设计中，解决无线覆盖区和无线电干扰是两大难题。无线电干扰一般分为同频道干扰、邻频道干扰、互调干扰、阻塞干扰和近端对远端的干扰等。1.同频道干扰：所有落在收信机通带内与接收信号频率相同或相近的干扰信号。基本措施：通过基站站址布局(保持同频复用距离)、合理的覆盖区设计及频道配置。2.邻频道干扰工作在ｋ频道的接收机受到工作于ｋ土1频道的信号的干扰，即邻道(k土１频道）信号功率落入ｋ频道的接收机通带内造成的干扰称为邻频道干扰。解决措施：(1）降低发射机落入相邻频道的干扰功率，即减小发射机带外辐射；(2)提高接收机的邻频道选择性；(3)在网络设计中，避免相邻频道在同一小区或相邻小区内使用。３互调干扰在专用网和小容量网中，互调干扰可能成为组网较关心的问题。两类互调干扰：发射机互调干扰和接收机互调干扰。（1）发射机互调于扰一部发射机发射的信号进入了另一部发射机，并在其末级功放的非线性作用下与输出信号相互调制，产生不需要的组合干扰频率，对接收信号频率与这些组合频率相同的接收机造成的干扰，称为发射机互调干扰。（2）接收机互调干扰多个强干扰信号进入接收机前端电路时，在器件的非线性作用下，干扰信号互相混频后产生可落入接收机中频频带内的互调产物而造成的干扰称为接收机互调干扰。三阶互调干扰：一般非线性器件输出电流ic与电压的关系为ak：非线性器件的特性系数，通常a1a2a3…332210uauauaaic假设有两个信号同时作用于非线性器件，即ic式失真项为在n=3三阶失真项中，会出现这两种组合干扰对接收机的影响比较大，并称为三阶互调干扰。,4,3,2)coscos(ntBtAanBAnn0022ABBAtBtAuBAcoscos4阻塞于扰当外界存在一个离接收机工作频率较远，但能进入接收机并作用于其前端电路的强干扰信号时，由于接收机前端电路的非线性而造成对有用信号增益降低或噪声增高，使接收机灵敏度下降的现象称为阻塞干扰。这种干扰与干扰信号的幅度有关，幅度越大，干扰越严重。当干扰电压幅度非常强时，可导致接收机收不到有用信号而使通信中断。5.近端对远端的于扰当基站同时接收从两个距离不同的移动台发来的信号时，距基站近的移动台Ｂ（距离ｄ2)到达基站的功率明显要大于距离基站远的移动台Ａ（距离ｄ1，d2d1）的到达功率，若二者频率相近，则距基站近的移动台Ｂ就会造成对距基站远的移动台Ａ的有用信号的干扰或仰制，甚至将移动台Ａ的有用信号淹没。这种现象称为近端对远端干扰（远近效应）。蜂窝网的概念概述小区与区群的概念信道分配策略越区切换干扰与系统容量提高蜂窝网系统容量下一页回目录上一页概述早期：采用大区制特点：高架天线、大功率发射机－－增大覆盖面积缺点：服务范围仍然有限每个频道每一时刻只能服务一个用户，限制了系统容量改进：将整个服务区划为许多小的区域(小区)每个小区设置一个基站，它只覆盖本小区的区域相邻小区使用不同的频道，但相距一定距离的小区可以采用相同的频道例：30个双向频道大区制时只能有30个用户同时通信小区制时：分为30个小区，相邻3个小区采用不同的频道，每个小区有10个双向频道整个服务区可同时为300个用户提供服务如果将小区进一步划小，可获得更大的容量下一页回目录上一页小区与区群的概念_小区的形状全向天线辐射信号的覆盖区域是圆形的不留空隙地覆盖整个服务区，小区之间必然有重叠覆盖模型的选择：若所有小区形状相同，考虑了重叠部分之后，实际的小区形状为正多边形（有三种形式）下一页回目录上一页小区与区群的概念-小区的形状覆盖模型：在相同小区半径的情况下，采用正六边形的小区形状，相邻小区的重叠部分最少，小区的面积最大。覆盖模型的意义：采用这种形状的小区覆盖相同的服务范围所需的基站最少（成本最低），且相邻小区之间的相互干扰最小。此时，其整体构架类似于蜂窝，故称“蜂窝网”。下一页回目录上一页小区与区群的概念-区群的构成问题的提出在小区范围之内，无线电信号要保持足够的强度（有效通信距离为小区的半径）；但无线电信号不可能只限制在小区的范围之内。因此，为了减小同频道干扰，相邻小区不能使用相同的频道。但如果两个小区足够远，则它们可以采用相同的频道区群的定义：相邻的使用不同频道的所有小区，但这些小区共同使用了系统提供的所有频道资源。区群的含义：区群中的每个小区只使用了部分频率资源，但区群则包含了全部的频率资源。下一页回目录上一页小区与区群的概念-区群构成原则为了设计的简单和布局的合理，区群的组成应满足以下两个条件：区群应无空隙无重叠地对服务区域进行覆盖各相邻同频道小区的距离相同。区群内的小区数：要满足以上两个条件，区群内的小区数应满足：N＝1，3，4，7，9，12，13，16，19，21，……下一页回目录上一页为任意正整数jijjiiN,22小区与区群的概念-区群的形状下一页回目录上一页相邻同频小区位置的确定方法从当前小区开始，沿任意一条边的垂直方向数i个小区；顺（逆）时针方向旋转60度，再数j个小区。则该小区为当前小区的一个相邻同频小区。每个小区有六个相邻同频道小区。12i1j下一页回目录上一页相邻同频道小区的距离相邻小区之间的中心距离：r3)2/r(rd220相邻同频小区的距离：002220200Id3Ndjiji)jd23()jd21(iddrr/22/d00id0jd2/jd00/2jd3N↑→Id→同频道干扰↓下一页回目录上一页小区的激励形式中心激励：基站设在小区的中心（全向天线）；顶点激励：基站设在小区的某几个顶点上（方向性天线）例如：120度天线，三个顶点。优点：1）有利于避免小区内障碍物的阴影效应；2）对干扰有一定隔离度，同频小区距离可适当减小。缺点：控制复杂。下一页回目录上一页信道分配策略-固定分配法将所有信道分成N组，每个小区固定使用其中的一组。1.分组时的考虑：每组中的频道不会形成明显的干扰。分区分组配置法（不产生三阶互调干扰）；等距离配置法（要求N值要足够大）。2.优点：简单；缺点：可能造成频率资源的浪费。3.改进：空闲频道借用。当某个小区中的所有频道已使用完，又有新的呼叫请求时，从相邻的小区中借用空闲频道。下一页回目录上一页信道分配策略-动态频道分配法所有频道不是固定地分配给小区。只有在用户发出呼叫时，才为服务的小区分配频道。1.分配时考虑的因素：同频道复用距离不会对本小区已经使用的其它频道产生明显的干扰以后呼叫阻塞的可能性、候选频道使用的频次，等2.优缺点：优点：频率利用率搞，可适应业务分布的动态变化。缺点：控制复杂、开销较大（要求MSC增加存储量和运算量）下一页回目录上一页越区切换-基本概念越区切换的定义将当前正在通信的移动台的通信链路从当前基站转移到另一基站的过程。（也称为ALT——自动链路转换）越区切换的关键问题：切换的准则切换的控制切换时的信道分配下一页回目录上一页越区切换-基本概念越区切换的性能指标切换失败的概率；切换失败导致通信中断的概率切换的速率切换引起通信中断的时间间隔切换发生的时延越区切换的性能分类硬切换：新链路建立前先中断旧链路。软切换：新旧链路同时保持，直到新链路可靠工作，再断开旧的链路下一页回目录上一页越区切换的种类依据小区的性质可分为：同一交换中心基站之间的越区切换同一BSC之间的切换不同BSC之间的切换不同交换中心（MSC）之间基站的越区切换，微小区与宏小区之间的切换同基站内不同扇区的切换，不同运营商之间的切换（漫游）。越区切换的示意图移动台→基站2基站2的信号强度基站1的信号强度基站1ABCDTh1Th2Th3h下一页回目录上一页越区切换的准则1决定何时需要进行越区切换，通常根据移动台处接收的平均信号强度，或信噪比、信干比、误比特率等参数。相对强度准则（准则Ⅰ）在任何时间都选择最强信号的基站链路。缺点：在原基站信号强度仍满足要求的情况下，会引发太多不必要的越区切换，特别在衰落信道下。具有门限规定的相对强度准则（准则Ⅱ）当前基站信号足够弱（门限），且新基站的信号强度优于本基站时切换。如：门限Th2，B点切换。此法选门限为关键，门限低，如Th3，会引越较大的越区时延，此时链路质量差，可能会导致信号中断。下一页回目录上一页越区切换的准则2具有滞后余量的相对强度准则（准则Ⅲ）新基站的信号强度比当前基站高出某一门限（滞后余量），C点，h为滞后余量具有滞后余量和门限规定的相对强度准则（准则Ⅳ）新基站的信号强度比当前基站高出某一门限（滞后余量），且当前基站信号足够弱（门限）。上述各准则中信号强度的测量需注意：由于信号有衰落，需取窗口，对一段信号求平均值，窗口的宽度越大，平均后方差越小，但时延越大，时延越大，掉话可能性越大。下一页回目录上一页越区切换的策略切换策略的目标切换次数和中断次数最小无明显干扰的快速通话转接对新呼叫阻塞的影响最小1.移动台控制的过区切换：PACS、DECT等2.网络控制的过区切换：模拟网、TACS等3.移动台辅助控制的过区切换：IS-95、GSM等下一页回目录上一页移动台控制的越区切换移动台连续监测当前基站和几个越区时的候选基站的信号强度和质量，当满足某种越区切换准则后，移动台选择具有可用业务信道的最佳候选基站，并发送越区切换请求。DECT等小系统常采用，在大系统中容易引起切换冲突。下一页回目录上一页网