移动通信系统_c2

第二章移动通信的组网与系统设计2.1、大区制移动通信网2.2、小区制移动通信网2.3、提高移动通信系统的容量2.4、蜂窝小区的信道分配2.5、越区切换2.1、大区制移动通信网第一代模拟移动通信网一般采用大区制主要特点：基站天线很高：几十米至几百米基站发射功率大：50~200W覆盖半径：30~50公里网络结构简单、成本低容量小，一般用户几十至几百个，一般用于专网主要问题：覆盖半径有限覆盖有限的原因：地球的曲率地形影响多径反射上、下行信号功率不对称（差值可达6~12dB4~26倍）信号功率非对称问题的解决方法：设置分集接收台基站发射用全向天线，收用定向天线（可有8~10dB增益）提高基站接收灵敏度同频转发2.2、小区制移动通信网概述基本小区分类：（r：小区半径）超小区：r＞20km（农村）宏小区：r＝1-20km（人口稠密地区）微小区：r＝0.1-1km（城市繁华区）微微小区：r＜0.1km（办公室、家庭）特点：频率利用率较高组网灵活网络复杂同频干扰与同频复用比概念频率复用是小区制网的核心问题。频率复用：小区内基站的工作频率，由于电波传播损耗产生的隔离度，可以在相隔一定距离后的另一小区重复使用。研究同频干扰和同频小区间的距离是频率复用的依据。同频小区间的距离取决于能容的同频干扰。同频干扰又取决于话音质量要求的载噪比（C/N）或C/I。同频小区图示：ARMSBD图示D：同频基站间的距离为同频复用距离R：小区半径同频复用比定义：Q=D/R为物理意义：Q↓复用次数越多，系统容量越大；Q↑复用次数越少，话音质量好，干扰小。选择原则：Q的选取主要考虑C/I比，C/I取决于同频干扰射频防卫度，射频防卫度是满足接收质量要求时的射频信号与同频干扰信号之比（射频防卫度，一般定为话音4级时为17dB、3级时为12dB）。同频复用比与C/I的关系在蜂房系统中：)()1lg(40lg40/dBQRRDICI：主要取决于同频干扰。推导过程DSDISSIDRDDDITSTLPdBILPdBC)()(为传输损耗ISLL,1lg40lg40/lg40)(/QDDDDDLLdBICSSSISI•给定C/I，可确定频率复用比Q•给定频率复用比Q，从而估计系统的服务等级条状服务小区示意图特点：可采用二频、三频、四频…等多个频率复用复用时需确定重叠区：重叠区太大，越区干扰大，重叠区小，弱电场区可能多。同频干扰射频防卫度双频复用时，C/I为：dBRaRRaRRIC23lg4024lg40/n频组复用时，C/I为：dBRnaRnIC12lg40/面状服务小区示意图小区形状实际的面状小区的覆盖，基站天线全向辐射时为一个圆，实际为不规则，有重叠区。为了理论分析和设计方便，用全覆盖的形状代表，可用全六边形、四面形、三角形，面积最大、最直接的为六边形。面状蜂窝覆盖的小区构成条件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。簇的概念：共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇，N叫做簇的大小，典型值3、4、7、9、12、…。系统中的簇越多，系统容量越大，频率的利用率越高。N越大，则意味着同频小区间距离越远，同频干扰越小。N越小，则意味着一个系统中可有更多的簇，频率利用率高，有更多的容量。N的选取原则：从提高频率利用率的角度，在保持满意的通信质量的前提下，N应取最小值最好。找某一小区的相距最近的同频相邻小区按下步进行：沿着任意一条六边形链移动a个小区，并逆时钟旋转60°再移动b个小区，a和b称为簇与簇之间的二维距离，a和b为正整数，且不能同时为零。簇的大小与二维距离的关系满足小区条件的簇的形状和大小N是有限的22babaNN347912131619a10102102b12232343同频小区的距离RND3R为小区辐射半径。同频复用比NRDQ3簇大小、复用比、同频小区距离之间的对应关系N347912Q33.54.65.26.0D3R3.5R4.6R5.2R6R蜂窝系统的同频干扰以全向天线的同频干扰为例mkKICIC1m：干扰源的总数：相互独立的第k个干扰源对移动接收机的干扰功率KInmkKmknKnRDDRIC111设各小区干扰功率一样，则一般计算公式简化：只考虑第一层的干扰，小区一样大，即DDKnnnNmQmRDmIC)3(111一般在城市环境下，取n=4。举例：N=7的小区dBdBNIC177.185.73361/4最坏结果的考虑，即将最短干扰距离定为平均数：RDDKnQmIC11dBIC47.1428当N=7时，邻频干扰相邻频率的信号干扰产生的原因发射信号的杂散、谐波接收机滤波问题解决办法：采用信道分配不相邻的方法。2.3、提高系统容量的方法小区分裂小区分裂是频率复用外，提高蜂窝网容量及频谱效率的又一重要概念小区分裂是解决网中用户的增加，解决网中用户密度的不同的有效方法小区分裂为：在原小区的基础上增加新基站，如常用1：4方案，新小区半径是原小区的一半划分扇区利用定向天线来改变同频干扰，从而可选较小簇，一般用120°扇区2.4、小区信道分配策略固定信道分配：每小区频率固定动态信道分配：按需分配固定与动态相结合：借用信道分配2.5、多波道共用技术与波道设计小区内多波道共用的概念独立波道方式：用户在指定波道上工作，波道利用率不充分。多波道共用：任何一个小区内的移动用户可选取小区内空闲波道，所有波道对用户共用，多波道共用提高了小区内信道利用率。波道的自动选择方法多波道技术的主要问题是怎样自动选择波道传统方法（人工选择→老式电话机）自动选择方法：四种方式专用呼叫信道方式在给定的多个共用信道中，选择一个信道专门作为呼叫信道，以完成建立通信联系的信道分配，而其余信道作为话务信道。适合于：大系统、多信道、蜂窝移动通信系统，一个小区内有几十个信道、一次呼叫在几百毫秒。①所有用户所在呼叫信道内，处于守候状态；②主呼用户自动寻找空闲话务信道，若有空闲信道则在呼叫信道中发主呼叫。③主呼用户发出呼叫信号后，自动转入所寻找的空闲话务信道上等待应答。被呼用户确定呼叫信号后，自动转入该空闲话务信道上，作出应答，并建立通信。④持机状态。双方通话完毕，各自由话务信道返回呼叫信道内。守候状态1呼叫状态2应答状态3接机状态4循环定位方式基站在空闲信道中可选择一个空闲信道，作为临时的呼叫信道，在此信道上基站发出争用信号在给定的多个共用信道中，没有专门指定的话务信道和呼叫信道，具体哪一个信道临时作为呼叫信道使用由基站控制，每个信道都有机会临时担当呼叫信道。特点：信道利用率高，全部信道可通话，适用于中小容量的系统；处理时间长，有呼叫冲突现象。基站在空闲信道中可选择中一个空闲信道，作为临时的呼叫信道，在此信道上基站发出空闲信号网内电台进行自动信道扫描，搜索到基站的空闲信号就停止扫描并定位在该信道上，处于守候用户在该临时呼叫信道上呼叫，被呼方也在该信道上应答，并建立通信此时该信道变为话务信道，而基站再找个空闲信道作为临时呼叫信道指定呼叫信道状态1定位守候状态2建立通信状态3通话结束状态4循环不定位方式基于循环定位方式，企图解决冲突现象。基站在所有空闲信道上都发出空闲信号，通信双方随机地占据就近的空闲信道。用户须进行信道扫描，基站下行需发长信号。移动用户不定位呼叫基站，基站发长信号定位移动台建立通信。只适合信道很少的系统，解决了冲突，但接续时间长，系统的全信道都工作，互调干扰严重循环分散定位方式上种方法的改进，基站下行时，在所有信道上发呼叫信号，等待应答解决接续时间长，但接续控制复杂，多信道工作。0'AAAB系统波道数的设计在移动通信波道数量的设计，是设计中的一个重要问题。设计原则：满足通信的服务质量，满足用户的需求。服务等级GOS，用呼损率B表示：：单位时间内平均呼叫次数（一般1小时）H：每次通话平均占用信道时间(小时/次)0：单位时间内呼叫成功的次数A：流入话务量，表示话务量强度，话务占用的时间。单位：Erlang（Erl），1Erl（1个呼叫/小时，占用1小时）A’：完成话务量A’=0HHA系统波道数的设计用户越满意，但B太小，如B=0，则需很多波道来满足B的要求，则意味着允许的用户数少，公网中一般取B=0.05。在一个系统中，满足一定用户数U，选择合理的N个信道，达到B要求的服务质量是波道设计的要点。在多波道共用中，存在两种中继方式：不对呼叫请求进行排队，阻塞呼叫清除，如果有空闲信道则立即进入，如果已没有空闲信道，则呼叫阻塞，拒绝进入。对呼叫请求进行排队NkkNkANAB0!!Pr阻塞N：波道数，A提供的总话务量。根据上式可得到：B、A、N的三者关系。上式一般计算成表，方便使用。同时又根据用户数U、每用户的话务量，可得A与用户数的关系，一般在工程设计时，将每用户的话务量考虑为忙时话务量计算。根据排队论可得到在第一种中继方式下服务等级B的公式为：思考与练习利用有限状态的MARKOV随机过程推导上述的呼叫呼损率公式。提示：呼叫呼损率，即呼叫丢失概率。在K个波道的移动通信系统中，若产生K+n个呼叫，则丢失n个呼叫。每用户忙时话务量HKCKTCa..36001..C：用户每天平均呼叫的次数T：每次呼叫平均占用波道的时间（秒/次）K：集中系数，忙时话务量对全日（24小时）话务量的比，一般选10%~15%。例：C=3次/天，T=120秒/次，K=10%则a=0.01Erl/用户（专网a=0.06，中国a将大于0.1）用a代替A，即a、U、A之间的关系为（总用户数）（每信道用户数）aAUNUm/例：B=0.05，a=0.01，若有N=5，U=？解：N=5，B=0.05，查表A=2.218，若：U=700个用户，N=？A=0.01×700=7，查表计算为：N=11。22101.0218.2UNBANA1'波道利用率：波道利用率表示在单位时间内，波道占用的话务量时间之比(常用%表示)，即：η越大表示每波道越忙，空闲的时间越短，利用率越高。结论：当N一定，，信道利用率越高，但服务质量越低，一般公网与其它系统B选5%~20%，专网可B选2%。采用波道共用技术，可提高波道利用率。，但提高的速度越来越少，如：N30，提高不明显，共用不宜太多。UAB,,,,N系统波道数的设计总结：1、正确选定B和a；2、采用波道共用，根据B和a确定U和N。练习题分别根据公式和，选择B=0.01、0.02、0.05、0.1，利用C程序或MATLAB程序计算A与N、与N之间的关系，并绘制关系曲线，其中，N取（0，30]。NkkNkANAB0!!Pr阻塞NBANA1'2.5、越区切换定义：当前正在通信的移动台与基站之间的链路转移到另一个基站的过程。分类：从技术上可分硬切换和软切换硬切换：新的连接建立前，先中断旧的连接。例如GSM系统。软切换：指既维持旧的连接，又同时建立新的连接。例如CDMA系统。从小区的性质上可分：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切换过程越区切换判定，即根据一定准则，判定何时需要进行越区切换越区切换控制，即系统完成切换的实施过程越区切换过程的信道分配切换控制规程的设计目标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切换的主要性能指标