第一章-无线组网基础课件

第一章 无线组网基础 1.1 区域覆盖方式 1.2 蜂窝网结构特点1.3 干扰与系统容量1.4 频道共用技术1.5 提高系统容量的方法1概况一点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容整体概述概况三点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容概况二点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容2 组网遇到的问题有：1）.如何选择网络制式结构（即区域覆盖的方式）；2）.如何有效地利用频谱（即由时域、频域、空间域提高频谱的利用率）；3）.如何选定电台设备保证正常通信（即考虑电波衰耗情况）；4）.如何完成系统的交换与控制功能。3服务区：整个移动通信网所覆盖的区域。小区：一个基台（BS）所覆盖的区域 （半径最大为天线高度的视线距离）。1.1区域覆盖方式 4 大区制：由一个基台覆盖整个服务区。主要特点：基站天线很高，几十米至几百米；基站发射功率大，50200W；覆盖半径3050公里。优点：网络结构简单、成本低。缺点：容量小，一般用户几十至几百个，目前用于专用网。一.大区制移动通信网 5提高覆盖半径是大区制需解决的问题。决定覆盖半径的因素为：地球的曲率，地形影响，多径反射，移动台发射功率大小，信号传输距离限制。解决上行信号问题的办法：设置分集接收和同频转发台。6二.小区制移动通信网小区制：整个服务区分为许多个小区，每个小区设一个基台（BS）负责小区内移动台（MS）的通信。同时设若干个移动交 换控制中心（MSC）通过有线统一控制基台协调工作。业务区：一个移动交换控制中心负责的区域。7 小区制特点：(1).可空分复用解决频道数少与用户数多的矛盾。空分复用：间隔一定的空间距离，可设置完全相同的小区。(2).网络结构灵活，可小区分裂成更小的小区。(3).由于空分复用，需考虑同频干扰的影响。(4).移动台要有过境切换功能。8按小区交叠方式可有下列几种实际小区的形状：三种形状小区的比较：9 当服务区面积一定，正六边形小区面积最大，所需基台数最少，最经济，为目前使用的小区形状，称为蜂窝小区。101.2 蜂窝网结构特点一.空分复用 为保证空分复用时同频小区间有足够的距离，相邻的若干个小区都不能频率再用。使用不同频率的小区构成一个区群。只有不同区群的小区才能进行频率再用（即空分复用）。区群的组成应满足两个条件：（1）区群之间可以邻接，且无空隙无重叠地进行覆盖；（2）邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之间的距离相等。11满足条件的区群形状和区群内的小区数不是任意的。可以证明，区群内的小区数应满足下式：式中，i,j为正整数。若一个区群由N个小区构成，每个小区需k个频率，则一个区群需kN个频率。即整个服务区仅使用kN个频率即可。12常见的区群结构：13二.同频(信道)小区的距离由某小区A每条边（共六条）的垂线跨i个小区，再向左转60度跨j个小区，即可找到相邻区群的同频小区A（共六个）。14设小区的辐射半径(即正六边形外接圆的半径)为r，相邻小区间距为31/2r。则可以算出同信道小区中心之间的距离为 可见群内小区数N越大，同信道小区的距离就越远，抗同频干扰的性能也就越好。15三.基台设置方式 中心激励：如图（a），基台设在小区中央，由全向天线形成圆形覆盖区域。可能会有辐射阴影。顶点激励：如图（b），基台设在小区的三个顶点，由定向天线形成120度的扇形覆盖区域。可避免辐射阴影。16四.越区切换 越区(过区)切换是指将当前正在进行的移动台与基站之间的通信链路从当前基站转移到另一个基站的过程。该过程也称为自动链路转移ALT。越区切换通常发生在移动台从一个基站覆盖的小区进入到另一个基站覆盖的小区的情况下，为了保持通信的连续性，将移动台与当前基站之间的链路转移到移动台与新基站之间的链路。越区切换包括三个方面的问题：越区切换的准则，也就是何时需要进行越区切换；越区切换如何控制，也就是系统完成切换的实施过程；越区切换时信道分配。17 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。越区切换算法所关心的主要性能指标：越区切换的失败概率、因越区失败而使通信中断的概率、越区切换的速率、越区切换引起的通信中断的时间间隔以及越区切换发生的时延等。越区切换分为两大类：硬切换，软切换。硬切换是指在新的连接建立以前，先中断旧的连接,如GSM系统。软切换是指既维持旧的连接，又同时建立新的连接，并利用新旧链路的分集合并来改善通信质量，当与新基站建立可靠连接之后再中断旧链路,如CDMA系统。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。可以仅以某个方向(上行或下行)的链路质量为准，也可以同时考虑双向链路的通信质量。18 相对信号强度准则(准则1)：在任何时间都选择具有最强接收信号的基站。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。具有门限规定的相对信号强度准则(准则2)：仅允许移动用户在当前基站的信号足够弱（低于某一门限），且新基站的信号强于本基站的信号情况下，才可能进行切换。此法选门限为关键，门限低，会引起较大的越区时延，此时链路 质量差，可能会导致信号中断。具有滞后余量的相对信号强度准则(准则3)：仅允许移动用户在新基站的信号强度比原基站信号强很多（即大于滞后余量）的情况下切换。具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则(准则4)：上述 准则结合。1.越区切换的准则19 (1).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。在大系统中容易引起切换冲突。(2)网络控制的越区切换。基站监测来自移动台的信号强度和质量，当信号低于某个门限后，网络开始安排向另一个基站的越区切换。切换时间长，可达10S。若MS失去联系，将造成信号中断。(3)移动台辅助的越区切换。网络要求移动台测量其周围基站的信号并把结果报告给旧基站，网络根据测试结果决定何时进行越区切换以及切换到哪一个基站。时间快，切换过程1s2s，信号中断1s。2.越区切换的控制策略 20 越区切换时的信道分配是解决当呼叫要转换到新小区时，新小区如何分配信道，使得越区失败的概率尽量小。越区切换时的信道分配涉及切换优先问题，系统处理切换请求时常采用越区切换请求优先于初始呼叫请求。常用的做法是在每个小区预留部分信道专门用于越区切换。其特点是：因新呼叫使可用信道数的减少，要增加呼损率，但减少了通话被中断的概率。3.越区切换时的信道分配211.3 干扰与系统容量 系统容量C是指系统中能同时工作的用户数（即总频道数）。若系统有M个区群，每个区群由N个小区构成，每个小区有k个频率，则一个区群的频道数S=k N。系统容量C=M S=M k N 一个区群的频道数S不变，即整个服务区仅使用S=k N个频率，区群的小区数N减少，则每个小区的频率数k增加，系统的区群数M增加，系统容量C亦增加。系统内干扰包括同频干扰，邻道干扰，互调干扰等，它们都会影响到系统的容量。22 相同频率间的干扰为同频干扰。能构成同频干扰的频率范围为f0BI/2，f0为载波频率，BI为接收机的中频带宽。移动通信系统的空分复用会产生同频干扰。对于异频双工系统，假设基站A和B使用相同的频道。移动台M正在接收基站A发射的信号，由于基站天线高度大于移动台天线高度，因此当移动台M处于小区的边沿时，易于受到基站B发射的同频道干扰。基站A接收本小区移动台M发射的信号，也会受到B小区移动台发射信号的同频道干扰，但较小。一.同频干扰与系统容量A基站发B基站发M23为了提高频率利用率，在满足一定通信质量的条件下，允许使用相同频道的无线区之间的最小距离为同频道再用的最小安全距离，简称同频道再用距离或共道再用距离。所谓“安全”系指接收机输入端的有用信号与同频道干扰的比值已大于射频防护比RF。24假定各基站与各移动台的设备参数相同，覆盖区路径衰耗指数n相同，则移动台接收机输入端的有用信号与同频道干扰的比值 i0为同频干扰小区数，r为小区半径，Di为同频干扰的路径长度（即同频小区间距）仅考虑第一层干扰小区（中心激励时i0=6），Di均相等为D。25据同信道小区中心之间的距离结果，同频复用比：同频干扰I小，同频小区间距D小，同频复用比Q小，则区群的小区数N小，系统的区群数M增加，系统容量C亦增加。设计要求：26 邻道干扰是相邻的或邻近频道的信号相互干扰。它有两个方面的含义：1）.发射机输出信号带宽太宽落入相邻频道，从而干扰邻道 正常工作的接收机。要求电台对邻道干扰的抑制（边带辐射比）达到70dB以上。2）.接收机带宽太宽无法滤除邻道正常工作的信号，从而形成 对本接收机的干扰。要求电台接收机邻道选择性达到70db以上。为避免邻道干扰的影响，移动通信系统在一个小区内一般避免使用邻频。二.邻道干扰 27三.互调干扰 非线性器件的输出电流ic与输入电压u的关系式为:ak为非线性器件的特性系数，通常有a1a2a3。假设有两个信号同时作用于非线性器件:输出:1)在各个失真项中都包含A和B的高次谐波分量(nA和nB),其频率通常远离接收机的调谐频率0，不予考虑。2)在二阶(n=2)失真项中，会出现A+B和A-B两种组合频率。由于接收机的输入电路及高频放大器调谐回路具有选择性，而A和B往往都接近0，使A+B和A-B远离接收机的 调谐频率0，受到很大抑制，不易形成互调干扰。28 3)在三阶(n=3)失真项中，会出现2A-B、2B-A、2A+B与2B+A等组合频率，后两项的性质类似于二阶组合 频率中的A+B可以忽略；但2A-B和2B-A两项，当A和 B都接近于有用信号的频率0时，很容易满足以下条件：2A-B和2B-A两项频率可以落入接收机0的通频带之内，这两种组合频率的干扰对接收机的危害比较大。通常把这两种 组合频率的干扰称为三阶互调干扰。4)同理，在五阶(n=5)失真项中，具有危害性的组合频率是3A-2B 或3B-2A，这两种组合频率的干扰称之为五阶互调干扰。29 在非线性器件中，系数a5a3，五阶互调干扰的影响小于三阶互调干扰的影响。即高阶互调的强度一般都小于低阶互调分量的强度。因而在一些实际系统的设计中，常常只考虑三阶互调干扰，至于七阶以上的互调干扰，因为其影响更小，一般都不予考虑。若在非线性电路的输入端同时出现三个不同频率的干扰信号:按同样方法分析可以看出，其中危害最大的互调频率是三阶互调中的A+B-C,A+C-B和B+C-A等项。我们把两个干扰信号产生的三阶互调称之为三阶-型互调，把三个干扰信号产生的三阶互调称之为三阶-型互调。30为避免互调干扰的影响，要求电台对互调干扰的抑制达到70dB。移动通信系统在一个小区内一般不同时使用构成三阶互调关系的几个频率。四.自动功率控制可减小干扰依据电台间距离的远近调整发射功率的大小，可减小干扰信号的强度，从而减小干扰。311.4 频道共用技术 一.用户占用信道方式二.多波道共用技术32 一.用户占用信道方式 1.专用波道方式 k个信道提供给k个用户使用，每个用户均各占用一个信道。可保证用户随时呼叫;信道利用率很低。2.独立波道方式x个用户分成k组，每组用户共用一个信道，谁先呼叫谁先占用。信道利用率得到提高;但同组用户同时呼叫会产生碰撞，各组间信道不能共用。3.多波道共用方式x个用户共用k个信道（k小于x），只有k个信道均被占用，第k+1个用户呼叫才被拒绝，信道利用率得到很大提高。为提高系统的频道利用率，小区制移动系统用户占用信道的方式为多波道共用方式，即一个小区的x个用户共同使用k个信道。33二.多波道共用技术 x与k的关系由用户的业务量及系统的呼损率决定。1.话务量与呼损率在话音通信中，业务量的大小用话务量来量度。话务量分为流入话务量和完成话务量。流入话务量为系统产生而需要去实现的业务量，其大小取决于单位时间(1小时)内平均发生的呼叫次数和每次呼叫平均占用信道时间(含通话时间)H。定义流入话务量A为：的单位 次/小时；H的单位 小时/次；A是一个无量纲的量，专门定义其单位为“爱尔兰”(Erlang)。A是平均1小时内所有呼叫需占用信道的总小时数。1爱尔兰就表示平均每小时内用户要求通话的时间为1小时。34在信道共用的情况下，通信网无法保证每个用户的所有呼叫都能成功，必然有少量的呼叫会失败。即发生“呼损”。能完成的业务量称为完成话务量。已知全网用户在单位时间内的平均呼叫次数为，设单位时间内成功呼叫的次数为0（0）。完成话务量：流入话务量A与完成话务量A0之差，即为损失话务量：35 损失话务量占流入话务量的比率即为呼叫损失的比率，称为“呼损率”B：呼损率B越小，成功呼叫的概率就越大，用户就越满意。呼损率B也称为通信网的服务等级(或业务等级)。对于一个通信网来说，当信道数一定，能完成的话务量A0就确定了，要使呼叫损失小，只有让流入话务量小，即容纳的用户少些。呼损率与流入话务量是一对矛盾，要折衷处理。呼损率不同情况下，信道的利用率也是不同的。信道利用率用每小时每信道的完成话务量来计算：36 2.阻塞呼叫清除的呼损率计算 通信网对用户的呼叫可采用阻塞呼叫清除模式：用户呼叫无等待建立时间，只要系统无空闲信道就被拒绝。此时系统呼损率由爱尔兰呼损公式计算：k为信道数，A为系统可承受的流入话务量。37P184表5-238呼损率B一定时，信道数k增加，系统可承受的流入话务量A增加（即用户数增加），信道利用率也增加。信道数k小于3时，A指数增加，信道数k大于6时，A线性增加；信道数k大于8时，信道利用率增加缓慢。小区用户增加依靠信道数k增加来解决是有限的。39 3.阻塞呼叫延迟的呼损率计算通信网对用户的呼叫也可采用阻塞呼叫延迟模式：用户呼叫有等待建立时间t，只有t秒后系统仍无空闲信道，用户才被拒绝。延迟时间大于t秒的条件概率：H为通话的平均保持时间。系统呼损率：可查表计算。（见参考书无线通信原理）此时，呼叫被延迟的概率：40 4.用户数x的确定 每个用户在24小时内的话务量分布是不均匀的，网络设计应按最忙时的话务量a来进行计算。最忙1小时内的话务量与全天话务量之比称为集中系数n，一般n=10%15%。每个用户的忙时话务量需用统计的办法确定：通信网中每一用户每天平均呼叫次数为C(次/天)，每次呼叫的平均占用信道时间为T(秒/次)，集中系数为n。国外资料表明：公用移动通信网可按a=0.01设计，专业移动通信网可按a=0.05设计。每频道容纳的用户数小区的用户数为x=mk 412.5 提高系统容量的方法系统确定后，由于用户数x增加，导致信道数k不够，使系统服务等级下降，需采取适当方法使原系统容量增大。1.小区的分裂2.划分扇区（裂向技术）3.微小区技术42Q&A问答环节敏而好学，不耻下问。学问学问，边学边问。Heisquickandeagertolearn.Learningislearningandasking.43结束语感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支持与积极的参与。课程后会发放课程满意度评估表，如果对我们课程或者工作有什么建议和意见，也请写在上边点击进入44谢谢您的观看与聆听Thankyouforwatchingandlistening45