次课第章组网技术基础课件.pptx

1、移动通信概论3G移动通信概论朱广强 移动通信概论第3 3章 组网技术根底讲述内容3.1 移动通信网的根本概念3.2 移动通信环境下的干扰3.3 区域覆盖和信道配置3.4 提高蜂窝系统容量的方法3.5 多信道共用技术3.6 网络构造3.7 信令3.8 系统的移动性管理第一次课第二次课第三次课移动通信概论要求与重点移动通信概论本节解决的主要问题通过本节学习，着重解决以下问题：小区制的原理？同频干扰与系统容量的关系？提高系统容量的方法？移动通信概论3.33.3小区制 背景背景寸金难买寸频率寸金难买寸频率 随着移动通信业务量的增长，大区制移动随着移动通信业务量的增长，大区制移动通信系统的容量已经不能满

2、足需求。为了通信系统的容量已经不能满足需求。为了解决这一问题，蜂窝技术的研究逐渐兴起，解决这一问题，蜂窝技术的研究逐渐兴起，并最终走向实用。并最终走向实用。解决问题解决问题 频率资源与容量需求的矛盾频率资源与容量需求的矛盾 根底根底 蜂窝原理蜂窝原理移动通信概论一、蜂窝技术概述 特点特点 应用了空域的同频复用技术，解决了信道数少应用了空域的同频复用技术，解决了信道数少和用户数多之间的矛盾。和用户数多之间的矛盾。ADCBGFEADCBGFEADCBGFE同频复用移动通信概论一、蜂窝技术概述 两个核心思想两个核心思想 1 1大区改小区：用多个小功率发射机代替单个大大区改小区：用多个小功率发射机代替

3、单个大功率发射机，用多个小覆盖区代替一个大覆盖区；功率发射机，用多个小覆盖区代替一个大覆盖区；2 2信道复用与配置：将整个系统的信道分成假设信道复用与配置：将整个系统的信道分成假设干个信道组，每个基站分配整个系统可用信道中干个信道组，每个基站分配整个系统可用信道中的一局部，并且给相邻的基站分配不同的信道组，的一局部，并且给相邻的基站分配不同的信道组，实现整个系统覆盖区域内的可用信道复用。实现整个系统覆盖区域内的可用信道复用。不同用户采用不同频率来区分！移动通信概论大区覆盖与小区覆盖大区覆盖与小区覆盖大区覆盖与小区覆盖a a大区覆盖大区覆盖b b小区覆盖小区覆盖大区制n 基站发射功率大n 覆盖区

4、域广n 频率不能复用小区制蜂窝小区制蜂窝基站发射功率小基站发射功率小覆盖区域小小区覆盖区域小小区频率复用频率复用移动通信概论蜂窝系统实现及问题 系统实现系统实现 将整个效劳区分为假设干个小区，每一小区设一基站，负将整个效劳区分为假设干个小区，每一小区设一基站，负责与小区内所有移动台的无线通信。同时设置移动交换中责与小区内所有移动台的无线通信。同时设置移动交换中心，统一控制基站的协调工作，保证移动用户得到完善的心，统一控制基站的协调工作，保证移动用户得到完善的效劳。效劳。总体来说，蜂窝技术通过整个覆盖区域内频率复用，就实总体来说，蜂窝技术通过整个覆盖区域内频率复用，就实现了用固定的信道来为大量的

5、用户效劳。现了用固定的信道来为大量的用户效劳。引入的问题引入的问题 同频干扰：同频小区同频干扰：同频小区 越区切换越区切换移动通信概论二、蜂窝系统的一些问题 小区形状 区群的概念 同频小区的距离移动通信概论1 1小区形状 目的：无缝覆盖整个平面的效劳区，寻找目的：无缝覆盖整个平面的效劳区，寻找适宜的几何形状。适宜的几何形状。全向天线辐射的覆盖区是个圆形全向天线辐射的覆盖区是个圆形 。在考虑。在考虑交叠之后，实际上每个辐射区的有效覆盖交叠之后，实际上每个辐射区的有效覆盖区是一个多边形。区是一个多边形。正三角形正三角形 正方形正方形 正六边形正六边形移动通信概论三种形状小区的比较小区形状正三角形正

6、方形正六边形邻区距离r小区面积1.3r22r22.6r2交叠区宽度r0.59r0.27r交叠区面积2 r3 r21.2r20.73r20.35r移动通信概论小区形状的选取 在效劳区面积一定的情况下，正六边形小区的形在效劳区面积一定的情况下，正六边形小区的形状最接近理想的圆形，用它覆盖整个效劳区所需状最接近理想的圆形，用它覆盖整个效劳区所需的基站数最小，也就是最经济。的基站数最小，也就是最经济。小区形状为六边形的小区制移动通信网称为蜂窝小区形状为六边形的小区制移动通信网称为蜂窝网。网。移动通信概论2 2区群的概念 区群簇区群簇 指共同使用全部可用频率的指共同使用全部可用频率的N N个小区。个小区

7、。区群的特点区群的特点 在一个区群内各小区使用不同的频率，不同的区在一个区群内各小区使用不同的频率，不同的区群可以使用一样的频率。群可以使用一样的频率。n n频制频制 一个区群使用的频率数为一个区群使用的频率数为n n。移动通信概论2 2区群的概念ADCBGFEADCBGFEADCBGFE同频复用移动通信概论区群组成 满足两个条件满足两个条件 1 1区群之间可以邻接，且无缝隙无重叠地区群之间可以邻接，且无缝隙无重叠地覆盖。覆盖。2 2邻接后的区群应保证各个相邻同信道小邻接后的区群应保证各个相邻同信道小区的距离相等。区的距离相等。可以证明，区群内的小区数应满足下式可以证明，区群内的小区数应满足下

8、式 举例举例 N N的典型值为的典型值为4 4，7 7，1212。GSMGSM系统：系统：N=3N=3或或4 4 220,0,1Niijjijij其中移动通信概论区群组成示意图 C B A C B A D A B G F C D EN3,j=1,i=1 N=4,j=2,i=0 N=7,j=2,i=1区群组成示意图移动通信概论3 3蜂窝网同频小区的距离n逆时针旋转逆时针旋转6060度度再移动再移动j j个小区个小区n垂直沿六边形任意边垂直沿六边形任意边移动移动i i个小区个小区i2Rj2RD222(2)(2)2(2)(2)cos120DiRjRiRjR 22322DiijjRRR3DQNRRRR

9、 R,为正六边形内切为正六边形内切圆的半径。圆的半径。R R为正六边形外为正六边形外接圆的半径。接圆的半径。移动通信概论蜂窝网同频小区距离的计算 同频小区距离计算公式同频小区距离计算公式与区群的关系与区群的关系 N N越大，同信道小区的距离越远，抗同越大，同信道小区的距离越远，抗同道干扰的性能越强。道干扰的性能越强。那么，是不是那么，是不是N N越大越好呢？越大越好呢？3DN R移动通信概论3.4 3.4 提高蜂窝系统容量的方法问题的引出问题的引出 系统容量与用户需求之间的矛盾是推动移系统容量与用户需求之间的矛盾是推动移动通信开展的主要动力之一动通信开展的主要动力之一 同频干扰是限制系统容量的

10、主要因素之一同频干扰是限制系统容量的主要因素之一 实际问题：在抑制同频干扰的根底上，如实际问题：在抑制同频干扰的根底上，如何通过系统设计获得最大的系统容量何通过系统设计获得最大的系统容量移动通信概论同频干扰对系统容量的影响 同频干扰不能简单地通过增大发射机的发射功率同频干扰不能简单地通过增大发射机的发射功率来抑制。来抑制。为什么呢？为什么呢？为了解决这一问题，需要找到同频干扰和系统容为了解决这一问题，需要找到同频干扰和系统容量的关系。量的关系。移动通信概论一、系统容量系统容量的定义有多种定义，如一定频段内所能提供的信道数或用户的最大数目或系统输入话务总量等。本次课用一定频段内所能提供的信道数来

11、表示系统容量，用符号CT来表示。移动通信概论N N的取值讨论系统容量的定义C CT T：系统中信道总数：系统中信道总数L L：无线信道总数：无线信道总数 ：簇复制次数：簇复制次数N N：簇的大小：簇的大小N NS S：系统中小区总数：系统中小区总数NSTCLLN移动通信概论系统容量与区群大小N N的关系 同样小区半径，同样覆盖区域下同样小区半径，同样覆盖区域下 N N减小？减小？同频小区间的间隔更近，区群复制次数增加，从同频小区间的间隔更近，区群复制次数增加，从而使容量而使容量C CT T增大。因此，增大。因此，N N越小越好？越小越好？N N太小，间隔更近，但同频干扰增强，故有折衷的太小，间

12、隔更近，但同频干扰增强，故有折衷的N N值。值。NSTCLLN移动通信概论二、同频干扰的数学参数同频干扰的定义：同频小区间的信号干扰同频干扰的定义：同频小区间的信号干扰 S/IS/I：信干比：信干比01iiiISIS有用信号功率有用信号功率第第i i个小区的同频干扰功率个小区的同频干扰功率同频小区的总数同频小区的总数特指同频干扰特指同频干扰其他干扰忽略不计其他干扰忽略不计移动通信概论/QD R二、同频干扰的数学参数同频干扰的定义：同频小区间的信号干扰同频干扰的定义：同频小区间的信号干扰 Q:Q:同频复用系数同频复用系数 Q Q刻画了频率复用程度刻画了频率复用程度D D为同频小区中心为同频小区中

13、心点之间的距离。点之间的距离。R R为正六边形外接为正六边形外接圆的半径。圆的半径。移动通信概论三、同频干扰和系统容量的关系 3-27在满足信干比要求的前提下，如何通过系统设计提高系统容量数学模型移动通信概论三、同频干扰和系统容量的关系 1 1、Q Q与与N N的关系的关系假设假设1 1：假设每个小区的大小一样，且每个小区：假设每个小区的大小一样，且每个小区是正六边形小区是正六边形小区CIS?sTNSQCLIN3NRDQ移动通信概论三、同频干扰和系统容量的关系 3DN R3DQNRn同频小区的定位同频小区的定位i2R j2RD3DN R移动通信概论假设假设2 2：假设每个基站的发：假设每个基站

14、的发射功率相等，在整个覆盖区射功率相等，在整个覆盖区内平均接收信号功率随距离内平均接收信号功率随距离的幂指数下降且路径衰减指的幂指数下降且路径衰减指数一样，数一样，那么那么三、同频干扰和系统容量的关系 01iiiISIS2、S/I与Q之间的关系?3sTNSQNCLIN nsdDPS)(00niidDPI)(00AADsDi01()nsiniiDSID代入后化简有：移动通信概论三、同频干扰和系统容量的关系 假设3：假设仅仅考虑第一层同频干扰小区，AAAAAARDiAD01)(iininsDDIS(/)nnSD RQIkk化简化简i0=k1()nskniiDSID1()nkniiSRIDDsR1(

15、)nkniSRIDDiD那么小区边界移动台接收信号的信干比为假设4：假设近似认为所有干扰基站到移动台之间距离为D，那么移动通信概论23(/)STnNCLkS I三、同频干扰和系统容量的关系 系统中系统中信道总数信道总数区群复区群复制次数制次数无线信无线信道总数道总数系统中系统中小区总小区总数数簇的大小簇的大小同频复同频复用比例用比例信干比信干比第一层干扰第一层干扰小区的数目小区的数目路径衰路径衰减指数减指数3STnNCLLNDQNRSQIk移动通信概论三、同频干扰和系统容量的关系3-33L L：无线信道总数：无线信道总数n n：路径衰减指数：路径衰减指数S/IS/I：系统要求的最低信干比：系统

16、要求的最低信干比k k：第一层干扰小区的数目：第一层干扰小区的数目N NS S：系统中小区的总数：系统中小区的总数23(/)STnNCLkS I移动通信概论23(/)STnNCLkS I四、参数对系统容量的影响1 1、系统要求的信干比、系统要求的信干比S/IS/I对系统容量的影响对系统容量的影响N=7N=7N=4N=4AMPSAMPS系统，系统，18dB18dBGSMGSM系统，系统，9dB9dB3nSTNSQDQNCLLIkRN 移动通信概论23120(2/)STnNCLS I定向天线：23(6/)STnNCLS I全向天线：23(/)STnNCLkSI四、参数对系统容量的影响2 2、第一层

17、同频小区数目、第一层同频小区数目k k值的影响值的影响7777777561423裂向：保持小区半径不变，定向天线裂向：保持小区半径不变，定向天线7777777561423移动通信概论23(/)STnNCLkS I四、参数对系统容量的影响3 3、系统中小区总数、系统中小区总数N Ns s的影响的影响6 67 75 54 43 32 21 1小区分裂：保持小区分裂：保持N N值不变，减小值不变，减小小区半径小区半径移动通信概论小区分裂 原理原理 将小区划分为更小的小区，称为将小区划分为更小的小区，称为微小区微小区如何实现呢？如何实现呢？降低天线高度和减小发射功率降低天线高度和减小发射功率 小区数增

18、加小区数增加 -增加覆盖区域内的区群增加覆盖区域内的区群数目数目 提高了提高了信道的复用次数信道的复用次数 -实现系统容量的实现系统容量的提高提高移动通信概论小区分裂 方法方法 在原小区内分设三个发射功率更小的新基站，在原小区内分设三个发射功率更小的新基站，形成几个面积更小的正六边形小区。形成几个面积更小的正六边形小区。移动通信概论小区分裂 基站基站A A被六个新的微小区基站所包围。被六个新的微小区基站所包围。每个微小区的半径都是原来小区的一半。每个微小区的半径都是原来小区的一半。小区分裂只是按比例缩小簇的几何形状，不改变小区分裂只是按比例缩小簇的几何形状，不改变原小区的信道分配策略。原小区的

19、信道分配策略。移动通信概论小区分裂不是所有的小区同时分裂，不同规模的小区将同不是所有的小区同时分裂，不同规模的小区将同时存在。时存在。本质：本质：小区分裂通过减小小区半径，使区群复制小区分裂通过减小小区半径，使区群复制次数增大，从而提高系统容量。次数增大，从而提高系统容量。移动通信概论小区扇区化(裂向)根本概念根本概念使用定向天线来减小同频干扰使用定向天线来减小同频干扰同频干扰减小的程度取决于扇区数目，同频干扰减小的程度取决于扇区数目，7 7小小区复用时区复用时120o120o裂向时从裂向时从6 6降低为降低为2 2。(a)120度裂向(b)60度裂向2 22 24 43 35 54 41 1

20、1 13 36 66 65 51 11 12 23 32 23 3移动通信概论小区扇区化(裂向)利用裂向以后，小区内的信道就分为分散的组，每组只在某一扇区使用。优点：减小干扰，减小区群的大小N，提高系统容量。提高了信道分配的自由度。移动通信概论小区扇区化(裂向)裂向存在的缺乏裂向存在的缺乏天线增多，基站信道也要划分。天线增多，基站信道也要划分。中继效率降低中继效率降低 每个扇区的可用信道减每个扇区的可用信道减小。小。切换次数增多切换次数增多 允许允许MSMS在一个小区内切在一个小区内切换，不需换，不需MSCMSC干预。干预。移动通信概论覆盖区域逼近方法 问题的提出：利用裂向需要增加切换次数，导

21、致系统交换和链路负荷的增加。根本思想：多个微小区和一个基站组成小区。每3个或更多的区域站点与一个单独的基站相连，并共享无线设备。中心基站由多个微小区发射机代替。当移动台在小区内时，由信号最强的微小区效劳。移动通信概论覆盖区域逼近方法微小区概念微小区概念(取自取自Lee91b IEEE)Lee91b IEEE)微波和光缆链路微波和光缆链路微微小小区区选选择择器器基站基站Tx/RxTx/RxTx/RxABC移动通信概论覆盖区域逼近方法 特点特点移动用户在微小区之间移动，不需要信道切换，移动用户在微小区之间移动，不需要信道切换，不会降低中继效率。不会降低中继效率。每个微小区的覆盖半径减小，同频干扰减小，每个微小区的覆盖半径减小，同频干扰减小，整个系统的信干比提高。整个系统的信干比提高。保证覆盖半径，减小蜂窝系统的同频干扰，保证覆盖半径，减小蜂窝系统的同频干扰，抑制了裂向带来的中继效率的下降。抑制了裂向带来的中继效率的下降。移动通信概论奥运鸟巢最多可以容纳奥运鸟巢最多可以容纳1010万人，我们万人，我们需要把该地区信道总数扩大到多少呢？需要把该地区信道总数扩大到多少呢？移动通信概论小结 小区制的概念小区域频率复用 提高系统容量的方法同频干扰与系统容量的关系分析各参数对系统容量的影响给出提高系统容量的方法移动通信概论P87.49