1、第二章第二章 蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统 内容内容2.1 2.1 蜂窝小区的概念和特点蜂窝小区的概念和特点2.2 2.2 信道切换策略信道切换策略2.3 2.3 干扰和信道容量干扰和信道容量2.4 2.4 电信业务流量与服务等级电信业务流量与服务等级n实现系统在其覆盖区内良好的语音和数据通信，实现系统在其覆盖区内良好的语音和数据通信，这样的通信网就是这样的通信网就是移动通信网。移动通信网。移动通信移动通信网络结构网络结构蜂窝式蜂窝式组网理论组网理论移动通信网的移动通信网的基本组成基本组成蜂窝移动通信系统图示蜂窝移动通信系统图示各子系统功能各子系统功能 fAfAffAAtAlosDdDdD
2、DddhdLlog4log20(4log20, 自自由由空空间间传传播播损损耗耗）空中网络空中网络 fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20, 自自由由空空间间传传播播损损耗耗）地面网络地面网络无线蜂窝式小区覆盖无线蜂窝式小区覆盖 将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图形的覆盖区域基本几何图形的覆盖区域小功率发射小功率发射 一个较低功率的发射机服务一个蜂窝小区，在较一个较低功率的发射机服务一个蜂窝小区，在较小的区域内设置相当数量的用户小的区域内设置相当数量的用户频率复用频率复用 蜂窝系统的基站工作频
3、率，由于传播损耗提供足蜂窝系统的基站工作频率，由于传播损耗提供足够的隔离度，在相隔一定距离的另一个基站可以重复够的隔离度，在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一组工作频率使用同一组工作频率优点：缓解了频率资源紧缺，增加了系统容量优点：缓解了频率资源紧缺，增加了系统容量缺点：同频干扰缺点：同频干扰多信道共用多信道共用 由若干无线信道组成的移动通信系统，为大量的用户由若干无线信道组成的移动通信系统，为大量的用户共同使用并且仍能满足服务质量的信道利用技术。共同使用并且仍能满足服务质量的信道利用技术。越区切换越区切换 当正在通话的移动台进入相邻无线小区时，业务信道当正在通话的移动台进入相邻无线小区
4、时，业务信道自动切换到相邻小区基站，从而不中断通信过程。自动切换到相邻小区基站，从而不中断通信过程。n移动通信无线服务区由移动通信无线服务区由许多正六边形许多正六边形蜂窝小区蜂窝小区覆盖而成，通过接口与覆盖而成，通过接口与公众通信网公众通信网（PSTNPSTN、PSDNPSDN）互联。）互联。n移动通信系统包括移动通信系统包括移动移动交换子系统（交换子系统（SSSS）操作）操作维护管理子系统维护管理子系统 (OMS)(OMS)基站子系统（基站子系统（BSSBSS）移动）移动台（台（MSMS）是一个完整的是一个完整的信息传输实体信息传输实体基站基站基站基站SS7MSC2（访问（访问MSCMSC）
5、用户变成用户变成 漫游者漫游者BSSBSSSSOMSPSTNMSC1（归属移动交换中心）（归属移动交换中心）SSSSn基站子系统（基站子系统（BSSBSS）和和移动交换子系统（移动交换子系统（SSSS）共同建共同建立呼叫。立呼叫。BSSBSS提供并管理移动台和提供并管理移动台和SSSS之间的无线传输通道之间的无线传输通道SSSS负责呼叫控制功能，所有呼叫都经由负责呼叫控制功能，所有呼叫都经由SSSS建立连接建立连接n操作维护管理子系统（操作维护管理子系统（OMSOMS）负责管理控制整个移动负责管理控制整个移动n移动台（移动台（MSMS）由由移动终端设备移动终端设备和和用户数据用户数据两部分组两
6、部分组用户识别卡（用户识别卡（SIMSIM）与移动终端设备分离）与移动终端设备分离，用于存放用户数，用于存放用户数据据n解决频率资源有限和用户容量问题解决频率资源有限和用户容量问题n区域覆盖方式区域覆盖方式小容量的大区制小容量的大区制 一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大利用分集接收一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大利用分集接收等技术来保证上行链路的通信质量等技术来保证上行链路的通信质量 只能适用于小容量的通信网只能适用于小容量的通信网大容量的小区大容量的小区制制 频率复用频率复用 将覆盖区域划分为若干小区将覆盖区域划分为若干小区 ，每个小区设立一个基站服，每个小区设立一个基站服务于本小区，
7、但各小区可重复使用频率务于本小区，但各小区可重复使用频率 带来同频干扰的问题带来同频干扰的问题n小区制的概念小区制的概念 将所要覆盖的地区划分为若干小区，每个小区的半径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可视用户的分布密度在1-10公里左右，在每个小区设公里左右，在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务。立一个基站为本小区范围内的用户服务。n频率复用频率复用 用有限的频率数就可以服务多个小区，每一个小区和用有限的频率数就可以服务多个小区，每一个小区和其它小区可再重复使用这些频率，称为频率复用。这其它小区可再重复使用这些频率，称为频率复用。这种组网方式可以构成
8、大区域大容量移动通信系统。种组网方式可以构成大区域大容量移动通信系统。n频率复用和覆盖方式频率复用和覆盖方式带状服务覆盖区带状服务覆盖区面状服务覆盖区面状服务覆盖区 簇簇 小区的覆盖形状小区的覆盖形状 同频干扰同频干扰n同频相邻小区的找法同频相邻小区的找法双频组双频组频率配置频率配置三频组三频组频率配置频率配置 f1 f2 f1 f2 f1 f2 f1 f1 f2 f3 f1 f2 f3 f1 一般应用在铁路、公路、沿海等地。按横向排列覆盖整个一般应用在铁路、公路、沿海等地。按横向排列覆盖整个服务区，服务区，BSBS使用定向天线，有许多细长的无线小区相连而成。使用定向天线，有许多细长的无线小区
9、相连而成。n为了克服同频干扰，为了克服同频干扰，常采用双频组频率配常采用双频组频率配置和三频组或四频组置和三频组或四频组的频率配置方式。的频率配置方式。n从造价和频率利用率从造价和频率利用率来看，选择二频组最来看，选择二频组最好，但二频组的抗干好，但二频组的抗干扰能力最差。扰能力最差。n面状服务区面状服务区 陆地移动通信大部分是在一个宽广的平面上实现的，陆地移动通信大部分是在一个宽广的平面上实现的，平面服务区内的无线小区组成的实际形状取决于电波传平面服务区内的无线小区组成的实际形状取决于电波传播条件和天线的方向性。如果服务区的地形、地物相同，播条件和天线的方向性。如果服务区的地形、地物相同，且
10、基地台采用全向天线，其覆盖范围大体是一个圆。为且基地台采用全向天线，其覆盖范围大体是一个圆。为了不留空隙地覆盖整个服务区，无线小区之间会有大量了不留空隙地覆盖整个服务区，无线小区之间会有大量的重叠。在考虑重叠之后，每个小区实际上的有效覆盖的重叠。在考虑重叠之后，每个小区实际上的有效覆盖区是一个圆的内接多边形，这些多边形有正三角形、正区是一个圆的内接多边形，这些多边形有正三角形、正方形和正六边形。方形和正六边形。n服务区形状：线状、面状（无缝覆盖）服务区形状：线状、面状（无缝覆盖）n相同地形地物、全向天线相同地形地物、全向天线圆形小区圆形小区n规划设计中为邻接覆盖服务区，用规划设计中为邻接覆盖服
11、务区，用圆内接正多边形圆内接正多边形代代替替圆圆(正三角形、正方形、正六边形正三角形、正方形、正六边形)小区形状小区形状正三角形正三角形正方形正方形正六边形正六边形比较比较相邻小区的中相邻小区的中心距离心距离r大：大：BS间干扰小间干扰小单位小区单位小区面积面积大：所需小区数少大：所需小区数少交叠区域交叠区域距离距离r小：便于跟踪交换小：便于跟踪交换交叠区域交叠区域面积面积小：同频干扰小小：同频干扰小最少频率最少频率个数个数643少：频率利用率高少：频率利用率高r2r32343r22r2332rr22r3223 . 1r22 r26 . 2r正六边形小区形状最佳正六边形小区形状最佳，相互邻接构
12、成，相互邻接构成蜂窝状网络结构蜂窝状网络结构n通过上表可见，采用正六边形无线小区邻接构成整个面状通过上表可见，采用正六边形无线小区邻接构成整个面状服务区为最好。服务区为最好。n六边形的面状服务区的形状像蜂窝六边形的面状服务区的形状像蜂窝-称蜂窝网。称蜂窝网。n蜂窝网通常是先由若干邻接的无线小区组成一个无线区群，蜂窝网通常是先由若干邻接的无线小区组成一个无线区群，再由若干个无线区群构成整个服务区。再由若干个无线区群构成整个服务区。n为了实现同频复用，防止同频干扰，要求每个区群中的小为了实现同频复用，防止同频干扰，要求每个区群中的小区，不得使用相同频率，只有在不同的无线区群中，才可使区，不得使用相
13、同频率，只有在不同的无线区群中，才可使用相同的频率进行频率复用。用相同的频率进行频率复用。 n基站发射机位置基站发射机位置中心激励小区：安置在小区的中心中心激励小区：安置在小区的中心顶点激励小区：安置在六边形顶点之中的三个上顶点激励小区：安置在六边形顶点之中的三个上n实际形状实际形状由于地形地貌、传播环境、衰落形式的多样性，小由于地形地貌、传播环境、衰落形式的多样性，小区的实际无线覆盖是一个区的实际无线覆盖是一个不规则的形状不规则的形状n基站发射机位置基站发射机位置激励方式一般分为激励方式一般分为中心激励和顶点激励中心激励和顶点激励全向辐射天线基站全向辐射天线基站120120扇形辐射天线基站扇
14、形辐射天线基站 一个小区实际的无线覆盖是不规则的。一个小区实际的无线覆盖是不规则的。n两个不同的地理区域里配置相同的频率。例如在不同的两个不同的地理区域里配置相同的频率。例如在不同的城市中使用相同频率的城市中使用相同频率的AM或或FM广播电台。广播电台。n在一个系统的作用区域内重复使用相同的频率在一个系统的作用区域内重复使用相同的频率这种这种方案用于蜂窝系统中。方案用于蜂窝系统中。 n若干个单位无线区群彼此邻接组成蜂窝式服务区域若干个单位无线区群彼此邻接组成蜂窝式服务区域n邻接单位无线区群中的同频无线小区的中心间距相等。邻接单位无线区群中的同频无线小区的中心间距相等。n满足以上条件的单位无线区
15、群中的小区数目满足以上条件的单位无线区群中的小区数目N为为: N=i2+ij+j2其中，其中，i和和j为非零整数，同频小区之间的二维为非零整数，同频小区之间的二维距离。距离。N叫做区群的大小，典型值叫做区群的大小，典型值为为4、7或或12。 n考虑一个共有考虑一个共有S个可用的双向信道的蜂窝系统。如果个可用的双向信道的蜂窝系统。如果每个小区都分配每个小区都分配k个信道个信道(k20)=p(r0)e-0.1(1-0.2)20=0.04038 rlSAE2 . 02 . 0)0(pn爱尔兰爱尔兰C C公式公式0(0)()()PtdPtnA(0)Aq Pn An平均等待时间和平均排队长度平均等待时间
16、和平均排队长度 平均等待时间 平均排队长度等待系统服务等级的计算等待系统服务等级的计算n 某等待系统，在某等待系统，在1条信道上的平均呼叫占用时长为条信道上的平均呼叫占用时长为10秒，秒，呼叫到达率为呼叫到达率为1.2个分钟，呼叫流是泊松过程，（）个分钟，呼叫流是泊松过程，（）求呼叫等待时间超过求呼叫等待时间超过20秒的呼叫等待概率？（）呼叫秒的呼叫等待概率？（）呼叫平均等待时间和平均排队长度平均等待时间和平均排队长度解：解：呼秒公式由爱尔兰05020120200522011012020384020200,12060102112010201.q.).(.)(%.e)(P)(P.)(PCnErl
17、./*.S/A)(.例题例题例题例题 某系统要求某系统要求B=1%共有共有395个信道个信道,用户平均呼叫用户平均呼叫1次次/小时小时,平均每次呼叫时长平均每次呼叫时长2分钟分钟,问在全向问在全向N=7复用方式及复用方式及1200裂向情况下用户及信道利用率分别是多少裂向情况下用户及信道利用率分别是多少?解解: :每个用户的话务量每个用户的话务量n全向全向 n=57n=57， B=1%B=1%查爱尔兰呼损表查爱尔兰呼损表B B得到话务量得到话务量 A=44.2Erl A=44.2Erl 用户数用户数m.nm.n= A/ =44.2/(1/30)=1326= A/ =44.2/(1/30)=1326户户 信道利用率信道利用率 =A(1-B)/n=44.2=A(1-B)/n=44.299%/57=77%99%/57=77%n1201200 0 n=57/3=19 B=1% n=57/3=19 B=1%查爱尔兰呼损表查爱尔兰呼损表 A=11.23Erl A=11.23Erl 用户数用户数m.nm.n= A/ =11.23/(1/30)=336= A/ =11.23/(1/30)=336户户 信道利用率信道利用率 =A(1-B)/n=11.23=A(1-B)/n=11.2399%/19=58.5%99%/19=58.5%Erls30/160/21
