组网技术基础(一).ppt

第3章 组网技术基础 现代移动通信现代移动通信 Abis A接口 MS BSS OMC-R 操作维护中心 BSC 基站 控制器 MSC 移动交换中心 BTS 基站 收发信机 BTS 基站 收发信机 BTS 基站 收发信机 MS MS Um 通过本章学习，着重解决以下问题： n干扰如何影响系统性能 n如何进行区域覆盖 n如何提高蜂窝系统容量 n如何解决多信道共用 n如何构造蜂窝网络结构 n如何进行移动管理 第3章 组网技术基础 建立一个移 动通信网的 系统级概念 本次课教学目的： n 1、理解移动通信网的基本概念 n 2、理解同频干扰、邻频干扰和互调干扰产生 的机理及减小这些干扰的主要措施 n 3、掌握区域覆盖的基本概念和基本原理 n 4、理解大区制和小区制区域覆盖的特点和适 用范围 第3章 组网技术基础 n移动通信网是承载移动通信业务的网络，主要完 成移动用户之间、移动用户与固定用户之间的信 息交换。 n空中网络（无线网络） n地面网络（有线网络） 3.1 移动通信网的基本概念 n空中网络是移动通信网的主要部分，主要包括 ： n多址接入 n频率复用和区域覆盖 n切换和位置更新 n地面网络部分主要包括： n服务区内各个基站的相互连接 n基站与固定网（PSTN、ISDN、数据网等） 3.1 移动通信网的基本概念 3.1 移动通信网的基本概念 n干扰是限制移动通信系统性能的主要因素 n在移动通信网中，无线电干扰一般分为： n同频干扰险、邻道干扰、互调干扰、阻塞干扰 n近端对远端的干扰 n若对移动无线通信网进行合理设计就可削弱这些 干扰 3.2 移动通信环境下的干扰 n同频干扰是指所有落在接收机通带内的与有用信 号频率相同的无用信号的干扰，亦称同信道干扰 （又称为同道干扰或共道干扰）。 n同频干扰是无法滤除的。 n在电台密集的地方，若系统设计或频率管理不当 ，就会造成同频干扰。 3.2.1 同频干扰 n频率复用：在移动通信系统中，为了提高频率利用率，在 相隔一定距离以外，可以使用相同的频率，这就称为频率 复用。 n同频小区: 在一个给定的覆盖区域内，存在许多使用同一 组频率的小区。 3.2.1同频干扰 A D C B G F E A D C B G F E A D C B G F E Frequency reuse 3.2.1 同频干扰 n复用距离越近，同频干扰就越大；复用距离越远， 同频干扰就越小，但频率利用率就会降低。 3.2.1 同频干扰 1、射频防护比 接收机输出端有用信号达到规定质量的情况下，在接收输入端测 得有用射频信号与同频无用射频信号之比的最小值，也称为同频干扰保 护比。 2、同频复用距离 当信号/同频防护比满足通信质量要求或达到规定的载噪比（C/N) 指标时，两个同频小区之间的距离称之为同频复用距离。 3、同频复用系数 同频复用距离和小区半径之比。 3.2.1 同频干扰 1、系统性能指标 2、传输环境 3、同频干扰影响着系 统性能指标，可以通 过系统设计减小其影 响 3.2.2 邻道干扰 n邻道干扰：是指相邻信道或邻近信道的信号相互干 扰。 n产生邻道干扰的原因： n由于接收滤波器不理想，使得相邻频率的信号泄漏到了 传输带宽内而引起的。 n发信机在相邻频道内的边频分量引起的。例如FM信号的 频谱是很宽的，当其中某些边频分量落入邻道接收机的 通带内，就会造成邻频干扰。 3.2.2 邻道干扰 n解决邻道干扰的措施： n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(市场准入)； n提高接收机的邻频道选择性； n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。 n邻频干扰可以通过精确的滤波和信道分配而减小到 最小。 3.2.3 互调干扰 n互调干扰是由传输设备中的非线性电路产生的。 n它指两个或多个信号作用在通信设备的非线性器件 上，产生同有用信号频率相近的组合频率，从而对 通信系统构成干扰的现象。 n互调干扰分为： n发射机互调干扰 n接收机互调干扰 n信道分配策略 3.2.4 阻塞干扰 n阻塞式干扰：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。（推饱和） 3.2.5 近端对远端的干扰 n近端对远端的干扰：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到 达基站的功率明显要大于距离基站远的移动台A的 到达功率，若二者频率相近，则距基站近的移动台 B就会造成对接收距离距基站远的移动台A的有用信 号的干扰或抑制，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，又称为远近效应 。 n克服的方法：频道间隔、移动台的自动功率控制。 3.3.1 地域覆盖 1、大区制移动通信系统：是指使用安装在高塔上的单个大 功率发射机而获得一个大面积覆盖的移动通信系统。 3.3 地域覆盖和信道配置 移动台移动台 Base Station PSTN Mobile User 3.3 地域覆盖和信道配置 大区制方式优点： n网络结构简单、成本低 大区制方式的缺点： n容量小 n区域覆盖受限 n地形环境影响，例如山丘、建筑物 等阻挡盲区 n多径反射干扰 n基站发射功率是有限额的（大区制 能实现全国覆盖吗？） n移动台发射功率小，上下行存在增 益差 3.3 地域覆盖和信道配置 解决大区制覆盖的方法有： n同频转发器，扫除盲区 n设置分集接收台 n提高基站接收机灵敏度 小区制的核心思想是：用许多小功率的发射机（小覆盖 区）来代替单个的大功率发射机，每一个小覆盖区只提供服 务范围内的一小部分覆盖。 2 小区制移动通信网的地域覆盖 小区制的优点是： n频率利用率高 n组网灵活 2 小区制移动通信网的地域覆盖 下面针对不同的服务区来讨论小区的结构和频率的分配方案： 1、带状网 带状网主要用于覆盖公路、铁路和海岸等。 基站天线若用全向辐射，覆盖区形状是圆形；采用有向天 线，则使每个小区呈扁圆形。 2 小区制移动通信网的地域覆盖 A 铁铁 路 小区 B A B (a) 小区 河 道 A B C (b) 带状网可进行频率复用。若以采用不同信道的两个小区 组成一个区群，称为双频制。若以采用不同信道的三个小区 组成一个区群，称为三频制。从造价和频率资源的利用而言 ，当然双频制最好；但从抗同频干扰而言，双频制最差，还 应考虑多频制。 2 小区制移动通信网的地域覆盖 A 铁铁 路 小区 B A B (a) 小区 河 道 A B C (b) 2 小区制移动通信网的地域覆盖 设频制的带状网如图所示。每一个小区的半径为r，相邻小 区的交叠宽度为a，第n区与第1区为同频小区。据此，可算出信 号传输距离和同频干扰传输距离之比。 2 小区制移动通信网的地域覆盖 若认为传输损耗近似与传输距离的四次方成正比，则在最不 利的情况下可得到相应的干扰信号比如表所示。由表可见，双频 制最多只能获得19 dB的同频干扰抑制比，这通常是不够的。 双频制三频制n频制 2、小区制移动通信网络的地域覆盖 II 蜂窝网 n在带状网中，区群组成和同频小区距离计算方便 n蜂窝网就比较复杂 1）小区形状 n全向天线辐射的覆盖区域是一个圆形 n为了不留空隙地覆盖，圆形服务区之间一定含有 很多交叠 3.3 地域覆盖和信道配置 n考虑交叠之后，实际每个辐射区的有效覆盖区是一个多边形 n要有正多边形无空隙、无重叠地覆盖一个平面区域可取三种形状 2 小区制移动通信网络的地域覆盖 正三角形 正方形 正六边边形 n在服务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，用它覆盖整个服务区所需的基站数最少 ，也就最经济。 n正六边形构成的网络形同蜂窝，因此将小区形状为六边 形的小区制移动通信网称为蜂窝网。 2 小区制移动通信网络的地域覆盖 小区形状 正三角形 正方形 正六边形 邻区距离 r root(2)r Root(3)r 小区面积 1.3r2 2r2 2.6r2 交叠区宽 度 r 0.59r 0.27r 交叠区面 积 1.2Pir2 0.73Pir2 0.35Pir2 2 小区制移动通信网络的地域覆盖 2) 区群的组成 区群（簇）：共同使用全部可用频率的相邻的N个小区。 区群的两个条件： n 区群之间可以邻接，且无空隙无重叠地进行覆盖 n 邻接之后的区群应保证各个相邻同信频小区之间的距离相等 区群内的小区数应满足下式： 其中，i与j是正整数，（i=0,j=0,i+j0） 举例 nN的典型值为4，7，12，其N=4就是i=0,j=2得到的。 AMPS系统：N=7；GSM系统：N=3或4 2 小区制移动通信网络的地域覆盖 A D C B G F E A D C B G F E A D C B G F E Frequency reuse j i 01234 11371321 247121928 3913192737 41621283748 3) 同频小区的距离 n逆时针旋转60度 n再移动j个小区 n垂直沿六边形任意边 n移动i个小区 i2R j2R D 4) 中心激励和顶点激励 n中心激励：在每个小区中，基站可以设在小区的中央，用全向天线 形成圆形覆盖区。 n顶点激励 ：将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上，每个基 站采用3副120度扇形辐射的定向天线，分别覆盖3个相邻小区的各 三分之一区域，每个小区由3副120度扇形天线共同覆盖。 5) 频率复用后的系统容量 6 6 7 7 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 6 6 7 7 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 6 6 7 7 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 6 6 7 7 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 6 6 7 7 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 6 6 7 7 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 6 6 7 7 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 C：系统中信道总数 L：可用无线信道总数 k：每个小区的信道数 N：簇的大小 M：系统中的小区总数 ：簇复制次数 3.3.2 信道频率分配 n信道（频率）分配是频率复用的前提。 n频率分配有两个基本含义：一是频道分组，根据移动网的需要将全 部频道分成若干组；二是频道指配，以固定的或动态分配方法指配 给蜂窝网的用户使用。 n频率分组原则： n根据国家规定、双工方式、制式确定总的信道数 n由系统性能及设计确定同频复用的距离，确定频道分组数 n频率指配原则： n同一频道组中不能有相邻序号的频道 n应根据移动通信设备抗邻道干扰的能力来设定相邻频道的最小频率 n频率规化、远期规划、新网和重叠网频率指配的协调一致 信道频率分配 n信道分