06次课 第03章 组网技术基础-2.pptx

3G移动通信概论 朱广强zgq 第3章组网技术基础 讲述内容3 1移动通信网的基本概念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网络结构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 要求与重点 掌握区域覆盖的基本概念和基本原理 理解小区制区域覆盖的特点和适用范围 理解同频干扰和系统容量的关系式 理解小区分裂 划分扇区和微小区的原理 了解这三种方法用于提高蜂窝系统容量的原因及因此而带来的不利因素 学习实际问题的解决方法 思路 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 3 3小区制 背景 寸金难买寸频率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足需求 为了解决这一问题 蜂窝技术的研究逐渐兴起 并最终走向实用 解决问题频率资源与容量需求的矛盾基础蜂窝原理 一 蜂窝技术概述 特点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 一 蜂窝技术概述 两个核心思想1 大区改小区 用多个小功率发射机代替单个大功率发射机 用多个小覆盖区代替一个大覆盖区 2 信道复用与配置 将整个系统的信道分成若干个信道组 每个基站分配整个系统可用信道中的一部分 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 不同用户采用不同频率来区分 大区覆盖与小区覆盖 大区覆盖与小区覆盖 a 大区覆盖 b 小区覆盖 大区制基站发射功率大覆盖区域广频率不能复用 小区制 蜂窝 基站发射功率小覆盖区域小 小区 频率复用 蜂窝系统实现及问题 系统实现将整个服务区分为若干个小区 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心 统一控制基站的协调工作 保证移动用户得到完善的服务 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用户服务 引入的问题同频干扰 同频小区越区切换 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 1 小区形状 目的 无缝覆盖整个平面的服务区 寻找合适的几何形状 全向天线辐射的覆盖区是个圆形 在考虑交叠之后 实际上每个辐射区的有效覆盖区是一个多边形 三种形状小区的比较 小区形状的选取 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网 2 区群的概念 区群 簇 指共同使用全部可用频率的N个小区 区群的特点在一个区群内各小区使用不同的频率 不同的区群可以使用相同的频率 n频制一个区群使用的频率数为n 2 区群的概念 区群组成 满足两个条件1 区群之间可以邻接 且无缝隙无重叠地覆盖 2 邻接后的区群应保证各个相邻同信道小区的距离相等 可以证明 区群内的小区数应满足下式举例N的典型值为4 7 12 GSM系统 N 3或4 区群组成示意图 3 蜂窝网同频小区的距离 逆时针旋转60度再移动j个小区 垂直沿六边形任意边移动i个小区 R 为正六边形内切圆的半径 R为正六边形外接圆的半径 蜂窝网同频小区距离的计算 同频小区距离计算公式与区群的关系N越大 同信道小区的距离越远 抗同道干扰的性能越强 那么 是不是N越大越好呢 3 4提高蜂窝系统容量的方法 问题的引出系统容量与用户需求之间的矛盾是推动移动通信发展的主要动力之一同频干扰是限制系统容量的主要因素之一实际问题 在抑制同频干扰的基础上 如何通过系统设计获得最大的系统容量 3 4 1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来克服 为什么呢 为了解决这一问题 需要找到同频干扰和系统容量的关系 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表示系统容量 用符号CT来表示 N的取值讨论 系统容量的定义 CT 系统中信道总数L 无线信道总数 簇复制次数N 簇的大小NS 系统中小区总数 系统容量与区群大小N的关系 同样小区半径 同样覆盖区域下N减小 同频小区间的间隔更近 区群复制次数增加 从而使容量CT增大 因此 N越小越好 N太小 间隔更近 但同频干扰增强 故有折衷的N值 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S I 信干比 有用信号功率 第i个小区的同频干扰功率 同频小区的总数 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Q 同频复用系数Q刻画了频率复用程度 D为同频小区中心点之间的距离 R为正六边形外接圆的半径 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 三 同频干扰和系统容量的关系 1 Q与N的关系假设1 假设每个小区的大小一样 且每个小区是正六边形小区 4 三 同频干扰和系统容量的关系 同频小区的定位 假设2 假设每个基站的发射功率相等 在整个覆盖区内平均接收信号功率随距离的幂指数下降且路径衰减指数相同 则 三 同频干扰和系统容量的关系 2 S I与Q之间的关系 A A Ds Di 三 同频干扰和系统容量的关系 假设3 若仅仅考虑第一层同频干扰小区 A A A A A A R Di A D 则小区边界移动台接收信号的信干比为 假设4 若近似认为所有干扰基站到移动台之间距离为D 则 三 同频干扰和系统容量的关系 系统中信道总数 区群复制次数 无线信道总数 系统中小区总数 簇的大小 同频复用比例 信干比 第一层干扰小区的数目 路径衰减指数 三 同频干扰和系统容量的关系 3 33 L 无线信道总数n 路径衰减指数 S I 系统要求的最低信干比k 第一层干扰小区的数目NS 系统中小区的总数 四 参数对系统容量的影响 1 系统要求的信干比S I对系统容量的影响 4 AMPS系统 18dBGSM系统 9dB 四 参数对系统容量的影响 2 第一层同频小区数目k值的影响 裂向 保持小区半径不变 定向天线 四 参数对系统容量的影响 3 系统中小区总数Ns的影响 6 7 5 4 3 2 1 小区分裂 保持N值不变 减小小区半径 3 4 2小区分裂 原理将小区划分为更小的小区 称为微小区如何实现呢 降低天线高度和减小发射功率小区数增加 增加覆盖区域内的区群数目提高了信道的复用次数 实现系统容量的提高 3 4 2小区分裂 方法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 3 4 2小区分裂 基站A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 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 3 4 2小区分裂 不是所有的小区同时分裂 不同规模的小区将同时存在 本质 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 3 4 3小区扇区化 裂向 基本概念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 7小区复用时120o裂向时从6降低为2 3 4 3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 3 4 3小区扇区化 裂向 裂向存在的不足天线增多 基站信道也要划分 中继效率降低 每个扇区的可用信道减小 切换次数增多 允许MS在一个小区内切换 不需MSC干预 3 4 4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 导致系统交换和链路负荷的增加 基本思想 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服务 3 4 4覆盖区域逼近方法 3 4 4覆盖区域逼近方法 特点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 每个