移动通信技术 组网原理2

1、1第二章第二章 移动通信组网与系移动通信组网与系统设计（二）统设计（二）移动通信移动通信李世宝李世宝石油大学计通学院通信工程石油大学计通学院通信工程系系2第二章内容第二章内容n 噪声与干扰噪声与干扰n 大区制移动通信网大区制移动通信网n 小区制网构成方式小区制网构成方式n 小区制频率分配方法小区制频率分配方法n 多波道共用技术与波道设计多波道共用技术与波道设计n 越区切换越区切换32. 大区制移动通信网大区制移动通信网42. 大区制移动通信网大区制移动通信网(1)n大区制就是在一个服务区域（如一个城市）内大区制就是在一个服务区域（如一个城市）内只有一个基站，并由它负责移动通信的联络和只有一个基

2、站，并由它负责移动通信的联络和控制。控制。BSRRRMS1MS2图图2-8 大区制移动通信网大区制移动通信网52. 大区制移动通信网大区制移动通信网(2)n早期的移动通信网一般是大区制早期的移动通信网一般是大区制n主要特点：主要特点：n基站天线很高，几十几百米基站天线很高，几十几百米n基站发射功率大：基站发射功率大：50200Wn覆盖半径：覆盖半径：3050km62. 大区制移动通信网大区制移动通信网(3)n提高覆盖半径是大区制需解决的问题提高覆盖半径是大区制需解决的问题n决定覆盖半径的因素：决定覆盖半径的因素：n地球的曲率限制了传输的极限范围地球的曲率限制了传输的极限范围n地形环境影响，信号

3、传播可能产生盲区地形环境影响，信号传播可能产生盲区n多径反射限制了传输距离多径反射限制了传输距离n移动台发射功率小，上行信号传输距离有限移动台发射功率小，上行信号传输距离有限（上下行传输增益差可达（上下行传输增益差可达612dB）72. 大区制移动通信网大区制移动通信网(4)n解决上行信号问题的办法：解决上行信号问题的办法：n设置分集接收台设置分集接收台n基站发射用全向天线，接收基站发射用全向天线，接收用定向天线（可有用定向天线（可有810dB增益）增益）n提高基站接收灵敏度提高基站接收灵敏度n同频转发扫除盲区同频转发扫除盲区BSRRRMS1MS2图图2-9 大区制设置分集接大区制设置分集接收

4、台示意图收台示意图8大区制移动通信网大区制移动通信网n优点：网络结构简单，成本低优点：网络结构简单，成本低n缺点：频谱利用率低，服务性能差，容量小，一般用缺点：频谱利用率低，服务性能差，容量小，一般用户几十几百个，一般用于专网。户几十几百个，一般用于专网。n1.覆盖区域小覆盖区域小n2.因为干扰，不同信道不能使用相同的频率因为干扰，不同信道不能使用相同的频率n3. 10m 10k 1000n4.不同的城市使用的系统，使用相同的频段不同的城市使用的系统，使用相同的频段n-启示启示-93. 小区制网构成方式小区制网构成方式103. 小区制网构成方式小区制网构成方式n小区制：利用小区制：利用频率复用

5、频率复用的概念，将整个服务区的概念，将整个服务区域划分成若干个小区，每个小区分别设置一个域划分成若干个小区，每个小区分别设置一个基站，负责本小区的通信。基站，负责本小区的通信。n频率复用频率复用：将：将N个相邻的小区组成一个个相邻的小区组成一个区群区群，将可供使用的频道划分成将可供使用的频道划分成N组，组，区群内的每个区群内的每个小区使用不同的频率组小区使用不同的频率组，而，而每个区群重复使用每个区群重复使用相同的频率分配模式相同的频率分配模式。113. 小区制网构成方式小区制网构成方式n基本小区有：（基本小区有：（r：小区半径）：小区半径）n超小区：超小区：r 20km（农村）（农村）n宏小

6、区：宏小区：r 120km（人口稠密地区）（人口稠密地区）n微小区：微小区：r 0.11km（城市繁华区）（城市繁华区）n微微小区：微微小区：r 0.1km（办公室、家庭）（办公室、家庭）n优点：提高频率利用率，组网灵活优点：提高频率利用率，组网灵活n缺点：网络构成复杂缺点：网络构成复杂12n频率复用是小区制网的核心问题。频率复用是小区制网的核心问题。n频率复用：小区内基站的工作频率，由于电频率复用：小区内基站的工作频率，由于电波传播损耗产生的隔离度，可以在相隔一定波传播损耗产生的隔离度，可以在相隔一定距离后的另一小区重复使用。距离后的另一小区重复使用。 n研究同频干扰和同频小区间的距离是频率

7、复研究同频干扰和同频小区间的距离是频率复用的依据。用的依据。 n同频小区间的距离取决于能容的同频干扰。同频小区间的距离取决于能容的同频干扰。同频干扰又取决于话音质量要求的载噪比同频干扰又取决于话音质量要求的载噪比（C/N）或）或C/I。同频干扰与同频复用比同频干扰与同频复用比13nD：同频基站间的距离为同频复用距离nR：小区半径同频小区图示： A R MS B D （三）小区制移动通信网（三）小区制移动通信网14n定义：Q=D/R为同频复用比 n同频复用比告诉我们： Q复用次数越多，系统容量越大；Q复用次数越少，话音质量好，干扰小。 nQ的选取主要考虑C/I比，C/I取决于同频干扰射频防卫度，

8、射频防卫度是满足接收质量要求时的射频信号与干扰信号之比（射频防卫度，一般定为话音4级时为17dB、3级时为12dB）。（三）小区制移动通信网（续）（三）小区制移动通信网（续）15（三）小区制移动通信网（续）（三）小区制移动通信网（续）n在蜂窝系统中： I：主要取决于同频干扰40lg40lg(1)()DRCQdBIR16n推导： SSIDRDDD DS DI （三）小区制移动通信网（续）（三）小区制移动通信网（续）17n根据电波传播特性，光滑地面移动无线电路径损耗根据电波传播特性，光滑地面移动无线电路径损耗正比于正比于d4，与频率无关，与频率无关n设干扰信号和有用信号的传播损耗中值分别用设干扰信

9、号和有用信号的传播损耗中值分别用LI和和LS表示。设同频基站的发射功率均为表示。设同频基站的发射功率均为PT，则移动台则移动台接收机的输入信号功率接收机的输入信号功率C和同频干扰功率和同频干扰功率I分别为分别为 C = PT LS （dBw） I = PT LI （dBw） C/I = C I = LI LS = 40lg（DI/Ds） = 40lg（ ） 40lg（Q 1）（三）小区制移动通信网（续）（三）小区制移动通信网（续）DDsDs183.1 条状服务区条状服务区3.2 面状服务区面状服务区3.2.1 面状小区形状面状小区形状3.2.2 蜂窝结构小区图案与频率复用蜂窝结构小区图案与频率

10、复用3.2.3 中心激励与顶点激励中心激励与顶点激励3.2.3 蜂窝系统的同频干扰蜂窝系统的同频干扰3.2.5 提高系统容量的方法提高系统容量的方法193.1 条状服务区（条状服务区（1）n条状服务区是指用户的分布呈条状（或带状）条状服务区是指用户的分布呈条状（或带状），如铁路、公路、沿海水域等。如铁路、公路、沿海水域等。小区小区图图2-10 条状服务区条状服务区203.1 条状服务区（条状服务区（2）n可采用多个频率复用可采用多个频率复用，二频复用，三频，四频，二频复用，三频，四频图图2-11 多频复用方式多频复用方式213.1 条状服务区（条状服务区（3）n复用时需确定重叠区复用时需确定重

11、叠区：重叠区太大，越区干扰大，：重叠区太大，越区干扰大，重叠区小，弱电场区可能多。重叠区小，弱电场区可能多。图图2-12 条状服务区示意图条状服务区示意图223.1 条状服务区（条状服务区（4）n条状服务区的移动台的载波条状服务区的移动台的载波/同频干扰比同频干扰比C/I为：为：n双频复用时，双频复用时，C/I为：为：n三频复用时：三频复用时： nn频组复用时：频组复用时：dBRaRRaRRIC23lg4024lg40/53/40lgRaC IdBRdBRnaRnIC12lg40/233.1 条状服务区（条状服务区（5）同频复用比同频复用比D/R864C/I（dB）30.72516所需频率组所

12、需频率组432同频小区之间应隔的小区同频小区之间应隔的小区321表表2-1 理论信干比与同频复用频率组数的关系理论信干比与同频复用频率组数的关系n信干比要求较高的系统，所需频率组多，基站数也多；信干比要求较高的系统，所需频率组多，基站数也多；n采用较好的方向性天线，可以在使用采用较好的方向性天线，可以在使用二频组二频组情况下使信干情况下使信干比达到比达到20dB以上，减小建网投资。以上，减小建网投资。243.2 面状服务区面状服务区3.2.1 面状小区形状面状小区形状3.2.2 蜂窝结构小区图案与频率复用蜂窝结构小区图案与频率复用3.2.3 中心激励和顶点激励中心激励和顶点激励3.2.4 蜂窝

13、系统的同频干扰蜂窝系统的同频干扰3.2.5 提高系统容量的方法提高系统容量的方法253.2.1 面状小区形状（面状小区形状（1）n服务区是一个宽广的平面。服务区是一个宽广的平面。n小区形状小区形状：本应该是规则结构。如果基站使用全向发：本应该是规则结构。如果基站使用全向发射天线，基站覆盖区为一个圆。射天线，基站覆盖区为一个圆。n但实际中，小区的覆盖不是规则形状的，取决于地势但实际中，小区的覆盖不是规则形状的，取决于地势和其他因素，并有重叠区。和其他因素，并有重叠区。n为了理论分析和设计方便，为了理论分析和设计方便，将覆盖区近似为规则多边将覆盖区近似为规则多边形形。如正三角形、正方形、正六边形。

14、常用。如正三角形、正方形、正六边形。常用最经济的最经济的正六边形正六边形。多个小区类似蜂窝，故称。多个小区类似蜂窝，故称蜂窝小区蜂窝小区。26图图2-13 小区图形小区图形273.2.2 蜂窝结构小区图案与频率复用（蜂窝结构小区图案与频率复用（1）n蜂窝结构小区构成的基本条件：蜂窝结构小区构成的基本条件：n基本图案能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积。基本图案能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积。n相邻单元中，同频道的小区间距离相等且为最大相邻单元中，同频道的小区间距离相等且为最大n簇（区群）：是构成蜂窝网的二次几何图形。簇（区群）：是构成蜂窝网的二次几何图形。共同共同使用全部可用频率的使用全部可用频

15、率的N个小区叫做一簇（区群），若个小区叫做一簇（区群），若N越小，则系统中区群复制得越多，系统容量越大，频率越小，则系统中区群复制得越多，系统容量越大，频率的利用率越高。的利用率越高。N叫做区群的大小，典型值叫做区群的大小，典型值3、4、7、9、12 、283.2.2 蜂窝结构小区图案与频率复用（蜂窝结构小区图案与频率复用（2）n满足小区条件的簇的形状和满足小区条件的簇的形状和N N是有限的。是有限的。N N满足：满足：na a、b b为簇之间同频小区之间的二维距离，为簇之间同频小区之间的二维距离，a a、b b为为正整数，不能同时为零。正整数，不能同时为零。a101021021032b122

16、323434534N347912 13 16 19 21 25 27 2822Naabb293.2.2 蜂窝结构小区图案与频率复用（蜂窝结构小区图案与频率复用（3）n找某一小区的相距找某一小区的相距最近的同频相邻小最近的同频相邻小区按下步进行：区按下步进行：沿沿着任意一条六边形着任意一条六边形边的垂线方向移动边的垂线方向移动a个小区，并逆时针个小区，并逆时针方向旋转方向旋转60，再再移动移动b个小区。个小区。图图2-14 确定同频小区的方法确定同频小区的方法303.2.2 蜂窝结构小区图案与频率复用（蜂窝结构小区图案与频率复用（4）N=3N=7DR图图2-15 小区图案小区图案313.2.2

17、蜂窝结构小区图案与频率复用（蜂窝结构小区图案与频率复用（5）n同频复用距离：同频复用距离：n同频复用比：同频复用比：N347912Q33.54.65.26.0D3R3.5R4.6R5.2R6.0RRND3NRDQ3323.2.2 蜂窝结构小区图案与频率复用（蜂窝结构小区图案与频率复用（6）nN N越大，则意味着同频小区间距离越远，同频越大，则意味着同频小区间距离越远，同频干扰越小。干扰越小。nN N越小，则意味着一个系统中可有更多的区群，越小，则意味着一个系统中可有更多的区群，频谱利用率高，有更多的容量。频谱利用率高，有更多的容量。n从提高频谱利用率的角度，在保持满意的通信从提高频谱利用率的角

18、度，在保持满意的通信质量的前提下，质量的前提下，N N应取最小值最好。应取最小值最好。 333.2.3 中心激励和顶点激励中心激励和顶点激励n中心激励：中心激励：基站位于小区基站位于小区中心，由全向天线实现圆形中心，由全向天线实现圆形覆盖区。有时会有辐射阴影。覆盖区。有时会有辐射阴影。n顶点激励：顶点激励：在每个正六边在每个正六边形的三个顶点上设置基站，形的三个顶点上设置基站，并采用三个互成并采用三个互成120120的定的定向天线来覆盖整个小区。避向天线来覆盖整个小区。避免辐射阴影。免辐射阴影。图图2-16 顶点激励顶点激励 343.2.4 蜂窝系统的同频干扰蜂窝系统的同频干扰n同频干扰是制约

19、系统容量的主要因素。同频干扰是制约系统容量的主要因素。n两种情况下的同频干扰：两种情况下的同频干扰：nMS接收信号和同频干扰接收信号和同频干扰nBS接收信号和同频干扰接收信号和同频干扰平衡系统平衡系统两种情况下的两种情况下的C/I相同相同35图图2-17 两种同频干扰影响两种同频干扰影响RD(a) BS接收接收(b) MS接收接收36全向小区系统全向小区系统C/I的计算的计算(1)n同频小区围绕着同频小区围绕着某一小区可分为某一小区可分为多层。多层。n来自第一层的同来自第一层的同频干扰最强。频干扰最强。n分析时，可只考分析时，可只考虑第一层同频干虑第一层同频干扰。扰。图图2-18 同频小区分布

20、同频小区分布第一层第一层第三层第三层第二层第二层37全向小区系统全向小区系统C/I的计算的计算(2)n平衡系统平衡系统C/I计算：计算：mkKICIC1 m : 干扰源的总数干扰源的总数 Ik为相互独立的第为相互独立的第k个干扰源对移动台接收机的个干扰源对移动台接收机的干扰功率干扰功率38全向小区系统全向小区系统C/I的计算的计算(3)设同频复用距离为设同频复用距离为D，小区半径为，小区半径为R，nmkKmknKnRDDRIC111其中其中n为路径损耗指数，若令为路径损耗指数，若令Dk=D，并只考虑第，并只考虑第一层同频干扰，则有：一层同频干扰，则有：1111336nnnnCDQNNImRmm

21、39全向小区系统全向小区系统C/I的计算的计算(4)n举例说明举例说明：蜂窝小区蜂窝小区N=7的模式，设的模式，设n=4，求其载干比。，求其载干比。解：解：满足满足17dB载干比的要求。载干比的要求。dBdBNIC177 .185 .73361/440全向小区系统全向小区系统C/I的计算的计算(5)n最坏情况下全向天线最坏情况下全向天线系统系统C/I的计算：的计算： 将最短干扰距离定为平均将最短干扰距离定为平均数数 则有：则有： 上例：上例：DRD-RD-RDD+RD+R图图2-19 最坏情况同频干扰最坏情况同频干扰RDDKnQmIC11dBIC47.1428 413.2.5 提高系统容量的方

22、法提高系统容量的方法n常见的两种提高系统容量的方法常见的两种提高系统容量的方法n小区分裂小区分裂n划分扇区划分扇区423.2.5.1 小区分裂（小区分裂（1）n小区分裂是频率复用外，提高蜂窝网容量及频谱小区分裂是频率复用外，提高蜂窝网容量及频谱效率的又一重要概念。效率的又一重要概念。n小区分裂是将拥塞的小区分成更小小区的方法。小区分裂是将拥塞的小区分成更小小区的方法。通过增加基站的数量来增加系统容量。通过增加基站的数量来增加系统容量。n小区分裂：在原小区的基础上增加新基站，如常小区分裂：在原小区的基础上增加新基站，如常用用1:4方案，新小区半径是原小区的一半。方案，新小区半径是原小区的一半。4

23、33.2.5.1 小区分裂（小区分裂（2）453.2.5.2 划分扇区（划分扇区（1）n利用定向天线来降低同频干扰，从而提高系统利用定向天线来降低同频干扰，从而提高系统容量。一般用容量。一般用120扇区扇区120120扇区扇区6060扇区扇区463.2.5.2 划分扇区（划分扇区（2）图图2-20 120120定向覆盖定向覆盖的同频干扰的同频干扰 5555555474. 小区制频率分配方法小区制频率分配方法n频率（频道或波道）分配是频率复用的前提。频率（频道或波道）分配是频率复用的前提。n频道分组频道分组根据移动网的需要将全部频道分根据移动网的需要将全部频道分成若干组。成若干组。n频道指配频道

24、指配以固定或动态分配方法指配给蜂以固定或动态分配方法指配给蜂窝网的用户使用。窝网的用户使用。48小区制频率分配方法小区制频率分配方法n频率指配方法：频率指配方法：n固定波道分配固定波道分配n动态波道分配动态波道分配n混合波道分配混合波道分配494.1 固定波道分配法（固定波道分配法（1）n固定波道分配：将波道固定分配给每个小区固定波道分配：将波道固定分配给每个小区n分区分组分配法分区分组分配法n等频距分配法等频距分配法n按频率间隔来分配波道；按频率间隔来分配波道；n同频干扰的防护比作为计算依据和质量保证；同频干扰的防护比作为计算依据和质量保证；n宽间隔波道分配抑制邻道干扰；宽间隔波道分配抑制邻道干扰；504.1 固定波道分配法（固定波道分配法（2）n举例说明等频距分配法举例说明等频距分配法：n若某蜂窝系统为若某蜂窝系统为FDD方式，工作频段为方式，工作频段为25MHz，波道间隔为，波道间隔为30kHz，N=7，即每，即每7个小区构成一个区群。如何分配波道？个小区构成一个区群。如何分配波道？解：共有波道总数：解：共