第03章-组网技术基础-1-2016

1、3-3-1 1数字移动通信第3章组网技术基础3-3-2 2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3-3-3 3本章解决的主要问题通过本章学习，着重解决以下问题：n干扰是如何影响系统性能的？n如何在有限频谱资源条件下，实现大容量、广覆盖？n系统的移动性管理：基站如何找到手机？如何保证“移动”着打电话不会有问题？建立一个移动通信网的系统级概念3-3-4 4要求与重点1、理解移动通信空中接口的分层协议模

2、型；2、掌握移动通信网的基本概念；3、了解移动通信环境下的主要干扰形式；4、掌握蜂窝技术的基本思想；5、理解大区制与小区制的优缺点。3-3-5 53.1 移动通信网的基本概念n移动通信系统是为多用户提供服务的网络系统，不同于点对点的通信。它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移动通信网由两部分组成：空中网络：无线网络，完成无线通信。地面网络：有线网络，完成有线通信。3-3-6 63.1 移动通信网的基本概念n空中网络需要解决的几大问题：多址接入基站如何区分手机（能同时接入多少手机受限于采取何种多址方式）频率复用频谱资源有限区域覆盖（蜂窝结构）广覆

3、盖移动性管理基站如何找手机？动中通？基站如何区分手机？多址接入3-3-7 7一个墙上的插口通常只能对应一台电话，而基站的一面天线要同时接收很多手机发来的信号，如何区分哪个信号来自哪个手机？谁是谁谁是谁空中接口的困惑空中接口的困惑基站如何找手机？移动性管理3-3-8 83.1 移动通信网的基本概念n地面网络包括：服务区内各个基站的相互连接。基站与固定网（PSTN、数据网等）。3-3-9 93.1 移动通信网的基本概念3-3-1010移动交换移动交换子系统子系统基站基站子系统子系统操作维护操作维护管理子系统管理子系统 3-3-11 113.1 移动通信网的基本概念（协议）n定义描述什么是网络协议？

4、为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定分层协议模型，不分层不行吗？分层的目的：功能分解；模块化；开放性；可扩展性3.1 移动通信网的基本概念（协议）n开放系统互联（OSI）参考模型，七层协议，分几层合适呢？n根据实际需要确定3-3-1212应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层3-3-13133.1 移动通信网的基本概念（协议）L3连接层移动管理层无线资源管理层L2数据链路层L1物理层n GSM空中接口Um的协议参考模型功能：移动台和基站之间的无线传输。三层模型。物理层：为高层信息传输提供无线信道。数据链路层：为网络层提供必需的数据传输结构，并对数据传输进行控制。网络层：管理链

5、路连接、控制呼叫过程、支持附加业务和短消息业务，以及进行移动管理和无线资源管理。3.1 移动通信网的基本概念（协议）n严格的分层设计有缺点吗？n非相邻层间不能交互，造成资源的浪费，无法实现网络性能的最优化n改进方法跨层设计3-3-1414 3.2 移动通信环境下的干扰n移动通信环境下的干扰，严重限制系统容量的提升。n了解移动通信环境下的干扰类型，可以通过系统设计提供相应的解决措施。3-3-15153-3-1616 3.2 移动通信环境下的干扰n干扰是限制移动通信系统性能主要因素。n在移动通信网中，无线电干扰一般分为：同频干扰、邻道干扰、互调干扰、阻塞干扰近端对远端的干扰=若对移动通信网进行合理

6、设计可削弱这些干扰！3-3-17171 同频干扰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采用频域滤波的方法能够消除同频干扰吗？n蜂窝网中的同频干扰主要由什么引起的？3-3-18181 同频干扰n同频复用：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，这就称为频率复用或同频复用。n同频复用带来了什么问题？n同频干扰n同频复用的要求或者限制条件是什么？n同频干扰不能过大3-3-19191 同频干扰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。区群=7的小区示意。ADC

7、BGFEADCBGFEADCBGFE同频复用3-3-20201 同频干扰n同频干扰与距离的关系？n同频小区距离越近，同频干扰就越大；反之，同频干扰就越小，但频率利用率就会降低。3-3-21211 同频干扰1、射频防护比 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。 如：25dB等。与同频干扰有关的系统性能指标3-3-22221 同频干扰2、同频复用距离D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Q 同频复用距离和小区半径之比。与同频干扰有关的系统性能指标3-3-23231

8、 同频干扰0ISIDDDDr0DQr001IDDQrr 同频复用系数：同频复用距离：3-3-24241 同频干扰-例子 /40lgISISS ILLDD TSTISPLIPL /ISS ISILL/4010S IISDD25400104.2IISDDDr0015.2ISDDrrD同频干扰信干比要求大于同频干扰信干比要求大于25dB25dB22410(/)10lg()40log20log20logtrTRrth hPL(dB)lg PPddhh 双射线模型：3-3-25252 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？由于接收/发射滤波器不理想，使得相邻频率

9、的信号泄漏到了传输带宽内而引起的。3-3-26262 邻道干扰n解决邻道干扰的措施：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；提高接收机的邻频道选择性；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邻道干扰可以通过精确的滤波和信道分配而减小到最小。3-3-27273 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：发射机互调干扰接收机互调干扰3 互调干扰n 线性系统：满足线性叠加的系统称为线性系统设 和 分别是系统的输入，其输出是 和，即

10、叠加性：齐次性：3-3-28281( )x t2( )x t1( )y t2( )y t11( )( )y tT x t22( )( )y tT x t121212( )( )( )( )( )( )y ty tT x tT x tT x tx t11111 1( )( )( )a y taT x tT a x t222222( )( )( )a y ta T x tT a x t3 互调干扰n非线性系统不满足叠加性、齐次性高频功率放大器、振荡器、混频器n对非线性系统的分析通常采用幂级数近似法，即若n=3，则3-3-292901( )( )nnny taa x t230123( )( )( )

11、( )y taa x ta x ta x t3 互调干扰n谐波当系统的输入为单一频率信号 ，则额外产生了直流项，与基波成整数倍的谐波项这些谐波项会对接收机与发射机造成什么影响？3-3-30300( )cosx tAt23012322231302030( )( )( )( )311()coscos2cos32424y taa x ta x ta x tAaa AAta Ata At3 互调干扰n谐波对接收机的影响由于谐波远离信号频率，可以通过滤波器加以滤除n谐波对发射机的影响谐波会干扰别的通信系统，必须考虑3-3-31313 互调干扰n 互调干扰当系统的输入信号为多个频率信号时，即n 作业输出信

12、号y(t)的三次项是什么？3-3-3232( )coscoscosABcx tAtBtCt3-3-33333 互调干扰n产生互调干扰的基本条件： （1）几个干扰信号的频率 与受干扰信号的频率之间满足 或 的条件；（三阶互调）（2）干扰信号的幅度足够大； （3）干扰（信号）站和受干扰的接收机都同时工作 。 (,)ABC()S2ABSABCS3-3-34343 互调干扰-发射机互调干扰n一部发射机发射的信号进入了另一部发射机，并在其末级功放的非线性作用下与输出信号相互调制，产生不需要的组合干扰频率，对接收信号频率与这些组合频率相同的接收机造成的干扰，称为发射机互调干扰。 n减少发射机互调干扰的措施

13、有： 加大发射机天线之间的距离； 提高发射机的互调转换衰耗。3-3-35353 互调干扰-接收机互调干扰n当多个强干扰信号进入接收机前端电路时，在器件的非线性作用下，干扰信号互相混频后产生可落入接收机中频频带内的互调产物而造成的干扰称为接收机互调干扰。n思考题：减少接收机互调干扰的措施主要有哪些？ 3-3-36363 互调干扰-无三阶互调例：例：表表3-1中七个信道中七个信道1、2、8，12、21、24、26是不是无三是不是无三阶互调频道组？阶互调频道组？无三阶互调频道组无三阶互调频道组判据判据：频差有无相同？：频差有无相同？需用信道数需用信道数7最小占用信道数最小占用信道数 26信道利用率信

14、道利用率 27%3-3-37373 互调干扰-无三阶互调需用信道数需用信道数最小占用信道数最小占用信道数无三阶互调信道组的信道序号无三阶互调信道组的信道序号最高信道利用率最高信道利用率341,2,4；1,3,475471,2,5,7 ；1,2,4,8；1,3,6,7575121,2,5,10,12；1,3,8,9,121,3,8,11,12；1,4,5,10,12416181, 2,5,11,16,18;1,2,5,11,13,181,2,9,12,14,18;1,2,9,13,15,181,3,8,14,17,18;1,4,6,10,17,18 1,5,7,10,17,18;1,6,8,14

15、,17,18337261,2,8,12,21,24,26 等共等共14组组278351,2,5,10,16,23,33,35;1,3,13,20,26,31,34,35239461,2,5,14,25,31,34,41,46;1,2,6,13,26,28,36,42,45;1,4,10,18,20,33,40,44,45 2010561,2,7,11,24,27,35,42,54,561,3,15,22,30,33,46,50,55,56 18表表3-1 无三阶互调干扰的信道组无三阶互调干扰的信道组请验证：表请验证：表3-1 信道数为信道数为9时，结果的正确性时，结果的正确性3-3-38384

16、 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。4 近端对远端的干扰3-3-3939d2d1P1P2MS2MS13-3-40404 近端对远端的干扰n克服的方法有哪些呢？1、频道间隔：两个移动台所用频道拉开必要间隔；2、移动台的自动功率控制：移动台端加自动（发射）功率控制（APC），使所有工作的移动台到达基站功率基

17、本一致。干扰（小结）n 同频干扰频率复用引起通过网络规划降低n 邻道干扰发端：减小发射机带外辐射收端：提高接收机的邻频选择性网络规划：避免相邻频道在同一小区或相邻小区内使用3-3-4141干扰（小结）n 互调干扰非线性电路引起发端、收端、频率规划n 远近效应频率间隔拉开 功率控制3-3-42423-3-43433.3区域覆盖n问题提出：问题提出：由于传播损耗的存在，基站和移动台之由于传播损耗的存在，基站和移动台之间的通信距离是有限的。为了使得用户在间的通信距离是有限的。为了使得用户在某一服务区的任一点都能接入网络，需要某一服务区的任一点都能接入网络，需要在该服务区内设置多少基站？在该服务区内设

18、置多少基站？n物理本质：物理本质：电波的传播损耗电波的传播损耗3-3-4444大区制n概念：使用安装在高塔上的单个大功率发射机概念：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。而获得一个大面积覆盖。n大区制特点：大区制特点：天线架设高天线架设高基站大功率基站大功率公用电话交换网RR: 3050kmP: 50200WP大区制系统示意图3-3-4545大区制适用范围n适用范围适用范围小容量移动网。例如集群等各种专用移动通小容量移动网。例如集群等各种专用移动通信网。信网。n举例举例2020世纪世纪7070年代纽约的贝尔移动系统最多能年代纽约的贝尔移动系统最多能支持支持10001000平方

19、英里内的平方英里内的1212个同时呼叫（模个同时呼叫（模拟系统：频分复用）。拟系统：频分复用）。 3-3-4646大区制优缺点n 优点优点网络结构简单、成本低网络结构简单、成本低n 缺点：缺点：容量小容量小区域覆盖受限区域覆盖受限 地形环境影响，例如山丘、建筑物等阻挡地形环境影响，例如山丘、建筑物等阻挡盲区盲区 多径反射干扰多径反射干扰 基站发射功率是有限的（大区制能实现全国覆盖基站发射功率是有限的（大区制能实现全国覆盖吗？）吗？） 移动台发射功率小，上下行存在增益差移动台发射功率小，上下行存在增益差3-3-4747解决方法解决大区制覆盖的方法有：解决大区制覆盖的方法有：n 同频转发器，扫除盲

20、区同频转发器，扫除盲区n 设置分集接收台设置分集接收台n 提高基站接收机灵敏度提高基站接收机灵敏度同频转发器同频转发器及覆盖区及覆盖区基站基站覆盖覆盖区区BS3-3-4848系统局限性n系统的应用局限性系统的应用局限性覆盖范围受限覆盖范围受限。由于基站天线高度、功率的。由于基站天线高度、功率的限制。限制。系统容量受限系统容量受限。由于频率资源有限，因而信。由于频率资源有限，因而信道数有限。道数有限。系统设备受限系统设备受限。由于需要天线高度较高，功。由于需要天线高度较高，功率较大，故很难实现系统设备小型化。率较大，故很难实现系统设备小型化。 3-3-4949二、小区制n背景背景随着移动通信业务

21、量的增长，大区制移动通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，并最这一问题，蜂窝技术的研究逐渐兴起，并最终走向实用。终走向实用。n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n基础基础蜂窝原理蜂窝原理3-3-50501、蜂窝技术概述n意义意义是解决频率不足和用户容量问题的一个重大是解决频率不足和用户容量问题的一个重大突破。能在有限的频谱上提供非常大的容量，突破。能在有限的频谱上提供非常大的容量，而不需要做技术上的重大修改。而不需要做技术上的重大修改。n特点特点应用了空

22、域的同信道（频率）再用技术，解应用了空域的同信道（频率）再用技术，解决了信道数少和用户数多之间的矛盾。决了信道数少和用户数多之间的矛盾。3-3-5151蜂窝概念n 基本思想包含了三层含义基本思想包含了三层含义1 1）用多个小功率发射机代替单个大功率发射机，用）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；多个小覆盖区代替一个大覆盖区；2 2）将整个系统的信道分成若干个信道组，每个基站）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。基站分配不同的信道组。3 3）通过

23、系统地分隔整个系统的基站及它们的信道组，）通过系统地分隔整个系统的基站及它们的信道组，可用信道便可以在整个系统的覆盖区域内复用。可用信道便可以在整个系统的覆盖区域内复用。3-3-5252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）大区覆盖（）大区覆盖（b）小区覆盖）小区覆盖大区制n 基站发射功率大n 覆盖区域广n 频率不能复用小区制（蜂窝）n 基站发射功率小n 覆盖区域小（小区）n 频率复用n 越区切换和中央控制3-3-5353蜂窝概念n 基本思想包含了三层含义基本思想包含了三层含义1 1）用多个小功率发射机代替单个大功率发射机，用）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；多个小覆盖区代替一个大覆盖区；2 2）将整个系统的信道分成若干个信道组，每个基站）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。基站分配不同的信道组。3 3）通过系统地分隔整个系统的基站及它们的信道组，）通过系统地分隔整个系统的基