[信息与通信]PHS小灵通基本原理、应用与解决方案.ppt

,PHS 小灵通基本原理、,应用与解决方案,2013年9月,1、PHS小灵通简介2、PHS技术规范,3、PHS室内覆盖的目的和意义4、PHS系统设计思路5、PHS系统指标6、工程问题总结,7、PHS系统和3G系统的兼容性,1、PHS小灵通简介,PHS小灵通是一种新型的建立在现有市话通信网络基础上的个人无线接入系统,作为固定电话的延伸和补充，“小灵通”便携电话具有机身轻、耗电少、低辐射、在网络覆盖范围内通话清晰等特点。采用TDMA/TDD的多址方式，基站和移动台的发射功率很低，频率复用的半径小，单位面积里可提供更多的信道，容纳更多的用户。它采用先进的微蜂窝技术，将用户端（即无线市话手机）以无线的方式接入本地电话网，使传统意义上的固定电话不再固定在某个位置，可在无线网络覆盖范围内自由移动使用，随时随地接听、拨打本地和国内、国际电话。,2、PHS技术規范射频调制:TDMA-TDD(GSM:FDD)每个频道可分为8 个时隙,每个时隙的时间为 625us个时隙的总时间为 5ms每 100ms 基站发送一次控制信道(Control Channel:CCH)所有基站的控制信道都共用一个频道同一地域可并存80个基站(100ms/625us/2=80)射频为1.9GHz功和覆盖:20mW 100mW 500mW,300m,500m,1Km,射频速为 384kb/s数据速为 32/64kb/s协议标准:RCR STD-28,控制信道,所有基站均采用同一频点作控制信道(CCH)每个基站每隔100毫秒会发一次控制信息控制信道的种类:广播控制信道(BCCH)通用控制信道(CCCH)传呼信道(PCH)信控制信道(SCCH)User Packet Channel(UPCH)Associated Channel(ACCH)由于控制信道包括一系重要系統运作，故如基站互相干扰能产生以下各种问题 Non function of CS Drop Call Power constrain Distortion Bit Error,基站的话务容量,单基站的话务容量,一个单独的CS提供8个物理信道，一个是信令控制信道，另七个是话务传输信道。根,据爱尔兰理论计算，覆盖区内可容纳的用户数量如下：每区爱尔兰数(1C-ch，7T-chs，GOS=5%)=3.738爱尔兰,用户数(PS)(3.74 0.03)=125个用户,组控基站的话务容量,组控基站：每2个基站为1个组控组，每基站能提供1C7T的信道容量，采用组控技术后，允许以2个CS为一组共用1个信令信道，信道容量可达到1C15T，提高了网络话务容量。,在每组2个CS的组控模式中，根据爱尔兰理论计算，在组控CS覆盖区内的可容纳的用,户数如下：,每区爱尔兰数(15T-chs,GOS=5%)=10.63爱尔兰,用户数(PS)(10.63 0.03)=354个用户,CS安装的设计方案要根据用户情况而定：,当区域内的用户分布很稀疏时，应采用非组控模式(即单个CS的控制模式)。当区域内的用户分布密度很高时，应采用组控模式。,空中接口,500mW 基站的空中接口符合PHS的RCR STD-28 V3.3的PHS标准规范。它支持TDMA（时分多址）的复用方式，传输方式采用TDD(时分双工)。,TDMA即单路载频被划分成许多不同的时隙，在PHS中，每个载波按5ms一帧分成8个时隙（每个时隙625us），给下行信道(基站至手机)分配4个时隙，上行信道(手机至基站)也分配4个时隙，上行和下行在同一载频下完成，因而每个载频可容纳4个双工信道。,TDD就是利用同一载频下的两个时隙，一个接收、一个发送，交替进行。TDD的主要优点是可以在单个载频上实现发射和接收。不需要上行和下行两个载频，因而不需要频率切换，提高了传输的稳定性。,每个500mW基站支持两套收发信机，它们共享一个控制信道，共提供1C7T（1个控制信道和7个话务信道），也就是说，同时可有7个用户在单个CS控制的模式下通话。两套收发信机中一套为1C3T，另外一套的4个信道都为T-ch（话务信道）。如下图所示为有控制信道的收发信机的物理信道的结构图。在图中，在同一时刻，手机#2、手机#3处于通话状态，它们必须占用4个话务信道（2个发送，2个接收），而手机#1处于空闲状态，它一般不占用任何信道，也就是不占用任何时隙。,空中接口,TDMA-TDD 帧(5ms),基站发送,PHS 手机发送,基站,PHS手机#1,CCH,T2,T4,R4,R2,T2,R2,CCH,T4,PHS手机#2PHS手机#3CCH:信令信道T2,T4:通信信道(发送)R2,R4:通信信道(接收),PAS手机#1:信令信道待机状态,PAS手机#2:第2 时隙呼叫处理,:发送时隙:接收时隙,:空闲时隙,R4,TDMA-TDD的物,理信道结构图,PAS手机#3:第4 时隙呼叫处理话务信道也不是预先分配的，信道指配是由一个自动分配的动态信道分配系统来完成的，这也是PAS无线系统的一个很大的优点。系统在当前可用频率资源中根据固定算法动态选择一个频率作为通话载频，并且根据信号干扰情况随时调整频率。,步类型的基站，它们是:1、Master(主基站)2、Slave-1(从基站1)3、Slave-2(从基站2)4、Slave-3(从基站3),基站同步机制系统中的CS基站采用空中同步的方式。每个主基站通过GPS和其他的主基站保持同步。从基站通过接受来自主基站的空中同步信号来，并在约定的时间调整相位和主基站保持同步，时间可以通过网管系统设置。1个同步系统一般可使大约40个CS保持同步。如下图所示。在空中同步系统中，CS分为5种同,从基站,5、Free-running(独自运行)从基站主基站从基站,从基站从基站,3、PHS室内覆盖的目的和意义,3.1、PHS室内覆盖的提出3.2、解决室内通话问题3.3、提高网络运行质量3.4、平衡室内外话务量,3.5、优化了网络，减小了维护工作,3.1、PHS室内覆盖的提出,PHS用户对网络质量的要求越来越高,部分建筑物内无法正常通话或通话质量差,室内信道拥挤，上线困难,3.2、解决室内通话问题,现代建筑的结构和装修方式，使得建筑物对无线电信号的屏蔽严重，衰减大；,PHS网络工作于1900MHz-1920MHz超短波频段，该频段电波绕射能力差，穿透损耗较大；PHS基站覆盖半径一般较小；,基站天線,PHS 手機,3.3、提高网络运行质量,多个基站的信号通过直射、折射、反射、绕射等方式进入室内，使室内信号忽强忽弱不稳定；,手机切换频繁，网络运行质量差；,室内覆盖系统可减少室内通话中的切换，提高网,络运行质量。,3.4、平衡室内外话务量,室内用户密度太大，信道拥挤，难以上线；,室内占用室外基站信道，造成室外基站拥塞；,室内覆盖系统可平衡室内外话务量，优化了系统资源；,3.5、优化网络、减小维护量,室内覆盖系统中，可采用捆绑技术，使多个小功率基站升级达到增强型基站的覆盖效果；,实现了网络资源的整合，优化了网络，减小了维护工作量；,4、PHS系统设计思路,PHS组网方案,不同室内环境的覆盖要求话务量预测与基站的选取分区概念同步实现,PHS组网方案-基站覆盖方式,针对上述情况，以往PHS基站供应商所提供的解决方案主要是将基站信号引入，直接通过天线,进行覆盖，即通过将大量的10mW或500mW基站放置于室内，对室内进行传统的室外覆盖方式,进行覆盖，但是这种方式的覆盖由于无线信号的链路衰减很大，大量的有用信号会无谓的被,无线电波及障碍物衰减掉，为了保证覆盖效果，势必会引入大量的基站。如大型写字楼的覆,盖，需要每隔几层放置一个基站，这就需要大量的传输线路，投资成本比较高，同时还可能,会造成话务量的不均衡及会产生的频繁切换等问题。本组网方式的特点是根据500mW基站话,务量，充分利用500mW基站的输出功率，通过无源系统（射频电缆、功分器、耦合器、天线,等）将信号均衡的分配至各待覆盖区域。由于输出功率有限，适合于面积较小（小于8000,），但人流量较大的覆盖区，如商场、会所、娱乐场所等话务量大的区域。在一端500mW,基站无法满足话务需求时，可以采用2端或更多的500mW基站。,PHS组网方案-分布室内覆盖方式,所谓分布式覆盖，即将PHS基站信号通过有线射频电缆合理的将,无线信号均匀的传输要一定的室内区域，然后通过室内小型,化全向（定向）天线，将无线信号发射出去。为了充分的利,用基站的话务量，在分布式室内覆盖系统中，常常采用多个,的干线放大器将基站信号放大后，再通过射频电缆进行传,递，以弥补基站信号在传输过程中造成的线路损耗。在满足,话务量的情况下，本组网方式最多可以拖4端干放，由于增大,了干放（即输出功率），所以本方案适合于大型和超大型室,内建筑物的覆盖，如大型商场、写字楼、酒店等高层建筑、,塔楼和超高层建筑的覆盖。,PHS组网方案-分布室内覆盖方式特点,通过射频电缆的传输，可以大大降低无谓的链路损耗；,通过无源器件的合理分配，可以使无线信号均匀分布；,通过干放对信号的放大，充分延伸了覆盖面积，提高了基站覆盖范围；,充分利用基站信道，避免资源闲置；,室内室外话务量明显区分，避免室内用户过多的占用室外信道，减轻室外基站话务负担。,1.裙楼：一般位于建筑物的低楼层，楼层面积较大，空间隔断较少或较空旷。,通常窗边附近区域信号较好，纵深处信较差。商业用途的裙楼除了解决信号覆盖问题还要考虑容量问题，同时应注意控制信号外泄以及与室外基站的平滑切换。,2.标准层：裙楼以上的楼层（包括楼梯），空间间隔较为规则，通常高楼层,信号较为杂乱，纵深处信号较差。标准层用途通常为住宅、办公室、酒店房间等，室内分布系统主要解决覆盖问题，需要在室内形成主导信号。,3.地下层：建筑物地面以下部分，包括地下室、地下停车场等，通常为信号,盲区，室内分布系统主要解决覆盖问题，同时需要注意与地面信号之间的切换问题。,4.电梯：一般位于建筑物中部，为信号盲区。室内分布系统主要满足语音业,务的覆盖需求。通常采用在电梯井内安装高增益定向天线或敷设泄漏电缆的方式进行覆盖，应注意保持信号连续性，减少电梯运行和用户进出电梯时的切换和掉话。,5.消防及紧急通道：消防及紧急通道通常为无线信号的盲区，平时较少人,员流动，紧急情况下是疏散人员的主要途径，室内分布系统方案设计时应尽量考虑该区域的覆盖，满足通话需要。,不同室内环境的覆盖要求,话务量预测与基站的选取,1话务量与BHCA,话务量是电话负荷大小的一种度量，一般指电话用户在某段时间内所发生的负荷量。其单位通常以爱尔兰（Erlang）表示（一个爱尔兰是指一条通话电路被百分只百的连续占用1小时的话务负荷，或两条通话电路各被连续占用半小时的话务负荷）。,每个用户的平均话务量0可表示为：,0=,式中，是平均每用户单位时间内发出呼叫的次数。,为每用户平均通话时间（单位为小时）。,在现实环境中，话务量会随着时间的变化而变化。通常将话务量最大的一小时称为,忙时，相应此小时的呼叫次数为“忙时呼叫次数”，缩写为BHCA。同样地，,忙时话务量可以由下式给出：,BH=BHCA*,在网络规划中通常采用忙时话务量为设计标准。根据“小灵通”自身的特点，通常采用忙时话务量为0.030.04Erl。由此，在勘点过程中根据对周围环境中用户数N的预测便可知该区域内所需的总话务量为 Area=0.03*N。并由此决定基站的覆盖方式（包括选点及组控方式）。,话务量预测与基站的选取,在一个通信系统中，造成呼叫失败的概率称为呼叫损失概率，简称为呼损率，也称为服务等级（GOS）。呼损率的物理意义是损失话务量与呼叫话务量之比。显然，呼损率越小，成功呼叫的概率越大，用户就越满意；但是呼损率小，则说明系统容量的利用率低。可见服务等级与信道利用率是矛盾的。一般可根据服务区域的特征设定GOS=2%（重点区域）和GOS=5%（非重点区域）。,根据服务等级（GOS）的要求，再利用Erland-B公式：,B=P（N，A，N）=A*N/N!(1+A+A*2/2!+A*3/3!+A*N/N!)其中B：GOS，N：Ch#，A：Erl,（ITU-T Q.80标准，专用以计算蜂窝系统话务量）就可算出N个信道在其服,务范围内能提供的话务量如下表。,话务量预测与基站的选取,话务量预测与基站的选取,*注：N个信道在其服务范围内能提供的话务量并不是简单相乘。,P（N，A，N）表示有N个信道的小区，流入的话务量为A，则同时有N个用户在通话的概率。由GOS=2%或GOS=5%就可分别得到P（N，A，N）=2%或P（N，A，N）,=5%。就可分别得到相应的话务量A。,小灵通容量,在呼损率（GOS=5%）、单用户忙时话务量为0.03Erl的条件下，基站的话务处理,能力和最大用户数如下表所示。,话务量预测与基站的选取,我们很容易看到，基站成组与不成组，用户数的差距很大。在实际的应,用中，我们考虑的不仅仅是覆盖，也要考虑容量问题。,上海惠普大厦室内覆盖工程,该大厦日人流量约1000人，其中30%的人拥有PHS手机，假设在忙时有80%拨打率，则大厦内内的PHS手机话务量需求为100030%80%0.03=7.2Erl。所以需要使用2台1C(7T)的基站,满足话务需求。,分区概念,在上述案例中，需要使用两套1C(7T)基站系统，为了避免彼此干扰，可以把该大厦分成两个区各自使用一套系统，大厦24层，可以把1F12F分为A区，13F24F分为B区。,基站同步的考虑分析为了保证该室内分布开通后的效果，对基站的同步做如下考虑：如果时隙不同步时很容易导致上下链路受到干扰，C/I比恶化，基站失去帧同步时容易引发诸如，手机有信号但呼叫和被叫困难，基站控制信道丢失，切换时间长甚至造成掉话，呼叫电平升高等问题。室内分布信号与室外基站信号保持同步，减小灵通系统内部间基站的相互干扰。一般我们采用小灵通基站的2,6端口来接收同步信号，这样可以减少室内信号的外泄。在同步信号源的选取上尽量考虑信号同步等级高，而且信号强度高，场强稳定的信号作为信号源。接收天线的安装位置选取，要充分考虑该处同步信号的同步等级和质量，同时还要考虑安装的,难易，及物业方面的因素,。,同步实现,上述案例中，A区和B区各含有一套1C（7T）基站系统，为了满足PHS系统同步要求，两系统各需要一个同步天线。因A区为1F-12F，若该系统含有的无源覆盖部分中的某一天线能接受到室外基站信号（该信号稳定在30dBuV以上），则A系统能实现与外网同步。B区为12F24F，因B系统所处楼层比较高，所能接受到室外的基站信号比较杂且飘忽，不利于系统同步，故我们就从系统无源部分耦合一信号接天线置于十层以下，使其能接受较好的室外信号，B系统就可以实现与外网同步。,5、PHS系统指标,5.1 信号覆盖电平,目标覆盖区域内95以上的位置，接收信号电平应36dBV（,71dBm）。,注：36dBV（71dBm）为最低要求，对室外基站信号干扰严重,的区域，设,计边缘场强值应根据室外信号情况和信号优先级要求适当调整。5.2 信号优先级,室内覆盖的设计范围内95%以上的面积由室内分布系统有效覆盖。1）当室外基站信号在室内大于46dBV（61dBm）且信号质量稳定，在保证通话质量的前提下允许部分区域使用室外信号；2）当室外信号在室内电平较高，但没有稳定的主导信号时，要求,保证室内信号为第一场强。,5.3 接通率,保证覆盖区域内信号强度基本均匀分布，目标覆盖区域内95%的位置、,95%,的时间移动台可以接入网络。且进行拨打测试时MOS4 级（含4 级）测,试点的数量应占95%。,5.4 掉话率,CQT 要求：,室内切换掉话率2%；,室外室内切换掉话率2%；,电梯外电梯内切换掉话率2%。忙时话务统计要求：掉话率1.5%。5.5 同步,要求室内基站的同步率为100%。5.6 信号外泄,室内基站下行信号泄漏至室外10 米处的场强应不高于36dBV(71dBm),或比,最强基站信号低10dB。5.7 上行噪声电平,在基站接收端位置收到的上行噪声电平小于-120dBm/300kHz。,6、工程问题总结,-,掉话与切换开通后覆盖区域内无信号信号波动大,掉话与切换,高场强,低场强,误帧率高,同步等级低,开通后覆盖区域内无信号,天馈系统驻波是否符合标准；,器件是否按要求来安装误,器件是否有损坏；,有源设备是否正常供电和正常工作；,基站是否工作正常,信号波动大,基站是否同步,天馈系统的驻波偏高,7、PHS系统和3G系统的兼容性,PHS系统和3G系统的兼容性-器件的兼容性,在PHS室内覆盖系统中，应考虑系统升级到3G的兼容性，以便于利用PHS系统的无源天馈部分，降低3G覆盖系统的投资成本。PHS室内分布系统的方案设计中使用的功分器、耦合器、天线等各种无源器件应不但能够满足PHS的工作频段要求，而且能够满足3G以及WLAN的工作频段要求。,PHS系统和3G系统的兼容性-多系统场强预测,1、自由空间空间损耗,根据自由空间电波损耗公式,Lbs=32.45+20lgF(MHz)+20lgD(km),式中，Lbs称为自由空间的路径传播损耗。,分别将PHS1900、3GHz的频率f取1900、2400（3G系统最高工作频率,到2.4GHz），则,LS（dB）20lgf+20lgd(km),由上表可知：在相同空间距离条件下，2.4GHz信号的空间损耗比,PHS1900约大2dB。,PHS系统和3G系统的兼容性-多系统场强预测,2、天馈线系统损耗,我们以RFS1/2”普通电缆作为传输介质加以说明。由各种无源器件的技术指标可以看出，功分器、耦合器等对各种不同工作频段的插入损耗以及耦合损耗基本一致，而电缆对信号的损耗差别较大。,由上表可知，1/2”电缆在2.4GHz频率下每100米损耗比1.9GHz约大,0.7dB。,根据以上分析可知，当传输距离为200米时，PHS系统和3G系统的天线口功率相差为200/1000.71.4dB。当PHS与3G同网运行时，由于其传输损耗的差别，相同天线位置、相同设备位置及相同输出功率条件下，3G的覆盖场强比PHS1900要略小，综合考虑电缆损耗和空间损耗的差异，最远天线处的接收场强仅相差21.43.4dB。,PHS系统和3G系统的兼容性-多系统场强预测,3、墙壁的损耗,对于某些建筑物比较复杂的区域,例如在网络的实际覆盖中,需要穿墙的分析如下:经过实际的测试,我们测得PHS和3G系统的穿墙衰耗如下所示:,通过上面的数据我们可以看出:在实际的覆盖当中,3G的穿墙能力比PHS系统的穿墙能力要稍微弱一点,我们如果在实际的工程当中.一个天线出来的信号穿过一扇墙的话,对于PHS系统的功耗要比3G系统少2dB,PHS与3G和WLAN合路思想,因为3G信号与PHS信号频段相近，它们在电缆衰减和空间损耗上相差不大，所以我们使用相同的系统主干设计结构，把PHS干放和3G干放输出点作为两个系统合路点;在某些对信号的影响较大的地方，比如屏蔽比较厉害、墙壁阻挡比较严重、线缆传输较长的地方，我们可以采用增加天线点数或者增加线路放大器的输出功率的方法来保证3G系统的覆盖效果，而在某些离信源较近并且屏蔽和阻挡均不太严重的地方不用对天馈系统做出任何改变就可以很好的达到覆盖效果，从而使PHS与3G顺利地同网运行。,WLAN系统的组网相对比较独立，每层都需要使用一个AP，故我们在每一层的接入点合入AP。,