第1章 移动通信基础知识要点课件.ppt
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1、2023/1/22,1,第1章 移动通信基础知识,2023/1/22,2,2,系统维护工程师,文档和信息管理工程师,安装督导工程师,路测工程师,无线网络优化工程师,项目经理,无线网络规划工程师,系统网络优化工程师,4 无线网络优化方法4.2 无线网络优化项目组织结构,2023/1/22,3,3,项目经理工程项目的责任人全面负责工程项目的管理工作保证项目的正常实施,路测工程师DT作业CQT作业,安装督导工程师天馈的调整,系统维护工程师负责维护网络中各个设备网元,文档和信息管理工程师发布文档和软件版本信息,指导、支持工程项目实施过程中文档工作,整理、存档项目文档,网络优化分析工程师分析网络中存在的
2、问题,并给出整改方案,4 无线网络优化方法4.2 无线网络优化项目组织结构,2023/1/22,4,第1章 移动通信基础知识,1.1 移动通信的概念1.2 移动通信的工作频段 1.3 蜂窝移动通信系统的组成1.4 移动通信中的多址技术1.5 越区切换和位置管理 1.6 蜂窝移动通信的信令技术,2023/1/22,5,1.1 移动通信的概念什么是移动通信?移动通信是指通信双方至少有一方在移动中进行信息交换的通信方式。移动通信可以是双向的,也可以是单向的。移动通信的特点就是有线、无线相结合的通信方式。,第1章 移动通信基础知识,2023/1/22,6,第1章 移动通信基础知识,1.2 移动通信的工
3、作频段 频率的分配和使用需在全球范围内制定统一的规则。目前,大容量移动通信系统均使用800MHz频段(CDMA),900MHz频段(AMPS、TACS、GSM),并开始使用1800MHz频段(GSM1800/DCS1800),该频段用于微蜂窝(Microcell)系统。第三代移动通信使用2.4GHz频段。目前3G的三大标准,CDMA2000用的是800MHz的频段,TD-SCDMA用的是1800MHz和2.1GHz的频段,而WCDMA也是用2.1GHz的频段。移动4G的频段是2.500-2.690GHz。,2023/1/22,7,第1章 移动通信基础知识,1.3 蜂窝移动通信系统的组成 移动通
4、信包括无线传输、有线传输,信息的收集、处理和存储等,使用的主要设备有无线收发信机、移动交换控制设备和移动终端设备。,2023/1/22,8,第1章 移动通信基础知识,1.3.1移动通信系统的组成 移动通信系统的组成包括:移动台(Mobile Station,MS)、基站(Base Station,BS)和构成网络节点的移动交换中心(Mobile Service Switching Center,MSC)及与市话网PSTN相连接的中继线等。,2023/1/22,9,第1章 移动通信基础知识,图1.1 移动通信系统的组成,2023/1/22,10,第1章 移动通信基础知识,1.3.2 大区制1、大
5、区制的定义 大区制是指一个基站覆盖整个服务区。2、适用范围 为了增大通信用户量,大区制通信网只有增多基站的信道数,但这总是有限的。因此,大区制只能适用于小容量的通信网,例如用户数在1000以下。这种制式的控制方式简单,设备成本低,适用于中小城市、工矿区以及专业部门,是发展专用移动通信网可选用的制式。,2023/1/22,11,第1章 移动通信基础知识,图1.2大区制示意图,2023/1/22,12,第1章 移动通信基础知识,1.3.3 小区制 1、小区制的定义 将整个服务区划分成若干个小无线区,每个小无线区分别设置一个基站负责本区的移动通信的联络和控制。同时又可在MSC的统一控制下,实现小区间
6、移动通信的转接及与公众电话网的联系。2、覆盖的分类 带状服务覆盖区 面状区域服务覆盖区,2023/1/22,13,第1章 移动通信基础知识,(1)带状服务覆盖区 用于覆盖公路、铁路、海岸等。基站天线若用全向辐射,覆盖区形状是圆形的。带状网宜采用有向天线,使每个小区呈扁圆形。图1.3 带状小区示意图,2023/1/22,14,第1章 移动通信基础知识,(2)面状区域服务覆盖 无线移动通信系统广泛使用六边形研究系统覆盖和业务需求。采用全向天线。(a)理论形状(b)理想形状(c)实际形状图1.4 面状区域覆盖示意图,2023/1/22,15,第1章 移动通信基础知识,一、蜂窝小区的概念 基站若采用全
7、向天线,其覆盖区理论上是圆形,为了不留空隙地覆盖整个平面,圆形覆盖区必定有交叠,因此实际的有效区是多边形。当考虑整个区域没有重叠,没有间隙时,其理论的几何形状有三种:正三边形,正方形,正六边形,,图1.5 三种面状区域覆盖组成,2023/1/22,16,第1章 移动通信基础知识,据分析,以正六边形作为覆盖模型来分析系统覆盖和业务需求有以下优点:a)用最小的小区数就能覆盖整个地理区域,所需基站最少,建设最经济;b)该形状最接近于全向的基站天线和自由空间传播的全向辐射模式。正六边形构成的网络形同蜂窝,因此,把小区形状为六边形的小区制移动通信网称为蜂窝网。,2023/1/22,17,第1章 移动通信
8、基础知识,(1)小区的分类 根据不同制式系统和不同用户密度挑选不同类型的小区。超小区:小区半径r 20km,适于人口稀少的农村地区。宏小区:小区半径r=1km20km,适于高速公路和人口稠密的地区。微小区:小区半径r=0.1km1km,适于城市繁华区段。微微小区:小区半径r 0.1km,适于办公室、家庭等移动应用环境。,2023/1/22,18,第1章 移动通信基础知识,(2)、无线区域的划分和组成的考虑因素 应根据地形地物情况、容量密度、通信容量、频谱利用率等因素综合考虑。,图1.6 用户不等密度时的小区结构,2023/1/22,19,第1章 移动通信基础知识,1.7 实际的无线区划和组成的
9、实际例图,2023/1/22,20,第1章 移动通信基础知识,二、频率复用 蜂窝系统的基站工作频率,由于传播损耗提供足够的隔离度,在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一组工作频率,称为频率复用。优点 采用频率复用大大地缓解了频率资源紧缺的矛盾,提高频率利用率,增加了用户数目或系统容量。缺点 同频干扰,2023/1/22,21,第1章 移动通信基础知识,1、区群的概念与构成(1)区群的定义 一组彼此邻接,共同使用全部可用频率的N个区块称为一个区群。图1.8 3频制(N=3)无线区群,2023/1/22,22,第1章 移动通信基础知识,(2)同频相邻小区选择原则 自某一小区出发,沿小区垂直移动
10、j个小区;再向左(或右)转600移动 i个小区,就到达同信道小区A。,2023/1/22,23,第1章 移动通信基础知识,(3)同频小区中心之间的距离 其中N为无线区群中的小区数,r为小区半径。在满足所需同频复用距离前提下,N取最小值,使频率利用率最高。,2023/1/22,24,第1章 移动通信基础知识,图1.9 蜂窝系统中同频相邻小区的定位,2023/1/22,25,第1章 移动通信基础知识,无线区群的构成条件是若干个无线区群能彼此邻接;相邻无线区群中的同频小区中心间隔距离相等,即可表示为:N=i2+ij+j2则不同的N值得到各不相同的无线区群形状。,2023/1/22,26,第1章 移动
11、通信基础知识,图1.10 不同的N值区群组成的示意图,2023/1/22,27,第1章 移动通信基础知识,2、区群基站激励方式(1)中心激励 基站设在小区的中央,用全向天线形成圆形覆盖区。,图1.11 中心激励示意图,2023/1/22,28,第1章 移动通信基础知识,(2)顶点激励 基站设在每个小区六边形的三个顶点上,每个基站采用三副1200扇形辐射的定向天线,分别覆盖三个相邻小区的各三分之一区域。,图1.12 顶点激励示意图,2023/1/22,29,第1章 移动通信基础知识,3、服务小区“扇区化”扇区化即是将一个基站分成多个小区,每个小区都有自己的发射和接收天线,相当于一个独立的小区。扇
12、区化的小区使用特制的定向天线,使该小区定向天线辐射某一特定的扇区。,图1.13 扇区划分示意图,2023/1/22,30,第1章 移动通信基础知识,4、小区分裂 小区分裂就是一种将拥塞的小区分成更小的小区的方法。,图1.14 小区分裂的图例,2023/1/22,31,第1章 移动通信基础知识,分裂后的每个小区都有自己的基站并相应地降低天线高度和减小发射机功率。由于小区分裂能够提高信道的复用次数,因而能提高系统容量。即通过设定比原小区半径更小的新小区和在原有小区间安置这些小区(叫做微小区),使得单位面积内的信道数目增加,从而增加系统容量。,2023/1/22,32,第1章 移动通信基础知识,三、
13、信道(频率)配置1、信道的定义 通信网络中一条双向的信息传输通道称为信道。2、信道的分类 话音信道、控制信道;有线信道、无线信道。,2023/1/22,33,第1章 移动通信基础知识,3、什么是无线信道、下行信道和上行信道?(1)无线信道指移动台与基站间的一条双向传输通道,使用两个分开的无线频率,上下行信道间的载频间隔为双工间隔。(2)上行信道指由移动台发射,基站接收。(3)下行信道指由基站发射,移动台接收。,2023/1/22,34,第1章 移动通信基础知识,4、什么是信道(频率)配置?信道(频率)配置是指导将给定的信道(频率)分配给一个区群内的各个小区。在CDMA系统中所有用户使用相同的工
14、作频率,因此无需要进行频率配置。频率配置针对FDMA和TDMA系统。,2023/1/22,35,第1章 移动通信基础知识,四、多信道共用技术 用户一般占用信道方式有独立信道方式和多信道共用方式。,图1.17 信道应用方式,2023/1/22,36,第1章 移动通信基础知识,什么是共用呼叫频道方式?共用呼叫信道方式是在系统中专门设立一个共用呼叫频道,它不作通话使用,仅处理呼叫和传送转频指令。系统内所有不通话的用户都停留在该频道上,处于守候状态。当用户需要通话而摘机时,通过该频道向基站发出呼叫请求,如系统有空闲频道,基站就通过该共用频道发出转频指令,使用户转入指定的空闲频道。当频道全部被占用时,则
15、向用户示忙。当移动用户被叫时,基站也从共用呼叫频道发出选呼号码。被叫用户应答后,基站发出转频指令,使用户按指令转入指定的通话频道。,2023/1/22,37,第1章 移动通信基础知识,1.3.4 干扰1、同频干扰 同频干扰(也叫同道干扰)是指同频小区之间的信号干扰。为了减小同频干扰,同频小区必须在物理上隔开一个最小的距离,为传播提供充分的隔离。,2023/1/22,38,第1章 移动通信基础知识,如果每个小区的大小都差不多,基站也都发射相同的功率,则同频干扰比例与发射功率无关,而变为小区半径(R)和相距最近的同频小区中心间距离(D)的函数。增加D/R的值,相对于小区的覆盖距离同频小区间的空间距
16、离就会增加,从而来自同频小区的射频能量减小而使干扰减小。参数Q叫做同频复用比例(也叫同频干扰抑制因子),与区群的大小有关。对于六边形系统来说,Q可表示为:,2023/1/22,39,第1章 移动通信基础知识,Q的值越小则容量越大;而Q值大可以提高传播质量,因为同频干扰小。在实际的蜂窝系统中,需要对这两个目标进行协调和折衷。,2023/1/22,40,第1章 移动通信基础知识,2、相邻信道的干扰 邻频干扰(也叫邻道干扰)是指来自所使用信号频率的相邻频率的信号干扰。邻频干扰是因接收滤波器不理想,使得相邻频率的信号泄漏到传输带宽内而引起的。离基站近的移动台的强信号干扰离基站远的邻道上的移动台的弱信号
17、,要求移动台采用自动功率控制电路。,2023/1/22,41,第1章 移动通信基础知识,3、互调干扰 互调干扰是指系统内由于非线性器件引起,它产生的各种组合频率成分落入本频道接收机通带内造成的对有用信号的干扰。尤其在FDMA中明显,因此要求设备必须具有良好的选择性。,2023/1/22,42,第1章 移动通信基础知识,1.3.5 移动通信网络系统的常见指标1、工作频段与频道间隔2、通信概率 它是指保证服务质量的通话时间和地点的概率值。3、话音质量 它是评估移动通信系统话音品质(可懂度和自然度)优劣的情况。,2023/1/22,43,第1章 移动通信基础知识,表1.1 评分标准,2023/1/2
18、2,44,第1章 移动通信基础知识,4、呼叫话务量与忙时话务量 呼叫话务量是电话负荷大小的一种度量,又称话务负荷。一般指电话用户在某段时间内所进行的电话交换量。Y=MCTY为呼叫总话务量,M为用户数,C为每小时每用户占用信道平均呼叫次数,T每小时每用户占用信道平均时间。单位为Erl。其中MC=C看作每小时所有用户占用信道平均呼叫总次数,即 Y=CT,2023/1/22,45,第1章 移动通信基础知识,每用户忙时话务量是指最繁忙的一小时每个用户的平均话务量。式中,每个用户忙时的平均话务量,C”为每个用户每小时平均呼叫次数,T为每次呼叫占用信道的平均时间单位为秒,K为集中率其定义如下:K反映了这个
19、通信系统“忙时”的集中程度,即忙时话务量在全天话务量中所占的比例。,2023/1/22,46,第1章 移动通信基础知识,5、容量 每个信道所能容纳的用户数(m)为Y为总话务量,每个用户忙时话务量,n为共用信道数。系统所能容纳的用户数(M)为:n为共用信道数,m为每个信道所能容纳的用户数,它们相乘即得到系统容量。,2023/1/22,47,第1章 移动通信基础知识,6、呼损率 在一个通信系统中,呼叫失败的概率称为呼叫损失概率,简称呼损率,记为Z。它是指系统全部信道被占用的再发生呼叫就出现呼损,因此呼损率即电话接不通的比率。Y0为呼叫不成功的话务量,Y总话务量,C0为呼叫失败次数,C为呼叫总次数。
20、,2023/1/22,48,呼损率不同,信道的利用率也不同,表5.2给出了B、n、A和之间的关系。,2023/1/22,50,第1章 移动通信基础知识,7、信道利用率 多信道共用时,信道利用率是指每个信道平均完成的话务量。因此Y1为呼叫成功而接通电话的话务量,n为共用信道数。A为话务量,B是呼损率。,2023/1/22,51,第1章 移动通信基础知识,例 某移动通信系统,每天每个用户平均呼叫10次,每次占用信道时间平均为80s,忙时集中率K=0.125,问系统呼损率要求在10%的条件下,给定8个信道的系统能容纳多少用户。,2023/1/22,52,第1章 移动通信基础知识,解:求出 根据信道数
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