蜂窝移动通信组网技术.ppt

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1、移动通信,数字移动通信的关键技术,组网技术编码技术多址技术均衡技术信令,移动通信网按照服务区域覆盖方式分为：大区制小区制,一、组网技术,1.区域覆盖方式,大区制,由一个基站(发射功率为50100 W)覆盖整个服务区，该基站负责服务区内所有移动台的通信与控制。大区制的覆盖半径一般为3050 km。采用这种大区制方式时，由于采用单基站制，没有重复使用频率的问题，因此技术问题并不复杂。只需根据所覆盖的范围，确定天线的高度，发射功率的大小，并根据业务量大小，确定服务等级及应用的信道数。但也正是由于采用单基站制，因此基站的天线需要架设得非常高，发射机的发射功率也要很高。即使这样做，也只可保证移动台收到基

2、站的信号，而无法保证基站能收到移动台的信号。因此这种大区制通信网的覆盖范围是有限的，只能适用于小容量的网络，一般用在用户较少的专用通信网中。,一、组网技术,大区制,可以在适当的地点设立若干个分集接收站来改善上行传输。,一、组网技术,小区制,小区制是指将整个服务区划分为若干小区，在每个小区设置一个基站，负责本小区内移动台的通信与控制。小区制的覆盖半径一般为210km，基站的发射功率一般限制在一定的范围内，以减少信道干扰。同时还要设置移动业务交换中心，负责小区间移动用户的通信连接及移动网与有线网的连接，保证移动台在整个服务区内，无论在哪个小区都能够正常进行通信。由于是多基站系统，因此小区制移动通信

3、系统中需采用频率复用技术。在相隔一定距离的小区进行频率再用，可以提高系统的频率利用率和系统容量，但网络结构复杂，投资巨大。尽管如此，为了获得系统的大容量，在大容量公用移动通信网中仍普遍采用小区制结构。,一、组网技术,小区制,一、组网技术,PSTN,另一有线网,另一有线网,MSC,MSC,BSC,BSC,BSC,BSC,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BSC,BSC,BSC,8,小区频率重复再用,小区制根据服务对象和地形的不同对服务区域划分为：,带状服务区 面状服务区,一、组网技术,带状服务区,这种区域的无线小区，按横向排列

4、覆盖整个服务区，整个系统由许多细小的无线小区相连而成。基站天线使用全向辐射，覆盖区形状是圆形；可进行频率复用；为防止同频干扰，相邻区域不能使用同一频率；适用范围：一般应用在铁路、公路、沿海和内河航道的移动通信系统。,一、组网技术,为防止同频干扰，相邻区域不能采用统一频率，可采用二频组、三频组或四频组的频率配置双频组和三频组的频率设置的示意图如下：,一、组网技术,面状服务区,在平面区域内划分小区。全向天线的覆盖区是圆形的。为不留空隙覆盖整个服务区，各覆盖区之间一定要重叠。考虑重叠后，每个小区实际上的有效覆盖区是一个圆的内接多边形。考虑覆盖整个区域而没有重叠和间隙的几何形状，分为正三角形、正方形和

5、正六边形,一、组网技术,其中六边形在三种几何形状中具有最大的中心间隔和覆盖面积，而重叠区域宽度和重叠区域的面积又最小。所以小区都采用正六边形小区结构，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。,蜂窝网每区各使用一个无线电频率，但隔几区容许使用同一频率，不会互相干扰。,一、组网技术,3、单位无线区群的构成应满足以下两个条件：,1、若干单位无线区群能彼此邻接 2、相邻单位无线区群的同频小区中心间隔距离dg是一样的。满足以上两个条件的关系式如下：N=a2+ab+b2 式中N为构成单位无线区群的正六边形的数目。a及b均为正整数，包括零在内，但a、b不能同时为零。

6、按照以上条件，可确定N有如下数值 a=1 b=1 N=3 a=2 b=0 N=4 a=2 b=1 N=7 a=2 b=2 N=12 a=3 b=0 N=9|,dg/r0=3N,事实上服务区内的用户密度是不均匀的。因而在用户密度高的市中心可以使小区面积小一点，而在郊区小区的面积可以大一些,一、组网技术,对于已设置好的蜂窝通信网，随着城市的发展，原来低用户密度区可能变成高密度区，这时相应地在该地区设置新的基站，将小区面积划小，解决以上问题可用小区分裂方法。,一、组网技术,小区分裂,小区分裂是将拥塞的小区分成更小小区的方法，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功率。由于小区分裂提高

7、信道的复用次数，使得单位面积内的信道数目增加，因而能提高系统容量。如果分裂后小区半径为原小区半径的一半，则是1:4的分裂。,一、组网技术,无线小区的分裂（1:3）,一、组网技术,无线小区的分裂（1:4）,一、组网技术,扇区化,我们前面所说的小区都是指全向小区，即一个基站对应一个小区，有一根发射天线，将无线电波辐射到360度的范围。如果采用全向小区，那么当同一地理区域内的MS数增加时，应该相应的增加小区数以扩大容量。为了在该地理区域安装更多的小区，必须减小小区的大小，而全向小区间的距离必须足够远，以防止同信道干扰和邻信道干扰。这种冲突会降低蜂窝网络的性能。为了在同一地理区域内获得更大的容量，可以

8、采用一种称为“扇区化”的技术，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。,一、组网技术,三角形,三种主要的无线区图形,天线基本功能辐射和接收无线电波：发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时把电磁波转换为高频电流。通信天线种类按方向性：全向、定向天线按结构特性：线状天线、面状天线,天线技术,蜂窝组网小区、扇区、载频的示意图,小区分布,全向小区,全向天线,蜂窝组网小区、扇区、载频的示意图,三扇区分布,S3/3/3（9扇区载频）,定向天线,2.多信道共用,信道是通信网络传递信息的通道。在移动通信网的一个无线区内假设有n个信道，m个用户，m个用户对这n个

9、信道的使用有两种方式：独立信道方式和多信道共用方式。独立信道方式：设一个无线区内有n个信道，对区域内的每个用户分别指定一个信道，不同信道内的用户不能互换信道。,一、组网技术,独立信道方式示意图,一、组网技术,共用信道方式示意图,一、组网技术,两种方式的比较:,独立信道方式在信道分配原则上简单，但是信道不能充分利用，即信道利用率低；多共用信道方式在相同多的用户的信道的情况下，会使用户通话的阻塞概率明显下降，即可明显提高信道的利用率。多信道共用可使用户数目明显增加。但也不是无止境的，否则将使阻塞率增加而影响质量。,一、组网技术,采用多信道共用方式，在保持一定通话质量的情况下，一个信道究竟平均分配多

10、少用户才合理？这就是我们要讨论的话务量和呼损问题。,一、组网技术,呼叫话务量概念：指单位时间内（1小时）进行的平均电话交换量。公式表示：A=Ct0 C每小时平均呼叫次数（包括呼叫成功和呼叫失败的次数）；t0每次呼叫平均占用信道的时间（包括接续时间和通话时间）。如果t0以小时为单位，则话务量A的单位是爱尔兰(Erl)。,一、组网技术,呼损率概念：当多个用户共用时，会出现许多用户虽然发出呼叫，但因无信道而不能通话（即呼叫失败）。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（B）。设A为呼叫成功而接通电话的话务量，简称完成话务量。Co为一小时内呼叫成功而通话的次数，t0为每次通

11、话的平均占用信道时间。则完成话务量为：A=C*t0 于是呼损率为：B=（A-A）/A*100%=（C-Co）/C*100%其中（A-A）为损失话务量。物理意义：损失话务量与呼叫话务量之比的百分数。,一、组网技术,呼损率B愈小，成功呼叫的概率越大，用户就越满意。因此，呼损率也称为系统的服务等级（或业务等级）。呼损率和话务量是一对矛盾，即服务等级和信道利用率是矛盾的。,一、组网技术,繁忙小时集中度(K)K=忙时话务量/全日话务量 K一般为8%14%,忙时话务量（a）假设每一用户每天平均呼叫次数为C，每次呼叫平均占用信道的时间为T（单位为秒），K为繁忙小时集中度，则每个用户忙时话务量为：a=C*T*

12、K*(1/3600)物理意义：a为最繁忙的那个小时的话务量，是统计平均值。,一、组网技术,TCH拥塞率,TCH拥塞率有两种定义，一种是包括切换因素所产生的TCH拥塞率，一种是不包括切换因素所产生的TCH拥塞率。其定义公式如下:TCH拥塞率(包括切换)=TCH占用失败次数(包括切换)/TCH占用请求次数(包括切换)*100%TCH拥塞率(不包括切换)=TCH占用失败次数（不包括切换）/TCH占用请求次数不包括切换*100%,3.越区切换和位置管理,越区切换是指将当前正在进行的移动台与基站之间的通信链路从当前基站移到另一个基站的过程。越区切换通常发生在移动台从一个基站覆盖的小区进入到另一个基站覆盖

13、的小区的情况下，为了保持通信的连续性，将移动台与当前基站之间的链路转移到移动台与新基站之间的链路。,一、组网技术,39,越区切换的分类,按照切换处理过程的不同，即按照当前链路是在新链路建立之前还是之后释放可将越区切换类型分为硬切换、软切换和更软切换三种。,一、组网技术,1.信源编码：在数字通信系统中传输的是数字信息，信源编码就是信源信号的模数（AD）变换，即将模拟的信源信号转化成适于在信道中传输的数字信号形式。信源编码的作用(1)实现模数（AD）变换，使之适合于在信道中传输；(2)进行信息压缩编码，提高信息传输的有效性。,二、编码技术,2.信道编码,以提高信息传输的可靠性为目的的编码增加信源的

14、冗余度来实现采用的办法：增大码率或带宽，与信源编码正好相反。,二、编码技术,信道编码技术的分类：按照纠正差错的类型：纠正随机错误、纠正突发错误按照信息码元和监督码元之间的约束方式分：分组码、卷积码按照信息码元和附加的监督码元之间的检验关系：线性码、非线性码按照码字的结构不同：系统码、非系统码按照码字中每个码元的取值：二进制码、多进制码,二、编码技术,基站如何识别用户？用户如何识别基站发给自己的信号？,BS,MS1,MS2,MS3,多个用户共享信道，区分用户的方式称为多址技术,三、多址技术,解决办法多址技术：不同用户台要有各自的特征基站发出的信号也要赋予不同的特征,频率资源有限的情况下，提高通信

15、系统的容量。,多址方式的分类：频分多址（FDMAFrequency Division Multiple Access）时分多址(TDMATime Division Multiple Access)码分多址(CDMACode Division Multiple Access)空分多址(SDMA),三、多址技术,FDMA 就是从若干信道频率中为一个用户指定一个信道。,1、频分多址-FDMA(Frequency Division Multiple Access）,2、时分多址-TDMA(Time Division Multiple Access),TDMA 是从时间上把一个信道频率指定给若干个用户，

16、各时间分配单位叫做时隙。,3、码分多址-CDMA(Code Division Multiple Access),CDMA 是很多用户使用相同的宽带无线信道，每个用户使用一个特殊的识别数据信号（正交扩展码）。所以，识别数据决定着可收容的用户数。,4、空分多址-SDMA(Space Division Multiple Access),SDMA 即在相同时隙、相同频率或相同地址码的情况下，可以根据信号不同的中间传播路径而区分。SDMA是一种信道增容方式，例如空分码分多址（SD-CDMA）。波束形成天线采用智能天线，基站的智能天线形成多个波束覆盖整个小区，智能天线可定位于每个MS。,克服由多径效应引起

17、的码间干扰-均衡技术 均衡即接收端的均衡器产生与信道相反的特性，来抵消信道时变多径传播特性引起的码间干扰。均衡器通常是用滤波器来实现的，使用滤波器来补偿失真的脉冲，判决器得到的解调输出样本，是经过均衡器修正过的或者清除了码间干扰之后的样本。由于信道是时变的，要求均衡器的特性能够自动适应信道的变化而均衡，故称自适应均衡。,四、均衡技术,50,信令的含义在移动通信系统中，除了传送用户信息（通常是语音信息）之外，为使整个系统有秩序地工作，还必须在正常通话的前后和过程中传输很多其他的控制信号，诸如：一般电话网中不可缺少的摘机、挂机、空闲音、忙音、拨号、振铃、回铃音等信号；以及无线通信网中所需的信道分配

18、、用户登记与管理、呼叫与应答、越区信道切换和发射机功率控制等信号。,信令,五、信令,信令是与通信有关的一系列控制信号。信令的基本功能是：建立呼叫；监控呼叫；清除呼叫。,信令操作过程示意图,五、信令,52,信令的分类,按照信令的工作范围来划分信令分为两种：（1）接入信令：用户到网络节点间的信令。在蜂窝移动通信中，接入信令是指移动台到基站之间的信令。（2）网络信令：网络节点之间的信令。常用的网络信令就是7号信令，它主要用于交换机之间、交换机与数据库(如HLR、VLR、AUC)之间交换信息。,五、信令,53,按信令完成功能的不同，可以分为以下五类：（1）状态标志信令。它是表明设备或信道工作状态的一类

19、信号。如摘机、挂机、空闲、占线等。（2）操作指示信令。它是在通话完成以前或通话完成以后，为了系统执行某种特定的操作而发出的指令。如发拨号音或振铃音，指配信道或转换信道和断掉话路等。（3）拨号信令。它是由移动用户发出的代表用户身份的特定编号信号。,五、信令,54,（4）选择性呼叫信令。这是移动通信网中特有的；它可以判别用户身份，并且使发出的（1）、（2）类指令具有针对性；它只对指定的用户起作用，是一类重要的信号。（5）控制信令。它也是移动通信网所特有的；它包括控制基站与移动台之间无线信道的指配、连接、转移、停止（拆线）的控制指令，拨号指令，应答指令，以及用于监控和状态显示的信道占用、空闲、移动台

20、位置、功率等指令，还可以传送计费信息。,五、信令,55,按系统性质分由于移动通信网有公用网和专用网之分，因此信令也可以分成公用网信令和专用网信令。（1）公用网信令：按照信令的信道来分类，又可以分为：随路信令和公共信道信令。,五、信令,56,公共信道信令（CCS:Common Channel Signaling）又叫共路信令：在公用网中，通常设有单独传送信令信号的信道，以时分方式在一条高速数据链路上传送一群话路的信令，与传输语音的信道是相互独立的，将这样的信令称为公共信道信令，共路信令通常用于局间。目前我国采用的公共信道信令就是中国7号信令。7号信令由于将信令和话音通道分开，将若干条电路的信令集中在一条专门用于传送信令的通道上传送，因而具有传输速度快、呼叫建立时间短、信号容量大等特点。随路信令（CAS:Channel Associated Signaling）：信令随语音一起在一个信道中传输。用传送话音的通路来传送与该话路有关的各种信令。目前我国采用的随路信令称为中国1号信令系统。,五、信令,57,（2）专用网信令：对于专用移动通信网，除了与公用电话网的接口必须与其兼容外，其他的接口均可根据业务需要自行设计或选定，比较灵活。由于专用移动通信网的信道数有限，通常都不设专用信令信道，而是采用随路信令的方式传输信令。,五、信令,