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1、移动通信系统的组网技术,移动通信网的制式 根据移动网的服务区覆盖方式的不同可将移动通信网划分为：大区制和小区制。,通信系统的分类： 1. 点通信 2. 网通信 设计移动通信网时必须考虑的问题: 组网的制式问题 工作方式 网络结构 控制 信令方式 受损,1、大区制,大区制是指在一个地区内只设置一个基站，由它负责这个地区移动用户的通信联络和控制。每个基站都有一个服务区，即无线电波的覆盖范围，服务区的大小是由基站的天线高度和发射功率决定，一般发射机输出功率为200W左右，覆盖半径大约为3050km，所以，大区制的基站天线架设较高、发射功率大，移动台接收信号容易，但移动台不能用较大的发射功率，所以移动
2、台在服务区的边缘时，基站的所接收的信号效果不太好，为了解决这个问题，也可以在服务区建立一些分集接收站，为基站提供良好的接收效果。,大区制移动通信示意图,特点： 信号传输损耗，通信距离有限 覆盖范围2550km ，发射功率50200W ，天线很高(30m) 网络结构简单，频道数目少，无需无线交换，直接与PSTN连。 局限性 覆盖范围有限 服务的用户容量有限 服务性能较差 频谱利用率低,2、小区制,小区制就是把整个服务区域划分为若干个无线小区，每个小区分别设置一个基站，负责本区移动通信的联络和控制。同时，又可在MSC的统一控制下，实现小区之间移动用户通信的转接，以及移动用户与市话用户的联系。基站发
3、射功率一般为510W，每个小区半径为520km（小的也有的为13km）,小区制移动通信示意图,小区制的优点,移动台和基站的发射功率减小，同时也减小了相互干扰；服务区内所有频率能重复利用，即同频复用，提高了频率利用率，增大了通信容量，有效地解决有限的频率资源和日益增长的通信用户数的矛盾；组网灵活，小区范围可根据用户数灵活确定，当小区内用户数增加到一定程度，可进行“小区分裂”。,小区制的缺点,由于服务区划分成若干个小区，建网的比较高，同时，移动用户在通话过程中，可能会从一个小区进入另一个小区，所服务的基站和频率会发生变化，需要频率切换，即越区切换，相应的控制交换功能就比较复杂。虽然如此，小区制众多
4、的优点是现代移动通信网广泛采用小区制的重要理由。,蜂窝的概念,1974，Bell实验室提出蜂窝概念 蜂窝系统-“小区制”系统 将所要覆盖的地区划分为若干个小区，每个小区的半径可视用户的分布密度在220km左右。在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务。并可通过小区分裂进一步提高系统容量。 “频率复用”的概念：同频干扰的强弱与同频复用小区间距和小区半径的比值有关，信干比可控。 特点：用户容量大，服务性能较好，频谱利用率较高，用户终端小巧且电池使用时间长，辐射小等。 新的问题：系统复杂、越区切换、漫游、位置登记、更新和管理、以及系统鉴权等。,蜂窝的分类,宏蜂窝(Macro-cell)：2-2
5、0km 微蜂窝(Micro-cell)：0.4-2km 皮蜂窝(Pico-cell)：400m 分层蜂窝(由多种蜂窝组成) 多维小区,3、无线区群的组成,（1）无线小区的选择 假设无线小区半径都是r，将这三种圆内接正多边形的邻区中心间距、小区面积、重叠区面积三种参数。比较后发现：正六边形小区的邻区中心间距最大、小区面积最大也最接近理想的圆形、重叠区面积却最小。这意味着对于同样面积的服务区域，采用正六边形构成小区所需的小区数最少、基站数最少也最经济、所需信道数最少，频率利用率较高。所以服务区的无线小区采用正六边形结构是最佳选择。,通常，通信服务区是先由若干个彼此相邻的正六边形无线小区组成单位无线
6、区群，再由彼此邻接的单位无线区群无缝隙地覆盖整个服务区，构成蜂窝状的网络，统称为蜂窝移动通信网。,（2）单位无线区群的组成条件 为了防止同频干扰，同属于一个单位无线区群彼此相邻的正六边形无线小区不能使用相同的频率、共用一个信道。分属于不同单位无线区群中、相隔一定距离的两个无线小区可以使用相同的频率，即同频复用。同频复用的目的是节省频率资源，提高频率利用率。使用相同频率的无线小区之间一定相隔一定的距离，以使同频干扰足够小。,单位无线区群组成的基本条件： 一是无线区群能彼此邻接，且无缝隙、无重叠地覆盖整个服务区； 二是相邻单位无线区群中各使用相同频率的无线小区的中心间距一定相等，满足上述条件的单位
7、无线区群内的无线小区个数满足下例公式： N=a2+ab+b2 式中，a、b为0的整数，但不能同时为0，N为无线区群中的小区数。,无线区群,设r是无线小区的半径(即正六边形外接圆的半径)，Dg是邻接的无线区群中同频无线小区的中心间隔距离，可见无线区群中的小区数N越大，Dg越大；r越大时，Dg也越大。Dg越大同频干扰就越小。例如：N=3，Dg /r=3；N=7，Dg/r=4.6；N=9，Dg/r=5.2，在实际应用中，只要同频干扰在允许范围内，N取值越小，频率复用率就越高。,同频干扰、相邻信道干扰和蜂窝小区容量的 改善、多址技术,1、同频干扰、相邻信道干扰 干扰是蜂窝无线系统性能的主要限制因素。
8、在蜂窝系统中，存在两种主要的干扰，即同频干扰和邻频干扰。 频率复用意味着在一个给定的覆盖区域内，存在着许多使用同一组频率的小区，这些小区叫做同频小区。 这些同频小区之间的信号干扰叫做同频干扰（也叫同道干扰）。 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。,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
9、区群的大小有关。对于六边形系统来说，Q可表示为,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。,来自所使用信号频率的相邻频率的信号干扰叫做邻频干扰（也叫邻道干扰）。 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。,（3）无线小区的激励方式 中心激励方式： 无线小区中的基站如果设在小区的中心位置，采用圆形辐射的全向天线覆盖无线小区，这就是所谓的“中心激励”方式,顶点激励： 如果基站设在每个正六边形小区的三个顶点上，并且每个基站采用三副辐射角是120的扇形定向天线，分别覆盖三个相邻无线小区的各三分之一
10、区域，每个三分之一区域称作扇区，既一个无线小区分为三个扇区，这就是“顶点激励”方式，由于采用了定向天线，天线发射功率小，对同频干扰有一定的抑制作用，且同频复用距离小，频率复用率较高，但是由于每个基站覆盖面积减小，使频率切换次数增加。顶点激励方式也可以用六副辐射角是60的扇形定向天线。,扇区的概念 可以通过使用定向天线代替基站中单独的一根全向天线来减小蜂窝系统中的同频干扰，其中每个定向天线辐射某一特定的扇区。 由于使用了定向天线，小区将只接收同频小区中一部分小区的干扰。 这种使用定向天线来减小同频干扰，从而提高系统容量的技术叫做裂向（即扇区化）。 同频干扰减小的因素决定于使用扇区的数目。,扇区划
11、分,在数字蜂窝移动通信网中，常采用43区群模式，每个单位无线区群由四个无线小区组成，采用顶点激励方式，每个无线小区被120的扇形定向天线分为三个扇区，这样一个单位无线区群共12个扇区。,4/12区群模式,（3）不同情况下无线小区的划分 1.用户密度不同 如果整个服务区的地理环境一致，用户密度分布均匀，则所采用的无线小区大小相同。而实际上在整个服务区内，建筑物分布复杂，用户密度也是不均匀的，例如，在城市中心，用户密度高，话务量大，而城市郊区的用户密度相对较低，所以小区的划分应随外界环境而灵活变化，例如，在用户密度高的市中心，可使无线小区的面积小一些。在用户密度低的城市郊区可使无线小区的面积大一些
12、。,另外，一个地区的用户数和话务量是变化的，例如，用户密度低的城市郊区随着城市建设的发展，变成了用户密度高的区域，这时为了适应增大的话务量，需要缩小原来的无线小区的面积，小区分成更小的小区，在每个更小的小区设的基站的发射功率可减小，这就是小区的分裂，小区分裂能提高信道的复用次数，从而提高系统容量。常用的方式有1：3分裂方式和1：4分裂方式,1：3分裂方式和1：4分裂方式,（1）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，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
13、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。,2.带状服务区 正六边形无线区群适合服务区的地形是一宽广的平面，也称为面状服务区，如果服务区是一狭长的区域，如，铁路、公路、海岸等，无线小区需采用定向天线，按狭长的区域形成带状网络，相邻小区可进行频率再用。,带状服务区频率再用,3.直放站 服务区的地形起伏变化复杂，加之移动通信的阴影效应，这两个原因都会使得服务区存在信号很弱或基站覆盖范围达不到的地方，这些地方称之为盲区，为了使信号有效地到达盲区，最大限度地满足用户对于通话服务的要求，通常在适当的地方建立直放站，用来对移动通信基站起延伸距离范围和覆盖重要盲区的作用。直放站是具有小型基站功能的设备，它的成本低、架设简单，所以广泛应用于隧道、偏远的矿区、建筑物内部。,小结： (1)服务区的制式：大区制、小区制 （2）单位无线区群的形成 无线小区形状的选择 单位无线区群组成条件 无线小区基站建设 （3）不同情况下无线小区的划分,
