现代移动通信第2版教学作者蔡跃明第05讲第03章节组网技术基础1课件

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1、第五讲 组网技术基础 - 1,数字移动通信,上次课重点回顾,什么是平坦衰落、频率选择性衰落？如何判定？ 什么是快衰落、慢衰落？如何判定？ 什么是阴影衰落？如何减小？ 如何利用Okumura模型计算传播损耗？ 多径信道如何建模？,第3章 组网技术基础,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（自学） 3.8 系统的移动性管理,第一次课,第二次课,第三次课,本章解决的主要问题,通过本章学习，着重解决以下问题： 干扰是如何影响系统性能的？ 如何在有限频谱资源条件下，实

2、现大容量、广覆盖？ 如何通过多信道共用来增加系统容纳的用户数？ 基站如何找到手机？如何保证“移动”着打电话不会有问题？,本次课的要求与重难点,要求与重点 1.掌握移动通信网的基本概念。 2.了解移动通信环境下的主要干扰形式。 3.掌握区域覆盖的基本概念和基本原理。 4.理解大区制和小区制区域覆盖的特点和适用范围。 重点：移动通信网的基本概念、区域覆盖 难点：区域覆盖,本次课需要解决的主要问题,什么是移动通信网？移动通信网的基本组成包括哪些要素？ 移动通信环境下主要包括哪些干扰类型？同频干扰会带来哪些问题？ 什么是大区制和小区制？各有哪些特点？ 什么是区群？如何确定区群大小？,第3章 组网技术基

3、础,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,移动通信中有两个最核心问题 用户的移动性； 信道的复杂时变性。 移动通信系统为多用户提供服务，不同于点对点的通信。 要实现系统在其覆盖区内的良好通信，必须有移动通信网络支撑。,一、移动通信网的基本概念,1、移动通信网的定义 定义：移动通信网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。 空中网络（无线网络） 地面网络（有线网络）,一、移动通信网的基本概念,2、空中网络要解决的几大问题 多址接入 基站如何区分手机（能同时区分手机受限于采取何种多址方式） 频率复用和区域覆

4、盖 频谱资源有限和广覆盖 切换和位置更新 基站如何找手机？如何确保动中通话不掉线？,一、移动通信网的基本概念,3、移动通信网的基本组成,移动交换子系统,操作维护 管理子系统,基站 子系统,一、移动通信网的基本概念,移动台,第3章 组网技术基础,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,干扰是限制移动通信系统性能的主要因素。 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设计可削弱这些干扰！,二、移动通信环境下的干扰,1、同频干扰,（1）基本概念 定义：所有落在接收机通带内的与

5、有用信号频率相同的干扰，又称为同信道干扰/同道干扰/共道干扰。 采用频域滤波的方法能够消除同频干扰吗？,（2）同频干扰产生的原因 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，称为频率复用或同频复用。 同频复用带来了什么问题？ 同频干扰 同频复用的限制条件是什么？ 同频干扰不能过大,1、同频干扰,1、同频干扰,（3） 同频干扰会带来的问题 蜂窝系统 影响链路性能 影响频率复用方案的选择 限制系统的容量,需要通过合理的系统设计降低同频干扰的影响！,2、邻道干扰,（1）基本概念 定义：指相邻信道或邻近信道的信号相互干扰。 产生邻道干扰的原因？ 接收/发射滤波器不理想 相邻频率信号泄漏

6、到传输带宽内,（2）降低邻道干扰的方法 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。,2、邻道干扰,3、互调干扰,（1）基本概念 定义：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。 发射机互调干扰：发射端产生的互调信号正好落在接收机工作频带内。 接收机互调干扰：频率不同的多个信号同时进入接收机，由接收机本身的非线性而产生的干扰。,数学表达式 当系统的输入为单一频率信号 ，则 说明什么？ 额外产生了直流项，与基波成整数倍的谐波项 这些谐

7、波项会对接收机与发射机造成什么影响？,3-20,3、互调干扰,数学表达式 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 谐波对发射机的影响 谐波会干扰别的通信系统，必须考虑,3-21,3、互调干扰,数学表达式 例：当系统的输入信号为多个频率信号时，即 思考 输出信号y(t)的三次项是什么？,3-22,3、互调干扰,3、互调干扰,（2）互调干扰产生的条件 几个干扰信号的频率 与受干扰信号 的频率之间满足 或 干扰信号的幅度足够大,移动通信系统中，为了避免三阶互调干扰，应合理地选择频道组中的频率，使可能产生的互调产物不至于落入同组的任一个工作频道。,（3）出现三阶互调干扰的快速

8、判断法,3、互调干扰,频道序号差值判别法 在等间隔分割信道，且按频率顺序编号情况下，判别各频道序号的差值有无相同。 如有相同，则存在三阶互调，否则不存在互调。,3-25,例：表3-1中七个信道1、2、8，12、21、24、26是不是无三阶互调频道组？ f1 f2 f8 f12 f21 f24 f26 1 6 4 9 3 2 7 10 13 12 5 11 19 16 14 20 22 18 23 24 25 结论：无三阶互调,无三阶互调频道组判据：差值有无相同？,需用信道数7 最小占用信道数 26 信道利用率 27%,3、互调干扰,思考：1、2、8、12、21、24、26是不是无三阶互调频道组

9、？,（3）出现三阶互调干扰的快速判断法,3、互调干扰,结论：无三阶互调！,4、 阻塞干扰,定义：接收机接收到带外的强干扰信号后，进入饱和区，导致信号严重失真。 克服方法 增加接收机的带外抑制度,5、 近端对远端的干扰,（1）基本概念 基站同时接收从两个移动台发来的信号时，距距离近的信号功率要明显要大于距离远的信号功率。 若二者频率相近，则距基站近的移动台对距基站远的移动台造成干扰，甚至淹没远端移动台的有用信号（远近效应） 。,d2,d1,若d2/d1=10，则接收信号功率比P1/P2将达近40dB（衰减因子为4）!,P1,P2,MS2,MS1,强抑制弱！,5、 近端对远端的干扰,（1）基本概念

10、,（2）减小方法 频道间隔：两个移动台所用频道拉开必要间隔； 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本一致。,5、近端对远端的干扰,第3章 组网技术基础,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,问题的提出 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。 为了使得用户在某一地域内的任一点都能接入网络，需要在该地域内设置多少基站？ 如何为这些基站分配信道？,三、区域覆盖和信道配置,（1）大区制区域覆盖的概念 整个服务区由一个基站覆盖的系统，被称为大区制移动通信系统。 相应的区域覆盖方

11、式被称为大区制区域覆盖。,1、大区制,（2）大区域覆盖的实现 基站天线高架 基站大功率发射,几十米至几百米,50200W,2050km,1、大区制,头陀岭景区,（3）大区制的适用范围 小容量移动网，例如集群等各种专用移动通信网。 举例：20世纪70年代纽约的贝尔移动系统最多能支持1000平方英里内的12个同时呼叫。,1、大区制,（4）大区制的优缺点 优点：网络结构简单、成本低 缺点：容量小、区域覆盖受限 地形环境影响，例如山丘、建筑物等阻挡盲区 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吗？） 移动台发射功率小，上下行存在增益差,1、大区制,（5）大区制系统的应用局限性 覆盖范围

12、受限：由于基站天线高度、功率的限制。 系统容量受限：由于频率资源有限，因而信道数有限。 系统设备受限：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。,2、大区制,2、小区制,实际问题： 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。 解决思路： 通过频率复用解决频率资源与容量需求的矛盾。 采用蜂窝思想实现频率复用。,（1）小区制区域覆盖的概念 整个服务区由多个基站所覆盖的系统，被称为小区制移动通信系统。,2、小区制,2、小区制,（2）小区制的基本思想 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； 将整个系统的信道分成若干个信道组，每

13、个基站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。 通过系统地分隔整个系统的基站及它们的信道组，实现信道在整个系统的覆盖区域内复用。,（3）大区制与小区制的区别,大区制 基站发射功率大 覆盖区域广 频率不能复用,小区制（蜂窝） 基站发射功率小 覆盖区域小（小区） 频率复用 越区切换和中央控制,2、小区制,将整个服务区分为若干个小区，每一小区设一基站，负责与小区内所有移动台的无线通信。 设置移动交换中心，统一控制基站的协调工作，保证移动用户得到完善的服务。 思考：会带来哪些问题？ 如何复用频率？ 如何越区切换？,（4）小区制区域覆盖的实现,2、小区制,全向天线辐射的覆盖区是

14、个圆形。 在考虑交叠之后，有效覆盖区是一个多边形。,无缝隙地覆盖整个平面的服务区，哪种几何形状最合适？,2、小区制,（5）小区形状的选择,三种形状小区的比较,2、小区制,（5）小区形状的选择,在覆盖区面积一定的情况下，正六边形小区的形状最接近理想的圆形，所需的基站数最小，最经济。 小区形状为六边形的小区制移动通信网称为蜂窝网。,（5）小区形状的选择,2、小区制,3、区群,（1）区群（簇）的概念 指共同使用全部可用频率的N个小区。 区群的特点 在一个区群内各小区使用不同的频率，不同的区群可以重复使用相同的频率。,3、区群,（2）区群大小的确定 满足两个条件： 区群之间可以邻接，且无缝隙无重叠地覆

15、盖。 各相邻同频小区的距离相等。 区群内的小区个数应满足下式：,3、区群,（2）区群大小的确定,AMPS系统中N=7； GSM系统中N=3或4。,区群内的小区个数N的典型取值,3、区群,共同使用全部可用频率的相邻的7个小区组成一个区群。 多个区群彼此邻接，且无空隙、无重叠地进行覆盖。,（3）蜂窝网频率复用的实现,3、区群,问题： 1.蜂窝网是如何确定同频小区呢？ 2.如何保证相邻同频小区之间的距离相等？,（3）蜂窝网频率复用的实现,3、区群,4、 信道（频率）分配,问题提出 如何为一个区群的各个小区分配信道 解决思路 频道分组 频道指配 固定分配 动态分配,4、 信道（频率）分配,（1）分区分

16、组配置法 原则 尽量减小占用的总频段，提高频段利用率； 小区内采用无三阶互调的相容信道组，避免互调干扰。 缺陷 未考虑同一信道组中的频率间隔，可能会出现较大的邻道干扰。,（1）分区分组配置法 举例：7小区结构，每个小区6个信道。,4、 信道（频率）分配,（2）等频距配置法 原则 按等频率间距来配置信道，利用频距避免邻道干扰。 缺陷 可能存在三阶互调项。,4、 信道（频率）分配,2、等频距配置法 举例：7小区结构，每个小区6个信道。,4、 信道（频率）分配,（3）上述两种方法的共同特点及问题 分区分组配置法和等频距配置法都采用了固定分配策略 为每个小区分配一组预先设定的信道。 小区中的任意呼叫都只能使用该小区中的空闲信道。 如果小区中的所有信道都被占用，则呼叫阻塞。,4、 信道（频率）分配,（3）上述两种方法的共同特点及问题 解决方法：借用策略 当一个小区中没有空闲信道时，可以从相邻的小区借用信道。 信道借用由移动交换中心（MSC）管理。 借用过程不能中断或干扰借出小区的正在进行的呼叫。