6第四章组网技术

第四章组网技术移动通信——第四课组网技术第四章组网技术知识点—移动通信的多址技术—大区制、小区制、频率分配—信令的形式—信道复用及话务量—天线共用器难点—信道分配方法—信道选择方式—话务量计算要求掌握：—FDMA、TDMA、CDMA概念—小区制的构成及信道分配理解：—信道自动选择方式话务量和呼损简介1.呼叫话务量2.呼损率4.用户忙时的话务量3.信道利用率5.计算每个信道容纳用户数1.呼叫话务量话务量：是指单位时间（1小时）内进行的平均电话交换量。意义度量通信系统通话业务量或繁忙程度的指标表达式如果在一个小时内不断地占用一个信道，则其呼叫话务量为1Erl(爱尔兰)C：每小时的平均呼叫次数（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）0ACt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，简称呼损率(B)，也称为系统的服务等级(或业务等级)。计算方法①利用完成话务量②ErlangB公式（阻塞呼叫清除公式）2.呼损率①利用完成话务量计算呼损率完成话务量A´为呼叫成功而接通电话的话务量C0：一小时内呼叫成功而通话的次数t0：每次通话的平均占用信道的时间呼损率可见，呼损率与话务量是一对矛盾，即服务等级与信道利用率是矛盾的。0'100%iCCCAABACC00'ACt如果呼叫有以下性质：1.每次呼叫相互独立，互不相关（呼叫具有随机性）；2.每次呼叫在时间上都有相同的概率；并假定移动通信系统的信道数为n；则呼损率可用爱尔兰呼损公式计算：该式就是电话工程中的爱尔兰公式。1/!/!nniiAnBAi②ErlangB公式计算呼损率信道的利用率：每小时每信道的完成话务量。利用率提高可以使呼损率B加大，利用率的提高要与呼损率综合考虑。结论：•B一定的条件下随n的增大，A不断增加。•随n的加大而增长；•n3时，A随n接近指数规律增长；•n6时，A随n接近线性规律增长；•n8之后，增长很慢。因此同一基站的共用信道数不宜过多。0(1)AABnn3.信道的利用率ErlangB公式计算呼损率例题有一个系统容量n=10（条线），流入的业务强度A=6erlang，系统服务的用户很多，可计算这个系统的呼损率为：B=0.043142（4.3%）在不同呼损率B的条件下，信道利用率也是不同的爱尔兰呼损表根据ErlangB公式，知道三个参数A、B和n中的任何两个，就可以从爱尔兰呼损表查出需要的第三个参数。例如可以从下表中找到B，A，n三者。A：流入业务的流量强度（话务量）n：系统容量（电路数量）nkkvnkAnAPB0!!B1%2%5%10%20%nAAAAA10.01010.0200.0530.1110.2551.3601.6572.2192.8814.010104.4605.0926.2167.5119.6852012.03113.18115.24917.16321.635n)B(AnA10•繁忙小时集中度k（集中系数）：忙时话务量与全日的话务量之比。•设最忙的时间为1小时，则k取10%至15%，每用户的忙时话务量为C：通信网中每一用户每天平均呼叫次数（次/天）。T：每次呼叫的平均占用信道时间(秒/次）。13600aCTkk忙时话务量全日话务量4.用户忙时的话务量5.计算每个信道容纳用户数在考虑通信系统的用户数和信道数时，应采用“忙时平均话务量”(1)先定义繁忙小时集中率(2)再计算每个用户最繁忙的那个小时的统计平均话务量Aα(3)最后得每个信道所能容纳的用户数例题某移动通信系统，每天每个用户平均呼叫10次，每次占用信道平均时间80秒，要求呼损率10%，忙时集中率K=0.125，问给定8个信道可容纳多少用户？解：1．利用爱尔兰损失概率表，查表求得：A=5.597Erl2．求每个用户忙时话务量Aa3．每个信道能容纳的用户数m4．系统所容纳的用户数：88205/.An/AmaK忙时话务量全日话务量13600aACTK13600aaAAAnAnmAnCTK205.8mn用户用户/Erl.CTKAa0272036001多址接入技术多址接入方式1.频分多址方式（FDMA）2.时分多址方式（TDMA）3.码分多址方式（CDMA）4.空分多址方式（SDMA）目前应用的多址方式频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)及其混合方式等信道3信道1信道N信道2ftc多址接入方式建立多址接入时区分信道的依据频分多址方式（FDMA）传输信号的载波频率不同时分多址方式（TDMA）传输信号存在的时间不同码分多址方式（CDMA）传输信号的码型不同信道1信道2信道3信道Nftcftc信道2信道1信道3信道N图FDMA、TDMA、CDMA的示意图FDMATDMACDMA多址接入方式1.频分多址（FDMA）方式①频谱分割原理②主要干扰③特点①FDMA频谱分割原理每个用户分配一个信道，即一对频谱较高的频谱用作前向信道，即基站向移动台方向的信道较低的频谱用作反向信道，即移动台向基站方向的信道必须同时占用2个信道（2对频谱）才能实现双工通信基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转设置频道间隔，以免因系统的频率漂移造成频道间重叠前向信道与反向信道之间设有保护频带用户频道之间，设有保护频隙图FDMA系统频谱分割示意图②FDMA的主要干扰干扰方式起因解决方法互调干扰系统内非线性器件产生的各种组合频率成份落入本频道接收机通带内选用无互调的频率集邻道干扰相邻波道信号中存在的寄生辐射落入本频道接收机带内加大频道间的隔离度同频干扰相邻区群中同信道小区的信号造成的干扰适当选择频道干扰因子Q③FDMA系统的特点每信道占用一个载频，信道的相对带宽较窄，即通常在窄带系统中实现符号时间平均延迟扩展（Ts），所以码间干扰较少，无需自适应均衡基站复杂庞大，易产生信道间的互调干扰必须使用带通滤波器来限制邻道干扰越区切换复杂，必须瞬时中断传输，对于数据传输将带来数据的丢失sT2.时分多址（TDMA）方式①工作原理②系统特点①TDMA工作原理在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙，无论帧或时隙都是互不重叠的。每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户。基站按时隙排列顺序发收信号，各移动台在指定的时隙内收发信号。MS3MS1MS2BS时隙帧时隙N……时隙3时隙2时隙1保护比特信息数据同步比特尾比特一个TDMA帧图TDMA帧结构图TDMA系统工作示意图②TDMA系统的特点突发传输的速率高，远大于语音编码速率，因为TDMA系统中需要较高的同步开销发射信号速率随N的增大而提高，引起码间串扰加大，所以必须采用自适应均衡不需双工器基站复杂性小，互调干扰小抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大越区切换简单，可在无信息传输时进行，不会丢失数据3.码分多址（CDMA）方式①工作原理②系统特点③存在问题①CDMA的工作原理码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息CDMA系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间和空间上都可能重叠系统的接收端必须有完全一致的本地地址码，才能对接收的信号进行相关检测MSNMS1MS21c2c1C2CNcNCMSCBS图CDMA系统工作示意图导频信道寻呼信道寻呼信道业务信道业务信道业务信道业务信道业务信道同步信道CDMA下行链路（信道）（1.23MHz)171n242555W0W32W1W7W8W31W33W63业务数据控制子信道(a)基站到移动台的下行链路接入信道接入信道业务信道业务信道业务信道用户地址1n1255(b)移动台到基站的上行链路①CDMA的工作原理•导频信道：用于传送导频信息。•同步信道：用于传送同步信息。•寻呼信道：供基站在呼叫建立阶段传输控制信息。•接入信道：与正向传输(基站到移动台）的寻户信道相对应，提供移动台到基站的传输通路。供移动台发起呼叫、对基站的寻呼进行响应及向基站发送登记注册信息等。①CDMA的工作原理②CDMA系统的特点多用户共享同一频率通信容量大容量的软特性多增加一个用户只会使通信质量略有下降，不会出现硬阻塞现象由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以减小多径衰落信道数据速率很高，无需自适应均衡平滑的软切换和有效的宏分集，不会引起通信中断低信号功率谱密度的好处抗窄带干扰能力强对窄带系统的干扰很小，可以与其它系统共用频段CDMA系统的软切换过程每当移动台处于小区边缘时，同时有两个或两个以上的基站向该移动台发送相同的信号，移动台的分集接收机能同时接收合并这些信号，此时处于宏分集状态当某一基站的信号强于当前基站信号且稳定后，移动台才切换到该基站的控制上去，这种切换可以在通信的过程中平滑完成，称为软切换Play③CDMA系统存在的问题多址干扰不同用户的扩频序列不完全正交，扩频码集的非零互相关系数会引起用户间的相互干扰。“远-近”效应移动用户所在的位置的变化以及深衰落的存在，会使基站接收到的各用户信号功率相差很大，强信号对弱信号有着明显的抑制作用。解决方法使用功率控制4.空分多址（SDMA）方式通过空间的分割来区别不同的用户•常与FDMA、TDMA、CDMA结合使用①工作原理②蜂窝系统中反向链路的困难③自适应式阵列天线①SDMA的工作原理使用定向波束天线在不同用户方向上形成不同的波束相同的频率（在TDMA或CDMA系统中）或不同的频率（在FDMA系统中）用来服务于被天线波束覆盖的这些不同区域图SCDM系统工作示意图②蜂窝系统中反向链路的困难反向链路的困难原因解决方法用户端的发射功率必须动态控制各用户和基站间无线传播路径的不同采用空分多址方式反向控制用户的空间辐射能量对用户端发射功率的控制程度受限发射受到用户单元电池能量的限制③自适应式阵列天线自适应式天线提供了最理想的SDMA无穷小波束宽度无穷大快速搜索能力提供在本小区内不受其他用户干扰的唯一信道克服多径干扰和同信道干扰三种多址接入方式的理论容量假设三种多址系统均有WMHz的带宽；每个用户未编码比特率都为Rb，每种多址系统均使用正交信号波形，则最大用户数再假定任何多址系统每个用户接到的能量是Sr，则接收到的总能量假设所需的信噪比（SNR）或（单位比特能量与噪声谱密度比）与实际值相等，即由此得出：所以从理论上说，各种多址技术具有相同的容量理论上讲各种多址接入方式都有相同的容量推导brbractualbreqobRNM/PNR/S)NE()NE(00000(/)(/)rbbreqPNMREN00(/)(/)rFDMATDMACDMAbbreqPNMMMRENrrMSPbbWTRWM容量区域覆盖和信道配置蜂窝小区区域覆盖信道分配策略频率复用和蜂窝小区解决频率资源有限和用户容量问题区域覆盖方式小容量的大区制•一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大•利用分集接收等技术来保证上行链路的通信质量•只能适用于小容量的通信网大容量的小区制•频率复用将覆盖区域划分为若干小区，每个小区设立一个基站服务于本小区，但各小区可重复使用频率•带来同频干扰的问题切换和位置管理•大区制：在一个服务区域内只有一个或几个基站(BS)。•基站作用：负责移动通信的联络和控制。大区制移动通信R：分集接收站小容量的大区制•特点：天线架设得高；发射机输出功率大（200W)；服务区内所有频道都不能重复；覆盖半径大约为30km至50km。•优点：组成简单，投资少，见效快。•缺点：服务区内的所有频道（一个频道包含收、发一对频率）的频率都不能重复，频率利用率和通信容量都受到了限制。•适用范围：主要用于专网或用户较少的地域。小容量的大区制•小区：把整个服务区域划分为若干个无线小区（cell)，每个小区分别设置一个基站。半径2至20km，小的1至3km、500m.•功率：5至20W.•基站作用：负责本区移动通信的联络和控制，又可在移动业务交换中心（ＭＳＣ）的统一控制下，实现小区之间移动