移动通信-第3章-移动通信组网原理

第三章移动通信组网原理3.1多信道共用技术3.1.1话务量与呼损率1.话务量话务量：是度量通信系统业务量或繁忙程度的指标，是指单位时间内（1小时）进行的平均电话交换量。话务量分为流入话务量和完成话务量。•若话务量A表示，则A=S·（2-88）S：每次呼叫平均占用信道的时间，单位为“小时/次”。：每小时的平均呼叫次数（流入话务量），单位为“次/小时”。话务量A是无两纲的量，命名为“爱尔兰”简称Erl。如果一个小时内不断地占用一个信道，则其呼叫话务量为1爱尔兰，是一个信道具有的最大话务量。设在100个信道上，平均每小时有2100次呼叫，平均每次呼叫时间为2分钟，则这些信道上的呼叫话务量为2.呼损率设完成话务量用A0表示，则A0=0S(2-89)0：单位时间内呼叫成功的次数。ErlA706022100则呼损率B为呼损率也称通信网的服务等级。呼损率越小，成功呼叫的概率越大，服务等级越高。但是，呼损率和流入话务量是相互矛盾的，也即服务等级和信道利用率是矛盾的，使呼损率变小，只有让流入的话务量小，要折中处理。)902(00AAAB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。)912(!/!/1niiniAnAB•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。)922()1(0nBAnA•呼损率和话务量与信道数及信道利用率的关系如书P128表5-2，由表可见，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。3.用户忙时的话务量•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全日话务量忙时话务量k)932(36001kTCaC：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）。3.1.2每个信道能容纳的用户数每个信道所能容纳的用户数m为)942(3600/kTCnAanAm•由书中P129表5-3可以看出，增加呼损率B，能够容纳更多的用户（加大流入的话务量）,但服务等级下降。3.2移动通信环境下的干扰•在移动通信的无线网设计中，解决无线覆盖区和无线电干扰是两大难题。•无线电干扰一般分为同频道干扰、邻频道干扰、互调干扰、阻塞干扰和近端对远端的干扰等。1.同频道干扰：所有落在收信机通带内的与接收信号频率相同或相近的干扰信号。•基本措施：是通过基站站址布局（保持同频复用距离）、合理的覆盖区设计及频道配置。2.邻频道干扰工作在ｋ频道的接收机受到工作于ｋ土1频道的信号的干扰，即邻道(k土１频道）信号功率落入ｋ频道的接收机通带内造成的干扰称为邻频道干扰。•解决措施：(1）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；(2)提高接收机的邻频道选择性；(3)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。３互调干扰在专用网和小容量网中，互调干扰可能成为组网较关心的问题。•两类互调干扰：发射机互调干扰和接收机互调干扰。（1）发射机互调于扰一部发射机发射的信号进入了另一部发射机，并在其末级功放的非线性作用下与输出信号相互调制，产生不需要的组合干扰频率，对接收信号频率与这些组合频率相同的接收机造成的干扰，称为发射机互调干扰。（2）接收机互调干扰当多个强干扰信号进入接收机前端电路时，在器件的非线性作用下，干扰信号互相混频后产生可落入接收机中频频带内的互调产物而造成的干扰称为接收机互调干扰。•三阶互调干扰一般非线性器件输出电流ic与电压的关系为ak：非线性器件的特性系数，通常a1a2a3…•假设有两个信号同时作用于非线性器件，即tBtAuBAcoscos332210uauauaaic•ic式失真项为在n=3三阶失真项中，会出现这两种组合干扰对接收机的影响比较大，并称为三阶互调干扰。,4,3,2)coscos(ntBtAanBAnn0022ABBA4阻塞于扰当外界存在一个离接收机工作频率较远，但能进入接收机并作用于其前端电路的强干扰信号时，由于接收机前端电路的非线性而造成对有用信号增益降低或噪声增高，使接收机灵敏度下降的现象称为阻塞干扰。这种干扰与干扰信号的幅度有关，幅度越大，干扰越严重。当干扰电压幅度非常强时，可导致接收机收不到有用信号而使通信中断。5.近端对远端的于扰当基站同时接收从两个距离不同的移动台发来的信号时，距基站近的移动台Ｂ（距离ｄ2)到达基站的功率明显要大于距离基站远的移动台Ａ（距离ｄ1，d2d1）的到达功率，若二者频率相近，则距基站近的移动台Ｂ就会造成对距基站远的移动台Ａ的有用信号的干扰或仰制，甚至将移动台Ａ的有用信号淹没。这种现象称为近端对远端干扰（远近效应）。3.3区域覆盖和信道分配•移动通信网：是承接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。信息交换包括话音、数据、传真和图象等。•移动通信网的服务区域覆盖可分为两类：1.小容量的大区制；2.大容量的小区制（蜂窝系统）。3.3.1大区制•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•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。3.3.2小区制•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，实现小区之间移动用户通信的转接，以及移动用户与市话用户的联系。•区群：由采用不同信道的若干小区组成的覆盖区域。•频率复用：将相同的频率在相隔一定距离的小区中重复使用。要求：使用相同频率的小区（同频小区）之间干扰足够小，只有不同区群中的小区才能进行频率复用（或信道再用）。•n频制：称采用不同信道的n个小区组成的区群为n频制。1.带状网适用范围：用于覆盖铁路、公路和海岸线等a：采用有向天线b.采用全向天线•带状网的同频干扰•r：小区半径；•ds：信号传输距离；•n：一个区群内小区的个数。a：相邻小区的交叠宽度；d1：同频干扰传输距离；I/S：干扰信号比。最不利情况下，同频干扰：2.蜂窝网(1)小区形状正多边形无空隙、无重叠小区覆盖的三种形状。•三种形状小区比较•在服务区域一定的情况下，用正六边形小区所需的基站最少。•蜂窝网：小区形状为正六边形的移动通信网。蜂窝移动通信网(2)区群组成•组成：由采用不同信道的若干小区组成。区群附近的若干小区不能用相同的信道。•应满足的两个条件：a.区群之间可以相邻，且无空隙、无重叠覆盖；b.保证各相邻小区之间的距离相等。•区群内的小区数应满足：•i,j：正整数。22jijiN（3）同频小区的距离同信道小区中心之间的距离R：小区辐射半径；N：小区数。区群内小区数N越大，D越大，抗干扰强。rNrjijiiijrD3)(3)2/3()2/(32222ji(4)中心激励与顶点激励a.中心激励（采用全向天线）b.顶点激励（采用定向天线）•采用定向天线可以减少同道干扰；消除小区内障碍物的阴影区。（5）小区的分裂无线小区还可以继续划小为微小区（Microcell)和微微小区(Piccell)以不断适应用户数增长的需要。•若系统中所有小区都按原小区半径的一半分裂，则理论上，系统容量增长接近4倍。•根据服务区内用户的密度不同，在用户密度高的区域，将小区面积划小，采用小区分裂的方法。•小区制的优点：1.提高了频谱利用率（最大的优点）；2.基站的功率减小，使相互间的干扰减少；3.小区的服务范围可根据用户的密度确定定，组网灵活。3.3.2信道配置•信道(频道)配置：主要解决将给定的信道（频率）如何分配给在一个区群的各小区。（针对FDMA、TDMA系统）•信道配置的方式：分区分组配置法和等频间距配置法1.分区分组配置法•配置原则：（1）尽量减少占用的总频段。（2）同一区群内不能使用相同的信道；（3）小区内采用无三阶互调的相容信道。•相容信道：无三阶互调干扰的信道。例如：假设频段以等间隔划分为信道，按顺序标明信道的号码N=1,2,3,4,…，若每个区群7个小区，每个小区6个信道，按上述原则进行分配，可得：•可以利用频道序号的差值有无相同，判别一组频道中是否存在三阶互调干扰。如果存在三阶互调干扰，则di,x=dk,ji,j,k,x：；频道序号；di,x，dk,j：频道序号差值。利用计算机搜索来得到无三阶互调干扰的相容信道。上面的例题使用42信道并且只占用42信道的频段，是最佳的分配方案。（在很多方案中占用信道数大于需要信道数。）•缺陷：由于出发点是避免三阶互调干扰，没考虑同一信道组的频率间隔，可能会出现较大的邻道干扰。2.等频距配置法等频距配置法：按等频率间隔来配置信道。只要频距选得足够大，就可以有效地避免道干扰和互调干扰（虽然这样的频率配置可能正好满足产生互调的频率关系di,x=dk,j，但频距大，接收机滤波器可以滤除干扰）。•若需要Ｍ个信道，将其分为Ｎ个信道组，则每个信道组中有M/N个信道，Ｎ(小区个数)个信道组的信道序列号可以确定如下：K+j·NＫ=1,2,3,…,N；j=0,1,2,3,…，(M/N)-1K：信道组的序列号。例如Ｎ=７，则信道的配置为；第一组１、８、１５、２２、２９、…第二组２、９、１６、２３、３０、…第三组３、１０、１７、２４、３１、…第四组４、１１、１８、２５、３２、…第五组５、１２、１９、２６。３３、…第六组６、１３、２０、２７、３４、…第七组７、１４、２１、２８、３５、…•最小频率间隔为７个信道间隔，若信道间隔为25kHz，则最小频率间隔可达175kHz，接收机的输入滤波器便可有效地抑制邻道干扰和互调干扰。•我国GSM网和TACS网均采用了这种方法•若采用定向天线，每个基站应配置三组信道，例如Ｎ=7，每个区群就需有２１个信道组。3.3.3信道分配策略两类信道分配策略：固定的信道分配策略和动态的信道分配策略。1.固定的信道分配策略：将一组信道固定配置给某一基站。优点：控制方便，投资少。缺点：信道利用率低。2.动态的信道分配策略:信道不固定或部分不固定地配置给各基站。•可分为动态配置和柔性配置。1.动态配置：随业务量的变化重新配置全部信道（信道全部不固定）。2.柔性配置：准备若干个信道，需要时提供给某小区（信道部分不固定）。•动态配置法的优、缺点：优点：频率利用率高；缺点：控制复杂。(考虑各类干扰、计算、存储和设备因素）3.4网络结构3.4.1基本结构移动用户基站交换机固定网络固定用移动用户基站交换机基站移动用户•通常每个基站要同时支持50路话音呼叫，每个交换机可以支持近100个基站，交换机到固定网络之间需要5000个话路的传输容量。•交换机组成和基本原理(a)交换机的组成(b)交换机的基本原理•交换机（移动交换中心MSC)功能：除具备常规交换机的功能外，还负责移动性管理和无线资源管理。如越区切换、漫游、用户位置登记管理等。•基站的组成•模拟蜂窝移动通信网由三大部分组成：移动交换局(MTSO)（移动交换中心(MSC)）、基站(BS)和移动台(MS).公众通信网MSBSBSMSBSBS