无线通信原理与应用[详细]

理工大学通信工程学院11无线通信原理与应用AbisA接口MSBSSOMC-R操作维护中心BSC基站控制器MSC移动交换中心BTS基站收发信机BTS基站收发信机BTS基站收发信机MSMSUm数字移动通信2002年10月InstituteofCommunicationEngineeringUST2第2章蜂窝系统设计的基础2.1无线通信基础知识2.2蜂窝移动通信的基本技术2.3蜂窝通信中的干扰与信道配置2.4蜂窝通信系统的容量与服务等级InstituteofCommunicationEngineeringUST32.1无线通信基础知识2.1.1无线通信的频谱环境长波30－300KHz10-1km中波0.3-1.5MHz1000-200m短波1.5-30MHz100-10m超短波:米波30-300MHz10-1m微波：分米波0.3－3GHz100-10cm厘米波3-30GHz10-1cm毫米波30-300GHz10-1mm亚毫米波300-3000GHz1-0.1mm光波：红外光3103-3105GHz100-1m可见光3105-3106GHz0.8-0.4mInstituteofCommunicationEngineeringUST42.1.1无线通信的频谱环境传播方式InstituteofCommunicationEngineeringUST52.1无线通信基础知识2.1.1无线通信的频谱环境在陆地移动通信中,电波频率越低，绕射性能越强，电波频率越高，反射性能越强。InstituteofCommunicationEngineeringUST62.1.2工作方式移动通信按工作方式及频率使用方式分，可分为：单工（同频、异频单工）、双工（同频、异频双工）和半双工通信。InstituteofCommunicationEngineeringUST72.1.2工作方式一、单工通信1、单工通信概念：所谓单工通信是指通信双方的电台交替地进行收信和发信，某一方收发信不能同时进行。InstituteofCommunicationEngineeringUST82.1.2工作方式2、单工通信分类根据收发频率的异同，又可分为同频单工（收发采用相同的频率）和异频单工（收发采用两个不同的频率，两个频率相隔一个较大的间隔：150MHz频段为5.7MHz，450MHz频段为10MHz，900MHz频段为45MHz）两类。InstituteofCommunicationEngineeringUST92.1.2工作方式3、单工通信工作原理：InstituteofCommunicationEngineeringUST102.1.2工作方式4、单工通信的特点：优点：设备简单（收发合用部分电路或部件）、省电、成本低。缺点：由于使用PTT（Push-To-Talk）按讲开关，使用不方便（不习惯）5、单工通信应用：特殊训练的场合，如部队、警察、调度等通话相对少而简练的场合。InstituteofCommunicationEngineeringUST112.1.2工作方式二、双工通信（也称全双工通信）1、双工通信概念：所谓双工通信是指通信双方可同时进行信息传输（而不需交替地进行收信和发信，某一方收发信机能同时工作）的工作方式，区别于后面的半双工通信，这种方式也称为全双工通信。InstituteofCommunicationEngineeringUST122.1.2工作方式2、双工通信分类：双工通信可分为频分双工（FDD：收发采用两个不同的频率，间隔同前，也称异频双工）和时分双工（TDD：收发采用一个的频率，也称为同频双工，家用无绳电话中多为此种方式）两类。InstituteofCommunicationEngineeringUST132.1.2工作方式3、双工通信工作原理：InstituteofCommunicationEngineeringUST142.1.2工作方式4、双工通信的特点：优点：使用方便（同普通电话一样）缺点：设备较复杂、耗电大（特别对移动环境下以电池作为电源的移动台则更不利）—改进做法：移动台采用单工方式，基地台采用双工方式，即所谓的半双工通信。InstituteofCommunicationEngineeringUST152.1.3调制方式分类调制方式、种类的表示符号，对于调制种类的符号表示要反映调制形式的全貌和所需带宽。不同的调制种类由四部分构成：最前面的数字表示这种调制种类所占用的带宽（单位为kHz）；第二部分为一个字母，说明主载波的调制形式；第三部分为一个数字，说明信息传输种类；第四部分为一个字母，表明辅助特性。InstituteofCommunicationEngineeringUST162.1.3调制方式分类调制种类的符号表调制种类的符号表InstituteofCommunicationEngineeringUST172.2蜂窝移动通信的基本技术调制种类的符号表大区制移动通信的构成2.2.1大区制移动通信系统及其局限性基地台市话移动台移动台大区制的缺陷：覆盖范围有限系统容量受限系统设备受限InstituteofCommunicationEngineeringUST18第一个移动电话服务诞生于1946年用于无线电调度，如急救、警察、出租车等基本特点是发射功率大、基站覆盖区域大蜂窝概念有限的频率资源和不断增加的用户之间的矛盾，七十年代贝尔实验室提出了蜂窝覆盖的概念，随后得以发展并商用化固态技术的成熟手持机面向公众，如BB机、对讲机等模拟蜂窝电话获得成功AMPS，TACS，……2.2.2蜂窝概念的形成InstituteofCommunicationEngineeringUST192.2.3小区制移动通信系统构成及其特点小区制蜂窝移动通信的构成BSBSBSBSBSBSBSMSC市话局InstituteofCommunicationEngineeringUST20•小区制移动通信系统特点利用小区覆盖，频率重用提高系统容量系统需要进行频率规划，克服同频干扰系统需要进行过境切换，保证通话连续系统需要进行用户管理，保证漫游实现InstituteofCommunicationEngineeringUST212.2.4蜂窝通信的基本原理一、小区、区群与频率重用小区形状的确定小区的实际覆盖想象的覆盖理想的覆盖实际的覆盖InstituteofCommunicationEngineeringUST22无线区群构成区群内每个小区使用不同的频率区群的形状能够无缝覆盖整个区域区群间同频小区的距离保持相等无线区群的几种形状N=3N=4N=7InstituteofCommunicationEngineeringUST23无线区群N的数目N=i2+ij+j2其中，i与j是正整数，（i=0,j=0,i+j0）ij同频小区之间距离D小区半径r同频复用因子Q＝D／rInstituteofCommunicationEngineeringUST24无线区群N的数目N=i2+ij+j2InstituteofCommunicationEngineeringUST25二、信道总数与频率重用6754321675432167543216754321675432167543216754321蜂窝通信的基本原理InstituteofCommunicationEngineeringUST26频率重用与同信道干扰6754321675432167543216754321675432167543216754321全向天线中心激励的同信道干扰1111111InstituteofCommunicationEngineeringUST276754321675432167543216754321675432167543216754321定向天线顶点激励的同信道干扰1111111频率重用与同信道干扰InstituteofCommunicationEngineeringUST28三、小区分裂分裂前小区结构675432167543216754321675432167543216754321675432167543216754321分裂后小区结构InstituteofCommunicationEngineeringUST29四、过境切换BSBSBSBSBSBSBSMSC:扫描接收、判定位置、准备信道、切换信道市话局InstituteofCommunicationEngineeringUST302.3信道分配策略1、固定分配（2）分区分组配置法–原则＊尽量减小占用的总频段，以提高频段的利用率；＊同一区群内不能使用相同的信道，以避免同频干扰；＊小区内采用无三阶互调的相容信道组，以避免互调干扰。InstituteofCommunicationEngineeringUST312.3信道分配策略1、固定分配（1）分区分组配置法–举例设给定的频段以等间隔划分为信道，按顺序分别标明各信道的号码为：1，2，3，…。若每个区群有7个小区，每个小区需6个信道，按上述原则进行分配，可得到：•第一组1、5、14、20、34、36•第二组2、9、13、18、21、31•第三组3、8、19、25、33、40•第四组4、12、16、22、37、39•第五组6、10、27、30、32、41•第六组7、11、24、26、29、35•第七组15、17、25、28、38、42InstituteofCommunicationEngineeringUST322.3信道分配策略1、固定分配（1）分区分组配置法–特点避免三阶互调；但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。每组信道数增加时，频谱利用率降低。InstituteofCommunicationEngineeringUST332.3信道分配策略（1）分区分组配置法–无三阶互调信道组校验方法在一个信道组内，若任意两个信道序号的差值均不相等，则该信道组是无三阶互调的信道组。InstituteofCommunicationEngineeringUST342.3信道分配策略1、固定分配（2）等频距配置法–1．方法按等频率间隔来配置信道的，只要频距选得足够大，就可以有效地避免邻道干扰。这样的频率配置可能正好满足产生互调的频率关系，但正因为频距大，干扰易于被接收机输入滤波器滤除而不易作用到非线性器件，这也就避免了互调的产生。。InstituteofCommunicationEngineeringUST352.3信道分配策略1、固定分配（2）等频距配置法–举例等频距配置时可根据群内的小区数N来确定同一信道组内各信道之间的频率间隔，例如，第一组用（l，1＋N，l＋2N，l＋3N，…），第二组用（2，2＋N，2＋2N，2＋3N，…）等。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、…InstituteofCommunicationEngineeringUST36若按N=7，采用顶点激励InstituteofCommunicationEngineeringUST372.3信道分配策略2、动态分配法（1）引入原因以上讲的信道配置方法都是将某一组信道固定配置给某一基站，这只能适应移动台业务分布相对固定的情况。事实上，移动台业务的地理分布是经常会发生变化的，如早上从住宅区向商业区移动，傍晚又反向移动，发生交通事故或集会时又向某处集中。此时，某一个小区业务量增大，原来配置的信道可能不够用了；而相邻小区业务量小，原来配置的信道可能有空闲；小区之间的信道又无法相互调剂，因此频率的利用率不高。这就是固定配置信道的缺陷。InstituteofCommunicationEngineeringUST382.