教案PPT无线移动通信2

1、通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章 蜂窝网的概念概述小区与区群的概念信道分配策略过区切换干扰和系统容量提高蜂窝网系统容量下一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念早期：采用大区制特点：高架天线、大功率发射机增大覆盖面积缺点：服务范围仍然有限每个频道每一时刻只能服务一个用户，限制了系统容量改进：将整个服务区划为许多小的区域(小区)每个小区设置一个基站，它只覆盖本小区的区域相邻小区使用不同的频道，但相距一定距离的小区可以采用相同的频道例：30个双向频道大区制时只能有30个用户同时通信小区制时：分为30个小区，相邻

2、3个小区采用不同的频道，每个小区有10个双向频道整个服务区可同时为300个用户提供服务如果将小区进一步划小，可获得更大的容量2.1 概述下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念一、小区的形状：全向天线辐射信号的覆盖区域是圆形的不留空隙地覆盖整个服务区，小区之间必然有重叠若所有小区形状相同，考虑了重叠部分之后，实际的小区形状为正多边形（有三种形式）2.2 小区与区群的概念下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念一、小区的形状（续）：可以计算出：在相同小区

3、半径的情况下，采用正六边形的小区形状，相邻小区的重叠部分最少，小区的面积最大。意义：采用这种形状的小区覆盖相同的服务范围所需的基站最少（成本最低），且相邻小区之间的相互干扰最小。此时，其整体构架类似于蜂窝，故称为“蜂窝网”。2.2 小区与区群的概念下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念二、区群的构成：在小区范围之内，无线电信号要保持足够的强度（有效通信距离为小区的半径）；但无线电信号不可能只限制在小区的范围之内。因此，为了减小同频道干扰，相邻小区不能使用相同的频道。但如果两个小区足够远，则它们可以采用相同的频道。区群的定

4、义： 相邻的使用不同频道的所有小区，但这些小区共同使用了系统提供的所有频道资源。 含义：区群中的每个小区只使用了部分频率资源，但区群则包含了全部的频率资源。2.2 小区与区群的概念下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念2. 区群内的小区数：为了设计的简单和布局的合理，区群的组成应满足以下两个条件：区群应无空隙无重叠地对服务区域进行覆盖各相邻同频道小区的距离相同。1）区群内的小区数： 要满足以上两个条件，区群内的小区数应满足：N=i2+ij+j2, (i，j为任意正整数）N1，3，4，7，9，12，13，16，19，21，

5、2.2 小区与区群的概念下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念2.2 小区与区群的概念2）区群的形状： 下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念2.2 小区与区群的概念3. 相邻同频道小区位置的确定方法：1）从当前小区开始，沿任意一条边的垂直方向数i个小区；2）顺（逆）时针方向旋转60度，再数j各小区。 则该小区为当前小区的一个相邻同频道小区。 每个小区有六各相邻同频道小区。 下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学

6、第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念2.2 小区与区群的概念4. 相邻同频道小区的距离：1）相邻小区之间的中心距离：r3)2/ r (rd2202）相邻同频道小区的距离：002220200Id3Ndjiji)jd23()jd21(iddNIdIdIdId同频道干扰下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念5. 小区的激励形式：中心激励：基站设在小区的中心（全向天线）；顶点激励：基站设在小区的某几个顶点上（方向性天线） 例如：120度天线，三个顶点。 优点： 1）有利于避免小区内障碍物的阴影效应； 2）对干扰有一定隔离度，同

7、频道小区距离可适当减小。 缺点：控制复杂。2.2 小区与区群的概念下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念一、固定分配法将所有信道分成N组，每个小区固定使用其中的一组。1. 分组时的考虑： 每组中的频道不会形成明显的干扰。分区分组配置法（不产生三阶互调干扰）；等距离配置法（要求N值要足够大）。2. 优点：简单；缺点：可能造成频率资源的浪费。3. 改进：空闲频道借用。 当某个小区中的所有频道已使用完，又有新的呼叫请求时，从相邻的小区中借用空闲频道。2.3 信道分配策略下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学

8、西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念二、动态频道分配法：所有频道不是固定地分配给小区。只有在用户发出呼叫时，才为服务的小区分配频道。1. 分配时考虑的因素：同频道复用距离不会对本小区已经使用的其它频道产生明显的干扰以后呼叫阻塞的可能性、候选频道使用的频次，等2. 优缺点：优点：频率利用率搞，可适应业务分布的动态变化。缺点：控制复杂、开销较大（要求MSC增加存储量和运算量）2.3 信道分配策略下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念一、基本概念：1. 定义： 将当前正在通信的移动台的通信链路从当前基站转移到

9、另一基站的过程。（也称为ALT自动链路转换）2. 关键问题：切换的准则切换的控制切换时的信道分配2.4 过区切换下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念一、基本概念：3. 性能指标：切换失败的概率；切换失败导致通信中断的概率切换的速率切换引起通信中断的时间间隔切换发生的时延 4. 分类：硬切换：新链路建立前先中断旧链路。软切换：新旧链路同时保持，直到新链路可靠工作，再断开旧的链路2.4 过区切换下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念二、过区切换的准则

10、：1. 相对强度准则（准则）：选择最强信号的基站链路。2. 具有门限规定的相对强度准则（准则）：当前基站信号足够弱（门限），且新基站的信号强度优于本基站。3. 具有滞后余量的相对强度准则（准则）：新基站的信号强度比当前基站高出某一门限（滞后余量）。4. 具有滞后余量和门限规定的相对强度准则（准则）：新基站的信号强度比当前基站高出某一门限（滞后余量） ，且当前基站信号足够弱（门限）。2.4 过区切换下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念三、过区切换的策略：1. 移动台控制的过区切换：PACS、DECT等2. 网络控制的过区

11、切换：模拟网、TACS等3.移动台辅助控制的过区切换：IS-95、GSM等2.4 过区切换下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念四、过区切换的信道分配： 分配方法不同，服务的质量不同。1. 与呼叫请求相同的方法分配；2. 保留部分信道专门用于过区切换；3. 对切换请求进行排队。过区切换的其它问题 （多层网络结构）2.4 过区切换下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念 对于蜂窝网，干扰是影响系统性能和容量的主要因素干扰的主要类型：移动台：所属基站发给

12、其它移动台的信号（特别是相邻频道的信号）相邻同频道小区的同频道信号基站产生的三阶互调信号基站：本小区移动台的相互影响（特别是远近效应和邻道干扰）其它小区的同频道干扰此外，汽车火花干扰等外界干扰信号和噪声的影响。其中，同频干扰、邻道干扰和三阶互调干扰的影响最大，且无法根除。2.5 干扰和系统容量下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念一、同频干扰与系统容量： 对于蜂窝网，频率再用直接导致了同频干扰的存在。1.特点：不能靠简单地增加发射功率来克服。一般通过增大频率复用的距离来解决。 但复用距离的增加，又导致频率利用率（系统容量

13、的减小）。 实际应用中必须在二者中进行折中。2.5 干扰和系统容量下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念一、同频干扰与系统容量：2.分析： 假设同频道小区数为： 第i个同频道小区的干扰为： 则信噪比为：2.5 干扰和系统容量0iiI0i1iISIS0P一般情况下距离发射台d处的信号强度是d的函数：p一般情况下，n24设 处的信号功率为：则d处的功率为：0d-ndn00r)dd(PP下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念设所有的基站的发射功率都相同。

14、移动台距当前小区基站的距离为d； 距第i个同频道小区基站的距离为则：仅考虑相邻同频道小区的影响。如果N足够大，即最坏情况下，移动台处于小区的边缘即dr则：教材P27页公式（2.11）给出了更为精确的计算2.5 干扰和系统容量0i1n-iddISidr3NddIinnIN361dr61IS）（）（下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念例：在某系统中，接收机要求的信干比门限为n4，求系统允许的最大N。解：2.5 干扰和系统容量dB18IS1.8410dB18ISN361IS）（749. 6IS32为故：NN下一页回目录上一页

15、通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念二、邻道干扰1.定义：相邻频道之间的相互干扰2.产生原因：已调信号带外衰减不够快接收滤波器不够理想恶果：易产生远近效应3.解决方法： 在一个小区中（甚至相邻的小区中）不使用相邻频道。2.5 干扰和系统容量下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念三、互调干扰1.定义： 由于传输信道的非线性电路产生的新的组合频率的信号。 例如：当两个或多个不同频率的信号同时输入到非线性电路时，会产生许多谐波和组合频率分量。这些分量的频率如果和有用信号

16、的频率相同或接近，便会产生干扰。2.5 干扰和系统容量下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念2.产生机理：1）非线性器件的输入和输出的一般表示：2.5 干扰和系统容量0332210.iiicuauauauaai假设有两个信号同时作用于该非线性器件，即：tBtAuBAcoscos2ncoscosnBAtBtA）（则失真项为：下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念（1）n=2项展开后为：2.5 干扰和系统容量ttABtBtABABAcoscos2cos

17、cos22）（）（tAtAAA2cos2/11cos22）（)cos()cos(coscos2ttttABttABBABABA生干扰。都比较大，因此不易产相差和与和由于BABABA下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念（2）n=3项展开后为：2.5 干扰和系统容量3223322YXYYXXYX）（，也不易产生干扰。和其中立方项产生的是BA33型互调干扰）。阶三阶互调干扰（或三相近，故会产生干扰和它们与，和，而平方项中产生的有I22BABABA略不计。们的幅度较小，一般忽阶互调干扰。但由于它阶，称为相近的组合频率，和项中也

18、会产生一些与，同样，75.975nBA下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念3.相容频道（无三阶互调干扰的频道组）： 在一个通信系统中，为了避免三阶互调干扰，在分配频率时，应合理地选用频道集合中的频率，使它们产生的互调频率不在所选的频率组中。 产生的三阶互调干扰频率为：2.5 干扰和系统容量率为所选频率组的某个频、其中，或kjijixkjixffffffffff2,.)3 , 2 , 1(nn0nCBCff，频率，如下图：为了方便常用序号表示kjxCCCCi则：下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西

19、安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念2.5 干扰和系统容量kj,ix,jji,ddCCdi表示为：则三阶互调干扰还可以的差值为：设任意两个频道的序号可见：如果所选频道组中任意两个频道的差值都不相同，则该频道组为相容频道组。该问题可以采用图解的方式求解。例：1，2，4，6，8作业：试求1,2,5,10,12和1,2,5,7,10 这两组频道是否为相容频道下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念四、功率控制 功率控制是减小各种系统干扰的有效手段。1.基本思想： 当移动台距离基站较近时，以较小的发射功率进行通信；

20、反正，则以较大的发射功率进行通信。 2.常用方法： 开环功率控制闭环功率控制3.优点：可减小系统干扰，从而增大系统容量；可减小移动台的功耗，从而增加其工作时间。2.5 干扰和系统容量下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念 无线服务的需求不断增大，频率资源越来越紧张，需要采用一些技术手段提高频率资源利用率，以达到扩容的目的。目前的主要技术有：小区分裂划分扇区新的微小区概念2.6 提高蜂窝系统的容量下一页回目录上一页通信工程学院通信工程学院西安电子科技大学西安电子科技大学第二章第二章 蜂窝网的概念蜂窝网的概念一、小区分裂：1.基本方法：当某些小区分配的信道数