GSM系统中的工程学ppt课件

1、第五章GSM系统中的工程学一、概述目的：将一个GSM蜂窝网在覆盖面积和话务量的限制下组织得比较合理。组网时的问题：采用什么技术来提高共享资源的利用率？如何划分蜂窝小区？小区内的基站数量？互连互通性？如何保证挪动台的巡游？采用哪种信令系统？etc.信令链路话音链路PSTN图规范定义的GSM网络构造二、几个根本概念.通讯中的话务量和呼损率话务量(traffic)：衡量话音通讯中业务量大小的目的。分为流入话务量和完成话务量。流入话务量A：取决于单位时间(1小时)内平均发生的呼叫次数和每次呼叫的平均占用信道时间S。ErlangSA本卷须知：在只需一台机器时，以Erlang表示的话务量也是它被占用的概率

2、，不能够超越1假设有一组L台机器，每台机器的话务量都是一样的，那么总的话务量是它们的总和，不能够超越L例题1：10000个用户衔接在同一台程控交换机上。每个用户有0.1Erlang的话务量。呼叫继续3分钟。请问，在这个程控交换机上每小时有多少次呼叫？20000360100010001 . 010000nErlangSA呼叫次数解：完成话务量：假设单位时间内胜利的呼叫次数为0，完成的话务量为A0= 0 S。损失话务量：流入话务量A与完成话务量A0之差。呼损比：损失话务量占流入话务量的比率，又被称为通讯网的效力等级。00AAAB.完成话务量的性质与计算在T小时内，全网共完成C1次通话，那么完成话务

3、量为假设总的信道数为n，在时间T内有i(in)个信道被同时占用的时间为ti(tT)，可以得到SCTSA1001SCtnttttiniin 13211321ti/T表示的是在n个信道中，有i个信道同时被占用的概率，用Pi表示，有完成话务量表示了通讯网的忙碌程度。niiPiA10.呼损率的计算Erlang呼损公式(Erlang B)信道利用率：表示每小时每个信道的完成话务量，即niiniAnAB1!/!/nBAnA)1 (0.用户忙时的话务量与用户数集中系数k：最忙1小时内的话务量与全天话务量之比，k的值普通在10%15%之间。假设通讯网中每个用户每天平均呼叫次数为C(次/天)，每次呼叫的平均占用

4、信道时间为T(秒/次)，集中系数为k，那么每个用户的忙时话务量为每个信道所能包容的用户数为36001kTCakTCnAanAm3600/三、多址接入技术Multiple Access共享传播介质时，在保证通讯质量的前提下，如何使多用户可以进展通讯的技术，就是多址接入技术。常用的有：CSMA、CDMA、FDMA、TDMA、OFDMA等频分多址FDMA将给定的频谱资源划分为假设干个等间隔的频道信道，使不同的用户在同一时间内可以进展通讯的技术。频分双工FDD：接纳频率f和发送频率F不同，保证接纳和发送可以同时进展的技术。FDMA: Frequency Division Multiple Access

5、FDD: Frequency Division Duplex信道2信道1 信道N信道1 信道N收发间隔 信道带宽功率时间移动台收（基站发）移动台发（基站收）图FDMA表示图时分多址TDMA将时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成假设干个时隙，使得多个用户可以在同一频率进展通讯。时分双工TDD：允许上下行帧可以任务在一样的频率上的技术。TDMA: Time Division Multiple AccessTDD: Time Division Duplex图TDMA表示图在GSM中，每个载频被分割成时隙(slot)。每个时隙为在时隙中传输的信息被称为突发(burst)。同一个载频上，个时隙组成一个T

6、DMA帧，msTslot5769. 0msTTslotTDMA6152. 48.TDMA系统中，时隙设计需思索的问题控制和信令信息的传输多径传播的影响系统的同步.应采取的措施在每个时隙中，专门划出部分比特用于控制和信令信息的传输在时隙中插入自顺应平衡器所需的训练序列，来抑制多径传播引起的码间干扰在上行链路的每个时隙中预留一定的维护间隔，防止两个延续的时隙呈现重叠在每个时隙中插入传输同步序列三、传播方式信号畸变的结果：频率上多普勒效应幅度上瑞利衰落或多径传播衰落相位上多径传播带来的时间上的延迟通常思索的几个方面.途径传播损耗又叫Path Loss，和任务频率以及传播间隔有关：L代表途径传播损耗，

7、d代表收发端间隔，f 代表无线电频率，c代表光速；2)4(cdfL或者，思索线性衰减的情况下式中，Gain为信道的增益；为一常数，取值界于2和3.5之间(2对应着无线电在自在空间的传播)；k为一常数，根据不同的任务环境而取不同的值(比如说，当k=1/5时，面积为1平方公里的蜂窝小区边境的接纳功率为-90 dB)。dkGainpathgainGainPPxxTR:其中.阴影效应构成的慢衰落损耗由于发射机和接纳机之间的妨碍物带来的影响。视距传播Line Of Sight：在发射机和接纳机的直射途径中没有妨碍物的存在非视距传播Non Line Of Sight：在发射机和接纳机的直射途径中有妨碍物的

8、存在.树木带来的损耗的单位是米距离，的单位是，频率的单位是式中，fffffdGHzFdBLmddFLmddFL14045.104001433. 1284. 0588. 0284. 0.快衰落损耗主要是多径传播引起的。多径传播扩展时延的计算：其中， 的单位是米，c代表光速。c短长 宏蜂窝方式主要存在Hata和COST231-Hataeuropean Cooperation in the field of Scientific and Technical research两种方式。适用于蜂窝半径1km或以上的蜂窝系统。运用的前提条件为：基站天线hb高度在30200米含之间挪动台天线hm高度在110

9、米含之间挪动台和基站间的间隔 在120公里之间频率的单位为MHz.Hata方式该方式适用于频段1501000MHz(含)之间。在城市中，用dB表示的慢衰落Lc为:其中，dhhahfLbmbclglg55. 69 .44)(lg82.13lg16.2655.69的修正因子。度和环境决定为一个由移动台天线高)(mha97. 4)75.11lg(2 . 3)(2mmhha对于中等城市来说，对于大城市来说，当挪动台天线的高度小于(含)1.5米时，该修正指数可以忽略不计。8 . 0lg56. 1 7 . 0lg1 . 1 )(fhfhamm对于小城市来说，对于乡村来说，可以视为沙漠(衰落记为Lro)或半

10、沙漠地带(衰落记为Lrqo)4 . 5)28lg(22fLLcsc94.35lg33.18lg78. 494.40lg33.18lg78. 422ffLLffLLcrqocro.COST 231-Hata模型运用的频率范围在15002000MHz(含)之间。在城市中，用dB表示的慢衰落Lc为：其中，对于中等城市来说对于中等城市和郊区Cm=0dB对于大城市Cm=3dB。mbmbcCdhhahfLlglg55. 69 .44)(lg82.13lg9 .3333.468 . 0lg56. 1 7 . 0lg1 . 1 )(fhfhamm在该方式下，对于乡村的处置和Hata方式一样。133.1+33.

11、8lgd102.0+31.8lgd97.0+31.8lgd在1795 MHz频率上的慢衰落123.6+33.8lgd95.9+31.8lgd90.9+31.8lgd在925 MHz频率上的慢衰落50100100基站天线高度城市(中等)半遮挡的乡村无遮挡的乡村任务环境表与间隔有关的慢衰落微蜂窝方式城市中，当基站天线位于屋顶之下，并且发射功率比较弱时，被覆盖的范围可被视为“微蜂窝。在视距传播时，慢衰落可视为：该式适用于频率在8002000MHz之间，挪动台天线高度在13米之间，基站天线高度在450米之间时。当挪动台位于街道另一端时，可以思索再加上20dB的衰减。)02. 0(lg26lg206 .

12、42kmddfLloss当四、资源复用蜂窝小区：指的是在挪动通讯中，被一个天线覆盖的地理范围。典型的六边型方式区群motif：包含了一组信道的、最小的蜂窝小区群。规范中建议：在一个蜂窝群，信道同一频率仅仅只能呈现一次但是实践运用中，一个小区中可以有数个频率。频率再用间隔 ：两个运用同一频率的发射机间的最小间隔 。组成区群的条件：区群之间可以邻接，且无空隙无重叠地进展覆盖邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之间的间隔 相等。图N=4的区群111111111112222224444444444333333载干比：C/I+NC：收到的信号功率I：同频干扰和邻频干扰N：接纳机系统本身的噪声载干比门限

13、值越小，频率再用间隔 就越小，区群就越小。.规那么的区群区群的大小N=i2+ij+j2其中，i和j为自然数或0。表区群内小区数N的取值同频小区的再用间隔：式中，N为区群中的小区数，R为小区的外接圆半径。RND311111111111图再用间隔DR相对于一个蜂窝小区来说，和它运用同频的蜂窝小区的中心都位于一个同心圆上。常见的区群普通包含3、4、7、9、12、21、27个小区。在不规那么区群中，再用间隔 不会比规那么区群更大。.受噪声限制的系统当一个地域只需求很少的资源时，运营商可以在整个区域只运用一个蜂窝小区。这时，同频干扰和邻频干扰远小于系统噪声IN，这种系统即为受噪声限制的系统。这种系统的同

14、频再用间隔 非常大，通常被运用在人口稀少的乡村。.受干扰限制的系统在最大限制地再用资源时，同频干扰将远大于其他的影响NI，这种系统被称为受干扰限制的系统。Bi为在挪动台接纳频率上发射的一切基站，Ik是来自于第一个同心圆上的第k个蜂窝小区的干扰。iBkkICICNIC典型方式的研讨.TDMA/FDMA系统大多数的系统均为TDMA/FDMA，网络的布置普通是根据基站的频率来进展的。.运用定向天线在GSM中，每个天线覆盖一个蜂窝小区。每个基站收发器BTS Base Transceiver Station采用三副120扇形辐射的定向天线。这三副天线在逻辑上由同一个BSC管理，它们运用不同的频率。图GS

15、M中4/12的区群GSM中常见的最小区群.思索阴影效应一个网络允许5%10%的手机的接纳电平低于系统规定的门限值。GSM规范中规定保证正常运作的C/I值为9dB。最小的区群所含小区数等于9。图C/I值和区群大小的关系xP(C/IC1在f1上，C/Ia1=C1/C2 -9 dB图ACS的表示图普通来说，在同一个基站收发信机上的不同频率间应该有至少600kHz的间隔；并且防止在两个相邻的基站收发机上运用两个相邻频道。.其他应该思索的要素区域中的人口密度、居民购置手机的愿望、通话顶峰期、通话顶峰的地点等五、影响系统容量的要素跳频目的：对抗选择性衰落和使干扰尽量平均出如今一切的载频上，而不是在某些载频

16、的电平非常高后果：在基站必需布置更多的频道功率控制目的：在保证一定的通话质量前提下，减少同频干扰和延伸挪动台的续航时间后果：降低了发射能量功率控制是由基站控制器BSC Base Station Control完成的。延续发射DTX每条话务信道的运用率平均约为40%。目的：在无线信道上降低发射能量，降低资源耗费和因发射而产生的干扰后果：在讲话停顿时，能够会带来可闻干扰六、GSM网络的扩容内在容量的添加系统的内在容量：指的是在分配的频段上，每个蜂窝小区可以承载的Erlang数话务量。系统的内在容量与蜂窝小区的大小无关，它与运用的区群大小有关。.非整数区群要添加系统的内在容量，应该将区群数减小，采用

17、不规那么的区群，不同的区群中运用不同数量的频率。图非整数区群表示图区群为3区群为12区群为9区群=12+3+9/3=87.5实践运用中案例分析：运营商甲，有29.6MHz的频段，48个双任务业的载波，分布在规那么的六边形网络中。采用的区群数为12 4/12，32个物理信道中，配置了29个TCH信道。假设每个蜂窝小区的呼损率为2%，经过计算得出总话务量是21Erlang。系 统 的 内 在 容 量 为 2 1 / 2 9 . 6 =1.1Erlang/MHz。假设：运营商甲在每个蜂窝小区设置了48/7.5 6个 频 率 ， 即 4 5 个 T C H 信 道 ， 话 务 量 为35.6Erlan

18、g。相对区群数为12的系统，容量添加了35.6-21/2170%。.综合式跳频暂时性负荷的系统假设不添加蜂窝小区的负荷提高系统容量=每个频率被占用的概率减小=添加每个蜂窝小区中的频率数不超越门限值?=通话质量尚可以接受=提高系统容量改良设备TRX的数量小于蜂窝小区中被配置的频率数，将频率固定的TRX换成频率不固定的TRX。简单跳频综合跳频该图中没有思索信标信道。图跳频的类型couplercoupler.Sectoring经过运用定向天线替代全向天线来实现。图Sectoring添加小区密度.分割小区运营商可以经过添加基站数量和将蜂窝小区分割成更小的来添加系统的容量。图将蜂窝小区分割为更小的蜂窝小

19、区图蜂窝小区的面积不能无限制减少假设基站的密度太大，势必对挪动台带来很大的干扰。.布置微蜂窝小区和多层网络见图和图。micro-cellmicro-cellmicro-cell图微蜂窝小区的布置micro-cell layermacro-cell layer图多层网络在微蜂窝小区的BCCH信道上，经过广播，制止一切的挪动台接入到微蜂窝小区。在宏蜂窝小区的BCCH信道上，将微蜂窝小区的信标信道参与到相邻蜂窝小区的列表中。一切的呼叫都是在宏蜂窝小区建立的。在呼叫阶段的起初几秒在SDCCH信令阶段或者响铃阶段，网络根据SACCH信道发送的音讯，可以确定挪动台能否在一个微蜂窝小区的覆盖范围内以及挪动台能否处于根本不动的形状，从而决议能否将通讯转接给微蜂窝小区。多频段网络