相邻信道干扰和蜂窝小区容量的改善课件

《移动通信组网与维护》项目一移动通信技术认识任务2GSM网络系统《移动通信组网与维护》项目一移动通信技术认识任务2《移动通信组网与维护》能力目标1、能够画出移动通信系统的基本结构图2、能够描述移动通信系统各部分的作用知识目标1、掌握移动通信系统基本组成结构及各部分作用2、掌握移动通信系统组网技术《移动通信组网与维护》能力目标1、能够画出移动通信系统的基本《移动通信组网与维护》任务2GSM网络系统《移动通信组网与维护》任务2GSM网络系统《移动通信组网与维护》主要内容移动通信系统的组成移动通信系统各部分的作用《移动通信组网与维护》主要内容移动通信系统的组成《移动通信组网与维护》一、移动通信系统的结构移动通信包括无线传输、有线传输，信息的收集、处理和存储等，使用的主要设备有无线收发信机、移动交换控制设备和移动终端设备。《移动通信组网与维护》一、移动通信系统的结构移动通信包括无线《移动通信组网与维护》

移动通信系统的组成《移动通信组网与维护》移动通信系统的组成《移动通信组网与维护》

移动通信系统的组成移动通信无线服务区由许多正六边形小区覆盖而成，呈蜂窝状，通过接口与公众通信网（PSTN、ISDN、PDN）互联。移动通信系统包括移动交换子系统（NSS）、操作维护管理子系统（OMS）、基站子系统（BSS）和移动台（MS），是一个完整的信息传输实体。《移动通信组网与维护》移动通信系统的组成移动通信无线服《移动通信组网与维护》移动通信中建立一个呼叫是由BSS和SS共同完成的；BSS提供并管理MS和SS之间的无线传输通道，SS负责呼叫控制功能，所有的呼叫都是经由SS建立连接的；OMS负责管理控制整个移动网。二、移动通信系统各部分作用《移动通信组网与维护》移动通信中建立一个呼叫是由BSS和SS《移动通信组网与维护》MS也是一个子系统。它实际上是由移动终端设备和用户数据两部分组成的，移动终端设备称为移动设备；用户数据存放在一个与移动设备可分离的数据模块中，此数据模块称为用户识别卡（SIM）。《移动通信组网与维护》MS也是一个子系统。它实际上是由移动终GSM接口-主要接口下图是GSM系统无线侧的接口：GSM系统的主要接口指A接口、Abis接口和Um接口.A接口、Um接口为开放式接口.《移动通信组网与维护》GSM接口-主要接口下图是GSM系统无线侧的接口：《移动通A接口：A接口定义为网路子系统（NSS）与基站子系统（BSS）之间的通信接口。其物理链接通过采用标准的2。048Mb/sPCM数字传输链路来实现。此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等。《移动通信组网与维护》A接口：《移动通信组网与维护》Abis接口Abis接口定义为基站子系统的两个功能实体基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）之间的通信接口。物理链接通过采用标准的2。048Mb/s或64kbit/sPCM数字传输链路来实现。BS接口作为Abis接口的一种特例，用于BTS（与BSC并置）与BSC之间的直接互连方式，此时BSC与BTS之间的距离小于10米。《移动通信组网与维护》Abis接口《移动通信组网与维护》Um接口Um接口（空中接口）定义为移动台与基站收发信台（BTS）之间的通信接口，用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通，其物理链接通过无线链路实现，传递的信息包括无线资源管理，移动性管理和接续管理等。《移动通信组网与维护》Um接口《移动通信组网与维护》《移动通信组网与维护》《移动通信组网与维护》B接口B接口定义为访问用户位置寄存器（VLR）与移动业务交换中心（MSC）之间的内部接口。用于移动业务交换中心（MSC）向访问用户位置寄存器（VLR）询问有关移动台（MS）当前位置信息或者通知访问用户位置寄存器（VLR）有关移动台（MS）的位置更新信息。《移动通信组网与维护》B接口《移动通信组网与维护》C接口C接口定义为归属用户位置寄存器（HLR）与移动业务交换中心（MSC）之间的接口。用于传递路由选择和管理信息。在建立一个至移动用户的呼叫时，入口移动业务交换中心（GMSC）应向被叫用户所属的归属用户位置寄存器（HLR）询问被叫移动台的漫游号码。C接口的物理链接方式是标准的2。048MB/S的PCM数字传输链路。《移动通信组网与维护》C接口《移动通信组网与维护》D接口D接口定义为归属用户位置寄存器（HLR）与访问用户位置寄存器（VLR）之间的接口。用于交换有关移动台位置和用户管理的信息，为移动用户提供的主要服务是保证移动台在整个服务区内能建立和接收呼叫。实用化的GSM系统结构一般把VLR综合于移动业务交换中心（MSC）中，而把归属用户位置寄存器（HLR）与鉴权中心（AUC）综合在同一个物理实体内。D接口的物理链接是通过移动业务交换中心（MSC）与归属用户位置寄存器（HLR）之间的标准2。048Mb/s的PCM数字传输链路实现的。《移动通信组网与维护》D接口《移动通信组网与维护》E接口E接口定义为控制相邻区域的不同移动业务交换中心（MSC）之间的接口。此接口用于切换过程中交换有关切换信息以启动和完成切换。E接口的物理链接方式是通过移动业务交换中心（MSC）之间的标准2。048Mbit/sPCM数字传输链路实现的。《移动通信组网与维护》E接口《移动通信组网与维护》F接口F接口定义为移动业务交换中心（MSC）与移动设备识别寄存器（EIR）之间的接口。用于交换相关的国际移动设备识别码管理信息。F接口的物理链接方式是通过移动业务交换中心（MSC）与移动设备识别寄存器（EIR）之间的标准2。048Mbit/s的PCM数字传输链路实现的。《移动通信组网与维护》F接口《移动通信组网与维护》G接口G接口定义为访问用户位置寄存器（VLR）之间的接口。此接口用于向分配临时移动用户识别码（TMSI）的访问用户位置寄存器（VLR）询问此移动用户的国际移动用户识别码（IMSI）的信息。G接口的物理链接方式是标准2。048Mbit/s的PCM数字传输链路《移动通信组网与维护》G接口《移动通信组网与维护》IU接口

在3GPP中，引入了IU接口，用于核心网（包含CS和PS）和RNC之间以及RNC和NODEB之间的接口。《移动通信组网与维护》IU接口《移动通信组网与维护》GSM移动区域与编号计划1、GSM的区域划分《移动通信组网与维护》GSM移动区域与编号计划1、GSM的区域划分《移动通信组网与服务区是指移动台可获得服务的区域，即不同通信网（如PLMN、PSTN或ISDN）用户无需知道移动台的实际位置而可与之通信的区域。一个服务区可由一个或若干个公用陆地移动通信网（PLMN）组成，可以是一个国家或是一个国家的一部分，也可以是若干个国家。一个PLMN区可由一个或若干个移动业务交换中心（MSC）组成。在该区内具有共同的编号制度（比如相同的国内地区号）和共同的路由计划。MSC是由一个移动业务交换中心所控制的所有小区共同覆盖的区域构成PLMN网的一部分，一个MSC区可以由一个或若干个位置区组成。《移动通信组网与维护》服务区是指移动台可获得服务的区域，即不同通信网（如PLMN、位置区是指移动台可任意移动不需要进行位置更新的区域，位置区可由一个或若干个小区（或基站区）组成。为了呼叫移动台，可在一个位置区内所有基站同时发寻呼信号。基站覆盖区:由置于同一基站点的一个或数个基站收发信台（BTS）包括的所有小区所覆盖的区域,它还不是一个蜂窝。小区:采用基站识别码或全球小区识别进行标识的无线覆盖区域。小区CELL是指由一个基站的一个扇型天线(BTS)覆盖的区域。在基站采用全向天线结构时，小区即为基站覆盖区域，基站区或CELL。《移动通信组网与维护》位置区是指移动台可任意移动不需要进行位置更新的区域，位置区可2、编号计划在GSM系统中，出于识别的目的，定义了如下的一些编号：为了确定GSM移动用户：永久性编码：IMSIMSISDN临时性编码：LMSITMSIMSRNHON

为了识别NSS网络组件：MSCNumberVLRNumberHLRNumber

为了识别位置区：LAI

为了识别BSS网络组件：CGIBSIC

为了识别移动设备：IMEI

为了识别移动用户的漫游区：RSZI《移动通信组网与维护》2、编号计划《移动通信组网与维护》GSM移动通信网组网移动通信本地网结构：《移动通信组网与维护》GSM移动通信网组网移动通信本地网结构：《移动通信组网与维护当然，在一个完整的网络中，还需存在长途网、信令网及各运营商互通的GW（网关）等。网间组网模式可以参考程控交换机的7号信令部分。我国信令网的信令点编码方式采用24位编码。但MSC~BSC之间是点对点传递，采用14位编码。所以，在GSM移动通信中会存在两种信令编码方式，MSC作为GSM的话务交换中心，既和其他交换机对接，也要下带BSC基站控制器，会存在这两种信令编码。《移动通信组网与维护》当然，在一个完整的网络中，还需存在长途网、信令网及各运营商互《现代移动通信技术》移动通信系统的组网技术《现代移动通信技术》移动通信系统的组网技术《移动通信组网与维护》主要内容移动通信网的制式同频干扰、相邻信道干扰和蜂窝小区容量的改善多址技术《移动通信组网与维护》主要内容移动通信网的制式《移动通信组网与维护》一、移动通信网的制式

根据移动网的服务区覆盖方式的不同可将移动通信网划分为：大区制和小区制。《移动通信组网与维护》一、移动通信网的制式根据移动网《移动通信组网与维护》1、大区制

大区制是指在一个地区内只设置一个基站，由它负责这个地区移动用户的通信联络和控制。每个基站都有一个服务区，即无线电波的覆盖范围，服务区的大小是由基站的天线高度和发射功率决定，一般发射机输出功率为200W左右，覆盖半径大约为30～50km，所以，大区制的基站天线架设较高、发射功率大，移动台接收信号容易，但移动台不能用较大的发射功率，所以移动台在服务区的边缘时，基站的所接收的信号效果不太好，为了解决这个问题，也可以在服务区建立一些分集接收站，为基站提供良好的接收效果。《移动通信组网与维护》1、大区制大区制是指在《移动通信组网与维护》大区制移动通信示意图《移动通信组网与维护》大区制移动通信示意图《移动通信组网与维护》大区制的特点

大区制虽然有组网简单、投资少、见效快的优势，但由于一个地区只有一个基站，服务范围有限，服务区内所有信道不能重复使用。一个无线信道占用一对频率，也意味着频率不能重复使用，既同频复用。如果服务区内两个移动台同时使用相同的信道，两个移动台之间会产生严重的干扰，同频干扰。因此大区制通信容量较小，一般只能容纳数百至数千个用户。《移动通信组网与维护》大区制的特点大区制虽然《移动通信组网与维护》2、小区制

小区制是指将整个服务区划分成若干个小区，每个小区分别设置一个基站，由它负责本区移动通信的联络和控制。同时又可在移动业务交换中心（MSC）的统一控制下，实现小区间移动通信的转接及以及移动用户与市话用户的联系。每个基站的服务区称为一个无线小区。《移动通信组网与维护》2、小区制小区制是指将整个《移动通信组网与维护》小区制移动通信示意图《移动通信组网与维护》小区制移动通信示意图《移动通信组网与维护》小区制的优点

移动台和基站的发射功率减小，同时也减小了相互干扰；服务区内所有频率能重复利用，即同频复用，提高了频率利用率，增大了通信容量，有效地解决有限的频率资源和日益增长的通信用户数的矛盾；组网灵活，小区范围可根据用户数灵活确定，当小区内用户数增加到一定程度，可进行“小区分裂”。《移动通信组网与维护》小区制的优点移动台和基《移动通信组网与维护》小区制的缺点

由于服务区划分成若干个小区，建网的比较高，同时，移动用户在通话过程中，可能会从一个小区进入另一个小区，所服务的基站和频率会发生变化，需要频率切换，即越区切换，相应的控制交换功能就比较复杂。虽然如此，小区制众多的优点是现代移动通信网广泛采用小区制的重要理由。《移动通信组网与维护》小区制的缺点由于服务区《移动通信组网与维护》3、无线区群的组成（1）无线小区的选择假设无线小区半径都是r，将这三种圆内接正多边形的邻区中心间距、小区面积、重叠区面积三种参数。比较后发现：正六边形小区的邻区中心间距最大、小区面积最大也最接近理想的圆形、重叠区面积却最小。这意味着对于同样面积的服务区域，采用正六边形构成小区所需的小区数最少、基站数最少也最经济、所需信道数最少，频率利用率较高。所以服务区的无线小区采用正六边形结构是最佳选择。《移动通信组网与维护》3、无线区群的组成（1）无线小区的选择《移动通信组网与维护》

通常，通信服务区是先由若干个彼此相邻的正六边形无线小区组成单位无线区群，再由彼此邻接的单位无线区群无缝隙地覆盖整个服务区，构成蜂窝状的网络，统称为蜂窝移动通信网。小区形状正三角形正方形正六边形邻区中心间距rrr小区面积1.3r22r22.6r2重叠区面积1.2r20.73r20.35r2《移动通信组网与维护》通常，通信服务区是先由《移动通信组网与维护》（2）单位无线区群的组成条件

为了防止同频干扰，同属于一个单位无线区群彼此相邻的正六边形无线小区不能使用相同的频率、共用一个信道。分属于不同单位无线区群中、相隔一定距离的两个无线小区可以使用相同的频率，即同频复用。同频复用的目的是节省频率资源，提高频率利用率。使用相同频率的无线小区之间一定相隔一定的距离，以使同频干扰足够小。《移动通信组网与维护》（2）单位无线区群的组成条件《移动通信组网与维护》单位无线区群组成的基本条件：一是无线区群能彼此邻接，且无缝隙、无重叠地覆盖整个服务区；二是相邻单位无线区群中各使用相同频率的无线小区的中心间距一定相等，满足上述条件的单位无线区群内的无线小区个数满足下例公式：

N=a2+ab+b2

式中，a、b为≧0的整数，但不能同时为0，N为无线区群中的小区数。《移动通信组网与维护》单位无线区群组成的基本条件：《移动通信组网与维护》Nab0123113713247121939131927416212837无线区群

设r是无线小区的半径(即正六边形外接圆的半径)，Dg是邻接的无线区群中同频无线小区的中心间隔距离，可见无线区群中的小区数N越大，Dg越大；r越大时，Dg也越大。Dg越大同频干扰就越小。例如：N=3，Dg/r=3；N=7，Dg/r=4.6；N=9，Dg/r=5.2，在实际应用中，只要同频干扰在允许范围内，N取值越小，频率复用率就越高。《移动通信组网与维护》Na0123《移动通信组网与维护》（3）无线小区的激励方式

中心激励方式：无线小区中的基站如果设在小区的中心位置，采用圆形辐射的全向天线覆盖无线小区，这就是所谓的“中心激励”方式《移动通信组网与维护》（3）无线小区的激励方式《移动通信组网与维护》

顶点激励：如果基站设在每个正六边形小区的三个顶点上，并且每个基站采用三副辐射角是120°的扇形定向天线，分别覆盖三个相邻无线小区的各三分之一区域，每个三分之一区域称作扇区，既一个无线小区分为三个扇区，这就是“顶点激励”方式，由于采用了定向天线，天线发射功率小，对同频干扰有一定的抑制作用，且同频复用距离小，频率复用率较高，但是由于每个基站覆盖面积减小，使频率切换次数增加。顶点激励方式也可以用六副辐射角是60°的扇形定向天线。《移动通信组网与维护》顶点激励：《移动通信组网与维护》

在数字蜂窝移动通信网中，常采用4×3区群模式，每个单位无线区群由四个无线小区组成，采用顶点激励方式，每个无线小区被120°的扇形定向天线分为三个扇区，这样一个单位无线区群共12个扇区。4/12区群模式《移动通信组网与维护》在数字蜂窝移动通信网中《移动通信组网与维护》（3）不同情况下无线小区的划分

1.用户密度不同如果整个服务区的地理环境一致，用户密度分布均匀，则所采用的无线小区大小相同。而实际上在整个服务区内，建筑物分布复杂，用户密度也是不均匀的，例如，在城市中心，用户密度高，话务量大，而城市郊区的用户密度相对较低，所以小区的划分应随外界环境而灵活变化，例如，在用户密度高的市中心，可使无线小区的面积小一些。在用户密度低的城市郊区可使无线小区的面积大一些。用户分布密度不等时区域划分《移动通信组网与维护》（3）不同情况下无线小区的划分用户分布《移动通信组网与维护》

另外，一个地区的用户数和话务量是变化的，例如，用户密度低的城市郊区随着城市建设的发展，变成了用户密度高的区域，这时为了适应增大的话务量，需要缩小原来的无线小区的面积，小区分成更小的小区，在每个更小的小区设的基站的发射功率可减小，这就是小区的分裂，小区分裂能提高信道的复用次数，从而提高系统容量。常用的方式有1：3分裂方式和1：4分裂方式1：3分裂方式和1：4分裂方式《移动通信组网与维护》另外，一个地区的用户数《移动通信组网与维护》2.带状服务区正六边形无线区群适合服务区的地形是一宽广的平面，也称为面状服务区，如果服务区是一狭长的区域，如，铁路、公路、海岸等，无线小区需采用定向天线，按狭长的区域形成带状网络，相邻小区可进行频率再用。F1F2F1F2带状服务区频率再用《移动通信组网与维护》2.带状服务区F1F2《移动通信组网与维护》3.直放站服务区的地形起伏变化复杂，加之移动通信的阴影效应，这两个原因都会使得服务区存在信号很弱或基站覆盖范围达不到的地方，这些地方称之为盲区，为了使信号有效地到达盲区，最大限度地满足用户对于通话服务的要求，通常在适当的地方建立直放站，用来对移动通信基站起延伸距离范围和覆盖重要盲区的作用。直放站是具有小型基站功能的设备，它的成本低、架设简单，所以广泛应用于隧道、偏远的矿区、建筑物内部。《移动通信组网与维护》3.直放站《移动通信组网与维护》二、同频干扰、相邻信道干扰和蜂窝小区容量的改善、多址技术

1、同频干扰、相邻信道干扰干扰是蜂窝无线系统性能的主要限制因素。在蜂窝系统中，存在两种主要的干扰，即同频干扰和邻频干扰。频率复用意味着在一个给定的覆盖区域内，存在着许多使用同一组频率的小区，这些小区叫做同频小区。这些同频小区之间的信号干扰叫做同频干扰（也叫同道干扰）。为了减小同频干扰，同频小区必须在物理上隔开一个最小的距离，为传播提供充分的隔离。《移动通信组网与维护》二、同频干扰、相邻信道干扰和蜂窝小区容《移动通信组网与维护》

如果每个小区的大小都差不多，基站也都发射相同的功率，则同频干扰比例与发射功率无关，而变为小区半径（R）和相距最近的同频小区中心间距离（D）的函数。增加D/R的值，相对于小区的覆盖距离同频小区间的空间距离就会增加，从而来自同频小区的射频能量减小而使干扰减小。

参数Q叫做同频复用比例（也叫同频干扰抑制因子），与区群的大小有关。对于六边形系统来说，Q可表示为《移动通信组网与维护》如果每个小区的大小都差《移动通信组网与维护》Q的值越小则容量越大；而Q值大可以提高传播质量，因为同频干扰小。在实际的蜂窝系统中，需要对这两个目标进行协调和折衷。

来自所使用信号频率的相邻频率的信号干扰叫做邻频干扰（也叫邻道干扰）。邻频干扰是因接收滤波器不理想，使得相邻频率的信号泄漏到传输带宽内而引起的。《移动通信组网与维护》Q的值越小则容量越大；《移动通信组网与维护》2、蜂窝小区容量改善

（1）小区分裂小区分裂就是一种将拥塞的小区分成更小的小区的方法，分裂后的每个小区都有自己的基站并相应地降低天线高度和减小发射机功率。由于小区分裂能够提高信道的复用次数，因而能提高系统容量。即通过设定比原小区半径更小的新小区和在原有小区间安置这些小区（叫做微小区），使得单位面积内的信道数目增加，从而增加系统容量。《移动通信组网与维护》2、蜂窝小区容量改善《移动通信组网与维护》（2）扇区的概念可以通过使用定向天线代替基站中单独的一根全向天线来减小蜂窝系统中的同频干扰，其中每个定向天线辐射某一特定的扇区。由于使用了定向天线，小区将只接收同频小区中一部分小区的干扰。这种使用定向天线来减小同频干扰，从而提高系统容量的技术叫做裂向（即扇区化）。同频干扰减小的因素决定于使用扇区的数目。《移动通信组网与维护》（2）扇区的概念《移动通信组网与维护》扇区划分《移动通信组网与维护》扇区划分《移动通信组网与维护》3、多址技术移动通信的传输信道是随通信用户（移动台）移动而分配的动态无线信道，一个基站同时为多个用户服务，基站通常有多个信道。每次一个用户占用一个信道进行通话，多数情况下是多个用户同时通话，多个用户的区分是以信道来区分的，这就是多址。移动通信系统采用了多址技术，使得每个用户所占用的信道各有不同的特征，并且信道间彼此隔离，来达到信道区分目的。《移动通信组网与维护》3、多址技术《移动通信组网与维护》（1）什么是多址技术多址技术就是基站能从众多的用户信号中区分出是哪一个用户发来的信号，而移动台能从基站发来的众多的信号中识别出哪一个是发给自己的，避免用户间的多址干扰。移动通信中的多址技术也是射频信道的复用技术，但我们在数字通信中所学过的多路复用不同：在发送端各路信号不需要集中合并，而是各自利用高频载波进行调制送入无线信道中传输；接收端各自从无线信道上取下已调信号，解调后得到所需信息。多址技术的应用，将使系统容量大为增加，便于网络管理和信道分配，并且，使信道切换更加可靠。多址技术的基本类型有频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)和空分多址（SDMA）。对于移动通信网络而言，由于用户数和通信业务量激增，一个突出的问题是在频率资源有限的条件下，如何提高通信系统的容量。由于多址方式直接影响到移动通信系统的容量，所以一个蜂窝移动通信系统选用什么类型的多址技术直接关系到移动系统的容量大小。《移动通信组网与维护》（1）什么是多址技术《移动通信组网与维护》（2）频分多址技术频分多址技术是把移动通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道，每个频道就是一个无线信道，在采用频分多址技术的通信系统中，频道就是信道，信道也称作频道，所以频道宽度应能保证传输一路话音信号。这些频道互不重叠，并按要求分配给请求通信的用户，上述分配给用户的频道并不是固定指配给某一用户的，通常是在通信建立阶段由系统的控制中心临时分配给某一用户的，在呼叫的整个过程中，其他用户不能共享这一频道,在通信结束后，该用户释放它占用的频道，系统重新分配给需要通信的用户使用。为了实现双工通信，每次通信时，基站和移动台占用一对频道，一个用作上行信道，占用两个分开的无线频率；一个用作下行信道，也占用两个无线频率《移动通信组网与维护》（2）频分多址技术《移动通信组网与维护》频分多址原理频分多址技术FDMA的频道分割图《移动通信组网与维护》频分多址原理频分多址技术FDMA的频道《移动通信组网与维护》FDMA技术的缺点：

基站需要多部不同载波频率的发射机同时工作，设备复杂；系统中存在多个频率的信号，容易产生信道间的互调干扰，因此通信质量较差，保密性较差；因为频道数是有限的，所以系统容量小，不能容纳较多的用户。

FDMA主要用于模拟蜂窝移动系统中，在数字蜂窝移动系统中，更多采用的是时分多址TDMA和码分多址CDMA。《移动通信组网与维护》FDMA技术的缺点：《移动通信组网与维护》（3）时分多址技术

时分多址技术（TDMA）是把一个频道按等时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙，一个时隙就是一个信道，每个用