第4章移动通信系统组网课件.ppt
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1、第第4 4章章 移动通信系统组网移动通信系统组网蜂窝组网技术蜂窝组网技术4.1无线系统的信道分配无线系统的信道分配4.24.1 4.1 蜂窝组网技术蜂窝组网技术n移动通信移动通信系统采用一个叫基站的设备来提供无线覆盖服务,系统采用一个叫基站的设备来提供无线覆盖服务,基站的覆盖范围有大有小,通常把基站覆盖的范围称为基站的覆盖范围有大有小,通常把基站覆盖的范围称为蜂窝蜂窝。一个基站在其天线高度的范围内为移动用户提供服务的覆盖一个基站在其天线高度的范围内为移动用户提供服务的覆盖区称为一个无线电区,简称区称为一个无线电区,简称小区小区。采用多个基站来覆盖给定采用多个基站来覆盖给定的服务区,这样的通信系
2、统称为的服务区,这样的通信系统称为蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统。n小区的划分决定于系统的容量、地形和传播特性。小区的划分决定于系统的容量、地形和传播特性。蜂窝蜂窝4.1.1移动通信网的区域覆盖移动通信网的区域覆盖1大区制大区制大区制是指在特定的服务区内只设大区制是指在特定的服务区内只设一个基站,负责服务区内所有用户的无一个基站,负责服务区内所有用户的无线链路使用,如图线链路使用,如图4-1所示。所示。图图6-8大区制示意图大区制示意图55(1 1)通常为了扩大服务区域的范围:)通常为了扩大服务区域的范围:基地站天线架设得都很高;基地站天线架设得都很高;发射机输出功率也较大(一般在发射机输出
3、功率也较大(一般在200W左右);左右);其覆盖半径大约为其覆盖半径大约为3050。(2 2)存在两个方向通信不一致的问题:)存在两个方向通信不一致的问题:原因:原因:因为电池容量有限,通常移动台发射机的输出功率较因为电池容量有限,通常移动台发射机的输出功率较小,故移动台距基地站较远时,移动台可以收到基地站发来小,故移动台距基地站较远时,移动台可以收到基地站发来的信号(即下行信号),而基地站却收不到移动台发出的信的信号(即下行信号),而基地站却收不到移动台发出的信号(即上行信号)。号(即上行信号)。解决:解决:可以在适当地点设立若干个分集接收站,如图可以在适当地点设立若干个分集接收站,如图2-
4、1虚线虚线所示,以保证在服务区内的双向通信质量。所示,以保证在服务区内的双向通信质量。66(3)存在同频间的相互串扰:)存在同频间的相互串扰:在大区制中,为了避免相互间的干扰,在服务区内的所有频在大区制中,为了避免相互间的干扰,在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。道(一个频道包含收、发一对频率)的频率都不能重复。譬如,移动台譬如,移动台MS1使用了频率使用了频率f1和和f2。那么,另一个移动台。那么,另一个移动台MS2就不能再使用这对频率了,否则将产生严重的相互串扰。就不能再使用这对频率了,否则将产生严重的相互串扰。(4)因而,这种体制的频率利用率及通信的容量都
5、受到了)因而,这种体制的频率利用率及通信的容量都受到了限制,满足不了用户数量急剧增长的需要。限制,满足不了用户数量急剧增长的需要。为了满足用户数量增长的需要,提高频率的利用率,就需采为了满足用户数量增长的需要,提高频率的利用率,就需采用小区制的办法。用小区制的办法。7(1)、小区制的特点)、小区制的特点u可以提高频率利用率,增加用户容量:因为同一组波道可以提高频率利用率,增加用户容量:因为同一组波道频率可以多次重复使用频率可以多次重复使用u小区制中因为采用了频率复用技术,因此带来同频道干小区制中因为采用了频率复用技术,因此带来同频道干扰问题扰问题u网路构成复杂:需要越区切换、漫游、位置登记、更
6、新网路构成复杂:需要越区切换、漫游、位置登记、更新等等2小区制小区制图图4-2小区制示意图小区制示意图(2)带状网)带状网带状网主要用于覆盖公路、铁路、水运航带状网主要用于覆盖公路、铁路、水运航道、海岸沿线等狭长区域,如图道、海岸沿线等狭长区域,如图4-3所示。所示。基站天线若用全向辐射,覆盖区形状是圆基站天线若用全向辐射,覆盖区形状是圆形的,如图形的,如图4-3(a)所示,带状网宜采用有向)所示,带状网宜采用有向天线,使每个小区呈扁圆形,如图天线,使每个小区呈扁圆形,如图4-3(b)所)所示。示。图图4-3带状网带状网图图4-4带状网频率配置带状网频率配置若以采用不同信道的两个小区组成一个区
7、群,在一个区若以采用不同信道的两个小区组成一个区群,在一个区群内使用不同的频率,不同的区群可使用相同的频率。群内使用不同的频率,不同的区群可使用相同的频率。图图4-5带状网的同频道干扰分析带状网的同频道干扰分析带状网的同频道干扰分析如图带状网的同频道干扰分析如图4-5所示。所示。(3)面状网)面状网陆地移动通信的大部分服务区是宽陆地移动通信的大部分服务区是宽广的面状区域。广的面状区域。图图4-6小区的形状小区的形状由表由表4-2可见,在服务区面积一定的可见,在服务区面积一定的情况下,正六边形小区的形状最接近理情况下,正六边形小区的形状最接近理想的圆形,用它覆盖整个服务区所需的想的圆形,用它覆盖
8、整个服务区所需的基站数最少,也最经济。基站数最少,也最经济。正六边形构成的网络形同蜂窝,因正六边形构成的网络形同蜂窝,因此,将小区形状为正六边形的小区制移此,将小区形状为正六边形的小区制移动通信网称为动通信网称为蜂窝网蜂窝网。4.1.2蜂窝小区的特性蜂窝小区的特性1区群的构成区群的构成在移动通信中,为了避免同信道干扰,相在移动通信中,为了避免同信道干扰,相邻小区显然不能用相同的信道。邻小区显然不能用相同的信道。为了保证同信道小区之间有足够的距离,为了保证同信道小区之间有足够的距离,附近的若干小区都不能用相同的信道。附近的若干小区都不能用相同的信道。这些不同信道的小区组成一个区群,称为这些不同信
9、道的小区组成一个区群,称为单位无线区群单位无线区群,也叫做,也叫做一簇一簇。单位无线区群的构成应满足两个基单位无线区群的构成应满足两个基本条件。本条件。(1)单位区群之间可以无空隙无重叠地)单位区群之间可以无空隙无重叠地进行邻接。进行邻接。(2)邻接之后的区群应保证同信道小区)邻接之后的区群应保证同信道小区之间的中心距离相等。之间的中心距离相等。单位无线区群内小区的个数(单位无线区群内小区的个数(N)应满足)应满足下式:下式:i,j为正整数为正整数(4-1)式中,i、j为相邻同频小区间的相隔小区数,取正整数且不同时为零。由式(由式(4-1)可算出)可算出N的可能取值如表的可能取值如表4-3所示
10、。所示。相应的区群形状如图相应的区群形状如图4-7所示。所示。ij0123411371321247121928391319273741621283748表表4-3单位无线区群内小区的个数(单位无线区群内小区的个数(N)图图4-7区群的构成示意图区群的构成示意图2频率复用的概念频率复用的概念频率复用的机理基于无线电波传播频率复用的机理基于无线电波传播路径损耗特性,即如果两个基站之间的路径损耗特性,即如果两个基站之间的距离足够远,那么用于一个基站的频率距离足够远,那么用于一个基站的频率可以在另一个基站上复用。可以在另一个基站上复用。蜂窝系统的蜂窝系统的容量容量直接与直接与单位区群单位区群在在某一固
11、定范围内某一固定范围内复制的次数复制的次数成比例。成比例。如果单位区群内小区的个数(如果单位区群内小区的个数(N)减小而小区的大小保持不变,则需要更减小而小区的大小保持不变,则需要更多的单位区群来覆盖给定的范围,从而多的单位区群来覆盖给定的范围,从而获得更大的容量(获得更大的容量(C值更大)。值更大)。3区群结构的实现区群结构的实现图图4-9同信道小区的确定同信道小区的确定(1)、确定同频小区间位置的方法、确定同频小区间位置的方法自某小区A出发,先沿边的垂线方向跨i个小区,再按逆时针方向转60度,再跨j个小区,就可以找到同频小区,共6个。24(2)、同频复用距离、同频复用比、同频复用距离、同频
12、复用比w同频复用距离同频复用距离D:相邻的两个簇中,位置对应的两个同:相邻的两个簇中,位置对应的两个同频小区中心之间的距离频小区中心之间的距离可见,簇内小区数可见,簇内小区数N越小,同频小区之间的距离越近,抗越小,同频小区之间的距离越近,抗同频干扰的性能越差,但频率利用率越高。同频干扰的性能越差,但频率利用率越高。4中心激励和顶点激励中心激励和顶点激励在每个小区中,基站可以设在小区的中央,用在每个小区中,基站可以设在小区的中央,用全向天线形成圆形覆盖区,这就是全向天线形成圆形覆盖区,这就是“中心激中心激励励”方式,如图方式,如图4-10(a)所示。)所示。4中心激励和顶点激励中心激励和顶点激励
13、也可以将基站设计在每个小区六边形的也可以将基站设计在每个小区六边形的3个顶点上,个顶点上,每个基站采用每个基站采用3副扇形辐射的定向天线,分别覆盖副扇形辐射的定向天线,分别覆盖3个相邻小区的各三分之一区域,每个小区由个相邻小区的各三分之一区域,每个小区由3副副120扇形天线共同覆盖,这就是所谓的扇形天线共同覆盖,这就是所谓的“顶点激励顶点激励”方方式,如图式,如图4-10(b)所示。)所示。优点:消除障碍物阴影,对来自天线方向图主瓣之外的干扰有一定的隔离度图图4-10两种激励方式两种激励方式图图4-1121个无线小区模型个无线小区模型图图4-12用户密度不等时的小区结构用户密度不等时的小区结构
14、5蜂窝小区增加容量的方法蜂窝小区增加容量的方法小区一般分为巨区、宏区、微区和小区一般分为巨区、宏区、微区和微微区几类,具体指标及大体关系如表微微区几类,具体指标及大体关系如表4-4所示。所示。蜂蜂窝类型型巨区巨区宏区宏区MacroCell微区微区MicroCell微微区微微区PicoCell蜂窝半径蜂窝半径(km)1005003510.05终端移动速度终端移动速度(km/h)150050010010运行环境运行环境所有所有乡村郊区乡村郊区市区市区室内室内业务量密度业务量密度低低低到中低到中中到高中到高高高适用系统适用系统卫星卫星蜂窝蜂窝蜂窝蜂窝/无绳无绳蜂窝蜂窝/无绳无绳表表4-4小区分类小区
15、分类常用的扩容技术有:小区分裂、扇区常用的扩容技术有:小区分裂、扇区划分、选用直放站、微小区技术等。划分、选用直放站、微小区技术等。3333在实际的宏蜂窝内,通常存在着两种特殊的微小区域。在实际的宏蜂窝内,通常存在着两种特殊的微小区域。一是一是“盲点盲点”。由于网络漏覆盖或电波在传播过程中遇到障。由于网络漏覆盖或电波在传播过程中遇到障碍物而造成阴影区域等原因,使得该区域的信号强度极弱,通碍物而造成阴影区域等原因,使得该区域的信号强度极弱,通信质量严重低劣;信质量严重低劣;二是二是“热点热点”。由于客观存在商业中心或交通要道等业务繁。由于客观存在商业中心或交通要道等业务繁忙区域,造成空间业务负荷
16、的不均匀分布。忙区域,造成空间业务负荷的不均匀分布。以上两以上两“点点”问题,往往通过设置问题,往往通过设置直放站、分裂小区直放站、分裂小区等办法等办法来加以解决。但从原理上讲,这两种方法也不能无限制地使用。来加以解决。但从原理上讲,这两种方法也不能无限制地使用。(1)小区分裂 小区分裂通过用更小的小区代替较大的小区小区分裂通过用更小的小区代替较大的小区来允许系统容量的增长,同时采用同频复用因子来允许系统容量的增长,同时采用同频复用因子不变的信道分配策略,通过减小小区半径、重组不变的信道分配策略,通过减小小区半径、重组系统来获得容量的增加。系统来获得容量的增加。图图4-13小区分裂图小区分裂图
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