移動通信課件：05次課 第03章 組網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)-1_

1、5-1數(shù)字移動通信Digital Mobile CommunicationBTS總體方案設(shè)計報告Digital Mobile Communication數(shù)字移動通信3-2數(shù)字移動通信第3章組網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)3-3第3章 組網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)講述內(nèi)容3.1 移動通信網(wǎng)的基本概念3.2移動通信環(huán)境下的干擾3.3區(qū)域覆蓋和信道配置3.4 提高蜂窩系統(tǒng)容量的方法3.5 多信道共用技術(shù)3.6 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3.7 信令3.8 系統(tǒng)的移動性管理第一次課第二次課第三次課3-4本章解決的主要問題通過本章學(xué)習(xí)，著重解決以下問題：干擾是如何影響系統(tǒng)性能的？如何在有限頻譜資源條件下，實現(xiàn)大容量、廣覆蓋？系統(tǒng)的移動性管理：基站如何找到手

2、機(jī)？如何保證“移動”著打電話不會有問題？建立一個移動通信網(wǎng)的系統(tǒng)級概念3-5要求與重點(diǎn)1、理解移動通信空中接口的分層協(xié)議模型；2、掌握移動通信網(wǎng)的基本概念；3、了解移動通信環(huán)境下的主要干擾形式；4、掌握蜂窩技術(shù)的基本思想；5、理解大區(qū)制與小區(qū)制的優(yōu)缺點(diǎn)。3-63.1 移動通信網(wǎng)的基本概念移動通信系統(tǒng)是為多用戶提供服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，不同于點(diǎn)對點(diǎn)的通信。它是承載移動通信業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，主要完成移動用戶之間、移動用戶與固定用戶之間的信息交換。移動通信網(wǎng)由兩部分組成：空中網(wǎng)絡(luò)：無線網(wǎng)絡(luò)，完成無線通信。地面網(wǎng)絡(luò)：有線網(wǎng)絡(luò)，完成有線通信。3-73.1 移動通信網(wǎng)的基本概念空中網(wǎng)絡(luò)需要解決的幾大問題：多址接入基站

3、如何區(qū)分手機(jī)（能同時接入多少手機(jī)受限于采取何種多址方式）頻率復(fù)用頻譜資源有限區(qū)域覆蓋（蜂窩結(jié)構(gòu)）廣覆蓋移動性管理基站如何找手機(jī)？動中通？基站如何區(qū)分手機(jī)？多址接入3-8一個墻上的插口通常只能對應(yīng)一臺電話，而基站的一面天線要同時接收很多手機(jī)發(fā)來的信號，如何區(qū)分哪個信號來自哪個手機(jī)？誰是誰空中接口的困惑基站如何找手機(jī)？移動性管理3-93.1 移動通信網(wǎng)的基本概念地面網(wǎng)絡(luò)包括：服務(wù)區(qū)內(nèi)各個基站的相互連接?；九c固定網(wǎng)（PSTN、數(shù)據(jù)網(wǎng)等）。3-103.1 移動通信網(wǎng)的基本概念3-11移動交換子系統(tǒng)基站子系統(tǒng)操作維護(hù)管理子系統(tǒng) 3-123.1 移動通信網(wǎng)的基本概念（協(xié)議）定義描述什么是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議？為進(jìn)行

4、網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定分層協(xié)議模型，不分層不行嗎？分層的目的：功能分解；模塊化；開放性；可擴(kuò)展性3.1 移動通信網(wǎng)的基本概念（協(xié)議）開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）參考模型，七層協(xié)議，分幾層合適呢？根據(jù)實際需要確定3-13應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層3-143.1 移動通信網(wǎng)的基本概念（協(xié)議）L3連接層移動管理層無線資源管理層L2數(shù)據(jù)鏈路層L1物理層GSM空中接口Um的協(xié)議參考模型功能：移動臺和基站之間的無線傳輸。三層模型。物理層：為高層信息傳輸提供無線信道。數(shù)據(jù)鏈路層：為網(wǎng)絡(luò)層提供必需的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)，并對數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行控制。網(wǎng)絡(luò)層：管理鏈路連接、控制呼叫過程、支持附加

5、業(yè)務(wù)和短消息業(yè)務(wù)，以及進(jìn)行移動管理和無線資源管理。3.1 移動通信網(wǎng)的基本概念（協(xié)議）嚴(yán)格的分層設(shè)計有缺點(diǎn)嗎？非相鄰層間不能交互，造成資源的浪費(fèi)，無法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能的最優(yōu)化改進(jìn)方法跨層設(shè)計3-15 3.2 移動通信環(huán)境下的干擾移動通信環(huán)境下的干擾，嚴(yán)重限制系統(tǒng)容量的提升。了解移動通信環(huán)境下的干擾類型，可以通過系統(tǒng)設(shè)計提供相應(yīng)的解決措施。3-163-17 3.2 移動通信環(huán)境下的干擾干擾是限制移動通信系統(tǒng)性能的主要因素。在移動通信網(wǎng)中，無線電干擾一般分為：同頻干擾、鄰道干擾、互調(diào)干擾、阻塞干擾近端對遠(yuǎn)端的干擾=若對移動通信網(wǎng)進(jìn)行合理設(shè)計可削弱這些干擾！3-181 同頻干擾同頻干擾是指所有落在接收機(jī)

6、通帶內(nèi)的與有用信號頻率相同的無用信號的干擾，亦稱同信道干擾（又稱為同道干擾或共道干擾）。采用頻域濾波的方法能夠消除同頻干擾嗎？蜂窩網(wǎng)中的同頻干擾主要由什么引起的？3-191 同頻干擾同頻復(fù)用：在移動通信系統(tǒng)中，為了提高頻率利用率，在相隔一定距離以外，可以使用相同的頻率，這就稱為頻率復(fù)用或同頻復(fù)用。同頻復(fù)用帶來了什么問題？同頻干擾同頻復(fù)用的要求或者限制條件是什么？同頻干擾不能過大3-201 同頻干擾同頻小區(qū): 在一個給定的覆蓋區(qū)域內(nèi)，存在許多使用同一組頻率的小區(qū)。區(qū)群=7的小區(qū)示意。ADCBGFEADCBGFEADCBGFE同頻復(fù)用3-211 同頻干擾同頻干擾與距離的關(guān)系？同頻小區(qū)距離越近，同頻

7、干擾就越大；反之，同頻干擾就越小，但頻率利用率就會降低。3-221 同頻干擾1、射頻防護(hù)比 接收機(jī)輸出端有用信號達(dá)到規(guī)定質(zhì)量的情況下，在接收輸入端測得有用射頻信號與同頻無用射頻信號之比的最小值，也稱為同頻干擾保護(hù)比。 如：25dB等。與同頻干擾有關(guān)的系統(tǒng)性能指標(biāo)3-231 同頻干擾2、同頻復(fù)用距離D當(dāng)信號/同頻防護(hù)比滿足通信質(zhì)量要求或達(dá)到規(guī)定的載噪比（C/N)指標(biāo)時，兩個同頻小區(qū)之間的距離稱之為同頻復(fù)用距離。3、同頻復(fù)用系數(shù)Q 同頻復(fù)用距離和小區(qū)半徑之比。與同頻干擾有關(guān)的系統(tǒng)性能指標(biāo)3-241 同頻干擾同頻復(fù)用系數(shù)：同頻復(fù)用距離：3-251 同頻干擾-例子同頻干擾信干比要求大于25dB3-26

8、2 鄰道干擾鄰道干擾：是指相鄰信道或鄰近信道的信號相互干擾。產(chǎn)生鄰道干擾的原因？由于接收/發(fā)射濾波器不理想，使得相鄰頻率的信號泄漏到了傳輸帶寬內(nèi)而引起的。3-272 鄰道干擾解決鄰道干擾的措施：降低發(fā)射機(jī)落入相鄰頻道的干擾功率，即減小發(fā)射機(jī)帶外輻射；提高接收機(jī)的鄰頻道選擇性；在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中，避免相鄰頻道在同一小區(qū)或相鄰小區(qū)內(nèi)使用。鄰道干擾可以通過精確的濾波和信道分配而減小到最小。3-283 互調(diào)干擾互調(diào)干擾是由傳輸設(shè)備中的非線性電路產(chǎn)生的。它指兩個或多個信號作用在通信設(shè)備的非線性器件上，產(chǎn)生同有用信號頻率相近的組合頻率，從而對通信系統(tǒng)構(gòu)成干擾的現(xiàn)象。互調(diào)干擾分為：發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾接收機(jī)互調(diào)干擾3

9、互調(diào)干擾線性系統(tǒng)：滿足線性疊加的系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)設(shè) 和 分別是系統(tǒng)的輸入，其輸出是 和，即疊加性：齊次性：3-293 互調(diào)干擾非線性系統(tǒng)不滿足疊加性、齊次性高頻功率放大器、振蕩器、混頻器對非線性系統(tǒng)的分析通常采用冪級數(shù)近似法，即若n=3，則3-303 互調(diào)干擾諧波當(dāng)系統(tǒng)的輸入為單一頻率信號 ，則額外產(chǎn)生了直流項，與基波成整數(shù)倍的諧波項這些諧波項會對接收機(jī)與發(fā)射機(jī)造成什么影響？3-313 互調(diào)干擾諧波對接收機(jī)的影響由于諧波遠(yuǎn)離信號頻率，可以通過濾波器加以濾除諧波對發(fā)射機(jī)的影響諧波會干擾別的通信系統(tǒng)，必須考慮3-323 互調(diào)干擾互調(diào)干擾當(dāng)系統(tǒng)的輸入信號為多個頻率信號時，即作業(yè)輸出信號y(t)的三次

10、項是什么？3-333-343 互調(diào)干擾產(chǎn)生互調(diào)干擾的基本條件： （1）幾個干擾信號的頻率 與受干擾信號的頻率之間滿足 或 的條件；（三階互調(diào)）（2）干擾信號的幅度足夠大； （3）干擾（信號）站和受干擾的接收機(jī)都同時工作 。 3-353 互調(diào)干擾-發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾一部發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號進(jìn)入了另一部發(fā)射機(jī)，并在其末級功放的非線性作用下與輸出信號相互調(diào)制，產(chǎn)生不需要的組合干擾頻率，對接收信號頻率與這些組合頻率相同的接收機(jī)造成的干擾，稱為發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾。 減少發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾的措施有： 加大發(fā)射機(jī)天線之間的距離； 提高發(fā)射機(jī)的互調(diào)轉(zhuǎn)換衰耗。3-363 互調(diào)干擾-接收機(jī)互調(diào)干擾當(dāng)多個強(qiáng)干擾信號進(jìn)入接收機(jī)前端電

11、路時，在器件的非線性作用下，干擾信號互相混頻后產(chǎn)生可落入接收機(jī)中頻頻帶內(nèi)的互調(diào)產(chǎn)物而造成的干擾稱為接收機(jī)互調(diào)干擾。思考題：減少接收機(jī)互調(diào)干擾的措施主要有哪些？ 3-373 互調(diào)干擾-無三階互調(diào)例：表3-1中七個信道1、2、8，12、21、24、26是不是無三階互調(diào)頻道組？C1C2C8C12C21C24C261649327 101312511191614202218232425結(jié)論：無三階互調(diào)無三階互調(diào)頻道組判據(jù)：頻差有無相同？需用信道數(shù)7最小占用信道數(shù) 26信道利用率 27%3-383 互調(diào)干擾-無三階互調(diào)需用信道數(shù)最小占用信道數(shù)無三階互調(diào)信道組的信道序號最高信道利用率341,2,4；1,3,

12、475471,2,5,7 ；1,2,4,8；1,3,6,7575121,2,5,10,12；1,3,8,9,121,3,8,11,12；1,4,5,10,12416181, 2,5,11,16,18;1,2,5,11,13,181,2,9,12,14,18;1,2,9,13,15,181,3,8,14,17,18;1,4,6,10,17,18 1,5,7,10,17,18;1,6,8,14,17,18337261,2,8,12,21,24,26 等共14組278351,2,5,10,16,23,33,35;1,3,13,20,26,31,34,35239461,2,5,14,25,31,34,

13、41,46;1,2,6,13,26,28,36,42,45;1,4,10,18,20,33,40,44,45 2010561,2,7,11,24,27,35,42,54,561,3,15,22,30,33,46,50,55,56 18表3-1 無三階互調(diào)干擾的信道組請驗證：表3-1 信道數(shù)為9時，結(jié)果的正確性3-394 近端對遠(yuǎn)端的干擾近端對遠(yuǎn)端的干擾：當(dāng)基站同時接收從兩個距離不同的移動臺發(fā)來的信號時，距基站近的移動臺B到達(dá)基站的功率明顯要大于距離基站遠(yuǎn)的移動臺A的到達(dá)功率，若二者頻率相近，則距基站近的移動臺B就會造成對接收距離距基站遠(yuǎn)的移動臺A的有用信號的干擾或抑制，甚至將移動臺A的有用信號

14、淹沒。這種現(xiàn)象稱為近端對遠(yuǎn)端干擾，又稱為遠(yuǎn)近效應(yīng)。4 近端對遠(yuǎn)端的干擾3-40d2d1若d2/d1=10，則接收信號功率比P1/P2將達(dá)近40dB （衰減因子為4）! P1P2MS2MS1強(qiáng)抑制弱！3-414 近端對遠(yuǎn)端的干擾克服的方法有哪些呢？1、頻道間隔：兩個移動臺所用頻道拉開必要間隔；2、移動臺的自動功率控制：移動臺端加自動（發(fā)射）功率控制（APC），使所有工作的移動臺到達(dá)基站功率基本一致。干擾（小結(jié)）同頻干擾頻率復(fù)用引起通過網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃降低鄰道干擾發(fā)端：減小發(fā)射機(jī)帶外輻射收端：提高接收機(jī)的鄰頻選擇性網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃：避免相鄰頻道在同一小區(qū)或相鄰小區(qū)內(nèi)使用3-42干擾（小結(jié)）互調(diào)干擾非線性電路引起發(fā)

15、端、收端、頻率規(guī)劃遠(yuǎn)近效應(yīng)頻率間隔拉開 功率控制3-433-443.3區(qū)域覆蓋問題提出：由于傳播損耗的存在，基站和移動臺之間的通信距離是有限的。為了使得用戶在某一服務(wù)區(qū)的任一點(diǎn)都能接入網(wǎng)絡(luò)，需要在該服務(wù)區(qū)內(nèi)設(shè)置多少基站？物理本質(zhì)：電波的傳播損耗3-45大區(qū)制概念：使用安裝在高塔上的單個大功率發(fā)射機(jī)而獲得一個大面積覆蓋。大區(qū)制特點(diǎn)：天線架設(shè)高基站大功率公用電話交換網(wǎng)RR: 3050kmP: 50200WP大區(qū)制系統(tǒng)示意圖3-46大區(qū)制適用范圍適用范圍小容量移動網(wǎng)。例如集群等各種專用移動通信網(wǎng)。舉例20世紀(jì)70年代紐約的貝爾移動系統(tǒng)最多能支持1000平方英里內(nèi)的12個同時呼叫（模擬系統(tǒng)：頻分復(fù)用）

16、。 3-47大區(qū)制優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、成本低缺點(diǎn)：容量小區(qū)域覆蓋受限地形環(huán)境影響，例如山丘、建筑物等阻擋盲區(qū)多徑反射干擾基站發(fā)射功率是有限的（大區(qū)制能實現(xiàn)全國覆蓋嗎？）移動臺發(fā)射功率小，上下行存在增益差3-48解決方法解決大區(qū)制覆蓋的方法有：同頻轉(zhuǎn)發(fā)器，掃除盲區(qū)設(shè)置分集接收臺提高基站接收機(jī)靈敏度3-49系統(tǒng)局限性系統(tǒng)的應(yīng)用局限性覆蓋范圍受限。由于基站天線高度、功率的限制。系統(tǒng)容量受限。由于頻率資源有限，因而信道數(shù)有限。系統(tǒng)設(shè)備受限。由于需要天線高度較高，功率較大，故很難實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備小型化。 3-50二、小區(qū)制背景隨著移動通信業(yè)務(wù)量的增長，大區(qū)制移動通信系統(tǒng)的容量已經(jīng)不能滿足需求。為了解決這

17、一問題，蜂窩技術(shù)的研究逐漸興起，并最終走向?qū)嵱?。解決問題頻率資源與容量需求的矛盾基礎(chǔ)蜂窩原理3-511、蜂窩技術(shù)概述意義是解決頻率不足和用戶容量問題的一個重大突破。能在有限的頻譜上提供非常大的容量，而不需要做技術(shù)上的重大修改。特點(diǎn)應(yīng)用了空域的同信道（頻率）再用技術(shù)，解決了信道數(shù)少和用戶數(shù)多之間的矛盾。3-52蜂窩概念基本思想包含了三層含義1）用多個小功率發(fā)射機(jī)代替單個大功率發(fā)射機(jī)，用多個小覆蓋區(qū)代替一個大覆蓋區(qū)；2）將整個系統(tǒng)的信道分成若干個信道組，每個基站分配整個系統(tǒng)可用信道中的一部分，并且給相鄰的基站分配不同的信道組。3）通過系統(tǒng)地分隔整個系統(tǒng)的基站及它們的信道組，可用信道便可以在整個系統(tǒng)

18、的覆蓋區(qū)域內(nèi)復(fù)用。3-53大區(qū)覆蓋與小區(qū)覆蓋大區(qū)覆蓋與小區(qū)覆蓋（a）大區(qū)覆蓋（b）小區(qū)覆蓋大區(qū)制基站發(fā)射功率大覆蓋區(qū)域廣頻率不能復(fù)用小區(qū)制（蜂窩）基站發(fā)射功率小覆蓋區(qū)域?。ㄐ^(qū)）頻率復(fù)用越區(qū)切換和中央控制3-54蜂窩概念基本思想包含了三層含義1）用多個小功率發(fā)射機(jī)代替單個大功率發(fā)射機(jī)，用多個小覆蓋區(qū)代替一個大覆蓋區(qū)；2）將整個系統(tǒng)的信道分成若干個信道組，每個基站分配整個系統(tǒng)可用信道中的一部分，并且給相鄰的基站分配不同的信道組。3）通過系統(tǒng)地分隔整個系統(tǒng)的基站及它們的信道組，可用信道便可以在整個系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域內(nèi)復(fù)用。3-55蜂窩概念基本思想包含了三層含義1）用多個小功率發(fā)射機(jī)代替單個大功率發(fā)射機(jī)，用多個小覆蓋區(qū)代替一個大覆蓋區(qū)；2）將整個系統(tǒng)的信道分成若干個信道組，每個基站分配整個系統(tǒng)可用信道中的一部分，并且給相鄰的基站分配不同的信道組。3）通過系統(tǒng)地分隔整個系統(tǒng)的基站及它們的信道組