無線通信課件

早期：采用大區(qū)制特點(diǎn)：高架天線、大功率發(fā)射機(jī)－－增大覆蓋面積缺點(diǎn)：服務(wù)范圍仍然有限每個頻道每一時刻只能服務(wù)一個用戶，限制了系統(tǒng)容量改進(jìn)：將整個服務(wù)區(qū)劃為許多小的區(qū)域(小區(qū))每個小區(qū)設(shè)置一個 ，它只覆蓋本小區(qū)的區(qū)域相鄰小區(qū)使用不同的頻道，但相距一定距離的小區(qū)可以采用相同的頻道例：30個雙向頻道大區(qū)制時只能有30個用戶同時通信小區(qū)制時：分為30個小區(qū)，相鄰3個小區(qū)采用不同的頻道，每個小區(qū)有10個雙向頻道整個服務(wù)區(qū)可同時為300個用戶提供服務(wù)如果將小區(qū)進(jìn)一步劃小，可獲得更大的容量2.1

概述上一頁下一頁回

一、小區(qū)的形狀：全向天線輻射信號的覆蓋區(qū)域是圓形的不留空隙地覆蓋整個服務(wù)區(qū)，小區(qū)之間必然有若所有小區(qū)形狀相同，考慮了 部分之后，實(shí)際的小區(qū)形狀為正多邊形（有三種形式）2.2

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一、小區(qū)的形狀（續(xù)）：可以計算出：在相同小區(qū)半徑的情況下，采用正六邊形的小區(qū)形狀，相鄰小區(qū)的部分最少，小區(qū)的面積最大。意義：采用這種形狀的小區(qū)覆蓋相同的服務(wù)范圍所需的最少（成本最低），且相鄰小區(qū)之間的相互干擾最小。此時，其整體構(gòu)架類似于蜂窩，故稱為“蜂窩網(wǎng)”。2.2

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二、區(qū)群的構(gòu)成：在小區(qū)范圍之內(nèi)，無線電信號要保持足夠的強(qiáng)度（有效通信距離為小區(qū)的半徑）；但無線電信號不可能只限制在小區(qū)的范圍之內(nèi)。因此，為了減小同頻道干擾，相鄰小區(qū)不能使用相同的頻道。但如果兩個小區(qū)足夠遠(yuǎn)，則它們可以采用相同的頻道。1.

區(qū)群的定義：相鄰的使用不同頻道的所有小區(qū)，但這些小區(qū)共同使用了系統(tǒng)提供的所有頻道資源。含義：區(qū)群中的每個小區(qū)只使用了部分頻率資源，但區(qū)群則包含了全部的頻率資源。2.2

小區(qū)與區(qū)群的概念區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)：為了設(shè)計的簡單和布局的合理，區(qū)群的組成應(yīng)滿足以下兩個條件：區(qū)群應(yīng)無空隙無 地對服務(wù)區(qū)域進(jìn)行覆蓋各相鄰?fù)l道小區(qū)的距離相同。1）區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)：要滿足以上兩個條件，區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)應(yīng)滿足：N=i2+ij+j2,

(i，j為任意正整數(shù)）N＝1，3，4，7，9，12，13，16，19，21，……2.2

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2.2

小區(qū)與區(qū)群的概念2）區(qū)群的形狀：上一頁下一頁回

2.2

小區(qū)與區(qū)群的概念3.相鄰?fù)l道小區(qū)位置的確定方法：從當(dāng)前小區(qū)開始，沿任意一條邊的垂直方向數(shù)i個小區(qū)；順（逆）時針方向旋轉(zhuǎn)60度，再數(shù)j個小區(qū)。則該小區(qū)為當(dāng)前小區(qū)的一個相鄰?fù)l道小區(qū)。每個小區(qū)有六個相鄰?fù)l道小區(qū)。21i1j上一頁下一頁回

2.2

小區(qū)與區(qū)群的概念4.相鄰?fù)l道小區(qū)的距離：1）相鄰小區(qū)之間的中心距離：d

2 r2

(r

/

2)2

3r02）相鄰?fù)l道小區(qū)的距離：dI2

21

302020Nd0

3Nr

i2

ij

j2djd

)dI

(id0

jd

)

(r/2rd

/20id

0jd

0jd

0

/

203/2jdN↑→

dI→同頻道干擾↓上一頁下一頁回

5.

小區(qū)的激勵形式：中心激勵：頂點(diǎn)激勵：設(shè)在小區(qū)的中心（全向天線）；設(shè)在小區(qū)的某幾個頂點(diǎn)上（方向性天線）例如：120度天線，三個頂點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：有利于避免小區(qū)內(nèi) 物的陰影效應(yīng)；對干擾有一定 度，同頻道小區(qū)距離可適當(dāng)減小。缺點(diǎn)：控制復(fù)雜。2.2

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一、固定分配法將所有信道分成N組，每個小區(qū)固定使用其中的一組。分組時的考慮：每組中的頻道不會形成明顯的干擾。分區(qū)分組配置法（不產(chǎn)生三階 干擾）；等距離配置法（要求N值要足夠大）。優(yōu)點(diǎn)：簡單；缺點(diǎn)：可能造成頻率資源的浪費(fèi)。改進(jìn)：空閑頻道借用。當(dāng)某個小區(qū)中的所有頻道已使用完，又有新的呼叫請求時，從相鄰的小區(qū)中借用空閑頻道。2.3

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二、動態(tài)頻道分配法：所有頻道不是固定地分配給小區(qū)。只有在用戶發(fā)出呼叫時，才為服務(wù)的小區(qū)分配頻道。分配時考慮的因素：同頻道復(fù)用距離不會對本小區(qū)已經(jīng)使用的其它頻道產(chǎn)生明顯的干擾以后呼叫阻塞的可能性、候選頻道使用的頻次，等優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：頻率利用率搞，可適應(yīng)業(yè)務(wù)分布的動態(tài)變化。缺點(diǎn)：控制復(fù)雜、開銷較大（要求MSC增加

量和運(yùn)算量）2.3

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一、基本概念：定義：將當(dāng)前正在通信的移動臺的通信鏈路從當(dāng)前的過程。（也稱為ALT——自動鏈路轉(zhuǎn)移到另一轉(zhuǎn)換）關(guān)鍵問題：切換的準(zhǔn)則切換的控制切換時的信道分配2.4

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一、基本概念：性能指標(biāo)：切換失敗的概率；切換失敗導(dǎo)致通信中斷的概率切換的速率切換引起通信中斷的時間間隔切換發(fā)生的時延分類：硬切換：新鏈路建立前先中斷舊鏈路。軟切換：新舊鏈路同時保持，直到新鏈路可靠工作，再斷開舊的鏈路2.4

過區(qū)切換。二、過區(qū)切換的準(zhǔn)則：相對強(qiáng)度準(zhǔn)則（準(zhǔn)則Ⅰ）：選擇最強(qiáng)信號的

鏈路。具有門限規(guī)定的相對強(qiáng)度準(zhǔn)則（準(zhǔn)則Ⅱ）：當(dāng)前

信號足夠弱（門限），且新 的信號強(qiáng)度優(yōu)于本具有滯后余量的相對強(qiáng)度準(zhǔn)則（準(zhǔn)則Ⅲ）：新

的信號強(qiáng)度比當(dāng)前

高出某一門限（滯后余量）。具有滯后余量和門限規(guī)定的相對強(qiáng)度準(zhǔn)則（準(zhǔn)則Ⅳ）：新的信號強(qiáng)度比當(dāng)前

高出某一門限（滯后余量）

，且當(dāng)前信號足夠弱（門限）。2.4

過區(qū)切換上一頁下一頁回

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三、過區(qū)切換的策略：移動臺控制的過區(qū)切換：PACS、DECT等網(wǎng)絡(luò)控制的過區(qū)切換：模擬網(wǎng)、TACS等移動臺輔助控制的過區(qū)切換：IS-95、GSM等2.4

過區(qū)切換上一頁下一頁回

四、過區(qū)切換的信道分配：分配方法不同，服務(wù)的質(zhì)量不同。與呼叫請求相同的方法分配；保留部分信道專門用于過區(qū)切換；對切換請求進(jìn)行排隊。過區(qū)切換的其它問題（多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）2.4

過區(qū)切換對于蜂窩網(wǎng)，干擾是影響系統(tǒng)性能和容量的主要因素干擾的主要類型：移動臺：所屬 發(fā)給其它移動臺的信號（特別是相鄰頻道的信號）相鄰?fù)l道小區(qū)的同頻道信號產(chǎn)生的三階 信號：本小區(qū)移動臺的相互影響（特別是遠(yuǎn)近效應(yīng)和鄰道干擾）其它小區(qū)的同頻道干擾此外，汽車火花干擾等外界干擾信號和噪聲的影響。其中，同頻干擾、鄰道干擾和三階

干擾的影響最大，且無法根除。2.5干擾和系統(tǒng)容量上一頁下一頁回

一、同頻干擾與系統(tǒng)容量：對于蜂窩網(wǎng)，頻率再用直接導(dǎo)致了同頻干擾的存在。1.特點(diǎn)：不能靠簡單地增加

來克服。一般通過增大頻率復(fù)用的距離來解決。但復(fù)用距離的增加，又導(dǎo)致頻率利用率（系統(tǒng)容量的減?。?。實(shí)際應(yīng)用中必須在二者中進(jìn)行折中。2.5干擾和系統(tǒng)容量上一頁下一頁回

一、同頻干擾與系統(tǒng)容量：2.分析：2.5干擾和系統(tǒng)容量i假設(shè)同頻道小區(qū)數(shù)為：i0第i個同頻道小區(qū)的干擾為：I則信噪比為：i0Iii＝1S

＝

SI0P設(shè)處的信號功率為：則d處的功率為：0d一般情況下距離發(fā)射臺d處的信號強(qiáng)度是d的函數(shù)：p∝d-n一般情況下，n＝2～40上一頁下一頁回

r

0ddnP

P

(

)設(shè)所有的

的移動臺距當(dāng)前小區(qū)都相同。的距離為d；距第i個同頻道小區(qū)則：僅考慮相鄰?fù)l道小區(qū)的影響。如果N足夠大，即情況下，移動臺處于小區(qū)的邊緣即d＝rP27頁公式（2.11）給出了更為精確的計算2.5干擾和系統(tǒng)容量i0d-n的距離為di-niSdi＝1＝Idi

dI

3N

r1

r

1I

6

dI則：S－n

－n＝

（ ）

＝

（

3N）6上一頁下一頁回

n＝4，求系統(tǒng)允許的最小N。解：2.5干擾和系統(tǒng)容量

I

例：在某系統(tǒng)中，

要求的信干比門限為S

18dB1.84

18dB＝10S

1I

6＝

（

3N）＝

I

S3

I

故：N為7N＝

2

S

6.49上一頁下一頁回

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二、鄰道干擾定義：相鄰頻道之間的相互干擾產(chǎn)生原因：已調(diào)信號帶外衰減不夠快接收濾波器不夠理想惡果：易產(chǎn)生遠(yuǎn)近效應(yīng)解決方法：在一個小區(qū)中（甚至相鄰的小區(qū)中）不使用相鄰頻道。2.5干擾和系統(tǒng)容量三、1.定義：2.5干擾和系統(tǒng)容量干擾由于傳輸信道的非線性電路產(chǎn)生的新的組合頻率的信號。例如：當(dāng)兩個或多個不同頻率的信號同時輸入到非線性電路時，會產(chǎn)生許多諧波和組合頻率分量。這些分量的頻率如果和有用信號的頻率相同或接近，便會產(chǎn)生干擾。上一頁下一頁回

2.5干擾和系統(tǒng)容量2.產(chǎn)生機(jī)理：1）非線 件的輸入和輸出的一般表示：i02

3c

0

1

2

3i

a

a

u

a

u

a

u

...

i

ia

u假設(shè)有兩個信號同時作用于該非線件，即：u

AcosAt

BcosBtnBA則失真項為：（n2Acos

t

B

cos

t）上一頁下一頁回

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（1）n=2項展開后為：2.5干擾和系統(tǒng)容量A

BA

B22）

2ABcos

t

cos

tt）＋（

t（Acos

B

cosA

A22t）＝11/

2A

cos2（Acos

t2AB

cosAt

cosBt＝AB[cos(At

Bt)

cos(At

Bt)]由于

A＋B和

A

B與

A和B相差都比較大，因此不易產(chǎn)生干擾。（2）n=3項展開后為：（X＋Y）3

X

3

2

X

2Y

2

XY

2

Y

3其中立方項產(chǎn)生的是3A和3B，也不易產(chǎn)生干擾而平方項中產(chǎn)生的有2A－B和，2B

A，它們與A和B相近，故會產(chǎn)生干擾2.5干擾和系統(tǒng)容量——三階同樣，n＝57，9..，....，項中也會產(chǎn)生一些與A和5階7

，階稱。B相近的組合頻率。上一頁下一頁回

3.相容頻道（無三階

干擾的頻道組）：在一個通信系統(tǒng)中，為了避免三階選用頻道集合中的頻率，使它們產(chǎn)生的干擾，在分配頻率時，應(yīng)合理地頻率不在所選的頻率組中。產(chǎn)生的三階

干擾頻率為：fx

fi

f

j

fk，或fx

2

fi－f

j，其中fi、f

j、fk為所選頻率組的某個頻率為了方便常用序號表示頻率，如下圖2.5干擾和系統(tǒng)容量f

0

12345678910

Cj

Ckfn

f0

BCn，Cn

1,.,.(2.則),3：Cx

Ci上一頁下一頁回

2.5干擾和系統(tǒng)容量設(shè)任意兩個頻道的序號

的差值為：

i,

j

i

Cj則三階可見：如果所選頻道組中任意兩個頻道的差值都不相同，則該頻道組為相容頻道組。該問題可以采用圖解的方式求解。例：1，2，4，6，8作業(yè)：試求1,2,5,10,12和1,2,5,7,10這兩組頻道是否為相容頻道

1

2

4

6

9上一頁下一頁回

。四、功率控制功率控制是減小各種系統(tǒng)干擾的有效1.基本思想：較近時，以較小的進(jìn)行通信。當(dāng)移動臺距離反正，則以較大的常用方法：開環(huán)功率控制閉環(huán)功率控制優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)行通信；可減小系統(tǒng)干擾，從而增大系統(tǒng)容量；可減小移動臺的功耗，從而增加其工作時間。2.5干擾和系統(tǒng)容量上一頁下一頁回

無線服務(wù)的需求不斷增大，頻率資源越來提高頻率資源越緊張，需要采用一些技術(shù)利用率，以達(dá)到擴(kuò)容的目的。目前的主要技術(shù)有：小區(qū)劃分扇區(qū)