移动通信主要技术

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目前主要网络结构: 三级集中交换式网络结构 (MSC、BS、MS)
25
小规模、中规模、大规模本地网 本地网含义:具有相同长途区号
◦ 网络结构中设备间连接关系
移动侧:TMSC1、TMSC2----一、二级汇接中心 TMm、Tm----本地汇接局 GWm----移动网关
PSTN侧:GWp ----固网网关
无线信道:MS与BS间的一条双向传输通道
◦ FDD方式时双向使用分开的两个无线频率 上行:MS BS 下行:BS MS
双工间隔:上下行频率的差值
信道的含义
◦ 模拟系统:信道=频道(波道)----FDMA
◦ 数字GSM:信道=时隙
----TDMA
◦ CDMA: 信道=地址码
----CDMA
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频率资源 频谱管理 同频复用 多信道共用 多址技术 信道自动选择方式 载波干扰保护比
◦ 大区制 ◦ 小区制
4
概念
◦ 整个服务区内只设一个基站,负责区内联络与控制
R为分集 接收台
5
要求
◦ 为增大服务区: 天线架设要高;发射功率要大
◦ 解决上行信号弱的问题: 采用分集接收台
优点:设备简单,技术上易实现 缺点:频谱利用率低,用户容量小 (所有MS采用不同频率)
适用:小城市或业务量不大的城市
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特殊资源
◦ 不会用尽、不能储存 ◦ 不用与使用不当都是浪费
具有时间、空间、频率三维特性
◦ 同一时间、同一地点不能重复使用 ◦ 不同时间或不同地点可重复使用
同频复用 TDMA(不同时间的频率重复使用)
33
频谱分配的基本原则 影响频率选择的因素
34
无线电频谱资源是国家和国际的一种公共资源,还须考虑 国际、国内及各地区之间的频率协调问题 (有效利用)
域。位置区可由一个或若干个小区组成。 MSC区:一个MSC所管辖的所有小区共同覆盖的
区域。一个MSC可由一个或若干个位置区组成。 PLMN服务区:若干个MSC区组成。 系统服务区:MS可获得服务的区域,无须知道
MS实际位置而可马上通信的区域。可由若干个同 标准公用移动电话网组成。
3
按服务区覆盖方式可分为
◦ A用户=CTK/3600 (Erl/用户)
C:每天平均呼叫的次数 T(秒):每次呼叫平均占用信道时间 C×K:可视为忙时呼叫次数 ◦ 专用移动通信系统:0.06 Erl/用户 公用移动通信系统:0.01 Erl/用户
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每信道容纳的用户数
m An An A用户 CTK 3600
A/n表示一定呼损条件下,每信道平均话务量 n个信道容纳的总用户数 m×n=A/A用户
多个用户同时需要通话时可能由于信道数不够而使一 部分用户不能通话,导致呼叫失败
损失话务量:呼叫失败损失的话务量
44
呼叫话务量A
◦ 度量通话业务量或繁忙程度 ◦ 单位时间内呼叫次数与每次呼叫平均占时的乘积
A=C×t (Erl)
◦ 1Erl:一个信道被连续占用1小时的话务量 一个信道的最大话务量 多个信道或中继线上的话务量可能大于1Erl
2%
1.092 1.657 2.276 2.935 3.627 4.345 5.084
3%
1.259 1.875 2.543 3.250 3.987 4.748 5.529
5%
1.525 2.218 2.960 3.738 4.543 5.370 6.216
7%
1.748 2.504 3.305 4.139 4.999 5.879 6.776
10% 20%
2.045 2.945 2.881 4.010 3.758 5.109 4.666 6.230 5.597 7.369 6.546 8.522 7.511 9.685
50
繁忙小时集中率K
◦ 忙时:一天中最繁忙的一小时 非忙时:
◦ K=忙时话务量/全日话务量
51
每用户忙时话务量A用户
20
容量密度不等时区域划分
21
小区分裂:一分三、一分四
22
无线区域的划分依据(综合考虑)
◦ 地形地物情况 ◦ 容量密度 ◦ 通信容量 ◦ 有效利用频谱……
23
移动通信网 基本结构
24
从频率配置、覆盖角度: 无线小区无线区群服务区
从控制角度: 无线小区基站小区位置区MSC区PLMN服 务区GSM业务区
6
概念
◦ 整个服务区划分为若干个 小区,每个小区设一个基 站,负责本小区的联络与 控制,并在MSC的统一 控制下,实现小区间转接 与其他网络的联系
◦ 适用:大容量移动通信系 统
7
优点
◦ 服务区域缩小,同频复用距离减小,提高了频率利 用率
◦ 区域内用户数可灵活确定,小区的大小也可根据用 户数灵活确定
◦ 小区中用户数增大到一定程度,可实现“小区分裂”
◦ MS和BS发射功率减小,减小了相互间的干扰
缺点
◦ 切换概率增加
思考:为什么小区制能
◦ 控制交换复杂 ◦ 建网成本提高
小区数增 加,BS数
解决频道数有限而用户 数不断增加的矛盾?
增加
8
服务区形状:线状、面状(无缝覆盖) 相同地形地物、全向天线圆形小区 规划设计中为邻接覆盖服务区,用圆内接正多边
53
例:每天每户平均呼叫10次,每次呼叫占时100s,
呼损率为10%,繁忙小时集中率为10%,求: (1)给定20个信道,能容纳多少个用户? (2)若区域内有500个用户,需要分配多少个信道? 解: A用户=CTK/3600=0.028 (Erl/用户) (1)根据B=10%,n=20查爱尔兰呼损表得:
45
呼叫话务量A
◦ 度量通话业务量或繁忙程度 ◦ 单位时间内呼叫次数与每次呼叫平均占时的乘积
A=C×t (Erl)
◦ 1Erl:一个信道被连续占用1小时的话务量 一个信道的最大话务量 多个信道或中继线上的话务量可能大于1Erl
46
呼叫话务量A
◦ 度量通话业务量或繁忙程度 ◦ 单位时间内呼叫次数与每次呼叫平均占时的乘积
42
呼叫话务量A
◦ 度量通话业务量或繁忙程度 ◦ 单位时间内呼叫次数与每次呼叫平均占时的乘积
A=C×t (Erl)
◦ 1Erl:一个信道被连续占用1小时的话务量 一个信道的最大话务量 多个信道或中继线上的话务量可能大于1Erl
43
ห้องสมุดไป่ตู้
◦ 类型
完成话务量A0
损失话务量AL
( AL=A-A0 )
呼损:多信道共用时,由于用户数大于信道数,
◦ 为澄清网络结构,与其他网络间应逐步采用来去话汇 接方式,接口局作为网间结算的计费点对来去话进行 计费
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与NO.7的关系 每个节点均设信令点
◦ 一般:TMSC1设HSTP TMSC2设LSTP MSC设SP
◦ GSM与NO.7的互联
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传输信息的通道(双向) 有线信道、无线信道(根据媒介不同分)
有关组网的影响
◦ 容量 ◦ 频率利用率
多频道共用
◦ 频道间隔 ◦ 设备共用(天线等)
互调的影响
◦ 多频道共用、多系统同时工作
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无三阶互调信道组分配法
◦ 无三阶互调
◦ 频率利用率低
分区分组信道分配法
◦ 无三阶互调
◦ 频率利用率高
◦ 运算量大,适用于需要信道数较少的系统
等频距频道分配法
◦ 有三阶互调,可抑制
◦ 影响因素
网路结构 频道带宽 用户密度 每用户话务量 呼损率 共用频道数…
◦ 定量评价:
在相同传输质量和相同呼损(阻塞)率前提下的频率利用率: Erl/(单位带宽3KHz.km2) 或 Erl/(Hz.m2)
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传播环境的影响
◦ 不同频段,应用于不同系统 ◦ 不同环境,有不同的适用频段
区域覆盖结构 组网制式 正六边形无线区群结构 移动通信网络结构和信道
1
根据其接续、覆盖方式分成多重结构 无线小区基站区位置区MSC区PLMN区 GSM服务区
2
小区:一个基站或基站的一部分(扇形天线)所 覆盖的区域。
基站区域:一个基站的所有小区所覆盖的区域。 位置区:MS可任意移动不需要进行位置更新的区
◦ 适用大型公网
第9章中详
细介绍 38
解决频率拥挤的方法
◦ 开发新频段(频段有限) ◦ 有效利用频率,提高频率利用率
同频复用 多信道共用
39
同频复用
◦ 同一载波的无线信道用于覆盖相隔一定距离的不同区域 (相当于频率资源再生) 即:小区制中间隔一定距离重复使用相同频率
◦ 蜂窝移动通信网络由若干个无线小区构成,区群内使用不 同频率,不同的区群可使用相同的频率 假设每个群N个小区,则需N组频率
6
4
2.6r 2 小:同频干扰小
3
少:频率利用率高
正六边形小区形状最佳,相互 邻接构成蜂窝状网络结构
10
无线区群(频率分配)
◦ 从覆盖角度:无线小区无线区群服务区 ◦ 由若干个无线小区构成,区群内使用不同频率,
不同的区群可使用相同的频率
11
构成条件
◦ 能彼此邻接,同频小区中心间隔距离相等 ◦ N=a2 +ab +b2
管理机构
◦ 国际:ITU ◦ 国内:无线电管理委员会 日常管理工作:审核频率使用的合法性;检查有害干扰; 检查设备与系统的技术条件;考核操作人员的技术条件, 登记业务种类,电台使用日期等。 频谱管理的任务:频率使用的授权;建立频率使用登记表; 无线电监测业务;控制人为噪声等
35
频谱利用率的评价
17
类型
◦ 中心激励----全向天线 ◦ 顶点激励----定向天线
三叶草形 120°扇形 60°扇形
18
顶点激励:
➢频率利用率高:定向天线的方向性提供了一定的隔
离度,允许以较小的同频复用距离工作单位无线区 群的N数减小;
➢信号强 ➢干扰小 ➢容量大
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无线区大小的确定(根据用户数灵活确定) ◦ 市区用户密度高无线区小些,分配的 信道数多些 ◦ 郊区用户密度低无线区大些,分配的 信道数少些
A=C×t (Erl)
◦ 1Erl:一个信道被连续占用1小时的话务量 一个信道的最大话务量 多个信道或中继线上的话务量可能大于1Erl
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呼损率B
◦ 多信道共用时呼叫失败的概率
◦ B=(AL/A)×100% =(CL/C)×100%
◦ A、B在需求上是一对矛盾
服务质量、用户需要B减小需减小流入话务量
(a、b均为正整数或0,但不能同时为0,或一个为0一个为1)
例:a=1,b=1N=3 a=2,b=0N=4 a=2,b=1N=7 a=3,b=1N=9 ……
12
图2-5 各种单位无线区群的图形 13
a=1,b=1
a=2,b=0
a=1,b=2
14
a=1,b=2N=7时的区域覆盖 同频小区根据a,b值确定
15
同频复用保护距离D:不产生同频干扰的最小距离 同频小区中心间隔距离
dg r 3N
◦ 同频复用时不产生同频干扰的条件 dg≥ D
16
思考:如何选择无线区群的小区数N? (1)N= a2 +ab +b2
(2)dg r 3N D
(3)在满足上述两个条件的情况下, 选N最小,频率利用率最高。
HLR:一般设一个,可增设 MSC:可一个或多个
GMSC、TMSC可兼作MSC,与路由方式相关 GWm和GMSC
26
未建接 口局
已建接 口局
小规模 27
中 规 模
大 规 模
28
与其他网络的互连
◦ PSTN、PSPDN、CHINANET…
原则:
◦ 与其他网络之间应设接口局,接口局的数量应尽量少, 可独立设置,也可兼设 (GWp、GWm)
A=17.613Erl m×n=A/A用户=17.613/0.028≈629个 所以,给定20个信道可容纳约629个用户 (2)A= m×n×A用户=14 (Erl ) 根据A及B=10%查爱尔兰呼损表得: n≈17个 所以,500个用户需共用约17个信道
◦ 同频复用须考虑同频干扰问题
40
4×3 、3×3、2×6、1×3方式…
◦ 4×3方式指4个基站组成一个无线区群,每个基站3个扇区 即至少需12个载频构成一个区群覆盖的频道组
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占用信道方式
◦ 独立信道方式 ◦ 多信道方式
多信道共用:多个用户共同享用多个信道
思考:多少用户共用多少信道最佳?
需减小用户数
运营商 不愿意
48
◦ 呼损率的计算 爱尔兰公式 条件:呼叫的随机性、同时间概率
An n! B
n
Ai i!
i0
爱尔兰呼损表:A、B、n的关系 n:共用信道数 工程上使用
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AB n
4 5 6 7 8 9 10
1%
0.869 1.361 1.909 2.501 3.128 3.783 4.461
形代替圆 (正三角形、正方形、正六边形)
9
小区形状 正三角形 正方形 正六边形
比较
相邻小区的 中心距离
单位小区 面积
交叠区域 距离
r
3 3r 2 4
r
2r
2r 2
2 2r
3r
3 3r 2 2
2 3r
大:BS间干扰小 大:所需小区数少 小:便于跟踪交换
交叠区域 面积
最少频率 个数
1.3r 2 2r 2
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