《移动通信技术》课件第4章 组网技术

空中网络是移动通信网的主要部分，主要包括： （1）多址接入 （2）频率复用和区域覆盖
1）无线蜂窝式小区覆盖和小功率发射。 2）频率复用。 3）多信道共用和越区切换。 （3）切换和位置更新
地面网络主要包括： （1）服务区内各个基站的相互连接。 （2）基站与固定网（PSTN、ISDN、数据网等）。
4.2 移动通信环境下的干扰
2．小区制移动通信网络的地域覆盖
· 小区制具有以下优点。 （1）可以提高频率利用率。 （2）具有组网的灵活性。
· 针对不同的服务区，需要不同的小区 结构以及频率分配方案。
（1）带状网
带状网主要用于覆盖公路、铁路、海岸等。 带状网中，基站天线若用全向辐射，覆盖区形状 是圆形的（图（a））；基站天线若宜采用有向天线， 使每个小区呈扁圆形（图（b））。
质因子的谐振腔。 3）提高发射机的互调转换衰耗。
减少接收机互调干扰的措施有：
1）提高接收机前端电路的线性度。 2）在接收机前端插入滤波器，提高其选 择性。
3）选用无三阶互调的频道组工作。
(3) 在设台组网中对抗互调干扰的措施
1）蜂窝移动通信网。由于需要的频道多和采用 空腔谐振式合成器，所以可采用互调最小的等 间隔频道配置方式，并依靠具有优良互调抑制 指标的设备来抑制互调干扰。
图4.6 用同频转发器的示意图
（3）基站采用全向天线发射和定向天线接 收，可以获得8~10dB的接收增益。
（4）基站采用分集接收的天线配置方案， 获得接收分集增益。
（5）提高基站接收机的灵敏度，以接收微 弱的移动台信号。
2．小区制移动通信网络的区域覆盖
· 为了增大服务区域，从频率复用的观点 出发，可以将整个服务区划分成若干个半径 为2～20km的小区，每个小区中设置基站， 负责小区内移动用户的无线通信，这种方式 称为小区制。
图4.11 同频道小区的确定
③ 同频小区的距离
· 假设小区的半径（即正六边形外接圆 的半径）为r，则相邻同频道小区中心之间 的距离为
D
3r
j
i 2
2
2
3i 2
图4.7 带状网
带状网可进行频率再用。若将使用不同频道 的两个小区组成一个区群（在一个区群内的不 同小区使用不同的频道，不同的区群可使用相 同的频率）如图7-8（a）所示，称为双频制。 若将使用不同频道的3个小区组成一个区群， 如图7-8（b）所示，称为3频制。
图4.8 带状网的同频干扰 表4.1 带状网的同频道干扰
· 覆盖区域的半径则由以下因素确定。
（1）在正常的传播损耗时，地球的曲率半径限 制了传输的极限范围。
（2）地形环境影响，例如山丘、建筑物的阻挡， 信号传播可能产生覆盖盲区。
（3）多径、干扰等限制了传输距离。 （4）基站发射功率受限导致覆盖范围有限。 （5）移动台发射功率很小，上行（MS至BS） 信号传输距离有限，限制了BS与MS的互通距离。
大区制方式的优点是网络简单、成本低，一 般借助市话交换局设备，如图4.2所示 。
图4.2 大区制移动通信示意图
为了扩大覆盖范围，往往可将图4.2的无线系统 重复配置，借助于控制中心接入市话交换局，如 图4.3所示。
图4.3 借助控制中心的大区制移动通信示意图
· 覆盖区域的划分取决于系统的容量、地形以 及传播特性等。
克服近端对远端干扰的措施主要有两个： （1）使两个移动台所用频道拉开必要间隔；
（2）移动台端自动（发射）功率控制（APC） ，使所有工作的移动台到达基站功率基本一致 。由于频率资源紧张，几乎所有的移动通信系 统的基站和移动终端都采用APC工作。
4.3 区域覆盖与信道配置 4.3.1 区域覆盖
1．大区制移动通信网络的区域覆盖
第4章 组网技术
4.1 移动通信网的基本概念
4.2 移动通信环境下的干扰
4.3
区域覆盖与信道配置
4.4
多址接入技术
4.5 蜂窝移动通信系统的容量分析
4.6
系统移动性管理
本章解决的问题： (1)邻道干扰和同道干扰 什么是邻道干扰和同道干扰?产生的原因?
本章解决的问题： (2)区域覆盖技术 由于传播损耗的存在，基站和移动台之间的通
（1）调制方式。为达到规定的接收信号质量，对于不同 的调制方式，所需的射频保护比是不同的。
（2）电波传播特性。假定传播路径是光滑的地平面，路
径损耗L可由式(4.4)近似确定
L
d4
ht2 hr2
(4.4)
其中，d是收发天线之间的距离，ht和hr分别表示发射天线
与接收天线的高度。如果d的单位是km，ht和hr的单位是m
·为避免同频干扰和保证接收质量，必须使 接收输入端的信号电平同同频干扰电平之比 （通常是功率或场强之比）大于或等于射频 保护比（Radio-Frequency Rrotection Ratio）。
射频保护比是达到规定接收质量时所需的
射频信号对同频无用射频信号的比值，它不 仅取决于通信距离，还和调制方式、电波传 播特性、通信可靠性、无线小区半径、选用 的工作方式等因素有关。
，则
L 120 40 lg d 20 lg(ht hr )（dB） (4.5) （3）基站覆盖范围或小区半径。
（4）通信方式。可以分为同频单工通信和异频双工通信。
（5）要求的可靠通信概率。
4.2.3 互调干扰
互调干扰是由传输设备中的非线性电 路产生的。它指两个或多个信号作用在 通信设备的非线性器件上，产生同有用 信号频率相近的组合频率，从而对通信 系统构成干扰的现象。在移动通信系统 中，产生互调干扰主要有发射机互调、 接收机互调及外部效应引起的互调。
表4.2 三种形状小区的比较
② 区群的组成 相邻小区不能用相同的信道。为了保证同 信道小区之间有足够的距离，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，只有不同区群的小区才能进行信 道再用。
· 区群的组成满足两个条件： 1) 若干个单位无线区群正六边形彼此邻
接组成蜂窝式服务区。 2) 邻接单位无线区群中的同频无线小区
· 干扰是限制移动通信系统性能的主要因素。 干扰来源包括相邻小区中正在进行通信、使用 相同频率的其他基站、或者无意中渗入系统频 带范围的任何干扰系统。
· 话音信道上的干扰会导致串话，使用户听 到背景干扰。信令信道上的干扰则会导致数字 信号发送上的错误，而造成呼叫遗漏或阻塞。
4.2.1 邻道干扰
· 邻道干扰（Adjacent Channel Interference, ACI ）:是一种来自相邻或相近 的频道的干扰，即干扰台信号功率落入相邻 或相近接收机接收频带内造成的干扰。 邻道干扰包括两方面：
➢ 一是由于工作频带紧随的若干频道的寄生边 带功率、宽带噪声、杂散辐射等产生的干扰；
➢ 二是指移动通信网内，一组空间离散的邻近工 作频道引入的干扰。
解决领道干扰的措施包括：
（1） 降低发射机落入相邻频道的干扰功 率，即减少发射机带外辐射。
（2）提高接收机的邻道选择性。 （3）在网络设计中，避免相邻频道在同 一小区或相邻小区内使用。
2）专用的小容量移动通信网。主要采用不等间 隔排列的无三阶互调的频道配置方法来避免发 生互调干扰。当需要的频道数较多时，频道（ 信道）利用率很低，不适用于蜂窝网。
4.2.4 阻塞干扰
当外界存在一个离接收机工作频率较远， 但能进入接收机并作用于其前端电路的强干扰 信号时，由于接收机前端电路的非线性而造成 对有用信号增益降低或噪声增高，使接收机灵 敏度下降的现象称为阻塞干扰。
4.2.2 同道干扰
· 同道干扰（Co-Channel Interference， CCI ）： 是指所有落在接收机通带内的与有用信号频 率相同的无用信号的干扰，恶劣的天气、过 度拥挤的频谱或不合理的频率规划等都可能 导致同道干扰。 频率复用：在移动通信系统中，为了提高 频率利用率，在相隔一定的距离以外，可以 使用相同的频率，称为频率复用。
探讨提高蜂窝系统容量有哪些方法 ？
本章解决的问题： (5)移动性管理 移动通信的基本特点是用户在网络覆盖的范围内可任意
移动。因此，需要解决移动性管理和越区切换两个问题。 移动性管理是指当用户在移动网络中任意移动时，网络
如何管理这些用户，使网络在任何时刻都知道该用户当前在 哪一个地区的哪一个基站覆盖的范围内?
产生互调干扰的基本条件是：
（1）几个干扰信号的频率（A ，B ，C）与受 干扰信号的频率（S ）之间满足A B C S
或 2A B S 的条件。
（2）干扰信号的幅度足够大。
（3）干扰（信号）站和受干扰的接收机都同 时工作。
互调干扰分为发射机互调干扰和接收机 互调干扰两类。
减少发射机互调干扰的措施有： 1）加大发射机天线之间的距离。 2）采用单向隔离器件和采用高品
越区切换是指当移动用户从一个基站的覆盖区移动到 另一个基站的覆盖区时，如何保证用户通信过程的连续性?
பைடு நூலகம்
4.1 移动通信网的基本概念
· 移动通信网是承载移动通信业务的网 络，主要完成移动用户之间、移动用户与 固定用户之间的信息交换。一般来说，移 动通信网由空中网络和地面网络两部分组 成。空中网络又称为无线网络，主要完成 无线通信；地面网络又称为有线网络，主 要完成有线通信。
信距离总是有限的。因此，为了使用户在某一个服 务区内的任意位置都能接入网络，需要在该服务区 内设置多少基站？对于给定的频率资源，如何在这 些基站之间进行分配以满足用户容量的要求？
本章解决的问题： (3)多址技术 对于给定的频率资源，大家如何来共享，使得
有限的资源能传输更大容量的信息?
本章解决的问题： （4）蜂窝移动通信系统的容量分析 通过对FDMA和TDMA蜂窝系统容量的分析，
图4.1给出了同频道复用距离的示意图。
图4.1 同频道复用距离示意图
由图可知
D=DI+Ds= DI + r0
(4.1)
· 通常，定义同频复用系数为
D
r0
由式 (4.1)可得同频复用系数
D 1 DI
r0
r0
(4.2) (4.3)
· 假定各基站与移动台的设备参数相同，地形条件也理想 ，同频道再用距离与下列因素有关。
· 为了提高频率利用率，在满足一定通
信质量的条件下，允许使用相同频道的无 线区域之间的最小距离称为同频道再用的 最小安全距离，简称同频道复用距离或共 道复用距离。
· 同频道再用距离与下列因素有关。
（1）调制方式。 （2）电波传播特性。 （3）基站覆盖范围或小区半径r0。 （4）通信方式。 （5）要求的可靠通信概率。
的中心间距相等。
· 可以证明，区群内的小区数应满足下式
N i2 ij j2
（4.4）
② 区群的组成 N i2 ij j2
图4.10 区群的组成
③ 同频小区的距离
同频小区位置和距离的确定方法：自某一小区A 出发，沿边的垂线方向跨j个小区后，向左(或向右)转 60°，再跨i个小区，便到达同频道小区A。
这种干扰与干扰信号的幅度有关，幅度越大 ，干扰越严重。当干扰电压幅度非常大时，可 导致接收机收不到有用信号而使通信中断。
4.2.5 近端对远端的干扰
当基站同时接收从两上距离不同的移动 台发来的信号时，距基站近的移动台B（ 距离d2）到达基站的功率明显要大于距 离基站远的移动台A（距离d1，d2<< d1） 的到达功率，若二者频率相近，则距基 站近的移动台B就会造成对接收距离远的 移动台A的有用信号的干扰或抑制，甚至 将移动台A的有用信号淹没。这种现象称 为近端对远端干扰，又称为远近效应。
图4.4通过描述移动台与基站的不同相对 位置，说明上、下行传输增益差是决定大 区制系统覆盖区域大小的重要因素 。
图4.4 非对称的上、下行链路
（1）设置分集接收台。在业务区内的适当地点 设立分集接收台Rd，如图4.5所示。
图4.5 设置分集接收台示意图
（2）在大的覆盖范围内，用同频转发器（又称 为直放站）扫除盲区，如图4.6所示。
（2）蜂窝网
① 小区的形状 全向天线辐射的覆盖区是个圆形。为了不
留空隙地覆盖整个平面的服务区，一个个圆 形辐射区之间一定含有很多的交叠。在考虑 了交叠之后，每个辐射区的有效覆盖区是一 个多边形。根据交叠情况不同，有效覆盖区 可为正三角形、正方形或正六边形。
图4.9 小区的形状
理论证明，要用正多边形无空隙、无 重叠地覆盖一个平面的区域，可取的形状 只有正三角形、正方形或正六边形这三种。