移动通信基本原理和技术

正六边形无线区群的激励方式
中心激励方式: 中心激励方式: 基地站在小区中心 全向天线覆盖无线小区 顶点激励方式: 顶点激励方式: 正六边形不相邻的三个顶点上设立基地站 采用定向天线
小区
cell
扇区
sector
由于顶点激励 采用定向天线, 采用定向天线, 所以对同频干扰 有一定的抑制作 从而可以较 用,从而可以较 小距离进行同频 复用, 复用,提高了频 率利用率, 率利用率,对简 化设备, 化设备,降低成 本都有好处. 本都有好处.
单位无线区群的构成满足: 单位无线区群的构成满足: (1)若干单位无线区群彼此邻接无缝覆盖整个 服务区 (2)相邻无线区群中的同频小区的中心间距相 等且最大. 等且最大.
满足以上条件的单位无线区群中的小区个数为: 满足以上条件的单位无线区群中的小区个数为: N=i2+ij+j2 N为小区的个数,i,j均为正整数,其中一个 为小区的个数, 均为正整数, 为小区的个数 , 均为正整数 可以为0 可以为
区域覆盖与信道配置
移动通信的体制根据服务区覆盖方式的 不同可分为: 不同可分为: 大区制 小区制
移动通信网的体制-大区制
一个服务区内 只设置一个基 只设置一个基 地站, 地站,由它负 责移动通信的 联络和控制
MS1 R R
R
R
f1 BS f2
f3 f4 MS2
移动通信网的体制-小区制 移动通信网的体制-
f2 f2 f1 f7 f3 f6 f4 f5 N=7 f5 f1 f7 f4 f3
Dg
N=3
f6
Dg
N=4
Dg
在系统中, 在系统中,若Dg大,则同频干扰小,通信质量 大 则同频干扰小, 但频率利用率就低. 好,但频率利用率就低. 通信质量和频率利用率是相互矛盾的. 通信质量和频率利用率是相互矛盾的. 实际中,在保证通信质量的前提下,使频率利 实际中,在保证通信质量的前提下, 用率最大,即选择最小的N 用率最大,即选择最小的
蜂窝式移动通信系统
既然有同频干扰, 既然有同频干扰,为什么还采用蜂窝式移动 通信呢? 通信呢? —频率资源有限情况下增加用户容量的需求
正六边形无线区群的构成
构成条件 激励方式 小区模型 直放站
正六边形无线区群的构成条件
蜂窝式移动通信网: 蜂窝式移动通信网: 由若干个邻接的正六边形小区构成一个无线区 即单位无线区群, 群,即单位无线区群,再由单位区群彼此邻接 形成整个服务区域. 形成整个服务区域. 单位无线区群中的小区使用不同频率,以防同 单位无线区群中的小区使用不同频率, 频干扰. 频干扰.
频分多址(FDMA)——以频道来区分用户 频分多址(FDMA)——以频道来区分用户
FDMA就是将给定的频谱资源划分成若干等间 FDMA就是将给定的频谱资源划分成若干等间 隔的频道(信道),供不同用户使用, ),供不同用户使用 隔的频道(信道),供不同用户使用,每个用 户占用一个频道通话. 户占用一个频道通话. 在模拟蜂窝移动通信系统中,采用的多址方式 模拟蜂窝移动通信系统中, 蜂窝移动通信系统中 即FDMA 思考:在模拟蜂窝移动通信中, 思考:在模拟蜂窝移动通信中,一个小区的用户 可以用相同的频率么? 可以用相同的频率么?
比较五方面: 比较五方面: 相邻小区的中心间距d——基地站间干扰 相邻小区的中心间距 基地站间干扰 ——基地站数量 单位小区面积 基地站数量 ——跟踪 交叠区宽度 跟踪 ——同频干扰 交叠区面积 同频干扰 ——频率利用率 所需最少频率个数 频率利用率 正六边形小区中心间距最大, 正六边形小区中心间距最大,单位小区面积最 交叠区宽度最小,交叠区面积最小, 大,交叠区宽度最小,交叠区面积最小,所需 频率最少. 频率最少.
A
B
A
B
区域覆盖- 区域覆盖-面状服务区
面状服务区是指服务区内用户的分布呈一宽广 面状服务区 的平面.
为什么面状服务区的最佳组成形式是正 六边形?——蜂窝网 六边形?——蜂窝网
基站使用全向天线, 基站使用全向天线,覆盖范围是圆形 要无缝覆盖,则圆形有交叠, 要无缝覆盖,则圆形有交叠,则真正的覆盖区 域是圆内接正多边形
整 个 服 务 区 有 若 干 个 基 地 站
BS1 MS2 BS2 MS1 MSC MS4 BS3 MS3 BS4
区域覆盖和信道配置
区域覆盖 区域覆盖 根据服务对象,地形及干扰等因素: 根据服务对象,地形及干扰等因素: 带状服务区 面状服务区
区域覆盖- 区域覆盖-带状服务区
用户的分布呈带状,按纵向排列覆盖. 用户的分布呈带状,按纵向排列覆盖.
f1 送话器 发射机 f1 f2 双工器 接收机 受话器 基站 f2 f1 移动台 接收机 受话器 送话器 发射机
双工方式:通信双方可以同时进行收发,区分收 双工方式:通信双方可以同时进行收发, 发的方式称为双工方式. 发的方式称为双工方式. 双工方式包括: 双工方式包括: 频分双工FDD(Frequency Divided Duplex) 频分双工 ( ) 时分双工TDD (Time Divided Duplex) 时分双工Fra Baidu bibliotek)
码分多址(CDMA)——以正交码来区分用户 码分多址(CDMA)——以正交码来区分用户
CDMA通信系统中, CDMA通信系统中,为每一用户的信号采用不同 通信系统中 的正交码来区分, 的正交码来区分,接收时用相关器对特定码型解 码. 在美国CDMA蜂窝系统中采用,在第三代移动通 美国CDMA蜂窝系统中采用 蜂窝系统中采用, 信(3G)中也采用CDMA的多址方式 中也采用CDMA的多址方式
码
code
频率
时间
所有用户可以在同一时刻, 所有用户可以在同一时刻, 占用相同频段,进行通信. 占用相同频段,进行通信.
f1
MS1 MS2
C1 f1(f2) C2 f1(f2) C3 t t f1(f2) t
f2
BS
MS3
其他使用不同码型的信号不能被解调 多址干扰
码分多址的特点: 码分多址的特点: 系统容量大 抗干扰和纠错能力强, 抗干扰和纠错能力强,话音质量好 无需保护间隔 能软切换,无需频率分配和管理,保密性强, 能软切换,无需频率分配和管理,保密性强, 低功耗
FDMA系统的工作示意图 FDMA系统的工作示意图: 系统的工作示意图:
f1 MS 1
f1' f2 B S f2'
MS 2
* 基站能同时收发多个频率的信号 * 两MS间通信必须经基站中转,需4个频道实现双工 MS间通信必须经基站中转 间通信必须经基站中转, * 频道是动态地分配的 频道是动态 动态地分配的
移动通信原理
PART II 移动通信组网技术
组网技术
工作方式 多址技术 区域覆盖 网络结构 信令 越区切换和位置管理
移动通信的工作方式
按通信状态和频率使用方法划分: 按通信状态和频率使用方法划分: 单工制 半双工制 双工制
单工制
指通信的双方同时只能有一方发送信号, 指通信的双方同时只能有一方发送信号,而另一 方接收信号, 方接收信号,即通信双方电台交替地进行收信和发 信. 常用于点到点通信. 常用于点到点通信. 分类:同频单工,双频单工. 分类:同频单工,双频单工. 特点: 特点:"按-讲"方式
f2
t5 BS
帧1 f2 t1 t2 t5 t1 t2
帧2 t5 t1 t2 t5 t
上行(同一小区)
思考一下: 1. 用户通话时是否会感到断续? 2. 同一小区的两个用户通话,需要 多少个频点?
时分多址的特点: 时分多址的特点:
基站可只用一部发射机, 基站可只用一部发射机,避免互调干扰 容易进行时隙的动态分配 必须有精确的同步和定时
单工制— 单工制—同频单工
定义:基地站和移动台使用相同工作频率 定义:
发射机
f1( f1 ) PTT f1( f2 ) PTT
f1( f2 )
发射机
接收机 送受话器 电台(甲)
接收机 f1( f1 ) 电台(乙) 送受话器
单工制— 单工制—双频单工 定义:通信双方使用两个频率,发射机与 定义:通信双方使用两个频率, 接收机仍然轮换工作, 接收机仍然轮换工作,仅仅是频率的异 同而已. 同而已. 发射, 接收; 例:A以 f1 发射,B以 f1 接收; B以 f2 发射,A以 f2 接收; 接收; 发射,
采用FDMA方式的主要特点: 方式的主要特点: 采用 方式的主要特点 每个频道只能传一路业务信息 频率分配工作复杂, 频率分配工作复杂,基站重复设置收发信道设备 多频道信号互调干扰严重 频率利用率低, 频率利用率低,容量小
移动通信系统的频段使用
各双工方式的工作频段的收发频率间隔: 各双工方式的工作频段的收发频率间隔:
下行信号
下行频率高 上行频率低
上行信号
移动通信系统的频段使用
GSM频率配置 GSM频率配置 我国900MHz数字蜂窝移动通信GSM: 我国900MHz数字蜂窝移动通信GSM: 数字蜂窝移动通信 上行频率范围:890MHz— 上行频率范围:890MHz—915MHz 下行频率范围:935MHz— 下行频率范围:935MHz—960MHz GSM移动通信网相邻信道间隔 GSM移动通信网相邻信道间隔200KHz,共有 移动通信网相邻信道间隔200KHz, 频点125个 频点125个. 中国移动: 95频点 中国移动:1—95频点 中国联通:96—125频点 中国联通:96—125频点
信号的差异可以表现在某些参数上: 信号的差异可以表现在某些参数上: 如信号的工作频率,出现时间, 如信号的工作频率,出现时间,具有的特定码 序列 三种基本多址类型:频分多址(FDMA) 三种基本多址类型:频分多址(FDMA) 时分多址(TDMA) 时分多址(TDMA) 码分多址(CDMA) 码分多址(CDMA) 频率资源有限的情况下, 频率资源有限的情况下,提高通信系统的容量
FDMA的频道划分 FDMA的频道划分: 的频道划分:
BS 上行信号 收发保护频段 下行信号 BS
MS
MS
B B
B B B
B B
B B B
f增大 增大
f1 f2 f3
fn
收发间隔
f1' f2' f3'
fn'
用户
时分多址(TDMA)——以时隙来区分用户 时分多址(TDMA)——以时隙来区分用户
TDMA是把一个频道按等时间分成周期性的帧, TDMA是把一个频道按等时间分成周期性的帧, 是把一个频道按等时间分成周期性的帧 每一帧再分割成若干个时隙, 每一帧再分割成若干个时隙,每一用户占用不 同的时隙进行通信. 同的时隙进行通信. GSM蜂窝移动通信中,即采用了TDMA的多址 GSM蜂窝移动通信中,即采用了TDMA的多址 蜂窝移动通信中 方式. 方式.
目前的集群移动通信系统大多采用此种方式. 目前的集群移动通信系统大多采用此种方式.
双工制
指通信的任一方在发话的同时也能收听到对方 讲话,不需采用" 方式. 讲话,不需采用"按-讲"方式. 采用两个频率,每个频率形成一个方向的通信. 采用两个频率,每个频率形成一个方向的通信. 由于发射机总是工作的, 由于发射机总是工作的,故电能消耗大 模拟与数字蜂窝移动电话系统均采用双工工作方式. 模拟与数字蜂窝移动电话系统均采用双工工作方式.
半双工制
指通信的双方有一方在通信的过程中既能发射信 号也能接受信号,而另一方只能是单工工作. 号也能接受信号,而另一方只能是单工工作. A:以双工方式工作,既能发话也能收话, 以双工方式工作,既能发话也能收话, 以 以 发射, 接收. f1发射, f2 接收. 接收, f1接收, f2 发射 B: 采用"按-讲"的单工方式 采用"
帧Frame 4.615ms 帧1 f t1 t2 t5 t8 t1 t2
帧2
t5
t8 t1 t2
t5
t
577us 时隙577us Time slot
f1
MS1
f1 t1 t1 t1 t
f1
MS2 BS MS3
t2 f1 t5
t2
t2
t
t5
t5
t
下行(同一小区)
f2
t1
f2
t2 MS1 MS2 MS3
多址技术
BS如何识别用户 如何识别用户? 1. BS如何识别用户? 用户如何识别BS发给自己的信号? BS发给自己的信号 2. 用户如何识别BS发给自己的信号? 多个用户共 享信道, 享信道,区 分用户的方 式称为多址 技术
MS 1 MS 2 BS MS 3
解决办法——多址技术 解决办法——多址技术: 多址技术: 不同用户台要有各自的特征 基站发出的信号也要赋予不同的特征