移动通信移动通信系统组网

6.4 多信道共用
6.4.1 多信道共用的意义
多信道共用是指系统允许大量的用 户在一个小区内共享少量的信道。
图6-23 信道共用方式图解
如果采用多信道共用方式，任何一
个移动用户选取空闲信道和占用信道的 时间都是随机的，所以所有信道同时被 占用的概率远小于一条信道被占用的概 率。
6.4.2 话务量、服务等级和信道数的关系
0.1
0.5
1.0
2
5
10
15
20
30
40
1
.000 1
.000 5
.001 0
.005 0
.010 1
.020 4
.052 6
.111 1
.176 5
.250 0
.428 6
.666 7
2
.014 2
.032 1
.045 8
.105 4
.152 6
.223 5
.381 3
.595 4
.796 2
1.000
（2）邻接之后的区群应保证同信道小区 之间的中心距离相等。
单位无线区群内小区的个数（N）应 满足下式：
Ni2 ij j2 i，j为正整数 （6-1）
由式（6-1）可算出N的可能取值如 表6-3所示。
相应的区群形状如图6-14所示。
表6-3 单位无线区群内小区的个数（N）
i
0
1
2
3
4
j
1
1
3
7
13
2、教学基本要求
了解通信网的基本概念； 掌握蜂窝组网的必要性及蜂窝小区的特性； 掌握无线系统的信道分配策略； 掌握多信道共用的意义； 熟悉话务量、服务等级和信道数的关系； 掌握蜂窝组网干扰和不同接入方式的容量分析； 了解蜂窝系统的移动性管理； 了解蜂窝网络设计应用实例。
3、重点、难点
掌握蜂窝组网的必要性及蜂窝小区的特性； 掌握无线系统的信道分配策略； 熟悉话务量、服务等级和信道数的关系； 掌握蜂窝组网干扰和不同接入方式的容量分析。
图6-20 小区分裂图
（2）扇区划分技术
使用定向天线来减少同频干扰，从 而提高系统容量的技术叫做扇区划分技 术。
图6-21 CDMA小区六扇区组网的网络拓扑结构
6.3 无线系统的信道分配
本节所介绍的无线系统的信道分配 方案主要是针对TDMA和FDMA移动通 信系统的频率分配。
1．频道分组的原则
1．话务量与服务等级的概念
（1）话务量
话务量是衡量通信系统中语音业务量大小的 度量，分为流入话务量和完成话务量。
流入话务量（A）定义为在一特定时间内呼 叫次数（λ）与每次呼叫平均占用时间（S）的乘 积，即
A = λS
（6-6）
式中，A无量纲，单位为厄兰（Erlang， Erl）；λ的单位为次/小时；S的单位为小时/次。
网络侧经业务节点接口（SNI）与业 务节点（SN）相连；用户侧经用户网络接 口（UNI）与用户相连；管理方面则经Q3 接口与电信管理网（TMN）相连。
接入网主要包括两类。
（1）有线接入网。
（2）无线接入网。
图6-4 无线接入系统示意图
2．移动无线接入网举例
（1）第二代蜂窝移动通信系统 （2）UMTS系统结构（适用WCDMA/TD-
也可以将基站设计在每个小区六边形的3个 顶点上，每个基站采用3副扇形辐射的定向天线， 分别覆盖3个相邻小区的各三分之一区域，每个 小区由3副120°扇形天线共同覆盖，这就是所谓 的“顶点激励”方式，如图6-17（b）所示。
5．蜂窝小区增加容量的方法
图6-17 两种激励方式
图6-18 21个无线小区模型
第6章 移动通信系统组网
6.1
通信网简介
6.2
蜂窝组网技术
6.3
无线系统的信道分配
1、教学内容
蜂窝组网的必要性及蜂窝小区的特性； 无线系统的信道分配策略； 话务量、服务等级和信道数的关系； 蜂窝组网干扰和不同接入方式的容量分析； 蜂窝系统的移动性管理； 蜂窝网络设计应用实例，简介GSM系统、 WCDMA和TD-SCDMA系统的蜂窝网络设计。
3．动态分配方法
（1）动态配置法
动态配置法是根据移动用户话务量 随时间和位置的变化对频道进行分配。
图6-22 3顶点激励的信道配置
（2）柔性配置法
柔性配置是指首先分配给多个小区 共用信道，利用这些小区话务量高峰时 间段的不同，控制话务量高峰小区顺序 地使用话务量小的小区不使用的共用信 道，为话务量高峰小区服务。
支撑网包括信令网、同步网和管理网。 （1）信令网。 （2）同步网。 （3）管理网。
6.1.2 用户接入网
1．接入网的界定
接入网由业务节点接口（SNI）和用 户网络接口（UNI）之间的一系列传送实 体（如线路设施和传输设施）组成，为供 给电信业务而提供所需传送承载能力的实 施系统。
图6-3 接入网的定界
10
2.260
2.803
3.092
3.961
4.461
5.084
6.216
7.511
8.616
9.685
11.92
14.68
11
2.722
3.329
3.651
4.610
5.160
图6-2 接入网、交换网和传输网的位置关系
用户接入网是电信业务网的组成部分，
负责将电信业务透明地传送到用户，即用户 通过接入网的传输，能灵活地接入到不同的 电信业务节点上。
2．支撑网
支撑网是使业务网正常运行、增强网络 功能、提高全网服务质量以满足用户要求的 网络。
在各个支撑网中传送相应的控制、监测 信号。
（2）用户忙时话务量
每个用户在24小时内的话务量分布 是不均匀的，网络设计时应按最忙时的 话务量来进行估算。
最忙1小时内的话务量与全天话务量 之比称为忙时集中率，用K表示，定义为
忙时话务量 K 全日话务量
每个用户的忙时话务量需要统计的 方法确定，一般K = 10%～15%。
我国蜂窝移动网络设计的用户忙时 话务量一般为0.01～0.03Erl之间。
SCDMA） （3）卫星移动通信系统
图6-5 蜂窝移动通信系统结构示意图
图6-6 UMTS系统结构
图6-7 卫星移动通信系统结构示意图
6.2 蜂窝组网技术
一个基站在其天线高度的范围内为 移动用户提供服务的覆盖区称为一个无 线电区，简称小区。
小区的划分决定于系统的容量、地 形和传播特性。
6.2.1 移动通信网的区域覆盖
≤35 ≤500
所有 低 卫星
乡村郊区 低到中 蜂窝
≤1 ≤100
市区 中到高 蜂窝/无绳
≤0.05 ≤10
室内 高 蜂窝/无绳
常用的扩容技术有：小区分裂、扇区 划分、选用直放站、微小区技术等。
（1）小区分裂
小区分裂通过用更小的小区代替较大 的小区来允许系统容量的增长，同时采用 同频复用因子不变的信道分配策略，通过 减小小区半径、重组系统来获得容量的增 加。
如果单位区群内小区的个数（N） 减小而小区的大小保持不变，则需要更 多的单位区群来覆盖给定的范围，从而 获得更大的容量（C值更大）。
3．区群结构的实现
图6-16 同信道小区的确定
4．中心激励和顶点激励
在每个小区中，基站可以设在小区的中央， 用全向天线形成圆形覆盖区，这就是“中心激 励”方式，如图6-17（a）所示。
3.738
4.666
5.461
6.230
7.856
9.800
8
1.422
1.830
2.051
2.730
3.125
3.627
4.543
5.597
6.498
7.369
9.213
11.42
9
1.826
2.302
2.558
3.333
3.783
4.345
5.370
6.百度文库46
7.551
8.522
10.58
13.05
带状网主要用于覆盖公路、铁路、水运航 道、海岸沿线等狭长区域，如图6-10所示。
基站天线若用全向辐射，覆盖区形状是圆 形的，如图6-10（a）所示，带状网宜采用有向 天线，使每个小区呈扁圆形，如图6-10（b）所 示。
带状网的同频道干扰分析如图6-12所示。
图6-10 带状网
图6-11 带状网频率配置
为了解决上下行传输增益差，可以
设立分集接收台，接收附近移动台的信 号，然后通过有线的方式将信号转发至 基站。
2．小区制
（1）小区制的特点
在几个小区间设置移动业务交换中 心，管理各小区间用户的通信接续以及 移动用户与固网用户的连接，这种方式 称为小区制，如图6-9所示。
图6-9 小区制示意图
（2）带状网
1.449
2.000
3
.086 8
.151 7
.193 8
.349 0
.455 5
.602 2
.899 4
1.271
1.603
1.930
2.633
3.480
4
.234 7
.362 4
.439 3
.701 2
.869 4
1.092
1.525
2.045
2.501
2.945
3.891
5.021
5
.452 0
图6-19 用户密度不等时的小区结构
小区一般分为巨区、宏区、微区和
微微区几类，具体指标及大体关系如表 6-4所示。
蜂窝类型
表6-4 小区分类
巨区
宏区Macro Cell
微区Micro Cell 微微区Pico Cell
蜂窝半径(km) 终端移动速度 (km/h)
运行环境 业务量密度 适用系统
100～500 1 500
（3）服务等级
服务等级用两个概念来表述：呼叫阻 塞的概率（呼损率）和呼叫阻塞延迟。 ① 呼叫阻塞的概率（呼损率）。 ② 呼叫阻塞延迟。
2．话务量、服务等级和信道数的关系
（1）厄兰B公式
① 呼损率概念。 ② 呼损率的计算。
图6-24 Erlang B公式图示
表6-5
厄兰B表
N/B
0.01
0.05
移动通信网络属于通信网的范畴，
但是移动网络需要面对频率资源受限、 移动用户不断变换位置等问题，尤其是 移动网络无线侧组网有自身的特点，本 章主要内容如下。
（1）通信网的基本概念。 （2）蜂窝组网的必要性及蜂窝小区的特性。 （3）无线系统的信道分配策略。 （4）多信道共用的意义。
（5）话务量、服务等级和信道数的关系。 （6）蜂窝组网干扰和不同接入方式的容量分
.648 6
.762 1
1.132
1.361
1.657
2.219
2.881
3.454
4.010
5.189
6.596
6
.728 2
.995 7
1.146
1.622
1.909
2.276
2.960
3.758
4.445
5.109
6.514
8.191
7
1.054
1.392
1.579
2.158
2.501
2.935
频率分配有两个基本含义：一是频道 分组，根据移动网拥有的频率资源，将全 部频道分成若干组；二是频道指配，以固 定的或动态的分配方法将频率资源分配给 蜂窝网的用户使用。
（1）频道分组的原则 （2）频道分配时需注意的问题
2．固定频道分配方法
固定频道分配方法有两种：分区分 组分配法和等频距分配法。
（1）分区分组分配法 （2）等频距分配法
6.2.2 蜂窝小区的特性
1．区群的构成
在移动通信中，为了避免同信道干扰，相 邻小区显然不能用相同的信道。
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，称为 单位无线区群，也叫做一簇。
单位无线区群的构成应满足两个基 本条件。
（1）单位区群之间可以无空隙无重叠地 进行邻接。
21
2
4
7
12
19
28
3
9
13
19
27
37
4
16
21
28
37
48
2．频率复用的概念
频率复用的机理基于无线电波传播 路径损耗特性，即如果两个基站之间的 距离足够远，那么用于一个基站的频率 可以在另一个基站上复用。
图6-14 区群的构成示意图
蜂窝系统的容量直接与单位区群在 某一固定范围内复制的次数成比例。
图6-12 带状网的同频道干扰分析
（3）面状网
陆地移动通信的大部分服务区是宽 广的面状区域。
图6-13 小区的形状
由表6-2可见，在服务区面积一定的 情况下，正六边形小区的形状最接近理 想的圆形，用它覆盖整个服务区所需的 基站数最少，也最经济。
正六边形构成的网络形同蜂窝，因 此，将小区形状为正六边形的小区制移 动通信网称为蜂窝网。
1．大区制
大区制是指在特定的服务区内只设 一个基站，负责服务区内所有用户的无 线链路使用，如图6-8所示。
图6-8 大区制示意图
大区制移动通信尽可能地增大基站覆 盖范围，解决大区域的移动通信业务。
为了增大基站的覆盖区半径，在大区 制的移动通信系统中，基站的天线架设得 很高，可达几十米至几百米；基站的发射 功率很大，一般为50～200W；实际覆盖半 径达30～50km。
析。
（7）蜂窝系统的移动性管理。 （8）GSM系统的蜂窝网络设计。
6.1 通信网简介
6.1.1 通信网的构成
1．业务网
业务网就是用户信息网，它是现代通信 网的主体，是向用户提供诸如电话、电报、 传真、数据、图像等各种电信业务的网络。
业务网按其功能又可分为用户接入网、 交换网和传输网3个部分。
图6-1 现代通信网的组成示意图