第2講 移動(dòng)通信概述(二) 11級(jí)1.ppt

1、第1章 概論 1.1 移動(dòng)通信的主要特點(diǎn) 1.2 移動(dòng)通信系統(tǒng)的分類 1.3 常用的移動(dòng)通信系統(tǒng) 1.4 移動(dòng)通信的基本技術(shù),Henan Polytechnic University,1.1 移動(dòng)通信的主要特點(diǎn),1. 移動(dòng)通信必須利用無線電波進(jìn)行信息傳輸 這種傳播媒質(zhì)允許通信中的用戶可以在一定范圍內(nèi)自由活動(dòng)， 其位置不受束縛， 不過無線電波的傳播特性一般都很差。 首先， 移動(dòng)通信的運(yùn)行環(huán)境十分復(fù)雜， 電波不僅會(huì)隨著傳播距離的增加而發(fā)生彌散損耗， 并且會(huì)受到地形、 地物的遮蔽而發(fā)生“陰影效應(yīng)”， 而且信號(hào)經(jīng)過多點(diǎn)反射，,會(huì)從多條路徑到達(dá)接收地點(diǎn)， 這種多徑信號(hào)的幅度、 相位和到達(dá)時(shí)間都不一樣，

2、它們相互疊加會(huì)產(chǎn)生電平衰落和時(shí)延擴(kuò)展； 其次， 移動(dòng)通信常常在快速移動(dòng)中進(jìn)行， 這不僅會(huì)引起多普勒（Doppler）頻移， 產(chǎn)生隨機(jī)調(diào)頻， 而且會(huì)使得電波傳播特性發(fā)生快速的隨機(jī)起伏， 嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。 因此， 移動(dòng)通信系統(tǒng)必須根據(jù)移動(dòng)信道的特征， 進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。 ,2. 移動(dòng)通信是在復(fù)雜的干擾環(huán)境中運(yùn)行的 城市噪聲,車輛發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火噪聲,微波爐干擾噪聲等 自然界中如風(fēng)、雨、雪等自然噪聲一般可忽略 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中其他電臺(tái)的干擾主要的干擾源 互調(diào)干擾 鄰道干擾 同頻干擾,4. 移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多種多樣， 網(wǎng)絡(luò)管理和控制必須有效 移動(dòng)臺(tái)在通信區(qū)域內(nèi)隨時(shí)運(yùn)動(dòng) 隨機(jī)選用無線信道進(jìn)行頻率和功率控制

3、 地址登記、越區(qū)切換及漫游跟蹤等技術(shù) 入網(wǎng)和計(jì)費(fèi)方式有特殊的要求,1.2 移動(dòng)通信系統(tǒng)的分類,移動(dòng)通信有以下多種分類方法： 按使用對(duì)象可分為民用設(shè)備和軍用設(shè)備； 按使用環(huán)境可分為陸地通信、 海上通信和空中通信； 按多址方式可分為頻分多址(FDMA)、 時(shí)分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)等； 按覆蓋范圍可分為廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)； 按業(yè)務(wù)類型可分為電話網(wǎng)、 數(shù)據(jù)網(wǎng)和多媒體網(wǎng)； 按工作方式可分為同頻單工、 異頻單工、 異頻雙工和半雙工； 按服務(wù)范圍可分為專用網(wǎng)和公用網(wǎng)； 按信號(hào)形式可分為模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng),1.3 常用無線通信系統(tǒng),無線尋呼-數(shù)顯，漢顯，雙向 無繩電話-家用，公共無線接入 集群移動(dòng)通

4、信系統(tǒng)-警察，出租車調(diào)度 移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)-銥，全球星 蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)-車載，手持機(jī) 分組無線網(wǎng)-LMDS，802.11，藍(lán)牙,蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng),蜂窩的概念：把移動(dòng)電話的服務(wù)區(qū)別分為一個(gè)個(gè)正六邊形的子區(qū)，每個(gè)小區(qū)設(shè)一個(gè)基站。形成了形狀酷似“蜂窩”的結(jié)構(gòu) 蜂窩網(wǎng)絡(luò)被廣泛采用的原因是源于一個(gè)數(shù)學(xué)猜想，正六邊形被認(rèn)為是使用最少個(gè)結(jié)點(diǎn)可以覆蓋最大面積的圖形，出于節(jié)約設(shè)備構(gòu)建成本的考慮，正六邊形是最好的選擇。 為什么正六邊形而不是圓？ 頂點(diǎn)到幾何中心等距的多邊形中，能夠完整(無重疊)地覆蓋某一區(qū)域可能的幾何形狀有：正方形、等邊三角形和正六邊形三種形狀。在正方形、等邊三角形和正六邊形中，正六邊形的面積最大。

5、,小區(qū)、區(qū)群與頻率復(fù)用,小區(qū)形狀的確定,小區(qū)的實(shí)際覆蓋,想象的 覆蓋,理想的 覆蓋,實(shí)際的 覆蓋,確定小區(qū)形狀的準(zhǔn)則： 無空隙覆蓋全部服務(wù)區(qū)。 在服務(wù)區(qū)總面積相同時(shí)，小區(qū)（BS）數(shù)最少，系統(tǒng)最經(jīng)濟(jì)。 因?yàn)檎呅巫罱咏鼒A形(BS輻射區(qū))，重疊小，中心間的間距最大，在服務(wù)區(qū)總面積相同時(shí)，用正六邊形小區(qū)覆蓋所需數(shù)目最少。,大區(qū)制,早期移動(dòng)通信系統(tǒng)都采用大區(qū)制場強(qiáng)覆蓋區(qū)，一個(gè)基站覆蓋很大的服務(wù)區(qū)，這使得基站、手機(jī)的發(fā)射功率都要很大?；镜陌l(fā)射功率高達(dá)幾十到幾百瓦，且要很高的天線塔。它的特點(diǎn)是，基站只有一個(gè)天線，架設(shè)高、功率大，覆蓋半徑也大；缺點(diǎn)是：整體覆蓋范圍小、頻道數(shù)目少(容量小)、移動(dòng)臺(tái)體積大，

6、特別是用戶密度高，業(yè)務(wù)量大時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)根本無法滿足用戶要求。,小區(qū)制,蜂窩系統(tǒng)-“小區(qū)制”系統(tǒng) - 將所要覆蓋的地區(qū)劃分為若干個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)的半徑可視用戶的分布密度在1-10km左右,在每個(gè)小區(qū)設(shè)立一個(gè)基站為本小區(qū)范圍內(nèi)的用戶服務(wù)，負(fù)責(zé)本區(qū)移動(dòng)通信的聯(lián)絡(luò)和控制。 同時(shí)，又可在移動(dòng)交換局(MSC，Mobile Switching Center)的統(tǒng)一控制下，實(shí)現(xiàn)小區(qū)之間移動(dòng)用戶通信的轉(zhuǎn)接，以及移動(dòng)用戶與市話用戶的聯(lián)系。 基站發(fā)射功率一般為520W，每個(gè)小區(qū)半徑為220km（小的也有的為13km) - 特點(diǎn)：用戶容量大，服務(wù)性能較好，頻譜利用率較高，用戶終端小巧且電池使用時(shí)間長，輻射小等 - 問

7、題：系統(tǒng)復(fù)雜，越區(qū)切換，漫游，位置登記；更新和管理以及系統(tǒng)鑒權(quán)等,常見的蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)按照功能的不同可以分為四類，它們分別是宏蜂窩、微蜂窩、微微蜂窩以及智能蜂窩。 (1)宏蜂窩： 每小區(qū)覆蓋半徑大多為1km25km， 基站的發(fā)射功率較強(qiáng)，一般在10W以上，基站天線盡可能做得很高。 在實(shí)際的宏蜂窩小區(qū)，通常存在著兩種特殊的微小區(qū)域： “盲點(diǎn)”：由于電波在傳播過程中遇到障礙物而造成的陰影區(qū)域，該區(qū)域通信質(zhì)量嚴(yán)重低劣； “熱點(diǎn)”(忙點(diǎn)）：由于空間業(yè)務(wù)負(fù)荷的不均勻分布而形成的業(yè)務(wù)繁忙區(qū)域，它支持宏蜂窩中的大部分業(yè)務(wù)。 解決方法：直放站、分裂小區(qū)等辦法。,(2）微蜂窩： 與宏蜂窩技術(shù)相比，微蜂窩技術(shù)具有

8、覆蓋范圍小、傳輸功率低以及安裝方便靈活等，覆蓋半徑為30m300m，發(fā)射功率較小,一般在1W以下；基站天線置于相對(duì)低的地方（一般高于地面5m-10m），傳播主要沿著街道的視線進(jìn)行，信號(hào)在樓頂?shù)男孤缎　?微蜂窩可以作為宏蜂窩的補(bǔ)充和延伸，微蜂窩的應(yīng)用主要有兩方面： 一是提高覆蓋率-盲點(diǎn)地區(qū)，如地鐵、地下室； 二是提高容量-高話務(wù)量地區(qū)，如繁華的商業(yè)街、購物中心、體育場等。 (3)微微蜂窩： 覆蓋半徑更小，一般只有10m30m；基站發(fā)射功率更小，大約在幾十毫瓦左右；其天線一般裝于建筑物內(nèi)業(yè)務(wù)集中地點(diǎn)。 網(wǎng)絡(luò)覆蓋的一種補(bǔ)充形式，用來解決室內(nèi)“熱點(diǎn)”的通信問題。,在目前的蜂窩式移動(dòng)通信系統(tǒng)中，形成分級(jí)

9、蜂窩結(jié)構(gòu)，往往是由一個(gè)上層宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)和數(shù)個(gè)下層微蜂窩網(wǎng)絡(luò)組成的多元蜂窩系統(tǒng)。 三層分級(jí)蜂窩結(jié)構(gòu),它包括宏蜂窩、微蜂窩和微微蜂窩。每種蜂窩執(zhí)行早已定義好的不同功能，即： 宏蜂窩用于處理快速移動(dòng)車輛的業(yè)務(wù)； 微蜂窩處理慢速移動(dòng)，集中于步行或交通阻塞車輛的業(yè)務(wù)； 微微蜂窩用于覆蓋商場和辦公區(qū)等室內(nèi)區(qū)域。 將負(fù)載按這種方式分層的原因與切換功能有關(guān) 當(dāng)用戶接入時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)所測得的信號(hào)強(qiáng)度和各蜂窩的容量為某一呼叫選擇最恰當(dāng)?shù)姆涓C(宏蜂窩、微蜂窩或微微蜂窩)。,（4）智能蜂窩 ：是指基站采用具有高分辨陣列信號(hào)處理能力的自適應(yīng)天線系統(tǒng)，智能地監(jiān)測移動(dòng)臺(tái)所處的位置，并以一定的方式將確定的信號(hào)功率傳遞給移動(dòng)臺(tái)的蜂

10、窩小區(qū)。 對(duì)于上行鏈路而言，采用自適應(yīng)天線陣接收技術(shù)，可以極大地降低多址干擾，增加系統(tǒng)容量；對(duì)于下行鏈路而言，則可以將信號(hào)的有效區(qū)域控制在移動(dòng)臺(tái)附近半徑為100200 波長的范圍內(nèi)，使同道干擾大小為減小。 智能蜂窩小區(qū)既可以是宏蜂窩，也可以是微蜂窩。利用智能蜂窩小區(qū)的概念進(jìn)行組網(wǎng)設(shè)計(jì)，能夠顯著地提高系統(tǒng)容量，改善系統(tǒng)性能。,使網(wǎng)絡(luò)容量吸收最佳,蜂窩移動(dòng)三大特點(diǎn)：頻率再用，小區(qū)分裂，越區(qū)切換 把若干相鄰的小區(qū)按一定的數(shù)目劃分成區(qū)群 (Cluster), 并把可供使用的無線頻道分成若干個(gè)(等于區(qū)群中的小區(qū)數(shù))頻率組， 區(qū)群內(nèi)各小區(qū)均使用不同的頻率組， 而任一小區(qū)所使用的頻率組， 在其它區(qū)群相應(yīng)的小

11、區(qū)中還可以再用， 這就是頻率再用 但用戶數(shù)增多并達(dá)到小區(qū)能服務(wù)的最大限度時(shí)，把這些小區(qū)分割成更小蜂窩狀的區(qū)域，并相應(yīng)減小先小區(qū)的發(fā)射功率和采用相同的頻率再用模式，提高系統(tǒng)單位面積可服務(wù)的用戶數(shù)以適應(yīng)持續(xù)增長的業(yè)務(wù)需求-小區(qū)分裂 移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)小區(qū)進(jìn)入另一相鄰的小區(qū)時(shí)， 其工作頻率及基站與移動(dòng)交換中心所用的接續(xù)鏈路必須從它離開的小區(qū)轉(zhuǎn)換到正在進(jìn)入的小區(qū)， 這一過程稱為越區(qū)切換,蜂窩移動(dòng)通信的特點(diǎn),好處：可以極大地提高頻譜利用率 條件：如果兩個(gè)蜂窩相隔足夠遠(yuǎn)，則可以使用同一組頻道 帶來的問題：如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)得不好，將產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾,C,1,C,1,f,1,P,0,f,1,P,0,R,R,D,(D/R)

12、2=3k D頻率復(fù)用距離 R小區(qū)半徑 K頻率復(fù)用模式,頻率復(fù)用,代表頻率復(fù)用的效率,例如，我們將一個(gè)城市分成72個(gè)小區(qū)，每12個(gè)小區(qū)組成一個(gè)小區(qū)群。讓他們共同使用300個(gè)頻道。那么，我們就可以將300個(gè)頻道分成12個(gè)頻道組，每個(gè)組25個(gè)頻道，第一個(gè)小區(qū)群使用第1組頻道，第二個(gè)小區(qū)群使用第2組頻道，以此類推。經(jīng)過適當(dāng)安排，不同小區(qū)群的相同編號(hào)小區(qū)的頻道組是可以重復(fù)使用的。盡管這些小區(qū)基站所使用的無線電頻率相同，但由于他們彼此相隔較遠(yuǎn)，而電波作用范圍有限，彼此不會(huì)造成干擾。這樣，一組頻率就可重復(fù)使用6次，原本300個(gè)頻道只能供300個(gè)用戶同時(shí)通話，現(xiàn)在卻可同時(shí)供1800個(gè)用戶同時(shí)通話了。,小區(qū)分裂

13、,但用戶數(shù)增多并達(dá)到小區(qū)能服務(wù)的最大限度時(shí)，把這些小區(qū)分割成更小蜂窩狀的區(qū)域，并相應(yīng)減小先小區(qū)的發(fā)射功率和采用相同的頻率再用模式，提高系統(tǒng)單位面積可服務(wù)的用戶數(shù)以適應(yīng)持續(xù)增長的業(yè)務(wù)需求-小區(qū)分裂 在 整個(gè)服務(wù)區(qū)中每個(gè)小區(qū)的大小可以是相同的，但這只能適應(yīng)用戶密度均勻的情況。事實(shí)上，服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶密度是不均勻的，例如城市中心商業(yè)區(qū)的用戶密度高，居 民區(qū)和市郊區(qū)的用戶密度低。為了適應(yīng)這種情況，在用戶密度高的市中心區(qū)可使小區(qū)的面積小一些，在用戶密度低的市郊區(qū)可使小區(qū)的面積大一些。另外，對(duì)于已建 好的蜂窩通信網(wǎng)，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，原來的低用戶密度區(qū)可能變成高用戶密度區(qū)，這時(shí)相應(yīng)地在該地區(qū)設(shè)置新的基站，將小區(qū)面積劃小，解決這個(gè)問題可采用小 區(qū)分裂的方法。以l20。扇形輻射的頂點(diǎn)激勵(lì),其他 MSC,other BTSs,OMC,移動(dòng)通信