2016移动通信_第五章蜂窝组网技术ppt课件.ppt

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第五章雷霞通信抗干扰技术国家级重点实验室移动通信蜂窝组网技术 本课程主要内容编码和调制技术移动通信的发典型环境内无线的互连互通可用频率资源（第2章）电波传输的差异性国际统一规定点对点通信（第3，4章）无线传输的关键技术信源编码、调制、信道编码、均衡、分集……多用户的区分（第5章）组网技术多址问题有限频率资源条件下容量和QOS的保证多用户的管理（第6章）接入和移动性管理 系统频谱的分配(以FDD系统为例)频率上行链路工作频段下行链路工作频段fifpfjfq按频道间隔进行信道划分1234M下行链路工作频段N个频率组分给一个区群，相邻区群重复使用ACBACBN=3按业务质量干扰等要求进行信道分组14频率组A25频率组B37频率组C 主要内容5.1移动通信网的基本概念5.2频率复用和蜂窝小区5.3多址接入技术5.4码分多址关键技术5.5蜂窝移动通信系统的容量分析5.6CDMA系统中的功率控制(第7章)5.7切换、位置更新(第6，7章) 主要内容5.1移动通信网的基本概念5.2频率复用和蜂窝小区5.3多址接入技术5.4码分多址关键技术5.5蜂窝移动通信系统的容量分析5.6CDMA系统中的功率控制5.7切换、位置更新 5.1移动通信网的基本概念移动通信网络组成空中网络多址接入蜂窝小区和频率复用切换和位置更新地面网络各基站相互连接基站与固定网络的连接 主要内容5.1移动通信网的基本概念5.2频率复用和蜂窝小区5.3多址接入技术5.4码分多址关键技术5.5蜂窝移动通信系统的容量分析5.6CDMA系统中的功率控制5.7切换、位置更新 5.2频率复用和蜂窝小区移动通信网的区域覆盖方式分为两类小容量的大区制大容量的小区制小容量大区制一个基站覆盖整个服务区天线架设高发射功率大频谱效率低，小容量的通信网控制方式简单、设备成本低大区制移动通信网BSMS1MS3MS2 5.2频率复用和蜂窝小区大容量小区制将服务区划分成许多小面积覆盖区域，用一个小功率的发射机来服务一个小面积覆盖区。小区制移动通信系统分两种第1种是带状服务覆盖区第2种是面状服务覆盖区 带状服务覆盖区可采用多个频率组复用ABABABABCABC双频组三频组优:频率复用(区群)缺:同频小区 簇（区群）：共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇(区群）频率复用：将可用频道分N组，区群内的每个小区使用不同的频率组，而相邻区群重复使用相同的频率组分配模式同频小区：同频小区:使用同一组频率的小区同频干扰：同频小区之间的信号干扰叫做同频干扰（也叫同道干扰） 面状服务覆盖区:蜂窝网在平面区域内划分小区全向天线的覆盖区是圆形（交叠）。正六边形构成小区与圆形匹配最好实际小区：不规则形三种形状小区5.2频率复用和蜂窝小区 5.2频率复用和蜂窝小区构成簇的基本条件：基本图案（簇）能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积。相邻单元（簇）中，同频道的小区间距离相等，且为最大。区群的大小：N 满足上述两个条件的簇的形状和簇内小区数N是有限的，并且N应该满足下式：i和j分别为相邻同频小区之间的二维距离（相邻小区数），都为正整数，不能同时为零28272521191613129743N435434323221j230120120101i 5.2频率复用和蜂窝小区簇间同频小区位置的确定沿着任意一条六边形边的垂线方向移动i个小区，并逆时针方向旋转60°，再移动j个小区。图2.3确定同频小区的方法AiAAAAAADj 5.2频率复用和蜂窝小区利用寻找同频小区的方法确定簇例如：N=3,i=1,j=1AAAAAAABCCCCCCBBBBBBCA 5.2频率复用和蜂窝小区常见正六边形区群的图案ACBN=3,i=1,j=1DACBN=4,i=0,j=2N=7,i=1,j=2DCBAEFG 5.2频率复用和蜂窝小区例：画一个N=4的蜂窝系统结构，要求至少包括3个区群，将簇中小区所用频率组用A,B,C,D标识。1.N=4对应的2维坐标：i=0,j=2DACBDACBDACB3.确定相邻区群的位置2.N=4的基本区群形状：DACBN=4,i=0,j=2 5.2频率复用和蜂窝小区同频小区之间的距离D H为小区中心到边的距离相邻j个小区的中心距离同频小区之间的距离DAA120 由于R是小区的半径，有带入有 5.2频率复用和蜂窝小区一定要用寻找相邻同频小区的方法确定相邻区群的位置才能保证同频小区间距离最大：以N=4,i=0,j=2为例，思考DACBDACBDACBDACBD=3R 5.2频率复用和蜂窝小区全向小区系统C/I的计算如图，同频小区围绕着某一小区可分为多层。来自第一层的同频干扰最强。分析时，可只考虑第一层同频干扰。同频小区分布1第一层111111第二层1111第三层11 设所有BS发射功率相同，同频复用距离为D，小区半径为R，干扰台离MS的距离分别为Dk(k=1,2…m)MSBSBSBSBSBSBSRDBSD1D2D3D4D5D62)有效信号：3)无效信号：4)全向小区系统C/I： 5.2频率复用和蜂窝小区若干扰基站与移动台的距离相等，D=Dk，则移动台的载干比可近似表示为则 5.2频率复用和蜂窝小区定义：同频复用比Q取决于区群的大小有关N越小,Q的值越小,C/I越小；N越大,Q的值越大,C/I越大可以提高传播质量，因为同频干扰小好处？ 例：蜂窝小区N=7的模式，设n=4，问其载干比?解:如果，N=4时，5.2频率复用和蜂窝小区 例,蜂窝移动通信系统，若使载干比C/I（假设路径传输损耗因子n为4，并且只考虑第一层同频干扰）大于13dB，请问区群大小N应该为多少？思考： 设蜂窝移动系统共有S个不同的双向信道其簇的大小为N簇内每个小区分配有K个信道小区间信道分配各不相同簇在系统中复制M次则可用无线信道的总数S=KN信道的总数C(容量)C=MKN=MSBCAN=3,K=S/NM=3,C=MSAAABCCCBB 例，系统总的可用信道数S=280，相同区域内，用N=7的区群需要复制4次，而用N=4的区群需要复制7次，求二者能提供的信道总数N=7时每个小区的可用信道数则总的可用信道数同频复用比QN=4时每个小区的可用信道数则总的可用信道数同频复用比Q 5.2频率复用和蜂窝小区结论：N越大，则意味着同频小区间距离越远，同频干扰越小，容量越小。N越小，则意味着一个系统中可有更多的区群，频谱利用率高，有更多的容量。从提高频谱利用率的角度，在保持满意的通信质量的前提下，N应取最小值为好。 顶点激励5.2频率复用和蜂窝小区按基站对小区的覆盖方式：中心激励小区：基站位于小区中心，有时会有辐射阴影顶点激励：在顶点上设置基站，并采用三个互成120°的定向天线，以避免辐射阴影 5.2频率复用和蜂窝小区利用定向天线可以降低同频干扰m=2或3120°定向覆盖的同频干扰DCBAEFGDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD 5.2频率复用和蜂窝小区蜂窝无线系统的典型干扰噪声——内部噪声，人为噪声，自然噪声同频道干扰定义：相邻区群中同频小区中同频信道之间的干扰典型解决方案：组网时的频率规划 f理想滤波器邻道干扰定义：来自相邻的或相近的频道的干扰主要的产生原因：非理想滤波器典型解决方案：接收机滤波器设计，最大程度地衰减邻道干扰组网的频率规划：同一小区内的频率组有足够的隔离度实际滤波器带外辐射 4互调干扰定义：非线性器件产生的组合频率成分落入本频道造成的干扰主要的产生原因：非线性器件典型解决方案：器件的非线性优化处理组网的频率规划：同一小区内的频率组尽可能避免所产生的组合频率相互产生互调干扰 小结蜂窝结构小区组网的基本条件：基本图案能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积。相邻单元中，同频道的小区间距离相等且为最大蜂窝结构小区组网步骤1.通信质量C/I载波/同频干扰比N2.确定区群的大小3.考虑邻道干扰和互调干扰的抑制分配可用信道 思考题某蜂窝系统采用BPSK调制，假设接收信号为瑞利衰落，用户要求的误码率为10-3，若系统的主要干扰和噪声只考虑同频干扰，求能满足此要求的最小复用因子N？假设干扰能近似为高斯分布假设路径损耗因子为4已知误码率Pb与SIR的关系为Pb＝0.03/SIR 某蜂窝系统采用BPSK调制，假设接收信号为瑞利衰落，用户要求的误码率为10-3，若系统的主要干扰和噪声只考虑同频干扰，求能满足此要求的最小复用因子N？假设干扰能近似为高斯分布假设路径损耗因子为4已知误码率Pb与SIR的关系为Pb＝0.03/SIR中心极限定理 主要内容5.1移动通信网的基本概念5.2频率复用和蜂窝小区5.3多址接入技术5.4码分多址关键技术5.5蜂窝移动通信系统的容量分析5.6CDMA系统中的功率控制5.7切换、位置更新 5.3多址接入技术移动通信网下行链路(基站移动台)各移动台能识别发送给本移动台的信号？2.上行链路(移动台基站)基站如何识别来自各个不同移动台的信号？解决方案：多址接入技术(MultipleAccess）基站下行链路基站上行链路移动台移动台移动台移动台移动台移动台 5.3多址接入技术多址接入技术将正交的信号维度（时域、频域等）划分为不同的信道后分配给用户，以支持多用户通信。尽量保证不同用户发射的信号相互正交 典型的多址技术频分多址(FDMA)：沿频率轴将信号维度划分为不同的频道，频带独享，时间共享。每个用户占用一个频道，在呼叫的整个过程中，其他用户不能共享这一频段。用户1用户2用户3用户K FDMA系统的频谱管理(以FDD为例)分配给每个用户一对频谱，分别用于下行和上行用户与用户之间，上下行之间必须有足够的保护间隔......反向信道保护频带前向信道保护频隙f1’f2’fN’f1f2fN保护频段的作用：补偿滤波特性不理想、邻道干扰和多普勒扩展。 FDMA系统的特点每信道占用一个载频：可以是窄带，但要满足业务传输的要求移动台实现简单如果频带较窄，无需自适应均衡。基站复杂庞大多部收发信机以支持多用户需要周密的频率规划限制邻道干扰和同频道干扰越区切换复杂硬切换，瞬时信息可能丢失5.3多址接入技术 时分多址(TDMA)：单位：互不重叠并周期重复的时隙（TimeSlot，TS）。时隙独享，频率共享。发射数据采用的是“缓存–突发”法用户1用户2用户3用户1TS1 5.3多址接入技术同步和定时是TDMA系统正常工作的前提定时关系不同MS到BS的距离差异，导致不同的信号延迟。会使得BS接收到的信号相互交叠解决办法：设定保护时间（GuardTime）用户提前发送保护时间>时延差 TDMA系统的特点同步开销较大通常为宽带高速均衡要求较高要增加系统支持的时隙数，需要增加发射信号速率基站相对FDMA简单越区切换简单，可避免数据丢失。 码分多址(CDMA)：码型划分，时隙、频率共享CDMA系统为每个用户分配各自特定的地址码（扩频码）。用户k用户3用户1用户25.3多址接入技术 CDMA系统的特点各用户地址码的准正交性会带来多址干扰多用户可共享频率；容量的软特性，用户的增加相当于噪声增加采用扩频和Rake接收，提高抗干扰能力可以单频组网平滑的软切换；低信号功率谱密度，加密效果 远近效应强用户信号对弱用户信号的明显抑制作用。解决方法有多用户接收机/功率控制/分布式天线系统图3-10远近效应d2Bd1A 典型无线通信系统的多址接入方式GSM:TDMA/FDDIS-95:CDMA/FDDWCDMA:CDMA/FDDCDMA/TDDCdma2000:CDMA/FDDCDMA/TDD 5.3多址接入技术无线通信系统的容量：一定频段内所能提供的最大信道数。衡量无线系统频谱效率的参数取决于载波干扰功率比C/I和带宽Bc。Bt：系统总频谱；Bc：信道带宽；N：频率复用小区数。 5.3多址接入技术FDMA多址方式的系统容量考虑载干比 5.3多址接入技术考虑载干比，TDMA多址方式的系统容量Mslot：每个载波有Mslot个时隙 5.3多址接入技术CDMA多址方式的系统容量：CDMA系统是干扰受限系统CDMA系统的频率复用因子可以为1CDMA的载波干扰比（C/I）：Eb为每比特信号能量。I0为干扰（包括噪声）的功率谱密度 5.3多址接入技术单小区上行链路的容量理想功率控制，基站接收机的载波干扰比Pr为基站接收到的每个移动台的信号功率m为同时工作的移动台数。带入可得最大的一个小区内用户数为：软容量 多址方式FDMA计算方法(m)典型系统模拟TACS系统系统总频段带宽(Bw)1.25MHz频道间隔(Bc)25kHz信道总数1.25MHz/25kHz=50簇内小区数N=7每载波时隙数不划分接收灵敏度间接影响系统容量(信道/小区)m=50/7=7.1TDMA数字GSM系统1.25MHz200kHz1.25MHz/200kHz×8=50N=4Mslot=8间接影响m=50/4=12.5CDMA数字IS-95系统1.25MHz(信源8kbps)1.25MHz(Gp=22dB)软容量N=1不划分(BPSK)Eb/N0:7dBm=1+(1.25e3/8)/(10^0.7)=32.2558 主要内容5.1移动通信网的基本概念5.2频率复用和蜂窝小区5.3多址接入技术5.4码分多址关键技术5.5蜂窝移动通信系统的容量分析5.6CDMA系统中的功率控制5.7切换、位置更新 ThankYou!