1、第第 6章章长距离无线通信之长距离无线通信之移动通信网络移动通信网络蜂窝网络对于同样大小的服务区域，采用正六边形构成小区所需的小区数最少，无重叠区，故所需的频率组数也最少，最经济。仅有理论分析和设计意义。把移动电话的服务区分为一个个正六边形的子区，每个小区设一个基站。形成了形状酷似 “ 蜂窝 ” 的结构，因而把这种移动通信方式称为蜂窝移动通信方式。应用原因蜂窝网络被广泛采用的原因是源于一个数学结论，即以相同半径的圆形覆盖平面 , 当圆心处于正六边形网格的各正六边形中心，也就是当圆心处于正三角网格的格点时所用圆的数量最少。 虽然使用最少个结点可以覆盖最大面积的图形即使要求结点在一个如同晶格般有平
2、移特性的网格上也仍是有待求解的未知问题，但在通讯中，使用圆形来表述实践要求通常是合理的，因此出于节约设备构建成本的考虑，正三角网格或者也称为简单六角网格是最好的选择。这样形成的网络覆盖在一起，形状非常象蜂窝，因此被称作蜂窝网络。 大区制 在一个服务区域（如一个城市）内只有一个基站，并由它负责移动通信的联络和控制。大区制移动通信网BSMS1MS3MS2 早期的移动通信网一般是大区制 主要特点： 基站天线很高，几十几百米 基站发射功率大： 50 200W 覆盖半径： 30 50km 优点：网络结构简单，成本低 缺点：频谱利用率低，服务性能差，容量小，一般用户几十几百个，一般用于专网。 提高覆盖半径
3、是大区制需解决的问题 决定覆盖半径的因素： 地球的曲率限制了传输的极限范围 地形环境影响，信号传播可能产生盲区 多径反射限制了传输距离 移动台发射功率小，上行信号传输距离有限（上下行传输增益差可达 6 12dB） 解决上行问题的办法： 如图 , 设置分集接收台 基站发射用全向天线，接收用定向天线 提高基站接收灵敏度大区制设置分集接收台示意图MS1MS2BSRdRdRd 小区制网构成方式基本概念 小区制：利用 频 率复用 的概念，将整个服 务 区域划分成若干个小区，每个小区分 别设 置一个低 发射功率的基站， 负责 本小区的通信。 频 率复用： N个相 邻 的小区 组 成一个区群 (簇 ) 将可
4、供使用的 频 道划分成 N组 区群内的每个小区使用不同的 频 率 组 相 邻 区群重复使用相同的 频 率 组 分配模式 基本小区有：（ r0：小区半径） 超小区： r0 20km（农村） 宏小区： r0 1 20km（人口稠密地区） 微小区： r0 0.1 1km（城市繁华区） 微微小区： r0 0.1km（办公室、家庭） 优点：提高频率利用率，组网灵活 缺点：网络构成复杂 按服务区形状分：条状服务区、面状服务区 用户的分布呈条状（或带状），如铁路、公路、沿海水域等。小区条状服务区条状服务区A B A B A BA B C A B CA B C D A B C D可采用多个 频 率复用 二频复
5、用 三频复用 四频复用 组网时需确定重叠区及载波 /同频干扰比： 重叠区 重叠区太大，越区干扰大 重叠区小，弱电场区可能多。f1A Bf2af1A Bf2a面状服务区 指服务区不呈条状而是一个宽广的平面 小区形状：应该是规则结构：圆形（全向天线），三角形，正方形，六边形r 按基站对小区的覆盖方式： 中心激励： 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 。 簇（区群）： 共同使用全部可用频率的 N个小区叫做一簇 (区群 )） 若 N越小，则系统中区群复制得越多，系统容量越大，频率的利用率越高。 N叫做区群的大小，典型值
6、3、 4、 7、 9、 12 、 构成蜂窝网的二次几何图形 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 S=KN C=MKN=MSAAABCCCBBBCA 簇内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 a个小区，并逆 时针 方向旋 转 60，再移 动 b个小区。图 2.3 确定同频小区的方法A aADb常见正六边形小区群的图案ACBN=3,a=1,b=1DACBN=4,a=0,b=2N=7,a=1,b=2DC BAE FG1G - 模拟蜂窝移动技术1946年 移动电话服务在美国出现
7、1947年 贝尔实验室提出蜂窝移动概念50至 60年代 贝尔实验室发展了蜂窝无线电话原理美国 AMPS， 英国 TACS，北欧 NMT 1981(Nokia/Mobira, Erricson)1987年 TACS进入中国运营2001年 12月 31日我国关闭模拟移动网络出身多址方式： FDMA无数据传输能力特点频分多址FDMA （ Frequency Division Multiple Access/Address），有许多不同技术可以用来实现信道共享。把信道频带分割为若干更窄的互不相交的频带（称为子频带），把每个子频带分给一个用户专用（称为地址）。这种技术被称为 “ 频分多址 ” 技术。频分
8、复用（ FDM）是指载波带宽被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号的一种技术。频分复用技术下，多个用户可以共享一个物理通信信道，该过程即为频分多址复用（ FDMA）。 FDMA 模拟传输是效率最低的网络，这主要体现在模拟信道每次只能供一个用户使用，使得带宽得不到充分利用。第一代移动通信技术（ 1G）是指最初的模拟、仅限语音的蜂窝电话标准，制定于上世纪 80年代。 Nordic移动电话（ NMT）就是这样一种标准，应用于 Nordic国家、东欧以及俄罗斯。其它还包括美国的高级移动电话系统（AMPS），英国的总访问通信系统（ TACS）以及日本的 JTAGS，西德的 C-Ne
9、tz，法国的 Radiocom 2000和意大利的 RTMI。模拟蜂窝服务在许多地方正被逐步淘汰。第一代移动通信主要采用的是模拟技术和频分多址 (FDMA)技术。由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只能是一种区域性的移动通信系统。第一代移动通信有多种制式，我国主要采用的是 TACS。第一代移动通信有很多不足之处，如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务和不能提供自动漫游等。2G - 数字蜂窝移动技术全球移动通讯系统 Global System of Mobile communication就是众所周知的 GSM，是当前应用最为广泛的移动电话标准。
10、全球超过 200个国家和地区超过 10亿人正在使用 GSM电话。 GSM标准的无处不在使得在移动电话运营商之间签署 “漫游协定 “后用户的国际漫游变得很平常。 GSM 较之它以前的标准最大的不同是他的信令和语音信道都是数字式的，因此 GSM被看作是第二代 (2G)移动电话系统。 这说明数字通讯从很早就已经构建到系统中。 GSM是一个当前由 3GPP开发的开放标准。蜂窝无线通信系统 蜂窝概念是解决频率不足和用户容量问题的一个重大突破，是一种系统级的概念。 频率复用 越区切换 信道分配 干扰 小区分裂 GSM的系统构成 GSM的系统构成 交换分系统（ MSS） 基站分系统（ BSS） 移动台（ MS） 操作与维护分系统（ OMS）GSM系统的网络结构
