1、1,移动通信系统原理与应用,授课老师：肖悦 办公地点：电子通信大楼511房间 教师社区：http:/ 进入 通信学院 肖悦课件下载密码：comm 电子邮件:,2,第二章,蜂窝移动通信系统,3,第二章 蜂窝移动通信系统,学习重点和要求： 掌握关于蜂窝的概念 掌握频率复用的概念以及频率复用模型 掌握同频干扰的计算 理解信道分配策略以及切换策略 理解干扰与系统容量之间的关系 理解各种提高系统容量的方法 了解中继的概念 掌握服务等级的计算,4,第二章 内容,2.1. 蜂窝小区的概念和特点 (2.1)2.2. 干扰和信道容量 (2.3)2.3. 电信业务流量与服务等级 (2.4)2.4. 信道切换策略
2、(2.2)本章有大量补充内容，请结合课件及参考书现代移动通信系统学习,5,2.1. 蜂窝小区的概念和特点,6,2.1. 蜂窝小区的概念和特点,2.1.1 大区制移动通信系统 2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统,7,2.1.1 大区制移动通信网(1/4),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。,8,2.1.1 大区制移动通信网(2/4),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：50200W 覆盖半径：3050km 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，
3、一般用于专网。,9,2.1.1 大区制移动通信网(3/4),提高覆盖半径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612dB）,10,2.1.1 大区制移动通信网(4/4),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,11,2.1. 蜂窝小区的概念和特点,2.1.1 大区制移动通信系统 2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统,12,2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统 -前言(1/
4、2),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,13,2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统 -前言(2/2),基本小区有：（r0：小区半径） 超小区：r0 20km（农村） 宏小区：r0 120km（人口稠密地区） 微小区：r0 0.11km（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
5、复杂 按服务区形状分：条状服务区、面状服务区,14,2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统 -条状服务区 (1/3),条状服务区 用户的分布呈条状（或带状），如铁路、公路、沿海水域等。,15,2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统 -条状服务区 (2/3),图2-1 多频复用方式,可采用多个频率复用 二频复用三频复用四频复用,16,2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统 -条状服务区 (3/3),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。,17,2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统 -面状服务区(1/11),指服务区不呈条状而是一个
6、宽广的平面,18,2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统 -面状服务区(2/11),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,19,2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统 -面状服务区(3/11),蜂窝的由来：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。,20,2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统 -面状服务区(4/11),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
7、。,21,2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统 -面状服务区(5/11),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3、4、7、9、12 、 构成蜂窝网的二次几何图形,22,2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统 -面状服务区(6/11),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=KNC=MKN=MS,23,2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统 -面状服务区(7/11),构成簇的基本
8、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。,24,2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统 -面状服务区(8/11),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：a 和b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，不能同时为零,25,2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统 -面状服务区(9/11),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,26,2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统 -
9、面状服务区(10/11),常见正六边形小区群的图案,27,2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统 -面状服务区(11/11),思考：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。,28,第二章 内容,2.1. 蜂窝小区的概念和特点 2.2. 干扰和信道容量 2.3. 电信业务流量与服务等级 2.4. 信道切换策略,29,2.2.干扰和信道容量,30,2.2.干扰和信道容量 -前言(1/2),干扰是蜂窝无线系统性能的主要限制因素。噪声内部噪声，人为噪声，自然噪声邻频干扰相邻频率之间的干扰同频干扰相同频率之间的干扰互调干扰器件特性造成的干扰多址干
10、扰码字相关带来的干扰,31,2.2.干扰和信道容量 -前言(1/2),一对矛盾：同频干扰频谱利用率 同频小区之间距离越小，频谱利用率越高，但同频干扰越大； 同频小区之间距离越大，则同频干扰越小，但频谱利用率降低。,32,2.2. 干扰和信道容量,2.2.1 同频干扰 2.2.2 相邻频道的干扰 2.2.3 蜂窝小区的系统容量及改善,33,2.2.1 同频干扰 -前言,同频干扰：指所有落到接收机同带内的、与有用信号频率相同或相近的无用信号所产生的干扰。,在诸多干扰因素中，同频干扰主要地决定了蜂窝系统的通话质量 产生同频干扰的无用信号与有用信号具有相同的信号特征（同频），所以，在接收端无法滤除和抑
11、制同频干扰。,34,2.2.1 同频干扰 -前言,在蜂窝移动通信中，由于采用了频率复用提高频谱利用率，所以同频干扰不可避免。 定义 同频小区：使用相同频率的小区。 同频复用距离(D)： 当信号/同频干扰比满足通信质量要求或达到规定的C/I指标时，两个同频小区之间的距离。,35,2.2.1 同频干扰 -前言,对同频干扰和同频复用距离的研究是小区制移动通信网频率分配的依据。 两频复用和三频复用的带状服务区（图示）,36,2.2.1 同频干扰,2.2.1.1 信号/同频干扰比2.2.1.2 条状服务区的C/I2.2.1.3 面状服务区的C/I1). 全向小区系统的C/I2). 定向小区系统的C/I,
12、37,2.2.1.1 信号/同频干扰比,信号/同频干扰比 (只考虑两个单独的小区),D 为同频复用距离r0 为小区半径Q=D/r0 为同频复用比,38,2.2.1.1 信号/同频干扰比,假设A、B基站具有相同的发射功率，则移动台处的信号/同频干扰比主要取决于传输损耗差对移动信道的测量表明，任一点接收到的平均信号能量随发射机和接收机之间距离的幂指数下降,39,2.2.1.1 信号/同频干扰比,路径损耗差信号/干扰比,40,2.2.1 同频干扰,2.2.1.1 信号/同频干扰比2.2.1.2 条状服务区的C/I2.2.1.3 面状服务区的C/I1). 全向小区系统的C/I2). 定向小区系统的C/
13、I,41,2.2.1.2 条状服务区的C/I (1/3),条状服务区中移动台的C/I 与D、r0、a和K的关系 1，只考虑一个相邻同频小区如图，双频复用，A, C同频，D=4r0-2a，C/I =,42,2.2.1.2 条状服务区的C/I (2/3),2. 考虑多个同频小区的影响(m)对条状小区，典型的, m=2,43,2.2.1.2 条状服务区的C/I (3/3),例，在a=0， m=2时，求同频复用比分别为8、6、4时，系统所需要的频率组,因为a=0，所以 D/r0=2K,信干比频谱利用率,44,2.2.1 同频干扰,2.2.1.1 信号/同频干扰比的推导2.2.1.2 条状服务区的C/I
14、2.2.1.3 面状服务区的C/I1). 全向小区系统的C/I2). 定向小区系统的C/I,45,2.2.1.3 面状服务区的C/I,同频复用距离：同频复用比：,表 4 - 4,46,2.2.1.3 面状服务区的C/I,结论： N越大，则意味着同频小区间距离越远，同频干扰越小。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。,47,2.2.1.3 面状服务区的C/I,需要掌握两种同频干扰的估计：全向小区系统的C/I a). 系统平均C/I b). 最坏情况下的C/I 定向小区系统的C/I,48,2.2
15、.1 同频干扰,2.2.1.1 信号/同频干扰比的推导2.2.1.2 条状服务区的C/I2.2.1.3 面状服务区的C/I1). 全向小区系统的C/I2). 定向小区系统的C/I,49,1). 全向小区系统C/I的计算(1/10),两种同频干扰的影响,全向小区系统C/I的计算,50,1). 全向小区系统C/I的计算(2/10),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,51,1). 全向小区系统C/I的计算(3/10),C/I计算(以MS接收为例)：m : 干扰源的总数(典型值：6) Ik为相
16、互独立的第k个干扰源对移动台接收机的干扰功率回顾路径损耗：任一点接收到的平均信号能量随发射机和接收机之间距离的幂指数下降(一般n=4)。,52,1). 全向小区系统C/I的计算(4/10),设所有BS发射功率相同，同频复用距离为D，小区半径为r0，干扰台离MS的距离分别为Dk (k=1,2m),53,1). 全向小区系统C/I的计算(5/10),有效信号：,无效信号：,全向小区系统C/I ：,54,1). 全向小区系统C/I的计算(6/10),全向小区系统C/I的计算 a) 系统平均C/I b) 最坏情况下全向天线系统C/I,55,1). 全向小区系统C/I的计算(7/10),a). 系统平均
17、C/I： 令Dk=D，并注意到同频复用比:,56,1). 全向小区系统C/I的计算(8/10),举例说明： 蜂窝小区N=7的模式，设n=4，求其载干比。,解：满足17dB载干比的要求。,57,1). 全向小区系统C/I的计算(9/10),b). 最坏情况下全向天线系统C/I的计算：将最短干扰距离( )带入计算：以此C/I值为依据进行系统设计，即使是在业务繁忙时也能有好的系统性能,58,1). 全向小区系统C/I的计算(10/10),思考：若某蜂窝系统要求载干比C/I在任何情况下都必须大于14dB，求其允许的最小区群大小？,59,2.2.1 同频干扰,2.2.1.1 信号/同频干扰比的推导2.2
18、.1.2 条状服务区的C/I2.2.1.3 面状服务区的C/I1). 全向小区系统的C/I2). 定向小区系统的C/I,60,2). 定向小区系统C/I的计算,利用定向天线可以降低同频干扰(顶点激励)m = 3(3天线)m = 1(6天线),120定向覆盖的同频干扰,61,2.2. 干扰和信道容量,2.2.1 同频干扰 2.2.2 相邻频道的干扰 2.2.3 蜂窝小区的系统容量及改善,62,2.1.2 相邻频道的干扰（1/4）,邻道干扰是一种来自相邻的或相近的频道的干扰通常讨论小区内频距最小的频道间干扰。,63,2.1.2 相邻频道的干扰（2/4）,邻近频道干扰的主要产生原因：非理想滤波器可以
19、通过接收机滤波器阻带衰减设计，最大程度地衰减邻道干扰。,64,2.1.2 相邻频道的干扰（3/4）,阻带衰减：对远离接收机通带的干扰进行抑制,65,2.1.2 相邻频道的干扰（4/4）,减小邻道干扰的措施 提高收发信机滤波器性能。 合理调整信道分配，在频率管理中在同一小区不分配相邻的频点，并提供足够的保护间隔。 移动台具有自适应控制功率的能力。,66,近端对远端干扰,远近效应： 近端无用的强信号抑制远端有用的弱信号基站接收的有用信号功率PA无用信号PB解决办法：自动功率控制，接收滤波器设计，分配频率组有足够的隔离度等,67,2.2. 干扰和信道容量,2.2.1 同频干扰 2.2.2 相邻频道的
20、干扰 2.2.3 蜂窝小区的系统容量及改善,68,2.2.3 蜂窝小区的系统容量及改善 - 前言(1/2),用户分布密度不等时的区域划分,69,2.2.3 蜂窝小区的系统容量及改善 - 前言(2/2),系统容量主要受限于同频干扰提高系统容量的目的： 提高单位面积内可用的信道数。 常见的提高系统容量的方法 小区分裂：降低r0，重组小区，把拥塞的小区分为几个更小的小区。 划分扇区：通过使用定向天线，减少同频干扰。 微小区：既保持 r0，又降低同频干扰,70,2.2.3 蜂窝小区的系统容量及改善 - 小区分裂(1/3),小区分裂是频率复用外，提高蜂窝网容量及频谱效率的又一重要概念。小区分裂是将拥塞的
21、小区分成更小小区的方法，需要增加基站的数量。 选择小区分裂扩容法应遵循以下原则： (1) 确保已建基站可继续使用； (2) 应保持频率复用方式的规则性与重复性； (3) 尽量减少或避免重叠区； (4) 确保今后可继续进行小区分裂,71,2.2.3 蜂窝小区的系统容量及改善 - 小区分裂(2/3),不是所有的小区都同时分裂，需要注意同频小区距离及切换。对于六边形小区，通常小区半径减少50，则频率复用使可用的频道数增加4倍,72,2.2.3 蜂窝小区的系统容量及改善 - 小区分裂(3/3),1:4分裂法：在原顶点激励的基础上展开，在两个原基站连线的中心点上加设新的基站。,C,73,2.2.3 蜂窝
22、小区的系统容量及改善 - 划分扇区(1/3),划分扇区：利用定向天线来降低同频干扰，从而提高系统容量，一般用120扇区,74,2.2.3 蜂窝小区的系统容量及改善 - 划分扇区(2/3),利用定向天线可以降低同频干扰(顶点激励)m=1或3系统允许的区群大小(N)可以缩小。,120定向覆盖的同频干扰,75,2.2.3 蜂窝小区的系统容量及改善 - 划分扇区(3/3),4/12 是GSM 系统中最常用和最典型的复用方式, 采用4 个基站区12 个扇形小区为一簇的频道组配置, 每个基站分为3 个扇区.适用于话务量较高和用户密度较大的地区,76,2.2.3 蜂窝小区的系统容量及改善 - 微小区（1/2
23、）,微小区的概念,77,2.2.3 蜂窝小区的系统容量及改善 - 微小区（2/2）,微小区的优点 既能够保证覆盖半径，又能够减小蜂窝系统的同频干扰； 相对传统的蜂窝规划，微小区提高了系统容量。,78,第二章 内容,2.1. 蜂窝小区的概念和特点 2.2. 干扰和信道容量 2.3. 电信业务流量与服务等级 2.4. 信道切换策略,79,2.3电信业务流量与服务等级,80,2.3. 电信业务流量与服务等级,2.3.1小区制频率分配方法 2.3.2 信道共用技术 2.3.3 电信业务流量 2.3.4 通信系统服务质量和负荷能力,81,2.3.1小区制频率分配方法,2.3.1.1 固定信道分配 2.3
24、.1.2动态信道分配 2.3.1.3 混合信道分配,82,2.3.1小区制频率分配方法 - 前言,问题：根据同频干扰的计算，可以得到需要的频率复用因子（即区群大小），但如何分配频率组，如何分配一个小区内的信道？,解决如何把频段内的频道（信道）分配给各个小区，是网络规划的一个重要部分。,步骤： 频道分组根据移动网的需要将全部频道分成若干组。 频道指配以固定或动态分配方法指配给各个小区。,83,2.3.1小区制频率分配方法 - 前言,信道：信息（或者信号）可以单向传输的途径，它以传输媒体和中继通信设施为基础。 频道：以电磁波的特征（如频率）来区分不同的信道。 码道：以码字特征（如相关性）来区分不同
25、的信道。,84,2.3.1小区制频率分配方法 - 前言,小区制频率分配方法：固定信道分配 分区分组分配法 等频距分配法动态信道分配混合信道分配,85,2.3.1小区制频率分配方法,2.3.1.1 固定信道分配 2.3.1.2动态信道分配 2.3.1.3 混合信道分配,86,2.3.1.1 固定信道分配法(1/7),1，固定信道分配：将信道固定分配给每个小区 通常分为： 等频距分配法 分区分组分配法,87,2.3.1.1 固定信道分配法(2/7),1.1 等频距分配法思路： 按频率间隔来分配信道； 同频干扰的防护比作为计算依据和质量保证； 宽间隔信道分配抑制邻道干扰；,88,2.3.1.1 固定
26、信道分配法(3/7),举例说明等频距分配法： 例：若某蜂窝系统为FDD方式，工作频段为25MHz，信道间隔为30kHz，N=7，即每7个小区构成一个区群。如何分配信道？,解：1，共有信道总数：25000/30833。每个小区信道数：833/7119。,89,2.3.1.1 固定信道分配法(4/7),将833个信道等频距分为七个信道组:1组：1, 8, 15, , 827 2组：2, 9, 16, , 828 3组：3, 10, 17, ,829 4组：4, 11, 18, ,830 5组：5, 12, 19, ,831 6组：6, 13, 20, ,832 7组：7, 14, 21, ,833
27、,90,2.3.1.1 固定信道分配法(5/7),等频距分配法的特点：,1). 可以100%利用频率资源；,2). 可防护同频干扰,4).提供足够大的信道间隔，可以设计接收机滤波器抑制互调干扰,3). 能有效避免信道组内的邻道干扰，并能降低小区间邻道干扰。,91,2.3.1.1 固定信道分配法(6/7),1.2 分区分组分配法目标：避免三阶互调干扰，在每个小区内分配无三阶互调干扰的频道组,并同时保证需要的总频带最窄。,92,2.3.1.1 固定信道分配法(7/7),固定信道分配法的特点：控制简单信道利用不够充分移动用户相对集中时，呼损率将会增大。目前的蜂窝系统普遍采用固定信道频率分配法。,93
28、,2.3.1小区制频率分配方法,2.3.1.1 固定信道分配 2.3.1.2动态信道分配 2.3.1.3 混合信道分配,94,2.3.1.2 动态信道分配法,2，动态信道分配：按需分配信道，不固定。很多小区可以使用同一信道。 每个小区使用的信道数不固定，根据业务量的大小。 系统控制极其复杂，成本高。 信道利用率高。比固定分配法高20%50%,95,2.3.1小区制频率分配方法,2.3.1.1 固定信道分配 2.3.1.2动态信道分配 2.3.1.3 混合信道分配,96,2.3.1.3 混合信道分配法,3，混合信道分配法：是固定信道分配和动态信道分配相结合的一种方式。即借用信道分配。将一部分信道
29、固定地分配给各个小区，另一部分作为各小区均可使用的动态信道。各小区优先使用固定信道，当固定信道不够用时，再按动态信道分配方式使用空闲的动态信道。,97,2.3. 电信业务流量与服务等级,2.3.1小区制频率分配方法 2.3.2 信道共用技术 2.3.3 电信业务流量 2.3.4 通信系统服务质量和负荷能力,98,2.3.2. 信道共用技术 (1/4),移动通信频率的有效利用 频谱的有效利用：语音压缩、数字调制等技术 无线信道的有效利用 信道的地区复用（小区间利用空间隔离来实现有效利用，即频率复用） 信道共用（小区内利用时间隔离实现有效利用),99,2.3.2. 信道共用技术 (2/4),小区信
30、道分配方式独立信道方式信道共用方式,100,2.3.2. 信道共用技术 (3/4),独立信道方式： 若一个小区有n个信道，把多个用户也分成n组，每组用户分别被指定一个信道，不同信道内的用户不能互换信道。 信道利用率不高。,(a) 独立信道方式,101,2.3.2. 信道共用技术 (4/4),信道共用方式： 小区内的所有信道对所用用户共享。移动用户可选取小区内的任一空闲信道通信。 信道共用提高了小区内信道利用率。,102,2.3. 电信业务流量与服务等级,2.3.1小区制频率分配方法 2.3.2 信道共用技术 2.3.3 电信业务流量 2.3.4 通信系统服务质量和负荷能力,103,2.3.3
31、电信业务流量（1/3）,基本概念：话务量(A)、呼损率(B) 话务量(A) a). 语音业务中话务量的计算单位时间（小时）内进行的平均电话交换量,，是度量通信系统通话业务量或繁忙程度的指标。 分为流入话务量与完成话务量。其中，为每小时的平均呼叫次数；S为每次呼叫占用信道的时间。,A=S (Erlang, 爱尔兰),104,2.3.3 电信业务流量（2/3）,例：在100个信道上，平均每小时有2100次呼叫，平均每次呼叫时间为2分钟，求这些信道上的流入话务量。,解：A= S =21002/60=70（Erl）,105,2.3.3 电信业务流量（3/3）,b). 非语音业务中话务量的计算单位时间（
32、秒）内进行的平均信息交换量。其中， 为信息到达速率 (信息/s) 1/u为平均信息长度 (信息单位/信息) C为信道容量 (信息单位/s),A=/uC,106,2.3. 电信业务流量与服务等级,2.3.1小区制频率分配方法 2.3.2 信道共用技术 2.3.3 电信业务流量 2.3.4 通信系统服务质量和负荷能力,107,2.3.4 通信系统服务质量和负荷能力(1/15),在信道共用中，存在两种中继方式：损失系统：不对呼叫请求进行排队 阻塞呼叫清除：如果有空闲信道则立即进入，如果已没有空闲信道，则呼叫阻塞，拒绝进入。等待系统：对呼叫请求进行排队,108,2.3.4 通信系统服务质量和负荷能力(
33、2/15),损失系统服务质量流入业务量大于等于完成业务量 呼损率(B)： 损失话务量与流入话务量的比值。用于衡量服务等级(GOS)。损失话务量流入话务量完成话务量。完成话务量 A=0S，0为每小时的平均成功呼叫次数。,109,2.3.4 通信系统服务质量和负荷能力(3/15),呼叫中断概率：在一个小时内建立的Q次呼叫中，若N次丢失，则呼叫中断概率为N/Q。 呼叫中断概率跟系统设计、严重干扰、越区切换等有关 通信概率：移动用户在给定服务区域进行成功通话（达到规定通话质量）的概率，它包括位置概率和时间概率。,110,2.3.4 通信系统服务质量和负荷能力(4/15),为什么需要设计系统信道数？ 呼
34、损率与流入话务量是一对矛盾。呼损率B越小，成功呼叫的概率越大，用户越满意。但是要想呼损率降低，只有让流入话务量减小。即系统所容纳的用户数减小。公网中一般取B=0.05。 系统信道设计的问题描述：在一个系统中，为满足一定用户数U，并要求达到B要求的服务质量，从而合理设计信道数n，是信道设计的要点。,111,2.3.4 通信系统服务质量和负荷能力(5/15),根据排队论可得到损失系统服务等级B的公式(爱尔兰呼损公式)为：其中：n：用户共用的信道数；A：n个信道总的流入话务量。根据上式可得到：B、A、n的三者关系。一般将上式计算成表，方便使用。,112,2.3.4 通信系统服务质量和负荷能力(6/1
35、5),同时根据 用户数U 每用户的话务量 可得流入话务量(A)与用户数的关系 (一般在工程设计时，将每用户的话务量考虑为忙时话务量计算)。,113,2.3.4 通信系统服务质量和负荷能力(7/15),每用户忙时话务量aC：用户每天平均呼叫的次数T：每次呼叫平均占用信道的时间(秒/次)K：集中系数，忙时话务量对全日(24小时)话务量的比，一般选10%15%,例：C=3次/天，T=120秒/次，K=10,解：a=0.01Erl/用户,114,2.3.4 通信系统服务质量和负荷能力(8/15),每个信道所能容纳的用户数 当每个用户忙时的话务量(a)确定后，每个信道所能容纳的用户数m与A的关系。用户总
36、数：M=mn=A/a。,115,2.3.4 通信系统服务质量和负荷能力(9/15),1，A: 系统总话务量 2，B: 系统要求呼损率 3，n: 用户共用的信道数 4，A/n: 每信道平均流入话 务量 5，a: 每用户忙时话务量 6，m: 每信道可容纳用户数m=A/n/a 7，M: 系统总用户数M=mn=A/a,116,2.3.4 通信系统服务质量和负荷能力(10/15),例：B = 0.05，a = 0.01(1), 若有n = 5，M = ?n = 5，查表4-8, A = 2.218,M =A/a= 2.218/0.01 = 221(2), 若M 700个用户，n = ?A = Ma=0.
37、01700 = 7，查表计算为：n = 11,117,2.3.4 通信系统服务质量和负荷能力(11/15),例如，某移动通信系统，每天每个用户平均呼叫10次，每次占用信道的平均时间为80秒，呼损率要求10，集中系数为K=0.125，问给定8个信道能容纳多少个用户？,118,2.3.4 通信系统服务质量和负荷能力(12/15),信道利用率：用每个信道平均完成的话务量来表示。,119,2.3.4 通信系统服务质量和负荷能力(13/15),信道利用率,120,2.3.4 通信系统服务质量和负荷能力(14/15),当n一定， ， B， A，M，即，信道利用率越高，但服务质量越低，一般公网与其他系统B选
38、5%20%，专网2%。采用信道共用技术，可提高信道利用率。 n，但提高的速度越来越少，如： n 30，提高不明显，共用不宜太多。,121,2.3.4 通信系统服务质量和负荷能力(15/15),系统信道设计总结： 选定B，正确选定a(一般公网0.01Erl，专网0.06Erl) 采用信道共用，根据B和a确定M与n的值。,122,第二章 内容,2.1. 蜂窝小区的概念和特点 2.2. 干扰和信道容量 2.3. 电信业务流量与服务等级 2.4. 信道切换策略,123,2.4. 信道切换策略,124,2.4. 信道切换策略,2.4.1信道切换原理 2.4.2 实际系统切换的一些考虑,125,2.4.1
39、信道切换原理(1/9),信道切换: 当前正在通信的移动台与服务基站之间的链路转移到另一个新基站的过程 目的：实现蜂窝移动通信的“无缝隙”覆盖，保证移动台跨区时通信的连续性。分类：按实现技术分为：1. 硬切换：新的连接建立前，先中断旧的连接。例如GSM系统。 2. 软切换：指既维持旧的连接，又同时建立新的连接。例如CDMA系统。,126,2.4.1信道切换原理(2/9),切换过程包括识别新小区和分配给移动台在新小区的语音信道和控制信道。切换的原因： 小区信号的强度或质量下降到由系统规定的一定参数以下，此时移动台被切换到信号较强的相邻小区。 由于小区业务信道容量全被占用或几乎全被占用，这时移动台被
40、切换到业务信道容量较空闲的相邻小区。,127,2.4.1信道切换原理(3/9),切换的准则 决定何时需要进行越区切换，通常根据移动台处接收的平均信号强度，或信噪比、信干比、误比特率等参数。 切换过程控制主要有三种： 移动台控制的越区切换 网络控制的越区切换 移动台辅助的越区切换,128,2.4.1信道切换原理(4/9),(1) 移动台控制的越区切换 移动台连续监测当前基站和几个越区时的候选基站的信号强度和质量，当满足某种越区切换准则后，移动台选择具有可用业务信道的最佳候选基站，并发送越区切换请求。 DECT等小系统常采用，在大系统中容易引起切换冲突。,129,2.4.1信道切换原理(5/9),
41、(2) 网络控制的越区切换 基站监测来自移动台的信号强度和质量，当信号低于某个门限后，网络开始安排向另一个基站的越区切换。 缺点：若MS失去联系，将造成信号中断。 第一代模拟系统采用此方法 切换时间长，可达10S。,130,2.4.1信道切换原理(6/9),(3) 移动台辅助的越区切换 网络要求移动台测量其周围基站的信号并把结果报告给旧基站，网络根据测试结果决定何时进行越区切换以及切换到哪一个基站。 第二代系统GSM，CDMA都采用此方法。 特点：时间快，切换过程1s2s ，信号中断1s。,131,2.4.1信道切换原理(7/9),信道切换按照切换的性质可分： 同基站内不同扇区的切换、微小区与
42、宏小区之间的切换、不同运营商之间的切换等等,132,2.4.1信道切换原理(8/9),不同系统采用不同的切换策略切换次数和中断次数最小 无明显干扰的快速通话转接 对新呼叫阻塞的影响最小,133,2.4.1信道切换原理(9/9),越区切换时的信道分配 越区切换时的信道分配涉及切换优先问题。 系统处理切换请求时常采用越区切换请求优先于初始呼叫请求。 保留小区中所有信道中的一小部份，专门服务切换请求, 但信道利用率降低对切换请求进行排队。,134,2.4. 信道切换策略,2.4.1信道切换原理 2.4.2 实际系统切换的一些考虑,135,2.4.2 实际系统切换的一些考虑(1/3),微小区高速移动切
43、换的问题 在微小区，高速移动用户仅有很少时间就需切换，对系统压力太大， 一种宏小区与微小区相结合的伞状小区结构，切换时采用宏小区信道可解决上述问题。,136,2.4.2 实际系统切换的一些考虑(2/3),伞状小区方法使用不同高度的天线和不同强度的功率，在一个站点设置相对“大的”和“小的”覆盖区以减少高速移动用户的切换。,137,2.4.2 实际系统切换的一些考虑(3/3),小区拖尾由于用户离开基站速度较慢，平均信号能量衰减不快，达不到切换门限，造成潜在的干扰和话务量管理问题。可以通过调整切换门限和无线覆盖参数来解决。,138,作 业,简述同频干扰与频谱利用率的关系 已知条状服务区要求载波/干扰
44、比大于25dB，问至少需要多少个频率组？ 已知蜂窝系统中，簇的大小为4，以图的形式画出至少2个相邻的区群。并用A、B、C等标注出区群中的每一个小区。,139,作业,对比两种提高系统容量方法的特点 若某蜂窝系统为FDD方式，工作频段为25MHz，波道间隔为25kHz，若使载干比C/I（假设仅考虑第一层最坏情况下的同频干扰，路径传输损耗因子为4 ）大于14dB，按等频距分配法，该如何分配波道？,140,作业,移动通信网的某个小区共有100个用户，平均每用户C=5次/天，T=180次/秒，K=14。问为保证呼损率小于5，需共用的信道数是几个？若允许呼损率达20，共用信道数可以节省几个？设某基站有8个无线信道，移动用户的忙时话务量为0.01爱尔兰，要求呼损率B=0.1。问若采用专用呼叫信道方式能容纳多少用户？波道利用率为多少？若采用其它的波道自动选择方式，那么容纳的用户数和波道利用率又为多少？,
