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4切换切换:
将移动台从一个信道或基站切换到另一个信道或基站的过程。
移动台移动台:
在蜂窝移动服务中,计划在不确定的地点并在移动中使用的终端,可以是便携的手持部件,或是安装在移动车辆上。
移动交换中心移动交换中心:
在大范围服务区域中协调呼叫路由的交换中心。
在蜂窝系统中,移动交换中心将蜂窝基站和用户连在公用电话网上。
移动交换中心也称为移动电话交换局。
寻呼寻呼:
将简短的信息广播到整个服务区域中,一般通过许多基站同时广播的方式进行。
5漫游漫游:
移动台可以在不是最初登记的其他区域内通信。
定购者定购者:
使用移动通信服务而付费的使用者。
收发信机收发信机:
能同时发送和接收无线信号的设备。
1.2无线通信系统实例1.寻呼系统亦称袖珍铃系统,是一种单频、单工、单向无线电通信系统,给用户发送简短消息的通信系统。
67图1-1区域无线寻呼系统结构图2.无绳电话系统无绳电话系统是使用无线电来连接便携手持机和专用基站的全双工系统,而专用基站通过电话线连到公用电话交换网上。
3.蜂窝移动电话系统蜂窝电话系统为在无线覆盖范围内的任何地点的用户提供公用电话交换网的无线接入。
89图1-2蜂窝系统(移动交换中心)(公用交换电话网)第二章:
蜂窝的概念102.1蜂窝的概述基基本本思思想想:
用许多小功率的发射机来代替单个大功率发射机,每一个小覆盖区只提供服务范围内的一小部分覆盖。
如果给相邻的基站分配不同的信道组,那么基站之间的干扰就最小。
通过系统地分配整个系统的基站以及它们的信道组,可用信道就可以在整个系统的地理区域内分配;
而且可以尽可能地复用,只要基站间的同频干扰低于可接受水平。
11要覆盖整个服务区,无重叠和间隔,只有三种可能的选择:
正三角形、正方形、正六边形。
采用正六边形的原因:
用最小的小区数覆盖整个区域;
最接近于全向基站天线和自由空间传播的全向辐射模式。
12基站激励方式:
中心激励:
基站设在小区中央,用全向天线形成圆形覆盖区。
13基站激励方式:
顶点激励:
基站设在每个小区六边形的三个顶点上,每个基站采用三副120度扇形辐射的定向天线。
142.2频率复用A-G:
小区;
每7个小区构成一个小区簇15图2-1蜂窝频率复用思想的图解簇:
共同使用全部可用频率的N个小区一个蜂窝系统:
M个小区簇每个小区簇包含N个小区,S个可用的双向信道每个小区平均分配k个信道(kS),每一个簇里的小区中分配的信道组各不相同、各自独立则可用的总信道数为:
S=kN16系统容量为:
C=MS=MkN因数N称为簇的大小,典型值为4、7或12。
频率复用因子为1/N,也就是说每个小区包含可用信道总数的1/N。
为了满足小区簇拼接的平面覆盖,每一个簇中小区的数目必须满足:
N=i2+ij+j2其中,i和j为非负整数。
17j0123411371321247121928391319273741621283748N=i2+ij+j2i1819为了找到某一特定小区的相距最近的同频小区,必须按照以下步骤进行:
沿着任何一条六边形链移动i个小区;
逆时针旋转60度再移动j个小区。
同频小区最小距离?
例:
一个双工无线蜂窝系统总的频谱为20MHz,每个单工信道的带宽为25kHz,计算:
双工信道数目如果使用4小区复用,每个小区总的信道数目202.3信道分配策略增加用户容量、减小干扰为目标的频率复用方案:
固定的信道分配策略:
给每个小区分配一组事先确定好的语音信道,小区中的任何呼叫都只能使用该小区中的空闲信道。
借用策略如果小区内所有信道都被占用,借用相邻小区信道(移动交换中心)。
21动态的信道分配策略:
语音信道不是固定地分配给每个小区,每次呼叫请求到来时,为它服务的基站就向移动交换中心请求一个信道。
移动交换中心分配信道原则:
这个小区没有使用该频率;
任何为了避免同频干扰而限定的最小频率复用距离内的小区也没有使用该频率222.4切换策略将某一个特定的信号强度指定为基站接收机中可接受的最小可用信号,稍微强一点的信号强度就可以作为启动切换的门限。
两者间隔为:
2324图2-2在小区边界不正确的切换图解25图2-3在小区边界正确的切换图解2.5干扰和系统容量干扰是蜂窝无线系统性能的主要限制因素,来源包括:
(1)同小区中的另一个移动台;
(2)相邻小区中正在进行的通话;
(3)使用相同频率的其他基站;
(4)无意中渗入蜂窝系统频带范围内的任何非蜂窝系统。
26蜂窝系统中两种主要干扰:
(1)同频干扰;
(2)邻频干扰。
1.同频干扰和系统容量同频干扰和系统容量如果每个小区的大小差不多,基站也都发射相同的功率,那么同频干扰比例与发射功率无关,而变为小区半径(R)与相距最近的同频小区的中心之间距离(D)的函数,称为同频复用比例:
27设i0为同频干扰小区数,则监视前向信道的移动接收机的信干比可以表示为:
来自目标基站中的想获得的信号功率第i个同频干扰小区所在基站引起的干扰功率28对移动无线信道的传播测量表明,在任一点接收到的平均信号强度随发射机和接收机之间距离的幂定律下降。
在距离发射天线d处接收到的平均信号功率Pr为:
靠近参考点处的接收功率,该点与发射天线有一个较小距离d0路径衰减指数29如果每个基站的发射功率相等,整个覆盖区域内的路径衰减指数相同,Di为第i个干扰源与移动台之间的距离:
30仅仅考虑第一层干扰小区,如果所有干扰基站与目标基站间的距离是相等的,小区中心之间的距离都是D,31例:
为了保证蜂窝系统的前向信道具有良好性能,要求信干比为15dB。
假设第一层中有六个同频小区,并且它们与移动台之间的距离都相同。
要获得最大的容量需要多大的频率复用因子和簇大小?
(a)n=4;
(b)n=3。
322.邻频干扰邻频干扰来自所使用信号频率的相邻频率的信号干扰为邻频干扰。
邻频干扰可以通过精确的滤波和信号分配而减小到最小。
因为每个小区只分配给可用信道中的一部分,给小区分配的信道就没有必要在频率上相邻。
通过使小区中的信道间隔尽可能大,就可以大大减小邻频干扰。
332.6中继和服务等级中继:
允许大量的用户在一个小区内共享相对较小数量的信道,即从可用信道库中给每个用户按需分配信道。
中继理论的基本原理是19世纪末丹麦数学家爱尔兰(Erlang)提出的,用他的名字作为话务量强度的单位。
一个Erlang表示一个完全被占用的信道的话务量强度(即单位小时或单位分钟的呼叫时长)。
例如:
一个在一小时内被占用了30分钟的信道的话务量是0.5Erlang。
34中继理论中用到的基本术语:
建立时间:
给正在请求的用户分配一个中继无线信道所需的时间;
阻塞呼叫:
由于拥塞无法在请求时间完成的呼叫,又称损失呼叫;
保持时间:
一个典型呼叫的平均保持时间,表示为H(以秒为单位);
话务量强度:
表征信道时间利用率,为信道的平均占用率,以Erlang为单位。
无量纲,可用来表征单个或多个信道的时间利用率,表示为A;
35中继理论中用到的基本术语:
负载:
整个系统的话务量强度,以Erlang为单位;
服务等级(GOS):
表征拥塞水平的量,定义为呼叫阻塞概率(表示为B,单位为Erlang),或是延迟时间大于某一给定时间的概率(表示为C,单位为Erlang);
请求速率:
单位时间内平均的呼叫请求次数,表示为/秒。
36每个用户产生的话务量强度为:
对于一个有U个用户和不确定数目信道的系统,总共的话务量为:
呼叫的平均保持时间单位时间内的平均呼叫请求次数37在一个有C个信道的中继系统中,如果话务量是在信道中平均分配的,那么每个信道的话务量强度为:
注意:
流入的话务量并不是中继系统所承受的话务量,当流入的话务量超过了系统的最大容量时,所承受的话务量因为系统容量受限而受到限制。
蜂窝系统设计一般要求阻塞率低于2%。
38两种中继系统:
(1)阻塞呼叫清除:
不对呼叫请求进行排队,没有空闲信道,呼叫被拒绝进入并释放掉。
呼叫阻塞概率由ErlangB公式决定:
39信道数目CGOS的容量(Erlang)=0.01=0.005=0.002=0.00120.1530.1050.0650.04640.8690.7010.5350.43951.361.130.9000.762104.463.963.433.092012.011.110.19.412415.314.213.012.24029.027.325.724.57056.153.751.049.210084.180.977.475.2表:
ErlangB系统的容量4012345678910121416182025303540455060708090100中继信道数(C)用Erlang表示的业务密度阻塞概率41图2-4ErlangB图42A=0.1:
0.001:
100;
forC=1:
100GOS_Up=A.C./factorial(C);
GOS_Down_Mat=zeros(C+1,length(A);
fork=0:
CGOS_Down_Mat(k+1,:
)=A.k./factorial(k);
endGOS_Down=sum(GOS_Down_Mat);
GOS=GOS_Up./GOS_Down;
figure
(1);
loglog(A,GOS,k,LineWidth,1)holdongridonend例:
在一个呼叫阻塞清除系统中,阻塞概率为0.5%,每个用户每小时平均拨打2个电话,每个电话平均通话时间为3分钟。
中继信道数为1、5、10、20、100时,该系统能支持多少用户?
中继信道为5时,总话务量为1.13Erlang;
中继信道为10时,总话务量为3.96Erlang;
信道分组方式可以在很大程度上改变一个中继系统所能处理的用户数。
43例:
市区有200万人口,有三个相互竞争的中继移动网络(A、B、C)提供蜂窝服务。
系统A:
394个小区,19个信道/小区;
系统B:
98个小区,57个信道/小区;
系统C:
49个小区,100个信道/小区;
阻塞概率为2%,每个用户每小时平均拨打2个电话,每个电话平均通话时间为3分钟,求各个系统所支持的用户数以及市场占有百分比。
44
(2)阻塞呼叫延迟:
用一个队列来保存阻塞呼叫,如果不能立即获得一个信道,呼叫请求就一直延迟到有信道空闲为止。
呼叫没有立即得到信道的概率由ErlangC公式决定:
45如果当时没有空闲信道,则呼叫被延迟,被延迟的呼叫被迫等待t秒以上的概率:
464715203035405060708090100中继信道数(C)用Erlang表示的业务密度阻塞概率12345678910图2-5ErlangC图例:
一个4小区系统中的小区半径为1.387km,整个系统共用60个信道。
如果每个用户的负载为0.029Erlang,平均每小时呼叫1次,计算呼叫延迟概率为5%的ErlangC系统:
该系统每平方公里可支持多少个用户?
一个被延迟的呼叫等待10秒以上的概率?
一个呼叫被延迟10秒以上的概率?
482.7提高蜂窝系统容量随着无线服务需求的提高,分配给每个小区的信道数最终变得不足以支持所要达到的用户数,需要一些蜂窝设计技术来给单位覆盖区域提供更多的信道。
在实际应用中,增大蜂窝系统容量的方法:
小区分裂裂向分区微小区491.小区分裂小区分裂思想:
将拥塞的小区划分为更小的微小区,各个微小区都有自己的基站并相