第五部分GSM系统中的工程学.ppt

1,第五章 GSM系统中的工程学,移动通信,电子工程系 李明,2,一、概述 目的：将一个GSM蜂窝网在覆盖面积和话务量的限制下组织得比较合理。,移动通信,电子工程系 李明,3,组网时的问题： 采用什么技术来提高共享资源的利用率？ 如何划分蜂窝小区？小区内的基站数量？ 互连互通性？ 如何保证移动台的巡游？ 采用哪种信令系统？ etc.,移动通信,电子工程系 李明,5,二、几个基本概念 .通信中的话务量和呼损率 话务量(traffic)：衡量话音通信中业务量大小的指标。分为流入话务量和完成话务量。 流入话务量A：取决于单位时间(1小时)内平均发生的呼叫次数和每次呼叫的平均占用信道时间S。,移动通信,电子工程系 李明,6,注意事项： 在只有一台机器时，以Erlang表示的话务量也是它被占用的概率，不可能超过1 如果有一组L台机器，每台机器的话务量都是一样的，那么总的话务量是它们的总和，不可能超过L,移动通信,电子工程系 李明,7,例题1：10000个用户连接在同一台程控交换机上。每个用户有0.1Erlang的话务量。呼叫持续3分钟。请问，在这个程控交换机上每小时有多少次呼叫？,移动通信,电子工程系 李明,8,移动通信,电子工程系 李明,9,完成话务量：假设单位时间内成功的呼叫次数为0，完成的话务量为A0= 0 S。 损失话务量：流入话务量A与完成话务量A0之差。 呼损比：损失话务量占流入话务量的比率， 又被称为通信网的服务等级。,移动通信,电子工程系 李明,10,.完成话务量的性质与计算 在T小时内，全网共完成C1次通话，那么完成话务量为 假设总的信道数为n，在时间T内有i(in)个信道被同时占用的时间为ti(tT)，可以得到,移动通信,电子工程系 李明,11,ti/T表示的是在n个信道中，有i个信道同时被占用的概率，用Pi表示，有 完成话务量表示了通信网的繁忙程度。,移动通信,电子工程系 李明,12,.呼损率的计算 Erlang呼损公式(Erlang B) 信道利用率：表示每小时每个信道的完成话务量，即,移动通信,电子工程系 李明,13,.用户忙时的话务量与用户数 集中系数k：最忙1小时内的话务量与全天话务量之比，k的值一般在10%15%之间。,移动通信,电子工程系 李明,14,假设通信网中每个用户每天平均呼叫次数为C(次/天)，每次呼叫的平均占用信道时间为T(秒/次)，集中系数为k，那么每个用户的忙时话务量为 每个信道所能容纳的用户数为,移动通信,电子工程系 李明,15,三、多址接入技术(Multiple Access) 共享传播介质时，在保证通信质量的前提下，如何使多用户能够进行通信的技术，就是多址接入技术。 常用的有：CSMA、CDMA、FDMA、TDMA、OFDMA等,移动通信,电子工程系 李明,16,频分多址FDMA 将给定的频谱资源划分为若干个等间隔的频道信道，使不同的用户在同一时间内可以进行通信的技术。 频分双工FDD：接收频率f和发送频率F不同，保证接收和发送可以同时进行的技术。 FDMA: Frequency Division Multiple Access FDD: Frequency Division Duplex,图 FDMA示意图,移动通信,电子工程系 李明,18,时分多址TDMA 将时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙，使得多个用户可以在同一频率进行通信。 时分双工TDD：允许上下行帧可以工作在相同的频率上的技术。 TDMA: Time Division Multiple Access TDD: Time Division Duplex,图 TDMA示意图,移动通信,电子工程系 李明,20,在GSM中， 每个载频被分割成时隙(slot)。每个时隙为 在时隙中传输的信息被称为突发(burst)。 同一个载频上，个时隙组成一个TDMA帧，,移动通信,电子工程系 李明,21,.TDMA系统中，时隙设计需考虑的问题 控制和信令信息的传输 多径传播的影响 系统的同步,移动通信,电子工程系 李明,22,.应采取的措施 在每个时隙中，专门划出部分比特用于控制和信令信息的传输 在时隙中插入自适应均衡器所需的训练序列，来克服多径传播引起的码间干扰 在上行链路的每个时隙中预留一定的保护间隔，防止两个连续的时隙出现重叠 在每个时隙中插入传输同步序列,移动通信,电子工程系 李明,23,三、传播模式 信号畸变的结果： 频率上(多普勒效应) 幅度上(瑞利衰落或多径传播衰落) 相位上(多径传播带来的时间上的延迟),移动通信,电子工程系 李明,24,通常考虑的几个方面 .路径传播损耗 又叫Path Loss，和工作频率以及传播距离有关： L代表路径传播损耗，d代表收发端距离，f 代表无线电频率，c代表光速；,移动通信,电子工程系 李明,25,或者，考虑线性衰减的情况下 式中，Gain为信道的增益；为一常数，取值界于2和3.5之间(2对应着无线电在自由空间的传播)；k为一常数，根据不同的工作环境而取不同的值(比如说，当k=1/5时，面积为1平方公里的蜂窝小区边界的接收功率为-90 dB)。,移动通信,电子工程系 李明,26,.阴影效应造成的慢衰落损耗 由于发射机和接收机之间的障碍物带来的影响。 视距传播(Line Of Sight)：在发射机和接收机的直射途径中没有障碍物的存在 非视距传播(Non Line Of Sight)：在发射机和接收机的直射途径中有障碍物的存在,移动通信,电子工程系 李明,27,.树木带来的损耗,移动通信,电子工程系 李明,28,.快衰落损耗 主要是多径传播引起的。 多径传播扩展时延的计算： 其中， 的单位是米，c代表光速。,移动通信,电子工程系 李明,29,宏蜂窝模式 主要存在Hata和COST231-Hata(european Cooperation in the field of Scientific and Technical research)两种模式。 适用于蜂窝半径1km或以上的蜂窝系统。,移动通信,电子工程系 李明,30,应用的前提条件为： 基站天线hb高度在30200米(含)之间 移动台天线hm高度在110米(含)之间 移动台和基站间的距离在120公里之间 频率的单位为MHz,移动通信,电子工程系 李明,31,.Hata模式 该模式适用于频段1501000MHz(含)之间。在城市中，用dB表示的慢衰落Lc为: 其中，,移动通信,电子工程系 李明,32,对于中等城市来说， 对于大城市来说， 当移动台天线的高度小于(含)1.5米时，该修正指数可以忽略不计。,移动通信,电子工程系 李明,33,对于小城市来说， 对于农村来说，可以视为沙漠(衰落记为Lro)或半沙漠地带(衰落记为Lrqo),移动通信,电子工程系 李明,34,.COST 231-Hata模型 使用的频率范围在15002000MHz(含)之间。在城市中，用dB表示的慢衰落Lc为： 其中，对于中等城市来说 对于中等城市和郊区Cm=0dB 对于大城市Cm=3dB。,移动通信,电子工程系 李明,35,在该模式下，对于农村的处理和Hata模式一样。,移动通信,电子工程系 李明,37,微蜂窝模式 城市中，当基站天线位于屋顶之下，并且发射功率比较弱时，被覆盖的范围可被视为“微蜂窝”。 在视距传播时，慢衰落可视为： 该式适用于频率在8002000MHz之间，移动台天线高度在13米之间，基站天线高度在450米之间时。 当移动台位于街道另一端时，可以考虑再加上20dB的衰减。,移动通信,电子工程系 李明,38,四、资源复用 蜂窝小区：指的是在移动通信中，被一个天线覆盖的地理范围。,移动通信,电子工程系 李明,39,典型的六边型模式 区群(motif)：包含了一组信道的、最小的蜂窝小区群。 规范中建议：在一个蜂窝群，信道(同一频率)仅仅只能出现一次(但是实际应用中，一个小区中可以有数个频率)。 频率再用距离：两个使用同一频率的发射机间的最小距离。,移动通信,电子工程系 李明,40,组成区群的条件： 区群之间可以邻接，且无空隙无重叠地进行覆盖 邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之间的距离相等。,移动通信,电子工程系 李明,42,载干比：C/(I+N) C：收到的信号功率 I：同频干扰和邻频干扰 N：接收机系统本身的噪声 载干比门限值越小，频率再用距离就越小，区群就越小。,移动通信,电子工程系 李明,43,.规则的区群 区群的大小 N=i2+ij+j2 其中，i和j为自然数或0。,表 区群内小区数N的取值,移动通信,电子工程系 李明,45,同频小区的再用距离： 式中，N为区群中的小区数，R为小区的外接圆半径。,移动通信,电子工程系 李明,47,相对于一个蜂窝小区来说，和它使用同频的蜂窝小区的中心都位于一个同心圆上。,移动通信,电子工程系 李明,48,常见的区群一般包含3、4、7、9、12、21、27个小区。 在不规则区群中，再用距离不会比规则区群更大。,移动通信,电子工程系 李明,49,.受噪声限制的系统 当一个地区只需要很少的资源时，运营商可以在整个区域只使用一个蜂窝小区。这时，同频干扰和邻频干扰远小于系统噪声IN，这种系统即为受噪声限制的系统。 这种系统的同频再用距离非常大，通常被使用在人口稀少的农村。,移动通信,电子工程系 李明,50,.受干扰限制的系统 在最大限度地再用资源时，同频干扰将远大于其他的影响NI，这种系统被称为受干扰限制的系统。 Bi为在移动台接收频率上发射的所有基站，Ik是来自于第一个同心圆上的第k个蜂窝小区的干扰。,移动通信,电子工程系 李明,51,典型模式的研究 .TDMA/FDMA系统 大多数的系统均为TDMA/FDMA，网络的布置一般是根据基站的频率来进行的。,