移动通信技术5G.ppt

5.1 5.1 移动通信网结构移动通信网结构5.2 5.2 区域覆盖和小区设计区域覆盖和小区设计5.3 5.3 频率的有效利用与信道配置频率的有效利用与信道配置5.4 5.4 信令信令5.5 5.5 越区切换与位置管理越区切换与位置管理第五章第五章 移动通信网组网技术移动通信网组网技术l理解并掌握移动通信系统的组成。理解并掌握移动通信系统的组成。l掌握蜂窝小区图案的选择原则掌握蜂窝小区图案的选择原则l掌握蜂窝小区区群的构成掌握蜂窝小区区群的构成蜂窝小区区群蜂窝小区区群蜂窝小区的越区切换和位置管蜂窝小区的越区切换和位置管理理5.1移动通信网的基本结构移动通信网的基本结构一、基本结构一、基本结构l从地理位置范围来从地理位置范围来看，看，GSM系统分为系统分为GSM服务区、公用服务区、公用陆地移动网陆地移动网（PLMN），移动），移动交换控制（交换控制（MSC）业务区、位置区业务区、位置区（LA），基站区），基站区和小区。和小区。二、区域定义（补充）二、区域定义（补充）l1、GSM服务区服务区 指移动用户能获得服务的区域，由若干个指移动用户能获得服务的区域，由若干个PLMN构构成，可以是联网的成，可以是联网的GSM全部成员国，也可以是一个国全部成员国，也可以是一个国家的一部分。家的一部分。 2、公用陆地移动网（、公用陆地移动网（PLMN）业务区）业务区 PLMN是由一个公用陆地移动网提供业务的区域。是由一个公用陆地移动网提供业务的区域。一个一个PLMN区由一个或多个移动业务交换中心（区由一个或多个移动业务交换中心（MSC）组成。在该区域内，有共同的编号方法和路由规划。组成。在该区域内，有共同的编号方法和路由规划。 PLMN业务区可以与公共电话交换网业务区可以与公共电话交换网PSTN、综合、综合业务数字网业务数字网ISDN和公用数据网和公用数据网PDN互联。互联。l3、MSC业务区业务区 由一个移动业务交换中心（由一个移动业务交换中心（MSC）控制的区域称为）控制的区域称为一个一个MSC区，由一个或若干个位置区组成。区，由一个或若干个位置区组成。l4、位置区、位置区LA 位置区就是移动台位置登记区，指移动台课任意移位置区就是移动台位置登记区，指移动台课任意移动但不需要进行位置更新的区域。由一个或若干个基站动但不需要进行位置更新的区域。由一个或若干个基站区组成。区组成。 5、基站区、基站区BS 指由一个基站控制器所控制的一个或若干个无线小指由一个基站控制器所控制的一个或若干个无线小区。基站提供无线信道，以建立在基站覆盖范围内与移区。基站提供无线信道，以建立在基站覆盖范围内与移动台的无线通信。动台的无线通信。l6、小区、小区 采用基站识别码或全球小区识别码进行标识的无线采用基站识别码或全球小区识别码进行标识的无线覆盖区域，即为小区。在蜂窝制移动通信系统中，采用覆盖区域，即为小区。在蜂窝制移动通信系统中，采用全向天线时，一个小区包含一个基站，即小区即为基站全向天线时，一个小区包含一个基站，即小区即为基站区，其有效覆盖范围取决于发射功率、天线高度等因素，区，其有效覆盖范围取决于发射功率、天线高度等因素，一般为几千米。若小区内业务激增时，一个小区还可以一般为几千米。若小区内业务激增时，一个小区还可以分为裂为若干个小区。分为裂为若干个小区。 7、直放站、直放站 在组网时，出于对地形地物及经费的考虑，会出在组网时，出于对地形地物及经费的考虑，会出现覆盖不到的区域，通常称为盲区或死角。为了让盲现覆盖不到的区域，通常称为盲区或死角。为了让盲区或死角变活，通常在适当的地方建立直放站，其相区或死角变活，通常在适当的地方建立直放站，其相当于一个同频放大的中继站，用于转发来自基站和移当于一个同频放大的中继站，用于转发来自基站和移动台的信号。动台的信号。5.2 区域覆盖和小区设计区域覆盖和小区设计5.2区域覆盖和小区设计区域覆盖和小区设计5.2.1 服务区的体制服务区的体制1、大区制、大区制l基站发射的电波的覆盖范围称为基站发射的电波的覆盖范围称为无线小区无线小区。l大区制大区制：在一个服务区域内只有一个或几个基站：在一个服务区域内只有一个或几个基站(BS)， 天线架设得高；发射机输出功率大（天线架设得高；发射机输出功率大（200W)；服务区内服务区内所有频道都不能重复；覆盖半径大约为所有频道都不能重复；覆盖半径大约为30km至至50km。 l基站作用基站作用：负责移动通信的联络和控制：负责移动通信的联络和控制a) )单无线小区单无线小区( (大区制大区制) )构成的服务区构成的服务区 b) )多无线小区构成的服务区多无线小区构成的服务区图图5.9 5.9 无线小区构成无线小区构成 l优点：组成简单，投资少，见效快。优点：组成简单，投资少，见效快。l缺点：缺点：服务区内的所有频道（一个频道包含收、发服务区内的所有频道（一个频道包含收、发一对频率）的频率都不能重复，一对频率）的频率都不能重复，频率利用率和通信频率利用率和通信容量都受到了限制。容量都受到了限制。l适用范围：主要用于专用网或用户较少的地域，一适用范围：主要用于专用网或用户较少的地域，一般用户数只能有几百个，总话务量小于般用户数只能有几百个，总话务量小于20Erl。2、中区制、中区制l服务区由一个或多个基站组成，每个基站覆盖半服务区由一个或多个基站组成，每个基站覆盖半径约为径约为1525km。与大区制相比，提高了频道利与大区制相比，提高了频道利用率，因为在这种体制中，允许相隔一定距离的用率，因为在这种体制中，允许相隔一定距离的两个基站使用相同的工作频率。两个基站使用相同的工作频率。 3、小区制、小区制l小区：小区：把整个服务区域划分为若干个无线小区把整个服务区域划分为若干个无线小区(cell)，每个小区分别设置一个基站。每个小区分别设置一个基站。l半径：半径：2至至10km；l功率：功率：5至至20W.l如图5.6所示。 图图5.6 小区制移动通信示意图小区制移动通信示意图l区群：区群： 在小区制结构中，由采用不同频率的若干小区组成在小区制结构中，由采用不同频率的若干小区组成的覆盖区域称为一个区群。的覆盖区域称为一个区群。ln频制：频制： 采用不同频率的采用不同频率的n个小区组成的区群称为个小区组成的区群称为n频制区群。频制区群。l小区制结构小区制结构虽然设备构成复杂，但覆盖服务区宽，频虽然设备构成复杂，但覆盖服务区宽，频率利用率高，因此，对于大容量通信系统都采用这种率利用率高，因此，对于大容量通信系统都采用这种方式。方式。 图图5.14 正六边形正六边形3小区重复图案小区重复图案 l4、服务区形状、服务区形状 根据服务对象、地形的分布及干扰等因根据服务对象、地形的分布及干扰等因素，可以将小区制移动通信网划分为：素，可以将小区制移动通信网划分为：l带状服务区带状服务区l面状服务区面状服务区常见线状服务区有高速公路、铁路和水运航道等；常见线状服务区有高速公路、铁路和水运航道等；常见带状服务区有狭长城市，沿海水域等。常见带状服务区有狭长城市，沿海水域等。图：组成面状服务区的形状图：组成面状服务区的形状(2)(2)面状服务区：面状服务区： 当服务区不是带状，而是一个宽广的平面时，称为当服务区不是带状，而是一个宽广的平面时，称为二维区域或面状网。二维区域或面状网。 l移动电话网通常是先由若干邻接的无线小区组成一移动电话网通常是先由若干邻接的无线小区组成一个无线区群，再由若干无线区群构成整个服务区。个无线区群，再由若干无线区群构成整个服务区。5.2.2 小区设计小区设计l小区通信系统的建立需要综合考虑小区通信系统的建立需要综合考虑地形地形、电磁电磁波的传播特性波的传播特性、话务量分布话务量分布、通信质量通信质量及及经济经济性性等诸多因素。等诸多因素。l小区通信系统的建立需要确定的参数有：小区通信系统的建立需要确定的参数有：小区小区的形状、小区数量、小区的大小、基站的配置的形状、小区数量、小区的大小、基站的配置（即如何配置基站才能有效覆盖服务区域）以（即如何配置基站才能有效覆盖服务区域）以及及同频复用同频复用（即哪些小区重复使用同一频率才（即哪些小区重复使用同一频率才能使频率利用率最高）等。能使频率利用率最高）等。l（1）小区图案）小区图案(形状形状) 无线小区的图案（形状）取决于电波传播条件和天无线小区的图案（形状）取决于电波传播条件和天线的方向性。为研究方便，假设整个服务区的地形地线的方向性。为研究方便，假设整个服务区的地形地物相同，基站采用全向天线，它的覆盖区大体上是一物相同，基站采用全向天线，它的覆盖区大体上是一个圆，即无线小区是圆形的。个圆，即无线小区是圆形的。l为了不留空隙的覆盖整个平面的服务区，一个个圆形覆为了不留空隙的覆盖整个平面的服务区，一个个圆形覆盖区之间一定会有很多盖区之间一定会有很多交叠交叠。在考虑了交叠之后，实际。在考虑了交叠之后，实际上每个辐射区的有效覆盖区可等效成一个多边形。根据上每个辐射区的有效覆盖区可等效成一个多边形。根据交叠情况不同，若在周围相间交叠情况不同，若在周围相间120o设置设置3个邻区，则有个邻区，则有效覆盖区为效覆盖区为三角形三角形；若相间；若相间90o设置设置4个邻区，则有效覆个邻区，则有效覆盖区为盖区为正方形正方形；若相间；若相间60o设置设置6个邻区，则有效覆盖区个邻区，则有效覆盖区为为六边形六边形。要用正多边形无空隙、无重叠的覆盖一个平要用正多边形无空隙、无重叠的覆盖一个平面区域，可取的形状只有这面区域，可取的形状只有这3 3种。种。l1）图形本身的有效面积越大越好）图形本身的有效面积越大越好l2）重叠区越小越好）重叠区越小越好l3）相邻小区中心点的距离（中心间距）越大越好）相邻小区中心点的距离（中心间距）越大越好l4）需要的频率数越少越好）需要的频率数越少越好l三种形状小区比较三种形状小区比较l需要的最少频率数需要的最少频率数 由于同频干扰的存在，相邻小区不能采用不同由于同频干扰的存在，相邻小区不能采用不同相同频率。这时三角形、四边形、六边形中分别需相同频率。这时三角形、四边形、六边形中分别需要的频率个数为要的频率个数为6个、个、4个、个、3个。个。图图 三种几何结构的最少频率数三种几何结构的最少频率数222111334556633311144211122233蜂窝移动通信网l综上所述，最有效的方法就是正六边形，因此，在系综上所述，最有效的方法就是正六边形，因此，在系统设计无线小区时都采用正六边形也就是蜂窝状结统设计无线小区时都采用正六边形也就是蜂窝状结构构（Cellular System）。）。小结：小结： （2）正六边形无线区群的构成）正六边形无线区群的构成l区群区群：由采用不同频道的若干小区组成，由采用不同频道的若干小区组成，典型值为典型值为3、4、7、9、12 、 。同一区群内的小区不能使用相同的频。同一区群内的小区不能使用相同的频道。道。 构成条件构成条件小区模型小区模型激励方式激励方式l构成构成正六边形区群正六边形区群条件条件1）由若干个邻接的正六边形小区构成一个无线区群，也）由若干个邻接的正六边形小区构成一个无线区群，也 称为单位无线区群。再由单位无线区群彼此邻接，称为单位无线区群。再由单位无线区群彼此邻接， 无重叠、无缝隙的形成整个服务区。无重叠、无缝隙的形成整个服务区。2）单位无线区群中的小区必须使用不同频率，以防同频）单位无线区群中的小区必须使用不同频率，以防同频 干扰。干扰。3）相邻区群中的同频小区的中心间距）相邻区群中的同频小区的中心间距D相等。相等。f1f2f3D 要满足上述条件，单位区群内的小区数应满足：要满足上述条件，单位区群内的小区数应满足：22jijiNi 1 0 1 0 2 1 0 2 1 0 3 2 j 1 2 2 3 2 3 4 3 4 5 3 4 N 3 4 7 9 12 13 16 19 21 25 27 28式中式中i, j为正整数。为正整数。N的一般取值如下表所示：的一般取值如下表所示： 单位