第三讲蜂窝移动通信系统课件.ppt

1、信息与电子工程学院 通信工程系 前文回顾前文回顾o移动通信的基本概念o移动通信的发展历程和现状o移动通信中的关键技术o移动通信的特殊性o通信介质（无线信道）的特殊性o通信终端的特殊性信息与电子工程学院 通信工程系 移动通信原理与应用第三讲蜂窝移动通信系统信息与电子工程学院 通信工程系 移动通信中的噪声和干扰移动通信中的噪声和干扰o噪声 内部噪声/人为噪声/自然噪声o邻道干扰o同频干扰o互调干扰o多址干扰信息与电子工程学院 通信工程系 噪声对移动通信的影响噪声对移动通信的影响o人为噪声主要表现为车辆点火噪声o噪声强度随地点的分布近似服从对数正态分布o噪声对话音质量产生恶化o车辆在行进的动态过程中

2、，恶化量为达到静态条件下一样的话音质量所需的接收电平增加量信息与电子工程学院 通信工程系 邻道干扰邻道干扰o来自相邻或者相近的频道的干扰f理想滤波器理想滤波器f实际滤波器实际滤波器非理想的滤波器是产生邻道干扰的主要原因非理想的滤波器是产生邻道干扰的主要原因信息与电子工程学院 通信工程系 u由于工作频带紧随的若干频带的寄生边带功率、宽带噪声、杂散辐射等产生的干扰u移动通信网内，一组空间分散的临近工作频道引入的干扰1、发信边带扩展：发信频谱超出限定的宽度，成为落到相邻频道的带外辐射干扰。【如我国在第一代移动通信系统中规定，在160MHz和450MHz频段，落在相邻频道16KHz带内的干扰功率，应较

3、载波功率低70dB。解决方法：拉宽频率间隔；发信端使用滤波器】2、发信机边带噪声 存在于发信机载频的两侧，而且噪声频谱很宽，可能在数M赫兹内对接收机产生干扰邻道干扰邻道干扰信息与电子工程学院 通信工程系 邻道干扰邻道干扰3、发信机的杂散辐射 在有用带宽以外的某些频率点上的寄生辐射，如发信机内部的源的寄生辐射等4、蜂窝网内临近信道的干扰 网内距离最小，具有讨论价值的频道间的干扰信息与电子工程学院 通信工程系 同频干扰同频干扰 所有落在接收机通带内，与有用信号频率相同或者相近的无用信号所产生的干扰。同频干扰在诸多干扰因素中主要地决定了蜂窝系统的通话质量。由于产生同频干扰的无用信号与有用信号具有非常

4、相似甚至相同的信号特征，而且和有用信号表现为加性，所以接收端无法滤除和抑制同频干扰。信息与电子工程学院 通信工程系 同频干扰同频干扰产生的原因产生的原因同频干扰产生主要原因是蜂窝移动通信系统中采用了频率复用来提高频谱利用率，因此同频干扰不可避免。同频干扰频率复用率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规定射频防卫度：达到主观上比较满意的接收质量时，射频信道与干扰信号的比值。亦即，接收信号与同频干扰的比值必须大于射频防卫度。一般规定话音4级时17dB，3级时12dB。话音质量信息与电子工程学院 通信工程系 同频干扰同频干扰几个定义：n同频小区：使用相同频率的小区。nR：小

5、区半径n同频复用距离(D)：两个同频基站之间的距离。nQ=D/R:同频复用比同频干扰示意图同频干扰示意图同频同频小区小区AQ=D/r0DMSr0同频同频小区小区B信息与电子工程学院 通信工程系 同频干扰同频干扰o假设：A、B两个基站具有相同的设备参数，发射功率同为归一化功率Pt（dBW）。移动台MS此时应该具有最小的载干比（最大的同频干扰）。LS为基站A到MS的路径损耗，LI为基站B到MS的路径损耗。那么，易知：-MS接收到 A基站的输入信号功率为：C=Pt-LS MS接收到B急诊的同频干扰功率为：I=Pt-LI同频同频小区小区AQ=D/r0DMSr0同频同频小区小区B信息与电子工程学院 通信

6、工程系 o设DS、DI分布为MS到基站A和基站B的距离，为信号的波长，为衰落指数，可以取24，路径损耗由以下公式给出：LS=(4DS/)LI=(4DI/)o以dB表示信号/干扰之比同频干扰同频干扰同频同频小区小区AQ=D/r0DMSr0同频同频小区小区B 00/()()40lg(/)=40lg40lg40lg1 TSTIISISSSC IPLPLLLDDDDDrDQr 信息与电子工程学院 通信工程系 互调干扰互调干扰o当多个不同频率的信号加到非线性器件上时，非线性变换将会产生许多组合频率，其中一部分可能会落到接收机通带内，从而对有用信号产生干扰，成为互调干扰。o产生原因n发射机功率放大器的非线

7、性性n接收机高频放大器或者混频器的非线性性o一般分析互调干扰是只需要考虑三阶的互调干扰信息与电子工程学院 通信工程系 多址干扰多址干扰oCDMA系统的蜂窝系统中，所有的用户在同一频率上同一时间上工作，通过一系列正交码字来区别各个用户。如果由于无线环境造成码字的非完全正交性，必然会产生码间干扰。o多址干扰是CDMA系统的主要干扰，因此决定了CDMA系统的容量。信息与电子工程学院 通信工程系 问题问题1 蜂窝概念的引入蜂窝概念的引入o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。BSMS1MS3MS2 大区制移动通信网大区制移动通信网信息与电子工程学院 通信工

8、程系 蜂窝概念的引入蜂窝概念的引入o早期的移动通信网一般是大区制o主要特点：n基站天线很高，几十几百米n基站发射功率大：50200Wn覆盖半径：3050kmo优点：网络结构简单，成本低o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。信息与电子工程学院 通信工程系 蜂窝概念的引入蜂窝概念的引入o提高覆盖半径是大区制需解决的问题o决定覆盖半径的因素：n地球的曲率限制了传输的极限范围n地形环境影响，信号传播可能产生盲区n多径反射限制了传输距离n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）信息与电子工程学院 通信工程系 蜂窝概念的引入蜂窝概念的引

9、入解决上行问题的办法：o设置分集接收台o基站发射用全向天线，接收用定向天线o提高基站接收灵敏度 大区制设置分集接收台示意图大区制设置分集接收台示意图MS1MS2BSRdRdRd信息与电子工程学院 通信工程系 蜂窝概念的引入蜂窝概念的引入o出发点：解决或者缓和有限的频谱资源和用户容量之间的矛盾o目的 1、解决无缝覆盖问题 2、通过某种机制提升通信系统用户容量 信息与电子工程学院 通信工程系 蜂窝系统蜂窝系统-小区制系统小区制系统 1974年Bell实验室提出蜂窝移动通信系统小区制网构成方式基本概念o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，

10、负责本小区的通信。o频率复用：nN个相邻的小区组成一个区群(簇)n将可供使用的频道划分成N组n区群内的每个小区使用不同的频率组n相邻区群重复使用相同的频率组分配模式信息与电子工程学院 通信工程系 蜂窝系统蜂窝系统小区制系统小区制系统o基本小区有：（r0：小区半径）n超小区：r0 20km（农村）n宏小区：r0 120km（人口稠密地区）n微小区：r0 0.11km（城市繁华区）n皮小区（微微小区）：r0 0.1km（办公室、家庭）o解决的问题：用户容量大，服务性能号，频谱利用率相对较高，用户终端小巧且电池使用时间长，辐射小等 o新的问题：系统复杂，越区切换，漫游，位置登记，更新和管理以及系统鉴

11、权，需要有交换设备，使成本增加o按服务区形状分：带状服务区、面状服务区信息与电子工程学院 通信工程系 蜂窝系统蜂窝系统带状覆盖服务区带状覆盖服务区小区小区 带状覆盖服务区带状覆盖服务区用户的分布呈条状（或带状），如铁路、公路、沿海沿河水域等信息与电子工程学院 通信工程系 蜂窝系统蜂窝系统带状覆盖服务区的多频复用带状覆盖服务区的多频复用双频复用A1f B2f AB1f 2f AB1f 2f ABCDABCD1f 1f 2f 2f 3f 3f 4f 4f ABC3f 1f 2f ABC1f 2f 3f 三频复用四频复用信息与电子工程学院 通信工程系 课堂习题课堂习题o试计算如下带状覆盖服务区下的同

12、频干扰的C/I值RaMSAACBRaMSAACBm个小区信息与电子工程学院 通信工程系 蜂窝系统蜂窝系统带状服务区的重叠区带状服务区的重叠区f1ABf2af1ABf2a重叠区域过大，越区干扰比较大重叠区域过小，形成弱电场信息与电子工程学院 通信工程系 蜂窝系统蜂窝系统面状服务区o指服务区不呈条状而是一个宽广的平面信息与电子工程学院 通信工程系 蜂窝系统蜂窝系统面状服务区 小区形状：应该是规则结构：圆形（全向天线），三角形，正方形，六边形蜂窝的由来：蜂窝的由来：r信息与电子工程学院 通信工程系 蜂窝系统蜂窝系统面状服务区的激励方式n中心激励 基站位于小区中心，有时会有辐射阴影n顶点激励 在顶点上

13、设置基站，并采用三个互成120的定向天线，以避免辐射阴影信息与电子工程学院 通信工程系 蜂窝系统蜂窝系统面状服务区的区群o区群（簇，Cluster）：n共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇(区群)n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。nN叫做区群的大小，典型值3、4、7、9、12、n构成蜂窝网的二次几何图形信息与电子工程学院 通信工程系 蜂窝系统蜂窝系统面状服务区设蜂窝移动系统区群的大小为N、区群内每个小区分配有K个信道，小区间信道分配各不相同区群在系统中复制M次 每个区群的双向信道有：S=KN该系统的容量为：C=MKN=MSAAABCCCBBBCA信息与电子工

14、程学院 通信工程系 蜂窝系统蜂窝系统构成区群的条件o 构成区群的基本条件：构成区群的基本条件：n基本图案能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积。n相邻单元中，同频道的小区间距离相等，且为最大。o 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：22Naabb 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，不能同时为零信息与电子工程学院 通信工程系 AaADb蜂窝系统蜂窝系统面状服务区o区群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穿过a个小区，并逆时针方向旋转60，再穿过b个小区。a=3,b=2，N=19(右图)图图 2.3 确定同频小区的方法确定

15、同频小区的方法60o信息与电子工程学院 通信工程系 蜂窝系统蜂窝系统面状服务区常见正六边形小区群的图案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=2DCBAEFG信息与电子工程学院 通信工程系 蜂窝系统蜂窝系统面状服务区o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。1.N=4对应的对应的2维坐标：维坐标：a=0,b=2DACBDACBDACB3.确定相邻区群确定相邻区群2.N=4的基本区群形状：的基本区群形状：DACBN=4,a=0,b=2信息与电子工程学院 通信工程系 问题问题2

16、干扰和信道容量干扰和信道容量 o干扰和噪声n噪声内部噪声，人为噪声，自然噪声n 邻频干扰相邻频率之间的干扰n 同频干扰相同频率之间的干扰n 互调干扰器件特性造成的干扰n 多址干扰码字相关带来的干扰o同频干扰频谱利用率n同频小区之间距离越小，频谱利用率越高，但同频干扰越大；n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。信息与电子工程学院 通信工程系 同频干扰同频干扰1、定义：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n同频小区：使用相同频率的小区。n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

17、的距离。2、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3、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制同频干扰4、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信息与电子工程学院 通信工程系 信号信号/同频干扰比同频干扰比同频同频小区小区A同频干扰示意图同频干扰示意图Q=D/r0DMSr0同频同频小区小区B信息与电子工程学院 通信工程系 信息与电子工程学院 通信工程系 信息与电子工程学院 通信工程系 信息与电子工程学院 通信工程系 信息与电子工程学院 通信工程系 信息与电子工程学院 通信工程系 信息与电子工程学院 通信工

18、程系 信息与电子工程学院 通信工程系 信息与电子工程学院 通信工程系 信息与电子工程学院 通信工程系 信息与电子工程学院 通信工程系 信息与电子工程学院 通信工程系 信息与电子工程学院 通信工程系 信息与电子工程学院 通信工程系 信息与电子工程学院 通信工程系 信息与电子工程学院 通信工程系 信息与电子工程学院 通信工程系 信息与电子工程学院 通信工程系 信息与电子工程学院 通信工程系 信息与电子工程学院 通信工程系 信息与电子工程学院 通信工程系 信息与电子工程学院 通信工程系 信息与电子工程学院 通信工程系 提问与解答环节Questions And Answers谢谢聆听 学习就是为了达到一定目的而努力去干,是为一个目标去战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard,Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal