《移动通信技术与系统》课件第5章无线资源管理.pptx

1、目 录ONTENTS目录02 频率资源5.1 5.1.1 频率资源的特性04频率是一种稀缺的、有限的、具有重要战略意义、可创造巨大经济、社会价值的自然资源。其在经济、社会、国防等方面的都具有广泛的应用，作为一种无形的自然资源，与地球上有一定容量的水资源、一定面积的土地资源、一定储量的矿产资源一样，无线电频谱也不是取之不尽，用之不竭的，而是有限的自然资源。5.1.2频谱管理061、国际上，由国际电信联盟ITU召开无线电行政大会，制定无线电规则。无线电规则主要包括各种无线电通信系统的定义，国际频率分配表和使用频率的原则，频率的指配与登记，抗干扰措施，移动业务的工作条件及无线电业务的种类等，并由IT

2、U下属的频率登记委员会登记、公布、协调各会员国使用的频率；提出合理使用频率的意见，执行行政大会规定的频率分配和频率使用的原则等。2、中国，频谱管理由国家无线电监测中心、国家无线电频谱管理中心负责，他们主要按当地当时的业务需要进行频率分配，并制定相应的技术标准和操作规范，技术标准应包括设备和系统的性能标准，抑制有害干扰的标准等。5.1.2频谱管理061、频谱管理工作主要包括（1）审核频率使用的合法性；（2）检查有害干扰；（3）检查设备与系统的技术条件；（4）考核操作人员的技术条件，登记 业务种类，电台使用日期等。（5）频率使用的授权；（6）建立频率使用登记表；（7）无线电监测业务；（8）控制人为

3、噪声等。2、频谱的分配应遵循（1）频道间隔要求；（2）公共边界的频率协调原则：（3）多频道共用、频率复用原则；（4）共同遵守一些主要规则，包括双工间隔、频率分配、辐射功率、有效天线高度等方面的要求。5.1.2频谱管理06表中所示部分频段已分配但未使用，如17251745MHz、18201840MHz给FDD但未分配给运营商使用；部分频段2G、3G共用，如825840MHz、870885MHz由IS-95CDMA和CDMA2000共用。5.1.2频谱管理061、定义：载波干扰保护比又简称为载干比，是指希望接收到的信号电平与非希望电平的比值。2、种类：（1）同频干扰保护比（C/I），是指在同频复用

4、时，服务小区载频功率与另外的同频小区对服务小区产生的干扰功率的比值。例如，GSM规范中一般要求C/I9dB；工程中一般都会加3dB的余量，即要求大于12dB。（2）邻道干扰保护比（C/A），是指在同频复用时，服务小区载频功率与相邻频率对服务小区产生的干扰功率的比值。例如，GSM规范中一般要求C/A-9dB；工程中一般加3dB的余量，即要求大于-6dB。（3）除了同频、邻频干扰外，当与载波偏离400kHz的频率电平远高于载波电平时，也会产生干扰，但此种情况出现极少，干扰程度不太严重。例如GSM规范中载波偏离400kHz时的干扰保护比C/I-41dB；工程中一般加3dB的余量，即要求大于-38dB

5、。在实际应用中国，采用空间分集接收技术可会改善系统的C/I性能。5.1.3同频复用06一、定义：同频复用即频率复用，是指小区内基站的工作频率，由于电波传播损耗产生的隔离度，可以在相隔一定距离后的另一小区重复使用，提高频率利用率，相当于频率再生。二、理论依据：在蜂窝结构的移动网中，无线区群是以N个正六边形小区组成，且N=a2+ab+b2（a、b均为正整数或0，但不能同时为0，或一个为0一个为1），各区群可以按一定的规律使用相同的频率组。比较典型的频率复用方式除43外，还有33、26、13方式等，如图5-2所示，还可采用分层复用方式。5.1.3同频复用06三、注意事项采用33频率复用方式，一般不需

6、要改变现有网络结构，但容量增加有限，同时需要采用跳频技术降低干扰。采用26频率复用方式，虽然可较大地提升系统容量（约是43复用的1.6倍），但需要对天线系统及频率规划作较大的调整，要求系统具备自动功率控制、不连续发射、跳频（一般为基带跳频）等功能，另外，对天线系统要求较高，需配置高性能的窄带天线。采用13频率复用方式必须注意3点：一、必须采用射频跳频、自动功率控制、不连续发射、天线分集等技术有效降低干扰。二、要保证一定的跳频频点数。三、频率加载率必须控制在50%以下，同时需加强网络优化，才能获得比较好的效果 5.1.4多信道共用06一、定义在实际生产当中，由于移动通信频率资源十分紧缺，不可能为

7、每个移动合预留个信道（不可能每个同学分配一个厕所），只能为每个基站配量好一组信道池，供该基站所有移动台共用，即多信道共用是指在网内的大量用户共同享有若干无线信道占用信道方式独立信道方式多信道方式多信道共用：多个用户共同享用多个信道思考：多少用户共用多少信道最佳？5.1.4多信道共用06二、话务理论（1）呼叫话务量A0呼叫话务量是指单位时间（1小时）内呼叫次数与每次呼叫的平均占用信道时间之积。即A0=C0t0式中，C0是平均每小时的平均呼叫次数；t0是每次呼叫占用信道的时间（包括接续时间和通话时间）；当t0以小时为单位时，则A的单位是爱尔兰（Erlang），以纪念话务理论的创始人AK爱尔兰（Er

8、l有时译作“厄朗”或“厄兰”）。由话务量计算公式可知，一个小时之内连续占用此信道，则其呼叫话务量为1Erl，这是一个信道具有的最大的话务量。例如，某信道每小时于发生30次呼叫，平均每次呼叫占时2分钟，则该信道的呼叫话务量为A0=302/60=1Erl。若全网有80个信道，每小时共有1000次呼叫，每次呼叫平均占时3分钟，则全网话务量为A0=10003/60=50Erl。5.1.4多信道共用06(2)呼损率当多信道共用时，通常总是用户数大于信道数，当多个用户同时要求服务而信道数不够时，只能让一部分用户先通话，另一部分用户等信道空闲时再通话。后一部分用户因无空闲信道而不能通话，即为呼叫失败，简称呼

9、损。在一个通信系统中，造成呼叫失败的概率称为呼叫损失概率，简称呼损率B。呼损率B的物理意义是损失话务量与呼叫话务量之比的百分数，也可用呼叫次数表示。B=（AL/A）100%=（CL/C）100%式中CL为呼叫失败的次数，C为总呼叫次数。在工程上，对呼损率的计算是基于以下两个条件：每次呼叫相互独立，互不相关，也就是说，一个用户要求通话的概率与正在通话的用户数无关，每个用户的呼叫互不影响。每次呼叫在时间上都有相同的概率。假定移动电话系统的信道数为n，则呼损率可按下式计算：n0iin/i!A/n!AB 5.1.4多信道共用06(3)繁忙小时集中率K根据人们的生活及作息规律，发生通话的时间也呈一定的分

10、布特点，有的时候繁忙，有的时候呼叫人数较少。因此对一套特定的通信系统来说，可以区分出“忙时”和“非忙时”。例如，在我国早晨89点属于电话的忙时，夜间0点到次日5点属于非忙时，在规划通信系统的用户数和信道数时，应采用“忙时平均话务量”最为一个地区话务量的参考标准。因为只要在“忙时”信道数够用，“非忙时”肯定不成问题。忙时话务量与全日（24小时）话务量的比值称为繁忙小时集中率K，K=忙时话务量全日话务量 5.1.4多信道共用06(4)每个用户忙时话务量A用户设某用户一天平均呼叫次数为C，每次呼叫平均占用信道时间为T（单位为s），忙时集中率为K，则每个用户忙时话务量为A用户是一个统计平均值，单位为E

11、rl/用户。根据统计数据表明，对专用移动通信系统，用户忙时的话务量可按0.06Er/用户来计算；对于公用移动通信系统，用户忙时的话务量可按0.01Er/用户来计算。CTK=0A36 0用户 5.1.4多信道共用063.每频道容纳的用户数的估算显然，一定呼损率条件下特定信道所能容纳的用户数与系统所能负载的话务量成正比，而与每个用户的话务量成反比，即每个信道所能容纳的用户数m可表示为 式中A/n示在一定呼损率条件下每个信道的平均话务量，A可由爱尔兰呼损表查得。【例5-1】设每天每户平均呼叫10次，每次呼叫占时100s，呼损率为10%，繁忙小时集中率为10%，求：（1）给定20个信道，能容纳多少个用

12、户？（2）若区域内有500个用户，需要分配多少个信道？CTK/3600A/nAA/nm用户 功率控制5.2 5.2.1功率控制的原因06一.定义：功率控制，顾名思义就是对功率进行控制二、远近效应在移动通信系统中某个用户信号的功率较强，对该用户的信号被正确接收是有利的，但却会增加对共享频带内其他用户的干扰，甚至淹没有用信号，结果使其他用户通信质量劣化，导致系统容量下降。特别对于处于不同位置的用户来说，容易产生“远近效应”，所以必须根据通信距离的不同，实时地调整发射机所需的功率，通信中的“远近效应”，其可解释为如果小区中的所有用户均以相同功率发射，则靠近基站的移动台到达基站的信号强；远离基站的移动

13、台到达基站的信号弱，导致强信号掩盖弱信号。这就是移动通信中的“远近效应”问题。在移动通信系统中，为了解决远近效应问题，同时避免对其他用户过大的干扰，必须采用严格的功率控制。5.2.1功率控制的原因06功率控制是蜂窝移动通信系统提高通信质量、增大系统容量的关键技术。移动通信系统都是自干扰系统，它的通信质量和容量主要受限于收到干扰功率的大小。若基站接收到移动台的信号功率太低，则误比特率太大而无法保证高质量通信；反之，若基站接收到某一移动台功率太高，虽然保证了该移动台与基站间的通信质量，却对其他移动台增加了干扰，导致整个系统的通信质量恶化、容量减小。只有当每个移动台的发射功率控制到基站所需信噪比的最

14、小值时，通信系统的容量才达到最大值。5.2.2功率控制的方式06依据功率控制的对象和方向，可以将功率控制分为以下两大类：（1）反向功控，控制的对象是移动台，用来控制每一个移动台的发射功率，使所有移动台在基站端接收的信号功率或SIR基本相等，达到克服远近效应的目的。（2）前向功控，控制的对象是基站，即控制基站的发射功率，在满足所有移动台能够有足够的功率正确接收信号的前提下，基站的发射功率应尽可能地小，以减少对相邻小区间的干扰，克服拐角效应。前向链路公共信道的传输功率主要是由网络决定的。5.2.2功率控制的方式06反向功控包括3类:反向开环功控、反向闭环功控和反向外环功控。移动性管理5.3 5.3

15、.1 切换06一、概念移动通信中的切换是指移动台在与基站之间进行信息传输时，由于各种原因，需要从原来所用信道上转移到一个更适合的信道上进行信息传输的过程。二、切换的原因（1）移动台在与基站之间进行信息传输时，移动台从一个无线覆盖小区移动到另一个无线覆盖小区，由于原来所用的信道传输质量太差而需要切换。在这种情况下，判断信道质量好坏的依据可以是接收信号功率、接收信噪比或误帧率。（2）移动台在与基站之间进行信息传输时，处于两个无线覆盖区之中，系统为了平衡业务而需要对当前所用的信道进行切换。5.3.1 切换06三、切换的常见种类软切换、更软切换、频率间的硬切换以及接力切换。5.3.1 切换06四、切换

16、的比较 切换方式切换方式特点特点应用应用类比类比硬切换硬切换先断后接算法简单，资源利用率高，信令开销少切换成功率较低，掉话率较高主要是FDMA和TDMA系统中如（1G、2G的GSM）CDMA系统中不同载频间不同系统间裸辞，再找下一份工作，中间去旅游软切换软切换先接后断切换成功率高，掉话率低资源利用率低，增加信令负荷，下行链路干扰增大适用于 FDDACDMA系统IS-95获得成功应用 WCDMA和CDMA2000中主要切换方式先找好下一份工作，再把原来的工作辞掉更软切换更软切换属于软切换由基站完成不通过MSC/RNC不同的扇区天线起宏分集作用已在IS-95系统使用3G系统中应用单位内部的工作调整

17、接力切换接力切换先切还上行，再切换下行链路切换成功率高，信道利用率高TD-SCDMA系统的核心技术智能天线和上行同步等技术结合先从目标单位找点私活体验一下，感觉不错的情况下，再把原来的工作辞掉 5.3.2小区重选06一、概念小区重选是终端在非Cell-DCH状态下完成的小区再选择。当UE驻留在小区中时，随着UE的移动，当前小区和附近小区的信号强度在不断变化。如果UE所在小区的信号质量越来越差，低于某一门限值，他就无法忍受，开始测量其他小区的信号，想要选择一个更合适的小区。当其他小区的信号强度大于本服务小区的信号强度再加一个迟滞量，并且持续了一段时间（重选时间），UE就进行小区的重新选择。这就是

18、小区重选过程。5.3.2小区重选06二、与切换的比较（1）当用户在空闲状态下从一个小区穿越到另一个小区时，用户就会选择质量较好的另一个小区作为当前服务小区，这个过程就是小区重选。（2）切换是指当用户在通话状态下，为了保证一定的通话质量，用户从一个服务小区（载频）转换到另一个服务小区（载频）的过程。5.3.2小区重选06三、与切换的比较（1）当用户在空闲状态下从一个小区穿越到另一个小区时，用户就会选择质量较好的另一个小区作为当前服务小区，这个过程就是小区重选。（2）切换是指当用户在通话状态下，为了保证一定的通话质量，用户从一个服务小区（载频）转换到另一个服务小区（载频）的过程。5.3.2小区重选

19、06四、小区重选流程LTE小区重选（cell reselection）指 UE 在空闲模式下通过监测邻区和当前小区的信号质量以选择一个最好的小区提供服务信号的过程。当邻区的信号质量及电平满足S准则且满足一定重选判决准则时，终端将接入该小区驻留。S准则中Srxlev=Qrxlevmeas-Qrxlevmin-Pcompensation；式中Qrxlevmeas（测量的当前服务小区接收功率）指P-CCPCH信道的RSCP值；Qrxlevmin为服务小区最小接收功率。可以从系统广播消息中读出，一般终端读出后需做一定的算术转换；Pcompensation为补偿值，可通过公式计算得到：Pcompensa

20、tion=max（UE_TXP-WR_MAX _RACH-P_MAX，0）；其中，UE_TXPWR_MAX_RACH（终端在做随机接入时RACH上的最大发送功率）由系统广播消息发送，一般设置为0；P_MAX是终端的最大标称发射功率，与终端功率。UE成功驻留后，将持续进行本小区测量。RRC层根据 RSRP 测量结果计算Srxlev，并将其与Sintrasearch(同频测量启动门限)和Snonintrasearch(异频/异系统测量启动门限)比较，作为是否启动邻区测量的判决条件。5.3.2小区重选06五、重选测量准则（1）对于系统消息指出的优先级高于服务小区时，UE 总是执行对这些高优先级小区的

21、测量；（2）对于同频/同优先级小区，若服务小区小于或等于Sintrasearch（同频测量启动门限），UE执行测量，低于不测量；（3）对于系统消息指出优先级低于服务小区时，若服务小区的S值小于或等于Snonintrasearch（异频/异系统测量启动门限），执行测量，大于不测量；（4）若Snonintrasearch参数没有在系统消息内广播，UE 开启异频小区测量。5.3.2小区重选06六、重选流程图开始开始服务小区启动服务小区启动重选测量重选测量目标小区满目标小区满足足S准则准则候选小区候选小区R准准则排序则排序目标小区电目标小区电平平满足条件满足条件的的时间超过时间超过Treselecti

22、on触发重选触发重选原小区驻留原小区驻留时长超过时长超过1s收到新小区收到新小区MIBMIB收到新小区收到新小区SIBSIB收到重选成功收到重选成功消息消息完成重选完成重选N NY YN NY Y 位置管理5.4 5.4.1位置登记06以现在的户籍制度给大家做个位置管理的比喻，同学们刚出生的时候，父母都会去派出所申请户口，这个过程和位置管理里面的位置登记差不多，向派出所出示出生证明，申请户口（位置登记）。当同学们考上大学，自己从家乡到一个新的城市，你需要把户口迁过来或者办理暂住证，向派出所报告自己的位置，表面自己的位置发生了变化（位置更新）。一、定义位置登记是通信网为了跟踪移动台的位置变化，移

23、动台向基站发送报文，表明自己所处的位置的过程，对其位置信息进行登记、删除和更新。5.4.1位置登记06二、分类(1)开机位置登记（位置区登记）如果移动台是首次开机，那么只要移动台一开机，即可从广播信道上搜索到位置区识别码，并将它提取出来，存储在移动台的存储器中。如果移动台在关机后在原来所在的位置区重新开机，那么移动台进行位置登记（即IMSI可及）。如果移动台是关机后改变了所在位置区，那么移动台开机后将进行的是位置更新。(2)关机位置登记当关机时，移动台不会马上关掉电源，而是先向网络发出关机指令，直到关机位置登记（即IMSI不可及过程）完成之后移动台才真正关掉电源。注意，关机位置登记只有移动台在

24、当前服务系统中已经位置登记过才进行。5.4.2位置更新06一、定义类比于前面的例子，当你离开自己的家乡，去其他城市上大学，你需要办理户口迁移或暂住证一样。如果移动台由原位置区移动到另一个位置区时，必须在新的位置区进行登记（办理户口迁移或暂住证），也就是说一旦移动台出于某种需要或发现其存储器中的LAI与接收到当前小区的LAl号发生了变化，就必须通知网络来更改它所存储的移动台的位置信息，这个过程就是位置更新。二、实例如图5-13所示，在某一小区（设为小区1）内移动的用户处于待机或附着状态时，它被锁定在该小区。当移动用户向离开基站方向移动时，由于距离逐渐变远，信号强度逐渐变弱。当移动到两个小区理论边

25、界附近时，移动台会因信号强度太弱而决定切换到邻近小区，为了正确选择无线小区，移动台要对每一邻近小区的信号强度进行测量，即进行小区重选。当发现新的基站2信号强度优于原小区时，移动台将锁定在这个新载频上，并继续接收系统的控制信息及可能发给它的寻呼信息。小区1和2原属于同一位置区，由系统通过空中接口连续发送位置区识别码（LAI）告知移动用户所在的实际位置信息。5.4.2位置更新06图5-13中，当移动用户由小区2进入小区3后，移动台通过接收LAI码可知已进入新位置区，由于位置信息非常重要，因此位置区的变化一定要通知网络，这个过程称为“强制登记”。在接入移动通信网的移动业务交换中心的VLR内进行位置信息的更新，同时在HLR中进行位置更新。根据位置更新区域的归属关系，通常有两类位置更新，即同一MSC/VLR中位置更新和不同MSC/VLR区间漫游时位置更新。思考与练习题445-1 简述频谱资源的特性？5-2 简述信道共用方式与独立信道方式各自的优缺点。5-3 列举功率控制的种类并简述每种功率控制的特点。5-4 列举切换的种类并简述它们的特点。5-5 设每天每户平均呼叫20次，每次呼叫占时150s，呼损率为9%，繁忙小时集中率为8%，求：（1）给定30个信道，能容纳多少个用户？（2）若区域内有600个用户，需要分配多少个信道？