【正文】 1 授課班級(jí) 通信技術(shù)、無(wú)線電 0801 第 7 次 課 授課時(shí)間 9月 15日星期三 授課地點(diǎn) 知行樓 105 課題內(nèi)容： 教學(xué)目的： 教學(xué)方法： 重 點(diǎn)： 難 點(diǎn)： 能力培養(yǎng)： 課堂類型： 教 具： 區(qū)群的構(gòu)成、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 區(qū)群內(nèi)小區(qū)數(shù)的計(jì)算、同頻道小區(qū)距離的計(jì)算 新授法、演示法 第四章 移動(dòng)通信網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù) 讓學(xué)生 掌握移動(dòng)通信的體制、區(qū)群的構(gòu)成、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu) 培養(yǎng)學(xué)生掌握移動(dòng)通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及如何構(gòu)建區(qū)群 講授課、演示課 多媒體設(shè)備 2 組織教學(xué) 復(fù)習(xí)提問(wèn)： 導(dǎo)入新課： 授 新 課： 5分鐘 70分鐘 5分鐘 1. 分集技術(shù)：空間分集、時(shí)間分集、頻率分集 2. 合并方式：選擇性合并、最大比值合并、等增益合并 3. 干擾：鄰道干擾、同頻干擾、互調(diào)干擾 3 第四章 移動(dòng)通信網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù) 區(qū)域覆蓋 區(qū)群的的構(gòu)建 移動(dòng)通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 信令 蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的頻率規(guī)劃 多信道共用技術(shù) 移動(dòng)通信的交換技術(shù) 信道自動(dòng)選擇方式 4 隨著移動(dòng)通信用戶數(shù)量的不斷增加 ， 業(yè)務(wù)范圍的不斷擴(kuò)大 ， 頻率資源和可用頻道數(shù)之間的矛盾日益突出 。 采用蜂窩組網(wǎng)方式的目的在于解決常規(guī)移動(dòng)通信系統(tǒng)頻譜匱乏 、容量小 、 服務(wù)質(zhì)量差和頻譜利用率低等問(wèn)題 ， 以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信系統(tǒng)在大范圍內(nèi)有序的通信 。 而組網(wǎng)過(guò)程中必須要解決移動(dòng)通信的體制 、 服務(wù)區(qū)域的劃分 、 區(qū)群的構(gòu)成 、 移動(dòng)網(wǎng)的組成 、 信道的結(jié)構(gòu) 、 接入方式 、 信令 、 路由 、 接續(xù)和多信道共用等一系列問(wèn)題 ， 才能使網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行 。 5 區(qū)域覆蓋 根據(jù)服務(wù)區(qū)域覆蓋方式的不同可將移動(dòng)通信網(wǎng)劃分為大區(qū)制和小區(qū)制 。 大區(qū)制就是在一個(gè)服務(wù)區(qū)域 (如一個(gè)城市 )內(nèi)只有一個(gè)或幾個(gè)基站 （ Base Station， BS） ， 并由它負(fù)責(zé)移動(dòng)通信的聯(lián)絡(luò)和控制 ， 如圖 41所示 。 通常為了擴(kuò)大服務(wù)區(qū)域的范圍 ， 基站天線架設(shè)得都很高 ， 發(fā)射機(jī)輸出功率也較大 (一般在 200 W左右 )， 其覆蓋半徑大約為 30～ 50 km。 6 圖 41 大區(qū)制移動(dòng)通信示意圖 7 小區(qū)制 （ 蜂窩 ） 小區(qū)制就是把整個(gè)服務(wù)區(qū)域劃分為若干個(gè)無(wú)線小區(qū)（ Cell） ， 每個(gè)小區(qū)分別設(shè)置一個(gè)基站 ， 負(fù)責(zé)本區(qū)移動(dòng)通信的聯(lián)絡(luò)和控制 。 同時(shí) ， 又可在移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（ MSC） 的統(tǒng)一控制下 ， 實(shí)現(xiàn)小區(qū)之間移動(dòng)用戶通信的轉(zhuǎn)接 ， 以及移動(dòng)用戶與市話用戶的聯(lián)系 。 比如 ， 可以把圖 41中的服務(wù)區(qū)域一分為七 ， 如圖 42所示 。 每個(gè)小區(qū) （ 半徑為 2～ 20 km， 目前小的有 1～ 3 km， 有的城市為 500 m） 各設(shè)一個(gè)小功率基站 (BS1～ BS7)， 發(fā)射功率一般為 5～ 20W， 以滿足各無(wú)線小區(qū)移動(dòng)通信的需要 。 8 圖 42 小區(qū)制 (蜂窩 )移動(dòng)通信網(wǎng) 9 隨著用戶數(shù)的不斷增加 ， 無(wú)線小區(qū)還可以繼續(xù)劃小為微小區(qū) （ Microcell） 和微微小區(qū) （ Picrocell） ， 以不斷適應(yīng)用戶數(shù)增長(zhǎng)的需要 。 在實(shí)際中 ， 用小區(qū)分裂 （ Cell Splitting） 、 小區(qū)扇形化 （ Sectoring） 和覆蓋區(qū)域逼近（ Coverage Zone Approaches ） 等技術(shù)來(lái)增大蜂窩系統(tǒng)容量 。 小區(qū)分裂是將擁塞的小區(qū)分成更小的小區(qū) ， 每個(gè)小區(qū)都有自己的基站并相應(yīng)的降低天線高度和減小發(fā)射機(jī)功率 。 由于小區(qū)分裂提高了信道的復(fù)用次數(shù) ， 因而使系統(tǒng)容量有了明顯提高 。 假設(shè)系統(tǒng)中所有小區(qū)都按小區(qū)半徑的一半來(lái)分裂 ， 如圖 43所示 ， 理論上 ， 系統(tǒng)容量增長(zhǎng)接近 4倍 。 小區(qū)扇形化依靠基站的方向性天線來(lái)減少同頻干擾以提高系統(tǒng)容量 ， 通常一個(gè)小區(qū)劃分為 3個(gè) 120176。 的扇區(qū)或是 6個(gè) 60176。 的扇區(qū) 。 10 圖 43 按小區(qū)半徑的一半進(jìn)行小區(qū)分裂示意圖 11 采用小區(qū)制不僅提高了頻率的利用率 ， 而且由于基站功率減小 ， 也使相互間的干擾減少了 。 此外 ， 無(wú)線小區(qū)的范圍還可根據(jù)實(shí)際用戶數(shù)的多少靈活確定 ， 具有組網(wǎng)的靈活性 。 采用小區(qū)制最大的優(yōu)點(diǎn)是有效地解決了頻道數(shù)量有限和用戶數(shù)增大之間的矛盾 。 所以 ， 公用移動(dòng)電話網(wǎng)均采用這種體制 。 但是這種體制在移動(dòng)臺(tái)通話過(guò)程中 ， 從一個(gè)小區(qū)轉(zhuǎn)入另一個(gè)小區(qū)時(shí) ， 移動(dòng)臺(tái)需要經(jīng)常地更換工作頻道 。 無(wú)線小區(qū)的范圍越小 ， 通話中切換頻道的次數(shù)就越多 ， 這樣對(duì)控制交換功能的要求就提高了 ， 再加上基站數(shù)量的增加 ， 建網(wǎng)的成本就提高了 ， 所以無(wú)線小區(qū)的范圍也不宜過(guò)小 。 通常需根據(jù)用戶密度或業(yè)務(wù)量的大小來(lái)確定無(wú)線小區(qū)半徑 ，目前 ， 宏小區(qū)半徑一般為 1～ 5km左右 。 12 帶狀網(wǎng)主要用于覆蓋公路 、 鐵路 、 海岸線等 ，其服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶的分布呈帶狀分布 ， 如圖 44所示。 圖 44帶狀網(wǎng) （ 有向天線輻射 ） 鐵路、河道 A B A B 13 ：正六邊形 （由不同信道的 N個(gè)小區(qū)組成 ） 組成模式：滿足 ：中心激勵(lì)、頂點(diǎn)激勵(lì) 22 jijiN ???14 N=3, j=1 i=1 N=4, j=2 i=0 N=7, j=2 i=1 … … 區(qū)群的構(gòu)成與激勵(lì)方式 區(qū)群的組成 ? 區(qū)群組成要求： ① 無(wú)空隙覆蓋全部服務(wù)區(qū)。 ② 相鄰?fù)诺佬^(qū)距離相等，則同 頻 道再用距離最大。 ?可以證明，滿足以上要求的區(qū)群組成應(yīng)滿足下式 22N i i j j? ? ? 式中， N為區(qū)群內(nèi)小區(qū)數(shù)； i、 j 為正整數(shù)。 由此式得出的各種區(qū)群形狀如圖 45所示： 15 同頻道小區(qū)的距離 同頻道 (信道 )小區(qū)距離 D（ 以 N=19, j＝ 3, i＝ 2 為例來(lái)推導(dǎo) ）圖 46所示 16 中心激勵(lì) 頂點(diǎn)激勵(lì) 中心激勵(lì)與頂點(diǎn)激勵(lì) 圖 47 兩種激勵(lì)方式示意圖 17 移動(dòng)通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 基站通過(guò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)傳輸鏈路和交換機(jī)相連 ， 交換機(jī)再與固定的電信網(wǎng)絡(luò)相連 ， 形成移動(dòng)用戶 ——基站 —— 交換機(jī) —— 固定網(wǎng)絡(luò) —— 固定用戶 —— 或移動(dòng)用戶 —— 基站 —— 交換機(jī) —— 基站 —— 移動(dòng)用戶等通信鏈路 。 （ 見(jiàn)圖 48） 18 固定網(wǎng)絡(luò) 交換機(jī) 交換機(jī) 基站 移動(dòng)臺(tái) 圖 48基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖 19 ? 實(shí)例： GSM 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) BTS BTS BTS BTS BTS BTS BSC BSC MSC MSC VLR HLR AUC EIR VLR OMC PSTN Um接口 Abis接口 A接口 B接口 D接口 C接口 E接口 F接口 MS T R A U G接口 20 ? 移動(dòng)臺(tái)（ MS） ? 移動(dòng)臺(tái)包括車載臺(tái) 、 便攜式移動(dòng)臺(tái)和手機(jī) 。 其主要差別是功率大小不同 。 GSM900系統(tǒng)的移動(dòng)臺(tái)功率等級(jí)有 5級(jí)： 20W,8W,5W,2W,。 DCS1800系統(tǒng)的移動(dòng)臺(tái)功率等級(jí)有 2級(jí) :1W,。 一個(gè) GSM移動(dòng)臺(tái)可以分成兩部分：一部分包括與無(wú)線接口有關(guān)的硬件和軟件；另一部分包括用戶特有的數(shù)據(jù)：用戶識(shí)別模塊（ SIM） 卡 。 它存儲(chǔ)有用戶識(shí)別號(hào) 、 位置信息和有關(guān)保密數(shù)據(jù) （ 如密鑰 ） 等 。 各組成部分功能簡(jiǎn)介 21 ? 基站收發(fā)信機(jī)（ BTS） ? BTS是移動(dòng)臺(tái)到網(wǎng)絡(luò)的接口 。 一個(gè) BTS由無(wú)線收發(fā)信機(jī)及多塊用于無(wú)線電接口的信號(hào)處理模塊組成 。 ?基站控制器（ BSC） ? BSC的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)頻率管理以及 BTS的控制和交換功能 。 BSC通過(guò) BTS和 MS的遠(yuǎn)程命令對(duì)無(wú)線電接口進(jìn)行管理 ， 如無(wú)線信道安排和釋放 ，切換的安排 。 22 ? 發(fā)送編碼器和速率適配器單元（ TRAU） ? TRAU網(wǎng)絡(luò)單元負(fù)責(zé)對(duì) 16kb/s到 64kb/s的用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送編碼及速率適配 。 ?移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（ MSC） ? MSC的主要功能是協(xié)調(diào)去 GSM或來(lái)自 GSM用戶的呼叫 。 它由交換機(jī)及支持呼叫建立所需的幾個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)組成 。 23 ? 歸屬位置寄存器（ HLR) ? HLR是用于移動(dòng)用戶管理的數(shù)據(jù)庫(kù)，用于用戶數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索、提供移動(dòng)用戶漫游號(hào)，支持鑒權(quán)、位置登記等。 ?訪問(wèn)者位置寄存器（ VLR） ? VLR包含所有當(dāng)前在服務(wù) MSC中的移動(dòng)用戶的有關(guān)數(shù)據(jù)。 ?鑒權(quán)中心（ AUC） ? AUC認(rèn)證移動(dòng)用戶的身份及產(chǎn)生相應(yīng)認(rèn)證參數(shù)。 24 ? 設(shè)備識(shí)別寄存器（ EIR） ? EIR是存儲(chǔ)有關(guān)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。 ?操作和維護(hù)中心（ OMC） ? OMC是網(wǎng)絡(luò)操作維護(hù)人員對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控和操作的功能實(shí)體。 25 移動(dòng)通信空中接口協(xié)議模型 移