物联网科技导论-李梅-第6章长距离无线通信之移动通信网络详解.pptx

第6章 长距离无线通信之移动通信网络 蜂窝网络 对于同样大小的服务区域，采用正六边形构成小区所需的小区数最少，无重叠区，故所需的频率组数也最少，最经济。仅有理论分析和设计意义。 把移动电话的服务区分为一个个正六边形的子区，每个小区设一个基站。形成了形状酷似“蜂窝”的结构，因而把这种移动通信方式称为蜂窝移动通信方式。 应用原因 蜂窝网络被广泛采用的原因是源于一个数学结论，即以相同半径的圆形覆盖平面, 当圆心处于正六边形网格的各正六边形中心，也就是当圆心处于正三角网格的格点时所用圆的数量最少。 虽然使用最少个结点可以覆盖最大面积的图形即使要求结点在一个如同晶格般有平移特性的网格上也仍是有待求解的未知问题，但在通讯中，使用圆形来表述实践要求通常是合理的，因此出于节约设备构建成本的考虑，正三角网格或者也称为简单六角网格是最好的选择。这样形成的网络覆盖在一起，形状非常象蜂窝，因此被称作蜂窝网络。 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。 早期的移动通信网一般是大区制 主要特点： 基站天线很高，几十～几百米 基站发射功率大：50～200W 覆盖半径：30～50km 优点：网络结构简单，成本低 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。 提高覆盖半径是大区制需解决的问题 决定覆盖半径的因素： 地球的曲率限制了传输的极限范围 地形环境影响，信号传播可能产生盲区 多径反射限制了传输距离 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6～12dB） 解决上行问题的办法： 如图, 设置分集接收台 基站发射用全向天线，接收用定向天线 提高基站接收灵敏度 小区制网构成方式基本概念 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，负责本小区的通信。 频率复用： N个相邻的小区组成一个区群(簇) 将可供使用的频道划分成N组 区群内的每个小区使用不同的频率组 相邻区群重复使用相同的频率组分配模式 基本小区有：（r0：小区半径） 超小区：r0 ＞20km（农村） 宏小区：r0 ＝1～20km（人口稠密地区） 微小区：r0 ＝0.1～1km（城市繁华区） 微微小区：r0 ＜0.1km（办公室、家庭） 优点：提高频率利用率，组网灵活 缺点：网络构成复杂 按服务区形状分：条状服务区、面状服务区 用户的分布呈条状（或带状），如铁路、公路、沿海水域等。 条状服务区 可采用多个频率复用 二频复用 三频复用 四频复用 组网时需确定重叠区及载波/同频干扰比： 重叠区 重叠区太大，越区干扰大 重叠区小，弱电场区可能多。 面状服务区 指服务区不呈条状而是一个宽广的平面 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 按基站对小区的覆盖方式： 中心激励： 基站位于小区中心，有时会有辐射阴影。 顶点激励： 在顶点上设置基站，并采用三个互成120°的定向天线，以避免辐射阴影。 簇（区群）： 共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇(区群)） 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。 N叫做区群的大小，典型值3、4、7、9、12 、…… 构成蜂窝网的二次几何图形 设蜂窝移动系统共有S个不同的双向信道 其簇的大小为N 簇内每个小区分配有K个信道，小区间信道分配各不相同 簇在系统中复制M次 则 S=KN C=MKN=MS 簇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移动a个小区，并逆时针方向旋转60°，再移动b个小区。 图 2.3 确定同频小区的方法 常见正六边形小区群的图案 1G - 模拟蜂窝移动技术 1946年 移动电话服务在美国出现 1947年 贝尔实验室提出蜂窝移动概念 50至60年代 贝尔实验室发展了蜂窝无线电话原理 美国 AMPS， 英国TACS，北欧NMT 1981 (Nokia/Mobira, Erricson) 1987年TACS进入中国运营 2001年12月31日我国关闭模拟移动网络 出身 多址方式：FDMA 无数据传输能力 特点 频分多址 FDMA （Frequency Division Multiple Access/Address），有许多不同技术可以用来实现信道共享。把信道频带分割为若干更窄的互不相交的频带（称为子频带），把每个子频带分给一个用户专用（称为地址）。这种技术被称为“频分多址”技术。频分复用（FDM）是指载波带宽被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号的一种技术。频分复用技术下，多个用户可以共享一个物理通信信道，该过程即为频分多址复用（FDMA）。FDMA 模