移动通信系统频率复用技术分析与比较Word文件下载.docx
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1.1频率复用目的.4
1.2频率复用原理.4
1.3技术要求.4
24X3频率复用技术5
2.14X3频率复用技术的概念5
2.24X3频率复用技术的优点5
3MRP(MultipleReusePattern)技术5
3.1基本原理5
3.2固定型MRP6
3.3改进型MRP6
3.4MRP技术的主要特点7
4同心圆技术7
4.1同心圆技术的概念7
4.2普通同心圆GUO7
4.3智能双层网IUO8
5各种频率复用方式容量的比较8
6微蜂窝技术9
6.1现实网络的概况9
6.2微蜂窝技术的含义及应用目的9
6.3微蜂窝的建设9
6.3.1微蜂窝的选点9
6.3.2覆盖预测及模拟9
6.3.3切换的控制10
7总结11
参考文献11
1频率复用
1.1频率复用目的
我国城市人口密度很大,GSM^经过几次大规模扩容后,特大城市和部分大城市的市区宏蜂窝基站平均站距不到iooom小区覆盖半径也就是几百米左右,有些“热点”地区站距只有300m左右。
可见,再靠大规模小区分裂技术来增加网络容量已经不现实了。
因此,对于许多经济发达的城市,为了满足移动用户迅猛增长的需求,一个措施是向DCS1800发展,建立双频网。
另一个措施就是在900MHZ®
有的频率资源情况下,采用密化的频率复用技术。
1.2频率复用原理
频率复用也称频率再用,就是重复使用(reuse)频率,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多路复用技术。
FDM常用于模拟传输的宽带网络中。
在通信系统中,信道所能提供的带宽通常比传送一路信号所需的带宽宽得多。
如果一个信道只传送一路信号是非常浪费的,为了能够充分利用信道的带宽,就可以采用频分复用的方法。
在频分复用系统中,信道的可用频带被分成若干个互不交叠的频段,每路信号用其中一个频段传输,因而可以用滤波器将它们分别滤出来,然后分别解调接收。
在物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽情况下,可将该物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信号带宽相同(或略宽)的子信道;
然后在每个子信道上传输一路信号,以实现在同一信道中同时传输多路信号。
多路原始信号在频分复用前,先要通过频谱搬移技术将各路信号的频谱搬移到物理信道频谱的不同段上,使各信号的带宽不相互重叠;
然后用不同的频率调制每一个信号,每个信号都在以它的载波频率为中心,一定带宽的通道上进行传输。
为了防止互相干扰,需要使用抗干扰保护措施带来隔离每一个通道。
在GSh网络中频率复用就是,使同一频率覆盖不同的区域(一个基站或该基站的一部分(扇形天线)所覆盖的区域),这些使用同一频率的区域彼此需要相隔一定的距离(称为同频复用距离),以满足将同频干扰抑制到允许的指标以内。
1.3技术要求
原邮电部颁布的《900MHzTDMA数字公用陆地蜂窝移动通信网技术体制》要求,若采用定向天线,建议采用4X3复用方式,业务量较大的地区,根据设备的能力还可以采用其它的复用方式,如3X3复用方式,2X6复用方式等。
24X3频率复用技术
2.14X3频率复用技术的概念
GSM系统中最基本的频率复用方式为4X3频率复用方式,“4”表示4个基站(每个基站由3个小区组成),“3”表示每基站3个小区。
这12个扇形小区为一个频率复用簇,同一簇中频率不能被复用。
2.24X3频率复用技术的优点
这种频率复用方式由于同频复用距离大,能够比较可靠地满足GSM体制对同频干扰保护比和邻频干扰保护比的指标要求。
使GSM网络运行质量好,安全性好。
各个厂家都根据自己设备的能力及软件功能采用了不同的密化的复用技术,但这是以减少同频复用距离,降低干扰保护比为代价的。
由于在GSM系统中,采取了许多抗干扰技术,如跳频、功率控制、话音不连续传输(DTX)、分集接收等,将这些技术有效应用会进一步提高载波干扰比C/I,使C/I有一定的富余,因此,可通过采用密化的频率复用技术进一步增加网络容量,并使网络满足服务质量要求。
3MRP(MultipleReusePattern)技术
3.1基本原理
多重复用模式(MRP)技术就是把所有可用的载频有规律地分为几组,每一组中的载频作为独立的一层,在做频率规划时,每组的载频可根据网络容量的需要采用不同的复用方式。
需要指出的是,由于广播控制信道(BCCH)不使用不连续发射(DTX)和跳频技术,发射功率较大,其干扰特性与业务信道(TCH)不同,因此,为了保证网络的服务质量和安全可靠,建议BCCH采用4X3复用方式,显然,用于BCCH的载频数应不少于12个。
在实际应用中,一般分配12---15个。
现以频率带宽为6MHz加以说明,国家组委会在900MHz频段上,划分给中国电信的频段,当用于GSM网的频带为6MHz时,可用载频数为30对,频道号是65---95(划分给中国联通的频段有29对载频,频道号是96---124),采用MRP技术时,将30对载频按12/9/6/3分为4组,分组方式如表1所述。
广播控制信道(BCCH),业务信道TCH1,TCH2及微蜂窝分别可有12,9,6,3对载频可配置,那么,BCCH采用4X3复用方式,TCH1采用3>
3复用方式,TCH2采用2X3复用方式,可配置成3/3/3结构的基站,比单纯使用4X3模式提高了容量。
根据BCCH和TCH载频选取的方式不同,又分几种MRP。
3.2固定型MRP
固定型的MRP就是划分给业务信道(TCH各层的载频固定不变,互相独立,不重叠,如表1所示,做频率规划时,逐层配置载频,这样做的优点是TCH载频调整容易,如果某层TCH出现了干扰等问题,只要调整那一层即可,不必考虑其它层载频的影响。
缺点是载频配置不灵活。
3.3改进型MRP
改进型的MRP就是划分给业务信道(TCH)各层的载频互相重叠,不独立,具体分组方式如表2所示,TCH3层分配的载频不变,而在TCH2层中增加了TCH3层的载频,在TCH1层中增加了TCH2层的载频,在作频率规划时,可根据话务量密度分布情况,采用不同的复用方式,灵活配置载频。
表2改进型的MRP分组方式(7.2MHz带宽)
BCCH(12)
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
TCH1(24)
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
TCH2(15)
TCH3(7)
3.4MRF技术的主要特点
MRP技术打破了传统的固定频率复用模式,使载频配置灵活,特别是使一个扇形小区分配的载频不可能与同频复用的扇形小区的载频完全相同,既改善了
同频干扰保护比,也改善了跳频效果,这是MRP技术显著的特点。
MRP技术可根据容量需求及话务量分布情况灵活进行频率规划,可逐步提高网络容量,比单纯使用4X3复用方式网络容量高,与单纯采用3X3,2X3,1X3复用方式相比对网络质量影响小,采用的技术如跳频、功率控制,不连续发射(DTX)是GSM系统应具备的技术,在设备及软件上无其它特殊要求,只要进行精心的网络规划和优化,能满足网络安全可靠运行。
富余的载频可用于微蜂窝。
4同心圆技术
4.1同心圆技术的概念
同心园技术就是在GSM网中,将无线覆盖小区(一个基站或基站的一部分
(扇形天线)所覆盖的区域),分为两层,外层和内层,又称顶层(Overlay)和底层(Underlay)。
外层的覆盖范围就是通常的蜂窝小区,而内层的覆盖范围主要集中在基站附近,外层一般采用常规的4X3复用方式,而内层则采用密化的
复用方式,如3X3,2X3或1X3。
因而,把所有可用的载频分为两组,一组用于外层,一组用于内层。
可根据网络容量的要求,采取不同的分组方式,见表3、
表4。
由于外层和内层是同基站同小区,共用同一套天线系统,共用同一个BCCH信道,故称之为同心小区。
但规定公共控制信道(CCCH)必须设置在外层载频信道上,这就意味着通话必须先在外层信道上建立。
图1同心园(ConcentrieCell)无线覆盖示意图
4.2普通同心圆GUO
普通同心园就是,由于内层采用密化的复用技术,为了提高内层同频复用距离,抑制同频干扰,采取减少内层覆盖范围的措施,即内层的发射功率一般低于外层的发射功率。
内层与外层的切换主要是根据监测功率和距离来进行。
对普通同心园技术来讲,适用于话务量集中在基站附近,话务量越集中在基站附近,扩容效果越明显,但是,由于其内层发射功率低,电波穿透建筑物的能
力弱,不易吸收基站附近室内话务量,当移动用户从室外移动到室内时,通话信道就会从内层切换到外层,使室内话务量都集中在外层,因而在话务量均匀分的情况下,对网络容量的提高不大。
4.3智能双层网IUO
IUO的内层(又称为超级层SuperLayer)与外层(又称为常规层RegularLayer)的发射功率是完全相同的,内层和外层的切换是根据监测载波同频干扰保护比(C/I)进行,其切换流程如下:
首先在常规层建立通话,然后BSC不断
监测下行链路超级层信道的同频干扰保护比(C/I),当超级层某信道的C/I达到可用门限时(GoodC/IThreshold),便将通话信道切换到此超级信道上,同时继续监测此信道的C/I,如果恶化到一定门限(BadC/IThreshold),便切换到常规信道上。
5各种频率复用方式容量的比较
表3列出了在不同的带宽条件下,采用4X3复用方式和采用其他复用方式容量的比较。
从表中可以看出采用1X3复用方式,频率利用率最高,网络容量提高最大,但干扰严重,对网络运行质量影响大,一般都慎重采用。
而MRP或
IUO技术可使网络容量提高较大,网络调整优化容易,能保证网络的服务质量。
表3GOS(呼损率)=0.02a(话务量)=0.025Erl
■■■■■■■
6MHz
4X3
37.99
1519
1
3X3
44.685
1788
1.18
1X3
65.796
2631
1.73
MRP(12,9,6)
2X3
49.20
1968
1.30
IUO
4X3+2X3
7.2MHz
1.47
84.76
3390
1.90
MRP(12,9,8,7)
2>
6
69.495
2780
1.55
6微蜂窝技术
6.1现实网络的概况
现时的GSM网络在城市区域,基站的密度已经很高,站距约在500米左右,在频率资源有限的情况下,通过小区的扩容或再分裂来提高网络的容量已经不可能,不能满足同频C/l>
9dB的工程要求,只能通过新方式增容。
6.2微蜂窝技术的含义及应用目的
微蜂窝技术是指通过降低基站发射功率,天线的挂高,并使用增益天线,以达到在小范围提供高密度话务量。
应用微蜂窝技术的主要目的是在小范围内提供大话务量,在用户密度大的地
区提供足够的信道数,解决容量的问题;
由宏蜂窝解决覆盖及快速移动用户的问题,形成重叠覆盖的两层。
另一个目的也用于盲区覆盖(如室内),或加上放大
器在边远地区解决覆盖。
6.3微蜂窝的建设
6.3.1微蜂窝的选点
微蜂窝的选点工作在微蜂窝建设中占重要的位置,选点的正确与否,直接影响微蜂窝日后的运行及效益。
一般选点前要先定出设点目的,确定是解决容量问题还是解决覆盖问题,然后要考虑所设微蜂窝是否连成层。
6.3.2覆盖预测及模拟
确定微蜂窝站点后,就要根据覆盖目标,设计微蜂窝天线的挂高、方向、增益,并根据上下行平衡设计EIRP(等效辐射功率),预测微蜂窝的有效覆盖范围,确保目标在微蜂窝的有效覆盖区内,并有稳定良好的下行信号强度,使在目标区内的用户尽量保持在微蜂窝的覆盖区内。
得到预测数据后,最有效的证实方法就是做模拟测试。
即在微蜂窝站点设置模拟发射机,选用具有与设计值一样的参数的天线,挂高、方向、倾角与设计一致,采用预测的EIRP,然后用场强接收机在目标区域测试模拟发射的下行信号的场强分布情况。
直观了解日后微蜂窝运行后的覆盖效果,及在目标区域内微蜂窝信号场强与现有网络的信号场强的比较,为设计微蜂窝与其余小区的切换提供参考数值。
6.3.3切换的控制
微蜂窝投入使用时,要考虑切换的控制。
一方面,要发挥微蜂窝的最大作用,吸收大部分的话务量,以降低宏蜂窝的拥塞;
另一方面,也要考虑它与相邻的宏蜂窝小区或微蜂窝的邻小区关系,正确地设置切换参数,使移动用户在通话时,能保证正常的切换。
(1)切换边界的划定
切换边界的选择,不要选择在话务量高的地方,同时要在微蜂窝的有效范围以内,以保证切入、切出的正常进行。
因为微蜂窝的发射功率小,天线的挂高低,其有效覆盖范围较小。
为吸收更多话务量而盲目扩大微蜂窝的覆盖范围,会造成边缘地区微蜂窝接收手机的上行信号较弱,不能保证手机的切换及通话质量,引起掉话。
切换边界划定最可行的办法是通过实际测试,在保证微蜂窝服务质量的前提下划定切换边界。
(2)邻小区的选择
微蜂窝的邻小区的选择,可以基于以下两个原则:
(a所有与微蜂窝相邻的小区(包括宏蜂窝、其它微蜂窝),以及与微蜂窝在地理位置不相邻,但是可能覆盖到微蜂窝控制范围的宏蜂窝小区都应列入切入微蜂窝的邻小区表中,以免造成孤岛效应。
(b)设置切出微蜂窝的邻小区,一般可以选择在微蜂窝控制范围有良好覆盖的
2-3个宏蜂窝小区,作为用户从微蜂窝切出的通路。
6.3.4微蜂窝层
使用微蜂窝的主要目的是吸收话务量,但是微蜂窝的覆盖范围小,如果存在成片的话务热点,一个微蜂窝往往不能全部覆盖,这时,就需要多个微蜂窝组合,形成微蜂窝层。
几个微蜂窝层一定要在话务量热点形成连续的覆盖,否则,微蜂窝形成几个不连续的小区,当移动用户在这几个不连续的小区和包含它们的宏蜂窝小区通话时,就会在微蜂窝之间、微蜂窝与宏蜂窝之间频繁切换,增加系统的信令负担,话务量也不能留在微蜂窝层,不利于吸收热点的话务量。
所以,要调整微蜂窝的发射功率及天线参数,使微蜂窝在话务量热点地区形成连续覆盖的微蜂窝层。
微蜂窝层的频率设置,如果频率资源充足,可以单独列出一组频率给微蜂窝专用,与宏蜂窝使用的频率错开,在微蜂窝层中相隔使用;
但是如果频率资源不足,而且热点区域的话务量很高,需要多个频点(信道)解决,可以利用微蜂窝的覆盖范围小易于控制的特点,采用偷频的方式。
偷频可以在频率规划小区图上,“偷”取与微蜂窝覆盖方向相反的宏蜂窝频率来实现,但要通过日后的统计结果跟踪,观察所“偷”用的频率是否可行。
另一种方法是到现场进行扫频测试,确认哪些频率可以使用。
偷频有一个缺点,就是在全网或部分区域做频率重新规划
时,又要重新进行偷频工作,因为原有的微蜂窝频率可能已经不适用。
相对而言,使用独立的一组微蜂窝频率对于频率规划比较方便。
7总结
通过本次课程设计的学习,我了解移动通信频率复用技术的基本概念、基本原理和组网技术,能应用移动通信的原理与技术分析阐释常见移动通信方式中扩容的原理。
以上讨论的只不过是GSM网络的冰山一角。
在以后出现的问题更多,更复杂,一定要树立全局观念,从整体上理解GSM网络,同时又要注重局部细节的分析,不要放过任何一个可疑点,因为一些故障往往是由于很多不起眼,看似不相干的设备、参数引起的。
特别是在故障分析时,一定要理清思路,根据流程一步步查找问题故障点,切不可在没有找到故障点时,盲目制定方案。
在优化过程中,要结合各种优化方法,从多个角度出发,尽量多收集原始数据,这为判断故障点,分析故障原因非常有帮助。
另外,移动通信网络是在不断飞速发展的,因此新技术、新问题将会不断出现,只有通过不断的学习和经验积累,特别是针对新技术的了解和知识储备,才能跟上技术的发展步伐,通过网络优化,使移动通信网络容量也随之提升。
参考文献
[1]吴伟陵主编,移动通信原理(第2版),北京:
电子工业出版社,2009
[2]彭利标编著,移动通信设备(第2版),北京:
电子工业出版社,2006
[3]华为技术有限公司编著,GSM无线网络规划与优化
[4]中兴通讯股份有限公司编著,TD-SCDMA移动通信技术
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