组网技术基础 — 移动通信中的主要干扰及区域覆盖原理

1、移动通信网的基本概念

移动通信中有两个最核心问题：用户的移动性、信道的复杂时变性。

移动通信系统为多用户提供服务，不同于点对点的通信。

要实现系统在其覆盖区内的良好通信，必须有移动通信网络支撑。

移动通信网的定义：移动通信网是承载移动通信业务的网络，主要完成移动用户之间、移动用户与固定用户之间的信息交换。

1.1 空中网络（无线网络）要解决的几大问题

多址接入  ：基站如何区分手机（能同时区分手机受限于采取何种多址方式）

频率复用和区域覆盖  ：频谱资源有限和广覆盖

多信道共用技术：网内大量的用户有效共享若干无线信道，尽可能提高信道使用效率

切换和位置更新（移动性管理）： 基站如何找手机？如何确保动中通话不掉线？

1.2 地面网络

服务区内各个基站的相互连接 。

基站与固定网（PSTN、ISDN、数据网等）。

2、移动通信环境下的干扰

干扰是限制移动通信系统性能的主要因素。

在移动通信网中，无线电干扰一般分为：同频干扰、邻道干扰、互调干扰、阻塞干扰、近端对远端的干扰

2.1 同频干扰

（1）基本概念

所有落在接收机通带内的与有用信号频率相同的干扰，又称为同信道干扰/同道干扰/共道干扰。

（2）同频干扰产生的原因

为了提高频率利用率，在相隔一定距离以外，可以使用相同的频率，称为频率复用或同频复用。

同频复用带来了什么问题？同频干扰。

同频复用的限制条件是什么？同频干扰不能过大。

（3） 同频干扰会带来的问题

影响链路性能、影响频率复用方案的选择

（4）解决

需要通过合理的系统设计降低同频干扰的影响！

2.2 邻道干扰

（1）基本概念

指相邻信道或邻近信道的信号相互干扰。

产生邻道干扰的原因？接收/发射滤波器不理想，相邻频率信号泄漏到传输带宽内。

（2）降低邻道干扰的方法

降低发射机落入相邻频道的干扰功率，即减小发射机带外辐射；

提高接收机的邻频道选择性；

在网络设计中，避免相邻频道在同一小区或相邻小区内使用。

邻道干扰可以通过精确的滤波和信道分配而减到最小。

2.3 互调干扰

（1）基本概念

指两个或多个信号作用在通信设备的非线性器件上，产生同有用信号频率相近的组合频率，从而对通信系统构成干扰的现象。

发射机互调干扰：发射端产生的互调信号正好落在接收机工作频带内。

接收机互调干扰：频率不同的多个信号同时进入接收机，由接收机本身的非线性而产生的干扰。

（2）出现三阶互调干扰的快速判断法

频道序号差值判别法：

• 在等间隔分割信道，且按频率顺序编号情况下，判别各频道序号的差值有无相同。
• 如有相同，则存在三阶互调，否则不存在互调。

2.4 阻塞干扰

接收机接收到带外的强干扰信号后，进入饱和区，导致信号严重失真。

克服方法：增加接收机的带外抑制度

2.5 近端对远端的干扰

（1）基本概念

基站同时接收从两个移动台发来的信号时，距距离近的信号功率要明显要大于距离远的信号功率。

若二者频率相近，则距基站近的移动台对距基站远的移动台造成干扰，甚至淹没远端移动台的有用信号（远近效应） 。

3、区域覆盖和信道配置

3.1 大区制

（1）大区制区域覆盖的概念

整个服务区由一个基站覆盖的系统，被称为大区制移动通信系统。

相应的区域覆盖方式被称为大区制区域覆盖。

3.2 小区制

（1）小区制区域覆盖的实现

将整个服务区分为若干个小区，每一小区设一基站，负责与小区内所有移动台的无线通信。

设置移动交换中心，统一控制基站的协调工作，保证移动用户得到完善的服务。

3.3 区群

（1）区群（簇）的概念

指共同使用全部可用频率的N个小区。

（2）区群的特点

在一个区群内各小区使用不同的频率，不同的区群可以重复使用相同的频率。

（3）频率复（再）用

 把若干相邻的小区按一定的数目划分成区群 (Cluster), 并把可供使用的无线频道分成若干个(等于区群中的小区数)频率组， 区群内各小区均使用不同的频率组， 而任一小区所使用的频率组， 在其它区群相应的小区中还可以再用。

好处：可以极大地提高频谱利用率

条件：如果两个蜂窝相隔足够远，则可以使用同一组频道

带来的问题：如果系统设计得不好，将产生严重的干扰

（4）区群大小的确定

满足两个条件：1、区群之间可以邻接，且无缝隙无重叠地覆盖。2、各相邻同频小区的距离相等。

区群内的小区个数应满足下式：

例如：我们将一个城市分成72个小区，每12个小区组成一个小区群。让他们共同使用300个频道。那么，我们就可以将300个频道分成12个频道组，每个组25个频道，第一个小区群使用第1组频道，第二个小区群使用第2组频道，以此类推。经过适当安排，不同小区群的相同编号小区的频道组是可以重复使用的。尽管这些小区基站所使用的无线电频率相同，但由于他们彼此相隔较远，而电波作用范围有限，彼此不会造成干扰。这样，一组频率就可重复使用6次，原本300个频道只能供300个用户同时通话，现在却可同时供1800个用户同时通话了。 

4、信道（频率）分配

（1）分区分组配置法

原则：
尽量减小占用的总频段，提高频段利用率；

小区内采用无三阶互调的相容信道组，避免互调干扰。

缺陷：
未考虑同一信道组中的频率间隔，可能会出现较大的邻道干扰。

（2）等频距配置法

原则：
按等频率间距来配置信道，利用频距避免邻道干扰。

缺陷：
可能存在三阶互调项。

（3）上述两种方法的共同特点及问题

分区分组配置法和等频距配置法都采用了固定分配策略。

为每个小区分配一组预先设定的信道。

小区中的任意呼叫都只能使用该小区中的空闲信道。

如果小区中的所有信道都被占用，则呼叫阻塞。

（4）解决方法：借用策略

当一个小区中没有空闲信道时，可以从相邻的小区借用信道。

信道借用由移动交换中心（MSC）管理。

借用过程不能中断或干扰借出小区的正在进行的呼叫。

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