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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