无线通信与网络ppt

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目录 10.1 蜂窝式网络的原理 10.1.1 蜂窝网 10.1.2 蜂窝系统的运行 10.1.3 移动无线电的传播效果 10.1.4 越区切换 10.1.5 功率控制 10.1.6 流量工程 10.1 蜂窝式网络的原理 10.1.1 蜂窝网 技术浪潮：计算机互联网移动互联网 近年来，通信方面的最为革命性的进步。 第一代(1G)：模拟移动电话——摩托罗拉； 第二代(2G) 、第三代(3G) ：数字，今天的主流； 第四代(4G) ：最新的发展。 蜂窝技术是许多技术的基础 移动电话，无线Web ，地理位置服务，移动支付 10.1.1 蜂窝网 在蜂窝网之前 高功率无线电话，卫星电话——容量低。 蜂窝技术，增加容量 区域分成多个蜂窝。 每个蜂窝分配不同频段，以避免干扰或串音。 相互间距离足够远的蜂窝，可以使用相同频段。 缺点：需要基础设施——基站。 伪装的基站 蜂窝小区形状 蜂窝小区形状 频率复用 蜂窝的频率复用 增加容量：电波传播损耗，产生自然隔离，频率可以在相隔一定距离的另一小区重复使用。 如右图所示 相同颜色(数字)小区 使用相同频率 可以有多少颜色？ 频率复用 频率复用 增加容量 增加容量 3、分割蜂窝区：扇区化 把一个全向360°的六边形小区分成 3个120°扇形 或 6个60 ° 扇形 每个扇区中的基站，使用定向天线发射。 实际扇区未必是标准的几何形状。 例10.1：蜂窝区的大小对信道数量的影响。 情况1：有32个半径为1.6 km的蜂窝区，总带宽336个信道，重用因子为N=7。 问：覆盖形状是什么样的？每个蜂窝区有几个信道？它能并发处理的呼叫数量是多少？ 答：32个半径为1.6 km的蜂窝区，覆盖213 km^2 每个蜂窝区信道数 336/7=48 总信道容量 扩展倍数 情况1:重用因子N=7，总带宽336，半径1.6，32个蜂窝 情况2：分割为半径0.8 km的128个蜂窝区又如何？ 答：128个半径为0.8km的蜂窝区，覆盖213km^2 每个蜂窝区信道：336/7=48 总信道容量为：48X128=6144 扩展倍数：6144/336=18.3倍 目录 10.1 蜂窝式网络的原理 10.1.1 蜂窝网 10.1.2 蜂窝系统的运行 10.1.3 移动无线电的传播效果 10.1.4 越区切换 10.1.5 功率控制 10.1.6 流量工程 10.1.2 蜂窝式系统的运行 10.1.2 蜂窝系统的运行 基站 (BS， Base station) 射频模块(RRU)。 基带单元(BBU) 。 2013年，全球通信设备厂商排名 综合排名，评判维度 无线网络产品、有线接入网设备、核心网设备与软件、传输网（光链路、路由、运营级以太网、微波）设备、安全设备与软件、来自通信运营商的服务外包。 全球无线设备市场的份额 2015年4月15日，诺基亚以166亿美元收购阿尔卡特-朗讯，合并后份额35% 爱立信40% 华为20% 中兴12.6%（此处是2009年数据） 10.1.2 蜂窝式系统的运行 一次典型呼叫的六个步骤 1，信道设备初始化 2，移动设备发起呼叫 3，寻呼：MTSO寻找被叫 4，接收呼叫 5，保持呼叫 6，越区切换 10.1.2 蜂窝式系统的运行 1，移动设备初始化 移动设备开机。 扫描系统的控制信道。 选择最强的信道，即”最近”的基站。 移动设备通过基站和MTSO握手。 MTSO确认用户的位置(提供位置服务)。 如果移动设备进入新蜂窝区，则连接新的基站。 10.1.2 蜂窝式系统的运行 2，移动设备发起呼叫 通过正向信道(基站用户)的 校验信息，移动设备先确认数据信道是空闲的。 移动设备发起呼叫。 在反向信道(用户基站)上发射信号。 发送被叫设备的号码至基站。 基站将请求送至MTSO。 10.1.2 蜂窝式系统的运行 3，寻呼(广播找人) MTSO根据被叫设备号码， 将寻呼消息发送给某些基站。 这些基站在它的信道上发射寻呼信号。 寻找被叫设备。 10.1.2 蜂窝式系统的运行 4，接收呼叫(建立连接) 被叫设备向基站做出响应。 基站将响应送往MTSO。 MTSO在主叫和被叫基站间建立一条链路。 两个基站在蜂窝区分别选择一个可用信道。 10.1.2 蜂窝式系统的运行 5，保持呼叫 (通话) 两个移动设备通过各自的 基站，同MTSO交换话音或数字信号。 10.1.2 蜂窝式系统的运行 6，越区切换 如果在连接过程中，移动 设备越出蜂窝区，进入另一个蜂窝区的范围， 新基站分配一条信道给移动设备。 系统自动完成更改，不需切断呼叫。 10.1.2 蜂窝式系统的运行 蜂窝网的其他功能 呼叫阻塞 移动设备呼叫阶段，如果基站所有信道都忙，反复尝试失败后，将忙音返回用户。 结束呼叫 用户挂机时，MTSO 释放两基站的信道。 掉话 由于干扰或存在信号弱点，基站无法维持通话所需信号强度，通话关闭。 目录 10.1 蜂窝式网络的原理 10.1.1 蜂窝网 10.1.2 蜂窝系统的运行 10.1.3 移动无线电的传播效果 10.1.4 越区切换 10.1.5 功率控制 10.1.6 流量工程 10.1.3 移动无线电的传播效果 影响通话质量的因素 信号强度 手机与基站间距离的函数。 必须够大，足以正确接收。 不能太大，产生同频干扰。 噪声：汽车点火、笔记本、各种电子设备。 衰退（5.4 节讨论） 10.1.3 移动无线电的传播效果 设定蜂窝区大小的准则——Hata模型 不同环境下，路径损耗的经验公式。 经验公式：由大量实验得到，没有完整的理论推导。 城市环境，路径损耗为 fc ：载波频率，单位为MHz，为150MHz-1500MHz。 ht：基站天线高度，单位为m，为30m-300m。 hr：移动设备天线高度，单位为m，为1m-10m。 d：天线间距离，单位为km，为l km～20km 。 A(hr)：移动天线高度的校正因子。 10.1.3 移动无线电的传播效果 Hata模型：在不同类型城市 中小城市，校正因子： 大城市，校正因子： 10.1.3 移动无线电的传播效果 例10.2：根据下面条件，计算中等城市损耗 设fc=900MHz，ht=40 m， hr=5m，且d=l0 km。 答：中等城市路径损耗 A(hr)= (1.1*lg900-0.7)*5-(1.56*lg900-0.8)=8.95dB LdB = 69.55 + 26.16*lg 900-13.82*lg 40- 8.95+(44.9 - 6.55*lg 40)*lg 10=150.14(dB) 目录 10.1 蜂窝式网络的原理 10.1.1 蜂窝网 10.1.2 蜂窝系统的运行 10.1.3 移动无线电的传播效果 10.1.4 越区切换 10.1.5 功率控制 10.1.6 流量工程 10.1.4 越区切换 越区切换： 当移动设备从一个蜂窝移到另一个时，从原基站分配给另一个基站。 何时越区切换？决策的主要参数： 移动设备信号强度，一段时间的平均值/瞬时值？ 越区切换策略 1，相对信号强度 当B的信号强度第一次 超过A时，切换。L1点 可能带来乒乓效应 2，带阈值的相对信号强度 切换条件：当前基站信号低于阈值，并且另一个基站的信号是两者中较强的时。 阈值Th1： 阈值Th2： 阙值Th3： 3，带滞后的相对信号强度 切换条件：只有新基站B比当前基站A的信号强， 且差值SB-SA>H时，即SB-H>SA ，才切换。 此时，切换发生在？ L3点 也消除乒乓效应 4，带阈值加滞后的相对信号强度： 切换条件： (I)当前基站的信号低于阈值 (2)目的基站比当前基站，信号强度差大于H 阈值是Th1 或Th2？ L3点 阙值是Th3 ？ L4点 **********华丽的分割线********** **********华丽的分割线********** **********华丽的分割线********** **********华丽的分割线********** **********华丽的分割线********** 目录 10.1 蜂窝式网络的原理 10.1.1 蜂窝网 10.1.2 蜂窝系统的运行 10.1.3 移动无线电的传播效果 10.1.4 越区切换 10.1.5 功率控制 10.1.6 流量工程 10.1.5 功率控制 基站和手机功率，大/小更好? 功率大： 保证接收信号质量。 功率小： 减少同频干扰 降低对身体辐射 节约电池能量 在电梯里功率级别？ 功率控制的两种策略 开环功率控制(无反馈) 基站发送一个导频信号给接收机。 接收机决策，根据导频信号强度，调节功率。 假定：正向和反向信道相关性强。 优点：反应速度快，如当接收机从建筑物后面移出时，可以迅速降低功率。 闭环功率控制(有反馈) 移动设备汇报信号质量，基站决策。 基站命令：移动设备和基站，调整发射功率。 目录 10.1 蜂窝式网络的原理 10.1.1 蜂窝网 10.1.2 蜂窝系统的运行 10.1.3 移动无线电的传播效果 10.1.4 越区切换 10.1.5 功率控制 10.1.6 流量工程 10.1.6 流量工程 流量工程(QoS，服务质量) 例：学校共3万学生，随时来机房上机都有位置，要多少台电脑？如果电脑不够多，没位置的概率？ 理想利用率： 任意时刻：电脑数量=上机学生数，利用率100%。 实际不可行，也不必要，电脑数量无法动态变化。 研究流量工程的意义： 根据需求计算供应数量，服务质量水平，调整服务协议。 10.1.6 流量工程 系统容量参数 系统容量N（最大同时处理用户数） 潜在用户数L 当L < N ——非阻塞系统 当L > N ——阻塞系统 流量工程解答以下问题 呼叫被阻塞的概率？ 为了达到略高于阻塞概率，需要多大容量？ 10.1.6 流量工程 系统负载量参数 λ：呼叫速率，单位时间呼叫数量(10次/分钟) h：每个成功呼叫，平均持续时间(2分钟) A= λh：流量密度（20次） 含义：单位时间内，平均的呼叫数（单位，厄兰） 用来衡量系统负载，估算所需信道数量。 10.1.6 流量工程 例10.3： 如果呼叫速率为20个/分钟，并且平均持续时间为3分钟，流量密度A=60厄兰。 信道容量是以下情况时，估计结论： 120个信道，大约利用一半。 50个信道，容量不足。 60个信道，满足平均需要，有时是不足的。 例10.4：蜂窝区运行1小时，容量10个信道，呼叫速率λ=97/60=1.61次/分钟，平均持续时间h=294/97=3.03分钟。流量密度A=λh=294/60=4.9厄兰。 平均需要5个信道，结论在非阻塞(Lbah红软基地