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目錄 10.1 蜂窩式網(wǎng)絡(luò)的原理 10.1.1 蜂窩網(wǎng) 10.1.2 蜂窩系統(tǒng)的運行 10.1.3 移動無線電的傳播效果 10.1.4 越區(qū)切換 10.1.5 功率控制 10.1.6 流量工程 10.1 蜂窩式網(wǎng)絡(luò)的原理 10.1.1 蜂窩網(wǎng) 技術(shù)浪潮：計算機互聯(lián)網(wǎng)移動互聯(lián)網(wǎng) 近年來，通信方面的最為革命性的進步。 第一代(1G)：模擬移動電話——摩托羅拉； 第二代(2G) 、第三代(3G) ：數(shù)字，今天的主流； 第四代(4G) ：最新的發(fā)展。 蜂窩技術(shù)是許多技術(shù)的基礎(chǔ) 移動電話，無線Web ，地理位置服務(wù)，移動支付 10.1.1 蜂窩網(wǎng) 在蜂窩網(wǎng)之前 高功率無線電話，衛(wèi)星電話——容量低。 蜂窩技術(shù)，增加容量 區(qū)域分成多個蜂窩。 每個蜂窩分配不同頻段，以避免干擾或串音。 相互間距離足夠遠的蜂窩，可以使用相同頻段。 缺點：需要基礎(chǔ)設(shè)施——基站。 偽裝的基站 蜂窩小區(qū)形狀 蜂窩小區(qū)形狀 頻率復(fù)用 蜂窩的頻率復(fù)用 增加容量：電波傳播損耗，產(chǎn)生自然隔離，頻率可以在相隔一定距離的另一小區(qū)重復(fù)使用。 如右圖所示 相同顏色(數(shù)字)小區(qū) 使用相同頻率 可以有多少顏色？ 頻率復(fù)用 頻率復(fù)用 增加容量 增加容量 3、分割蜂窩區(qū)：扇區(qū)化 把一個全向360°的六邊形小區(qū)分成 3個120°扇形 或 6個60 ° 扇形 每個扇區(qū)中的基站，使用定向天線發(fā)射。 實際扇區(qū)未必是標準的幾何形狀。 例10.1：蜂窩區(qū)的大小對信道數(shù)量的影響。 情況1：有32個半徑為1.6 km的蜂窩區(qū)，總帶寬336個信道，重用因子為N=7。 問：覆蓋形狀是什么樣的？每個蜂窩區(qū)有幾個信道？它能并發(fā)處理的呼叫數(shù)量是多少？ 答：32個半徑為1.6 km的蜂窩區(qū)，覆蓋213 km^2 每個蜂窩區(qū)信道數(shù) 336/7=48 總信道容量 擴展倍數(shù) 情況1:重用因子N=7，總帶寬336，半徑1.6，32個蜂窩 情況2：分割為半徑0.8 km的128個蜂窩區(qū)又如何？ 答：128個半徑為0.8km的蜂窩區(qū)，覆蓋213km^2 每個蜂窩區(qū)信道：336/7=48 總信道容量為：48X128=6144 擴展倍數(shù)：6144/336=18.3倍 目錄 10.1 蜂窩式網(wǎng)絡(luò)的原理 10.1.1 蜂窩網(wǎng) 10.1.2 蜂窩系統(tǒng)的運行 10.1.3 移動無線電的傳播效果 10.1.4 越區(qū)切換 10.1.5 功率控制 10.1.6 流量工程 10.1.2 蜂窩式系統(tǒng)的運行 10.1.2 蜂窩系統(tǒng)的運行 基站 (BS， Base station) 射頻模塊(RRU)。 基帶單元(BBU) 。 2013年，全球通信設(shè)備廠商排名 綜合排名，評判維度 無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、有線接入網(wǎng)設(shè)備、核心網(wǎng)設(shè)備與軟件、傳輸網(wǎng)（光鏈路、路由、運營級以太網(wǎng)、微波）設(shè)備、安全設(shè)備與軟件、來自通信運營商的服務(wù)外包。 全球無線設(shè)備市場的份額 2015年4月15日，諾基亞以166億美元收購阿爾卡特-朗訊，合并后份額35% 愛立信40% 華為20% 中興12.6%（此處是2009年數(shù)據(jù)） 10.1.2 蜂窩式系統(tǒng)的運行 一次典型呼叫的六個步驟 1，信道設(shè)備初始化 2，移動設(shè)備發(fā)起呼叫 3，尋呼：MTSO尋找被叫 4，接收呼叫 5，保持呼叫 6，越區(qū)切換 10.1.2 蜂窩式系統(tǒng)的運行 1，移動設(shè)備初始化 移動設(shè)備開機。 掃描系統(tǒng)的控制信道。 選擇最強的信道，即”最近”的基站。 移動設(shè)備通過基站和MTSO握手。 MTSO確認用戶的位置(提供位置服務(wù))。 如果移動設(shè)備進入新蜂窩區(qū)，則連接新的基站。 10.1.2 蜂窩式系統(tǒng)的運行 2，移動設(shè)備發(fā)起呼叫 通過正向信道(基站用戶)的 校驗信息，移動設(shè)備先確認數(shù)據(jù)信道是空閑的。 移動設(shè)備發(fā)起呼叫。 在反向信道(用戶基站)上發(fā)射信號。 發(fā)送被叫設(shè)備的號碼至基站。 基站將請求送至MTSO。 10.1.2 蜂窩式系統(tǒng)的運行 3，尋呼(廣播找人) MTSO根據(jù)被叫設(shè)備號碼， 將尋呼消息發(fā)送給某些基站。 這些基站在它的信道上發(fā)射尋呼信號。 尋找被叫設(shè)備。 10.1.2 蜂窩式系統(tǒng)的運行 4，接收呼叫(建立連接) 被叫設(shè)備向基站做出響應(yīng)。 基站將響應(yīng)送往MTSO。 MTSO在主叫和被叫基站間建立一條鏈路。 兩個基站在蜂窩區(qū)分別選擇一個可用信道。 10.1.2 蜂窩式系統(tǒng)的運行 5，保持呼叫 (通話) 兩個移動設(shè)備通過各自的 基站，同MTSO交換話音或數(shù)字信號。 10.1.2 蜂窩式系統(tǒng)的運行 6，越區(qū)切換 如果在連接過程中，移動 設(shè)備越出蜂窩區(qū)，進入另一個蜂窩區(qū)的范圍， 新基站分配一條信道給移動設(shè)備。 系統(tǒng)自動完成更改，不需切斷呼叫。 10.1.2 蜂窩式系統(tǒng)的運行 蜂窩網(wǎng)的其他功能 呼叫阻塞 移動設(shè)備呼叫階段，如果基站所有信道都忙，反復(fù)嘗試失敗后，將忙音返回用戶。 結(jié)束呼叫 用戶掛機時，MTSO 釋放兩基站的信道。 掉話 由于干擾或存在信號弱點，基站無法維持通話所需信號強度，通話關(guān)閉。 目錄 10.1 蜂窩式網(wǎng)絡(luò)的原理 10.1.1 蜂窩網(wǎng) 10.1.2 蜂窩系統(tǒng)的運行 10.1.3 移動無線電的傳播效果 10.1.4 越區(qū)切換 10.1.5 功率控制 10.1.6 流量工程 10.1.3 移動無線電的傳播效果 影響通話質(zhì)量的因素 信號強度 手機與基站間距離的函數(shù)。 必須夠大，足以正確接收。 不能太大，產(chǎn)生同頻干擾。 噪聲：汽車點火、筆記本、各種電子設(shè)備。 衰退（5.4 節(jié)討論） 10.1.3 移動無線電的傳播效果 設(shè)定蜂窩區(qū)大小的準則——Hata模型 不同環(huán)境下，路徑損耗的經(jīng)驗公式。 經(jīng)驗公式：由大量實驗得到，沒有完整的理論推導(dǎo)。 城市環(huán)境，路徑損耗為 fc ：載波頻率，單位為MHz，為150MHz-1500MHz。 ht：基站天線高度，單位為m，為30m-300m。 hr：移動設(shè)備天線高度，單位為m，為1m-10m。 d：天線間距離，單位為km，為l km～20km 。 A(hr)：移動天線高度的校正因子。 10.1.3 移動無線電的傳播效果 Hata模型：在不同類型城市 中小城市，校正因子： 大城市，校正因子： 10.1.3 移動無線電的傳播效果 例10.2：根據(jù)下面條件，計算中等城市損耗 設(shè)fc=900MHz，ht=40 m， hr=5m，且d=l0 km。 答：中等城市路徑損耗 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) 目錄 10.1 蜂窩式網(wǎng)絡(luò)的原理 10.1.1 蜂窩網(wǎng) 10.1.2 蜂窩系統(tǒng)的運行 10.1.3 移動無線電的傳播效果 10.1.4 越區(qū)切換 10.1.5 功率控制 10.1.6 流量工程 10.1.4 越區(qū)切換 越區(qū)切換： 當移動設(shè)備從一個蜂窩移到另一個時，從原基站分配給另一個基站。 何時越區(qū)切換？決策的主要參數(shù)： 移動設(shè)備信號強度，一段時間的平均值/瞬時值？ 越區(qū)切換策略 1，相對信號強度 當B的信號強度第一次 超過A時，切換。L1點 可能帶來乒乓效應(yīng) 2，帶閾值的相對信號強度 切換條件：當前基站信號低于閾值，并且另一個基站的信號是兩者中較強的時。 閾值Th1： 閾值Th2： 闕值Th3： 3，帶滯后的相對信號強度 切換條件：只有新基站B比當前基站A的信號強， 且差值SB-SA>H時，即SB-H>SA ，才切換。 此時，切換發(fā)生在？ L3點 也消除乒乓效應(yīng) 4，帶閾值加滯后的相對信號強度： 切換條件： (I)當前基站的信號低于閾值 (2)目的基站比當前基站，信號強度差大于H 閾值是Th1 或Th2？ L3點 闕值是Th3 ？ L4點 **********華麗的分割線********** **********華麗的分割線********** **********華麗的分割線********** **********華麗的分割線********** **********華麗的分割線********** 目錄 10.1 蜂窩式網(wǎng)絡(luò)的原理 10.1.1 蜂窩網(wǎng) 10.1.2 蜂窩系統(tǒng)的運行 10.1.3 移動無線電的傳播效果 10.1.4 越區(qū)切換 10.1.5 功率控制 10.1.6 流量工程 10.1.5 功率控制 基站和手機功率，大/小更好? 功率大： 保證接收信號質(zhì)量。 功率小： 減少同頻干擾 降低對身體輻射 節(jié)約電池能量 在電梯里功率級別？ 功率控制的兩種策略 開環(huán)功率控制(無反饋) 基站發(fā)送一個導(dǎo)頻信號給接收機。 接收機決策，根據(jù)導(dǎo)頻信號強度，調(diào)節(jié)功率。 假定：正向和反向信道相關(guān)性強。 優(yōu)點：反應(yīng)速度快，如當接收機從建筑物后面移出時，可以迅速降低功率。 閉環(huán)功率控制(有反饋) 移動設(shè)備匯報信號質(zhì)量，基站決策。 基站命令：移動設(shè)備和基站，調(diào)整發(fā)射功率。 目錄 10.1 蜂窩式網(wǎng)絡(luò)的原理 10.1.1 蜂窩網(wǎng) 10.1.2 蜂窩系統(tǒng)的運行 10.1.3 移動無線電的傳播效果 10.1.4 越區(qū)切換 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，服務(wù)質(zhì)量) 例：學(xué)校共3萬學(xué)生，隨時來機房上機都有位置，要多少臺電腦？如果電腦不夠多，沒位置的概率？ 理想利用率： 任意時刻：電腦數(shù)量=上機學(xué)生數(shù)，利用率100%。 實際不可行，也不必要，電腦數(shù)量無法動態(tài)變化。 研究流量工程的意義： 根據(jù)需求計算供應(yīng)數(shù)量，服務(wù)質(zhì)量水平，調(diào)整服務(wù)協(xié)議。 10.1.6 流量工程 系統(tǒng)容量參數(shù) 系統(tǒng)容量N（最大同時處理用戶數(shù)） 潛在用戶數(shù)L 當L < N ——非阻塞系統(tǒng) 當L > N ——阻塞系統(tǒng) 流量工程解答以下問題 呼叫被阻塞的概率？ 為了達到略高于阻塞概率，需要多大容量？ 10.1.6 流量工程 系統(tǒng)負載量參數(shù) λ：呼叫速率，單位時間呼叫數(shù)量(10次/分鐘) h：每個成功呼叫，平均持續(xù)時間(2分鐘) A= λh：流量密度（20次） 含義：單位時間內(nèi)，平均的呼叫數(shù)（單位，厄蘭） 用來衡量系統(tǒng)負載，估算所需信道數(shù)量。 10.1.6 流量工程 例10.3： 如果呼叫速率為20個/分鐘，并且平均持續(xù)時間為3分鐘，流量密度A=60厄蘭。 信道容量是以下情況時，估計結(jié)論： 120個信道，大約利用一半。 50個信道，容量不足。 60個信道，滿足平均需要，有時是不足的。 例10.4：蜂窩區(qū)運行1小時，容量10個信道，呼叫速率λ=97/60=1.61次/分鐘，平均持續(xù)時間h=294/97=3.03分鐘。流量密度A=λh=294/60=4.9厄蘭。 平均需要5個信道，結(jié)論在非阻塞(Lbah紅軟基地

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