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何为蜂窝通信技术

蜂窝通信技术

化生系生物技术庄伟杰

随着移动通信技术的发展,无线蜂窝网的覆盖面越来越广,移动通信发起的紧急呼叫数量在全部紧急呼叫中所占的比例也随之上升。现有的蜂窝网能为移动通信紧急呼叫提供的辅助决策信息非常少,调查表明,约有25%的移动用户在发起紧急呼叫时不知道所处的确切位置,这对极时合理的处警带来很多限制。因此,移动通信网要能为发起紧急呼叫的移动用户提供准确的定位信息。

蜂窝移动通信已成为世界范围内的一项非凡成功之作,其发展如此迅速以致业务需求远远超过了原先的预测。它通过采集移动台所处的小区识别号(Cell-ID号)来确定用户的位置。只要系统能够采集到移动台所在小区基站在地图上的地理位置,以及小区的覆盖半径,则当移动台在所处小区注册后,系统就会知道移动台处于哪一小区。这种技术的定位精度取决于所在小区的半径,如在北京市区,基站密度较高,COO 定位精度可以达到200米左右;而在郊区,基站密度较低,COO定位精度只能达到一两公里。这种技术实现简单,投入成本小,只需分别对现网或手机作适当的改动(改动不大),就可实现定位功能,是目前在无线网络中应用最广泛的定位技术。大多数情况下,经营者只限定在一个固定频段上,几乎无望增加频谱而原来的模拟技术也不能加以扩展跟上需求的发展。较新的技术具备了频谱的更有效利用以及为用户提供改善的安全性和更多的便利。即使如此,分配给这些新技术的频段常常与老技术所用的重叠,这使得转移策略复杂起来。

传统上欧洲使用900MHz频段而北美使用800MHz频段。多数亚洲国家同时使用两个频段。欧洲900MHz分配频率的主要模拟标准是全接入通信系统,虽然某些欧洲国家使用其它标准GSM是 900MHz频段的一种数字系统,已为欧洲采用为共同标准并在世界上许多其它国家使用,提供了非常有用的漫游设备。此外,GSM标准已用于1800MHz(DCS 1800)。一些国家正建立独立的1800 MHz网而另一些正试图用此频段增加其GSM容量。因为在两个频段上使用相同协议,现在越来越普遍使用GSM-900和GSM-1800这些术语而不用GSM和DCS1800。

宏蜂窝技术

基于宏基站的稳定性和覆盖能力,宏基站一般用来搭建网络的框架。在有宏基站的大楼需要进行室内分布的情况下,如果宏基站的数量足够,可以考虑利用宏基站的一个扇区来进行室内的分布。

蜂窝移动通信系统中,运营初期的主要目标是建设大型的宏蜂窝小区,取得尽可能大的地域覆盖率,宏蜂窝每小区的覆盖半径大多为1km~25km,基站天线尽可能做得很高。在实际的宏蜂窝小内,通常存在着两种特殊的微小区域。一是“盲点”,由于电波在传播过程中遇到障碍物而造成的阴影区域,该区域通信质量严重低劣;二是“热点”,由于空间业务负荷的不均匀分布而形成的业务繁忙区域,它支持宏蜂窝中的大部分业务。以上两“点”问题的解决,往往依靠设置直放站、分裂小区等办法。除了经济方面的原因外,从原理上讲,这两种方法也不能无限制地使用,因为扩大了系统覆盖,通信质量要下降;提高了通信质量,往往又要牺牲容量。近年来,随着用户的增加,宏蜂窝小区进行小区分裂,变得越来越小。当小区小到一定程度时,建站成本就会急剧增加,小区半径的缩小也会带来严

重的干扰,另一方面,盲区仍然存在,热点地区的高话务量也无法得到很好的吸收,微蜂窝技术就是为了解决以上难题而产生的。

微蜂窝技术

所谓“微蜂窝”是指其覆盖范围远小于常规蜂窝覆盖范围的微小蜂窝,形象的说,常规蜂窝是负责无线网络面上的覆盖,而微蜂窝是负责无线网络线与点上的覆盖。围绕微蜂窝的线与点得特点而展开的基站设置、频率配置、话务控制等技术为“为蜂窝技术”

微蜂窝站在无线网络中的应用:可迅速增加热点地区的网络容量、可迅速填补无线网络中的覆盖盲区、具有可移动性,可应付网络中的突发事件、可长期分担网络中的一部分重要话务、可最大限度的提高频率的利用率。

与宏蜂窝技术相比,微蜂窝技术具有覆盖范围小、传输功率低以及安装方便灵活等,该小区的覆盖半径为30m~300m,基站天线低于屋顶高度,传播主要沿着街道的视线进行,信号在楼顶的泄露小。微蜂窝可以作为宏蜂窝的补充和延伸,微蜂窝的应用主要有两方面:一是提高覆盖率,应用于一些宏蜂窝很难覆盖到的盲点地区,如地铁、地下室购物中心、娱乐中心、会议中心、停车场。而在话务量很高的商业街道等地则可采用多层网形式进行连续覆盖,即分级蜂窝结构:不同尺寸的小区重叠起来,不同发射功率的基站紧密相邻并同时存在,使得整个通信网络呈现出多层次的结构。相邻微蜂窝的切换都回到所在的宏蜂窝上,宏蜂窝的广域大功率覆盖可看成是宏蜂窝上层网络,并作为移动用户在两个微蜂窝区间移动时的“安全网”,而大量的微蜂窝则构成微蜂窝下层网络。;二是提高容量,主要应用在高话务量地区,如繁华的商业街、购物中心、体育场等。微蜂窝在作为提高网络容量的应用时一般与宏蜂窝构成多层网。宏蜂窝进行大面积的覆盖,作为多层网的底层,微蜂窝则小面积连续覆盖叠加在宏蜂窝上,构成多层网的上层,微蜂窝和宏蜂窝在系统配置上是不同的小区,有独立的广播信道。

微蜂窝层的站点数量多,传输成本占整个设备投资的比例大于宏蜂窝基站,根据实际情况选择合理的网硌结构和传输手段是非常重要的。微蜂窝一般为1~2载频,采用PCM方式传输时,如果采用星型连接,传输线占有率非常低,一般微蜂窝之间采用链型方式,这样4~5个微蜂窝可以采用一对传输线路接到机房,可以有效地节约成本。相对于PCM方式,利用现有电话线路进行传输的HDSL传输方式,是目前非常经济的一种传输方式,微蜂窝设备也趋向于内置HDSL传输设备。当微蜂窝由于特殊原因不能采用上述方式传输时,光纤和微波也是较为常用的选择。

微微蜂窝实质就是微蜂窝的一种,只是它的覆盖半径更小,一般只有10m~30m;基站发射功率更小,大约在几十毫瓦左右;其天线一般装于建筑物内业务集中地点。

微蜂窝站在应用中的一些缺陷:微蜂窝站设备价格昂贵,平均每载波的投资额是大站设备的2-3倍、微蜂窝站的传输手段难以采用光仟,一般采用HDSL技术,造成有些传输不稳定、微蜂窝站(RBS2301)不能以增加单小载波数的方式扩容。

智能蜂窝技术

智能蜂窝是指基站采用具有高分辨阵列信号处理能力的自适应天线系统,智能监测所移动台处的位置,并以一定的方式将确定的信号功率传递

给移动台的蜂窝小区。对于上行链路而言,采用自适应天线阵接收技术,可以极大地降低多址干扰,增加系统容量;对于下行链路而言,则可以将信号的有效区域控制在移动台附近半径为100~200 波长的范围内,使同道干扰大小为减小。智能蜂窝小区既可以是宏蜂窝,也可以是微蜂窝。利用智能蜂窝小区的概念进行组网设计,能够显著地提高系统容量,改善系统性能。

一个三层分级蜂窝结构,它包括宏蜂窝、微蜂窝和微微蜂窝。每种蜂窝执行早已定义好的不同功能,即:宏蜂窝用于处理快速移动车辆的业务;微蜂窝处理慢速移动,集中于步行或交通阻塞车辆的业务;微微蜂窝用于覆盖商场和办公区等室内区域。

宏蜂窝、微蜂窝与智能蜂窝的区别

在小区制移动通信网络中,通常采用正六边形无线小区邻接构成面状服务区。由于服务区的形状很像蜂窝,这种网络便被称为蜂窝式网络。传统的蜂窝式网络由宏蜂窝小区(microcell)构成,每小区的覆盖半径大多为1km~25km,基站天线尽可能做得很高。在实际的microcell内,通常存在着两种特殊的微小区域。一是“盲点”,由于电波在传播过程中遇到障碍物而造成的阴影区域,该区域通信质量严重低劣;二是“热点”,由于空间业务负荷的不均匀分布而形成的业务繁忙区域,它支持microcell中的大部分业务。以上两“点”问题的解决,往往依靠设置直放站、分裂小区等办法。除了经济方面的原因外,从原理上讲,这两种方法也不能无限制地使用,因为扩大了系统覆盖,通信质量要下降;提高了通信质量,往往又要牺牲容量。近年来,随着业务需求的剧增,这些方法更显捉襟见时,这样便产生了微蜂窝技术。

微蜂窝小区(microcell)的覆盖半径为30m~300m,基站天线低于屋顶高度,传播主要沿着街道的视线进行,信号在楼顶的泄露小。因此,microcell最初被用来加大无线电覆盖,消除 microcell中的“盲点”。由于低发射功率的microcell基站允许较小的频率复用距离,每个单元区域的信道数量较多,因此业务密度得到了巨大的增长,且RF干扰很低,将它安置在microcell的“热点”上,可满足该微小区域质量与容量两方面的要求。

实际上,microcell主要安置在microcell内的“热点”地区。不同尽寸的小区重叠起来,不同发射功率的基站紧邻并同时存在,使得整个通信网络呈现出多层次的结构。相邻microcell的切换都回到所在的microcell 上,microcell的广域大功率覆盖可看成是宏蜂窝上层网络,并作为移动用户在两个microcell区间移动时的“安全网”,而大量的microcell则构成微蜂窝下层网络。随着容量需求的进一步增长,运营者可按同一规则安装第三或第四个microcell层。一个多层次网络,往往是由一个上层宏蜂窝网络和数个下层微蜂窝网络组成的多元蜂窝系统。

智能蜂窝是指基站采用具有高分辨阵列信号处理能力的自适应天线系统,智能地监测移动台所处的位置,并以一定的方式将确定的信号功率传递给移动台的蜂窝小区。对于上行链路而言,采用自适应天线阵接收技术,可以极大地降低多址干扰,增加系统容量;对于下行链路而言,则可以将信号的有效区域控制在移动台附近半径为100~200 波长的范围内,使同道干扰大小为减小。智能蜂窝小区既可以是microcell,也可以是 microcell。

利用智能蜂窝小区的概念进行组网设计,能够显著地提高系统容量,改善

系统性能