蜂窝系统设计

移动通信室内分布系统设计一前言1.1 室内分布系统概述随着城市里移动用户的飞速增加以及高层建筑越来越多，话务密度和覆盖要求也不断上升。

建筑物对移动电话信号有很强的屏蔽作用。

在大型建筑物的低层、地下商场、地下停车场等环境下，移动通信信号弱，手机无法正常使用，形成了移动通信的盲区和阴影区；在中间楼层，由于来自周围不同基站信号的重叠，产生乒乓效应，手机频繁切换，甚至掉话，严重影响了手机的正常使用；在建筑物的高层，由于受基站天线的高度限制，无法正常覆盖，也是移动通信的盲区。

另外，在有些建筑物内，虽然手机能够正常通话，但是用户密度大，基站信道拥挤，手机上线困难。

室内覆盖是针对室内用户群、用于改善建筑物内移动通信环境的一种成功的方案。

近几年在全国各地的移动通信运营商中得到了广泛应用。

室内覆盖系统为上述问题提供了较佳的解决方案。

其原理是利用室内天线分布系统将移动基站的信号均匀分布在室内每个角落，从而保证室内区域拥有理想的信号覆盖。

室内覆盖系统的建设，可以较为全面地改善建筑物内的通话质量，提高移动电话接通率，开辟出高质量的室内移动通信区域；同时，使用微蜂窝系统可以分担室外宏蜂窝话务，扩大网络容量，从整体上提高移动网络的服务水平。

移动通信的网络覆盖、容量、质量是运营商获取竞争优势的关键因素。

网络覆盖、网络容量、网络质量从根本上体现了移动网络的服务水平，是所有移动网络优化工作的主题。

所以建设室内覆盖系统势在必行。

与目前移动通信网络主要业务量来自于室外的情况不同，来自于室内业务量也占大比例。

根据香港SUNDAY对业务数据的采集结果可知，业务的室内发话量占总发话量的一半以上。

移动商用网络用户分布统计数据显示，大约70%的业务量来自于室内。

提高室内覆盖能力，不仅可以给用户带来更好的业务使用体验，还可以分散过密地区的网络压力，更可以与其他运营商的网络争夺室内话务量。

当前网络会有更多弱信号区出现，特别是在建筑物内部，更是存在着盲区多、易断线、网络表现不稳定的缺点。

华为eLTE-U解决方案2017eLTE-U解决方案概述企业在数字化转型过程中，越来越强烈的依赖于无线连接。

不同于普通消费者的无线通信，企业客户往往需要部署专用的无线网络以适配特殊的业务需求，同时希望系统具备易部署、可靠性高和稳定的性能。

华为的eLTE-U解决方案将4.5G通信技术应用在免授权频谱上，使得企业和政府用户也能够自行部署最专业和最先进的行业无线专网，满足企业生产园区和城市公共区域的数据、视频等宽带传输需求。

eLTE-U解决方案有两种网络部署形式，其中通常的方案包含核心网、基站和终端三部分，应用服务器与核心网连接，可以满足各种业务应用场景。

另外还有一种简化的组网形式，只包含基站和终端，基站通过IP连接与应用服务器直接通信。

简化的组网方案适用于固定视频监控场景，由于不涉及终端移动，无须核心网进行跨基站的信息处理，基站也不需要处理小区间切换，只须实现基本的视频数据上传。

eLTE-U解决方案亮点·抗干扰eLTE-U处理多径信号的能力更强，能够将多个反射无线信号进行合并增强，所以eLTE-U相比普通的免授权频谱无线技术（如Wi-Fi），更加适应各种气候条件，在大雨时保持稳定的传输性能，在建筑和植物密集的城区中仍然有良好的覆盖。

eLTE-U有更加精细的无线资源调度机制，每毫秒都会检测干扰情况并选择最合适的无线资源。

相比Wi-Fi和微波技术，在相同外部干扰条件下，性能的损失能够降低3倍。

·易部署eLTE-U解决方案支持5.4/5.8GHz免授权频谱，无须申请专用频谱和支付频谱费用，便于企业自建专网；小型化基站设备便于安装，终端PoE供电，即插即用，3U或1U高盒子集成核心网多个网元；针对固定视频监控场景提供简易组网方案，快速部署，维护简单。

·高性能eLTE-U系统具备更高的接收灵敏度，并且采用特殊技术能够保障小区边缘用户的接入，覆盖距离是Wi-Fi的两到三倍。

eLTE-U针对蜂窝系统设计，有这标准和完善的小区间切换机制，能够支持160公里每小时的移动速度，切换时延小于50毫秒，无丢包。

第20卷第2期2005年 6月湖南科技大学学报(自然科学版)J o urn al o f H u nan U niv ers ity of Sc ie nc e &T ech n ology(N atu ra l Sc ienc e Edition )Vol.20N o.2Jun. 2005收稿日期:2004-05-23基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金项目(编号:20030290019) 作者简介:田子建(1964-),男,北京人,博士,中国矿业大学(北京校区)讲师,主要从事通信与矿井监控研究.井下蜂窝通信系统越区概率的计算和切换控制方案的设计田子建, 孙继平, 刘晓阳, 鲁 戈(中国矿业大学信息研究所,北京100083)摘 要:研究了一种适合煤矿井下工作特点的蜂窝无线通信系统.在巷道分叉和拐弯处,尽可能将基站布置在巷道的中央,可将蜂窝简化为条状通信网,并计算了越区切换概率.根据井下的特点,确定了条状通信网的越区切换准则.分析了现有常用的3种越区切换控制方式,结合井下工作的要求和本系统的特点,确定并设计了越区切换的控制方式.图3,参9. 关键词:矿井;移动通信;越区切换概率;切换控制中图分类号:T D655.3 文献标识码:A 文章编号:1672-9102(2005)02-0069-03在为兖州煤业集团设计的矿井数字移动通信系统中,组网采用频率复用的小区制.每个小区的基站用1个载频,小区基站主要完成移动台与移动台之间以及移动台与有线用户之间的话音通道控制和接续,负责小区内话音接续控制以及完成越区移动台间通话信息的转发.小区半径为400m ,小区基站有3个话音信道,一个专用信令信道,多址采用TDMA [1].1 移动通信网发生越区切换的概率对图1所示的一般情况下的移动通信网,如果其小区半径为r,移动用户在小区内的任一点M 开始通话,通话过程中用户以速度T 行驶,完成整个通话过程用了时间t,假设M 点与基站的距离为x ,完成通话移动台行驶的距离为y ,发生越区切换的概率为P ,显然,y =T t .(1)如果x +y <r ,移动台不可能发生越区,因此P =0;(2)如果y >2r ,移动台无论在何处开始通话都会发生越区,即P =1;(3)如果x +y >r 且y <2r ,起始通话点M 的概率密度为:P (M)=1/P r 2.从M 点开始通话,前进方向落入2H 角范围的概率密度为P(x )=P(M )#P(y ), 其中:P(y )=2H /2P =H /P .根据余弦定理,有H =cos -1((r 2-x 2-y 2)/2xy ),P(x )=1/P 2r 2#cos -1((r 2-x 2-y 2)/2xy ). 最后得到移动台在一次通话过程中发生越区切换的概率表达式P =Qrr-y1/P 2r 2#cos -1[(r 2-x 2-y 2)/2xy ]d x.井下巷道绝大部分是线状的,在少量的巷道分叉和拐弯处,如果将基站布置在巷道的中央,可以将井下通信网看作是条状的(线状网),这样就将问题简化成小区中的移动用户只有两个移动方向,所以P (y )=1/2.下面分析将蜂窝通信网简化为线状时的越区切换概率.(1)如果y >2r,则P =1;(2)如果x +y <r ,则P =0;(3)如果x +y >r 且y <2r 时,M 点落入y 段的概率表达式为:P (M/y )=y/r ,又因为P(y )=1/2,所以,69对于简化了的条状网中移动用户在一次通话过程中发生越区切换的概率为:P =P(M/y)#P(y )=vt/2r .设行人的步速为6km/h,r =400m,当一次通话的时间为3min 和5m in 时,在此通话过程中发生越区切换的概率分别为0.375和0.625.可以看出,由于小区半径较小,本通信系统的越区切换是很频繁的.越区切换的处理关系到系统整个性能的好坏.2 越区切换准则的确定设在拐弯、分支和交叉巷道处小区中的移动台需检测周围两个以上基站的信号强度,这种情况下切换处理的过程较复杂,作者只讨论小区条状连接的情况,这种情况下移动台只检测左右两个相邻小区基站的信号强度.该系统是根据接收信号平均强度来作为越区切换判断准则的.在矿井中,电波的传播方式极为复杂,很难用现成公式做严格的推理和计算,另外瞬时衰落很严重[2,3],为避免频繁、无谓的切换,系统的越区切换采用具有滞后余量(B )和门限(T h )规定的相对信号强度准则.参照该系统射频模块的性能指标[4],规定最低门限为-80dBm ,滞后余量为-10dBm.也就是说,当移动台在原基站的信号强度低于-80dBm,并且新基站的信号强度比原基站的信号强度大10dBm,移动台从原基站切换到新基站,如图2所示,在门限为T h 时B 点发生越区切换.3 越区切换的控制方式分析现有各种蜂窝通信系统和具备切换功能的集群通信系统,可以得出,目前越区切换的控制方式主要有3种:(1)移动台控制的越区切换[5].在该方式下,移动台连续检测周围基站的信号强度.当满足越区切换准则后,移动台选择具有空闲话音信道的候选基站,并发送越区切换请求.本系统采用T DM A 方式,移动台能知道周围基站的信号强度但无法知道其周围基站的时隙占用情况,所以不能采用这种越区切换方式;(2)系统控制器控制的越区切换[6].如果采用这种越区切换方式,则移动台在任何时候都必须向当前基站发送周围基站的信号强度检测结果,以便系统控制器进行越区切换判断.但移动台在发射时的工作电流最大达500m A,接收时的工作电流30mA,电池的最大容量也就1500mAh,连续发送的工作时间才3h,而井下一个班次工作近10h,所以这种越区切换方式不适合于本系统;(3)移动台辅助的越区切换[7].从成本和体积方面考虑,矿井调度移动通信系统的基站不能像地面移动通信系统那样复杂[8],基站的处理器能力很有限,从基站往交换中心有线传输的带宽也是有限的[9].如果移动台随时把测量到的其周围所有基站的信号强度都报告给基站,基站再传给交换中心的话,则会导致基站和交换中心极为繁忙.另外,所有移动台必须用信令信道向当前基站报告它周围基站的信号强度检测结果,这样会导致轮询的周期很长,系统性能受到很大的影响.所以本系统也不能采用这种方式.根据以上的分析,必须设计适合于矿井调度移动通信系统的越区切换控制方式.本系统的越区切换控制方式如图3.移动台连续检测周围基站的信号强度.当满足越区切换准则时,由移动台向当前基站发起越区切换申请.该申请中包括了将要切换到的基站号.当前基站把该越区申请报告给系统控制器,系统控制器根据移动台的工作状态、基站话音信道的占用情况和该移动台的优先级别判断是否能越区切换.如果能,则将越区切换命令通知当前基站和将要切换到的基站,完成越区切换.如果不能,则不进行越区切换,移动台随机延时一段时间后再重发切换请求.4 结束语将蜂窝通信系统的结构应用于矿井中,考虑到井下的地质条件,在巷道分叉和拐弯处,如果将基站布置在巷道的中央,可将蜂窝网看作是条状的,移动台只在两个方向上移动,得出越区概率,并规划设计了越区切换控制方式.在试验室模拟了条状通信网的实验,将基站分设在不同的试验室,按所设计的切换准则及控制方式实现了越区切换,通信距离可达400m ,话音质量良好,达到了预期的效果.70参考文献:[1]孙继平,田子建.采用TRF6900在矿井900M Hz数字移动通信中实现T DM A[J].中国矿业,2003,12(5):48-50.S UN J-i ping,T IAN Z-i jian.Application of TRF6900in900M Hz U ndergr oun d T DM A Digital M obile C om munication[J].China Mine,2003,12(5):48-50.[2]YASU M OTO K,SH IGE M ATS U H.Analysis of Pr opagationCh aracteristics of Radio Waves in T unnels Using a Su rface Imped-ance App rox imation[J].Radio Science,1984,19(2):597-602. [3]ZH ANG Y P,H WANG Y.Characterization of U HF radio Propa-gation chan nels in tunn el environments for m icrocellular and per-sonal commu nication s[J].IEEE Trans on Vehicular Techno,1998, 47(1):283-296.[4]董文,孙继平.矿井移动手机的射频电路设计[J].中国煤炭.2003,(7):33-35.DONG W en,SU N J-i ping.RF Circuit Design for Un dergroun d M ob ile Commun ication Sys tem[J].China Coal,2003,(7):33-35.[5]丁哲,陈锡先,吕善培.数字微蜂窝通信系统切换关键技术[J].北京邮电大学学报,1998,21(1):83-87.DING Zhe,CHEN X-i xian,WU S han-pei.Handover Techonlogy in M icro-Cell M obile Communication System[J].Jou rn al of Beijing Un-i versity of Posts an d T elecommun ication,1998,21(1):83-87.[6]S ARNECKI J,VINODRAI C,JAVED A.M icrocell Design Princ-iples[J].IEEE Commu nication Magazine,1993,31(4):76-82. [7]S irin Tekinary,Bijian Jabbari,handover and channel assignm ent inm ob ile cellu w or ks[J].IEEE Communication Magazine, 1991,29(11):42-46.[8]杨维,孙继平.矿井移动通信系统通信协议及基站移动台的研究[J].煤炭学报,2000,25(5):530-533.YANG W ei,S UN J-i ping.T he study of the comm unication proto-col and th e m ob ile an d base station of mine m ob ile commu nication s ystem[J].Journal of C oal,2000,25(5):530-533.[9]杨维,孙继平.矿井调度移动通信系统有关问题的研究[J].太原理工大学学报,2001,32(2):176-181.YANG W ei,S UN J-i ping.T he Study of s om e related problems of the com munication s ystem of mine m anaging m ob ile[J].Journal of Taiyuan University of Technology,2001,32(2):176-181.Calculation of handover possibility at mine cell communicationsystem and scheme design for handover controlT IA N Z-i jian,SU N J-i ping,L IU Xiao-yang,L U Ge(Institute of Information,China U nivers ity of M in ing and Techn ology,Beijing100083,China)Abstract:An undergr ound cell comm unication system w as pr esented.T he cell system w as sim plified as strap netw ork,if base stations w ere placed at the center of forked and cur ved channel.At such strap netw o rk, possibility o f handover w as calculated,and the rule of handover w as determined.Popularly used methods of han-dover controlling w ere analyzed.A ccording to the character of the undergro und com munication sy stem,the w ay of handover contr olling w hich fits underg round w or k demand w as decided and desig ned.3fig s.,9refs.Key words:mine;m obile com munication;hando ver possibility;handov er co ntrolBiography:T IAN Z-i jian,male,bo rn in1964,Dr.,lecturer,co mmunication and mining super vision.71。