分布式无线电和蜂窝移动通信网络结构
计算机网络中的无线通信与蜂窝网络的应用介绍
计算机网络中的无线通信与蜂窝网络的应用介绍无线通信是指利用无线电波或红外线等无线电磁波来传递信息的技术，它已经深入到我们日常生活的方方面面。
而其中一种重要的无线通信技术就是蜂窝网络。
本文将对计算机网络中的无线通信和蜂窝网络的应用进行介绍。
无线通信是指通过无线电波或红外线等方式将信息传送到接收器中，实现人与人、设备与设备之间的无线通信。
它已经广泛应用于手机、无线电、电视、卫星通信等各个领域。
无线通信的基本原理是将待传输的数据编码成无线电波，通过调频或调幅等方式传输到接收器中再解码，使得信息能够在无线环境中传输。
蜂窝网络是一种无线通信的技术，它是一种将地区分割为许多小区域，每个小区域都有一个基站的网络结构。
它由信道、基站、交换机、传输系统和通信控制部分等组成。
蜂窝网络的名称来自于其每个小区的覆盖区域形如蜂巢。
蜂窝网络是一种分布式的无线通信系统，它具有以下几个特点：1. 大容量：蜂窝网络可以将大量的用户同时连接在一个基站上，使得网络的容量大大增加。
这种网络结构可以有效地提高整体的数据传输能力，满足用户对于高速、大容量的数据传输需求。
2. 高速率：蜂窝网络可以提供高速的数据传输速率，使得用户能够更快地获取所需的信息。
这使得蜂窝网络成为移动互联网时代不可或缺的一部分。
3. 安全性：蜂窝网络采用了多层加密技术，确保了通信内容的安全性。
同时，蜂窝网络还具备流量控制和用户身份鉴别的功能，有效地防止了网络攻击。
蜂窝网络在计算机网络中的应用十分广泛，以下是一些主要的应用领域：1. 移动通信：蜂窝网络是手机通信的基础，它使得手机用户能够在任何地方都能够进行语音通话、发送短信和接收互联网数据。
通过蜂窝网络，用户可以随时随地与他人进行沟通，方便快捷。
2. 物联网：蜂窝网络是物联网发展的重要推动力量之一。
通过蜂窝网络，各种设备和物品可以与互联网进行连接，实现智能控制和监控。
例如，智能家居、智能汽车和智能医疗设备等都可以通过蜂窝网络来实现远程监控和控制。
堇青石蜂窝陶瓷的研究
堇青石蜂窝陶瓷的研究一、堇青石蜂窝陶瓷的研究现状堇青石是一种具有优良机械性能和热稳定性的矿物，其蜂窝陶瓷在高温下具有优异的抗氧化性和抗蠕变性。
目前，堇青石蜂窝陶瓷的制备方法主要包括：溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、先驱体转化法等。
然而，这些方法在制备过程中存在一些问题，如制备成本高、周期长、难度大等，限制了堇青石蜂窝陶瓷的广泛应用。
此外，堇青石蜂窝陶瓷的性能研究主要集中在力学性能、热学性能、抗腐蚀性能等方面。
其应用研究涉及到汽车尾气处理、航空航天、高温过滤等领域。
然而，目前堇青石蜂窝陶瓷在应用过程中仍存在一些问题，如脆性大、抗热震性差等，需要进一步解决。
二、堇青石蜂窝陶瓷的研究方法本研究采用实验设计和数据收集相结合的方法，分别从微观结构和宏观性能两个方面对堇青石蜂窝陶瓷进行了分析。
首先，通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜对试样进行物相分析和形貌观察，了解堇青石蜂窝陶瓷的微观结构。
其次，采用万能试验机和热重分析仪对试样的力学性能和热稳定性进行测试，以评估堇青石蜂窝陶瓷的宏观性能。
三、堇青石蜂窝陶瓷的研究结果通过实验数据和图表分析，本研究发现堇青石蜂窝陶瓷具有以下特点：1、微观结构方面，堇青石蜂窝陶瓷具有相互连通的孔隙结构，孔径大小在微米级别，分布较为均匀。
这种结构有利于提高材料的透气性、降低热导率、增强抗高温蠕变性等方面的性能。
2、宏观性能方面，堇青石蜂窝陶瓷具有高强度、高韧性、耐高温、耐腐蚀等优异性能。
其力学性能和热稳定性主要受制备工艺、添加物、热处理温度等因素的影响。
四、讨论本研究通过对堇青石蜂窝陶瓷的制备方法、性能和应用方面的研究现状进行综述，发现当前研究主要集中在材料制备和性能研究方面，而在应用研究方面还有很大的发展空间。
具体来说，以下几个方面值得深入探讨：1、制备方法：如何降低堇青石蜂窝陶瓷的制备成本、缩短制备周期、提高制备效率是今后研究的重要方向。
此外，对于不同用途的堇青石蜂窝陶瓷，如何调整制备工艺以获得最佳性能也是一个值得研究的问题。
无线通信网络蜂窝结构体系和关键技术(上载版)
过高速总线或网络互联互通。
无线通信网络终端
终端概述
无线通信网络终端是指各种接入网络的设备，如手机、平板电脑、 笔记本电脑等。
终端分类
根据不同的应用场景和需求，终端可以分为多种类型，如智能手机、 平板电脑、智能家居终端等。
终端功能
终端的主要功能包括信号接收和发送、数据处理和显示、用户界面 操作等。
无线通信网络传输设备
传输设备概述
01
无线通信网络传输设备是指用于数据传输的设备和系
统，如光纤传输设备、微波传输设备等。
传输设备分类
02 根据不同的传输介质和方式，传输设备可以分为多种
类型，如光纤传输设备、无线微波传输设备等。
传输设备功能
03
传输设备的主要功能包括数据传输、信号处理、路由
交换等。
03
无线通信网络蜂窝结构 体系关键技术
03
工业自动化
蜂窝网络为工业自动化提供可靠 的数据传输和设备连接解决方案
。
02
物联网
蜂窝网络支持各种物联网设备接 入，如智能家居、智能交通等领
域的设备。
04
公共安全
蜂窝网络在公共安全领域用于应 急通信和指挥调度。无线通信网络蜂窝结构体系发展来自势5G及未来技术的发展
随着5G技术的不断演进，蜂窝网络将进一步提高传输速率、降低延迟 和提升可靠性。
数据完整性保护
对传输的数据进行完整性保护，确保数据在 传输过程中没有被篡改。
访问控制
对用户的访问权限进行控制，防止未经授权 的用户访问网络资源。
04
无线通信网络蜂窝结构 体系应用和发展趋势
无线通信网络蜂窝结构体系应用领域
01
移动通信
蜂窝网络是移动通信的基础，为 手机、平板电脑等移动终端提供
移动通信网络拓扑结构
移动通信网络拓扑结构移动通信网络拓扑结构1.简介1.1 研究背景1.2 目的和范围2.无线网络分类2.1 第一代移动通信网络2.2 第二代移动通信网络2.3 第三代移动通信网络2.4 第四代移动通信网络2.5 第五代移动通信网络3.移动通信网络拓扑结构3.1 单网模式3.1.1 集中式拓扑结构3.1.2 分布式拓扑结构3.2 同构多网模式3.3 异构多网模式3.4 网间互联模式4.核心网络结构4.1 移动核心网4.1.1 移动交换中心4.1.2 移动数据中心4.2 互联网云4.3 其他关键设备5.无线接入网络结构5.1 蜂窝网络5.1.1 宏蜂窝网络5.1.2 微蜂窝网络5.1.3 基站子系统5.2 Wi.Fi网络5.2.1 基本结构5.2.2 接入点5.3 其他无线接入网络技术6.网络边缘结构6.1 用户终端设备6.2 设备间通信协议6.3 移动应用与服务接口7.网络管理与安全7.1 网络配置管理7.2 运行和维护管理7.3 安全管理8.未来发展趋势8.1 与网络结合8.2 5G和物联网的融合 8.3 新兴技术的应用附件：1.示例网络拓扑图2.识别网络拓扑结构的方法法律名词及注释：1.移动交换中心：移动通信系统中负责交换和转发通信信息的设备。
2.移动数据中心：移动通信系统中负责存储和管理用户数据的设备。
3.互联网云：将多台服务器连接起来形成的虚拟网络，提供存储和计算资源的集合。
4.基站子系统：包括基站控制器和基站设备，负责接收和发送无线信号，提供用户接入和通信服务。
5.Wi.Fi网络：通过无线电波进行本地区域网络通信的技术。
6.用户终端设备：移动通信网络用户使用的方式、平板电脑等个人设备。
7.设备间通信协议：不同设备之间进行通信时使用的协议，例如TCP/IP协议。
8.移动应用与服务接口：用户通过终端设备访问移动应用和服务时使用的接口。
无线通信中的移动网络和蜂窝网络架构
无线通信中的移动网络和蜂窝网络架构无线通信是指通过无线电波或红外线等无线信号传递信息的通信方式。
在现代社会中，无线通信已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
其中，移动网络和蜂窝网络是最为常见的两种无线通信网络架构。
本文将详细介绍移动网络和蜂窝网络的定义、工作原理以及各自的优缺点，并共分以下几个方面进行阐述。
一、移动网络的定义和工作原理1. 移动网络是指通过无线电信号实现通信的网络，可以实现人与人、人与物之间的远程通信。
2. 移动网络基于无线电技术，将数据传输通过无线电信号进行，通过无线传感器、无线终端等设备实现信息的发送和接收。
3. 移动网络由移动通信基站、传输网络和核心网三个部分构成。
4. 移动网络的工作原理是将数据划分为小的数据包，然后通过无线网络传输给接收方，并在接收方将这些数据包重组成完整的信息。
二、蜂窝网络的定义和工作原理1. 蜂窝网络是移动网络的一种，是借用了蜂窝式建筑物的概念来构建网络架构。
2. 蜂窝网络将地理区域划分为多个相互独立的小区域，每个小区域由一个蜂窝基站负责提供信号覆盖。
3. 蜂窝网络通过不同频段的信号避免产生干扰，并将用户数据传输到核心网中的目标用户。
4. 蜂窝网络的工作原理是将接入用户的数据传输到蜂窝基站，然后再由蜂窝基站转发到核心网，最终到达目标用户。
三、移动网络和蜂窝网络的优缺点1. 移动网络的优点：a. 覆盖范围广：移动网络可以实现全球范围内的移动通信，让人们在任何时候、任何地点都能保持联系。
b. 便利性高：移动网络不需要布线，无需固定设备，可以随时随地连接，极大地方便了人们的生活。
c. 可扩展性强：移动网络可以根据需求进行扩展，适用于大范围的用户，能够满足日益增长的通信需求。
2. 移动网络的缺点：a. 受信号干扰：由于信号传播存在一定的干扰，造成了信号质量的下降，影响了通信质量。
b. 安全隐患：移动网络通信过程中面临更多的数据泄露和黑客攻击的风险，需要加强安全保护。
分布式无线电和蜂窝移动通信网络结构_尤肖虎
分布式无线电和蜂窝移动通信网络结构尤肖虎,赵新胜(东南大学移动通信国家重点实验室,江苏南京210096)摘要:研究了分布式无线电在蜂窝移动通信网络中的应用,在分析蜂窝移动通信系统和相关技术发展趋势的基础上,针对未来蜂窝移动通信系统将使用多入多出天线(MIMO)、多载波传输技术、光纤无线电技术、移动IP协议和2GHz 以上的工作频点进行网络构架等需求,探讨一种新型的广义小区式蜂窝移动通信网络结构、无线资源管理模型和切换算法.关键词:分布式无线电;蜂窝移动通信系统;广义蜂窝小区结构;无线资源管理模型;切换算法中图分类号: TN929. 5文献标识码:文章编号:0372-2112(2004)12A-016-06Abstract:Distributed radio and its application in cellularmobile communications system are investigated.Based on the analysis of evolution trends of mobile communications system and related key technologies,a novel generalized cell structure,radio resource management model and handover algorithmforfuture mobile communications system are proposed tomeetthe requirementof newtech-nology applications like MIMO,multi-carrier,radio over fiber,mobile IP and higherworking frequency.Key words:distributed radio;cellular mobile communications system;generalized cell structure;radio resource managementmodel;handover algorithm1 引言随着无线通信系统不断发展,无线频谱资源短缺与通信业务量增长之间的矛盾愈显突出,通过对无线网络合理构架提高无线频谱资源利用率和系统功率效率和对频率、时间和空间等多维无线资源充分复用方法,使无线通信系统的系统容量、频谱效率和无线宽带业务承载能力有数十倍提高已成为各无线通信系统技术标准研究发展的主要方向[1].移动通信系统为了满足无线信号全范围覆盖和有效利用无线频谱资源的网络设计需求,通常可采用六边形等效全向天线无线信号传播特征并组成蜂窝小区形式无线网络结构[2],蜂窝式网络结构可降低无线信号发送功率和进行频率复用,较大程度上方便了无线网络优化设计和无线资源充分复用.由于无线通信业务量增长和各种新业务的涌现,旨在优化设计无线系统和网络体系结构的改进方法在系统的演进过程中应运而生,并在各种无线通信系统技术标准中得到应用.其中,分布式无线电是在蜂窝移动通信网络发展中为适应无线网络容量提高、覆盖范围扩大和多种无线业务增长等需求而形成的一种分布式无线网络系统.分布式无线电是指通过光纤无线电等宽带传输技术[3～ 5]将移动通信网的基站(BTS)和远程天线单元(RAU)分开,基站的无线信号和基带信号在不同的地理位置上处理使基站和天线由传统的集中放置的方法改变为分开放置,基站的无线覆盖小区可由多个分散放置的天线组成.在无线网络进行规划设计时,基站天线的布置可以根据无线信号覆盖和用户容量需求灵活地放置和延伸,以便于通过无线信号覆盖范围的规划、频率空间等无线资源的合理复用和不同位置多个天线的信号发送有效地抗击无线信号衰落等优化设计方法提高移动通信网的系统容量和服务质量(QoS).本文首先介绍了蜂窝移动通信系统网络结构的发展和分布式无线电在移动通信网中的应用,对蜂窝移动通信系统和相关技术的发展趋势进行了系统地分析研究,最后探讨一种能够适应各种无线通信技术发展的广义小区式蜂窝移动通信系统及其无线资源管理模型和切换算法.2 蜂窝移动通信网络结构蜂窝移动通信网络优化设计准则是提高系统容量、扩大无线覆盖范围、提供较好的业务传输质量保障、适应各种新业务发展、减少每个用户业务传输的网络代价和网络规划时要考虑网络系统演进或设备更新的适用性[6].在移动通信系统收稿日期: 2004-08-01;修回日期: 2004-11-20基金项目:国家自然科学基金(No.60496311);863计划项目(No.2003AA123310) 第12A期2004年12月电子学报ACTA ELECTRONICASINICAVol.32 No.12ADec. 2004 的发展过程中,为提高系统容量和业务承载能力,不仅在系统中使用复杂的多址接入方式(FDMA、TDMA、CDMA、OFDMA)、功能强大的协议和有效的信源信道编码等技术,而且不断地探讨无线网络覆盖的小区结构以及随之产生的小区间的频率复用、抗干扰技术和切换等技术[7].移动通信网络的小区(Cell)结构是针对无线系统在实际应用情况下无线射频信号传播特性进行合适的等效,并由多个等效小区组成区群(CellGroup)的方式组合形成全范围信号覆盖的无线网络结构.通过多小区形式的无线网络结构,稀缺的无线频谱资源能够得到复用,从而提高无线通信网络的容量.传统的蜂窝移动通信网络通常采用宏蜂窝(Macro-Cell)小区面向1km- 25km范围内快速移动和大范围内信号传输为移动业务传输提供基本保障、微蜂窝小区(Micro-Cell)面向30m～ 500m范围内话务量较大的地区和较低移动速度的业务和微微蜂窝(Pico-Cell)小区用于面向10m～ 30m范围内移动业务和局部业务热点业务传输的三层蜂窝网络构架方法扩大无线信号无缝覆盖范围和提高系统容量.无线网络拓扑结构的改进方法主要面向两个方面,一是为适应地理环境而采用非六边形小区结构,如宽广的区域采用大蜂窝结构、城市街区使用曼哈顿结构(Manhattan)、高速公路上使用列队结构(Row)和适应广场传播要求的四边形(Quadrangle)等网络拓扑结构.二是通过改变蜂窝结构的方法扩展网络容量,如将小区分裂成更小的小区以提高小区信道数量的小区分裂(Cell Splitting)、使用定向天线限定覆盖小区一部分以减小信号干扰比的划分扇区(Sectoring)等方法.为解决小区分裂导致各小区容量减小问题可使用宏小区与微小区共存的重叠小区结构(Overlaid Cell)[8],为克服多个扇区增加了越区切换次数等缺点,采用将基站的定向天线设置在小区的顶点上形成的Lee微小区概念(Lee' s Micro-Cell)[9],也可以采用智能天线技术将多组独立天线组成天线阵列进行动态地调整波束方向、使每个用户都获得最大的主瓣并减小了旁瓣干扰的方法形成系统智能小区构架(Intelligent Cell)[10].由于分布式无线电可将不同位置的基站天线接收和发送的信号集中到同一处进行基带处理,各种非传统的无线网络结构也随之出现,如根据地理位置和用户移动情况将几个天线各自的微区域(Micro-zone)组成一个移动安全区域(Movable Safety Zone),系统统一调配无线资源以减少邻道干扰和用户移动过程中的切换次数[11],采用定向天线技术,在城市街区道路交叉点处使用四扇区交叉形状(Four-Sector Cross-Shaped) 的天线排列形式,同时使用波束形成技术面向移动终端,在较大程度上减少了系统干扰,使系统容量成几倍增长[12].针对分组数据业务的传输特点,移动终端可使用整个资源带宽的虚拟小区(Virtual Cell)网络结构使系统具有业务传输吞吐量提高能力和更加平滑的系统切换[13],在小区中将独立的天线改变为分布式天线结构的无线网络系统[14],采用分布式天线、分布式基带处理器、分布式控制的分布式无线通信系统(DWCS)概念[15]和针对移动通信中基站位置相对集中、多个天线组成一组特点的无线资源管理系统[16]等方案.各种无线网络拓扑结构和相关技术的改进方法都在不同程度上提高了移动通信网的系统容量.3 蜂窝移动通信系统和相关技术的发展趋势在蜂窝移动通信系统的研究、设计和网络规划发展历程中,无线小区结构、系统无线资源管理调配策略、空中接口的信号传输、网络互联互通等相关技术是随着无线基带处理技术、射频和天线技术、网络传输技术和传输协议等各方面的进步以及移动通信系统的宽带传输和系统覆盖的需求而不断地演进和发展.其中,分布式无线电在移动通信系统中应用使系统的研究和发展更加具有活力,原本较为复杂或不易实现的相关技术得到了新的认识,新技术可以得到合理的应用,使未来移动通信系统的发展具有更大的前景.无线通信系统的蜂窝小区结构在移动通信系统中已得到广泛应用,提高系统无线频谱资源利用率和系统功率效率的小区构架方案和增加系统容量的各种技术层出不穷,主要使用的方法有蜂窝内改进、系统层次模型有所变化的整体改进和摒弃了传统的微小区结构的非蜂窝结构等.同时,在各种小区结构的系统中采用适当的无线资源管理策略可以提高系统容量.无线资源管理使用功率和速率控制、信道分配、调度、准入控制、切换控制、无线链路自适应、端到端的QoS等调配和管理算法,针对移动通信系统的多维无线资源使用进行优化设计.各种无线资源管理算法通常采用运算复杂度较低的静态方法或复杂度较高的动态方法实现无线资源的管理和调配,提高了系统性能[20,21].切换技术(Handover)是通过改变时隙、频道、码道或其他无线资源的方法保持移动用户不中断通信,可分为基于网络控制(NCHO)、基于移动终端辅助(MAHO)和基于移动终端控制(MCHO)[27,28]的硬切换和软切换的方法,切换算法对蜂窝移动通信系统容量的提高、业务传输质量保障(QoS)和基站移动终端的复杂度有较大的影响[29～ 31].空中接口传输技术主要采用传统的多址接入方式提高无线链路传输吞吐量,同时还在进一步挖掘空间无线资源.多入多出(MIMO)天线技术能在不增加带宽情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率[22,23].理论和实践研究结果表明,MIMO系统可将多径作为有利因素加以利用,系统的频谱效率随天线个数线性增长.MIMO系统的空时处理技术是在空间域和时间域联合处理接收信号,利用信号的空间特征分开用户信号、多址干扰(MAI)以及多径干扰信号,因此具有空间信号处理技术和时间信号处理技术的共同优势.另一方面,分集技术可采用时间分集、频率分集、空间分集、极化分集、角度分集和多用户分集等发送接收分集方法改善无线信道的多径衰落、多址干扰和符号间干扰(ISI),在移动通信系统中得到较好的应用[32～ 34].网络传输技术主要针对核心网的电路交换域和分组交换域的业务和接入网的信号传输进行容量规划设计.光纤无线电(RoF)等宽带传输技术为分布式无线系统的构架提供了便捷方法.分布式无线电能够使系统的基站天线根据实际地理位置和系统覆盖需求进行快速和灵活安置,不仅降低了射频信号发送功率带来系统性价比的提高,而且可以采用多个天线组成基站系统充分利用空间资源、进一步合理地进行系统网络规划.17第12A期尤肖虎:分布式无线电和蜂窝移动通信网络结构未来宽带移动通信系统的发展趋势是无线接入网的空中接口数据传输能力达到高速移动环境下100Mbps和低速移动环境下1Gbps的传输速率[35].为了实现此目标,移动通信系统的工作频点将在2GHz以上,无线系统物理层考虑使用能够线性增加系统容量的多入多出天线(MIMO)和并行方式传送信号以减少干扰的多载波传输等技术,系统组网可采用使天线安置具有较大灵活性的分布式无线电技术,业务传输承载协议将是能够平滑多网互联的IP协议.在使用较高的工作频段缓解频谱资源的稀缺并引入各种新型的宽带传输技术突破空中接口和地面传输速率的瓶颈等方法进行无线系统组网的同时,将出现由于工作频点变化和宽带传输技术应用带来的如下三个方面问题,一是较高的系统工作频率将导致无线信号在空间传输中快速衰落,表1给出了三个不同的工作频点在自由空间衰落[36]和城市街区衰落模型下[37]链路预算结果.由表1可知,在保持同样覆盖范围的条件下5GHz工作频点基站所需发送功率比800MHz工作频点基站发送功率要大16dB左右,若采用传统的三层蜂窝结构进行5GHz工作频点无线网络覆盖将导致很低的系统功率效率和较大的系统干扰.二是降低基站天线发送功率将形成传统的小区分裂,系统中多小区间的切换次数增多使系统信令开销加大和系统容量降低.三是多入多出天线技术和多载波传输技术在移动通信网中使用给出了一个较有前途的应用场景.针对上述问题,未来移动通信网的网络结构设计需要考虑提高系统功率效率的天线系统组网方式、降低系统干扰的无线资源调配方法、减少系统信令开销的切换算法和各种宽带传输技术的合理应用等.表14 广义小区式蜂窝移动通信网由于分布式无线电具有天线发送功率小、无线网络结构灵活、基带信号可集中处理等特点,能够适应未来移动通信系统以较小的发送功率传送无线信号的网络构架需求.同时,分布式无线网络结构使各天线与移动终端之间距离尽量短,将在较大程度上提高系统的功率效率和减少系统干扰.因此,可进一步探讨分布式无线网络的小区结构、无线资源管理模型和切换方法,使移动通信系统能够提高系统功率效率、充分利用无线资源、减小系统干扰和提高系统容量.4.1 小区定义在移动通信系统的无线网络结构设计时,可将采用分布式无线电技术的移动通信系统无线接入网分为三个层面即远程天线单元(RAU)的覆盖范围、基站收发器(BTS)无线覆盖范围和移动通信网无线覆盖范围如图1所示.对上述无线接入网三个层面可作如下定义:射频小区(RF-Cell):无线接入单元(RAU)的无线信号覆盖范围,通常一个射频小区无线信号覆盖在几十至几百米范围内.可以根据实际应用环境的覆盖需求和用户业务量大小规划射频小区天线的位置和数量并组成分布式无线系统.广义小区(GN- Cell):由连接在同一个基站收发器(BTS)的一组射频小区构成无线信号的覆盖范围.广义小区中分布的天线数量和广义小区覆盖范围的大小是可以随实际应用场景变化.两个广义小区的组合形成广义小区式移动通信系统的网络结构如图2所示.在广义小区式移动通信系统中,可在各个层面上采用无线资源分配方法、小区切换方法和空时处理技术,以便更好地进行网络规划、减少系统干扰和提高系统容量.4.2 无线资源分配模型和切换过程为了保障广义小区式移动通信系统在保持系统无线资源复用能力和较高的系统容量等各种优势的条件下,进一步开发利用广义小区中多天线的无线空间资源.在广义小区式蜂窝移动通信系统中采用两级无线资源分配模型,如图3所示.第一级无线资源分配:在基站控制器(BSC)中完成,负责整个系统中的频率、时隙、码道等资源在系统中的统一调配和复用,通过动态或静态的切换控制、呼叫允入、调度、功率控制和链路自适应等算法,针对系统的业务呼叫阻塞率、广义小区间切换阻塞率、各用户业务的传输吞吐量和时延、系统功率效率以及减少系统干扰等目标进行合理的规划设计.第二级无线资源分配:在基站收发器(BTS)中完成,根据BSC的无线资源分配结果给各个射频小区分配资源,负责广义小区中无线资源和空间资源的调配.广义小区内的无线资源分配可采用两种不同的方法,一是在广义小区内采用频率、时隙、码道复用的方法,如此能够提高系统容量但网络规划和信令系统较为复杂.二是广义小区内频率、时隙、码道不复用方法,多个移动终端可通过对频率、时隙、码道等资源的信道分配方法在广义小区中共享一个或多个射频小区,可使系统的网络规划和设计简单但系统容量较低.在广义小区式移动通信系统的两级无线资源分配模型中,系统中的移动终端的切换过程可采用两层不同的切换方法.第一层是在广义小区之间根据移动终端接收的功率强度等参数采用频率、时隙、码道和天线等无线资源统一调整的方法完成传统的小区间切换,第二层是移动终端在广义小区内部时,由于移动终端可以采用空时处理方法同时与几个射频小区天线通信,BTS检测各天线接收到移动终端的信号的平均能量选择与移动终端通信的几个射频小区天线,通过BTS中广义小区天线资源占用表的更新方法对天线空间资源的调整完成物理层快速切换(L1层切换)过程,移动终端与系统网络之间无需信令交换可完成空间资源间的切换,广义小区内部物理层快速切换过程和广义小区之间切换过程如图4所示.4.3 系统干扰与性能分析在广义小区式蜂窝移动通信系统中移动终端主要受到三种系统内部干扰信号影响,一是广义小区内其他相邻移动终端的多址信号干扰(Iat),二是广义小区内未与该移动终端处于通信工作状态的邻近天线干扰(Iaa),三是来自其他邻近广义小区的干扰(Iagnc).广义小区中用户j的比特能量干扰比为:其中pg是收发处理增益,Pj是接收到用户j的功率,Pi是接收到广义小区中其他用户的多址干扰信号功率,N是噪声功率,M为广义小区中最大用户数.假设系统采用理想功率控制,系统的判决门限为(Eb I0)th,则其他用户的Pi相等,广义小区中最大用户数为:由式(2)可以看出,小区用户容量受到系统内部各种干扰信号的影响.在广义小区式移动通信系统中,传统小区的集中式天线系统被多个射频小区组成的分布式无线系统所替代,传统小区中基站天线的总发送功率随着基站与移动终端距离增加快速增加的需求被分解成为多个短距离覆盖范围的射频小区发送功率的线性相加.通过合理地设定广义小区中射频小区的个数和各射频小区的发送功率,系统将具有较好的功率效率和较小的无线干扰信号强度.同时,在系统中采用的两级无线资源分配模型和两层切换算法使广义小区式移动通信系统能够在充分使用传统提高系统容量方法(如扇区划分、频率复用、小区呼吸等)的基础上增加了空间无线资源的利用率.另一方面,广义小区中分布式无线网络覆盖的系统结构可形成19第12A 期尤肖虎:分布式无线电和蜂窝移动通信网络结构分布式多天线(Distributed MIMO)系统,采用多个射频小区天线的复用分集方法[32]或多天线间的机会通信的方法[33]将使广义小区容量随着多天线的合理应用而线性增加.广义小区式蜂窝移动通信系统与传统蜂窝移动通信系统的功率效率和系统容量比较如表2所示.5 结束语随着移动通信系统使用更高的工作频点,功率受限的分布式无线电将在系统的发展过程中得到不断完善和广泛应用,在分布式无线网络构架下的各种无线资源(尤其是空间无线资源)的开发利用将成为减少系统干扰和提高系统容量的合理途径,进一步探讨移动通信系统的系统网络结构、空中接口的宽带传输技术、无线资源调配机制等各种技术将能有效地缓解无线频谱资源短缺与通信业务量增长之间的矛盾.参考文献:[ 1] F Adachi.Challenges for Broadband Mobile 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移动通信网络拓扑结构
移动通信网络拓扑结构移动通信网络拓扑结构移动通信网络是一种提供无线通信服务的网络，主要用于移动方式、无线数据传输和互联网接入等。
它由一系列的基站和相应的控制设备组成，以便在用户之间进行通信和数据传输。
基站基站是移动通信网络的核心组成部分之一。
它负责接收和发送数据、控制移动方式的呼叫和文字消息，并确保用户可以在移动通信网络中进行通信。
基站通常由一个或多个天线和相应的设备组成，可以覆盖特定区域内的移动用户。
蜂窝网络移动通信网络通常使用蜂窝网络的拓扑结构。
蜂窝网络将整个服务区域划分为多个小区，每个小区都由一个或多个基站覆盖。
每个小区有一个唯一的标识符，以便在移动通信网络中进行定位和识别。
网络控制中心网络控制中心是移动通信网络的中央管理和控制部分。
它负责管理所有基站的运行和维护，处理用户的呼叫和数据请求，并确保整个移动通信网络的顺畅运行。
网络控制中心通常包括呼叫控制、位置注册、鉴权和计费等功能。
国际网关国际网关是移动通信网络与其他国家或地区的通信网络之间的连接点。
它负责处理跨国或跨地区的移动通信流量，并确保通信的顺畅和安全。
国际网关通常由国际运营商或通信服务提供商维护和管理。
感知网络感知网络是移动通信网络的新兴概念，旨在利用物联网和大数据技术来实现智能化的通信和服务。
感知网络可以通过感知用户的位置、环境和行为等信息，为用户提供更加个性化和智能化的通信服务。
移动通信网络的拓扑结构包括基站、蜂窝网络、网络控制中心、国际网关和感知网络等组成部分。
它们共同协作，实现移动通信网络的运行和服务。
随着技术的不断发展，移动通信网络将进一步提升用户体验和服务质量。
蜂窝无线通信系统概述课件
语音通信
语音通话
蜂窝无线通信系统最基本的应用场景是语音通话，用户可以通过手机等终端设备进行语 音通话，实现远距离的实时交流。
集群通信
在某些特定场景下，如公安、消防等部门，需要实现多人之间的语音通信，蜂窝无线通 信系统可以提供集群通信功能，满足此类需求。
数据传
移动互联网接入
蜂窝无线通信系统提供了移动互 联网接入功能，用户可以通过手 机等终端设备访问互联网，获取 各类信息和服务。
可靠性高
蜂窝无线通信系统采用冗余设计 、故障切换等技术，确保通信的 可靠性和稳定性。
灵活性高
蜂窝无线通信系统支持移动设备 ，用户可以在任何时间、任何地 点接入网络，实现无缝通信。
容量大
蜂窝无线通信系统通过频分复用 、时分复用等技术实现大容量通 信，满足大量用户同时在线的需 求。
面临的挑战
信号干扰
网络安全
归属位置寄存器（HLR）
存储和管理移动用户的信息，包括身份认证 和访问控制。
移动交换中心（MSC）
负责处理和管理移动用户的呼叫请求和路由 信息。
传输网络
提供数据传输的通道，包括光纤、卫星和微 波传输等。
Part
02
蜂窝无线通信系统的技术原理
无线电波传播
无线电波传播特性
无线电波在传播过程中受到多种因素 的影响，如大气条件、地形地貌、建 筑物等，这些因素会影响无线电波的 传播路径和信号强度。
无线电波传播模式
无线电波频率
无线电波的频率决定了其传播特性和 覆盖范围，蜂窝无线通信系统通常使 用低频和高频频段，以满足不同的通 信需求。
无线电波的传播模式包括反射、折射 、散射和吸收等，这些模式会影响无 线电波的传播方向和能量分布。
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Distributed Radio and Cellular Mo bile Co mmunicatio ns Network Architecture
第 2004
12A 期 年 12 月
电 子 学 报 ACTA ELECTRONICA SINICA
Vol . 32 Dec .
No. 12A 2004
分布式无线电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ蜂窝移动通信网络结构
尤肖虎 ,赵新胜
(东南大学移动通信国家重点实验室 ,江苏南京 210096)
摘 要 : 研究了分布式无线电在蜂窝移动通信网络中的应用 ,在分析蜂窝移动通信系统和相关技术发展趋势的 基础上 ,针对未来蜂窝移动通信系统将使用多入多出天线 (MIMO) 、多载波传输技术 、光纤无线电技术 、移动 IP 协议和 2GHz 以上的工作频点进行网络构架等需求 ,探讨一种新型的广义小区式蜂窝移动通信网络结构 、无线资源管理模型 和切换算法.
1 引言
随着无线通信系统不断发展 ,无线频谱资源短缺与通信 业务量增长之间的矛盾愈显突出 ,通过对无线网络合理构架 提高无线频谱资源利用率和系统功率效率和对频率 、时间和 空间等多维无线资源充分复用方法 ,使无线通信系统的系统 容量 、频谱效率和无线宽带业务承载能力有数十倍提高已成 为各无线通信系统技术标准研究发展的主要方向 [1] . 移动通 信系统为了满足无线信号全范围覆盖和有效利用无线频谱资 源的网络设计需求 ,通常可采用六边形等效全向天线无线信 号传播特征并组成蜂窝小区形式无线网络结构 [2] ,蜂窝式网 络结构可降低无线信号发送功率和进行频率复用 ,较大程度 上方便了无线网络优化设计和无线资源充分复用. 由于无线 通信业务量增长和各种新业务的涌现 ,旨在优化设计无线系 统和网络体系结构的改进方法在系统的演进过程中应运而 生 ,并在各种无线通信系统技术标准中得到应用. 其中 ,分布 式无线电是在蜂窝移动通信网络发展中为适应无线网络容量 提高 、覆盖范围扩大和多种无线业务增长等需求而形成的一 种分布式无线网络系统.
无线网络拓扑结构的改进方法主要面向两个方面 ,一是 为适应地理环境而采用非六边形小区结构 ,如宽广的区域采 用大蜂窝结构 、城市街区使用曼哈顿结构 (Manhattan) 、高速公 路上使 用 列 队 结 构 ( Row) 和 适 应 广 场 传 播 要 求 的 四 边 形 (Quadrangle) 等网络拓扑结构. 二是通过改变蜂窝结构的方法 扩展网络容量 ,如将小区分裂成更小的小区以提高小区信道 数量的小区分裂 (Cell Splitting) 、使用定向天线限定覆盖小区 一部分以减小信号干扰比的划分扇区 ( Sectoring) 等方法. 为 解决小区分裂导致各小区容量减小问题可使用宏小区与微小 区共存的重叠小区结构 (Overlaid Cell) [8] ,为克服多个扇区增 加了越区切换次数等缺点 ,采用将基站的定向天线设置在小 区的顶点上形成的 Lee 微小区概念 (Lee’s Micro2Cell) [9] ,也可 以采用智能天线技术将多组独立天线组成天线阵列进行动态 地调整波束方向 、使每个用户都获得最大的主瓣并减小了旁 瓣干扰的方法形成系统智能小区构架 ( Intelligent Cell) [10] .
由于分布式无线电可将不同位置的基站天线接收和发送 的信号集中到同一处进行基带处理 ,各种非传统的无线网络 结构也随之出现 ,如根据地理位置和用户移动情况将几个天 线各自的微区域 (Micro2zone) 组成一个移动安全区域 (Movable Safety Zone) ,系统统一调配无线资源以减少邻道干扰和用户 移动过程中的切换次数[11] ,采用定向天线技术 ,在城市街区 道路交叉点处使用四扇区交叉形状 ( Four2Sector Cross2Shaped) 的天线排列形式 ,同时使用波束形成技术面向移动终端 ,在较 大程度上减少了系统干扰 ,使系统容量成几倍增长 [12] . 针对 分组数据业务的传输特点 ,移动终端可使用整个资源带宽的 虚拟小区 (Virtual Cell) 网络结构使系统具有业务传输吞吐量 提高能力和更加平滑的系统切换 [13] ,在小区中将独立的天线 改变为分布式天线结构的无线网络系统[14] ,采用分布式天 线 、分布式基带处理器 、分布式控制的分布式无线通信系统 (DWCS) 概念[15] 和针对移动通信中基站位置相对集中 、多个 天线组成一组特点的无线资源管理系统 [16] 等方案. 各种无线 网络拓扑结构和相关技术的改进方法都在不同程度上提高了
本文首先介绍了蜂窝移动通信系统网络结构的发展和分 布式无线电在移动通信网中的应用 ,对蜂窝移动通信系统和 相关技术的发展趋势进行了系统地分析研究 ,最后探讨一种 能够适应各种无线通信技术发展的广义小区式蜂窝移动通信 系统及其无线资源管理模型和切换算法.
2 蜂窝移动通信网络结构
蜂窝移动通信网络优化设计准则是提高系统容量 、扩大 无线覆盖范围 、提供较好的业务传输质量保障 、适应各种新业 务发展 、减少每个用户业务传输的网络代价和网络规划时要 考虑网络系统演进或设备更新的适用性 [6] . 在移动通信系统
无线通信系统的蜂窝小区结构在移动通信系统中已得到 广泛应用 ,提高系统无线频谱资源利用率和系统功率效率的 小区构架方案和增加系统容量的各种技术层出不穷 ,主要使 用的方法有蜂窝内改进 、系统层次模型有所变化的整体改进 和摒弃了传统的微小区结构的非蜂窝结构等. 同时 ,在各种小 区结构的系统中采用适当的无线资源管理策略可以提高系统 容量. 无线资源管理使用功率和速率控制 、信道分配 、调度 、准 入控制 、切换控制 、无线链路自适应 、端到端的 QoS 等调配和 管理算法 ,针对移动通信系统的多维无线资源使用进行优化 设计. 各种无线资源管理算法通常采用运算复杂度较低的静 态方法或复杂度较高的动态方法实现无线资源的管理和调 配 ,提高了系统性能[20 ,21] . 切换技术 ( Handover) 是通过改变时 隙 、频道 、码道或其他无线资源的方法保持移动用户不中断通 信 ,可分为基于网络控制 (NCHO) 、基于移动终端辅助 (MAHO) 和基于移动终端控制 (MCHO) [27 ,28] 的硬切换和软切换的方 法 ,切换算法对蜂窝移动通信系统容量的提高 、业务传输质量 保障 (QoS) 和基站Π移动终端的复杂度有较大的影响 [29～31] .
Key words : distributed radio ; cellular mobile communications system ; generalized cell structure ; radio resource management model ;handover algorithm
分布式无线电是指通过光纤无线电等宽带传输技术 [3～5]
将移动通信网的基站 (BTS) 和远程天线单元 ( RAU) 分开 ,基站 的无线信号和基带信号在不同的地理位置上处理使基站和天 线由传统的集中放置的方法改变为分开放置 ,基站的无线覆 盖小区可由多个分散放置的天线组成. 在无线网络进行规划 设计时 ,基站天线的布置可以根据无线信号覆盖和用户容量 需求灵活地放置和延伸 ,以便于通过无线信号覆盖范围的规 划 、频率Π空间等无线资源的合理复用和不同位置多个天线的 信号发送有效地抗击无线信号衰落等优化设计方法提高移动 通信网的系统容量和服务质量 (QoS) .
收稿日期 : 2004208201 ; 修回日期 : 2004211220 基金项目 :国家自然科学基金 (No. 60496311) ;863 计划项目 (No. 2003AA123310)
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
YOU Xiao2hu ,ZHAO Xin2sheng
( National Mobile Communications Research Laboratory , Southeast University , Nanjing , Jiangsu 210096 , China)
Abstract : Distributed radio and its application in cellular mobile communications system are investigated. Based on the analysis of evolution trends of mobile communications system and related key technologies ,a novel generalized cell structure ,radio resource management model and handover algorithm for future mobile communications system are proposed to meet the requirement of new tech2 nology applications like MIMO ,multi2carrier ,radio over fiber ,mobile IP and higher working frequency.
移动通信网的系统容量.
3 蜂窝移动通信系统和相关技术的发展趋势
在蜂窝移动通信系统的研究 、设计和网络规划发展历程 中 ,无线小区结构 、系统无线资源管理调配策略 、空中接口的 信号传输 、网络互联互通等相关技术是随着无线基带处理技 术 、射频和天线技术 、网络传输技术和传输协议等各方面的进 步以及移动通信系统的宽带传输和系统覆盖的需求而不断地 演进和发展. 其中 ,分布式无线电在移动通信系统中应用使系 统的研究和发展更加具有活力 ,原本较为复杂或不易实现的 相关技术得到了新的认识 ,新技术可以得到合理的应用 ,使未 来移动通信系统的发展具有更大的前景.