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        常見的LoRa網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在星狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中提到了多個(gè)問題點(diǎn)，這些問題點(diǎn)在傳統(tǒng)的單一拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中很難解決，而LoRaWAN技術(shù)可以解決這些問題。我們首先通過學(xué)習(xí)運(yùn)營商蜂窩網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)，了解蜂窩網(wǎng)是如何解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)問題的，再學(xué)習(xí)LoRaWAN的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過對(duì)比可以更深刻地了解LoRaWAN的網(wǎng)絡(luò) 優(yōu)勢(shì)。本章對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)部分的講解循序漸進(jìn)，從簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溟_始，到實(shí)際應(yīng)用的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)，再到復(fù)雜的運(yùn)營商蜂窩網(wǎng)絡(luò)，最后到本章要講解的核心LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)。LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)出現(xiàn)最晚，吸取了前面 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)并引入大量物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新。

一、蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)

        蜂窩移動(dòng)通信（Cellular Mobile Communication）采用蜂窩無線組網(wǎng)方式，在終端和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通過無線通道連接起來，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)用戶在活動(dòng)中相互通信。其主要特征是終端的移動(dòng)性，并具有越區(qū)切換和跨本地網(wǎng)自動(dòng)漫游功能。

1.移動(dòng)通信網(wǎng)的基本組成

         移動(dòng)通信無線服務(wù)區(qū)由許多正六邊形蜂窩小區(qū)覆蓋而成，通過接口與公眾通信網(wǎng)（PSTN、PSDN）互連，圖5-11所示。

圖5-11     典型蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)圖

 

       移動(dòng)通信系統(tǒng)包括移動(dòng)交換子系統(tǒng)（SS）、操作維護(hù)管理子系統(tǒng)（OMS）、基站子系統(tǒng)（BSS）、移動(dòng)臺(tái)（MS），是一個(gè)完整的信息傳輸實(shí)體。

       BSS和SS共同建立呼叫。BSS提供并管理移動(dòng)臺(tái)和SS之間的無線傳輸通道，SS負(fù)責(zé)呼叫控制功能，所有呼叫都經(jīng)由SS建立連接，OMS負(fù)責(zé)管理控制整個(gè)移動(dòng)，MS由移動(dòng)終端設(shè)備和用戶數(shù)據(jù)兩部分組成，用戶識(shí)別卡（SIM）與移動(dòng)終端設(shè)備分離，用于存放用戶數(shù)據(jù)。

       從圖5-11中可以看出一個(gè)基站實(shí)現(xiàn)一個(gè)正六邊形蜂窩小區(qū)覆蓋，而幾個(gè)BSS管理。當(dāng)用戶在同一個(gè)BSS內(nèi)移動(dòng)時(shí)，需要切換基站是由本地的移動(dòng)交換中心（MSC）完成，當(dāng)跨BSS時(shí)，需要兩個(gè)MSC通過公眾通信網(wǎng)（PSTN）連接協(xié)調(diào)。數(shù)字TDMA第二代系統(tǒng)是由MS輔助切換（MAHO）。

       下面的內(nèi)容，針對(duì)幾個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行分析討論：容量及覆蓋問題、頻道分配問題、跨區(qū)問題（信道切換）、頻道干擾問題、擴(kuò)容問題。

2.頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)覆蓋

無線通信最重要的問題是解決頻率資源有限和用戶容量問題。針對(duì)區(qū)域覆蓋，有常見的兩種方式：

1）小容量的大區(qū)制

（1）一個(gè)基站覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)，發(fā)射功率要大，利用分集接收等技術(shù)來保證上行鏈路的通信質(zhì)量。

（2）雖然覆蓋范圍大，但是只能適用于小容量的通信網(wǎng)。

2）大容量的小區(qū)制

（1）采用頻率復(fù)用方式。

（2）將覆蓋區(qū)域劃分為若干小區(qū)，每個(gè)小區(qū)設(shè)立一個(gè)基站服務(wù)于本小區(qū)，但各小區(qū)可重復(fù)使用頻率。

（3）由于頻率的復(fù)用，帶來同頻干擾的問題。

       由于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)具有大容量的要求，所以在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下，選擇了小區(qū)制覆蓋方式。小區(qū)制的概念：將所要覆蓋的地區(qū)劃分為若干小區(qū)，每個(gè)小區(qū)的半徑可視用戶的分布密度在1～10km，在每個(gè)小區(qū)設(shè) 立一個(gè)基站為本小區(qū)范圍內(nèi)的用戶服務(wù)。從而就出現(xiàn)了頻率復(fù)用的需求。用有限的頻率數(shù)就可以服務(wù)多個(gè)小區(qū)，每一個(gè)小區(qū)和其他小區(qū)可再重復(fù)使用這些頻率，稱為頻率復(fù)用。這種組網(wǎng)方式可以構(gòu)成大區(qū)域、大容量移動(dòng)通信系統(tǒng)。

       為了便于討論覆蓋和頻率復(fù)用，先從簡(jiǎn)單的帶狀服務(wù)覆蓋區(qū)展開討論，一般應(yīng)用在鐵路、公路、沿海等。按橫向排列覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)，基站（BS）使用定向天線，由許多細(xì)長的無線小區(qū)相連而成。

       為了克服同頻干擾，常采用雙頻組、三頻組或四頻組的頻率配置方式。雙頻組和三頻組頻率配置如圖5-12所示。從造價(jià)和頻率利用率來看，選擇雙頻組最好，但雙頻組的抗干擾能力最差。

圖5-12   多頻組頻率配置

       系統(tǒng)的抗干擾能力是由同頻基站之間的距離決定的，當(dāng)使用三個(gè)或者三個(gè)以上的頻率時(shí)，相同頻率的基站之間的距離間隔是兩個(gè)以上的小區(qū)空間，其同頻干擾大幅下降。但是依然會(huì)存在一些位置由于環(huán)境影響或者建站的站點(diǎn)位置不理想，引起同頻干擾。