第三章 蜂窝组网技术 2013fs.

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1、1第三章第三章 蜂窝组网技术蜂窝组网技术徐徐 娟娟 同济大学电子信息学院同济大学电子信息学院 20132013年年3 3月月移动通信系统移动通信系统同济大学徐娟2 3.1 移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区 3.3 提高蜂窝系统容量提高蜂窝系统容量 3.4 信道分配策略信道分配策略 3.5 切换策略切换策略 3.6 多址技术多址技术 3.7 蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析 第三章第三章 蜂窝组网技术蜂窝组网技术同济大学徐娟3移动通信网由两部分组成：移动通信网由两部分组成：n空中网络空中网络多址接入多址接入频率复用和蜂窝小

2、区频率复用和蜂窝小区切换和位置更新切换和位置更新n地面网络部分地面网络部分各个基站的互联各个基站的互联基站与固定网络的相互连接基站与固定网络的相互连接3.1 3.1 移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念3.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区l频率复用频率复用l蜂窝系统容量蜂窝系统容量同济大学徐娟53.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区频率复用的思想，图中标有相同字母的小区使频率复用的思想，图中标有相同字母的小区使用相同的信道组。用相同的信道组。频率复用设计是基于地图的，指明在什么位置频率复用设计是基于地图的，指明在什么位置使用了不同的频率信道。使用了不同的频率信

3、道。 同济大学徐娟63.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区频率复用频率复用是小区制网的是小区制网的核心问题核心问题。频率复用：由于频率复用：由于电波传播损耗产生的隔离度电波传播损耗产生的隔离度，可以，可以在相隔一定距离后的另一小区重复使用。在相隔一定距离后的另一小区重复使用。同频干扰指所有落到接收机通带内的、与有用信号同频干扰指所有落到接收机通带内的、与有用信号频率相同或相近的无用信号所产生的干扰。频率相同或相近的无用信号所产生的干扰。同济大学徐娟7当服务区不是条状而是一个宽广的平面时，称为当服务区不是条状而是一个宽广的平面时，称为面状服务区。面状服务区。实际的面状小区的覆盖，基

4、站天线全向辐射时为实际的面状小区的覆盖，基站天线全向辐射时为一个圆，实际为不规则，有重叠区。一个圆，实际为不规则，有重叠区。 3.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区同济大学徐娟83.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区为研究方便，假定整个服务区的地形、地物相同，且基站为研究方便，假定整个服务区的地形、地物相同，且基站采用全向天线，其覆盖区大体上是一个圆，即无线小区是圆采用全向天线，其覆盖区大体上是一个圆，即无线小区是圆形的。又考虑到形的。又考虑到不留空隙地不留空隙地覆盖整个服务区，圆形无线小区覆盖整个服务区，圆形无线小区必有大量的交叠，这样必有大量的交叠，这样基站实际

5、覆盖有效区基站实际覆盖有效区应是圆内接正多应是圆内接正多边形。边形。这些正多边形可能是正三角形、正方形、正六边形这些正多边形可能是正三角形、正方形、正六边形。同济大学徐娟93.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区在单个小区半径在单个小区半径R R相同，发射功率、天线增益性相同，发射功率、天线增益性同等的情况下：同等的情况下：正六边形单位小区的面积最大，覆盖同样面积的服务正六边形单位小区的面积最大，覆盖同样面积的服务区所需小区个数最少，即基站数最少，也就最经济；区所需小区个数最少，即基站数最少，也就最经济；正六边形小区的中心间距最大，各基站之间的干扰最正六边形小区的中心间距最大，各基

6、站之间的干扰最小；小；六边形最接近于圆形的辐射模式，全向基站天线和自六边形最接近于圆形的辐射模式，全向基站天线和自由空间传播的辐射模式就是圆形的。由空间传播的辐射模式就是圆形的。同济大学徐娟103.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区蜂窝的由来：面状服务区的最佳组成形式蜂窝的由来：面状服务区的最佳组成形式是正六边形。是正六边形。由于其形状酷似蜂窝，故称蜂窝网。由于其形状酷似蜂窝，故称蜂窝网。正六边形仅有正六边形仅有理论分析理论分析和和设计意义设计意义同济大学徐娟113.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区12一个蜂窝系统构成的基本条件：一个蜂窝系统构成的基本条件： 基本

7、图案能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积。基本图案能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积。 同频的小区间距离相等。同频的小区间距离相等。满足小区条件的簇的形状和满足小区条件的簇的形状和N是有限的是有限的: N = i2 + ij +j2 i、j为簇之间的二维距离，为簇之间的二维距离，i、j为正整数，不能为正整数，不能同时为零。同时为零。3.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区N347912131619i10102102j12232343同济大学徐娟13簇簇：共同使用全部可用频率的共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇，个小区叫做一簇，若系统中簇复制得越多，则系统容量越大，频率若系统中簇复制得

8、越多，则系统容量越大，频率的利用率越高。的利用率越高。n全部频谱在簇内分配使用。全部频谱在簇内分配使用。n对于全向覆盖并由对于全向覆盖并由N个小区组成的簇，频道总数个小区组成的簇，频道总数被分成被分成N组，每个小区分给一个频率组，全部频组，每个小区分给一个频率组，全部频道分给簇。道分给簇。n簇获得全部频率，相邻的簇重复使用相同的频率簇获得全部频率，相邻的簇重复使用相同的频率分配模式。分配模式。因数因数N叫做簇的大小，典型值叫做簇的大小，典型值3、4、7、9、12 、3.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区同济大学徐娟14考虑一个共有考虑一个共有S个可用的双向信道的蜂窝系统。个可用的

9、双向信道的蜂窝系统。如果在一个簇的如果在一个簇的N个小区中都分配个小区中都分配k个信道，则个信道，则可用无线信道的总数可表示为：可用无线信道的总数可表示为：S=kN。如果簇在系统中共复制了如果簇在系统中共复制了M次，则双向信道的次，则双向信道的总数总数C，可以作为容量的一个度量：，可以作为容量的一个度量：C=MS.所以蜂窝系统的容量直接与簇在某一固定服务所以蜂窝系统的容量直接与簇在某一固定服务范围内复制的次数成比例。如果簇的大小范围内复制的次数成比例。如果簇的大小N减减小而小区的数目保持不变，则需要更多的簇来小而小区的数目保持不变，则需要更多的簇来覆盖给定的范围，从而获得了更大的容量（更覆盖给

10、定的范围，从而获得了更大的容量（更大的大的C值）。值）。3.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区同济大学徐娟15N越大，则意味着同频小区间距离越远，同频越大，则意味着同频小区间距离越远，同频干扰越小干扰越小,但频率利用率低但频率利用率低 。N越小，则意味着一个系统中可有更多的簇，越小，则意味着一个系统中可有更多的簇，频率利用率高，有更多的容量。频率利用率高，有更多的容量。 N的选取原则：的选取原则：从提高频率利用率的角度，在从提高频率利用率的角度，在保持满意的通信质量的前提下，保持满意的通信质量的前提下，N应取最小值应取最小值最好。最好。蜂窝系统的频率复用因子为蜂窝系统的频率复用因

11、子为1/N，因为一个簇，因为一个簇中的每个小区都只分配给系统中所有可用信道中的每个小区都只分配给系统中所有可用信道的的1/N。3.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区同济大学徐娟16找某一小区的相距找某一小区的相距最近的同频相邻小最近的同频相邻小区按下步进行：区按下步进行：沿沿着任意一条六边形着任意一条六边形边的垂线方向移动边的垂线方向移动i i个小区，并逆时个小区，并逆时针方向旋转针方向旋转6060，再移动再移动j j个小区。个小区。3.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区同频小区的确定：同频小区的确定：ij17 显然，同频小区之间的距离满足：显然，同频小区之间的距离