移动通信课件：06次课 第03章 组网技术基础-2_

1、6-1数字移动通信Digital Mobile CommunicationBTS总体方案设计报告Digital Mobile Communication数字移动通信3-2数字移动通信第3章组网技术基础3-3要求与重点掌握区域覆盖的基本概念和基本原理，理解小区制区域覆盖的特点和适用范围；理解同频干扰和系统容量的关系式；理解小区分裂、划分扇区和微小区的原理，了解这三种方法用于提高蜂窝系统容量的原因及因此而带来的不利因素；学习实际问题的解决方法/思路。3-4本节解决的主要问题通过本节学习，着重解决以下问题：小区制的原理？同频干扰与系统容量的关系？提高系统容量的方法？3-53.3小区制背景寸金难买寸频

2、率随着移动通信业务量的增长，大区制移动通信系统的容量已经不能满足需求。为了解决这一问题，蜂窝技术的研究逐渐兴起，并最终走向实用。解决问题频率资源与容量需求的矛盾基础蜂窝原理3-6一、蜂窝技术概述特点应用了空域的同频复用技术，解决了信道数少和用户数多之间的矛盾。ADCBGFEADCBGFEADCBGFE同频复用3-7一、蜂窝技术概述两个核心思想1）大区改小区：用多个小功率发射机代替单个大功率发射机，用多个小覆盖区代替一个大覆盖区；2）信道复用与配置：将整个系统的信道分成若干个信道组，每个基站分配整个系统可用信道中的一部分，并且给相邻的基站分配不同的信道组，实现整个系统覆盖区域内的可用信道复用。不

3、同用户采用不同频率来区分！3-8大区覆盖与小区覆盖大区覆盖与小区覆盖（a）大区覆盖（b）小区覆盖大区制基站发射功率大覆盖区域广频率不能复用小区制（蜂窝）基站发射功率小覆盖区域小（小区）频率复用3-9蜂窝系统实现及问题系统实现将整个服务区分为若干个小区，每一小区设一基站，负责与小区内所有移动台的无线通信。同时设置移动交换中心，统一控制基站的协调工作，保证移动用户得到完善的服务。总体来说，蜂窝技术通过整个覆盖区域内频率复用，就实现了用固定的信道来为大量的用户服务。引入的问题同频干扰：同频小区越区切换二、蜂窝系统的一些问题小区形状区群的概念同频小区的距离3-103-11（1）小区形状目的：无缝覆盖整

4、个平面的服务区，寻找合适的几何形状。全向天线辐射的覆盖区是个圆形 。在考虑交叠之后，实际上每个辐射区的有效覆盖区是一个多边形。正三角形 正方形 正六边形3-12三种形状小区的比较小区形状正三角形正方形正六边形邻区距离r小区面积1.3r22r22.6r2交叠区宽度r0.59r0.27r交叠区面积3-13小区形状的选取在服务区面积一定的情况下，正六边形小区的形状最接近理想的圆形，用它覆盖整个服务区所需的基站数最小，也就是最经济。小区形状为六边形的小区制移动通信网称为蜂窝网。3-14（2）区群的概念区群（簇）指共同使用全部可用频率的N个小区。 区群的特点在一个区群内各小区使用不同的频率，不同的区群可

5、以使用相同的频率。n频制一个区群使用的频率数为n。3-15（2）区群的概念ADCBGFEADCBGFEADCBGFE同频复用3-16区群组成满足两个条件1）区群之间可以邻接，且无缝隙无重叠地覆盖。2）邻接后的区群应保证各个相邻同信道小区的距离相等。可以证明，区群内的小区数应满足下式举例N的典型值为4，7，12。GSM系统：N=3或4 3-17区群组成示意图 C B A C B A D A B G F C D EN3,j=1,i=1 N=4,j=2,i=0 N=7, j=2,i=1区群组成示意图3-18（3）蜂窝网同频小区的距离逆时针旋转60度再移动j个小区垂直沿六边形任意边移动i个小区i2Rj

6、2RDRRR,为正六边形内切圆的半径。R为正六边形外接圆的半径。3-19蜂窝网同频小区距离的计算同频小区距离计算公式与区群的关系N越大，同信道小区的距离越远，抗同道干扰的性能越强。那么，是不是N越大越好呢？3-20问题的引出 系统容量与用户需求之间的矛盾是推动移动通信发展的主要动力之一 同频干扰是限制系统容量的主要因素之一 实际问题：在抑制同频干扰的基础上，如何通过系统设计获得最大的系统容量3.4 提高蜂窝系统容量的方法3-213.4.1 同频干扰对系统容量的影响同频干扰不能简单地通过增大发射机的发射功率来克服。为什么呢？为了解决这一问题，需要找到同频干扰和系统容量的关系。3-22一、系统容量

7、系统容量的定义有多种定义，如一定频段内所能提供的信道数或用户的最大数目或系统输入话务总量等。本次课用一定频段内所能提供的信道数来表示系统容量，用符号CT来表示。3-23系统容量的定义6754321675432167543216754321675432167543216754321N的取值讨论CT：系统中信道总数L：无线信道总数 ：簇复制次数N：簇的大小NS：系统中小区总数3-24系统容量与区群大小N的关系同样小区半径，同样覆盖区域下N减小？同频小区间的间隔更近，区群复制次数增加，从而使容量CT增大。因此，N越小越好？N太小，间隔更近，但同频干扰增强，故有折衷的N值。 3-25同频干扰的定义：同

8、频小区间的信号干扰S/I：信干比二、同频干扰的数学参数有用信号功率第i个小区的同频干扰功率同频小区的总数特指同频干扰其他干扰忽略不计3-26同频干扰的定义：同频小区间的信号干扰Q:同频复用系数 Q刻画了频率复用程度D为同频小区中心点之间的距离。R为正六边形外接圆的半径。二、同频干扰的数学参数3-27三、同频干扰和系统容量的关系 在满足信干比要求的前提下，如何通过系统设计提高系统容量数学模型3-28三、同频干扰和系统容量的关系 1、Q与N的关系假设1：假设每个小区的大小一样，且每个小区是正六边形小区？6754321675432167543214321412324313-29三、同频干扰和系统容量

9、的关系 同频小区的定位i2R j2RD3-30假设2：假设每个基站的发射功率相等，在整个覆盖区内平均接收信号功率随距离的幂指数下降且路径衰减指数相同，则三、同频干扰和系统容量的关系 2、S/I与Q之间的关系AADsDi3-31三、同频干扰和系统容量的关系 假设3：若仅仅考虑第一层同频干扰小区，AAAAAARDiAD化简i0=kDsRDiD则小区边界移动台接收信号的信干比为假设4：若近似认为所有干扰基站到移动台之间距离为D ，则3-32三、同频干扰和系统容量的关系 系统中信道总数区群复制次数无线信道总数系统中小区总数簇的大小同频复用比例信干比第一层干扰小区的数目路径衰减指数3-33三、同频干扰和

10、系统容量的关系L：无线信道总数n：路径衰减指数S/I：系统要求的最低信干比k：第一层干扰小区的数目NS：系统中小区的总数3-34四、参数对系统容量的影响1、系统要求的信干比S/I对系统容量的影响N=7N=4675432167543216754321432141232431AMPS系统，18dBGSM系统， 9dB3-35四、参数对系统容量的影响2、第一层同频小区数目k值的影响7777777561423裂向：保持小区半径不变，定向天线77777775614233-36四、参数对系统容量的影响3、系统中小区总数Ns的影响675432167543216754321675432167543216754

11、321675432167543216754321小区分裂：保持N值不变，减小小区半径3-373.4.2 小区分裂 原理 将小区划分为更小的小区，称为微小区如何实现呢？ 降低天线高度和减小发射功率 小区数增加 - 增加覆盖区域内的区群数目 提高了信道的复用次数 - 实现系统容量的提高3-383.4.2 小区分裂 方法 在原小区内分设三个发射功率更小的新基站，形成几个面积更小的正六边形小区。3-393.4.2 小区分裂 基站A被六个新的微小区基站所包围。 每个微小区的半径都是原来小区的一半。 小区分裂只是按比例缩小簇的几何形状，不改变原小区的信道分配策略。3-403.4.2 小区分裂不是所有的小区

12、同时分裂，不同规模的小区将同时存在。本质：小区分裂通过减小小区半径，使区群复制次数增大，从而提高系统容量。3-413.4.3 小区扇区化(裂向) 基本概念使用定向天线来减小同频干扰同频干扰减小的程度取决于扇区数目，7小区复用时120o裂向时从6降低为2。(a)120度裂向 (b)60度裂向2243541136651123233-423.4.3 小区扇区化(裂向)利用裂向以后，小区内的信道就分为分散的组，每组只在某一扇区使用。优点：减小干扰，减小区群的大小N，提高系统容量。提高了信道分配的自由度。3-433.4.3 小区扇区化(裂向) 裂向存在的不足天线增多，基站信道也要划分。中继效率降低 每个扇区的可用信道减小。切换次数增多 允许MS在一个小区内切换，不需MSC干预。3.4.4覆盖区域逼近方法问题的提出：利用裂向需要增加切换次数，导致系统交换和链路负荷的增加。基本思想：多个微小区和一个基站组成小区。每3个或更多的区域站点与一个单独的基站相连，并共享无线设备。中心基站由多个微小区发射机代替。当移动台在小区内时，由信号最强的微小区服务。 3-453.4.4覆盖区域逼近方法微小区概念(取自Lee91b IEEE) 微波和光缆链路微小区选择器基站Tx/RxTx/RxTx/RxABC3-463.4.4覆盖区域逼近方法 特点移动用户在微小区之间