第15章_蜂窝系统和架构式无线网络课件

第15章 蜂窝系统和架构式无线网络 架构式： 基站（接入点）提供移动终端到有线骨干网的接 口，基站之间互联实现相互协调控制 Cf：无线自组织网络：没有基础架构。大部分架构 式无线网络中，移动终端直接与基站通信、不需要 经由中间无线节点的多跳路由。 Eg：蜂窝电话系统、无线局域网、寻呼系统 15.1 蜂窝系统基本概念 频率复用： 利用信号功率随传输距离衰减的特点，不同空间位 置上复用频率。 空间区域划分为若干个互不重叠的小区 每个小区分配一个信道集，不同小区可以重复使用 相同信道集。 同信道小区：足够的分隔距离（干扰） 12.1 多载波数据传输 15.1 蜂窝系统基本概念 频率复用： 利用信号功率随传输距离衰减的特点，不同空间位 置上复用频率。 空间区域划分为若干个互不重叠的小区 每个小区分配一个信道集，不同小区可以重复使用 相同信道集。 同信道小区：足够的分隔距离（干扰） 15.1 蜂窝系统基本概念 移动台和基站通信： 根据SINR选择，理想情况：小区内移动台与小区基 站通信 移动台在小区间移动：通话切换到新小区基站 移动电话交换局：中央控制，协调用户鉴权、 信道分配和切换 基站信道信号质量低于门限值，切换启动附近信 道都不符合，通话终止。 15.1 蜂窝系统基本概念 小区间干扰:来自小区外的干扰 小区内干扰：来自同一小区的干扰 用户受小区内和小区间干扰的程度可用信号对 干扰加噪声的功率来表示： SINR=Pr/N0B+PI Pr 接收信号功率，PI对应小区和小区间干扰的 接收功率 15.1 蜂窝系统基本概念 把同信道小区分隔足够远降低小区间干扰 为了使系统可容纳用户数最大尽可能多增加 信道复用次数（分隔距离正好能使干扰大小满 足目标误码率要求程度） 信号对干扰的功率比SIR=Pr/PI SIR决定了用户的误码率，系统可容纳用户数也 受限于用户之间干扰 15.1 蜂窝系统基本概念 把同信道小区分隔足够远降低小区间干扰 为了使系统可容纳用户数最大尽可能多增加 信道复用次数（分隔距离正好能使干扰大小满 足目标误码率要求程度） 信号对干扰的功率比SIR=Pr/PI SIR决定了用户的误码率，系统可容纳用户数也 受限于用户之间干扰 15.1 蜂窝系统基本概念 小区大小：缩小小区半径，若同时使整个系统 各方面都按比例保持每个用户的SINR不变，则 可以提高系统可容纳用户数。 15.2 信道复用 信道复用：小区间干扰系统容量和性能 基本概念：小区簇和信道分配 干扰受限系统，用户误码率SIR期望发射机 和干扰发射机到期望接收机之间信道特性路 径损耗传播距离的函数复用距离D 给定某个性能指标要求的平均SINR最小复用 距离 15.2 信道复用 菱形小区复用距离：同信道小区之间小区个数 NI和小区半径R：D=R+2R NI+R=2R(NI+1) 给定可接受的最小复用距离Dmin，希望保持最 小复用距离前提下尽可能多复用信道重复小 区簇。 小区簇：每个小区分配有不相同信道集 15.2 信道复用 菱形小区簇也是菱形，每边有K个小区。小区 簇中分配个第n个小区的信道集为Cn,n=1,N,N 是不同信道集的个数。 每个小区簇信道分配方式相同，则保证信道小 区的复用距离至少为D=2KR。 每个簇小区个数：N=K2，叫做复用因子 15.2 信道复用 菱形小区簇也是菱形，每边有K个小区。小区 簇中分配个第n个小区的信道集为Cn,n=1,N,N 是不同信道集的个数。 每个小区簇信道分配方式相同，则保证信道小 区的复用距离至少为D=2KR。 每个簇小区个数：N=K2，叫做复用因子，N越小 复用效率越高，但N越小也复用距离越小，干扰越大 15.3 SIR和信道容量 SIR：与小区规划、小区大小、复用距离和传播 环境等有关。 采用简化路径损耗模型： 取d0=1m，L是d=d0的平均路径损耗，Pr=PtLd- ，L对 期望的信号和干扰是相同的，在SIR被约掉，假定L=1. 用户容量：满足目标SIR条件下的系统每小区支 持的最大用户数。 15.3.1 正交系统（TDMA/FDMA） 没有小区内干扰，SIR取决于同信道小区间干扰 若移动台与基站距离d，Pr=Ptd-I 若用户与基站距离dR，M个干扰源与目标接收机距离di，i=1,M. 如果移动台位于小区边界d=R,所有干扰源与目标接收机距离都是复用距 离D 若1= 0= ， 15.3.1 正交系统（TDMA/FDMA） 多数小区形状下，D/R是复用因子N的函数，可用N表示信干比 设满足目标误码率的目标SIR为SIR0，可得满足目标SIR的最小复用因子 ： 根据N和R可以算出最小复用距离D 用户容量Cu：用户能同时支持的激活用户总数，这些用户能满 足一个共同目标SIR值。 复用因子N=NT/Nc，每个小区有Nc个信道，Cu= Nc。系统总带 宽产生NT=B/Bs个带宽为Bs的正交信道 15.3.1 非正交系统（CDMA） 信道:码字,存在小区间干扰和小区内干扰 用户容量：满足SIR目标值的每小区容纳最大用户数 受限于上行链路 简化路径模型下，若移动台与基站距离d，Pr=Ptd- 干扰：每小区信道数Nc=NT=Cu.有Nc-1个异步小区内 干扰，小区间干扰来自M个相邻小区移动台，有MNc 个异步干扰。 15.3.1 非正交系统（CDMA） 总的小区内和小区间干扰功率： 本小区i个干扰源，小区间j个干扰源，G是系统 处理增益、是扩频吗的一个参数 于是SIR： 15.3.1 非正交系统（CDMA） 假设小区有理想功控，使得期望信号和小区间 干扰信号的接收功率相同： 令 外小区干扰和本小区干扰的 功率比 于是： SIR的目标值SIR0可得到用户容量Cu=Nc为： 15.3.1 非正交系统（CDMA） Eg15.1：某TDMA蜂窝系统的小区为正六边形 ，所有信号传播的路径损耗因子=2.求目标SIR 为10dB所需要的最小复用因子N。若系统总带 宽为20MHz，每用户信号带宽为100kHz，计算 相应的用户容量。 15.3.1非正交系统（CDMA） Eg15.2：考虑一个小区内理想功控的CDMA系 统。假设目标SIR0=10dB，处理增益G=200， 扩频码参数=2，并假设来自小区外的平均功 率相等（=1）。计算系统用户容量。 ） 15.4抗干扰技术 扇区化：全向天线分成N个扇区扇区化将干扰功率减 小为1/N 智能天线：综合空时信号处理的天线阵列组成。高 增益的窄波束对准期望用户，在干扰方向山产生零陷 跳频：所有移动台按其唯一跳频图案改变载波频率， 仅当干扰和期望用户的跳频模式在时间和频率上重叠 时，才引起干扰 15.4抗干扰技术 多用户检测：把期望信号和某些或全部干扰信 号一起检测，检测出的干扰被减弱或消除。 15.5动态资源分配 1.调度：根据移动用户速率要求和延迟限制动 态分配资源，高效和公平折中 2.动态信道分配：小区内多信道动态分配和小 区间分配问题约束组合优化问题 3.功率控制:所有下行传输都来自小区中心，而 上行传输来自小区边缘，功控主要考虑上行工 控影响。 15.5动态资源分配 1.调度：根据移动用户速率要求和延迟限制动 态分配资源，高效和公平折中 2.动态信道分配：小区内多信道动态分配和小 区间分配问题约