第二章：《蜂窩移動通信系統(tǒng)》

第二章：《蜂窩移動通信系統(tǒng)》第一頁，共141頁。第二章蜂窩移動通信系統(tǒng)2第二頁，共141頁。第二章蜂窩移動通信系統(tǒng)

學(xué)習(xí)重點和要求：掌握關(guān)于蜂窩的概念掌握頻率復(fù)用的概念以及頻率復(fù)用模型掌握同頻干擾的計算理解信道分配策略以及切換策略理解干擾與系統(tǒng)容量之間的關(guān)系理解各種提高系統(tǒng)容量的方法了解中繼的概念掌握服務(wù)等級的計算3第三頁，共141頁。第二章內(nèi)容

2.1.蜂窩小區(qū)的概念和特點(2.1)2.2.干擾和信道容量(2.3)2.3.電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級(2.4)2.4.信道切換策略(2.2)

本章有大量補(bǔ)充內(nèi)容，請結(jié)合課件及參考書《現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)》學(xué)習(xí)4第四頁，共141頁。2.1.蜂窩小區(qū)的概念和特點5第五頁，共141頁。2.1.蜂窩小區(qū)的概念和特點

2.1.1大區(qū)制移動通信系統(tǒng)2.1.2頻率復(fù)用和小區(qū)制移動通信系統(tǒng)6第六頁，共141頁。2.1.1大區(qū)制移動通信網(wǎng)(1/4)大區(qū)制在一個服務(wù)區(qū)域（如一個城市）內(nèi)只有一個基站，并由它負(fù)責(zé)移動通信的聯(lián)絡(luò)和控制。大區(qū)制移動通信網(wǎng)BSMS1MS3MS27第七頁，共141頁。2.1.1大區(qū)制移動通信網(wǎng)(2/4)早期的移動通信網(wǎng)一般是大區(qū)制主要特點：基站天線很高，幾十～幾百米基站發(fā)射功率大：50～200W覆蓋半徑：30～50km優(yōu)點：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，成本低缺點：頻譜利用率低，服務(wù)性能差，容量小，一般用戶幾十～幾百個，一般用于專網(wǎng)。8第八頁，共141頁。2.1.1大區(qū)制移動通信網(wǎng)(3/4)提高覆蓋半徑是大區(qū)制需解決的問題決定覆蓋半徑的因素：地球的曲率限制了傳輸?shù)臉O限范圍地形環(huán)境影響，信號傳播可能產(chǎn)生盲區(qū)多徑反射限制了傳輸距離移動臺發(fā)射功率小，上行信號傳輸距離有限（上下行傳輸增益差可達(dá)6～12dB）9第九頁，共141頁。2.1.1大區(qū)制移動通信網(wǎng)(4/4)解決上行問題的辦法：如圖,設(shè)置分集接收臺基站發(fā)射用全向天線，接收用定向天線提高基站接收靈敏度大區(qū)制設(shè)置分集接收臺示意圖MS1MS2BSRdRdRd10第十頁，共141頁。2.1.蜂窩小區(qū)的概念和特點

2.1.1大區(qū)制移動通信系統(tǒng)2.1.2頻率復(fù)用和小區(qū)制移動通信系統(tǒng)

11第十一頁，共141頁。2.1.2頻率復(fù)用和小區(qū)制移動通信系統(tǒng)

---前言(1/2)

小區(qū)制網(wǎng)構(gòu)成方式基本概念小區(qū)制：利用頻率復(fù)用的概念，將整個服務(wù)區(qū)域劃分成若干個小區(qū)，每個小區(qū)分別設(shè)置一個低發(fā)射功率的基站，負(fù)責(zé)本小區(qū)的通信。頻率復(fù)用：N個相鄰的小區(qū)組成一個區(qū)群(簇)將可供使用的頻道劃分成N組區(qū)群內(nèi)的每個小區(qū)使用不同的頻率組相鄰區(qū)群重復(fù)使用相同的頻率組分配模式12第十二頁，共141頁。2.1.2頻率復(fù)用和小區(qū)制移動通信系統(tǒng)

---前言(2/2)基本小區(qū)有：（r0：小區(qū)半徑）超小區(qū)：r0＞20km（農(nóng)村）宏小區(qū)：r0＝1～20km（人口稠密地區(qū)）微小區(qū)：r0＝0.1～1km（城市繁華區(qū)）微微小區(qū)：r0＜0.1km（辦公室、家庭）優(yōu)點：提高頻率利用率，組網(wǎng)靈活缺點：網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成復(fù)雜按服務(wù)區(qū)形狀分：條狀服務(wù)區(qū)、面狀服務(wù)區(qū)13第十三頁，共141頁。2.1.2頻率復(fù)用和小區(qū)制移動通信系統(tǒng)

---條狀服務(wù)區(qū)(1/3)條狀服務(wù)區(qū)用戶的分布呈條狀（或帶狀），如鐵路、公路、沿海水域等。小區(qū)條狀服務(wù)區(qū)14第十四頁，共141頁。2.1.2頻率復(fù)用和小區(qū)制移動通信系統(tǒng)

---條狀服務(wù)區(qū)(2/3)圖2-1多頻復(fù)用方式ABABABABCABCABCDABCD可采用多個頻率復(fù)用二頻復(fù)用三頻復(fù)用四頻復(fù)用15第十五頁，共141頁。2.1.2頻率復(fù)用和小區(qū)制移動通信系統(tǒng)

---條狀服務(wù)區(qū)(3/3)組網(wǎng)時需確定重疊區(qū)及載波/同頻干擾比：重疊區(qū)重疊區(qū)太大，越區(qū)干擾大重疊區(qū)小，弱電場區(qū)可能多。f1ABf2af1ABf2a16第十六頁，共141頁。2.1.2頻率復(fù)用和小區(qū)制移動通信系統(tǒng)

---面狀服務(wù)區(qū)(1/11)指服務(wù)區(qū)不呈條狀而是一個寬廣的平面17第十七頁，共141頁。2.1.2頻率復(fù)用和小區(qū)制移動通信系統(tǒng)

---面狀服務(wù)區(qū)(2/11)小區(qū)形狀：應(yīng)該是規(guī)則結(jié)構(gòu)：圓形（全向天線），三角形，正方形，六邊形r18第十八頁，共141頁。2.1.2頻率復(fù)用和小區(qū)制移動通信系統(tǒng)

---面狀服務(wù)區(qū)(3/11)蜂窩的由來：對于同樣大小的服務(wù)區(qū)域，采用正六邊形構(gòu)成小區(qū)所需的小區(qū)數(shù)最少，無重疊區(qū)，故所需的頻率組數(shù)也最少，最經(jīng)濟(jì)。僅有理論分析和設(shè)計意義。19第十九頁，共141頁。2.1.2頻率復(fù)用和小區(qū)制移動通信系統(tǒng)

---面狀服務(wù)區(qū)(4/11)按基站對小區(qū)的覆蓋方式：中心激勵：基站位于小區(qū)中心，有時會有輻射陰影。頂點激勵：在頂點上設(shè)置基站，并采用三個互成120°的定向天線，以避免輻射陰影。20第二十頁，共141頁。2.1.2頻率復(fù)用和小區(qū)制移動通信系統(tǒng)

---面狀服務(wù)區(qū)(5/11)簇（區(qū)群）：共同使用全部可用頻率的N個小區(qū)叫做一簇(區(qū)群)）若N越小，則系統(tǒng)中區(qū)群復(fù)制得越多，系統(tǒng)容量越大，頻率的利用率越高。N叫做區(qū)群的大小，典型值3、4、7、9、12、……構(gòu)成蜂窩網(wǎng)的二次幾何圖形21第二十一頁，共141頁。2.1.2頻率復(fù)用和小區(qū)制移動通信系統(tǒng)

---面狀服務(wù)區(qū)(6/11)設(shè)蜂窩移動系統(tǒng)共有S個不同的雙向信道其簇的大小為N簇內(nèi)每個小區(qū)分配有K個信道，小區(qū)間信道分配各不相同簇在系統(tǒng)中復(fù)制M次則S=KNC=MKN=MSAAABCCCBBBCA22第二十二頁，共141頁。2.1.2頻率復(fù)用和小區(qū)制移動通信系統(tǒng)

---面狀服務(wù)區(qū)(7/11)構(gòu)成簇的基本條件：基本圖案（簇）能彼此鄰接且無空隙地覆蓋整個面積。相鄰單元（簇）中，同頻道的小區(qū)間距離相等，且為最大。23第二十三頁，共141頁。2.1.2頻率復(fù)用和小區(qū)制移動通信系統(tǒng)

---面狀服務(wù)區(qū)(8/11)滿足上述兩個條件的簇的形狀和簇內(nèi)小區(qū)數(shù)N是有限的，并且N應(yīng)該滿足下式：

a和b分別為相鄰?fù)l小區(qū)之間的二維距離（相鄰小區(qū)數(shù)），都為正整數(shù)，不能同時為零28272521191613129743N435434323221b230120120101a24第二十四頁，共141頁。2.1.2頻率復(fù)用和小區(qū)制移動通信系統(tǒng)

---面狀服務(wù)區(qū)(9/11)

簇內(nèi)同頻小區(qū)位置的確定沿著任意一條六邊形邊的垂線方向移動a個小區(qū)，并逆時針方向旋轉(zhuǎn)60°，再移動b個小區(qū)。圖2.3確定同頻小區(qū)的方法AaADb25第二十五頁，共141頁。2.1.2頻率復(fù)用和小區(qū)制移動通信系統(tǒng)

---面狀服務(wù)區(qū)(10/11)常見正六邊形小區(qū)群的圖案ACBN=3,a=1,b=1DACBN=4,a=0,b=2N=7,a=1,b=2DCBAEFG26第二十六頁，共141頁。2.1.2頻率復(fù)用和小區(qū)制移動通信系統(tǒng)

---面狀服務(wù)區(qū)(11/11)思考：畫一個N=4的蜂窩系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，要求至少包括3個區(qū)群，將簇中小區(qū)所用頻率組用A,B,C,D標(biāo)識。1.N=4對應(yīng)的2維坐標(biāo)：

a=2,b=0DACBDACBDACB3.確定相鄰區(qū)群2.N=4的基本區(qū)群形狀：DACBN=4,a=2,b=027第二十七頁，共141頁。第二章內(nèi)容

2.1.蜂窩小區(qū)的概念和特點

2.2.干擾和信道容量

2.3.電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級2.4.信道切換策略28第二十八頁，共141頁。2.2.干擾和信道容量29第二十九頁，共141頁。2.2.干擾和信道容量

---前言(1/2)

干擾是蜂窩無線系統(tǒng)性能的主要限制因素。噪聲——內(nèi)部噪聲，人為噪聲，自然噪聲鄰頻干擾——相鄰頻率之間的干擾同頻干擾——相同頻率之間的干擾互調(diào)干擾——器件特性造成的干擾多址干擾——碼字相關(guān)帶來的干擾30第三十頁，共141頁。2.2.干擾和信道容量

---前言(1/2)一對矛盾：同頻干擾<->頻譜利用率同頻小區(qū)之間距離越小，頻譜利用率越高，但同頻干擾越大；同頻小區(qū)之間距離越大，則同頻干擾越小，但頻譜利用率降低。31第三十一頁，共141頁。2.2.干擾和信道容量

2.2.1同頻干擾2.2.2相鄰頻道的干擾2.2.3蜂窩小區(qū)的系統(tǒng)容量及改善32第三十二頁，共141頁。2.2.1同頻干擾

---前言同頻干擾：指所有落到接收機(jī)同帶內(nèi)的、與有用信號頻率相同或相近的無用信號所產(chǎn)生的干擾。在諸多干擾因素中，同頻干擾主要地決定了蜂窩系統(tǒng)的通話質(zhì)量產(chǎn)生同頻干擾的無用信號與有用信號具有相同的信號特征（同頻），所以，在接收端無法濾除和抑制同頻干擾。33第三十三頁，共141頁。2.2.1同頻干擾

---前言在蜂窩移動通信中，由于采用了頻率復(fù)用提高頻譜利用率，所以同頻干擾不可避免。定義同頻小區(qū)：使用相同頻率的小區(qū)。同頻復(fù)用距離(D)：當(dāng)信號/同頻干擾比滿足通信質(zhì)量要求或達(dá)到規(guī)定的C/I指標(biāo)時，兩個同頻小區(qū)之間的距離。34第三十四頁，共141頁。2.2.1同頻干擾

---前言對同頻干擾和同頻復(fù)用距離的研究是小區(qū)制移動通信網(wǎng)頻率分配的依據(jù)。兩頻復(fù)用和三頻復(fù)用的帶狀服務(wù)區(qū)（圖示）ABABABCABABCDD35第三十五頁，共141頁。2.2.1同頻干擾

2.2.1.1信號/同頻干擾比

2.2.1.2條狀服務(wù)區(qū)的C/I2.2.1.3面狀服務(wù)區(qū)的C/I1).全向小區(qū)系統(tǒng)的C/I2).定向小區(qū)系統(tǒng)的C/I36第三十六頁，共141頁。2.2.1.1信號/同頻干擾比

信號/同頻干擾比(只考慮兩個單獨的小區(qū))同頻小區(qū)A同頻干擾示意圖Q=D/r0DMSr0同頻小區(qū)BD

為同頻復(fù)用距離

r0為小區(qū)半徑

Q=D/r0

為同頻復(fù)用比37第三十七頁，共141頁。2.2.1.1信號/同頻干擾比

假設(shè)A、B基站具有相同的發(fā)射功率，則移動臺處的信號/同頻干擾比主要取決于傳輸損耗差對移動信道的測量表明，任一點接收到的平均信號能量隨發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間距離的冪指數(shù)下降A(chǔ)MSDIr0DSB38第三十八頁，共141頁。2.2.1.1信號/同頻干擾比路徑損耗差信號/干擾比39第三十九頁，共141頁。2.2.1同頻干擾2.2.1.1信號/同頻干擾比

2.2.1.2條狀服務(wù)區(qū)的C/I2.2.1.3面狀服務(wù)區(qū)的C/I1).全向小區(qū)系統(tǒng)的C/I2).定向小區(qū)系統(tǒng)的C/I40第四十頁，共141頁。

2.2.1.2條狀服務(wù)區(qū)的C/I(1/3)條狀服務(wù)區(qū)中移動臺的C/I與D、r0、a和K的關(guān)系1，只考慮一個相鄰?fù)l小區(qū)如圖，雙頻復(fù)用，A,C同頻，D=4r0-2a，C/I=J3r0-2ar0ACD=2*2r0-2a41第四十一頁，共141頁。

2.2.1.2條狀服務(wù)區(qū)的C/I(2/3)2.考慮多個同頻小區(qū)的影響(m)對條狀小區(qū)，典型的,m=2AAABBB42第四十二頁，共141頁。

2.2.1.2條狀服務(wù)區(qū)的C/I(3/3)

例，在a=0，m=2時，求同頻復(fù)用比分別為8、6、4時，系統(tǒng)所需要的頻率組

因為a=0，所以D/r0=2K123同頻小區(qū)之間應(yīng)隔的小區(qū)234所需頻率組(K)162530.8C/I（dB）468同頻復(fù)用比(D/r0)信干比頻譜利用率

43第四十三頁，共141頁。2.2.1同頻干擾2.2.1.1信號/同頻干擾比的推導(dǎo)2.2.1.2條狀服務(wù)區(qū)的C/I

2.2.1.3面狀服務(wù)區(qū)的C/I1).全向小區(qū)系統(tǒng)的C/I2).定向小區(qū)系統(tǒng)的C/I44第四十四頁，共141頁。2.2.1.3面狀服務(wù)區(qū)的C/I同頻復(fù)用距離：同頻復(fù)用比：N347912R33.54.65.26.0表4-445第四十五頁，共141頁。2.2.1.3面狀服務(wù)區(qū)的C/I結(jié)論：N越大，則意味著同頻小區(qū)間距離越遠(yuǎn)，同頻干擾越小。N越小，則意味著一個系統(tǒng)中可有更多的區(qū)群，頻譜利用率高，有更多的容量。從提高頻譜利用率的角度，在保持滿意的通信質(zhì)量的前提下，N應(yīng)取最小值為好。46第四十六頁，共141頁。2.2.1.3面狀服務(wù)區(qū)的C/I需要掌握兩種同頻干擾的估計：全向小區(qū)系統(tǒng)的C/Ia).系統(tǒng)平均C/Ib).最壞情況下的C/I定向小區(qū)系統(tǒng)的C/I47第四十七頁，共141頁。2.2.1同頻干擾2.2.1.1信號/同頻干擾比的推導(dǎo)2.2.1.2條狀服務(wù)區(qū)的C/I2.2.1.3面狀服務(wù)區(qū)的C/I

1).全向小區(qū)系統(tǒng)的C/I2).定向小區(qū)系統(tǒng)的C/I48第四十八頁，共141頁。1).全向小區(qū)系統(tǒng)C/I的計算(1/10)兩種同頻干擾的影響(a)BS接收(b)MS接收MSMSMSMSMSMSBSMSBSBSBSBSBSBSMSr0DBS全向小區(qū)系統(tǒng)C/I的計算49第四十九頁，共141頁。1).全向小區(qū)系統(tǒng)C/I的計算(2/10)全向小區(qū)系統(tǒng)C/I的計算如圖，同頻小區(qū)圍繞著某一小區(qū)可分為多層。來自第一層的同頻干擾最強(qiáng)。分析時，可只考慮第一層同頻干擾。同頻小區(qū)分布1第一層111111第二層111第三層1150第五十頁，共141頁。1).全向小區(qū)系統(tǒng)C/I的計算(3/10)C/I計算(以MS接收為例)：m:干擾源的總數(shù)(典型值：6)Ik為相互獨立的第k個干擾源對移動臺接收機(jī)的干擾功率回顧路徑損耗：任一點接收到的平均信號能量隨發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間距離的冪指數(shù)下降(一般n=4)。51第五十一頁，共141頁。1).全向小區(qū)系統(tǒng)C/I的計算(4/10)

設(shè)所有BS發(fā)射功率相同，同頻復(fù)用距離為D，小區(qū)半徑為r0，干擾臺離MS的距離分別為Dk(k=1,2…m)MSBSBSBSBSBSBSr0DBSD1D2D3D4D5D652第五十二頁，共141頁。1).全向小區(qū)系統(tǒng)C/I的計算(5/10)有效信號：無效信號：全向小區(qū)系統(tǒng)C/I：53第五十三頁，共141頁。1).全向小區(qū)系統(tǒng)C/I的計算(6/10)全向小區(qū)系統(tǒng)C/I的計算a)系統(tǒng)平均C/Ib)最壞情況下全向天線系統(tǒng)C/I54第五十四頁，共141頁。1).全向小區(qū)系統(tǒng)C/I的計算(7/10)a).系統(tǒng)平均C/I：令Dk=D，并注意到同頻復(fù)用比:55第五十五頁，共141頁。1).全向小區(qū)系統(tǒng)C/I的計算(8/10)

舉例說明：蜂窩小區(qū)N=7的模式，設(shè)n=4，求其載干比。解：滿足17dB載干比的要求。56第五十六頁，共141頁。1).全向小區(qū)系統(tǒng)C/I的計算(9/10)b).最壞情況下全向天線系統(tǒng)C/I的計算：

將最短干擾距離()帶入計算：以此C/I值為依據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，即使是在業(yè)務(wù)繁忙時也能有好的系統(tǒng)性能最壞情況下的同頻干擾r0DDD-r0D-r0D+r0D+r0MSBSBSBSBSBSBSBS57第五十七頁，共141頁。1).全向小區(qū)系統(tǒng)C/I的計算(10/10)思考：若某蜂窩系統(tǒng)要求載干比C/I在任何情況下都必須大于14dB，求其允許的最小區(qū)群大?。繌?qiáng)調(diào)“任何情況”，適用最壞情況下全向天線系統(tǒng)C/I的分析最壞情況下全向天線系統(tǒng)C/I與N的關(guān)系：求解：58第五十八頁，共141頁。2.2.1同頻干擾2.2.1.1信號/同頻干擾比的推導(dǎo)

2.2.1.2條狀服務(wù)區(qū)的C/I2.2.1.3面狀服務(wù)區(qū)的C/I1).全向小區(qū)系統(tǒng)的C/I

2).定向小區(qū)系統(tǒng)的C/I59第五十九頁，共141頁。2).定向小區(qū)系統(tǒng)C/I的計算利用定向天線可以降低同頻干擾(頂點激勵)

m=3(3天線)

m=1(6天線)120°定向覆蓋的同頻干擾

DCBAEFGDDDDDDDDDDDDD60第六十頁，共141頁。2.2.干擾和信道容量

2.2.1同頻干擾2.2.2相鄰頻道的干擾2.2.3蜂窩小區(qū)的系統(tǒng)容量及改善61第六十一頁，共141頁。2.1.2相鄰頻道的干擾（1/4）鄰道干擾是一種來自相鄰的或相近的頻道的干擾通常討論小區(qū)內(nèi)頻距最小的頻道間干擾。干擾臺B移動臺Af2f162第六十二頁，共141頁。2.1.2相鄰頻道的干擾（2/4）鄰近頻道干擾的主要產(chǎn)生原因：非理想濾波器可以通過接收機(jī)濾波器阻帶衰減設(shè)計，最大程度地衰減鄰道干擾。f理想濾波器f實際濾波器63第六十三頁，共141頁。2.1.2相鄰頻道的干擾（3/4）阻帶衰減：對遠(yuǎn)離接收機(jī)通帶的干擾進(jìn)行抑制fdfu通帶阻帶KdB/Oct64第六十四頁，共141頁。2.1.2相鄰頻道的干擾（4/4）減小鄰道干擾的措施提高收發(fā)信機(jī)濾波器性能。合理調(diào)整信道分配，在頻率管理中在同一小區(qū)不分配相鄰的頻點，并提供足夠的保護(hù)間隔。移動臺具有自適應(yīng)控制功率的能力。65第六十五頁，共141頁。近端對遠(yuǎn)端干擾遠(yuǎn)近效應(yīng)：近端無用的強(qiáng)信號抑制遠(yuǎn)端有用的弱信號基站接收的有用信號功率PA<<無用信號PB解決辦法：自動功率控制，接收濾波器設(shè)計，分配頻率組有足夠的隔離度等圖3-10遠(yuǎn)近效應(yīng)d2Bd1A66第六十六頁，共141頁。2.2.干擾和信道容量

2.2.1同頻干擾2.2.2相鄰頻道的干擾2.2.3蜂窩小區(qū)的系統(tǒng)容量及改善67第六十七頁，共141頁。2.2.3蜂窩小區(qū)的系統(tǒng)容量及改善

---前言(1/2)用戶分布密度不等時的區(qū)域劃分68第六十八頁，共141頁。2.2.3蜂窩小區(qū)的系統(tǒng)容量及改善

---前言(2/2)系統(tǒng)容量主要受限于同頻干擾提高系統(tǒng)容量的目的：提高單位面積內(nèi)可用的信道數(shù)。常見的提高系統(tǒng)容量的方法小區(qū)分裂：降低r0，重組小區(qū)，把擁塞的小區(qū)分為幾個更小的小區(qū)。劃分扇區(qū)：通過使用定向天線，減少同頻干擾。微小區(qū)：既保持r0，又降低同頻干擾69第六十九頁，共141頁。2.2.3蜂窩小區(qū)的系統(tǒng)容量及改善

---小區(qū)分裂(1/3)小區(qū)分裂是頻率復(fù)用外，提高蜂窩網(wǎng)容量及頻譜效率的又一重要概念。小區(qū)分裂是將擁塞的小區(qū)分成更小小區(qū)的方法，需要增加基站的數(shù)量。選擇小區(qū)分裂擴(kuò)容法應(yīng)遵循以下原則：

(1)確保已建基站可繼續(xù)使用；

(2)應(yīng)保持頻率復(fù)用方式的規(guī)則性與重復(fù)性；

(3)盡量減少或避免重疊區(qū)；

(4)確保今后可繼續(xù)進(jìn)行小區(qū)分裂70第七十頁，共141頁。2.2.3蜂窩小區(qū)的系統(tǒng)容量及改善

---小區(qū)分裂(2/3)

不是所有的小區(qū)都同時分裂，需要注意同頻小區(qū)距離及切換。對于六邊形小區(qū)，通常小區(qū)半徑減少50％，則頻率復(fù)用使可用的頻道數(shù)增加4倍71第七十一頁，共141頁。2.2.3蜂窩小區(qū)的系統(tǒng)容量及改善

---小區(qū)分裂(3/3)1:4分裂法：在原頂點激勵的基礎(chǔ)上展開，在兩個原基站連線的中心點上加設(shè)新的基站。CADFGCFDEDFEGBGCBEBADEFGBCGFBGCBDCEDFE增加新基站的分裂方案(N=7)DCBGFE72第七十二頁，共141頁。2.2.3蜂窩小區(qū)的系統(tǒng)容量及改善

---劃分扇區(qū)(1/3)劃分扇區(qū)：利用定向天線來降低同頻干擾，從而提高系統(tǒng)容量，一般用120°扇區(qū)120°扇區(qū)60°扇區(qū)73第七十三頁，共141頁。2.2.3蜂窩小區(qū)的系統(tǒng)容量及改善

---劃分扇區(qū)(2/3)利用定向天線可以降低同頻干擾(頂點激勵)

m=1或3系統(tǒng)允許的區(qū)群大小(N)可以縮小。120°定向覆蓋的同頻干擾

DCBAEFGDDDDDDDDD74第七十四頁，共141頁。2.2.3蜂窩小區(qū)的系統(tǒng)容量及改善

---劃分扇區(qū)(3/3)

4/12是GSM系統(tǒng)中最常用和最典型的復(fù)用方式,采用4個基站區(qū)12個扇形小區(qū)為一簇的頻道組配置,每個基站分為3個扇區(qū).適用于話務(wù)量較高和用戶密度較大的地區(qū)75第七十五頁，共141頁。2.2.3蜂窩小區(qū)的系統(tǒng)容量及改善

---微小區(qū)（1/2）微小區(qū)的概念Tx/RxTx/RxTx/Rx微小區(qū)選擇器基站MS76第七十六頁，共141頁。2.2.3蜂窩小區(qū)的系統(tǒng)容量及改善

---微小區(qū)（2/2）微小區(qū)的優(yōu)點既能夠保證覆蓋半徑，又能夠減小蜂窩系統(tǒng)的同頻干擾；相對傳統(tǒng)的蜂窩規(guī)劃，微小區(qū)提高了系統(tǒng)容量。

77第七十七頁，共141頁。第二章內(nèi)容

2.1.蜂窩小區(qū)的概念和特點2.2.干擾和信道容量

2.3.電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級

2.4.信道切換策略78第七十八頁，共141頁。2.3電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級79第七十九頁，共141頁。2.3.電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級2.3.1小區(qū)制頻率分配方法2.3.2信道共用技術(shù)2.3.3電信業(yè)務(wù)流量2.3.4通信系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量和負(fù)荷能力80第八十頁，共141頁。2.3.1小區(qū)制頻率分配方法2.3.1.1固定信道分配2.3.1.2動態(tài)信道分配2.3.1.3混合信道分配81第八十一頁，共141頁。2.3.1小區(qū)制頻率分配方法

---前言問題：根據(jù)同頻干擾的計算，可以得到需要的頻率復(fù)用因子（即區(qū)群大?。绾畏峙漕l率組，如何分配一個小區(qū)內(nèi)的信道？

解決如何把頻段內(nèi)的頻道（信道）分配給各個小區(qū)，是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的一個重要部分。步驟：頻道分組—根據(jù)移動網(wǎng)的需要將全部頻道分成若干組。頻道指配—以固定或動態(tài)分配方法指配給各個小區(qū)。82第八十二頁，共141頁。2.3.1小區(qū)制頻率分配方法

---前言信道：信息（或者信號）可以單向傳輸?shù)耐緩剑詡鬏斆襟w和中繼通信設(shè)施為基礎(chǔ)。頻道：以電磁波的特征（如頻率）來區(qū)分不同的信道。碼道：以碼字特征（如相關(guān)性）來區(qū)分不同的信道。83第八十三頁，共141頁。2.3.1小區(qū)制頻率分配方法

---前言小區(qū)制頻率分配方法：固定信道分配分區(qū)分組分配法等頻距分配法動態(tài)信道分配混合信道分配84第八十四頁，共141頁。2.3.1小區(qū)制頻率分配方法2.3.1.1固定信道分配2.3.1.2動態(tài)信道分配2.3.1.3混合信道分配85第八十五頁，共141頁。2.3.1.1固定信道分配法(1/7)1，固定信道分配：將信道固定分配給每個小區(qū)通常分為：等頻距分配法分區(qū)分組分配法86第八十六頁，共141頁。2.3.1.1固定信道分配法(2/7)1.1等頻距分配法思路：按頻率間隔來分配信道；同頻干擾的防護(hù)比作為計算依據(jù)和質(zhì)量保證；寬間隔信道分配抑制鄰道干擾；87第八十七頁，共141頁。2.3.1.1固定信道分配法(3/7)舉例說明等頻距分配法：例：若某蜂窩系統(tǒng)為FDD方式，工作頻段為25MHz，信道間隔為30kHz，N=7，即每7個小區(qū)構(gòu)成一個區(qū)群。如何分配信道？解：1，共有信道總數(shù)：25000/30＝833。每個小區(qū)信道數(shù)：833/7＝119。88第八十八頁，共141頁。2.3.1.1固定信道分配法(4/7)將833個信道等頻距分為七個信道組:1組：1,8,15,……,8272組：2,9,16,……,8283組：3,10,17,……,8294組：4,11,18,……,8305組：5,12,19,……,8316組：6,13,20,……,8327組：7,14,21,……,8334455589第八十九頁，共141頁。2.3.1.1固定信道分配法(5/7)等頻距分配法的特點：1).可以100%利用頻率資源；2).可防護(hù)同頻干擾4).提供足夠大的信道間隔，可以設(shè)計接收機(jī)濾波器抑制互調(diào)干擾3).能有效避免信道組內(nèi)的鄰道干擾，并能降低小區(qū)間鄰道干擾。90第九十頁，共141頁。2.3.1.1固定信道分配法(6/7)1.2分區(qū)分組分配法

目標(biāo)：避免三階互調(diào)干擾，在每個小區(qū)內(nèi)分配無三階互調(diào)干擾的頻道組,并同時保證需要的總頻帶最窄。91第九十一頁，共141頁。2.3.1.1固定信道分配法(7/7)固定信道分配法的特點：控制簡單信道利用不夠充分移動用戶相對集中時，呼損率將會增大。目前的蜂窩系統(tǒng)普遍采用固定信道頻率分配法。92第九十二頁，共141頁。2.3.1小區(qū)制頻率分配方法2.3.1.1固定信道分配2.3.1.2動態(tài)信道分配2.3.1.3混合信道分配93第九十三頁，共141頁。2.3.1.2動態(tài)信道分配法2，動態(tài)信道分配：按需分配信道，不固定。很多小區(qū)可以使用同一信道。每個小區(qū)使用的信道數(shù)不固定，根據(jù)業(yè)務(wù)量的大小。系統(tǒng)控制極其復(fù)雜，成本高。信道利用率高。比固定分配法高20%~50%94第九十四頁，共141頁。2.3.1小區(qū)制頻率分配方法2.3.1.1固定信道分配2.3.1.2動態(tài)信道分配2.3.1.3混合信道分配95第九十五頁，共141頁。2.3.1.3混合信道分配法3，混合信道分配法：是固定信道分配和動態(tài)信道分配相結(jié)合的一種方式。即借用信道分配。將一部分信道固定地分配給各個小區(qū)，另一部分作為各小區(qū)均可使用的動態(tài)信道。各小區(qū)優(yōu)先使用固定信道，當(dāng)固定信道不夠用時，再按動態(tài)信道分配方式使用空閑的動態(tài)信道。96第九十六頁，共141頁。2.3.電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級2.3.1小區(qū)制頻率分配方法2.3.2信道共用技術(shù)2.3.3電信業(yè)務(wù)流量2.3.4通信系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量和負(fù)荷能力97第九十七頁，共141頁。2.3.2.信道共用技術(shù)(1/4)移動通信頻率的有效利用頻譜的有效利用：語音壓縮、數(shù)字調(diào)制等技術(shù)

無線信道的有效利用信道的地區(qū)復(fù)用（小區(qū)間利用空間隔離來實現(xiàn)有效利用，即頻率復(fù)用）信道共用（小區(qū)內(nèi)利用時間隔離實現(xiàn)有效利用)98第九十八頁，共141頁。2.3.2.信道共用技術(shù)(2/4)小區(qū)信道分配方式獨立信道方式信道共用方式99第九十九頁，共141頁。2.3.2.信道共用技術(shù)(3/4)獨立信道方式：若一個小區(qū)有n個信道，把多個用戶也分成n組，每組用戶分別被指定一個信道，不同信道內(nèi)的用戶不能互換信道。信道利用率不高。(a)獨立信道方式n個信道…mA個用戶mB個用戶…n12…mm個用戶……100第一百頁，共141頁。2.3.2.信道共用技術(shù)(4/4)信道共用方式：小區(qū)內(nèi)的所有信道對所用用戶共享。移動用戶可選取小區(qū)內(nèi)的任一空閑信道通信。信道共用提高了小區(qū)內(nèi)信道利用率。n個信道12……m個用戶n圖(b)信道共用方式……101第一百零一頁，共141頁。2.3.電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級2.3.1小區(qū)制頻率分配方法2.3.2信道共用技術(shù)2.3.3電信業(yè)務(wù)流量2.3.4通信系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量和負(fù)荷能力102第一百零二頁，共141頁。2.3.3電信業(yè)務(wù)流量（1/3）基本概念：話務(wù)量(A)、呼損率(B)話務(wù)量(A)a).語音業(yè)務(wù)中話務(wù)量的計算單位時間（小時）內(nèi)進(jìn)行的平均電話交換量,，是度量通信系統(tǒng)通話業(yè)務(wù)量或繁忙程度的指標(biāo)。分為流入話務(wù)量與完成話務(wù)量。其中，為每小時的平均呼叫次數(shù)；S為每次呼叫占用信道的時間。A=?S(Erlang,愛爾蘭)103第一百零三頁，共141頁。2.3.3電信業(yè)務(wù)流量（2/3）例：在100個信道上，平均每小時有2100次呼叫，平均每次呼叫時間為2分鐘，求這些信道上的流入話務(wù)量。解：A=?S=2100×2/60=70（Erl）104第一百零四頁，共141頁。2.3.3電信業(yè)務(wù)流量（3/3）b).非語音業(yè)務(wù)中話務(wù)量的計算單位時間（秒）內(nèi)進(jìn)行的平均信息交換量。

其中，為信息到達(dá)速率(信息/s)1/u為平均信息長度(信息單位/信息)C為信道容量(信息單位/s)A=/uC105第一百零五頁，共141頁。2.3.電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級2.3.1小區(qū)制頻率分配方法2.3.2信道共用技術(shù)2.3.3電信業(yè)務(wù)流量2.3.4通信系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量和負(fù)荷能力106第一百零六頁，共141頁。2.3.4通信系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量和負(fù)荷能力(1/15)在信道共用中，存在兩種中繼方式：

損失系統(tǒng)：不對呼叫請求進(jìn)行排隊阻塞呼叫清除：如果有空閑信道則立即進(jìn)入，如果已沒有空閑信道，則呼叫阻塞，拒絕進(jìn)入。等待系統(tǒng)：對呼叫請求進(jìn)行排隊107第一百零七頁，共141頁。2.3.4通信系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量和負(fù)荷能力(2/15)損失系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量流入業(yè)務(wù)量大于等于完成業(yè)務(wù)量呼損率(B)：損失話務(wù)量與流入話務(wù)量的比值。用于衡量服務(wù)等級(GOS)。損失話務(wù)量＝流入話務(wù)量－完成話務(wù)量。完成話務(wù)量A’=0?S，0為每小時的平均成功呼叫次數(shù)。108第一百零八頁，共141頁。2.3.4通信系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量和負(fù)荷能力(3/15)呼叫中斷概率：在一個小時內(nèi)建立的Q次呼叫中，若N次丟失，則呼叫中斷概率為N/Q。呼叫中斷概率跟系統(tǒng)設(shè)計、嚴(yán)重干擾、越區(qū)切換等有關(guān)通信概率：移動用戶在給定服務(wù)區(qū)域進(jìn)行成功通話（達(dá)到規(guī)定通話質(zhì)量）的概率，它包括位置概率和時間概率。109第一百零九頁，共141頁。2.3.4通信系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量和負(fù)荷能力(4/15)為什么需要設(shè)計系統(tǒng)信道數(shù)？

呼損率與流入話務(wù)量是一對矛盾。呼損率B越小，成功呼叫的概率越大，用戶越滿意。但是要想呼損率降低，只有讓流入話務(wù)量減小。即系統(tǒng)所容納的用戶數(shù)減小。公網(wǎng)中一般取B=0.05。系統(tǒng)信道設(shè)計的問題描述：

在一個系統(tǒng)中，為滿足一定用戶數(shù)U，并要求達(dá)到B要求的服務(wù)質(zhì)量，從而合理設(shè)計信道數(shù)n，是信道設(shè)計的要點。110第一百一十頁，共141頁。2.3.4通信系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量和負(fù)荷能力(5/15)根據(jù)排隊論可得到損失系統(tǒng)服務(wù)等級B的公式(愛爾蘭呼損公式)為：其中：

n：用戶共用的信道數(shù)；

A：n個信道總的流入話務(wù)量。

根據(jù)上式可得到：B、A、n的三者關(guān)系。一般將上式計算成表，方便使用。111第一百一十一頁，共141頁。2.3.4通信系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量和負(fù)荷能力(6/15)

同時根據(jù)用戶數(shù)U每用戶的話務(wù)量可得流入話務(wù)量(A)與用戶數(shù)的關(guān)系(一般在工程設(shè)計時，將每用戶的話務(wù)量考慮為忙時話務(wù)量計算)。112第一百一十二頁，共141頁。2.3.4通信系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量和負(fù)荷能力(7/15)每用戶忙時話務(wù)量aC：用戶每天平均呼叫的次數(shù)T：每次呼叫平均占用信道的時間(秒/次)K：集中系數(shù)，忙時話務(wù)量對全日(24小時)話務(wù)量的比，一般選10%~15%例：C=3次/天，T=120秒/次，K=10％

解：a=0.01Erl/用戶113第一百一十三頁，共141頁。2.3.4通信系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量和負(fù)荷能力(8/15)每個信道所能容納的用戶數(shù)當(dāng)每個用戶忙時的話務(wù)量(a)確定后，每個信道所能容納的用戶數(shù)m與A的關(guān)系。用戶總數(shù)：M=mn=A/a。

114第一百一十四頁，共141頁。2.3.4通信系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量和負(fù)荷能力(9/15)1，A:系統(tǒng)總話務(wù)量2，B:系統(tǒng)要求呼損率3，n:用戶共用的信道數(shù)4，A/n:每信道平均流入話務(wù)量5，a:每用戶忙時話務(wù)量6，m:每信道可容納用戶數(shù)

m=A/n/a7，M:系統(tǒng)總用戶數(shù)

M=mn=A/a115第一百一十五頁，共141頁。2.3.4通信系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量和負(fù)荷能力(10/15)例：B=0.05，a=0.01(1),若有n=5，M=?

n=5，查表4-8,A=2.218,

M=A/a=2.218/0.01=221(2),若M＝700個用戶，n=?

A=Ma=0.01×700=7，查表計算為：n=11116第一百一十六頁，共141頁。2.3.4通信系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量和負(fù)荷能力(11/15)例如，某移動通信系統(tǒng)，每天每個用戶平均呼叫10次，每次占用信道的平均時間為80秒，呼損率要求10％，集中系數(shù)為K=0.125，問給定8個信道能容納多少個用戶？

解：(1)根據(jù)呼損率(B)及信道數(shù)(n)，查表4-8求總話務(wù)量A。查表求得A=5.597Erl。(2)求每個用戶忙時話務(wù)量a：(4)求系統(tǒng)所容納的用戶數(shù)M：(3)求每個信道所能容納的用戶數(shù)m：117第一百一十七頁，共141頁。2.3.4通信系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量和負(fù)荷能力(12/15)信道利用率：用每個信道平均完成的話務(wù)量來表示。118第一百一十八頁，共141頁。2.3.4通信系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量和負(fù)荷能力(13/15)信道利用率119第一百一十九頁，共141頁。2.3.4通信系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量和負(fù)荷能力(14/15)當(dāng)n一定，，

B，A，M，即，信道利用率越高，但服務(wù)質(zhì)量越低，一般公網(wǎng)與其他系統(tǒng)B選5%~20%，專網(wǎng)2%。采用信道共用技術(shù)，可提高信道利用率。n，，但提高的速度越來越少，如：n>30，提高不明顯，共用不宜太多。120第一百二十頁，共141頁。2.3.4通信系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量和負(fù)荷能力(15/15)系統(tǒng)信道設(shè)計總結(jié)：選定B，正確選定a(一般公網(wǎng)0.01Erl，專網(wǎng)0.06Erl)采用信道共用，根據(jù)B和a確定M與n的值。121第一百二十一頁，共141頁。第二章內(nèi)容

2.1.蜂窩小區(qū)的概念和特點2.2.干擾和信道容量2.3.電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級

2.4.信道切換策略122第一百二十二頁，共141頁。2.4.信道切換策略123第一百二十三頁，共141頁。2.4.信道切換策略

2.4.1信道切換原理2.4.2實際系統(tǒng)切換的一些考慮124第一百二十四頁，共141頁。

2.4.1信道切換原理(1/9)信道切換:當(dāng)前正在通信的移動臺與服務(wù)基站之間的鏈路轉(zhuǎn)移到另一個新基站的過程目的：實現(xiàn)蜂窩移動通信的“無縫隙”覆蓋，保證移動臺跨區(qū)時通信的連續(xù)性。

分類：

按實現(xiàn)技術(shù)分為：1.硬切換：新的連接建立前，先中斷舊的連接。例如GSM系統(tǒng)。2.軟切換：指既維持舊的連接，又同時建立新的連接。例如CDMA系統(tǒng)。125第一百二十五頁，共141頁。

2.4.1信道切換原理(2/9)切換過程包括識別新小區(qū)和分配給移動臺在新小區(qū)的語音信道和控制信道。

切換的原因：小區(qū)信號的強(qiáng)度或質(zhì)量下降到由系統(tǒng)規(guī)定的一定參數(shù)以下，此時移動臺被切換到信號較強(qiáng)的相鄰小區(qū)。由于小區(qū)業(yè)務(wù)信道容量全被占用或幾乎全被占用，這時移動臺被切換到業(yè)務(wù)