蜂窩移動通信系統(tǒng)解析doc資料

1、蜂窩移動通信系統(tǒng)解析 2.1.1 移動通信網(wǎng)概念 2.1.2 移動通信網(wǎng)組成 移動通信在追求最大容量的同時，還要追求最大的覆蓋，未來的目標(biāo)是全球無縫覆蓋(seamless coverage)即無論用戶移動到什么地方，移動通信系統(tǒng)都應(yīng)該覆蓋到要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在其覆蓋區(qū)內(nèi)良好的通信，就必須有一個通信網(wǎng)支持，這個網(wǎng)絡(luò)就是移動通信網(wǎng)（1）空中網(wǎng)絡(luò)部分多址接入方式頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)切換和位置更新（2）地面網(wǎng)絡(luò)部分服務(wù)區(qū)內(nèi)各個基站的相互連接基站與固定網(wǎng)絡(luò)（PSTN、ISDN、數(shù)據(jù)網(wǎng)等） 2.2.1 蜂窩小區(qū)的概念 2.2.2 大區(qū)制小容量 2.2.3 頻率復(fù)用和小區(qū)制移動通信系統(tǒng) 蜂窩的概念是一個系統(tǒng)級的概念，

2、其思想是用許多小功率的發(fā)射機(jī)來代替單個的大功率發(fā)射機(jī)，每一個小的覆蓋區(qū)只提供服務(wù)范圍內(nèi)的一小部分覆蓋。 移動通信網(wǎng)的區(qū)域覆蓋方式分為兩類：一類是小容量的大區(qū)制；另一類是大容量的小區(qū)制。 大區(qū)制是指一個基站覆蓋整個服務(wù)區(qū)。 為了增大通信用戶量，大區(qū)制通信網(wǎng)只有增多基站的信道數(shù)（裝備量也隨之加大），但這總是有限的。 因此，大區(qū)制只能適用于小容量的通信網(wǎng)，例如用戶數(shù)在1 000以下。 這種制式的控制方式簡單，設(shè)備成本低，適用于中小城市、工礦區(qū)以及專業(yè)部門，是發(fā)展專用移動通信網(wǎng)可選用的制式。 為整個系統(tǒng)中的所有基站選擇和分配信道組的設(shè)計(jì)過程叫做頻率復(fù)用或頻率規(guī)劃。 小區(qū)制大容量 小區(qū)制移動通信系統(tǒng)的頻

3、率復(fù)用和覆蓋有兩種方式，一種是帶狀服務(wù)覆蓋區(qū)；另一種是面狀服務(wù)覆蓋區(qū)。 圖圖2-1 雙頻組和三頻組頻率配置雙頻組和三頻組頻率配置 無線移動通信系統(tǒng)廣泛使用六邊形研究系統(tǒng)覆蓋和業(yè)務(wù)需求。 實(shí)際上，由于無線系統(tǒng)覆蓋區(qū)的地形地貌不同，無線電波傳播環(huán)境不同，產(chǎn)生的電波的長期衰落和短期衰落不同，因而一個小區(qū)的實(shí)際無線覆蓋是一個不規(guī)則的形狀。 當(dāng)用六邊形來模擬覆蓋范圍時，基站發(fā)射機(jī)或者安置在小區(qū)的中心（中心激勵小區(qū)），或者安置在六邊形的頂點(diǎn)之中的三個上（頂點(diǎn)激勵小區(qū)）。 圖圖2-2 2-2 蜂窩系統(tǒng)的頻率復(fù)用蜂窩系統(tǒng)的頻率復(fù)用N=4包含2個完整的含有相同數(shù)字1到4的小區(qū)，一般稱為簇或區(qū)群。在一個簇里要使用

4、不同頻率，在不同簇中要使用對應(yīng)的相同頻率。小區(qū)的頻率復(fù)用指名了在哪使用了不同的頻率信道 考慮一個共有S個可用的雙向信道的蜂窩系統(tǒng)，如果每個蜂窩小區(qū)都分配K（K S）個信道，并且S個信道在N個小區(qū)中分為各不相同的、各自獨(dú)立的信道組，而且每個信道組有相同的信道數(shù)目，那么可用無線信道的總數(shù)為 S=KN （2-1） 共同使用全部可用頻率的N個小區(qū)叫做一簇（cluster，也叫區(qū)群）。 N叫做簇（或區(qū)群）的大小，如果區(qū)群在系統(tǒng)中共同復(fù)制了M次，則信道的總數(shù)C可以作為容量的一個度量 C=MKN=MS （2-2） 用正六邊形表示的一個小區(qū)，可使相鄰小區(qū)無空隙，每一個區(qū)群的小區(qū)數(shù)量N滿足下式： N=i2+ij

5、+j2 （2-3） N 3 4 7 9 12131619212527j1 0 1 02102103i1 2 2 32343453p N的值表現(xiàn)了移動臺或基站可以承受的干擾，同時保 持令人滿意的通信質(zhì)量p 移動臺或基站可以承受的干擾主要體現(xiàn)在由于頻率 復(fù)用所帶來的同頻干擾p 同頻距離的選定決定著同頻干擾的大小，因?yàn)楦蓴_ 隨著距離的增大會減小p 同頻復(fù)用距離D指最近的兩個同頻點(diǎn)小區(qū)中心之間的 距離圖圖2-3 2-3 在蜂窩小區(qū)中定位同頻小區(qū)的方法在蜂窩小區(qū)中定位同頻小區(qū)的方法D=(3N)1/2RN= i2+ij+j2N也稱為頻率復(fù)用因子也稱為頻率復(fù)用因子N越大，越大，D就大，頻率就大，頻率利用率就

6、降低，反之，利用率就降低，反之，N小，小，D小，頻率利用小，頻率利用率高，但同頻干擾加大率高，但同頻干擾加大1、沿著任何一條六邊形鏈移動i個小區(qū)；2、逆時針旋轉(zhuǎn)60度，再一定j個小區(qū)，如上圖，i=3，j=2，N=19 將正在處于通話狀態(tài)的移動臺轉(zhuǎn)移到新的業(yè)務(wù)信道上將正在處于通話狀態(tài)的移動臺轉(zhuǎn)移到新的業(yè)務(wù)信道上（新的小區(qū)）的過程稱為（新的小區(qū)）的過程稱為“切換切換”（handoverhandover） ? ? 為什么要切換為什么要切換信號強(qiáng)度或質(zhì)量下降引起切換容量問題引起切換 干擾是蜂窩無線系統(tǒng)性能的主要限制因素。 在蜂窩系統(tǒng)中，存在兩種主要的干擾，即同頻干擾和鄰頻干擾。 2.4.1 同頻干擾和

7、系統(tǒng)容量 2.4.2 相鄰信道的干擾 2.4.3 蜂窩小區(qū)容量的改善 頻率復(fù)用意味著在一個給定的覆蓋區(qū)域內(nèi)，存在著許多使用同一組頻率的小區(qū)，這些小區(qū)叫做同頻小區(qū)。 這些同頻小區(qū)之間的信號干擾叫做同頻干擾（也叫同道干擾）。 為了減小同頻干擾，同頻小區(qū)必須在物理上隔開物理上隔開一個最小的距離一個最小的距離，為傳播提供充分的隔離。 如果每個小區(qū)的大小都差不多，基站也都發(fā)射相同的功率，則同頻干擾比例與發(fā)射功率無關(guān)，而變?yōu)樾^(qū)半徑（R）和相距最近的同頻小區(qū)中心間距離（D）的函數(shù)。增加D/R的值，相對于小區(qū)的覆蓋距離同頻小區(qū)間的空間距離就會增加，從而來自同頻小區(qū)的射頻能量減小而使干擾減小，但頻率利用率也隨

8、之降低。 參數(shù)Q叫做同頻復(fù)用比例（也叫同頻干擾抑制因子），與區(qū)群的大小有關(guān)。對于六邊形系統(tǒng)來說，Q可表示為（2-4） Q的值越小則容量越大，但同頻干擾也越大；而Q值大可以提高傳播質(zhì)量，因?yàn)橥l干擾小。在實(shí)際的蜂窩系統(tǒng)中，需要對這兩個目標(biāo)進(jìn)行協(xié)調(diào)和折衷。 來自所使用信號頻率的相鄰頻率的信號干擾叫做鄰頻干擾（也叫鄰道干擾）。 鄰頻干擾是因接收濾波器不理想，使得相鄰頻率的信號泄漏到傳輸帶寬內(nèi)而引起的。（1 1）小區(qū)分裂）小區(qū)分裂 小區(qū)分裂就是一種將擁塞的小區(qū)分成更小的小區(qū)的方法，分裂后的每個小區(qū)都有自己的基站并相應(yīng)地降低天線高度和減小發(fā)射機(jī)功率。 由于小區(qū)分裂能夠提高信道的復(fù)用次數(shù)，因而能提高系統(tǒng)容

9、量。即通過設(shè)定比原小區(qū)半徑更小的新小區(qū)和在原有小區(qū)間安置這些小區(qū)（叫做微小區(qū)），使得單位面積內(nèi)的信道數(shù)目增加，從而增加系統(tǒng)容量。 圖圖2-4 2-4 小區(qū)分裂的圖例小區(qū)分裂的圖例（1 1）小區(qū)分裂）小區(qū)分裂小區(qū)分裂主要是通過小區(qū)分裂主要是通過減小小區(qū)半徑減小小區(qū)半徑R R和不改和不改變變同頻復(fù)用因子同頻復(fù)用因子D/RD/R來來增加單位面積的信道增加單位面積的信道數(shù)，另一種方法是保數(shù)，另一種方法是保持小區(qū)半徑不變，而持小區(qū)半徑不變，而減小減小D/RD/R的比值，做到的比值，做到這一點(diǎn)的前提是在不這一點(diǎn)的前提是在不降低發(fā)射功率的前提降低發(fā)射功率的前提下下減小同頻小區(qū)之間減小同頻小區(qū)之間的相互干擾的

10、相互干擾（2 2）扇區(qū)的概念）扇區(qū)的概念 可以通過使用定向天線代替基站中單獨(dú)的一根全向天線來減小蜂窩系統(tǒng)中的同頻干擾，其中每個定向天線輻射某一特定的扇區(qū)。 由于使用了定向天線，小區(qū)將只接收同頻小區(qū)中一部分小區(qū)的干擾。 這種使用定向天線來減小同頻干擾，從而提高系統(tǒng)容量的技術(shù)叫做裂向（即扇區(qū)化）。 同頻干擾減小的因素決定于使用扇區(qū)的數(shù)目。 圖圖3-5 3-5 扇區(qū)劃分扇區(qū)劃分（2 2）扇區(qū)的概念）扇區(qū)的概念（1 1）呼叫話務(wù)量與忙時話務(wù)量）呼叫話務(wù)量與忙時話務(wù)量 話務(wù)量是通信系統(tǒng)通話業(yè)務(wù)量或繁忙程度的指標(biāo)。 其性質(zhì)如同客流量，具有隨機(jī)性，只能用統(tǒng)計(jì)方法獲取。呼叫話務(wù)量，是指單位時間（一小時）內(nèi)的平

11、均電話交換量，可用下面關(guān)系式表示： A=Cit0如果以t0小時為單位，則話務(wù)量A的單位是Erl。如果在一個小時之內(nèi)連續(xù)地占用一個信道，則其呼叫話務(wù)量為1Erl。這是一個信道所能完成的最大話務(wù)量。（1 1）呼叫話務(wù)量與忙時話務(wù)量）呼叫話務(wù)量與忙時話務(wù)量 用戶忙時話務(wù)量是指一天中最忙的那個小時（即“忙時”），每個用戶的平均話務(wù)量，用AB來表示。AB是一個統(tǒng)計(jì)平均值。 同時，將忙時話務(wù)量與全日話務(wù)量之比稱為集中系數(shù)，用K表示。因?yàn)镵反映了這個通信系統(tǒng)“忙時”的集中程度，即忙時話務(wù)量在全天話務(wù)量中所占的比例。 （1 1）呼叫話務(wù)量與忙時話務(wù)量）呼叫話務(wù)量與忙時話務(wù)量 在一個通信系統(tǒng)中，呼叫失敗的概率稱

12、為呼叫損失概率，簡稱呼損率，記為B。 設(shè)A為呼叫成功而接通電話的話務(wù)量，簡稱完成話務(wù)量。C0為1小時內(nèi)呼叫成功而通話的次數(shù)，t0為每次呼叫平均占用信道的時間，則完成話務(wù)量為 A=C0t0 呼損率 B = （2 2）呼損率）呼損率0iCCCAAACC 呼損率的物理意義是損失話務(wù)量與呼叫話務(wù)量之比的百分?jǐn)?shù)。 呼損率在數(shù)值上等于呼叫失敗次數(shù)與總呼叫次數(shù)之比的百分?jǐn)?shù)。 呼損率B稱為系統(tǒng)的服務(wù)等級（或業(yè)務(wù)等級），記為GOS（Grade of Service）。 GOS是系統(tǒng)的一個重要質(zhì)量指標(biāo)。 呼損率與話務(wù)量是一對矛盾，即服務(wù)等級與信道利用率是矛盾的。 （2 2）呼損率）呼損率 如果呼叫具有下列性質(zhì)：

13、每次呼叫相互獨(dú)立，互不相關(guān)，即呼叫具有隨機(jī)性； 每次呼叫在時間上都有相同的概率； 每個用戶選用無線信道是任意的，且是等概的，則呼損率可按下式計(jì)算：（2 2）呼損率）呼損率 這就是電話工程中的第一愛爾蘭公式，也稱愛爾蘭B公式。20!11!2!nnniniAAnnBAAAAni（2 2）呼損率）呼損率 多信道（n）共用時，信道利用率是指每個信道平均完成的話務(wù)量。因此 如果已知B、n，可算出A值，然后由上式求出。 (1)AAnnB（3 3）信道利用率）信道利用率1、說明大區(qū)制和小區(qū)制的概念，另外請指出相對大區(qū)制，小區(qū)制存在哪些優(yōu)勢與劣勢？2、簡單描述切換的基本概念。3、描繪出小區(qū)數(shù)N=7，簇?cái)?shù)為3的結(jié)構(gòu)圖形，并根據(jù)此圖求出同頻復(fù)用比例參數(shù)Q值。4、同頻復(fù)用距離D的計(jì)算公式是？根據(jù)公式推導(dǎo)改善蜂窩小區(qū)容量的方法有哪幾種？4、計(jì)算：已知某移動基站的話音業(yè)務(wù)信道數(shù)為20，根據(jù)ErlB表