移動(dòng)通信課件：06次課 第03章 組網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)-2_

1、6-1數(shù)字移動(dòng)通信Digital Mobile CommunicationBTS總體方案設(shè)計(jì)報(bào)告Digital Mobile Communication數(shù)字移動(dòng)通信3-2數(shù)字移動(dòng)通信第3章組網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)3-3要求與重點(diǎn)掌握區(qū)域覆蓋的基本概念和基本原理，理解小區(qū)制區(qū)域覆蓋的特點(diǎn)和適用范圍；理解同頻干擾和系統(tǒng)容量的關(guān)系式；理解小區(qū)分裂、劃分扇區(qū)和微小區(qū)的原理，了解這三種方法用于提高蜂窩系統(tǒng)容量的原因及因此而帶來(lái)的不利因素；學(xué)習(xí)實(shí)際問(wèn)題的解決方法/思路。3-4本節(jié)解決的主要問(wèn)題通過(guò)本節(jié)學(xué)習(xí)，著重解決以下問(wèn)題：小區(qū)制的原理？同頻干擾與系統(tǒng)容量的關(guān)系？提高系統(tǒng)容量的方法？3-53.3小區(qū)制背景寸金難買寸頻

2、率隨著移動(dòng)通信業(yè)務(wù)量的增長(zhǎng)，大區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)的容量已經(jīng)不能滿足需求。為了解決這一問(wèn)題，蜂窩技術(shù)的研究逐漸興起，并最終走向?qū)嵱?。解決問(wèn)題頻率資源與容量需求的矛盾基礎(chǔ)蜂窩原理3-6一、蜂窩技術(shù)概述特點(diǎn)應(yīng)用了空域的同頻復(fù)用技術(shù)，解決了信道數(shù)少和用戶數(shù)多之間的矛盾。ADCBGFEADCBGFEADCBGFE同頻復(fù)用3-7一、蜂窩技術(shù)概述兩個(gè)核心思想1）大區(qū)改小區(qū)：用多個(gè)小功率發(fā)射機(jī)代替單個(gè)大功率發(fā)射機(jī)，用多個(gè)小覆蓋區(qū)代替一個(gè)大覆蓋區(qū)；2）信道復(fù)用與配置：將整個(gè)系統(tǒng)的信道分成若干個(gè)信道組，每個(gè)基站分配整個(gè)系統(tǒng)可用信道中的一部分，并且給相鄰的基站分配不同的信道組，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內(nèi)的可用信道復(fù)用。不

3、同用戶采用不同頻率來(lái)區(qū)分！3-8大區(qū)覆蓋與小區(qū)覆蓋大區(qū)覆蓋與小區(qū)覆蓋（a）大區(qū)覆蓋（b）小區(qū)覆蓋大區(qū)制基站發(fā)射功率大覆蓋區(qū)域廣頻率不能復(fù)用小區(qū)制（蜂窩）基站發(fā)射功率小覆蓋區(qū)域?。ㄐ^(qū)）頻率復(fù)用3-9蜂窩系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及問(wèn)題系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)將整個(gè)服務(wù)區(qū)分為若干個(gè)小區(qū)，每一小區(qū)設(shè)一基站，負(fù)責(zé)與小區(qū)內(nèi)所有移動(dòng)臺(tái)的無(wú)線通信。同時(shí)設(shè)置移動(dòng)交換中心，統(tǒng)一控制基站的協(xié)調(diào)工作，保證移動(dòng)用戶得到完善的服務(wù)。總體來(lái)說(shuō)，蜂窩技術(shù)通過(guò)整個(gè)覆蓋區(qū)域內(nèi)頻率復(fù)用，就實(shí)現(xiàn)了用固定的信道來(lái)為大量的用戶服務(wù)。引入的問(wèn)題同頻干擾：同頻小區(qū)越區(qū)切換二、蜂窩系統(tǒng)的一些問(wèn)題小區(qū)形狀區(qū)群的概念同頻小區(qū)的距離3-103-11（1）小區(qū)形狀目的：無(wú)縫覆蓋整

4、個(gè)平面的服務(wù)區(qū)，尋找合適的幾何形狀。全向天線輻射的覆蓋區(qū)是個(gè)圓形 。在考慮交疊之后，實(shí)際上每個(gè)輻射區(qū)的有效覆蓋區(qū)是一個(gè)多邊形。正三角形 正方形 正六邊形3-12三種形狀小區(qū)的比較小區(qū)形狀正三角形正方形正六邊形鄰區(qū)距離r小區(qū)面積1.3r22r22.6r2交疊區(qū)寬度r0.59r0.27r交疊區(qū)面積3-13小區(qū)形狀的選取在服務(wù)區(qū)面積一定的情況下，正六邊形小區(qū)的形狀最接近理想的圓形，用它覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)所需的基站數(shù)最小，也就是最經(jīng)濟(jì)。小區(qū)形狀為六邊形的小區(qū)制移動(dòng)通信網(wǎng)稱為蜂窩網(wǎng)。3-14（2）區(qū)群的概念區(qū)群（簇）指共同使用全部可用頻率的N個(gè)小區(qū)。 區(qū)群的特點(diǎn)在一個(gè)區(qū)群內(nèi)各小區(qū)使用不同的頻率，不同的區(qū)群可

5、以使用相同的頻率。n頻制一個(gè)區(qū)群使用的頻率數(shù)為n。3-15（2）區(qū)群的概念A(yù)DCBGFEADCBGFEADCBGFE同頻復(fù)用3-16區(qū)群組成滿足兩個(gè)條件1）區(qū)群之間可以鄰接，且無(wú)縫隙無(wú)重疊地覆蓋。2）鄰接后的區(qū)群應(yīng)保證各個(gè)相鄰?fù)诺佬^(qū)的距離相等?？梢宰C明，區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)應(yīng)滿足下式舉例N的典型值為4，7，12。GSM系統(tǒng)：N=3或4 3-17區(qū)群組成示意圖 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區(qū)群組成示意圖3-18（3）蜂窩網(wǎng)同頻小區(qū)的距離逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60度再移動(dòng)j個(gè)小區(qū)垂直沿六邊形任意邊移動(dòng)i個(gè)小區(qū)i2Rj

6、2RDRRR,為正六邊形內(nèi)切圓的半徑。R為正六邊形外接圓的半徑。3-19蜂窩網(wǎng)同頻小區(qū)距離的計(jì)算同頻小區(qū)距離計(jì)算公式與區(qū)群的關(guān)系N越大，同信道小區(qū)的距離越遠(yuǎn)，抗同道干擾的性能越強(qiáng)。那么，是不是N越大越好呢？3-20問(wèn)題的引出 系統(tǒng)容量與用戶需求之間的矛盾是推動(dòng)移動(dòng)通信發(fā)展的主要?jiǎng)恿χ?同頻干擾是限制系統(tǒng)容量的主要因素之一 實(shí)際問(wèn)題：在抑制同頻干擾的基礎(chǔ)上，如何通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)獲得最大的系統(tǒng)容量3.4 提高蜂窩系統(tǒng)容量的方法3-213.4.1 同頻干擾對(duì)系統(tǒng)容量的影響同頻干擾不能簡(jiǎn)單地通過(guò)增大發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率來(lái)克服。為什么呢？為了解決這一問(wèn)題，需要找到同頻干擾和系統(tǒng)容量的關(guān)系。3-22一、系統(tǒng)容量

7、系統(tǒng)容量的定義有多種定義，如一定頻段內(nèi)所能提供的信道數(shù)或用戶的最大數(shù)目或系統(tǒng)輸入話務(wù)總量等。本次課用一定頻段內(nèi)所能提供的信道數(shù)來(lái)表示系統(tǒng)容量，用符號(hào)CT來(lái)表示。3-23系統(tǒng)容量的定義6754321675432167543216754321675432167543216754321N的取值討論CT：系統(tǒng)中信道總數(shù)L：無(wú)線信道總數(shù) ：簇復(fù)制次數(shù)N：簇的大小NS：系統(tǒng)中小區(qū)總數(shù)3-24系統(tǒng)容量與區(qū)群大小N的關(guān)系同樣小區(qū)半徑，同樣覆蓋區(qū)域下N減?。客l小區(qū)間的間隔更近，區(qū)群復(fù)制次數(shù)增加，從而使容量CT增大。因此，N越小越好？N太小，間隔更近，但同頻干擾增強(qiáng)，故有折衷的N值。 3-25同頻干擾的定義：同

8、頻小區(qū)間的信號(hào)干擾S/I：信干比二、同頻干擾的數(shù)學(xué)參數(shù)有用信號(hào)功率第i個(gè)小區(qū)的同頻干擾功率同頻小區(qū)的總數(shù)特指同頻干擾其他干擾忽略不計(jì)3-26同頻干擾的定義：同頻小區(qū)間的信號(hào)干擾Q:同頻復(fù)用系數(shù) Q刻畫(huà)了頻率復(fù)用程度D為同頻小區(qū)中心點(diǎn)之間的距離。R為正六邊形外接圓的半徑。二、同頻干擾的數(shù)學(xué)參數(shù)3-27三、同頻干擾和系統(tǒng)容量的關(guān)系 在滿足信干比要求的前提下，如何通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提高系統(tǒng)容量數(shù)學(xué)模型3-28三、同頻干擾和系統(tǒng)容量的關(guān)系 1、Q與N的關(guān)系假設(shè)1：假設(shè)每個(gè)小區(qū)的大小一樣，且每個(gè)小區(qū)是正六邊形小區(qū)？6754321675432167543214321412324313-29三、同頻干擾和系統(tǒng)容量

9、的關(guān)系 同頻小區(qū)的定位i2R j2RD3-30假設(shè)2：假設(shè)每個(gè)基站的發(fā)射功率相等，在整個(gè)覆蓋區(qū)內(nèi)平均接收信號(hào)功率隨距離的冪指數(shù)下降且路徑衰減指數(shù)相同，則三、同頻干擾和系統(tǒng)容量的關(guān)系 2、S/I與Q之間的關(guān)系A(chǔ)ADsDi3-31三、同頻干擾和系統(tǒng)容量的關(guān)系 假設(shè)3：若僅僅考慮第一層同頻干擾小區(qū)，AAAAAARDiAD化簡(jiǎn)i0=kDsRDiD則小區(qū)邊界移動(dòng)臺(tái)接收信號(hào)的信干比為假設(shè)4：若近似認(rèn)為所有干擾基站到移動(dòng)臺(tái)之間距離為D ，則3-32三、同頻干擾和系統(tǒng)容量的關(guān)系 系統(tǒng)中信道總數(shù)區(qū)群復(fù)制次數(shù)無(wú)線信道總數(shù)系統(tǒng)中小區(qū)總數(shù)簇的大小同頻復(fù)用比例信干比第一層干擾小區(qū)的數(shù)目路徑衰減指數(shù)3-33三、同頻干擾和

10、系統(tǒng)容量的關(guān)系L：無(wú)線信道總數(shù)n：路徑衰減指數(shù)S/I：系統(tǒng)要求的最低信干比k：第一層干擾小區(qū)的數(shù)目NS：系統(tǒng)中小區(qū)的總數(shù)3-34四、參數(shù)對(duì)系統(tǒng)容量的影響1、系統(tǒng)要求的信干比S/I對(duì)系統(tǒng)容量的影響N=7N=4675432167543216754321432141232431AMPS系統(tǒng)，18dBGSM系統(tǒng)， 9dB3-35四、參數(shù)對(duì)系統(tǒng)容量的影響2、第一層同頻小區(qū)數(shù)目k值的影響7777777561423裂向：保持小區(qū)半徑不變，定向天線77777775614233-36四、參數(shù)對(duì)系統(tǒng)容量的影響3、系統(tǒng)中小區(qū)總數(shù)Ns的影響675432167543216754321675432167543216754

11、321675432167543216754321小區(qū)分裂：保持N值不變，減小小區(qū)半徑3-373.4.2 小區(qū)分裂 原理 將小區(qū)劃分為更小的小區(qū)，稱為微小區(qū)如何實(shí)現(xiàn)呢？ 降低天線高度和減小發(fā)射功率 小區(qū)數(shù)增加 - 增加覆蓋區(qū)域內(nèi)的區(qū)群數(shù)目 提高了信道的復(fù)用次數(shù) - 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)容量的提高3-383.4.2 小區(qū)分裂 方法 在原小區(qū)內(nèi)分設(shè)三個(gè)發(fā)射功率更小的新基站，形成幾個(gè)面積更小的正六邊形小區(qū)。3-393.4.2 小區(qū)分裂 基站A被六個(gè)新的微小區(qū)基站所包圍。 每個(gè)微小區(qū)的半徑都是原來(lái)小區(qū)的一半。 小區(qū)分裂只是按比例縮小簇的幾何形狀，不改變?cè)^(qū)的信道分配策略。3-403.4.2 小區(qū)分裂不是所有的小區(qū)

12、同時(shí)分裂，不同規(guī)模的小區(qū)將同時(shí)存在。本質(zhì)：小區(qū)分裂通過(guò)減小小區(qū)半徑，使區(qū)群復(fù)制次數(shù)增大，從而提高系統(tǒng)容量。3-413.4.3 小區(qū)扇區(qū)化(裂向) 基本概念使用定向天線來(lái)減小同頻干擾同頻干擾減小的程度取決于扇區(qū)數(shù)目，7小區(qū)復(fù)用時(shí)120o裂向時(shí)從6降低為2。(a)120度裂向 (b)60度裂向2243541136651123233-423.4.3 小區(qū)扇區(qū)化(裂向)利用裂向以后，小區(qū)內(nèi)的信道就分為分散的組，每組只在某一扇區(qū)使用。優(yōu)點(diǎn)：減小干擾，減小區(qū)群的大小N，提高系統(tǒng)容量。提高了信道分配的自由度。3-433.4.3 小區(qū)扇區(qū)化(裂向) 裂向存在的不足天線增多，基站信道也要?jiǎng)澐?。中繼效率降低 每個(gè)扇區(qū)的可用信道減小。切換次數(shù)增多 允許MS在一個(gè)小區(qū)內(nèi)切換，不需MSC干預(yù)。3.4.4覆蓋區(qū)域逼近方法問(wèn)題的提出：利用裂向需要增加切換次數(shù)，導(dǎo)致系統(tǒng)交換和鏈路負(fù)荷的增加?；舅枷耄憾鄠€(gè)微小區(qū)和一個(gè)基站組成小區(qū)。每3個(gè)或更多的區(qū)域站點(diǎn)與一個(gè)單獨(dú)的基站相連，并共享無(wú)線設(shè)備。中心基站由多個(gè)微小區(qū)發(fā)射機(jī)代替。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在小區(qū)內(nèi)時(shí)，由信號(hào)最強(qiáng)的微小區(qū)服務(wù)。 3-453.4.4覆蓋區(qū)域逼近方法微小區(qū)概念(取自Lee91b IEEE) 微波和光纜鏈路微小區(qū)選擇器基站Tx/RxTx/RxTx/RxABC3-463.4.4覆蓋區(qū)域逼近方法 特點(diǎn)移動(dòng)用戶在微小區(qū)之間