1、通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章 蜂窩網的概念概述小區與區群的概念信道分配策略過區切換干擾和系統容量提高蜂窩網系統容量下一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念早期：采用大區制特點：高架天線、大功率發射機增大覆蓋面積缺點：服務范圍仍然有限每個頻道每一時刻只能服務一個用戶，限制了系統容量改進：將整個服務區劃為許多小的區域(小區)每個小區設置一個基站，它只覆蓋本小區的區域相鄰小區使用不同的頻道，但相距一定距離的小區可以采用相同的頻道例：30個雙向頻道大區制時只能有30個用戶同時通信小區制時：分為30個小區，相鄰

2、3個小區采用不同的頻道，每個小區有10個雙向頻道整個服務區可同時為300個用戶提供服務如果將小區進一步劃小，可獲得更大的容量2.1 概述下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念一、小區的形狀：全向天線輻射信號的覆蓋區域是圓形的不留空隙地覆蓋整個服務區，小區之間必然有重疊若所有小區形狀相同，考慮了重疊部分之后，實際的小區形狀為正多邊形（有三種形式）2.2 小區與區群的概念下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念一、小區的形狀（續）：可以計算出：在相同小區

3、半徑的情況下，采用正六邊形的小區形狀，相鄰小區的重疊部分最少，小區的面積最大。意義：采用這種形狀的小區覆蓋相同的服務范圍所需的基站最少（成本最低），且相鄰小區之間的相互干擾最小。此時，其整體構架類似于蜂窩，故稱為“蜂窩網”。2.2 小區與區群的概念下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念二、區群的構成：在小區范圍之內，無線電信號要保持足夠的強度（有效通信距離為小區的半徑）；但無線電信號不可能只限制在小區的范圍之內。因此，為了減小同頻道干擾，相鄰小區不能使用相同的頻道。但如果兩個小區足夠遠，則它們可以采用相同的頻道。區群的定

4、義： 相鄰的使用不同頻道的所有小區，但這些小區共同使用了系統提供的所有頻道資源。 含義：區群中的每個小區只使用了部分頻率資源，但區群則包含了全部的頻率資源。2.2 小區與區群的概念下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念2. 區群內的小區數：為了設計的簡單和布局的合理，區群的組成應滿足以下兩個條件：區群應無空隙無重疊地對服務區域進行覆蓋各相鄰同頻道小區的距離相同。1）區群內的小區數： 要滿足以上兩個條件，區群內的小區數應滿足：N=i2+ij+j2, (i，j為任意正整數）N1，3，4，7，9，12，13，16，19，21，

5、2.2 小區與區群的概念下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念2.2 小區與區群的概念2）區群的形狀： 下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念2.2 小區與區群的概念3. 相鄰同頻道小區位置的確定方法：1）從當前小區開始，沿任意一條邊的垂直方向數i個小區；2）順（逆）時針方向旋轉60度，再數j各小區。 則該小區為當前小區的一個相鄰同頻道小區。 每個小區有六各相鄰同頻道小區。 下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學

6、第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念2.2 小區與區群的概念4. 相鄰同頻道小區的距離：1）相鄰小區之間的中心距離：r3)2/ r (rd2202）相鄰同頻道小區的距離：002220200Id3Ndjiji)jd23()jd21(iddNIdIdIdId同頻道干擾下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念5. 小區的激勵形式：中心激勵：基站設在小區的中心（全向天線）；頂點激勵：基站設在小區的某幾個頂點上（方向性天線） 例如：120度天線，三個頂點。 優點： 1）有利于避免小區內障礙物的陰影效應； 2）對干擾有一定隔離度，同

7、頻道小區距離可適當減小。 缺點：控制復雜。2.2 小區與區群的概念下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念一、固定分配法將所有信道分成N組，每個小區固定使用其中的一組。1. 分組時的考慮： 每組中的頻道不會形成明顯的干擾。分區分組配置法（不產生三階互調干擾）；等距離配置法（要求N值要足夠大）。2. 優點：簡單；缺點：可能造成頻率資源的浪費。3. 改進：空閑頻道借用。 當某個小區中的所有頻道已使用完，又有新的呼叫請求時，從相鄰的小區中借用空閑頻道。2.3 信道分配策略下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學

8、西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念二、動態頻道分配法：所有頻道不是固定地分配給小區。只有在用戶發出呼叫時，才為服務的小區分配頻道。1. 分配時考慮的因素：同頻道復用距離不會對本小區已經使用的其它頻道產生明顯的干擾以后呼叫阻塞的可能性、候選頻道使用的頻次，等2. 優缺點：優點：頻率利用率搞，可適應業務分布的動態變化。缺點：控制復雜、開銷較大（要求MSC增加存儲量和運算量）2.3 信道分配策略下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念一、基本概念：1. 定義： 將當前正在通信的移動臺的通信鏈路從當前基站轉移到

9、另一基站的過程。（也稱為ALT自動鏈路轉換）2. 關鍵問題：切換的準則切換的控制切換時的信道分配2.4 過區切換下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念一、基本概念：3. 性能指標：切換失敗的概率；切換失敗導致通信中斷的概率切換的速率切換引起通信中斷的時間間隔切換發生的時延 4. 分類：硬切換：新鏈路建立前先中斷舊鏈路。軟切換：新舊鏈路同時保持，直到新鏈路可靠工作，再斷開舊的鏈路2.4 過區切換下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念二、過區切換的準則

10、：1. 相對強度準則（準則）：選擇最強信號的基站鏈路。2. 具有門限規定的相對強度準則（準則）：當前基站信號足夠弱（門限），且新基站的信號強度優于本基站。3. 具有滯后余量的相對強度準則（準則）：新基站的信號強度比當前基站高出某一門限（滯后余量）。4. 具有滯后余量和門限規定的相對強度準則（準則）：新基站的信號強度比當前基站高出某一門限（滯后余量） ，且當前基站信號足夠弱（門限）。2.4 過區切換下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念三、過區切換的策略：1. 移動臺控制的過區切換：PACS、DECT等2. 網絡控制的過區

11、切換：模擬網、TACS等3.移動臺輔助控制的過區切換：IS-95、GSM等2.4 過區切換下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念四、過區切換的信道分配： 分配方法不同，服務的質量不同。1. 與呼叫請求相同的方法分配；2. 保留部分信道專門用于過區切換；3. 對切換請求進行排隊。過區切換的其它問題 （多層網絡結構）2.4 過區切換下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念 對于蜂窩網，干擾是影響系統性能和容量的主要因素干擾的主要類型：移動臺：所屬基站發給

12、其它移動臺的信號（特別是相鄰頻道的信號）相鄰同頻道小區的同頻道信號基站產生的三階互調信號基站：本小區移動臺的相互影響（特別是遠近效應和鄰道干擾）其它小區的同頻道干擾此外，汽車火花干擾等外界干擾信號和噪聲的影響。其中，同頻干擾、鄰道干擾和三階互調干擾的影響最大，且無法根除。2.5 干擾和系統容量下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念一、同頻干擾與系統容量： 對于蜂窩網，頻率再用直接導致了同頻干擾的存在。1.特點：不能靠簡單地增加發射功率來克服。一般通過增大頻率復用的距離來解決。 但復用距離的增加，又導致頻率利用率（系統容量

13、的減?。?。 實際應用中必須在二者中進行折中。2.5 干擾和系統容量下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念一、同頻干擾與系統容量：2.分析： 假設同頻道小區數為： 第i個同頻道小區的干擾為： 則信噪比為：2.5 干擾和系統容量0iiI0i1iISIS0P一般情況下距離發射臺d處的信號強度是d的函數：p一般情況下，n24設 處的信號功率為：則d處的功率為：0d-ndn00r)dd(PP下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念設所有的基站的發射功率都相同。

14、移動臺距當前小區基站的距離為d； 距第i個同頻道小區基站的距離為則：僅考慮相鄰同頻道小區的影響。如果N足夠大，即最壞情況下，移動臺處于小區的邊緣即dr則：教材P27頁公式（2.11）給出了更為精確的計算2.5 干擾和系統容量0i1n-iddISidr3NddIinnIN361dr61IS）（）（下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念例：在某系統中，接收機要求的信干比門限為n4，求系統允許的最大N。解：2.5 干擾和系統容量dB18IS1.8410dB18ISN361IS）（749. 6IS32為故：NN下一頁回目錄上一頁

15、通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念二、鄰道干擾1.定義：相鄰頻道之間的相互干擾2.產生原因：已調信號帶外衰減不夠快接收濾波器不夠理想惡果：易產生遠近效應3.解決方法： 在一個小區中（甚至相鄰的小區中）不使用相鄰頻道。2.5 干擾和系統容量下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念三、互調干擾1.定義： 由于傳輸信道的非線性電路產生的新的組合頻率的信號。 例如：當兩個或多個不同頻率的信號同時輸入到非線性電路時，會產生許多諧波和組合頻率分量。這些分量的頻率如果和有用信號

16、的頻率相同或接近，便會產生干擾。2.5 干擾和系統容量下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念2.產生機理：1）非線性器件的輸入和輸出的一般表示：2.5 干擾和系統容量0332210.iiicuauauauaai假設有兩個信號同時作用于該非線性器件，即：tBtAuBAcoscos2ncoscosnBAtBtA）（則失真項為：下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念（1）n=2項展開后為：2.5 干擾和系統容量ttABtBtABABAcoscos2cos

17、cos22）（）（tAtAAA2cos2/11cos22）（)cos()cos(coscos2ttttABttABBABABA生干擾。都比較大，因此不易產相差和與和由于BABABA下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念（2）n=3項展開后為：2.5 干擾和系統容量3223322YXYYXXYX）（，也不易產生干擾。和其中立方項產生的是BA33型互調干擾）。階三階互調干擾（或三相近，故會產生干擾和它們與，和，而平方項中產生的有I22BABABA略不計。們的幅度較小，一般忽階互調干擾。但由于它階，稱為相近的組合頻率，和項中也

18、會產生一些與，同樣，75.975nBA下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念3.相容頻道（無三階互調干擾的頻道組）： 在一個通信系統中，為了避免三階互調干擾，在分配頻率時，應合理地選用頻道集合中的頻率，使它們產生的互調頻率不在所選的頻率組中。 產生的三階互調干擾頻率為：2.5 干擾和系統容量率為所選頻率組的某個頻、其中，或kjijixkjixffffffffff2,.)3 , 2 , 1(nn0nCBCff，頻率，如下圖：為了方便常用序號表示kjxCCCCi則：下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西

19、安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念2.5 干擾和系統容量kj,ix,jji,ddCCdi表示為：則三階互調干擾還可以的差值為：設任意兩個頻道的序號可見：如果所選頻道組中任意兩個頻道的差值都不相同，則該頻道組為相容頻道組。該問題可以采用圖解的方式求解。例：1，2，4，6，8作業：試求1,2,5,10,12和1,2,5,7,10 這兩組頻道是否為相容頻道下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念四、功率控制 功率控制是減小各種系統干擾的有效手段。1.基本思想： 當移動臺距離基站較近時，以較小的發射功率進行通信；

20、反正，則以較大的發射功率進行通信。 2.常用方法： 開環功率控制閉環功率控制3.優點：可減小系統干擾，從而增大系統容量；可減小移動臺的功耗，從而增加其工作時間。2.5 干擾和系統容量下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念 無線服務的需求不斷增大，頻率資源越來越緊張，需要采用一些技術手段提高頻率資源利用率，以達到擴容的目的。目前的主要技術有：小區分裂劃分扇區新的微小區概念2.6 提高蜂窩系統的容量下一頁回目錄上一頁通信工程學院通信工程學院西安電子科技大學西安電子科技大學第二章第二章 蜂窩網的概念蜂窩網的概念一、小區分裂：1.基本方法：當某些小區分配的信道數