第三章蜂窝组网技术2013fs

1、1第三章第三章 蜂窝组网技术蜂窝组网技术徐徐 娟娟 同济大学电子信息学院同济大学电子信息学院 20132013年年3 3月月移动通信系统移动通信系统同济大学徐娟2 3.1 移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区 3.3 提高蜂窝系统容量提高蜂窝系统容量 3.4 信道分配策略信道分配策略 3.5 切换策略切换策略 3.6 多址技术多址技术 3.7 蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析 第三章第三章 蜂窝组网技术蜂窝组网技术同济大学徐娟3移动通信网由两部分组成：移动通信网由两部分组成：n空中网络空中网络多址接入多址接入频率复用和蜂窝小

2、区频率复用和蜂窝小区切换和位置更新切换和位置更新n地面网络部分地面网络部分各个基站的互联各个基站的互联基站与固定网络的相互连接基站与固定网络的相互连接3.1 3.1 移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念3.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区l频率复用频率复用l蜂窝系统容量蜂窝系统容量同济大学徐娟53.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区频率复用的思想，图中标有相同字母的小区使频率复用的思想，图中标有相同字母的小区使用相同的信道组。用相同的信道组。频率复用设计是基于地图的，指明在什么位置频率复用设计是基于地图的，指明在什么位置使用了不同的频率信道。使用了不同的频率信

3、道。 同济大学徐娟63.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区频率复用频率复用是小区制网的是小区制网的核心问题核心问题。频率复用：由于频率复用：由于电波传播损耗产生的隔离度电波传播损耗产生的隔离度，可以，可以在相隔一定距离后的另一小区重复使用。在相隔一定距离后的另一小区重复使用。同频干扰指所有落到接收机通带内的、与有用信号同频干扰指所有落到接收机通带内的、与有用信号频率相同或相近的无用信号所产生的干扰。频率相同或相近的无用信号所产生的干扰。同济大学徐娟7当服务区不是条状而是一个宽广的平面时，称为当服务区不是条状而是一个宽广的平面时，称为面状服务区。面状服务区。实际的面状小区的覆盖，基

4、站天线全向辐射时为实际的面状小区的覆盖，基站天线全向辐射时为一个圆，实际为不规则，有重叠区。一个圆，实际为不规则，有重叠区。 3.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区同济大学徐娟83.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区为研究方便，假定整个服务区的地形、地物相同，且基站为研究方便，假定整个服务区的地形、地物相同，且基站采用全向天线，其覆盖区大体上是一个圆，即无线小区是圆采用全向天线，其覆盖区大体上是一个圆，即无线小区是圆形的。又考虑到形的。又考虑到不留空隙地不留空隙地覆盖整个服务区，圆形无线小区覆盖整个服务区，圆形无线小区必有大量的交叠，这样必有大量的交叠，这样基站实际

5、覆盖有效区基站实际覆盖有效区应是圆内接正多应是圆内接正多边形。边形。这些正多边形可能是正三角形、正方形、正六边形这些正多边形可能是正三角形、正方形、正六边形。同济大学徐娟93.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区在单个小区半径在单个小区半径R R相同，发射功率、天线增益性相同，发射功率、天线增益性同等的情况下：同等的情况下：正六边形单位小区的面积最大，覆盖同样面积的服务正六边形单位小区的面积最大，覆盖同样面积的服务区所需小区个数最少，即基站数最少，也就最经济；区所需小区个数最少，即基站数最少，也就最经济；正六边形小区的中心间距最大，各基站之间的干扰最正六边形小区的中心间距最大，各基

6、站之间的干扰最小；小；六边形最接近于圆形的辐射模式，全向基站天线和自六边形最接近于圆形的辐射模式，全向基站天线和自由空间传播的辐射模式就是圆形的。由空间传播的辐射模式就是圆形的。同济大学徐娟103.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区蜂窝的由来：面状服务区的最佳组成形式蜂窝的由来：面状服务区的最佳组成形式是正六边形。是正六边形。由于其形状酷似蜂窝，故称蜂窝网。由于其形状酷似蜂窝，故称蜂窝网。正六边形仅有正六边形仅有理论分析理论分析和和设计意义设计意义同济大学徐娟113.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区12一个蜂窝系统构成的基本条件：一个蜂窝系统构成的基本条件： 基本

7、图案能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积。基本图案能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积。 同频的小区间距离相等。同频的小区间距离相等。满足小区条件的簇的形状和满足小区条件的簇的形状和N是有限的是有限的: N = i2 + ij +j2 i、j为簇之间的二维距离，为簇之间的二维距离，i、j为正整数，不能为正整数，不能同时为零。同时为零。3.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区N347912131619i10102102j12232343同济大学徐娟13簇簇：共同使用全部可用频率的共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇，个小区叫做一簇，若系统中簇复制得越多，则系统容量越大，频率若系统中簇复制得

8、越多，则系统容量越大，频率的利用率越高。的利用率越高。n全部频谱在簇内分配使用。全部频谱在簇内分配使用。n对于全向覆盖并由对于全向覆盖并由N个小区组成的簇，频道总数个小区组成的簇，频道总数被分成被分成N组，每个小区分给一个频率组，全部频组，每个小区分给一个频率组，全部频道分给簇。道分给簇。n簇获得全部频率，相邻的簇重复使用相同的频率簇获得全部频率，相邻的簇重复使用相同的频率分配模式。分配模式。因数因数N叫做簇的大小，典型值叫做簇的大小，典型值3、4、7、9、12 、3.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区同济大学徐娟14考虑一个共有考虑一个共有S个可用的双向信道的蜂窝系统。个可用的

9、双向信道的蜂窝系统。如果在一个簇的如果在一个簇的N个小区中都分配个小区中都分配k个信道，则个信道，则可用无线信道的总数可表示为：可用无线信道的总数可表示为：S=kN。如果簇在系统中共复制了如果簇在系统中共复制了M次，则双向信道的次，则双向信道的总数总数C，可以作为容量的一个度量：，可以作为容量的一个度量：C=MS.所以蜂窝系统的容量直接与簇在某一固定服务所以蜂窝系统的容量直接与簇在某一固定服务范围内复制的次数成比例。如果簇的大小范围内复制的次数成比例。如果簇的大小N减减小而小区的数目保持不变，则需要更多的簇来小而小区的数目保持不变，则需要更多的簇来覆盖给定的范围，从而获得了更大的容量（更覆盖给

10、定的范围，从而获得了更大的容量（更大的大的C值）。值）。3.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区同济大学徐娟15N越大，则意味着同频小区间距离越远，同频越大，则意味着同频小区间距离越远，同频干扰越小干扰越小,但频率利用率低但频率利用率低 。N越小，则意味着一个系统中可有更多的簇，越小，则意味着一个系统中可有更多的簇，频率利用率高，有更多的容量。频率利用率高，有更多的容量。 N的选取原则：的选取原则：从提高频率利用率的角度，在从提高频率利用率的角度，在保持满意的通信质量的前提下，保持满意的通信质量的前提下，N应取最小值应取最小值最好。最好。蜂窝系统的频率复用因子为蜂窝系统的频率复用因

11、子为1/N，因为一个簇，因为一个簇中的每个小区都只分配给系统中所有可用信道中的每个小区都只分配给系统中所有可用信道的的1/N。3.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区同济大学徐娟16找某一小区的相距找某一小区的相距最近的同频相邻小最近的同频相邻小区按下步进行：区按下步进行：沿沿着任意一条六边形着任意一条六边形边的垂线方向移动边的垂线方向移动i i个小区，并逆时个小区，并逆时针方向旋转针方向旋转6060，再移动再移动j j个小区。个小区。3.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区同频小区的确定：同频小区的确定：ij17 显然，同频小区之间的距离满足：显然，同频小区之间的距离

12、满足： 而簇中的小区数为：而簇中的小区数为：可见：可见：所以，簇内小区数越多，同频小区之间的距离就越所以，簇内小区数越多，同频小区之间的距离就越远，从而抗同频干扰的能力也就越强。但是，簇内远，从而抗同频干扰的能力也就越强。但是，簇内小区数越多，频率的利用率就下降了。所以，在小区数越多，频率的利用率就下降了。所以，在满满足同频干扰值的条件下，应尽可能取小的足同频干扰值的条件下，应尽可能取小的N N值值。3.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区同频小区的确定：同频小区的确定：RND3ijjiN22NRDQ3/同济大学徐娟183.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区频率复用意

13、味着在一个给定的覆盖区域内，存在着频率复用意味着在一个给定的覆盖区域内，存在着许多使用同一组频率的小区。许多使用同一组频率的小区。这些小区称为同频小区，这些小区之间的干扰称为这些小区称为同频小区，这些小区之间的干扰称为同频干扰。同频干扰。同频干扰指所有落到接收机通带内的、与有用信号同频干扰指所有落到接收机通带内的、与有用信号频率相同或相近的无用信号所产生的干扰。频率相同或相近的无用信号所产生的干扰。研究同频干扰和同频小区间的距离是频率复用的依研究同频干扰和同频小区间的距离是频率复用的依据。据。 同频小区间的距离同频小区间的距离取决于能容忍的同频干扰。同频取决于能容忍的同频干扰。同频干扰又取决于

14、话音质量要求的载噪比（干扰又取决于话音质量要求的载噪比（C/N）或）或C/I。同济大学徐娟193.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区01iiiISIS同济大学徐娟203.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区在距离发射天线在距离发射天线d处接收到的平均信号功率处接收到的平均信号功率Pr为：为：nrddPP00或或00log10)()(ddndBmPdBmPrP0是参考点是参考点d=d0处的接收功率，处的接收功率，n是路径损耗指数是路径损耗指数213.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区 R：小区半径：小区半径 Di：BS i距被干扰距被干扰MS的距离。的距离

15、。 n：路径损耗指数。：路径损耗指数。001n1nn1iiiiiiRDRISD同济大学徐娟22第一层第一层第三层第三层第二层第二层同频小区围绕着某一同频小区围绕着某一小区可分为多层。小区可分为多层。来自第一层的同频干来自第一层的同频干扰最强。扰最强。分析时，可只考虑第分析时，可只考虑第一层同频干扰。一层同频干扰。在一个完全展开的正在一个完全展开的正六边形组成的蜂窝系六边形组成的蜂窝系统中，对于任何簇的统中，对于任何簇的构成方案，在周围第构成方案，在周围第一层有一层有6个同频干扰个同频干扰小区。小区。3.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区RND33.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频

16、率复用和蜂窝小区00)3()/(iNiRDISnn66)3(nnQNIS243.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区例例3.2 为了保证蜂窝系统的前向信道具有良好性能，为了保证蜂窝系统的前向信道具有良好性能，要求的信干比为要求的信干比为15dB。求当路径损耗指数。求当路径损耗指数 (a) n=4、(b)n=3时，要获得时，要获得最大最大的容量需要多大的频的容量需要多大的频率复用因子和簇大小率复用因子和簇大小?假设第一层中有六个同频小假设第一层中有六个同频小区，并且它们与移动台之间的距离都相同。可用区，并且它们与移动台之间的距离都相同。可用适当的近似。适当的近似。解：解：(a)n=4

17、 采用全向天线时，第一层的同频小区个数为采用全向天线时，第一层的同频小区个数为6，信，信噪比为：噪比为：所以有：所以有：6/36/362NNDRISnnndBNIS156/9log10log102253.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区解上式得解上式得 N4.59.由由N=i2+j2+ij, i,j为正整数或者零，但两者不能同为正整数或者零，但两者不能同时为零。因此最理想的簇大小时为零。因此最理想的簇大小N取取7；频率复用；频率复用因子为因子为1/7。(b)n=3 采用全向天线时，第一层的同频小区个数为采用全向天线时，第一层的同频小区个数为6，信噪比为：信噪比为：6/36/36

18、2/33NNDRISnn所以有：所以有：dBNIS156/)3(log10log102/3解上式得解上式得 N11. 01.因此最理想的簇大小因此最理想的簇大小N取取12；频率复用因子为频率复用因子为1/12。263.2 3.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区小区制移动通信的特点是把整个大范围的服务区划小区制移动通信的特点是把整个大范围的服务区划分成许多小区，每个小区设置一个基站，负责本小分成许多小区，每个小区设置一个基站，负责本小区各个移动台的联络与控制。区各个移动台的联络与控制。基本小区有：（基本小区有：（r：小区半径）：小区半径）宏小区宏小区(macrocell) ： r 1-20

19、km微小区微小区(microcell)： r 0.1-1km（城市繁华区）（城市繁华区）微微小区微微小区(picocell )： r 0.1km（办公室）（办公室）毫微微小区毫微微小区(femtocell)： r 0.01km （家庭或办（家庭或办公室）公室）优点：提高频率利用率，组网灵活优点：提高频率利用率，组网灵活缺点：网络复杂缺点：网络复杂3.3 3.3 提高蜂窝系统容量提高蜂窝系统容量28由于由于从此式可探讨几种增加容量的方法：从此式可探讨几种增加容量的方法：（1）常规的就是保持）常规的就是保持Q不变，降低不变，降低R。这种增加容。这种增加容量的方法称为小区分裂。量的方法称为小区分裂。

20、（2）减少）减少N值来提高容量，而保持值来提高容量，而保持R不变。但由于不变。但由于当当N减少，则减少，则D缩短，即同频干扰增大，所以为了缩短，即同频干扰增大，所以为了减少同频干扰，采用裂向（划分扇区）。减少同频干扰，采用裂向（划分扇区）。（3）分区微小区）分区微小区Femtocell扩展移动通信扩展移动通信室内室内覆盖覆盖使用中继器扩大覆盖范围使用中继器扩大覆盖范围3.3 提高蜂窝系统容量提高蜂窝系统容量NRDQ3同济大学徐娟29小区分裂是频率复用外，提高蜂窝网容量小区分裂是频率复用外，提高蜂窝网容量及频谱效率的又一重要概念及频谱效率的又一重要概念小区分裂是解决网中用户的增加，解决网小区分裂

21、是解决网中用户的增加，解决网中用户密度的不同的有效方法。中用户密度的不同的有效方法。 3.3.1 小区分裂（小区分裂（1）同济大学徐娟30小区分裂就是一种将拥塞的小区分成更小小区的小区分裂就是一种将拥塞的小区分成更小小区的方法，分裂后的每个小区都有自己的基站并相应方法，分裂后的每个小区都有自己的基站并相应地地降低天线高度和减小发射机功率降低天线高度和减小发射机功率。n小区数目的增加将增加覆盖区域内的簇数目，这样就小区数目的增加将增加覆盖区域内的簇数目，这样就增加了覆盖区域内的信道数量，从而增加容量。增加了覆盖区域内的信道数量，从而增加容量。3.3.1 小区分裂（小区分裂（2）n通过设定比原小区

22、半径更小的通过设定比原小区半径更小的新小区，使得单位面积内的信新小区，使得单位面积内的信道数目增加，从而增加系统容道数目增加，从而增加系统容量。量。同济大学徐娟31小区分裂不改变信道分配策略。小区分裂不改变信道分配策略。小区分裂保持小区间的最小同频复用因子。小区分裂保持小区间的最小同频复用因子。小区分裂只是按比例缩小簇的几何形状。小区分裂只是按比例缩小簇的几何形状。小区分裂将会使高速移动用户的切换非常频繁。所以通小区分裂将会使高速移动用户的切换非常频繁。所以通常使用伞状小区法，即原小区为快速移动用户服务，新常使用伞状小区法，即原小区为快速移动用户服务，新的微小区为慢速移动用户服务。的微小区为慢

23、速移动用户服务。3.3.1 小区分裂（小区分裂（3）同济大学徐娟32对于在尺寸上更小的新小区，它们的发射功率对于在尺寸上更小的新小区，它们的发射功率也应该下降。也应该下降。半径为原来小区的一半的新小区的发射功率为半径为原来小区的一半的新小区的发射功率为原小区的原小区的1/16(1/16(路径损耗指数路径损耗指数n=4)n=4)。3.3.1 小区分裂（小区分裂（4）33网络设计初期，认为服务网络设计初期，认为服务区内个小区大小相同，用区内个小区大小相同，用户密度均匀分布，各基站户密度均匀分布，各基站频道数相等。频道数相等。随着用户数的增加，用户随着用户数的增加，用户的分布不再均匀，有的小的分布不

24、再均匀，有的小区甚至出现信道不够的情区甚至出现信道不够的情况。况。n把高用户密度的小区面积划把高用户密度的小区面积划得更小得更小; ;n将全向覆盖改为定向覆盖，将全向覆盖改为定向覆盖，使每个小区的信道数增多使每个小区的信道数增多（裂向技术）（裂向技术）3.3.1 小区分裂（小区分裂（5）同济大学徐娟343.3.1 小区分裂（小区分裂（6） 1:4 1:4分裂法：在原顶点激励的基础上展开，在两分裂法：在原顶点激励的基础上展开，在两个原基站连线的中心点上加设新的基站。个原基站连线的中心点上加设新的基站。同济大学徐娟353.3.1 小区分裂（小区分裂（7）同济大学徐娟36另一种提高系统容量的方法是保

25、持小区半径不变，而另一种提高系统容量的方法是保持小区半径不变，而寻找办法来减小寻找办法来减小D DR R比值。比值。在这种方法中，容量的提高是通过减小在这种方法中，容量的提高是通过减小簇中的小区数簇中的小区数量量，相应提高频率复用实现的。，相应提高频率复用实现的。 蜂窝系统中的同频干扰可以通过使用蜂窝系统中的同频干扰可以通过使用定向天线定向天线代替代替基站中单独的一根全向天线来减小，其中每个定向天基站中单独的一根全向天线来减小，其中每个定向天线辐射某一特定的扇区。线辐射某一特定的扇区。由于使用了定向天线，小区将只接收同频小区中一部由于使用了定向天线，小区将只接收同频小区中一部分小区的干扰。这种

26、使用定向天线来减小同频干扰，分小区的干扰。这种使用定向天线来减小同频干扰，从而提高系统容量的技术叫做从而提高系统容量的技术叫做裂向（划分扇区）裂向（划分扇区） 。考虑中继效率，采用裂向技术后，某个扇区使用的信考虑中继效率，采用裂向技术后，某个扇区使用的信道为原小区的部分信道，从而道为原小区的部分信道，从而中继效率降低中继效率降低，话务量，话务量有所损失。有所损失。3.3.2 划分扇区（划分扇区（1 1）同济大学徐娟37工程中大量采用的是把一个全向小区分成工程中大量采用的是把一个全向小区分成3 3个个120120覆盖的扇形小区。覆盖的扇形小区。常见的还有分成常见的还有分成6 6个个6060o o

27、扇形小区的方案扇形小区的方案 。同时每个天线由一组信道共用，即每一个扇区同时每个天线由一组信道共用，即每一个扇区使用不同频率组使用不同频率组。3.3.2 划分扇区（划分扇区（2 2）同济大学徐娟38假设有一假设有一7 7个小区复个小区复用情形，对于用情形，对于120120度度扇区，第一层的干扇区，第一层的干扰源数目由扰源数目由6 6下降到下降到2 2。中心小区的移动台中心小区的移动台只会受到来自只会受到来自2 2个扇个扇区的前向链路干扰。区的前向链路干扰。3.3.2 划分扇区划分扇区(3)(3)5555555同济大学徐娟39u目的：目的：减小同频干扰源，增大减小同频干扰源，增大系统容量系统容量

28、。u原因：根据下式：原因：根据下式：同频干扰源越少，在相同射频防卫比的条同频干扰源越少，在相同射频防卫比的条件下，可以减小复用距离或簇大小或件下，可以减小复用距离或簇大小或同频同频复用比。复用比。簇的复制次数也越多，因此系统容量越大。簇的复制次数也越多，因此系统容量越大。mQmNmRDISnnn3/3.3.2 划分扇区划分扇区(4)(4)同济大学徐娟40裂向导致每个基站的天线数目的增加。裂向导致每个基站的天线数目的增加。裂向降低了中继效率，话务量会有所损失。裂向降低了中继效率，话务量会有所损失。由于由于小区中的可用信道必须进行划分并且对特定天线小区中的可用信道必须进行划分并且对特定天线实行专用

29、，需要把可用的中继信道分成为多个部实行专用，需要把可用的中继信道分成为多个部分。分。导致切换次数增加。导致切换次数增加。3.3.2 划分扇区划分扇区(5)(5)裂向（扇区划分裂向（扇区划分 ）所存在的问题）所存在的问题同济大学徐娟41都可以提高系统容量或提高服务质量。都可以提高系统容量或提高服务质量。小区分裂是通过增加单位面积内的复用次数，小区分裂是通过增加单位面积内的复用次数，从而增加信道数来提高信道容量。从而增加信道数来提高信道容量。扇区化是减少同频干扰源，从而减小簇内的小扇区化是减少同频干扰源，从而减小簇内的小区个数（即增加频率复用因子），来提高系统区个数（即增加频率复用因子），来提高系

30、统容量。容量。扇区化是小区分裂的一种特殊形式，即是在原扇区化是小区分裂的一种特殊形式，即是在原基站上的分裂。基站上的分裂。3.3.2 划分扇区划分扇区(6)(6)扇区化与小区分裂的比较扇区化与小区分裂的比较同济大学徐娟42当用户数继续大量增加时，可以组合使当用户数继续大量增加时，可以组合使用用划分扇区划分扇区和和小区分裂小区分裂方法提高系统容方法提高系统容量。量。3.3.2 划分扇区划分扇区(7)(7)同济大学徐娟43一种分区微小区概念：一种分区微小区概念：n在这个方案中，由在这个方案中，由3个个(或者更多或者更多)分区分区(在图中以在图中以TxRx表示表示)组成与一个单独的基站相连。组成与一

31、个单独的基站相连。n每个分区仅需要上每个分区仅需要上/下变频器、功率放大器和低噪声放下变频器、功率放大器和低噪声放大器。大器。n各分区用同轴电缆、光导纤维或微波链路与基站连接。各分区用同轴电缆、光导纤维或微波链路与基站连接。多个分区和一个基站组成一个小区。多个分区和一个基站组成一个小区。3.3.3 分区微小区分区微小区 (1)(1)同济大学徐娟44当移动台在小区内移动并发出信号时，每个分区均接收此当移动台在小区内移动并发出信号时，每个分区均接收此信号，并送基站的分区选择器，选择信号最强的微小区信号，并送基站的分区选择器，选择信号最强的微小区（分区）来服务。（分区）来服务。3.3.3 分区微小区

32、分区微小区 (2)当移动台在小区当移动台在小区内从一个分区运内从一个分区运动到另一个分区动到另一个分区时，它使用同样时，它使用同样的信道。因此，的信道。因此，移动台在小区内移动台在小区内的微小区之间运的微小区之间运动时不需要动时不需要MSCMSC进进行切换。行切换。同济大学徐娟45因为它的天线安放在小区的外边缘，信号辐射被因为它的天线安放在小区的外边缘，信号辐射被限制在局部，限制在局部，干扰也就减小干扰也就减小了。了。 基站的任意一个信道都可由基站分配给任一个微基站的任意一个信道都可由基站分配给任一个微小区，小区，不会引起中继效率的下降不会引起中继效率的下降。3.3.3 分区微小区分区微小区

33、(2)同济大学徐娟46分区微小区技术的优点在于：分区微小区技术的优点在于：n分区微小区既可以保证覆盖半径，又能够减小蜂窝系统分区微小区既可以保证覆盖半径，又能够减小蜂窝系统的同频干扰。的同频干扰。n同频干扰的减小提高了信号质量，也增大了系统容量；同频干扰的减小提高了信号质量，也增大了系统容量；n移动台在小区内的分区微小区之间运动时不需要移动台在小区内的分区微小区之间运动时不需要MSCMSC进进行切换。行切换。n没有裂向引起的中继效率的下降。没有裂向引起的中继效率的下降。3.3.3 分区微小区分区微小区 (4)同济大学徐娟47目前，在许多蜂窝系统和个人通信系统中正在采目前，在许多蜂窝系统和个人通

34、信系统中正在采用分区微小区结构。用分区微小区结构。3.3.3分区微小区分区微小区 (5)容量提高了容量提高了7/3=2.337/3=2.33倍，倍，假设路径损假设路径损耗指数为耗指数为4 4。同济大学 徐娟483.3.4 FemtocellFemtocell（毫微微蜂窝基站，也被称作家庭基（毫微微蜂窝基站，也被称作家庭基站或站或3G接入点，飞蜂窝）技术接入点，飞蜂窝）技术u 是一种扩展移动通信是一种扩展移动通信室内室内覆盖的解决方案，可以把覆盖的解决方案，可以把用户手机发出的话音和数据呼叫传输到基于标准接用户手机发出的话音和数据呼叫传输到基于标准接口的口的3G核心网络，且可连接到任何现有的基于

35、核心网络，且可连接到任何现有的基于IP的的传送网络。传送网络。u 3G工作在工作在2GHz频段，其无线传播特性特别是建筑频段，其无线传播特性特别是建筑物穿透特性较差并且由于物穿透特性较差并且由于CDMA小区具有呼吸效应，小区具有呼吸效应，导致室内服务质量的下降。导致室内服务质量的下降。Femtocell的出现将有效的出现将有效提高室内覆盖范围和服务质量。提高室内覆盖范围和服务质量。3.3.4 Femtocell49503.3.4 Femtocell产生背景产生背景 提高室内提高室内 用户宽带和服务质量用户宽带和服务质量 3G的实际部署也面临覆盖、容量等因素的挑战。的实际部署也面临覆盖、容量等因

36、素的挑战。 直接通过建设更多的宏基站来增加网络容量的做法成本很高。直接通过建设更多的宏基站来增加网络容量的做法成本很高。 家庭基站是安放在用户家中或办公室的一个无线接入点设备家庭基站是安放在用户家中或办公室的一个无线接入点设备AP（Access Point），业界也称之为），业界也称之为Femtocell。Femto作为一个蜂窝基站其覆盖范围非常小，通常的覆盖半作为一个蜂窝基站其覆盖范围非常小，通常的覆盖半径是径是20到到50米米513.3.4 Femtocell技术特点（技术特点（1） 宽带接入：宽带接入：Femtocell是基于是基于IP协议的，采用扁平化的基协议的，采用扁平化的基站架构站

37、架构,可以通过现有的可以通过现有的DSL、cable或光纤等宽带手段接或光纤等宽带手段接入移动运营商的网络入移动运营商的网络 低功率：发射功率为低功率：发射功率为10100mW，与，与Wi-Fi接入点类似。接入点类似。它具有它具有1个载波，覆盖半径为个载波，覆盖半径为50200m，支持，支持46个活动个活动用户，允许的最大用户运动速度为用户，允许的最大用户运动速度为10km/h 支持多种标准化协议：支持连接运营商核心网的多种接口支持多种标准化协议：支持连接运营商核心网的多种接口523.3.4 Femtocell技术特点（技术特点（2） 基于蜂窝移动网络标准：可以基于任何移动蜂窝通信技术，基于蜂

38、窝移动网络标准：可以基于任何移动蜂窝通信技术，包括现有的包括现有的3G标准及即将成熟的标准及即将成熟的UMB、LTE ，与运营商，与运营商的其它移动基站同制式、同频段，因此手机等移动终端可的其它移动基站同制式、同频段，因此手机等移动终端可以通用。以通用。 用户安装：支持即插即用，用户可以自行安装用户安装：支持即插即用，用户可以自行安装Femtocell终端，只需要运营商进行激活终端，只需要运营商进行激活 低成本：结构简单，与传统基站相比，价格低廉，用户可低成本：结构简单，与传统基站相比，价格低廉，用户可以自己购买以自己购买533.3.4 Femtocell的关键技术的关键技术3.3.4 Fem

39、tocell的应用场景的应用场景同济大学徐娟54同济大学徐娟553.3.5 使用中继器扩大覆盖范围使用中继器扩大覆盖范围通常情况下，无线运营者需要为信号难以到达的通常情况下，无线运营者需要为信号难以到达的区域提供专门的覆盖，这些区域包括建筑物内部、区域提供专门的覆盖，这些区域包括建筑物内部、山区或是隧道。山区或是隧道。直放站（中继器）属于同频放大设备，是指在无直放站（中继器）属于同频放大设备，是指在无线通信传输过程中起到信号增强的一种无线电发线通信传输过程中起到信号增强的一种无线电发射射中转设备中转设备。直放站的基本功能就是一个射频信号功率增强器。直放站的基本功能就是一个射频信号功率增强器。同

40、济大学徐娟563.3.5 使用中继器扩大覆盖范围使用中继器扩大覆盖范围GSM/CDMA移动通信直放站原理图移动通信直放站原理图 同济大学徐娟573.3.5 使用中继器扩大覆盖范围使用中继器扩大覆盖范围直放站的应用场合直放站的应用场合n扩大服务范围，消除覆盖盲区，如高山，建筑物，扩大服务范围，消除覆盖盲区，如高山，建筑物，树林等阻挡物而形成的信号盲区；树林等阻挡物而形成的信号盲区；n在郊区增强场强，扩大郊区站的覆盖；在郊区增强场强，扩大郊区站的覆盖； n沿高速公路架设，增强覆盖效率；沿高速公路架设，增强覆盖效率； n解决室内覆盖，如大型建筑物内信号衰减信号盲区、解决室内覆盖，如大型建筑物内信号衰

41、减信号盲区、地下商城、地铁、遂道等衰减信号盲区；地下商城、地铁、遂道等衰减信号盲区；n将空闲基站的信号引到繁忙基站的覆盖区内，实现将空闲基站的信号引到繁忙基站的覆盖区内，实现疏忙；疏忙；n其它因屏蔽不能使信号直接穿透之区域等。其它因屏蔽不能使信号直接穿透之区域等。 同济大学徐娟583.3.5 使用中继器扩大覆盖范围使用中继器扩大覆盖范围直放站是解决通信网络延伸覆盖能力的一种优直放站是解决通信网络延伸覆盖能力的一种优选方案。选方案。然而，然而，直放站并不能增大系统容量直放站并不能增大系统容量。只是简单。只是简单地将基站信号转发到特殊区域。地将基站信号转发到特殊区域。 3.3.6 室内分布系统室内

42、分布系统u室内覆盖系统为城市覆盖建筑物内部信号质量室内覆盖系统为城市覆盖建筑物内部信号质量差的问题提供了较佳的解决方案。差的问题提供了较佳的解决方案。u其原理是利用室内其原理是利用室内天线分布系统天线分布系统将移动基站的将移动基站的信号均匀分布在信号均匀分布在室内每个角落室内每个角落，从而保证室内，从而保证室内区域拥有理想的信号覆盖。区域拥有理想的信号覆盖。室内分布系统工作原理室内分布系统工作原理室内分布系统工作原理图3.3.6 室内分布系统室内分布系统u室内分布系统主要由信号源设备（宏蜂窝基站、微蜂窝基站、直室内分布系统主要由信号源设备（宏蜂窝基站、微蜂窝基站、直放站）；室内有源放大设备（干

43、线放大器）及其相关器件（同轴放站）；室内有源放大设备（干线放大器）及其相关器件（同轴电缆、泄漏电缆、功分器、耦合器、合路单元、室内重发天线）电缆、泄漏电缆、功分器、耦合器、合路单元、室内重发天线）等组成。等组成。u室内分布系统的组网按照信号源有以下几种接入室内分布系统的组网按照信号源有以下几种接入方式：方式：n（1 1）宏蜂窝作信源接入信号分布系统）宏蜂窝作信源接入信号分布系统 n（2 2） 微蜂窝作信源接入信号分布系统微蜂窝作信源接入信号分布系统 n（3 3）直放站作信源接入信号分布系统）直放站作信源接入信号分布系统室内分布系统组网分类室内分布系统组网分类3.3.6 室内分布系统室内分布系统

44、3.4 3.4 信道分配策略信道分配策略同济大学徐娟633.4 信道分配策略信道分配策略频道或信道分配是频率复用的前提。频道或信道分配是频率复用的前提。信道分配：信道分配：主要解决将给定的信道（频主要解决将给定的信道（频道）如何分配给在一个簇（区群）内的道）如何分配给在一个簇（区群）内的各个小区。各个小区。（在（在CDMA系统中，所有用户使用相同的工作频系统中，所有用户使用相同的工作频率因而率因而无需进行频率配置无需进行频率配置。频率配置主要针对。频率配置主要针对FDMA和和TDMA系统。）系统。） 同济大学徐娟64固定信道分配：固定信道分配：每小区信道每小区信道(频率频率)固定固定 动态信道

45、分配：动态信道分配：按需分配按需分配 固定与动态相结合：固定与动态相结合：借用信道分配借用信道分配 3.4 信道分配策略信道分配策略(1)同济大学徐娟65固定信道分配：固定信道分配：将信道固定分配给每个小区，将信道固定分配给每个小区，通常采用通常采用等频距分配法：等频距分配法：n按频率间隔来分配信道按频率间隔来分配信道n宽间隔信道分配抑制邻道干扰宽间隔信道分配抑制邻道干扰3.4 信道分配策略信道分配策略(2)同济大学徐娟66举例说明等频距分配法举例说明等频距分配法：n若某蜂窝系统，（上行或下行）工作频段为若某蜂窝系统，（上行或下行）工作频段为25MHz25MHz，信道间隔为，信道间隔为30kH

46、z30kHz，N=7N=7，即每，即每7 7个小个小区构成一个簇（区群）。如何分配信道？区构成一个簇（区群）。如何分配信道？解：共有信道总数：解：共有信道总数：25000/3025000/30833833。 每个小区信道数：每个小区信道数：833/7833/7119119。3.4 信道分配策略信道分配策略(3)固定信道分配固定信道分配同济大学徐娟67七个信道组七个信道组:n1组：组：1, 8, 15, , 827n2组：组：2, 9, 16, , 828n3组：组：3, 10, 17, ,829n4组：组：4, 11, 18, ,830n5组：组：5, 12, 19, ,831n6组：组：6,

47、 13, 20, ,832n7组：组：7, 14, 21, ,833445553.4 信道分配策略信道分配策略(4)固定信道分配固定信道分配683.4 信道分配策略信道分配策略(5)如果是定向如果是定向天线进行顶天线进行顶点激励的小点激励的小区制，每个区制，每个基站应配置基站应配置三组信道，三组信道，向三个方向向三个方向辐射，例如辐射，例如N=7,每个区每个区群就需要有群就需要有21个信道组。个信道组。固定信道分配固定信道分配同济大学徐娟69固定信道分配法的特点：固定信道分配法的特点：n控制简单控制简单n信道利用不够充分信道利用不够充分n移动用户相对集中时，呼损率将会增大。移动用户相对集中时，

48、呼损率将会增大。3.4 信道分配策略信道分配策略(6)固定信道分配固定信道分配同济大学徐娟70动态信道分配：动态信道分配：按需分配信道，不固定。按需分配信道，不固定。n很多小区可以使用同一信道。很多小区可以使用同一信道。n每个小区使用的信道数不固定，根据业务量的大小。每个小区使用的信道数不固定，根据业务量的大小。n系统控制极其复杂，成本高。系统控制极其复杂，成本高。n信道利用率高。比固定分配法高信道利用率高。比固定分配法高20%50%MSCMSC只分配符合以下条件的某一频率：只分配符合以下条件的某一频率：n本小区没有使用该频率；本小区没有使用该频率；n而且，任何为了避免同频干扰而限定的最小频率

49、复用而且，任何为了避免同频干扰而限定的最小频率复用距离内的小区也都没有使用该频率。距离内的小区也都没有使用该频率。 3.4 信道分配策略信道分配策略(7)同济大学徐娟71混合信道分配法（借用策略）混合信道分配法（借用策略）：是固定信是固定信道分配和动态信道分配相结合的一种方式。道分配和动态信道分配相结合的一种方式。n将一部分信道固定地分配给各个小区，另一部将一部分信道固定地分配给各个小区，另一部分作为各小区均可使用的动态信道。分作为各小区均可使用的动态信道。n各小区优先使用固定信道，当固定信道不够用各小区优先使用固定信道，当固定信道不够用时，再按动态信道分配方式使用空闲的动态信时，再按动态信道

50、分配方式使用空闲的动态信道。道。3.4 信道分配策略信道分配策略(8)3.5 3.5 切换策略切换策略733.5 切换策略切换策略(1)什么是切换：什么是切换：正在通信正在通信的的移动台与基站移动台与基站之间的之间的链路从当前的基站转移到另链路从当前的基站转移到另一个基站的过程一个基站的过程切换的原因切换的原因:n1、信号的强度或质量下降到系统规定的一定参数以下。信号的强度或质量下降到系统规定的一定参数以下。n2、由于某小区业务信道容量全被或几乎全被占用。、由于某小区业务信道容量全被或几乎全被占用。切换过程的主要性能指标切换过程的主要性能指标n越区切换的速率越区切换的速率n切换失败概率或通信中

51、断的概率切换失败概率或通信中断的概率n越区切换引起的中断的时间间隔与时延越区切换引起的中断的时间间隔与时延同济大学徐娟74切换控制管理过程切换控制管理过程n定位定位（识别确定新基站）（识别确定新基站）n切换切换定位测量定位测量可用的参数可用的参数n接收信号强度指标接收信号强度指标n误码率误码率BERn基站与移动台的距离基站与移动台的距离3.5 切换策略切换策略(2)同济大学徐娟75根据当前移动台与周围小区基站间定期地互根据当前移动台与周围小区基站间定期地互检信号强度信息进行比较推断检信号强度信息进行比较推断定位定位新基站。新基站。测量信号的强度有两种方式：测量信号的强度有两种方式：w基站测量法

52、基站测量法.w移动台辅助完成（移动台辅助完成（MAHO）测量法）测量法3.5 切换策略切换策略(3)常用常用定位定位方法方法-信号强度法信号强度法同济大学徐娟763.5 切换策略切换策略(4)信号能量的检测是由基站来完成、由信号能量的检测是由基站来完成、由MSC来管来管理的。理的。具体方法是：在具体方法是：在MSC的控制下，每个基站连续的控制下，每个基站连续地监视它的所有反向话音信道的信号能量，以地监视它的所有反向话音信道的信号能量，以决定每一个移动台对于基站发射台的相对位置。决定每一个移动台对于基站发射台的相对位置。由此产生候选小区名单由此产生候选小区名单第一代模拟蜂窝系统采用第一代模拟蜂窝

53、系统采用基站测量法基站测量法同济大学徐娟77每个移动台接收检测周围各基站到的射频信号每个移动台接收检测周围各基站到的射频信号强度，并且将这些检测数据连续的回送给当前强度，并且将这些检测数据连续的回送给当前为它服务的基站。为它服务的基站。移动台测量法的优点：移动台测量法的优点：nMSC不再需要连续不断地监视信号能量。不再需要连续不断地监视信号能量。nMAHO在切换频繁的微蜂窝环境下特别适用在切换频繁的微蜂窝环境下特别适用第二代数字蜂窝系统采用第二代数字蜂窝系统采用3.5 切换策略切换策略(5)移动台辅助完成（移动台辅助完成（MAHO）测量法）测量法同济大学徐娟78对切换的要求：必须要很顺利地完成

54、，并且尽可对切换的要求：必须要很顺利地完成，并且尽可能少地出现，同时要使用户觉察不到能少地出现，同时要使用户觉察不到 。切换触发算法：切换触发算法：n相对信号强度准则相对信号强度准则n具有门限规定的相对信号强度准则具有门限规定的相对信号强度准则n具有滞后余量的相对信号强度准则具有滞后余量的相对信号强度准则n具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则3.5 切换策略切换策略(6)切换过程与切换触发切换过程与切换触发同济大学徐娟793.5 切换策略切换策略(7)越区切换示意图越区切换示意图ABC同济大学徐娟80在任何时间都选择具有最强接收信号的基站在任何时间都

55、选择具有最强接收信号的基站 。如图中的如图中的A点点优点：简单优点：简单缺点：有可能原基站信号强度仍满足要求或由于缺点：有可能原基站信号强度仍满足要求或由于衰落引起信号短暂弱的情况下也发生切换，从而衰落引起信号短暂弱的情况下也发生切换，从而会引发太多不必要的越区切换会引发太多不必要的越区切换 甚至出现甚至出现“乒乓效乒乓效应应”。3.5 切换策略切换策略(8)相对信号强度准则相对信号强度准则81移动台在当前基站的信号弱到某一门限移动台在当前基站的信号弱到某一门限(Pr切换切换)时时,且新且新基站的信号强于本基站的信号情况下基站的信号强于本基站的信号情况下,才可能进行切换。才可能进行切换。在门限

56、为在门限为Th2时，如图中的时，如图中的B点点参数：参数：1）启动切换的最恰当的信号强度）启动切换的最恰当的信号强度Pr切换切换2）基站接收机中可接受的话音质量的最小可用信号）基站接收机中可接受的话音质量的最小可用信号Pr最小可用最小可用（一般（一般-90dBm到到-100dBm之间），之间），注：注： Pr切换切换应比应比Pr最小可用最小可用稍微强一点。即其中的间隔稍微强一点。即其中的间隔（= Pr切换切换- Pr最小可用最小可用）不能太小也不能太大。）不能太小也不能太大。特点：可以减少不必要的切换特点：可以减少不必要的切换 但判决难度偏大，因为门限选取考究。但判决难度偏大，因为门限选取考究

57、。3.5 切换策略切换策略(9)具有门限规定的相对信号强度准则具有门限规定的相对信号强度准则同济大学徐娟823.5 切换策略切换策略(10)具具有有门门限限规规定定的的相相对对信信号号强强度度准准则则同济大学徐娟83仅允许移动用户在新基站的信号强度比原基站仅允许移动用户在新基站的信号强度比原基站信号超过某个门限值（即大于滞后余量）的情信号超过某个门限值（即大于滞后余量）的情况下进行越区切换。况下进行越区切换。如图中的如图中的C点点该技术可以防止由于信号波动引起的移动台在该技术可以防止由于信号波动引起的移动台在两个基站之间来回重复切换，即两个基站之间来回重复切换，即“乒乓效应乒乓效应”。 3.5

58、 切换策略切换策略(11)具有滞后余量的相对信号强度准则具有滞后余量的相对信号强度准则同济大学徐娟84仅允许移动用户在当前基站的信号电平低于仅允许移动用户在当前基站的信号电平低于规定门限并且新基站的信号强度高于当前基规定门限并且新基站的信号强度高于当前基站一个给定滞后余量时进行越区切换。站一个给定滞后余量时进行越区切换。3.5 切换策略切换策略(12)具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则同济大学徐娟853.5 切换策略优先切换切换策略优先切换保留小区中所有可用信道的一小部分，保留小区中所有可用信道的一小部分，专门为专门为那些可能要切换到该小区的通话所

59、发出的切换那些可能要切换到该小区的通话所发出的切换请求服务。请求服务。这种方法的缺点是，它会降低所承载的话务量。这种方法的缺点是，它会降低所承载的话务量。然而，信道监视在使用动态策略分配时能使频然而，信道监视在使用动态策略分配时能使频谱得到充分利用，因为动态分配策略可通过有谱得到充分利用，因为动态分配策略可通过有效的、根据需求分配的方案使所需的监视信道效的、根据需求分配的方案使所需的监视信道减少到最小值。减少到最小值。 同济大学徐娟863.5 切换策略优先切换切换策略优先切换对切换请求进行排队对切换请求进行排队由于接收到的信号强度下降到切换门限以下，由于接收到的信号强度下降到切换门限以下，以及

60、因信号强度太弱而出现通话中断之间有一以及因信号强度太弱而出现通话中断之间有一个有限的时间间隔，因此可以对切换请求进行个有限的时间间隔，因此可以对切换请求进行排队。排队。时延和队列长度由当前特定服务区域的业务流时延和队列长度由当前特定服务区域的业务流量模式来决定。量模式来决定。必须注意到，对切换进行排队也不能保证强迫必须注意到，对切换进行排队也不能保证强迫中断的概率为零，因为过大的时延将引起所接中断的概率为零，因为过大的时延将引起所接收到的信号强度下降到维持通话所需的最小值收到的信号强度下降到维持通话所需的最小值以下，从而导致强迫中断。以下，从而导致强迫中断。 同济大学徐娟873.5 切换策略切