现代无线通信技术-3章-蜂窝结构系统课件

信电工程学院KUIRSARDOUR2012.09信电工程学院1分区结构和蜂窝组网技术的完善和大容量系统的出现，移动通信已经成为发展速度最快、最受欢迎、最灵活方便的通信技术之一。分区结构和蜂窝组网技术的完善和大容量系统的出现2现代无线通信技术-3章-蜂窝结构系统课件3现代无线通信技术-3章-蜂窝结构系统课件4小区：把整个服务区域划分为若干个无线小区（cell)，每个小区分别设置一个基站。半径2至20km，小的1至3km、500m.功率：5至20W.基站作用：负责本区移动通信的联络和控制，又可在移动业务交换中心（ＭＳＣ）的统一控制下，实现小区之间移动用户通信的转接，以及移动用户与市话用户的联系。小区：把整个服务区域划分为若干个无线小区（cell)，每个小5小区制需要解决的问题：越区切换同信道干扰公众通信网

MSBSBSMSBSBSMSCMSC移动交换中心或移动电话交换局MTSO基站移动台移动通信网MSMS小区制需要解决的问题：公众通信网MSBSBSMSBSBSM6MS21～7：蜂房小区使用的频率编号移动台MS长途电话交换网基站BS市话局移动交换中心MSCMS33723146541MS1ABMS21～7：蜂房小区使用的频率编号移动台MS长途电话交换网7移动通信有以下两种通信链路：(1)移动用户←→基站←→交换机←→其他网络←→其他用户;(2)移动用户←→基站←→交换机←→基站←→移动用户。移动通信有以下两种通信链路：8服务区…服务区MSCMSC…位置区位置区基站基站……移动通信网PLMNPLMN…公用陆地移动通信网网络移动管理示意图服务区…服务区MSCMSC…位置区位置区基站基站……移动通信9二级移动汇接局一级移动汇接局二级移动汇接局二级移动汇接局移动端局移动端局………移动端局……二级移动汇接局一级移动汇接局二级移动汇接局二级移动汇接局移动10网络移动管理示意图网络移动管理示意图11为了使得服务区达到无缝覆盖，提高系统的容量，就需要采用多个基站来覆盖给定的服务区。（每个基站的覆盖区称为一个小区。）

从理论上讲，我们可以给每个小区分配不同的频率，但这样需要大量的频率资源，且频谱利用率很低。

为了减少对频率资源的需求和提高频谱利用率，我们需将相同的频率在相隔一定距离的小区中重复使用，只要使用相同频率的小区（同频小区）之间干扰足够小即可。为了使得服务区达到无缝覆盖，提高系统的容量，就需12为了提高频率资源的利用率，用空间划分的方法，在不同的空间进行频率复用，即将若干个小区组成一个区群或簇(Cluster)，区群内不同的小区使用不同的频率，另一区群对应的小区可重复使用相同的频率。

不同区群中的相同频率的小区之间将产生同频干扰，但当两同频小区间距足够大时，同频干扰将不影响正常的通信质量。为了提高频率资源的利用率，用空间划分的方法，在不13

频率复用：将相同的频率在相隔一定距离的小区中重复使用。

要求：使用相同频率的小区（同频小区）之间干扰足够小，只有不同区群中的小区才能进行频率复用（或信道再用）。频率复用：将相同的频率在相隔一定距离的小区中重复使14区群组成：由采用不同信道的若干小区组成。区群附近的若干小区不能用相同的信道。

应满足的两个条件：区群之间可以相邻，且无空隙、无重叠覆盖；保证各相邻小区之间的距离相等。区群15区群内的小区数应满足：

其中i，j为任意非负整数区群内的小区数应满足：其中i，j为任意非负整数16重用距离：同频重用比：R：小区辐射半径；N：小区数。区群内小区数N越大，D越大，抗干扰强。不同多址体制的Q值：

FDMA，Q＝7 TDMA，Q＝3或4 CDMA，Q＝1重用距离：同频重用比：R：小区辐射半径；N：小区数。不同多17i,j：沿六边形某一个边垂线移动i定位，再转向120度，移动j个单位。1j12ii,j：沿六边形某一个边垂线移动i定位，再转向18几何结构每个小区有6个最近的同信道小区，同信道小区分层排列；

全对称区群的第k层的同信道小区连接而成的六边形半径为kD?几何结构193.2.2激励方式中心激励与顶点激励中心激励（采用全向天线）b.顶点激励（采用定向天线）3.2.2激励方式中心激励与顶点激励中心激励b.顶点20将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上，每个基站采用三副120°扇形覆盖的定向天线，分别覆盖三个相邻小区的各三分之一区域，每个小区由三副120°扇形天线共同覆盖，这就是所谓的顶点激励方式，如图b所示。采用120°定向天线后，所接收到的同频干扰功率仅为采用全向天线系统的1／3，因而可减少系统的同频干扰。

另外，在不同地点采用多副定向天线可消除小区内障碍物的阴影区。3.2.2激励方式将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上，每个21顶点激励：采用定向天线可以减少同道干扰；

消除小区内障碍物的阴影区。有利于移动台的软切换。3.2.2激励方式顶点激励：3.2.2激励方式22越区切换：将正在进行的移动台与基站之间的通信链路从当前基站转移到另一基站的过程。越区切换涉及的三个方面的问题：(1)越区切换的准则，即何时进行切换；(2)越区切换如何控制；(3)越区切换时的信道分配。3.2.3越区切换越区切换：将正在进行的移动台与基站之间的通信链路从当前基站转23越区切换分类：分硬切换和软切换两类。相对信号强度准则；具有门限规定的相对信号强度准则；具有滞后余量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。越区切换准则3.2.3越区切换越区切换的控制策略移动台控制的越区切换；网络控制的越区切换；移动台辅助的越区切换。越区切换分类：分硬切换和软切换两类。相对信号强度准则；越区切24假定移动台从基站1向基站2运动，其信号强度的变化如图所示。判定何时需要越区切换的准则如下：

3.2.3越区切换假定移动台从基站1向基站2运动，其信号强度的变化25（1）相对信号强度准则（准则1）。在任何时间都选择具有最强接收信号的基站，如图A处将要发生越区切换。这种准则的缺点是，在原基站信号强度仍满足要求的情况下，会引发太多不必要的越区切换。（2）具有门限规定的相对信号强度准则（准则2）。仅在移动用户当前基站的信号足够弱（低于某一门限），且新基站的信号强于本基站的信号情况下，才可以进行越区切换。如图当门限为Th2时，在B点将会发生越区切换。在该方法中，门限选择具有重要作用。如果门限太高，取为Th1，则该准则与准则1相同。如果门限太低，取为Th3，则会引起较大的越区时延，此时可能会因链路质量较差而导致通信中断。另一方面，它会对同道用户造成额外的干扰。3.2.3越区切换（1）相对信号强度准则（准则1）。在任何时间都选择具有最强接26（3）具有滞后余量的相对信号强度准则（准则3）。仅允许移动用户在新基站信号强度比原基站信号强度强很多（大于滞后余量）的情况下进行越区切换，如图C点。该技术可防止由于信号波动引起的移动台在两个基站之间的来回重复切换，即“乒乓效应”。

（4）具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则（准则4）。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站一个给定滞后余量时进行越区切换，如图5-31中的D点附近。3.2.3越区切换CDMA采用软切换，软切换有切换区。切换区内采用分集方式维持服务质量。（3）具有滞后余量的相对信号强度准则（准则3）。仅允许移动用27在移动通信的无线网设计中，解决无线覆盖区和无线电干扰是两大难题。无线电干扰一般分为同频道干扰、邻频道干扰、互调干扰、阻塞干扰和近端对远端的干扰等。同频道干扰：

所有落在收信机通带内的与接收信号频率相同或相近的干扰信号。基本措施：是通过基站站址布局（保持同频复用距离）、合理的覆盖区设计及频道配置。在移动通信的无线网设计中，解决无线覆盖区和无线电干扰是两大难282.邻频道干扰工作在ｋ频道的接收机受到工作于ｋ土1频道的信号的干扰，即邻道(k土１频道）信号功率落入ｋ频道的接收机通带内造成的干扰称为邻频道干扰。解决措施：(1）降低发射机落入相邻频道的干扰功率，即减小发射机带外辐射；

(2)提高接收机的邻频道选择性；(3)在网络设计中，避免相邻频道在同一小区或相邻小区内使用。2.邻频道干扰29同频道干扰：如果小区大小相同，基站辐射功率相同，则信号与同频干扰之比与发射功率无关，是同频复用度Q的函数，及有：当时，就可以提供良好的话音质量。同频道干扰：如果小区大小相同，基站303.3.3功率控制手机和基站采用自动自适应功率控制，适合有效通信的最佳状态。两者自动遵循双方约定的计算机控制程序，动态调整互相之间的通话信道、电磁辐射功率与接收灵敏度，当接收到的基站信号减弱，手机和基站都会调高发射功率以保持通信和通话质量。

思考：也就是说ＧＳＭ手机距离移动通信基站越近，ＧＳＭ手机在使用过程中对通话者电磁辐射当量越低、越安全。3.3.3功率控制手机和基站采用自动自适应功31

例如，一个覆盖半径在５００至７００米的ＢＴＳ基站，相对于该范围内的移动手机而言，距离基站越远，对应信道和手机的发射峰值功率越强。当ＧＳＭ手机在距基站７００米左右的楼内通话时，基站对应信道的发射功率在１３Ｗ左右，ＧＳＭ手机的发射峰值为２Ｗ左右；而当手机移动到距基站１至２００米的视角距离时，基站与ＧＳＭ手机之间对应的信道发射功率将分别自动调节在０．１Ｗ左右。3.3.3功率控制例如，一个覆盖半径在５００至７００米的ＢＴＳ基站，相对于该32两类信道分配策略：固定信道分配策略和动态信道分配策略。固定的信道分配策略：将一组信道固定配置给某一基站。优点：控制方便，投资少。缺点：信道利用率低。2.动态的信道分配策略:信道不固定或部分不固定地配置给各基站。3.4.1信道分配策略两类信道分配策略：固定信道分配策略和动态信道分配策略。3.433动态信道分配策略可分为动态配置和柔性配置。1.动态配置：随业务量的变化重新配置全部信道（信道全部不固定）。柔性配置：准备若干个信道，需要时提供给某小区（信道部分不固定）。动态配置法优点：频率利用率高；缺点：控制复杂。(考虑各类干扰、计算、存储和设备因素）3.4.1信道分配策略动态信道分配策略可分为动态配置和柔性配置。3.4.1信道分配343.4.2呼叫接纳控制呼叫接纳控制：主要是指移动台对无线信道的竞争与指派。随着业务的多样化（语音、数据、图像等）和可变速率业务的增加，呼叫接纳控制算法在宽带网中十分重要。必须对系统进行详细的业务量分析。3.4.2呼叫接纳控制呼叫接纳控制：主要是指移动台对无线信35现代无线通信技术-3章-蜂窝结构系统课件36思考：画一个N=4的蜂窝系统结构，要求至少包括3个区群，将簇中小区所用频率组用A,B,C,D标识。1.N=4对应的2维坐标：

i=0,

j=2DACBDACBDACB3.确定相邻区群的位置2.N=4的基本区群形状：DACBN=4,

i=0,

j=2思考：画一个N=4的蜂窝系统结构，要求至少包括3个区群，37簇间同频小区位置的确定:沿着任意一条六边形边的垂线方向移动i个小区，并逆时针方向旋转60°，再移动j个小区。一定要用寻找相邻同频小区的方法确定相邻区群的位置才能保证同频小区间距离最大：

以N=4,i=0,j=2为例，思考簇间同频小区位置的确定:沿着任意一条六边形边的垂线方向移动i38

例,蜂窝移动通信系统，若使载干比C/I（假设路径传输损耗因子n为4，并且只考虑第一层同频干扰，不考虑最坏情况）大于13dB，请问区群大小N应该为多少？解：同时N应满足区群构成条件，即N可为4,7,9……，所以区群大小N至少为4时，才能满足系统的载干比要求例,蜂窝移动通信系统，若使载干比C/I（假设路径传输损耗因39例：蜂窝小区N=7的模式，设n=4，问其载干比?解如果，N=4时，例：蜂窝小区N=7的模式，设n=4，问其载干比?40例，系统总的可用信道数S=280，相同区域内，用N=7的区群需要复制4次，而用N=4的区群需要复制7次，求二者能提供的信道总数

N=7时每个小区的可用信道数

则总的可用信道数

同频复用比QN=4时每个小区的可用信道数

则总的可用信道数

同频复用比Q为什么可用信道数不同例，系统总的可用信道数S=280，相同区域内，用N=7的区群41结论：N越大，则意味着同频小区间距离越远，同频干扰越小。N越小，则意味着一个系统中可有更多的区群，频谱利用率高，有更多的容量。从提高频谱利用率的角度，在保持满意的通信质量的前提下，N应取最小值为好。结论：42系统频谱的分配(以FDD系统为例)频率上行链路工作频段下行链路工作频段fifpfjfq按频道间隔进行信道划分1234

M下行链路工作频段N个频率组分给一个区群，相邻区群重复使用ACBACBN=3按业务质量干扰等要求进行信道分组14

频率组A25

频率组B37

频率组C系统频谱的分配(以FDD系统为例)频率上行链路工作频段下行链43呼叫话务量:是度量通信系统通话业务量或繁忙程度的指标。

取决于单位时间内(通常为1小时)发生的平均呼叫次数与每次呼叫平均占用时间。即：在系统的呼叫话务量中，必然有一部分呼叫失败(信道全部被占用时，新发起的呼叫不能被接续)，而完成接续的那部分话务量称为完成负荷量（完成话务量）。呼叫话务量单位：爱尔兰（ERLANG)如果在一个小时内连续不断地占用一个信道，则呼叫话务量为1Erl呼叫话务量:是度量通信系统通话业务量或繁忙程度的443.5.3链路占用数概率分布阻塞：全部信道被占用，新呼叫不能完成；明显损失制LLC：在阻塞的情况下，用户必须放弃呼叫，而后重新呼叫；等待制LCD：等待制系统维持一个队列保存阻塞的呼叫。队列中的呼叫以一定立即得到链路，需要延迟直到链路空闲。呼损（阻塞率）：即由于信道阻塞而允许呼叫失败的百分比。呼损也可定义为链路全部被占用的概率，是按同时呼叫数的概率计算，也称为系统的服务等级(或业务等级)等待制呼损：全部链路被占用及有呼叫等待的概率。同时呼叫数的概率分布是恩戈谢特分布及其简化版爱尔兰分布3.5.3链路占用数概率分布阻塞：全部信道被占用，新呼叫不45对于一个通信网来说，要想使呼损减少，只有让呼叫的话务量减少，这样势必要减少系统容纳的用户数，这是不希望的,可见呼损率与话务量是一对矛盾。如果网内每次呼叫相互独立，互不相关（呼叫具有随机性），而且每次呼叫在时间上都具有相同的概率，那么，根据话务理论，话务量A、呼损率B、信道数n之间存在下式所示的定量关系:呼损率、话务量、信道数之间的关系见图3-8

著名的LLC下的爱尔兰呼损公式。3.5.4呼损对于一个通信网来说，要想使呼损减少，只有让呼叫的46BaA1%2%3%5%7%10%20%10．0100．0200．0310．0530．0750．1110．25020．1530．2230．2820．3810．4700．5951．00030．4550．6020．7150．8991．0571．2711．93040．8691．0921．2591．5251．7482．0452．95451．3611．6571．8752．2182．5042．8814．01061．9092．2762．5432．9603．3053．7585．10972．5012．9353．2503．7384．1394．6666．23083．1283．6273．9874．5434．9995．5977．36993．7834．3454．7485．3705．8796．5468．522104．4615．0845．5296．2166．7767．5119．685115．1605．8426．3287．0767．6878．43710．857125．8766．6157．1417．9508．6109．47412．036136．6077．0427．9678．8359．54310．47013．222147．3528．2008．8039．73010．48511．47314．413158．1089．0109．65010．63311．43412．48415．608168．8759．82810．50511．54412．39013．50016．807179．65210．65611．36812．46113．35314．52218．0101810．43711．49112．23813．33514．32115．54819．2161911．23012．33313．11514．31515．29416．57920．424爱尔兰损失概率表注：A--呼叫话务量；n—信道数；B--呼损率B1%2%3%5%7%10%20%10．0100．47等待制呼损：全部链路被占用及有呼叫等待的概率。第二爱尔兰呼损公式被迫等待T秒的概率为下式，是被延迟的概率和延迟T秒的联合概率。下式也表征一个等待系统的服务等级。等待制呼损：全部链路被占用及有呼叫等待的概率。第二爱尔兰呼损48呼叫平均等待时间：等待系统的标志之一。两种计算方法：呼叫平均等待时间：等待系统的标志之一。49系统总容量：考虑手机使用率的系统总容量：电路利用率(是指单位时间（1小时）单位信道的完成话务量。表征单位时间内链路使用的程度）：提高系统容量的方法：小区分裂、扇区划分、双层覆盖其中n为共用信道数。系统总容量：考虑手机使用率的系统总容量：电路利用率(是指单位50呼损率的计算方法利用完成话务量Erlang公式）呼损率：利用完成话务量的计算方法流入话务量A与完成话务量A0之差即为损失话务量，损失话务量与流入话务量的比值即为呼损率

由和得呼损率的计算方法呼损率：利用完成话务量的计算方法5152呼损率：利用ErlangB公式的计算方法例题

有一个系统容量n=10（条线），流入的业务强度A=6erlang，系统服务的用户很多，可计算这个系统的呼损率为：

在不同呼损率B的条件下，信道利用率也是不同的52呼损率：利用ErlangB公式的计算方法52利用ErlangB公式计算每个信道容纳用户数m（1）定义繁忙小时集中系数（又称集中率）K：

（2）计算每个用户最繁忙的那个小时的统计平均话务量，即每个用户的忙时话务量Aα：

C：每一用户每天平均呼叫次数；

T：每次呼叫平均占用信道的时间（单位为秒）（3）根据给定的呼损率B和信道数n，查表得系统可提供的流入话务量A（4）则可求得m：利用ErlangB公式计算每个信道容纳用户数m（1）定义繁5354

题

某移动通信系统，每天每个用户平均呼叫10次，每次占用信道平均时间80秒，要求呼损率10%，忙时集中率K=0.125，问给定8个信道可容纳多少用户？解：1．利用爱尔兰损失概率表，查表求得：A=5.597Erl2．求每个用户忙时话务量Aα

：

C=10,T=80，

3．每个信道能容纳的用户数m4．系统所容纳的用户数：54题54若系统中所有小区都按原小区半径的一半分裂，则理论上，系统容量增长接近4倍。根据服务区内用户的密度不同，在用户密度高的区域，将小区面积划小，采用小区分裂的方法。小区制的优点：提高了频谱利用率（最大的优点）；基站的功率减小，使相互间的干扰减少；小区的服务范围可根据用户的密度确定定，组网灵活。小区的分裂若系统中所有小区都按原小区半径的一半55采用蜂窝小区分裂的方法，在有限的频率资源中通过缩小同频复用距离使单位面积的频道数增多，系统容量增大。具体实施方法有两种：

一、在原基站基础上采用方向性天线将小区扇形化，如图(a)、(b)和(c)所示。一个全向天线的小区可以分裂成3个120°扇形小区、6个60°扇形小区、一个“三叶草”形无线区。

二、将小区半径缩小并增加新基站，如图(d)示，方法是将原来较大的小区分裂成4个较小的小区，采用这种方法应将原基站天线高度适当降低，发射功率减少，努力避免小区间的同频干扰。采用蜂窝小区分裂的方法，在有限的频率资源中通过缩小同频复56蜂窝小区的分裂方案:（a）1∶3;（b）1∶6;（c）三叶草；

（d）增加新基站的分裂蜂窝小区的分裂方案:（a）1∶3;（b）1∶6;（c）三叶草57小区的分裂无线小区还可以继续划小为微小区（Microcell)和微微小区(Piccell)以不断适应用户数增长的需要。小区的分裂58现代无线通信技术-3章-蜂窝结构系统课件59120°定向覆盖的同频干扰

DCBAEFGDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD利用定向天线可以降低同频干扰

m=2或3120°定向覆盖的同频干扰DCBAEFGDDDDDDDDD60作业：1、如果小区半径r＝15km，同频复用距离D＝60km，可用的单位无线区群的小区最少个数；2、写出爱尔兰公式的定义式，并说明其中各参量的含义。3、写出电路利用率的定义式，并说明其中各参量的含义。4、在面状覆盖区中，用六边形表示一个小区，每一个区群内小区数量N应该满足的关系式是什么

。如果使用210个信道（编号为1：210），设计该区群每个小区的信道号。作业：61信电工程学院KUIRSARDOUR2012.09信电工程学院62分区结构和蜂窝组网技术的完善和大容量系统的出现，移动通信已经成为发展速度最快、最受欢迎、最灵活方便的通信技术之一。分区结构和蜂窝组网技术的完善和大容量系统的出现63现代无线通信技术-3章-蜂窝结构系统课件64现代无线通信技术-3章-蜂窝结构系统课件65小区：把整个服务区域划分为若干个无线小区（cell)，每个小区分别设置一个基站。半径2至20km，小的1至3km、500m.功率：5至20W.基站作用：负责本区移动通信的联络和控制，又可在移动业务交换中心（ＭＳＣ）的统一控制下，实现小区之间移动用户通信的转接，以及移动用户与市话用户的联系。小区：把整个服务区域划分为若干个无线小区（cell)，每个小66小区制需要解决的问题：越区切换同信道干扰公众通信网

MSBSBSMSBSBSMSCMSC移动交换中心或移动电话交换局MTSO基站移动台移动通信网MSMS小区制需要解决的问题：公众通信网MSBSBSMSBSBSM67MS21～7：蜂房小区使用的频率编号移动台MS长途电话交换网基站BS市话局移动交换中心MSCMS33723146541MS1ABMS21～7：蜂房小区使用的频率编号移动台MS长途电话交换网68移动通信有以下两种通信链路：(1)移动用户←→基站←→交换机←→其他网络←→其他用户;(2)移动用户←→基站←→交换机←→基站←→移动用户。移动通信有以下两种通信链路：69服务区…服务区MSCMSC…位置区位置区基站基站……移动通信网PLMNPLMN…公用陆地移动通信网网络移动管理示意图服务区…服务区MSCMSC…位置区位置区基站基站……移动通信70二级移动汇接局一级移动汇接局二级移动汇接局二级移动汇接局移动端局移动端局………移动端局……二级移动汇接局一级移动汇接局二级移动汇接局二级移动汇接局移动71网络移动管理示意图网络移动管理示意图72为了使得服务区达到无缝覆盖，提高系统的容量，就需要采用多个基站来覆盖给定的服务区。（每个基站的覆盖区称为一个小区。）

从理论上讲，我们可以给每个小区分配不同的频率，但这样需要大量的频率资源，且频谱利用率很低。

为了减少对频率资源的需求和提高频谱利用率，我们需将相同的频率在相隔一定距离的小区中重复使用，只要使用相同频率的小区（同频小区）之间干扰足够小即可。为了使得服务区达到无缝覆盖，提高系统的容量，就需73为了提高频率资源的利用率，用空间划分的方法，在不同的空间进行频率复用，即将若干个小区组成一个区群或簇(Cluster)，区群内不同的小区使用不同的频率，另一区群对应的小区可重复使用相同的频率。

不同区群中的相同频率的小区之间将产生同频干扰，但当两同频小区间距足够大时，同频干扰将不影响正常的通信质量。为了提高频率资源的利用率，用空间划分的方法，在不74

频率复用：将相同的频率在相隔一定距离的小区中重复使用。

要求：使用相同频率的小区（同频小区）之间干扰足够小，只有不同区群中的小区才能进行频率复用（或信道再用）。频率复用：将相同的频率在相隔一定距离的小区中重复使75区群组成：由采用不同信道的若干小区组成。区群附近的若干小区不能用相同的信道。

应满足的两个条件：区群之间可以相邻，且无空隙、无重叠覆盖；保证各相邻小区之间的距离相等。区群76区群内的小区数应满足：

其中i，j为任意非负整数区群内的小区数应满足：其中i，j为任意非负整数77重用距离：同频重用比：R：小区辐射半径；N：小区数。区群内小区数N越大，D越大，抗干扰强。不同多址体制的Q值：

FDMA，Q＝7 TDMA，Q＝3或4 CDMA，Q＝1重用距离：同频重用比：R：小区辐射半径；N：小区数。不同多78i,j：沿六边形某一个边垂线移动i定位，再转向120度，移动j个单位。1j12ii,j：沿六边形某一个边垂线移动i定位，再转向79几何结构每个小区有6个最近的同信道小区，同信道小区分层排列；

全对称区群的第k层的同信道小区连接而成的六边形半径为kD?几何结构803.2.2激励方式中心激励与顶点激励中心激励（采用全向天线）b.顶点激励（采用定向天线）3.2.2激励方式中心激励与顶点激励中心激励b.顶点81将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上，每个基站采用三副120°扇形覆盖的定向天线，分别覆盖三个相邻小区的各三分之一区域，每个小区由三副120°扇形天线共同覆盖，这就是所谓的顶点激励方式，如图b所示。采用120°定向天线后，所接收到的同频干扰功率仅为采用全向天线系统的1／3，因而可减少系统的同频干扰。

另外，在不同地点采用多副定向天线可消除小区内障碍物的阴影区。3.2.2激励方式将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上，每个82顶点激励：采用定向天线可以减少同道干扰；

消除小区内障碍物的阴影区。有利于移动台的软切换。3.2.2激励方式顶点激励：3.2.2激励方式83越区切换：将正在进行的移动台与基站之间的通信链路从当前基站转移到另一基站的过程。越区切换涉及的三个方面的问题：(1)越区切换的准则，即何时进行切换；(2)越区切换如何控制；(3)越区切换时的信道分配。3.2.3越区切换越区切换：将正在进行的移动台与基站之间的通信链路从当前基站转84越区切换分类：分硬切换和软切换两类。相对信号强度准则；具有门限规定的相对信号强度准则；具有滞后余量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。越区切换准则3.2.3越区切换越区切换的控制策略移动台控制的越区切换；网络控制的越区切换；移动台辅助的越区切换。越区切换分类：分硬切换和软切换两类。相对信号强度准则；越区切85假定移动台从基站1向基站2运动，其信号强度的变化如图所示。判定何时需要越区切换的准则如下：

3.2.3越区切换假定移动台从基站1向基站2运动，其信号强度的变化86（1）相对信号强度准则（准则1）。在任何时间都选择具有最强接收信号的基站，如图A处将要发生越区切换。这种准则的缺点是，在原基站信号强度仍满足要求的情况下，会引发太多不必要的越区切换。（2）具有门限规定的相对信号强度准则（准则2）。仅在移动用户当前基站的信号足够弱（低于某一门限），且新基站的信号强于本基站的信号情况下，才可以进行越区切换。如图当门限为Th2时，在B点将会发生越区切换。在该方法中，门限选择具有重要作用。如果门限太高，取为Th1，则该准则与准则1相同。如果门限太低，取为Th3，则会引起较大的越区时延，此时可能会因链路质量较差而导致通信中断。另一方面，它会对同道用户造成额外的干扰。3.2.3越区切换（1）相对信号强度准则（准则1）。在任何时间都选择具有最强接87（3）具有滞后余量的相对信号强度准则（准则3）。仅允许移动用户在新基站信号强度比原基站信号强度强很多（大于滞后余量）的情况下进行越区切换，如图C点。该技术可防止由于信号波动引起的移动台在两个基站之间的来回重复切换，即“乒乓效应”。

（4）具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则（准则4）。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站一个给定滞后余量时进行越区切换，如图5-31中的D点附近。3.2.3越区切换CDMA采用软切换，软切换有切换区。切换区内采用分集方式维持服务质量。（3）具有滞后余量的相对信号强度准则（准则3）。仅允许移动用88在移动通信的无线网设计中，解决无线覆盖区和无线电干扰是两大难题。无线电干扰一般分为同频道干扰、邻频道干扰、互调干扰、阻塞干扰和近端对远端的干扰等。同频道干扰：

所有落在收信机通带内的与接收信号频率相同或相近的干扰信号。基本措施：是通过基站站址布局（保持同频复用距离）、合理的覆盖区设计及频道配置。在移动通信的无线网设计中，解决无线覆盖区和无线电干扰是两大难892.邻频道干扰工作在ｋ频道的接收机受到工作于ｋ土1频道的信号的干扰，即邻道(k土１频道）信号功率落入ｋ频道的接收机通带内造成的干扰称为邻频道干扰。解决措施：(1）降低发射机落入相邻频道的干扰功率，即减小发射机带外辐射；

(2)提高接收机的邻频道选择性；(3)在网络设计中，避免相邻频道在同一小区或相邻小区内使用。2.邻频道干扰90同频道干扰：如果小区大小相同，基站辐射功率相同，则信号与同频干扰之比与发射功率无关，是同频复用度Q的函数，及有：当时，就可以提供良好的话音质量。同频道干扰：如果小区大小相同，基站913.3.3功率控制手机和基站采用自动自适应功率控制，适合有效通信的最佳状态。两者自动遵循双方约定的计算机控制程序，动态调整互相之间的通话信道、电磁辐射功率与接收灵敏度，当接收到的基站信号减弱，手机和基站都会调高发射功率以保持通信和通话质量。

思考：也就是说ＧＳＭ手机距离移动通信基站越近，ＧＳＭ手机在使用过程中对通话者电磁辐射当量越低、越安全。3.3.3功率控制手机和基站采用自动自适应功92

例如，一个覆盖半径在５００至７００米的ＢＴＳ基站，相对于该范围内的移动手机而言，距离基站越远，对应信道和手机的发射峰值功率越强。当ＧＳＭ手机在距基站７００米左右的楼内通话时，基站对应信道的发射功率在１３Ｗ左右，ＧＳＭ手机的发射峰值为２Ｗ左右；而当手机移动到距基站１至２００米的视角距离时，基站与ＧＳＭ手机之间对应的信道发射功率将分别自动调节在０．１Ｗ左右。3.3.3功率控制例如，一个覆盖半径在５００至７００米的ＢＴＳ基站，相对于该93两类信道分配策略：固定信道分配策略和动态信道分配策略。固定的信道分配策略：将一组信道固定配置给某一基站。优点：控制方便，投资少。缺点：信道利用率低。2.动态的信道分配策略:信道不固定或部分不固定地配置给各基站。3.4.1信道分配策略两类信道分配策略：固定信道分配策略和动态信道分配策略。3.494动态信道分配策略可分为动态配置和柔性配置。1.动态配置：随业务量的变化重新配置全部信道（信道全部不固定）。柔性配置：准备若干个信道，需要时提供给某小区（信道部分不固定）。动态配置法优点：频率利用率高；缺点：控制复杂。(考虑各类干扰、计算、存储和设备因素）3.4.1信道分配策略动态信道分配策略可分为动态配置和柔性配置。3.4.1信道分配953.4.2呼叫接纳控制呼叫接纳控制：主要是指移动台对无线信道的竞争与指派。随着业务的多样化（语音、数据、图像等）和可变速率业务的增加，呼叫接纳控制算法在宽带网中十分重要。必须对系统进行详细的业务量分析。3.4.2呼叫接纳控制呼叫接纳控制：主要是指移动台对无线信96现代无线通信技术-3章-蜂窝结构系统课件97思考：画一个N=4的蜂窝系统结构，要求至少包括3个区群，将簇中小区所用频率组用A,B,C,D标识。1.N=4对应的2维坐标：

i=0,

j=2DACBDACBDACB3.确定相邻区群的位置2.N=4的基本区群形状：DACBN=4,

i=0,

j=2思考：画一个N=4的蜂窝系统结构，要求至少包括3个区群，98簇间同频小区位置的确定:沿着任意一条六边形边的垂线方向移动i个小区，并逆时针方向旋转60°，再移动j个小区。一定要用寻找相邻同频小区的方法确定相邻区群的位置才能保证同频小区间距离最大：

以N=4,i=0,j=2为例，思考簇间同频小区位置的确定:沿着任意一条六边形边的垂线方向移动i99

例,蜂窝移动通信系统，若使载干比C/I（假设路径传输损耗因子n为4，并且只考虑第一层同频干扰，不考虑最坏情况）大于13dB，请问区群大小N应该为多少？解：同时N应满足区群构成条件，即N可为4,7,9……，所以区群大小N至少为4时，才能满足系统的载干比要求例,蜂窝移动通信系统，若使载干比C/I（假设路径传输损耗因100例：蜂窝小区N=7的模式，设n=4，问其载干比?解如果，N=4时，例：蜂窝小区N=7的模式，设n=4，问其载干比?101例，系统总的可用信道数S=280，相同区域内，用N=7的区群需要复制4次，而用N=4的区群需要复制7次，求二者能提供的信道总数

N=7时每个小区的可用信道数

则总的可用信道数

同频复用比QN=4时每个小区的可用信道数

则总的可用信道数

同频复用比Q为什么可用信道数不同例，系统总的可用信道数S=280，相同区域内，用N=7的区群102结论：N越大，则意味着同频小区间距离越远，同频干扰越小。N越小，则意味着一个系统中可有更多的区群，频谱利用率高，有更多的容量。从提高频谱利用率的角度，在保持满意的通信质量的前提下，N应取最小值为好。结论：103系统频谱的分配(以FDD系统为例)频率上行链路工作频段下行链路工作频段fifpfjfq按频道间隔进行信道划分1234

M下行链路工作频段N个频率组分给一个区群，相邻区群重复使用ACBACBN=3按业务质量干扰等要求进行信道分组14

频率组A25

频率组B37

频率组C系统频谱的分配(以FDD系统为例)频率上行链路工作频段下行链104呼叫话务量:是度量通信系统通话业务量或繁忙程度的指标。

取决于单位时间内(通常为1小时)发生的平均呼叫次数与每次呼叫平均占用时间。即：在系统的呼叫话务量中，必然有一部分呼叫失败(信道全部被占用时，新发起的呼叫不能被接续)，而完成接续的那部分话务量称为完成负荷量（完成话务量）。呼叫话务量单位：爱尔兰（ERLANG)如果在一个小时内连续不断地占用一个信道，则呼叫话务量为1Erl呼叫话务量:是度量通信系统通话业务量或繁忙程度的1053.5.3链路占用数概率分布阻塞：全部信道被占用，新呼叫不能完成；明显损失制LLC：在阻塞的情况下，用户必须放弃呼叫，而后重新呼叫；等待制LCD：等待制系统维持一个队列保存阻塞的呼叫。队列中的呼叫以一定立即得到链路，需要延迟直到链路空闲。呼损（阻塞率）：即由于信道阻塞而允许呼叫失败的百分比。呼损也可定义为链路全部被占用的概率，是按同时呼叫数的概率计算，也称为系统的服务等级(或业务等级)等待制呼损：全部链路被占用及有呼叫等待的概率。同时呼叫数的概率分布是恩戈谢特分布及其简化版爱尔兰分布3.5.3链路占用数概率分布阻塞：全部信道被占用，新呼叫不106对于一个通信网来说，要想使呼损减少，只有让呼叫的话务量减少，这样势必要减少系统容纳的用户数，这是不希望的,可见呼损率与话务量是一对矛盾。如果网内每次呼叫相互独立，互不相关（呼叫具有随机性），而且每次呼叫在时间上都具有相同的概率，那么，根据话务理论，话务量A、呼损率B、信道数n之间存在下式所示的定量关系:呼损率、话务量、信道数之间的关系见图3-8

著名的LLC下的爱尔兰呼损公式。3.5.4呼损对于一个通信网来说，要想使呼损减少，只有让呼叫的107BaA1%2%3%5%7%10%20%10．0100．0200．0310．0530．0750．1110．25020．1530．2230．2820．3810．4700．5951．00030．4550．6020．7150．8991．0571．2711．93040．8691．0921．2591．5251．7482．0452．95451．3611．6571．8752．2182．5042．8814．01061．9092．2762．5432．9603．3053．7585．10972．5012．9353．2503．7384．1394．6666．23083．1283．6273．9874．5434．9995．5977．36993．7834．3454．7485．3705．8796．5468．522104．4615．0845．5296．2166．7767．5119．685115．1605．8426．3287．0767．6878．43710．857125．8766．6157．1417．9508．6109．47412．036136．6077．0427．9678．8359．54310．47013．222147．3528．2008．8039．73010．48511．47314．413158．1089．0109．65010．63311．43412．48415．608168．8759．82810．50511．54412．39013．50016．807179．65210．65611．36812．46113．35314．52218．0101810．43711．49112．23813．33514．32115．54819．2161911．23012．33313．11514．31515．29416．57920．424爱尔兰损失概率表注：A--呼叫话务量；n—信道数；B--呼损率B1%2%3%5%7%10%20%10．0100．108等待制呼损：全部链路被占用及有呼叫等待的概率。第二爱尔兰呼损公式被迫等待T秒的概率为下式，是被延迟的概率和延迟T秒的联合概率。下式也表征一个等待系统的服务等级。等待制呼损：全部链路被占用及有呼叫等待的概率。第二爱尔兰呼损109呼叫平均等待时间：等待系统的标志之一。