第2讲 蜂窝系统

12023/1/14第二讲蜂窝系统2.1概述2.2信道分配与切换策略2.3干扰和系统容量2.4中继和服务等级2.5提高蜂窝系统的容量22023/1/14第二讲蜂窝系统2.1概述2.2信道分配与切换策略2.3干扰和系统容量2.4中继和服务等级2.5提高蜂窝系统的容量32023/1/14大区制移动通信的构成大区制移动通信系统及其局限性基地台市话移动台移动台大区制的缺陷：

覆盖范围有限

系统容量受限

系统设备受限2.1概述42023/1/14小区制移动通信系统：

不同地域上实现频率复用BSBSBSBSBSBSBSMSC市话局2.1概述52023/1/14小区模型为什么用正六边形？小区的实际覆盖想象的覆盖理想的覆盖实际的覆盖2.1概述62023/1/14地域上的频率重用6754321675432167543216754321675432167543216754321小区

小区簇(7小区复用)2.1概述72023/1/14中心激励小区（全向天线）顶点激励小区（扇形天线）82023/1/14

小区簇的特点

簇内每个小区使用不同的频率簇间同频小区的距离保持相等小区簇的几种形状簇大小：N=3N=72.1概述92023/1/14

簇的大小N的确定：

N=i2+ij+j2

其中，i与j是正整数同频小区间距离D频率复用因子：

1／N同频复用因子(比例):Q＝D／r2.1概述一些概念102023/1/14例题3.1112023/1/14第二讲蜂窝系统2.1概述2.2信道分配与切换策略2.3干扰和系统容量2.4中继和服务等级2.5提高蜂窝系统的容量122023/1/14信道分配策略

1、固定分配

等频距配置法：根据小区数N来确定组内频率间隔，如第一组用（l，1＋N，l＋2N，l＋3N，…），第二组用（2，2＋N，2＋2N，2＋3N，…）等。例如N=7，则信道的配置为：

第一组1、8、15、22、29、…

第二组2、9、16、23、30、…

第三组3、10、17、24、31、…

第四组4、11、18、25、32、…

第五组5、12、19、26、33、…

第六组6、13、20、27、34、…

第七组7、14、21、28、35、…2.2信道分配与切换策略132023/1/14固定信道分配中的借用策略142023/1/142、动态分配

＊动态配置法——随业务量的变化重新配置全部信道；频率利用率可提高20％—50％，实现起来十分困难的。＊柔性配置法——准备若干个信道，需要时提供给某个小区使用。控制比较简单，可应付局部业务量变化的情况，是一种比较实用的方法。

2.2信道分配与切换策略152023/1/14切换策略

切换是移动台与基站间的通信链路从当前基站转移到另一个基站的过程。切换的目的：保证当前通话中的MS越出小区时现有通话不中断。

2.2信道分配与切换策略162023/1/14过境切换BSBSBSBSBSBSBSMSC:扫描接收、判定位置、准备信道、切换信道市话局2.2信道分配与切换策略172023/1/142.2信道分配与切换策略182023/1/14(1)相对信号强度准则：选最强接收信号基站。缺点：会引发太多不必要的切换。(2)具有门限规定的相对信号强度准则：仅允许MS在当前基站信号低于设定门限，且新基站信号更强时才切换。门限选择很重要。2.2信道分配与切换策略越区切换的准则192023/1/14(3)具有滞后余量的相对信号强度准则：仅允许MS在新基站信号比原基站信号强很多(即大于滞后余量)时才切换。可防止“乒乓效应”。(4)具有门限规定和滞后余量的相对信号强度准则：仅允许MS在当前基站信号强度低于规定门限且新基站信号强度高于当前基站给定滞后余量时才进行切换。2.2信道分配与切换策略越区切换的准则202023/1/14切换策略的控制1G：基站完全控制切换。信号能量检测是由基站完成、MSC管理.2G：移动台辅助切换。

切换由MS来辅助完成，MS检测周围基站的下行信号能量，并将检测数据连续回送到当前基站。2.2信道分配与切换策略212023/1/14实际切换中需要注意的事项切换与移动速度切换与系统容量覆盖方式的改进2.2信道分配与切换策略222023/1/14实际切换中需要注意的事项小区拖尾

MS以非常慢的速度离开基站，平均信号强度衰减不快，基站不做切换。切换的处理方式1)硬切换

新的连接建立前，先中断旧的连接2)

软切换

维持旧的连接，又同时建立新的连接，当与新基站建立可靠连接之后再中断旧连接。

2.2信道分配与切换策略232023/1/14第二讲蜂窝系统2.1概述2.2信道分配与切换策略2.3干扰和系统容量2.4中继和服务等级2.5提高蜂窝系统的容量242023/1/14干扰和系统容量

干扰是蜂窝系统性能的主要限制因素。干扰是增加系统容量的瓶颈。干扰源包括同一小区的其他MS、相邻簇的相同频率的基站、非蜂窝干扰。干扰类型：同频干扰、邻频干扰。2.3干扰和系统容量252023/1/14全向天线中心激励同频干扰67543216754321675432167543216754321675432167543212.3干扰和系统容量262023/1/146754321675432167543216754321675432167543216754321定向天线顶点激励同频干扰2.3干扰和系统容量272023/1/14

若小区大小都差不多，基站发射功率也相同，则同频复用比例(同频干扰比例)与发射功率无关，只与同频小区距离和小区半径有关。(N为簇的大小)同频复用比例Q越大，干扰越小N越小，容量越大2.3干扰和系统容量282023/1/14接收功率大小与距离关系

接收的平均信号能量随基站发射机和MS间的距离的幂指数下降。在距离发射天线d处接收到的平均信号功率Pr可以由下式来估算:

Pr=P0(d/d0)-n

指数n在市区一般为2到4之间。2.3干扰和系统容量292023/1/14多个同频小区间的干扰6754321675432167543216754321675432167543216754321i0：同频小区数2.3干扰和系统容量302023/1/14多个同频小区间的干扰2.3干扰和系统容量312023/1/14多个同频小区间的干扰2.3干扰和系统容量主观测试表明：当S/I大于等于18dB时可提供足够好的话音质量。

若路径衰减指数n取4，只考虑第一层同频干扰，N应该取多大？322023/1/14多个同频小区间的干扰2.3干扰和系统容量真实情况332023/1/14多个同频小区间的干扰2.3干扰和系统容量书48页例3.2

如果保证蜂窝系统的前向信道具有良好性能要求的信噪比为15dB，求当路径衰减指数(a)n=4，(b)n=3时，要获得最大的容量需要多大的频率复用因子和簇大小?假设在一个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。可用适当的近似。342023/1/14信道规划2.3干扰和系统容量一般情况下：话音信道95％，控制信道5％一个小区仅需一个控制信道。CDMA的簇大小：N＝1CDMA中的“呼吸小区”352023/1/14邻频干扰

来自相邻频率的信号干扰叫做邻频干扰。由于接收滤波器不理想，使得相邻频率的信号泄漏到了传输带宽内而引起的。邻频干扰所带来的危害：远近效应。2.3干扰和系统容量362023/1/14邻频干扰2.3干扰和系统容量理想情况CH1CH2ff频谱泄漏时CH1CH2ff372023/1/14远近效应

基站附近的发射机（MS或非蜂窝系统的发射装置）对远距离MS的通信信道的邻频干扰。K信道K+1信道2.3干扰和系统容量382023/1/14邻频干扰的解决措施1）提高滤波器的选择性2）对移动台进行功率控制3）基站天线附近设置场强吸收装置，使远区场强不受影响4）改进信道分配策略，使小区的信道间隔尽可能的大。

2.3干扰和系统容量392023/1/14功率控制

实际的蜂窝系统中，每个MS的发射功率是受控于服务基站的，这是为了保证每个MS的发射功率最小，以保持反向链路的良好质量。功率控制不仅有助于延长MS的电池寿命，而且可以显著地减小系统中反向信道的S/I。2.3干扰和系统容量402023/1/14第二讲蜂窝系统2.1概述2.2信道分配与切换策略2.3干扰和系统容量2.4中继和服务等级2.5提高蜂窝系统的容量412023/1/14中继理论的基本概念呼叫阻塞：由于拥塞而遭受拒绝的呼叫话务量强度A：信道的平均占用率,单位为Erlang服务等级GOS：阻塞概率请求速率：单位时间内平均的呼叫次数，表示为/秒。

建立时间：给正请求的用户分配一个中继无线信道所需的时间。保持时间：通话的平均保持时间，表示为H(单位为秒)。负载：整个系统的话务量强度，以Erlang为单位。2.4中继和服务等级422023/1/14中继理论基本公式

每个用户的话务量强度等于呼叫请求速率乘以保持时间：

Au=H

对于一个有U个用户的系统，总共的话务量A为：

A=UAu

信道数为C的中继系统中，平均每个信道的话务量强度Ac为：

Ac=UAu/C

2.4中继和服务等级432023/1/14中继系统的分类阻塞呼叫清除系统：对每一个请求服务的用户，有空闲信道则进入，无则被拒绝。ErlangB公式(P53,式3.16)2.4中继和服务等级442023/1/14中继系统的分类阻塞呼叫延迟系统：

若不能立即获得一个信道，呼叫请求一直延迟到有信道空闲为止。它的GOS定义为呼叫在队列中等待了一定时间后被阻塞的概率。ErlangC公式(P53,式3.17)2.4中继和服务等级452023/1/14第二讲蜂窝系统2.1概述2.2信道分配与切换策略2.3干扰和系统容量2.4中继和服务等级2.5提高蜂窝系统的容量462023/1/14增加容量的方法

小区分裂——微小区扇区裂向(120度裂向、60度裂向)使用中继器扩大覆盖范围(电梯，隧道)分区微小区(注意与微小区的异同)2.5提高蜂窝系统的容量47202