1、1蜂窝网基本概念蜂窝网基本概念小区、区群与系统容量小区、区群与系统容量2主要内容主要内容1.概述概述2.小区的概念小区的概念3.区群的组成区群的组成4.同频干扰与系统容量同频干扰与系统容量5.信道配置方法信道配置方法6.提高容量的措施提高容量的措施31. 概述概述早期移动通信系统：采用大区制早期移动通信系统：采用大区制n特点：特点：w高架天线、大功率发射机高架天线、大功率发射机 增大覆盖面积增大覆盖面积n缺点缺点w传输损耗随着距离的增加而增加，而且与地形环传输损耗随着距离的增加而增加，而且与地形环境密切相关，因而移动台与基站之间的通信距离境密切相关，因而移动台与基站之间的通信距离是有限的，服务
2、范围受到限制。是有限的，服务范围受到限制。w可容纳的用户数是有限制的，无法满足大容量的可容纳的用户数是有限制的，无法满足大容量的要求。要求。41. 概述概述改进：改进：覆盖范围覆盖范围n为了使服务区达到无缝覆盖，提高系统容量，采用为了使服务区达到无缝覆盖，提高系统容量，采用多个基站来覆盖给定的服务区。多个基站来覆盖给定的服务区。n每个小区设置一个基站，它只覆盖本小区的区域每个小区设置一个基站，它只覆盖本小区的区域系统容量系统容量n从理论上讲，我们可以给每个小区分配不同的频率，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，且频谱利用率低。但这样需要大量的频率资源，且频谱
3、利用率低。n为了减少对频率资源的需求和提高频谱利用率，需为了减少对频率资源的需求和提高频谱利用率，需将相同的频率在相隔一定距离的小区中重复使用。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）之间干扰足只要使用相同频率的小区（同频小区）之间干扰足够小即可。够小即可。52. 小区的概念小区的概念小区的形状小区的形状n全向天线辐射的覆盖区是个圆形。全向天线辐射的覆盖区是个圆形。n为了不留空隙地覆盖整个平面，为了不留空隙地覆盖整个平面， 一个个圆一个个圆形辐形辐射区之间一定含有很多的交叠。射区之间一定含有很多的交叠。n在考虑了交叠之后，在考虑了交叠之后， 实际上每个辐射
4、区的实际上每个辐射区的有效覆盖区是一个多边形。有效覆盖区是一个多边形。n要用多边形无空隙、要用多边形无空隙、 无重叠地覆盖一个平无重叠地覆盖一个平面的区域，面的区域， 可取的形状只有三种。可取的形状只有三种。62. 小区的概念小区的概念小区的形状小区的形状72. 小区的概念小区的概念这三种形状中哪一种最好呢这三种形状中哪一种最好呢?n 在辐射半径在辐射半径r相同的条件下，相同的条件下， 计算出三种形计算出三种形状小区的邻区距离、状小区的邻区距离、 小区面积、小区面积、 交叠区宽交叠区宽度和交叠区面积如下表所示。度和交叠区面积如下表所示。82. 小区的概念小区的概念在服务区面积一定的情况下，正六
5、边形小区的在服务区面积一定的情况下，正六边形小区的形状最接近理想的圆形，相邻小区的重叠部分形状最接近理想的圆形，相邻小区的重叠部分最少，小区的面积最大。最少，小区的面积最大。用它覆盖整个服务区所需的基站数最少，也最用它覆盖整个服务区所需的基站数最少，也最经济，且相邻小区之间的相互干扰最小。经济，且相邻小区之间的相互干扰最小。正六边形构成的网络形同蜂窝，因此把小区形正六边形构成的网络形同蜂窝，因此把小区形状为正六边形的小区制移动通信网称为蜂窝网。状为正六边形的小区制移动通信网称为蜂窝网。92. 小区的概念小区的概念103. 区群的组成区群的组成在小区范围之内，无线电信号要保持足够的强在小区范围之
6、内，无线电信号要保持足够的强度（有效通信距离为小区的半径）。度（有效通信距离为小区的半径）。但无线电信号不可能只限制在小区的范围之内。但无线电信号不可能只限制在小区的范围之内。为了减小同频道干扰，相邻小区不能使用相同为了减小同频道干扰，相邻小区不能使用相同的频道。的频道。为了保证同信道小区之间有足够的距为了保证同信道小区之间有足够的距离，附近的若干个小区都不能用相同的频道。离，附近的若干个小区都不能用相同的频道。这些相邻的、使用不同频道的小区组成一个区这些相邻的、使用不同频道的小区组成一个区群，群， 只有不同区群内的小区才能进行频道再只有不同区群内的小区才能进行频道再用用。113. 区群的组成
7、区群的组成区群的定义：区群的定义：n相邻的使用不同频道的所有小区，这些小区相邻的使用不同频道的所有小区，这些小区共同使用了系统提供的共同使用了系统提供的所有所有频率资源。频率资源。含义：含义：n区群中的每个小区只使用了部分频率资源，区群中的每个小区只使用了部分频率资源，但一个区群包含了全部的频率资源。但一个区群包含了全部的频率资源。123. 区群的组成区群的组成N3的区群结构133. 区群的组成区群的组成区群的组成应满足两个条件：区群的组成应满足两个条件：n区群之间可以邻接，且无空隙无重叠地进行覆盖。区群之间可以邻接，且无空隙无重叠地进行覆盖。n邻接之后的区群应保证各个邻接之后的区群应保证各个
8、相邻相邻同信道小区之间的同信道小区之间的距离相等。距离相等。满足上述条件的区群形状和区群内的小满足上述条件的区群形状和区群内的小区数不是任意的。区数不是任意的。可以证明，区群内的小区数应满足下式：可以证明，区群内的小区数应满足下式：0, 022jijijiN , 143. 区群的组成区群的组成153. 区群的组成区群的组成N3的区群结构163. 区群的组成区群的组成N=7的区群结构173. 区群的组成区群的组成相邻相邻同频道小区位置的确定方法：同频道小区位置的确定方法：n自某一小区自某一小区A出发，出发， 先沿边的垂线方向跨先沿边的垂线方向跨j个小区，个小区， 逆时针（或顺时针）旋转逆时针（或
9、顺时针）旋转60，再跨再跨i 个小区，个小区， 这样就到达同频道小区这样就到达同频道小区A。 n在正六边形的六个方向上，可以找到六个相在正六边形的六个方向上，可以找到六个相邻同频道小区，邻同频道小区， 所有相邻所有相邻A小区之间的距离小区之间的距离都相等。都相等。183. 区群的组成区群的组成193. 区群的组成区群的组成相邻同频道小区距离的确定方法：相邻同频道小区距离的确定方法：n相邻小区之间的距离：相邻小区之间的距离：n相邻同频道小区的距离：相邻同频道小区的距离：r32rr2d220)/(rr/2j ji i60i/2i/2A AA AD D2/3i rNrjijiiijrD3)( 3)2
10、/3()2/(32222203. 区群的组成区群的组成设系统共有设系统共有S个可用的双向信道，服务区域可划个可用的双向信道，服务区域可划分为分为M个小区，小区半径固定为个小区，小区半径固定为r，每个小区的，每个小区的信道数目相同，区群大小为信道数目相同，区群大小为N。n每小区信道数每小区信道数 kSNn系统总的信道数系统总的信道数 C=M k=S MNn同频道再用距离同频道再用距离 n系统容量系统容量 k N 。n同频干扰同频干扰 D N 。n同频干扰和系统容量之间有一个折衷。同频干扰和系统容量之间有一个折衷。rND3214. 同频干扰与系统容量同频干扰与系统容量干扰是影响蜂窝网系统性能和容量
11、的主要因素。干扰是影响蜂窝网系统性能和容量的主要因素。干扰的主要类型：干扰的主要类型：n邻道干扰邻道干扰相邻的或邻近频道的信号相互干扰。相邻的或邻近频道的信号相互干扰。n互调干扰互调干扰互调干扰是由传输信道中的非线性电路产生的。互调干扰是由传输信道中的非线性电路产生的。w当两个或多个不同频率的信号同时输入到非线性电路时，由当两个或多个不同频率的信号同时输入到非线性电路时，由于非线性器件的作用，会产生许多谐波和组合频率分量，其于非线性器件的作用，会产生许多谐波和组合频率分量，其中与所需信号频率中与所需信号频率0相接近的组合频率分量会顺利通过接收相接近的组合频率分量会顺利通过接收机而形成干扰，即互
12、调干扰。机而形成干扰，即互调干扰。n同频干扰同频干扰由于同频道再用导致同频小区之间相互干扰。由于同频道再用导致同频小区之间相互干扰。n汽车火花干扰等外界干扰信号和噪声的影响。汽车火花干扰等外界干扰信号和噪声的影响。n其中，同频干扰、邻道干扰和互调干扰的影响最大，且无法根除，其中，同频干扰、邻道干扰和互调干扰的影响最大，且无法根除，属于系统干扰。属于系统干扰。224. 同频干扰与系统容量同频干扰与系统容量为了减小同频道干扰的影响和保证接收为了减小同频道干扰的影响和保证接收信号的质量，必须使接收机输入端的有信号的质量，必须使接收机输入端的有用信号功率与同频道干扰功率之比大于用信号功率与同频道干扰功
13、率之比大于某个数值，该数值称为某个数值，该数值称为射频防护比射频防护比。由于同频道干扰影响与调制制度及频偏由于同频道干扰影响与调制制度及频偏有关，因此在不同信号和不同干扰下，有关，因此在不同信号和不同干扰下，射频防护比有所不同。射频防护比有所不同。234. 同频干扰与系统容量同频干扰与系统容量仅考虑仅考虑相邻相邻的同频小区之间的干扰。的同频小区之间的干扰。因此有以下表达式：因此有以下表达式：信干比信干比 （射频防护比）（射频防护比）假设所有的基站的发射功率都相同。假设所有的基站的发射功率都相同。整个覆盖区域的路径衰减指数相同。整个覆盖区域的路径衰减指数相同。min61ISISISii244.
14、同频干扰与系统容量同频干扰与系统容量距离发射天线距离发射天线d处接收到的平均信号功率处接收到的平均信号功率Pr可可由下式来估算：由下式来估算： 可见：可见：其中，其中，P0为距离为距离d0处的接收功率。处的接收功率。n（2 4）为路径衰减指数，与电波传播环）为路径衰减指数，与电波传播环境有关。境有关。在最坏情况下，移动台位于小区的边缘，此时在最坏情况下，移动台位于小区的边缘，此时有用信号最弱，而同频干扰最强。有用信号最弱，而同频干扰最强。nrddPP00nrdP254. 同频干扰与系统容量同频干扰与系统容量则有：则有：如果如果N足够大，可做近似：足够大，可做近似：则有：则有：可见，同频干扰决定
15、了链路性能，同时也可见，同频干扰决定了链路性能，同时也确定了频率复用方案和蜂窝系统的总体容确定了频率复用方案和蜂窝系统的总体容量。量。rNDdi3min636ISNrDISnn 61inindrIS265. 信道配置方法信道配置方法将所有信道分成将所有信道分成N组，每个区群内的各组，每个区群内的各个小区固定使用其中的一组。个小区固定使用其中的一组。分组时的考虑：分组时的考虑：n每组中的频道不会形成明显的干扰。每组中的频道不会形成明显的干扰。w分区分组配置法（小区内采用无三阶互调的相容分区分组配置法（小区内采用无三阶互调的相容信道组，以避免互调干扰）。信道组，以避免互调干扰）。w等频距配置法（按
16、等频率间隔来配置信道，只要等频距配置法（按等频率间隔来配置信道，只要频距选得足够大，就可有效地避免邻道干扰）。频距选得足够大，就可有效地避免邻道干扰）。275. 信道配置方法信道配置方法分区分组配置法：（分区分组配置法：（N=7）n第一组第一组 1， 5， 14， 20， 34， 36n第二组第二组 2， 9， 13， 18， 21， 31n第三组第三组 3， 8， 19， 25， 33， 40n第四组第四组 4， 12， 16， 22， 37， 39n第五组第五组 6， 10， 27， 30， 32， 41n第六组第六组 7， 11， 24， 26， 29， 35n第七组第七组 15，17，
17、23， 28， 38， 42285. 信道配置方法信道配置方法等频距配置法：（等频距配置法：（N=7）n第一组第一组 1， 8， 15，22， 29， n第二组第二组 2， 9，16，23， 30， n第三组第三组 3， 10， 17， 24， 31， n第四组第四组 4， 11， 18， 25， 32， n第五组第五组 5， 12， 19， 26， 33， n第六组第六组 6， 13， 20， 27， 34， n第七组第七组 7， 14， 21， 28， 35， 这样的频率配置可能正好满足产生互调这样的频率配置可能正好满足产生互调的频率关系，但正因为频距大，干扰易的频率关系，但正因为频距大，
18、干扰易于被接收机输入滤波器滤除而不易作用于被接收机输入滤波器滤除而不易作用到非线性器件，避免了互调的产生。到非线性器件，避免了互调的产生。296. 提高容量的措施提高容量的措施措施措施1划分扇区划分扇区n中心激励与顶点激励中心激励与顶点激励w中心激励：基站设在小区的中心（全向天线）；中心激励：基站设在小区的中心（全向天线）；w顶点激励：基站设在小区的某几个顶点上（方向性天线）顶点激励：基站设在小区的某几个顶点上（方向性天线）306. 提高容量的措施提高容量的措施顶点激励（划分扇区）的好处顶点激励（划分扇区）的好处n采用采用120度定向天线后，所接收的同频干度定向天线后，所接收的同频干扰功率仅为
19、采用全向天线的扰功率仅为采用全向天线的1/3，可减少系，可减少系统的同道干扰。统的同道干扰。同频道小区距离可适当减小，同频道小区距离可适当减小，从而提高系统容量。从而提高系统容量。划分扇区的缺点：划分扇区的缺点：n一个小区的频道划分为三组，每个扇区使用一个小区的频道划分为三组，每个扇区使用一组一组n降低了中继效率，话务量有所损失。降低了中继效率，话务量有所损失。316. 提高容量的措施提高容量的措施2346715555555326. 提高容量的措施提高容量的措施措施措施2小区分裂小区分裂n在整个服务区中，在整个服务区中， 每个小区的大小可以是每个小区的大小可以是相同的，相同的， 这只能适应用户密度均匀的情况。这只能适应用户密度均匀的情况。 事实上服务区内的用户密度是不均匀的。事实上服务区内的用户密度是不均匀的。n在用户密度高的市中心区可使小区的面积小在用户密度高的市中心区可使小区的面积小一些，一些， 在在用户密度低的市郊区可使小区的用户密度低的市郊区可使小区的面积大一些。面积大一些。n小区分裂可以提高小区分裂可以提高单位面积的信道数单位面积的信道数。336. 提高容量的措施提高容量的措施小区分裂小区分裂346. 提高容量的措施提高容量的措施
