1、1,第五章,蜂窝组网技术,2,第五章 蜂窝移动通信系统,学习重点和要求： 掌握关于蜂窝的概念 掌握频率复用的概念以及频率复用模型 掌握多址接入和系统容量的概念和原理 理解功率控制原理和过程 理解切换以及软切换的原理和流程 理解移动网格的组成,3,5.1. 蜂窝小区的概念和特点,4,Problem to be solved,5,系统设计的关键问题,在频率资源一定的前提下，通过系统优化设计达到：频率复用最大化；-覆盖区域最大同频干扰最小化；-通信质量最好,6,系统设计的关键问题,频率资源宝贵而有限： 以美国为例，其无线频段采用出售政策，每M带宽拍卖价格数以亿计。 2006年8月，美国曾进行了历史上
2、规模最大的无线电频段拍卖，FCC对90MHz频段的1122张执照进行拍卖，最终成交1087张，收入达139亿美元。,7,无线通信系统设计者的难题,如何以最少的资源f1, f2, f3,f4.来实现 覆盖区域最大（频率复用最大化） 以f1, f2, f3,f4. fM覆盖完960万平方公里；并且要求M最小？通信质量最好（同频干扰最小化） 在同频复用下，如何使得两个相邻的f1之间距离最大？,8,一个设计的例子,Chile某公司拍得四段资源f1, f2, f3,f4,为什么方法2是更佳的方式？,9,一个设计的例子,若采用f1, f2, f3,f4四个频段覆盖Chile全境，最佳算法等价于用“花形瓷砖
3、”贴满全境，“花瓣”的数量为4，且每个频段各占一个“花瓣”. 此时同频小区距离为4小区长度.,10,设计的目的,但是世界上有很多国家！它们是球面！,11,设计的目的,如何在不同的频率资源f1, f2, f3,f4. fM下完成“花砖”对于整个平面的覆盖？M片“花瓣”又该如何排列？,12,5.2. 蜂窝小区的概念和特点,5.2.1 大区制移动通信系统 5.2.2 频率复用和小区制移动通信系统,13,5.2.1 大区制移动通信网,大区制 在一个服务区域（如一个城市）内只有一个基站，并由它负责移动通信的联络和控制。,14,早期的移动通信网一般是大区制 主要特点： 基站天线很高，几十几百米 基站发射功
4、率大：50200W 覆盖半径：3050km 优点：网络结构简单，成本低 缺点：频谱利用率低，服务性能差，容量小，一般用户几十几百个，一般用于专网。,15,提高覆盖半径是大区制需解决的问题 决定覆盖半径的因素：地球的曲率限制了传输的极限范围 地形环境影响，信号传播可能产生盲区 多径反射限制了传输距离 移动台发射功率小，上行信号传输距离有限（上下行传输增益差可达612dB）,16,解决上行问题的办法： 如图, 设置分集接收台 基站发射用全向天线，接收用定向天线 提高基站接收灵敏度,17,5.2 蜂窝小区的概念和特点,5.2.1 大区制移动通信系统 5.2.2频率复用和小区制移动通信系统,18,小区
5、制网构成方式基本概念 小区制：利用频率复用的概念，将整个服务区域划分成若干个小区，每个小区分别设置一个低发射功率的基站，负责本小区的通信。 频率复用： N个相邻的小区组成一个区群(簇) 将可供使用的频道划分成N组 区群内的每个小区使用不同的频率组 相邻区群重复使用相同的频率组分配模式,19,基本小区有：（r0：小区半径） 超小区：r0 20km（农村） 宏小区：r0 120km（人口稠密地区） 微小区：r0 0.11km（城市繁华区） 微微小区：r0 0.1km（办公室、家庭） 优点：提高频率利用率，组网灵活 缺点：网络构成复杂 按服务区形状分：条状服务区、面状服务区,20,条状服务区 用户的
6、分布呈条状（或带状），如铁路、公路、沿海水域等。,21,多频复用方式,可采用多个频率复用 二频复用三频复用四频复用,22,组网时需确定重叠区及载波/同频干扰比： 重叠区重叠区太大，越区干扰大重叠区小，弱电场区可能多。,23,面状服务区,指服务区不呈条状而是一个宽广的平面,24,小区形状：应该是规则结构：圆形（全向天线），三角形，正方形，六边形,r,25,蜂窝的由来：对于同样大小的服务区域，采用正六边形构成小区所需的小区数最少，无重叠区，故所需的频率组数也最少，最经济。仅有理论分析和设计意义。,26,按基站对小区的覆盖方式： 中心激励： 基站位于小区中心，有时会有辐射阴影。,顶点激励： 在顶点上
7、设置基站，并采用三个互成120的定向天线，以避免辐射阴影。,27,簇（区群）： 共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇(区群)） 若N越小，则系统中区群复制得越多，系统容量越大，频率的利用率越高。 N叫做区群的大小，典型值3、4、7、9、12 、 构成蜂窝网的二次几何图形,28,设蜂窝移动系统共有S个不同的双向信道 其簇的大小为N 簇内每个小区分配有K个信道，小区间信道分配各不相同 簇在系统中复制M次 则S=KNC=MKN=MS,29,构成簇的基本条件： 基本图案（簇）能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积。 相邻单元（簇）中，同频道的小区间距离相等，且为最大。,30,满足上述两个条件的簇的形状和簇内小区数N是有限的，并且N应该满足下式：a 和b分别为相邻同频小区之间的二维距离（相邻小区数），都为正整数，不能同时为零,31,簇内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a个小区，并逆时针方向旋转60，再移动b个小区。,确定同频小区的方法,32,常见正六边形小区群的图案,33,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。,34,作 业,思考：画一个N = 12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。,
