第3章蜂窝移动通信的组网技术

3.3.1 同频干扰和系统容量
同频干扰抑制因子 参数Q叫做同频复用比例（也叫同频干扰抑 制因子），与区群的大小有关。对于六边形 系统来说，Q可表示为

3.3.1 同频干扰和系统容量

Q的值越小则容量越大；而Q值大可以提高 传播质量，因为同频干扰小。在实际的蜂窝 系统中，需要对这两个目标进行协调和折衷。

3.2.1 蜂窝小区的概念
蜂窝的概念是一个系统级的概念，其思想是 用许多小功率的发射机来代替单个的大功率 发射机，每一个小的覆盖区只提供服务范围 内的一小部分覆盖。 移动通信网的区域覆盖方式分为两类： 小容量的大区制 大容量的小区制

3.2.2 大区制小容量
大区制是指一个基站覆盖整个服务区。 如下图所示。

3．呼损率
② 利用Erlang B公式的计算方法:
I.
II. III.
如果呼叫具有下列性质： 每次呼叫相互独立，互不相关，即呼叫具有随机性； 每次呼叫在时间上都有相同的概率； 每个用户选用无线信道是任意的，且是等概的，则呼损率可按下式 计算：
An An n! B n n! i A A2 An A 1 .... 1! 2! n! i 0 i !
3.2.3 频率复用和小区制移动 通信系统

各种图形综合比较
3.2.3 频率复用和小区制移动 通信系统

当用六边形来模拟覆盖范围时，基站发射机位置：
中心激励小区：安置在小区的中心 顶点激励小区：安置在六边形顶点之中的三个上
3.2.3 频率复用和小区制移动 通信系统

小区簇的意义
共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇 同一个小区簇内，要使用不同的频率 不同的小区簇间使用对应的相同频率
大区制移动通信示意图
3.2.2 大区制小容量
为了增大通信用户量，大区制通信网只有增 多基站的信道数（装备量也随之加大），但 这总是有限的。 大区制小容量制式的控制方式简单，设备成 本低，适用于中小城市、工矿区以及专业部 门，是发展专用移动通信网可选用的制式。

3.2.3 频率复用和小区制移动 通信系统

N叫做簇的大小，典型值为4、7或12。 N的值表现了移动台或基站在保证通信质量的同时，可以承
受的干扰（主要是同频干扰）
3.2.3 频率复用和小区制移动 通信系统

用六边形表示的一个个小区，可使相邻小区 无空隙，每一个区群的小区数量N满足下式：
N = i2 + ij + j2
（i和j为正整数）
由正多边形彼此邻接构成平面时只能是正三 角形、正方形和正六边形．
小区构成的几何图形
3.2.3 频率复用和小区制移动 通信系统

1）小区间隔
正方边形
正三角形为R
2R
小区构成几何图形
正六边形 3R
3.2.3 频率复用和小区制移动 通信系统

2）小区面积与重叠面积
3.2.3 频率复用和小区制移动 通信系统
2 1 4
1
3 1
2 4 2 4
3
1 3
2 3 4
3.2.3 频率复用和小区制移动 通信系统

小区簇的意义
一个共有S个双向信道的蜂窝系统，如果每簇含N个小 区，每个小区分配K个信道（k<S）
那么
S K N
如果簇在系统中共同复制了M次，则信道的总数C可作 为容量的一个度量
C MKN MS

其中，n为共用信道数，即系统容量（电路数量）。
3．呼损率
②利用Erlang B公式的计算方法:

根据Erlang B公式，知道三个参数A、B和n中的任何两 个，就可以从爱尔兰呼损表查出需要的第三个参数。
表3-1 爱尔兰呼损表
B n 1
1% A 0.0101
2% A 0.020
5% A 0.053

3.1.2 频率的有效利用技术
频率的有效利用就是从时间域、空间域和频 率域这三个方面采用多种技术，以设法提高 频率的利用率。 （1）时间域的频率有效利用 （2）空间域的频率有效利用 （3）频率域的频率有效利用

3.1.2 频率的有效利用技术

频率域的频率有效利用两种方法： ------------信道的窄带化 ------------宽带多址技术
4．信道利用率

多信道共用时，信道利用率是指每个信道平 均完成的话务量。因此
A A (1 B) η n n 如果已知B、n，根据表3-1可算出A值，然后 由上式求出。
3.2 蜂窝小区的概念和区域 覆盖
3.2.1 蜂窝小区的概念 3.2.2 大区制小容量 3.2.3 频率复用和小区制移动通信系统
呼损率的计算方法

利用完成话务量 Erlang B公式
3．呼损率
① 利用完成话务量计算呼损率：

Hale Waihona Puke 设A′为呼叫成功而接通电话的话务量，简称 完成话务量。C0为1小时内呼叫成功而通话的次 数，t0为每次呼叫平均占用信道的时间，则完成 话务量为 A′= C0·0 t
呼损率为 B =
A A C C0 Ci A C C
1．呼叫话务量与忙时话务量



用户忙时话务量是指一天中最忙的那个小时（即 “忙时”），每个用户的平均话务量，用AB来 表示。AB是一个统计平均值。 将忙时话务量与全日话务量之比称为集中系数， 用K表示。因为K反映了这个通信系统“忙时” 的集中程度，即忙时话务量在全天话务量中所占 的比例。 C ' KT （Erl） 每个用户忙时话务量： AB
3.3.1 同频干扰和系统容量
证明：

小区中心到邻接小区的距离为r； 同频小区O0～O1间距离为D;小区半径为R。 由余弦定理得：
D2 4r 2 (i 2 ij j 2 )
第3章 蜂窝移动通信的组网 技术
3.1 频率资源的有效利用和蜂窝小区的组网 通信 3.2 蜂窝小区的概念和区域覆盖 3.3 干扰和信道容量 3.4 移动通信中的多址技术 3.5 蜂窝移动通信的交换技术 3.6 蜂窝移动通信的信令技术 3.7 蜂窝移动通信网综述

3.1 频率资源的有效利用和蜂窝 小区的组网通信

小区制就是把整个服务区域划分为若干个小
区，每个小区设置一个基站，负责本小区内
移动通信的联络和控制，同时还要在几个小 区间设置移动业务交换中心。
3.2.3 频率复用和小区制移动 通信系统
小区制移动通信示意图
3.2.3 频率复用和小区制移动 通信系统
小区制移动通信系统的频率复用和覆盖有两种： ① 带状服务覆盖区
频率是一种特殊资源。它并不是取之不尽的。 频率有一些特殊的性质： 无线电频率资源不是消耗性的 电波传播不分地区与国界 具有时间、空间和频率的三维性 在空间传播时容易受到来自大自然和人为的 各种噪声和干扰的污染。

3.1.1 频率资源的管理
频率的分配和使用需在全球范围内制定统一的规则。 移动电话使用频段主要在150MHz、450MHz和 900MHz、1800MHz、1900MHz频段。 双工移动通信网规定工作在各频段的收、发频差 分别为：VHF频段为5.7MHz，UHF450MHz频段为 10MHz；UHF 900MHz频段为45MHz。 同时规定基站对移动台（下行链路）为发射频率高， 接收频率低；反之，移动台对基站（上行链路）为 发射频率低，接收频率高。

宽带多址技术： 频分多址（FDMA） 时分多址（TDMA） 码分多址（CDMA） 以及它们的组合等。
3.1.3 多信道共用技术

1．呼叫话务量与忙时话务量 话务量是通信系统通话业务量或繁忙程度的指标。 话务量是指单位时间内（1小时）进行的平均电话 交换量。

话务量分为流入话务量和完成话务量。
10 % A 0.111
20 % A 0.25
5
10 20
1.360
4.460 12.031
1.657
5.092 13.181
2.219
6.216 15.249
2.881
7.511 17.163
4.010
9.685 21.635
3．呼损率

呼损率也称通信网的服务等级。呼损率越 小，成功呼叫的概率越大，服务等级越高。 呼损率和话务量是相互矛盾的，也即服务 等级和信道利用率是矛盾的。

3.3 干扰和信道容量
3.3.1 同频干扰和系统容量 3.3.2 相邻信道的干扰 3.3.3 蜂窝小区容量的改善

3.3.1 同频干扰和系统容量
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，这些小 区叫做同频小区。 同频干扰（同道干扰）-----同频小区之间的 信号干扰。 为了减小同频干扰，同频小区必须在物理上 隔开一个最小的距离，为传播提供充分的隔 离。
重叠小区宽度： 正三角形为R

正四边形为 (2 正六边形为
2)R

(2 3)R
重叠小区宽度的定义
3.2.3 频率复用和小区制移动 通信系统
3）需要的最少无线频率数
邻接小区会产生干扰，因此相邻小区不能使用同一频率。当 邻接小区使用不同频率时，需要的最少频率数目随构成小区 方法不同而异，正三角形需要6种频率，正方形需要4种，而 正六边形需要3种。
3600

C′为每个用户每天平均呼叫次数；T为每次呼叫 平均占用信道的时间（s）。
2．容量

在多信道共用时，容量有两种表示法。 系统所能容纳的用户数（M）为
A M AB

每个信道所能容纳的用户数（m）为
M A m n nAB
3．呼损率

在一个通信系统中，呼叫失败的概率称为 呼叫损失概率，简称呼损率，记为B。
3.1.1 频率资源的管理 3.1.2 频率的有效利用技术 3.1.3 多信道共用技术

3.1 频率资源的有效利用和蜂窝 小区的组网通信

当前移动通信发展所遇到的最突出问题，就 是如何将有限的可用频率有秩序地提供给越 来越多的用户使用而不相互干扰，这就涉及 到频率的管理与有效利用。
3.1.1 频率资源的管理
（3-3）
3.2.3 频率复用和小区制移动 通信系统

同频相邻小区的找法
沿着任何一条六边形链移动i个小区 逆时针旋转60度再移动 j 个小区
i=3 j=2 （N=19）
图3-3 在蜂窝小区中定位同频小区的方法
3.3 干扰和信道容量
干扰是蜂窝无线系统性能的主要限制因素。 在蜂窝系统中，存在两种主要的干扰，即同 频干扰和邻频干扰。
1．呼叫话务量与忙时话务量

若话务量A表示，则 A=C·0 t
C：每小时的平均呼叫次数（包括呼叫成功和失败的次数）。 t0：每次呼叫平均占用信道的时间（包括接续时间和通话时间）。

如果以t0小时为单位，则话务量A的单位是Erl。 如果一个小时内不断地占用一个信道，则其呼叫话 务量为1Erl(爱尔兰) ，是一个信道具有的最大话务 量。
② 面状服务覆盖区 无线移动通信系统广泛使用六边形研究系统 覆盖和业务需求。 实际上，由于无线系统覆盖区的地形地貌不 同，无线电波传播环境不同，产生的电波的 长期衰落和短期衰落不同，因而一个小区的 实际无线覆盖是一个不规则的形状。


小区构成
3.2.3 频率复用和小区制移动 通信系统
（1）小区图案
第3章 蜂窝移动通信的组网技术
本章提示





组网过程中必须解决如下一系列技术问题，才能 使网络正常运行： （1）频率资源的管理与频率的有效利用问题； （2）蜂窝网同频复用与同道干扰问题； （3）多信道、多用户共用与多址接入问题； （4）用户移动性与网络移动性的管理问题； （5）有限的频率资源与越来越多的通信容量要求 问题； （6）PLMTS网与公用电话网、ISDN、PDN以及与 其他移动网的互联、互通问题； （7）信令网与网络智能化问题等。

3.3.1 同频干扰和系统容量

如果每个小区的大小都差不多，基站也都发 射相同的功率，则同频干扰比例与发射功率 无关，而变为小区半径（R）和相距最近的 同频小区中心间距离（D）的函数。增加D/R 的值，相对于小区的覆盖距离同频小区间的 空间距离就会增加，从而来自同频小区的射 频能量减小而使干扰减小。
②
面状服务覆盖区
3.2.3 频率复用和小区制移动 通信系统
① 带状服务覆盖区

带状服务区主要用于覆盖公路、铁路、海岸等。 为克服同频干扰，常采用双频组频率配置和三频组频率配 置，如图3-1所示：
f1
f2
f1
f2
f1
f2
f1
f1
f2
f3
f1
f2
f3
f1
图3-1 双频组和三频组频率配置
3.2.3 频率复用和小区制移动 通信系统