第2讲 蜂窝系统
蜂窝系统
微微蜂窝小区 随着容量需求进一步增长，运营者可按同一规则安装第三或第四 层网络，即微微蜂窝小区(picocell)。微微蜂窝实质就是微蜂窝的 一种，只是它的覆盖半径更小，一般只有10m～30m；基站发射 功率更小，大约在几十毫瓦左右；其天线一般装于建筑物内业务 集中地点。微微蜂窝也是作为网络覆盖的一种补充形式而存在的， பைடு நூலகம்主要用来解决商业中心、会议中心等室内“热点”的通信问题。 在目前的蜂窝式移动通信系统中，我们主要通过在宏蜂窝下引入 微蜂窝和微微蜂窝以提供更多的“内含”蜂窝，形成分级蜂窝结 构，从而解决网络内的“盲点”和“热点”，提高网络容量的。 因此，一个多层次网络，往往是由一个上层宏蜂窝网络和数个下 层微蜂窝网络组成的多元蜂窝系统。如图
微蜂窝小区 微蜂窝小区(microcell)是在宏蜂窝小区的基础上发展起来的一门 技术。它的覆盖半径大约为30m～300m；发射功率较小，一般 在1W以下；基站天线置于相对低的地方，如屋顶下方，高于地面 5m～10m，传播主要沿着街道的视线进行，信号在楼顶的泄露小。 因此，微蜂窝最初被用来加大无线电覆盖，消除宏蜂窝中的“盲 点”。同时由于低发射功率的微蜂窝基站允许较小的频率复用距 离，每个单元区域的信道数量较多，因此业务密度得到了巨大的 增长，且RF干扰很低，将它安置在宏蜂窝的“热点”上，可满足 该微小区域质量与容量两方面的要求。在实际设计中，微蜂窝作 为无线覆盖的补充，一般用于宏蜂窝覆盖不到又有较大话务量的 地点，如地下会议室、娱乐室、地铁、隧道等。作为热点应用的 场合一般是话务量比较集中的地区，如购物中心、娱乐中心、会 议中心、商务楼、停车场等地。
①扩大系统覆盖区域；
②提高频谱利用率，增加系统容量；
③降低基站发射功率，减少信号间干扰； ④减少电磁环境污染； ⑤节省系统成本。 智能蜂窝既可以是宏蜂窝，也可以是微蜂窝和微微蜂窝。这项技 术正在研制过程中。
蜂窝移动通信系统组成(二)2024
蜂窝移动通信系统组成（二）引言概述：蜂窝移动通信系统是一种基于蜂窝网络的无线通信系统，由多个基站和用户设备组成。
在上一篇文章中，我们介绍了蜂窝移动通信系统的基本原理和组成部分。
在本文中，我们将进一步探讨蜂窝移动通信系统的组成，包括信道管理、移动管理、呼叫管理、资源管理和安全管理。
正文：一、信道管理1. 频率复用技术：介绍频率复用技术如频分复用（FDMA）和时分复用（TDMA），以提高频谱利用率。
2. 多址复用技术：介绍多址复用技术如码分多址（CDMA）和分组调度多址（TD-CDMA），以支持多用户同时传输数据。
3. 带宽分配：介绍如何通过动态频率分配（DFCA）和动态信道分配（DCA）等技术，根据用户需求分配信道资源。
二、移动管理1. 基站切换：介绍移动用户在不同基站之间切换的过程，包括小区搜索、测量和切换决策等步骤。
2. 手机定位：介绍如何通过不同定位技术如GPS和无线定位等，确定移动用户的位置信息。
3. 用户鉴权和注册：介绍用户鉴权和注册过程，以确保只有合法用户能够接入系统并进行通信。
三、呼叫管理1. 呼叫建立：介绍呼叫建立过程，包括寻呼、呼叫请求和呼叫确认等步骤。
2. 呼叫保持与转移：介绍呼叫保持和呼叫转移等功能，以支持用户在通话中保持或转移呼叫。
3. 呼叫释放：介绍呼叫释放过程，包括正常释放、异常释放和强制释放等情况。
四、资源管理1. 功率控制：介绍功率控制技术，以确保系统中各个用户设备的发送功率在合理范围内，保证通信质量。
2. 频率管理：介绍频率管理技术，以平衡系统中不同用户设备之间的频率资源，避免干扰。
3. 带宽管理：介绍带宽管理技术，以合理分配系统中的带宽资源，满足不同用户的通信需求。
五、安全管理1. 用户身份认证：介绍用户身份认证技术，以确保只有合法用户能够接入系统并进行通信。
2. 数据加密与解密：介绍数据加密与解密技术，以保证用户数据的机密性和完整性。
3. 防止恶意攻击：介绍常见的恶意攻击方式如拒绝服务攻击（DDoS）和干扰攻击，并提供相应的防护措施。
蜂窝移动通信系统课件
03 蜂窝移动通信系统网络
网络架构与组成
网络架构
蜂窝移动通信系统通常由多个基站组成，每个基站覆盖一个蜂窝小区，小区之 间通过交换机和传输网络连接，形成一个完整的网络架构。
组成元素
蜂窝移动通信系统主要由移动终端、基站、交换机、传输网络等组成，各部分 协同工作，实现无线通信。
网络规划与优化
网络规划
工作原理
蜂窝移动通信系统通过将覆盖范围划分为多个小区，每个小 区由一个基站负责信号覆盖，实现用户之间的通信。
工作流程
蜂窝移动通信系统的工作流程包括用户注册、位置更新、呼 叫建立和释放等过程，涉及多个网元之间的交互和协同工作 。
02 蜂窝移动通信系统技术
多址接入技术
A
频分多址（FDMA）
将频带分成若干个小的频带，每个用户占用一 个小的频带，通过频带进行通信。
详细描述
随着技术的发展，蜂窝移动通信系统还提供 了多媒体业务，包括音频和视频内容的传输。 用户可以通过移动终端设备欣赏音乐、观看 视频、进行视频通话等，享受更加丰富的多 媒体体验。
物联网应用
要点一
总结词
支持物联网设备的接入和数据传输，实现智能化管理和控 制。
要点二
详细描述
蜂窝移动通信系统还广泛应用于物联网领域，支持各种物 联网设备的接入和数据传输。通过蜂窝网络，物联网设备 可以实现远程监控、数据采集、智能控制等功能，为智能 家居、智慧城市等领域提供强大的技术支持。
05 蜂窝移动通信系统发展与趋势
5G技术发展与趋势
5G技术发展
5G技术是蜂窝移动通信系统的最新一代，具有高速率、低时延、大连接等优势，能够 满足未来各种应用场景的需求。
5G发展趋势
随着5G技术的不断演进和应用，未来将会有更多的智能化、自动化和高效化的应用出 现，推动社会的数字化转型。
第2章课件蜂窝的概念
(4)当移动终端主呼时，在反向控制信道中 发送通话初始请求，通过这个请求，移 动终端将电话号码、电子序列号(ESN)和 被叫电话号码发送出去，移动终端还发 送基站分类标识(SCM),表明该用户发送 功率水平。小区基站接收到这些信息并 将其发送给MSC。 MSC再校验该请求后， 通过PSTN连接到被叫方，同时通知基站 和主叫用户将信道移到没被使用的前向 和反向信道上去，以便开始通话。
②面状服务区
通常情况下，服务区不呈条状而是一个
宽广的平面，称为面状服务区。
构成方法：
将整个服务区划分为许多小区(无线区)， 这些小区的实际形状取决于电波传播条 件和方向性。
实际的面状小区的覆盖，基站天线全向辐射时为一 个圆，实际为不规则，有重叠区。
理想情况：若基站使用全向发射天线，基 站覆盖区实际上是一个圆。但从理论上说，圆 形小区邻接会出现多重覆盖或无覆盖区。
簇：共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇， 若系统中簇复制得越多，则系统容量越大，频 率的利用率越高。
因 数 N 叫 做 簇 的 大 小 ， 典 型 值 3 、 4 、 7 、 9 、 12 、……
蜂窝的概念
1974，Bell实验室提出蜂窝概念 蜂窝系统---“小区制”系统 将所要覆盖的地区划分为若干个小区，每个小区的
设置分集接收台 基站发射用全向天线，基站接收用定向天线
（可有8~10dB增益） 提高基站接收灵敏度 同频转发
2.2 服务小区的形状
条状服务区 面状服务区
①条状服务区
定义：指用户的分布呈条状（或带状）， 例如铁路、公路、狭长城市、沿海水域、 河流等。
图2.1、2.2
（称为警告）通过前向语音信道发送到移 动手机通知它振铃，以提示用户接电话 （总共几秒钟）。 (3)一旦通话开始了，为了保证用户在移进 及移出基站时的通话质量，MSC调整移动 终端的发送功率和移动终端与基站间的信 道，这叫做切换。语音信道使用了特殊的 控制信道来使BS和MSC在通话过程中控制 移动终端。
蜂窝系统工作原理讲解课件
蜂窝系统的发展趋势与挑战
5G技术的融合
随着5G技术的不断发展，蜂窝系统将与5G技术深度融合，提升网 络性能和用户体验。
网络安全与隐私保护
随着蜂窝系统的广泛应用，网络安全和用户隐私保护成为重要挑战 ，需要加强技术研究和法律监管。
运营成本与投资回报
随着用户需求的不断增长，蜂窝系统的运营成本也不断增加，运营 商需要寻求有效的商业模式以实现投资回报。
03
蜂窝系统的网络架构
网络拓扑结构
01
02
03
星型拓扑
每个基站直接与中央交换 节点连接，结构简单，便 于管理和维护。
网状拓扑
基站之间相互连接，可实 现任意两个基站之间的通 信，可靠性较高。
环形拓扑
将若干基站连接成一个闭 环，通常在大型覆盖区域 中使用，可提高信号覆盖 的均匀性。
基站与移动台
基站
无线寻呼与定位
蜂窝系统可用于无线寻呼 和定位服务，如紧急呼叫 定位、车辆跟踪等。
蜂窝系统在其他领域的应用
物联网
蜂窝系统为物联网设备提供连接 和数据传输服务，促进物联网应
用的普及和发展。
智能城市
蜂窝系统在智能交通、智能安防、 智能照明等领域发挥着重要作用。
工业自动化
蜂窝系统为工业设备提供远程监控 和数据采集服务，提高生产效率。
效果评估
经过优化后的蜂窝系统在网络覆盖、容量和稳定性方面均得到显著提 升，用户满意度明显提高。
某新型蜂窝系统的设计与实现
总结词
详细描述
关键技术
实验验证
应用前景
技术创新、性能优越、 可扩展性强
针对现有蜂窝系统的不 足，设计并实现了一种 新型蜂窝系统，具有更 高效能、更低延迟和更 强可扩展性。
蜂窝无线通信系统概述课件
语音通信
语音通话
蜂窝无线通信系统最基本的应用场景是语音通话，用户可以通过手机等终端设备进行语 音通话，实现远距离的实时交流。
集群通信
在某些特定场景下，如公安、消防等部门，需要实现多人之间的语音通信，蜂窝无线通 信系统可以提供集群通信功能，满足此类需求。
数据传
移动互联网接入
蜂窝无线通信系统提供了移动互 联网接入功能，用户可以通过手 机等终端设备访问互联网，获取 各类信息和服务。
可靠性高
蜂窝无线通信系统采用冗余设计 、故障切换等技术，确保通信的 可靠性和稳定性。
灵活性高
蜂窝无线通信系统支持移动设备 ，用户可以在任何时间、任何地 点接入网络，实现无缝通信。
容量大
蜂窝无线通信系统通过频分复用 、时分复用等技术实现大容量通 信，满足大量用户同时在线的需 求。
面临的挑战
信号干扰
网络安全
归属位置寄存器（HLR）
存储和管理移动用户的信息，包括身份认证 和访问控制。
移动交换中心（MSC）
负责处理和管理移动用户的呼叫请求和路由 信息。
传输网络
提供数据传输的通道，包括光纤、卫星和微 波传输等。
Part
02
蜂窝无线通信系统的技术原理
无线电波传播
无线电波传播特性
无线电波在传播过程中受到多种因素 的影响，如大气条件、地形地貌、建 筑物等，这些因素会影响无线电波的 传播路径和信号强度。
无线电波传播模式
无线电波频率
无线电波的频率决定了其传播特性和 覆盖范围，蜂窝无线通信系统通常使 用低频和高频频段，以满足不同的通 信需求。
无线电波的传播模式包括反射、折射 、散射和吸收等，这些模式会影响无 线电波的传播方向和能量分布。
02-蜂窝的概念：系统设计基础_50838
MS2MS1无线通信的基本概念¡基站（Base Station,BS）l移动通信系统中用于和移动台进行无线电通信的固定通讯站¡移动台（Mobile Station,MS）又称移动设备、移动终端l用于可在未指定的位置移动，并提供蜂窝无线服务的电台用户、收发信机¡用户(Subscriber)l支付订购移动通信服务的个人或团体等. ¡收发信机(Transceiver)l发射机(Transmitter)+接收机(Receiver) l可同时发射和接收无线电信号的设备.移动交换中心& 移动电话交换局¡移动交换中心(Mobile Switching Center, MSC)¡移动电话交换局(Mobile Telephone Switching Office, MTSO)¡交换中心协调管理一片大服务区内的呼叫路由.¡MSC协调管理所有基站BS，并把整个蜂窝系统连接到公共电话交换网(PSTN).l一个典型的MSC一次可同时处理100,000个蜂窝用户和5,000组通话, 并完成系统维护功能.切换(Handoff/Handover)¡Handoff(强调结果)/Handover(强调过程) l将一个移动台从一个信道或基站转换到另外一个信道或基站的过程.¡硬切换(Hard Handoff)¡软切换(Soft Handoff)漫游¡漫游者(Roamer)l在未订购服务的服务区(市场)工作的移动台.¡漫游Roamingl漫游过程双工(Duplex)¡移动无线传输系统可以分类为l单工、半双工、全双工.¡单工系统l仅提供单向通信的通信系统.¡全双工系统l能同时提供双向通信的通信系统.¡半双工系统l能同时提供双向通信的通信系统，但某一时刻，用户只允许收或发.频分双工(Frequency DivisionDuplexing, FDD)¡允许在用户与基站间同时进行无线电的发射与接收，且只需提供2个同时运作但分离的信道.l在基站，分离的发射与接收天线可以提供这样2个分离的信道.l在移动台，采用双工设备实现同时发射与接收.l注意：必须将发射与接收频率之间，间隔5%的实际射频带宽.如RF: 800MHz*5%=40MHz.时分双工(Time Division Duplexing, TDD)¡时分双工采用了单一无线电信道可以在时间上共享的事实, 即一部分时间可用于传输基站BS到移动台MS的信号，而剩下的时间可用于传输移动台MS到基站BS的信号.¡TDD仅可用于数字传输模式和数字调制，且其对时间非常敏感.¡注意：物理覆盖距离相对于常规蜂窝电话系统的通话距离要小的多.FDMA、TDMA、CDMA、SDMA¡频分多址FDMA (Frequency Division Multiple Access) 通过单独划分不同信道（频率）区分用户.¡时分多址TDMA (Time Division Multiple Access) 通过划分不同的时间片来区分用户.¡码分多址CDMA (Code Division Multiple Access)通过划分不同的码片来区分用户¡空分多址SDMA (Space Division Multiple Access)通过划分不同的空间来区分用户¡FDMA、TDMA、CDMA 、SDMA是无线通信系统中用于共享可用带宽的四类主要接入技术.多(混合)接入技术Multiple Access Techniques¡AMPS FDMA/FDD ¡CT2 无绳电话FDMA/TDD ¡全球移动电话系统GSM TDMA/FDD ¡“小灵通”PHS TDMA/TDD ¡IS-95 CDMA CDMA/FDD ¡W-CDMA CDMA/FDD ¡CDMA2000 CDMA/FDD ¡TD-SCDMA CDMA/TDD控制信道/前向信道/反向信道¡控制信道用于传输所有的呼叫建立，呼叫请求，呼叫初始化和其它信号量和控制目的信号的无线信道.¡前向信道(下行链路：BS至MS）用于传输基站到移动台信息的无线信道.¡反向信道(上行链路：MS至BS）用于传输移动台到基站信息的无线信道.频率复用与频率规划¡频率复用:l在同一个系统中，为所有的蜂窝基站选择与分配信道群的设计过程.l在相邻小区的基站所分配的信道群包含了完全不同于其邻居小区基站的信道.l通过限制覆盖区在一个小区范围内, 相同的信道群可用于分配给不同的具有足够大间隔而保证干扰程度在可忍受限制下的不同小区.蜂窝通信概念图3.1的评价¡图3.1 描述了频率复用的概念, 标记相同字母的小区，采用了相同的信道群.¡图3.1 所示的小区六边形外形是每个基站无线覆盖的简化模型, 但其被广泛采用，因为在蜂窝系统中的六边形很容易管理与分析.¡图中7个小区组成一个小区簇，簇大小N=7，频率复用因子1/7，每个小区可用信道总数的1/7为何采用六边形?而不采用圆?¡采用圆来表示基站的覆盖显得很自然。
蜂窝系统工作原理讲解
呼叫接纳控制
决定是否允许新的呼叫建立。
动态信道分配
实时监测信道使用情况，并根据需要重新分配信道。
话务控制和负载均衡
管理网络中的话务量分布，确保网络资源得到高效利用。
05
蜂窝系统的应用场景
移动通信网络
移动语音通信
蜂窝系统是移动语音通信的主要载体，为用户提供连续的语 音服务，无论身处城市还是乡村。
VS
便捷生活
蜂窝系统使得智能家居设备能够实现远程 控制，为用户带来更加便捷的生活体验。
06
蜂窝系统的未来发展
5G蜂窝系统的发展
5G网络覆盖
5G蜂窝系统将实现更广泛的网络 覆盖，提供更稳定、高速的数据 传输服务，满足不断增长的用户 需求。
物联网支持
5G蜂窝系统将更好地支持物联网 技术的发展，实现各种智能设备 之间的互联互通，推动智能家居、 智能交通等领域的发展。
微蜂窝网络架构
总结词
高密度区域，提供高质量服务
详细描述
微蜂窝网络架构由多个小型基站组成，通常部署在高密度城市区域，为用户提供高质量的无线通信服务。微蜂窝 网络架构能够提供更稳定的信号覆盖，支持更多用户同时通信。
分布式蜂窝网络架构
总结词
灵活扩展，高效部署
详细描述
分布式蜂窝网络架构由多个无线接入点组成，这些接入点可以灵活部署在各种环境中。该架构具有高 度的可扩展性，能够快速部署在特定区域，以满足用户需求。分布式蜂窝网络架构广泛应用于企业、 学校等需要灵活无线通信的场所。
蜂窝系统工作原理讲解
目录
• 蜂窝系统概述 • 蜂窝系统的通信原理 • 蜂窝系统的网络架构 • 蜂窝系统的关键技术 • 蜂窝系统的应用场景 • 蜂窝系统的未来发展
2、蜂窝移动通信系统的介绍
2.3.3 蜂窝小区容量的改善 （2）扇区的概念
移 动 通 信 原 理
图3-5 扇区划分
25
2.4 电信业务流量与服务等级 （1）呼叫话务量与忙时话务量
移 动 通 信 原 理
• 话务量是通信系统通话业务量或繁忙程度的指标。 • 其性质如同客流量，具有随机性，只能用统计方 法获取。
26
2.4 电信业务流量与服务等级 （1）呼叫话务量与忙时话务量
29
2.4 电信业务流量与服务等级 （2）呼损率
移 动 通 信 原 理
• 呼损率的物理意义是损失话务量与呼叫话务量之比的 百分数。 • 呼损率在数值上等于呼叫失败次数与总呼叫次数之比 的百分数。 • 呼损率B称为系统的服务等级（或业务等级），记为 GOS。 • GOS是系统的一个重要质量指标。 • 呼损率与话务量是一对矛盾，即服务等级与信道利用 率是矛盾的。
17
2.3.1 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
移 动 通 信 原 理
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。
18
2.3.1 同频干扰和系统容量 • 参数Q叫做同频复用比例（也叫同频干扰抑制因
移 动 通 信 原 理
子），与区群的大小有关。对于六边形系统来说， Q可表示为
（2-4）
19
2.3.1 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
移 动 通 信 原 理
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。
蜂窝无线通信系统的
蜂窝无线通信技术也广泛应用于物联 网领域，为各种设备提供无线连接和 通信能力。例如，通过使用蜂窝网络 ，智能家居设备、智能城市基础设施 、工业自动化设备等可以相互连接并 进行数据交换。
在灾害发生时，蜂窝无线通信系统可 以提供可靠的通信服务，支持救援和 应急响应。例如，在地震或洪水等灾 害发生后，移动通信基站可以快速部 署，为受灾地区提供基本的通信服务 。
技术演进和发展趋势
5G和5G+
融合与协同
第五代移动通信系统（5G）的推出 ，标志着蜂窝无线通信技术进入了一 个新的发展阶段。5G提供了更高的数 据传输速率、更低的延迟、更高的可 靠性和更大的连接数，支持更多业务 和应用的拓展。而5G+是对5G技术 的进一步演进和提升，旨在提供更加 卓越的性能和更多的功能。
评估方法
系统仿真和评估方法主要包括蒙特卡罗仿真 、确定性仿真、统计仿真等。这些方法可以 根据不同的需求和场景选择合适的仿真方法
，以获得更准确的系统性能评估结果。
05
蜂窝无线通信系统的应用和发 展趋势
应用领域和实例
移动通信网络
物联网（IoT）
应急通信
蜂窝无线通信技术是移动通信网络的 核心组成部分，支持语音、短信、互 联网接入等业务。例如，第二代移动 通信系统（2G）基于蜂窝网络，提供 基本的语音和数据通信服务；第三代 移动通信系统（3G）和第四代移动通 信系统（4G）则引入了高速数据传输 和互联网接入等更丰富的业务。
信道编码技术
线性分组码
将信息比特分为若干组，每组用一个线性方程式表示，常见的线性分组码包括汉 明码、循环码等。
卷积码
将信息比特串接起来，用一个复杂的编码方案表示，常见的卷积码包括约束长度 为3、5、7的卷积码等。
蜂窝移动通信系统原理
蜂窝移动通信系统原理
蜂窝移动通信系统是一种无线通信系统，它利用基站和移动设备之间的连接来传输语音、数据和视频等信息。
其原理基于分布式网络架构和频率复用技术。
首先，蜂窝移动通信系统将特定区域划分为许多小区，每个小区由一个基站负责覆盖。
每个基站包括天线、收发设备和控制单元等组件，用于接收和发送信号。
其次，蜂窝移动通信系统使用频率复用技术。
每个小区被分配一定数量的频率资源，这些频率资源被分割成时间或空间上的不重叠频带。
这种频率复用使得多个用户可以同时使用同一频率，提高了系统的容量和效率。
当移动设备进入某个小区时，它会与该小区的基站建立通信连接。
移动设备通过无线信号将语音、数据和视频等信息发送给基站，基站会将这些信息转发到目标设备或其他网络中。
同时，基站还会接收其他设备发送的信息，并将其转发给目标设备。
在整个通信过程中，蜂窝移动通信系统通过动态分配频率、为移动设备提供接入控制和漫游等功能，确保了通信质量和系统的稳定性。
此外，系统还采用了加密和认证等安全措施，保障用户通信的隐私和安全。
总的来说，蜂窝移动通信系统通过利用分布式网络架构和频率复用技术，实现了大规模的无线通信。
它为用户提供了高质量
的语音通话、快速的数据传输和丰富的多媒体体验，成为现代社会不可或缺的通信手段之一。
第二章蜂窝移动通信系统
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。
可以采用定向天线减小同频干扰。
频率复用距离D与小区簇的关系
频率复用距离D （即同频距离） : D是指最近的两个频点小区中
心之间的距离在小区中心作两条与小区的边界垂直的直线，其夹
角为120º。此两条直线分别连接到最近的两个同频点小区中心，
其长度分别为i和j，于是D为
D 3R （i j / 2）2 ( j 3 / 2)2
3(i2 ij j2 ) R
3N R
×
×
式中D:同频小区的距离 N: 单位无线区群中的小区数目 N i2 ij j2 R:小区半径 3R :邻区中心之间距离
× × 1i
6
4
2
5D j
7
3
×
1
7
×
6
4
r
3 3r 2 4
r
1.3r 2
2r
3r
大：BS间干扰小
2r 2
2 2r
3 3r 2 2.6r 2 小：同频干扰小
最少频率
6
4
3
少：频率利用率高
正个六数边形小区形状最佳，相互邻接构成蜂窝状网络结构
小区制--面状服务覆盖区
通过上表可见，采用正六边形无线小区邻接构成整个面状 服务区为最好。
信道统监视方法
目的：使切换请求优先于初始呼叫请求 原理：保留小区中所有可用信道的一小部分，专门为那些可能要
切换到该小区的通话所发出的切换请求服务
对切换请求进行排队
目的：减小中断的发生概率 原理：信号强度下降到切换门限以下和因信号太弱而通话中断之
间的时间间隔是有限的
2.2 信道切换策略
第二章 蜂窝移动通信系统
第二章蜂窝移动通信系统第二章蜂窝移动通信系统2·1 系统概述蜂窝移动通信系统是一种广泛应用于移动通信领域的通信系统。
它由多个小区组成，每个小区都由一个基站负责覆盖和管理通信。
蜂窝移动通信系统提供了可靠的语音和数据传输服务，使得用户可以随时随地进行通信。
2·1·1 系统结构蜂窝移动通信系统包括无线网络和核心网络两部分。
无线网络由基站和无线终端设备组成，负责无线信号的传输和接收。
核心网络则提供了与其他通信网络和服务的连接，以及用户身份认证、信息交换等功能。
2·1·2 系统频段蜂窝移动通信系统使用了多个频段进行通信，常见的频段包括800MHz、900MHz、1800MHz、2100MHz等。
不同频段具有不同的传输能力和覆盖范围，可以根据实际需求进行选择。
2·2 基站基站是蜂窝移动通信系统中的重要组成部分，负责无线信号的发射和接收。
基站通常由天线、发射机、接收机等设备组成。
2·2·1 射频覆盖基站通过发射射频信号来覆盖小区内的区域。
射频覆盖是基站的核心功能之一，它能够实现信号的广播和接收，保证用户能够在小区内稳定地进行通信。
2·2·2 基站选择在蜂窝移动通信系统中，基站的选择对网络性能和用户体验有着重要影响。
基站的选择通常基于信号强度、干扰情况以及其他网络指标等因素。
2·3 无线终端设备无线终端设备是蜂窝移动通信系统中用户使用的设备，包括方式、平板电脑、调频无线电等。
无线终端设备通过无线信号与基站进行通信，实现语音和数据的传输。
2·3·1 方式无线通信方式是最常见的无线终端设备，它通过无线信号与基站进行通信。
方式可以实现语音通话、短信发送和接收、上网浏览等功能。
2·3·2 平板电脑无线通信平板电脑也是常见的无线终端设备，它具有更大的屏幕和更强大的计算能力，可以实现更丰富的应用，如视频通话、游戏等。
第二章：《蜂窝移动通信系统》
2.1.1 大区制移动通信网(4/4)
解决上行问题的办法： 解决上行问题的办法：
如图, 如图 设置分集接收台 基站发射用全向天线， 接 基站发射用全向天线 ，
BS
Rd Rd
MS1 MS2
收用定向天线 提高基站接收灵敏度
Rd 大区制设置分集接收台示 意图
10
2.1. 蜂窝小区的概念和特点
2.1.1 大区制移动通信系统 2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统
r
18
2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统
---面状服务区(3/11)
蜂窝的由来：对于同样大小的服务区域， 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， 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。 的频率组数也最少，最经济。仅有理论分析和设计意 义。
优点：提高频率利用率， 优点：提高频率利用率，组网灵活 缺点： 缺点：网络构成复杂 按服务区形状分： 条状服务区、 按服务区形状分 ： 条状服务区 、 面状服 务区
13
2.1.2 频率复用和小区制移动通信系统 ---条状服务区 (1/3)
条状服务区
用户的分布呈条状（或带状），如铁路 公路、 用户的分布呈条状（或带状），如铁路、公路、 ），如铁路、 沿海水域等。 沿海水域等。
基本小区有： 小区半径） 基本小区有：（r0：小区半径）
超小区： 超小区：r0 ＞20km（农村） （农村） 宏小区： 宏小区：r0 ＝1～20km（人口稠密地区） ～ （人口稠密地区） 微小区： 微小区：r0 ＝0.1～1km（城市繁华区） ～ （城市繁华区） 微微小区： 微微小区：r0 ＜0.1km（办公室、家庭） （办公室、家庭）
第二章：关于蜂窝的概念
本章学习重点和要求蜂窝概念是解决频率资源不足和用户容量不断增加问题的一个重大技术。
它能在有限的频谱上为更多的用户服务,而不需要做技术上的重大修改。
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.每个基站分配整个系统可用信道中的一小部分,相邻基站则分配另外一些不同的信道,这样所有的可用信道就分配给了相对较小数目的相邻的基站.给相邻的基站分配不同的信道组,基站之间及在它们控制之下的用户之间的干扰最小.通过分隔整个系统的基站及它们的信道组,可用信道可以在整个系统的地理区域内分配,而且尽可能的复用,只要基站之间的同频干扰低于可接受水平。
随着服务需求的增长,基站的数目可能会增加从而提供额外的容量,但没有增加额外的频率.此外,蜂窝概念允许在一个国家或一块大陆内,每一个用户设备都做成使用同样一组信道,这样任何的移动终端都可以在该区域内的任何地方使用。
本章着重介绍了关于蜂窝的概念，包括频率复用，切换策略，干扰与系统容量，中继和服务等级等概念。
学完本章后，要求：理解关于蜂窝的概念。
了解频率复用的概念以及频率复用的模型。
理解信道分配策略以及切换策略。
其中包括切换策略中优先切换的概念和实际切换中需要注意的事项。
理解干扰与系统容量之间的关系，了解如何在实际系统中用功率控制减少干扰以提高系统容量。
了解中继和服务等级的概念，掌握中继理论，了解中继系统的分类。
了解各种提高系统容量的方法。
第一节关于蜂窝的概念概述蜂窝概念是解决频率不足和用户容量问题的一个重大突破.它能在有限的频谱上提供非常大的容量,而不需要做技术上的重大修改.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.每个基站分配整个系统可用信道中的一小部分,相邻基站则分配另外一些不同的信道,这样所有的可用信道就分配给了相对较小数目的相邻的基站.给相邻的基站分配不同的信道组,基站之间及在它们控制之下的用户之间的干扰最小.通过分隔整个系统的基站及它们的信道组,可用信道可以在整个系统的地理区域内分配,而且尽可能的复用,只要基站之间的同频干扰低于可接受水平.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.这些同频小区之间的信号干扰叫做同频干扰.不像热噪声那样可以通过增大信噪比(SNR)来克服,同频干扰不能简单的通过增大发射机的发射功率来克服.这是因为增大发射功率会增大对相邻同频小区的干扰.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.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的中心之间距离(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.参数Q叫做同频复用比例,与簇的大小有关(见表2.1).对于六边形系统来说,Q可表示为:Q=D/R= (2.4)Q的值越小,则容量越大;但是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.随着服务需求的增长,基站的数目可能会增加从而提供额外的容量,但没有增加额外的频率.此外,蜂窝概念允许在一个国家或一块大陆内,每一个用户设备都做成使用同样一组信道,这样任何的移动终端都可以在该区域内的任何地方使用.频率复用1.频率复用的概念蜂窝无线系统依赖于整个覆盖区域内信道的智能分配和复用.基站天线设计师要做到能获得某一定小区内期望的覆盖.通过将覆盖范围限制在小区边界以内,相同的信道组就可以覆盖不同的小区,只要这些小区两两相隔的距离足够远,使得相互间的干扰水平在可接受的范围之内.为整个系统中的所有基站选择和分配信道组的设计过程叫频率复用或频率规划。
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2.2 蜂窝通信的基本原理和技术
小区分裂 1 6 2 7 5 3 4
1 6 2 1 13 7 6 4 5 2 6 1 7 6 5 2 7 5 1 6 3 4 3 21 4 6 2 73 7 4 5 2 1 57 6 5 2 7 5 1 6 3 4 3 4 3 2 3 7 4 4 5
2014-2-28 22
第二讲 蜂窝系统
2.1 概述
2.2 信道分配与切换策略
2.3
2014-2-28
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
23
2.3 干扰和系统容量
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。
第二讲 蜂窝系统
2.1 2.2 2.3
概述
信道分配与切换策略
干扰和系统容量
2.4
2.5
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中继和服务等级
提高蜂窝系统的容量
1
第二讲 蜂窝系统
2.1
2014-2-28
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
2.3 干扰和系统容量
多个同频小区间的干扰
S S i0 , I Ii
i 1
i0：同频小区数
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2 1 7 6 5 1 6
1 6 3 4 2 7 5
2 7 5 1 6 3 4
3 4 2 7 5 1 6
1 6 3 4 2 7 5
2 7 5 1 6 3 4
3 4 2 3 7 4 5
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固定信道分配中的借用策略
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13
2.2 信道分配与切换策略
2、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。
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？
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2.3 干扰和系统容量
多个同频小区间的干扰
真实情况
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2.3 干扰和系统容量
多个同频小区间的干扰
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。
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。
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2.3 干扰和系统容量
全向天线中心激励同频干扰
1 6 3 4 2 7 5 2 7 5 1 6 3 4 3 4 2 7 5 1 6
2 1 7 6 5 1 6
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1 6 3 4 2 7 5
2 7 5 1 6 3 4
3 4 2 3 7 4 5
25
2.3 干扰和系统容量
2.4 中继和服务等级
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。Erlang B公式(P53,式3.16)
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43
2.4 中继和服务等级
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。Erlang C公式(P53,式3.17)
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。
38
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2.3 干扰和系统容量
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。
切换与移动速度 切换与系统容量 覆盖方式的改进
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2.2 信道分配与切换策略
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
2.1 概述
大区制移动通信系统及其局限性
大区制的缺陷：
移动台
覆盖范围有限 系统容量受限 系统设备受限
市话
基地台
移动台
大区制移动通信的构成
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2.1 概述
小区制移动通信系统： 不同地域上实现频率复用
BS BS
BS
BS
BS
BS
BS
MSC
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市话局
4
2.1 概述
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2.3 干扰和系统容量
邻频干扰
f
f
f
CH1 CH2 理想情况
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f CH1 CH2
频谱泄漏时
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2.3 干扰和系统容量
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
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37
2.3 干扰和系统容量
41
2014-2-28
2.4 中继和服务等级
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： A u = 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
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2.2 信道分配与切换策略
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。
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2.2 信道分配与切换策略
过 境 切 换
BS
BS
BS
BS
BS
BS
BS
MSC:扫描接收、判定位置、 准备信道、切换信道
定向天线顶点激励同频干扰 1 6 3 4 2 7 5 2 7 5 1 6 3 4 3 4 2 7 5 1 6
1 6 3 4 2 7 5 2 7 5 1 6 3 4 3 4 2 3 7 4 5
26
2 1 7 6 5 1 6
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2.3 干扰和系统容量
同频复用比例
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)
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。
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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
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中继和服务等级
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2.5 提高蜂窝系统的容量
2.4 中继和服务等级
中继理论的基本概念
小区模型为什么用正六边形？小区的实际覆盖想来自的 覆盖2014-2-28
理想的 覆盖
实际的 覆盖
5
2.1 概述
地域上的频率重用 1 6 3 4 2 7 5
小区
2 1 7 6 5 1 6
2 7 5 1 6 3 4
3 4 2 7 5 1 6
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1 6 3 4 2 7 5
2 7 5 1 6 3 4
同频小区 间距离D
其中，i与j是正整数
一些概念 频率复用因子： 1／ N 同频复用因子(比例): Q＝D／r
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例题3.1
2014-2-28
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第二讲 蜂窝系统
2.1 概述
2.2
2014-2-28
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
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2.3 干扰和系统容量
信道规划
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＝1
CDMA中的“呼吸小区”
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2.3 干扰和系统容量
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。