《移动通信》第5章 蜂窝组网技术
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第五章移动通信的组网技术PPT课件
应该说明，这种规则的小区图形仅仅具有理论分析和 设计意义，实际中的基站天线覆盖区不可能是规则正 六边形。
我们把许多正六边形小区作为几何图形覆盖整个服务 区所构成的形状类似蜂窝的移动通信网称为小区制蜂 窝移动通信网或蜂窝网，下图给出了一个蜂窝网的全 展开图形。
蜂窝小区覆盖
5.2 区群的构成和激励方式
A
B
A
B
双频制示意图
n频制带状网
带状网同频干扰比较表 r小区半径，a为相邻小区的交叠宽度。
二、蜂窝网（面状网）
面状网是指服务区内用户的分布呈宽广的平面。 服务区内小区的划分取决于电波传播的条件和天线的 方向。如果基站采用全向天线，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。
4、越区切换
当移动台从一个小区（指基站或者基站的覆盖范围）移 动到另一个小区时，为了保持移动用户的不中断通信需 要进行的信道切换称为越区切换。
越区切换从技术上可分硬切换和软切换 硬切换：新的连接建立前，先中断旧的连接。例如 GSM系统。 软切换：指既维持旧的连接，又同时建立新的连接。例 如CDMA系统。
在整个服务区中每个区的大小可以是相同的，分配给各小 区的频道数目也相同，但这只能适应用户密度均匀的情况。 然而，事实上服务区内的用户密度是不均匀的，例如闹市 区的用户密度大，话务量急增；郊区的用户密度较小，话 务量也较小。随着城市建设的不断发展，原来的用户低密 度区可能已变成高密度区。为了适应这种情况，在高用户 密度的地区，应将小区面积划分得小一些，或将小区中基 站全向覆盖改为定向覆盖，使每个小区所分配的频道数增 多，满足话务量增大的需要。图中的数字表示信道数。
原基站
新基站
在组网时，出于经费或地形地物等方面的考虑，会出现 无线电波覆盖不到的地区，称之为盲区或死区，如图所 示。为了实现整个服务区内的通信，使死区变活，消除 盲区，通常在适当的地方建立直放站，以沟通盲区和死 区内的移动台与基地站之间的通信。
LX 移动通信 蜂窝组网技术 合并
为D，小区半径为R，干扰台离MS的距离
分别为Dk(k=1,2…m)
BS
2) 有效信C号：PT
R d0
n
BS
❖ 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。
15
❖ 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：
N i 2 ij j 2
i 和j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
10
5.2 频率复用和蜂窝小区
❖同频小区：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：这些同频小区之间的信号干扰叫
做同频干扰（也叫同道干扰）。
▪ 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
11
❖面状服务覆盖区:蜂窝网
▪ 在平面区域内划分小区
正六边形构成小 区所需的小区数 最少，无重叠区
▪ 全向天线的覆盖区是圆形。
三种形状 小区
移动通信系 统广泛使用 六边形进行 理论分析和
设计
实际形状
12
5.2 频率复用和蜂窝小区
❖按基站对小区的覆盖方 式：
▪ 中心激励小区：
基站位于小区中心， 有时会有辐射。
顶点激励：
在顶点上设置基站， 并采用三个互成 120°的定向天线， 以避免辐射阴影
中顶心点激激励励
13 13
5.2 频率复用和蜂窝小区
❖簇（区群）：
▪ 共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇(区
群）
第五章 蜂窝组网技术
2r
3r
2.6r 2
2r 2
移动通信系统 广泛使用六边 形进行理论分 析和设计
实际形状
10
交叠区面积
r 1.2 r 2
0.59r 0.73 r 2
0.27r 0.35 r 2
基站对小区的激励方式
中心激励
基站位于小区中心， 由全向天线实现圆形 覆盖区，有时会有辐 射阴影。
在顶点上设置基站， 并采用三个互成 120°的定向天线， 以避免辐射阴影
C C A B C A B C A B
A B
一个簇对应一定的覆盖 区域，若达到单位面积 M=3, N=3, K=S/N 的覆盖需复制M 个簇， C=MS 则信道总数C为： C M KN M S 若N越小，则单位面积所需复制的区群越多，系统容 量越大，频率利用率越高。 14
举例
[例5.1]系统总的可用信道数S = 280，相同区域内， 用N = 7的区群（7小区复用）需要复制4次，而用 N = 4的区群（4小区复用）需要复制7次，求两种 情况下的信道总数和每个小区的可用信道数。 解：N = 7时
同频复用距离与小区半径之比
Q D R 3N
C I
3N L
n
C Qn I L
L:典型值为6（全向小区）
29
定向小区的同频干扰
C I
I
D
N
利用定向天线 可以降低同频 干扰，增大C/I 值，改善通信 质量。
D D D D D A D D C D D E G F D D B
L＝2或3
I:相邻i个小区的中心距离 I 2iH 3iR J 3 jR
D I 2 J 2 2 IJ cos1200 I 2 J 2 IJ
移动通信_第五章_蜂窝组网技术
41 *
某蜂窝系统采用BPSK调制，假设接收信号为瑞利衰落，用户 要求的误码率为10-3，若系统的主要干扰和噪声只考虑同频干 扰，求能满足此要求的最小复用因子N？
假设干扰能近似为高斯分布 中心极限定理 假设路径损耗因子为4 已知误码率Pb与SIR的关系为Pb＝0.015/SIR(dB)
同时N应满足区群构成条件，即N可为4, 7, 9……，所以区群大小N至少为4时，才能满 足系统的载干比要求
29 *
例：蜂窝小区N=7的模式，设n=4，问其载干比? 解
1 C/I 6
3N
4
73.5 18.7 dB
如果，N=4时，
C ( 3 N )4 24 13.8( dB) I 6
i j
1 1
0 2 4
1 2 7
0 3
2 2
1 3
0 4
2 3
1 4
0 5
3 3
2 4
N 3
9 12 13 16 19 21 25 27 28
17 *
5.2 频率复用和蜂窝小区
簇间同频小区位置
的确定
沿着任意一条六 边形边的垂线方 向移动i个小区 ，并逆时针方向 旋转60°，再移 动j个小区。
A
n
Dk I P T 3)无效信号： d k 1 0
n
BS BS
D6 R
4)全向小区系统C/I ：
D2
MS D
D1
BS
R C P T d I 0
n
k 1
m
Dk P T d 0
m
n
BS
R n
n D K 1 k 1
某蜂窝系统采用BPSK调制，假设接收信号为瑞利衰落，用户 要求的误码率为10-3，若系统的主要干扰和噪声只考虑同频干 扰，求能满足此要求的最小复用因子N？
假设干扰能近似为高斯分布 中心极限定理 假设路径损耗因子为4 已知误码率Pb与SIR的关系为Pb＝0.015/SIR(dB)
同时N应满足区群构成条件，即N可为4, 7, 9……，所以区群大小N至少为4时，才能满 足系统的载干比要求
29 *
例：蜂窝小区N=7的模式，设n=4，问其载干比? 解
1 C/I 6
3N
4
73.5 18.7 dB
如果，N=4时，
C ( 3 N )4 24 13.8( dB) I 6
i j
1 1
0 2 4
1 2 7
0 3
2 2
1 3
0 4
2 3
1 4
0 5
3 3
2 4
N 3
9 12 13 16 19 21 25 27 28
17 *
5.2 频率复用和蜂窝小区
簇间同频小区位置
的确定
沿着任意一条六 边形边的垂线方 向移动i个小区 ，并逆时针方向 旋转60°，再移 动j个小区。
A
n
Dk I P T 3)无效信号： d k 1 0
n
BS BS
D6 R
4)全向小区系统C/I ：
D2
MS D
D1
BS
R C P T d I 0
n
k 1
m
Dk P T d 0
m
n
BS
R n
n D K 1 k 1
移动通信技术讲义-第5讲 蜂窝移动通信的组网
频率资源的管理
1、频率是一种特殊资源。它并不是取之不尽的。与别的资源相比，频率有一
无线电频率资源不是消耗性的，用户只是在某一空间和时间内占用，用完之后依然 存在，不使用或使用不当都是浪费；
② ③ ④
电波传播不分地区与国界； 具有时间、空间和频率的三维性，可以从这三方面实施其有效利用，提高利用率； 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。 基于以上这些特点，频率的分配和使用需在全球范围内制定统一的规则。国际上，
信道1
用户1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 …………… m-1 m
信道2 . . .
信道n
图2 共用信道方式示意图
信道1
用户2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 …………… m-1
信道 空闲
信道k 用户1接入 信道2
…
…
用户m接入 信道n
3、双工移动通信网规定工作在各频段的收、发频差分别为：
VHF（甚高频）频段为5.7MHz； UHF（超高频） 450MHz频段为10MHz； UHF 900MHz频段为45MHz。
4、双工移动通信网规定：
基站对移动台（下行链路）为发射频率高，接收频率低；
移动台对基站（上行链路）为发射频率低，接收频率高。
5、国家统一管理频率的机构是国家无线电管理委员会，移动通信组网必须
遵守国家有关规定，并接受当地无线电管理委员会的具体管理。
2.1.2
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 在某一地区，如果某一用户固定占用了某一信道，但事实上不可能占用全部时间。
2016移动通信_第五章 蜂窝组网技术综述
H R A
J
A
120
D2
I2
IJ
J
2
,
I J
2iH 2 jH
,
H
R
3/2
❖由于R是小区的半径，有
❖带入有
I 3iR J 3 jR
D 3N R
5.2 频率复用和蜂窝小区
❖ 一定要用寻找相邻同频小区的方法确定相邻 区群的位置才能保证同频小区间距离最大：
D 3N R
▪ 以N=4, i=0, j=2为例，思考
5.5 蜂窝移动通信系统的容量分析
5.6 CDMA系统中的功率控制 5.7 切换、位置更新
5.3 多址接入技术
❖移动通信网 1. 下行链路(基站移动台) 基站
各移动台能识别发送给本 移动台的信号？
下行链路
2. 上行链路(移动台基站)
基站如何识别来自各个不
同移动台的信号？
基站
❖ 解决方案： 多址接入技术
▪ m=2或3
DDD DD
A
DDD
C
B
D
E
F
DD
G
DDD DD
120°定向覆盖的同频干扰
5.2 频率复用和蜂窝小区
❖蜂窝无线系统的典型干扰
1. 噪声——内部噪声，人为噪声，自然噪 声
2. 同频道干扰 定义：相邻区群中同频小区中同频信 道之间的干扰 典型解决方案：
➢组网时的频率规划
3. 邻道干扰
定义：来自相邻的或相近的频道的干扰 主要的产生原因：非理想带滤外波辐器射
C / I 1
4
3N 73.5 18.7dB
6
如果，N=4时，
C ( 3N )4
24 13.8(dB)
第五章 蜂窝组网技术(课堂PPT)
• 移动台（MS）也是一个子系统。通常，移动台实际上是由移动终 端设备和用户数据两部分组成的，移动终端设备称为移动设备，用 户数据存放在一个与移动设备可分离的数据模块中，此数据模块称 为用户识别卡（SIM）。
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课程内容
第一节 移动通信系统基本概念 第二节 频率复用和蜂窝小区 第三节 切换和位置管理 第四节 多址接入技术 第五节 蜂窝移动通信系统的容量分析 第六节 话务量和和损率简介
• 一般来说，移动通信网的区域覆盖方式可分为两类：一类是小容量 的大区制；另一类是大容量的小区制。
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第二节 频率复用和蜂窝小区 • 介绍 • 大区制移动通信系统 • 频率复用和小区制移动通信
系统
Page 覆盖整个服务区。为了增大单基站的服务区域， 天线架设要高，发射功率要大，但是这只能保证移动台可以接收到 基站的信号。反过来，当移动台发射时，由于受到移动台发射功率 的限制，因而无法保障通信。为解诀这个问题，可以在服务区内设 若干分集接收点与基站相连，利用分集接收来保证上行链路的通信 质量；也可以在基站采用全向辐射天线和定向接收天线，从而改善 上行链路的通信条件。
– 采用频率复用大大地缓解了频率资源紧缺的矛盾，增加了用户数目或 系统容量。频率复用能够从有限的原始频率分配中产生几乎无限的可 用频率，这是使系统容量趋于无限的极好方法。频率复用所带来的问 题是同频干扰，同频干扰的影响并不是与蜂窝之间的绝对距离有关， 而是与蜂窝间距离与小区半径比值有关。
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第五章 蜂窝组网技术
Page 1
学习目标
• 学习完本课程，您应该能够：
掌握蜂窝移动通信系统的概念和构成 掌握频率复用和蜂窝小区组网原理 了解切换和位置更新的概念 熟悉移动通信中的多址接入方式 了解小区容量分析、话务量及呼损的概念
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课程内容
第一节 移动通信系统基本概念 第二节 频率复用和蜂窝小区 第三节 切换和位置管理 第四节 多址接入技术 第五节 蜂窝移动通信系统的容量分析 第六节 话务量和和损率简介
• 一般来说，移动通信网的区域覆盖方式可分为两类：一类是小容量 的大区制；另一类是大容量的小区制。
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第二节 频率复用和蜂窝小区 • 介绍 • 大区制移动通信系统 • 频率复用和小区制移动通信
系统
Page 覆盖整个服务区。为了增大单基站的服务区域， 天线架设要高，发射功率要大，但是这只能保证移动台可以接收到 基站的信号。反过来，当移动台发射时，由于受到移动台发射功率 的限制，因而无法保障通信。为解诀这个问题，可以在服务区内设 若干分集接收点与基站相连，利用分集接收来保证上行链路的通信 质量；也可以在基站采用全向辐射天线和定向接收天线，从而改善 上行链路的通信条件。
– 采用频率复用大大地缓解了频率资源紧缺的矛盾，增加了用户数目或 系统容量。频率复用能够从有限的原始频率分配中产生几乎无限的可 用频率，这是使系统容量趋于无限的极好方法。频率复用所带来的问 题是同频干扰，同频干扰的影响并不是与蜂窝之间的绝对距离有关， 而是与蜂窝间距离与小区半径比值有关。
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第五章 蜂窝组网技术
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学习目标
• 学习完本课程，您应该能够：
掌握蜂窝移动通信系统的概念和构成 掌握频率复用和蜂窝小区组网原理 了解切换和位置更新的概念 熟悉移动通信中的多址接入方式 了解小区容量分析、话务量及呼损的概念
蜂窝移动通信的组网技术
2、移动台被呼 ① 移动控制交换中心收到受呼信号之后，经识别并确认被呼用户此时不在通话，则在 该中心控制区的所有基站，通过专用控制信道一齐发出呼叫信号，包括被呼叫移动 台的识别号码和信道指配代号等。有时可能移动台暂时未收到这个呼叫信号，因此 当没有收到移动台的应答时，基站应在一段时间内多次重复发出此呼叫信号。 ② 不在通话的移动台是锁定在专用控制信道上的，当收到此呼叫信号后即判别是否呼 叫本机，若判定为呼叫本机，则发出应答信号，并转入所指配的语音信道。 ③ 控制交换中心收到某一基站转来的应答信号之后即停止发送呼叫信号，接通线路， 开始计费。 ④ 若多次呼叫仍无应答（可能被叫用户离开本服务区或未开机等），即通知主呼用户 此次呼叫失败，不能建立通信。
该准则中，门限选择具有重要作用。例如在图中，如果门限太高，取为Th1，则该 准则与准则1相同。如果门限太低，取为Th3，则会因起较大的越区时延。此时，可
能会因链路质量较差而导致通信中断。另一方面，它会引起对同道用户的额外干扰。
c.
具有滞后余量的相对信号强度准则（准则3） 仅允许移动用户在新基站的信号强度比原基站信号强很多（即大于滞后余量）的情 况下进行越区切换。如图中的C点。
移到移动台与新基站之间的链路。
3、研究越区切换算法所关心的主要性能指标包括：越区切换的失败概率、因越 区失败而使通信中断的概率、越区切换的速率、越区切换引起的通信中断的
时间间隔以及越区切换发生的时延等。
4、分类：越区切换分为两大类，一类是硬切换，另一类是软切换。 ① 硬切换是指在新的连接建立以前，先中断旧的连接。 ② 软切换是指既维持旧的连接，又同时建立新的连接，并利用新、旧链路的分 集合并来改善通信质量，当与新基站建立可靠连接之后再中断旧链路。 在越区切换时，可以仅以某个方向（上行或下行）的链路质量为准，也 可以同时考虑双向链路的通信质量。
第五章 组网技术
其划分的原则是： 分割的频率互不重叠且能够传输一路已调语音信
号为基准，同时留有一定的保护频段，以防止相邻 用户之间频段的干扰。如图5-1所示。
第五章 组网技术
图5-1 FDMA的频道划分方法
在单纯的FDMA系统中，通常采用频分双工（FDD） 的方式来实现收发双方双工通信，即对基站来说，接 收频率f和发送频率F是不同的。
第五章 组网技术
§ 5.1多址技术
用户接入环节的区别: • 有线通信：有线资源，专用通道的方式； • 移动通信：多用户共享的方式
• 固定通信：解决接入的带宽问题——>调制 • 移动通信：如何接入，如何区分用户——>多址技术
第五章 组网技术
移动通信的本质是无线通信， 无线通信的电信号承载基础是无线电波， 无线电波的核心问题是频率. 区分用户信号的目的—— 其本质还是对频率资源的分配、占用问题。 多址技术产生的原因从表面上看是：无线信道数 量远远少于用户数量，而究其本质则是频谱资源的限 制所导致的。
第五章 组网技术
优缺点比较： ➢ 集中分配方法：
简单，可以采用频率调度，可获得用户分集增益， 降低了信道估计难度；
获得的频率分集增益较小，受传输中的衰落影响比 较大，因此用户平均性能略差；
第五章 组网技术
优缺点比较： ➢ 分布式扩展方法：
通过频域扩展，可利用不同子载波的频率选择性衰 落的独立性而获得频率分集增益，从而减小了衰落的 影响。
第五章 组网技术
（3）自适应子载波分配 如果在发送端知道每个用户在每个子载波上的 信噪比，就可以在分配子载波时，将信噪比高的子 载波分配给相应的用户。 由于小区中的用户所经历的无线信道是不同的， 因此对一个用户来说是最强的子载波，对其他用 户很有可能不是最强的，这样大部分用户可以分 配到较好的子载波。
号为基准，同时留有一定的保护频段，以防止相邻 用户之间频段的干扰。如图5-1所示。
第五章 组网技术
图5-1 FDMA的频道划分方法
在单纯的FDMA系统中，通常采用频分双工（FDD） 的方式来实现收发双方双工通信，即对基站来说，接 收频率f和发送频率F是不同的。
第五章 组网技术
§ 5.1多址技术
用户接入环节的区别: • 有线通信：有线资源，专用通道的方式； • 移动通信：多用户共享的方式
• 固定通信：解决接入的带宽问题——>调制 • 移动通信：如何接入，如何区分用户——>多址技术
第五章 组网技术
移动通信的本质是无线通信， 无线通信的电信号承载基础是无线电波， 无线电波的核心问题是频率. 区分用户信号的目的—— 其本质还是对频率资源的分配、占用问题。 多址技术产生的原因从表面上看是：无线信道数 量远远少于用户数量，而究其本质则是频谱资源的限 制所导致的。
第五章 组网技术
优缺点比较： ➢ 集中分配方法：
简单，可以采用频率调度，可获得用户分集增益， 降低了信道估计难度；
获得的频率分集增益较小，受传输中的衰落影响比 较大，因此用户平均性能略差；
第五章 组网技术
优缺点比较： ➢ 分布式扩展方法：
通过频域扩展，可利用不同子载波的频率选择性衰 落的独立性而获得频率分集增益，从而减小了衰落的 影响。
第五章 组网技术
（3）自适应子载波分配 如果在发送端知道每个用户在每个子载波上的 信噪比，就可以在分配子载波时，将信噪比高的子 载波分配给相应的用户。 由于小区中的用户所经历的无线信道是不同的， 因此对一个用户来说是最强的子载波，对其他用 户很有可能不是最强的，这样大部分用户可以分 配到较好的子载波。
第5章蜂窝组网技术
第5章 蜂窝组网技术
确定相邻区群同频小区的方法是：自某一小区A出发， 先沿边的垂线方向跨越a个小区，再按逆时针方向转60°， 然后再跨越b个小区，这样就可找出同频小区A′。在正六边 形的六个方向上，可以找到6个相邻的同频小区，如图5-3所 示。区群间同频复用距离可由下式计算：
d g 3N r0
第5章 蜂窝组网技术
第5章 蜂窝组网技术
5.1 移动通信网络的构成 5.2 多址接入技术 5.3 多信道共用技术 5.4 移动通信中的信令 5.5 移动管理技术
电子信息工程系通信技术教研室
第5章 蜂窝组网技术
5.1 移动通信网络的构成
5.1.1 大区制移动通信网 所谓大区制,就是在一个服务区内只有一个或几个基站，
蜂窝组网技术电子信息工程系通信技术教研室电子信息工程系通信技术教研室表表5511小区分裂小区分裂蜂窝类型巨型区宏小区macrocell微小区microcell微微小区picocell蜂窝半径km10050035005终端移动速度kmh150050010010运行环境所有乡村郊区市区室内业务量密度适用系统卫星蜂窝蜂窝无绳蜂窝无绳蜂窝组网技术电子信息工程系通信技术教研室电子信息工程系通信技术教研室图58小区分类图蜂窝组网技术电子信息工程系通信技术教研室电子信息工程系通信技术教研室采用蜂窝小区分裂的方法在有限的频率资源中通过采用蜂窝小区分裂的方法在有限的频率资源中通过缩小同频复用距离使单位面积的频道数增多系统容量增缩小同频复用距离使单位面积的频道数增多系统容量增大
LI
LS
40 lg
DI DS
(dB)
（5.4）
电子信息工程系通信技术教研室
第5章 蜂窝组网技术
设基站A和B的发射功率均为PT，则移动台M接收机的 输入信号功率和同频干扰功率分别为
第五章 蜂窝组网技术
1、小容量的大区制
大区制中，所有频道的频率都不重复，每个移动台使用的频率 都不相同，否则就会产生严重的干扰，因此频率资源的利用率 和用户容量会受到限制。 大区制只能适用于小容量的通信网，如用户数在1000以下， 这种制式的控制方式简单，设备成本低，投资少，信号传输损 耗大，通信距离有限，网络结构简单，适用于中小城市、工矿 区以及专业部门。
2、大容量的小区制
现在也出现了微蜂窝结构，微蜂窝（ microcell ）是在宏蜂窝的 基础上发展起来的一门技术。与宏蜂窝相比，它的发射功率较小， 一般在2W左右；覆盖半径大约为100m～1km。基站天线臵于相对低 的地方，如屋顶下方，高于地面5m～10m。
微蜂窝最初被用来加大无线覆盖，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，将 它安臵在宏蜂窝的“热点”上，可满足该微小区域质量与容量两 方面的要求。
4、同频干扰的计算
设频率复用距离D是指最近的两个频点小区中心之间的距离，在一个 小区中心或相邻小区中心作两条与小区的边界垂直的直线，其夹角为 120度，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，于是同频距离为：
D2 I 2 J 2 2IJ cos1200 I 2 IJ J 2 （5.3）
面状服务覆盖区的代表就是蜂窝小区，采用正六边形作为每个辐射区的 有效覆盖区，则用最小的小区数就能覆盖整个地理区域，同时六边形最 接近于全向的基站天线和自由空间传播的全向辐射模式，我们管形同蜂 窝的网络叫蜂窝网。 蜂窝小区中将使用不同且完整频率的小区称为簇或区群，在一个小区簇 内，要使用不同的频率，而在不同的小区簇间使用对应的相同频率。共 同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇，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者基站可以承受的干扰，同时保持令人 满意的通信质量。
蜂窝组网技术
结合应用
AI与蜂窝组网技术的结合将推动智能化网络的发展，实现自适应的网络优化、故障诊断 和智能运维等功能，提升网络的服务质量和可靠性。
THANKS
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06
蜂窝组网技术的未来发展
5G与6G蜂窝网络技术
5G技术
5G蜂窝网络技术将带来更高的数据传输 速率、更低的延迟和更大的网络容量， 支持更多设备的连接，为物联网、智能 交通、远程医疗等领域提供更好的服务 。
VS
6G技术
6G蜂窝网络技术将进一步拓展频谱资源 ，实现全球覆盖和高空平台通信，提供更 高效、更智能的服务，如超高速移动宽带 、大规模物联网和智能网络等。
TDMA（时分多址）
总结词
时分多址是一种将时间分割成若干个小的时隙，并分配给不 同的用户进行通信的技术。
详细描述
在TDMA中，每个用户被分配一个特定的时隙，并且在该时 隙内进行通信。由于时隙被分隔开，用户之间的干扰较小。 TDMA的优点在于能够提高频带利用率，但需要精确的时间 同步。
CDMA（码分多址）
04
蜂窝组网技术的应用场景
城市环境
城市蜂窝组网技术主要用于满 足城市中大量用户对移动通信 的需求。
在城市环境中，由于用户密度 高，需要建设大量的基站来保 证信号覆盖和通信质量。
城市蜂窝组网技术需要具备高 容量、高可靠性、高移动性等 特性，以满足城市用户的需求。
郊区与农村环境
郊区和农村地区的用户密度相对 较低，但覆盖范围较广。
蜂窝组网技术需要具备较低成本、 较广覆盖范围等特性，以满足郊
区和农村地区用户的需求。
在这些地区，基站建设成本较高， 因此需要采用一些特殊的组网技
术，如微微蜂窝、中继站等。
移动通信网络
AI与蜂窝组网技术的结合将推动智能化网络的发展，实现自适应的网络优化、故障诊断 和智能运维等功能，提升网络的服务质量和可靠性。
THANKS
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06
蜂窝组网技术的未来发展
5G与6G蜂窝网络技术
5G技术
5G蜂窝网络技术将带来更高的数据传输 速率、更低的延迟和更大的网络容量， 支持更多设备的连接，为物联网、智能 交通、远程医疗等领域提供更好的服务 。
VS
6G技术
6G蜂窝网络技术将进一步拓展频谱资源 ，实现全球覆盖和高空平台通信，提供更 高效、更智能的服务，如超高速移动宽带 、大规模物联网和智能网络等。
TDMA（时分多址）
总结词
时分多址是一种将时间分割成若干个小的时隙，并分配给不 同的用户进行通信的技术。
详细描述
在TDMA中，每个用户被分配一个特定的时隙，并且在该时 隙内进行通信。由于时隙被分隔开，用户之间的干扰较小。 TDMA的优点在于能够提高频带利用率，但需要精确的时间 同步。
CDMA（码分多址）
04
蜂窝组网技术的应用场景
城市环境
城市蜂窝组网技术主要用于满 足城市中大量用户对移动通信 的需求。
在城市环境中，由于用户密度 高，需要建设大量的基站来保 证信号覆盖和通信质量。
城市蜂窝组网技术需要具备高 容量、高可靠性、高移动性等 特性，以满足城市用户的需求。
郊区与农村环境
郊区和农村地区的用户密度相对 较低，但覆盖范围较广。
蜂窝组网技术需要具备较低成本、 较广覆盖范围等特性，以满足郊
区和农村地区用户的需求。
在这些地区，基站建设成本较高， 因此需要采用一些特殊的组网技
术，如微微蜂窝、中继站等。
移动通信网络
第五章 蜂窝组网技术
干扰方式
起
因
解决方法
选用无互调的 频率集 加大频道间的 隔离度
互调干扰
系统内非线性器件产生的各种组合 频率成份落入本频道接收机通带内 相邻波道信号中存在的寄生辐射落 入本频道接收机带内
邻道干扰
同频干扰
相邻区群中同信道小区的信号造成的干扰 适当选择频道 干扰因子Q
Mobile Communication Theory
Mobile Communication Theory
5
5.1.2 蜂窝式组网理论
多信道共用 由若干无线信道组成的移动通信系统，为大量的 用户共同使用并且仍能满足服务质量的信道利用技 术 越区切换 当正在通话的移动台进入相邻无线小区时，业务 信道自动切换到相邻小区基站，从而不中断通信过 程
Mobile Communication Theory
移动通信技术
第五章 蜂窝组网技术
目录
5.1
5.2
移动通信网的基本概念 频率复用和蜂窝技术 多址接入技术 码分多址关键技术 蜂窝移动通信系统的容量分析 切换、位置更新 无线资源管理技术 移动通信网络结构
2
5.3
5.4 5.5
5.6
5.7 5.8
Mobile Communication Theory
5.1 移动通信网的基本概念
Mobile Communication Theory
22
FDMA频谱分割原理
设置频道间隔，以免因系统的频率漂移造成频道间 重叠 前向信道与反向信道之间设有保护频带 用户频道之间，设有保护频隙
图5－6 FDMA系统频谱分割示意图
Mobile Communication Theory
23
FDMA的主要干扰
《蜂窝组网技术》课件
物联网应用
工业自动化
蜂窝组网技术能够满足物联网应用的需求 ，支持海量设备接入和数据传输。
蜂窝组网技术能够为工业自动化提供可靠 的无线通信解决方案，支持远程控制、数 据采集和监控等应用。
PART 02
蜂窝组网技术的基本原理
REPORTING
无线通信原理
01
02
03
无线通信基础
无线通信利用电磁波传输 信号，包括无线电波、微 波、红外线等。
5G技术持续演进
要点二
6G及未来通信技术的探索
随着5G技术的不断成熟，未来将会有更多的新特性和功能 被引入，以满足不断增长的数据需求和多样化的业务场景 。
目前全球已经开始对6G及未来更先进的通信技术进行探索 和研究，这些技术将进一步提升网络性能、降低延迟、提 高可靠性，并支持更多物联网设备连接。
新型网络架构与技术的研究与应用
蜂窝组网的关键技术
REPORTING
多址接入技术
多址接入技术是蜂窝组网中的重要组成部分，用于实现多个用户在相同频段上的 复用通信。
多址接入技术允许多个用户在相同的时间和频率资源上同时进行通信，常见的多 址接入方式包括频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA ）。
信道编码与调制技术
蜂窝组网技术进一步发展，支 持更高速度和更丰富多媒体业 务。
5G时代
蜂窝组网技术继续演进，支持 超高速率和低功耗通信。
蜂窝组网技术的应用场景
移动语音通信
移动互联网业务
蜂窝组网技术是移动语音通信的核心支撑 ，实现了大范围覆盖和连续通信。
蜂窝组网技术为移动互联网业务提供了高 速数据传输和低延迟通信，支持视频通话 、在线游戏、流媒体等业务。
蜂窝移动通信组网技术
蜂窝移动通信组网技术一、引言1-1 文档目的本文档旨在详细介绍蜂窝移动通信组网技术，以便读者对该技术有全面的了解。
1-2 文档范围本文档主要涵盖蜂窝移动通信组网技术的基本概念、网络架构、无线接入技术、核心网络技术等方面的内容。
二、蜂窝移动通信基础知识2-1 蜂窝通信原理介绍蜂窝通信的基本原理，包括频率复用、移动台切换、覆盖范围等。
2-2 移动通信标准介绍蜂窝移动通信的标准，如GSM、CDMA、LTE等。
三、蜂窝移动通信网络架构3-1 网络架构概述介绍蜂窝移动通信网络的整体架构，包括基站子系统、核心网等。
3-2 基站子系统详细介绍基站子系统的组成部分，包括基站控制器、基站收发设备等。
3-3 核心网络介绍核心网络的组成部分，包括移动交换中心、业务支持系统等。
四、蜂窝移动通信无线接入技术4-1 无线接入技术概述介绍蜂窝移动通信中的无线接入技术，包括调制解调、信道编码等。
4-2 蜂窝覆盖技术介绍蜂窝通信的覆盖范围扩展技术，包括室内覆盖、微蜂窝等。
五、蜂窝移动通信核心网络技术5-1 移动交换中心介绍移动交换中心的功能和作用，包括寻呼、呼叫控制等。
5-2 业务支持系统介绍业务支持系统的组成部分，包括计费系统、用户数据管理系统等。
六、附件本文档附有以下附件：1-蜂窝移动通信组网技术相关图表和示意图。
2-相关文献和资料。
注释：1-蜂窝通信：一种将有限的频率资源划分为若干个小区的无线通信方式，使不同的用户可以同时使用同一频率。
2-频率复用：将有限的频率资源划分为若干个频率小区，以实现多用户同时通信。
3-移动台切换：当移动台从一个小区进入另一个小区时，需要进行切换以确保通信的连续性。
移动通信_第五章_蜂窝组网技术2011_TWB
《移动通信系统》
第五章 蜂窝组网 技术
授课教师：唐万斌 电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室
National Key Laboratory of Communications, University of Electronic Science and Technology of China
学习重点和要求
多址接入技术将信号维划分为不同的信道后 分配给用户。
蜂窝组网技术
5.3 多址接入技术
多址技术的分类
无冲突的多址接入技术
利用正交的信号纬度划分信道，使不同用户发射的 信号相互正交，没有冲突。
频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分 多址（CDMA）、空分多址（SDMA）
适用于连续及时延受限的业务，如话音或视频。
蜂窝组网技术
5.2 频率复用和蜂窝小区
同频复用比:参数Q叫做同频复用比（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
Q D 3N R
N i2 ij j2
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
蜂窝组网技术
5.1移动通信网的基本概念
移动通信网络组成
空中网络
多址接入 频率复用和蜂窝小区
• 无线蜂窝式小区覆盖和小功率发射 • 频率复用 • 多信道共用和越区切换 • 位置更新
地面网络
各基站相互连接 基站与固定网络（PSTN、ISDN、PDN）的连接
蜂窝组网技术
主要内容
蜂窝组网技术52图55小区的形状图55小区的形状小区的形状蜂窝组网技术52小区形状正三角形正方形正六边形邻区距离小区面积交叠区宽度交叠区面积3r059r027r1三种形状小区的比较蜂窝组网技术52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蜂窝组网技术52理想形状理想形状实际形状实际形状理论形状理论形状蜂窝组网技术52全向辐射天线基站120扇形辐射天线基站两种激励方式蜂窝组网技术52全向天线及定向天线的干扰小区全向天线及定向天线的干扰小区n7蜂窝组网技术52考虑一个共有s个可用的双向信道的蜂窝系统如果每个小区都分配k道并且s个信道在n个小区中分为各不相同的各自独立的信道组而且每个信道组有相同的信道数目那么可用无线信道的总kn蜂窝组网技术52共同使用全部可用频率的n个小区叫做一簇cluster也叫区群
第五章 蜂窝组网 技术
授课教师：唐万斌 电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室
National Key Laboratory of Communications, University of Electronic Science and Technology of China
学习重点和要求
多址接入技术将信号维划分为不同的信道后 分配给用户。
蜂窝组网技术
5.3 多址接入技术
多址技术的分类
无冲突的多址接入技术
利用正交的信号纬度划分信道，使不同用户发射的 信号相互正交，没有冲突。
频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分 多址（CDMA）、空分多址（SDMA）
适用于连续及时延受限的业务，如话音或视频。
蜂窝组网技术
5.2 频率复用和蜂窝小区
同频复用比:参数Q叫做同频复用比（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
Q D 3N R
N i2 ij j2
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
蜂窝组网技术
5.1移动通信网的基本概念
移动通信网络组成
空中网络
多址接入 频率复用和蜂窝小区
• 无线蜂窝式小区覆盖和小功率发射 • 频率复用 • 多信道共用和越区切换 • 位置更新
地面网络
各基站相互连接 基站与固定网络（PSTN、ISDN、PDN）的连接
蜂窝组网技术
主要内容
蜂窝组网技术52图55小区的形状图55小区的形状小区的形状蜂窝组网技术52小区形状正三角形正方形正六边形邻区距离小区面积交叠区宽度交叠区面积3r059r027r1三种形状小区的比较蜂窝组网技术52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蜂窝组网技术52理想形状理想形状实际形状实际形状理论形状理论形状蜂窝组网技术52全向辐射天线基站120扇形辐射天线基站两种激励方式蜂窝组网技术52全向天线及定向天线的干扰小区全向天线及定向天线的干扰小区n7蜂窝组网技术52考虑一个共有s个可用的双向信道的蜂窝系统如果每个小区都分配k道并且s个信道在n个小区中分为各不相同的各自独立的信道组而且每个信道组有相同的信道数目那么可用无线信道的总kn蜂窝组网技术52共同使用全部可用频率的n个小区叫做一簇cluster也叫区群
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D Q R
3N
5.2 频率复用和蜂窝小区
• 载波干扰比与小区簇的关系
一般模拟移动通信系统要求
C I 18dB ，假设n取值为4，根据
C D R I L
n
3N L
n
可得出，簇N最小为6.49，故一般取簇N的最小
值为7。数字移动通信系统中， C
的N值。
I 7 ~10dB
邻道干扰
相邻区群中同信道小区的信号造成 同频干扰 的干扰
5.3 多址接入技术
FDMA系统的特点 • 每信道占用一个载频，信道的相对带宽较窄，即通常 在窄带系统中实现 • 符号时间>>平均延迟扩展T （ T >> s s 干扰较少，无需自适应均衡
） ，所以码间
• 基站复杂庞大，易产生信道间的互调干扰
– 信道监视方法 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：减小由于缺少可用信道而强迫中断的发生概率 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
5.2 频率复用和蜂窝小区
• 载波干扰比与小区簇的关系
假定小区的大小相同，移动台的接收功率门限按小区的大小调节。若
设L为同频干扰小区数，则移动台的接收载波干扰比可表示为
C 为最小载波强度；I l 为第l个同频
干扰小区所在基站引起的干扰功率
移动无线信道的传播特性表明:
C I
C
IБайду номын сангаас
l 1
n
传输信号存在的时间不同 传输信号的码型不同 空间分割不同
5.3 多址接入技术
FDMA
c
TDMA
c
c
CDMA
信道1 信道2 信道3
信道N
信道 N
t
信道 1 信道 2
信道 N
信道 3
t
信道 3 信道 2 信道 1 f
t
f
f
目前应用的多址方式: 频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)及其 混合方式等
5.3 多址接入技术
频分多址方式（FDMA） 多址接入方式 时分多址方式（TDMA） 码分多址方式（CDMA） 空分多址方式（SDMA）
多址接入方式 建立多址接入时区分信道的依据
频分多址方式（FDMA）
时分多址方式（TDMA） 码分多址方式（CDMA） 空分多址方式（SDMA）
传输信号的载波频率不同
• 用户识别卡(SIM)与移动终端设备分离，用于存放
用户数据
5.2 频率复用和蜂窝小区
作用：解决频率资源有限和用户容量问题
区域覆盖方式分类： 小容量的大区制 一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大 利用分集接收等技术来保证上行链路的通信质量 只能适用于小容量的通信网 大容量的小区制 频率复用 ：将覆盖区域划分为若干小区 ，每个 小区设立一个基站服务于本小区，但各小区可重 复使用频率 带来同频干扰的问题 切换和位置管理: 信道切换原理 位置管理
l 1
5.2 频率复用和蜂窝小区
• 载波干扰比与小区簇的关系
通常在被干扰小区周围，干扰小区是多层，一般第一层起主要作用。 现仅考虑第一层干扰小区，且假定所有干扰基站与预设被干扰基站的
间距相等，即
D Dl ， 则载干比可简化为:
C D R I L
n
3N L
n
式中
Q表示，即 D R 为同频复用比例（也称同频干扰因子），一般用 3N
5.3 多址接入技术
1、FDMA方式
频谱分割原理 主要干扰 特点 •每个用户分配一个信道，即一对频谱 较高的频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道 较低的频谱用作反向信道即移动台向基站方向的信道 •必须同时占用2个信道（2对频谱）才能实现双工通信 基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号 任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的 中转
L
l
小区中移动台接收到的最小载波强度C与小区半径的 R 成正比。再设 是第l个干扰源与移动台的间距 Dl ，则移动台接收到的来自第l个干扰小 区的载波功率与 ( Dl ) n 成正比。n为衰落指数，一般取4。 如果每个基站的发射功率相等， C Rn L 整个覆盖区域内的路径衰落指数 I n ( D ) l 相同，移动台的载干比可近似为
SS
PSTN
图5-1 典型的蜂窝移动通信系统
5.1 移动通信网的基本概念
5.1.3 移动通信网的基本组成
基站子系统(BSS)和移动交换子系统(SS)共同建立呼叫 • BSS提供并管理移动台和SS之间的无线传输通道 • SS负责呼叫控制功能，所有呼叫都经由SS建立连接 操作维护管理子系统(OMS)负责管理控制整个移动网 移动台(MS)由移动终端设备和用户数据两部分组成
，所以可以采用较小
5.2 频率复用和蜂窝小区
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
A
A
A
A
i=3 j=2 N=19
A
A
A
5.2 频率复用和蜂窝小区
5.2.2 切换和位置管理
切换：将处于通话状态的MS转移到新的业务信道上（新的小区）的 过程 目的：实现蜂窝移动通信的“无缝隙”覆盖，即当移动台从一个小 区进入另一个小区时，保证通信的连续性 切换的操作： •识别新的小区 •分配给移动台在新小区的话音信道和控制信道 引起切换的原因： •信号的强度或质量下降到由系统规定的一定参数以下，此时移 动台被切换到信号强度较强的相邻小区。由移动台发起。 •由于某小区业务信道容量全被占用或几乎全被占用，这时移动 台被切换到业务信道容量较空闲的相邻小区。由上级实体发起。
×
1
式中H为小区中心到边的距离 其中，R是小区的半径。这样， 代入上式得
d
A
6 × ×
s
,
D 3N R
h t h t
N↑
频率利用率低 D↑ 同频干扰小
2
2
s
d
其中
A
N i 2 ij j 2
,
N又称为频率复用因子
N↓
频率利用率高 D↓ 同频干扰大
多信道共用：由若干无线信道组成的移动通信系 统，为大量的用户共同使用并且仍能满足服务质 量的信道利用技术 越区切换：当正在通话的移动台进入相邻无线小 区时，业务信道自动切换到相邻小区基站，从而 不中断通信过程
5.1 移动通信网的基本概念
5.1.3 移动通信网的基本组成
BSS BSS
基站 基站 用户变成 漫游者
• 必须使用带通滤波器来限制邻道干扰
• 越区切换复杂，必须瞬时中断传输，对于数据传输将 带来数据的丢失
5.3 多址接入技术
2、TDMA方式
工作原理 系统特点 •在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的
帧，每一帧再分割成若干时隙，无论帧或时隙都
是互不重叠的 •每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户
移动通信无线服务区由 许多正六边形蜂窝小区 覆盖而成，通过接口与 公众通信网（PSTN、PSDN） 互联 移动通信系统包括 移动交换子系统（SS） 操作维护管理子系统 (OMS) 基站子系统（BSS） 移动台（MS） 是一个完整的信息传输实体
SS7
MSC1 （归属移动交换中心） SS OMS
MSC2 （访问MSC）
同频干扰 • 小区簇的意义 • 频率复用距离与小区簇的关系 • 载波干扰比与小区簇的关系
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 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
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)
5.2 频率复用和蜂窝小区
位置更新目的：把一个呼叫传送到随机移动的用户 主要任务： •位置登记：已知移动台的实时位置信息时，更新位置数据库和认证 移动台 •呼叫传递：在有呼叫给移动台的情况下，根据HLR(Home Location Register 归属寄存器)和VLR(Visitor Location Register访问 寄存器)中可用的位置信息来定位移动台 涉及问题： •位置更新（Location Update） 解决移动台如何发现位置变化以及何时报告当前位置的问题 •位置寻呼（ Location Paging） 解决如何有效地确定移动台当前处于哪一个小区的问题
第5章 蜂窝组网技术
5.1 移动通信网的基本概念 5.2 频率复用和蜂窝小区
5.3 多址接入技术
5.4 码分多址关键技术 5.5 蜂窝移动通信系统的容量分析 5.6 CDMA系统中的功率控制 5.7 切换、位置更新 5.8 移动通信网结构
5.1 移动通信网的基本概念
定义：实现系统在其覆盖区内良好的语音和 数据通信，这样的通信网就是移动通信网 移动通信网络结构
5.2 频率复用和蜂窝小区
要求：切换必须顺利完成，并且尽可能少地出现，同时要使用户觉 察不到（1）切换门限要恰当（2）切换前对信号的监视：保 证信号电平的下降确实由于移动台正离开当前基站
信号能量检测： 第一代模拟蜂窝系统
由基站完成，由MSC管理 数字TDMA第二代系统 移动台辅助切换(MAHO)
处理切换请求的方法：
蜂窝式组网理论
移动通信网的基本组成
蜂窝移动通信系统图示 各子系统功能
5.1 移动通信网的基本概念