第二章 蜂窝移动通信系统

i=？ ？ j=？ ？ N=？ ？
在蜂窝小区中定位同频小区的方法
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相邻同频小区的找法
N=7，i =2，j =1 ， ， N=4，i =2，j=0 ， ，
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频率复用距离与小区簇的关系 频率复用距离与小区簇的关系
频率复用距离（即同频距离）D是指最近的两个同频小区 频率复用距离（即同频距离） 是指最近的两个同频小区 中心之间的距离
2 1 4
1 3 1
2 4 2 4
3
3 1 3
2 3 4
3
1
q=D/R=4.6 N=7
蜂窝系统的频率复用和小区面状覆盖图示
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2.1 蜂窝小区的概念和特点
一个共有S个双向信道的蜂窝系统，如果每簇含 个小区 个小区， 一个共有 个双向信道的蜂窝系统，如果每簇含N个小区，每 个双向信道的蜂窝系统 个小区分配K个信道 个信道（ 个小区分配 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 可作为容量 如果簇在系统中共同复制了 次，则信道的总数C可作为容量 的一个度量
① ②
簇之间彼此邻接， 簇之间彼此邻接，且无空隙无重叠地进行覆盖 ； 邻接之后的簇应保证各个相邻同信道小区之间的距离 相等 ； 簇内的小区数应满足下式
N = i + ij + j
2
2
其中， 和 为零或正整数 为零或正整数。 的典型值为 的典型值为4、 或 。 其中，i和j为零或正整数。N的典型值为 、7或12。
同频小区中心之间的距离为：
× 6 2 7 × 6 × × 5 × × 1 4 6 × 3 7 × 1 j 5D 4
i
× 1 ×
D = 3r i + j − 2ij cos120
2 2
0
式 中 ， D: 频 率 复 用 距 离 ， N: 区 群 中 的 小 区 数 目 ， r: 小区半径 同频复用比
Q = D /r = 3N
大区制频率覆盖
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2.1 蜂窝小区的概念和特点
2.1.2小区制移动通信 小区制移动通信 系统和频率复用
1969年，Bell实验室 年 实验室 把整个大范围的无线服务 区划分成彼此相邻的正六 边形小区， 边形小区，每个小区设置 基站。 基站。 每个基站使用多个无线电 频率作为通信信道， 频率作为通信信道，各相 邻基站使用不同的无线电 频率。 频率。 采用频率复用技术
移动通信原理与应用
黑龙江大学电子工程学院 杨杰
目 录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章
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概述 蜂窝移动通信系统 无线移动通信信道 移动通信的调制技术 抗衰落技术 语音编码技术 移动通信中的多址接入技术 移动通信网 GSM通信系统 通信系统 IS-95 CDMA移动通信及其标准介绍 移动通信及其标准介绍 第三代移动通信及其标准介绍
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2.1 蜂窝小区的概念和特点
5 2 5 4 1 2 5 3 4 1 2 5 3 4 1 2 3 4 1 5 3 2 4 1 3 N=5?
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2 4 1 2 3 2 4 1 4 1 2 3 3 4 1 2 3 2 4 1 4 1 3 3 N=4?
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每一簇的小区数N 每一簇的小区数N的确定
全向辐射天线基站
120°扇形辐射天线基站 °
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2.1 蜂窝小区的概念和特点
共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇 共同使用全部可用频率的 个小区叫做一簇 同一个小区簇内，要使用不同的频率； 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
1 1 2 4 6 7 2 4 6 7 3 6 5 1 4 7 3 6 2 5 5 1 4 7 3 6 3 6 2 5 1 4 7 4 7 3 6 2 5 2 5 1 4 7 2 5
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2.1 蜂窝小区的概念和特点
解决频率资源有限和用户容量问题
区域覆盖方式
大区制(小容量 大区制 小容量) 小容量
一个基站覆盖整个服务区， 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
小区制(大容量 小区制 大容量) 大容量
百度文库
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2.2 信道切换策略
2.2.2实际系统切换的一些考虑 实际系统切换的一些考虑
在实际的蜂窝系统中，当移动速度变化范围较大时， 在实际的蜂窝系统中，当移动速度变化范围较大时，系统设计将遇 到许多问题。 到许多问题。 通过使用不同高度的天线和不同强度的功率，在一个站点上设置“ 通过使用不同高度的天线和不同强度的功率，在一个站点上设置“大 小的”覆盖区是可能的，这种技术叫做伞状小区方法。 的”和“小的”覆盖区是可能的，这种技术叫做伞状小区方法。伞状小区方 法能用来为高速用户提供大面积的覆盖， 法能用来为高速用户提供大面积的覆盖，同时为低速用户提供小面积 的覆盖。 的覆盖。 小区拖尾是由对基站发射强信号的步行用户所产生的。 小区拖尾是由对基站发射强信号的步行用户所产生的。由于用户以非 常慢的速度离开基站，平均信号能量衰减不快； 常慢的速度离开基站，平均信号能量衰减不快；即使当用户远离了小区 的预定范围，基站接收的信号仍然可能高于切换门限，因此不做切换， 的预定范围，基站接收的信号仍然可能高于切换门限，因此不做切换， 这就会产生潜在的干扰和话务量管理问题， 这就会产生潜在的干扰和话务量管理问题，因为用户那时已深入到了 相邻小区中。 相邻小区中。
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小区簇数N 小区簇数N的取值
N
ji
ji
0 1 4 9 16
1 3 7 13 21
2 7 12 19 28
3 13 19 27 37
4 21 28 37 48
1 2 3 4
N = i + ij + j
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簇的组成
N=3 j=1 i=1
N=4 i=2 i=0 j=2 j=0
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
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2.1 蜂窝小区的概念和特点
2.1.1 大区制移动通信系统
一个基站覆盖整个服务区， 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,例 只能适用于小容量的通信网 例 如用户数在1000以下的。 以下的。 如用户数在 以下的 这种制式的控制方式简单， 这种制式的控制方式简单，设 备成本低，适用于中小城市、 备成本低，适用于中小城市、工 矿区以及专业部门， 矿区以及专业部门，是发展专用 移动通信网可选用的制式。 移动通信网可选用的制式。
频率利用率低 频率利用率低 D↑ 频率利用率高 频率利用率高 D↓ 同频干扰大 同频干扰小

在实际的蜂窝系统中， 在实际的蜂窝系统中，需要对这两个目标进行协调 和折衷。 和折衷
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2.2 信道切换策略
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。 转移到新的业务信道上（ 将处于通话状态的 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， 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。 个小区时，保证通信的连续性。 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。 分配给移动台在新小区的话音信道和控制信道。 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， 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。 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 由于某小区业务信道容量全被占用或几乎全被占用， 换到业务信道容量较空闲的相邻小区。由上级实体发起。 换到业务信道容量较空闲的相邻小区。由上级实体发起。 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； 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； 切换门限要恰当 切换前对信号的监视： 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
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第二章 蜂窝移动通信系统
2.1蜂窝小区的概念和特点 蜂窝小区的概念和特点 蜂窝小区的概念和特点 2.1.1大区制移动通信系统 大区制移动通信系统 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 频率复用和小区制移动通信系统 频率复用和小区制移动通信系统 2.2信道切换策略 信道切换策略 信道切换策略 2.2.1信道切换原理 信道切换原理 信道切换原理 2.2.2实际系统切换的一些考虑 实际系统切换的一些考虑 实际系统切换的一些考虑 2.3干扰和信道容量 干扰和信道容量 干扰和信道容量 2.3.1同频干扰和系统容量 同频干扰和系统容量 2.3.2相邻信道的干扰 相邻信道的干扰 2.3.3蜂窝小区容量的改善 蜂窝小区容量的改善 蜂窝小区容量的改善 2.4电信业务流量与服务等级 电信业务流量与服务等级 2.4.1电信业务流量 电信业务流量 2.4.2通信系统服务质量和负荷能力 通信系统服务质量和负荷能力
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2.2 信道切换策略
检测
第一代模拟蜂窝系统 数字TDMA第二代系统
方法
由基站完成，由MSC管理 移动台辅助切换(MAHO)
信道监视方法 目的： 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， 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： 目的：减小中断的发生概率 原理： 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
S = K⋅ N
C = MKN = MS
N叫做簇的大小，典型值为4、7或12。 叫做簇的大小，典型值为 、 或 。 叫做簇的大小 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 的值表现了移动台或基站在保证通信质量的同时， 的值表现了移动台或基站在保证通信质量的同时 的干扰（主要是同频干扰） 的干扰（主要是同频干扰）
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2.1 蜂窝小区的概念和特点
（1） 带状服务覆盖区 ）
为了克服同频干扰， 为了克服同频干扰，常采用双频组频率配置和 三频组频率配置.如图 所示。 如图2.1所示 三频组频率配置 如图 所示。
图2.1 双频组和三频组频率配置
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2.1 蜂窝小区的概念和特点
（2） 面状服务覆盖区 ） 要覆盖整个区域，无重叠和间隙，只有三种可能的选择： 要覆盖整个区域，无重叠和间隙，只有三种可能的选择：正 三角形、正方形、 三角形、正方形、正六边形
Q的值越小则容量越大；而Q值大可以提高传播质量，因为 的值越小则容量越大； 值大可以提高传播质量， 的值越小则容量越大 值大可以提高传播质量 同频干扰小。实际中，需要对这两个目标进行协调和折衷。 同频干扰小。实际中，需要对这两个目标进行协调和折衷。
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小区簇的意义
N↑ N↓

采用六边形的原因 用最小的小区数就能覆盖整个地理区域 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
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2.1 蜂窝小区的概念和特点
基站激励方式
中心激励(center-excited)： ：
基站设在小区的中央， 基站设在小区的中央，用全 向天线形成圆形覆盖区。 向天线形成圆形覆盖区。 顶点激励 (edge-excited) ： 基站设在每个小区六边形的 三个顶点上， 三个顶点上，每个基站采用三 度扇形辐射的定向天线， 副120度扇形辐射的定向天线， 度扇形辐射的定向天线 分别覆盖三个相邻小区的各三 分之一区域。 分之一区域。
N=7 i=2 j=1 j=2 i=1
i=3 j=0 N=9 j=3 i=0
N=12 j=2 i=2
N=13 i=3 j=1 j=3 i=1
N=19 i=3 i=2 j=3 j=2
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相邻同频小区的找法
沿着任何一条六边形边的垂线方向移动i个小区 沿着任何一条六边形边的垂线方向移动 个小区 逆时针旋转60度再移动 个小区 逆时针旋转 度再移动j个小区 度再移动