第五章 蜂窝组网技术
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第5章蜂窝组网技术
时分多址（TDMA）方式 工作原理
系统特点
TDMA工作原理
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 基站按时隙排列顺序发收信号，各移动台在指定的时隙 内收发信号
MS1 时隙1 时隙2 一个TDMA帧 时隙3 …… 时隙N
位置管理
目的
把一个呼叫传送到随机移动的用户
主要任务
位臵登记 已知移动台的实时位臵信息时，更新位臵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）中可用的位臵信息来定位移动台
干扰方式
起
因
解决方法
系统内非线性器件产生的各种组合 选用无互调的 互调干扰 频率成份落入本频道接收机通带内 频率集 相邻波道信号中存在的寄生辐射落 加大频道间的 邻道干扰 入本频道接收机带内 隔离度 相邻区群中同信道小区的信号造成 适当选择频道 同频干扰 的干扰 干扰因子Q
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 Ts >> ） ， 符号时间 >>平均延迟扩展（Ts 所以码间干扰较少，无需自适应均衡 基站复杂庞大，易产生信道间的互调干扰 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
涉及问题
位臵更新（Location Update） 解决移动台如何发现位臵变化以及何时报告当前位臵的问题 位臵寻呼（ 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
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）
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
蜂窝组网的概念
蜂窝组网的概念蜂窝组网是一种无线通信网络拓扑结构，由多个基站组成，每个基站覆盖一个固定的区域，形成一个蜂窝状的覆盖区域，每个蜂窝区域由一个基站负责。
蜂窝组网的核心思想是将整个区域划分为互不重叠的小区域，每个小区域由一个基站覆盖，无线信号在小区域内进行传输。
蜂窝组网的概念最早源于20世纪40年代，由贝尔实验室的研究人员推出，后来被用于移动通信系统。
蜂窝组网不仅能够提供广泛的覆盖范围，还可以提高通信的容量和可靠性。
蜂窝组网的优势主要有以下几点：1. 提供广泛的覆盖范围：蜂窝组网采用了多个基站，每个基站覆盖一个小区域，通过多个基站的覆盖，能够实现广泛的覆盖范围，使得用户可以在不同区域内进行通信。
2. 提高通信的容量：蜂窝组网可以提高通信的容量，每个基站负责一个小区域，小区域内的用户数量相对较少，可以有效地减少用户间的干扰，提高信号质量和通信速率。
3. 提供更稳定的信号：蜂窝组网将整个区域分割成蜂窝状的小区域，每个小区域通过一个基站提供信号，基站之间采用一定的频率复用技术，使得不同小区域之间的信号互不干扰，从而提供更稳定的信号质量。
4. 支持移动性：蜂窝组网不仅可以提供移动用户的通信服务，还能够支持用户的无缝漫游。
当用户从一个小区域移动到另一个小区域时，系统会自动切换用户所在的基站，实现无缝的通信服务。
5. 提高网络的可靠性：蜂窝组网具有很强的容错能力，当一个基站发生故障或者拥塞时，其他基站可以自动接管受影响的小区域，保证网络的正常运行。
蜂窝组网的实现需要满足以下几个基本要素：1. 基站：每个小区域由一个基站负责，基站负责接收和发送无线信号，并连接到核心网，实现与其他网络的交互。
2. 小区划分：整个区域被划分为互不重叠的小区域，每个小区域由一个基站覆盖，小区域的大小和形状根据实际情况进行确定。
3. 频率复用技术：由于不同小区域使用相同的频率会导致干扰，因此需要采用频率复用技术，将可用的频谱资源分配给不同的小区域使用。
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。
第5章 蜂窝组网技术
16/25
第5章 蜂窝组网技术
5.1.2 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
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第5章 蜂窝组网技术
5.1.2 频率的有效利用技术
24/25
第5章 蜂窝组网技术
2．呼损率
如果呼叫具有下列性质： ① 每次呼叫相互独立，互不相关，即呼 叫具有随机性； ② 每次呼叫在时间上都有相同的概率； ③ 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：
25/25
第5章 蜂窝组网技术
2．呼损率
A A n! B n n! i A A2 An A 1 i! 1! 2! n! i 0
10/25
第5章 蜂窝组网技术
第5章
蜂窝组网技术
5.1 频率资源的有效利用和蜂窝小区的组网 通信 5.2 蜂窝小区的概念和区域覆盖 5.3 干扰和信道容量 5.4 多址接入技术 5.5 蜂窝移动通信的交换技术 5.6 在蜂窝移动通信网综述
11/25
第5章 蜂窝组网技术
移动通信网络结构
空中网络 , ht
1 1 2 4 6 7 5 2 4 6 7 5 1 3 6 2 5 1 4 7 3 3 6 2 5 1 4 4 7 3 6 2 5 7q=D/R=4.6 N=7 2 5 1 4 7 2
2
1
2 4 2 4
3
3
2
1
4
3
1
1
3 4
3
3
1
3
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第5章 蜂窝组网技术
5.1.2 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
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第5章 蜂窝组网技术
5.1.2 频率的有效利用技术
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第5章 蜂窝组网技术
2．呼损率
如果呼叫具有下列性质： ① 每次呼叫相互独立，互不相关，即呼 叫具有随机性； ② 每次呼叫在时间上都有相同的概率； ③ 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：
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第5章 蜂窝组网技术
2．呼损率
A A n! B n n! i A A2 An A 1 i! 1! 2! n! i 0
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第5章 蜂窝组网技术
第5章
蜂窝组网技术
5.1 频率资源的有效利用和蜂窝小区的组网 通信 5.2 蜂窝小区的概念和区域覆盖 5.3 干扰和信道容量 5.4 多址接入技术 5.5 蜂窝移动通信的交换技术 5.6 在蜂窝移动通信网综述
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第5章 蜂窝组网技术
移动通信网络结构
空中网络 , ht
1 1 2 4 6 7 5 2 4 6 7 5 1 3 6 2 5 1 4 7 3 3 6 2 5 1 4 4 7 3 6 2 5 7q=D/R=4.6 N=7 2 5 1 4 7 2
2
1
2 4 2 4
3
3
2
1
4
3
1
1
3 4
3
3
1
3
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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）。
Page 13
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。
Page 16
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
感谢观看
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。
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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
《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。
5 蜂窝组网技术
6
5.1 基本概念
4、呼损率（2）：利用完成话务量的计算方法 呼损率（ ）：利用完成话务量的计算方法
流入话务量A与完成话务量A0之差即为损失话 务量，损失话务量与流入话务量的比值即为呼损率
A − A0 B= ×100% A
由 A = λ × t0 和 A0 = λ0 × t0 得 λ − λ0 λi B= = λ λ
5.2 多址接入技术 多址接入方式 频分多址（FDMA） 频分多址（FDMA） 时分多址（TDMA） 时分多址（TDMA） 码分多址（CDMA） 码分多址（CDMA） 空分多址（SDMA） 空分多址（SDMA） 随机多址
13
5.2 多址接入技术
1、常规多址接入方式
多址接入方式 频分多址方式（FDMA） 频分多址方式（FDMA） 时分多址方式（TDMA） 时分多址方式（TDMA） 码分多址方式（CDMA） 码分多址方式（CDMA） 建立多址接入时区分信道的依据 传输信号的载波频率不同 传输信号存在的时间不同 传输信号的码型不同
设置频道间隔， 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
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
15 图5－6 FDMA系统频谱分割示意图 － 系统频谱分割示意图
5.2 多址接入技术
2 FDMA：（2） FDMA的主要干扰 FDMA： FDMA的主要干扰
干扰方式
起
因
解决方法
系统内非线性器件产生的各种组合 选用无互调的 互调干扰 频率成份落入本频道接收机通带内 频率集 相邻信道信号中存在的寄生辐射落 加大频道间的 邻道干扰 隔离度 入本频道接收机带内 相邻小区群中同信道小区的信号造 适当选择频道 同频干扰 成的干扰 干扰因子Q 干扰因子Q
5.1 基本概念
4、呼损率（2）：利用完成话务量的计算方法 呼损率（ ）：利用完成话务量的计算方法
流入话务量A与完成话务量A0之差即为损失话 务量，损失话务量与流入话务量的比值即为呼损率
A − A0 B= ×100% A
由 A = λ × t0 和 A0 = λ0 × t0 得 λ − λ0 λi B= = λ λ
5.2 多址接入技术 多址接入方式 频分多址（FDMA） 频分多址（FDMA） 时分多址（TDMA） 时分多址（TDMA） 码分多址（CDMA） 码分多址（CDMA） 空分多址（SDMA） 空分多址（SDMA） 随机多址
13
5.2 多址接入技术
1、常规多址接入方式
多址接入方式 频分多址方式（FDMA） 频分多址方式（FDMA） 时分多址方式（TDMA） 时分多址方式（TDMA） 码分多址方式（CDMA） 码分多址方式（CDMA） 建立多址接入时区分信道的依据 传输信号的载波频率不同 传输信号存在的时间不同 传输信号的码型不同
设置频道间隔， 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
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
15 图5－6 FDMA系统频谱分割示意图 － 系统频谱分割示意图
5.2 多址接入技术
2 FDMA：（2） FDMA的主要干扰 FDMA： FDMA的主要干扰
干扰方式
起
因
解决方法
系统内非线性器件产生的各种组合 选用无互调的 互调干扰 频率成份落入本频道接收机通带内 频率集 相邻信道信号中存在的寄生辐射落 加大频道间的 邻道干扰 隔离度 入本频道接收机带内 相邻小区群中同信道小区的信号造 适当选择频道 同频干扰 成的干扰 干扰因子Q 干扰因子Q
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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
Page 2
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
令 I 2iH , J 2 jH
式中H为小区中心到边的距离：
H
3 R 2
其中，R是小区的半径。这样， I 3iR, J 3 jR 代入上式即得D=sqrt(3N)R
其中 N i 2 ij j 2
N称为频率复用因子，也等于小区簇中包含小区的个数。因此N值 大时，频率复用距离D就大，但频率利用率就降低，因为它需要N 个不同的频点组。反之，N小则D小，频率利用率高，但可能会造 成较大的同频干扰，所以这是一对矛盾。 Page 27
Page 24
面状服务覆盖区(2/2)
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（K < S）个信道，并且S个信道在N个小区中分为各不相同的、 各自蚀立的信道组，而且每个信道组有相同的信道数目，那么可用 无线信道的总数为：S = KN 共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇。如果簇在系统中共同 复制了M次，则信道的总数C可以作为容量的一个度量：C＝ MKN ＝ MS 其中，N叫作簇的大小，典型值为 4、7或 12。如果簇 N减小而小 区的数目保持不变，则需要更多的簇来覆盖给定的范围，从而获得 更大的容量。N的值表现了移动台或基站可以承受的干扰，同时保 持令人满意的通信质量。 移动台或基站可以承受的干扰主要体现在由于频率复用所带来的同 频干扰。考虑同频干扰首先自然想到的是同频距离，因为电磁波的 传输损耗是随着距离的增加而增大的，所以干扰也必然减少。 25 Page
Page 8
蜂窝式组网理论的内容 (2/2)
多信道共用和越区切换
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，称为多信道共用技术。多信道共用 技术利用信道占用的间断性，使许多用户能够任意地、合理地选择信 道，以提高信道的使用效率，这与市话用户共同享有中继线相类似。 事实上，不是所有的呼叫都能在一个蜂窝小区内完成全部接续业务的， 为了保证通话的连续性，当正在通话的移动台进入相邻无线小区时， 移动通信系统必须具备业务信道自动切换到相邻小区基站的越区切换 功能，即切换到新的信道上，从而不中断通信过程。
概述
频率复用和蜂窝小区的设计是与移动网的区域覆盖和容量需求紧密 相连的。早期的移动通信系统采用的是大区覆盖，但随着移动通信 的发展，这种网络设什已远远不能满足需求，因而以蜂窝小区、频 率复用为代表的新型移动网的设计孕育而生了，它是解决频率资源 有限和用户容量问题的一个重大突破。 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。
f1
f2
f1
f2
f1
f2
f1
双频组频率设置
f1 f2 f3 f1 f2 f3 f1
三频组频率设计
Page 22
蜂窝系统的频率复用
Page 23
面状服务覆盖区（1/2)
小区频率复用的设计，指明了在哪使用了不同的频率信道。当考虑 要覆盖整个区域而没有重叠和间隙的几何形状时，只有三种可能的 选择：正方形、等边三角形和六边形。 上图所示的六边形小区是概念上的，是每个基站的简化覆盖模型。 用六边形作覆盖模型，则可用最小的小区数就能覆盖整个地理区域； 而且，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。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。当用六边形来模拟覆盖范围时， 基站发射机或者安置在小区的中心（中心激励小区），或者安置在 六边形的顶点之中的三个（顶点激励小区）。
切换和位置更新
采用蜂窝式组网后，切换技术就是一个重要的问题。不同的多址接入切换技术也有
所不同。位置更新是移动通信所特有的，由干移动用户要在移动网络中任意移动， 网络需要在任何时刻联系到用户，以有效地管理移动用户。完成这种功能的技术称 为移动性管理。
Page 7
蜂窝式组网理论的内容 (1/2)
Page 9
第一节 基本概念
移动通信系统基本概念
空中网络
地面网络
Page 10
地面网络
与空中网络相对应，地面网络部分主要包括 ：
服务区内各个基站的相互连接
基站与固定网络（PSTN、ISDN、数据网等）
Page 11
移动通信网的基本组成图
Page 12
移动通信网的基本组成
移动通信无线服务区由许多正六边形小区覆盖而成，呈蜂窝状，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）和基站子 系统（BSS）（通常包括移动台），是一个完整的信息传输实体。 移动通信中建立一个呼叫是由基站子系统和移动交换子系统共同完 成的；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，所有的呼叫都是经由SS建立连接的；操作维护管 理子系统负责管理控制整个移动网。 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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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：Biblioteka 一种是带状服务覆盖区；
另一种是面状服务覆盖区。
Page 21
带状服务覆盖区
铁路的列车无线电话、长途汽车的无线电话，以及沿海内河航行 的船舶无线电话系统等都属干带状服务区。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 ：
在蜂窝小区中定位同频小区的方法
为了找到某一特定小区的相距的同频相邻小区,必须按以下步骤进 行：
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。 右图中i=3、j=2(N=19)
Page 28
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
频率复用距离D (1/2)
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,下图为 N=7频率复用设计示例
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频率复用距离D (2/2)
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。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。
2 2 2 2 2 于是同频距离为 D I J 2IJ cos120 I IJ J
获得一个大画积的覆盖范围。虽然这种方式能获得很好的覆盖，但它同时也意味着 在系统中不能重复使用相同的频率，因为复用频率将导致干扰。随着移动通信的发 展，政府部门已不能使频率分配满足服务增长的需求，这样，调整移动通信系统结 构，以使其既能用有限的无线频率获得大容量，同时又能覆盖大画积范围，已迫在 眉睫。蜂窝小区和频率复用是一种新的概念和想法。它生要解决频率资源限制的问 题，并大大增加系统的容量。蜂窝小区和频率复用实际上是一种蜂窝组网的概念， 是由美国贝尔实验室最早提出的。
Page 18
第二节 介绍
频率复用和蜂窝小区
大区制移动通信系统
频率复用和小区制移动通信
系统
Page 19
频率复用
由于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， 所以基站天线设计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，相互间的干扰水平就可 在接受的范围之内。这一为整个系统中的所有基站选择和分配信道 组的设计过程叫做频率复用或频率规划。
移动通信系统基本概念
空中网络
地面网络
Page 6
空中网络
空中网络是移动通信网的主要部分，其主要包括：
多址接入
在给定的频率资源下，如何提高系统的容量是蜂窝移动通信系统的重要问题。由于
采用何种多址接入方式直接影响到系统的容量，所以一直是人们研究的热点。
频率复用和蜂窝小区
早期移动通信系统的设计目标是通过使用安装在高塔上的、单个的大功率发射机而
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第二节 介绍
频率复用和蜂窝小区
大区制移动通信系统
频率复用和小区制移动通信
系统
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大区制移动通信系统
大区制是指一个基站覆盖整个服务区。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。 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。因此，大区制只能适用干小容 量的通信网，例如用户数在 1000以下的。这种制式的控制方式简 单，设备成本低，适用干中小城市、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。
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
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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
令 I 2iH , J 2 jH
式中H为小区中心到边的距离：
H
3 R 2
其中，R是小区的半径。这样， I 3iR, J 3 jR 代入上式即得D=sqrt(3N)R
其中 N i 2 ij j 2
N称为频率复用因子，也等于小区簇中包含小区的个数。因此N值 大时，频率复用距离D就大，但频率利用率就降低，因为它需要N 个不同的频点组。反之，N小则D小，频率利用率高，但可能会造 成较大的同频干扰，所以这是一对矛盾。 Page 27
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面状服务覆盖区(2/2)
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（K < S）个信道，并且S个信道在N个小区中分为各不相同的、 各自蚀立的信道组，而且每个信道组有相同的信道数目，那么可用 无线信道的总数为：S = KN 共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇。如果簇在系统中共同 复制了M次，则信道的总数C可以作为容量的一个度量：C＝ MKN ＝ MS 其中，N叫作簇的大小，典型值为 4、7或 12。如果簇 N减小而小 区的数目保持不变，则需要更多的簇来覆盖给定的范围，从而获得 更大的容量。N的值表现了移动台或基站可以承受的干扰，同时保 持令人满意的通信质量。 移动台或基站可以承受的干扰主要体现在由于频率复用所带来的同 频干扰。考虑同频干扰首先自然想到的是同频距离，因为电磁波的 传输损耗是随着距离的增加而增大的，所以干扰也必然减少。 25 Page
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蜂窝式组网理论的内容 (2/2)
多信道共用和越区切换
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，称为多信道共用技术。多信道共用 技术利用信道占用的间断性，使许多用户能够任意地、合理地选择信 道，以提高信道的使用效率，这与市话用户共同享有中继线相类似。 事实上，不是所有的呼叫都能在一个蜂窝小区内完成全部接续业务的， 为了保证通话的连续性，当正在通话的移动台进入相邻无线小区时， 移动通信系统必须具备业务信道自动切换到相邻小区基站的越区切换 功能，即切换到新的信道上，从而不中断通信过程。
概述
频率复用和蜂窝小区的设计是与移动网的区域覆盖和容量需求紧密 相连的。早期的移动通信系统采用的是大区覆盖，但随着移动通信 的发展，这种网络设什已远远不能满足需求，因而以蜂窝小区、频 率复用为代表的新型移动网的设计孕育而生了，它是解决频率资源 有限和用户容量问题的一个重大突破。 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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双频组频率设置
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三频组频率设计
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蜂窝系统的频率复用
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面状服务覆盖区（1/2)
小区频率复用的设计，指明了在哪使用了不同的频率信道。当考虑 要覆盖整个区域而没有重叠和间隙的几何形状时，只有三种可能的 选择：正方形、等边三角形和六边形。 上图所示的六边形小区是概念上的，是每个基站的简化覆盖模型。 用六边形作覆盖模型，则可用最小的小区数就能覆盖整个地理区域； 而且，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。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。当用六边形来模拟覆盖范围时， 基站发射机或者安置在小区的中心（中心激励小区），或者安置在 六边形的顶点之中的三个（顶点激励小区）。
切换和位置更新
采用蜂窝式组网后，切换技术就是一个重要的问题。不同的多址接入切换技术也有
所不同。位置更新是移动通信所特有的，由干移动用户要在移动网络中任意移动， 网络需要在任何时刻联系到用户，以有效地管理移动用户。完成这种功能的技术称 为移动性管理。
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蜂窝式组网理论的内容 (1/2)
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第一节 基本概念
移动通信系统基本概念
空中网络
地面网络
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地面网络
与空中网络相对应，地面网络部分主要包括 ：
服务区内各个基站的相互连接
基站与固定网络（PSTN、ISDN、数据网等）
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移动通信网的基本组成图
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移动通信网的基本组成
移动通信无线服务区由许多正六边形小区覆盖而成，呈蜂窝状，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）和基站子 系统（BSS）（通常包括移动台），是一个完整的信息传输实体。 移动通信中建立一个呼叫是由基站子系统和移动交换子系统共同完 成的；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，所有的呼叫都是经由SS建立连接的；操作维护管 理子系统负责管理控制整个移动网。 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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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：Biblioteka 一种是带状服务覆盖区；
另一种是面状服务覆盖区。
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带状服务覆盖区
铁路的列车无线电话、长途汽车的无线电话，以及沿海内河航行 的船舶无线电话系统等都属干带状服务区。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 ：
在蜂窝小区中定位同频小区的方法
为了找到某一特定小区的相距的同频相邻小区,必须按以下步骤进 行：
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。 右图中i=3、j=2(N=19)
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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
频率复用距离D (1/2)
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,下图为 N=7频率复用设计示例
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频率复用距离D (2/2)
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。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。
2 2 2 2 2 于是同频距离为 D I J 2IJ cos120 I IJ J
获得一个大画积的覆盖范围。虽然这种方式能获得很好的覆盖，但它同时也意味着 在系统中不能重复使用相同的频率，因为复用频率将导致干扰。随着移动通信的发 展，政府部门已不能使频率分配满足服务增长的需求，这样，调整移动通信系统结 构，以使其既能用有限的无线频率获得大容量，同时又能覆盖大画积范围，已迫在 眉睫。蜂窝小区和频率复用是一种新的概念和想法。它生要解决频率资源限制的问 题，并大大增加系统的容量。蜂窝小区和频率复用实际上是一种蜂窝组网的概念， 是由美国贝尔实验室最早提出的。
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第二节 介绍
频率复用和蜂窝小区
大区制移动通信系统
频率复用和小区制移动通信
系统
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频率复用
由于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， 所以基站天线设计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，相互间的干扰水平就可 在接受的范围之内。这一为整个系统中的所有基站选择和分配信道 组的设计过程叫做频率复用或频率规划。
移动通信系统基本概念
空中网络
地面网络
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空中网络
空中网络是移动通信网的主要部分，其主要包括：
多址接入
在给定的频率资源下，如何提高系统的容量是蜂窝移动通信系统的重要问题。由于
采用何种多址接入方式直接影响到系统的容量，所以一直是人们研究的热点。
频率复用和蜂窝小区
早期移动通信系统的设计目标是通过使用安装在高塔上的、单个的大功率发射机而
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第二节 介绍
频率复用和蜂窝小区
大区制移动通信系统
频率复用和小区制移动通信
系统
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大区制移动通信系统
大区制是指一个基站覆盖整个服务区。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。 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。因此，大区制只能适用干小容 量的通信网，例如用户数在 1000以下的。这种制式的控制方式简 单，设备成本低，适用干中小城市、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。