无线通信原理与应用-3.1 频率复用

• 频率复用对蜂窝系统容量的影响：
•
设：在蜂窝系统中，每个小区有k个信道，由N个小区组成
一个簇，在这个簇中共有S个不同信道，即：
•
S = kN
• 如果这个簇被重复使用了M 次，总共的信道个数为：
•
C = MS = MkN
• 结论： – 整个系统容量正比于复用次数M。在总信道数S一定的情况下， M越大总容量越大； – 如果保持容量C不变，减小N 则须使M值增大。这种作法相当 于在保持系统通信容量不变的前提下，减少使用不同信道的 小区个数，则这些信道的重复用次数必须增加，即：频率复 用效率增加。
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
簇（Cluster）的概念
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N＝4
共同使用全部可用频率的N 个小区称为一个簇。
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§3.1 频率复用
• 早期移动通信系统的设计思想是用 安装在高塔上的、单个大功率发射 机来获取大面积的覆盖。这种方法 确实可以实现很好的覆盖，但是它 排除了频率再使用的可能性。
• 70年代Bell Lab在纽约的移动通信系 统虽可覆盖上千平方英里的范围， 但仅能提供12个通信业务信道。
一个链路跨越 i 个小区, 再
逆时针旋转60度跨越 j 个
N=7
小区。典型值：1，3，4，
7，12.
• 同频复用比例：
Q D / R 3N
• R：小区半径， • D：频率再用距离
N=19
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f1 f1
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f1
f1
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i=1,j=1; N＝3; D=3R
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N=4 N=12
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• 每个簇的小区数量N必须 满足：
•
N
2
i
ij
j2
其中 i和 j 分别为沿小区的
每个基站分配可用信道或频 段的一部分，相邻基站分配 另外一些不同的信道；
信道复用；
蜂窝小区1
蜂窝小区2
蜂窝小区7
蜂窝小区8
蜂窝小区4
蜂窝小区9
蜂窝小区3
蜂窝小区6
蜂窝小区5
• 蜂窝概念和原理是现代无线通信系统的基础！
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• 蜂窝技术是将有限的无线频谱资源在空间上重复 • 使用，以提高通信容量的一种方法。
– 覆盖面积小 – 系统容量高 • 频率复用是蜂窝系统提高通信容量的关键。
频率复用（Frequency Reuse，或称频率再用）原理 在无线蜂窝系统中，每个小区需要使用一个频率（对TDD）， 或一对频率（对FDD），在对基站发射功率严格控制的情况下， 相隔距离足够远的两个小区，可以重复使用这个频率，以提高 频谱资源的利用率。这种方法称为蜂窝系统的频率再用 （Frequency reuse)。
减小小区之间的干扰
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• 实际小区的划分 – 实际小区的形状是不规则的，并且取决于场 强测量模型和传播预测模型； – 通常允许将基站安置的位置与理论上的位置 有1/4小区半径的偏差。
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• 蜂窝小区的形状：通过排列可实现无缝、无重叠覆盖的图形包括等边 三角形、正方形和正六边形。
（1）正六边形最接近圆形！ （2）正六边形的覆盖面积最大！ （3）从几何球状问题的角度，六边形的小区布置最有利于
蜂窝小区5
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• 划分区域要求： – 无缝无重叠覆盖 – 覆盖效率－－接近圆形 • 天线辐射图决定了小区大致的形状 • 假定所有基站都采用中心激励的全向天线、相同的发 射功率，理想传播环境，这时每个基站所能被接收的 功率大于某个门限的区域构成一个圆形的小区。
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同频小区的干扰是需要考虑 的一个重要问题；
为减小相邻小区的同频干扰， 需要加大同频小区的距离；
同频小区之间用其它频率的 小区隔离。
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整个区域的覆盖就通过簇的 平移复制而成。
D 簇中小区的个数N 称为簇大 小（size）。
不同簇之间使用相同频率的
小区的最小距离D称为再用 距离。
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如何进行频率再用
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第3章 蜂窝的概念
3.1 频率复用
内 容
3.2 信道分配及切换
提
3.3 干扰和系统容量
要
3.4 中继和系统容量
3.5 提高蜂窝系统容量
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• 两个问题：
– 如何划分小区区域
– 如何分配频率（或称之为频 谱）
蜂窝小区1 蜂窝小区2 蜂窝小区7
？
蜂窝小区8 蜂窝小区4 蜂窝小区9 蜂窝小区3 蜂窝小区6
• 单基站的大区制 – 覆盖面积大 – 系统容量低
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• 蜂窝概念的核心思想：
用多个小功率的发射机来替 代单个的大功率发射机，每 个只能提供服务范围内的一 小部分覆盖；