现代无线通信技术 邬正义 (4)
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X
4.2 蜂窝数字移动通信网
第 7
页
4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
移动通信网的服务区体制可分为大区制和小区制两种。
大区制就是用一个基站覆盖整个服务区。其特点是 基站只有一个天线，架设高，功率大，覆盖半径大 （20~50km），但容纳的用户数有限（几百户），扩 容非常困难。
小区制就是将整个服务区划分为若干个小区，在各 小区中分别设置基站，负责本小区移动通信的联络 和控制。另外设立移动交换中心，负责与各基站之 间的联系和对系统的集中控制管理。
X
4.2 蜂窝数字移动通信网
第 8
页
4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
在小区制中，可以应用频率复用技术，提高频带 利用率。小区数目越多，整个通信系统的容量就越大。 小区制比大区制在技术上要复杂得多。但小区制的优 点远远超过了它的缺点，而且随着电子技术和计算机 技术的发展，复杂的控制和电路设备都已经可以实现， 因此，地面公用移动通信网选用小区制是无可争议的。
120 o 120o
(b) 顶点激励
120 o
X
4.2 蜂窝数字移动通信网
第 18
页
4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
X
4.2 蜂窝数字移动通信网
第 9
页
4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
1、小区形状的选择
小区制的服务区有带状服务区和面状服务区两种， 面状服务区是地面移动通信服务区的主要形式。
一个全向天线辐射的覆盖区是个圆形，为了不留 空隙地覆盖一个面状服务区，一个个圆形辐射区之间 一定会有很多的重叠区域。去除重叠之后，每个辐射 区的有效覆盖区是一个多边形。
Pt
Gt
Gr
(
ht hr d2
)2
ht为发射天线的高度， hr为接收天线的高度， d为发射机与接收机之 间的距离（d=d1+d2）
平坦表面传播时的直射波与反射波
X
4.1 概述
第 5
页
4.1.3 移动通信系统的电波传播
3、多径效应
引起的信号衰落可分为两种
（1）大尺度衰落
PL
PL(d
0
)
10 n
lg(
第 14
页
4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
3、同频小区的距离
A
D
A
b个
r A
120o
a个
同信道小区中心之间的距离为
A A
b
D
r
a
A A
A A
D r 3(a2 b2 ab)
X
4.2 蜂窝数字移动通信网
第 15
页
4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
4、同频干扰和载干比
蜂窝系统中由于有多个使用相同频率的小区，因此
X
4.2 蜂窝数字移动通信网
第 10
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理 1、小区形状的选择
d
d
d
面状服务区的小区形状
X
4.2 蜂窝数字移动通信网
第 11
页
4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
选择形状时考虑的问题： 邻接小区中心间距d越大越好，间隔大则干扰小；
单位小区的有效面积越大越好，面积大则使一个区域 小区个数少，使用频率数少；重叠区域面积小为好， 重叠的地方少使得同频干扰减小；重叠距离要小，使 移动通信便于跟踪交接；所需无线电频率个数越少越 好。
X
4.1 概述
第 2
页
4.1.2 移动通信的特点 移动通信是指通信的双方或至少有一方处在运动
状态中进行的信息交换。 1、电波传播条件恶劣 2、环境噪声、干扰和多普勒频移影响严重 3、组网技术比固定通信复杂 4、频率资源有限和用户增加的矛盾突出
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4.1 概述
第 3
页
4.1.3 移动通信系统的电波传播
1、自由空间传播
Pr
(d )
G1Gr 2 Pt (4 )2 d 2 L
Pr为接收天线的接收功率，Pt为发射机的发射功率， Gt为发射天线增益，Gr为接收天线增益，d为发射机 与接收机之间的距离，L为综合损耗因子，λ为波长
X
4.1 概述
第 4
页
4.1.3 移动通信系统的电波传播
2、平坦表面的传播
Pr
N a2 b2 ab
式中，a ， b为不能同时为零的正整数
X
4.2 蜂窝数字移动通信网
第 13
页
4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
d
1 321
32
d
d
1 2 12 3434
d
d
72 61 3 7 2
5 4 61 3 54
d
N=3
N=4
N=7
不同小区数N构成的区群形状
X
4.2 蜂窝数字移动通信网
d d0
)
PL 为平均大尺度路径损耗，单位为dB；n为路径损 耗指数；d0为近地参考距离；d为发射机和接收机之 间的距离。
X
4.1 概述
第 6
页
4.1.3 移动通信系统的电波传播
3、多径效应
引起的信号衰落可分为两种
（2）小尺度衰落
是指无线电信号在经过短时间或短距离传播 以后其幅度快速衰落。 三 ①经过短距离或短时间传播后信号强度发生急剧变化； 个 ②在不同多径信号上存在着时变的多普勒频移引起的 表 随机频率调制； 现 ③多径传播延时引起的扩展。
将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上，每个 基站采用三副120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，每个小区由三副 120度扇形天线共同覆盖，称为“顶点激励”。
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理 5、中心激励与顶点激励
(a) 中心激励
第4章 数字移动通信技术
第 1
页
4.1 概述
4.1.1 移动通信的发展历史
20世纪20年代，车载无线电系统 1946年，“城市系统” 1978年，AMPS，蜂窝移动通信网 20世纪80年代，TACS 20世纪80年代中期，GSM（我国从1997年开始使用） 1993年，IS-95（N-CDMA） 1991年，B-CDMA进入实验阶段 目前，3G（我国的TD-SCDMA），4G
综合结论：采用正六边形面状服务区 ——蜂窝式移动通信网
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4.2 蜂窝数字移动通信网
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
2、区群的形成 两个条件： （1）区群之间可以邻接，且无空隙无重叠地进行覆盖； （2）邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之间 的距离相等。 区群内的小区数N应满足下式：
可能会发生同频干扰。一般用载干比（C/I）来描述同
频干扰的大小。
移动台处于小区边缘时的载干比近似为：
C I
1 ( D)4 6r
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4.2 蜂窝数字移动通信网
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
5、中心激励与顶点激励
在每个小区中，基站可设在小区的中央，用全向天 线形成圆形覆盖区，称为“中心激励”。
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
移动通信网的服务区体制可分为大区制和小区制两种。
大区制就是用一个基站覆盖整个服务区。其特点是 基站只有一个天线，架设高，功率大，覆盖半径大 （20~50km），但容纳的用户数有限（几百户），扩 容非常困难。
小区制就是将整个服务区划分为若干个小区，在各 小区中分别设置基站，负责本小区移动通信的联络 和控制。另外设立移动交换中心，负责与各基站之 间的联系和对系统的集中控制管理。
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
在小区制中，可以应用频率复用技术，提高频带 利用率。小区数目越多，整个通信系统的容量就越大。 小区制比大区制在技术上要复杂得多。但小区制的优 点远远超过了它的缺点，而且随着电子技术和计算机 技术的发展，复杂的控制和电路设备都已经可以实现， 因此，地面公用移动通信网选用小区制是无可争议的。
120 o 120o
(b) 顶点激励
120 o
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
1、小区形状的选择
小区制的服务区有带状服务区和面状服务区两种， 面状服务区是地面移动通信服务区的主要形式。
一个全向天线辐射的覆盖区是个圆形，为了不留 空隙地覆盖一个面状服务区，一个个圆形辐射区之间 一定会有很多的重叠区域。去除重叠之后，每个辐射 区的有效覆盖区是一个多边形。
Pt
Gt
Gr
(
ht hr d2
)2
ht为发射天线的高度， hr为接收天线的高度， d为发射机与接收机之 间的距离（d=d1+d2）
平坦表面传播时的直射波与反射波
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4.1 概述
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4.1.3 移动通信系统的电波传播
3、多径效应
引起的信号衰落可分为两种
（1）大尺度衰落
PL
PL(d
0
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10 n
lg(
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
3、同频小区的距离
A
D
A
b个
r A
120o
a个
同信道小区中心之间的距离为
A A
b
D
r
a
A A
A A
D r 3(a2 b2 ab)
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4、同频干扰和载干比
蜂窝系统中由于有多个使用相同频率的小区，因此
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理 1、小区形状的选择
d
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面状服务区的小区形状
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
选择形状时考虑的问题： 邻接小区中心间距d越大越好，间隔大则干扰小；
单位小区的有效面积越大越好，面积大则使一个区域 小区个数少，使用频率数少；重叠区域面积小为好， 重叠的地方少使得同频干扰减小；重叠距离要小，使 移动通信便于跟踪交接；所需无线电频率个数越少越 好。
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4.1 概述
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4.1.2 移动通信的特点 移动通信是指通信的双方或至少有一方处在运动
状态中进行的信息交换。 1、电波传播条件恶劣 2、环境噪声、干扰和多普勒频移影响严重 3、组网技术比固定通信复杂 4、频率资源有限和用户增加的矛盾突出
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4.1.3 移动通信系统的电波传播
1、自由空间传播
Pr
(d )
G1Gr 2 Pt (4 )2 d 2 L
Pr为接收天线的接收功率，Pt为发射机的发射功率， Gt为发射天线增益，Gr为接收天线增益，d为发射机 与接收机之间的距离，L为综合损耗因子，λ为波长
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4.1 概述
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4.1.3 移动通信系统的电波传播
2、平坦表面的传播
Pr
N a2 b2 ab
式中，a ， b为不能同时为零的正整数
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
d
1 321
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d
1 2 12 3434
d
d
72 61 3 7 2
5 4 61 3 54
d
N=3
N=4
N=7
不同小区数N构成的区群形状
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4.2 蜂窝数字移动通信网
d d0
)
PL 为平均大尺度路径损耗，单位为dB；n为路径损 耗指数；d0为近地参考距离；d为发射机和接收机之 间的距离。
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4.1 概述
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4.1.3 移动通信系统的电波传播
3、多径效应
引起的信号衰落可分为两种
（2）小尺度衰落
是指无线电信号在经过短时间或短距离传播 以后其幅度快速衰落。 三 ①经过短距离或短时间传播后信号强度发生急剧变化； 个 ②在不同多径信号上存在着时变的多普勒频移引起的 表 随机频率调制； 现 ③多径传播延时引起的扩展。
将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上，每个 基站采用三副120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，每个小区由三副 120度扇形天线共同覆盖，称为“顶点激励”。
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理 5、中心激励与顶点激励
(a) 中心激励
第4章 数字移动通信技术
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4.1 概述
4.1.1 移动通信的发展历史
20世纪20年代，车载无线电系统 1946年，“城市系统” 1978年，AMPS，蜂窝移动通信网 20世纪80年代，TACS 20世纪80年代中期，GSM（我国从1997年开始使用） 1993年，IS-95（N-CDMA） 1991年，B-CDMA进入实验阶段 目前，3G（我国的TD-SCDMA），4G
综合结论：采用正六边形面状服务区 ——蜂窝式移动通信网
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
2、区群的形成 两个条件： （1）区群之间可以邻接，且无空隙无重叠地进行覆盖； （2）邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之间 的距离相等。 区群内的小区数N应满足下式：
可能会发生同频干扰。一般用载干比（C/I）来描述同
频干扰的大小。
移动台处于小区边缘时的载干比近似为：
C I
1 ( D)4 6r
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4.2.1 蜂窝形小区制区域覆盖原理
5、中心激励与顶点激励
在每个小区中，基站可设在小区的中央，用全向天 线形成圆形覆盖区，称为“中心激励”。