移动通信技术——移动通信系统组网

4.1 蜂窝组网技术
4.1.1 移动通信网的区域覆盖
1．大区制
大区制是指在特定的服务区内只设 一个基站，负责服务区内所有用户的无 线链路使用，如图4-1所示。
图4-1 大区制示意图
2．小区制
（1）小区制的特点
在小区制（每个基站仅覆盖一个小 区）网络中为了满足系统频率资源和频 谱利用率之间的约束关系，我们需要将 相同的频率在相隔一定距离的小区中重 复使用来达到系统的要求。
图4-2 小区制示意图
（2）带状网
带状网主要用于覆盖公路、铁路、 水运航道、海岸沿线等狭长区域，如图 4-3所示。
基站天线若用全向辐射，覆盖区形 状是圆形的，如图4-3（a）所示，带状 网宜采用有向天线，使每个小区呈扁圆 形，如图4-3（b）所示。
图4-3 带状网
（3）面状网
假定整个服务区的地形、地物相同，基 站采用全向天线无空隙地覆盖整个平面的服 务区，全向天线辐射的覆盖区域是一个圆。
C = MS =MkN
3．区群结构的实现
单位区群内小区数N越大，同信道小区的 距离D就越远，抗同频干扰的性能就越好。
但是相应地，单位区群内小区数N越大， 需要的信道组越多，频谱利用率下降。
所以单位区群内小区数N与同信道小区的 距离D为互为矛盾的指标，须折中考虑。
实际应用中，将D/r值定义为共道干 扰抑制因子、共道再用因子或同频复用 因子，用Q表示，即
（2）扇区划分技术
蜂窝移动通信系统中的同频干扰可以通 过使用定向天线代替基站中单独的一根全向 天线来减小，其中每个定向天线辐射某一个 特定的扇区。
这种使用定向天线来减少同频干扰，从 而提高系统容量的技术叫做扇区划分技术。
扇区划分技术与小区分裂不同，它
可以保持小区半径不变，容量的提高是 通过减少同频干扰以达到提高频率利用 率来实现的。
（1）单位区群之间可以无空隙无重叠地 进行邻接。
（2）邻接之后的区群应保证同信道小区 之间的中心距离相等。 单位无线区群内小区的个数（N） 应满足下式：
N i2 ij j2 i，j为正整数
2．频率复用的概念
频率复用的机理基于无线电波传播 路径损耗特性，即如果两个基站之间的 距离足够远，那么用于一个基站的频率 可以在另一个基站上复用。
2．固定频道分配方法
（1）分区分组分配法
分区分组分配法频率分配原则如下。 ① 尽量减少占用的总频段，提高频谱的利 用率。
② 单位无线区群中不能使用相同的频道， 以避免同频道干扰。
③ 每个无线小区应采用无三阶互调的频道 组，以避免三阶互调干扰。
（2）等频距分配法
等频距分配法是按等频率间隔来配 置信道的，只要频距选得足够大，就可 以有效地避免邻道干扰。
为了理解频率复用的概念，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个信道（k<S），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，那么可用信道的总数（S）与单 位区群内小区的个数（N）以及每小区信道数 （k）的关系可表示为
S = kN
如果单位区群在系统中复制了M次，则双 向信道的总数C可以作为容量的一个度量，即
这样的频率配置可能正好满足产生 互调的频率关系，但正因为频距大，干 扰易于被接收机输入滤波器滤除而不易 作用到非线性器件上，这也就避免了互 调的产生。
Q D 3N r
4．中心激励和顶点激励
在每个小区中，基站可以设在小区的中央， 用全向天线形成圆形覆盖区，这就是“中心激 励”方式，如图4-10（a）所示。
也可以将基站设计在每个小区六边形的3个 顶点上，每个基站采用3副扇形辐射的定向天线， 分别覆盖3个相邻小区的各三分之一区域，每个 小区由3副120°扇形天线共同覆盖，这就是所 谓的“顶点激励”方式，如图4-10（b）所示。
4.1.2 蜂窝小区的特性
1．区群的构成
在移动通信中，为了避免同信道干 扰，相邻小区显然不能用相同的信道。
为了保证同信道小区之间有足够的 距离，附近的若干小区都不能用相同的 信道。
这些不同信道的小区组成一个区群， 称为单位无线区群，也叫作一簇。
只有不同区群内的小区才能进行信道 再用。
单位无线区群的构成应满足两个基本 条件。
4.2 无线系统的信道分配
1．频道分组的原则
（1）频道分组的原则
① 根据不同的移动通信系统的无线频率 使用要求，选择双工方式、载频中心频 率、频道间隔、收发间隔等。
② 确定无互调干扰或尽量减小互调干扰 的分组方法。
③ 考虑有效利用频率资源、减小基站天 线高度和尽量减小发射功率，在满足射 频防护比的前提下，确定频道分组数。
图4-10 两种激励方式
5．蜂窝小区增加容量的方法
常用的扩容技术有：小区分裂、扇 区划分、选用直放站、微小区技术等。
下面重点介绍小区分裂和扇区划分 技术。
（1）小区分裂
小区分裂通过用更小的小区代替较大的 小区来允许系统容量的增长，同时采用同频 复用因子不变的信道分配策略，通过减小小 区半径、重组系统来获得容量的增加。
圆形辐射区之间一定含有很多的交叠， 在考虑了交叠之后，实际上每个辐射区的有 效覆盖区是一个多边形。
小区形状如图4-6所示。
图4-6 小区的形状
在辐射半径r相同的条件下，计算出 3种形状小区的邻区距离、小区面积、交 叠区宽度和交叠区面积如表4-2所示，定 性分析也可由图4-6直接看出。
表4-2 3种形状小区的比较
第4章 移动通信系统组网
4.1
蜂窝组网技术
4.2
无线系统的信道分配
4.3
多信Fra Baidu bibliotek共用
4.4 蜂窝组网系统干扰和容量分析
4.5
蜂窝系统的移动性管理
4.6
蜂窝网络设计应用实例
本章主要内容如下。 ① 蜂窝组网的必要性及蜂窝小区的特性。 ② 无线系统的信道分配策略。 ③ 多信道共用的意义。
④ 话务量、服务等级和信道数的关系。 ⑤ 蜂窝组网干扰和不同接入方式的容量 分析。 ⑥ 蜂窝系统的移动性管理。 ⑦ GSM系统的蜂窝网络设计。
（2）频道分配时需注意的问题
① 在同一频道组中不能有相邻序号的频 道。 ② 相邻序号的频道不能分配于相邻小区 或相邻扇区。
③ 应根据移动通信设备抗邻道干扰能力 来设定相邻频道的最小频率间隔。
④ 根据规定的射频防护比建立频率复用 的频道分配图案。
⑤ 保证频率计划、远期规划、新归网和 重叠网频率分配的协调一致。