[法学]北大无线通信讲义第二章.ppt

《移动通信》第二讲 蜂窝系统概念 马猛 2010-03 内容 早期的移动通讯设计思想是用安装在高塔天线大功率发射的方法尽可能地覆盖大的通讯面积。这种方法确实可以实现大面积覆盖，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。 单基站的大区制 覆盖面积大 系统容量低 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。 频率复用是蜂窝系统提高通信容量的关键。 两个问题： 如何划分小区区域？ 如何分配频率？ 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。 蜂窝小区的形状：可重排实现无缝覆盖的图形中，六边形最接近圆形 从几何球状问题的角度，六边形的小区布置最有利于减小小区之间的干扰。 实际小区的划分 实际小区的形状是不规则的； 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。 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)。 同频小区的干扰是需要考虑的一个重要问题； 为减小临小区同频干扰，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。 簇（Cluster）的概念 共同使用全部可用频率的N个小区称为一个簇。 整个区域的覆盖就通过簇的平移复制而成。 簇中小区的个数N 称为簇尺寸。 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。 如何进行频率再用 每个簇的小区数量N必须满足： 其中 i和 j 分别为沿小区的一个链路跨越 i 个小区, 再逆时针旋转60度跨越 j 个小区。典型值：1，3，4，7，12. 同频复用比例： R：小区半径， D：频率再用距离 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。 定义：频率复用因子为 1/N。 例题：一个FDD蜂窝电话系统，总带宽为33MHz，使用两个25kHz作为双向的话音和控制信道，当系统为（a）4小区复用，（b）7小区复用时，计算每个小区中可用信道的数目。如果其中已有1MHz作为控制信道用，确定在以上系统中，每个小区的控制信道和话音信道的均匀分配方案。 解：一对双向信道带宽：25kHz × 2＝50kHz 总共可用信道＝33000/50=660 个信道 （a） N＝4 每个小区信道数目＝660/4＝165个信道 （b） N＝7 每个小区信道数目＝660/7＝95个信道 控制信道：1MHz带宽，1000/50＝20个信道 当N＝4时，每个小区分5个控制信道和160个话音信道。 信道分配策略 (Channel Assignment Strategies) 固定分配策略 每一小区事先分配了一定数量的信道。任何从呼叫到通讯建立都必须建立在本小区有空闲信道的基础之上。否则，呼叫将被拒绝。 动态分配策略 在本小区无空闲信道的情况下，通过MSC到相邻近小区中借用一个信道使通讯得以建立。 MSC分配频率条件：1. 小区没有使用该频率，2. 最小频率复用距离内的小区也没使用该频率。 缺点：增大了MSC的处理负担。 考虑到干扰抑制、容量最大化等因素，信道分配策略要复杂得多 用户之间互干扰的抑制； 信道的自适应分配 切换 当移动站在不中断通讯的情况下从一小区穿进另一小区时，MSC自动地将这个通讯业务切换到第二小区的一个信道上的过程称之为切换。 这个过程不仅包括识别一个新的BS过程。而且还包括把语音信道和控制信令信道同时切换到另一个BS上的过程。 设定某个略强于接收机可接受服务质量的最小可用信号作为切换门限，接收信号低于门限值则进行切换。 为防