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1、第五章蜂窝组网技术1第五章 蜂窝移动通信系统n 学习重点和要求：n掌握关于蜂窝的概念n掌握频率复用的概念以及频率复用模型n掌握多址接入和系统容量的概念和原理n理解功率控制原理和过程n理解切换以及软切换的原理和流程n理解移动网格的组成25.1.蜂窝小区的概念和特点 3Problem to be solved4系统设计的关键问题n在频率资源一定的前提下，通过系统优化设计达到：n频率复用最大化；-覆盖区域最大n同频干扰最小化；-通信质量最好5系统设计的关键问题n频率资源宝贵而有限：n以美国为例，其无线频段采用出售政策，每M带宽拍卖价格数以亿计。n2006年8月，美国曾进行了历史上规模最大的无线电频段
2、拍卖，FCC对90MHz频段的1122张执照进行拍卖，最终成交1087张，收入达139亿美元。6无线通信系统设计者的难题n如何以最少的资源f1,f2,f3,f4.来实现n覆盖区域最大（频率复用最大化）n以f1,f2,f3,f4.fM覆盖完960万平方公里；并且要求M最小？n通信质量最好（同频干扰最小化）n在同频复用下，如何使得两个相邻的f1之间距离最大？7一个设计的例子nChile某公司拍得四段资源f1,f2,f3,f4为什么方法2是更佳的方式？8一个设计的例子n若采用f1,f2,f3,f4四个频段覆盖Chile全境，最佳算法等价于用“花形瓷砖”贴满全境，“花瓣”的数量为4，且每个频段各占一个
3、“花瓣”.此时同频小区距离为4小区长度.9设计的目的n但是世界上有很多国家！它们是球面！10设计的目的n如何在不同的频率资源f1,f2,f3,f4.fM下完成下完成“花砖花砖”对于整个平面的覆盖对于整个平面的覆盖？M片片“花瓣花瓣”又该如何排列？又该如何排列？ACBN=3,a=1,b=1DACBN=4,a=0,b=2N=7,a=1,b=2DCBAEFG115.2.蜂窝小区的概念和特点 5.2.1 大区制移动通信系统5.2.2 频率复用和小区制移动通信系统 125.2.1 大区制移动通信网n大区制n在一个服务区域（如一个城市）内只有一个基站，并由它负责移动通信的联络和控制。大区制移动通信网大区制
4、移动通信网BSMS1MS3MS213n早期的移动通信网一般是大区制n主要特点：n基站天线很高，几十几百米n基站发射功率大：50200Wn覆盖半径：3050kmn优点：网络结构简单，成本低n缺点：频谱利用率低，服务性能差，容量小，一般用户几十几百个，一般用于专网。14n提高覆盖半径是大区制需解决的问题n决定覆盖半径的因素：n地球的曲率限制了传输的极限范围n地形环境影响，信号传播可能产生盲区n多径反射限制了传输距离n移动台发射功率小，上行信号传输距离有限（上下行传输增益差可达612dB）15n解决上行问题的办法：n如图,设置分集接收台n基站发射用全向天线，接收用定向天线n提高基站接收灵敏度 大区制
5、设置分集接收台示大区制设置分集接收台示意图意图MS1MS2BSRdRdRd165.2 蜂窝小区的概念和特点 5.2.1 大区制移动通信系统大区制移动通信系统5.2.2频率复用和小区制移动通信系统频率复用和小区制移动通信系统 17n小区制网构成方式基本概念n小区制：利用频率复用的概念，将整个服务区域划分成若干个小区，每个小区分别设置一个低发射功率的基站，负责本小区的通信。n频率复用：nN个相邻的小区组成一个区群(簇)n将可供使用的频道划分成N组n区群内的每个小区使用不同的频率组n相邻区群重复使用相同的频率组分配模式18n基本小区有：（r0：小区半径）n超小区：r0 20km（农村）n宏小区：r0
6、 120km（人口稠密地区）n微小区：r0 0.11km（城市繁华区）n微微小区：r0 0.1km（办公室、家庭）n优点：提高频率利用率，组网灵活n缺点：网络构成复杂n按服务区形状分：条状服务区、面状服务区19n条状服务区n用户的分布呈条状（或带状），如铁路、公路、沿海水域等。小区小区 条状服务区条状服务区20多频复用方式多频复用方式ABABABABCABCABCDABCDn可采用多个频率复用n二频复用n三频复用n四频复用21n组网时需确定重叠区及载波/同频干扰比：n重叠区n重叠区太大，越区干扰大n重叠区小，弱电场区可能多。f1ABf2af1ABf2a22面状服务区面状服务区n指服务区不呈条状
7、而是一个宽广的平面23n小区形状：应该是规则结构：圆形（全向天线），三角形，正方形，六边形r24)蜂窝的由来：蜂窝的由来：对于同样大小的服务区域，采用正六对于同样大小的服务区域，采用正六对于同样大小的服务区域，采用正六对于同样大小的服务区域，采用正六边形构成小区所需的小区数最少，无重叠区，故所需边形构成小区所需的小区数最少，无重叠区，故所需边形构成小区所需的小区数最少，无重叠区，故所需边形构成小区所需的小区数最少，无重叠区，故所需的频率组数也最少，最经济。的频率组数也最少，最经济。的频率组数也最少，最经济。的频率组数也最少，最经济。仅有理论分析和设计意仅有理论分析和设计意仅有理论分析和设计意仅
8、有理论分析和设计意义。义。义。义。25n按基站对小区的覆盖方式：n中心激励：n基站位于小区中心，有时会有辐射阴影。n顶点激励：n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。26n簇（区群）：n共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇(区群)）n若N越小，则系统中区群复制得越多，系统容量越大，频率的利用率越高。nN叫做区群的大小，典型值3、4、7、9、12、n构成蜂窝网的二次几何图形27n设蜂窝移动系统共有S个不同的双向信道n其簇的大小为Nn簇内每个小区分配有K个信道，小区间信道分配各不相同n簇在系统中复制M次n则n S=KNn C=MKN=MSAAABCCCBBBCA28n
9、 构成簇的基本条件：n基本图案（簇）能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积。n相邻单元（簇）中，同频道的小区间距离相等，且为最大。29n 满足上述两个条件的簇的形状和簇内小区数满足上述两个条件的簇的形状和簇内小区数N是是有限的，并且有限的，并且N应该满足下式：应该满足下式：a 和b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，不能同时为零28272521191613129743N435434323221b230120120101a30n 簇内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a个小区，并逆时针方向旋转60，再移动b个小区。确定同频小区的方法确定同频小区的方法AaADb31常见正六边形小区群的图案常见正六边形小区群的图案ACBN=3,a=1,b=1DACBN=4,a=0,b=2N=7,a=1,b=2DCBAEFG32n思考：画一个N=4的蜂窝系统结构，要求至少包括3个区群，将簇中小区所用频率组用A,B,C,D标识。1.N=4对应的对应的2维坐标：维坐标：a=2,b=0DACBDACBDACB3.确定相邻区群确定相邻区群2.N=4的基本区群形状：的基本区群形状：DACBN=4,a=2,b=033作 业思考：画一个N=12的蜂窝系统结构，要求至少包括3个区群，将簇中小区所用频率组用A,B,C,D标识。34