移动通信_第五章_蜂窝组网技术
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第5章蜂窝组网技术
时分多址（TDMA）方式 工作原理
系统特点
TDMA工作原理
在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每 一帧再分割成若干时隙，无论帧或时隙都是互不重叠的 每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户 基站按时隙排列顺序发收信号，各移动台在指定的时隙 内收发信号
MS1 时隙1 时隙2 一个TDMA帧 时隙3 …… 时隙N
位置管理
目的
把一个呼叫传送到随机移动的用户
主要任务
位臵登记 已知移动台的实时位臵信息时，更新位臵数据库和认证移动台 呼叫传递 在有呼叫给移动台的情况下，根据HLR（Home Location Register 归属寄存器）和VLR（Visitor Location Register 访问寄存器）中可用的位臵信息来定位移动台
干扰方式
起
因
解决方法
系统内非线性器件产生的各种组合 选用无互调的 互调干扰 频率成份落入本频道接收机通带内 频率集 相邻波道信号中存在的寄生辐射落 加大频道间的 邻道干扰 入本频道接收机带内 隔离度 相邻区群中同信道小区的信号造成 适当选择频道 同频干扰 的干扰 干扰因子Q
FDMA系统的特点
每信道占用一个载频，信道的相对带宽较 窄，即通常在窄带系统中实现 Ts >> ） ， 符号时间 >>平均延迟扩展（Ts 所以码间干扰较少，无需自适应均衡 基站复杂庞大，易产生信道间的互调干扰 必须使用带通滤波器来限制邻道干扰 越区切换复杂，必须瞬时中断传输，对于 数据传输将带来数据的丢失
涉及问题
位臵更新（Location Update） 解决移动台如何发现位臵变化以及何时报告当前位臵的问题 位臵寻呼（ Location Paging） 解决如何有效地确定移动台当前处于哪一个小区的问题
移动通信_第五章_蜂窝组网技术2011_TWB
《移动通信系统》
第五章 蜂窝组网 技术
授课教师：唐万斌 电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室
National Key Laboratory of Communications, University of Electronic Science and Technology of China
学习重点和要求
多址接入技术将信号维划分为不同的信道后 分配给用户。
蜂窝组网技术
5.3 多址接入技术
多址技术的分类
无冲突的多址接入技术
利用正交的信号纬度划分信道，使不同用户发射的 信号相互正交，没有冲突。
频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分 多址（CDMA）、空分多址（SDMA）
适用于连续及时延受限的业务，如话音或视频。
蜂窝组网技术
5.2 频率复用和蜂窝小区
同频复用比:参数Q叫做同频复用比（也叫同频 干扰抑制因子），与区群的大小有关。对于六 边形系统来说，Q可表示为
Q D 3N R
N i2 ij j2
Q的值越小则容量越大；而Q值大可以提高传播 质量，因为同频干扰小。在实际的蜂窝系统中， 需要对这两个目标进行协调和折衷
蜂窝组网技术
5.1移动通信网的基本概念
移动通信网络组成
空中网络
多址接入 频率复用和蜂窝小区
• 无线蜂窝式小区覆盖和小功率发射 • 频率复用 • 多信道共用和越区切换 • 位置更新
地面网络
各基站相互连接 基站与固定网络（PSTN、ISDN、PDN）的连接
蜂窝组网技术
主要内容
蜂窝组网技术52图55小区的形状图55小区的形状小区的形状蜂窝组网技术52小区形状正三角形正方形正六边形邻区距离小区面积交叠区宽度交叠区面积3r059r027r1三种形状小区的比较蜂窝组网技术52无线移动通信系统广泛使用六边形研究系统覆盖和业务需求实际上由于无线系统覆盖区的地形地貌不同无线电波传播环境不同产生的电波的长期衰落和短期衰落不同因而一个小区的实际无线覆盖是一个不规则的形状蜂窝组网技术52理想形状理想形状实际形状实际形状理论形状理论形状蜂窝组网技术52全向辐射天线基站120扇形辐射天线基站两种激励方式蜂窝组网技术52全向天线及定向天线的干扰小区全向天线及定向天线的干扰小区n7蜂窝组网技术52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道并且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而且每个信道组有相同的信道数目那么可用无线信道的总kn蜂窝组网技术52共同使用全部可用频率的n个小区叫做一簇cluster也叫区群
第五章 蜂窝组网 技术
授课教师：唐万斌 电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室
National Key Laboratory of Communications, University of Electronic Science and Technology of China
学习重点和要求
多址接入技术将信号维划分为不同的信道后 分配给用户。
蜂窝组网技术
5.3 多址接入技术
多址技术的分类
无冲突的多址接入技术
利用正交的信号纬度划分信道，使不同用户发射的 信号相互正交，没有冲突。
频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分 多址（CDMA）、空分多址（SDMA）
适用于连续及时延受限的业务，如话音或视频。
蜂窝组网技术
5.2 频率复用和蜂窝小区
同频复用比:参数Q叫做同频复用比（也叫同频 干扰抑制因子），与区群的大小有关。对于六 边形系统来说，Q可表示为
Q D 3N R
N i2 ij j2
Q的值越小则容量越大；而Q值大可以提高传播 质量，因为同频干扰小。在实际的蜂窝系统中， 需要对这两个目标进行协调和折衷
蜂窝组网技术
5.1移动通信网的基本概念
移动通信网络组成
空中网络
多址接入 频率复用和蜂窝小区
• 无线蜂窝式小区覆盖和小功率发射 • 频率复用 • 多信道共用和越区切换 • 位置更新
地面网络
各基站相互连接 基站与固定网络（PSTN、ISDN、PDN）的连接
蜂窝组网技术
主要内容
蜂窝组网技术52图55小区的形状图55小区的形状小区的形状蜂窝组网技术52小区形状正三角形正方形正六边形邻区距离小区面积交叠区宽度交叠区面积3r059r027r1三种形状小区的比较蜂窝组网技术52无线移动通信系统广泛使用六边形研究系统覆盖和业务需求实际上由于无线系统覆盖区的地形地貌不同无线电波传播环境不同产生的电波的长期衰落和短期衰落不同因而一个小区的实际无线覆盖是一个不规则的形状蜂窝组网技术52理想形状理想形状实际形状实际形状理论形状理论形状蜂窝组网技术52全向辐射天线基站120扇形辐射天线基站两种激励方式蜂窝组网技术52全向天线及定向天线的干扰小区全向天线及定向天线的干扰小区n7蜂窝组网技术52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道并且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而且每个信道组有相同的信道数目那么可用无线信道的总kn蜂窝组网技术52共同使用全部可用频率的n个小区叫做一簇cluster也叫区群
第五章 蜂窝组网技术
2r
3r
2.6r 2
2r 2
移动通信系统 广泛使用六边 形进行理论分 析和设计
实际形状
10
交叠区面积
r 1.2 r 2
0.59r 0.73 r 2
0.27r 0.35 r 2
基站对小区的激励方式
中心激励
基站位于小区中心， 由全向天线实现圆形 覆盖区，有时会有辐 射阴影。
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
C C A B C A B C A B
A B
一个簇对应一定的覆盖 区域，若达到单位面积 M=3, N=3, K=S/N 的覆盖需复制M 个簇， C=MS 则信道总数C为： C M KN M S 若N越小，则单位面积所需复制的区群越多，系统容 量越大，频率利用率越高。 14
举例
[例5.1]系统总的可用信道数S = 280，相同区域内， 用N = 7的区群（7小区复用）需要复制4次，而用 N = 4的区群（4小区复用）需要复制7次，求两种 情况下的信道总数和每个小区的可用信道数。 解：N = 7时
同频复用距离与小区半径之比
Q D R 3N
C I
3N L
n
C Qn I L
L:典型值为6（全向小区）
29
定向小区的同频干扰
C I
I
D
N
利用定向天线 可以降低同频 干扰，增大C/I 值，改善通信 质量。
D D D D D A D D C D D E G F D D B
L＝2或3
I:相邻i个小区的中心距离 I 2iH 3iR J 3 jR
D I 2 J 2 2 IJ cos1200 I 2 J 2 IJ
移动通信技术讲义-第5讲 蜂窝移动通信的组网
频率资源的管理
1、频率是一种特殊资源。它并不是取之不尽的。与别的资源相比，频率有一
无线电频率资源不是消耗性的，用户只是在某一空间和时间内占用，用完之后依然 存在，不使用或使用不当都是浪费；
② ③ ④
电波传播不分地区与国界； 具有时间、空间和频率的三维性，可以从这三方面实施其有效利用，提高利用率； 在空间传播时容易受到来自大自然和人为的各种噪声和干扰的污染。 基于以上这些特点，频率的分配和使用需在全球范围内制定统一的规则。国际上，
信道1
用户1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 …………… m-1 m
信道2 . . .
信道n
图2 共用信道方式示意图
信道1
用户2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 …………… m-1
信道 空闲
信道k 用户1接入 信道2
…
…
用户m接入 信道n
3、双工移动通信网规定工作在各频段的收、发频差分别为：
VHF（甚高频）频段为5.7MHz； UHF（超高频） 450MHz频段为10MHz； UHF 900MHz频段为45MHz。
4、双工移动通信网规定：
基站对移动台（下行链路）为发射频率高，接收频率低；
移动台对基站（上行链路）为发射频率低，接收频率高。
5、国家统一管理频率的机构是国家无线电管理委员会，移动通信组网必须
遵守国家有关规定，并接受当地无线电管理委员会的具体管理。
2.1.2
频率的有效利用技术
频率的有效利用就是从时间域、空间域和频率域这三个方面采用多种技术，以设法 提高频率的利用率。 （1）时间域的频率有效利用 在某一地区，如果某一用户固定占用了某一信道，但事实上不可能占用全部时间。
2016移动通信_第五章 蜂窝组网技术综述
H R A
J
A
120
D2
I2
IJ
J
2
,
I J
2iH 2 jH
,
H
R
3/2
❖由于R是小区的半径，有
❖带入有
I 3iR J 3 jR
D 3N R
5.2 频率复用和蜂窝小区
❖ 一定要用寻找相邻同频小区的方法确定相邻 区群的位置才能保证同频小区间距离最大：
D 3N R
▪ 以N=4, i=0, j=2为例，思考
5.5 蜂窝移动通信系统的容量分析
5.6 CDMA系统中的功率控制 5.7 切换、位置更新
5.3 多址接入技术
❖移动通信网 1. 下行链路(基站移动台) 基站
各移动台能识别发送给本 移动台的信号？
下行链路
2. 上行链路(移动台基站)
基站如何识别来自各个不
同移动台的信号？
基站
❖ 解决方案： 多址接入技术
▪ m=2或3
DDD DD
A
DDD
C
B
D
E
F
DD
G
DDD DD
120°定向覆盖的同频干扰
5.2 频率复用和蜂窝小区
❖蜂窝无线系统的典型干扰
1. 噪声——内部噪声，人为噪声，自然噪 声
2. 同频道干扰 定义：相邻区群中同频小区中同频信 道之间的干扰 典型解决方案：
➢组网时的频率规划
3. 邻道干扰
定义：来自相邻的或相近的频道的干扰 主要的产生原因：非理想带滤外波辐器射
C / I 1
4
3N 73.5 18.7dB
6
如果，N=4时，
C ( 3N )4
24 13.8(dB)
第五章 蜂窝组网技术(课堂PPT)
• 移动台（MS）也是一个子系统。通常，移动台实际上是由移动终 端设备和用户数据两部分组成的，移动终端设备称为移动设备，用 户数据存放在一个与移动设备可分离的数据模块中，此数据模块称 为用户识别卡（SIM）。
Page 13
课程内容
第一节 移动通信系统基本概念 第二节 频率复用和蜂窝小区 第三节 切换和位置管理 第四节 多址接入技术 第五节 蜂窝移动通信系统的容量分析 第六节 话务量和和损率简介
• 一般来说，移动通信网的区域覆盖方式可分为两类：一类是小容量 的大区制；另一类是大容量的小区制。
Page 16
第二节 频率复用和蜂窝小区 • 介绍 • 大区制移动通信系统 • 频率复用和小区制移动通信
系统
Page 覆盖整个服务区。为了增大单基站的服务区域， 天线架设要高，发射功率要大，但是这只能保证移动台可以接收到 基站的信号。反过来，当移动台发射时，由于受到移动台发射功率 的限制，因而无法保障通信。为解诀这个问题，可以在服务区内设 若干分集接收点与基站相连，利用分集接收来保证上行链路的通信 质量；也可以在基站采用全向辐射天线和定向接收天线，从而改善 上行链路的通信条件。
– 采用频率复用大大地缓解了频率资源紧缺的矛盾，增加了用户数目或 系统容量。频率复用能够从有限的原始频率分配中产生几乎无限的可 用频率，这是使系统容量趋于无限的极好方法。频率复用所带来的问 题是同频干扰，同频干扰的影响并不是与蜂窝之间的绝对距离有关， 而是与蜂窝间距离与小区半径比值有关。
Page 8
第五章 蜂窝组网技术
Page 1
学习目标
• 学习完本课程，您应该能够：
掌握蜂窝移动通信系统的概念和构成 掌握频率复用和蜂窝小区组网原理 了解切换和位置更新的概念 熟悉移动通信中的多址接入方式 了解小区容量分析、话务量及呼损的概念
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课程内容
第一节 移动通信系统基本概念 第二节 频率复用和蜂窝小区 第三节 切换和位置管理 第四节 多址接入技术 第五节 蜂窝移动通信系统的容量分析 第六节 话务量和和损率简介
• 一般来说，移动通信网的区域覆盖方式可分为两类：一类是小容量 的大区制；另一类是大容量的小区制。
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第二节 频率复用和蜂窝小区 • 介绍 • 大区制移动通信系统 • 频率复用和小区制移动通信
系统
Page 覆盖整个服务区。为了增大单基站的服务区域， 天线架设要高，发射功率要大，但是这只能保证移动台可以接收到 基站的信号。反过来，当移动台发射时，由于受到移动台发射功率 的限制，因而无法保障通信。为解诀这个问题，可以在服务区内设 若干分集接收点与基站相连，利用分集接收来保证上行链路的通信 质量；也可以在基站采用全向辐射天线和定向接收天线，从而改善 上行链路的通信条件。
– 采用频率复用大大地缓解了频率资源紧缺的矛盾，增加了用户数目或 系统容量。频率复用能够从有限的原始频率分配中产生几乎无限的可 用频率，这是使系统容量趋于无限的极好方法。频率复用所带来的问 题是同频干扰，同频干扰的影响并不是与蜂窝之间的绝对距离有关， 而是与蜂窝间距离与小区半径比值有关。
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第五章 蜂窝组网技术
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学习目标
• 学习完本课程，您应该能够：
掌握蜂窝移动通信系统的概念和构成 掌握频率复用和蜂窝小区组网原理 了解切换和位置更新的概念 熟悉移动通信中的多址接入方式 了解小区容量分析、话务量及呼损的概念
蜂窝移动通信的组网技术
2、移动台被呼 ① 移动控制交换中心收到受呼信号之后，经识别并确认被呼用户此时不在通话，则在 该中心控制区的所有基站，通过专用控制信道一齐发出呼叫信号，包括被呼叫移动 台的识别号码和信道指配代号等。有时可能移动台暂时未收到这个呼叫信号，因此 当没有收到移动台的应答时，基站应在一段时间内多次重复发出此呼叫信号。 ② 不在通话的移动台是锁定在专用控制信道上的，当收到此呼叫信号后即判别是否呼 叫本机，若判定为呼叫本机，则发出应答信号，并转入所指配的语音信道。 ③ 控制交换中心收到某一基站转来的应答信号之后即停止发送呼叫信号，接通线路， 开始计费。 ④ 若多次呼叫仍无应答（可能被叫用户离开本服务区或未开机等），即通知主呼用户 此次呼叫失败，不能建立通信。
该准则中，门限选择具有重要作用。例如在图中，如果门限太高，取为Th1，则该 准则与准则1相同。如果门限太低，取为Th3，则会因起较大的越区时延。此时，可
能会因链路质量较差而导致通信中断。另一方面，它会引起对同道用户的额外干扰。
c.
具有滞后余量的相对信号强度准则（准则3） 仅允许移动用户在新基站的信号强度比原基站信号强很多（即大于滞后余量）的情 况下进行越区切换。如图中的C点。
移到移动台与新基站之间的链路。
3、研究越区切换算法所关心的主要性能指标包括：越区切换的失败概率、因越 区失败而使通信中断的概率、越区切换的速率、越区切换引起的通信中断的
时间间隔以及越区切换发生的时延等。
4、分类：越区切换分为两大类，一类是硬切换，另一类是软切换。 ① 硬切换是指在新的连接建立以前，先中断旧的连接。 ② 软切换是指既维持旧的连接，又同时建立新的连接，并利用新、旧链路的分 集合并来改善通信质量，当与新基站建立可靠连接之后再中断旧链路。 在越区切换时，可以仅以某个方向（上行或下行）的链路质量为准，也 可以同时考虑双向链路的通信质量。
第五章 组网技术
其划分的原则是： 分割的频率互不重叠且能够传输一路已调语音信
号为基准，同时留有一定的保护频段，以防止相邻 用户之间频段的干扰。如图5-1所示。
第五章 组网技术
图5-1 FDMA的频道划分方法
在单纯的FDMA系统中，通常采用频分双工（FDD） 的方式来实现收发双方双工通信，即对基站来说，接 收频率f和发送频率F是不同的。
第五章 组网技术
§ 5.1多址技术
用户接入环节的区别: • 有线通信：有线资源，专用通道的方式； • 移动通信：多用户共享的方式
• 固定通信：解决接入的带宽问题——>调制 • 移动通信：如何接入，如何区分用户——>多址技术
第五章 组网技术
移动通信的本质是无线通信， 无线通信的电信号承载基础是无线电波， 无线电波的核心问题是频率. 区分用户信号的目的—— 其本质还是对频率资源的分配、占用问题。 多址技术产生的原因从表面上看是：无线信道数 量远远少于用户数量，而究其本质则是频谱资源的限 制所导致的。
第五章 组网技术
优缺点比较： ➢ 集中分配方法：
简单，可以采用频率调度，可获得用户分集增益， 降低了信道估计难度；
获得的频率分集增益较小，受传输中的衰落影响比 较大，因此用户平均性能略差；
第五章 组网技术
优缺点比较： ➢ 分布式扩展方法：
通过频域扩展，可利用不同子载波的频率选择性衰 落的独立性而获得频率分集增益，从而减小了衰落的 影响。
第五章 组网技术
（3）自适应子载波分配 如果在发送端知道每个用户在每个子载波上的 信噪比，就可以在分配子载波时，将信噪比高的子 载波分配给相应的用户。 由于小区中的用户所经历的无线信道是不同的， 因此对一个用户来说是最强的子载波，对其他用 户很有可能不是最强的，这样大部分用户可以分 配到较好的子载波。
号为基准，同时留有一定的保护频段，以防止相邻 用户之间频段的干扰。如图5-1所示。
第五章 组网技术
图5-1 FDMA的频道划分方法
在单纯的FDMA系统中，通常采用频分双工（FDD） 的方式来实现收发双方双工通信，即对基站来说，接 收频率f和发送频率F是不同的。
第五章 组网技术
§ 5.1多址技术
用户接入环节的区别: • 有线通信：有线资源，专用通道的方式； • 移动通信：多用户共享的方式
• 固定通信：解决接入的带宽问题——>调制 • 移动通信：如何接入，如何区分用户——>多址技术
第五章 组网技术
移动通信的本质是无线通信， 无线通信的电信号承载基础是无线电波， 无线电波的核心问题是频率. 区分用户信号的目的—— 其本质还是对频率资源的分配、占用问题。 多址技术产生的原因从表面上看是：无线信道数 量远远少于用户数量，而究其本质则是频谱资源的限 制所导致的。
第五章 组网技术
优缺点比较： ➢ 集中分配方法：
简单，可以采用频率调度，可获得用户分集增益， 降低了信道估计难度；
获得的频率分集增益较小，受传输中的衰落影响比 较大，因此用户平均性能略差；
第五章 组网技术
优缺点比较： ➢ 分布式扩展方法：
通过频域扩展，可利用不同子载波的频率选择性衰 落的独立性而获得频率分集增益，从而减小了衰落的 影响。
第五章 组网技术
（3）自适应子载波分配 如果在发送端知道每个用户在每个子载波上的 信噪比，就可以在分配子载波时，将信噪比高的子 载波分配给相应的用户。 由于小区中的用户所经历的无线信道是不同的， 因此对一个用户来说是最强的子载波，对其他用 户很有可能不是最强的，这样大部分用户可以分 配到较好的子载波。
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41 *
某蜂窝系统采用BPSK调制，假设接收信号为瑞利衰落，用户 要求的误码率为10-3，若系统的主要干扰和噪声只考虑同频干 扰，求能满足此要求的最小复用因子N？
假设干扰能近似为高斯分布 中心极限定理 假设路径损耗因子为4 已知误码率Pb与SIR的关系为Pb＝0.015/SIR(dB)
同时N应满足区群构成条件，即N可为4, 7, 9……，所以区群大小N至少为4时，才能满 足系统的载干比要求
29 *
例：蜂窝小区N=7的模式，设n=4，问其载干比? 解
1 C/I 6
3N
4
73.5 18.7 dB
如果，N=4时，
C ( 3 N )4 24 13.8( dB) I 6
i j
1 1
0 2 4
1 2 7
0 3
2 2
1 3
0 4
2 3
1 4
0 5
3 3
2 4
N 3
9 12 13 16 19 21 25 27 28
17 *
5.2 频率复用和蜂窝小区
簇间同频小区位置
的确定
沿着任意一条六 边形边的垂线方 向移动i个小区 ，并逆时针方向 旋转60°，再移 动j个小区。
A
n
Dk I P T 3)无效信号： d k 1 0
n
BS BS
D6 R
4)全向小区系统C/I ：
D2
MS D
D1
BS
R C P T d I 0
n
k 1
m
Dk P T d 0
m
n
BS
R n
n D K 1 k 1
一个基站覆盖整个服务区
MS1
天线架设高
发射功率大
MS3
BS
MS2
频谱效率低，小容量的通信网 控制方式简单、设备成本低
7
大区制移动通信网
*
5.2 频率复用和蜂窝小区
大容量小区制
小区制移动通信系统的频率复用和覆盖
有两种
一种是带状服务覆盖区
另一种是面状服务覆盖区
8
*
带状服务覆盖区
例,蜂窝移动通信系统，若使载干比C/I（假 设路径传输损耗因子n为4，并且只考虑第一 层同频干扰，不考虑最坏情况）大于13dB ，请问区群大小N应该为多少？ 13 C 解： 13dB 1010 19.95
C I
3N m
n
I
( 3 N )4 19.95 6
N 3.65
10
*
5.2 频率复用和蜂窝小区
同频小区：频率复用意味着在一个给定的覆 盖区域内，存在着许多使用同一组频率的小 区，这些小区叫做同频小区。
同频干扰：这些同频小区之间的信号干扰叫
做同频干扰（也叫同道干扰）。
为了减小同频干扰，同频小区必须在物理上
隔开一个最小的距离，为传播提供充分的隔 离
*
正六边形构成小 面状服务覆盖区:蜂窝网 区所需的小区数 在平面区域内划分小区 最少，无重叠区 全向天线的覆盖区是圆形。
I 2iH J 2 jH
2 2 2
120
D I J 2 IJ cos120
2
0
I IJ J
2
23
*
5.2 频率复用和蜂窝小区
由于R是小区的半径，有
I 3iR
带入有
J 3 jR
D 3N R
*
5.2 频率复用和蜂窝小区
一定要用寻找相邻同频小区的方法确定相邻 区群的位置才能保证同频小区间距离最大：
基本图案（簇）能彼此邻接且无空隙
地覆盖整个面积。
相邻单元（簇）中，同频道的小区间
距离相等，且为最大。
16
*
满足上述两个条件的簇的形状和簇内小区
数N是有限的，并且N应该满足下式：
N i ij j
2
2
i 和j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
二者能提供的信道总数
N=7时
1 C/I 6
3N
4
18.7(dB)
每个小区的可用信道数
K S / N 280 / 7 40
则总的可用信道数
C MNK 4 7 40 28 40 1120
同频复用比 Q
Q 3N 4.58
N=4时
C ( 3 N )4 13.8(dB) I 6
实际滤波器 f 理想滤波器
典型解决方案：
接收机滤波器阻带衰减设计，最大程度地 衰减邻道干扰 组网的频率规划：同一小区内的频率组有 足够的隔离度
37 *
互调干扰
定义：非线性器件产生的组合频率成
分落入本频道造成的干扰 主要的产生原因：非线性器件
38
*
典型解决方案： 器件的非线性优化处理 组网的频率规划：
D
3N R
以N=4, i=0, j=2为例，思考
B A C D B A C D
D 2 3 R 3.5 R
B
A D C D
B A C
D=3R
错误
正确
*
5.2 频率复用和蜂窝小区
全向小区系统C/I 的计算
如图，同频小区围
绕着某一小区可分 为多层。
1 1 1 1 第三层 1 1 1 1 1 1 1 1 第二层
F
D D
35
120°定向覆盖的同频干扰
*
5.2 频率复用和蜂窝小区
蜂窝无线系统的典型干扰
1. 噪声——内部噪声，人为噪声，自然噪 声 2. 同频道干扰 定义：相邻区群中同频小区中同频信 道之间的干扰
典型解决方案：
组网时的频率规划
36 *
3. 邻道干扰
定义：来自相邻的或相近的频道的干扰 主要的产生原因：非理想滤波器 带外辐射
*
5.2 频率复用和蜂窝小区
同频复用比 Q : 与区群的大小有关。对于六边形系统来说，Q
可表示为
D Q 3N R
Q的值越小则容量越大； Q值大可以提高传播质量，因为同频干扰小
例，系统总的可用信道数S=280，相同区域内，用N=7
的区群需要复制4次，而用N=4的区群需要复制7次，求
m
DK R k 1
n
27
*
5.2 频率复用和蜂窝小区
若干扰基站与移动台的距离相等， D=Dk，则移动台的载干比可近似表示为
C I R n
D
k 1 k
m
n
R n mD n
则
C ( D / R) I m
n
3N m
28
n
, m典型为6
1
来自第一层的同频
干扰最强。
分析时，可只考虑
第一层同频干扰。
第一层
同频小区分布
26
*
1) 设所有BS发射功率相同，同频复用距离 为D，小区半径为R，干扰台离MS的距离 分别为Dk(k=1,2…m)
BS BS
D5 D4 D3
2) 有效信号： C
BS
P T
m
R d0
B A B D B D C D
N=4, i=0, j=2
3. 确定相邻区群的位置
21 *
5.2 频率复用和蜂窝小区
同频小区之间的距离D
22
*
H
H为小区中心到边的距离
30 0
R
H R cos(30 ) R 3 / 2
0
A
相邻j个小区的中心距离
J 2 jH
A
J
同频小区之间的距离D
解:
由 Pb与SIR的关系,可知 SIR = 0.015/ Pb =
15(dB)
因为假设系统的主要噪声和干扰为同频干扰,
且服从高斯分布 C / I 15(dB) 可知, SIR ≈ CIR 4 1 N 7 C / I 3 N 15(dB)
每个小区的可用信道数
K S / N 280 / 4 70
则总的可用信道数C MNK 7 4 70 28 70 1960
*
3.46 同频复用比 Q Q 3N 33
5.2 频率复用和蜂窝小区
结论： N越大，则意味着同频小区间距离越远，
同频干扰越小。
移动通信
第五章 蜂窝组网技术
胡苏 通信抗干扰技术国家级重点实验室
主要内容
5.1移动通信网的基本概念 5.2 频率复用和蜂窝小区 5.3 多址接入技术 5.4 码分多址关键技术
5.5 蜂窝移动通信系统的容量分析
5.6 CDMA系统中的功率控制
5.7 切换、位置更新
2 *
主要内容
5.1移动通信网的基本概念 5.2 频率复用和蜂窝小区 5.3 多址接入技术 5.4 码分多址关键技术
30
*
设蜂窝移动系统共有S个不同的双向信道
其簇的大小为N 簇内每个小区分配有K个信道 小区间信道分配各不相同 C A 簇在系统中复制M次 B 则 可用无线信道的总数
S=KN 信道的总数C(容量) C=MKN=MS
31
C A B C A B A C B
N=3, K=S/N
M=3, C=MS
*
5.2 频率复用和蜂窝小区
簇（区群）：
共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇(区
群）
若N越小，则系统中区群复制得越多，系统容
某蜂窝系统采用BPSK调制，假设接收信号为瑞利衰落，用户 要求的误码率为10-3，若系统的主要干扰和噪声只考虑同频干 扰，求能满足此要求的最小复用因子N？
假设干扰能近似为高斯分布 中心极限定理 假设路径损耗因子为4 已知误码率Pb与SIR的关系为Pb＝0.015/SIR(dB)
同时N应满足区群构成条件，即N可为4, 7, 9……，所以区群大小N至少为4时，才能满 足系统的载干比要求
29 *
例：蜂窝小区N=7的模式，设n=4，问其载干比? 解
1 C/I 6
3N
4
73.5 18.7 dB
如果，N=4时，
C ( 3 N )4 24 13.8( dB) I 6
i j
1 1
0 2 4
1 2 7
0 3
2 2
1 3
0 4
2 3
1 4
0 5
3 3
2 4
N 3
9 12 13 16 19 21 25 27 28
17 *
5.2 频率复用和蜂窝小区
簇间同频小区位置
的确定
沿着任意一条六 边形边的垂线方 向移动i个小区 ，并逆时针方向 旋转60°，再移 动j个小区。
A
n
Dk I P T 3)无效信号： d k 1 0
n
BS BS
D6 R
4)全向小区系统C/I ：
D2
MS D
D1
BS
R C P T d I 0
n
k 1
m
Dk P T d 0
m
n
BS
R n
n D K 1 k 1
一个基站覆盖整个服务区
MS1
天线架设高
发射功率大
MS3
BS
MS2
频谱效率低，小容量的通信网 控制方式简单、设备成本低
7
大区制移动通信网
*
5.2 频率复用和蜂窝小区
大容量小区制
小区制移动通信系统的频率复用和覆盖
有两种
一种是带状服务覆盖区
另一种是面状服务覆盖区
8
*
带状服务覆盖区
例,蜂窝移动通信系统，若使载干比C/I（假 设路径传输损耗因子n为4，并且只考虑第一 层同频干扰，不考虑最坏情况）大于13dB ，请问区群大小N应该为多少？ 13 C 解： 13dB 1010 19.95
C I
3N m
n
I
( 3 N )4 19.95 6
N 3.65
10
*
5.2 频率复用和蜂窝小区
同频小区：频率复用意味着在一个给定的覆 盖区域内，存在着许多使用同一组频率的小 区，这些小区叫做同频小区。
同频干扰：这些同频小区之间的信号干扰叫
做同频干扰（也叫同道干扰）。
为了减小同频干扰，同频小区必须在物理上
隔开一个最小的距离，为传播提供充分的隔 离
*
正六边形构成小 面状服务覆盖区:蜂窝网 区所需的小区数 在平面区域内划分小区 最少，无重叠区 全向天线的覆盖区是圆形。
I 2iH J 2 jH
2 2 2
120
D I J 2 IJ cos120
2
0
I IJ J
2
23
*
5.2 频率复用和蜂窝小区
由于R是小区的半径，有
I 3iR
带入有
J 3 jR
D 3N R
*
5.2 频率复用和蜂窝小区
一定要用寻找相邻同频小区的方法确定相邻 区群的位置才能保证同频小区间距离最大：
基本图案（簇）能彼此邻接且无空隙
地覆盖整个面积。
相邻单元（簇）中，同频道的小区间
距离相等，且为最大。
16
*
满足上述两个条件的簇的形状和簇内小区
数N是有限的，并且N应该满足下式：
N i ij j
2
2
i 和j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
二者能提供的信道总数
N=7时
1 C/I 6
3N
4
18.7(dB)
每个小区的可用信道数
K S / N 280 / 7 40
则总的可用信道数
C MNK 4 7 40 28 40 1120
同频复用比 Q
Q 3N 4.58
N=4时
C ( 3 N )4 13.8(dB) I 6
实际滤波器 f 理想滤波器
典型解决方案：
接收机滤波器阻带衰减设计，最大程度地 衰减邻道干扰 组网的频率规划：同一小区内的频率组有 足够的隔离度
37 *
互调干扰
定义：非线性器件产生的组合频率成
分落入本频道造成的干扰 主要的产生原因：非线性器件
38
*
典型解决方案： 器件的非线性优化处理 组网的频率规划：
D
3N R
以N=4, i=0, j=2为例，思考
B A C D B A C D
D 2 3 R 3.5 R
B
A D C D
B A C
D=3R
错误
正确
*
5.2 频率复用和蜂窝小区
全向小区系统C/I 的计算
如图，同频小区围
绕着某一小区可分 为多层。
1 1 1 1 第三层 1 1 1 1 1 1 1 1 第二层
F
D D
35
120°定向覆盖的同频干扰
*
5.2 频率复用和蜂窝小区
蜂窝无线系统的典型干扰
1. 噪声——内部噪声，人为噪声，自然噪 声 2. 同频道干扰 定义：相邻区群中同频小区中同频信 道之间的干扰
典型解决方案：
组网时的频率规划
36 *
3. 邻道干扰
定义：来自相邻的或相近的频道的干扰 主要的产生原因：非理想滤波器 带外辐射
*
5.2 频率复用和蜂窝小区
同频复用比 Q : 与区群的大小有关。对于六边形系统来说，Q
可表示为
D Q 3N R
Q的值越小则容量越大； Q值大可以提高传播质量，因为同频干扰小
例，系统总的可用信道数S=280，相同区域内，用N=7
的区群需要复制4次，而用N=4的区群需要复制7次，求
m
DK R k 1
n
27
*
5.2 频率复用和蜂窝小区
若干扰基站与移动台的距离相等， D=Dk，则移动台的载干比可近似表示为
C I R n
D
k 1 k
m
n
R n mD n
则
C ( D / R) I m
n
3N m
28
n
, m典型为6
1
来自第一层的同频
干扰最强。
分析时，可只考虑
第一层同频干扰。
第一层
同频小区分布
26
*
1) 设所有BS发射功率相同，同频复用距离 为D，小区半径为R，干扰台离MS的距离 分别为Dk(k=1,2…m)
BS BS
D5 D4 D3
2) 有效信号： C
BS
P T
m
R d0
B A B D B D C D
N=4, i=0, j=2
3. 确定相邻区群的位置
21 *
5.2 频率复用和蜂窝小区
同频小区之间的距离D
22
*
H
H为小区中心到边的距离
30 0
R
H R cos(30 ) R 3 / 2
0
A
相邻j个小区的中心距离
J 2 jH
A
J
同频小区之间的距离D
解:
由 Pb与SIR的关系,可知 SIR = 0.015/ Pb =
15(dB)
因为假设系统的主要噪声和干扰为同频干扰,
且服从高斯分布 C / I 15(dB) 可知, SIR ≈ CIR 4 1 N 7 C / I 3 N 15(dB)
每个小区的可用信道数
K S / N 280 / 4 70
则总的可用信道数C MNK 7 4 70 28 70 1960
*
3.46 同频复用比 Q Q 3N 33
5.2 频率复用和蜂窝小区
结论： N越大，则意味着同频小区间距离越远，
同频干扰越小。
移动通信
第五章 蜂窝组网技术
胡苏 通信抗干扰技术国家级重点实验室
主要内容
5.1移动通信网的基本概念 5.2 频率复用和蜂窝小区 5.3 多址接入技术 5.4 码分多址关键技术
5.5 蜂窝移动通信系统的容量分析
5.6 CDMA系统中的功率控制
5.7 切换、位置更新
2 *
主要内容
5.1移动通信网的基本概念 5.2 频率复用和蜂窝小区 5.3 多址接入技术 5.4 码分多址关键技术
30
*
设蜂窝移动系统共有S个不同的双向信道
其簇的大小为N 簇内每个小区分配有K个信道 小区间信道分配各不相同 C A 簇在系统中复制M次 B 则 可用无线信道的总数
S=KN 信道的总数C(容量) C=MKN=MS
31
C A B C A B A C B
N=3, K=S/N
M=3, C=MS
*
5.2 频率复用和蜂窝小区
簇（区群）：
共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇(区
群）
若N越小，则系统中区群复制得越多，系统容