蜂窩網(wǎng)基本概念——小區(qū)、區(qū)群與系統(tǒng)容量1蜂窩網(wǎng)基本概念——小區(qū)、區(qū)群與系統(tǒng)容量1主要內(nèi)容概述小區(qū)的概念區(qū)群的組成同頻干擾與系統(tǒng)容量信道配置方法提高容量的措施2主要內(nèi)容概述2概述早期移動(dòng)通信系統(tǒng)：采用大區(qū)制特點(diǎn)：高架天線、大功率發(fā)射機(jī)——增大覆蓋面積缺點(diǎn)傳輸損耗隨著距離的增加而增加，而且與地形環(huán)境密切相關(guān)，因而移動(dòng)臺(tái)與基站之間的通信距離是有限的，服務(wù)范圍受到限制。可容納的用戶數(shù)是有限制的，無(wú)法滿足大容量的要求。3概述早期移動(dòng)通信系統(tǒng)：采用大區(qū)制3概述改進(jìn)：覆蓋范圍為了使服務(wù)區(qū)達(dá)到無(wú)縫覆蓋，提高系統(tǒng)容量，采用多個(gè)基站來(lái)覆蓋給定的服務(wù)區(qū)。每個(gè)小區(qū)設(shè)置一個(gè)基站，它只覆蓋本小區(qū)的區(qū)域系統(tǒng)容量從理論上講，我們可以給每個(gè)小區(qū)分配不同的頻率，但這樣需要大量的頻率資源，且頻譜利用率低。為了減少對(duì)頻率資源的需求和提高頻譜利用率，需將相同的頻率在相隔一定距離的小區(qū)中重復(fù)使用。只要使用相同頻率的小區(qū)（同頻小區(qū)）之間干擾足夠小即可。4概述改進(jìn)：4小區(qū)的概念小區(qū)的形狀全向天線輻射的覆蓋區(qū)是個(gè)圓形。為了不留空隙地覆蓋整個(gè)平面，一個(gè)個(gè)圓形輻射區(qū)之間一定含有很多的交疊。在考慮了交疊之后，實(shí)際上每個(gè)輻射區(qū)的有效覆蓋區(qū)是一個(gè)多邊形。要用多邊形無(wú)空隙、無(wú)重疊地覆蓋一個(gè)平面的區(qū)域，可取的形狀只有三種。5小區(qū)的概念小區(qū)的形狀5小區(qū)的概念小區(qū)的形狀6小區(qū)的概念小區(qū)的形狀6小區(qū)的概念這三種形狀中哪一種最好呢?在輻射半徑r相同的條件下，計(jì)算出三種形狀小區(qū)的鄰區(qū)距離、小區(qū)面積、交疊區(qū)寬度和交疊區(qū)面積如下表所示。7小區(qū)的概念這三種形狀中哪一種最好呢?7小區(qū)的概念在服務(wù)區(qū)面積一定的情況下，正六邊形小區(qū)的形狀最接近理想的圓形，相鄰小區(qū)的重疊部分最少，小區(qū)的面積最大。用它覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)所需的基站數(shù)最少，也最經(jīng)濟(jì)，且相鄰小區(qū)之間的相互干擾最小。正六邊形構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)形同蜂窩，因此把小區(qū)形狀為正六邊形的小區(qū)制移動(dòng)通信網(wǎng)稱為蜂窩網(wǎng)。8小區(qū)的概念在服務(wù)區(qū)面積一定的情況下，正六邊形小區(qū)的形狀最接近小區(qū)的概念9小區(qū)的概念9區(qū)群的組成在小區(qū)范圍之內(nèi)，無(wú)線電信號(hào)要保持足夠的強(qiáng)度（有效通信距離為小區(qū)的半徑）。但無(wú)線電信號(hào)不可能只限制在小區(qū)的范圍之內(nèi)。為了減小同頻道干擾，相鄰小區(qū)不能使用相同的頻道。為了保證同信道小區(qū)之間有足夠的距離，附近的若干個(gè)小區(qū)都不能用相同的頻道。這些相鄰的、使用不同頻道的小區(qū)組成一個(gè)區(qū)群，只有不同區(qū)群內(nèi)的小區(qū)才能進(jìn)行頻道再用。10區(qū)群的組成在小區(qū)范圍之內(nèi)，無(wú)線電信號(hào)要保持足夠的強(qiáng)度（有效通區(qū)群的組成區(qū)群的定義：相鄰的使用不同頻道的所有小區(qū)，這些小區(qū)共同使用了系統(tǒng)提供的所有頻率資源。含義：區(qū)群中的每個(gè)小區(qū)只使用了部分頻率資源，但一個(gè)區(qū)群包含了全部的頻率資源。11區(qū)群的組成區(qū)群的定義：11區(qū)群的組成12區(qū)群的組成12區(qū)群的組成區(qū)群的組成應(yīng)滿足兩個(gè)條件：區(qū)群之間可以鄰接，且無(wú)空隙無(wú)重疊地進(jìn)行覆蓋。鄰接之后的區(qū)群應(yīng)保證各個(gè)相鄰?fù)诺佬^(qū)之間的距離相等。滿足上述條件的區(qū)群形狀和區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)不是任意的。可以證明，區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)應(yīng)滿足下式：13區(qū)群的組成區(qū)群的組成應(yīng)滿足兩個(gè)條件：13區(qū)群的組成14區(qū)群的組成14區(qū)群的組成15區(qū)群的組成15區(qū)群的組成16區(qū)群的組成16區(qū)群的組成相鄰?fù)l道小區(qū)位置的確定方法：自某一小區(qū)A出發(fā)，先沿邊的垂線方向跨j個(gè)小區(qū)，逆時(shí)針（或順時(shí)針）旋轉(zhuǎn)60°，再跨i個(gè)小區(qū)，這樣就到達(dá)同頻道小區(qū)A。在正六邊形的六個(gè)方向上，可以找到六個(gè)相鄰?fù)l道小區(qū)，所有相鄰A小區(qū)之間的距離都相等。17區(qū)群的組成相鄰?fù)l道小區(qū)位置的確定方法：17區(qū)群的組成18區(qū)群的組成18區(qū)群的組成相鄰?fù)l道小區(qū)距離的確定方法：相鄰小區(qū)之間的距離：相鄰?fù)l道小區(qū)的距離：19區(qū)群的組成相鄰?fù)l道小區(qū)距離的確定方法：19區(qū)群的組成設(shè)系統(tǒng)共有S個(gè)可用的雙向信道，服務(wù)區(qū)域可劃分為M個(gè)小區(qū)，小區(qū)半徑固定為r，每個(gè)小區(qū)的信道數(shù)目相同，區(qū)群大小為N。每小區(qū)信道數(shù)k＝S／N系統(tǒng)總的信道數(shù)C=M×k=S×M／N同頻道再用距離系統(tǒng)容量↑→k↑

→N↓

。同頻干擾↓→D↑

→N↑

。同頻干擾和系統(tǒng)容量之間有一個(gè)折衷。20區(qū)群的組成設(shè)系統(tǒng)共有S個(gè)可用的雙向信道，服務(wù)區(qū)域可劃分為M個(gè)同頻干擾與系統(tǒng)容量干擾是影響蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)性能和容量的主要因素。干擾的主要類型：鄰道干擾——相鄰的或鄰近頻道的信號(hào)相互干擾。互調(diào)干擾——互調(diào)干擾是由傳輸信道中的非線性電路產(chǎn)生的。當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)不同頻率的信號(hào)同時(shí)輸入到非線性電路時(shí)，由于非線性器件的作用，會(huì)產(chǎn)生許多諧波和組合頻率分量，其中與所需信號(hào)頻率ω0相接近的組合頻率分量會(huì)順利通過(guò)接收機(jī)而形成干擾，即互調(diào)干擾。同頻干擾——由于同頻道再用導(dǎo)致同頻小區(qū)之間相互干擾。汽車火花干擾等外界干擾信號(hào)和噪聲的影響。其中，同頻干擾、鄰道干擾和互調(diào)干擾的影響最大，且無(wú)法根除，屬于系統(tǒng)干擾。21同頻干擾與系統(tǒng)容量干擾是影響蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)性能和容量的主要因素。同頻干擾與系統(tǒng)容量為了減小同頻道干擾的影響和保證接收信號(hào)的質(zhì)量，必須使接收機(jī)輸入端的有用信號(hào)功率與同頻道干擾功率之比大于某個(gè)數(shù)值，該數(shù)值稱為射頻防護(hù)比。由于同頻道干擾影響與調(diào)制制度及頻偏有關(guān)，因此在不同信號(hào)和不同干擾下，射頻防護(hù)比有所不同。22同頻干擾與系統(tǒng)容量為了減小同頻道干擾的影響和保證接收信號(hào)的質(zhì)同頻干擾與系統(tǒng)容量?jī)H考慮相鄰的同頻小區(qū)之間的干擾。因此有以下表達(dá)式： 信干比（射頻防護(hù)比）假設(shè)所有的基站的發(fā)射功率都相同。整個(gè)覆蓋區(qū)域的路徑衰減指數(shù)相同。23同頻干擾與系統(tǒng)容量?jī)H考慮相鄰的同頻小區(qū)之間的干擾。23同頻干擾與系統(tǒng)容量距離發(fā)射天線d處接收到的平均信號(hào)功率Pr可由下式來(lái)估算：可見：其中，P0為距離d0處的接收功率。n（＝2～4）為路徑衰減指數(shù)，與電波傳播環(huán)境有關(guān)。在最壞情況下，移動(dòng)臺(tái)位于小區(qū)的邊緣，此時(shí)有用信號(hào)最弱，而同頻干擾最強(qiáng)。24同頻干擾與系統(tǒng)容量距離發(fā)射天線d處接收到的平均信號(hào)功率Pr可同頻干擾與系統(tǒng)容量則有：如果N足夠大，可做近似：則有：可見，同頻干擾決定了鏈路性能，同時(shí)也確定了頻率復(fù)用方案和蜂窩系統(tǒng)的總體容量。25同頻干擾與系統(tǒng)容量則有：25信道配置方法將所有信道分成N組，每個(gè)區(qū)群內(nèi)的各個(gè)小區(qū)固定使用其中的一組。分組時(shí)的考慮：每組中的頻道不會(huì)形成明顯的干擾。分區(qū)分組配置法（小區(qū)內(nèi)采用無(wú)三階互調(diào)的相容信道組，以避免互調(diào)干擾）。等頻距配置法（按等頻率間隔來(lái)配置信道，只要頻距選得足夠大，就可有效地避免鄰道干擾）。26信道配置方法將所有信道分成N組，每個(gè)區(qū)群內(nèi)的各個(gè)小區(qū)固定使用信道配置方法分區(qū)分組配置法：（N=7）第一組1，5， 14，20，34，36第二組2，9， 13，18，21，31第三組3，8， 19，25，33，40第四組4，12， 16，22，37，39第五組6，10， 27，30，32，41第六組7，11， 24，26，29，35第七組15，17， 23，28，38，4227信道配置方法分區(qū)分組配置法：（N=7）27信道配置方法等頻距配置法：（N=7）第一組1，8， 15，22，29，…第二組2，9， 16，23，30，…第三組3，10，17，24，31，…第四組4，11，18，25，32，…第五組5，12，19，26，33，…第六組6，13，20，27，34，…第七組7，14，21，28，35，…這樣的頻率配置可能正好滿足產(chǎn)生互調(diào)的頻率關(guān)系，但正因?yàn)轭l距大，干擾易于被接收機(jī)輸入濾波器濾除而不易作用到非線性器件，避免了互調(diào)的產(chǎn)生。28信道配置方法等頻距配置法：（N=7）28提高容量的措施措施1——?jiǎng)澐稚葏^(qū)中心激勵(lì)與頂點(diǎn)激勵(lì)中心激勵(lì)：基站設(shè)在小區(qū)的中心（全向天線）；頂點(diǎn)激勵(lì)：基站設(shè)在小區(qū)的某幾個(gè)頂點(diǎn)上（方向性天線）29提高容量的措施措施1——?jiǎng)澐稚葏^(qū)29提高容量的措施頂點(diǎn)激勵(lì)（劃分扇區(qū)）的好處采用120度定向天線后，所接收的同頻干擾功率僅為采用全向天線的1/3，可減少系統(tǒng)的同道干擾。同頻道小區(qū)距離可適當(dāng)減小，從而提高系統(tǒng)容量。劃分扇區(qū)的缺點(diǎn)：一個(gè)小區(qū)的頻道劃分為三組，每個(gè)扇區(qū)使用一組降低了中繼效率，話務(wù)量有所損失。30提高容量的措施頂點(diǎn)激勵(lì)（劃分扇區(qū)）的好處30提高容量的措施31提高容量的措施31提高容量的措施措施2——小區(qū)分裂在整個(gè)服務(wù)區(qū)中，每個(gè)小區(qū)的大小可以是相同的，這只能適應(yīng)用戶密度均勻的情況。事實(shí)上服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶密度是不均勻的。在用戶密度高的市中心區(qū)可使小區(qū)的面積小一些，在用戶密度低的市郊區(qū)可使小區(qū)的面積大一些。小區(qū)分裂可以提高單位面積的信道數(shù)。32提高容量的措施措施2——小區(qū)分裂32提高容量的措施小區(qū)分裂33提高容量的措施小區(qū)分裂33提高容量的措施34提高容量的措施34蜂窩網(wǎng)基本概念——小區(qū)、區(qū)群與系統(tǒng)容量35蜂窩網(wǎng)基本概念——小區(qū)、區(qū)群與系統(tǒng)容量1主要內(nèi)容概述小區(qū)的概念區(qū)群的組成同頻干擾與系統(tǒng)容量信道配置方法提高容量的措施36主要內(nèi)容概述2概述早期移動(dòng)通信系統(tǒng)：采用大區(qū)制特點(diǎn)：高架天線、大功率發(fā)射機(jī)——增大覆蓋面積缺點(diǎn)傳輸損耗隨著距離的增加而增加，而且與地形環(huán)境密切相關(guān)，因而移動(dòng)臺(tái)與基站之間的通信距離是有限的，服務(wù)范圍受到限制。可容納的用戶數(shù)是有限制的，無(wú)法滿足大容量的要求。37概述早期移動(dòng)通信系統(tǒng)：采用大區(qū)制3概述改進(jìn)：覆蓋范圍為了使服務(wù)區(qū)達(dá)到無(wú)縫覆蓋，提高系統(tǒng)容量，采用多個(gè)基站來(lái)覆蓋給定的服務(wù)區(qū)。每個(gè)小區(qū)設(shè)置一個(gè)基站，它只覆蓋本小區(qū)的區(qū)域系統(tǒng)容量從理論上講，我們可以給每個(gè)小區(qū)分配不同的頻率，但這樣需要大量的頻率資源，且頻譜利用率低。為了減少對(duì)頻率資源的需求和提高頻譜利用率，需將相同的頻率在相隔一定距離的小區(qū)中重復(fù)使用。只要使用相同頻率的小區(qū)（同頻小區(qū)）之間干擾足夠小即可。38概述改進(jìn)：4小區(qū)的概念小區(qū)的形狀全向天線輻射的覆蓋區(qū)是個(gè)圓形。為了不留空隙地覆蓋整個(gè)平面，一個(gè)個(gè)圓形輻射區(qū)之間一定含有很多的交疊。在考慮了交疊之后，實(shí)際上每個(gè)輻射區(qū)的有效覆蓋區(qū)是一個(gè)多邊形。要用多邊形無(wú)空隙、無(wú)重疊地覆蓋一個(gè)平面的區(qū)域，可取的形狀只有三種。39小區(qū)的概念小區(qū)的形狀5小區(qū)的概念小區(qū)的形狀40小區(qū)的概念小區(qū)的形狀6小區(qū)的概念這三種形狀中哪一種最好呢?在輻射半徑r相同的條件下，計(jì)算出三種形狀小區(qū)的鄰區(qū)距離、小區(qū)面積、交疊區(qū)寬度和交疊區(qū)面積如下表所示。41小區(qū)的概念這三種形狀中哪一種最好呢?7小區(qū)的概念在服務(wù)區(qū)面積一定的情況下，正六邊形小區(qū)的形狀最接近理想的圓形，相鄰小區(qū)的重疊部分最少，小區(qū)的面積最大。用它覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)所需的基站數(shù)最少，也最經(jīng)濟(jì)，且相鄰小區(qū)之間的相互干擾最小。正六邊形構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)形同蜂窩，因此把小區(qū)形狀為正六邊形的小區(qū)制移動(dòng)通信網(wǎng)稱為蜂窩網(wǎng)。42小區(qū)的概念在服務(wù)區(qū)面積一定的情況下，正六邊形小區(qū)的形狀最接近小區(qū)的概念43小區(qū)的概念9區(qū)群的組成在小區(qū)范圍之內(nèi)，無(wú)線電信號(hào)要保持足夠的強(qiáng)度（有效通信距離為小區(qū)的半徑）。但無(wú)線電信號(hào)不可能只限制在小區(qū)的范圍之內(nèi)。為了減小同頻道干擾，相鄰小區(qū)不能使用相同的頻道。為了保證同信道小區(qū)之間有足夠的距離，附近的若干個(gè)小區(qū)都不能用相同的頻道。這些相鄰的、使用不同頻道的小區(qū)組成一個(gè)區(qū)群，只有不同區(qū)群內(nèi)的小區(qū)才能進(jìn)行頻道再用。44區(qū)群的組成在小區(qū)范圍之內(nèi)，無(wú)線電信號(hào)要保持足夠的強(qiáng)度（有效通區(qū)群的組成區(qū)群的定義：相鄰的使用不同頻道的所有小區(qū)，這些小區(qū)共同使用了系統(tǒng)提供的所有頻率資源。含義：區(qū)群中的每個(gè)小區(qū)只使用了部分頻率資源，但一個(gè)區(qū)群包含了全部的頻率資源。45區(qū)群的組成區(qū)群的定義：11區(qū)群的組成46區(qū)群的組成12區(qū)群的組成區(qū)群的組成應(yīng)滿足兩個(gè)條件：區(qū)群之間可以鄰接，且無(wú)空隙無(wú)重疊地進(jìn)行覆蓋。鄰接之后的區(qū)群應(yīng)保證各個(gè)相鄰?fù)诺佬^(qū)之間的距離相等。滿足上述條件的區(qū)群形狀和區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)不是任意的。可以證明，區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)應(yīng)滿足下式：47區(qū)群的組成區(qū)群的組成應(yīng)滿足兩個(gè)條件：13區(qū)群的組成48區(qū)群的組成14區(qū)群的組成49區(qū)群的組成15區(qū)群的組成50區(qū)群的組成16區(qū)群的組成相鄰?fù)l道小區(qū)位置的確定方法：自某一小區(qū)A出發(fā)，先沿邊的垂線方向跨j個(gè)小區(qū)，逆時(shí)針（或順時(shí)針）旋轉(zhuǎn)60°，再跨i個(gè)小區(qū)，這樣就到達(dá)同頻道小區(qū)A。在正六邊形的六個(gè)方向上，可以找到六個(gè)相鄰?fù)l道小區(qū)，所有相鄰A小區(qū)之間的距離都相等。51區(qū)群的組成相鄰?fù)l道小區(qū)位置的確定方法：17區(qū)群的組成52區(qū)群的組成18區(qū)群的組成相鄰?fù)l道小區(qū)距離的確定方法：相鄰小區(qū)之間的距離：相鄰?fù)l道小區(qū)的距離：53區(qū)群的組成相鄰?fù)l道小區(qū)距離的確定方法：19區(qū)群的組成設(shè)系統(tǒng)共有S個(gè)可用的雙向信道，服務(wù)區(qū)域可劃分為M個(gè)小區(qū)，小區(qū)半徑固定為r，每個(gè)小區(qū)的信道數(shù)目相同，區(qū)群大小為N。每小區(qū)信道數(shù)k＝S／N系統(tǒng)總的信道數(shù)C=M×k=S×M／N同頻道再用距離系統(tǒng)容量↑→k↑

→N↓

。同頻干擾↓→D↑

→N↑

。同頻干擾和系統(tǒng)容量之間有一個(gè)折衷。54區(qū)群的組成設(shè)系統(tǒng)共有S個(gè)可用的雙向信道，服務(wù)區(qū)域可劃分為M個(gè)同頻干擾與系統(tǒng)容量干擾是影響蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)性能和容量的主要因素。干擾的主要類型：鄰道干擾——相鄰的或鄰近頻道的信號(hào)相互干擾。互調(diào)干擾——互調(diào)干擾是由傳輸信道中的非線性電路產(chǎn)生的。當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)不同頻率的信號(hào)同時(shí)輸入到非線性電路時(shí)，由于非線性器件的作用，會(huì)產(chǎn)生許多諧波和組合頻率分量，其中與所需信號(hào)頻率ω0相接近的組合頻率分量會(huì)順利通過(guò)接收機(jī)而形成干擾，即互調(diào)干擾。同頻干擾——由于同頻道再用導(dǎo)致同頻小區(qū)之間相互干擾。汽車火花干擾等外界干擾信號(hào)和噪聲的影響。其中，同頻干擾、鄰道干擾和互調(diào)干擾的影響最大，且無(wú)法根除，屬于系統(tǒng)干擾。55同頻干擾與系統(tǒng)容量干擾是影響蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)性能和容量的主要因素。同頻干擾與系統(tǒng)容量為了減小同頻道干擾的影響和保證接收信號(hào)的質(zhì)量，必須使接收機(jī)輸入端的有用信號(hào)功率與同頻道干擾功率之比大于某個(gè)數(shù)值，該數(shù)值稱為射頻防護(hù)比。由于同頻道干擾影響與調(diào)制制度及頻偏有關(guān)，因此在不同信號(hào)和不同干擾下，射頻防護(hù)比有所不同。56同頻干擾與系統(tǒng)容量為了減小同頻道干擾的影響和保證接收信號(hào)的質(zhì)同頻干擾與系統(tǒng)容量?jī)H考慮相鄰的同頻小區(qū)之間的干擾。因此有以下表達(dá)式： 信干比（射頻防護(hù)比）假設(shè)所有的基站的發(fā)射功率都相同。整個(gè)覆蓋區(qū)域的路徑衰減指數(shù)相同。57同頻干擾與系統(tǒng)容量?jī)H考慮相鄰的同頻小區(qū)之間的干擾。23同頻干擾與系統(tǒng)容量距離發(fā)射天線d處接收到的平均信號(hào)功率Pr可由下式來(lái)估算：可見：其中，P0為距離d0處的接收功率。n（＝2～4）為路徑衰減指數(shù)，與電波傳播環(huán)境有關(guān)。在最壞情況下，移動(dòng)臺(tái)位于小區(qū)的邊緣，此時(shí)有用信號(hào)最弱，而同頻干擾最強(qiáng)。58同頻干擾與系統(tǒng)容量距離發(fā)射天線d處接收到的平均信號(hào)功率Pr可同頻干擾與系統(tǒng)容量則有：如果N足夠大，可做近似：則有：可見，同頻干擾決定了鏈路性能，同時(shí)也確定了頻率復(fù)用方案和蜂窩系統(tǒng)的總體容量。59同頻干擾與系統(tǒng)容量則有：25信道配置方法將所有信道分成N組，每個(gè)區(qū)群內(nèi)的各個(gè)小區(qū)固定使用其中的一組。分組時(shí)的考慮：每組中的頻道不會(huì)形成明顯的干擾。分區(qū)分組配置法（小區(qū)內(nèi)采用無(wú)三階互調(diào)的相容信道組，以避免互調(diào)干擾）。等頻距配置法（按等頻率間隔來(lái)配置信道，只要頻距選得足夠大，就可有效地避免鄰道干擾）。60信道配置方法將所有信道分成N組，每個(gè)區(qū)群內(nèi)的各個(gè)小區(qū)固定使用信道配置方法分區(qū)分組配置法：（N=7）第一組1，5， 14，20，34，36第二組2，9， 13，18，21，31第三組3，8， 19，25，33，40第四組4，12， 16，22，37，39第五組6，10， 27，30，32，41第六組7，11， 24，26，29，35第七組15，17， 23，28，38，4261信道配置方法分區(qū)分組配置法：（