蜂窝通信基础.doc

第6章 蜂窝通信基础６．1引言在这章里，我们给出了蜂窝通信的基础，研究了正六角型小区再用比（ q）和群（ N）大小的关系并且本章还涉及全向和分扇区的小区的共道干扰问题以及蜂窝通信中的切换方法６．2 蜂窝系统很多商业的无线电和电视系统被设计成近可能大的覆盖面积这些系统运行在允许的最大功率和最高天线上 频率不能再用， 除非地理上有足够的差距，一个发射站不会干扰另一个相同频率的发射站蜂窝系统采用了相反的方法， 为了允许在最短距离的频率再用， 采用低功率发射，以使得可用信道的有效使用， 最大化一个地理区的每个信道再用的次数， 这是有效的蜂窝系统设计的关键蜂窝系统是很多低功率的无线电波扩展到整个服务区， 每一个无线电波组称为一个小区，发射功率可提供本小区边缘的用户通信需要，小区的半径大至 26km，小至 2km，在实际中，小区的覆盖不是规则形状的，确切的小区覆盖决定于地势和其它因素，为了设计方便，我们做一些近似，假定为覆盖区为规则的多边形，如全向天线小区，覆盖面积近似为圆形，为了获得全覆盖，无死角，小区面积多为正多边形，如正三角形，正四边形，正六角型，采用正六角型主要有两个原因：第一 , 正六角型的覆盖需要较少的小区，少的发射站，第二，正六角型小区覆盖相对于四边形和三角形费用小。

为了使移动通信系统的业务容量最大， 同时使移动台在各种速度时切换最少， 除了最大限度地提高频谱效率外， 对于移动台诸如移动特性、 输出功率及所用业务类型等不同参数，使用不同类型的蜂窝可能是有利的蜂窝分层结构如图所示同一地理区域同时运用不同类型的蜂窝是可能的蜂窝层大体可分成巨区、宏区、微区及微微区，但并不意味着仅这四类，这些蜂窝类型的一些参数如表所示 蜂窝半径既无线电可靠的通信范围， 它与输出功率、业务类型、接收灵敏度、 编码及调制等有关， 终端速度即基站与移动台的相对速度，径有关，半径越大安装高度也越大为了降低小区间的干扰，划分的方法， ）,区群内的每个小区占用不同的频率，的频带不同区群中的相同频率的小区产生同频干扰，既共道干扰6-16-2６． 3 正六角形小区的地理分布我们用 u-v 坐标来计算点 C1和 C2 的距离 D，C1 和 C2是正六角型的中心，其坐标分别为（ u1,v1 ）和（ u2,v2 ）假定（ u1,v1 ）＝（ 0，0），这样 (u2,v2) 成为整数值（ i,j ），上式可写成：v(u2,v2)C2uC1(u1,v1)图 6.1 坐标系D [i 2 j 2 ij ]1 / 2相邻小区的归于化距离为 1，(I=1,j=0 或 I=0,j=1) ，两个相邻小区的中心到中心的实际距离为 2Rcos300 ，或 3R ，R 为中心到顶点的距离。

我们假定所有小区的面积大致相等， 只要小区面积是固定的， 共道干扰对于每个小区的发射功率是不相干的，共道干扰是 q（这里 q=D/R）的函数，进一步讲， D是 NI 和 S/I 的函数，这里 NI 是在第一层干扰小区的数目 S/I 是移动接收机希望接收信号与干扰的比值6-3第一层DR图 6.2 共道小区图从图中我们可得到大区的半径 D：D 2 3R2 (i 2 j 2 ij )既然正六角形是正比于中心与顶点距离的平方，因此，大区的面积为：Al arg e k[ 3R2 (i 2 j 2 ij )]小的正六角形的面积为：Ak( R2 )smallAl arge3(i 2j 2D2ij )3NAsmallR2从几何上可以证明第一层小区中心点构成的大区中，小区的数目为 3N，即小区的面积正比与小区的数目Asmall 1Al arg e 3NAl arge3NAsmall3N 3(i 2 j 2 ij ) 6-4D 2R 23ND3NqRq 为再用比ijNq1011.731133.002174.5831136.24公式 D q 3N 将影响蜂窝系统容量和共道干扰， 减小 q 则每个群的小区数将R减小。

如果所有 RF通道是常数，则每个小区的通道数将增加；相反 q 增加会减小共道干扰和系统容量６ .4 共道干扰比对于移动接收机的 S/I 为S SI N I( I k )k 1对于正六角形小区的蜂窝系统，第一层有六个共道干扰小区 N＝6，在蜂窝系统中，干扰是决定性因子，热噪声可以忽略，假定各小区的功率相等，干扰就是共道小区的功率传输到本小区对本小区产生干扰因此 S/I 可表示为S R6IDkk 1这里 2≤r ≤5是传播损耗的倾斜率 , 它决定于地势环境 , 假定 6 个 D 是相等的 ,则DD kS1qI6(q)61q [6( S )]I对于模拟系统 S/I 比值要有 18dB 或更高，此时语音的质量才能接受6-5若 S＝18dB,4 则Iq663.1 0.254.41N4.41236.49 718dB 的情况需采用 7 小区再用形式基于 q=D/R 选择上式说明了对于信躁比为小区半径 R 可决定 D６ .5 全向天线小区最坏情况蜂窝系统设计对于 7 小区再用模式， q=4.6 适合于一般干扰情况，有一情况是移动体处在小区边界时的情况，这时接收信号最弱，又受到强干扰。

DD＋ RD － RD － RD＋ RD图 6.3 最坏情况共道干扰如上图给出了六个干扰小区的距离S RI 2(D R) 2D 2(D R)r=4 时， D/R＝qS1I2(q 1)2q2(q 1)6-6对于通常的 7 小区再用模式 q = 4.6, 将 q=4.6 代入得 S/I=54.3 (17.3dB)在实际情况下，由于小区位置的非理想性和地势影响， S/I 通常小于 17.3dB，可能只有 14dB 或更小６ .6 利用方向性天线来减小共道干扰在呼叫量增加的情况下，频谱需要有效利用，尽量避免增加频谱复用形式中的小区数 N为此我们使用方向性天线来减少共道干扰这种情况下，每个小区被分为三个或六个扇区 在基站上使用三个或六个方向性天线， 每个扇区分配一组通道这样共道干扰会减小６ .7 七小区再用模式中的方向性天线影响６ .7.1 三扇区情况我们考虑最坏情况， 移动体在位置 M,这种情况下， 移动体受的信号最弱， 受到基站①②的较强干扰由于采用了方向性天线，干扰小区的数目由六减为二在点 M，从移动体到两个干扰天线的距离分别为 D和 D＋0.7R; 最坏情况 S/I 比值为：SI DSI qR 44 ( D 0.7R) 414 (q 0.7) 4对于 q=4.6 则 S/I=285(24.5dB) 。

因此使用方向天线对于减小共道干扰是很有效的６ .7.2 六扇区情况0在这种情况下，小区被分为六个扇区，每个扇区 60 的波束宽度的方向性天线对于 q=4.6上式得 S/I ＝789（ 29dB）这显示出共道干扰的进一步减小但扇区SR4(q 0.7) 4I(D 0.7R) 4的增多，会影响中继效率６ .8 小区分裂当一个特定的小区的话务量增加时，小区可以被分裂为更小的小区 通过小区的数的增加，增加信道的再用数，这样来增加用户容量小区面积的减少， 意味着小区边界穿越次数频繁， 这会造成呼叫的切换的增加和每个用户更高的处理负载计算表面小区半径减少为 1/4 ，每个用户切换次数会十倍的增加６ .9 注册（登记）6-7移动台（ MS）注册是将 MS的特征如位置或状态报告给网络 MS和网络可以使注册初始化注册是 MS通知服务提供者它的存在和希望得到服务无线系统（ RS）通知移动交换中心（ MSC）和所需要的其它网络单元 MSC和其它网络单元完成需要的注册功能当 MS穿越一个或多个服务商的区域时也发生注册 作为 MS的地理位置被注册后，网络可以给它传递呼叫６ .10 终端鉴权终端鉴权是确认 MS有无权限的过程。

鉴权包括网络的和 MS的公共算法以及每一个 MS和网络自己知道的参数的确定这个参数称为私人密码，不会在网络上通过无线接口播放６ .11 切换切换是使移动台的一个呼叫进程在小区之间移动时能够继续的过程 切换可以基于接收的信号强度或 S/I 值（在终端、 RS、或两者的测量），或基于网络资源管理的需要切换过程可能涉及终端的注册和鉴权切换被分为硬切换和软切换软切换是当移动终端的通。