无线通信技术基础 教学课件 作者 王继岩无线 第6章 无线蜂窝技术.pptx

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1、无线通信技术基础第6章、无线蜂窝技术内容介绍无线蜂窝技术是现代公共陆地移动通信网络（PLMN）的基础，现在的移动通信网络又被称为蜂窝移动通信系统。无线蜂窝技术是一个系统级的概念，采用蜂窝技术进行频率复用，就能够用非常有限的频率资源覆盖无限的地理区域、支持众多的移动用户，而不会互相干扰。特别是要建立“小区簇”的概念，蜂窝系统实现全球覆盖的单元并不是一个个独立的蜂窝小区，而是由若干个蜂窝组成的小区簇。蜂窝系统的特点和难点之一是移动用户在通信过程中会出现越区切换，在越区切换的过程中如何保证通信不会中断，是一项复杂的技术。本章重点蜂窝系统的频率复用。蜂窝系统的频率

2、规划。蜂窝系统的越区切换。蜂窝系统的干扰。中继理论。提高蜂窝系统容量的方法。第6.1节、概述早期的移动通信系统是通过安装在高塔上的单个大功率发射机来获得一个很大面积的覆盖范围，系统中不能重复使用相同的频率，否则将会导致互相干扰，因此系统的用户容量极其有限。无线蜂窝技术是解决移动通信频率资源不足和用户容量问题的一个重大突破。无线蜂窝技术是一种系统级的技术，其核心思想是用许多小功率的发射机来代替单个大功率的发射机，将一个大覆盖区分割成许多小覆盖区，每一个小覆盖区只提供覆盖范围内的通信服务。无线蜂窝技术通过在整个覆盖区域内复用信道，就实现了用固定数目的信道来为任

3、意多的用户服务。蜂窝概念允许在全世界范围内，按照同一种标准、使用统一的信道组生产标准化的移动终端，这种移动终端可以在采用相同标准建立了通信网络的全世界任何地方使用。第6.2节、频率复用蜂窝无线系统的频率复用依赖于整个覆盖区域内的无线信道规划。每个蜂窝基站都分配一组无线信道，这组无线信道用于称作小区的一个较小地理范围内，该信道组所包含的所有信道都不能在相邻的小区中使用，相邻小区的基站分配其它信道组。基站发射机和天线的设计要做到能覆盖某一特定区域，通过将覆盖范围限制在小区边界以内，相同的信道组就可以用于覆盖不相邻的同频小区，只要这些同频小区之间相隔的距离足够远

4、，依靠自由空间损耗的隔离，相互之间的干扰就能够控制在可以接受的水平之内。根据电磁波的辐射模型，用圆形表示一个基站的覆盖范围是最适合的，但是圆形不可能没有间隙或重叠地覆盖整个地图区域。满足条件的形状只有三种：等边三角形、正方形和正六边形。其中正六边形的覆盖面积最大，覆盖整个地理区域所用的小区数量最少，也最接近圆。第6.2节、频率复用第6.2节、频率复用这种正六边形小区组合在一起，形状非常像蜂窝，因此称作蜂窝网络。基站可以安置在小区中心（中心激励小区），使用全向天线；也可以安置在六个顶点中不相邻的三个（顶点激励小区），使用120°定向天线。需要强调的是，实现频

5、率复用的不是一个个独立的正六边形小区，而是共同分享了全部信道的“小区簇”。共同分享了全部可用信道的N个小区叫做一个“小区簇”，N叫做簇的大小。如果全部可用信道的数量为S、簇的大小为N、每个小区的信道数量为K，则：S=K×N。“小区簇”可以在整个系统的覆盖区域内复用，而且复用的次数没有限制，所以理论上系统的信道总数（系统容量）也没有限制。当然这只是理论上的可能，实际应用中每个蜂窝小区的半径不可能无限减小，一定地理区域内的小区的数量不可能无限增加，因此系统的容量仍然是有有限的。第6.2节、频率复用蜂窝系统的容量直接与簇在某一特定覆盖区域内的复用次数成正比，增加

6、复用次数就可以提高系统容量。保持每个小区的覆盖面积不变，减小簇的大小，就需要更多的簇来覆盖特定区域，可以获得更大的系统容量。同样，保持簇的大小不变，减小每个小区的覆盖面积，同样也需要更多的簇来覆盖特定区域，也可以获得更大的系统容量。小区簇的大小（N）还直接决定了移动台或基站可能受到干扰的程度。一个大簇意味着同频小区之间的距离与小区半径的比例（D/R）更大，即同频小区之间的相对距离更远，相互干扰的程度低（自由空间的损耗与距离的平方成正比）。相反，一个小簇意味着同频小区之间的相对距离更近，相互干扰的程度高。第6.2节、频率复用小区半径不变，减小簇的大小（N=7

7、减小为N=4），系统容量增加，干扰程度也增加，覆盖区域的小区数量（基站数量）不变。第6.2节、频率复用小区簇的大小（N=7）不变，减小每个小区的半径，系统容量增加，干扰程度不变，覆盖区域的小区数量（基站数量）增加。第6.2节、频率复用簇的大小（N）并不是可以任意取值，只有一些特定的簇大小和小区规划才是可能的，簇的大小N必须满足公式：N=i2+ij+j2。其中，i和j均为正整数（i≤j），i可以为零。N134791213161921i0101021021j1122323434第6.2节、频率复用寻找相距最近的同频小区的方法：首先沿正六边形的任何一个边移动j个

8、小区；然后逆时针旋转60°再移动i个小区。（图中N=19，i=2，