移动通信系统的基本原理与概念(北邮课件)

移动通信系统的基本原理与概念一、移动通信的基本概念和主要特点二、移动通信系统分类与组成三、常用移动通信系统与工作方式 四、移动通信的发展、现状与未来五、移动通信的标准化六、蜂窝移动通信的概念七、GSM数字蜂窝移动通信系统概述八、电波传播、大尺度场强估计与覆盖设计1教学参考书n移动通信原理与应用啜刚、王文博、常永宇，北京邮电大学出版社nWCDMA技术与系统设计Harri Holma,Antti Toskala著，付景兴、马敏等译，机械工业出版社nCDMA2000技术杨大成等编著，北京邮电大学出版社n蜂窝移动通信网络规划与优化张业容等编著，电子工业出版社nCDMA系统设计与优化Kyoung Kim编著，刘晓宇、杜志敏译，人民邮电出版社2一、移动通信的基本概念和主要特点一、移动通信的基本概念和主要特点n基本定义基本定义“动中通信动中通信”通信双方至少有一方处在移动的情况下（或临时静止）的相互信息传输和交换的方式。n移动性体现在移动性体现在：n终端的移动性手持机、车载台n个人的移动性SIM卡支持的业务，身份信息n业务的移动性200号业务，PORTAL NUMn通信网的智能化和无线化使移动通信成为可能通信网的智能化和无线化使移动通信成为可能n传输技术的发展n芯片制造技术的发展n软件应用技术的发展3移动通信的主要特点n无线电波传输环境恶劣复杂n阴影效应，有地形结构引起，表现为慢衰落（高斯衰落）n多径效应，由移动体周围的局部散射体引起的多径传播，表现为快衰落（瑞利衰落）。n空间传播损耗n多普勒频移产生调制噪声：多普勒效应，由于移动体的运动速度和方向引起，多径条件下，引起多普勒频谱展宽。4接收信号的统计分析5移动台受噪音干扰n干扰复杂 开放式环境，存在多种噪声（人为噪声，自然干扰）和干扰（互调，共频，邻道）n频谱拥挤（窄带化，缩小频带间隔，复用）可利用的频谱资源有限，用户需求剧增n对移动台要求高，用户终端成为个人消费品n网络结构多种多样，网络管理技术复杂6二、移动通信系统分类与组成二、移动通信系统分类与组成各种分类方法n按工作方式分类单工，双工，半双工n按多址方式分类FDMA,TDMA,CDMAn按信号形式分类模拟网，数字网n按覆盖范围分类局域网，广域网n按业务类型分类电话网，数据网，综合业务网，多媒体n按服务范围分类专用网，公用网n按使用环境分类陆地通信，海上通信，海上通信n按使用对象分类军用系统，民用系统 7通信系统的分类8移动通信系统组成9三、常用移动通信系统与工作方式三、常用移动通信系统与工作方式 n集群通信警察、出租车调度n蜂窝移动电话车载、手持机n无线寻呼数字、汉字、双向n无绳电话家用、公共无线接入点（PHS）n卫星移动通信铱星系统n宽带无线接入网WLAN，蓝牙，802.1110移动通信工作方式n移动通信的传输方式分单向传输（广播式）和双向传输（应答式）两种n双向传输按无线信道的使用频率和信息传输方式，分为单工、双工和半双工等三种工作方式。发射机接收机发射机接收机f1（f1）f1（f2）f1（f2）f1（f1）送受话器 送受话器 电台甲 电台乙1、单工通信 通信双方电台交替地进行收信和发信11移动通信工作方式发射机发射机接收机接收机双工器f1f2 f1f1f2 f2 基站 移动台 2、双工通信通信双方可同时进行信息传输 3、半双工通信 移动台采用单工的“按讲”方式，其他与双工完全相同（集群通信，汽车调度）12四、移动通信的发展、现状与未来四、移动通信的发展、现状与未来n1946年AT&T推出了第一个移动电话系统，采用FM调制，120Hz带宽传输一路话音；n60年代中期Bell System推出了IMTS（Improved Mobile Telecommunication Service），采用FM调制，2530KHz带宽传输一路话音；n60年代末，70年代初开始第一个蜂窝（Cellular）电话系统，Cellular的意思是将一个大区域划分为几个小区（Cell），相邻的Cell不使用相同的频率，以免干扰；13移动通信的发展、现状与未来n70年代末，由于微处理器的出现，使系统的复杂度提高。美国推出了AMPS（Advanced Mobile Phone System），英国推出了TACS（Total Access Communication System）等。80年代初开始了运营实验，实验真正意义上的蜂窝移动通信；n90年代初，相继推出了第二代数字移动通信系统DAMPS、GSM、CDMA系统；n90年代中期以后，开始研究第三代移动通信系统。14蜂窝移动通信的发展历程15第一代移动通信系统16第一代移动通信系统的特点n蜂窝小区系统设计频率复用n解决大容量需求与有限频谱资源的矛盾n模拟系统语音信号nFM传输nFDMA17第二代移动通信系统18第二代移动通信系统的特点n微蜂窝小区结构n更优的空分复用，提高用户数量n数字化技术语音信号数字化n新的调制方式，GMSK，QPSK等nTDMA，CDMAn频谱利用率高，系统容量大n能提供多种业务服务，提高通信系统的通用性n抗噪声、抗干扰和抗多径衰落能力强n能实现更有效、灵活的网络管理和控制n便于实现通信安全保密n可降低设备成本和减少用户手机的体积和重量19第三代移动通信系统20第三代移动通信系统的特点n微蜂窝结构n宽带CDMA技术n调制技术，QPSK/自适应调制nFDMA/TDMA/CDMAn电路交换变为分组交换n从媒体（media）到多媒体（Multi-media）21中国移动通信发展状况1.791.452.142.072.642.672.663.162.833.593.124.16012345678移动用户（亿）1.452.072.673.163.594.16固定用户（亿）1.792.142.642.662.833.122001年2002年2003年2004年2005年2006年亿元 到2006年，中国固定电话用户数达到3.12亿，用户占世界总数的20%，居世界第一。移动通信用户数达到4.16亿，用户约占世界总数的四分之一，居世界首位，普及率提高到21%，超过当时世界平均水平（15%）。业务增长的重点从话音业务需求转向多媒体业务需求，从单一业务转向综合业务，从窄带业务向宽带业务，从低速业务向高速业务。22最近移动通信发展的方向传输容量（bps）移动性23传输距离与传输速率的相互制约24移动通信系统的演进GSM（ETSI）GPRSEDGE（UWC-136）W-CDMA（UTRA-FDD）TDMA（ANSI-136）CDMA（ANSI-95）PDC（Japan）TD-SCDMA（UTRA-TDD）IS-136+PDC-PHSCSDCDPD3X RTT（cdma2000）1X EV-DO（HDR）1X EV-DV（EV Phase 2）1X RTT（cdma2000）IS-95B（cdmaOne）IMT-200028.8 Kbps64 Kbps19.2 Kbps57.6 Kbps64 Kbps14.4 Kbps9.6 Kbps9.6 Kbps9.6 Kbps128 Kbps144 Kbps384 Kbps384 Kbps2 Mbps2-5 Mbps2 Mbps2 MbpsDECT25-512 KbpsSource：Stratecast PartnersGSM（ETSI）GPRSEDGE（UWC-136）W-CDMA（UTRA-FDD）TDMA（ANSI-136）CDMA（ANSI-95）PDC（Japan）TD-SCDMA（UTRA-TDD）IS-136+PDC-PHSCSDCDPD3X RTT（cdma2000）1X EV-DO（HDR）1X EV-DV（EV Phase 2）1X RTT（cdma2000）IS-95B（cdmaOne）IMT-200028.8 Kbps64 Kbps19.2 Kbps57.6 Kbps64 Kbps14.4 Kbps9.6 Kbps9.6 Kbps9.6 Kbps128 Kbps144 Kbps384 Kbps384 Kbps2 Mbps2-5 Mbps2 Mbps2 MbpsDECT25-512 Kbps2G25G275G3G25移动通信的发展目标个人通信一些专家总结为五个W：n任何人（Whoever）n在任何地方（Wherever）n任何时间（Whenever）n可以同任何人（Whomever）n进行任何形式（Whatever）的通信目标是实现个人通信系统（PCS）个人通信发展的前提：大容量，频谱资源全覆盖，无缝移动性低费用智能化，处理能力26个人通信系统的发展基础 近二十年来几项技术革命使PCS成为可能。这主要表现在以下几个方面：低功耗、超大规模集成电路VLSI的发展；工作在110GHz频段固态RF电路的发展；可充电电池在体积和容量方面的不断改善；扩频通信技术的发展；电话网向数据网的转化，即通 信网络智能化的发展；光传输技术应用软件技术27五、移动通信的标准化五、移动通信的标准化n标准化工作的重要性n通信技术的多样性（看似繁荣实际阻碍技术发展）n网络缺乏互联设备缺乏互通n无法大规模生产n价格昂贵n移动通信的标准化内容n技术体制标准化n网络设备标准化n测试方法标准化28国际标准化组织（ITU）n国际无线电标准化工作由国际电信联盟（ITU）负责nITU原由综合秘书处国际频率登记局（IFRB）国际无线电咨询委员会（CCIR）研究国际电话电报咨询委员会（CCITT）四个常设机构组成n1993年3月ITU组织调整为：n无线通信组（CCIR+IFRB）ITU-R工作组n电信标准化组（CCITT）ITU-T工作组n电信开发组（BDT）29其它标准化组织n欧洲的标准化组织n欧洲邮电管理协会（CEPT）曾是欧洲通信设施的主要标准化组织现逐渐被其它组织替代n欧洲电信标准协会（ETSI）成立于1988年GSM DECT HiperLAN等n北美地区的标准化组织n电子工业协会（EIA）n电信工业协会（TIA）n蜂窝电信工业协会（CTIA）n美国国家标准协会（ANSI）nIEEE LAN等30六、蜂窝移动通信的概念六、蜂窝移动通信的概念n大区制移动通信系统n信号传输损耗通信距离有限n大区制系统覆盖范围3050km 发射功率50200W 天线很高（30m）n具有网络结构简单频道数目少无需无线交换直接与PSTN相连n大区系统的局限性n覆盖范围有限n服务的用户容量有限n服务性能较差n频谱利用率低n1974 Bell实验室提出蜂窝概念31蜂窝的概念和分类n蜂窝系统-“小区制”系统n将所要覆盖的地区划分为若干个小区每个小区的半径可视用户的分布密度在110km左右在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务n“频率复用”的概念n特点用户容量大服务性能较好频谱利用率较高用户终端小巧且电池使用时间长辐射小等n新的问题系统复杂越区切换漫游位置登记更新和管理以及系统鉴权等32蜂窝的概念和分类n蜂窝分类n宏蜂窝（Macro-cell）220kmn微蜂窝（Micro-cell）0.42kmn皮蜂窝（Pico-cell）400mn分层蜂窝（由多种蜂窝组成）33各类蜂窝的比较蜂房类型巨区宏区微区蜂房半径（km）100500351终端速度（km/h）1500500的电波传播行为：n距离和主要环境特征的函数，粗略地认为与频率无关n当距离减小到一定程度时，模型就不成立了n用于无线系统覆盖和粗略的容量规划建模58小尺度传播模型n小尺度（衰落）模型描述信号在尺度内的变化n多径效应（相位抵消）为主，路径损耗可认为是常数n与载波频率和信号带宽有关。n着眼于“衰落”建模：在短距离或数个波长范围内信号快速变化。59无线电波传播特性分析n电波传播-传播方式n传播路径n直射波-视距传播n反射波n地表面波n移动信道n多径衰落60如何研究多径？n从接收信号的角度进行统计分析n接收信号的幅度变化及分布n接收信号的到达角分布n从多径的数学表达式角度分析n研究多径中每径幅度的分布n研究每径的到达角和分布n研究每径的时延特性及分布n从模型的角度61产生多径的原因n自由空间传播（LOS）n假设为远场dD且d，其中D为天线最大直线长度，为载波波长，无干扰，无阻挡。n反射：当电波信号传播碰撞到大大地大于信号波长的障碍物时发生反射。n导体与绝缘体材料（折射）n散射：当电波信号传播碰撞到小于信号波长障碍物或facets时发生散射n“混乱”相对波长较小n绕射：信号能量绕过障碍物传播的机制称为绕射n费涅尔区62反射波反射系数反射系数水平极化波垂直极化波当f150MHz时，Rv=Rh=-1反射波与入射波相差180。63折射n良导体反射无衰减n绝缘体只反射入射波能量的一部分n“Grazing角”，100%反射n直角入射，100%透射n反射造成180 相移64陡峭的小山区n传播可以是LOS，或由一个或多个峭壁造成的绕射。nLOS 传播可用地面反射模型：绕射损耗 n但若无LOS，绕射可帮助覆盖65绕射（衍射）n当波撞击在障碍物边缘时发生绕射n“次级”传播进入阴影区n与LOS的路径差导致相移n费涅尔区表达了相对于障碍物位置相移66传播到阴影区的信号功率n绕射传播功率是多少?n第一费涅尔区：与自由空间相比低5至25dB67散射n在实际移动无线环境中，接收信号比单独绕射和反射模型预测的要强，这是因为当电波遇到粗糙表面时，反射能量由于散射而散布于所有方向，给接收机提供了额外的能量。n临近金属物体（街头标志等）：通常采用统计模型n若平面上的最大突起高度h小于临界高度hc，则认为表面光滑，反之则认为粗糙。68移动通信的场强特征n移动通信环境下场强变化剧烈n场强变化的平均值随距离增加而衰减n场强特性曲线的中值呈慢速变化-慢衰落n场强特性曲线的瞬时值呈快速变化-快衰落69移动通信环境的几个效应n空间传播损耗-Path lossn阴影效应：由地形结构引起，表现为慢衰落n多径效应：由移动体周围的局部散射体引起的多径传播，表现为快衰落n多普勒效应：由于移动体的运动速度和方向引起多径条件下多普勒频谱展宽70慢衰落n产生的原因n阴影效应，特点：衰落速率与工作频率无关n大气折射，大气介电常数的变化，时变n统计特性n局部均值n分布特性-对数正态分布n联合分布LxLxLxLxlllldxxrxmdxxrxm)()(21)(21)(00)2/()(exp)2()()2/()(exp)2()(2221222212ttLLMmmpMmmp时间函数位置函数222tLt71快衰落n产生的原因n多径效应n多普勒效应n三种典型情况n只有多径效应（移动台固定周围物体移动）n只有多普勒效应n多径多普勒72快衰落瞬时幅度特性n电平通过率（Level Crossing Rate）n指在单位时间内信号电平以正斜率通过某一给定电平A的次数n衰落速率：指单位时间内信号以正斜率通过中值电平的次数n衰落深度：指信号的有效值（均方根值）与最小值之间的差值n衰落持续时间及其分布：指信号电平低于某一电平（门限电平）的持续时间73瑞利（Rayleigh）分布n指在无直射波的N个路径，传播时若每条路径的信号幅度为高斯分布、相位在02 为均匀分布，则合成信号包络分布为瑞利分布：)0(2exp)(222rrrrp74为什么是瑞利分布？n设N个路径信号的幅值和到达接收天线的方位角是随机的，且统计独立。n发送信号为n接收信号为n令n则nx和y是独立随机变量之和。根据中心极限定律，x和y趋于正态分布，因此合信号复包络为瑞利分布。tfjcetS200)(NitfjtftffjiciDiDceetr12)()(2()(iDiDcitftff)()(2tfjNiiiNiiicejyxtryx211)()(sincos75莱斯（Rician）分布n指含有一个强直射波的N个路径，传播时若每条路径的信号幅度为高斯分布、相位在02 为均匀分布，则合成信号包络分布为莱斯分布。)(2exp)(202222rIrrrp76Nakagami 分布nM=1，瑞利分布nM=0.5，单边指数分布n莱斯分布2111m/122)(2)(msmmesmmsp77八、电波传播、大尺度场强估计与覆盖设计八、电波传播、大尺度场强估计与覆盖设计n无线信道与无线电波传播特性分析n n覆盖设计78陆地移动通信的场强估算自由空间传播模型n在距离d处，接收信号功率为：n式中，Pt 为发射机输出功率，单位Wattsn常数K 取决于天线增益，系统损耗因子，和载波波长。79自由空间an自由空间功率通量密度（W/m2）n通过球表面积的辐射功率n式中Gt 发射机天线增益n在此覆盖区域范围内，接收机天线仅“捕获”此通量的一小部分。80自由空间bnFraunhofer 距离：d2D2/天线增益和天线孔径nAe 为天线孔径，直观地为垂直于通量的天线面积nGr 接收机天线增益，与Ae有关。n接收功率(Pr)=功率通量密度(Pd)Ae81自由空间c式中：nL 为系统损因子nPt 为发射机输出功率nGt 和Gr 为天线增益n为载波波长82两径地面反射模型n对于d hr和ht，n“低”入射角使地面成为一个反射器n反射信号相移180nPr 1/d4（=4）83地面反射1n接收信号功率为：n由Pr=|E|2Ae，可推算出场强E；nAe 为天线孔径。n此模型从1/d2 变为1/d4的“断点”在d 2 hthr/n式中：hr 和ht 分别为收发天线高度84电波传播路径损耗的理论模型85对数距离路径损耗模型n计入其它环境因素的对数距离路径损耗模型：n在远场选择d0n测量PL(d0)或计算自由空间损耗n测量并根据经验得到n86传播损耗采用实验图表计算法87电波传播路径地形分类地形平均起伏高度平坦5-10m准平坦10-20m起伏20-40m丘陵40-80m山区80m88移动通信环境分类n按照地物的密集程度分为：n开阔地环境：在电波传播路径上无高大树木、建筑物等障碍物，呈开阔状地面n郊区环境平坦地形：在移动台附近有些障碍物，但稠密建筑物多为12层楼房n城市环境：有较稠密的建筑物和高层楼房n大都市高楼大厦稠密建筑区n中等稠密建筑区：多为28层间或40层高楼n中小建筑区：多为25层间或20层高楼n平房建筑区：多为24层89中等起伏市区中值损耗90开阔地、准开阔地修正因子91郊区修正因子92水陆混合路径修正因子93对数阴影模型n当障碍物阻挡收发信机间的LOS时发生阴影n可用一简单的统计模型说明不可预测的“阴影”n在对数距离PL公式中，增加一个0-均值高斯随机变量nMarkov模型可用于表示空间相关性94对数路径2n在不同特征环境下的n 值：环境n自由空间2闹市区2.73.5闹市阴影区35具有LOS的室内环境1.61.8没有LOS的室内环境4695对数阴影模型2 式中X 为零均值高斯随机变量（dB），和n由测量数据得出。96路径损耗的经验模型-HatanEGLI模型适用于频率25470MHz，传播距离在4英里内的场强预测nOkumura（奥村）模型与Hata公式n适用于频率1001500MHz，传播距离在120km的城市场强预测97路径损耗的经验模型-Hata-续续98路径损耗的经验模型-WIMn在欧洲COST计划工程231开发出的半确定性经验模型它适合高楼林立地区的中到大型蜂窝的场强确定称为Walfisch-Ikegami模型nWIM模型与频段8002000MHz路径长度0.025km的测量值十分符合n视距传输99室内路径衰耗模型n室内模型研究较少，是移动无线信道新的研究领域。n主要特征：覆盖距离更小，环境相对变动更大；n距离短，更接近“近场”；n门的开关和天线安装等对室内信号场强的影响非常大；n更“混乱”，散射波更多，LOS更少。100室内建模技术n 建模技术和方法：n对于走廊LOS传播，为n2的对数正态模型n若无LOS，则为对数正态阴影模型n隔墙和地板衰减因子n“路径跟踪”的计算精度取决于建筑物的3-D模型和材料衰减因子101隔离损耗n隔离损耗：同楼层n墙，家具，设备n高度依赖于材料类型和频率n硬隔离vs 软隔离n硬隔离随建筑而成n软隔离不到天花板n“框架”建筑102隔离损耗2n隔离损耗：楼层间n取决于建筑结构和频率n“楼层损耗因子”随着楼层增高而减小n典型值n1楼：15 dB/层n2-5楼：6-10 dB/层n5楼以上：1-2 dB/层103材料n不同材料的衰减值：104室内信道-建筑物的穿透损耗n室内移动用户逐渐增多n穿透损耗与建筑材料的关系n钢筋混凝土结构的损耗大于砖石和土木结构n损耗随穿透深度而增大n穿透损耗与楼层的关系n楼层越高，损耗越小n穿透损耗与频率的关系n频率低的损耗大，频率高的损耗相对小105室内传播模型n对数距离路径损耗模型：n其中，n 依赖于周围环境和建筑物类型，X 表示标准偏差为的正态随机变量，这两个参数都可通过查表获得。106移动环境信道-WCDMA信道模型dB107微微小区覆盖情况n微微小区可能需要不同于以上介绍的模型来表示：n更小的覆盖范围。n近反射器：在桌子或地板上。n换言之，小尺度的物体不算是“平滑”：“地面反射”可能成为散射。n放在地面上的接收器可能不工作。108微微小区覆盖情况2n“衰落”的结果：n你可能在一个地方没有信号，但向任意一个方向移动很小的距离就有信号n能移动否?切换频率或天线?移动位置还是增加更多的接入点?n如果都不行，那就只得中断通信。n所实现的网络拓扑结构可能完全与位置关系不相关。109微微小区覆盖情况3n有关的建模工具：n统计模型（莱斯/瑞利/对数正态）n统计衰落假设特定的动态，取决于接收机的移动性和环境。n物理环境和路径跟踪方法的CAD建模：n因为接入点位置固定，这只需做一次。110微微小区覆盖情况4n一种建模方法：n把不同的无线系统特征化，并与公布的数据比较。n评估在固定网络拓扑环境中移动性对统计模型的影响。n尝试确定什么环境结构和参数最重要：n散射vs.地面反射?n是否有简单CAD 模型可以提供帮助?111八、电波传播、大尺度场强估计与覆盖设计八、电波传播、大尺度场强估计与覆盖设计n无线信道与无线电波传播特性分析n 陆地移动通信的场强估算112大区制移动通信网无线服务区：基站信号所能覆盖的区域。大区制指一个基站覆盖一个较大的服务区。因此：基站天线较高，发射功率很大（50-200W）覆盖半径达30-50km。其覆盖范围受以下因素的影响：地球曲率造成的视距；山丘，树林，建筑物造成的阴影；移动台接收机性能及其天线系统的效率；发射机功率是有限的，并且增加发射功率只能换来微小的距离增加；多径和其它干扰的影响。113大区制移动通信网-续大区制还存在上下行传输不一致的地方。可以通过设立分集接收台，使得上下行互通性为1:1。为了增加容量，只能通过增加基站信道数来实现。使得它只能用于用户密度较小的地区。114小区制n大区制频谱利用率低，容量小。所以，可以通过频率的复用来解决。服务区划成半径2-20km的小区。每个小区一个基站，负责与本小区的移动用户的通信。115带（条）状服务区n指用户分布呈条状，如铁路，公路，河流等。两频组三频组四频组116重叠区的确定n为了保证通话的质量，要求设计时应考虑两个相邻区域的连接处要有适当纵深的重叠区。但为了防止越区干扰，必须设计适当。n假设重叠区的深度为a,小区半径为r。干扰最严重的地方出现在区域的边缘。对于不同的情况，可得到干扰-信号比：二频组三频组四频组117重叠区的确定说明n根据信干比的要求，当已知小区半径时，可由上页的公式求出重叠区深度。n由上页的公式看出，对于要求输出信噪比在20dB左右时，双频组方式还是可行的，但重叠区不能很宽，这将降低服务区内的接通率。在实际系统中，为了减少同频干扰，宜采用三频组。采用更高的频组，将使系统的复杂性加大，造价过高。118面状服务区（蜂窝网）n当基站采用全向天线时，无线区大体上是圆。当多个无线小区彼此邻接覆盖整个服务区时，就可以用圆的内接正多边形来近似。小区构成的图形有多种，主要为三角形，正方形，正六角形。采用何种方式来覆盖，主要考虑以下几个因素：n相邻小区的中心间隔；n单位小区的面积；n重叠区宽度；n重叠区面积；n所需要的最少频率个数。119蜂窝小区的形状120不同形状小区参数的比较项目正三角形正方形正六角形重叠区与小区面积比1.410.570.21所需最少频率个数643可以看出：正六角形小区的中心间隔最大，覆盖面积最大，重叠区面积最小，所以采用正六角形构成小区所需的小区数最少。因此，它是最经济的组网方式。121小区簇的组成n在蜂窝系统中，为了便于频率复用，并能保持同频频道之间的距离相等并且最大，发展了许多复用图样，其中由一组频率不同的小区组成一定图样，称为单元无线小区簇。n构成簇的基本条件：n这一图样能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积。n相邻单元中，同频道的小区间距离相等，且最大。n满足这些条件的簇的形状和簇内小区数（即频率组数）的取值不是任意的。122小区图案和频率复用123K=4的方式124确定同频小区（1）n如图所示，从某个小区A 出发，先沿垂直于六角形的边的方向前进，越过i 个小区，到达某个小区，然后，逆时针方向（或顺时针方向）越过j 个小区，到达与A 同频的小区。n本例中K13。125确定同频小区（2）n显然，同频小区之间的距离满足：n而服务区中的小区数为：n可见：n所以，簇内小区数越多，同频小区之间的距离就越远，从而抗同频干扰的能力也就越强。但是，簇内小区数越多，频率的利用率就下降了。所以，在满足同频干扰值的条件下，应尽可能取小的K 值。ijjiK22126顶点激励和中心激励方式n基站放在小区中央，采用全方向天线形成圆形覆盖区的方式，称为中心激励方式。n缺点：假如小区内有大的障碍物，会造成阴影区。n基站放在正六边形的3个成120度角的顶点上，使用120度的扇形覆盖的定向天线的方式，称为顶点激励方式。n优点：获得较大的前后比，减少指对向外的干扰，从而可以减小同频复用距离。127小区分裂n网络设计初期，认为服务区内个小区大小相同，用户密度均匀分布，各基站频道数相等。随着用户数的增加，用户的分布不再均匀，有的小区甚至出现信道不够的情况。n把高用户密度的小区面积划得更小n将全向覆盖改为定向覆盖，使每个小区的信道数增多n这种措施称为小区分裂。128几种小区分裂的方案-在原基站上分裂n将中心设置基站的全向覆盖区分裂成几个定向天线的小区。n如图所示，一个全向天线覆盖的小区分裂成3个个120度扇形小区或6个60度的扇形小区。n对载波干扰比C/I 和话务量等性能的分析比较可知：n120度扇形的扇面太宽，C/I较低，特别是在边界处难以n保证通话质量；n60度扇形的C/I高，但覆盖面较小，重叠区较深。129几种小区分裂的方案-三叶草形小区分裂方式n考虑到正六角形小区的C/I高和重叠区小的优点，所以小区分裂应考虑尽量分裂成正六边形形状。n上图为1:3的分裂方式。对新的小区而言，基站为顶点激励方式，每个基站120度定向覆盖三个呈“三叶草”型的新小区。n采用这种分裂方式的优点：n增加了小区数目，但不增加基站数量；n利用定向天线，降低同频干扰；n减少维护工作量和基站的建设投资；n采用这种方式需要有一个长期的频率使用规划。130几种小区分裂的方案-增加新基站的分裂n用缩小小区半径，增加新的蜂窝小区，并在适当的地方增加新的基站的方式来增加系统容量的。为了降低对邻区的干扰，应降低基站发射功率，降低基站天线高度。131扇形小区共用技术n一种信道共用技术。n小区分裂可以进行多次，但最小小区半径不是越小越好，通常不能小于1.5-2.0公里。扇区化小区132蜂窝系统的覆盖n蜂窝系统的覆盖范围：指接收端接收到的信号质量（SINR）n一般蜂窝系统的链路计算133小结移动通信系统的基本原理与概念一、移动通信的基本概念和主要特点二、移动通信系统分类与组成三、常用移动通信系统与工作方式 四、移动通信的发展、现状与未来五、移动通信的标准化六、蜂窝移动通信的概念七、GSM数字蜂窝移动通信系统概述八、电波传播、大尺度场强估计与覆盖设计134