无线通信系统chart2蜂窝的概念课件

PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT26 六月 2024无线通信系统无线通信系统chart2蜂蜂窝的概念窝的概念29 七月 2023无线通信系统chart2蜂窝的概念1PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT第二章第二章 蜂窝的概念蜂窝的概念v2.1 频率复用频率复用v2.2 信道分配策略信道分配策略v2.3 切换策略切换策略v2.4 干扰和系统容量干扰和系统容量v2.5 中继和服务等级中继和服务等级v2.6 提高蜂窝系统容量提高蜂窝系统容量第二章 蜂窝的概念2.1 频率复用2PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.1 无线信道的物理建模无线信道的物理建模v2.1.1 自由空间、固定发射天线与接收天线自由空间、固定发射天线与接收天线v2.1.2 自由空间、运动天线自由空间、运动天线v2.1.3 反射墙、固定天线反射墙、固定天线v2.1.4 反射墙、运动天线反射墙、运动天线v2.1.5 地平面反射地平面反射v2.1.6 由距离和阴影引起的功率衰减由距离和阴影引起的功率衰减v2.1.7 运动天线、多个反射体运动天线、多个反射体2.1 无线信道的物理建模2.1.1 自由空间、固3PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.1 频率复用频率复用51642372.1 频率复用51642374PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.1 频率复用频率复用v六边形的基本特性六边形的基本特性R2.1 频率复用六边形的基本特性R5PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.1 频率复用频率复用v频率复用的概念频率复用的概念S：一个簇中总的双工信道数：一个簇中总的双工信道数K：一个小区中的信道数：一个小区中的信道数N：使用：使用S个信道的小区数量个信道的小区数量 S=kN v簇的大小：簇的大小：N(区群大小）区群大小）N:使用全部可以使用的频率的小区数量使用全部可以使用的频率的小区数量v双工信道的总数：双工信道的总数：C C=MkN=MS（M:系统中簇的复用次数）系统中簇的复用次数）2.1 频率复用频率复用的概念6PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.1 频率复用频率复用vN的计算等式：的计算等式：vN=i2+ij+j2v例如：例如：i=2,j=1 N=72.1 频率复用N的计算等式：7PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.1 频率复用频率复用2.1 频率复用8PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.1 频率复用频率复用v蜂窝系统的容量正比于在一定的区域内簇蜂窝系统的容量正比于在一定的区域内簇被复用的次数（簇：被复用的次数（簇：N个小区完全使用了全个小区完全使用了全部可以使用的频率，那么这部可以使用的频率，那么这N个小区被称为个小区被称为一个一个“簇簇”）。）。v蜂窝系统中的频率复用因子为蜂窝系统中的频率复用因子为1/N。2.1 频率复用蜂窝系统的容量正比于在一定的区域内簇被复用9PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.1 频率复用频率复用v举例：总带宽为举例：总带宽为33MHz，单向信道带宽为：，单向信道带宽为：25kHz，双向信道带宽为：双向信道带宽为：50kHz，可以使用的信道总数为，可以使用的信道总数为33000/50=660，服务区域内小区的综述为，服务区域内小区的综述为49。1.N=4,four cells 33MHz bandwidth,total number of channel available per cell=660/4=165,duplex channel C=(49/4)660=80842.N=7,seven cells 33MHz bandwidth,total number of channel available per cell=660/7=95,duplex channel C=(49/7)660=46203.N=12,twelve cells 33MHz bandwidth,total number of channel available per cell=660/12=55,duplex channel C=(49/12)660=26942.1 频率复用举例：总带宽为33MHz，单向信道带宽为10PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.2 信道分配策略信道分配策略v原则原则：有效利用无线频谱，能够增加系统容量和：有效利用无线频谱，能够增加系统容量和最小化干扰。最小化干扰。v分配策略：分配策略：固定分配固定分配和和动态分配动态分配。v固定分配固定分配：决定了系统的性能，特别是当一个移动台从一决定了系统的性能，特别是当一个移动台从一个小区切换到了另一个小区的时候。个小区切换到了另一个小区的时候。每个小区被分配到了预先决定好了的信道数量。每个小区被分配到了预先决定好了的信道数量。2.2 信道分配策略原则：有效利用无线频谱，能够增加系统容11PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.2 信道分配策略信道分配策略v动态分配动态分配：移动台向基站请求一个信道，基站收到该请求后向移动台向基站请求一个信道，基站收到该请求后向MSC请求一个基站。然后由交换机向发起请求的小区请求一个基站。然后由交换机向发起请求的小区分配一个信道。分配一个信道。算法应当考虑：单个小区内发生碰撞的可能性、候选算法应当考虑：单个小区内发生碰撞的可能性、候选信道频率的使用、信道的复用距离、代价函数。信道频率的使用、信道的复用距离、代价函数。减少了碰撞发生的可能性，增加了系统的中继容量。减少了碰撞发生的可能性，增加了系统的中继容量。要求要求MSC收集空闲信道数量、实时数据、业务分布、收集空闲信道数量、实时数据、业务分布、接收信道强度指示接收信道强度指示(Radio Signal Strength Indications，RSSI)。2.2 信道分配策略动态分配：12PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.3 切换策略切换策略v切换切换：一个移动台移动到了另一个小区，同时会话持续进行。一个移动台移动到了另一个小区，同时会话持续进行。由由MSC传输该呼叫到新基站的一个新的信道上。传输该呼叫到新基站的一个新的信道上。是蜂窝系统的重要功能。是蜂窝系统的重要功能。v信令的切换门限：信令的切换门限：-90dbm-100dbm (-110dbm-120dbm)。v驻留时间驻留时间(Dwell time）：一个呼叫可以在小区中）：一个呼叫可以在小区中维持而不切换的时间。维持而不切换的时间。v切换策略：切换策略：在在1G中，切换由中，切换由BS完成，由完成，由MSC管理；管理；在在 2G中，切换的分配由移动台辅助完成。中，切换的分配由移动台辅助完成。(MAHO)2.3 切换策略切换：13PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.3 切换策略切换策略v切换算法需要考虑的参数切换算法需要考虑的参数：信号强度、切换门限、：信号强度、切换门限、切换时间、驻留时间。切换时间、驻留时间。2.3 切换策略切换算法需要考虑的参数：信号强度、切换门限14PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.3 切换策略切换策略v实际切换中需要考虑的问题实际切换中需要考虑的问题：高速移动和步行；高速移动和步行；小区拖尾小区拖尾(Cell dragging)；切换是基于大范围内的度量，而不是信号强度；切换是基于大范围内的度量，而不是信号强度；2.3 切换策略实际切换中需要考虑的问题：15PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.4 干扰和系统容量干扰和系统容量v2.4.1 同频干扰和系统容量同频干扰和系统容量v2.4.2 信道划分信道划分v2.4.3 临频干扰临频干扰v2.4.4 功率控制功率控制2.4 干扰和系统容量2.4.1 同频干扰和系统容16PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.4 干扰和系统容量干扰和系统容量v干扰是蜂窝无线系统性能的主要限制因素。干扰是蜂窝无线系统性能的主要限制因素。v干扰源干扰源：同一个小区内的另一个移动台同一个小区内的另一个移动台相邻小区中正在进行的通话相邻小区中正在进行的通话使用相同频段的其他基站使用相同频段的其他基站或者无意中深入蜂窝系统频带范围的任何非蜂窝系统。或者无意中深入蜂窝系统频带范围的任何非蜂窝系统。v小区干扰的小区干扰的2个主要类型：个主要类型：同频干扰同频干扰临频干扰临频干扰2.4 干扰和系统容量干扰是蜂窝无线系统性能的主要限制因素17PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.4.1 同频干扰和系统容量同频干扰和系统容量v同频小区同频小区：在一个给定的覆盖区域内，使用同一：在一个给定的覆盖区域内，使用同一组频率的小区。组频率的小区。v同频干扰同频干扰：同频小区之间的干扰。小区半径：同频小区之间的干扰。小区半径(R)和和相邻最近的同频小区的中心之间距离相邻最近的同频小区的中心之间距离(D)的函数。的函数。v减小同频干扰减小同频干扰：必须在物理上隔开一个最小距离，：必须在物理上隔开一个最小距离，为传播提供充分的距离。为传播提供充分的距离。v同频复用比例同频复用比例Q：Q=D/R=(3N)1/2vQ值越小，容量越大值越小，容量越大，因为簇的大小，因为簇的大小N比较小；但比较小；但Q值大可以提高传播质量值大可以提高传播质量，因为同频干扰比较小，因为同频干扰比较小。2.4.1 同频干扰和系统容量同频小区：在一个给定的覆盖区18PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.4.1 同频干扰和系统容量同频干扰和系统容量2.4.1 同频干扰和系统容量19PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.4.1 同频干扰和系统容量同频干扰和系统容量v信号干扰比：信号干扰比：vIi 是第是第i个同频干扰小区所在基站引起的干扰功率。个同频干扰小区所在基站引起的干扰功率。vS是从预设基站中来的想获得的信号功率。是从预设基站中来的想获得的信号功率。vP0 参考点接收功率。参考点接收功率。vd0 该点与发射天线的最小距离。该点与发射天线的最小距离。2.4.1 同频干扰和系统容量信号干扰比：20PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.4.1 同频干扰和系统容量同频干扰和系统容量v假设用户处于小区的边缘，那么接收信干比假设用户处于小区的边缘，那么接收信干比S/I：v如果每个基站的发射功率相等，整个覆盖区域内的路径衰如果每个基站的发射功率相等，整个覆盖区域内的路径衰落指数也相同，落指数也相同，S/I是：是：Di 是第是第i个干扰源与移动台间距离个干扰源与移动台间距离N路径衰落指数路径衰落指数2.4.1 同频干扰和系统容量假设用户处于小区的边缘，那么21PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.4.1 同频干扰和系统容量同频干扰和系统容量v仅考虑第一层干扰小区，如果所有干扰基站与预仅考虑第一层干扰小区，如果所有干扰基站与预设基站间等距，小区中心间的距离都是设基站间等距，小区中心间的距离都是D，那么，那么S/I是：是：v如图所示：如图所示：i0=6,N=7v用用dB表示：表示：RD第一层第一层小区小区2.4.1 同频干扰和系统容量仅考虑第一层干扰小区，如果所22PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.4.1 同频干扰和系统容量同频干扰和系统容量v举例：举例：考虑使用考虑使用FM和和30kHz信道的美国信道的美国AMPS蜂窝系蜂窝系统，当统，当SIR=18dB时就可以提供足够好的话音时就可以提供足够好的话音质量。质量。假设路径损耗假设路径损耗n=4，那么簇的大小，那么簇的大小N最小必须最小必须为为6.49。所以要满足。所以要满足 SIR=18dB，簇的最小，簇的最小值值N为为7。如果如果N=7,Q=4.6，则可以计算出最坏情况，则可以计算出最坏情况 SIR=48.56(17dB)。2.4.1 同频干扰和系统容量举例：23PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.4.1 同频干扰和系统容量同频干扰和系统容量v考虑：如果考虑：如果SIR=18dB，n=4，N为什么数值最合为什么数值最合适？适？2.4.1 同频干扰和系统容量考虑：如果SIR=18dB24PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.4.1 同频干扰和系统容量同频干扰和系统容量v下图是一个下图是一个N=7的簇，移动台在小区边界，它经历的是前的簇，移动台在小区边界，它经历的是前向信道中同频干扰最坏的情况。向信道中同频干扰最坏的情况。2.4.1 同频干扰和系统容量下图是一个N=7的簇，移动台25PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.4.1 同频干扰和系统容量同频干扰和系统容量v举例：为保证蜂窝系统前向信道的性能，要求举例：为保证蜂窝系统前向信道的性能，要求SIR=15dB，那么当，那么当(a)n=4和和(b)n=3时，时，N=?,Q=?v(a)n=4,考虑一个考虑一个7小区复用模型。小区复用模型。同频复用比例同频复用比例D/R=(3N)1/2=4.583,SIR=(1/6)(4.583)4=75.3=18.66dB。大于要求，。大于要求，N=7可用。可用。v(b)n=3,考虑一个考虑一个7小区复用模型。小区复用模型。SIR=(1/6)(4.583)3=16.04=12.05dB。不满足最小。不满足最小S/I的要求，要用一个更大的的要求，要用一个更大的N。下一个可用的。下一个可用的N值为值为12。N=12(I=2,j=2),D/R=6,SIR=(1/6)(6)3=36=15.56dB15dB.2.4.1 同频干扰和系统容量举例：为保证蜂窝系统前向信道26PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.4.2 信道划分信道划分v明智的为基站划分信道是一项重要的工作，实际明智的为基站划分信道是一项重要的工作，实际划分比理论划分要难很多。划分比理论划分要难很多。v一般而言，将可用的无线频谱划分为信道，这是一般而言，将可用的无线频谱划分为信道，这是在一个国家或地区使用的空中接口标准的一部分。在一个国家或地区使用的空中接口标准的一部分。vCDMA的主要特征是的主要特征是 N=1，它的频率划分比，它的频率划分比TDMA和和FDMA都简单。都简单。v呼吸小区（呼吸小区（Breathing cell）：动态的，依赖于实）：动态的，依赖于实时用户数量改变覆盖范围。时用户数量改变覆盖范围。2.4.2 信道划分明智的为基站划分信道是一项重要的工作，27PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.4.3 邻频干扰邻频干扰v邻频干扰邻频干扰（adjacent channel interference，ACI）：来自所使用信号频率的相邻频率的信号干扰。来自所使用信号频率的相邻频率的信号干扰。v来源来源：接收滤波器不理想，相邻频率的信号泄露：接收滤波器不理想，相邻频率的信号泄露到了传输带宽内。到了传输带宽内。v减小的方法减小的方法：精确的滤波、信道分配。：精确的滤波、信道分配。v如果频率复用比例如果频率复用比例N较小，邻频信道间的间隔就较小，邻频信道间的间隔就可能不足以将邻频干扰强度保持在可容忍的极限可能不足以将邻频干扰强度保持在可容忍的极限内。内。v实际上，为了抵制邻频干扰，每个基站都用高实际上，为了抵制邻频干扰，每个基站都用高Q值的空腔滤波器。值的空腔滤波器。2.4.3 邻频干扰邻频干扰（adjacent chann28PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.4.3 邻频干扰邻频干扰v举例：如果有一个移动台接近基站的程度是另一举例：如果有一个移动台接近基站的程度是另一个的个的20倍，而且有信号能量溢出它自己的传输频倍，而且有信号能量溢出它自己的传输频带，弱信号移动台的信噪比（接收滤波器之前）带，弱信号移动台的信噪比（接收滤波器之前）可以近似表示为可以近似表示为 SIR=(20)-n v当当n=4时，时，SIR=-52dB；v如果基站接收机的中频滤波器的斜率为如果基站接收机的中频滤波器的斜率为20dB/倍倍频程，则为了获得频程，则为了获得52dB的衰减，邻频干扰源至少的衰减，邻频干扰源至少要转移到距接收机频谱中心要转移到距接收机频谱中心6倍于传输带宽的地方。倍于传输带宽的地方。2.4.3 邻频干扰举例：如果有一个移动台接近基站的程度是29PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.4.4 功率控制减小干扰功率控制减小干扰v在实际的蜂窝无线电和个人通信系统中，在实际的蜂窝无线电和个人通信系统中，每个用户所发射的功率一直是在当前服务每个用户所发射的功率一直是在当前服务基站的控制之下。基站的控制之下。v目的目的：保证每个用户所发射的功率都是所：保证每个用户所发射的功率都是所需的最小功率，以保持反向信道中链路的需的最小功率，以保持反向信道中链路的良好质量。良好质量。v作用作用：延长用户的电池寿命延长用户的电池寿命减小系统中反向信道的信噪比减小系统中反向信道的信噪比2.4.4 功率控制减小干扰在实际的蜂窝无线电和个人通信系30PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.5 中继和服务等级中继和服务等级v依赖于中继才能在有限的无线频谱内为数量众多的用依赖于中继才能在有限的无线频谱内为数量众多的用户服务。户服务。v中继中继：允许大量的用户在一个小区内共享相对较少数：允许大量的用户在一个小区内共享相对较少数量的信道，即从可用信道库中给每个用户按需分配信量的信道，即从可用信道库中给每个用户按需分配信道。道。v每个用户只是在有呼叫时才给分配一个信道，一旦通每个用户只是在有呼叫时才给分配一个信道，一旦通话终止，原先占有的信道就立即回到可用信道库中。话终止，原先占有的信道就立即回到可用信道库中。v根据用户行为的统计结果，中继使固定数量的信道或根据用户行为的统计结果，中继使固定数量的信道或线路可为一个数量更大的、随机的用户群体服务。线路可为一个数量更大的、随机的用户群体服务。v中继理论的基本原理是中继理论的基本原理是19世纪末的一个丹麦数学家爱世纪末的一个丹麦数学家爱尔兰（尔兰（Erlang）提出的。）提出的。2.5 中继和服务等级依赖于中继才能在有限的无线频谱内为数31PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.5 中继和服务等级中继和服务等级v服务等级服务等级（GOS）：用来测量在系统最忙的时间）：用来测量在系统最忙的时间用户进入系统的能力。用户进入系统的能力。vGOS定义为呼叫阻塞的概率，或呼叫延迟时间大定义为呼叫阻塞的概率，或呼叫延迟时间大于特定排队时间的概率。于特定排队时间的概率。v中继理论中常用术语的解释：中继理论中常用术语的解释：建立时间建立时间（Set-up time）：给正请求的用户分配一）：给正请求的用户分配一个中继无线信道所需的时间；个中继无线信道所需的时间；阻塞呼叫阻塞呼叫（Blocked call）：由于拥塞无法在请求时：由于拥塞无法在请求时间完成的呼叫，又叫损失呼叫；间完成的呼叫，又叫损失呼叫；保持时间保持时间（Holding time）：通话的平均保持时间，：通话的平均保持时间，表示为表示为H（以秒为单位）；（以秒为单位）；2.5 中继和服务等级服务等级（GOS）：用来测量在系统最32PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.5 中继和服务等级中继和服务等级话务量强度话务量强度（Traffic intensity）：保证曾信道时间：保证曾信道时间利用率，为信道的平均占用率，以利用率，为信道的平均占用率，以Erlang为单位，是为单位，是一个无量纲的值，可用来表征单个或多个信道的时间一个无量纲的值，可用来表征单个或多个信道的时间利用率；利用率；负载负载（Load）：整个系统的话务量强度，以：整个系统的话务量强度，以Erlang为单位；为单位；GOS：表征拥塞的量，定义为呼叫阻塞概率（表示为：表征拥塞的量，定义为呼叫阻塞概率（表示为B，单位是，单位是Erlang），或是延迟时间大于某一特定时间），或是延迟时间大于某一特定时间的概率（表示为的概率（表示为C，单位是，单位是Erlang），），请求速率请求速率（Request rate）：单位时间内平均的呼叫：单位时间内平均的呼叫请求是次数。表示为请求是次数。表示为/秒。秒。2.5 中继和服务等级话务量强度（Traffic int33PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.5 中继和服务等级中继和服务等级v基于阻塞概率的简单容量分析：基于阻塞概率的简单容量分析：话务量强度话务量强度H是通话的平均持续时间是通话的平均持续时间 是单位时间内的平均呼叫请求次数是单位时间内的平均呼叫请求次数总的话务量总的话务量U是系统中的用户数量是系统中的用户数量每个信道的话务量强度每个信道的话务量强度C是双工信道的总数是双工信道的总数2.5 中继和服务等级基于阻塞概率的简单容量分析：34PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.5 中继和服务等级中继和服务等级v发送成功的业务（发送成功的业务（carried load）：成功获得信道）：成功获得信道资源的业务；资源的业务；v由于没有队列或者缓存空间，那么剩余的业务就由于没有队列或者缓存空间，那么剩余的业务就是被阻塞的业务（是被阻塞的业务（blocked load）。Offered loadCarried loadBlocked traffic2.5 中继和服务等级发送成功的业务（carried lo35PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.5 中继和服务等级中继和服务等级vErlang B的公式：决定了呼叫阻塞的概率，表征了一个不的公式：决定了呼叫阻塞的概率，表征了一个不对阻塞呼叫进行排队的中继系统的对阻塞呼叫进行排队的中继系统的GOS。v假设假设C是信道数量，是信道数量，Poisson到达速率为到达速率为，平均服务时间，平均服务时间为为1/，如果在时刻，如果在时刻t信道被占用的时间服从指数分布，那信道被占用的时间服从指数分布，那么么X(t)是是Markov过程。过程。v由于由于系统中没有缓存系统中没有缓存，多余的分组将会被丢弃，因此碰撞，多余的分组将会被丢弃，因此碰撞的概率为：的概率为：v在平衡状态，在平衡状态，dPi/dt=0 2.5 中继和服务等级Erlang B的公式：决定了呼叫阻36PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.5 中继和服务等级中继和服务等级v以信道数量和以以信道数量和以Erlang度量的话务量强度为参数的呼叫阻度量的话务量强度为参数的呼叫阻塞概率函数。塞概率函数。2.5 中继和服务等级以信道数量和以Erlang度量的话务37PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.5 中继和服务等级中继和服务等级v假设假设存在缓存存在缓存，那么多余的业务将会排队，那么多余的业务将会排队2.5 中继和服务等级假设存在缓存，那么多余的业务将会排队38PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.5 中继和服务等级中继和服务等级v以信道数量和以以信道数量和以Erlang度量的话务量强度为参数的呼叫延迟概率函数。度量的话务量强度为参数的呼叫延迟概率函数。2.5 中继和服务等级以信道数量和以Erlang度量的话务39PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.5 中继和服务等级中继和服务等级v作业：作业：v在在200万人口的市区，在一个区域内有三个相互竞争的系万人口的市区，在一个区域内有三个相互竞争的系统（系统统（系统A,B,C）提供蜂窝服务。系统）提供蜂窝服务。系统A中有中有19个信道的个信道的小区小区394个，系统个，系统B中有中有57个信道的小区个信道的小区98个，系统个，系统C中中有有100个信道的小区个信道的小区49个。阻塞概率为个。阻塞概率为2%，每个用户每小，每个用户每小时平均打时平均打2个电话，每个电话的平均持续时间为个电话，每个电话的平均持续时间为3分钟，求分钟，求系统多能支持的用户数。假设所有系统多能支持的用户数。假设所有3个系统都已最大容量个系统都已最大容量工作，计算每个系统的市场占有百分比。工作，计算每个系统的市场占有百分比。2.5 中继和服务等级作业：40PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.6 提高蜂窝系统容量提高蜂窝系统容量v2.6.1 小区分裂小区分裂v2.6.2 划分扇区划分扇区v2.6.3 一种新的微小区概念一种新的微小区概念2.6 提高蜂窝系统容量2.6.1 小区分裂41PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.6.1 小区分裂小区分裂v小区分裂小区分裂：将拥塞的小区分为更小将拥塞的小区分为更小小区的方法，每个小区小区的方法，每个小区都有自己的基站并相应都有自己的基站并相应的降低天线高度和减小的降低天线高度和减小发射机功率。发射机功率。可以提高系统容量（提可以提高系统容量（提高了信道的复用次数）高了信道的复用次数）D/R不变，减小不变，减小Rv假设所有小区按半径的假设所有小区按半径的一一半半来分裂，那么系统容量来分裂，那么系统容量将提高将提高4倍倍。2.6.1 小区分裂小区分裂：42PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.6.1 小区分裂小区分裂v如果新小区是旧小区半径的一半，路径衰减指数如果新小区是旧小区半径的一半，路径衰减指数n=4，Pt1和和 Pt2 分别为大的小区和较小的小区的分别为大的小区和较小的小区的基站发射功率，那么基站发射功率，那么v在旧小区边界和新小区边界的接收功率分别为：在旧小区边界和新小区边界的接收功率分别为：2.6.1 小区分裂如果新小区是旧小区半径的一半，路径衰减43PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.6.1 小区分裂小区分裂v小区分裂举例小区分裂举例2.6.1 小区分裂小区分裂举例44PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.6.1 小区分裂小区分裂v举例：假设不管小区大小，每个基站都使用举例：假设不管小区大小，每个基站都使用60个信个信道。如果原有的小区每个半径为道。如果原有的小区每个半径为1km，每个微小区，每个微小区的半径为的半径为0.5km，计算以，计算以A为中为中心的心的3km3km的正方形区域所的正方形区域所含有的信道数。含有的信道数。(a)不使用微小不使用微小区，区，(b)用了图用了图2.9中标有字母的中标有字母的微小区，微小区，(c)原有的所有原有的所有基站都用微小区来代替。基站都用微小区来代替。假设处于正方形边界的假设处于正方形边界的小区算是在正方形内。小区算是在正方形内。2.6.1 小区分裂举例：假设不管小区大小，每个基站都使用45PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.6.1 小区分裂小区分裂v解答：解答：v（a）不使用微小区不使用微小区小区半径为小区半径为1km意味着六边形的边长为意味着六边形的边长为1km。为了覆。为了覆盖以盖以A为中心的为中心的3km3km的正方形区域，需要从基站的正方形区域，需要从基站A出发上、下、左、右都覆盖出发上、下、左、右都覆盖1.5km（1.5km的六边形的六边形半径）。画图后可以看出，这个区域内含有半径）。画图后可以看出，这个区域内含有5个基站。个基站。因为每个基站用因为每个基站用60个信道，没有小区分裂的信道总数个信道，没有小区分裂的信道总数就等于就等于560=300个。个。v（b）用了图示中标有字母的微小区用了图示中标有字母的微小区在图中，有在图中，有6个微小区包围基站个微小区包围基站A。因此，该区域内符。因此，该区域内符合条件的基站总数为合条件的基站总数为5+6=11个。因为每个基站用个。因为每个基站用60个个信道，所用信道总数为信道，所用信道总数为1160=660个。与（个。与（a）比较，）比较，容量增长容量增长2.2倍。倍。2.6.1 小区分裂解答：46PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.6.1 小区分裂小区分裂v（c）原来的所有基站都用微小区来代替原来的所有基站都用微小区来代替从图中可以看出，该区域内符合条件的基站总从图中可以看出，该区域内符合条件的基站总数为数为5+12=17个。因为每个基站用个。因为每个基站用60个信道，个信道，所用信道总数为所用信道总数为1760=1020个。与（个。与（a）比较，）比较，容量增长容量增长3.4倍。倍。2.6.1 小区分裂（c）原来的所有基站都用微小区来代替47PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.6.2 划分扇区划分扇区v另一种提高系统容量的方法是保持小区半径不变，而寻找另一种提高系统容量的方法是保持小区半径不变，而寻找办法来减小办法来减小D/R比值。比值。R不变，减小不变，减小D/R。v容量的提高是通过减小簇中小区的数量，从而提高频率复容量的提高是通过减小簇中小区的数量，从而提高频率复用来实现的。用来实现的。v裂向裂向：使用定向天线来减小同频干扰，提高接收：使用定向天线来减小同频干扰，提高接收SIR，从，从而提高小区容量的技术。而提高小区容量的技术。v通过使用通过使用1200的扇区天线，第一层小区的干扰从的扇区天线，第一层小区的干扰从6减小到减小到了了2。v在实际的系统中，进一步改善在实际的系统中，进一步改善SIR是通过向下倾斜扇区天是通过向下倾斜扇区天线完成的，因为这样天线的辐射图样就在最近的共道蜂窝线完成的，因为这样天线的辐射图样就在最近的共道蜂窝小区出现凹槽。小区出现凹槽。v将增加天线的数量，将中继信道划分成了多个部分，减小将增加天线的数量，将中继信道划分成了多个部分，减小了中继效率。了中继效率。2.6.2 划分扇区另一种提高系统容量的方法是保持小区半径48PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.6.2 划分扇区划分扇区2.6.2 划分扇区49PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.6.3 一种新的微小区概念一种新的微小区概念v每每3个或更多区域站点个或更多区域站点(TX/RX)与一个单独的基站与一个单独的基站相连，并且共享相同的无线设备。相连，并且共享相同的无线设备。v多个微小区和一个基站构成一个小区。多个微小区和一个基站构成一个小区。v当移动台在小区内的微小区之间行驶时，不需要当移动台在小区内的微小区之间行驶时，不需要MSC 进行切换。进行切换。v基站辐射被限制在局部，干扰也减小了。基站辐射被限制在局部，干扰也减小了。v优点优点：小区可以保证覆盖半径，也可以减小蜂窝：小区可以保证覆盖半径，也可以减小蜂窝系统的同频干扰。系统的同频干扰。v同频干扰的减小提高了信号的质量，也增大了系同频干扰的减小提高了信号的质量，也增大了系统容量，而没有裂向引起的中继效率的下降。统容量，而没有裂向引起的中继效率的下降。2.6.3 一种新的微小区概念每3个或更多区域站点(TX/50PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.6.3 一种新的微小区概念一种新的微小区概念2.6.3 一种新的微小区概念51