蜂窝组网技术.ppt

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1、蜂窝系统设计基础,内容,第一节 蜂窝小区的概念和特点第二节 信道切换策略第三节 信道(频率)配置第四节 电信业务流量与服务等级第五节蜂窝移动通信系统的容量分析第六节 干扰和系统容量,第一节蜂窝小区的概念和特点,蜂窝式组网理论蜂窝概念 频率复用区群系统容量与区群关系同频小区的确定同频复用距离,蜂窝式组网理论,无线蜂窝式小区覆盖 将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图形的覆盖区域小功率发射 一个较低功率的发射机服务一个蜂窝小区，在较小的区域内设置相当数量的用户频率复用 蜂窝系统的基站工作频率，由于传播损耗提供足够的隔离度，在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一组工作频率优点：缓解

2、了频率资源紧缺，增加了系统容量缺点：同频干扰,蜂窝式组网理论,多信道共用 由若干无线信道组成的移动通信系统，为大量的用户共同使用并且仍能满足服务质量的信道利用技术越区切换 当正在通话的移动台进入相邻无线小区时，业务信道自动切换到相邻小区基站，从而不中断通信过程,小区制,小区制的概念 将所要覆盖的地区划分为若干小区，每个小区的半径可视用户的分布密度在1-10公里左右，在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务。频率复用 用有限的频率数就可以服务多个小区，每一个小区和其它小区可再重复使用这些频率，称为频率用。这种组网方式可以构成大区域大容量移动通信系统。,小区制,频率复用和覆盖方式带状服务覆盖

3、区面状服务覆盖区簇小区的覆盖形状同频干扰同频相邻小区的找法,双频组频率配置三频组频率配置,一般应用在铁路、公路、沿海等地。按横向排列覆盖整个服务区，BS使用定向天线，有许多细长的无线小区相连而成。,为了克服同频干扰，常采用双频组频率配置和三频组或四频组的频率配置方式。从造价和频率利用率来看，选择二频组最好，但二频组的抗干扰能力最差。,小区制-带状服务区,小区制-面状服务覆盖区,面状服务区 陆地移动通信大部分是在一个宽广的平面上实现的，平面服务区内的无线小区组成的实际形状取决于电波传播条件和天线的方向性。如果服务区的地形、地物相同，且基地台采用全向天线，其覆盖范围大体是一个圆。为了不留空隙地覆盖

4、整个服务区，无线小区之间会有大量的重叠。在考虑重叠之后，每个小区实际上的有效覆盖区是一个圆的内接多边形，这些多边形有正三角形、正方形和正六边形。,小区制-面状服务覆盖区,服务区形状：线状、面状（无缝覆盖）相同地形地物、全向天线圆形小区规划设计中为邻接覆盖服务区，用圆内接正多边形代替圆(正三角形、正方形、正六边形),三种圆内接正多边形的比较,正六边形小区形状最佳，相互邻接构成蜂窝状网络结构,蜂窝概念,通过上表可见，采用正六边形无线小区邻接构成整个面状服务区为最好。六边形的面状服务区的形状像蜂窝-称蜂窝网。蜂窝网通常是先由若干邻接的无线小区组成一个无线区群，再由若干个无线区群构成整个服务区。为了实

5、现同频复用，防止同频干扰，要求每个区群中的小区，不得使用相同频率，只有在不同的无线区群中，才可使用相同的频率进行频率复用。,实际形状 由于地形地貌、传播环境、衰落形式的多样性，小区的实际无线覆盖是一个不规则的形状。一个小区实际的无线覆盖是不规则的。,蜂窝概念,同频复用小区簇的意义频率复用距离与小区簇的关系载波干扰比与小区簇的关系,同频复用,同频复用,两个不同的地理区域里配置相同的频率。例如在不同的城市中使用相同频率的AM或FM广播电台。在一个系统的作用区域内重复使用相同的频率这种方案用于蜂窝系统中。,区 群(簇),若干个单位无线区群彼此邻接组成蜂窝式服务区域邻接单位无线区群中的同频无线小区的中

6、心间距相等。满足以上条件的单位无线区群中的小区数目N为:N=i2+ij+j2其中，i和j为非零整数，同频小区之间的二维距离。N叫做区群的大小，典型值为4、7或12。,区群（簇）的组成,七小区频率复用的图解,同频小区的确定,沿着任何一条六边形边的垂线方向移动j个小区逆时针旋转60度再移动i个小区,i=？j=？N=？,蜂窝小区中定位同频小区的方法,频率复用距离D,频率复用距离D:式中D:同频小区的距离 N:单位无线区群中的小区数目 R:小区半径:邻区中心之间距离,系统容量与区群关系,考虑一个共有S个可用的双向信道的蜂窝系统。如果每个小区都分配k个信道(kS)，并且S个信道在N个小区中分为各不相同的

7、、各自独立的信道组，而且每个信道组有相同的信道数目，那么可用无线信道的总数表示为：S=kN 共同使用全部可用频率的N个小区叫做一区群。如果区群在系统中共复制了M次，则双向信道的总数C，可以作为容量的一个度量：C=MkN=MS 系统容量C与M成比例:N减少而总小区数目不变,M增加从而获得更大的容量.,系统容量与区群关系,N取值是满足通信质量的前提下取值.因此再保证通信质量的前提下,N值大小表现了移动台或基站承受干扰的大小,N取可能最小值是最好的,以提高覆盖范围上的最大容量.,(区群)簇的意义,实际的蜂窝系统中，需要对通信质量和系统容量这两个目标进行协调和折衷。,载干比与区群的关系,C-移动台的接

8、收的载波功率I-移动台的接收的同频干扰功率。若设有K个同频干扰小区，则移动台接收的载干比可表示为,问题：满足同频载干比最低门限 时，要求的小区簇数目N至少多大？,设各基站发射功率相同，各基站到移动台距离近似相等（等于）；采用全向天线，六个干扰源。移动无线信道的传播特性表明：路径损耗正比于传播距离的次方（一般取4）。,得到载干比门限 与小区簇数目N的关系为：,所要求的越小，越小，每个小区可用信道数越多，系统容量越大。,载干比与区群的关系,TACS模拟蜂窝系统中，通常,所以GSM系统容量更大,同理，根据上式可得出，或个小区为一簇,根据（）式可得出，簇N最小为6.49，故一般取小区簇的最小值为N=7

9、，即：7个小区为一簇,GSM数字蜂窝系统中,载干比与区群的关系,例题蜂窝小区的六个同频干扰分布如图。MS处于小区边缘o，要求载干比在最不利的情况下应达到规定的门限值(C/I)s，分别计算下列两种条件下区群N至少为几个？若总频段宽度W=25MHZ，等效信道间隔B=25KHZ，试比较下列两种条件下的通信容量。（1）(C/I)s=18dB（2）(C/I)s=12dB,载干比与小区簇的关系,通信容量用每小区分配的频道数k表示，则,区群（簇）数,解答,频率复用意味着在一个给定的覆盖区域内，存在着许多使用同一组频率的小区，这些小区叫做同频小区；这些同频小区之间的信号干扰叫做同频干扰。减少的措施 为了减小同

10、频干扰，同频小区必须在物理上隔开一个最小的距离，为传播提供充分的隔离。可以采用定向天线减小同频干扰。,同频干扰及减少的措施,同频干扰,邻频干扰:降低邻频干扰的措施:,来自所使用信号频率的相邻频率的信号干扰。邻频干扰是因接收滤波器不理想，使得相邻频率的信号泄漏到了传输带宽内而引起的。,使用精确的滤波器；合适的信道分配使其减小；使小区中的信道间隔尽可能的大；避免在相邻小区使用邻频信道来阻止次要的邻频干扰；选用合适的频率复用比例。,邻频干扰及减少的措施,内容,第一节 蜂窝小区的概念和特点第二节 信道切换策略第三节 信道(频率)配置第四节 电信业务流量与服务等级第五节蜂窝移动通信系统的容量分析第六节

11、干扰和系统容量,第二节信道切换策略,信道切换概念引起切换通常的原因移动台辅助切换实际系统切换的一些考虑,信道切换策略,信道切换概念 当移动用户处于通话状态时，如果用户从一个小区移动到另一个小区，为保证通话的连续，系统要对该移动台的连接控制也从一个小区转移到另一小区。将处于正在通话的移动台转移到新的业务信道（新小区）的过程称为切换。信道切换目的 是实现蜂窝移动通信的“无缝隙”覆盖，即当移动台从一个小区进入另一个小区时，保证通信的连续性。切换的操作不仅包括识别新的小区，而且需要分配给移动台在新小区的语音信道和控制信道。,信道切换策略,引起切换通常的原因 信号的强度或质量下降到由系统规定的一定参数以

12、下，此时移动台被切换到信号强度较强的相邻小区。由于某小区业务信道容量全被占用或几乎全被占用，这时移动台被切换到业务信道容量较空闲的相邻小区。第一种原因引起的切换一般由移动台发起第二种原因引起的切换一般由上级实体发起.,信道切换策略,切换必须顺利完成，并且尽可能少地出现，同时要使用户觉察不到。为适应这些要求，系统设计者必须指定一个启动切换的最恰当的信号强度。（一般在-90dBm-100dBm）基站在准备切换之前先对信号监视一段时间。呼叫在一个小区内没有经过切换的通话时间，叫做驻留时间。第一代模拟蜂窝系统中，信号能量的检测是由基站来完成，由移动交换中心(MSC)来管理的。在使用数字TDMA技术的第

13、二代系统中，是否切换的决定是由移动台辅助完成的。移动台辅助切换（MAHO）每个移动台检测从周围基站中接收信号的能量并且将这些检测数据连续送给当前为它服务的基站。,信道切换策略,实际系统切换的一些考虑 在实际的蜂窝系统中，当移动速度变化范围较大时，系统设计将遇到许多问题。通过使用不同高度的天线和不同强度的功率，在一个站点上设置“大的”和“小的”覆盖区，这种技术叫做伞状小区方法。伞状小区方法能用来为高速用户提供大面积的覆盖，同时为低速用户提供小面积的覆盖。小区拖尾是由对基站发射强信号的步行用户所产生的。由于用户以非常慢的速度离开基站，平均信号能量衰减不快；即使当用户远离了小区的预定范围，基站接收的

14、信号仍然可能高于切换门限，因此不做切换，这就会产生潜在的干扰和话务量管理问题，因为用户那时已深入到了相邻小区中。为解决小区拖尾问题，需仔细地调整切换门限和无线覆盖参数。,内容,第一节 蜂窝小区的概念和特点第二节 信道切换策略第三节 信道(频率)配置第四节 电信业务流量与服务等级第五节蜂窝移动通信系统的容量分析第六节 干扰和系统容量,第三节 信道(频率)配置,激励方式频率规划信道(频率)配置-等频距配置法信道配置实例-频率划分,基站激励方式,激励方式一般分为中心激励和顶点激励,全向辐射天线基站,120扇形辐射天线基站,基站激励方式,类型中心激励-全向天线顶点激励-定向天线三叶草形120扇形60扇

15、形,激励方式,中心激励是指基地台位于无线小区的中心，并采用全向天线实现无线小区的覆盖。顶点激励是指每个正六边形间隔的三个顶角上设置基地台，并采用三个1200扇形张角的定向天线分别覆盖三个相邻小区的各三分之一区域。表示方法:中心激励N=7；顶点激励N=43；33,顶点激励方式的好处,顶点激励方式采用定向天线，能消除障碍物阴影。对来自1200主瓣之外的同频干扰信号，天线方向性能提供一定的隔离度，从而降低了干扰。减小同频无线小区之间的距离，降低了无线区群中无线小区的个数，提高频率利用率、简化设备、降低成本。全向天线改定向天线可减小同频干扰,GSM900:载频号为1-124，共124个频道。中国移动

16、890-909935-954MHz，载频号为1-95(通常频点95保留不用)；中国联通909-915954-960MHz，载频号为96-124。频率值与载频号的关系计算：基站收 f L(n)=890.2+(n-1)0.2 MHz 基站发 fh(n)=fl(n)+45 MHz 其中，n=1,.124,我国GSM网的频率规划,DCS1800:载频号为512-736，共224个频道中国移动 1710-17201805-1815MHz，载频号为512-559；中国联通 1745-17551840-1850MHz，载频号为687-736。频率值与载频号的关系计算：基站收 fl(n)=1710.2+(n-

17、512)0.2 MHz 基站发 fh(n)=fl(n)+95 MHz 其中，n=512-736,我国GSM网的频率规划（续1）,信道配置,将给定的信道(频道)分配给一个簇内的各个小区。静态配置法分区分组配置法：尽量减小占用的总频段，以提高频段利用率；同一簇内不能使用相同的信道，以避免同频道干扰；小区内采用无三阶互调的相容信道组，以避免互调干扰；适合小容量系统。等频距配置法：按等频率间隔来配置信道；适合大容量系统。动态配置法动态配置法：随业务量的变化重新配置;柔性配置法：准备若干个信道，需要时提供给某个小区使用。,信道(频率)配置-等频距配置法,等频距配置时可根据群内的小区数N来确定同一信道组内

18、各信道之间的频率间隔，例如，第一组用(1，1+N,1+2N,1+3N,)，第二组用(2,2+N,2+2N,2+3N,)等。例如N=7，则信道的配置为：第一组 1、8、15、22、29、第二组 2、9、16、23、30、第三组 3、10、17、24、31、第四组 4、11、18、25、32、第五组 5、12、19、26、33、第六组 6、13、20、27、34、第七组 7、14、21、28、35、,同一信道组内的信道最小频率间隔为7个信道间隔，若信道间隔为200kHz，则其最小频率间隔可达1400 kHz，这样，接收机的输入滤波器便可有效地抑制邻道干扰和互调干扰。若是定向天线进行顶点激励的小区制

19、，每个基站应配置三组信道，向三个方向辐射，例如N=7，每个区群就需有21个信道组。整个区群内各基站信道组的分布如下图。,信道(频率)配置-等频距配置法,三顶点激励的信道配置,信道配置实例_频率复用,GSM的频率规划通常采用43复用方式。对于业务量较大的地区，可采用33、l3、26等复用方式。无论采用哪种复用方式，必须满足干扰保护比的要求。GSM系统中，对载干比的要求是：同频载干比：C/I9dB，工程中加3dB余量，即 C/I12dB。邻频载干比：C/I-9dB；工程中加3dB余量，即 C/I-6dB。载波偏离400kHz时的载干比：C/I-41dB。,信道配置实例_频率规划原则,一般情况下，同

20、基站内不允许存在同频、邻频频点；同一小区内BCCH和TCH的频率间隔最好在400kHz以上；同一小区的TCH间的频率间隔最好在400kHz以上(采用射频跳频时可通过合理设划 MAIO实现要求)；直接邻近的基站应尽量避免同频(即使其天线主瓣方向不同，旁瓣及背瓣的影响也会带来较大的干扰)；考虑到天线挂高和传播环境的复杂性，距离较近的基站应尽量避免同频、邻频相对(含斜对)；通常情况下，l3复用应保证参与跳频的频点是参与跳频载频数的二倍以上；重点关注同频复用，避免在邻近区域存在同BCCH同BSIC的情况。,信道配置实例-43复用方式,GSM系统中最基本的频率复用方式为43频率复用方式，“4”表示4个基

21、站，“3”表示每个基站3个小区组成。12个扇形小区为一个频率复用簇，同一簇中频率不能被复用。43频率复用方式同频复用距离大，能够比较可靠地满足GSM体制对同频于扰保护比和邻频干扰保护比的指标要求，使GSM网络运行质量好、安全性高。由于BCCH载频的重要性及其不能采用下行功控、DTX等抗干扰手段，BCCH载频必须采用43或更宽松的频率复用模式。,43频率复用方式（）,每簇由A、B、C、D个基站组成，每个基站覆盖3个小区，共43=12个频道组。每组内相邻频道间隔都为12。,43复用方式,43频率复用方式（）,3个三叶草扇区覆盖N=12,例如：A基站A1:第组（97,109,121）A2:第组（10

22、1,113）A3:第组（105,117）载频配置:3/2/2TCH配置:22/14/14,43复用方式的频道配置（联通6MHz）,中国联通GSM900可用带宽为6MHz，频道号为96-124。,基站、的频道如何配置？,中国联通,中国移动,载频个数超过个时，TCH个数载频个数,6MHz带宽43复用,可用带宽为6MHz，信道号为97124。下表为43频率规划例子。,110,19MHz带宽43复用,中国移动19MHz的频率（194），采用43频率复用模式，BCCH为7994，共16个频点，其余全部分配给TCH，最大站型为S8/7/7。,43复用小结,43作为常规的频率复用模式是基本的频率规划技术，其

23、他各种频率紧密复用技术的BCCH都必须采用43复用模式。理论分析表明，当各基站分布比较规则、小区方位一致时，同样复用模式下的干扰最小。因此要想增加网络容量，就必须尽可能保持基站分布符合理想网孔规则，小区方位角保持一致，天线高度也维持在同一高度(不考虑分层网)。但有时为了覆盖的需要，又往往期望通过调整天线方位角来改善覆盖，在这里与网络容量的提高是一个矛盾，需要权衡取舍。当需要继续增加网络容量时，可以采用的措施有：(1)小区分裂。但目前市区宏蜂窝基站平均覆盖半径已经小于500m，进一步大规模小区分裂在技术上和经济上的难度越来越大；(2)利用新的频率资源。如引入1800MHz频率资源，建设DCSl8

24、00网络；(3)在900MHz现有的频率资源情况下，采用紧密频率复用技术，提高网络容量。采用频率紧密复用技术提高网络容量是最经济、最快捷的手段，因此也是最受运营商欢迎的手段。,某地区联通GSM组网，43频率复用方式，每个基站区采用三个120度扇区覆盖。（）画出43复用方式结构图，并在图上标明 频道组号以及同频小区的位置；（）试采用等频距配置法对第97124号频道进 行配置；（）计算各频道的频率值。,例题,(2)A基站 A1:第组（97,109,121）A2:第组（101,113）A3:第组（105,117）B基站 B1:第2组（98,110,122）B2:第6组（102,114）B3:第10组

25、（106,118）,C基站C1:第3组（99,111,123）C2:第7组（103,115）C3:第11组（107,119）D基站D1:第4组（100,112,124）D2:第8组（104,116）D3:第12组（108,120）,(3)基站收 fl(n)=890.2+(n-1)0.2 MHz 基站发 fh(n)=fl(n)+45 MHz 其中，n=97,.124,(1),解答,频率紧密复用技术-33（）,每簇由A、B、C个基站组成，每个基站覆盖3个小区，共33=9个频道组。每组内相邻频道间隔都为9。,3个120度扇区覆盖N=33,33频率复用方式（）,3个三叶草扇区覆盖N=9,例如联通6MH

26、zA基站A1:(100,109,118）A2:（103,112,121）A3:（97,106,115,124）载频配置:3/3/4TCH配置:22/22/30,33频率复用方式的频道配置,内容,第一节 蜂窝小区的概念和特点第二节 信道切换策略第三节 信道(频率)配置第四节 电信业务流量与服务等级第五节蜂窝移动通信系统的容量分析第六节 干扰和系统容量,第四节电信业务流量与服务等级,多信道共用技术话务量与呼损率的定义呼损系统呼损率B的计算爱尔兰B公式用户忙时的话务量与用户数例题,电信业务流量与服务等级,多信道共用技术无线移动通信系统小区所有无线信道都被占用，而用户又请求服务时:发生呼叫阻塞而被系统

27、拒绝接入。用队列保存阻塞呼叫，呼叫请求就一直延迟到有空闲信道为止。,电信业务流量与服务等级,话务量与呼损率的定义在话音通信中，业务量的大小用话务量来量度。话务量又分为流入话务量和完成话务量。流入话务量的大小取决于单位时间(1小时)内平均发生的呼叫次数和每次呼叫平均占用信道时间(含通话时间)S。定义流入话务量A为 式中：的单位是(次/小时)；S的单位是(小时/次)；两者相乘而得到A应是一个无量纲的量，命名它的单位为“爱尔兰”(Erlang)。,已知 1 小时内平均发生呼叫的次数为(次)，可求得:A(爱尔兰)=S(小时/次)(次/小时)A是平均1小时内所有呼叫需占用信道的总小时数。因此，1爱尔兰就

28、表示平均每小时内用户要求通话的时间为1小时。例如全通信网平均每小时发生20次呼叫，即=20(次/小时)，平均每次呼叫的通话时间为3分钟，即,爱尔兰,电信业务流量与服务等级,在信道共用的情况下，通信网是无法保证每个用户的所有呼叫都能成功，发生呼损。已知全网用户在单位时间内的平均呼叫次数为，单位时间内成功呼叫的次数为0(0)，就可算出完成话务量,流入话务量A与完成话务量A0之差，即为损失话务量。损失话务量占流入话务量的比率即为呼叫损失的比率，称为“呼损率”，用符号B表示,电信业务流量与服务等级,呼损率B越小，成功呼叫的概率就越大，用户就越满意。因此，呼损率B 也称为通信网的服务等级(或业务等级)。

29、对于一个通信网来说，要想使呼叫损失小，只有让流入话务量小，即容纳的用户少些，这又是所不希望的。可见呼损率与流入话务量是一对矛盾，要折衷处理。,电信业务流量与服务等级,呼损系统爱尔兰B公式,爱尔兰B公式已经制成爱尔兰呼损表(见附录一)，若已知三个参数A、B和n中的任何两个参数，就可以从爱尔兰呼损表中查出需要的第三个参数。可以从下表中找到B、A、n三者。呼损率不同情况下，信道的利用率也是不同的。信道利用率可用每小时每信道的完成话务量来计算，即,呼损率和话务量与信道数及信道利用率的关系表,呼损率和话务量与信道数及信道利用率的关系表1,用户忙时的话务量与用户数,每个用户在24小时内的话务量分布是不均匀

30、的，网络设计应按最忙时的话务量来进行计算。最忙1小时内的话务量与全天话务量之比称为集中系数，用k表示，一般k=10%-15%。每个用户的忙时话务量需用统计的办法确定。通信网中每一用户每天平均呼叫次数为C(次/天)，每次呼叫的平均占用信道时间为T(秒/次)，集中系数为k，则每用户的忙时话务量为,一个用户25天内平均呼叫时间100min，平均每天呼叫时间4min,每天忙时呼叫一次，假定忙时系数9%，忙市呼叫一次时间为0.36min，根据A=s，则每个用户忙时只呼一次的业务量为0.36/60=0.06Erl。若有100个用户10条线路,则这个系统的留入话务量A=6Erl，呼损率B=4.3%。国外资料

31、表明，公用移动通信网可按a=0.01设计，专业移动通信网可按a=0.05设计。由于电话使用的习惯不同，建议公用移动通信网按a=0.020.03设计，专业移动通信网按a=0.08设计。,用户忙时的话务量与用户数,用户数的计算,a=0.01(爱尔兰/用户)计算出每信道的用户数如下表所示(在a值不同时，则需另行计算)。,全网的用户数为mn，m为每个信道的用户数，n 为信道数,用户忙时的话务量与用户数,例题1,某蜂窝网小区共有20个信道，每个用户忙时话务量0.01Erl,在一个呼叫清除系统中,呼损率为1%,该小区能支持多少用户数?解:n=20,B=1%,查表2.1 得A=12Erl 用户数：m.n=A

32、/=12/0.01=1200户,每天每户平均呼叫10次，每次呼叫占时100s，呼损率为10%，繁忙小时集中率为10%，求：（1）给定20个信道，能容纳多少个用户？（2）若区域内有500个用户，需要分配多少个信道？解：A用户=CTK/3600=0.028(Erl/用户)（1）根据B=10%，n=20查爱尔兰呼损表得：A=17.613Erl mn=A/A用户=17.613/0.028629个所以，给定20个信道可容纳约629个用户（2）A=mnA用户=14(Erl)根据A及B=10%查爱尔兰呼损表得：n17个所以，500个用户需共用约17个信道,例题,例题,某地区组网面积为1280km2，系统总频

33、带宽度=40MHz，信道等效间隔Bc=60KHz，采用N=7小区复用，小区半径R=4km（小区面积按六边形面积2.5981R2计算）。若统计每用户平均忙时呼叫3次，每次呼叫平均时长36秒，要求系统的呼损率为2%，求：（1）该地区共建多少个小区？（2）每小区信道数？（3）该地区总话务量；（4）在给定的呼损率下，该地区可提供的总用户数？（5）每信道用户数；（6）系统一次服务的最大用户数？,(1)小区面积2.5981R2=41.57Km2 小区个数:1280/41.57=31 个(2)每小区信道数:n=W/Bc/N=40000/60/7=95 条,(3)每小区话务量n=95 B=2%查爱尔兰呼损表得

34、 A=84 Erl/小区总话务量31842604 Erl(4),总用户数:31*AAa=31*84/0.03=86800(户)(5)每信道用户数=86800/(95*7)=130户/信道,(6)系统一次服务的最大用户数，即总的可使用的信道数95*312945个,解答,例题3,市区用户密度700户/km2，该区面积25 km2，郊区用户密度20户/km2，该区面积300 km2，B=5%；每用户忙时话务量0.027Erl，城市采用43复用方式，郊区采用全向N=7复用方式。中国联通的GSM网络,需要多少个BS来覆盖?解:根据前节的信道配置方案(即6M频率复用),例题3-续1,43方式（市区）(1)

35、n=22 B=5%查呼损表得A=17.132Erl用户数m.n=A/=17.132/0.027=634户(2)n=14 B=5%查呼损表得A=9.73Erl用户数m.n=A/=9.73/0.027=323户总用户数=3232+634=1280户每BS有效面积=1280/700=1.83 km2 BS数=25/1.83=13个,例题3-续2,郊区N=7全向n=30 B=5%查呼损表得A=24.8Erl用户数m.n=A/=24.8/0.027=919户每BS有效面积=919/20=45km2 BS数=300/45=7个,等待系统服务等级的计算,等待系统服务等级指标主要有等待时长的概率分布和呼叫平均

36、等待时间。等待时长的概率分布主要关心呼叫等待的概率和呼叫等待时间超过规定时间的概率。呼叫平均等待时间根据不同定义，可以分成：根据全部呼叫计算的平均等待时间；根据等待呼叫计算的平均等待时间。,等待系统服务等级的计算,在任意时刻到达的呼叫，它的等待服务时间大于任意给定时间t的概率就是等待时长的概率分布，即,例：设呼叫的平均占用时长s=10s，呼叫到达率=1.2呼/min，则业务流量 呼叫等待的概率 呼叫等待20 s以上的概率P(r20)=p(r0)e-0.1(1-0.2)20=0.04038,平均等待时间和平均排队长度,平均等待时间,平均排队长度,等待系统服务等级的计算,某等待系统，在1条信道上的

37、平均呼叫占用时长为10秒，呼叫到达率为1.2个分钟，呼叫流是泊松过程，（）求呼叫等待时间超过20秒的呼叫等待概率？（）呼叫平均等待时间和平均排队长度解：,例题,一个小区的呼叫等待系统，共有60条业务信道，小区半径1.387km,若每用户话务负荷是0.029Erl,每用户每小时呼叫次，呼叫等待概率为0.05。问（）该系统每km2 可承载多少用户？（小区面积按六边形面积2.5981R2计算）（）一个被延迟的呼叫等待0秒以上的概率？（）一个呼叫被等待0秒以上的概率？,思考,内容,第一节 蜂窝小区的概念和特点第二节 信道切换策略第三节 信道(频率)配置第四节 电信业务流量与服务等级第五节蜂窝移动通信系

38、统的容量分析第六节 干扰和系统容量,第五节蜂窝移动通信系统的容量分析,蜂窝系统的无线容量可定义为：信道/小区 其中 m无线容量大小 Bt 分配给系统的总的频谱 Bc 信道带宽 N 频率重用的小区数,三种多址接入方式的理论容量三种多址接入方式的实际容量,三种多址接入方式的理论容量,假设三种多址系统均有W MHz的带宽；每个用户未编码比特率都为Rb，每种多址系统均使用正交信号波形，则最大用户数再假定任何多址系统每个用户接到的能量是Sr，则接收到的总能量假设所需的信噪比（SNR）或（单位比特能量与噪声谱密度比）与实际值相等，即由此得出：从理论上，各种多址技术具有相同的容量,理论上讲各种多址接入方式都

39、有相同的容量推导,三种多址接入方式的实际容量,FDMA和TDMA 蜂 窝 系 统 的 容 量,CDMA 蜂窝系统的容量,三种系统 容量的比较,FDMA和TDMA蜂窝系统的容量,对于模拟FDMA系统,频率重用的小区数N由所需的载干比决定，即则FDMA的无线容量对于数字TDMA系统 数字信道所要求的载干比可以比模拟制的小45dB（因数字系统有纠错措施），因而频率复用距离可以再近一些 则TDMA的无线容量,CDMA蜂窝系统的容量,决定系统容量的主要参数处理增益Eb/N0话音负载周期频率再用效率以及基站天线扇区数 一般扩频通信系统的容量 CDMA蜂窝通信系统的容量,一般扩频通信系统的容量,接收信号的载

40、干比可写成:式中 Eb 信息的比特能量；Rb 信息的比特速率；N0 干扰的功率谱密度 W 信号所占的频谱宽度；Eb/Rb 类似于归一化信噪比，其取值决定于系统对误比特率或话音质量的要求，并与系统的调制方式和编码方案有关；W/Rb 系统的处理增益。若m个用户共用一个无线频道，显然每一用户的信号都受到其他m 1个用户信号的干扰。假设到达一个接收机的信号强度和各干扰强度都相等，则载干比为：即 信道/小区如果考虑背景热噪声，则能够接入此系统的用户数可表示为：信道/小区结果表明在误比特率一定的条件下，降低热噪声功率，减小归一化信噪比，增大 系统的处理增益都将有利于提高系统的容量。,CDMA蜂窝通信系统的

41、容量,考虑反向功率控制和CDMA蜂窝通信系统的特点，对一般公式进行修正采用话音激活技术提高系统容量利用扇区划分提高系统容量邻区干扰降低系统容量,采用话音激活技术-提高系统容量,在典型的全双工通话中，话音的激活期（占空比）d 通常小于35%，如果CDMA系统在话音停顿时停止信号发射，其他用户受到的干扰会相应地平均减少65%，从而使系统容量提高到原来的1/d=2.86倍CDMA系统的容量公式被修正为 信道/小区当用户数目庞大并且系统是干扰受限而不是噪声受限时，用户数可表示为 信道/小区,利用扇区划分-提高系统容量,如利用120o扇形覆盖的定向天线把一个蜂窝小区划分成3个扇区时，处于每个扇区中的移动

42、用户是该蜂窝的三分之一，相应的各用户之间的多址干扰分量也就减少为原来的三分之一，从而系统的容量将增加近3倍CDMA系统的容量公式被修正为 信道/小区,邻区干扰-降低系统容量,在CDMA系统中，所有用户共享一个无线频率，因此任一小区的移动台（基站）都会受到相邻小区基站（移动台）的干扰假设各小区的用户数为M，M个用户同时发射信号，理论分析表明，正向信道和反向信道的干扰总量对容量的影响大致相等。因而在考虑邻近蜂窝小区的干扰对系统容量影响时，一般按正向信道计算 当系统采用正向功率控制技术时，由于路径传播损耗的原因移动台最不利的位置是处于3个小区交界处（图5-11 MS点）在采用功率控制时，每小区同时通

43、信的用户数 将下降到原来的60%，即信道复用效率F=0.6，使系统容量下降到未考虑 邻区干扰时的60%CDMA系统的容量公式被修正为 信道/小区,图 CDMA系统移动台受干扰示意图,数字GSM系统（TDMA方式）设：载频间隔 Bc=200kHz 每载频时隙数为 8 频率重用的小区数 N=4 得GSM系统容量（信道/小区）,数字CDMA系统 设：话音编码速率Rb=9.6kbit/s 话音占空比 d=0.35 扇形分区系数 G=2.55 信道复用效率 F=0.6 归一化信噪比 Eb/N0=7dB 得CDMA系统容量（信道/小区）,三种系统容量的计算,给定的一个窄带码分系统的总频宽Bt=1.25MH

44、z,模拟TACS系统（FDMA方式）设：信道带宽Bc=25kHz 频率重用的小区数N=7 得TACS系统容量（信道/小区）,三种系统容量的比较,理论可得：在总频带宽度为1.25MHz时，三种体制的系统容量的比较结果为：实际的CDMA系统的容量比理论值有所下降，其下降多少将随着其功率控制精度和某些参数的选取而变化当前比较普遍的看法是CDMA数字蜂窝移动通信系统的容量是模拟FDMA系统的810倍,内容,第一节 蜂窝小区的概念和特点第二节 信道切换策略第三节 信道(频率)配置第四节 电信业务流量与服务等级第五节蜂窝移动通信系统的容量分析第六节 干扰和系统容量,第六节蜂窝小区容量改善的技术,小区分裂扇

45、区划分新微小区,小区分裂,小区分裂就是一种将拥塞的小区分成更小小区的方法，分裂后的每个小区都有自己的基站并相应地降低天线高度和减小发射机功率.,图 小区分裂的图例,假设每个小区都按半径的一半来分裂，如图所示。为了用这些更小的小区来覆盖整个服务区域，将需要大约为原来小区数目4倍的小区。分裂后的每个小区都有自己的基站并相应地降低天线高度和减小发射机功率.整个服务区基站数目增加。,小区分裂,小区的分裂,扇区的概念,蜂窝系统中的同频干扰可以通过使用定向天线代替基站中单独的一根全向天线来减小，其中每个定向天线辐射某一特定的扇区。由于使用了定向天线，小区将只接收同频小区中一部分小区的干扰。这种使用定向天线

46、来减小同频干扰，从而提高系统容量的技术叫做裂向。采用裂向技术以后，在某个小区中使用的信道就分为分散的组，每组只在某个扇区中使用，如图(a)和(b)所示。,扇区划分,扇区划分,120度裂向如何减小同频小区干扰,以N=7小区的复用结构为例：全向天线：6个干扰源；120度定向天线：2个或3个干扰源；60度定向天线：1个干扰源,扇区划分（裂向）减少同频干扰源,扇区划分提高系统容量,扇区划分提高系统容量的方法是保持小区半径R不变，而寻找办法来减小D/R比值。在扇区划分的方法中，容量的提高是通过降低同频干扰，从而减小区群中的小区数量N，相应提高频率复用来实现的。但需要在不降低发射功率的前提下减小相互干扰。

47、采用裂向方法会降低中继效率。,例题,某系统要求B=1%共有395个信道,用户平均呼叫1次/小时,平均每次呼叫时长2分钟,问在全向N=7复用方式及1200裂向情况下用户及信道利用率分别是多少?解:全向 n=57 B=1%查爱尔兰呼损表 A=44.2Erl 用户数m.n=A/=44.2/(1/30)=1326户 信道利用率=A(1-B)/n=44.299%/57=77%1200 n=57/3=19 B=1%查爱尔兰呼损表 A=11.23Erl 用户数m.n=A/=11.23/(1/30)=336户 信道利用率=A(1-B)/n=11.2399%/19=58.5%,（）小区簇数，求采用全向天线、12

48、0度定向天线时，移动台的接收的载干比C/I分别是多大？（）在满足规定的载干比门限(C/I)s=23dB条件下，分别确定采用全向天线、120度定向天线时，小区簇数至少为几个？,例题,采用裂向，因为同频干扰小，C/I变大，提高了传播质量,门限值(C/I)s一定时，采用裂向可以减小小区簇数N，从而增加复用次数，提高系统容量,解答,新微小区的概念,基于7小区复用的微小区概念，如图所示。在这个方案中，每3个(或者更多)区域站点(在图中以Tx/Rx表示)与一个单独的基站相连，并且共享同样的无线设备。各微小区用同轴电缆、光导纤维或微波链路与基站连接。多个微小区和一个基站组成一个小区。,图 微小区的概念,微小

49、区技术的优点在于，小区既可以保证覆盖半径，又能够减小蜂窝系统的同频干扰。同频干扰的减小提高了信号质量，也增大了系统容量，同时，又没有裂向引起的中继效率的下降。,新微小区优点,当移动台在小区内从一个微小区运动到另一个微小区时，它使用同样的信道。移动台在小区内的微小区之间运动时不需要MSC进行切换。以这种方式，某一信道只是当移动台在微小区内时使用，因此，基站辐射被限制在局部，同频干扰也就减小了。小区既可以保证覆盖半径，又能够减小蜂窝系统的同频干扰，同频干扰的减小提高了信号质量，也增大了系统容量。没有裂向引起的中继效率的下降。,图中，令每个独立的六边形代表一个微小区，每三个六边形一组代表一个小区。微小区半径Rz约等于六边形的半径，D为同频小区间的距离。Dz/Rz=4.6(N=7)D/R=3(N=3)微小区使系统容量增加7/3倍。,N=7的微小区结构定义,新微小区增加容量,