XXXX移动通信_第五章蜂窝组网技术xin.ppt
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1、第五章第五章 通信抗干扰技术国家级重点实验室通信抗干扰技术国家级重点实验室移移 动动 通通 信信蜂窝组网技术蜂窝组网技术主要内容主要内容5.1移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念5.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区5.3 多址接入技术多址接入技术5.4 码分多址关键技术码分多址关键技术5.5 蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析5.6 CDMA系统中的功率控制系统中的功率控制(第第7章章)5.7 切换、位置更新切换、位置更新(第第6,7章章)主要内容主要内容5.1移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念5.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区5.3 多址接入技术
2、多址接入技术5.4 码分多址关键技术码分多址关键技术5.5 蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析5.6 CDMA系统中的功率控制系统中的功率控制5.7 切换、位置更新切换、位置更新5.1移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念v移动通信网络组成移动通信网络组成空中网络空中网络u多址接入多址接入u频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区u 切换和位置更新切换和位置更新地面网络地面网络u各基站相互连接各基站相互连接u基站与固定网络的连接基站与固定网络的连接主要内容主要内容5.1移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念5.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区5.3 多址接入技术多址接
3、入技术5.4 码分多址关键技术码分多址关键技术5.5 蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析5.6 CDMA系统中的功率控制系统中的功率控制5.7 切换、位置更新切换、位置更新5.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区v移动通信网的区域覆盖方式分为两类移动通信网的区域覆盖方式分为两类1.小容量的大区制小容量的大区制2.大容量的小区制大容量的小区制1.小容量大区制小容量大区制一个基站覆盖整个服务区一个基站覆盖整个服务区天线架设高天线架设高发射功率大发射功率大频谱效率低,小容量的通信网频谱效率低,小容量的通信网控制方式简单、设备成本低控制方式简单、设备成本低 大区制移动通信网大区制
4、移动通信网BSMS1MS3MS25.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区2.大容量小区制大容量小区制将服务区划分成许多小面积覆盖区域,将服务区划分成许多小面积覆盖区域,用一个小功率的发射机来服务一个小面用一个小功率的发射机来服务一个小面积覆盖区。积覆盖区。小区制移动通信系统分两种小区制移动通信系统分两种u第第1种是带状服务覆盖区种是带状服务覆盖区u第第2种是面状服务覆盖区种是面状服务覆盖区v带状服务覆盖区带状服务覆盖区v可采用多个频率组复用可采用多个频率组复用ABABABABCABC双频组双频组三频组三频组频率复用频率复用(区群区群)同频小区同频小区v簇(区群):簇(区群):共共同同使使用
5、用全全部部可可用用频频率率的的N个个小小区区叫叫做做一一簇簇(区区群)群)v频率复用:频率复用:将可用频道分将可用频道分N组,区群内的每个小区使用不组,区群内的每个小区使用不同的频率组,而相邻区群重复使用相同的频率同的频率组,而相邻区群重复使用相同的频率组分配模式组分配模式v同频小区:同频小区:同频小区同频小区:使用同一组频率的小区使用同一组频率的小区同频干扰:同频小区之间的信号干扰叫做同频同频干扰:同频小区之间的信号干扰叫做同频干扰(也叫同道干扰)干扰(也叫同道干扰)v面状服务覆盖区面状服务覆盖区:蜂窝网蜂窝网在平面区域内划分小区在平面区域内划分小区全向天线的覆盖区是圆形。全向天线的覆盖区是
6、圆形。正六边形构成小区与圆形匹配最好正六边形构成小区与圆形匹配最好实际小区:不规则形实际小区:不规则形三种形状三种形状小区小区5.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区5.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区v 构成簇的基本条件:构成簇的基本条件:基本图案(簇)能彼此邻接且无空隙基本图案(簇)能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积。地覆盖整个面积。相邻单元(簇)中,同频道的小区间相邻单元(簇)中,同频道的小区间距离相等,且为最大。距离相等,且为最大。区群的大小:区群的大小:Nv 满足上述两个条件的簇的形状和簇内小区满足上述两个条件的簇的形状和簇内小区数数N是有限的,并且是有限的,并且N应该满足
7、下式:应该满足下式:i 和和j分别为相邻同频小区之间的二维距离(相邻分别为相邻同频小区之间的二维距离(相邻小区数),都为正整数,不能同时为零小区数),都为正整数,不能同时为零28272521191613129743N435434323221j230120120101i5.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区v 簇间同频小区位置簇间同频小区位置的确定的确定 沿着任意一条六沿着任意一条六边形边的垂线方边形边的垂线方向移动向移动i个小区,个小区,并逆时针方向旋并逆时针方向旋转转60,再移动,再移动j个小区。个小区。图图 2.3 确定同频小区的方法确定同频小区的方法AiAAAAAADj5.2 频率
8、复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区v 利用寻找同频小区的方法确定簇利用寻找同频小区的方法确定簇 例如例如:N=3,i=1,j=1AAAAAAABCCCCCCBBBBBBCA5.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区常见正六边形区群的图案常见正六边形区群的图案ACBN=3,i=1,j=1DACBN=4,i=0,j=2N=7,i=1,j=2DCBAEFG5.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区v思考思考:画一个:画一个N=4的蜂窝系统结构,要求至少包括的蜂窝系统结构,要求至少包括3个区群,将簇中小区所用频率组用个区群,将簇中小区所用频率组用A,B,C,D标识标识。1.N=4对应的对应的2维坐标
9、:维坐标:i=0,j=2DACBDACBDACB3.确定相邻区群的位置确定相邻区群的位置2.N=4的基本区群形状:的基本区群形状:DACBN=4,i=0,j=25.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区v同频小区之间的距离同频小区之间的距离DvH为小区中心到边的距离为小区中心到边的距离v 相邻相邻j个小区的中心距离个小区的中心距离v同频小区之间的距离同频小区之间的距离DAA1205.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区v由于由于R是小区的半径,有是小区的半径,有v带入有带入有5.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区v 一定要用寻找相邻同频小区的方法确定相邻一定要用寻找相邻同频小区的方
10、法确定相邻区群的位置区群的位置才能保证同频小区间距离最大才能保证同频小区间距离最大:以以N=4,i=0,j=2为例,思考为例,思考DACBDACBDACBDACBD=3R错误错误正确正确5.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区v全向小区系统全向小区系统C/I的计算的计算如图,同频小区围如图,同频小区围绕着某一小区可分绕着某一小区可分为多层。为多层。来自第一层的同频来自第一层的同频干扰最强。干扰最强。分析时,可只考虑分析时,可只考虑第一层同频干扰。第一层同频干扰。同频小区分布同频小区分布1第一层第一层111111第二层第二层1111第三层第三层111)设所有设所有BS发射功率相同,同频复用距
11、离发射功率相同,同频复用距离为为D,小区半径为,小区半径为R,干扰台离,干扰台离MS的距离的距离分别为分别为Dk(k=1,2m)MSBSBSBSBSBSBSRDBSD1D2D3D4D5D62)有效信号:有效信号:3)无效信号:无效信号:4)全向小区系统全向小区系统C/I:5.2 5.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区v若干扰基站与移动台的距离相等,若干扰基站与移动台的距离相等,D=Dk,则移动台的载干比可近似表示为则移动台的载干比可近似表示为v则则5.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区v同频复用比同频复用比 Q:与区群的大小有关与区群的大小有关uN越小越小,Q的值越小的值越小,C/
12、I越小;越小;uN越大越大,Q的值越大的值越大,C/I越大越大可以提高传播质量,因为同频干扰小可以提高传播质量,因为同频干扰小实验报告实验报告v 电子版电子版v 按指导书模式,直接写作业部分按指导书模式,直接写作业部分v 扩展实验扩展实验 源程序(源程序(m或或simulink均可)均可)电子版报告电子版报告u流程图流程图u 编程和调试中遇到的主要问题编程和调试中遇到的主要问题u BER曲线截图曲线截图u 性能分析说明性能分析说明v 对实验的建议对实验的建议26v例:例:蜂窝小区蜂窝小区N=7的模式,设的模式,设n=4,问其载干比,问其载干比?v解解v如果,如果,N=4时,时,v 例例,蜂窝移
13、动通信系统,若使载干比蜂窝移动通信系统,若使载干比C/I(假(假设路径传输损耗因子设路径传输损耗因子n为为4,并且只考虑第一,并且只考虑第一层同频干扰)大于层同频干扰)大于13dB,请问区群大小,请问区群大小N应应该为多少?该为多少?v解:解:v同时同时N应满足区群构成条件,即应满足区群构成条件,即N可为可为4,7,9,所以区群大小,所以区群大小N至少为至少为4时,才能满时,才能满足系统的载干比要求足系统的载干比要求v设蜂窝移动系统共有设蜂窝移动系统共有S个不同的双向信道个不同的双向信道v其簇的大小为其簇的大小为Nv簇内每个小区分配有簇内每个小区分配有K个信道个信道v小区间信道分配各不相同小区
14、间信道分配各不相同v簇在系统中复制簇在系统中复制M次次v则则可用无线信道的总数可用无线信道的总数 S=KN信道的总数信道的总数C(容量容量)C=MKN=MSBCAN=3,K=S/NM=3,C=MSAAABCCCBBv例,系统总的可用信道数例,系统总的可用信道数S=280,相同区域内,用,相同区域内,用N=7的区群需要复制的区群需要复制4次,而用次,而用N=4的区群需要复制的区群需要复制7次,求次,求 二者能提供的信道总数二者能提供的信道总数 N=7时时u每个小区的可用信道数每个小区的可用信道数u 则总的可用信道数则总的可用信道数 u同频复用比同频复用比 QN=4时时u每个小区的可用信道数每个小
15、区的可用信道数u 则总的可用信道数则总的可用信道数 u同频复用比同频复用比 Q5.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区v结论:结论:N越大,则意味着同频小区间距离越远,越大,则意味着同频小区间距离越远,同频干扰越小,容量越小。同频干扰越小,容量越小。N越小,则意味着一个系统中可有更多的越小,则意味着一个系统中可有更多的区群,频谱利用率高,有更多的容量。区群,频谱利用率高,有更多的容量。从提高频谱利用率的角度,在保持满意的从提高频谱利用率的角度,在保持满意的通信质量的前提下,通信质量的前提下,N应取最小值为好。应取最小值为好。5.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区v按基站对小区的覆盖方
16、按基站对小区的覆盖方式:式:中心激励小区:中心激励小区:u基站位于小区中心,基站位于小区中心,有时会有辐射有时会有辐射阴影阴影n顶点激励:顶点激励:u在顶点上设置基站,在顶点上设置基站,并采用三个互成并采用三个互成120的定向天线,以避免的定向天线,以避免辐射阴影辐射阴影31 顶点激励顶点激励 5.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区v利用定向天线利用定向天线可以降低同频可以降低同频干扰干扰 m=2或或3120120定向覆盖的同频干扰定向覆盖的同频干扰 DCBAEFGDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD5.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区v蜂窝无线系统的典型干扰蜂窝无线系
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