第3節(jié)蜂窩系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、數(shù)字移動通信原理數(shù)字移動通信原理曲良東 1上次課內(nèi)容上次課內(nèi)容n蜂窩小區(qū)的概念和特點(diǎn)蜂窩小區(qū)的概念和特點(diǎn)n信道切換策略信道切換策略n信道信道( (頻率頻率) )配置配置2本次課內(nèi)容本次課內(nèi)容n第一節(jié)第一節(jié) 電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級n第二節(jié)蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量分析第二節(jié)蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量分析n第三節(jié)第三節(jié) 干擾和系統(tǒng)容量干擾和系統(tǒng)容量3第一節(jié)電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級第一節(jié)電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級多信道共用技術(shù)多信道共用技術(shù)話務(wù)量與呼損率的定義話務(wù)量與呼損率的定義呼損系統(tǒng)呼損率呼損系統(tǒng)呼損率B的計(jì)算愛爾蘭的計(jì)算愛爾蘭B公式公式用戶忙時(shí)的話務(wù)量與用戶數(shù)用戶忙時(shí)的話務(wù)量與用戶數(shù)例

2、題例題4電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級n多信道共用技術(shù)多信道共用技術(shù)n無線移動通信系統(tǒng)小區(qū)所有無線信道都被占用，而用無線移動通信系統(tǒng)小區(qū)所有無線信道都被占用，而用戶又請求服務(wù)時(shí)戶又請求服務(wù)時(shí): :n發(fā)生呼叫阻塞而被系統(tǒng)拒絕接入。發(fā)生呼叫阻塞而被系統(tǒng)拒絕接入。n用隊(duì)列保存阻塞呼叫，呼叫請求就一直延遲到有空閑用隊(duì)列保存阻塞呼叫，呼叫請求就一直延遲到有空閑信道為止。信道為止。5電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級n話務(wù)量與呼損率的定義話務(wù)量與呼損率的定義n在話音通信中，業(yè)務(wù)量的大小用話務(wù)量來量度。話務(wù)在話音通信中，業(yè)務(wù)量的大小用話務(wù)量來量度。話務(wù)量又分為流入話務(wù)量和完成話務(wù)量。

3、量又分為流入話務(wù)量和完成話務(wù)量。n流入話務(wù)量的大小取決于單位時(shí)間流入話務(wù)量的大小取決于單位時(shí)間(1小時(shí)小時(shí))內(nèi)平均發(fā)生內(nèi)平均發(fā)生的呼叫次數(shù)的呼叫次數(shù)和每次呼叫平均占用信道時(shí)間和每次呼叫平均占用信道時(shí)間(含通話時(shí)含通話時(shí)間間)S。定義流入話務(wù)量。定義流入話務(wù)量A為為n n 式中：式中：的單位是的單位是(次次/小時(shí)小時(shí))；S的單位是的單位是(小時(shí)小時(shí)/次次)；兩者相乘而得到兩者相乘而得到A應(yīng)是一個(gè)無量綱的量，命名它的單位應(yīng)是一個(gè)無量綱的量，命名它的單位為為“愛爾蘭愛爾蘭”(Erlang)。 SA6n已知 1 小時(shí)內(nèi)平均發(fā)生呼叫的次數(shù)為(次)，可求得: A(愛爾蘭) = S(小時(shí)/次)(次/小時(shí))

4、nA是平均1小時(shí)內(nèi)所有呼叫需占用信道的總小時(shí)數(shù)。 因此，1愛爾蘭就表示平均每小時(shí)內(nèi)用戶要求通話的時(shí)間為1小時(shí)。n 例如全通信網(wǎng)平均每小時(shí)發(fā)生20次呼叫，即 = 20(次/小時(shí))，平均每次呼叫的通話時(shí)間為3分鐘，即 次）（小時(shí)次）分/201/( 3S120120A愛爾蘭愛爾蘭 電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級7 在信道共用的情況下，通信網(wǎng)是無法保證每個(gè)用戶的所有呼叫都能成功，發(fā)生呼損。已知全網(wǎng)用戶在單位時(shí)間內(nèi)的平均呼叫次數(shù)為，單位時(shí)間內(nèi)成功呼叫的次數(shù)為0(0)，就可算出完成話務(wù)量 SA00流入話務(wù)量流入話務(wù)量A A與完成話務(wù)量與完成話務(wù)量A0A0之差，即為損失話務(wù)量。損之差，即為損失

5、話務(wù)量。損失話務(wù)量占流入話務(wù)量的比率即為呼叫損失的比率，稱為失話務(wù)量占流入話務(wù)量的比率即為呼叫損失的比率，稱為“呼損率呼損率”，用符號，用符號B B表示表示 00AAAB電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級8n 呼損率B越小，成功呼叫的概率就越大，用戶就越滿意。 因此，呼損率B 也稱為通信網(wǎng)的服務(wù)等級(或業(yè)務(wù)等級)。 n對于一個(gè)通信網(wǎng)來說，要想使呼叫損失小，只有讓流入話務(wù)量小，即容納的用戶少些，這又是所不希望的?？梢姾魮p率與流入話務(wù)量是一對矛盾，要折衷處理。 電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級9 呼損系統(tǒng)愛爾蘭呼損系統(tǒng)愛爾蘭B B公式公式nkknkAnAB0!/!/nBAnA

6、)1 (0愛爾蘭愛爾蘭B B公式已經(jīng)制成愛爾蘭呼損表公式已經(jīng)制成愛爾蘭呼損表( (見附錄一見附錄一) )，若已，若已知三個(gè)參數(shù)知三個(gè)參數(shù)A A、B B和和n n中的任何兩個(gè)參數(shù)，就可以從愛爾中的任何兩個(gè)參數(shù)，就可以從愛爾蘭呼損表中查出需要的第三個(gè)參數(shù)?？梢詮南卤碇姓业教m呼損表中查出需要的第三個(gè)參數(shù)?？梢詮南卤碇姓业紹 B、A A、n n三者。三者。 呼損率不同情況下，信道的利用率也是不同的。信呼損率不同情況下，信道的利用率也是不同的。信道利用率道利用率可用每小時(shí)每信道的完成話務(wù)量來計(jì)算，即可用每小時(shí)每信道的完成話務(wù)量來計(jì)算，即10呼損率和話務(wù)量與信道數(shù)及信道利用率的關(guān)系表呼損率和話務(wù)量與信道數(shù)

7、及信道利用率的關(guān)系表11呼損率和話務(wù)量與信道數(shù)及信道利用率的關(guān)系表呼損率和話務(wù)量與信道數(shù)及信道利用率的關(guān)系表112用戶忙時(shí)的話務(wù)量與用戶數(shù)用戶忙時(shí)的話務(wù)量與用戶數(shù) n每個(gè)用戶在24小時(shí)內(nèi)的話務(wù)量分布是不均勻的， 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)應(yīng)按最忙時(shí)的話務(wù)量來進(jìn)行計(jì)算。最忙1小時(shí)內(nèi)的話務(wù)量與全天話務(wù)量之比稱為集中系數(shù)，用k表示，一般k=10%-15%。每個(gè)用戶的忙時(shí)話務(wù)量需用統(tǒng)計(jì)的辦法確定。n通信網(wǎng)中每一用戶每天平均呼叫次數(shù)為C(次/天)， 每次呼叫的平均占用信道時(shí)間為T(秒/次)，集中系數(shù)為k， 則每用戶的忙時(shí)話務(wù)量為 60031kTCa13n一個(gè)用戶一個(gè)用戶2525天內(nèi)平均呼叫時(shí)間天內(nèi)平均呼叫時(shí)間100min

8、100min，平均每天呼叫時(shí)間，平均每天呼叫時(shí)間4min ,4min ,每天忙時(shí)呼叫一次，假定忙時(shí)系數(shù)每天忙時(shí)呼叫一次，假定忙時(shí)系數(shù)9%9%，忙時(shí)呼叫一次，忙時(shí)呼叫一次時(shí)間為時(shí)間為0.36min0.36min，根據(jù)，根據(jù)A=sA=s， 則每個(gè)用戶忙時(shí)只呼一次的業(yè)則每個(gè)用戶忙時(shí)只呼一次的業(yè)務(wù)量為務(wù)量為0.36/60=0.006Erl0.36/60=0.006Erl。n若有若有10001000個(gè)用戶個(gè)用戶1010條線路條線路, ,則這個(gè)系統(tǒng)的流入話務(wù)量則這個(gè)系統(tǒng)的流入話務(wù)量A=6ErlA=6Erl，呼損率呼損率B=4.3%B=4.3%。n國外資料表明，公用移動通信網(wǎng)可按國外資料表明，公用移動通信網(wǎng)

9、可按a=0.01a=0.01設(shè)計(jì)，專業(yè)移設(shè)計(jì)，專業(yè)移動通信網(wǎng)可按動通信網(wǎng)可按a=0.05a=0.05設(shè)計(jì)。由于電話使用的習(xí)慣不同，建議設(shè)計(jì)。由于電話使用的習(xí)慣不同，建議公用移動通信網(wǎng)按公用移動通信網(wǎng)按a=0.020.03a=0.020.03設(shè)計(jì)，專業(yè)移動通信網(wǎng)按設(shè)計(jì)，專業(yè)移動通信網(wǎng)按a=0.08a=0.08設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)。用戶忙時(shí)的話務(wù)量與用戶數(shù)用戶忙時(shí)的話務(wù)量與用戶數(shù)14 用戶數(shù)的計(jì)算用戶數(shù)的計(jì)算 a=0.01(愛爾蘭/用戶)計(jì)算出每信道的用戶數(shù)如下表所示(在a值不同時(shí)，則需另行計(jì)算)。 kTCnAanAm3600/全網(wǎng)的用戶數(shù)為全網(wǎng)的用戶數(shù)為mn ，m為每個(gè)信道的用戶數(shù)，為每個(gè)信道的用戶數(shù)，n

10、 為信道數(shù)為信道數(shù)用戶忙時(shí)的話務(wù)量與用戶數(shù)用戶忙時(shí)的話務(wù)量與用戶數(shù)15例題例題1某蜂窩網(wǎng)小區(qū)共有20個(gè)信道，每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量0.01Erl,在一個(gè)呼叫清除系統(tǒng)中,呼損率為1%,該小區(qū)能支持多少用戶數(shù)?解:n=20,B=1%,查表2.1 得A=12Erl 用戶數(shù)： m.n=A/ =12/0.01=1200戶16每天每戶平均呼叫每天每戶平均呼叫10次，每次呼叫占時(shí)次，每次呼叫占時(shí)100s，呼損率為，呼損率為10%，繁忙小，繁忙小時(shí)集中率為時(shí)集中率為10%，求：，求：（1）給定）給定20個(gè)信道，能容納多少個(gè)用戶？個(gè)信道，能容納多少個(gè)用戶？（2）若區(qū)域內(nèi)有）若區(qū)域內(nèi)有500個(gè)用戶，需要分配多少個(gè)信道

11、？個(gè)用戶，需要分配多少個(gè)信道？解：解： A用戶用戶=CTK/3600=0.028 (Erl/用戶用戶)（1）根據(jù)）根據(jù)B=10%，n=20查愛爾蘭呼損表得：查愛爾蘭呼損表得： A=17.613Erl mn=A/A用戶用戶=17.613/0.028629個(gè)個(gè)所以，給定所以，給定20個(gè)信道可容納約個(gè)信道可容納約629個(gè)用戶個(gè)用戶（2）A= mnA用戶用戶=14 (Erl ) 根據(jù)根據(jù)A及及B=10%查愛爾蘭呼損表得：查愛爾蘭呼損表得： n17個(gè)個(gè)所以，所以，500個(gè)用戶需共用約個(gè)用戶需共用約17個(gè)信道個(gè)信道例題例題17例題例題18Erl.*A3003600363(1)小區(qū)面積小區(qū)面積2.5981R

12、2=41.57Km2 小區(qū)個(gè)數(shù)小區(qū)個(gè)數(shù): 1280/41.57=31 個(gè)個(gè)(2)每小區(qū)信道數(shù)每小區(qū)信道數(shù):n=W/Bc/N=40000/60/7=95 條條 (3)(3)每小區(qū)話務(wù)量每小區(qū)話務(wù)量n=95 B=2% n=95 B=2% 查愛爾蘭呼損表得查愛爾蘭呼損表得 A=84 Erl / A=84 Erl /小區(qū)小區(qū)總話務(wù)量總話務(wù)量313184842604 Erl 2604 Erl (4)(4)總用戶數(shù)總用戶數(shù): 31*AAa=31*84/0.03=86800 (戶戶)(5)每信道用戶數(shù)每信道用戶數(shù)=86800/(95*7)=130戶戶/信道信道 (6)系統(tǒng)一次服務(wù)的最大用戶數(shù)，即總的可使用的

13、信道數(shù)系統(tǒng)一次服務(wù)的最大用戶數(shù)，即總的可使用的信道數(shù)95*312945個(gè)個(gè)解答解答19例題例題3 n市區(qū)用戶密度700戶/km2，該區(qū)面積25 km2，郊區(qū)用戶密度20戶/ km2，該區(qū)面積300 km2， B=5%；每用戶忙時(shí)話務(wù)量0.027Erl，城市采用43復(fù)用方式，郊區(qū)采用全向N=7復(fù)用方式。中國聯(lián)通的GSM網(wǎng)絡(luò),需要多少個(gè)BS來覆蓋?n解:根據(jù)前節(jié)的信道配置方案(即6M頻率復(fù)用)頻率復(fù)用方式頻率復(fù)用方式每每BS可用載頻數(shù)可用載頻數(shù)每每BS可用信道數(shù)可用信道數(shù)4322+ 13214+ 1227全向全向43020例題例題3-續(xù)續(xù)1n43方式（市區(qū)）n(1)n=22 B=5% 查呼損表得A

14、=17.132Erln用戶數(shù)m.n=A/ =17.132/0.027=634戶n(2) n=14 B=5% 查呼損表得A=9.73Erln用戶數(shù)m.n=A/ =9.73/0.027=323戶n總用戶數(shù)=3232+634=1280戶n每BS有效面積=1280/700=1.83 km2n BS數(shù)=25/1.83=13個(gè)21例題例題3-續(xù)續(xù)2郊區(qū)N=7全向n=30 B=5% 查呼損表得A=24.8Erl用戶數(shù)m.n=A/ =24.8/0.027=919戶每BS有效面積=919/20=45km2 BS數(shù)=300/45=7個(gè)22等待系統(tǒng)服務(wù)等級的計(jì)算等待系統(tǒng)服務(wù)等級的計(jì)算p等待系統(tǒng)服務(wù)等級指標(biāo)主要有等待

15、時(shí)長的概率分布和呼叫平均等待時(shí)間。p等待時(shí)長的概率分布主要關(guān)心呼叫等待的概率和呼叫等待時(shí)間超過規(guī)定時(shí)間的概率。p呼叫平均等待時(shí)間根據(jù)不同定義，可以分成：p 根據(jù)全部呼叫計(jì)算的平均等待時(shí)間；p 根據(jù)等待呼叫計(jì)算的平均等待時(shí)間。 23等待系統(tǒng)服務(wù)等級的計(jì)算等待系統(tǒng)服務(wù)等級的計(jì)算0!( )/ !nnnjjAnEAAjA()()(0)n AtPtPe 在任意時(shí)刻到達(dá)的呼叫，它的等待服務(wù)時(shí)間 大于任意給定時(shí)間t的概率就是等待時(shí)長的概率分布，即例：設(shè)呼叫的平均占用時(shí)長s=10s，呼叫到達(dá)率 =1.2呼/ min，則業(yè)務(wù)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-

16、0.2)20=0.04038 rlSAE2 . 0/2 . 0)0(p)(1 1)()0(AEnnAAEnP愛爾蘭C公式：其中240(0)()()PtdPtnA(0)Aq Pn A平均等待時(shí)間和平均排隊(duì)長度 平均等待時(shí)間 平均排隊(duì)長度等待系統(tǒng)服務(wù)等級的計(jì)算等待系統(tǒng)服務(wù)等級的計(jì)算25 某等待系統(tǒng)，在1條信道上的平均呼叫占用時(shí)長為10秒，呼叫到達(dá)率為1.2個(gè)分鐘，呼叫流是泊松過程，（）求呼叫等待時(shí)間超過20秒的呼叫等待概率？（）呼叫平均等待時(shí)間和平均排隊(duì)長度解：呼秒公式由愛爾蘭05020120200522011012020384020200,12060102112010201.q.).(.)(%.

17、e)(P)(P.)(PCnErl./*.S/A)(.例題例題26 一個(gè)小區(qū)的呼叫等待系統(tǒng)，共有60條業(yè)務(wù)信道，小區(qū)半徑1.387km, 若每用戶話務(wù)負(fù)荷是0.029Erl, 每用戶每小時(shí)呼叫次，呼叫等待概率為0.05。問（）該系統(tǒng)每km2 可承載多少用戶？（小區(qū)面積按六邊形面積2.5981R2計(jì)算） （）一個(gè)被延遲的呼叫等待0秒以上的概率？（）一個(gè)呼叫被等待0秒以上的概率？思考思考0)( Pr27內(nèi)容內(nèi)容n第一節(jié)第一節(jié) 電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級n第二節(jié)蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量分析第二節(jié)蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量分析n第三節(jié)第三節(jié) 干擾和系統(tǒng)容量干擾和系統(tǒng)容量28第二節(jié)蜂窩移動通信

18、系統(tǒng)的容量分析 蜂窩系統(tǒng)的無線容量可定義為：蜂窩系統(tǒng)的無線容量可定義為： 信道信道/ /小區(qū)小區(qū) 其中其中 m m無線容量大小無線容量大小 Bt Bt 分配給系統(tǒng)的總的頻譜分配給系統(tǒng)的總的頻譜 Bc Bc 信道帶寬信道帶寬 N N 頻率重用的小區(qū)數(shù)頻率重用的小區(qū)數(shù)NBBmct 29三種多址接入方式的理論容量p假設(shè)三種多址系統(tǒng)均有假設(shè)三種多址系統(tǒng)均有W MHzW MHz的帶寬；每個(gè)用戶未編碼比特率都為的帶寬；每個(gè)用戶未編碼比特率都為RbRb，每種多址系統(tǒng)均使用正交信號波形，則最大用戶數(shù)，每種多址系統(tǒng)均使用正交信號波形，則最大用戶數(shù)p再假定任何多址系統(tǒng)每個(gè)用戶接到的能量是再假定任何多址系統(tǒng)每個(gè)用戶

19、接到的能量是SrSr，則接收到的總能量，則接收到的總能量p假設(shè)所需的信噪比（假設(shè)所需的信噪比（SNRSNR）或）或 （單位比特能量與噪聲譜密度比）（單位比特能量與噪聲譜密度比）與實(shí)際值相等，即與實(shí)際值相等，即p由此得出：由此得出：p從理論上，各種多址技術(shù)具有相同的容量從理論上，各種多址技術(shù)具有相同的容量000/()()rbbbrreqactualobEESRPMNNNN R00(/)(/)rbbreqPNMR EN00(/)(/)rFDMATDMACDMAbbreqPNMMMRENrrPMSbbWM =WTR容量0/bEN30三種多址接入方式的實(shí)際容量31FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的容量對于模

20、擬對于模擬FDMAFDMA系統(tǒng)系統(tǒng), , 頻率重用的小區(qū)數(shù)頻率重用的小區(qū)數(shù)N N由所需的載干比由所需的載干比決定，即決定，即則則FDMAFDMA的無線容量的無線容量對于數(shù)字對于數(shù)字TDMATDMA系統(tǒng)系統(tǒng) 數(shù)字信道所要求的載干比可以比模擬制的小數(shù)字信道所要求的載干比可以比模擬制的小45dB45dB（因數(shù)（因數(shù)字系統(tǒng)有糾錯(cuò)措施），因而頻率復(fù)用距離可以再近一些字系統(tǒng)有糾錯(cuò)措施），因而頻率復(fù)用距離可以再近一些 則則TDMATDMA的無線容量的無線容量23CNI ICBBmct32 ICBBmct3232CDMA蜂窩系統(tǒng)的容量 決定系統(tǒng)容量的主要參數(shù)處理增益Eb/N0話音負(fù)載周期頻率再用效率以及基站天

21、線扇區(qū)數(shù) 一般擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的容量 CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的容量33一般擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的容量p接收信號的載干比可寫成接收信號的載干比可寫成: :p 式中式中 Eb Eb 信息的比特能量；信息的比特能量；p Rb Rb 信息的比特速率；信息的比特速率；p N0 N0 干擾的功率譜密度干擾的功率譜密度p W W 信號所占的頻譜寬度；信號所占的頻譜寬度；p Eb / Rb Eb / Rb 類似于歸一化信噪比，其取值決定于系統(tǒng)對誤比類似于歸一化信噪比，其取值決定于系統(tǒng)對誤比特率或話音質(zhì)量的要求，并與系統(tǒng)的調(diào)制方式和編碼方案有關(guān)；特率或話音質(zhì)量的要求，并與系統(tǒng)的調(diào)制方式和編碼方案有關(guān)；p W / Rb W /

22、 Rb 系統(tǒng)的處理增益。系統(tǒng)的處理增益。p若若m m個(gè)用戶共用一個(gè)無線頻道，顯然每一用戶的信號都受到其他個(gè)用戶共用一個(gè)無線頻道，顯然每一用戶的信號都受到其他m 1m 1個(gè)個(gè)用戶信號的干擾。假設(shè)到達(dá)一個(gè)接收機(jī)的信號強(qiáng)度和各干擾強(qiáng)度都相等，用戶信號的干擾。假設(shè)到達(dá)一個(gè)接收機(jī)的信號強(qiáng)度和各干擾強(qiáng)度都相等，則載干比為：則載干比為：p即即 信道信道/ /小區(qū)小區(qū)p如果考慮背景熱噪聲，則能夠接入此系統(tǒng)的用戶數(shù)可表示為：如果考慮背景熱噪聲，則能夠接入此系統(tǒng)的用戶數(shù)可表示為： p p 信道信道/ /小區(qū)小區(qū)p結(jié)果表明在誤比特率一定的條件下，降低熱噪聲功率，減小歸一化信噪結(jié)果表明在誤比特率一定的條件下，降低熱噪

23、聲功率，減小歸一化信噪比，增大比，增大 系統(tǒng)的處理增益都將有利于提高系統(tǒng)的容量。系統(tǒng)的處理增益都將有利于提高系統(tǒng)的容量。 01NERWmbb11CIm00bbbbR ECEWNRIN WCNERWmbb 0134CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的容量p考慮反向功率控制和考慮反向功率控制和CDMACDMA蜂窩通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，對一般蜂窩通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，對一般公式進(jìn)行修正公式進(jìn)行修正p采用話音激活技術(shù)提高系統(tǒng)容量采用話音激活技術(shù)提高系統(tǒng)容量p利用扇區(qū)劃分提高系統(tǒng)容量利用扇區(qū)劃分提高系統(tǒng)容量p鄰區(qū)干擾降低系統(tǒng)容量鄰區(qū)干擾降低系統(tǒng)容量35采用話音激活技術(shù)-提高系統(tǒng)容量p在典型的全雙工通話中，話音的激活期（占空比）在

24、典型的全雙工通話中，話音的激活期（占空比）d d 通常小通常小于于35%35%，如果，如果CDMACDMA系統(tǒng)在話音停頓時(shí)停止信號發(fā)射，其他系統(tǒng)在話音停頓時(shí)停止信號發(fā)射，其他用戶受到的干擾會相應(yīng)地平均減少用戶受到的干擾會相應(yīng)地平均減少65%65%，從而使系統(tǒng)容量提，從而使系統(tǒng)容量提高到原來的高到原來的1/d=2.861/d=2.86倍倍pCDMACDMA系統(tǒng)的容量公式被修正為系統(tǒng)的容量公式被修正為p p 信道信道/ /小區(qū)小區(qū)p當(dāng)用戶數(shù)目龐大并且系統(tǒng)是干擾受限而不是噪聲受限時(shí)，用當(dāng)用戶數(shù)目龐大并且系統(tǒng)是干擾受限而不是噪聲受限時(shí)，用戶數(shù)可表示為戶數(shù)可表示為 p 信道信道/ /小區(qū)小區(qū)dCNERW

25、mbb110 dNERWmbb110 36利用扇區(qū)劃分-提高系統(tǒng)容量p如利用如利用120o120o扇形覆蓋的定向天線把一個(gè)蜂窩小區(qū)劃分成扇形覆蓋的定向天線把一個(gè)蜂窩小區(qū)劃分成3 3個(gè)扇區(qū)時(shí)，處于每個(gè)扇區(qū)中的移動用戶是該蜂窩的三分之個(gè)扇區(qū)時(shí)，處于每個(gè)扇區(qū)中的移動用戶是該蜂窩的三分之一，相應(yīng)的各用戶之間的多址干擾分量也就減少為原來的一，相應(yīng)的各用戶之間的多址干擾分量也就減少為原來的三分之一，從而系統(tǒng)的容量將增加近三分之一，從而系統(tǒng)的容量將增加近3 3倍倍pCDMACDMA系統(tǒng)的容量公式被修正為系統(tǒng)的容量公式被修正為p p 信道信道/ /小區(qū)小區(qū)p p G G為扇區(qū)分區(qū)系數(shù)為扇區(qū)分區(qū)系數(shù), ,實(shí)際上

26、，由于相鄰天線覆蓋區(qū)之間有實(shí)際上，由于相鄰天線覆蓋區(qū)之間有重疊，一般能提高重疊，一般能提高G=2.55G=2.55倍左右倍左右 GdNERWmbb 11037鄰區(qū)干擾-降低系統(tǒng)容量p在在CDMACDMA系統(tǒng)中，所有用戶共享一個(gè)無線頻率，因此任一小區(qū)的移動臺系統(tǒng)中，所有用戶共享一個(gè)無線頻率，因此任一小區(qū)的移動臺（基站）都會受到相鄰小區(qū)基站（移動臺）的干擾（基站）都會受到相鄰小區(qū)基站（移動臺）的干擾p假設(shè)各小區(qū)的用戶數(shù)為假設(shè)各小區(qū)的用戶數(shù)為MM，MM個(gè)用戶同時(shí)發(fā)射信號，理論分析表明，正個(gè)用戶同時(shí)發(fā)射信號，理論分析表明，正向信道和反向信道的干擾總量對容量的影響大致相等。因而在考慮鄰近向信道和反向信道

27、的干擾總量對容量的影響大致相等。因而在考慮鄰近蜂窩小區(qū)的干擾對系統(tǒng)容量影響時(shí)，一般按正向信道計(jì)算蜂窩小區(qū)的干擾對系統(tǒng)容量影響時(shí)，一般按正向信道計(jì)算 p當(dāng)系統(tǒng)采用正向功率控制技術(shù)時(shí)，由于路徑傳播損耗的原因當(dāng)系統(tǒng)采用正向功率控制技術(shù)時(shí)，由于路徑傳播損耗的原因p移動臺最不利的位置是處于移動臺最不利的位置是處于3 3個(gè)小區(qū)交界處（圖個(gè)小區(qū)交界處（圖5-11 MS5-11 MS點(diǎn)）點(diǎn)）p在采用功率控制時(shí)，每小區(qū)同時(shí)通信的用戶數(shù)在采用功率控制時(shí)，每小區(qū)同時(shí)通信的用戶數(shù) 將下降到原來的將下降到原來的60%60%，即，即信道復(fù)用效率信道復(fù)用效率F=0.6F=0.6，使系統(tǒng)容量下降到未考慮，使系統(tǒng)容量下降到未考

28、慮p 鄰區(qū)干擾時(shí)的鄰區(qū)干擾時(shí)的60%60%pCDMACDMA系統(tǒng)的容量公式被修正為系統(tǒng)的容量公式被修正為p 信道信道/ /小區(qū)小區(qū)干擾的性質(zhì)干擾的性質(zhì)移動臺位置移動臺位置本小區(qū)基站和移動臺的干擾本小區(qū)基站和移動臺的干擾相鄰小區(qū)基站的干擾相鄰小區(qū)基站的干擾 靠近基站的移動臺靠近基站的移動臺基站發(fā)射信號的干擾基站發(fā)射信號的干擾 距離遠(yuǎn)的移動臺距離遠(yuǎn)的移動臺 小小小區(qū)邊緣的移動臺小區(qū)邊緣的移動臺基站發(fā)射信號的干擾基站發(fā)射信號的干擾 距離近的移動臺距離近的移動臺 大大FGdNERWmbb 110.MS本小區(qū)本小區(qū)圖圖 CDMA系統(tǒng)移動臺受干擾示意圖系統(tǒng)移動臺受干擾示意圖 38減少鄰頻干擾減少鄰頻干擾n

29、措施：措施：n使用更精確的濾波器使用更精確的濾波器n使用合適的信道分配策略使用合適的信道分配策略n使小區(qū)中的信道間隔盡可能大使小區(qū)中的信道間隔盡可能大n選用合適的頻率復(fù)用比例選用合適的頻率復(fù)用比例n避免在相鄰小區(qū)使用鄰頻信道避免在相鄰小區(qū)使用鄰頻信道39數(shù)字CDMA系統(tǒng) 設(shè)：話音編碼速率Rb=9.6kbit/s 話音占空比 d=0.35 扇形分區(qū)系數(shù) G=2.55 信道復(fù)用效率 F =0.6 歸一化信噪比 Eb/N0=7dB 得CDMA系統(tǒng)容量 （信道/小區(qū)） 三種系統(tǒng)容量的計(jì)算 給定的一個(gè)窄帶碼分系統(tǒng)的總頻寬給定的一個(gè)窄帶碼分系統(tǒng)的總頻寬Bt =1.25MHzBt =1.25MHz模擬模擬T

30、ACSTACS系統(tǒng)（系統(tǒng)（FDMAFDMA方式）方式） 設(shè)：信道帶寬設(shè)：信道帶寬Bc=25kHzBc=25kHz 頻率重用的小區(qū)數(shù)頻率重用的小區(qū)數(shù)N =7N =7 得得TACSTACS系統(tǒng)容量系統(tǒng)容量 （信道（信道/ /小區(qū)）小區(qū)） 1156055235011069102511703 .m.17750725102513.m 5 .128001010420081025. 133m40三種系統(tǒng)容量的比較p理論可得：在總頻帶寬度為理論可得：在總頻帶寬度為1.25MHz1.25MHz時(shí)，三種體制的系時(shí)，三種體制的系統(tǒng)容量的比較結(jié)果為：統(tǒng)容量的比較結(jié)果為：p 實(shí)際的實(shí)際的CDMACDMA系統(tǒng)的容量比理論

31、值有所下降，其下降多系統(tǒng)的容量比理論值有所下降，其下降多少將隨著其功率控制精度和某些參數(shù)的選取而變化少將隨著其功率控制精度和某些參數(shù)的選取而變化p當(dāng)前比較普遍的看法是當(dāng)前比較普遍的看法是CDMACDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量是模擬容量是模擬FDMAFDMA系統(tǒng)的系統(tǒng)的810810倍倍GSMTACSCDMAmmm916 41內(nèi)容內(nèi)容n第一節(jié)第一節(jié) 電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級電信業(yè)務(wù)流量與服務(wù)等級n第二節(jié)蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量分析第二節(jié)蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量分析n第三節(jié)第三節(jié) 干擾和系統(tǒng)容量干擾和系統(tǒng)容量42第三節(jié)蜂窩小區(qū)容量改善的技術(shù)第三節(jié)蜂窩小區(qū)容量改善的技術(shù)v小區(qū)分裂小

32、區(qū)分裂v扇區(qū)劃分扇區(qū)劃分v新微小區(qū)新微小區(qū) 43小區(qū)分裂小區(qū)分裂 小區(qū)分裂就是一種將擁塞的小區(qū)分成更小小區(qū)的方法，分裂后的每個(gè)小區(qū)都有自己的基站并相應(yīng)地降低天線高度和減小發(fā)射機(jī)功率.圖 小區(qū)分裂的圖例假設(shè)每個(gè)小區(qū)都按半徑的一半來分裂，如圖所示。為了用這些更小的小區(qū)來覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)域，將需要大約為原來小區(qū)數(shù)目4倍的小區(qū)。分裂后的每個(gè)小區(qū)都有自己的基站并相應(yīng)地降低天線高度和減小發(fā)射機(jī)功率. 整個(gè)服務(wù)區(qū)基站數(shù)目增加。44 小區(qū)分裂 原基站新基站小區(qū)的分裂小區(qū)的分裂45扇區(qū)的概念扇區(qū)的概念 蜂窩系統(tǒng)中的同頻干擾可以通過使用定向天線代替基站中單獨(dú)的一根全向天線來減小，其中每個(gè)定向天線輻射某一特定的扇區(qū)。

33、由于使用了定向天線，小區(qū)將只接收同頻小區(qū)中一部分小區(qū)的干擾。這種使用定向天線來減小同頻干擾，從而提高系統(tǒng)容量的技術(shù)叫做裂向。 采用裂向技術(shù)以后，在某個(gè)小區(qū)中使用的信道就分為分散的組，每組只在某個(gè)扇區(qū)中使用，如圖(a) 和 (b)所示。 扇區(qū)劃分46扇區(qū)劃分扇區(qū)劃分47120120度裂向如何減小同頻小區(qū)干擾度裂向如何減小同頻小區(qū)干擾 48以以N=7N=7小區(qū)的復(fù)用結(jié)構(gòu)為例：小區(qū)的復(fù)用結(jié)構(gòu)為例：全向天線：全向天線：6 6個(gè)干擾源；個(gè)干擾源；120120度定向天線：度定向天線：2 2個(gè)或個(gè)或3 3個(gè)干擾源；個(gè)干擾源；6060度定向天線：度定向天線：1 1個(gè)干擾源個(gè)干擾源扇區(qū)劃分（裂向）減少同頻干擾源

34、扇區(qū)劃分（裂向）減少同頻干擾源49扇區(qū)劃分提高系統(tǒng)容量扇區(qū)劃分提高系統(tǒng)容量n扇區(qū)劃分提高系統(tǒng)容量的方法是保持小區(qū)半徑扇區(qū)劃分提高系統(tǒng)容量的方法是保持小區(qū)半徑R R不變，而尋找辦法來減小不變，而尋找辦法來減小D/RD/R比值。比值。n在扇區(qū)劃分的方法中，容量的提高是通過降低在扇區(qū)劃分的方法中，容量的提高是通過降低同頻干擾，從而減小區(qū)群中的小區(qū)數(shù)量同頻干擾，從而減小區(qū)群中的小區(qū)數(shù)量N N，相應(yīng)，相應(yīng)提高頻率復(fù)用來實(shí)現(xiàn)的。提高頻率復(fù)用來實(shí)現(xiàn)的。n但需要在不降低發(fā)射功率的前提下減小相互干但需要在不降低發(fā)射功率的前提下減小相互干擾。擾。n采用裂向方法會降低中繼效率。采用裂向方法會降低中繼效率。50例題例

35、題某系統(tǒng)要求B=1%共有395個(gè)信道,用戶平均呼叫1次/小時(shí),平均每次呼叫時(shí)長2分鐘,問在全向N=7復(fù)用方式及1200裂向情況下用戶及信道利用率分別是多少?解:全向 n=57 B=1%查愛爾蘭呼損表 A=44.2Erl 用戶數(shù)m.n= A/ =44.2/(1/30)=1326戶 信道利用率 =A(1-B)/n=44.299%/57=77%1200 n=57/3=19 B=1%查愛爾蘭呼損表 A=11.23Erl 用戶數(shù)m.n= A/ =11.23/(1/30)=336戶 信道利用率 =A(1-B)/n=11.2399%/19=58.5%Erls30/160/2151（）小區(qū)簇?cái)?shù)，求采用全向天線

36、、（）小區(qū)簇?cái)?shù)，求采用全向天線、 120度定向天線時(shí)，移動臺的接收的載干比度定向天線時(shí)，移動臺的接收的載干比C/I分別是多大？分別是多大？（）在滿足規(guī)定的載干比門限（）在滿足規(guī)定的載干比門限(C/I)s=23dB條條件下，分別確定采用全向天線、件下，分別確定采用全向天線、 120度定向度定向天線時(shí)，小區(qū)簇?cái)?shù)至少為幾個(gè)？天線時(shí)，小區(qū)簇?cái)?shù)至少為幾個(gè)？例題例題52dB4 .23IClgIC73213N21RD212DrIC,120dB.IClgIC73613N61RD616DrIC,)1(44444444441071810即度定向天線時(shí)即全向天線時(shí)采用裂向，因?yàn)橥l干擾小，采用裂向，因?yàn)橥l干擾小，

37、 C/I變大，提高了傳播質(zhì)量變大，提高了傳播質(zhì)量得到由全向天線時(shí),IC32N ,)2(s簇小區(qū)因此取簇小區(qū)因此取/7N67. 61092N/12N11.51032N10231023得由度定向天線時(shí),IC92N ,120s門限值門限值(C/I)s(C/I)s一定時(shí)，采用裂向可以減小小區(qū)簇?cái)?shù)一定時(shí)，采用裂向可以減小小區(qū)簇?cái)?shù)N N，從而增加復(fù)，從而增加復(fù)用次數(shù)，提高系統(tǒng)容量用次數(shù)，提高系統(tǒng)容量解答解答53新微小區(qū)的概念新微小區(qū)的概念 基于7小區(qū)復(fù)用的微小區(qū)概念，如圖所示。在這個(gè)方案中，每3個(gè)(或者更多)區(qū)域站點(diǎn)(在圖中以Tx/Rx表示)與一個(gè)單獨(dú)的基站相連，并且共享同樣的無線設(shè)備。各微小區(qū)用同軸電纜、光導(dǎo)纖維或微波鏈路與基站連接。多個(gè)微小區(qū)和一個(gè)基站組成一個(gè)小區(qū)。圖 微小區(qū)的概念微小區(qū)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于，小微小區(qū)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于，小區(qū)既可以保證覆蓋半徑，又區(qū)既可以保證覆蓋半徑，又能夠減小蜂窩系統(tǒng)的同頻干能夠減小蜂窩系統(tǒng)的同頻干擾。同頻干擾的減小提高了擾。同頻干擾的減小提高了信號質(zhì)量，也增大了系統(tǒng)容信號質(zhì)量，也增大了系統(tǒng)容量，同時(shí)，又沒有裂向引起量，同時(shí)，又沒有