查看文章 蜂窝形小区制区域覆盖原理 2009-11-2321:12 蜂窝形小区制区域覆盖原理 移动通信网的服务区体制可分为大区制和小区制两种 早期的公用移动电话系统采用大区制工作方式。所谓大区制,就是用 个基站覆盖整个服务区。它的特点是,基站只有一个天线,架设高、功率大,覆 盖半径也大,服务区半径通常为20~50km。采用这种方式虽然设备较简单,投 资少,见效快,但容纳的用户数有限,通常只有几百用户。人们很快发现,这种 体制扩容非常困难,随着移动用户数量的急剧増加,这种覆盖方式显然无法满足 实际需要。 为了解决有限频率资源与大量用户的矛盾,可以采用小区制的覆盖方式。 小区制就是将整个服务区划分为若干个小区,在各小区中分别设置基站(每个基 站的覆盖区称为一个小区),负责本小区移动通信的 蜂窝形小区制区域覆盖原理 2009-11-2321:12 蜂窝形小区制区域爱盖原理 移动通信网的服务区体制可分为大区制和小区制两种。 早期的公用移动电话系统采用大区制工作方式。所谓大区制,就是用 个基站覆盖整个服务区。它的特点是,基站只有一个天线,架设高、功率大,覆 盖半径也大,服务区半径通常为20~50km。采用这种方式虽然设备较简单,投 资少,见效快,但容纳的用户数有限,通常只有几百用户。人们很快发现,这种 体制扩容非常困难,随着移动用户数量的急剧増加,这种覆盖方式显然无法满足 实际需要。 为了解决有限频率资源与大量用户的矛盾,可以采用小区制的覆盖方式。 小区制就是将整个服务区划分为若干个小区,在各小区中分别设置基站(每个基 站的覆盖区称为一个小区),负责本小区移动通信的联络和控制。另外设立移动 交换中心,负责与各基站之间的联络和对系统的集中控制管理。多个基站在移动 交换中心的统一管理和控制下,实现对整个服务区的无缝覆盖。 在甚高频段和超高频段,无线电波在地球表面以直线传播为主,传播损 耗随距离增大而增大。因此,在小区制中,可以应用频率复用技术,即在相邻小 区中使用不同的载波频率,而在非相邻且距离较远的小区中使用相同的载波频 率。由于相距较远,基站功率有限,使用相同的频率不会造成明显的同频干扰, 这样就提高了频带利用率。从理论上讲,小区越小,小区数目越多,整个通信 系统的容量就越大。 但小区制比大区制在技术上要复杂得多。移动交换中心要随时知道每个 移动台正处于哪个小区中,才能进行通信联络,因此必须对每一移动台进行位置 登记;移动台从一个小区运动进入另一小区要进行越区切换等复杂的操作;移 动交换中心要与服务区中每一小区的基站相连接,传送控制信号。完成通信业务 有一系列技术问题要解决,因此采用小区制的设备和技术投资相对比较大。但 是,小区制的优点远远超过了它的缺点,而且随着电子技术和计算机技术的发展, 复杂的控制和电路设备都已经可以实现,因此,地面公用移动通信网选用小区制
查看文章 蜂窝形小区制区域覆盖原理 2009-11-23 21:12 蜂窝形小区制区域覆盖原理 移动通信网的服务区体制可分为大区制和小区制两种。 早期的公用移动电话系统采用大区制工作方式。所谓大区制，就是用一 个基站覆盖整个服务区。它的特点是，基站只有一个天线，架设高、功率大，覆 盖半径也大，服务区半径通常为 20～50 km。采用这种方式虽然设备较简单，投 资少，见效快，但容纳的用户数有限，通常只有几百用户。人们很快发现，这种 体制扩容非常困难，随着移动用户数量的急剧增加，这种覆盖方式显然无法满足 实际需要。 为了解决有限频率资源与大量用户的矛盾，可以采用小区制的覆盖方式。 小区制就是将整个服务区划分为若干个小区，在各小区中分别设置基站(每个基 站的覆盖区称为一个小区)，负责本小区移动通信的 蜂窝形小区制区域覆盖原理 2009-11-23 21:12 蜂窝形小区制区域覆盖原理 移动通信网的服务区体制可分为大区制和小区制两种。 早期的公用移动电话系统采用大区制工作方式。所谓大区制，就是用一 个基站覆盖整个服务区。它的特点是，基站只有一个天线，架设高、功率大，覆 盖半径也大，服务区半径通常为 20～50 km。采用这种方式虽然设备较简单，投 资少，见效快，但容纳的用户数有限，通常只有几百用户。人们很快发现，这种 体制扩容非常困难，随着移动用户数量的急剧增加，这种覆盖方式显然无法满足 实际需要。 为了解决有限频率资源与大量用户的矛盾，可以采用小区制的覆盖方式。 小区制就是将整个服务区划分为若干个小区，在各小区中分别设置基站(每个基 站的覆盖区称为一个小区)，负责本小区移动通信的联络和控制。另外设立移动 交换中心，负责与各基站之间的联络和对系统的集中控制管理。多个基站在移动 交换中心的统一管理和控制下，实现对整个服务区的无缝覆盖。 在 甚高频段和超高频段，无线电波在地球表面以直线传播为主，传播损 耗随距离增大而增大。因此，在小区制中，可以应用频率复用技术，即在相邻小 区中使用不同的 载波频率，而在非相邻且距离较远的小区中使用相同的载波频 率。由于相距较远，基站功率有限，使用相同的频率不会造成明显的同频干扰， 这样就提高了频带利用 率。从理论上讲，小区越小，小区数目越多，整个通信 系统的容量就越大。 但 小区制比大区制在技术上要复杂得多。移动交换中心要随时知道每个 移动台正处于哪个小区中，才能进行通信联络，因此必须对每一移动台进行位置 登记；移动台从 一个小区运动进入另一小区要进行越区切换等复杂的操作；移 动交换中心要与服务区中每一小区的基站相连接，传送控制信号。完成通信业务 有一系列技术问题要解 决，因此采用小区制的设备和技术投资相对比较大。但 是，小区制的优点远远超过了它的缺点，而且随着电子技术和计算机技术的发展， 复杂的控制和电路设备都已经可以实现，因此，地面公用移动通信网选用小区制
是无可争议的。 1.小区形状的选择 小区制的服务区有带状服务区和面状服务区两种,面状服务区是地面移动通 信服务区的主要形式。一个全向天线辐射的覆盖区是个圆形,为了不留空隙地覆 盖一个面状服务区,一个个圆形辐射区之间一定会有很多的重叠区域。去除重叠 之后,每个辐射区的有效覆盖区是一个多边形。如图4-2-1所示,若每个小区 相问120。设置三个邻区,则有效覆盖区为正三角形;若每个小区相间90。设置 四个邻区,则有效覆盖区为正方形;若每个小区相问600设置六个邻区,则有效 覆盖区为正六边形 (· 出 dgv目 图4-2-1面状服务区的小区形状 要组成一个面状服务区,究竟采用哪种形状最合适,一般从以下几方面 考虑 邻接小区中心间距d越大越好,间隔大则干扰小;单位小区的有效面积 越大越好,面积大则使一个区域小区个数少,使用频率数少;重叠区域面积小为 好,重叠的地方少使得同频干扰减小;重叠距离要小,使移动通信便于跟踪交接: 所需无线电频率个数越少越好。 在辐射半径r相同的条件下,可计算出三种形状小区的邻区距离、小区 面积、交替区宽度和交叠区面积如表4-2-1所示。 表4-2-1不同形状小区的参数比较 正三角形 正方形 正六边形 邻区距离 小区面积 2r2 交叠区宽度 0.27 交叠区面积 0.73mr2 0.35r 综合以上这几方面的考虑,采用正六边形小区邻接的形状最接近理想的 圆形,用来覆盖整个服务区所需的基站数最少、最经济,是构成面状服务区最好 的选择。因此,世界各国在发展移动通信时,无一例外地都采用了这种电波覆 盖区域形式,这种面状服务区的形状很像蜂窝,所以称为蜂窝式移动通信网。 2.区群的形成 为了防止同频干扰,相邻小区显然不能使用相同的频率。而且,为了保证同 频率区群的组成小区之间保持足够的距离,附近的若干小区都不能使用相同的频
是无可争议的。 1．小区形状的选择 小区制的服务区有带状服务区和面状服务区两种，面状服务区是地面移动通 信服务区的主要形式。一个全向天线辐射的覆盖区是个圆形，为了不留空隙地覆 盖一个面状服务区，一个个圆形辐射区之间一定会有很多的重叠区域。去除重叠 之后，每个辐射区的有效覆盖区是一个多边形。如图 4—2—1 所示，若每个小区 相问 120。设置三个邻区，则有效覆盖区为正三角形；若每个小区相间 90。设置 四个邻区，则有效覆盖区为正方形；若每个小区相问 600 设置六个邻区，则有效 覆盖区为正六边形。 要组成一个面状服务区，究竟采用哪种形状最合适，一般从以下几方面 考虑： 邻接小区中心间距 d 越大越好，间隔大则干扰小；单位小区的有效面积 越大越好，面积大则使一个区域小区个数少，使用频率数少；重叠区域面积小为 好，重叠的地方少使得同频干扰减小；重叠距离要小，使移动通信便于跟踪交接； 所需无线电频率个数越少越好。 在辐射半径 r 相同的条件下，可计算出三种形状小区的邻区距离、小区 面积、交替区宽度和交叠区面积如表 4—2—1 所示。 综 合以上这几方面的考虑，采用正六边形小区邻接的形状最接近理想的 圆形，用来覆盖整个服务区所需的基站数最少、最经济，是构成面状服务区最好 的选择。因此， 世界各国在发展移动通信时，无一例外地都采用了这种电波覆 盖区域形式，这种面状服务区的形状很像蜂窝，所以称为蜂窝式移动通信网。 2．区群的形成 为了防止同频干扰，相邻小区显然不能使用相同的频率。而且，为了保证同 频率区群的组成小区之间保持足够的距离，附近的若干小区都不能使用相同的频
率。这些不同频率的小区组成了一个区群,只有不同区群的小区才能进行频率复 用 区群的组成应满足两个条件:一是区群之间可以邻接,且无空隙无重叠 地进行覆盖;二是邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之间的距离相等 满足上述条件的区群形状和区群内的小区数不是任意的。可以证明,区群内的小 区数Ⅳ应满足下式: N=a+b (4.2.1) 式中,a,b为不能同时为零的正整数。由此可算出N的可能取值如表4-2-2 所示。 表4-2-2一个区群内的小区数目N的可能取值 N 7 16 15 27 28 2 0 2 2 3 N取34、7时相应的区群形状如图4-2-2所示。 D N=3 图4-2-2不同小区数N构成的区群形状 3.同频小区的距离 在区群内小区数不同的情况下,可用下面的方法来确定同频小区的位置和距 离。如图4-2-3所示,自某一小区A出发,先沿边的垂线方向跨。个小区,再 向左(或向右)转60。,再跨b个小区,这样就到达同频小区A。在正六边形的六 个方向上,可以找到六个相邻同信道小区,所有A小区之间的距离都相等
率。这些不同频率的小区组成了一个区群，只有不同区群的小区才能进行频率复 用。 区群的组成应满足两个条件：一是区群之间可以邻接，且无空隙无重叠 地进行覆盖；二是邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之间的距离相等。 满足上述条件的区群形状和区群内的小区数不是任意的。可以证明，区群内的小 区数Ⅳ应满足下式： 3．同频小区的距离 在区群内小区数不同的情况下，可用下面的方法来确定同频小区的位置和距 离。如图 4—2—3 所示，自某一小区 A 出发，先沿边的垂线方向跨。个小区，再 向左(或向右)转 60。，再跨 b 个小区，这样就到达同频小区 A。在正六边形的六 个方向上，可以找到六个相邻同信道小区，所有 A 小区之间的距离都相等
图4-2-3同频小区的最近距离和频率复用 设小区的辐射半径(即正六边形外接圆的半径)为r,则从图4-2-3可 以算出同信道小区中心之间的距离为 D=r√3(a+b2+ab) (4.2.2) 同频干扰和载千比 蜂窝系统中由于有多个使用相同频率的小区,因此可能会发生同频干扰 般用载干比(C/1)来描述同频干扰的大小。由于电波传播损耗随距离增大而迅速 增大,计算C/1只要考虑最临近的同频复用小区来的干扰。以基站发射机产生 的同频干扰为例,当移动台处于小区边缘(正六边形顶点)时,有用信号功率最弱 这时移动台与基站的距离为小区半径r。在整个蜂窝系统中,最临近的同频复用 小区最多有6个,这6个小区的基站与移动台的距离随移动台在小区中的位置而 变化。为简化分析,可取本小区与这6个小区的中心距D为平均距离,假设各基 站的发射功率相同,电波传播的损耗与距离的4次方成正比,则移动台处于小区 边缘时的载干比近似为 接C/=k(D/) (4.2.3) 由式(4.2.2)和(4.2.1),上式可表示为 C/l= 阳小是 (4.2.4) 个区群中的最少小区数与系统允许的载干比门限值有关,对于模拟蜂 窝通信系统,载干比门限值一般为18dB,因此N不能小于7;对于数字蜂窝系 统.载干比允许降低到10~12dB,因此可以采用3小区或4小区区群的蜂窝结 构。一个区群中的小区数越小,频率复用率就越高,通信容量就越大,可见,数 字蜂窝移动通信系统的容量要比模拟蜂窝系统大很多 5.中心激励和顶点激励 在每个小区中,基站可设在小区的中央,用全向天线形成圆形覆盖区,称为 中心激励”,如图4-2-4(a)所示。也可以将基站设计在每个小区六边形的 三个顶点上,每个基站采用三副120。扇形辐射的定向天线,分别覆盖三个相邻
设小区的辐射半径(即正六边形外接圆的半径)为 r，则从图 4—2—3 可 以算出同信道小区中心之间的距离为 4．同频干扰和载千比 蜂窝系统中由于有多个使用相同频率的小区，因此可能会发生同频干扰。一 般用载干比(C／1)来描述同频干扰的大小。由于电波传播损耗随距离增大而迅速 增大，计算 C／1 只要考虑最临近的同频复用小区来的干扰。以基站发射机产生 的同频干扰为例，当移动台处于小区边缘(正六边形顶点)时，有用信号功率最弱， 这时移动台与基站的距离为小区半径 r。在整个蜂窝系统中，最临近的同频复用 小区最多有 6 个，这 6 个小区的基站与移动台的距离随移动台在小区中的位置而 变化。为简化分析，可取本小区与这 6 个小区的中心距 D 为平均距离，假设各基 站的发射功率相同，电波传播的损耗与距离的 4 次方成正比，则移动台处于小区 边缘时的载干比近似为 由式(4．2．2)和(4．2．1)，上式可表示为 一个区群中的最少小区数与系统允许的载干比门限值有关，对于模拟蜂 窝通信系统，载干比门限值一般为 l8 dB，因此 N 不能小于 7；对于数字蜂窝系 统．载干比允许降低到 l0～12 dB，因此可以采用 3 小区或 4 小区区群的蜂窝结 构。一个区群中的小区数越小，频率复用率就越高，通信容量就越大，可见，数 字蜂窝移动通信系统的容量要比模拟蜂窝系统大很多。 5．中心激励和顶点激励 在每个小区中，基站可设在小区的中央，用全向天线形成圆形覆盖区，称为 “中心激励”，如图 4—2—4(a)所示。也可以将基站设计在每个小区六边形的 三个顶点上，每个基站采用三副 120。扇形辐射的定向天线，分别覆盖三个相邻
小区的各三分之一区域,每个小区由三副120。扇形天线共同覆盖,称为‘‘顶 点激劢”,如图4-2-4()所示。采用120。的定向天线后,所接收的同频干扰 功率仅为采用全向天线系统的三分之一,因而可以减少系统的同频干扰。另外.在 不同地点采用多副定向天线可消除小区内障碍物的阴影区 (a)中心激励 (b)顶点激励为千 图4-2-4二种激励方式 6·小区的分裂 在整个服务区中每个小区的大小可以是相同的,但这只能适应用户密度均匀 的情况。事实上,服务区内的用户密度是不均匀的,例如城市中心商业区的用户 密度高,居民区和市郊区的用户密度低。为了适应这种情况,在用户密度高的 市中心区可使小区的面积小一些,在用户密度低的市郊区可使小区的面积大 些。另外,对于已建好的蜂窝通信网,随着城市建设的发展,原来的低用户密 度区可能变成高用户密度区,这时相应地在该地区设置新的基站,将小区面积划 小,解决这个问题可采用小区分裂的方法。以120。扇形辐射的顶点激励为例.如 图4-2-5所示,在原小区内分设三个发射功率更小一些的新基站+就可以形成 几个面积更小些的正六边形小区,如图中虚线所示。 原基站 0新基站 图4-2-5小区的分裂
小区的各三分之一区域，每个小区由三副 120。扇形天线共同覆盖，称为‘‘顶 点激劢”，如图 4—2—4(b)所示。采用 120。的定向天线后，所接收的同频干扰 功率仅为采用全向天线系统的三分之一，因而可以减少系统的同频干扰。另外．在 不同地点采用多副定向天线可消除小区内障碍物的阴影区。 6·小区的分裂 在 整个服务区中每个小区的大小可以是相同的，但这只能适应用户密度均匀 的情况。事实上，服务区内的用户密度是不均匀的，例如城市中心商业区的用户 密度高，居 民区和市郊区的用户密度低。为了适应这种情况，在用户密度高的 市中心区可使小区的面积小一些，在用户密度低的市郊区可使小区的面积大一 些。另外，对于已建 好的蜂窝通信网，随着城市建设的发展，原来的低用户密 度区可能变成高用户密度区，这时相应地在该地区设置新的基站，将小区面积划 小，解决这个问题可采用小 区分裂的方法。以 l20。扇形辐射的顶点激励为例．如 图 4—2—5 所示，在原小区内分设三个发射功率更小一些的新基站+就可以形成 几个面积更小些的正六边形小区，如图中虚线所示