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蜂窝小区的概念和特点

2015-3-27 07:03| 发布者: admin| 查看: 6032| 评论: 0
摘要:   蜂窝的概念是一个系统级的概念,其思想是用许多小功率的发射机来代替单个的大功率发射机,每一个小的覆盖区只提供服务范围内的一小部分覆盖。每个基站分配整个系统可用信道中的一小部分,相邻基站则分配另外一些 ...
  蜂窝的概念是一个系统级的概念,其思想是用许多小功率的发射机来代替单个的大功率发射机,每一个小的覆盖区只提供服务范围内的一小部分覆盖。每个基站分配整个系统可用信道中的一小部分,相邻基站则分配另外一些不同的信道,这样所有的可用信道就分配给了相对较小数目的相邻的基站。给相邻的基站分配不同的信道组,基站之间及在它们控制之下的用户之间的干扰最小。通过分隔整个系统的基站及它们的信道组,可用信道可以在整个系统的地理区域内分配,而且尽可能的复用,复用的主要条件之一是基站之间的同频干扰低于可接受水平。
  随着服务需求的增长,基站的数目可能会增加,从而提供额外的容量,但没有增加额外的频率。此外,蜂窝概念允许在一个国家或一块大陆内,每一个用户设备都做成使用同样一组信道,这样任何的移动终端都可以在诊区域内的任何地方使用。移动通信系统的工作方式有:单工制、半双工制、双工制、单频单向方式和中继方式。移动通信网的区域覆盖方式分为两类:一类是小容量的大区制;另一类是大容量的小区制。
  一、大区制移动通信系统
  大区制是指一个基站覆盖整个服务区。为了增大单基站的服务区域,天线架设要高,发射功率要大,但是这只能保证移动台可以接收到基站的信号。反过来,当移动台发射时,由于受到移动台发射功率的限制,因而无法保障通信。为解决这个问题,可以在服务区内设若干分集接收点与基站相连,利用分集接收来保证上行链路的通信质量;也可以在基站采用全向辐射天线和定向接收天线,从而改善上行链路的通信条件。
  为了增大通信用户量,大区制通信网只有增多基站的信道数(装备量也随之加大),因此,大区制只能适用于小容量的通信网,这种制式的控制方式简单,设备成本低,适用于中小城市、工矿区以及专业部门,是发展专用移动通信网可选用的制式。
  二、频率复用和小区制移动通信系统
  由于蜂窝无线系统依赖于整个覆盖区域内信道的智能分配和复用,所以基站天线设计要做到能获得某一定小区内期望的覆盖。通过将覆盖范围限制在小区边界以内,相同的信道组就可以覆盖不同的小区,只要这些小区两两相隔的距离足够远,相互间的干扰水平就可在接受的范围之内。这一为整个系统中的所有基站选择和分配信道组的设计过程叫做频率复用或频率规划。
  1、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。
  2、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,称为频率复用。这种组网方式可以构成大区域大容量移动通信系统。
  3、小区制覆盖区
  小区制移动通信系统的频率复用和覆盖有两种,一种是带状服务覆盖区;另一种是面状服务覆盖区。
  (1)带状服务区
  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,如图1所示。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。
(a)双频组频率配置
(b)三频组频率配置
图1双频组和三频组频率配置
  (2)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。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,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。
  (3)实际无线覆盖形状
  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。
  (4)基站发射机位置
  激励方式一般分为中心激励和顶点激励;中心激励小区:安置在小区的中心;顶点激励小区:安置在六边形顶点之中的三个上。
  (5)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。
  典型的区群(簇)的组成如下图所示。
  4、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(k<S),并且S个信道在N个小区中分为各不相同的、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。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。
  5、同频小区的确定:
  ①沿着任何一条六边形边的垂线方向移动j个小区;②逆时针旋转60度再移动i个小区。图3中,i=3,j=2,N=19。
图3 蜂窝小区中定位同频小区的方法
 

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