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移动通信的蜂窝小区划分和频率复用

2010年6月13日 / 241次阅读
移动通信技术

在无线网络设计中,需要解决容量和覆盖问题。如果一个城市只有一个收发信台,在有限的频率资源里得到的信道数也很有限,将不能满足容量要求。一个收发信台要覆盖半径几十公里的区域,发射功率要求很大,传输时延增加,同时覆盖效果也不理想,并且手机的发射功率要求也很大。20世纪60年代贝尔实验式提出了蜂窝小区的概念,即把一个大区域分割成形状相同的若干小区域,每个小区域为一个蜂窝小区,有一个收发信台,小区内的MS和本小区的收发信台进行通信,进入别的小区则和那个小区的收发信台进行通信。(蜂窝通信的名称就来自于此)

为了更简明地描述蜂窝网络结构,不妨假设基站设置在平原地区,地面无障碍物阻挡,并采用全向天线的理想条件下,它的覆盖区是一个圆。而七个圆按照一定的交叠深度相邻接,中心一个圆的交接边界(在蜂窝网中就形成了切换边界)就拟合成一个正六边形。对应的同频干扰也就较规则地分布于六边形的边缘。如下图所示。在一个服务区内,以全向区来看,相互邻接的小区其正常切换边界形成了多个两两相邻正六边形,形同蜂窝状,称为蜂窝结构。

蜂窝小区划分示意图

蜂窝小区划分示意图

一般把几个小区分成一组,称为区群。区群内的频率不能复用,区群之间可以采用相同的频率(即下面所说的频率复用),这样可以提高系统容量。

频率复用就是指在数字蜂窝系统中重复使用相同的频率,一般把有限的频率分成若干组,依次形成一簇频率分配给相邻小区使用。注意频率复用和频分复用是不一样的概念。频率复用就是直接使用相同的频率,而频分复用是对频率进行划分提高频带利用率。

一般在GSM系统中常采用4×3和3×3复用方式,4×3复用方式是把频率分成12组,并轮流分配到4个站点,即每个站点可用到3个频率组,这时的小区组成如下图所示:

按4×3方式复用的蜂窝小区示意图

按4×3方式复用的蜂窝小区示意图

3×3复用方式时,即把有限的频率分成9组,并轮流分配到3个站点,每个站点可用到3个频率组,如下图所示。

按3×3方式复用的蜂窝小区示意图

按3×3方式复用的蜂窝小区示意图

从以上两种频率复用方式可看出,随着频率复用的密度增加,即频率分组的减少,频率的利用率就越高,用户数会增加,但频率复用的间距减小,却会带来了小区间的干扰,如C/I(载干比)、C/A(载波强度与邻频信号强度的比值)等。

所以在频率复用的时候,主要考虑的是C/I。在GSM系统中一般要求C/I>9 dB。

需要注意的是,六边形只是无线覆盖方式的简化模型,实际上不可能有上面所讲到的各个方向完全一致的传播情况,也就没有完全规则的正六边形相接的小区,覆盖和干扰分布也就随地理环境发生偏差,这就要求在蜂窝结构思想的指导下,合理规划和配置各个小区,使得覆盖和干扰保护达到要求。

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云上小悟 麦新杰(QQ:1093023102)

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