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第3章 蜂窝的概念：系统设计基础 第1次 蜂窝系统的几何学 回顾：蜂窝系统 从网络规模看，蜂窝网是一种广域网络。 蜂窝网的最小组成单位：小区（cell）。 小区的覆盖由基站（BS）完成，即由基站保证位于小区边界上的移动台（MS）可以满足基本的信号干扰比（SIR）门限。 核心思想是频率复用！ 大区制系统是噪声受限（noise-limited)系统，而蜂窝系统是干扰受限（interference-limited）系统。 回顾：频率复用 实际上，频率复用的思想由来已久——例如：西安的FM广播电台和北京的FM广播电台完全可以采用相同的发射载频，而不会造成相互的干扰，因为发射机之间的距离相当地远。 就蜂窝系统而言，频率复用的距离要小得多，因为这种系统的目标是用户容量尽可能地大。距离可以小到什么程度由多方面因素决定。主要包括：接收机对同频干扰的容忍程度、系统所采用的多址方式等。这一章，主要以FDMA系统来介绍蜂窝原理。 ［重要数量值——AMPS系统的SIR门限］ 对于AMPS系统，接收机可以允许的有用信号和同频干扰信号的功率比一般要大于18dB。即， 有用信号功率≥63×同频干扰功率。 因此，这就为AMPS系统（FDMA的蜂窝系统）的设计做出了基本的限定。 一般在系统规划与设计时采用正六边形作为小区的形状。为什么？ 区群（簇，cluster）的概念。 区群大小（cluster size）公式。 同频小区的确定。 区群的形状。 采用正六边形小区形状的原因： 1）蜂窝系统是为了实现对一个大的地理区域（即系统的服务区域）的覆盖而设计的，一般 为面状区域。通过为数众多的小区来实现系 统服务区域的覆盖。几何上可以证明，要实 现面状区域的既无缝隙又无重叠的覆盖，可 能的正多边形小区形状只有三种：正方形、 正三角形和正六边形。 2）半径一定的情况下，正六边形面积最 大，这样系统服务区域一定时，所需的 小区数目最少，即所需基站最少。 3）早期的蜂窝系统，基站通常位于小区中 心，并采用全向天线，这样在无阻挡的 平面地形上，基站的有效覆盖区域基本 上呈圆形，在半径一定的情况下正六边 形最接近于圆形。 区群（cluster，也译作簇）：对于蜂窝系统，系统所提供的全部频率资源将在若干个相互邻接的小区上予以分配，分配的基本原则是每个小区将获得彼此不同的一部分频率资源，一般可以考虑平均分配。我们将上述这些相邻接的一组小区称作一个区群。换句话说，在一个区群内部是不进行频率复用的！ 将蜂窝系统的组成由小区（系统的最小组成单位）放大到区群，即整个系统服务区域的覆盖也可以看作由一个个区群覆盖完成，在区群之间进行频率复用。 什么是“相互邻接”？区群中任意正六边形小区都至少与区群中另外两个小区存在公共边。 ［构成区群的情况］ ［不构成区群的情况］ 区群大小：一个区群中包含的小区数称作区群 大小。几何上可以证明，要满足以下两个条件： 1）各个区群实现整个面状服务区域的无缝无重叠覆盖； 2）使用相同频率的小区之间的最小距离在整个系统范围内为常数。 区群大小不是可以取任意值的。而应当服从以下 公式，即： N＝i2＋ij+j2 ， 其中，N为区群大小， i、j可以取自然数，但不 同时为0。 区群的形状：区群大小一定时，区群的形状是确定的。 区群上的频率分配： 正如前面所指出的，区群并不仅仅是一个地理区域的概念，而且是整个系统频率资源的一个分配单位——一般，系统可使用的全部频率资源在区群范围内进行平均分配。 同频小区：在蜂窝系统设计和规划时位于不同区群内，采用相同的频道组的小区称作同频小区。要想对由于采用相同频率工作而引起的相互干扰进行有效的控制，同频小区的分布应当存在规律性。具体地，就是要求在整个系统范围内，同频小区之间的最小距离为常数。这个最小距离，一般称之为同频复用距离，记作D。 同频小区的确定： 1）沿某正六边形小区一 条边的垂线方向行进i 个小区； 2）逆时针旋转60°后 再向前行进j个小区。 所到达的小区可以与原 始小区使用相同的频道 组。 ［重要距离——相邻小区的中心距］ “向前行进一个小区”指的是从本小区中 心出发沿某边垂线方向前进，直至到达相邻小 区的中心。若小区半径为R，则行进距离d （相邻小区的中心距）为： 同频复用距离（D）： 同频小区的分布： N＝3的情形如右图所示。 ［结论］：同频小区分