蜂窝无线通信系统（精选八篇）
蜂窝无线通信系统 篇1
当今大多数无线通信系统都是建立在蜂窝无线电概念之上的。无线蜂窝系统的性能不仅受限于无线通信链路恶劣的物理信道特性,还会受限于来自其他用户的干扰。
为了设计特定的系统级性能,就要考虑在覆盖区域内同时使用系统的多个用户的位置、系统中同时通信的用户个数、传播条件、每个用户的干扰和功率级的设置、每个用户的话务量需求等因素对基站和移动台之间任何一条链路所产生的影响[1,2]。而普通的解析模型很难描述如此复杂的信道条件,更难得到链路性能的解析解。
本文旨在考虑射频传播特性、用户移动性、话务量变化与接收信号电平间的关系的基础之上,建立一种蜂窝通信系统仿真模型,为系统级性能设计提供测试平台。
2. 系统描述
蜂窝系统为获得较高的容量在小区间进行频率复用,从而导致同频干扰。对于六边形小区模型,两个同频小区中心之间的最小距离(最小复用距离)DN为:
式(1)中,R为是小区的最大半径。
在一个指定小区中接收到的总的同频干扰是所有同频小区发送出的同频干扰信号的总和,且第一层的同频小区对被测小区的干扰影响最大。
同频干扰是制约无线通信系统的容量和链路质量的主要因素之一。为了获得高容量,一般通过减小蜂窝系统簇(区群)的大小N,来缩短信道复用距离。然而减少簇大小又增加了同频干扰,降低了链路质量。
同频干扰的影响可以用通信链路的信干比(SIR)来估计。由于无线传播影响、用户移动性以及话务量的变化,有用信号功率与干扰信号功率是随机变量,故SIR也是随机变量。因此,通常采用系统的中断概率P(在特定场合下,SIR低于给定阈值SIR的概率)来量度同频干扰对系统性能影响的严重程度[3]。即:
式(2)中Q(.)是高斯Q函数。
3. 蜂窝通信系统建模
下面讨论蜂窝系统的信道模型和扇区化小区这两个方面,以中断概率为参考指标,来建立蜂窝通信系统的仿真模型。
3.1 信道模型
在分析蜂窝系统的性能时,非常重要的一点是精确地建立无线传播对接收信号影响的模型,因为这些影响通常是系统性能恶化的主要原因。而接收信号的统计特性主要牵涉到两个传播效应:由局部区域的多径造成的小尺度衰落;由树木、建筑物、地形等因素引起本地平均信号的随机衰减造成的阴影(大尺度衰落)。
一般的通信系统设计与仿真中,必须同时考虑小尺度衰落和有用信号、干扰信号的阴影。但由于空间分集、扩频、编码与交织技术已被广泛应用于抵消小尺度衰落的影响,故,在此只考虑阴影与路径损耗对性能的影响。
无线通信系统的本地平均信号电平可以用对数正态随机变量精确地建模。用分贝表示时,本地平均信号电平服从正态分布,用面积均值和标准差来刻画[4,5]。采用分贝形式,本地平均信号功率(用ρ表示)可以表示为:
式(3)中,mx是用dBW表示的区域平均功率(大尺度传播路径损耗),χ是标准差的零均值正态随机变量(大尺度障碍造成的阴影)。
而区域平均功率mx通常建模为接收机与发射机之间分割距离d、路径损耗指数γ,发射功率PT,发射和接收天线增益GR、GT的函数,即:
式(4)中的常数K由模型中所有不变的项组成;θT和准T是信号发射端到接收端的发射俯仰角和方位角;θR和准R是信号到达接收天线的到达俯仰角和方位角。这四个角度取决于移动台和基站天线的相对位置。
3.2 小区的扇区化
为了减少同频干扰,蜂窝通信系统通常要在基站中使用几个扇区化天线。每个扇区化天线在指定的扇区内发射,而且为每个扇区分配小区全部可用信道中的一部分信道。因此,由于基站天线的定向性,减少了基站或者移动台接收机天线的同频干扰。
3.3 总的同频干扰
给予接收到的单个干扰信号仅受阴影和路径损耗的影响这一假设,总的同频干扰可以建模为单个干扰信号的复合,它们的本地平均功率级服从于对数正态变化。通常假设每一个单个干扰的相移因散射而变化显著,因而可以假设相位是随机的,在本地区域作平均时,信号是非相干地叠加的。因此,给定位置的总的同频干扰I可以建模为对数正态分布信号之和,即:
4. 系统仿真
4.1 仿真流程
蜂窝系统中SIR与中断概率的仿真流程如图1所示。
4.2 仿真参数
小区半径R=1000;路径损耗指数γ=4;分贝为单位的对数正态阴影的标准差(σ)=8dB;每个小区的扇区数:0度、120度、360度;基站扇区化天线的正反向比=30dB;要仿真的瞬时位置的组数(M)=1000;同频小区数量=6。
4.3 仿真结果与分析
以中断概率为参考指标,六种不同配置情况下蜂窝系统的性能如图2所示。
由图2可见,簇大小固定时,扇区化减小了SIR低于某一给定阀值的平均中断概率,即减少了同频干扰,提高了蜂窝系统的性能。扇区固定时,一个小的簇会增加系统容量,但同时增加了每个用户的干扰电平,降低了系统性能。
5. 结束语
本文研究并建立了一种蜂窝无线通信系统仿真模型。该建模方法具有普遍意义,可以进行扩展,以包括蜂窝系统的其它特征。通过性能的仿真验证了,蜂窝系统的簇大小、阻塞率、扇区数、平均信干比等设计参数,都会影响蜂窝无限通信系统的质量,并且他们相互关联,经常需要针对系统性能要求进行折中。
摘要：针对普通的解析模型很难获得蜂窝无线系统链路性能的问题,讨论了一种无线蜂窝系统的建模方法,并以中断概率为参考指标,仿真分析了扇区化和簇大小对蜂窝系统容量和链路质量的影响。
关键词：同频干扰,扇区化,中断概率
参考文献
[1]胡智娟,张华清.移动通信技术实用教程[M].北京:国防工业出版社,2005.
[2]杨大成.移动传播环境理论基础、分析方法和建模技术[M].北京:机械工业出版社,2003.
[3]肖明波,杨光松等译.通信系统仿真原理与无线应用[M].北京:机械工业出版社,2005
[4]T.S.Rappaport,Wireless Communications:principles and practice[M],2nd ed.,Upper saddle River,NJ:Prentice Hall,2002.
蜂窝移动通信的认识 篇2
通信行业的发展使人们的交流方便，使各地联系密切，取代了古时的飞鸽传书或快马加鞭的送信方式。从单工寻呼机、笨重的大哥大到现在小巧的手机、街机iphone，无线移动通信技术运用广泛，超过了固定通信，而蜂窝移动通信作为移动通信的一种，它是把覆盖的小区划分成若干个类似蜂窝的小区，每个小区中设立基站为用户提供服务，当用户运动时，通过基站和移动交换中心传输语音、数据、视频等进行越区切换以保障通话的畅通等的手机基本功能。
蜂窝系统的发展经历了1G以模拟通信为特征的移动通信时代到2G数字蜂窝移动通信时代到3G多媒体业务时代以及如今吵得沸沸扬扬但未实现的4G广带移动，一些技术的引入如频率复用等使频带利用率提高，用户可以迅速切换、享受高速的数据传输速度，也是蜂窝系统发展的象征。蜂窝移动通信的特点是用户容量大，服务性能较好，频谱利用率较高，用户终端小巧而且电池使用时间长，辐射小等等。蜂窝移动通信系统可分为宏蜂窝、微蜂窝和智能蜂窝。宏蜂窝的小区覆盖半径较大，但会因为障碍物引起较多“盲区”，而微蜂窝解决了宏蜂窝的缺陷，使“盲区”减少，频率复用使话务量大的“热点”地区通信质量有所改进，增加了通信的容量，但是同时带来了经济成本和网络复杂性等问题。微蜂窝主要服务对象为低速运动的移动台，因为对于高速移动台若使用微蜂窝，必定会导致移动台频繁地切换为其服务的基站而造成掉话，通话无法正常进行，所以由宏蜂窝来服务较合理。
如今的蜂窝移动通信市场中，GSM是当前应用最为广泛的移动电话标准。全球超过200个国家和地区超过10亿人正在使用GSM电话，它的信令和语音信道都是数字式的，因此GSM被看作2G移动电话系统。3G并没有想象中的深入人心，其网络建设速度慢，我认为在短期内，GSM仍然是通信的主导力量。3G手机接收数据速度快，但其普及需一定时间，价格也是一个关键因素。CDMA码分多址技术手机通话品质比GSM好，且可把用户对话时周围环境噪音降低，使通话更清晰，而且CDMA用码来区分用户，防止被人盗听的能力大大增强。其辐射小，是环保手机，它虽然使用人数并不大，但技术成熟并具有潜力。4G时代的到来还需要很长时间，因为3G的建设都没有完成，最高100Mbps的速度遥遥无期，4G的灵活性和智能化也是未来发展的趋势，人们可以通过手机流畅的看电视节目，订阅信息等，不过我认为与其过快的加大数据传输速率，不如放更多精力在网络的稳定性和覆盖面积，容量等问题上，通信时代的变更需要更多设备支持，如何使基站安放合理，如何减少盲区，使任何地方都有无线通信，而同时又要做到绿色环保都是需要改进和考虑的问题。
蜂窝无线通信系统 篇3
随着蜂窝通信技术的发展, 有限的可用频谱成为蜂窝系统容量的主要限制因素, 因此良好的信道分配显得尤为重要。所谓信道分配问题, 就是用尽可能少的信道数, 满足蜂窝小区的话务需求和电磁兼容限制, 对各小区进行信道分配。信道分配方式主要分为静态信道分配、动态信道分配和混合信道分配。本文针对静态分配方式进行讨论。
1 信道分配问题的描述
对于蜂窝通信系统, 数学上通常采用距离集d= (d0, d1…) 或频率集k= (k1, k2) 来描述小区基站分配到的信道需要满足的条件。di指的是使用信道间隔为i的两个基站之间的最短距离, ki指的是小于等于i个单位距离的两个基站使用的信道的最小间隔数。
在这里, 仅考虑单一需求的信道分配问题。所谓单一需求, 指每个基站只分配一个信道。在现实通信中, 干扰信号随距离的增大迅速衰减, 因此, 我们可以只讨论k= (k1, k2) 的情况。
先考虑只有有限个基站的蜂窝通信系统的信道分配, 根据蜂窝式网络图的特点, 可以建立如图1所示的坐标。
说明:设P为网络中任一六边形中心, 其坐标为 (x, y) , x表示沿X轴正方向P到Y轴的距离, y表示沿Y轴正方向P到X轴的距离。距离用六边形的边长倍数来表示。设A和B为网络中任意两个六边形中心, 坐标分别为 (xa, ya) 和 (xb, yb) , 由此可得A和B之间的距离:
由此可以得到在k= (k1, k2) 的条件下的约束条件:当时, A和B信道频率间隔需大于等于k1;当时, A和B信道频率间隔需大于等于k2。
2 算法设计
2.1 回溯算法简介
回溯算法是以深度优先的方式系统地搜索问题的解的算法, 有“通用的解题法”之称。它可以系统地搜索一个问题的所有解或任一解, 适用于解一些组合数较大的问题。它的基本思想是:为了求得问题的解, 先选择某一种可能情况向前探索, 在探索过程中, 一旦发现原来的选择是错误的, 就退回一步重新选择, 继续向前探索, 如此反复进行, 直至得到解或证明无解。
2.2 算法实现
首先, 为了安排搜索的顺序, 需要对蜂窝系统总共n个六边形中任意两个不同点A (xa, yb) 和B (xa, yb) 进行排序:如果xa
设w为某一蜂窝通信系统利用的信道宽度, 可以将w从一个足够小的值开始检测。当搜索到最优解时, 则按顺序输出系统中所有六边形的信道号;如果在某一w值下没有最优解, 则将w值加1, 继续搜索, 依此类推, 直到找到符合要求的最小的w下的最优解, 最后输出信道号。
具体流程如下图所示:
当有限基站个数足够多时, 我们可以找到其中信道排列的规律, 并由此得到无限蜂窝通信系统的信道分配方式。
3 算例分析
在k= (2, 1) 条件下, 通过C++编程, 得到如下图的有限多基站的信道分配:
由上图可以得到k= (2, 1) 条件下的信道分配循环模块。这
些模块可以进行各种组合, 以扩展到无限的情况。
4 结束语
通过回溯算法可以得到k= (k1, k2) 蜂窝通信系统的最优解, 对充分利用有限的频谱资源十分有利, 而且可扩展性强, 容易开发系统化的蜂窝通信规划软件。采用回溯算法的缺点是流程比较复杂, 编程存在一定难度, 尤其是考虑多级干扰时, 算法流程较为繁琐。
参考文献
[1]刘小兰, 汪国强, 郝志峰.蜂窝状通信系统的最优信道分配[J].华南理工大学学报 (自然科学版) , 2002 (6) .
[2]杨启帆.数学建模竞赛:浙江大学学生获奖论文点评[M].杭州:浙江大学出版社, 2005.
[3]方海燕, 郭跃华.最优无线电信道分配[J].数学的实践与认识, 2001 (3) .
[4]李满林, 王玉娜, 杜雷, 等.蜂窝网络中基于遗传算法的信道分配[J].东北大学学报 (自然科学版) , 2003 (3) .
蜂窝移动通信无线覆盖产品概述 篇4
关键词：直放站,GSM,CDMA,TD-SCDMA,WCDMA,放大,覆盖
无线覆盖产品从实现原理上可分基站覆盖产品和中继覆盖产品, 基站覆盖产品实现复杂, 价格昂贵, 安装调试维护难度较高, 但是能提供容量。
中继覆盖产品主要指直放站、干放、塔放、基站放大器等产品, 它的主要作用是通过对信号的放大, 弥补来自于基站信号的路径损耗, 通常用于覆盖区的信号加强、信号补盲和扩展基站覆盖范围, 提高通信质量, 具有结构简单、成本低、安装使用维护方便等特点, 所以在蜂窝移动通信领域应用广泛。
1 模拟直放站分析
1.1 同频无线模拟直放站
(1) 同频无线模拟直放站基本原理
同频无线模拟直放站是在保证信号质量的前提下将信号进行放大, 然后经覆盖端的重发天线发出, 对需要覆盖的信号起到明显的补盲或加强作用。
(2) 同频无线模拟直放站的特点:
安装简便, 施工进度快, 无需传输资源, 成本较低, 但对施主信号的质量、天线间的隔离度 (大于增益15dB以上) 有所要求, 同时还会给整个网络带来额外的干扰
1.2 移频无线模拟直放站
(1) 移频无线模拟直放站基本原理
移频无线模拟直放站由移频主机和移频从机两台设备构成, 移频主机把施主信号进行放大, 频率搬移, 然后经主机的重发天线向从机方向发射, 经过空间自由传输后被移频从机的接收天线接收后进行再放大, 频率恢复后放大经移频从机的重发天线发射对覆盖区进行覆盖。
(2) 移频无线模拟直放站的特点:
无需传输资源, 能避免同频干扰, 成本较高, 工程调试维护较为复杂, 需要自由空间传输。
1.3 光纤模拟直放站
(1) 光纤模拟直放站基本原理
光纤模拟直放站由近端机和远端机构成, 中间使用光纤作为信号传输介质, 下行链路信号由近端机耦合基站的信号后通过近端光模块转换为光信号然后传输到远端机, 远端机的光模块把接收的光信号恢复为射频信号后进行放大、滤波再经过远端天线发射到覆盖区, 上行链路刚好相反, 上行信号通过远端天线接收放大后经远端光模块转换为光信号传输到近端机, 近端机光模块接收远端的上行光信号后转换为射频信号再放大耦合进入基站。
(2) 光纤模拟直放站的特点:
需要光纤传输, 覆盖信号纯正, 无同频干扰和自激风险, 对网络影响很小, 信号传输距离远 (最大可达20km) 。
2 数字直放站
数字直放站是把数字信号技术和射频技术结合起来而发展的产品类型, 技术特点接近分布式基站, 是无线中继覆盖产品的一种发展和技术提升, 主要分无线数字直放站和光纤数字直放站, 根据软件无线电的思想, 对移动通信信号进行变频处理后得到中频信号, 然后对中频信号进行数字化处理, 首先是将射频信号变频到中频后, 通过A/D采样、数字下变频 (DDC) 、数字上变频 (DUC) 后进行D/A转换, 再变频到射频, 达到对带外无用信号抑制的目的, 以软件方式替代硬件实施信号处理, 具有配置灵活、降低成本和模拟中频滤波器无法达到的性能优势。同时结合数字光收发模块 (SFP) 可实现数字信号光纤传输, 从而能实现多种组网方式的应用。
2.1 无线数字直放站
(1) 无线数字直放站基本原理
较模拟无线直放站的区别就是在中频部分的处理方式, 无线数字直放站中频滤波器是由FPGA用软件的方式构建的FIR或者CIC滤波器来完成对中频滤波, 且滤波带宽和带外抑制可以灵活调整, 而模拟无线直放站的中频滤波器只能是滤波特性固定的声表滤波器, 同时无线数字直放站的数字中频单元也提供了一个数字信号的处理平台, 可以进行消峰 (CFR) , 干扰抵消 (ICS) , 数字预失真 (DPD) 等复杂算法的处理, 能极大地改善无线直放站的效率和性能。
(2) 无线数字直放站特点
a.数字滤波能实现带宽、带外抑制的灵活配置
b.具有ICS功能的无线数字直放站对隔离度要求低, 安装更为简便, 信号更为稳定
c.具有CFR和DPD功能的无线数字直放站能极大提高功放的效率和线性
2.2 光纤数字直放站
(1) 光纤数字直放站基本原理
光纤数字直放站由近端机和远端机构成, 它们之间用光纤连接进行数字信号的传输, 传输协议一般采用CPRI协议。它的数据结构可以直接用于直放站的数据进行远端传输, 成为基站的一种拉远系统。这个接口表明是基带和射频之间的接口。近端中继机完成对基站信号的获取和发送, 图中远端机完成对移动终端机信号的获取和发送, 近端中继机与远端机之间的数字传送采用以太网的标准光纤收发器 (SFP) 。系统由近端机设备 (基站端) 和远端机设备 (覆盖端) 组成,
(2) 光纤数字直放站系统特点
a.数字光纤传输, 延长传输距离, 提高动态范围
b.能进行时延调整, 线性覆盖能避免直放站交叠区的多径效应
c.对于时分复用系统具有时隙关断功能能降低对基站的上行干扰
d.能进行并联、串联、混合多种组网方式
e.载波调度功能有效提高基站利用率
3 其他无线中继覆盖设备分析
3.1 干线放大器
除直放站之外, 使用最多的无线中继覆盖设备就是各种制式的干线放大器, 干线放大器作为室内覆盖的重要设备, 虽然实现原理简单, 但是应用极为广泛, 特别是TD-SCDMA制式, 目前使用的无线中继覆盖设备绝大部分为干放, 干放的射频部件完全可以借用直放站低噪放和功放, 干放与直放站的监控系统有所不同。
3.2 基站放大器和塔顶放大器
进军蜂窝和短距离无线通信领域 篇5
NB-IoT标准即将完成
过去几年,u-blox与Vodafone和华为合作开发和演示预标准形式的新窄带物联网(NB-IoT)技术,NB-IoT是一项低功耗广域(LPWA)新技术,可用于现有蜂窝基础架构。为什么采用NB-Io T呢?Simon Glassman回答说,因为N B-IoT功耗低,还可以优化网络架构、覆盖面广,仅需使用运营商的网络,可支持大量设备,安全可靠,比私有系统更低的个别成本。NB-IoT为低频收发少量数据的设备提供互联方式,覆盖难以企及的地方,支持大量低吞吐量、超低成本设备。2015年9月,3GPP同意NB-IoT使用许可运营商频段在LPWA网络中部署。他还透露,目前,NB IoT标准接近尾声,标准制定速度创下记录。
当然,超短开发时间并不代表半成品标准。Simon Glassman表示,NB IoT设计缜密,安排周全,确保设备低功耗和优化解决方案架构,这两点对NB IoT最终成功至关重要。NB-IoT论坛背后的重要人士对于NB-IoT技术真实场景测试给予高度重视,如2015年11月在西班牙成功演示了将第一条预标准NB-Io T消息发送到安装在水表测试设备内的u-blox模块。
水表是大量难以覆盖的监控设备的典型设备,例如在地下室、地下或金属盖后面,没有电源,一般其他信号无法到达。其他的应用从楼宇自动化、人畜跟踪到智能城市技术,NB-IoT还可以帮助当地政府控制街道照明,确定垃圾箱清空时间,确定免费停车位和调查路况,所有这些设备都需要电池寿命达到10年或更长。Simon Glassman说,u-blox将这些应用称之为举足轻重的物联网,即有充分商业理由采用该技术的关键业务应用。为促成NB-IoT快速商业化,大量移动运营商和网络基础架构提供商不断创建NB-IoT开放实验室。NB-Io T开放实验室为N B-IoT生态系统的创建和支持提供理想环境,为应用开发人员、系统集成商和服务提供商提供端到端开发和互操作性测试,u-blox的NB-IoT评估套件和模块正被这些实验室采用。
全球首款NB-Io T模块诞生
2016年6月27日,u-blox宣布推出全球第一款符合3GPP R13 NB-IoT标准的SARA-N2模块。Simon Glassman介绍说,该模块适用于智能楼宇、智慧城市、水表、白色家电、资产跟踪、农业和环境监控,一块标配电池就可以持续工作10到20年。它采用16mm×26mm LGA封装,使用u-blox专利Nested Design设计,可以兼容u-blox的GSM/H S PA/C D M A模块,同时面向未来,在多种无线技术间实现无缝扩展。Simon Glassman还透露,SA R A-N2 N B-Io T模块样品计划在2016年第4季度推出,2017年年初全面量产。
SARA-N2模块工作在许可频段,从而保障无线通信的安全和不受干扰。Simon Glassman告诉记者,SARA-N2支持最高227kb/s峰值下行链路速率和21kb/s上行链路速率,由于可同时支持三个无线射频波段,同一模块可用于大部分国家地区的运营商网络。相对于其他蜂窝无线技术,NB-Io T具有诸多优势,包括更低的设备复杂度,超低功耗,一个基站可支持15万个设备。最重要的是,由于这项技术提供了比GPRS更好的20d B链路预算,在地下或楼宇内等弱信号区域都体现出出色的性能。
与非许可频谱低功耗广域(LPWA)解决方案相比,由于NB-Io T使用许可频段网络,因此拥有更强的安全性和抗干扰能力。其他优势包括,点到点拓扑带来比网状网络更低的延迟,可在现有2G和LTE网络运行,仅需要200k Hz带宽;更高的传输功率限制,提高可靠性和距离;它还允许强大的双向通信,意味着可无线更新固件;此外,NB-Io T还可全球漫游,而本地非许可频段技术是无法做到这一点的。
无线局域网和蜂窝网融合技术研究 篇6
随着智能终端等移动设备的普及, 移动数据流量呈现持续快速增长的趋势。按照Cisco的预测, 从2012到2017移动数据流量年复合增长率高达66%。移动数据流量的爆发式增长不仅给蜂窝网造成了巨大的流量压力, 也使蜂窝运营商陷入了高投入、低产出的经营困境。WLAN以其技术体制简单、接入灵活、成本低、建网和维护容易受到运营商的青睐, 纷纷大规模建设WLAN热点来缓解蜂窝网流量和经营上的压力。
目前为了提高运营商WLAN网络的利用率和用户体验, 业界展开了大量WLAN和蜂窝网互通和整合 (Interworking and Integration) 方面的技术研究。3GPP正在Rel-12中以已有核心网层面 (CN-level) 互通标准为基础, 展开WLAN和蜂窝网在无线接入网层面 (RAN-level) 互通的标准化研究。Wi-Fi联盟 (WFA) 正在开展基于可有效帮助移动运营商整合WLAN业务、构建运营级网络的Hotspot 2.0标准的Wi-Fi CERTIFIED Passpoint™项目。无线宽带联盟 (WBA) 正在针对支持WLAN与蜂窝网之间无缝流量切换和跨运营商Wi-Fi漫游的下一代热点 (NGH) 项目进行第二阶段的测试。所有这些标准化努力都体现了WLAN和蜂窝网正在从高层融合和底层融合走向深度融合的发展趋势。本文将分别从蜂窝网和WLAN两个角度, 对支撑WLAN和蜂窝网进行深度融合的关键技术发展历史和现状及其未来的演进方向进行介绍和分析。
蜂窝网侧在融合方向的技术演进
从WLAN和蜂窝网技术的发展过程看, 它们之间的融合需求是伴随着WLAN的标准化和快速增长的市场而产生的。为了支持和改进WLAN和蜂窝网之间的互通, 3GPP进行了大量的研究和标准化工作, 产生了分别针对UMTS核心网和EPC一系列互通技术规范。UMTS核心网相关的技术规范又被称为I-WLAN (Interworking WLAN) 规范。为了进一步对WLAN进行整合, 除CN-level互通的标准外, 3GPP在Rel-12中启动了RAN-level互通的研究项目“WLAN/3GPP Radio Interworking”, 目的是使运营商能够更好的整合WLAN网络, 改善用户对WLAN的感知。
基于GSMA WLAN Task Force的研究成果, 3GPP于2002年启动了WLAN和3GPP系统互通的标准化研究。在WLAN与3GPP网络互通的可行性技术研究报告TR 22.934中, 3GPP将互通场景分为以下6种:
场景1-统一账单和客户服务 (Common Billing and Customer Care) 。
场景2-基于3GPP系统的接入控制和计费 (3GPP system based Access Control and Charging) 。
场景3-WLAN UE接入3GPP PS域业务 (Access to 3GPP system PS based services) 。
场景4-业务连续性 (Service Continuity) 。
场景5-无缝的业务连续性 (Seamless services) 。
场景6-WLAN UE接入3GPP CS域业务 (Access to 3GPP CS Services) 。
这6种场景从功能上依次增强, 技术实施难易程度也依次增加, 后一种场景在前一种场景基础上提供更高水平的服务。运营商可根据自身的需求, 选择相应的场景, 分阶段地进行网络部署。
在实际组网中, I-WLAN的实现方案可以分为两种, 一种是独立组网方案, 一种是重用GGSN方案。在独立组网方案中, WLAN UE通过新增的PDG网元实现WLAN 3GPP IP接入, 与现有核心网分组域相互独立。在重用GGSN方案中, 通过新增隧道终止网关设备TTG (Tunnel Termination Gateway) , 由TTG与GGSN功能子集共同实现PDG功能, 如下图所示。
这两种组网方案各有优缺点, 独立组网方案能够直接分流WLAN业务, 相当于新建了一个核心网分组域网络, 对现网的影响较小, 但设备利用率较低, 需要和现网的计费设备进行集成, 维护工作量较大;重用GGSN方案有效利用了现有网络, 能够提高GGSN设备的利用率, 但WLAN流量的引入会增大GGSN的负荷, 对现网造成影响需要考虑对核心网分组域分流。综合来看独立组网方案会增大网络的复杂性。
由于用户在WLAN和3GPP接入网之间移动时, 不能保证业务的连续性, 即不支持场景4和5。针对这一点, 3GPP在Rel-8的TS23.327技术规范中进行了增强, 提出了基于DSMIPv6 (Dual-Stack Mobile IPv6) 的I-WLAN移动性解决方案, 非漫游场景下参考模型如下图所示。
在该解决方案中, 归属代理 (Home Agent, HA) 位于归属3GPP网络的核心网, 可以单独设置也可以和GGSN合设。为了能够支持DSMIPv6信令和向归属代理传输数据, UE需要包含一个DSMIPv6Client。UE有一个归属地址 (Home Address) 和一个转交地址 (Careof-Address) 。随着UE在WLAN和蜂窝网之间的切换, UE和HA通过逻辑上的H1接口, 使用绑定更新消息对转交地址进行同步更新, 在此过程中保持归属地址不变, 从而实现切换时的业务连续性。由于网络侧对拥塞状况有更全面的了解, 目前3GPP正在寻求对网络触发的切换进行标准化。基于DSMIPv6 I-WLAN移动性解决方案由于需要终端支持DSMIPv6, 增大了终端的实现复杂度。
WLAN侧在融合方向的技术演进
WLAN技术近十年来不断发展与完善, 为WLAN向电信级网络的发展奠定了基础, 主要体现在:1) 从54Mbps的802.11a, 到600Mbps的802.11n, 再到超过1Gbps的802.11ac和802.11ad, 传输速率持续提高;2) 从802.11e, 802.11r到最新的802.11ae, 802.11ai, Qos控制能力和接入时间等服务质量不断改善。
为了增强WLAN与蜂窝网等外部网络之间的互联互通, IEEE于2011年发布了802.11u标准。在网络发现和选择方面, 802.11u定义了通用广告业务GAS (Generic advertisement service) 。GAS在STA和服务器之间提供广告协议帧的层2传输, 使STA能够在与BSS关联之前就发现与期望网络业务相关的可用信息 (如可用签约服务提供网络等) 。ANQP是一个请求、响应协议, 用于移动设备发现包括热点运营商的域名, 可接入的漫游伙伴及其认证支持的EAP方法和证书类型, IP地址类型和场馆类型等在内的信息。802.11u使用GAS作为ANQP的容器, 将ANQP元素包含在802.11u的信标帧和探测响应帧中, 使用信标帧、探测请求帧和探测响应帧在内的管理帧和公共动作帧在STA、AP和外部网络之间进行信息交互。STA通过探测响应帧获得SSPN或外部网络可用信息, 并基于这些信息进行802.11基础设施和SSPN的发现与选择。
在Qos方面, 802.11u定义了Qos映射机制, 以支持在包括蜂窝网在内的签约服务网络或其他外部网络与WLAN之间实现Qos映射。由于每个签约服务网络或其他外部网络可能有它自身的层3端到端标记实现机制 (如不同的差分服务代码点DSCP实现方式) , 因此在层三业务和空口业务之间进行Qos映射是很有必的。802.11u定义了Qos映射机制, 以支持在包括蜂窝网在内的签约服务网络或其他外部网络与WLAN之间实现Qos映射。802.11u的Qos映射机制可以将网络层的Qos包标记映射为空口的Qos帧标记 (即用户的优先级) 。
结束语
在新一代移动通信技术快速发展下, WLAN与蜂窝网除了从技术上逐渐走向深度融合。这种融合趋势也体现在产业链方面。2012年Femto论坛改名为Small Cell论坛, 从专注蜂窝网技术转向在Smal Cell设备中对蜂窝网和WLAN进行整合;中国移动基于Small Cell推出了在设备内集成蜂窝网和WLAN的Nanocell技术白皮书和设备规范;传统的蜂窝和WLAN芯片、设备厂商也纷纷向对方领域拓展, 就是这一趋势的体现。WLAN和蜂窝网的深度融合将对二者未来的发展产生重要影响, 希望本文所做的工作能够对该领域的研究做出一个较为全面和清晰的研究基础。
蜂窝无线通信系统 篇7
1 人体组织暴露量指标
1.1 比吸收率。
比吸收率 (SAR) 作为人体组织对热量吸收的度量单位, 反映了电磁辐射对人体的影响程度。SAR定义为生物体每单位质量所吸收的电磁辐射功率, 也即吸收计量率, 单位为W/kg。在这里, SAR主要用来评估人体组织某部位处的比吸收率, 该位置的比吸收率SAR与电场强度E的关系如下:
其中:P为吸收功率密度, 单位为W/m2;ρ为组织密度, 单位为kg/m3;σ为组织传导率;E为测量组织中总的均方根RMS电场强度, 单位为V/m。
1.2 功率密度 (P) 。
功率密度指在空间某点上电磁波的量值, 用单位面积上的功率表示, 单位用W/m2表示。
2 现行电磁辐射执行标准
我国现行的电磁辐射执行标准, 主要沿用的是《电磁辐射防护规定》 (GB8702-88) 、《环境电磁波卫生标准》 (GB9175-88) 及《电磁辐射暴露限值和测量方法》等, 由于所针对的测量要求不同, 在实践中选择的标准也不尽相同。根据实践测量的需要, 部分内容如表1和表2所示。
3 测量系统的选取
3.1 测量系统的选取。
我们使用罗德与施瓦茨 (R&S) 公司生产的便携式场强测量系统TS-EMF对蜂窝基站的场强和功率密度进行测量, 该系统由全向球形探头天线 (30MHz~3GHz) 、R&S FSH3 (100k Hz~3GHz) 频谱分析仪和控制软件R&S RFEX (安装在笔记本电脑) 三部分组成, 如图1所示。三轴探头天线具有等方向的特性, 因此我们不需要考虑发射系统的极化和方向, 也就不必过多地在测量中转动天线进行测量。
3.2 测量系统工作要求。
测量系统的工作条件必须严格按照测试系统所要求的工作条件进行, 便携式场强测量系统TS-EMF要求:a.频率范围为30MHz~3GHz;b.测量范围为1m Vm/~100V/m;c.工作温度为0~50℃ (电池供电情况下) ;d.相对湿度为95%。
3.3 测试系统的校准与测量包设置。
为了达到比较好的测试准确性, 需要对TS-EMF测试系统进行单独校准, 通过校准, 对天线因子和连接电缆损耗等的相关数据校准值将被存储在RFEX软件数据的校准包中, 当仪器在进行测量时, 校准值将自动计算到测量结果中, 这样可以充分保证测量值的准确性。
我们以设置GSM900参数包为例, 对测量系统的主要参数进行合理设置。对GSM900的蜂窝系统, 测量的分辨率带宽RBW=200k Hz, 轨迹模式为maxhold, 驻留时间DT=5000ms, 测量周期6min, 参考电平值91d BμV。进行合理的设置和校准后, s通过RFEX软件, 可以自动测试出需要的结果数据。
测量控制RFEX软件提供了三种不同的测量模式:a.单次测量, b.均值和峰值测量 (6分钟为周期) , c.长期测量。单次测量:通常用来得到一个快速的、大体的认识或是现场显示一个实际值来作为讨论的基础, 选择单次测量模式, 所有被选中的测量包都会被测量一次, 并且测量结果将显示在EXCEL报表中;均值和峰值测量:该测量模式主要是搜寻某一特定区域的最大场强值, 由于电磁波传播在非理想环境条件下存在反射等因素的影响, 会导致场强的空间分布不均, 要在户外或者室内测量最大场强值, 该方法将是首选的方法。
4 系统测试方法及数据分析
4.1 测量位置选取要求。
由于测量环境往往达不到理想状态, 辐射电磁波传播存在阴影效应和快速衰落, 以及大量散射波和吸收体在周围的存在, 会导致场强的不均匀性分布, 因此, 测量位置的选取对于我们所要进行的测量来说至关重要。
应以基站为中心200m范围内选择测量位置, 在测量蜂窝基站电磁辐射环境时要求:a.测量环境气候条件应尽量避开大风、雨、雪、冰雹天气;b.测试点应尽量避开高大建筑物、树木、高压电线及交通干线;c.进行地面测量时, 测量高度取1.7m, 测量高层建筑时, 应在阳台或室内选点;d.测量时间应选择在用户使用手机高峰期;e.读数为每个测量点连续读5次, 每次测量时间不小于15s, 并读取稳定状态的最大值。但测量起伏过大时, 应适当延长测量时间。
4.2 辐射测量。
经过以上步骤的连接和设置之后, 并结合测量位置的选取要求, 本文选择安顺市委大院金钟社区辐射测试作为探讨实例。金钟社区人口比较密集, 政府机关办公以及群众日常生活均在此区, 目前, 有中国联通公司和中国移动公司的GSM900MHz频段的网络覆盖整个社区, 人们大部分时间都暴露在这样的环境中。并且我们时常接到该社区群众对基站电磁辐射对其身体影响的投诉。于是, 根据情况, 我们在人口密集区域选择8个不同的位置, 运用便携式场强测量系统TS-EMF对蜂窝基站的场强和功率密度进行测量。
通过对GSM900频段信号的多次测量, 最大值场强在距离基站50m的办公楼内测到。在办公楼内, 采用均值和峰值测量模式得到的测量图如图2所示。图2 (a) 表示该位置GSM900频段被测信号的的场强峰值频谱, 图2 (b) 表示该位置GSM900频段被测信号的场强峰值分布情况。
4.3 测量结果分析。
除了通过对电场强度、功率密度的测量外, 我们增加了对SAR的计算来评估辐射对人体暴露量的影响, 重点探讨SAR对人体大脑的影响。由 (1) 式可知, 测量人体组织中电场强度E可通过测量得到, 其他关于人体脑组织的组织密度ρ和组织传导率σ可在FCC数据库中查询得到, 如表3所示。
目前, 一般用场强暴露指数IE、功率密度暴露指数IP、SAR暴露指数ISAR三个指标来衡量电磁辐射对人体暴露的影响。IE=E/E0, IP=P/P0, IS-AR=SAR/SAR0。其中, E0、P0、SAR0为表2中国标规定的限值。我们分别对在社区8个位置测得的数据进行了整理, 结果如表4所示。
我们发现场强、功率密度最大值均出现在办公楼位置, 电场强度为0.42V/m, 这是限制值的35‰;功率密度为14.8×10-5W/m2, 这是限制值的0.37‰;SAR为1.31×10-4W/kg, 这是限制值的0.131‰。而最小电场强度在居民2号楼处测到, 电场强度为0.13V/m, 这是限制值的10.9‰;功率密度为3.18×10-5W/m2, 这是限制值的0.08‰;SAR为1.28×10-5W/kg, 这是限制值的0.013‰。
本次试验数据表明, 市委大院的金钟社区各位置的电场强度、功率密度和比吸收率SAR都远远低于GB8702-88及《电磁辐射暴露限值和测量方法》标准。因此, 该社区的电磁辐射不会对人体造成伤害。由于该被测量小区是我国较为典型的密集型使用蜂窝基站的社区, 我们可以初步断定, 目前我国现存的蜂窝基站在符合国家标准的情况下不会因为电磁辐射对人体造成伤害。
结束语:简要地探讨了蜂窝基站电磁辐射对人体暴露的影响, 并测量了典型小区各测量位置的电场强度、功率密度及比吸收率SAR, 实验结果表明这些参数均符合要求。从中我们可以分析得出, 在严格遵照国家标准的前提下, 蜂窝移动通信基站对人体是安全的。但对于测量位置还存在其他无线通信系统诸如GSM1800、WLAN等的射频场, 还需要综合评估其对人体的影响。
摘要：叙述了电磁波辐射对人体健康的影响、电磁辐射执行标准、系统测试方法及数据分析方法。
高频段蜂窝系统容量分析 篇8
随着通信技术的发展,人们对个人移动通信的需求不再仅仅满足于基本的语音服务。第三代移动通信系统(3G)的普及使得越来越多的数据业务服务成为发展趋势。因此,未来个人移动通信系统必须具有更多的系统带宽,更高的用户速率和更大的系统容量。
现有移动通信系统主要工作在3 GHz以下的低频段,此频段业务十分丰富,可用的带宽资源十分受限[1]。在带宽受限的情况下,为了满足越来越多的数据业务需求,人们在现有系统上引入了更高阶的调制技术和MIMO(多输入多输出)技术。由通信的基本理论[2],系统的误码率与信噪比有关。信噪比越高,系统误码性能越好,可达信道容量越高。对于高阶调制方式来说,要想提高信噪比就要加大现有系统的发射功率,造成了系统功率效率的降低,不符合绿色通信的发展趋势。对于MIMO技术来说,在充分散射的情况下,MIMO系统才能有很好的分集增益[3]。但是,随着蜂窝小区半径越来越小,视距(LOS)传输成为主要的传输方式。在这种情况下,信道充分散射的条件变得越来越不容易满足。同时,无论高阶调制技术还是MIMO技术都会增加移动通信系统的复杂度,造成功耗及系统成本的增加。因此,完全依靠低频段系统难以满足未来持续发展的移动通信业务需求,急需拓展新的频段。
根据我国频谱划分的管理规定[4],在6 GHz到15 GHz的频段内有很多的频率资源可以用于移动通信,其中连续带宽超过100 MHz的可用频段很多,有可能为移动通信用户提供更高的用户速率和更大的系统容量。但是,由于采用高频段以后,传播特性发生了很大变化,还需要对引入高频段以后的系统容量进行细致的分析。
为了分析高频段蜂窝移动通信系统的系统容量,本文建立了一个具有19个正六边蜂窝的小区模型,并根据信道测量的数据,结合3GPP的路径损耗模型,对不同频段系统的容量进行了仿真。本文还建立了高、低频段联合覆盖的蜂窝模型,并对联合覆盖系统容量进行了分析。
分析和仿真结果表明:与低频段系统相比,在同等条件高频段系统具有更高的峰值速率和平均速率;如果采用高频段和低频段系统的联合覆盖,更能有效地发挥不同频段系统的优势,实现峰值速率、平均速率和小区边界速率的全面提升。
1 信道模型
在不同的蜂窝小区场景中,用户接收到的有用信号功率和干扰信号功率与此场景的路径损耗有关。用户在与基站同等距离的条件下,其接收信号功率在视距(LOS)传输和非视距(NLOS)传输两种状态下也会有所不同。一般情况下,视距传输的路径损耗要比非视距传输小。因此,在用户容量的分析中,要同时引入路径损耗模型和视距概率模型。
1.1 路径损耗模型
路径损耗模型与小区环境,测量方法,系统工作频率等关系十分密切。甚至在不同的时间,路径损耗模型都会有变化。因此,每种路径损耗模型都有一定的使用范围。
3GPP(第三代合作伙伴计划)对不同蜂窝场景进行了分类,并通过大量测试数据拟合出了相应场景的路径损耗模型[5]。其中,在Urban Microcell中,采用如下测量参数:基站天线高度12.5 m,建筑物高度12 m,建筑物间距50 m,移动台高度1.5 m等情况下,路径损耗模型如下:
LOS:PL=-35.4+26lgd+20lgfc (2)
其中,d为移动台与基站之间的距离,单位为m;fc为系统工作频率,单位为MHz。3GPP指出此模型适用于工作频率在2 GHz以内的系统。
北京邮电大学在同样的场景中,在移动台与基站距离分别为60 m,100 m和500 m的情况下,对更高频段的路径损耗进行了测量,测量结果如表1所示。对测量结果的拟合处理表明:式(1)和式(2)的路径损耗模型在更高的频率下的路径损耗与实测数据相差不大。考虑到高频段的路径损耗测量数据不够充分,而且实测结果与3GPP的路径损耗模型相差不大,本文将式(1)和式(2)作为蜂窝系统的路径损耗模型。
1.2 视距概率模型
用户在不同场景中处于视距的概率也是不一样的。一般来说,小区场景越开阔,用户离基站越近,其处于视距的概率就越大。相关研究组织同样对不同场景的视距概率模型进行了统计[6],结果表明:在一般场景中,用户处于视距的概率与用户和基站的距离成指数次的衰减。这是符合直观的统计规律的。因此,本文选取的视距概率模型如下:
式(1)中,d为用户与基站的距离,d0代表了不同场景的视距概率随着d的衰减速度,本文称之为视距概率衰减因子。
2 蜂窝小区模型
在移动通信系统的系统仿真中,可以将其视为由多个正六边的蜂窝相连组成[7]。为了描述相邻小区之间的干扰,本文建立了一个具有19个正六边形的蜂窝模型,如下:
在图1模型中,1号小区中的用户是我们研究的对象。在系统频率复用因子为1的情况下,图1模型1号小区中的用户可以收到周围18个小区的干扰。对于图1模型之外的小区,由于考虑到它们距离1号小区很远,本文忽略来自于它们的干扰信号。
通常我们认为高频段电磁波的路径损耗要大于低频段,因此高频段小区的半径一般要比低频段小区小。在高、低频段联合覆盖的蜂窝模型中,为了使得在几何意义上,联合覆盖的小区模型可具有无限扩展性,低频段小区的半径可以是高频段小区的2倍,4倍等。本文选取的低频段小区和高频段小区半径比为2的情况,建立高频段和低频段系统联合覆盖的蜂窝模型如图2。
图2中,虚线六边形是低频段系统的蜂窝小区,实线六边形为高频段系统的蜂窝小区。为了不失一般性,我们将低频蜂窝中位于模型最中心的小区(低频蜂窝的1号小区)中的用户作为研究对象。
3 单用户下行容量及其分析
3.1 单用户下行容量及其分析
对于图1所示的蜂窝模型,假设系统工作在OFDM模式下,并且1号小区中共有N个用户。对于每一个用户来说,第i个基站天线发送的信号经过衰落信道到达该用户的信号功率为:
式(4)中,P为基站天线的发射功率;PLi为第i个基站天线与该用户之间的路径损耗,单位为dB。在用户可以优先选择到达其信号的功率最大的一个基站天线作为服务基站的准则下,用户可达的信道容量为:
式(15)中,W为蜂窝系统总的带宽,Pmax为用户选择的服务天线到该用户的信号功率,
在指定1号小区为用户服务的情况下,根据有用信号和干扰信号处于视距或者非视距,小区中的每个用户都有四种传输状态:(1)有用信号视距和干扰非视距;(2)有用信号视距和干扰视距;(3)有用信号非视距和干扰视距;(4)有用信号和干扰都是非视距。一般情况下,视距传输的路损比非视距小很多。因此,在基于功率准则的天线选择下,对于状态(2)和(3)的用户,总可以选到视距传输的基站为其服务。此时,状态(2)和(3)的用户可以视为一种类型。
处于状态(1)的用户的信干噪比最大,状态(4)的用户信干噪比最小。随着系统工作频率的提高,非视距路损比视距要衰减更快。因此,状态(1)的用户随着系统工作频率的提升,信干噪比可能会变大,用户的信道容量增加。对于状态(4)的用户,非视距路径损耗的干扰信号功率本来就很小,甚至可以和噪声功率相近。在系统工作频率提高的情况下,这部分用户的信干噪比由于噪声功率不变和有用信号功率的下降而降低,用户的信道容量变小。
3.2 联合覆盖蜂窝模型中用户容量及其分析
在联合覆盖蜂窝系统中,我们假设低频段中心小区覆盖范围内总共的用户数量为N。联合覆盖系统根据用户在高频段和低频段系统两种情况下的信干噪比最大的准则为其分配高、低频段系统资源。这些用户中选择低频段系统(图2中虚线所示的蜂窝系统)为其服务的用户数量为N1,选择高频段系统(图2中实线所示的蜂窝系统)为其服务的用户数量为N2(N1+N2=N)。
低频段系统的用户的信道容量为:
对于高频段系统的用户,先根据其所在的地理小区的位置映射到高频段系统的1号小区中,然后再计算信道容量如下:
由于低频段小区的覆盖面积内有4个等效的高频段小区,用户等效带宽为4 W。
因此,对于联合覆盖系统,用户总是可以达到当前条件最好的信道容量,从而提升了系统的峰值速率和覆盖能力。
4 仿真分析
4.1 系统仿真参数
在高频段系统容量仿真中,基站天线的发送功率为40 dbm,总的系统可用带宽为10 MHz,1号小区中的用户数量为500个,噪声的功率谱密度为-174 dbm/Hz,视距概率的衰减因子为200 m,小区半径为300 m。这些参数与实际的蜂窝系统很相近。为了便于比较,系统的工作频率选为:900 MHz,1 900 MHz,5 800 MHz和8 450 MHz。
在高、低频段系统联合覆盖的仿真分析中,低频段系统1号小区中用户数量为1 000个,高频段小区半径为300 m,基站天线发射功率为20 dBm,工作频率为5 800 MHz。低频小区半径为600 m,天线发射功率为40 dBm,工作频率为1 900 MHz。其他参数与高频系统容量分析的参数相同。
为了更直观的分析系统容量,本文以所有用户的信道容量累积分布为仿真结果。它统计了小区中在某个容量之下的用户所占的百分比。
4.2 同等带宽条件下不同频段系统的容量分析
在各个频段系统具有同等带宽的条件下,对小区中的用户进行100的仿真分析。用户容量累积分布如下:
在图3中,高频段系统(5 800 MHz和8 450 MHz)与低频段系统(900 MHz和1 900 MHz)有交叉点。在此交叉点左边,高频段系统累积分布曲线较高,这说明高频段系统有较多的用户速率很低(约25%左右的用户速率接近于0)。在交叉点的右边,高频段系统用户的最高峰值速率高于低频段系统,而且高频系统的累积分布曲线较低。由此说明,在同等条件下,系统工作频率的增高,恶化了信道条件很差的用户的速率改善了信道条件较好的用户的速率。
将小区中的所有用户按照容量递增的顺序排序,并统计其1号小区基站天线的距离,视距传输状态。结果如下:
从仿真结果来看,小区中信道容量最低的用户的有用信号和干扰信号都是非视距。有用信号视距且干扰信号非视距的用户是小区中信道容量最高的用户。如前文分析,高频段系统中非视距传输的用户信道容量会比低频段系统恶化,而存在视距传输的用户信道容量可得到提升。
因此,高频段蜂窝系统适合于工作在视距场景。
4.3 高频段系统具有带宽优势下的容量分析
高频段有更多的带宽资源可用于移动通信。因此,在本节系统仿真中,我们假设系统可用带宽与系统工作频率成正比。900 MHz系统的可用带宽为10 MHz,仿真结果如下:
图5的结果表明:高频段系统的带宽优势可以极大的提高大部分用户的信道容量。但是,对于小区边界的用户,由于系统带宽的增加带来噪声功率提高,这部分用户的信干噪比反而下降,用户的信道容量降低。
4.4 同等带宽条件下高、低频段系统联合覆盖的容量分析
在高频段和低频段联合覆盖的系统中,用户拥有更多的系统资源可以使用,因此联合覆盖系统可提供更大的系统容量。仿真结果如下:
图6中,高、低频段系统联合覆盖的用户容量累积分布曲线在只有高频段覆盖或者低频段覆盖系统的右边。这表明联合覆盖系统使得小区边界速率和系统峰值速率以及系统平均速率都有很大的改善。图7是对用户按照信道容量从低到高排列后统计不同容量的用户选择高频段系统为其服务的概率。
统计结果表明:速率低的用户信道条件很差,会选择低频段小区为其服务;速率高的用户信道条件很好,一般存在高频段系统的视距传输条件,因此用户选择高频段系统可有很高的信道容量。
高、低频段联合覆盖的系统可以综合利用低频段系统覆盖能力强、高频段系统峰值速率高的优势,提高系统容量。
5 结论
在本文选取的蜂窝场景中,高频段蜂窝移动通信系统可以具有较高的系统峰值速率和平均速率。利用高频段的更多的带宽资源,高频段系统能够提供更大的系统容量和更高的用户速率。联合覆盖系统可综合利用高频段和低频段系统的峰值速率和覆盖的优势,为用户提供更优的容量。本文的信道模型是在一定的测量条件下的特定场景中拟合出来的。对于其他实际的蜂窝系统工作环境,我们需要对其信道模型进行充分的测量,并拟合出相对精确的模型,在此基础上,给出高频段蜂窝系统适合的工作参数和组网方式。综上所述,高频段蜂窝移动通信系统带宽资源十分丰富,在合适的组网参数下,高频段系统可满足未来移动通信系统更大带宽,更高速率和更大系统容量的业务需求。
摘要：高频段(6 GHz—15 GHz)有丰富的带宽资源可用于移动通信。根据实测数据,将现有频段系统的路径损耗模型在一定条件下推广到高频段系统。在六边形蜂窝系统模型上对高频段蜂窝系统进行容量仿真分析。同时,建立了高频段和低频段系统联合覆盖的蜂窝模型。分析高、低频段系统协同工作下的系统容量。结果表明:高频段系统在与低频段系统同等带宽条件下可具有较高的峰值速率。在具有更大的带宽优势下,可极大的提高系统容量。高、低频段联合覆盖系统可同时兼顾系统峰值速率和覆盖能力。
关键词：高频段,蜂窝系统,路径损耗,联合覆盖
参考文献
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