蜂巢式無線網路.docx

蜂巢式無線網路.docx蜂巢式無線網路蜂巢式網路原理蜂巢式無線電技術的發展是爲了增加移動無線電信服務的容量利用率。蜂巢式無線電出現之前,無線電信服務只存在於高功率的傳輸/接收系統中,一個典型的無線電系統可以在有效半徑大約80公里的範圍內提供大約25個通訊頻道。增加系統容量的方法是使用低功率系統用以降低涵蓋半徑和增加傳輸/接收機的數目。蜂巢式網路觴蜂巢式網路的基本是使用多個功率低於100W的低功率發射機,因爲發射機的傳輸範圍非常小,所以可以將全部的通訊區域切割成爲一些擁冇獨立天線的小細胞。每個細胞分配一個頻帶,並口由包含發射機、接收機和控制單元的基地台提供服務,相鄰的細胞爲了避免發牛相a干擾或串音現象,相鄰細胞會指配不同的頻率。但是相距夠遠的細胞又可使用相同的頻率而不會相互干擾。第一個考量是如何設計細胞的形狀來涵蓋一個地區,最簡單直接的是正方形細胞(圖la)^但是這種幾何圖形並非最理想。若正方形細胞之邊長爲d,則與其4個相鄰細胞之距離爲d,與另外4個相鄰細胞的距離則是屈。當移動使用者在一個細胞屮移動到細胞的邊緣時,最好是所有相連細胞的天線和此移動者的距離都是相同的,如此則可以簡化何時將使用者切換到其相鄰的犬線以及如何選擇哪一個天線的工作。六角形的細胞形狀提供相等距離的天線(圖lb)^六角形的半徑被定義成爲六角形之外切圓的半徑(相同地,尤其是每個頂點到屮心點的距離相等於六角形的六個邊的長度),對於六角形之細胞的半徑R,相鄰的兩個細胞的中心點之間的距離則是d=^3R。實際上,精確的六角形形狀的細胞並無法使用,由於在拓樸上的限制、區域信號的傳輸條件、和實際天線位置的因素,使得真正的細胞形狀和理想的六角形形狀有很大的差異。!///!X(a)正方形(b)六角形蜂巢幾何圖形使用無線蜂巢式系統時無法限制信號,以至於雖然在幾何圖形上有區隔,但是信號仍會相互干擾,因此會限制使用相冋頻率的通訊次數。系統捉供冋時進行大量通訊時,需要有保留頻譜的機制。頻率重複使用(FrequencyReuse)蜂巢式系統中,每個細胞有一個收發機,小心地控制其發射功率(爲了在多變的移動通訊環境下能夠延伸其範圍),可使得在該細胞內使用給予的頻率做通訊,並避免此功率進入使用相同頻率的相鄰細胞。此方式的目的在於可以在其他鄰近的細胞中使用相同頻率,因此可以允許多個通話同時使用同一頻率。一般而言,根據所要的通訊傳輸量,一個細胞可扌旨定10個到50個的頻率作爲通訊用途。當然,基本的問題是如何決定使用冋頻的兩個細胞之間要相隔多少個細胞,才會使得這兩個細胞不會相互地干擾。有許多不同的頻率重複使用樣式,圖2所顯示的是一些頻率重複使用範例。如果某種樣式包含有N個細胞,每個細胞可用的頻率數冃相冋,假定此系統分配到的全部頻率數冃爲K個時,則每個細胞分配到K/N個頻率。例如AMPS系統中K=395則N=7爲可以捉供足夠的隔離使用相同頻率的最小樣式,這也意味著平均每個細胞最多只能分配到57個頻率。下面的參數常用來表示頻率重複使用的一些特徵:D=使用相同頻率的頻帶(一般稱作爲共同頻道)的細胞中心點間的距離R=細胞的半徑(b)N=7的頻率重複使用式樣半徑D的圓圈d=相鄰細胞中心點的距離(〃=的7?)(a)N=4的頻率重複使用式樣(c)黑色細胞表示N=\9時頻率重複使用情況N=重複式樣的細胞數冃(每個細胞在此一式樣中使用單一個頻率的頻帶),稱作重複使用因子(reusefactor)在六角形細胞的樣式中,只能有下列的N値出現:+ 1,2,3,...因此,可能的N値爲1,3,4,7,9,12,13,16,19,21等等。下面的關係式成立:R這也可表示爲D/d=jNo增加容量(IncrtasingCapacity)當更多的客戶使用此一系統時,通訊量因此會增加以致於細胞屮沒有足夠的頻率來處理使用者的呼叫,一些被用來應付這種狀況的方法包括有下面幾種:增加新的頻道數目:…個系統在…個地區架設完成後,開始時並未使用全部的頻道,因此當使用者成長時,系統可隨時加入新的頻道以供使用。•頻率借用:在一些簡單的狀況中,被阻塞的細胞可以使用相鄰細胞的頻率,所以頻率可以動態地指定到不同的細胞中。•細胞分割:實用上,流量分配和拓樸特性並不一致,這表示我們可有增加容量的機會,因此細胞在高使用率的地區可以再分割成一些小的細胞。一般而言,。這些小的細胞本身可以再被分割成更小的細胞,然而,(但請參考隨後將討論的微細胞)。爲了使用較小的細胞,必須降低細胞的功率。再者,當移動單元在移動時,他們在細胞間經過時也必須將對細胞之基地台的收發機的連線轉換到另一個細胞的基地台,這種方式稱爲換手(handoff)。當細胞愈來愈小時,換手的動作也相對的愈來愈頻繁。圖3指出細胞如何分割以捉供更大容量的