移动通信知识总结
参考资料:
1.哈尔滨工业大学(深圳)2021年春季《移动通信》课件 by 张霆廷
2.《Wireless Communications》by Andrea Goldsmith
3.《Wireless.Communications》by Andreas F. Molisch
4.《wireless communications:Principles and Practices》by Theodore S. Rappaport
导入CSDN后图片比例有问题,但是我不想改了。
无线通信系统概述
5G的关键应用(或技术)是什么?
霆廷课上给的:
增强移动带宽(Enhanced Mobile Broadband,emBB)
大宽带
超可靠低延迟通信(Ultra-reliable low-latency communication,URLLC)
注意区分空口延迟和端到端延迟
海量机器通信(massive Machine Type Communications,mmTC)
面向物联网海量接入
同时同频全双工(Co-frequency Co-time Full Duplex, CCFD)
通过智能天线,避免收发之间的干扰
非正交码分多址(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)
挑战:非正交带来的干扰
应用:海量机器通信的支撑技术
IEEE的观点:
- 毫米波(Millimeter Waves)
- 超密集蜂窝网络(Small Cell)
- 多用户多输入多输出(Massive MIMO)
- 波束成型(Beam forming)
- 同时同频全双工(Full Duplex)
蜂窝网络(Cellular Network)
为什么采用小区制?
大区制 | 小区制 | |
---|---|---|
功率 | 一个大功率发射机 | 多个小功率发射机 |
频率 | 一个基站占用整个信道,频谱利用率低 | 每个基站分配系统可用信道的一部分,相邻小区使用不相邻信道,频谱利用率高。 |
小区制实现了频率的复用,从而提高了系统容量。
为什么采用六边形?
对于同样大小的服务区域,采用正六边形构成小区所需的小区数最少,无重叠区(理论上),故所需的频率组数也最少,最经济。
基站布置在哪?
中心激励:基站位于小区中心,有时会有辐射阴影
顶点激励:在顶点上设置基站,并采用三个互成120°的定向天线,避免辐射阴影(覆盖不到)。
怎么将服务区域分割成多个六边形?
首先将服务区分为簇 (Cluster),每个簇内有N个小区。
N
N
N 应该满足下式:
N
=
(
i
2
+
i
j
+
j
2
)
N=\left(i^{2}+i j+j^{2}\right)
N=(i2+ij+j2)
为什么N要取这些值呢?
其实取其他值也可以用,但不是最优的。我们理想的情况是:两个簇中使用相同信道的小区尽可能的远,这样同频干扰就小。
建立下图所示坐标系,设六边形中心到顶点的距离为R。
设相邻两个簇中使用相同信道的小区之间的距离为D。
u轴上走了i步,v轴上走了j步,由余弦定理可知,第三条边为:
D = 3 R i 2 + j 2 + i j D=\sqrt{3} R \sqrt{i^{2}+j^{2}+i j} D=3 Ri2+j2+ij
用簇的面积比上小区的面积即是小区个数:
N = A cluster A cell = 3 D 2 / 2 3 3 R 2 / 2 = 1 3 ( D R ) 2 = 1 3 ( 3 R 2 ( i 2 + j 2 + i j ) R 2 ) = i 2 + j 2 + i j N=\frac{A_{\text {cluster }}}{A_{\text {cell }}}=\frac{\sqrt{3} D^{2} / 2}{3 \sqrt{3} R^{2} / 2}=\frac{1}{3}\left(\frac{D}{R}\right)^{2}=\frac{1}{3}\left(\frac{3 R^{2}\left(i^{2}+j^{2}+i j\right)}{R^{2}}\right)=i^{2}+j^{2}+i j N=Acell Acluster =33 R2/23 D2/2=31(RD)2=31(R23R2(i2+j2+ij))=i2+j2+ij
N个小区构成一个簇,M个簇构成一个服务区。
某双工无线蜂窝系统总频谱为20MHz,每个单工信道带宽为25kHz,计算
(1)双工信道数目;
20 M H z 25 k H z × 2 = 400 \frac{20\mathbf{MHz}}{25\mathbf{kHz}\times2}=400 25kHz×220MHz=400
(2)如果使用N=4复用,每个小区的信道数为多少?每个簇内的总频谱为20MHz,小区信道数为 ⌈ 400 4 ⌉ = 100 \lceil \frac{400}{4} \rceil=100 ⌈4400⌉=100
怎么评价?参考指标是什么?
固定频率资源下,系统可以使用的信道数,等价于可以容纳的用户数。
1、系统容量C
系统内共有M个簇;
每个簇内有N个小区;
每个小区分配有k个信道,并且小区间信道分配各不相同;
C
=
M
k
N
C = MkN
C=MkN
2、频率复用因子(frequency reuse factor)
1 / N 1/N 1/N
为什么不直接用簇的个数M来表示?随服务区大小变化。
3、同频复用比例(cochannel reuse ratio)
Q = D R = 3 N Q=\frac{D}{R}=\sqrt{3 N} Q=RD=3N
(除以六边形半径R相当于归一化)
同频小区之间的距离越小(即Q值越小),同频干扰越大。
4、信干比
S I = S ∑ i = 1 i 0 I i = R − n ∑ i = 1 i 0 ( D i ) − n \frac{S}{I}=\frac{S}{\sum_{i=1}^{i_{0}} I_{i}}=\frac{R^{-n}}{\sum_{i=1}^{i_{0}}\left(D_{i}\right)^{-n}} IS=∑i=1i0IiS=∑i=1i0(Di)−nR−n
仅考虑第一层干扰小区,且近似认为所有干扰基站与目标的距离相等