三、微蜂窝

第三章微蜂窝一、微蜂窝的引入本部分将旨在分析当前系统存在的一些局限性及引入微蜂窝的各种理由。

◆当前的GSM 系统尽管采取了先进的数字技术，GSM 系统较TACS 系统在容量上有较大提高，但依然追不上用户增长的需要。

同样是噪声受限系统，GSM 网络也存在一些限制系统容量的因素，这中间包括频率资源限制，信道资源限制。

◆频率资源限制当前系统为噪声受限系统，接收机要求一定的信噪比，例如，TACS制式要求载干17db ；GSM 系统要求9～11db ；CDMA 系统要求Eb/No>6db 。

这使得在一定的频率资源下，频率复用的程度必受一定制约。

通常有公式经验公式：以GSM 为例，通常采用4×3复用模式。

假设使用频率资源10M ，则共有10M/200K=50个频点，则每个小区最多可50/12≈4个频点。

显然，系统容量受到了限制，此时，网络运营商考虑容量增长时，必须有其它手段：1、扩充频段，如铺设DCS1800。

2、使用其它技术手段.改变复用模式，如跳频。

3、采用微蜂窝技术。

前两种方法投资规模大，网络改造程度深，因此，在网络增长的一定时期，采用微蜂窝是一种简单，经济的增容手段。

为复用数目其中K ICK ,*32◆目前小区结构一定地理区域内的小区数目通常是由小区的用户数量决定，而小区的覆盖范围则由电波传播的距离及传播的延时决定。

例如，GSM的小区理论覆盖上限是35KM。

大覆盖范围的小区将能使一定区域内的小区数目大大减少而能减少投资，同时这种小区的使用也使网络的结构变得简单。

切换区域变小，切换概率小。

如果一个城市的移动网络能仅用一个大容量基站保证了容量和覆盖，网络运营商将会觉得大快人心。

遗憾的是，这受到许多理论上的限制，如手机的发射功率的限制，频率资源的限制，容量的限制，接收机的灵敏度的限制等等。

因而不得不采用更小覆盖范围的小区，小区覆盖半径越小，切换概率大为增加，同邻频的干扰就会增加。

同时，传统的基站因需要机房、天线布置的较高要求也难以寻找站址。

微蜂窝的引入可以一定程度上解决这些问题。

◆多径衰落多径衰落是由于信号从发射机到接收机，经过空间传播会受到物体反射，空气、温度、湿度的变化引起信号相位的不同偏移，在接收端它们互相叠加，有可能造成信号较大的衰落。

对于GSM而言，它使用频率的波段有可能使较强信号和极大衰落信号之间位置仅差15cm。

接收天线移动时，接收的不同路径信号相位不断变化，因而叠加的信号强度也在不断变化。

当天线快速移动时，误码有可能为交织等信道编码恢复。

而当天线处于静止或移动缓慢而多径衰落时，较难恢复，接收机会产生一连串以最小功率发射的帧。

如今，有五种技术在一定程度上减少了多径衰落：①接收机的均衡器②分集接收③跳频④交织⑤信道编码尽管如此，在城市地带由于环境的复杂性。

一定地方仍然存在多径衰落产生的较差覆盖。

相对而言，微蜂窝受多径衰落的影响比宏蜂窝要小得多。

信号对建筑物的穿透尽管无线信号具有一定穿透能力，但在一些建筑物内部和城市繁华街区。

由于建筑物结构的反射，损耗等原因，覆盖有较大可能较差。

此时不得不使用微蜂窝。

二、微蜂窝的介绍本部分将详细介绍微蜂窝的概念及一些特性，并阐述了使用微蜂窝的优点微蜂窝的概念通常指那些天线安装在屋顶以下的基站。

它们信号的传播局限于市内，或屋顶以下的街道峡谷，主要决定于建筑的散射或衍射。

目前，微蜂窝主要两种使用方法：①“热点”区域独立使用②微蜂窝覆盖成层典型的Microcell覆盖如下所示：多层覆盖：在这种情形下，微蜂窝成层覆盖。

与宏蜂窝一起构成两层信号覆盖。

此时，微蜂窝将支撑大部分慢速用户的话务，而宏蜂窝将负责快速用户以及保证区域整体覆盖。

因微蜂窝支撑网络更大的话务量而成为网络的主要部分。

当引入室内微蜂窝覆盖更小的有限区域，可以将之称之为微微蜂窝，成为网络的第三层覆盖。

网络的容量随用户的高速增长会逐渐达至饱和，使用微蜂窝则可以在局部区域继续提高容量。

随着网络的增长，扩容BTS的成本也会越来越高。

同时，频率复用也越来越紧密。

为避免干扰，频率规划也要愈加仔细，使用微蜂窝就可有效减小拥塞。

微蜂窝的使用即可单独使用以覆盖热点，也可连续覆盖形成多层结构，可更大满足用户的需要。

◆ 微蜂窝的优点提高单位面积话务量： 假定以下条件● 宏蜂窝半径500M （0.8 KM2） ● 宏蜂窝有两载波● 3个微蜂窝每个覆盖长度200M ● 每用户0.025 Erlang ● 2%的阻塞 计算公式如下：025.02/2/2/2/20.8%2*32/20.8%2Km Km Km Km Km Km Km 总爱尔兰用户爱尔兰微蜂窝宏蜂窝总计爱尔兰阻塞下的爱尔兰值微蜂窝爱尔兰阻塞下的爱尔兰值宏蜂窝==+=====可见使用微蜂窝容量增长3.75倍，频率利用率增长2倍改善并提供更灵活的覆盖:在宏蜂窝覆盖中，有很多区域没有或覆盖较差，微蜂窝在这些区域中可较好地改善覆盖，特别是在城市繁华地带，建筑物高大密集，这种现象尤为明显。

改善室内覆盖:增加覆盖范围并不总意味着覆盖地域面积的扩大。

微蜂窝或微微蜂窝在室内的使用，也可认为是覆盖范围的扩大“热点“覆盖：当话务量分布极不平衡，某一地点特别高时，使用微蜂窝是解决热点的最佳方法。

三、微蜂窝的应用本部分将讨论微蜂窝系统中多径衰落和跳频的特点，同时研究手机空闲状态下小区选择或小区重选特性。

◆ 微蜂窝的多径衰落微蜂窝的使用环境中，主要的传播模式不是建筑物的散射和街道拐角的衍射，大部分情况下为视距传播。

通常，在视距传播情况下，衰落更趋向于瑞斯分布而不是瑞利分布。

瑞斯衰落不如瑞利衰落分布程度深。

在微蜂窝环境中，主要是衰落较浅的瑞斯分布。

在宏蜂窝使用环境中，特别是在建筑物密集区却主要是散射，衍射，它们的多径衰落大多表现为瑞利分布。

两种衰落图形比较：◆ 微蜂窝的跳频跳频能一定程度消除多径衰落。

因为频率能跳离产生衰落的频率足够远。

因而，跳频的带宽要求要远大于信道的相干带宽。

信道的相干带宽 = 1 / 信道的延时长度瑞利分布 瑞斯分布在微蜂窝环境下，由于覆盖小，信号延迟时间短。

因而意味着跳频需要更大的带宽。

这在目前频率资源紧张的系统中，使得跳频在微蜂窝环境中消除多径衰落所起的作用将非常有限，相对而言，仔细的布置天线及功率的调整将比跳频更有效改善多径衰落。

微蜂窝中空闲手机的状态手机在空闲状态下不断帧听服务小区及邻小区BCCH来在合适的时候建立通话。

在规范中，对多层系统中手机的空闲状态选择并无严格限制。

既可做到尽量使所有空闲手机呆在宏蜂窝，在建立通话时切至微蜂窝。

因为，手机重选过程需要时间，对快速移动用户有可能因来不及重选而丢失服务；也可做到使空闲手机选择最强BCCH而不管是微蜂窝或宏蜂窝，因为如此可让微蜂窝吸收更多话务量。

所以，在系统设计中就要确定目标，是以提高系统容量为主要目的或是改善服务质量为主要目的来确定空闲手机是尽量呆在宏蜂窝或选择最强BCCH。

解决方法：当微蜂窝与宏蜂窝处于不同的LAC区可调节cell_reselect_hysteresis值，来调节微蜂窝和宏蜂窝之间小区重选发生的难易，特别是可鼓励快速用户呆在宏蜂窝。

同一LAC区内c2=c1 + cell_reselect_offset –Temporaryoffset * H(penalty_time – T)可以调节penalty_time来控制宏蜂窝和微蜂窝间的时间，即必须要求发生重选的条件在惩罚时间内满足，并且对重选门槛加权。

而cell_reselection_offset 可调节宏蜂窝与微蜂窝间重选的门槛cell_bar_qualify可针对不同优先级别的手机进行控制。

例如设置此参数可实现C1，C2算法只针对优先级别为Normal的手机有效selective_cell_bar参数可禁止手机重选到微蜂窝四、微蜂窝的规划本部分将讨论通常规划的考虑因素，天线布放的通常规则。

◆考虑因素微蜂窝规划第一步是要仔细了解系统的现状及最终的需要，这可能包括以下几点：●将支撑或吸收的话务量●覆盖的区域●对网络而言重要或须重点关注的区域●服务质量要求。

如覆盖，RxQual，阻塞等●室内覆盖的要求●频率资源●系统用户潜在的增长接下来，就要考虑微蜂窝系统中信令信道的配置，包括paging channel， access grant channel ， sdcch 配置。

为此，我们需考察那些需求这些信道的潜在的业务量：●呼叫建立●短消息服务建立●位置更新邻频切换：用户在微蜂窝中移动，当BCCH间为邻频时，只有当两BCCH强度相差在9db时，邻小区的BSIC才可能被解调。

因为切换的完成必须在9db的窗口完成。

如果切换命令不能在用户离开该窗前发出，将会导致切换失败。

为尽量减少问题，需采纳以下建议：● 微蜂窝层内频率应尽量避免邻小区邻频● 极力避免处于街道拐角的两小区邻小区邻频，由于街道拐角信号较大衰落，使得上述可切换窗口变得很小。

● 在快速用户较多区域尽量避免邻小区邻频● 邻小区邻频时，Ho_margin 设置要小，以加快切换完成。

◆ 天线微蜂窝中普遍使用全向天线，定向天线。

选择天线应参照具体环境，以减少阴影，减少切换请求，最大吸收话务量为原则。

距离 功率 切换窗定向天线：一般用于覆盖长的街道，由于有叫好的前后比，也可用于在反向上避免同频或邻频干扰。

全向天线：一般用于覆盖开阔区域，以保证有较好的覆盖，以避免过多的切换；另一应用是覆盖十字路口。

天线安装：●理想的天线波瓣会因安装过于靠墙而变形。

因而，理想的安装是离墙一个波长远。

●天线安装应尽可能远离电子设备。

●室外天线的安装尽量低屋顶一层以下，以避免衍射而饶过屋顶，也不要将天线安装过低（至少5M以上）●天线附近建筑物特性将对波瓣形状产生较大影响。

因而天线位置要仔细选择。

五、微蜂窝的优化本部分将介绍Motorola 七种算法。

◆设计原则主要的设计原则是：除非用户速度增大到降低了它在微蜂窝中服务质量，鼓励其呆在微蜂窝；而当用户速度降低到可以有微蜂窝提供更好服务时，让其能安全切回微蜂窝。

“快速”与“慢速”并没有绝对的划分，理想情况下，所有用户最好都有微蜂窝提供服务，因为它们支撑区域内大部分话务量。

然而，会产生以下问题：●由于微蜂窝覆盖半径很小，快速用户会由于来不及切换而不能避免干扰甚至掉话。

●大量快速切换产生会对系统造成较大负荷，如果能将快速用户交给宏蜂窝提供服务，将有效地避免以上问题。

◆切换算法切换算法一：算法一是标准的GSM功率预算PBGT(n)=[min(ms_txPwr_max，p) - Rxlev_Dl –Pwr_C_D] –[min(ms_txpwr_max ，P) – Rxlev_DL]切换条件：1．R xlev_ncell >Rxlev_min(n) + Max(0 ，Pa)Rxlev_min是手机接入下行链路最小强度Pa= ms_tpwr_max(n) – max power of ms确保邻小区的下行链路足够支持通话2．P BGT（n）- Ho_margin手机会计算该值，选择最大的小区切换，通常用于宏蜂窝间的切换。