电子科技大学：《无线互联网 Principles of Wireless Networking》课程教学资源（课件讲稿）Handout 02 FDM-TDMA Cellular

无线互联网 Handout 02 FDM-TDMA Cellular 王晟 博士教授博导 2020年秋季无线互联网 1

FDM-TDMA Cellular 王晟 博士 教授 博导 无线互联网 Handout 02 2020年秋季 无线互联网 1

CONTENT Principles of FDM-TDMA Cellular 2 SIR Analysis 3 Channel Reuse Analysis 4 Spectrum Efficiency Dynamic Channel Allocation 6 Handovers 2020年秋季 2/99 无线互联网

CONTENT 2020年秋季 2 / 99 无线互联网 1 2 3 4 Principles of FDM-TDMA Cellular SIR Analysis Channel Reuse Analysis Spectrum Efficiency 5 Dynamic Channel Allocation 6 Handovers

资源数量 FDM-TDMA可供分配的资源有多少？ 系统总带宽Wsys划分为C个信道（频分）； 每个信道划分为s个时隙（时分） 分配给每个用户话音请求的资源都是一个 信道上的一个时隙。 系统的总资源数量N为： N- Cxs 例子： →OFDD的概念 Wsys -5 MHz 扣除保护带，大约支持 GSM规定载频间隔200kHz 24个载波：C=24 GSM规定每帧8时隙 S=8 N=24×8=192 2020年秋季 3/99 无线互联网

资源数量 2020年秋季 3 / 99 无线互联网 FDM-TDMA可供分配的资源有多少? 系统总带宽����划分为�个信道（频分）； 每个信道划分为�个时隙（时分）。 分配给每个用户话音请求的资源都是一个 信道上的一个时隙。 系统的总资源数量�为：� = �×� ���� = ���� 例子： GSM规定载频间隔200kHz 扣除保护带，大约支持 24个载波：� = �� FDD的概念 GSM规定每帧8时隙 � = � � = ��×� = ���

集中使用所有资源 最简单的资源分配思路：集中配置。 ®系统工作方式： BS 四用户请求随机到达； 四基站从192个可用时隙中选择一个提供 服务。 d 一个具有192个服务员的排队系统。 d 两个明显的缺点： 四功耗太大：为了保证覆盖，发射功耗太大。无论基站还是 用户终端都无法承受。 四容量不足：192个服务员明显不够；阻塞率高。 ③怎么办？◆小区制。 2020年秋季 4/99 无线互联网

集中使用所有资源 2020年秋季 4 / 99 无线互联网 最简单的资源分配思路：集中配置。 系统工作方式： 用户请求随机到达； 基站从192个可用时隙中选择一个提供 服务。 一个具有192个服务员的排队系统。 两个明显的缺点： 功耗太大：为了保证覆盖，发射功耗太大。无论基站还是 用户终端都无法承受。 容量不足：192个服务员明显不够；阻塞率高。 怎么办？ 小区制

小区制蜂窝系统 89 小区制蜂窝系统： 四整个覆盖区域划分为多个小区(cel川)； 四每个小区都配置一个基站； ◆相当于建立多个排队系统；每个系统 都拥有192个服务员。 ?功耗太大？ ◆增加小区数目。 ③容量太小？ 减小小区覆盖面积。 ①且慢。。。相邻小区使用相同频段会导致同道干扰。 ③怎么办？ ◆为相邻小区配置不同的频率。 2020年秋季 5/99 无线互联网

小区制蜂窝系统 2020年秋季 5 / 99 无线互联网 小区制蜂窝系统： 整个覆盖区域划分为多个小区(cell)； 每个小区都配置一个基站； 相当于建立多个排队系统；每个系统 都拥有192个服务员。 功耗太大? 容量太小? 增加小区数目。 减小小区覆盖面积。 且慢。。。相邻小区使用相同频段会导致同道干扰。 怎么办？ 为相邻小区配置不同的频率

频率重用 频率重用的通常做法： 四将所有载频分为Nreuse个重用组； 四每个小区配置一组频率； ◆假如小区真的呈蜂窝状， 则为了 保证相邻小区不使用相同频率， 只需：Nreuse=3 每个小区配置8个信道： 64个服务员的排队系统。 ?如果不是蜂窝状呢？ ◆最多也只需4组。 ?这样就肯定能避免同道干扰吗？ ◆不能保证。最终要看SNR是否满足接收机门限。 ◆同频小区的距离D;小区的半径R都是关键因素。 2020年秋季 6/99 无线互联网

频率重用 2020年秋季 6 / 99 无线互联网 频率重用的通常做法： 将所有载频分为������个重用组； 每个小区配置一组频率； 假如小区真的呈蜂窝状，则为了 保证相邻小区不使用相同频率， 只需：������ = � 如果不是蜂窝状呢? 最多也只需4组。 每个小区配置8个信道：64个服务员的排队系统。 这样就肯定能避免同道干扰吗? 不能保证。最终要看SINR是否满足接收机门限。 同频小区的距离�；小区的半径�都是关键因素

SINR vs.距离 两个简单的事实： 四给定R,则D越大，干扰越小； 四给定D,则R越小，干扰越小； ◆不难预测：SINR与D/R成正比。 ①下一步的工作：定量分析SNR与D/R的关系。 在此之前，我们先来回答另一个问题： 是不是D/R越大越好？ ◆很遗憾，不是。 ©D/R越大，则同频小区之间的其他小区越多； 四这会导致重用组数目增大，每小区的载频数目减少； 之最终结果：Trunking Efficiency减小。 2020年秋季 7/99 无线互联网

SINR vs. 距离 2020年秋季 7 / 99 无线互联网 两个简单的事实： 给定�，则�越大，干扰越小； 给定�，则�越小，干扰越小； 不难预测：SINR与�/�成正比。 下一步的工作：定量分析SINR与�/�的关系。 在此之前，我们先来回答另一个问题： 是不是�/�越大越好? 很遗憾，不是。 最终结果：Trunking Efficiency减小。 �/�越大，则同频小区之间的其他小区越多； 这会导致重用组数目增大，每小区的载频数目减少；

Trunking Efficiency 2Trunking Efficiency n服务员排队系统的Trunking Efficiency为： ge(n)= Pe(n) n 其中，pc(n)表示使得阻塞概率等于e的业务量强度。即爱尔 兰方程B(pe(m),n)=e的解。 ①物理意义：排队系统的服务等级为时，每个服务员 平均承担的业务量大小。 ◆显然，这个值越大越好。 ◆因为该值越大，说明系统资源得到了更充分的利用。 2020年秋季 8/99 无线互联网

Trunking Efficiency 2020年秋季 8 / 99 无线互联网 �服务员排队系统的Trunking Efficiency为： �� � = ��(�) � 其中，��(�)表示使得阻塞概率等于�的业务量强度。即爱尔 兰方程� �� � , � = �的解。 Trunking Efficiency 物理意义：排队系统的服务等级为�时，每个服务员 平均承担的业务量大小。 显然，这个值越大越好。 因为该值越大，说明系统资源得到了更充分的利用

资源越集中越好 考察：保持阻塞概率不变(e=1%)的条件下， go.01(n)随n的变化规律。 四n=1时，g0.01(1)兰0.01； 四n=15时，90.01(15)兰0.54； 四n=25时，90.01(25)兰0.645； ?这说明了什么？ 关于资源分配的 Large server groups are more 经典（或许也是 efficient than small ones. 最重要的)结论。 经典推荐： Kleinrock,L.QUEUEING SYSTEMS:vol.II-COMPUTER APPLICATIONS, Wiley Interscience,1976. 2020年秋季 9/99 无线互联网

资源越集中越好 2020年秋季 9 / 99 无线互联网 考察：保持阻塞概率不变(� = �%)的条件下， ��.��(�)随�的变化规律。 � = �时，��.�� � ≅ �. ��； � = ��时，��.�� �� ≅ �. ��； � = ��时，��.�� �� ≅ �. ���； 这说明了什么？ Large server groups are more efficient than small ones. Kleinrock, L. QUEUEING SYSTEMS: vol. II- COMPUTER APPLICATIONS, Wiley Interscience, 1976. 经典推荐： 关于资源分配的 经典（或许也是 最重要的）结论

TRADE OFF 回顾我们己经知道的事实： 四为了有效提供服务，FDM-TDMA系统必须进行频率重用。 四实现频率重用的基本方法是采用小区制。 一四为了对抗同道干扰，同频小区越远越好。 同频小区距离越远，重用组数目越大，相应地， Trunking Efficiency会减小。 NOISE or PHILOSOPHY 怎么办？ 四折衷是工程研究的本质。 ◆折衷。 ©折衷是工程研究的王道。 2020年秋季 10/99 无线互联网

TRADE OFF 2020年秋季 10 / 99 无线互联网 回顾我们已经知道的事实： 为了有效提供服务，FDM-TDMA系统必须进行频率重用。 实现频率重用的基本方法是采用小区制。 为了对抗同道干扰，同频小区越远越好。 同频小区距离越远，重用组数目越大，相应地， Trunking Efficiency会减小。 怎么办？ 折衷。 NOISE or PHILOSOPHY 折衷是工程研究的本质。 折衷是工程研究的王道